第五章微生物的营养与培养基课件.ppt
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- 第五 微生物 营养 培养基 课件
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1、 第六章第六章 微生物的营养和培养基微生物的营养和培养基本章主要内容:本章主要内容:一、一、微生物细胞的化学组成微生物细胞的化学组成二、二、微生物的营养要素微生物的营养要素三、三、微生物的营养类型微生物的营养类型四、四、微生物对营养物质的吸收方式微生物对营养物质的吸收方式五、五、培养基培养基 n营养:营养:指生物体从外部环境中摄取对其指生物体从外部环境中摄取对其生命活动必需的能量和物质,以满足正生命活动必需的能量和物质,以满足正常生长和繁殖需要的一种最基本的生理常生长和繁殖需要的一种最基本的生理功能。功能。n从环境中吸取从环境中吸取一些一些物质,以获取能量进物质,以获取能量进行新陈代谢合成物质
2、,表现出微生物的行新陈代谢合成物质,表现出微生物的生长和繁殖物质统称为生长和繁殖物质统称为营养物质。营养物质。微生物细胞中几种主要元素的含量微生物细胞中几种主要元素的含量(细胞干重的百分数)细胞干重的百分数)元素元素 细菌细菌 酵母菌酵母菌 霉菌霉菌 碳碳 50 49.8 47.9 氮氮 15 12.4 5.2 氢氢 8 6.7 6.7 氧氧 20 31.1 40.2微生物细胞的化学组成微生物细胞的化学组成 主要成分主要成分 细菌细菌 酵母菌酵母菌 霉菌霉菌 水分水分 7585 7080 8590(占细胞鲜重的(占细胞鲜重的%)蛋白质蛋白质 5080 3275 1415 占占 细细 碳水化合物
3、碳水化合物 1228 2763 740 胞胞 干干 脂肪脂肪 520 215 440 重重 的的 核酸核酸 1020 6 8 1%无机盐无机盐 230 3.87 612 一、一、生物的营养要素生物的营养要素 微生物细胞也和其他高等生物细胞一样,微生物细胞也和其他高等生物细胞一样,在元素水平都需要在元素水平都需要2020种左右,且以种左右,且以C C、H H、O O、N N、S S、P P六种元素六种元素为主;在营养要素水平上都为主;在营养要素水平上都在六大类的范围内:在六大类的范围内:碳源、氮源、能源、生长碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水。因子、无机盐和水。凡是提供微生物营养所需的碳元素
4、(碳架)的营凡是提供微生物营养所需的碳元素(碳架)的营养源,称为碳源。养源,称为碳源。碳源是微生物需要量最大的营养碳源是微生物需要量最大的营养物,又称大量营养物。物,又称大量营养物。碳源物质的功能碳源物质的功能 :1 1)构成细胞物质;构成细胞物质;2 2)为机体提供整个生理活动所需要的能量(异)为机体提供整个生理活动所需要的能量(异养微生物)。养微生物)。(一)碳源(一)碳源(carbon source)n碳源可分为碳源可分为有机碳源有机碳源和和无机碳源无机碳源。n无机碳:无机碳:如如COCO2 2和碳酸盐等。和碳酸盐等。n有机碳:有机碳:糖与糖的衍生物糖与糖的衍生物(多糖:如淀粉、麸(多糖
5、:如淀粉、麸皮、米糠等;单糖:葡萄糖皮、米糠等;单糖:葡萄糖;双糖:蔗糖、麦双糖:蔗糖、麦芽糖)芽糖)、脂类、醇类。有机酸、烃类、芳香、脂类、醇类。有机酸、烃类、芳香族化合物等含碳的有机化合物。族化合物等含碳的有机化合物。n异养微生物:异养微生物:凡必须利用有机碳源的微生物。凡必须利用有机碳源的微生物。n自养微生物:自养微生物:凡必须利用无机碳源的微生物。凡必须利用无机碳源的微生物。类类型型元素水平元素水平 化合物水平化合物水平 培养基原料水平培养基原料水平有有机机碳碳CHONX复杂蛋白质、核酸等复杂蛋白质、核酸等牛肉膏、蛋白胨、花生饼粉牛肉膏、蛋白胨、花生饼粉等等CHON多数氨基酸、简单蛋白
