微生物培养基课件

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1、第四章 微生物培养基,4.1 培养基的类型,4.2 微生物的营养类型,4.3 培养基的营养成分,4.4 选用和设计培养基的原则和方法,微生物的特点：,食谱广、胃口大,营养物质：那些能够满足微生物机体生长、繁殖和完成各种 生理活动所需的物质,营养：微生物获得和利用营养物质的过程,营养物质是微生物生存的物质基础，而营养是生物维持和 延续其生命形式的一种生理过程。,微生物的营养要求,微生物细胞的化学组成,微生物细胞,水：70%-90%,干物质,有机物 蛋白质、糖、脂、核酸、维生素等 及其降解产物,无机物（盐）,微生物、动物、植物之间存在“营养上的统一性”,细胞化学元素组成：,主要元素：碳、氢、氧、氮

2、、磷、硫、钾、镁、钙、铁等； 微量元素：锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等。,4.1 培养基的类型,4.1.1按成份不同划分,1)天然培养基(complex medium),以化学成分还不清楚或化学成分不恒定的天然有机物组成,2)合成培养基(synthetic medium),是由化学成份完全了解的物质配制而成的培养基，也称 化学限定培养基(chemically defined medium),3)半合成培养基(semi-synthetic medium),多数培养基配制是采用一部分天然有机物作碳源、氮源和生长因子的来源，再适当加入一些化学药品以补充无机盐成分，使其更能充分满足微生物

3、对营养的需要。,4.1.2根据物理状态划分,固体培养基； 半固体培养基； 液体培养基；,4.1.3按用途划分,1）基础培养基(minimum medium),在一定条件下含有某种微生物生长繁殖所需的基本营养物质的培养基， 也称为基本培养基。,牛肉膏蛋白胨培养基就是枯草芽孢杆菌等的完全培养基,2）完全培养基(complete medium),在一定条件下含有某种微生物生长繁殖所需的所有营养物质的培养基,3）加富培养基和富集培养基(enrichment medium),在普通培养基（如肉汤蛋白胨培养基）中加入某些特殊营养物质 制成的一类营养丰富的培养基称加富培养基。 这些特殊营养物质包括血液、血清

4、、酵母浸膏、动植物组织液等。 用来培养营养要求比较苛刻的异养型微生物，如培养百日咳博德 氏菌(Bordetella pertussis)需要含有血液的加富培养基。,根据待分离微生物的特点设计的培养基，用于从环境中富集和 分离某种微生物称富集培养基。 （目的微生物在这种培养基中较其他微生物生长速度快，并逐渐 富集而占优势，从而容易达到分离该种微生物的目的。）,4）鉴别培养基(differential medium),5）选择培养基(selective medium),用于鉴别不同类型微生物的培养基 特定的化学反应，产生明显的特征性变化， 根据这种特征性变化,可将该种微生物与其他微生物区分开来。,

5、用于将某种或某类微生物从混杂的微生物群体中分离出来的培养基 根据不同种类微生物的特殊营养需求或对某种化学物质的敏感性不 同，在培养基中加入相应的特殊营养物质或化学物质，抑制不需要 的微生物的生长，有利于所需微生物的生长。,4）鉴别培养基(differential medium),伊红和美蓝二种苯胺染料可抑制G+细菌和一些难培养的G细菌。 在低酸度时，这二种染料结合形成沉淀，起着产酸指示剂的作用。 试样中的多种肠道菌会在EMB培养基上产生相互易区分的特征菌落 ，因而易于辨。例如大肠杆菌强烈分解乳糖而产生大量的混合酸， 菌体呈酸性，菌落被染成深紫色，从菌落表面的反射光中还可看到 绿色金属闪光。,5

6、）选择培养基(selective medium),5）选择培养基(selective medium),4.1.4 按在发酵过程中的地位来分,1)孢子培养基,营养要求不要太高,所用无机盐浓度要适量,要注意培养基的pH和湿度,2. 种子培养基中各种营养物质的浓度不必太高。供孢子发芽生长用的种子培养基，可添加一些易被吸收利用的碳源和氮源。,2)种子培养基,1. 必须有较完全和丰富的营养物质，特别需要充足的氮源和生长因子。,3. 种子培养基成分还应考虑与发酵培养基的主要成分相近。,3)发酵培养基,培养基能够满足产物最经济的合成,发酵后所形成的副产物尽可能的少,资源丰富,价格低廉,性能稳定,便于采购运输

