第二章微生物的營養(yǎng)和培養(yǎng)基

第二章微生物的營養(yǎng)和培養(yǎng)基第1頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月教學(xué)內(nèi)容1.微生物的營養(yǎng)物質(zhì)2.微生物的營養(yǎng)類型3.微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收4.培養(yǎng)基難點：微生物的營養(yǎng)類型重點：微生物的營養(yǎng)類型，微生物營養(yǎng)物質(zhì)的吸收方式第2頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)微生物細胞的化學(xué)成分和營養(yǎng)要素營養(yǎng)物（nutrient）：那些能夠滿足微生物機體生長、繁殖和完成各種生理活動所需的物質(zhì)。微生物的營養(yǎng)物為它們正常生命活動提供結(jié)構(gòu)物質(zhì)、能量、代謝調(diào)節(jié)物質(zhì)和良好的生理環(huán)境.營養(yǎng)（nutrition）：是指生物體從外部環(huán)境攝取其說明活動所必須的能量和物質(zhì)，以滿足其生長和繁殖需要的一種生理功能。營養(yǎng)為一切生命活動提供了必需的物質(zhì)基礎(chǔ)，是一切生命活動的起點。第3頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月一微生物的六種營養(yǎng)要素1微生物細胞的化學(xué)組成

微生水：70%-90%物細胞

干物質(zhì)有機物：蛋白質(zhì)、糖、脂、核酸、維生素等及其降解產(chǎn)物礦質(zhì)元素

與高等生物的“營養(yǎng)上的統(tǒng)一性”第4頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月

2、細胞化學(xué)元素組成主要元素：碳、氫、氧、氮、磷、硫、鉀、鎂、鈣、鐵等；微量元素：鋅、錳、鈉、氯、鉬、硒、鈷、銅、鎢、鎳、硼等。第5頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月二、微生物營養(yǎng)物質(zhì)及其功能水微生物營養(yǎng)物質(zhì)碳素化合物氮素化合物礦質(zhì)元素生長因子第6頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月

1、碳素化合物(碳源)：凡能提供微生物營養(yǎng)所需的碳元素的營養(yǎng)源，稱為碳源。

微生物細胞含碳量：細胞干重的50%。有機碳源利用異養(yǎng)微生物

碳源無機碳源利用自養(yǎng)微生物第7頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月微生物的碳源譜類型元素水平化合物水平培養(yǎng)基原料水平有機碳C·H·O·N·X復(fù)雜蛋白質(zhì)，核酸等牛肉膏、蛋白胨等C·H·O·N多數(shù)氨基酸，簡單蛋白質(zhì)等一般氨基酸、明膠等C·H·O糖、有機酸、醇、脂類等葡萄糖、蔗糖、各種淀粉、糖蜜等C·H烴類天然氣、石油及其不同餾分等無機碳C·OCO2CO2C·O·XNaHCO3、CaCO3等NaHCO3、CaCO3等X指除C、H、O、N外的任何其他一種或幾種元素第8頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月甲烷氧化菌：甲烷、甲醇根據(jù)不同微生物對碳素利用的情況，可以做什么工作？不同的微生物利用碳素的情況洋蔥假單胞菌：九十多種碳素化合物纖維素分解菌（部分）：只利用纖維素第9頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月分子氮N2（固氮菌、根瘤菌、少數(shù)放線菌和光合細菌、藍細菌）無機氮NH4＋、NO3－、NO2－（多數(shù)微生物）有機氮蛋白質(zhì)、多肽、氨基酸（多數(shù)微生物）

