食品微生物-第五章-微生物的营养与培养基

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1、第五章 微生物的营养与培养基,食品科学与工程学院 杨保伟,知识回顾,1.病毒：一种比较原始的、有生命特征的、能自我复制和活细胞内寄生的非细胞生物。在寄主内表现生命特性，在寄主外表现大分子特性。,2.特点 无细胞结构，专性活细胞内寄生； 没有酶或酶系统极不完全，不能进行代谢活动； 个体极小，能通过细菌滤器； 对抗生素不敏感，对干扰素敏感； 不耐热，5560即可被杀死。,知识回顾,3.病毒大小及测定方法 大小：nm 测定方法：超滤法、电镜法、超速离心沉降法和电泳法,4. 病毒的形态 球形颗粒、杆形颗粒和复合型颗粒,5.病毒的化学组成 核酸+蛋白质,知识回顾,6.病毒的对称体制 螺旋对称、二十面体对

2、称和复合对称,7.病毒的群体形态 包涵体、噬菌斑、空斑与病斑、枯斑,8.病毒的种类 动物病毒（脊椎动物病毒昆虫病毒）、植物病毒和微生物病毒,知识回顾,9. 病毒（噬菌体）的增殖 一般可分五个阶段，即 吸附、侵入、增殖、成熟/装配、裂解/释放,10.噬菌体与实践,基本内容： 微生物生长所需的营养物质，微生物的营养类型，微生物吸收营养物质的方式，培养基的配制及类型。,第五章 微生物的营养与培养基,重点和难点： 微生物的营养类型，吸收营养物质的方式，培养基的类型。,营养物质:能够满足肌体生长、繁殖和完成各种生理活动所需要的物质。 营养:微生物获得和利用营养物质的过程。,第五章 微生物的营养与培养基,

3、营养物质是微生物生存的物质基础，而营养是微生物维持和延续其生命形式的一种生理过程。,第一节 微生物的营养物质 第二节 微生物的营养类型 第三节 营养物质进入细胞的方式 第四节 培养基的类型及制备,第五章 微生物的营养与培养基,第一节 微生物的营养物质,一、微生物细胞的化学组成 微生物细胞的化学元素组成与高等生物相同，包括碳、氢、氧、氮和各种矿质元素。,1.水分 水是微生物及一切生物细胞中含量最多的成分。微生物细胞的含水量随种类和生长期而异。通常情况下，细菌含水量为细胞鲜重的75%85%，酵母菌为70%85%，丝状真菌为85%90%，细菌芽孢和霉菌孢子的含水量约为40%。,第一节 微生物的营养物

4、质一、微生物细胞的化学组成,2.干物质的元素组成 微生物细胞干物质主要组成元素为碳、氢、氧、氮，约占细胞干重的90%97%，其余3%10%为磷、钾等矿质元素。,主要组成元素中，碳、氢含量比较稳定，约分别占细胞干物质重量的50%和7%。氮含量变化较大，单细胞微生物的含氮量高于丝状真菌，C/N小于丝状真菌。,矿质元素约占细胞干重的3%10%，其中磷含量最高，约占灰分元素的50%，其次为钾，约占灰分总量的20%，其余元素含量较少。,第一节 微生物的营养物质一、微生物细胞的化学组成,3.微生物细胞物质组成 结构物质：细胞壁、细胞膜、细胞核、细胞质和细胞器的组成分，包括蛋白质、多糖、核酸和类脂等。 贮藏

5、物质：主要为多糖和脂类，如淀粉、糖原、脂肪和多聚-羟基丁酸等。 代谢底物和产物：包括存在于细胞内的糖、氨基酸、核苷酸、有机酸和维生素等低分子量化合物。,第一节 微生物的营养物质一、微生物细胞的化学组成,第一节 微生物的营养物质,六要素：碳源、氮源、能源、生长因子、 无机盐和水,二、微生物的营养要素 按照营养物质在肌体中生理作用的不同，可分成六大类。,第一节 微生物的营养物质,1.碳源（carbon source) 凡能提供微生物营养所需碳元素(碳架)的营养物质称为碳源。,碳源谱,第一节 微生物的营养物质,对于为数众多的化能异养微生物来讲，碳源也是兼有能源功能的营养物。,目前在微生物工业发酵中所

