微生物的营养类型.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,#,微生物的营养类型,微生物的营养类型,第1页,营养类型,微生物的营养类型,第2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。,微生物的营养类型,第3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(H3C),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,微生物的营养类型,第4页,利用光能，以简单有机物（醇、有机酸）,为供氢体同化,CO,2,CH,3,光能,CO,2,+2CH,2,-CHOH-,CH,2,O+2CH,3,COCH,3,+H,2,O,菌绿素,例：红螺菌属,（,Rhodospirillum,）,光能异养型微生物,微生物的营养类型,第5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。,微生物的营养类型,第6页,经过氧化无机物取得能量，并以,CO,2,为唯一或主要碳源,1.,硝化细菌,:,亚硝化细菌,2NH,4,+,+3O,2,2NO,2,-,+2H,2,O+4H,+,+132Kcal,硝化细菌,NO,2,-,+1/2O,2,NO,3,-,+18.1 Kcal,三、化能无机营养型,微生物的营养类型,第7页,2.,硫化细菌,:,经过氧化还原态无机,硫化物,（,H,2,S,、,S,、,S,2,O,3,2-,、,SO,3,2-,）,获,得能量,（硫杆菌属，硫微螺菌属）,H,2,S+,1/2,O,2,S+H,2,O+50.1 Kcal,S+1,1/2,O,2,+H,2,O H,2,SO,4,+149.8 Kcal,微生物的营养类型,第8页,3.,铁细菌：,氧化,Fe,2+,为,Fe,3+,获取能量并同化,CO,2,2Fe,2+,+1/2O,2,+2H,+,2Fe,3+,+H,2,O+21.2 Kcal,4.,氢细菌：,含有氢化酶，从氢氧化获取能,量，同化,CO,2,H,2,+1/2 O,2,H,2,O+56.7 Kcal,微生物的营养类型,第9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。,微生物的营养类型,第10页,Major nutritional types of microorganisms,Nutritional Type,Energy Source,Carbon Source,Examples,Photoautotrophs,Light,CO,2,Cyanobacteria,some Purple and Green Bacteria,Photoheterotrophs,Light,Organic compounds,Some Purple and Green Bacteria,Chemoautotrophs or Lithotrophs(Lithoautotrophs),Inorganic compounds,e.g.H,2,NH,3,NO,2,H,2,S,CO,2,A few Bacteria and many Archaea,Chemoheterotrophs or Heterotrophs,Organic compounds,Organic compounds,Most Bacteria,some Archaea,微生物的营养类型,第11页,自养微生物：不依赖任何有机营养物即可正常生,活微生物,异养微生物：最少需要提供一个大量有机物才能,满足其正常营养要求微生物（即,其碳源必须是有机物，供氢体是有,机物，能源能够是氧化有机物活利,用日光能）,关于营养类型定义：,微生物的营养类型,第12页,第四节 培养基,(medium),定义：,应科研或生产需要，由人工配制、适合于不一样微生物生长繁殖或积累代谢产物用营养基质（混合养料）。,特点：,任何培养基都应具备微生物所需要五大营养要素，且应百分比适当。所以一旦配成必须马上灭菌。,用途：,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；菌种保藏；制备微生物制品,微生物的营养类型,第13页,一、培养基配制标准,（一）培养基组分应适合微生物营养特点（目标明确）,（二）营养物浓度与百分比应恰当（营养协调）,（三）物理化学条件适宜（条件适宜）,（四）依据培养目标选择原料及其起源（经济节约）,微生物的营养类型,第14页,（一）培养基组分应适合微生物营养特点,即依据不一样微生物营养需要配制不一样培养基。,不一样,营养类型,微生物，其对营养物需求差异很大。如,自养型,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，但有机物种类需适应所培养菌特点。,按微生物主要,类群,来说，它们所需要培养基成份也不一样：,细菌：牛肉膏蛋白胨培养基,LB,(Luria-Bertani),放线菌：高氏一号培养基,真菌：查氏合成培养基,PDA,(Potato-Dextrose-Agar),酵母菌；麦芽汁,当对试验菌营养需求特点不清楚时候，能够采取,生长谱,法进行测定。,微生物的营养类型,第15页,（二）营养物浓度与百分比应恰当,浓度过高,微生物生长起抑制作用，,浓度过小,不能满足微生物生长需要。