微生物的營(yíng)養(yǎng)和培養(yǎng)基

營(yíng)養(yǎng)(nutrition)：指生物體從外部環(huán)境攝取生命活動(dòng)所必需的能量和物質(zhì)，以滿足其生長(zhǎng)和繁殖需要的一種生理功能?，F(xiàn)在是1頁(yè)\一共有48頁(yè)\編輯于星期三微生物細(xì)胞的化學(xué)組成微生物細(xì)胞的化學(xué)成分以有機(jī)物和無(wú)機(jī)物兩種狀態(tài)存在。有機(jī)物包含各種大分子，它們是蛋白質(zhì)、核酸、類(lèi)脂和糖類(lèi)，占細(xì)胞干重的99%。無(wú)機(jī)成分包括小分子無(wú)機(jī)物和各種離子，占細(xì)胞干重的1%?，F(xiàn)在是2頁(yè)\一共有48頁(yè)\編輯于星期三微生物細(xì)胞的元素構(gòu)成

由C、H、O、N、P、S、K、Na、Mg、Ca、Fe、Mn、Cu、Co、Zn、Mo等組成?，F(xiàn)在是3頁(yè)\一共有48頁(yè)\編輯于星期三微生物細(xì)胞的化學(xué)元素與其營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)微生物生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)應(yīng)該包含有組成細(xì)胞的各種化學(xué)元素，即構(gòu)成細(xì)胞物質(zhì)的碳素來(lái)源的碳源物質(zhì)，構(gòu)成細(xì)胞物質(zhì)的氮素來(lái)源的氮源物質(zhì)和一些含有K、Na、Mg、Ca、Fe、Mn、Cu、Co、Zn、Mo元素的無(wú)機(jī)鹽?，F(xiàn)在是4頁(yè)\一共有48頁(yè)\編輯于星期三微生物的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及其生理功能微生物生長(zhǎng)所需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)主要是以的有機(jī)物和無(wú)機(jī)物的形式提供的，小部分由氣體物質(zhì)供給。微生物的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)按其在機(jī)體中的生理作用可區(qū)分為：碳源、氮源、能源、生長(zhǎng)因子、無(wú)機(jī)鹽和水六大類(lèi)?，F(xiàn)在是5頁(yè)\一共有48頁(yè)\編輯于星期三第一節(jié)微生物的六種營(yíng)養(yǎng)要素1、碳源(carbonsource)2、氮源(nitrogensource)3、能源(energysource)4、生長(zhǎng)因子(growthfactor)5、無(wú)機(jī)鹽(mineralsalts)6、水(water)現(xiàn)在是6頁(yè)\一共有48頁(yè)\編輯于星期三1、碳源(carbonsource)凡是可以做為微生物細(xì)胞結(jié)構(gòu)或代謝產(chǎn)物中碳架來(lái)源的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。有機(jī)碳源C·H·O·N·XC·H·O·NC·H·OC·H無(wú)機(jī)碳源C(?)CO2C·O·X碳源物質(zhì)通過(guò)機(jī)體一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng),最終用于構(gòu)成細(xì)胞物質(zhì)或?yàn)闄C(jī)體提供能量

既是碳源又是能源CO2是被徹底氧化的物質(zhì),CO2轉(zhuǎn)化成有機(jī)細(xì)胞成分是一個(gè)還原過(guò)程,需要消耗大量能量

是碳源而非能源現(xiàn)在是7頁(yè)\一共有48頁(yè)\編輯于星期三2、氮源(nitrogensource)凡是構(gòu)成微生物細(xì)胞物質(zhì)或代謝產(chǎn)物中氮元素來(lái)源的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)；氮源一般只提供合成細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞中其它結(jié)構(gòu)的原料，不做能源。N·C·H·O·XN·C·H·ON·HN·ON