6、利用的碳源物质主要是单糖、淀粉、麸皮、米糠等。,微生物可利用的碳源主要有糖类、有机酸、醇、脂类、烃、CO2及碳酸盐等。,碳素的功能：组成有机分子的C架,第一节 微生物的营养物质,第一节 微生物的营养物质,2.氮源(nitrogen source) 凡能提供微生物生长繁殖所需氮素的营养物质，称为氮源。,氮源谱,第一节 微生物的营养物质,按氮源种类微生物可被分为： 氨基酸自养型微生物：能利用尿素、铵 盐、硝酸盐甚至氮气作为氮源的微生物 氨基酸异养微型生物：能利用氨基酸、肽、蛋白质、几丁质等作为氮源的微生物,常用的蛋白质类氮源：蛋白胨、鱼粉、蚕蛹、黄豆饼粉、玉米浆/粉、花生粉、牛肉浸膏、酵母浸膏等，

7、为迟效氮，用于产生代谢产物。,第一节 微生物的营养物质,工业生产中，要根据不同的目的加入不同的氮源，而且要调节速效氮与迟效氮的配比。,尿素、氨基酸、肽等为速效氮，主要用于菌体生长；,第一节 微生物的营养物质,3.能源 为微生物生命活动提供最初能量来源的营养物质和辐射能称为能源。,能源谱,化能自养微生物的能源都是一些还原态无机物质。如NH3、NH4+、NO3-、S、H2S、H2和Fe2+等。能利用这些物质的微生物均为细菌，如硝酸细菌、亚硝酸细菌、硫细菌、氢细菌和铁细菌等。,第一节 微生物的营养物质,4.生长因子(growth factor) 微生物生长所必需且需要量很小，但微生物自身不能合成或合

8、成量不足以满足机体生长需要的有机化合物。 生长因子也称为生长素，主要包括维生素、氨基酸和碱基(嘧啶和嘌呤)。生长因子不提供能量，也不参与细胞结构组成，它们大多为酶的组成分，与微生物代谢有着密切关系。,第一节 微生物的营养物质,按微生物与生长因子间的关系将微生物分为3种类型： 一是生长因子自养型微生物：能自身合成各种生长素，不需外界供给。通常把这种不需生长素而能在基础培养基上生长的菌株称为野生型或原养型菌株。多数真菌、放线菌和部分细菌属于这种类型。,第一节 微生物的营养物质,二是生长因子异养型微生物：自身缺乏合成一种或多种生长素的能力，需外源提供所需生长素才能生长。 通常将由于自发或诱发突变等原

9、因从野生型菌株产生的需要特定生长素才能生长的菌株称为营养缺陷型菌。乳酸菌、各种动物病原菌和支原体等属于生长因子异养型微生物；,三是生长因子过量合成微生物：它们在代谢活动中向细胞外分泌大量的维生素等生长因子，可用于维生素的生产。如阿舒假囊酵母的维生素B2产量可达2.5g/L发酵液。,第一节 微生物的营养物质,其主要功能： 构成微生物的细胞结构； 酶活性基的组成分和酶的激活剂； 调节细胞渗透压、pH值和氧化还原电位； 化能自养菌的能源(S、Fe2+等)。,5.矿质元素/无机盐（mineral salts) 是微生物生命活动不可缺少的物质。微生物细胞中的矿质元素约占细胞干重的3%10%。,第一节 微

