-微生物的营养和培养基.pptx

第四章 微生物的营养和培养基 （Microbial Nutrition and Metabolism）营养营养 (nutrition)指生物体从外部环境中摄取对其生命活动所必需的能量和物质，以满足其正常生长和繁殖等生理功能的过程。营养物营养物(nutrient)保证生物体生长、繁殖等生理功能所需要的具体物质。第一节第一节 微生物的六种营养要素微生物的六种营养要素一、碳源（一、碳源（carbon source）二、氮源二、氮源(nitrogen source)三、能源三、能源(energy source)四、生长因子四、生长因子(growth factor)五、无机元素五、无机元素(mineral salts)六、水分六、水分(moisture)一、碳源一、碳源(carbon source)自养微生物：自养微生物：以无机碳源作主要碳源的微生物以无机碳源作主要碳源的微生物异养微生物：异养微生物：利用有机碳源的微生物利用有机碳源的微生物微生物利用微生物利用:糖类有机酸类醇类脂类糖类有机酸类醇类脂类二、氮源二、氮源(nitrogen source)氨基酸自养型生物氨基酸自养型生物:不需要利用氨基酸作为氮源不需要利用氨基酸作为氮源氨基酸异养型生物氨基酸异养型生物:需要现成的氨基酸作氮源需要现成的氨基酸作氮源最常用的有机氮源最常用的有机氮源:NCHOX类型类型化学物质(化学能)：有机物 化能异养微生物（同碳源）无机物 化能自养微生物辐射能(光能)：光能自养微生物光能异养微生物三、能源三、能源(energy source)单功能营养物单功能营养物 光辐射能（能源）光辐射能（能源）双功能营养物双功能营养物 还原态的无机物还原态的无机物NH4+（能源、氮源）（能源、氮源）三功能营养物三功能营养物 氨基酸类（碳源、氮源和能源）氨基酸类（碳源、氮源和能源）四、生长因子狭义：狭义：维生素广义：维生素、氨基酸、碱基、甾醇等按照微生物对生长因子需要与否分为：按照微生物对生长因子需要与否分为：生长因子自养型微生物生长因子自养型微生物多数真菌、放线菌和部分细菌（如多数真菌、放线菌和部分细菌（如E.coli）生长因子异养型微生物生长因子异养型微生物各种乳酸菌、动物致病菌、支原体和原生动物各种乳酸菌、动物致病菌、支原体和原生动物生长因子过量合成微生物生长因子过量合成微生物阿舒假囊酵母生产阿舒假囊酵母生产VB2；谢氏丙酸杆菌等生产谢氏丙酸杆菌等生产VB12；某些微生物生长所需的生长因子某些微生物生长所需的生长因子五、无机盐无机盐及其生理功能无机盐及其生理功能无机盐及其生理功能无机盐及其生理功能六、水水的功能水的功能是微生物细胞的重要组成部分，使原生质保持溶胶状态，是微生物细胞的重要组成部分，使原生质保持溶胶状态，保证代谢正常进行；保证代谢正常进行；是物质代谢的原料；是物质代谢的原料；起到物质溶剂和运输介质的作用；起到物质溶剂和运输介质的作用；有效控制细胞内的温度变化有效控制细胞内的温度变化 ；微微 生生 物物 a aw w一般细菌一般细菌 0.91 0.91酵母菌酵母菌 0.88 0.88霉菌霉菌 0.80 0.80嗜盐细菌嗜盐细菌 0.76 0.76嗜盐真菌嗜盐真菌 0.65 0.65嗜高渗酵母菌嗜高渗酵母菌 0.60 0.60几种微生物生长的最适几种微生物生长的最适a aww值值第二节第二节 微生物的营养类型微生物的营养类型微生物营养类型的分类微生物营养类型的分类以能源分：光能和化能营养型以能源分：光能和化能营养型以氢供体分：无机和有机营养型以氢供体分：无机和有机营养型以碳源分：自养型和异养型以碳源分：自养型和异养型以合成氨基酸的能力分：氨基酸自养型和氨基酸异养型以生长因子分：野生型和营养缺陷型以取食方式分：渗透营养型和吞噬营养型以取得死活有机物分：腐生和寄生微生物的营养类型微生物的营养类型 碳源碳源有机物有机物 能源能源有机物有机物氢供体氢供体有机物有机物举例：自然界中绝大部分的微生物举例：自然界中绝大部分的微生物化能有机异养型微生物化能有机异养型微生物化能无机自养型微生物化能无机自养型微生物碳源碳源 