微生物营养专题知识讲座.pptx

微生物营养专题知识讲座微生物营养专题知识讲座微生物营养专题知识讲座第1页第一节第一节 微生物微生物6类营养要素类营养要素1.碳源（碳源（Carbon source）2.氮源（氮源（Nitrogen source)3.能源（能源（Energy source)4.生长因子（生长因子（Growth factor)5.无机盐无机盐6.水水微生物营养专题知识讲座第2页1、微、微 生生 物物 碳碳 源源Carbon source定义：定义：一切能满足微生物生长繁殖所需碳元素营养物。一切能满足微生物生长繁殖所需碳元素营养物。碳占细胞干重碳占细胞干重50。功效：功效：提供合成细胞物质及代谢物原料提供合成细胞物质及代谢物原料;并为并为整个生整个生理活动提供所需要能源（异养微生物）。理活动提供所需要能源（异养微生物）。碳源谱碳源谱:无机碳：无机碳：如CO2和碳酸盐等。有有机机碳碳：糖与糖衍生物（多糖：如淀粉、麸皮、米糠等；饴糖；单糖）,脂类、醇类。有机酸、烃类、芳香族化合物 以及各种含碳化合物。微生物营养专题知识讲座第3页2、微微 生生 物物 氮氮 源源Nitrogen source Nitrogen source 概念：概念：凡能提供微生物生长繁殖所需氮元素营养源。氮占细菌干重1215。功效：功效：1 1）提供合成细胞中含氮物，如蛋白质、核酸，以及含氮代谢物等原料；2 2）少数细菌能够铵盐、硝酸盐等氮源为能源。种类：种类：无机氮源：无机氮源：铵盐、硝酸盐、亚硝酸盐、大气铵盐、硝酸盐、亚硝酸盐、大气N N2 2等等 有机氮源：有机氮源：蛋白胨、酵母膏、玉米浆、鱼粉、蛋白胨、酵母膏、玉米浆、鱼粉、黄豆黄豆 饼、花生饼等饼、花生饼等微生物营养专题知识讲座第4页3、微微 生生 物物 能能 源源 化能异养微生物：有机物（同碳源）化能异养微生物：有机物（同碳源）化学物质化学物质 化能自养微生物：还原态无机物化能自养微生物：还原态无机物 NHNH4 4+,NO,NO2 2-,H,H2 2S,FeS,Fe2 2+等（不一样碳源）等（不一样碳源）能源能源谱谱 光能：光能自养和光能异养微生物光能：光能自养和光能异养微生物微生物营养专题知识讲座第5页4 4、生长因子（、生长因子（growth factorgrowth factor）：）：定义定义:是一类对微生物正常生活所不可缺乏而需要量是一类对微生物正常生活所不可缺乏而需要量又不大，但微生物本身不能用简单碳源或氮源合成，又不大，但微生物本身不能用简单碳源或氮源合成，或合成量不足以满足机体生长需要有机营养物质。或合成量不足以满足机体生长需要有机营养物质。不一样微生物需求生长因子种类和数量不一样。不一样微生物需求生长因子种类和数量不一样。狭义：维生素狭义：维生素广义：维生素、氨基酸、碱基、嘌呤、碱基、生物广义：维生素、氨基酸、碱基、嘌呤、碱基、生物素等素等微生物营养专题知识讲座第6页 5、微、微 生生 物物 无无 机机 盐盐定义：定义：为微生物细胞生长提供碳、氮源以外各种主要元为微生物细胞生长提供碳、氮源以外各种主要元素（包含大量元素和微量元素）物质，多以无机盐形素（包含大量元素和微量元素）物质，多以无机盐形式共给。式共给。