微生物的营养和培养基.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,微生物的营养和培养基,微生物的营养和培养基,第1页,第一节 微生物细胞化学组成,微生物细胞化学组成成份析表明，与其它高等动植物细胞一样，细胞也是,大量元素,碳,、,氢、氧、氮、磷、硫（这六种元素占细菌细胞干重,97,，表,4,l,）和,微量元素,铁、锰、锌等组成。微生物细胞中这些元素主要以蛋白质、糖、脂、核酸、维生素及它们降解产物、代谢产物等有机物质，水和无机盐等无机物质形式存在（表,42,）。,水,是细胞中一个主要成份，普通可占细胞干重,90,以上。,微生物的营养和培养基,第2页,微生物细胞物质中灰分元素含量百分比,灰分元素,固氮菌,酵母菌,霉菌,P,2,O,5,SO,3,K,2,O,Na,2,O,MgO,CaO,Fe,2,O,3,SiO,2,CuO,4.95,0.29,2.41,0.07,0.82,0.89,0.08,-,-,3.54,0.039,2.34,-,0.428,0.383,0.035,0.093,-,4.85,0.11,2.81,1.12,0.38,0.19,0.16,0.04,-,微生物的营养和培养基,第3页,表,41,微生物细胞中几个主要元素含量,（干重百分数,）,元素 细菌 酵母菌 霉菌,碳,50 49.8 47.9,氮,15 12.4 5.2,氢,8 6.7 6.7,氧,20 31.1 40.2,磷,3 ,硫,1 ,微生物的营养和培养基,第4页,表,42,微生物细胞化学组成,主要成份 细菌 酵母菌 霉菌,水分 7585 7080 8590,（占细胞鲜重%）,蛋白质 5080 3275 1415,占,细 碳水化合物 1228 2763 740,胞,干 脂肪 520 215 440,重,核酸 1020 6 8 1,%,无机盐 230 3.87 612,微生物的营养和培养基,第5页,第二节 微生物营养要素,营养物（,nutrient,）,：,那些能够满足机体生长、繁殖和完成各种生理活动所需要物质通常称为微生物营养物质,。,营养（或叫营养作用，,nutrition,）,：,微生物取得与利用营养物质过程通常称为营养。,微生物的营养和培养基,第6页,生物类型,营养要素,动物,（异养）,微生物,绿色植物,（自养）,异养,自养,碳源,糖类脂肪,糖、醇、有机酸等,二氧化碳、碳酸盐等,二氧化碳、碳酸盐,氮源,蛋白质或其降解物,蛋白质或其降解物,有机或无机氮化物、氮,无机氮化物、氮,无机氮化物,能源,与碳同,与碳同,氧化无机物或利用日光能,利用日光能,生长因子,维生素,一个别需要维生素等,不需要,不需要,无机元素,无机盐,无机盐,无机盐,无机盐,水分,水,水,水,水,表,4-3,微生物和动物、植物营养要素比较,微生物的营养和培养基,第7页,碳源（,carbon source,）,凡是提供微生物营养所需碳元素（碳架）营养源，称为碳源。,碳源物质功效,：,组成细胞物质；为机体提供整个生理活动所需要能量（异养微生物）,。,微生物碳源谱,无机含碳化合物：如,CO,2,和碳酸盐等。,有机含碳化合物：糖与糖衍生物、脂类、醇类。有机酸、烃类、芳香族化合物以及各种含氮化合物。,微生物不一样，利用上述含碳化合物能力不一样，如假单胞菌属中一些种能够利用,90,种以上不一样类型碳源物质；而一些甲基营养型细菌只能利用甲醇或甲烷等一碳化合物进行生长。