微生物的营养1.pptx

1111微生物的六种营养要素微生物的六种营养要素微生物的营养类型微生物的营养类型营养物质进入细胞的方式营养物质进入细胞的方式培养基培养基Cncnc-micro第四章第四章微生物的营养和培养基微生物的营养和培养基微生物的六种营养微生物的六种营养(nutrition)要素要素碳源碳源（carbonsource）氮源氮源（nitrogensource）生长因子生长因子（growthfactor）无机盐无机盐（mineralsalts）水水（wahtor）Cncnc-micro能源能源（energysource）凡能构成微生物细胞或凡能构成微生物细胞或代谢产物中碳架来源的代谢产物中碳架来源的营养物质都称为碳营养物质都称为碳源源。碳源碳源(carbon source)(carbon source)Cncnc-micro碳源功能碳源功能碳源种类碳源种类C素构成细胞及代谢产物的骨架素构成细胞及代谢产物的骨架C素是大多数微生物代谢所需的能量素是大多数微生物代谢所需的能量来源来源碳源功能碳源功能Cncnc-micro无机无机C源：源：CO2、碳酸盐，只能被自养、碳酸盐，只能被自养微生物利用微生物利用有机有机C源：各种糖类，其次是有机酸、源：各种糖类，其次是有机酸、醇类、醇类、脂类和烃类化合物脂类和烃类化合物碳源种类碳源种类Cncnc-micro 凡凡是是可可以以构构成成微微生生物物细细胞胞和和代代谢谢产产物物中中氮氮素素来来源源的的营养物质都称为氮源。营养物质都称为氮源。氮源氮源(nitrogin source)(nitrogin source)Cncnc-micro氮源功能氮源功能氮源种类氮源种类 为为微微生生物物提提供供细细胞胞原原生生质质和和其其他他结结构构物物质质中中的的氮氮素素，氮氮源源一一般般不不做做能能源源，只只有有硝硝化化细细菌菌利利用用铵铵盐盐、亚亚硝硝酸酸盐盐作作氮氮源源,同时也作能源。同时也做能源。同时也作能源。同时也做能源。氮源功能氮源功能Cncnc-micro分子态氮：分子态氮：固氮微生物以分子氮为唯一氮源固氮微生物以分子氮为唯一氮源无机态氮：无机态氮：硝酸盐、铵盐几乎所有微生物能利用硝酸盐、铵盐几乎所有微生物能利用有机态氮：有机态氮：蛋白质及其降解产物蛋白质及其降解产物实验室实验室常用牛肉膏、蛋白胨、酵母膏做氮源常用牛肉膏、蛋白胨、酵母膏做氮源生产生产用玉米浆、豆饼、葵花饼、花生饼等。用玉米浆、豆饼、葵花饼、花生饼等。a速效氮源：速效氮源：玉米浆、铵盐等玉米浆、铵盐等b迟效氮源：迟效氮源：豆饼、花生饼等豆饼、花生饼等分子态氮：固氮微生物以分子氮为唯一氮源 氮源种类氮源种类Cncnc-micro能源(energy source)能能源源，就就是是能能为为微微生生物物的的生生命命活活动动提提供供最最初初能能量量来源的营养物或辐射能。来源的营养物或辐射能。异养微生物的能源就是其碳源异养微生物的能源就是其碳源能源谱能源谱单功能营养物：如辐射能单功能营养物：如辐射能双功能营养物：双功能营养物：NHNH4 4+是硝酸细菌的能源和氮源是硝酸细菌的能源和氮源三三功功能能营营养养物物：如如”N.C.H.ON.C.H.O”是是异异养养微微生生物物的的能能源、源、碳源及氮源。碳源及氮源。