大量元素大量元素：P、S、K、Mg、Ca、Na、Fe（微生物生长（微生物生长所需浓度在所需浓度在10-310-4mol/L）微量元素微量元素：Cu、Zn、Mn、Mo、Co（微生物生长所需（微生物生长所需浓度在浓度在10-610-8mol/L）微生物营养专题知识讲座第7页生理功效无机盐大量元素微量元素普通功效特殊功效酶激活剂（Cu2+、Mn2+、Zn2+等）特殊分子或酶结组成份（Co、Mo等）维持渗透压生理调整物质酶激活剂pH稳定化能自养菌能源(S、Fe2+、NH4+、NO2-)无 氧 呼 吸 时 氢 受 体(NO3-、SO42-)细胞内普通分子成份(如P，S，Ca，Mg，Fe等)微生物营养专题知识讲座第8页无无机机元元素素起起源源和和功功效效微生物营养专题知识讲座第9页6、水、水水功效：水功效：是微生物细胞主要组成个别，使原生质保持溶胶状态，确保代谢正常进行起到物质溶剂和运输介质作用有效控制细胞内温度改变 微生物营养专题知识讲座第10页几个生物游离水含量人体：60%海蛰：96%微生物孢子营养体霉菌孢子：39%细菌芽孢：皮层：70%关键：极低细菌：80%酵母：75%霉菌：85%水在细胞中有两种存在形式：水在细胞中有两种存在形式：结合水和游离水结合水和游离水.不一样细胞及不一样细胞结构中游离水含量有较不一样细胞及不一样细胞结构中游离水含量有较大差异：大差异：微生物营养专题知识讲座第11页微生物对水需要程度（水对微生物生长影响）常见微生物对水需要程度（水对微生物生长影响）常见环境（或基质）中环境（或基质）中水活度值（水活度值（water activity,w）表表示。示。定义：所谓定义：所谓 w就是水有效浓度，就是水有效浓度，在一定温度条件下，在一定温度条件下，溶液蒸汽压与纯水蒸汽压之比溶液蒸汽压与纯水蒸汽压之比 即：即：w=/o 表示溶液蒸汽压表示溶液蒸汽压 o表示纯水蒸汽压表示纯水蒸汽压在在 w为为0.600.99环境条件都有微生物生长，但对某环境条件都有微生物生长，但对某种微生物而言，它对种微生物而言，它对 w要求是一定，微生物对水需求要求是一定，微生物对水需求有相当改变程度。即微生物不一样，其有相当改变程度。即微生物不一样，其生长最适生长最适 w亦亦不一样。不一样。微生物营养专题知识讲座第12页几类微生物生长最适w 微生物 w普通细菌 0.91酵母菌 0.88霉菌 0.80噬盐细菌 0.70噬盐真菌 0.65嗜高渗酵母 0.60为了表示微生物生长与水关系，有时也常见相对湿度（RH)概念（w 100=RH）；通常也用测定蒸气相中相对湿度方法得知溶液或物质水活度。微生物营养专题知识讲座第13页第二节 微生物营养类型依据生长所需要碳源性质分：依据生长所需要碳源性质分：异养型：异养型：在生长时需要以复杂有机物质作为营养物质在生长时需要以复杂有机物质作为营养物质自养型：自养型：在生长时能以简单无机物质作为营养物质在生长时能以简单无机物质作为营养物质依据生长时能量起源分：依据生长时能量起源分：化能营养型：化能营养型：依靠化合物氧化释放能量进行生长依靠化合物氧化释放能量进行生长光能营养型：光能营养型：依靠光能进行生长依靠光能进行生长按供氢体分按供氢体分无机营养型生物无机营养型生物有机营养型生物有机营养型生物按碳源、能源和供氢体不一样分为：按碳源、能源和供氢体不一样分为：微生物营养专题知识讲座第14页营养类型微生物营养专题知识讲座第15页1。光能自养型微生物。光能自养型微生物以以C02作作为为唯唯一一碳碳源源或或主主要要碳碳源源，并并利利用用光光能能，以以无无机机物物如如硫硫化氢作为化氢作为供氢体供氢体将将CO2还原成细胞物质。还原成细胞物质。