,微生物的营养和培养基,第8页,类型,元素水平,化合物水平,培养基原料水平,有机碳,CHONX,复杂蛋白质、核酸等,牛肉膏、蛋白胨、花生饼粉等,CHON,多数氨基酸、简单蛋白质等,普通氨基酸、明胶等,CHO,糖、有机酸、醇、脂类等,葡萄糖、蔗糖、各种淀粉、糖蜜等,CH,烃类,天然气、石油及其不一样馏份、石蜡油等,无机碳,C(?),CO,CO,2,CO,2,COX,NaHCO,3,NaHCO,3,、,CaCO,3,、白垩等,表,44,微生物碳源谱,微生物的营养和培养基,第9页,氮源,(nitrogen source),凡是提供微生物营养所需氮元素营养源，称为氮源。,氮源物质主要作用,是合成细胞物质中含氮物质，少数自养细菌能利用铵盐、硝酸盐作为机体生长氮源与能源，一些厌氧细菌在厌氧与糖类物质缺乏条件下，也能够利用氨基酸作为能源物质。,微生物氮源谱,见表,45,微生物的营养和培养基,第10页,表,45,微生物氮源谱,类型,元素水平,化合物水平,培养基原料水平,有机氮,NCHOX,复杂蛋白质、核酸等,牛肉膏、酵母膏、饼粕粉、蚕蛹粉等,NCHO,尿素、普通氨基酸、简单蛋白质等,尿素、蛋白胨、明胶等,无机氮,NH,NH,3,、铵盐等,(NH4),2,SO,4,等,NO,硝酸盐等,KNO,3,等,N,N,2,空气,微生物的营养和培养基,第11页,试验室常见无机氮源,有碳酸铵、硝酸盐、硫酸铵、尿素、蛋白胨、牛肉膏、酵母膏等。,生产上常见氮源,有硝酸盐、铵盐、尿素、氨以及蛋白含量较高鱼粉、蚕蛹粉、黄豆饼粉、花生饼份、玉米浆等。,蛋白氮必须经过水解之后降解成胨、肽、氨基酸等才能被机体利用，这种氮源叫,迟效氮源,。,无机氮源或以蛋白质降解产物形式存在有机氮源能够直接被菌体吸收利用，这种氮源叫做,速效氮源,。,速效氮源，通常是有利于机体生长，迟效氮源有利于代谢产物形成。,多数微生物能够利用无机含氮化合物作为氮源，也能够利用有机含氮化合物作为氮源。但有些微生物没有将无机氮合成有机氮能力，它们不能把尿素、铵盐等这些无机氮源自行合成他们生长所需氨基酸，而需要从外界吸收现成氨基酸作为氮源才能生长，这类微生物叫做,氨基酸异养型微生物，也叫营养缺点型。,微生物的营养和培养基,第12页,3,、能源,指能为微生物生命活动提供最初能量起源营养物或辐射能。,微生物能源谱：,有机物：化能异养微生物能源（同碳源）,化学物质,能源谱：无机物：化能自养微生物能源（不一样于碳源）,辐射能：光能自养和光能异养微生物能源,微生物的营养和培养基,第13页,化能自养微生物能源物质,都是一些还原态无机物质，比如：,NH,4,+,、,NO,2,-,、,S,、,H,2,S,、,H,2,、,Fe,2+,等，能利用这些物质作为能源全部是细菌，如：硝酸细菌、亚硝酸菌、硫化细菌、硫细菌、铁细菌、硫细菌、氢细菌和铁细菌等。这些无机养料经常是双功效（如：,NH,4,+,既是硝酸细菌能源，又是它氮源。）,有机营养物,常有双功效或三功效作用，既是异养微生物能源，又是它们碳源或氮源。,辐射能是单功效，只为光能微生物提供能源。,微生物的营养和培养基,第14页,生长因子（,growth factor,）,是一类对微生物正常代谢必不可少且不能用简单碳源或氮源自行合成有机物。,主要包含维生素、氨基酸、嘌呤和嘧啶（碱基）及其衍生物，另外还有甾醇、胺类、脂肪酸等等。各种维生素、氨基酸、嘌呤和嘧啶（碱基）生理功效见教材。,缺乏合成生长因子能力微生物称为“,营养缺点型,”,微生物。,微生物的营养和培养基,第15页,无机盐,是微生物生长必不可少一类营养物质，它们为机体生长提供各种主要生理功效（见下列图），包含大量元素和微量元素。,大量元素,：,P,、,S,、,K,、,Mg,、,Ca,、,Na,、,Fe,等。,（微生物生长所需浓度在,10,-3,10,-4,mol/L,）,微量元素,：,Cu,、,Zn,、,Mn,、,Mo,、,Co,等。,（微生物生长所需浓度在,10,-6,10,-8,mol/L,）,普通微生物生长所需要无机盐有：硫酸盐、磷酸盐、氯化物以及含有钠、钾、镁、铁等金属元素化合物。