有机物：化能异养微生物的能源（同碳源）有机物：化能异养微生物的能源（同碳源）无机物：化能自养做生物的能源（不同于碳源）无机物：化能自养做生物的能源（不同于碳源）辐射能：光能自养和光能异养微生物的能源辐射能：光能自养和光能异养微生物的能源化学物质化学物质无机盐(inorganic ions)大量元素大量元素：生长所需浓度为：生长所需浓度为10-310-4mol/L的元素的元素微量元素微量元素：生长所需浓度为：生长所需浓度为10-610-8mol/L的元素的元素 构成微生物细胞的组成成分构成微生物细胞的组成成分调解微生物细胞的渗透压，调解微生物细胞的渗透压，PH值和氧值和氧化还原电位化还原电位有些无机盐如有些无机盐如S、Fe还可做为化能自养微还可做为化能自养微生物的能源生物的能源构成酶活性基的组成成分，维持构成酶活性基的组成成分，维持E活性。活性。Mg、Ca、K是多种是多种E的激活剂的激活剂无机盐（无机盐（mineral saltsmineral salts）无机盐功能无机盐功能Cncnc-micro 构构成成微微生生物物细细胞胞以以C、H、O、N、P、S六六种种元元素素为为主主，此此外外Ca、K、Mg、Fe，约约占占细细胞胞干干重重的的95以上。以上。大大量量元元素素Ca、K、Mg、Fe，以以无无机机盐盐阳阳离离子子形形式式被吸收，配培养基要加进磷酸盐、硫酸盐。被吸收，配培养基要加进磷酸盐、硫酸盐。Zn、Cu、Mn、Co、Mo等等微微量量元元素素，在在微微生生物物培培养养中中有有0.1PPM就就可可以以了了，自自来来水水原原料料中中已已够够用用，不需另加。不需另加。无机盐种类无机盐种类Cncnc-micro 微生物生长不可缺少的微生物生长不可缺少的微量有机物质叫生长因素。微量有机物质叫生长因素。维生素维生素氨基酸氨基酸碱碱基基 生长因子（生长因子（growth factorgrowth factor）Cncnc-micro提供方式：提供方式：原料：原料：酵母膏、玉米浆、肝浸出液、酵母膏、玉米浆、肝浸出液、麦芽汁、新鲜动植物组织麦芽汁、新鲜动植物组织 有些微生物自己不能合成维生素，有些微生物自己不能合成维生素，需要外加，主要是需要外加，主要是B族维生素、硫胺素、族维生素、硫胺素、叶酸、泛酸、核黄素等，如生产味精需叶酸、泛酸、核黄素等，如生产味精需加生物素（是加生物素（是B族中的一种即族中的一种即VH）。）。维生素主要作为酶的辅基或辅酶参维生素主要作为酶的辅基或辅酶参与新陈代谢。与新陈代谢。维生素维生素Cncnc-micro 有有些些微微生生物物自自己己不不能能合合成成某某种种AA，必必须须给给予予补补充充，如如赖赖AA发发酵酵所所用用的的黄黄色色短短杆杆菌菌不不能能合合成成环环丝丝AA，为为环环丝丝AA缺缺陷陷型型菌菌株株，在在培培养养基基中中必必须须添添加加含含环环丝丝AA的的氮氮源源。如如豆豆饼饼水水解解液液或或毛毛发发水水解解液液等。等。氨基酸氨基酸Cncnc-micro 各各种种菌菌合合成成AA的的能能力力有有很很大大差差别别，一一般般G菌菌强强于于G，大大肠肠杆杆菌菌自自己己能能合合成成全全部部AA，沙沙门门氏氏菌菌能能合合成成大大部部分分AA，有有的的菌菌合合成成AA能能力力极极弱弱，如如肠肠道道串串珠珠菌菌需需从从外外界界补补充充19种种AA。Cncnc-micro 嘧啶和嘌呤是核酸和辅嘧啶和嘌呤是核酸和辅E的重要组分，是的重要组分，是许多微生物必须的生长因素。许多微生物必须的生长因素。有有些些微微生生物物不不仅仅不不能能合合成成嘧嘧啶啶和和嘌嘌呤呤，而而且且不不能能将将补补充充的的嘧嘧啶啶和和嘌嘌呤呤结结合合在在核核苷苷酸酸上上，还还必必须须供供给给核核苷苷酸酸；有有的的菌菌需需补补充充卟卟啉啉或或其其衍衍生生物物；还还有有的的菌菌需需供供给给（低碳）脂肪酸等。（低碳）脂肪酸等。嘧啶和嘌呤是核酸和辅E的重要组分，是许多微生物必须的生长因素。碱基碱基Cncnc-micro水水 微微生生物物细细胞胞含含水水约约占占细细胞胞鲜鲜重重的的7090，水作用是多方面的。