氨基酸異養(yǎng)生物（動(dòng)物、大量異養(yǎng)微生物）

氨基酸自養(yǎng)生物（綠色植物、許多微生物）有機(jī)氮無(wú)機(jī)氮現(xiàn)在是8頁(yè)\一共有48頁(yè)\編輯于星期三3、能源(energysource)提供微生物最初能量來(lái)源的營(yíng)養(yǎng)物或輻射能。能源譜化學(xué)物質(zhì)輻射能：光能自養(yǎng)和光能異養(yǎng)微生物的能源有機(jī)物：化能異養(yǎng)型微生物的能源(與碳源相同)無(wú)機(jī)物：化能自養(yǎng)型微生物的能源(不同于碳源)現(xiàn)在是9頁(yè)\一共有48頁(yè)\編輯于星期三4、生長(zhǎng)因子(growthfactor)調(diào)節(jié)微生物正常代謝所必需，但不能用簡(jiǎn)單的碳、氮源自行合成的有機(jī)物；廣義的生長(zhǎng)因子有維生素、堿基、卟啉、甾醇、胺類(lèi)、C4~C6脂肪酸。維生素：①機(jī)體不能合成，必須經(jīng)常從食物中獲得；②生物對(duì)它的需要量較低；③它是必不可少的代謝調(diào)節(jié)物質(zhì)；④不同生物所需要的維生素各類(lèi)各不相同?，F(xiàn)在是10頁(yè)\一共有48頁(yè)\編輯于星期三5、無(wú)機(jī)鹽(mineralsalts)生長(zhǎng)所需濃度在10-3~10-4mol/l范圍內(nèi)，稱(chēng)大量元素。（P、S、K、Mg、Ca、Fe）生長(zhǎng)所需濃度在10-6~10-8mol/l范圍內(nèi)，稱(chēng)微量元素（Cu、Zn、Mn、Mo、Co、Ni、Sn、Se）功能：①構(gòu)成細(xì)胞組分；(P、S)②作為酶的組分；(P、S、Mg、Fe、Cu)③維持酶的活性；(K、Mg、Ca、Mn)④調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓(Ca、Na)⑤作為某些自養(yǎng)菌的能源(S、Fe)現(xiàn)在是11頁(yè)\一共有48頁(yè)\編輯于星期三6、水(water)作用：①直接參與一些反應(yīng)；②作為機(jī)體內(nèi)一系列生理生化反應(yīng)的介質(zhì)；③營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收、代謝產(chǎn)物的排泄都需要通過(guò)水；④有效地吸收代謝釋放的熱量現(xiàn)在是12頁(yè)\一共有48頁(yè)\編輯于星期三結(jié)合水：與溶質(zhì)或其他分子結(jié)合在一起(難以利用)游離水：可以被微生物利用水

aw：在相同溫度、壓力下，體系中溶液的水的蒸汽壓與純水蒸汽壓之比?，F(xiàn)在是13頁(yè)\一共有48頁(yè)\編輯于星期三幾類(lèi)微生物生長(zhǎng)最適w微生物w一般細(xì)菌0.91酵母菌0.88霉菌0.80嗜鹽細(xì)菌0.76嗜鹽真菌0.65嗜高滲酵母0.60現(xiàn)在是14頁(yè)\一共有48頁(yè)\編輯于星期三第二節(jié)微生物的營(yíng)養(yǎng)類(lèi)型1.1生物界兩種典型的營(yíng)養(yǎng)類(lèi)型：

自養(yǎng)型（Autotroph）代表:高等植物依靠無(wú)機(jī)養(yǎng)分（CO2、H2O、無(wú)機(jī)鹽）合成有機(jī)物，供自身生長(zhǎng)發(fā)育；能源：光能。