6、多数氨基酸、简单蛋白质等质等一般氨基酸、明胶等一般氨基酸、明胶等CHO糖、有机酸、醇、脂类糖、有机酸、醇、脂类等等葡萄糖、蔗糖、各种淀粉、葡萄糖、蔗糖、各种淀粉、糖蜜等糖蜜等CH烃类烃类天然气、石油及其不同馏份、天然气、石油及其不同馏份、石蜡油等石蜡油等无无机机碳碳C(?)COCO2CO2COXNaHCO3NaHCO3、CaCO3、白垩等白垩等 微生物的碳源谱(微生物的碳源谱(微生物可利用的碳源范围)微生物可利用的碳源范围)C CH HO O型的糖类是最广泛利用的碳源,其次型的糖类是最广泛利用的碳源,其次是有机酸、醇类和脂类。是有机酸、醇类和脂类。(二)二)氮源氮源(nitrogen sour
7、ce)凡是提供微生物营养所需的氮元素的营养源,称凡是提供微生物营养所需的氮元素的营养源,称为氮源。可分为有机氮源和无机氮源两类。为氮源。可分为有机氮源和无机氮源两类。氮源物质的主要作用氮源物质的主要作用 (1)合成细胞中含氮物质。合成细胞中含氮物质。(2 2)少数自养细菌能利用铵盐、硝酸盐作为机体生少数自养细菌能利用铵盐、硝酸盐作为机体生长的氮源与长的氮源与能源能源,某些厌氧细菌在厌氧与糖类物质缺,某些厌氧细菌在厌氧与糖类物质缺乏的条件下,也可以利用氨基酸作为乏的条件下,也可以利用氨基酸作为能源能源物质。物质。微生物的氮源谱微生物的氮源谱 微生物能利用的氮源范围即氮源微生物能利用的氮源范围即氮
8、源谱。谱。微生物的氮源谱微生物的氮源谱类类型型 元素水平元素水平化合物水平化合物水平培养基原料水平培养基原料水平有有机机氮氮NCHOX复杂蛋白质、核酸等复杂蛋白质、核酸等牛肉膏、酵母膏、饼牛肉膏、酵母膏、饼粕粉、蚕蛹粉等粕粉、蚕蛹粉等NCHO尿素、一般氨基酸、简单蛋尿素、一般氨基酸、简单蛋白质等白质等尿素、蛋白胨、明胶尿素、蛋白胨、明胶等等无无机机氮氮NHNH3、铵盐等铵盐等(NH4)2SO4等等NO硝酸盐等硝酸盐等KNO3等等NN2空气空气异养微生物对氮源的利用顺序:异养微生物对氮源的利用顺序:N NC CH HO O 或或N NC CH HO OX X类优于类优于N NH H,更优于,更优
9、于N NO O最不易利用的是最不易利用的是“N”N”类(只有固氮菌、根瘤菌和蓝细菌等可利用)类(只有固氮菌、根瘤菌和蓝细菌等可利用)实验室常用的氮源有碳酸铵、硝实验室常用的氮源有碳酸铵、硝酸盐、硫酸铵、尿素、蛋白胨、牛酸盐、硫酸铵、尿素、蛋白胨、牛肉膏、酵母膏等。肉膏、酵母膏等。生产上常用的氮源:硝酸盐、铵盐、生产上常用的氮源:硝酸盐、铵盐、尿素、氨以及蛋白含量较高的鱼粉、尿素、氨以及蛋白含量较高的鱼粉、蚕蛹粉、黄豆饼粉、花生饼份、玉蚕蛹粉、黄豆饼粉、花生饼份、玉米浆等。米浆等。细菌培养基细菌培养基 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;K2H
10、PO4 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 K2HPO4 1g;NaNO3 3g;水水 1000ml;pH 6.7 微生物依据氮源谱的分类微生物依据氮源谱的分类 (1)氨基酸自养型微生物)氨基酸自养型微生物 一部分微生物不需要氨基酸作氮源,它们能把尿素、铵一部分微生物不需要氨基酸作氮源,它们能把尿素、铵盐、硝酸盐甚至氮气等简单氮源自行合成所需要的一切氨基盐、硝酸盐甚至氮气
