微生物生理部分課件

1、微生物生理部分第三章微生物的營養(yǎng)第四章微生物的代謝和發(fā)酵 第五章微生物的生長與環(huán)境條件 第三章微生物的營養(yǎng)第一節(jié) 微生物的六種營養(yǎng)要素一、微生物細(xì)胞的化學(xué)組成二、微生物的營養(yǎng)物質(zhì)及其功能第二節(jié) 微生物的營養(yǎng)類型*第三節(jié)營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的方式（復(fù)習(xí)為主）第四節(jié) 培養(yǎng)基* 一、選用和設(shè)計(jì)培養(yǎng)基的原則和方法二、培養(yǎng)基的種類概述營養(yǎng)是微生物生長的先決條件。營養(yǎng)為一切生命活動提供了必需的物質(zhì)基礎(chǔ)，它是一切生命活動的起點(diǎn)。有了營養(yǎng)，才可以進(jìn)一步進(jìn)行代謝、生長和繁殖，并可能為人們提供種種有益的代謝產(chǎn)物。熟悉微生物的營養(yǎng)知識，是研究和利用微生物的必要基礎(chǔ)，有了營養(yǎng)理論，就能更自覺和有目的的選用或設(shè)計(jì)符合微生物

2、生理要求或有利于生產(chǎn)實(shí)踐應(yīng)用的培養(yǎng)基。食用菌基本概念營養(yǎng)是指生物體從外部環(huán)境攝取其生命活動所必需的能量和物質(zhì)，以滿足其生長和繁殖需要的一種生理功能。營養(yǎng)物則指具有營養(yǎng)功能的物質(zhì)。 第一節(jié)微生物的六種營養(yǎng)要素一、微生物細(xì)胞的化學(xué)組成C、H、O、N、P、S二、微生物的營養(yǎng)物質(zhì)及其功能碳源氮源能源生長因子無機(jī)鹽水一、微生物細(xì)胞的化學(xué)組成類同于其他生物細(xì)胞（參考p99）化學(xué)物質(zhì)：水分；蛋白質(zhì)；核酸；糖類；脂類等化學(xué)元素：C、H、O、N約占細(xì)胞干重的90-97%；約占細(xì)胞干重的3-10%的礦質(zhì)元素，主要是K、Mg、S、Ca、Na等；其他為一些微量元素二、微生物的營養(yǎng)物質(zhì)及其功能碳源（碳素營養(yǎng)）氮源（氮素

3、營養(yǎng)） 能源生長因子（生長因素） 無機(jī)鹽（礦物營養(yǎng)）水碳源（碳素營養(yǎng)）概念：凡構(gòu)成微生物生物細(xì)胞和代謝產(chǎn)物中碳架來源的營養(yǎng)物碳源的分類：（自養(yǎng)微生物、異養(yǎng)微生物）作用：碳架結(jié)構(gòu)；提供能量實(shí)驗(yàn)中常見碳源：葡萄糖等糖類物質(zhì)；牛肉膏、蛋白胨等天然成分氮源（氮素營養(yǎng)）概念：來源：分類：（氨基酸自養(yǎng)型、氨基酸異養(yǎng)性）作用：細(xì)胞成分；一般不提供能源實(shí)驗(yàn)中常見氮源:(NH4)2SO4；牛肉膏、蛋白胨、尿素等天然成分能源概念：提供最初能量來源的營養(yǎng)物或輻射能分類：光能、化能（有機(jī)物；無機(jī)物）水功能：溶劑（維持細(xì)胞膠體狀態(tài)）；調(diào)節(jié)細(xì)胞溫度；作為營養(yǎng)物質(zhì)。少數(shù)微生物能利用水中的氫作為還原CO2時(shí)的還原劑。生長因子