,微生物的营养和培养基,第16页,无机盐生理功效,细胞内普通分子成份（,P,、,S,、,Ca,、,Ma,、,Fe,等）,普通功效 渗透压维持（,Na,+,等）,生理调整物质 酶激活剂（,M a,2+,等）,大量元素,pH,稳定,无 化能自养菌能源（,S,、,Fe,2+,、,NH,4,+,、,NO,2-,等）,机 特殊功效,盐 无氧呼吸时氢受体（,NO,3,-,、,SO,4,2-,等）,酶激活剂（,Cu,2+,、,Mn,2+,、,Zn,2+,等）,微量元素,特殊分子结组成份（,Co,、,Mo,等）,微生物的营养和培养基,第17页,水分：,水分是生物细胞主要化学成份，其主要生理功效表现在以下几个方面：,1.,细胞组成成份,2.,一系列生理生化反应反应介质,3.,参加许多生理生化反应,4.,有效地控制细胞内温度改变,微生物的营养和培养基,第18页,第三节 微生物营养类型,依据生长所需要营养物质性质，可将生物分成两种基础营养类型,异养型生物：,在生长时需要以复杂有机物质作为营养物质,自养型生物：,在生长时能以简单无机物质作为营养物质,动物属于异养型生物，植物，而微生物现有异养型也有自养型，大多数微生物属于异养型生物，少数微生物属于自养型生物。,依据生长时能量起源不一样，又可将生物分成两种类型,化能营养型生物：,依靠化合物氧化释放能量进行生长,光能营养型生物：,依靠光能进行生长,动物和大个别微生物属于化能营养型生物，它们从物质氧化过程中取得能量。植物和少个别微生物属于光能营养型生物,微生物的营养和培养基,第19页,微生物的营养和培养基,第20页,光能自养型微生物,以,C0,2,作为唯一碳源或主要碳源，并利用,光能,，以,无机物,如硫化氢、硫代硫酸钠或其它无机硫化物作为供氢体将,CO,2,还原成细胞物质，同时产生元素硫,光能,CO,2,H,2,S CH,2,O+2S+H,2,O,光合色素,光能自养型微生物,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），因为含有光合色素，因而能使先能转变成,化学能（,ATP,），供机体直接利用。,微生物的营养和培养基,第21页,光能异养型微生物,以,CO,2,为主要碳源或唯一碳源，以,有机物,（如异丙醇）作为供氢体，利用,光能,将,CO,2,还原成细胞物质，红螺菌属中一些细菌属于此种营养类型。,光能,2(H,3,C),2,CHOH+CO,2,2CH,3,COCH,3,+CH,2,O+H,2,O,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,微生物的营养和培养基,第22页,化能自养型微生物,以,CO,2,或碳酸盐作为唯一或主要碳源，,以,无机物,氧化释放化学能为能源,，利用电子供体如,氢气、硫化氢、二价铁离子或亚硝酸盐,等使,CO,2,还原成细胞物质。,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中起着主要作用。,微生物的营养和培养基,第23页,化能异养型微生物,多数微生物属于化能异养型，其生长所需要,能量和碳源通常来自同一个有机物,。,依据化能异养型微生物利用有机物特征，又能够将其分为以下两种类型：,腐生型微生物,：利用无生命活性有机物作为生长碳源。,寄生型微生物,：寄生在生活细胞内，从寄生体内取得生长所需要营养物质。,存在于寄生与腐生之间中间过渡类型微生物，称为,兼性腐生型,或,兼性寄生型。,微生物的营养和培养基,第24页,第五节 培养基,培养基,是人工配制适合于不一样微生物生长繁殖或积累代谢产物营养基质。它是进行科学研究，发酵生产微生物制品等基础。