光能光能 CO2H2S CH2O+2S+H2O 光合色素光合色素 光能自养型微生物光能自养型微生物包含蓝细菌（含叶绿素）、红硫细菌包含蓝细菌（含叶绿素）、红硫细菌和绿硫细菌等少数微生物（含细菌叶绿素），因为含有光合和绿硫细菌等少数微生物（含细菌叶绿素），因为含有光合色素，因而能使先能转变成化学能（色素，因而能使先能转变成化学能（ATP），供机体直接利），供机体直接利用。用。微生物营养专题知识讲座第16页2。光能异养型微生物。光能异养型微生物利用光能，以简单有机物（醇、有机酸）为供氢体同化利用光能，以简单有机物（醇、有机酸）为供氢体同化CO2。红螺菌属中一些细菌属于此种营养类型。红螺菌属中一些细菌属于此种营养类型。光能光能 2(H3C)2CHOH+CO2 2CH3COCH3+CH2O+H2O 光合色素光合色素光能异养型细菌在生长时大多数采要外源生长因子光能异养型细菌在生长时大多数采要外源生长因子微生物营养专题知识讲座第17页3.化能自养型微生物化能自养型微生物 以以CO2作为唯一或主要碳源，以作为唯一或主要碳源，以无机物无机物氧化氧化释放化学能为能源释放化学能为能源,，利用无机物做为供氢体，利用无机物做为供氢体，使使CO2还原成细胞物质。还原成细胞物质。这类微生物主要有硫化细菌、硝化细菌、这类微生物主要有硫化细菌、硝化细菌、氢细菌与铁细菌。它们在自然界物质转换过程氢细菌与铁细菌。它们在自然界物质转换过程中起着主要作用。中起着主要作用。微生物营养专题知识讲座第18页4.化能异养型微生物化能异养型微生物 多多数数微微生生物物属属于于化化能能异异养养型型，其其生生长长所所需需要要能能量和碳源通常来自同一个有机物量和碳源通常来自同一个有机物。依依据据化化能能异异养养型型微微生生物物利利用用有有机机物物特特征征，又又能能够够将其分为以下两种类型：将其分为以下两种类型：腐腐生生型型微微生生物物：利利用用无无生生命命活活性性有有机机物物作作为为生生长碳源。长碳源。寄寄生生型型微微生生物物：寄寄生生在在生生活活细细胞胞内内，从从寄寄生生体体内取得生长所需要营养物质。内取得生长所需要营养物质。微生物营养专题知识讲座第19页第三节第三节 营养物质进入细胞方式营养物质进入细胞方式1单纯扩散单纯扩散(simple diffusion or passive diffusion)2促进扩散促进扩散(facilitated diffusion/transport)3主动运输主动运输(Active transport)4基团转位基团转位(Group translocation)微生物营养专题知识讲座第20页 基因转位是一个特殊主动运输，与普通主动基因转位是一个特殊主动运输，与普通主动运输相比，营养物质在运输过程中发生了化学改运输相比，营养物质在运输过程中发生了化学改变（糖在运输过程中发生了磷酸化）。其余特点变（糖在运输过程中发生了磷酸化）。其余特点与主动运输相同。与主动运输相同。