異養(yǎng)型（Heterotroph）代表:高等動(dòng)物攝取現(xiàn)成的有機(jī)物滿足生長(zhǎng)發(fā)育的需求；能源：有機(jī)物氧化。一、分類(lèi)現(xiàn)在是15頁(yè)\一共有48頁(yè)\編輯于星期三能源光化合物CO2——光能自養(yǎng)型有機(jī)碳化物——光能異養(yǎng)型CO2、CO32-——化能自養(yǎng)型有機(jī)碳化物——化能異養(yǎng)型1.2中間類(lèi)型現(xiàn)在是16頁(yè)\一共有48頁(yè)\編輯于星期三二、簡(jiǎn)介2.1光能自養(yǎng)型（PhotolithoautotrophPLA）碳源：CO2能源：光代表：高等植物藻類(lèi)光合細(xì)菌CO2+H2S光細(xì)菌葉綠素[CH2O]+2S+H2O光葉綠素CO2+H2O[CH2O]+O2現(xiàn)在是17頁(yè)\一共有48頁(yè)\編輯于星期三2.2光能異養(yǎng)型(PhotoorganoheterotrophPOH)碳源：CO2、簡(jiǎn)單有機(jī)物能源：光代表：紅螺菌科的細(xì)菌(H3C-)2CHOH+CO22CH3COCH3+[CH2O]+H2O光能光合色素現(xiàn)在是18頁(yè)\一共有48頁(yè)\編輯于星期三2.3化能自養(yǎng)型（ChemolithoautotrophCLA）碳源：CO2、碳酸鹽能源：無(wú)機(jī)物氧化產(chǎn)生化學(xué)能代表：細(xì)菌（廣泛分布于土壤、水域中,用于自然界的物質(zhì)循環(huán)和轉(zhuǎn)化）氫細(xì)菌（H2）硫細(xì)菌（H2S）鐵細(xì)菌（Fe2+）硝化細(xì)菌（NO2-）

甲烷桿菌屬現(xiàn)在是19頁(yè)\一共有48頁(yè)\編輯于星期三2.4化能異養(yǎng)型(ChemoorganoheterotrophCOH)碳源：有機(jī)物能源：有機(jī)物氧化產(chǎn)生的化學(xué)能代表：動(dòng)物大多數(shù)微生物(大多數(shù)細(xì)菌和放線菌、全部真菌、原生動(dòng)物以及病毒。)現(xiàn)在是20頁(yè)\一共有48頁(yè)\編輯于星期三自養(yǎng)型與異養(yǎng)型沒(méi)有絕對(duì)界限。它們的主要區(qū)別在于：自養(yǎng)型微生物可利用CO2（碳酸鹽）作唯一或主要的碳源而且同化CO2（碳酸鹽）為細(xì)胞結(jié)構(gòu)物質(zhì)；異養(yǎng)型微生物可以固定CO2，但其主要的碳源來(lái)自有機(jī)物，不能在完全無(wú)機(jī)的環(huán)境中生長(zhǎng)，它們的合成反應(yīng)所需能量來(lái)自有機(jī)物的氧化或光能。現(xiàn)在是21頁(yè)\一共有48頁(yè)\編輯于星期三第三節(jié)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的方式現(xiàn)在是22頁(yè)\一共有48頁(yè)\編輯于星期三營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的四種方式：簡(jiǎn)單擴(kuò)散促進(jìn)擴(kuò)散主動(dòng)運(yùn)輸基團(tuán)移位現(xiàn)在是23頁(yè)\一共有48頁(yè)\編輯于星期三被動(dòng)擴(kuò)散（Passivediffusion）⑴簡(jiǎn)單擴(kuò)散(Simplediffusion)三步：①?gòu)乃嗟绞杷缘闹|(zhì)層；②通過(guò)脂質(zhì)層；③離開(kāi)脂質(zhì)層，進(jìn)入水相。水、某些氣體（如N2、CO2、O2）、脂溶性物質(zhì)（甘油、乙醇、苯）及少數(shù)氨基酸和鹽可能采取簡(jiǎn)單擴(kuò)散的方式通過(guò)細(xì)胞膜?，F(xiàn)在是24頁(yè)\一共有48頁(yè)\編輯于星期三⑵促進(jìn)擴(kuò)散(Facilitateddiffusion)現(xiàn)在是25頁(yè)\一共有48頁(yè)\編輯于星期三⑵促進(jìn)擴(kuò)散(Facilitateddiffusion)載體蛋白:對(duì)溶質(zhì)具有選擇性；溶質(zhì)和溶質(zhì)類(lèi)似物與載體蛋白的結(jié)合有競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用；運(yùn)輸速度受溶質(zhì)濃度、pH、及溫度等因素的影響。(滲透酶)主要在真核生物細(xì)胞中用于運(yùn)輸糖分,在原核生物中較少見(jiàn)。現(xiàn)在是26頁(yè)\一共有48頁(yè)\編輯于星期三主動(dòng)擴(kuò)散（Activediffusion）現(xiàn)在是27頁(yè)\一共有48頁(yè)\編輯于星期三主動(dòng)擴(kuò)散（Activediffusion）⑴主動(dòng)運(yùn)輸(Activetransport)單一通道單向載體蛋白同向通道同向載體蛋白逆向通道逆向載體蛋白現(xiàn)在是28頁(yè)\一共有48頁(yè)\編輯于星期三Activetransportisthetransportofsolutemoleculestohigherconcentrations,oragainstaconcentrationgradient,withtheuseofmetabolicenergyinput.Activetransport現(xiàn)在是29頁(yè)\一共有48頁(yè)\編輯于星期三⑵基團(tuán)移位(Grouptranslocation)被運(yùn)輸?shù)牡孜锓肿釉谀?nèi)經(jīng)受到了共價(jià)修飾，以被修飾的形式進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)的輸送機(jī)制。e.g大腸桿菌中基團(tuán)移位過(guò)程：磷酸丙酮酸鹽+HPr酶ⅠHPr-磷酸+丙酮酸鹽HPr-磷酸+糖酶Ⅱ糖-磷酸+