,微生物的营养和培养基,第25页,配制培养基标准,1.,依据不一样微生物营养需要配制不一样培养基，如自型微生物培养基完全能够（或应该）由简单无机物质组成。异养做生物培养基最少需要含有一个有机物质。,按微生物主要类群来说，又有细菌、放线菌、酵母菌和霉菌之分。它们所需要培养基成份也不一样，分别称为牛肉膏蛋白胨培养基，高氏,1,号合成培养基，麦芽汁培养基，查氏合成培养基。,微生物的营养和培养基,第26页,2.,注意各种营养物质浓度与配比,营养物浓度：,在普通情况下，浓度适当营养物质才对微生物表现出良好作用，浓度大时对微生物生长起抑制作用，浓度小时不能满足微生物生长需要。,各营养物质之间浓度比：,培养基中各营养物质之间浓度比直接影响微生物生长与繁殖和（或）代谢产物形成与积累，尤其是,碳氮比,（,C,N,）（碳氮比普通指培养基中元素碳与元素氮比值，有时也指培养基中还原糖与粗蛋白两种成份含量之比）影响更为显著。比如在微生物谷氨酸发酵中，培养基,C,N,为,4,：,l,时，菌体大量繁殖，谷氨酸积累少；当,C,N,为,3,：,1,时，菌体繁殖受到抑制，而谷氨酸大量增加,。,微生物的营养和培养基,第27页,3.,控制培养基,PH,值,各类微生物生长最适,pH,各不相同，细菌与,放线菌生长,pH,在,77.5,之间，酵母菌与霉菌生长,pH,值在,4-5,之间。,在微生物生长和代谢过程中，因为营养物质利用和代谢产物形成与积累，常会改变培养基,pH,值，为了维持培养基,pH,值相对恒定，通常采取以下两种方式：,内源调整,：在培养基里加一些缓冲剂或不溶性碳酸盐；调整培养基碳氮比。,外源调整,：按实际需要流加酸或碱液,微生物的营养和培养基,第28页,4.,经济节约,配制培养基时，应尽可能考虑利用价廉而且易于取得原料作为培养基成份，尤其是在工业发酵中，培养基用量很大，更应该考虑到这一点，方便降低产品成本。,微生物的营养和培养基,第29页,培养基种类,按,培养基组成成份分类,按培养基物理状态分类,按培养基功效分类,微生物的营养和培养基,第30页,依据培养基中化学成份了解程度将其分为：,合成培养基,：,由化学成份完全了解物质配制而成培养基，该类培养基组成成份准确、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、生物测定以及菌种选育、遗传分析等方面研究工作。,天然培养基：,利用化学成份还不清楚或化学成份不恒定天然有机物质（如自汉奸、因母没计、土壤没液、豆芽汁、玉米粉、教皮、牛奶、血清等）制成培养基，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。,微生物的营养和培养基,第31页,依据培养基物理状态可将其分为,：,固体培养基：,在液体培养基中加入,1.5-2.0%,凝固剂制成呈固体状态培养基。常见于微生物分离、纯化、计数等方面研究。,半固体培养基：,在液体培养基中加入,0.2-0.7,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。,液体培养基：,液体培养基不含任何凝固剂，它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究工作。,科研与生产中常见凝固剂有琼脂、明胶和硅胶三种，除在液体培养基中加入凝固剂之外，一些由天然固体基质制成培养基也属于固体培养基,微生物的营养和培养基,第32页,微生物的营养和培养基,第33页,按照培养基用途，可将其分为,加富培养基,：,加富培养基是指在普通培养基里加过血、血清、动物（或植物）组织液或其它营养物质（或生长因子）一类营养丰富培养基，用以培养某种或某类营养要求苛刻异养微生物,选择培养基,：,选择培养基是依据某种或某一类群微生物特殊营养需要或对某种化合物敏感性不一样而设计出来一类培养基。