11、等简单氮源自行合成所需要的一切氨基酸。这样的微生物叫做酸。这样的微生物叫做氨基酸自养型微生物。氨基酸自养型微生物。可利用氨基酸自养型微生物将尿素、铵盐、硝酸盐甚至可利用氨基酸自养型微生物将尿素、铵盐、硝酸盐甚至氮气等廉价氮源转化成菌体蛋白(氮气等廉价氮源转化成菌体蛋白(SCPSCP或食用菌等)或含氮或食用菌等)或含氮的代谢产物。的代谢产物。(2)氨基酸异养型微生物)氨基酸异养型微生物 凡需要从外界吸收现成的氨基酸做氮源的微生物叫做凡需要从外界吸收现成的氨基酸做氮源的微生物叫做氨氨基酸异养型微生物基酸异养型微生物。(三)能源(三)能源 能源:能源:能为微生物的生命活动提供最初能量来源的营养能为微
12、生物的生命活动提供最初能量来源的营养物或辐射能。分为物或辐射能。分为化学物质化学物质和和辐射能辐射能两类。两类。微生物的能源谱:微生物的能源谱: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)化学物质化学物质 能源谱:能源谱:无机物:化能自养微生物的能源(不同于碳源)无机物:化能自养微生物的能源(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 由于各种异养微生物的能源就是其碳源,因此微生物的由于各种异养微生物的能源就是其碳源,因此微生物的能源谱较简单。能源谱较简单。微生物营养物功能的多重性微生物营养物功能的多重性(1 1)单
13、功能营养物)单功能营养物辐射能是单功能的,只为光能微生物提供能源。辐射能是单功能的,只为光能微生物提供能源。(2 2)双功能营养物)双功能营养物 对一切异养微生物来说,其碳源又兼作能源,这种对一切异养微生物来说,其碳源又兼作能源,这种碳源碳源(营养物)称双功能营养物。化能自养微生物(营养物)称双功能营养物。化能自养微生物的能源物质无机养料常常是双功能的(如:的能源物质无机养料常常是双功能的(如:NH4NH4+既是硝酸细菌的能源,又是它的氮源。)既是硝酸细菌的能源,又是它的氮源。)(3 3)三功能营养物)三功能营养物有机营养物常有三功能作用,既是异养微生物的能有机营养物常有三功能作用,既是异养微
14、生物的能源,又是它们的碳源或氮源(如氨基酸)。源,又是它们的碳源或氮源(如氨基酸)。(四)生长因子(四)生长因子(growth factor)定义定义:是一类对微生物正常生活所不可缺少而需要是一类对微生物正常生活所不可缺少而需要量又不大,但微生物自身不能用简单的碳源或氮源合量又不大,但微生物自身不能用简单的碳源或氮源合成,或合成量不足以满足机体生长需要的有机营养物成,或合成量不足以满足机体生长需要的有机营养物质,必须由外源提供,这类物质统称为生长因子。质,必须由外源提供,这类物质统称为生长因子。缺乏合成生长因子能力的微生物称为缺乏合成生长因子能力的微生物称为“营养缺陷型微营养缺陷型微生物生物”
15、。生长因子包括生长因子包括氨基酸、维生素、嘌呤、嘧啶及其氨基酸、维生素、嘌呤、嘧啶及其衍生物、脂肪酸及氧等。衍生物、脂肪酸及氧等。微微 生生 物物 生长因子生长因子 需要量(需要量(ml-1)III型肺炎链球菌(型肺炎链球菌(Streptococcus pneumoniae)胆碱胆碱 6ug金黄色葡萄球菌(金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)硫胺素硫胺素 0.5ng白喉棒杆菌(白喉棒杆菌(Cornebacterium diphtherriae)B-丙氨酸丙氨酸 1.5ug破伤风梭状芽孢杆菌(破伤风梭状芽孢杆菌(Clostridium tetani)尿嘧啶尿嘧啶 0-4u