基因转位主要存在于厌氧和兼性厌氧型细菌基因转位主要存在于厌氧和兼性厌氧型细菌中，也主要是用于单（或双）糖与糖衍生物，以中，也主要是用于单（或双）糖与糖衍生物，以及核苷与脂肪散运输及核苷与脂肪散运输 基团转位基团转位(Group translocation)微生物营养专题知识讲座第21页在酶作用下HPr被激活在酶作用下P-HPr将磷酸转移给糖微生物营养专题知识讲座第22页四种运输营养物质方式比较四种运输营养物质方式比较比较项目比较项目单纯扩散单纯扩散促进扩散促进扩散主动运输主动运输基团转位基团转位特异载体蛋白运输速度物质运输方向胞内外浓度运输分子能量消耗运输后物质结构无无慢慢由浓至稀由浓至稀相等相等无特异性无特异性不需要不需要不变不变有有快快由浓至稀由浓至稀相等相等特异性特异性不需要不需要不变不变有有快快由稀至浓由稀至浓胞内浓度高胞内浓度高特异性特异性需要需要不变不变有有快快由稀至浓由稀至浓胞内浓度高胞内浓度高特异性特异性需要需要改变改变微生物营养专题知识讲座第23页第四节第四节 培养基培养基(medium)(medium)定义定义：依据微生物营养要求，由人工配制、微生物：依据微生物营养要求，由人工配制、微生物生长繁殖或积累代谢产物用营养基质。生长繁殖或积累代谢产物用营养基质。特点：特点：任何培养基都应具备微生物所需要六大营养任何培养基都应具备微生物所需要六大营养要素，且应百分比适当。一旦配成必须马上灭菌。要素，且应百分比适当。一旦配成必须马上灭菌。用途：用途：促使微生物生长；积累代谢产物；分离微生促使微生物生长；积累代谢产物；分离微生物菌种；判定微生物种类；微生物细胞计数；菌种物菌种；判定微生物种类；微生物细胞计数；菌种保藏；制备微生物制品等。保藏；制备微生物制品等。微生物营养专题知识讲座第24页一、培养基配制标准一、培养基配制标准1 1。目标明确：目标明确：培养基组分应适合微生物营养特点培养基组分应适合微生物营养特点2 2。营养协调：营养协调：营养物浓度与百分比应恰当营养物浓度与百分比应恰当3 3。条件适宜：条件适宜：物理化学条件适宜物理化学条件适宜4。经济节约：经济节约：依据培养目标选择原料及其起源依据培养目标选择原料及其起源微生物营养专题知识讲座第25页（一）培养基组分应适合微生物营养特点（一）培养基组分应适合微生物营养特点 按微生物主要按微生物主要类群类群来说，它们所需要培养基成来说，它们所需要培养基成份也不一样：份也不一样：细细 菌：菌：牛肉膏蛋白胨培养基牛肉膏蛋白胨培养基 LB (Luria-Bertani)放线菌：放线菌：高氏一号培养基高氏一号培养基 真真 菌：菌：察氏合成培养基察氏合成培养基 PDA(Potato-Dextrose-Agar)酵母菌；酵母菌；麦芽汁麦芽汁微生物营养专题知识讲座第26页（二）营养物浓度与百分比应恰当（二）营养物浓度与百分比应恰当浓度过高浓度过高微生物生长起抑制作用，微生物生长起抑制作用，浓度过小浓度过小不能满足微生物生长需要。不能满足微生物生长需要。碳氮比（碳氮比（C/N）直接影响微生物生长与繁殖及代谢物直接影响微生物生长与繁殖及代谢物形成与积累，故常作为考查培养基组成时一个主要指形成与积累，故常作为考查培养基组成时一个主要指标；标；碳源中碳原子碳源中碳原子mol数数氮源中所含氮原子氮源中所含氮原子mol数数C/N比值比值=例：谷氨酸生产中例：谷氨酸生产中 C/N 4/1时，菌体大量繁殖，谷氨酸积累少；时，菌体大量繁殖，谷氨酸积累少；C/N3/1 时，菌体生长受抑制，而谷氨酸大量增加。时，菌体生长受抑制，而谷氨酸大量增加。微生物营养专题知识讲座第27页（三）物理化学条件适宜（三）物理化学条件适宜（1）pH:各类微生物最适生长各类微生物最适生长pH值各不相同值各不相同：在在微微生生物物生生长长和和代代谢谢过过程程中中，因因为为营营养养物物质质利利用用和和代代谢谢产产物物形形成成与与积积累累，培培养养基基初初始始pH值值会会发发生生改改变变，为为了维持培养基了维持培养基pH值相对恒定，通常采取以下两种方式：值相对恒定，通常采取以下两种方式：内内源源调调整整：在在培培养养基基里里加加一一些些缓缓冲冲剂剂或或不不溶溶性性碳碳酸酸盐盐（CaCO3）；调整培养基碳氮比。）