水作用是多方面的。Cncnc-micro水的功能水的功能水活度的表示方法水活度的表示方法 是是优优良良溶溶剂剂；是是细细胞胞中中生生化化反反应应的的良良好好介介质质；营营养养物物质质和和代代谢谢产产物物都都必必须须溶溶解解在在水水里里，才才能能被被吸吸收或排出体（细胞）外。收或排出体（细胞）外。维持生物大分子结构的稳定；维持细胞形态维持生物大分子结构的稳定；维持细胞形态水水的的比比热热高高，能能有有效效的的吸吸收收代代谢谢过过程程中中放放出出的的热热量，不致使细胞的温度骤然上升。量，不致使细胞的温度骤然上升。水的气化热高、沸点高、固态水密度小于液态水水的气化热高、沸点高、固态水密度小于液态水水合作用与脱水作用控制由多亚基组成的水合作用与脱水作用控制由多亚基组成的细胞结构细胞结构 水的功能水的功能Cncnc-micro2 水活度水活度：在相同的温度、压力下，溶液中水的蒸汽压在相同的温度、压力下，溶液中水的蒸汽压和纯水蒸汽压之比。和纯水蒸汽压之比。P溶液溶液P水水aw=细菌细菌酵母菌酵母菌霉菌、放线菌霉菌、放线菌耐盐菌耐盐菌0.90.990.8以上以上0.7以上以上0.6以上以上自养微生物自养微生物光能自养微生物（光无机营养型）光能自养微生物（光无机营养型）化能自养微生物（化能无机营养型化能自养微生物（化能无机营养型)异养微生物异养微生物光能异养微生物（光能有机营养型）光能异养微生物（光能有机营养型）化能异养微生物（化能有机营养型）化能异养微生物（化能有机营养型）微生物的营养类型微生物的营养类型Cncnc-micro微生物的营养类型微生物的营养类型完完全全在在无无机机环环境境中中生生存存，以以CO2、碳碳酸酸盐盐为为碳碳源源，以以铵铵盐盐和和硝硝酸酸盐盐为为氮氮源源来来合成细胞质的微生物称为自养微生物。合成细胞质的微生物称为自养微生物。自养微生物自养微生物Cncnc-micro可在完全无机的环境中生长，以可在完全无机的环境中生长，以CO2为碳源为碳源，光做能源，光做能源，无机物无机物为供为供H体还原体还原CO2合成细胞有机物质的微生物叫光能自合成细胞有机物质的微生物叫光能自养微生物。养微生物。H2OCO2(CH2O)O22H2SCO2(CH2O)H2O2SNa2S2O3+2CO2H2O(CH2O)+Na2SO4+H2SO4 光能自养微生物光能自养微生物（光能无机营养型）（光能无机营养型）Cncnc-micro 在完全无机的环境中生长发育，以无机化合物氧化为时释放的能量为能源，以CO2为碳源，合成细胞物质的微生物叫化化能自养微生物能自养微生物。这类细菌包括硫细菌、硝化细菌、H细菌、铁细菌等，硫细菌和硝化细菌与生产密切相关。化能自养微生物Cncnc-micro 在在完完全全有有机机环环境境中中生生长长繁繁殖殖，以以含含碳碳有有机机物物为为碳碳源源，含含氮氮有有机机物物或或无无机机物物为为氮源，合成细胞物质，称为异养微生物氮源，合成细胞物质，称为异养微生物。异养微生物（有机营养型）异养微生物（有机营养型）Cncnc-micro 这这类类微微生生物物具具有有光光合合色色素素。能能利利用用光光做做能能源源，以以有有机机化化合合物物为为供供H体体，还还原原CO2，合合成成细细胞胞物质的微生物，称物质的微生物，称光能异养微生物光能异养微生物。光光能能异异养养微微生生物物能能利利用用CO2，但但必必须须在在有有机机物物存存在在的的条条件件下下，才才能能生生长长，人人工工培培养养还还需需供供给给生生长长因因素素。目目前前已已用用这这类类微微生生物物，如如红红螺螺菌菌来来净净化化高高浓浓度度有有机机废废水水，这这对对处处理理污污水水、净净化化环环境，很有发展前途。