16、g肠膜状串珠菌(肠膜状串珠菌(Leuconostoc mesenteroides)吡哆醛吡哆醛 0.025ug某些微生物对生长因子的需要量某些微生物对生长因子的需要量生长因子的作用:生长因子的作用:n(1)维生素:只作为酶的活性基。维生素:只作为酶的活性基。n(2 2)氨基酸:)氨基酸:L-L-氨基酸是组成蛋白质和酶结构氨基酸是组成蛋白质和酶结构物质的主要成分。物质的主要成分。D-D-丙氨酸丙氨酸是合成细菌细胞壁肽是合成细菌细胞壁肽聚糖的成分。聚糖的成分。n(3 3)嘌呤、嘧啶及它们的衍生物:主要功能是)嘌呤、嘧啶及它们的衍生物:主要功能是构成核酸和辅酶。构成核酸和辅酶。n(4 4)脂肪酸等:
17、组成细胞膜的类脂成分)脂肪酸等:组成细胞膜的类脂成分.n(5 5)氧:需氧微生物在液体培养基中生长充入)氧:需氧微生物在液体培养基中生长充入氧气,使培养基中有一定量的溶解氧(氧气,使培养基中有一定量的溶解氧(DO).DO).微生物依据对生长因子需要的分类微生物依据对生长因子需要的分类(1)生长因子自养型微生物)生长因子自养型微生物 不需要从外界吸收任何生长因子的微生物叫生长因不需要从外界吸收任何生长因子的微生物叫生长因子自养型微生物。子自养型微生物。(2)生长因子异养型微生物)生长因子异养型微生物 需要从外界吸收多种生长因子才能维持正常生长的需要从外界吸收多种生长因子才能维持正常生长的微生物叫
18、生长因子异养型微生物。微生物叫生长因子异养型微生物。(3)生长因子过量合成微生物)生长因子过量合成微生物 少数微生物在其代谢活动中,能合成并分泌大量的少数微生物在其代谢活动中,能合成并分泌大量的维生素等生长因子,这样的微生物叫生长因子过量维生素等生长因子,这样的微生物叫生长因子过量合成微生物合成微生物(如:用谢氏丙酸杆菌生产维生素(如:用谢氏丙酸杆菌生产维生素B12。(五、无机盐(五、无机盐 是微生物生长必不可少的一类营养物质,可是微生物生长必不可少的一类营养物质,可为微生物提供除碳、氮以外的各种重要元素的无为微生物提供除碳、氮以外的各种重要元素的无机盐。包括大量元素和微量元素。机盐。包括大量
19、元素和微量元素。大量元素:大量元素:P P、S S、K K、MgMg、CaCa、NaNa、FeFe等。等。(微生物生长所需浓度在(微生物生长所需浓度在1010-3-3-10-10-4-4mol/Lmol/L)微量元素:微量元素:CuCu、ZnZn、MnMn、MoMo、CoCo等。等。(微生物生长所需浓度在(微生物生长所需浓度在1010-6-6-10-10-8-8mol/Lmol/L)无机盐的生理功能无机盐的生理功能 细胞内一般分子成分(细胞内一般分子成分(P、S、Ca、Ma、Fe等)等)一般功能一般功能 渗透压的维持(渗透压的维持(Na+等)等)生理调节物质生理调节物质 酶的激活剂(酶的激活剂
20、(M g2+等)等)大量元素大量元素 pH的稳定的稳定无无 化能自养菌的能源(化能自养菌的能源(S、Fe2+、NH4+、NO2-等)等)机机 特殊功能特殊功能 盐盐 无氧呼吸时的氢受体(无氧呼吸时的氢受体(NO3-、SO42-等)等)酶的激活剂(酶的激活剂(Cu2+、Mn2+、Zn2+等)等)微量元素微量元素 特殊分子结构成分(特殊分子结构成分(Co、Mo等)等)六、水分六、水分 水分是生物细胞的主要化学成分,其重要的生水分是生物细胞的主要化学成分,其重要的生理功能表现在下列几个方面:理功能表现在下列几个方面:1 1、细胞的构成成分。、细胞的构成成分。2 2、一系列生理生化反应的反应介质、一系