；调整培养基碳氮比。外源调整外源调整：按实际需要不停向发酵液流加酸或碱液：按实际需要不停向发酵液流加酸或碱液微生物营养专题知识讲座第28页（2）渗透压）渗透压等渗溶液等渗溶液 适宜微生物生长适宜微生物生长高渗溶液高渗溶液 细胞发生细胞发生质壁分离质壁分离低渗溶液低渗溶液 细胞细胞吸水膨胀吸水膨胀大多数微生物适合在等渗环境下生长，而有菌如大多数微生物适合在等渗环境下生长，而有菌如Staphylococcus aureus则能在则能在3mol/L NaCl高渗溶液高渗溶液中生长。能在高盐环境（中生长。能在高盐环境（2.86.2/L NaCl）生长微生）生长微生物常被称为嗜盐微生物（物常被称为嗜盐微生物（Halophiles）。）。微生物营养专题知识讲座第29页（3）氧化还原电势氧化还原电势(redox poyential)各种微生物对培养基氧化还原电势要求：各种微生物对培养基氧化还原电势要求：好好氧氧微微生生物物：+0.3+0.4V,(在在0.1V以以上上环环境境中中均均能能生生长长).厌厌氧微生物：只能在氧微生物：只能在+0.1V以下以下生长生长兼性厌氧微生物：兼性厌氧微生物：+0.1V以上呼吸、以上呼吸、+0.1V以下发酵以下发酵培培养养基基是是多多氧氧化化还还原原型型复复杂杂电电化化学学系系统统，测测出出Eh值值仅仅代代表表其综合结果。其综合结果。对微生物影响最大是：分子氧浓度对微生物影响最大是：分子氧浓度培培养养基基中中常常见见还还原原剂剂：巯巯基基乙乙酸酸、抗抗坏坏血血酸酸、硫硫化化氢氢、半半胱氨酸、谷胱甘肽、二硫苏糖醇等。胱氨酸、谷胱甘肽、二硫苏糖醇等。微生物营养专题知识讲座第30页（四）依据培养基应用目标选择原料及其起源（四）依据培养基应用目标选择原料及其起源该培养基应用目标，即：该培养基应用目标，即：是培养菌体还是积累代谢产物？是培养菌体还是积累代谢产物？是试验室种子培养还是大规模发酵？是试验室种子培养还是大规模发酵？代谢产物是初级代谢产物还是次级代谢产物？代谢产物是初级代谢产物还是次级代谢产物？提倡提倡以粗代精，以野代家，以废代好，以简代繁，以烃代粮，以粗代精，以野代家，以废代好，以简代繁，以烃代粮，以纤代糖，以氮代朊，以国代进。以纤代糖，以氮代朊，以国代进。微生物营养专题知识讲座第31页二、培养基类型及其应用二、培养基类型及其应用-1 依据所培养微生物微生物类群来分依据所培养微生物微生物类群来分 细菌培养基细菌培养基 放线菌培养基放线菌培养基 霉菌培养基霉菌培养基 酵母菌培养基酵母菌培养基微生物营养专题知识讲座第32页-1细菌培养基细菌培养基营养肉汤（营养肉汤（nutrient broth)：牛肉膏牛肉膏 3g；水水 1000ml；蛋白胨蛋白胨 5g；pH 7.27.4放线菌培养基放线菌培养基高氏高氏1号：号：可溶性淀粉可溶性淀粉 20g；KNO3 1g;K2HPO4 1g MgSO4 0.5g NaCl 1g;FeSO47H2O 0.5g 水水 1000ml;pH 7.27.4霉菌培养基霉菌培养基查氏（查氏（zapek)培养基：培养基：蔗糖蔗糖 30g;KCl 0.5g;MgSO4.H2O 0.5g;FeSO4 0.5g 水水 1000ml;K2HPO4 1g;NaNO3 3g;pH 6.7酵母菌培养基酵母菌培养基麦芽汁培养基麦芽汁培养基 微生物营养专题知识讲座第33页-2按对培养基成份了解程度来分按对培养基成份了解程度来分 天然培养基天然培养基(complex medium)：也称作：也称作chemically undefined medium。