COCO2 2能源能源 还原态无机物还原态无机物氢供体氢供体无机物无机物2NH2NH3 3+2O+2O2 2 2HNO 2HNO2 2+4H4H+能量能量COCO2 2+4H4H+能量能量 (CH(CH2 2O)+HO)+H2 2O O举例：氢细菌、硫细菌、硝化细菌光能有机异养型微生物光能有机异养型微生物碳源碳源 COCO2 2及简单有机物及简单有机物能源能源 光能光能氢供体氢供体 有机物有机物CH3CO2+2CH3CHOH (CH2O)+2CH3COCH3+H2O举例：红螺菌属（举例：红螺菌属（Rhodospirillum）光能无机自养型微生物光能无机自养型微生物碳源碳源COCO2 2能源能源光能光能氢供体氢供体 H H2 2O O和和H H2 2S S、NaNa2 2SOSO3 3等无机硫化物等无机硫化物COCO2 2+H H2 2O O CH CH2 2O+OO+O2 22CO2CO2 2+H H2 2S S+2H+2H2 2O 2CHO 2CH2 2O+HO+H2 2SOSO4 4COCO2 2+2H2H2 2S S CH CH2 2O+HO+H2 2O+2SO+2S举例：蓝细菌、藻类、紫硫细菌、绿硫细菌举例：蓝细菌、藻类、紫硫细菌、绿硫细菌第三节 营养物质进入细胞的方式单纯扩散单纯扩散(simple diffusion)促进扩散促进扩散(facilitated diffusion)主动运输主动运输(active transport)基团移位基团移位(group translocation)四种运送营养物质方式的比较促进扩散促进扩散主动运输主动运输基团移位基团移位酶酶c酶酶b酶酶aHPr酶酶I运送某一具体糖至少有运送某一具体糖至少有4种蛋白参与，消耗一个种蛋白参与，消耗一个ATP，两步进行，两步进行：1）热稳载体蛋白的激活；）热稳载体蛋白的激活；2）糖分子被磷酸激活）糖分子被磷酸激活磷酸糖磷酸糖细胞质中细胞质中 是一种人工配制的、适合微生物生长繁殖或产生代谢产物用的混合养料；任何培养基都应具备微生物所需要的六大营任何培养基都应具备微生物所需要的六大营养要素，且比例要合适；养要素，且比例要合适；培养基一旦配成，必须立即进行灭菌，否则培养基一旦配成，必须立即进行灭菌，否则很快引起杂菌丛生，并破坏其固有成分和性很快引起杂菌丛生，并破坏其固有成分和性质。质。第四节 培养基（media）巴斯德最初用的培养基是有机物水浸液、含糖培养基巴斯德最初用的培养基是有机物水浸液、含糖培养基科赫发明的固体培养基科赫发明的固体培养基土豆、明胶以及琼脂；土豆、明胶以及琼脂；从玻璃板到培养皿；从玻璃板到培养皿；世界闻名的生产培养基的专业公司世界闻名的生产培养基的专业公司Difco和和Oxid我国培养基生产单位已有我国培养基生产单位已有50多个，主要生产干燥培养基，多个，主要生产干燥培养基，方法有喷雾干燥法、冷冻干燥法、真空干燥法；方法有喷雾干燥法、冷冻干燥法、真空干燥法；干燥培养基的优点在于使用方便、节省人力，易运输，干燥培养基的优点在于使用方便、节省人力，易运输，好保存，质量可靠，便于管理。好保存，质量可靠，便于管理。培养基的发展过程培养基的发展过程一、选用和设计培养基的原则和方法1.1.目的明确目的明确2.2.营养协调营养协调3.3.物理化学条件适宜物理化学条件适宜4.4.经济节约经济节约（一）四个原则 培养何种菌？想获何种代谢产物？培养何种菌？想获何种代谢产物？用于实验室研究用于实验室研究 or 发酵生产？发酵生产？是种子培养基是种子培养基 or 发酵培养基？发酵培养基？目的明确目的明确营养协调营养协调培养基的各种营养成分的浓度及配比合适培养基的各种营养成分的浓度及配比合适碳氮比（碳氮比（C/NC/N）培养基中碳原子的摩尔数与氮原子的摩尔数之比，有时培养基中碳原子的摩尔数与氮原子的摩尔数之比，有时也指培养基中还原糖与粗蛋白之比。也指培养基中还原糖与粗蛋白之比。