牛肉膏、蛋白胨、尿素、酵母膏、玉米漿、餅粕微生物可利用的氮素化合物：2氮素化合物(氮源)：凡能提供微生物生長繁殖所需氮元素的營養(yǎng)源，稱為氮源。構(gòu)成細胞物質(zhì)，少數(shù)微生物的能源物質(zhì)。第10頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月類型元素水平化合物水平培養(yǎng)基原料水平有機氮N·C·H·O·X復(fù)雜蛋白質(zhì)、核酸等牛肉膏、酵母膏等N·C·H·O尿素、一般氨基酸、簡單蛋白質(zhì)等尿素、蛋白胨、明膠等無機氮N·HNH3、銨鹽等(NH4)2SO4等N·O硝酸鹽等KNO3NN2空氣X指除C、H、O、N外的任何其他一種或幾種元素微生物氮源譜第11頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月3、能源：就是能為微生物的生命活動提供最初能量來源的營養(yǎng)物或輻射能。能源譜化學(xué)物質(zhì)有機物：化能異養(yǎng)微生物的能源（同碳源）無機物：化能自養(yǎng)微生物的能源（不同于碳源）輻射能：光能自養(yǎng)和光能異養(yǎng)微生物的能源第12頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月4、生長因子生長因子是一類對微生物正常代謝必不可少且不能用簡單的碳源或氮源自行合成的有機物。它的需要量一般很少。廣義的生長因子：包括維生素、堿基、卟啉及其衍生物、甾醇、胺類、C4~C6的分枝或直鏈脂肪酸，以及需要量較大的氨基酸。包括維生素、堿基、卟啉及其衍生物、甾醇、胺類、C4~C6的分枝或直鏈脂肪酸，以及需要量較大的氨基酸。狹義的生長因子：僅包括維生素第13頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月各種微生物與生長因子的關(guān)系可分為以下幾類：

（1）生長因子自養(yǎng)型微生物多數(shù)真菌、放線菌和不少細菌都是不需要外界提供生長因子的生長因子自養(yǎng)型微生物。（2）生長因子異養(yǎng)型微生物

它們需要多種生長因子，如乳酸細菌、各種動物致病菌、原生動物和支原體等。

（3）生長因子過量合成微生物有些微生物在其代謝活動中，會分泌出大量的維生素等生長因子，因此，它們可以作為維生素等的生產(chǎn)菌。第14頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月有關(guān)生長因子的注意點：（1）不同的微生物，它們生長所需要的生長因子各不相同克氏桿菌生物素、對氨基苯甲酸腸膜明串珠菌十七種氨基酸（2）微生物生長需要的生長因子會隨著外界條件的變化而變化魯毛霉：厭氧：需維生素B與生物素好氧：無需生長因子（3）生長因子未知微生物的培養(yǎng)加入天然培養(yǎng)基酵母膏、牛肉膏或動物、植物的組織液第15頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月5、無機鹽無機鹽主要可為微生物提供除碳、氮源以外的各種重要元素。A、大量元素（指生長所需濃度在10-3~10-4mol/L范圍內(nèi)的元素）P、S、K、Mg、Ca、Na、Fe等B、微量元素（指生長所需濃度在10-6~10-8mol/L范圍內(nèi)的元素）Cu、Zn、Mn、Mo、Co等Fe實際上介于大量元素和微量元素之間，故放兩處均可第16頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月無機鹽的生理功能無機鹽大量元素一般功能特殊功能微量元素酶的激活劑（Cu2+、Mn2+、Zn2+等）特殊分子結(jié)構(gòu)成分（Co、Mo等）細胞內(nèi)一般分子成分（P、S、Ca、Mg、Fe等）生理調(diào)節(jié)物質(zhì)滲透壓的維持（Na+等）酶的活性劑（Mg2+等）pH的穩(wěn)定化能自養(yǎng)菌的能源（S、Fe2+、NH4+、NO2-等）無氧呼吸時的氫受體（NO3-、SO42-等）第17頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月6、水除了少數(shù)微生物如藍細菌能利用水中的氫作為還原CO2時的還原劑外，其它微生物都不是利用水作為營養(yǎng)物質(zhì)。即使如此，由于水在微生物的生命活動過程包括營養(yǎng)過程中的重要性，它仍應(yīng)屬于營養(yǎng)要素之一。水具有一系列為生命活動所必需的優(yōu)良理化特性a.機體內(nèi)生理生化反應(yīng)的基礎(chǔ)b.溶劑與運輸介質(zhì)c.細胞內(nèi)溫度的緩沖劑作用第18頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)

微生物的營養(yǎng)類型異養(yǎng)型生物自養(yǎng)型生物生長所需要的營養(yǎng)物質(zhì)生物生長過程中能量的來源光能營養(yǎng)型化能營養(yǎng)型第19頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月