,碳氮比（,C/N,）,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标；,速效性氮（或碳）源与迟效性氮（或碳）源百分比,各种金属离子间百分比,碳源中碳原子,mol,数,氮源中所含氮原子,mol,数,C/N,比值,=,例：谷氨酸生产中,C/N,4/1,时，菌体大量繁殖，谷氨酸积累少；,C/N,3/1,时，菌体生长受抑制，而谷氨酸大量增加。,微生物的营养类型,第16页,（三）物理化学条件适宜,（,1,）,pH:,各类微生物最适生长,pH,值各不相同,：,细 菌：,7.08.0,放线菌：,7.58.5,酵母菌：,3.86.0,霉 菌：,4.05.8,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，培养基初始,pH,值会发生改变，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,：按实际需要不停向发酵液流加酸或碱液,微生物的营养类型,第17页,（三）物理化学条件适宜（续）,磷酸缓冲液：,pH,值从,6.07.6,之间,K,2,HPO,4,+HCl KH,2,PO,4,+KCl,KH,2,PO,4,+KOH K,2,HPO,4,+H,2,O,加入,CaCO,3,：,CO,3,2,HCO,3,H,2,CO,3,CO,2,+H,2,O,+H,+,H,+H,+,H,培养基中所含氨基酸、肽、蛋白质等物质也可起到缓冲作用。,微生物的营养类型,第18页,（,2,）渗透压和,a,w,渗透压,等渗溶液适宜微生物生长,高渗溶液细胞发生质壁分离,低渗溶液细胞吸水膨胀，直至破裂,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,3mol/L NaCl,高渗溶液中生长。能在高盐环境（,2.86.2/L NaCl,）生长微生物常被称为,嗜盐微生物（,Halophiles,）,。,微生物的营养类型,第19页,微生物的营养类型,第20页,（,3,）,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：,好氧微生物：,+0.3+0.4V,(,在,0.1V,以上环境中均能生长,).,厌氧微生物：只能在,+0.1V,以下生长,兼性厌氧微生物：,+0.1V,以上呼吸、,+0.1V,以下发酵,培养基是多,氧化还原偶,复杂电化学系统，测出,E,h,值仅代表其综合结果。,对微生物影响最大是：分子氧和分子氢浓度,培养基中常见还原剂：巯基乙酸、抗坏血酸、硫化氢、半胱氨酸、谷胱甘肽、二硫苏糖醇等。,微生物的营养类型,第21页,（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：,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？,代谢产物是初级代谢产物还是次级代谢产物？,用于,培养菌体种子,培养基营养应丰富，氮源含量宜高（碳氮比低）；,用于大量生产,代谢产物,培养基其氮源普通应比种子培养基稍低，（但若发酵产物是含氮化合物时，有时还应提升培养基氮源含量）；若代谢产物是,次级代谢产物,时要考虑是否加入特殊元素或特定代谢产物；,当所设计是,大规模发酵,用培养基时，应重视培养基中各成份起源和价格，应选择起源广泛、价格低廉 原料，提倡以粗代精，以废代好。,微生物的营养类型,第22页,1.,生态模拟,调查所培养菌生态条件，查看“癖好”，对“症”下料,初级天然培养基,.,2.,查阅文件,查阅、分析文件，调查前人工作资料，借鉴人家经验，方便从中得到启发设计有自己特色培养基配方,.,3.,精心设计,借助优选法或,正交试验设计,法等方法,.,二、设计培养基方法,微生物的营养类型,第23页,二、设计培养基方法（续）,4,、试验比 较,：,不一样培养基配方选择比较,单种成份起源和数量比较,几个成份浓度百分比调配比较,小型试验放大到大型生产条件比较,pH,和温度试验,附,1,：,配置培养基时应注意几个问题及处理方法：,1,、沉淀,2,、胶体强度破坏,3,、褐色物质形成,4,、,pH,发生改变,微生物的营养类型,第24页,高压蒸气灭菌,普通培养基,:,1.05 Kg/cm,2,121.3,15-30 min,含糖培养基,:,0.56 Kg/cm,2,112.6,15-30 min,过滤灭菌,分别灭菌,间歇灭菌应用,附,2,：培养基灭菌,微生物的营养类型,第25页,附图：过滤灭菌,微生物的营养类型,第26页,附,3,：器皿灭菌及无菌室消毒,器皿灭菌：,干热空气：,160,，,2,小时,无菌室消毒：,紫外光,化学药品熏蒸（苯酚；高锰酸钾,+,甲醛）,微生物的营养类型,第27页,三、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,细菌培养基,放线菌培养基,霉菌培养基,-2,依据培养目标来分,种子培养基,(seed culture medium),是为确保发酵生产取得大量优质种子而设计培养基，特点是营养较丰富，氮源百分比较高。有时为使菌种能快速适应后面发酵条件，还有意识地加入发酵培养基基质。,发酵培养基,(fermentation medium),用于生产预定发酵产物，普通以碳为主要元素，碳源含量往往高于种子培养基。