境，很有发展前途。光能异养微生物光能异养微生物Cncnc-micro 这这类类微微生生物物以以有有机机化化合合物物为为碳碳源源，利利用用有有机机化化合合物物氧氧化化过过程程中中产产生生的的能能量量为为能能源源，以以有有机机或或无无机机含含氮氮化化合合物物为为氮氮源源，合合成成细细胞胞物物质质。这这类类微微生生物物称称为为化能异养微生物化能异养微生物。由由于于栖栖息息场场所所和和摄摄取取养养料料不不同同，可可将将异异养养微微生生物物分分为腐生型和寄生型两大类。为腐生型和寄生型两大类。腐生型腐生型：利用无生命的有机物获得营养物质。：利用无生命的有机物获得营养物质。寄生型寄生型：从活的寄生体内获取营养物质，：从活的寄生体内获取营养物质，如病毒如病毒中中间间类类型型：（兼兼性性腐腐生生或或兼兼性性寄寄生生）如如结结核核杆杆菌菌、痢疾杆菌就是兼性寄生菌。痢疾杆菌就是兼性寄生菌。化能异养微生物（化能有机营养型）化能异养微生物（化能有机营养型）Cncnc-micro 以上四种营养类型划分不是绝对的以上四种营养类型划分不是绝对的红螺菌既可利用光能，也可利用（黑暗）红螺菌既可利用光能，也可利用（黑暗）氢单胞菌是异养和自养的过渡型（称兼性自养氢单胞菌是异养和自养的过渡型（称兼性自养型）型）自自养养与与异异养养的的区区别别不不在在能能否否利利用用CO2，而而在在于于是是否否以以CO2或或碳碳酸酸盐盐为为唯唯一一的的碳碳源源。自自养养型型以以无无机机碳碳化化物物为为碳碳源源，异异养养型型虽虽然然也也可可利利用用CO2，但必须在有机碳存在情况下。，但必须在有机碳存在情况下。Cncnc-micro微生物的营养类型微生物的营养类型单纯扩散单纯扩散（simplediffusion）促进扩散促进扩散（facilitateddiffusion）主动运输主动运输(activetransport)基团移位基团移位(grouptranslocation)营养物质进入细胞的方式营养物质进入细胞的方式Cncnc-micro自由扩散自由扩散 物质进入细胞的动力是细胞内外的浓度差。物质进入细胞的动力是细胞内外的浓度差。这种运输方式不消耗能量这种运输方式不消耗能量没没有有特特异异性性，被被运运输输物物质质不不与与膜膜上上物物质质发发生生任任何何反应，物质不发生化学变化。反应，物质不发生化学变化。单纯扩散单纯扩散(simplediffusion)特点特点促进扩散(facilitated diffusion)膜载体（载体蛋白）特点 有很强的特异性在运输过程中，本身不发生变化。能加快物质运输的速度。促进扩散促进扩散(facilitateddiffusion)过程过程：膜膜载载体体在在膜膜外外与与营营养养物物质质亲亲合合力力强强，与与这这种种物物质质结结合合，进进入入细细胞胞后后亲亲合合力力降降低低释释放放营营养养物物质质。像像渡渡船船一一样样，膜膜外外装装货货，膜膜内内卸卸货货，这这种种扩扩散散方方式式比单纯扩散速度快。比单纯扩散速度快。膜内外亲合力的改变与载体分子构型改变有关。膜内外亲合力的改变与载体分子构型改变有关。Cncnc-micro促进扩散特点促进扩散特点 物质运输动力是细胞外的浓度差。运输过程不消耗能量。有膜载体参加，膜载体（渗透酶）有特异性。运输葡萄糖的载体只运输葡萄糖。这种运输方式多发生在真核微生物，原核生物少见。Cncnc-micro主动运输主动运输(active transport)(active transport)ATP ADP +Pi 恢复原构像再循环耗能构像 改变膜上膜外膜内移位结合被运送的物质可逆被运送的物质可逆浓度梯度进入细胞内浓度梯度进入细胞内要消耗能量，必需要消耗能量，必需有能量参加。