從營養(yǎng)的角度分異養(yǎng)型生物自養(yǎng)型生物所需營養(yǎng)物質(zhì)有機物無機物生物種類動物植物一、微生物的營養(yǎng)類型自養(yǎng)型異養(yǎng)型能源碳源CO2有機化合物光能型化能型光能化學(xué)能光能自養(yǎng)型化能自養(yǎng)型光能異養(yǎng)型化能異養(yǎng)型第20頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月微生物的營養(yǎng)類型(Ⅱ)第21頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月

1、光能自養(yǎng)型（光能無機營養(yǎng)型）能夠利用光能并以CO2作為唯一或主要碳源進行生長的微生物?；咎攸c：B、供氫體：還原性無機物，還原CO2A、光合色素（葉綠素、細菌葉綠素）光葉綠素H2O＋CO2(CH2O)+H2O+O2↑（藍細菌）光菌綠素2H2S+CO2(CH2O)+H2O+2S（綠硫細菌和紫硫細菌）第22頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月2、光能異養(yǎng)型(光能有機營養(yǎng)型）利用光能并以有機化合物作為唯一或主要碳源進行生長的一類微生物。紫色非硫細菌基本特點：b.供氫體：有機物，還原CO2或有機物形成細胞物質(zhì)a.光合色素，光合作用第23頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月光能異養(yǎng)型微生物在C源利用上的特殊性：以有機質(zhì)作為主要C源，能利用CO2，但它不是唯一碳源。光能細菌葉綠（紅螺菌）

CH3CO2+2CHOHCH2O+2CH3COCH3+H2O

CH3第24頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月3、化能自養(yǎng)型(化能無機營養(yǎng)型）利用無機化合物氧化時釋放的能量作為能源，利用CO2或碳酸鹽作為唯一或主要碳源進行生長的一類微生物。典型實例：硫化細菌、硝化細菌(亞硝酸菌和硝酸菌)、產(chǎn)甲烷菌、鐵細菌

H2S、NO2－、H2、Fe2+基本特點：

a.能源：無機物氧化

b.供氫體：無機物，還原CO2第25頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月4、化能異養(yǎng)型（化能有機營養(yǎng)型）以有機化合物為碳源，利用有機化合物氧化過程中產(chǎn)生的能量作為能源而生長的一類微生物。蘇云金桿菌基本特點：

a.能源：有機物氧化

b.碳源：有機物化能異養(yǎng)型微生物的分類：（生活場所、獲取養(yǎng)料方式）③兼性寄主菌：既營寄生又營腐生生活的。(結(jié)核桿菌)②寄生菌：只能在活寄主體吸收營養(yǎng)物生活的。①腐生菌：利用無生命的有機物作為營養(yǎng)物質(zhì)。第26頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)微生物營養(yǎng)物質(zhì)的吸收一、影響微生物對營養(yǎng)物質(zhì)吸收的因素1、第一因素：細胞膜細胞膜——選擇性透膜細胞莢膜、粘液層以及細胞壁2、第二因素：微生物細胞生活的環(huán)境

pH值、溫度3、第三因素：被吸收物質(zhì)的特性。

分子量、溶解度(影響物質(zhì)的溶解度、細胞膜的流動性和運輸系統(tǒng)的活性)第27頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月二、微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收方式

是否消耗能量是否需要載體是否發(fā)生被吸收物的化學(xué)變化單純擴散促進擴散主動運輸基團轉(zhuǎn)位根據(jù)微生物對物質(zhì)的吸收過程：第28頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月1、單純擴散（稱被動擴散）

被吸收物質(zhì)依靠其在細胞內(nèi)外的濃度梯度為動力，從濃度高的地區(qū)向濃度低的胞內(nèi)擴散的過程。SSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSS胞外胞膜胞內(nèi)SSSc.運輸動力a.非特異性的b.吸收過程不發(fā)生化學(xué)變化單純擴散的特點：第29頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月

營養(yǎng)物質(zhì)單純擴散能力的影響因素：a.吸收營養(yǎng)物質(zhì)的分子大小b.溶解性(脂溶性或水溶性)c.極性大小d.膜外pHe.溫度第30頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月SSSSSSSSSSSSSSTSSSSSS胞外胞膜胞內(nèi)2、促進擴散

以細胞內(nèi)外的濃度梯度為動力，在載體物質(zhì)參與下，物質(zhì)從濃度高的胞外向濃度低的胞內(nèi)擴散。（真核微生物）T

ST

ST第31頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月第32頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月