21、列生理生化反应的反应介质,参与参与许多生理生化反应。许多生理生化反应。3 3、维持细胞的膨压(控制细胞形态)。、维持细胞的膨压(控制细胞形态)。4 4、水的比热高,能有效的吸收代谢过程中、水的比热高,能有效的吸收代谢过程中放出的热量,不致使细胞的温度骤然上升。有放出的热量,不致使细胞的温度骤然上升。有效地控制细胞内的温度变化。效地控制细胞内的温度变化。5 5、维持各种生物大分子结构的稳定性。、维持各种生物大分子结构的稳定性。二、微生物的营养类型二、微生物的营养类型n根据根据碳源碳源和和能源能源划分:划分:根据根据能源能源的性质将微生物分为的性质将微生物分为光能营养型光能营养型和和化能营化能营养
22、型。养型。根据根据碳源碳源的性质将微生物分为的性质将微生物分为自养型自养型(以(以CO2CO2为碳为碳源),源),异养型异养型(以有机物为碳源)(以有机物为碳源)营养类型营养类型 能源能源 氢供体氢供体基本碳源基本碳源 实实 例例光能自养型光能自养型光光无机物无机物CO2蓝细菌蓝细菌,紫硫细菌紫硫细菌,绿硫绿硫细菌细菌,藻类藻类光能异养型光能异养型光光有机物有机物CO2及简单及简单有机物有机物红螺菌科的细菌红螺菌科的细菌(即紫即紫色无硫细菌色无硫细菌)化能自养型化能自养型无机无机物物无机物无机物CO2硝化细菌硝化细菌,硫化细菌硫化细菌,铁铁细菌细菌,氢细菌氢细菌,硫磺细菌硫磺细菌等等化能异养型
23、化能异养型有机有机物物有机物有机物有机物有机物绝大多数细菌和全部绝大多数细菌和全部真核微生物真核微生物微生物的营养类型 三、营养物质进入细胞的方式三、营养物质进入细胞的方式 除原生动物外,其他各大类有细胞的微生物除原生动物外,其他各大类有细胞的微生物都是通过都是通过细胞膜的渗透细胞膜的渗透和和选择吸收作用选择吸收作用从外界吸从外界吸收营养物的。收营养物的。细胞膜运送营养物质有四种方式:细胞膜运送营养物质有四种方式:一、单纯扩散一、单纯扩散二、促进扩散二、促进扩散三、主动运送三、主动运送四、基团移位四、基团移位 1 1、单纯扩散、单纯扩散(simple diffusion)又称被动扩散(又称被动
24、扩散(passive diffusion)。)。细胞膜在细胞膜在无载体蛋白的参与无载体蛋白的参与下,单纯依靠物理扩散下,单纯依靠物理扩散方式让膜外方式让膜外高浓度高浓度的小分子、非电离分子尤其是亲水性的小分子、非电离分子尤其是亲水性分子分子被动被动通过的一种物质运送方式。通过的一种物质运送方式。特点:特点:(1)不通过膜上载体蛋白)不通过膜上载体蛋白(2)不消耗能量)不消耗能量(3)不能逆浓度梯度运送)不能逆浓度梯度运送(4)物质在运送的过程中既不与膜上的分子发生反)物质在运送的过程中既不与膜上的分子发生反应,本身的结构也不发生变化应,本身的结构也不发生变化(5)运送的物质无特异性,种类不多。
25、)运送的物质无特异性,种类不多。主要为:主要为:H2O、O2、CO2、乙醇、甘油、无机盐、代、乙醇、甘油、无机盐、代谢抑制剂和某些氨基酸分子。谢抑制剂和某些氨基酸分子。单纯扩散模式图单纯扩散模式图细胞膜外细胞膜外细胞膜内细胞膜内细胞膜细胞膜促进扩散:促进扩散:指溶质在运送过程中,必须借助存在于细胞膜指溶质在运送过程中,必须借助存在于细胞膜上的底物上的底物特异载体蛋白的协助特异载体蛋白的协助,但,但不消耗能量不消耗能量的一种扩散性的一种扩散性运送方式。运送方式。2、促进扩散、促进扩散(facilitated diffusion)特点特点(1)通过膜上载体蛋白的构象变化,把膜外通过膜上载体蛋白的构
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