7、,适于规模储藏,最好本地生产,能满足生产工艺要求,4.2 微生物的营养类型,异养型生物,自养型生物,生长所需要的营养物质,生物生长过程中能量的来源,光能营养型,化能营养型,光能自养型：以光为能源，不依赖任何有机物即可正常生长 光能异养型：以光为能源，但生长需要一定的有机营养 化能自养型：以无机物的氧化获得能量，生长不依赖有机营养物 化能异养型：以有机物的氧化获得能量，生长依赖于有机营养物质,微生物营养类型(),微生物的营养类型(),1光能无机自养型（光能自养型）,能以CO2为主要唯一或主要碳源；,进行光合作用获取生长所需要的能量；,以无机物如H2、H2S、S等作为供氢体或电子供体， 使CO2还

8、原为细胞物质；,例如，藻类及蓝细菌等和植物一样，以水为电子供体（供氢体）， 进行产氧型的光合作用，合成细胞物质。而红硫细菌，以H2S为 电子供体，产生细胞物质，并伴随硫元素的产生。,CO2+ 2H2S,光能,光合色素, CH2O + 2S+ H2O,2光能有机异养型（光能异养型）,不能以CO2为主要或唯一的碳源；,以有机物作为供氢体，利用光能将CO2还原为细胞物质；,在生长时大多数需要外源的生长因子；,例如，红螺菌属中的一些细菌能利用异丙醇作为供氢体，将CO2 还原成细胞物质，同时积累丙酮。,CHOH + CO2,H3C,H3C,2,光能,光合色素,2 CH3C0CH3 + CH2O + H2

9、O,光能无机自养型和光能有机异养型微生物可利用光能生长， 在地球早期生态环境的演化过程中起重要作用。,3化能无机自养型（化能自养型）,生长所需要的能量来自无机物氧化过程中放出的化学能；,以CO2或碳酸盐作为唯一或主要碳源进行生长时，利用H2、H2S、 Fe2+、NH3或NO2-等作为电子供体使CO2还原成细胞物质。,化能无机自养型只存在于微生物中，可在完全无机及无光的 环境中生长。 它们广泛分布于土壤及水环境中,参与地球物质循环；,4化能有机异养型（化能异养型）,生长所需要的能量均来自有机物氧化过程中放出的化学能；,生长所需要的碳源主要是一些有机化合物， 如淀粉、糖类、纤维素、有机酸等。,有机

10、物通常既是碳源也是能源；,大多数细菌、真菌、原生动物都是化能有机异养型微生物；,所有致病微生物均为化能有机异养型微生物；,4化能有机异养型（化能异养型）,腐生型(metatrophy)：,可利用无生命的有机物(如动植物尸体和残体)作为碳源；,寄生型(paratrophy)：,寄生在活的寄主机体内吸取营养物质,离开寄主就不能生存；,在腐生型和寄生型之间还存在中间类型： 兼性腐生型(facultive metatrophy)； 兼性寄生型(facultive paratrophy)；,不同营养类型之间的界限并非绝对：,异养型微生物并非绝对不能利用CO2；,自养型微生物也并非不能利用有机物进行生长；

11、,有些微生物在不同生长条件下生长时,其营养类型也会发生改变；,例如紫色非硫细菌(purple nonsulphur bacteria)： 没有有机物时，同化CO2， 为自养型微生物； 有机物存在时，利用有机物进行生长，为异养型微生物； 光照和厌氧条件下，利用光能生长，为光能营养型微生物； 黑暗与好氧条件下，依靠有机物氧化产生的化学能生长， 为化能营养型微生物；,微生物营养类型的可变性无疑有利于提高其对环境条件变化的适应能力,5营养缺陷型,某些菌株发生突变(自然突变或人工诱变)后，失去合成 某种(或某些)对该菌株生长必不可少的物质(通常是生长因子如氨基酸、维生素)的能力，必须从外界环境获得该 物