與單純擴散的相同點：c.無需代謝能。a.被動的擴散。b.無化學(xué)變化。促進擴散獨有的特點：

a.載體的專一性

b.運輸速率提高

載體使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)的擴散加快，它會影響該營養(yǎng)物質(zhì)在膜內(nèi)外建立濃度的動態(tài)平衡狀態(tài)嗎？第33頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月3、主動運輸以代謝能為動力，在載體參與下，將物質(zhì)從胞外向胞內(nèi)轉(zhuǎn)運。主動轉(zhuǎn)運系統(tǒng)：是細菌吸收營養(yǎng)物質(zhì)的主要方式，其特點是營養(yǎng)物質(zhì)從濃度低向濃度高的一側(cè)轉(zhuǎn)運，并需要提供能量。SSSSSSSSSSSSTSSSSSS胞外胞膜胞內(nèi)T

ST

ST第34頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月主動運輸同促進擴散的共同點：a.載體b.載體構(gòu)型的變化。主動運輸與促進擴散的不同點：a.動力b.載體構(gòu)型變化原理主動運送的營養(yǎng)物主要有：無機離子、有機離子和一些糖類。第35頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月4、基團轉(zhuǎn)位：

被吸收物質(zhì)以微生物的代謝能為動力，通過一個復(fù)雜的運輸系統(tǒng)從胞外轉(zhuǎn)運到胞內(nèi)，并發(fā)生化學(xué)變化。（厭氧細菌和兼性厭氧細菌）大腸桿菌磷酸轉(zhuǎn)移酶體系與葡萄糖的運輸?shù)?6頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月四種運送營養(yǎng)物質(zhì)方式的比較比較項目單純擴散促進擴散主動運送基團移位特異載體蛋白無有有有運送速度慢快快快溶質(zhì)運送方向由濃至稀由濃至稀由稀至濃由稀至濃平衡時內(nèi)外濃度內(nèi)外相等內(nèi)外相等內(nèi)部濃度高得多內(nèi)部濃度高得多運送分子無特異性特異性特異性特異性能量消耗不需要不需要需要需要運送后溶質(zhì)分子不變不變不變改變第37頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月三、幾種主要營養(yǎng)物質(zhì)的吸收1、糖：促進擴散、基團轉(zhuǎn)位、主動運輸。2、肽與氨基酸：主動運輸（主要方式）、促進擴散（次要方式）3、離子：主動運輸?shù)?8頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)培養(yǎng)基是人工配制的適合微生物生長繁殖或積累代謝產(chǎn)物的營養(yǎng)物質(zhì)。培養(yǎng)基的作用：

為微生物提供理想的人工培養(yǎng)環(huán)境，以進行微生物生命活動規(guī)律的研究和微生物生物制品的生產(chǎn)。第39頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月按培養(yǎng)基成分分按培養(yǎng)基的用途分按物理性狀分按培養(yǎng)基生產(chǎn)目的種子培養(yǎng)基發(fā)酵培養(yǎng)基一、培養(yǎng)基的類型培養(yǎng)基類型合成培養(yǎng)基天然培養(yǎng)基基本培養(yǎng)基富集培養(yǎng)基鑒別培養(yǎng)基固體培養(yǎng)基液體培養(yǎng)基半固體培養(yǎng)基第40頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月1、按照培養(yǎng)基成分分：

a.合成培養(yǎng)基化學(xué)成分和濃度完全清楚的物質(zhì)配制的培養(yǎng)基。高氏一號合成培養(yǎng)基

可溶性淀粉20.0克KNO31.0克K2HPO40.5克MgSO4·7H2O0.5克NaCl0.5克FeSO4·7H2O溶液2滴（10%）蒸餾水1000毫升第41頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月b.天然培養(yǎng)基以動植物組織或微生物浸出液為原料配制的培養(yǎng)基。（牛肉膏蛋白胨）

牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基

牛肉膏3.0克蛋白胨10.0克食鹽5.0克蒸餾水（自來水）1000毫升第42頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月2、按照培養(yǎng)用途b.富集培養(yǎng)基(增殖培養(yǎng)基）為分離某種微生物配制出的適合它生長而不利于其他微生物生長的培養(yǎng)基。c.鑒別培養(yǎng)基根據(jù)微生物的代謝特點，通過指示劑的呈色反應(yīng)，用以鑒別不同微生物的培養(yǎng)基。（伊紅-甲基藍培養(yǎng)基鑒別大腸桿菌(菌落小,綠色光澤)和產(chǎn)氣腸桿菌(菌落大,灰棕色)）a.基本培養(yǎng)基將多種微生物都需要的營養(yǎng)物質(zhì)配而成培養(yǎng)基。第43頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月3、按照培養(yǎng)基的物理性狀b.液體培養(yǎng)基未加凝固劑呈液態(tài)的培養(yǎng)基稱為液體培養(yǎng)基。c.半固體培養(yǎng)基在液體培養(yǎng)基中加入少量瓊脂（0.2-0.5%）。a.固體培養(yǎng)基在液體培養(yǎng)基中加入凝固劑使呈固體狀態(tài)，稱為固體培養(yǎng)基。(瓊脂1.5-2%)第44頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月二、配制培養(yǎng)基的基本原則1、適合不同微生物的營養(yǎng)特點

(1)從營養(yǎng)型的角度看生理特點不同細菌放線菌霉菌營養(yǎng)要求不同牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基高氏一號培養(yǎng)基馬丁氏培養(yǎng)基或蔡氏培養(yǎng)基(2)從類群的角度看自養(yǎng)微生物合成能力強簡單的無機物異養(yǎng)微生物合成能力弱至少提供一種有機物第45頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月2、調(diào)配好培養(yǎng)基中各種營養(yǎng)成分的比例和濃度

(1)濃度適中原則

大量元素10-3-10-4mol/L微量元素10-6-10-8mol/L(2)營養(yǎng)比例原則

a.C/N不同的微生物，所需營養(yǎng)物C/N不同。細菌、酵母菌細胞的C/N=5:1，而霉菌=10:1（？）同一種微生物在不同C/N培養(yǎng)基培養(yǎng)時，表現(xiàn)不同。短棒桿菌的谷氨酸發(fā)酵培養(yǎng)基C/N=4:1，菌體繁殖；

C/N=3:1，谷氨酸形成b.其它營養(yǎng)的比例（礦質(zhì)元素、氨基酸）第46頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月

3、控制培養(yǎng)條件pHO2CO2滲透壓微生物生長繁殖培養(yǎng)條件影響影響微生物培養(yǎng)體系第47頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)培養(yǎng)基的pH值的控制

a.根據(jù)各類微生物的特點來調(diào)節(jié)培養(yǎng)基的pH值霉菌、酵母菌適于酸性，(pH4.5-6.0左右)

細菌、放線菌喜中性或偏堿性(pH7.0-7.5左右)磷酸鹽、碳酸鹽、蛋白胨、氨基酸(配制培養(yǎng)時加入)

磷酸鹽緩沖作用的反應(yīng)式為：

H+(強酸)+HPO4

=(弱堿)H2PO4-(弱酸)OH-(強堿)+H2PO4-(弱酸)HPO4=(弱堿)+H2O

碳酸鈣（配制培養(yǎng)基時加入）

酸或堿（培養(yǎng)過程中加入）b.使用pH值緩沖劑第48頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月由微生物與氧氣的關(guān)系形成了三類微生物：專性好氧性微生物專性厭氧性微生物

兼性厭氧的微生物實踐對策：專性好氧性微生物：空氣提供氧氣、工業(yè)上采用通氣裝置。專性厭氧性微生物：采用理化方法除氧、向培養(yǎng)體系加入還原劑（胱氨酸、巰基乙酸鈉、Na2S和抗壞血酸）(2)O2濃度的調(diào)節(jié)第49頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月第五節(jié)消毒與滅菌消毒(disinfection)：殺死物體上病原微生物的方法，并不一定能殺死含芽胞的細菌或非病原微生物。用以消毒的藥品稱為消毒劑(disinfectant)。滅菌(sterilization)：殺滅物體上所有微生物的方法。滅菌比消毒要求高，包括殺滅細菌芽胞在內(nèi)的全部病原微生物和非病原微生物。抑菌(bacteriostasis)：抑制體內(nèi)或體外細菌的生長繁殖。常用的抑菌劑為各種抗生