大规模生产时，原料应价廉易得，还应有利于下游分离提取。,微生物的营养类型,第28页,-1,细菌培养基,营养肉汤（,nutrient broth),：,牛肉膏,3g,；水,1000ml,；,蛋白胨,5g,；,pH 7.27.4,放线菌培养基,高氏,1,号：,可溶性淀粉,20g,；,KNO,3,1g;K,2,HPO,4,1g,MgSO,4,0.5g NaCl 1g;FeSO,4,7H,2,O 0.5g,水,1000ml;pH 7.27.4,霉菌培养基,查氏（,zapek),培养基：,蔗糖,30g;KCl 0.5g;MgSO,4,.H,2,O 0.5g;,FeSO,4,0.5g,水,1000ml;K,2,HPO,4,1g;,NaNO,3,3g;pH 6.7,酵母菌培养基,麦芽汁培养基,微生物的营养类型,第29页,味精生产菌北京棒状杆菌,AS1299,一级种子（用摇床培养）,培养基配方：,葡萄糖,3%,玉米浆,2.53.5%,尿素,0.30.5%,K,2,HPO,4,0.10.2%,MgSO,4,0.05%,二级种子（,1200,升发酵罐）培养基配方：以水解糖,3%,代替葡萄糖,3%,，其它成份相同。,微生物的营养类型,第30页,-3,按对培养基成份了解程度来分,天然培养基,(complex medium),：也称作,chemically undefined medium,。,利用,化学成份还不完全清楚或不恒定,天然物质，（如肉汤、蛋白胨、,麦芽汁、酵母汁、豆芽汁、玉米粉、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。,合成（组合）培养基,(synthetic medium),：也称作,chemically defined medium.,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、清楚,，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。,如高氏培养基、察氏培养基等,.,半组合培养基,(semi-defined medium),：,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,.,如马铃薯蔗糖培养基,微生物的营养类型,第31页,-4,按制备后培养基外观物理状态来分,液体培养基,(liquid medium),：,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,.,固体培养基,(solid medium),：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,1.5,2,),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。可依使用目标不一样而制成斜面、平板等形式,.,半固体培养基,(semi-solid medium),：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。,微生物的营养类型,第32页,1.,不被微生物分解、利用、液化；,2.,不因消毒灭菌而被破坏；,3.,在微生物生长温度内保持固态；,4.,凝固点温度对微生物无害；,5.,透明度好，粘着力强,理想凝固剂应具备条件,微生物的营养类型,第33页,微生物的营养类型,第34页,微生物的营养类型,第35页,-5,按特殊用途划分,基础培养基,(minimum medium):,是含有普通微生物生长繁殖所需基础营养物质培养基；另外基础培养基也可作为一些特殊培养基基础成份（如制备糖发酵培养基时）,.,选择性培养基,(selective medium),：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。利用这种培养基可用来将某种或某类微生物从混杂微生物群体中分离出来,.,判别性培养基,(differential medium),：,用于判别不一样类型微生物培养基，在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，例：,伊红美兰乳糖培养基（,Eosin Methylene Blue,）,加富培养基,(enriched medium),：,在普通培养基中加入一些特殊营养物，如血、血清、动、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。