利用利用化学成份还不完全清楚或不恒定化学成份还不完全清楚或不恒定天然物质，（如动植天然物质，（如动植物、微生物体及其提取物物、微生物体及其提取物等）制成培养基，如等）制成培养基，如细菌培养基、麦芽汁培细菌培养基、麦芽汁培养基等。养基等。天然培养基比较经济，除试验室经常使用外，更适宜于在生天然培养基比较经济，除试验室经常使用外，更适宜于在生产上用来大规模地培养微生物和生产微生物产品。缺点是成份不清。产上用来大规模地培养微生物和生产微生物产品。缺点是成份不清。合成培养基合成培养基(synthetic medium)：也称作：也称作chemically defined medium.由化学成份完全了解由化学成份完全了解物质配制而成培养基，该类培养基物质配制而成培养基，该类培养基组成组成成份准确、清楚成份准确、清楚，重复性强，但微生物生长较慢，且价格昂贵，故普，重复性强，但微生物生长较慢，且价格昂贵，故普通适于在试验室范围内他相关研生物营养需要、代谢、分类判定、生通适于在试验室范围内他相关研生物营养需要、代谢、分类判定、生物测定以及菌种选育、遗传分析等方面研究工作。物测定以及菌种选育、遗传分析等方面研究工作。如高氏培养基、察如高氏培养基、察氏培养基等氏培养基等.半合成培养基半合成培养基(semi-defined medium)：在合成培养基基础上添加些在合成培养基基础上添加些天然成份，以更有效地满足微生物对营养物需要天然成份，以更有效地满足微生物对营养物需要.如马铃薯蔗糖培养如马铃薯蔗糖培养基基微生物营养专题知识讲座第34页-3按制备后培养基外观物理状态来分按制备后培养基外观物理状态来分 液体培养基液体培养基(liquid medium)：液体培养基不含任何凝液体培养基不含任何凝固剂，菌体与培养基充分接触，操作方便，常见于大规模固剂，菌体与培养基充分接触，操作方便，常见于大规模工业生产以及在试验室进行微生物生理代谢等基础理论研工业生产以及在试验室进行微生物生理代谢等基础理论研究工作。可据培养后浊度判断微生物生长程度究工作。可据培养后浊度判断微生物生长程度.固体培养基固体培养基(solid medium)：天然固体营养基质制成：天然固体营养基质制成培养基，或液体培养基中加入一定量凝固剂（琼脂培养基，或液体培养基中加入一定量凝固剂（琼脂1.52)而呈固体状态培养基。为微生物生长提供营养表面。常而呈固体状态培养基。为微生物生长提供营养表面。常见于微生物分离、纯化、计数等方面研究。可依使用目标见于微生物分离、纯化、计数等方面研究。可依使用目标不一样而制成斜面、平板等形式不一样而制成斜面、平板等形式.半固体培养基半固体培养基(semi-solid medium)：在液体培养基中：在液体培养基中加入加入0.2-0.7琼脂组成培养基。常见来观察细菌运动特征，琼脂组成培养基。常见来观察细菌运动特征，以进行菌种判定和噬菌体效价滴定等方面试验工作。以进行菌种判定和噬菌体效价滴定等方面试验工作。微生物营养专题知识讲座第35页