谷氨酸的发酵生产：谷氨酸的发酵生产：当当C/N=4C/N=4时，菌体大量繁殖，时，菌体大量繁殖，GluGlu积累少；积累少；当当C/N=3C/N=3时，菌体繁殖受抑，时，菌体繁殖受抑，GluGlu大量积累。大量积累。生长谱试验生长谱试验用来寻找某一微生物的合适的碳源、氮源和生长因子用来寻找某一微生物的合适的碳源、氮源和生长因子(1)先准备一个不加碳源的琼脂培养基；先准备一个不加碳源的琼脂培养基；(2)待融化并冷却至待融化并冷却至45左右时，混入供试菌悬液，摇匀左右时，混入供试菌悬液，摇匀后倒成琼脂平板；后倒成琼脂平板；(3)待其凝固后，将待试碳源用小镊子夹取少许并整齐地待其凝固后，将待试碳源用小镊子夹取少许并整齐地放在平板上；放在平板上；(4)经温箱培养适当时间后，凡在某碳源周围出现该菌的经温箱培养适当时间后，凡在某碳源周围出现该菌的“生生长圈长圈”者，即为它可利用的碳源。者，即为它可利用的碳源。生长谱试验的基本操作：生长谱试验的基本操作：物理化学条件适宜物理化学条件适宜 pH各大类微生物都有其生长适宜的各大类微生物都有其生长适宜的pH范围；范围；调节方法：内源调节和外援调节；调节方法：内源调节和外援调节；渗透压和水活度（渗透压和水活度（aw）等渗溶液最适宜微生物的生长；高渗等渗溶液最适宜微生物的生长；高渗or低渗？低渗？微生物可实际利用的自由水或游离水的含量；微生物可实际利用的自由水或游离水的含量；aw大或小的含义？大或小的含义？氧化还原电势（氧化还原电势（Eh）各种微生物对培养基的各种微生物对培养基的Eh有不同的要求。有不同的要求。经济节约经济节约原料来源要广泛；原料来源要广泛；原料要易处理，处理成本要低；原料要易处理，处理成本要低；原料处理后，废物、废液、废气要少；原料处理后，废物、废液、废气要少；实施原则（实施原则（P95）（二）四种方法1.生态模拟生态模拟肉汤、鱼汤培养细菌水果汁培养酵母菌米饭、面包培养霉菌肥土培养放线菌2.查阅文献查阅文献3.精心设计精心设计4.试验比较试验比较由定性到定量；由小到大摇瓶培养台式发酵罐生产发酵罐因素乙醇浓度温度（）时间（h）物料比提取率11（50）1（60）1（1）1（1：16）2.8521（50）2（70）2（2）2（1：18）4.3331（50）3（80）3（3）3（1：20）4.5842（60）1（60）2（2）3（1：20）6.5752（60）2（70）3（3）1（1：16）4.7562（60）3（80）1（1）2（1：18）5.3273（70）1（60）3（3）2（1：18）6.4483（70）2（70）1（1）3（1：20）3.0193（70）3（80）2（2）1（1：16）5.45K111.7615.8611.1813.05K216.6412.0916.3516.09K314.9015.3515.7714.16 L9(34)正交实验结果分析表正交实验结果分析表 二、培养基的种类（一）根据对培养基成分的了解（一）根据对培养基成分的了解天然培养基天然培养基指一些利用动、植物、微生物体或其提取物制成的培养指一些利用动、植物、微生物体或其提取物制成的培养基，人们无法确切知道其中的成分。如含蛋白胨、牛肉基，人们无法确切知道其中的成分。如含蛋白胨、牛肉膏、玉米浆、血液、血清、马铃薯等的培养基；膏、玉米浆、血液、血清、马铃薯等的培养基；组合培养基组合培养基是一类用多种高纯化学试剂配制成的、各成分的量都确是一类用多种高纯化学试剂配制成的、各成分的量都确切知道的培养基。如组织细胞培养液、高氏切知道的培养基。如组织细胞培养液、高氏1号等培养基；号等培养基；半组合培养基半组合培养基大部分为已知，个别或少数为未明化学成分的营养物质大部分为已知，个别或少数为未明化学成分的营养物质配制成的培养基。如马铃薯蔗糖培养基。配制成的培养基。如马铃薯蔗糖培养基。固体培养基固体培养基 可逆性凝固培养基：可逆性凝固培养基：1%-2%的琼脂或5%-12%的明胶非可逆性凝固培养基：非可逆性凝固培养基：血清和无机硅胶制成的培养基天然固体培养基：天然固体培养基：天然固体基质配制成的培养基滤膜：滤膜：醋酸纤维薄膜半固体培养基：半固体培养基：0.5%左右的琼脂；脱水培养基：脱水培养基：成分精确和使用方便的现代化培养基液体培养基：液体培养基：大量生产和增菌培养（二）按照培养基外观的物理状态不同物理状态的培养基有何用途？