利用这种培养基能够将某种或某类微生物从混杂微生物群体中分离出来。,判别培养基,：,普通培养基中加入能与某种代谢产物发生反应指示剂或化学药品，从而产生某种显著特征性改变，以区分不一样微生物,微生物的营养和培养基,第34页,微生物吸收营养物质方式,单纯扩散,促进扩散,主动运输,微生物的营养和培养基,第35页,扩散,扩散是非特异性营养物质吸收方式,：如营养物质经过,细胞膜中含水小孔，由高浓度胞外环境向低浓度胞内扩散。,在扩散过程中营养物质结构不发生改变,：即既不与膜上分子发生反应，本身分子结构也不发生,改变。,物质运输速率,与,胞内外营养物质浓度差相关，即随细胞膜内外该物质浓度差降低而减小，直到胞内外物质浓度相同。,扩散是一个不需要代谢能运输方式,，所以，物质不能进行逆浓度运输。,膜特征、膜上含水小孔大小和形状对被扩散营养物质分子种类、大小有一定选择性，通常分子量小，脂溶性、极性小营养物质轻易吸收。,微生物的营养和培养基,第36页,促进扩散,在促进扩散过程中,营养物质本身在分子结构上也不会发生改变,不消耗代谢能量，故不能进行逆浓度运输,运输速率由胞内外该物质浓度差决定,需要细胞膜上载体蛋白（透过酶）参加物质 运输,被运输物质有高度立体专一性,促进扩散运输方式多见于真核微生物中，比如通常在厌氧生活酵母菌中，一些物质吸收和代谢产物分泌是经过这种方式完成。,微生物的营养和培养基,第37页,主动运输,物质在主动运输过程中,消耗代谢能,能够进行逆浓度运输运输方式,需要载体蛋白参加,对被运输物质有高度立体专一性,不一样微生物在主动运输过程中所需能量起源不一样，好氧微生物中直接来自呼吸能，厌氧微生物主要来自化学能，光合微生物中则主要来自光能。,主动运输是微生物吸收营养物质主要方式,。,微生物的营养和培养基,第38页,主动运输方式,1.,初级主动运输,2.,次级主动运输,3.,基团转位,4.Na+,K+-ATPase,系统,微生物的营养和培养基,第39页,初级主动运输,是一个由电子,传递系统、,ATPase,或,细菌视紫红质,引发质子运输方式。不一样营养类型微生物初级主动运输方式不一样（好氧情况、厌氧情况、光合微生物），但最终造成细胞膜内外质子浓度差，使膜处于充能状态。,微生物的营养和培养基,第40页,次级主动运输,在细胞膜内外质子浓度差消失过程中，偶联其它物质运输，即次级主动运输。次级主动运输依据在质子浓度差消失过程中，质子与其它物质运输方向差异，分为,同向运输、逆向运输、单向运输,三种形式。,微生物的营养和培养基,第41页,基团转位,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变。其余特点与主动运输相同。,基因转位主要存在于厌氧微生物中，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,微生物的营养和培养基,第42页,大肠杆菌吸收糖基团转位方式,大肠杆菌吸收糖依赖于,磷酸烯醇式丙酮酸,-,糖磷酸转移酶系统,，其运输步骤以下：,(1),热稳定蛋白激活：,PEP+HPr,酶,1,丙酮酸,+P-HPr,(2),糖被磷酸化后运入膜内,P-HPr+,糖,酶,2,糖,-P+HPr,微生物的营养和培养基,第43页,Na+,K+-ATPase,系统,Na+,K+-ATPase,系统,位于细胞膜上一个离子通道蛋白，其作用是经过该蛋白构象改变，把细胞内,Na,运出细胞，同时将,K+,运回细胞内，即实现了,Na+,与,K+,置换。细胞内高浓度,K+,是许多酶活性和蛋白质合成所必须。,微生物的营养和培养基,第44页,膜泡运输,原生动物吸收营养物质方式，有,胞吞,和,胞饮,两种类型,微生物的营养和培养基,第45页,