有能量参加。有膜载体参加，膜有膜载体参加，膜载体发生构型变化载体发生构型变化被运送物质不发生被运送物质不发生任何变化。任何变化。主动运输特点主动运输特点 基团转位：是在研究糖的运输时发现的基团转位：是在研究糖的运输时发现的一种主动运输方式。一种主动运输方式。运输过程中需要能量，被运输的物质发运输过程中需要能量，被运输的物质发生化学变化的运输叫基团移位。生化学变化的运输叫基团移位。许多糖就是靠基团移位进行运输的。许多糖就是靠基团移位进行运输的。这种运输方式是微生物通过磷酸转移酶这种运输方式是微生物通过磷酸转移酶系统来运输营养物质的。系统来运输营养物质的。基团移位基团移位(group translocation)(group translocation)Cncnc-microGroup Translocation 膜外内Ec糖糖-P FF-PP-HPrHPrPEP丙酮酸E糖基团移位基团移位磷酸转移磷酸转移E系统（系统（PTS）酶酶（非特异性）（非特异性）酶酶:酶酶c,酶酶a,酶酶b热稳定蛋白热稳定蛋白HPr（特异性）（特异性）PEPHPrMg+2,酶酶磷酸磷酸HPr+丙酮酸丙酮酸(在细胞质中进行在细胞质中进行)磷酸磷酸HPr糖糖Mg+2,酶酶糖糖磷酸脂磷酸脂HPr（在细胞膜上进行）（在细胞膜上进行）F3磷酸磷酸HPrF3磷酸磷酸3HPrF3磷酸磷酸3乳糖乳糖Mg+酶酶3乳糖乳糖3磷酸磷酸FCncnc-micro基团转移运输特点：基团转移运输特点：需要磷酸酶系统进行催化需要磷酸酶系统进行催化被运输的物质发生化学变化，被磷酸化被运输的物质发生化学变化，被磷酸化需要能量需要能量Cncnc-micro 由由人人工工配配制制供供微微生生物物生生长长繁繁殖殖或或积积累累代代谢谢产产物物所所用用的的营营养养物物质质叫叫营营养养基基，科科研研生产中培养微生物都需要配制培养基。生产中培养微生物都需要配制培养基。培养基培养基 Cncnc-micro配制培养基的原则配制培养基的原则培养基的类型及应用培养基的类型及应用适合微生物的营养特点适合微生物的营养特点按微生物需要量调好营养配比按微生物需要量调好营养配比控制微生物的培养条件控制微生物的培养条件PH值：值：调节氧和调节氧和CO2的浓度的浓度调节培养基的渗透压调节培养基的渗透压配制培养基的原则配制培养基的原则Cncnc-micro培养基的类型及应用培养基的类型及应用Cncnc-micro根据微生物的种类根据微生物的种类按培养基的成分按培养基的成分按培养的用途按培养的用途 按培养基的物理状态按培养基的物理状态根据微生物的种类根据微生物的种类分类 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培养基酵母培养基Cncnc-micro按培养基的成分按培养基的成分 合成培养基合成培养基天然培养基天然培养基半合成培养基半合成培养基Cncnc-micro按培养的用途按培养的用途 基本培养基基本培养基加富培养基加富培养基选择培养基选择培养基鉴别不同微生物的培养基鉴别不同微生物的培养基保藏菌种培养基保藏菌种培养基Cncnc-micro基本培养基：基本培养基：按按大大多多数数微微生生物物的的营营养养需需要要配配制制一一种种培培养养基基，称称为为基基本本培培养养基基。再再根根据据各各种种微微生生物物的的不不同同需需要要加加入入一一、二二种种应应用用较较广广。如如培培养养某某种种营营养养缺缺陷陷型型菌菌株株，先先配配制制基基本本培培养养基基，之之后后再再加加入入缺缺陷陷型型菌菌珠珠，需需要的那种营养成分即可。