琼脂和明胶若干特性的比较琼脂和明胶若干特性的比较 基础培养基（基础培养基（Basic media）选择性培养基（选择性培养基（Selected media）鉴别性培养基（鉴别性培养基（Differential media）（三）按培养基用途基础培养基基础培养基营养要求相同的微生物，所需的营养物质除少数营养要求相同的微生物，所需的营养物质除少数不同外，其它大部分营养物是共同的，因此可配不同外，其它大部分营养物是共同的，因此可配成一种基础培养基，再按照某一微生物的特殊需成一种基础培养基，再按照某一微生物的特殊需要，添加某种营养物即可。要，添加某种营养物即可。如肉汤蛋白胨培养基如肉汤蛋白胨培养基加入脱纤维兔血或羊血加入脱纤维兔血或羊血分离、培养某些病原微分离、培养某些病原微生物，提供一些辅酶或血红素等特殊生长因子。生物，提供一些辅酶或血红素等特殊生长因子。蛋白胨水培养基蛋白胨水培养基加入葡萄糖或蔗糖加入葡萄糖或蔗糖糖发酵培养基，用于鉴定某糖发酵培养基，用于鉴定某些肠道菌。些肠道菌。选择培养基选择培养基 选择性培养基就是根据某种微生物的选择性培养基就是根据某种微生物的特殊营养要特殊营养要求求或其对某化学、物理因素的或其对某化学、物理因素的抗性抗性而设计的培养基，而设计的培养基，其功能是使混合菌样中的劣势菌变成优势菌，从而其功能是使混合菌样中的劣势菌变成优势菌，从而提高该菌的筛选效率。提高该菌的筛选效率。针对混合样品中数量很少的某种微生物，具有使针对混合样品中数量很少的某种微生物，具有使混合菌群中的劣势菌变成优势菌，混合菌群中的劣势菌变成优势菌，用于菌种筛选用于菌种筛选。采取投其所好或取其所抗两种方法，实际设计的采取投其所好或取其所抗两种方法，实际设计的培养基，通常为兼有两种功能。培养基，通常为兼有两种功能。鉴别性培养基鉴别性培养基在培养基中加有能与某一菌的无色代谢产物发生显色反应在培养基中加有能与某一菌的无色代谢产物发生显色反应的指示剂，从而用肉眼就能使该菌菌落与外形相似的其它的指示剂，从而用肉眼就能使该菌菌落与外形相似的其它菌落相区别的培养基。菌落相区别的培养基。常用染料常用染料碱性染料：碱性染料：苏木精、亚甲蓝、碱性品红苏木精、亚甲蓝、碱性品红 碱性染料在电离时，其分子的染色部分带正电荷碱性染料在电离时，其分子的染色部分带正电荷酸性染料：酸性染料：伊红、坚牢绿、橙黄伊红、坚牢绿、橙黄G酸性染料电离时，其分子的染色部分带负电荷酸性染料电离时，其分子的染色部分带负电荷细菌细胞通常带负电荷，应该用何种染料染色？细菌细胞通常带负电荷，应该用何种染料染色？一一 些些 鉴鉴 别别 培培 养养 基基 蛋白胨蛋白胨 10g 乳乳 糖糖 5g 蔗蔗 糖糖 5g K2HPO4 2g 伊红伊红 0.4g 美美 蓝蓝 0.065g 蒸馏水蒸馏水 1000ml pH=7.2EMB培养基的组成培养基的组成伊红系酸性染料伊红系酸性染料美蓝为碱性染料美蓝为碱性染料碱性时二者不发生反应，在低酸碱性时二者不发生反应，在低酸度时，两种染料结合形成沉淀，度时，两种染料结合形成沉淀，起产酸指示剂的作用起产酸指示剂的作用EMB培养基鉴别机制培养基鉴别机制Klebsiella（克雷伯氏菌属）G+菌：受抑制G-菌菌能发酵乳能发酵乳糖、产酸糖、产酸产酸力强，菌落在透射光下呈紫色，产酸力强，菌落在透射光下呈紫色，反射光下呈绿色金属闪光：E.coli产酸力弱，产酸力弱，菌落棕色菌落棕色Enterobacter（肠杆菌属）Sarratia（沙雷氏菌属)Hafnia（哈夫尼菌属）不发酵乳糖，不不发酵乳糖，不产酸，菌落无色产酸，菌落无色透明透明Proteus（变形菌属）Salmonella（沙门氏菌属)Shigella（志贺氏菌属）试样综合网站综合网站考研网站考研网站中国研究生招生信息网：中国考研网：考研网：；你来我往考研论坛：生物论坛生物论坛中国生命科学论坛：中国生物论坛：丁香园论坛：