HPr單、雙糖及糖的衍生物、核苷和核苷酸的運(yùn)輸現(xiàn)在是30頁(yè)\一共有48頁(yè)\編輯于星期三GrouptranslocationPEP+sugar(outside)pyruvate+sugar-P(inside)現(xiàn)在是31頁(yè)\一共有48頁(yè)\編輯于星期三現(xiàn)在是32頁(yè)\一共有48頁(yè)\編輯于星期三項(xiàng)目單純擴(kuò)散促進(jìn)擴(kuò)散主動(dòng)運(yùn)輸基團(tuán)轉(zhuǎn)移特異載體蛋白

運(yùn)輸速度

養(yǎng)分運(yùn)輸方向

平衡時(shí)內(nèi)外濃度

運(yùn)輸分子

能量消耗

運(yùn)送前后養(yǎng)分分子

載體飽和效應(yīng)

養(yǎng)分類(lèi)似物

運(yùn)輸抑制劑運(yùn)輸對(duì)象舉例無(wú)

慢

由濃至稀

內(nèi)外相等

無(wú)特異性

不耗能

不變

無(wú)

無(wú)競(jìng)爭(zhēng)性

無(wú)

H2O,CO2,O2,甘油,乙醇,少數(shù)氨基酸,鹽類(lèi),代謝抑制劑有

快

由濃至稀

內(nèi)外相等

特異性

不耗能

不變

有

有競(jìng)爭(zhēng)性

有

SO42-,PO43-;糖(真核生物)

有

快

由稀至濃內(nèi)遠(yuǎn)高于外

特異性

耗能

不變

有

有競(jìng)爭(zhēng)性

有

氨基酸,乳糖等糖類(lèi),Na+,Ca2+等無(wú)機(jī)離子有

快

由稀至濃

內(nèi)遠(yuǎn)高于外特異性

耗能

改變

有

有競(jìng)爭(zhēng)性

有

葡萄糖，果糖，甘露糖，嘌呤，核苷脂肪酸等四種跨膜運(yùn)輸營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)方式的比較現(xiàn)在是33頁(yè)\一共有48頁(yè)\編輯于星期三第四節(jié)培養(yǎng)基培養(yǎng)基(medium,culturemedium)

人工配制的適合微生物生長(zhǎng)繁殖或積累代謝產(chǎn)物的營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)。廣義的說(shuō)，凡是支持微生物生長(zhǎng)和繁殖的介質(zhì)或材料均可作為微生物的培養(yǎng)基。現(xiàn)在是34頁(yè)\一共有48頁(yè)\編輯于星期三培養(yǎng)基配制原則:⑴目的明確⑵營(yíng)養(yǎng)物應(yīng)滿足微生物的需要⑶營(yíng)養(yǎng)物的濃度及配比應(yīng)恰當(dāng)⑷物理化學(xué)條件適宜（pH、滲透壓、氧化還原電勢(shì)）⑸經(jīng)濟(jì)節(jié)約現(xiàn)在是35頁(yè)\一共有48頁(yè)\編輯于星期三培養(yǎng)基配制方法:生態(tài)模擬參閱文獻(xiàn)精心設(shè)計(jì)試驗(yàn)比較現(xiàn)在是36頁(yè)\一共有48頁(yè)\編輯于星期三培養(yǎng)基的種類(lèi)