4、微生物量少，但可以促進(jìn)生長的有機(jī)化合物的總稱。功能：（參閱p104）無機(jī)鹽主要元素和微量元素之分功能：主要元素構(gòu)成細(xì)胞成分、與細(xì)胞透性有關(guān)；微量元素輔酶或酶的輔基生長因子的功能酵母膏成分無機(jī)鹽作用第二節(jié)微生物的營養(yǎng)類型*根據(jù)微生物利用的能源和消耗的碳源不同，將微生物大體上分為四種營養(yǎng)類型：光能自養(yǎng)微生物光能異養(yǎng)微生物化能自養(yǎng)微生物化能異養(yǎng)微生物序號分類標(biāo)準(zhǔn)營養(yǎng)類型1以能源分光能營養(yǎng)型(photoproth)化能營養(yǎng)型(chemotroph2以氫供體分無機(jī)營養(yǎng)型(lithotroph)有機(jī)營養(yǎng)型(organotroph)3以碳源分自養(yǎng)型(autotroPh)異養(yǎng)型(heterotroph)4以合

5、成氨基酸自養(yǎng)型氨基酸能力分氨基酸異養(yǎng)型5以生長因子分原養(yǎng)型或野生型營養(yǎng)缺陷型6以取食方式分滲透營養(yǎng)型(osmotroph)吞噬營養(yǎng)型7以獲得有機(jī)物分腐生(saprophytism)寄生(parasitism)光能自養(yǎng)微生物亦光能無機(jī)營養(yǎng)型這類微生物是利用光作為能源，利用CO2作為碳源 產(chǎn)氧光合作用CO2+H20光能/蘭細(xì)菌CH20+O2不產(chǎn)氧光合作用C02+2H2S光能/綠硫菌CH20+2S+H20 光能異養(yǎng)微生物亦光能有機(jī)營養(yǎng)型這類微生物是利用光作為能源，利用簡單有機(jī)物作為供氫體紅螺細(xì)菌利用異丙醇作為供氫體進(jìn)行光合作用并積累丙酮 CH32CHOH+CO2色素2CH3COCH3+CH2O+H2

6、OCH3化能自養(yǎng)微生物這類微生物具有氧化一定的無機(jī)物的能力，例如NH4，N02，H2S，F(xiàn)eCO3等。利用氧化無機(jī)物時(shí)產(chǎn)生的能量把CO2合成有機(jī)碳水化合物。這類細(xì)菌有硝化細(xì)菌、氧化硫、硫桿菌、氧化鐵鐵桿菌等 2NH3+2O2亞硝酸細(xì)菌2HNO2+4H+能量CO2+4H+CH2O+H2O2FeCO3+3H2O+1/2O2鐵細(xì)菌2Fe(OH)2+2CO2+能量 CO2+H2OCH2O+O2化能異養(yǎng)微生物有機(jī)化合物既是它們的碳源也是能源。它們只能利用淀粉、糖、纖維素、有機(jī)酸、蛋白質(zhì)等有機(jī)化合物作為碳素營養(yǎng)。能量也來自這些有機(jī)化合物的氧化所產(chǎn)生的化學(xué)能。這類微生物的種類和數(shù)量都很多，包括大多數(shù)的細(xì)菌、

7、放線菌、幾乎全部的酵母菌和霉菌營養(yǎng)類型能源氫的供體基本碳源微生物舉例光能無機(jī)營養(yǎng)(光能自養(yǎng)型)光無機(jī)物二氧化碳藍(lán)細(xì)菌綠硫菌藻類光能有機(jī)營養(yǎng)(光能異養(yǎng)型)光有機(jī)物二氧化碳紫色非有機(jī)物硫細(xì)菌化能無機(jī)營養(yǎng)(化能自養(yǎng)型) 無機(jī)物無機(jī)物二氧化碳硝化菌氫細(xì)菌化能有機(jī)營養(yǎng)(化能異養(yǎng)型) 有機(jī)物有機(jī)物有機(jī)物大多數(shù)第三節(jié)營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的方式一、吞噬作用二、滲透吸收作用*1.單純擴(kuò)散2.促進(jìn)擴(kuò)散3.主動運(yùn)送4.基團(tuán)移位1.單純擴(kuò)散單純擴(kuò)散又稱被動運(yùn)送。是一種物理擴(kuò)散方式，非特異性的由高濃度向低濃度擴(kuò)散?？梢酝ㄟ^的物質(zhì)不多，如水分子、氧分子、乙醇和某些氨基酸分子。 2.促進(jìn)擴(kuò)散這種運(yùn)送方式必須借助于膜上底物特異性