用来培养营养要求苛刻微生物，或用以,富集（数量上占优势）,和分离某中微生物,.,微生物的营养类型,第36页,TYPES OF CULTURE MEDIA,TYPE,PURPOSE,Chemically defined,Growth of chemoautotrophs and photoautotrophs,and microbiological assays.,Complex,Growth of most chemoheterotrophic organisms.,Selective,Suppression of unwanted microbes;encouraging desired microbes.,Differential,Differentiation of colonies of desired microbes from others.,Enrichment,Similar to selective media but designed to increase numbers of desired microbes to detectable levels.,微生物的营养类型,第37页,Table 4a.Minimal medium for the growth of Bacillus megaterium.An example of a chemically-defined medium for growth of a heterotrophic bacterium.,Component,Amount,Function of component,sucrose,10.0 g,C and energy source,K,2,HPO,4,2.5 g,pH buffer;P and K source,KH,2,PO,4,2.5 g,pH buffer;P and K source,(NH,4,)2HPO,4,1.0 g,pH buffer;N and P source,MgSO,4,7H,2,O,0.20 g,S and Mg,+,source,FeSO,4,7H,2,O,0.01 g,Fe,+,source,MnSO,4,7H,2,O,0.007 g,Mn,+,Source,water,985 ml,pH 7.0,微生物的营养类型,第38页,Table 4b.Defined medium for the growth of Thiobacillus thiooxidans,a lithoautotrophic bacterium.,Component,Amount,Function of component,NH,4,Cl,0.52 g,N source,KH,2,PO,4,0.28 g,P and K source,MgSO,4,7H,2,O,0.25 g,S and Mg,+,source,CaCl,2,2H,2,O,0.07 g,Ca,+,source,Elemental Sulfur,1.56 g,Energy source,CO,2,5%*,C source,water,1000 ml,pH 3.0,*Aerate medium intermittently with air containing 5%CO,2,.,微生物的营养类型,第39页,Table 5a.Complex medium for the growth of fastidious bacteria,Component,Amount,Function of component,Beef extract,1.5 g,Source of vitamins and other growth factors,Yeast extract,3.0 g,Source of vitamins and other growth factors,Peptone,6.0 g,Source of amino acids,N,S,and P,Glucose,1.0 g,C and energy source,Agar,15.0 g,Inert solidifying agent,water,1000 ml,pH 6.6,微生物的营养类型,第40页,Table 5b.Selective enrichment medium for growth of extreme halophiles.,Component,Amount,Function of component,Casamino acids,7.5 g,Source of amino acids,N,S and P,Yeast extract,10.0 g,Source of growth factors,Trisodium citrate,3.0 g,C and energy source,KCl,2.0 g,K,+,source,MgSO,4,7 H,2,O,20.0 g,S and Mg,+,source,FeCl,2,0.023 g,Fe,+,source,NaCl,250 g,Na,+,source for halophiles and inhibitory to nonhalophiles,water,1000 ml,pH 7.4,微生物的营养类型,第41页,伊红美兰乳糖培养基,(Eosin Methylene blue),蛋白胨,10g,乳糖,5g,K,2,HPO,4,2g,伊红,Y,0.4g,美兰,0.065g,水,1000ml,pH=7.2,微生物的营养类型,第42页,G+,菌受抑制,G-,菌,能发酵乳糖产酸,不发酵乳糖不产酸，菌落无色透明,产酸力强，菌落呈紫绿色金属光泽,产酸力弱，菌落棕色,Enterbacter,Klebsiella,Hafnia,Sarrdia,Proteus,Salmonella,Shigella,E.coli,试样,EMB,在判别各种肠道杆菌中作用：,微生物的营养类型,第43页,EMB(Eosin Methylene Blue),Figure 14.Left:,Escherichia coli,cells.Right:,E.coli,colonies on EMB Agar.,微生物的营养类型,第44页,