10、生物的营养物质,根据微生物对矿质元素需要量的大小将其分为: 需要浓度在10-310-4mo1/L范围内的元素称为大量元素，包括P、S、K、Na、Ca、Mg、Fe； 需要浓度为10-610-8mo1/L范围内的元素，称为微量元素，包括Cu、Zn、Mn、Mo、Co、B等10种。,第一节 微生物的营养物质,6.水 生理功能主要有：,溶剂与运输介质；,参与细胞内一系列化学反应；,维持蛋白质、核酸等生物大分子稳定的天然构象；,热的良好导体；,通过水合作用与脱水作用控制由多亚基组成的结构,第二节 微生物的营养类型,微生物的营养类型比高等生物复杂。 按不同分类方法可将微生物分成不同类型。,按能源分,按碳源分

11、,第二节 微生物的营养类型,光能无机自养型(photolithoautotrphy),光能有机异养型(photoorganoheterotrphy),化能无机自养型(chemolithoautotrphy),化能有机异养型(chemoorganoheterotrophy),根据碳源、能源及电子供体性质的不同，可将微生物分为以下4种营养类型：,第二节 微生物的营养类型,1.光能无机营养型（光能自养型） 能以CO2为唯一或主要碳源； 通过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还原为细胞物质。,第二节 微生物的营养类型,例如： 藻类及蓝细菌等和植物

12、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。 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。,1.光能无机营养型（光能自养型）,第二节 微生物的营养类型,2光能有机营养型（光能异养型） 不能以CO2为主要或唯一碳源； 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。,第二节 微生物的营养类型,3化能无机营养型（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

13、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。,第二节 微生物的营养类型,有机物通常既是碳源也是能源,大多数细菌、真菌、原生动物和所有致病微生物都是化能有机异养型微生物；,4化能有机营养型（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。,微生物营养类型,第二节 微生物的营养类型,第二节 微生物的营养类型,不同营养类型之间的界限并非绝对。 异养型微生物并非绝

14、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； 有些微生物的营养类型也会随生长条件的改变发生改变；,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,第三节 营养物质进入细胞的方式,微生物从外界摄取营养物质的方式随微生物类群和营养物质种类而异，可归纳为吞食和渗透吸收两种类

15、型。 多数原生动物能直接以细胞质膜包围并吞食营养物。 绝大多数微生物以渗透方式吸收营养物质。,第三节 营养物质进入细胞的方式,营养物质能否进入细胞取决于三个方面的因素：,营养物质本身的性质（相对分子量、质量、溶解性、电负性等;,微生物所处的环境（温度、pH等）；,微生物细胞的透过屏障（原生质膜、细胞壁、荚膜等）。,第三节 营养物质进入细胞的方式,根据物质运输过程的特点，可将运输方式分为:,自由扩散,促进扩散,主动运输,基团转移,第三节 营养物质进入细胞的方式,1自由扩散（单纯扩散） 营养物质通过原生质膜上的小孔，由高浓度的胞外环境向低浓度的胞内进行扩散。,特点： 营养物顺浓度梯度进行运送，即由

16、高浓度向低浓度运送； 不需要能量； 不需要载体； 对营养物无选择性。,第三节 营养物质进入细胞的方式,第三节 营养物质进入细胞的方式,水是可以通过自由扩散通过原生质膜的分子。 脂肪酸、乙醇、甘油、一些气体（O2、CO2）及某些氨基酸在一定程度上也可通过自由扩散进出细胞。,第三节 营养物质进入细胞的方式,2促进扩散 营养物质通过与细胞质膜上透过酶(Permease,或称载体蛋白)的可逆性结合从高浓度环境进入低浓度环境的传递过程。,第三节 营养物质进入细胞的方式,特点： 营养物顺浓度梯度运送，不需要能量； 需要载体参与； 特异性。即一定的透过酶只能与一定的养料离子或结构相近的分子结合； 当膜外营养物质浓度过高时，由于透过酶数量有限而表现出饱和效应。,通过促进扩散进入细胞的营养物质主要有氨基酸、单糖、维生素及无机盐等。 一般微生物通过专一的载体蛋白运输相应的物质，但也有微生物对同一物质的运输由一种以上的载体蛋白来完成。,第三节 营养物质进入细胞的方式,第三节 营养物质进入细胞的方式,