8、載體蛋白（滲透酶）的參與。這種載體蛋白運(yùn)送溶質(zhì)是由于其構(gòu)象的改變；該過程不需要能量；也只能把環(huán)境中濃度較高的分子加速擴(kuò)散到細(xì)胞內(nèi)。運(yùn)送的物質(zhì)有磷酸、鈣離子、鈉離子、葡萄糖等，是真核生物的一種普遍的運(yùn)輸機(jī)制。3.主動運(yùn)送主動運(yùn)送是微生物吸收營養(yǎng)的主要機(jī)制。它的特異性載體蛋白在運(yùn)送溶質(zhì)的過程中，需要消耗能量；可逆梯度濃度進(jìn)行運(yùn)送。由主動運(yùn)輸?shù)臓I養(yǎng)物主要有無機(jī)離子、有機(jī)離子和一些糖類（例如大腸桿菌的乳糖運(yùn)輸）。 4.基團(tuán)移位基團(tuán)移位既需特異性載體蛋白又要耗能，而且溶質(zhì)在運(yùn)送前后會發(fā)生分子結(jié)構(gòu)改變的運(yùn)送方式。基因移位主要用于運(yùn)送葡萄糖、果糖、甘露糖、核昔酸、丁酸和腺嘌呤等物質(zhì)。以葡萄糖為例、每輸入一個(gè)

9、葡萄糖分子，就需要消耗一個(gè)ATP的能量。 四種運(yùn)輸方式的比較p109第四節(jié)培養(yǎng)基*（參閱p111）一、選用和設(shè)計(jì)培養(yǎng)基的原則和方法 1.四個(gè)原則 2.四種方法二、培養(yǎng)基的種類 1.按對培養(yǎng)基成分的了解來分 2.按培養(yǎng)基外觀的物理狀態(tài)來分 3.培養(yǎng)基的功能來分 培養(yǎng)基(medium) 人們?yōu)榱诉M(jìn)行科學(xué)研究、生產(chǎn)微生物制品以及出于其他目的，經(jīng)常要把所需要的微生物在人為提供的生長條件下進(jìn)行培養(yǎng)。于是根據(jù)微生物的類型以及所需營養(yǎng)的不同，為它們配制了各種食物套餐，也就是培養(yǎng)基。一、選用和設(shè)計(jì)培養(yǎng)基1.四個(gè)原則2.四種方法1.幾個(gè)原則根據(jù)不同微生物類型，配制不同的培養(yǎng)基根據(jù)培養(yǎng)微生物目的的不同，在配方上應(yīng)

10、做相應(yīng)的調(diào)整要注意各營養(yǎng)物質(zhì)的濃度和配比例如谷氨酸發(fā)酵 調(diào)節(jié)適宜的酸堿度據(jù)不同微生物類型，配制培養(yǎng)基1.分類系統(tǒng)的不同細(xì)菌、放線菌、霉菌、酵母菌2.微生物營養(yǎng)類型不同自養(yǎng)、異養(yǎng)據(jù)培養(yǎng)微生物目的不同，適當(dāng)調(diào)整配方1.實(shí)驗(yàn)室普通培養(yǎng)用2.實(shí)驗(yàn)室分析培養(yǎng)用生理、代謝、遺傳3.生產(chǎn)用培養(yǎng)基是否種子培養(yǎng)基？產(chǎn)物成分例如生產(chǎn)氨基酸類含氮量高的代謝產(chǎn)物時(shí)，氮源的比例就應(yīng)高些 注意各營養(yǎng)物質(zhì)的濃度和配比碳氮比(C/N)碳源與氮源的相對比例例如谷氨酸發(fā)酵 CN比為4l時(shí)則大量繁殖菌體，若為3l時(shí)則積累大量的谷氨酸。水自來水、蒸餾水、去離子水調(diào)節(jié)適宜的理化因素1.調(diào)節(jié)適宜的酸堿度(pH)*pH的內(nèi)源調(diào)節(jié)利用磷酸緩