要的那种营养成分即可。Cncnc-micro加富培养基加富培养基是是在在培培养养基基中中加加入入血血、血血清清、动动植植物物组组织织提提取取。用用来来培培养养要要求求较较苛苛刻刻的的某某些些异异养微生物。养微生物。Cncnc-micro选择培养基选择培养基纤维分解菌纤维分解菌含石蜡的培养基含石蜡的培养基用蛋白质做唯一的氮源的培养基用蛋白质做唯一的氮源的培养基缺氮培养基可分离到固氮微生物缺氮培养基可分离到固氮微生物 选择培养基Cncnc-micro鉴别不同微生物的培养基鉴别不同微生物的培养基如如大大肠肠杆杆菌菌，接接种种到到葡葡萄萄糖糖肉肉汤汤，麦麦芽芽糖糖肉肉汤汤和和乳乳糖糖肉肉汤汤中中，它它们们可可以以分分解解这这几几种种糖糖，并并产产酸产气。如在这三种培养基中接种伤寒杆菌。酸产气。如在这三种培养基中接种伤寒杆菌。伤伤寒寒杆杆菌菌只只能能发发酵酵葡葡萄萄糖糖和和麦麦芽芽糖糖，不不发发酵酵乳乳糖糖，只只产产酸酸不不产产气气。这这样样就就把把大大肠肠杆杆菌菌和和伤伤寒寒杆杆菌菌区区别别开开，产产气气由由产产生生的的气气泡泡观观察察到到，产产酸酸可由指示剂的颜色变化观察到。可由指示剂的颜色变化观察到。Cncnc-micro 检检查查乳乳品品和和饮饮用用水水中中是是否否含含有有肠肠道道致致病病菌菌，所所用用的的伊伊红红美美兰兰培培养养基基，也也是是一一种种鉴鉴别别培培养养基基。将将大大肠肠杆杆菌菌接接种种在在伊伊红红美美兰兰培培养养基基上上，当当大大肠肠杆杆菌菌发发酵酵乳乳糖糖时时，能能使使伊伊红红美美兰兰培培养养基基上上，当当大大肠肠杆杆菌菌发发酵酵乳乳糖糖时时，能能使使伊伊红红美美兰兰结结合合成成黑黑色色化化合合物物，所所以以在在这这种种培培养养基基上上长长出出来来的的大大肠肠杆杆菌菌，呈呈紫紫黑黑色色并并带带我我金金属属光光泽泽的的小小菌菌落落，而而产产气气杆杆菌菌在这种培养基上长出的是较大的棕色菌落。在这种培养基上长出的是较大的棕色菌落。Cncnc-micro保藏菌种培养基保藏菌种培养基对对于于生生产产中中使使用用的的菌菌种种保保藏藏培培养养基基，要要求求比比较较丰丰富富的的氮氮源源，以以防防止止菌菌种种退退化化变质。变质。Cncnc-micro按培养基的物理状态按培养基的物理状态固体培养基固体培养基半固体培养基半固体培养基液体培养基液体培养基Cncnc-micro固体培养基固体培养基 琼脂固体培养基琼脂固体培养基明胶培养基明胶培养基硅胶固体培养基硅胶固体培养基天然固体基质天然固体基质Cncnc-micro 琼脂固体培养基：琼脂固体培养基：琼琼脂脂是是由由红红藻藻门门石石花花菜菜江江蓠蓠等等藻藻类类地区地区中提取的胶体多糖。中提取的胶体多糖。琼琼脂脂的的化化学学成成分分为为多多聚聚半半乳乳糖糖硫硫酸酸上上下下酯酯，熔熔点点96，凝凝固固点点是是4050。琼琼脂脂培培养养基基可可反反复复溶溶化化凝凝固固而而不不改改一落一落变性质。变性质。绝大多数微生物不水解琼脂。绝大多数微生物不水解琼脂。Cncnc-micro液体培养基液体培养基 不不加加凝凝固固剂剂的的培培养养基基，营营养养物物质质分分布布均均匀匀，微微生生物物能能与与营营养养物物质质充充分分接接触触，利利用用适适合合积积累累代代谢产物。多用于生理研究和发酵工业生产中。谢产物。多用于生理研究和发酵工业生产中。另另外外，病病毒毒与与立立克克氏氏体体，衣衣原原体体不不活活细细胞胞专专性性寄寄生生微微生生物物，常常用用鸡鸡胚胚培培养养法法和和动动物物培培养养法法进进行培养。行培养。Cncnc-micro