12、质才能生长繁殖，这种突变型菌株称为营养缺陷型 (auxotroph)，相应的野生型菌株称为原养型 (prototroph)。 营养缺陷型菌株经常用来进行微生物遗传学方面的研究。,微生物生长需要的生长因子与营养缺陷型之间的关系？,4.3 培养基的营养成分,培养基几乎是一切对微生物进行研究和利用工作的基础,培养基（medium）是人工配制的，适合微生物生长繁殖或 产生代谢产物的营养基质。,任何培养基都应该具备微生物生长所需要六大营养要素：,碳源、氮源、无机盐、能源、生长因子、水,任何培养基一旦配成，必须立即进行灭菌处理；,常规高压蒸汽灭菌： 1.05kg/cm2,121.315-30分钟；0.56

13、kg/cm2,112.615-30分钟 某些成分进行分别灭菌；过滤除菌；,微生物与动植物营养要素的比较,4.3.1 碳源,构成菌体成分的重要元素，,产生各种代谢产物和细胞内贮藏物质的主要原料,同时又是化能异养型微生物的能量来源。,碳源种类,糖：,单糖中的己糖，,寡糖中的蔗糖、麦芽糖、棉子糖，,多糖中的淀粉、纤维素、半纤维素、甲壳质和果胶质等，其中淀粉是大多数微生物都能利用的碳源。,有机酸,如糖酸、柠檬酸、反丁烯二酸、琥珀酸、苹果酸、丙酮酸、酒石酸等,醇类,甘露醇、甘油、低浓度的乙醇,脂肪酸,如甲酸、乙酸、丙酸、丁酸等低级脂肪酸都可用作碳源。油酸和亚油酸等高级脂肪酸可被不少放线菌和真菌作为碳源和

14、能源利用，低浓度的高级脂肪酸可刺激细菌生长，但浓度较高时往往有毒害作用。,正烷烃,一般是指从石油裂得到的14C至18C的直链烷烃混合物,4.3.2 氮源,氮是构成微生物细胞蛋白质和核酸的主要元素，而蛋白质和核酸是微生物原生质的主要组成部分,氮素一般不提供能量，但硝化细菌却能利用氨作为氮源和能源,就某一类微生物而言，由于其合成能力的差异，对氮营养的需要也有很大区别,氮源可分为无机氮和有机氮,有机氮源：,花生饼粉、黄豆饼粉、棉子饼粉、玉米浆、玉米蛋白粉、蛋白胨、酵母膏、鱼粉、蚕蛹粉、尿素、废菌丝体和酒糟等,有机氮源特点： 含有丰富的蛋白质、多肽和游离的氨基酸 还含有少量的糖类、脂肪、无机盐、维生素

15、及生长因子,无机氮源,铵盐、硝酸盐、氨水等,微生物对其吸收利用比有机物快，所以也称速效氮。,利用无机氮时应注意引起的pH变化,4.3.3 水,（1） 水是良好的溶剂，菌体所需要的营养物质都是溶解于水中被吸收的。 （2） 渗透、分泌、排泄等作用都是以水为媒介的； （3） 水直接参与代谢作用中的许多反应。所以，水在生物化学反应中占有极为重要的地位。 （4） 水的比热高，能有效地吸收代谢过程中所放出的热，使细胞内温度不致骤然上升。 （5） 水是热的良导体，有利于放热，可调节细胞的温度,4.3.4 微量元素(无机盐类),无机盐类是微生物生命活动所不可缺少的物质。主要功用是： 构成菌体成分 作为酶活性基

16、的组成部分或维持酶的活性 调节渗透压、pH值、氧化还原电位等 作为自养菌的能源。,无机元素包括主要元素(又称大量元素)和微量元素两类，这是依据微生物对它们需要量的大小划分的。 主要元素有P、S、Mg、K、Ca等； 微量元素有Fe、Cu、Mn、Zn、Mo、Co、B等。 当盐浓度太高时，对微生物生长有抑制作用，而在较低浓度时却能刺激生长。 一般在复合培养基中由于加入许多动植物原料等都含有微量元素。,4.3.5 生长因子,前体,产物促进剂和抑制剂,1)生长因子,微生物生长不可缺少的微量有机物,如氨基酸,嘌呤,嘧啶,维生素等,培养基的有机氮源中含有丰富的生长因子, 一般不需要另外单独添加,如玉米浆,2)前体,微生物生物合成过程中直接接入到产物分子中去而没有发生结构变化的一类物质, 能较大提高产物产量,3)抑制剂与产物促进剂,促进剂:微生物生长所非必需的, 且非前体,但能提高产量的添加剂,抑制剂: 加入培养基后能抑制产品生成的物质,如基因表达的负向调控中与阻遏蛋白结合的小分