11、沖液系統(tǒng)利用碳酸鈣緩沖作用2.滲透壓、水活度(aw)等滲溶液、高滲溶液、低滲溶液水活度微生物可以利用的自由水含量(aw)=溶液蒸汽壓/純水蒸氣壓3.氧化還原電勢微生物的aw食品的aw2.四種方法設(shè)計(jì)培養(yǎng)基的方法首先模擬自然條件其次查閱相關(guān)文獻(xiàn)第三要科學(xué)設(shè)計(jì)在此基礎(chǔ)上實(shí)驗(yàn)調(diào)整模擬自然條件原理微生物可以生長繁殖的地方，此處一定具有該微生物生長的條件。細(xì)菌的肉湯培養(yǎng)基放線菌的土壤培養(yǎng)基霉菌酵母菌查閱相關(guān)文獻(xiàn)1.原始菌株文獻(xiàn)2.原始方法文獻(xiàn)3.近期研究文獻(xiàn)科學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)用培養(yǎng)基設(shè)計(jì)原則試驗(yàn)調(diào)整生長譜試驗(yàn)二、培養(yǎng)基的種類 1.按對培養(yǎng)基成分的了解來分 2.按培養(yǎng)基外觀的物理狀態(tài)來分 3.培養(yǎng)基的功能來分1.

12、按對培養(yǎng)基成分的了解來分天然培養(yǎng)基 采用化學(xué)成分還不清楚或化學(xué)成分很不恒定的天然有機(jī)物為原料制成的培養(yǎng)基。天然有機(jī)物是動、植物組織等，如牛肉膏、蛋白陳、酵母膏等。 合成培養(yǎng)基 是用化學(xué)成分完全了解的物質(zhì)配制而成的。如高氏一號合成培養(yǎng)基。半合成培養(yǎng)基 2.按培養(yǎng)基外觀的物理狀態(tài)來分依據(jù)是否加入凝固劑或加人凝固劑的多少分為：固體培養(yǎng)基半固體培養(yǎng)基液體培養(yǎng)基常用的凝固劑是瓊脂，凝固劑不能被微生物利用作為營養(yǎng)物質(zhì)，僅起一種支持培養(yǎng)基的作用。SIM3.培養(yǎng)基的功能來分根據(jù)使用目的，又可將培養(yǎng)基分為：加富培養(yǎng)基鑒別培養(yǎng)基選擇培養(yǎng)基 選擇培養(yǎng)基在培養(yǎng)基中加入某種化學(xué)物質(zhì)或殺菌劑以抑制不需要的菌種生長，而促進(jìn)某種目的菌的生長。加以纖維素為惟一碳源的選擇培養(yǎng)基可以分離到分解纖維素生物。分離放線菌可在培養(yǎng)基中加入l0的酚液數(shù)滴，可抑制細(xì)菌和霉菌。分離酵母霉菌可在培養(yǎng)基中加入抗菌素如青霉素、鏈霉素以抑制細(xì)菌的生長。分離G-細(xì)菌加入膽鹽，抑制G+細(xì)菌生長鑒別培養(yǎng)基用來區(qū)別不同微生物種類的培養(yǎng)基稱為鑒別培養(yǎng)基鑒別培養(yǎng)基也被用來作分離某種微之用如區(qū)別大腸桿菌和產(chǎn)氣桿菌可采用伊紅 甲基藍(lán)培養(yǎng)基(EMB)。在這個(gè)培養(yǎng)基腸桿菌菌落呈黑色帶金屬光澤，產(chǎn)氣桿菌菌落較大，呈棕色。 EMB加富培養(yǎng)基在培養(yǎng)基中加入額外的營養(yǎng)物質(zhì)以使要的微生物大量增殖如分離石蠟發(fā)酵的酵母菌采用的加富培養(yǎng)基 石蠟 20g