1、根據(jù)對(duì)培養(yǎng)基成分了解的程度天然培養(yǎng)基(naturalmedium)半合成培養(yǎng)基(semi-syntheticmedium)合成培養(yǎng)基(syntheticmedium)現(xiàn)在是37頁(yè)\一共有48頁(yè)\編輯于星期三馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養(yǎng)基（PDA）：馬鈴薯（去皮）200克

葡萄糖20克

瓊脂18～20克

pH值5.5～6.0制法：先將新鮮無(wú)病害的馬鈴薯洗凈，去皮后切成小薄片，稱(chēng)200克，加水1000毫升，煮沸20分鐘后過(guò)濾，其濾汁為馬鈴薯煮汁，然后加瓊脂和葡萄糖煮溶，后補(bǔ)足水分至1000毫升，裝管（瓶）滅菌備用。一般真菌的分離和培養(yǎng)都適合此培養(yǎng)基?，F(xiàn)在是38頁(yè)\一共有48頁(yè)\編輯于星期三2、根據(jù)培養(yǎng)基物理狀態(tài)液體培養(yǎng)基(liquidmedium)固體培養(yǎng)基(solidmedium)半固體培養(yǎng)基(semi-solidmedium)脫水培養(yǎng)基(dehydratedculturemedia)現(xiàn)在是39頁(yè)\一共有48頁(yè)\編輯于星期三瓊脂(Agar)：從石花菜、江蘺、紫菜等紅藻中提取的一種雜多糖，主要成分是聚半乳糖的硫酸酯；在40℃以下凝固，約96℃融化；培養(yǎng)基中加0.2%~0.5%瓊脂獲得半固體培養(yǎng)基；培養(yǎng)基中加1.2~2.0%瓊脂獲得固體培養(yǎng)基。現(xiàn)在是40頁(yè)\一共有48頁(yè)\編輯于星期三內(nèi)容瓊脂明膠常用濃度(%)1.5～25～12熔點(diǎn)(℃)9625凝固點(diǎn)(℃)4020pH微酸酸性灰分(%)1614～15氧化鈣(%)1.150氧化鎂(%)0.770氮(%)0.418.3微生物利用能力絕大多數(shù)微生物不能利用許多微生物能利用瓊脂與明膠主要特征比較現(xiàn)在是41頁(yè)\一共有48頁(yè)\編輯于星期三3、根據(jù)培養(yǎng)的目的種子培養(yǎng)基(seedmedium)發(fā)酵培養(yǎng)基(fermentationmedium)繁殖和保藏培養(yǎng)基(reproduciblemedium)現(xiàn)在是42頁(yè)\一共有48頁(yè)\編輯于星期三4、根據(jù)培養(yǎng)基的特殊用途基本培養(yǎng)基(minimalmedium,MM)選擇培養(yǎng)基(selectedmedium)鑒別培養(yǎng)基(differentialmedium)測(cè)定生理生化特性的培養(yǎng)基現(xiàn)在是43頁(yè)\一共有48頁(yè)\編輯于星期三基本培養(yǎng)基（Minimalmedium,MM）：能滿足某菌種的野生型（原養(yǎng)型）菌株最低營(yíng)養(yǎng)要求的合成培養(yǎng)基。完全培養(yǎng)基（Completemedium,CM）可滿足各種營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株的生長(zhǎng)需求的合成培養(yǎng)基。補(bǔ)充培養(yǎng)基（Supplementmedium,SM）也稱(chēng)加富培養(yǎng)基(enrichmentmedium)，在基本培養(yǎng)基中針對(duì)性地加入一種或幾種營(yíng)養(yǎng)成分，以滿足相