农业微生物第四章微生物的营养和培养基.ppt

第四章 微生物的营养和培养基,微 生 物 学 第 四 章,微生物的营养和培养基,微生物的六种营养要素 微生物的营养类型 营养物质进入细胞的方式 培养基,Cncnc-micro,第四章 微生物的营养和培养基,微生物的六种营养(nutrition)要素,碳源 （carbon source）,氮源（nitrogen source）,生长因子（growth factor）,无机盐（mineral salts）,水（wahtor）,能源（energy source）,凡能构成微生物细胞或代谢产物中碳架来源的营养物质都称为碳 源 。,碳源(carbon source),碳源功能,碳源种类,C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来源,碳源功能,无机C源：CO2、碳酸盐，只能被自养微生物利用 有机C源：各种糖类，其次是有机酸、醇类、 脂类和烃类化合物,碳源种类,凡是可以构成微生物细胞和代谢产物中氮素来源的营养物质都称为氮源。,氮源(nitrogin source),氮源功能,氮源种类,为微生物提供合成细胞物质代谢产物的原料，氮源一般不做能源，只有硝化细菌利用铵盐，亚硝酸盐作氮源,同时也作能源。同时也做能源。,氮源功能,分子态氮：固氮微生物以分子氮为唯一氮源 无机态氮：硝酸盐、铵盐几乎所有微生物能利用 有机态氮：蛋白质及其降解产物 a速性氮源：实验室常用牛肉膏、蛋白 质、酵母膏做氮源 b迟速性氮源：生产用玉米浆、豆 饼、葵花饼、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,构成微生物细胞的组成成分 调解微生物细胞的渗透压， PH值和氧化还原电 位 有些无机盐如S、Fe还可做为自养微生物的能源 构成酶活性基的组成成分，维持E活性。Mg、Ca、K是多种E的激活剂,无机盐（mineral salts）,无机盐功能,构成微生物细胞以C、H、O、N、P、S六种元素为主，约占细胞干重的95以上； Ca、K 、Mg、Fe为大量元素，以无机盐阳离子形式被吸收，配培养基要加磷酸盐、硫酸盐。 Zn、Ca、Mn、Co、Mo等微量元素，在微生物培养中有0.1PPM就可以了，自来水原料中以够用，不需另加。,无机盐种类,微生物生长不可缺少的 微量有机物质叫生长因素。 维生素 氨基酸 碱 基,生长因素（growth factor）,有的微生物自己不能合成维生素，需要外加，主要是B族维生素、硫胺素、叶酸、泛酸、核黄素等，如生产味精需加生物素（是B族中的一种即VH）。,维生素,有些微生物自己不能合成某种AA，必须给予补充，如赖氨酸发酵所用的黄色短杆菌不能合成环丝氨酸，为环丝氨酸缺陷型菌株，在培养基中必须添加含环丝氨酸的氮源。如豆饼水解液或毛发水解液等。,氨基酸,各种菌合成AA的能力有很大差别，一般G菌强于G，大肠杆菌自己能合成全部AA，沙门氏菌能合成大部分AA，有的菌合成AA能力极弱，如肠道串珠菌需从外界补充19种AA。,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。 有些微生物不仅不能合成嘧啶和嘌呤，而且不能将补充的嘧啶和嘌呤结合在核苷酸上，还必须供给核苷酸，有的菌需补充卟啉或其衍生物，还有的菌需供给（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,水,微生物细胞含水约占细胞鲜重的7090， d ddd水作用是多方面的。,水的功能,水活度的表示方法,是细胞中生化反应的良好介质；营养物质和代谢产物都必须溶解在水里，才能被吸收或排出体（细胞）外。 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。 维持细胞的膨压（控制细胞形态）。,水的功能,微生物可利用的水用水活度来表示（Qw），Qw是指在相同的温度和压力下，溶液中水的蒸气压和纯水的蒸气压的比，即an=P溶液/P纯水，微生物生长所需的水活度通常在0.630.99之间，细菌水活度较高为0.8，酵母菌次之，耐旱的微生物水活度为0.6，水中溶质越高水活度越低。,水活度的表示方法,自养微生物 光能自养微生物（光能无机营养型） 化能自养微生物（化能无机营养型) 异养微生物 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）,微生物的营养类型,完全在无机环境中生存，以CO2、碳酸盐为碳源，以铵盐和硝酸盐为氮源来合成细胞物质的微生物称为自养微生物。,自养微生物,可在完全无机的环境中生长，以CO2为碳源，光做能源，无机物为供H体还原CO2合成细胞有机物质的微生物叫光能自养微生物。 H2OCO2 (CH2O) O2 2H2SCO2 (CH2O) H2O2S Na2S2O3+2 CO2H2O (CH2O) +Na2SO4+H2SO4,光能自养微生物（光能无机营养型）,Cncnc-micro,在完全无机的环境中生长发育，以无机化合物氧化时释放的能量为能源，以CO2或碳盐为碳源，合成细胞物质的微生物叫化能自养微生物。 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,如FeO硫杆菌可把FeO氧化成Fe，Fe氧化率达95100并放出能量 Fe2 Fe3eQ 用氧化亚铁硫杆菌氧化黄铁矿时，可以生成硫酸和硫酸高铁，硫酸高铁是强氧化剂和溶剂可以溶解矿物，如溶解铜矿析出铜元素，用这类微生物来开矿冶金称为细菌冶金，是开采贫矿和尾矿的有效办法，用细菌浸出Fe的速度比完全氧化快5660倍。,在完全无机环境中生长繁殖，以含碳有机物为碳源，含氮有机物或无机物为氮源，合成细胞物质，称为异养微生物。,异养微生物（有机营养型）,这类微生物具有光合色素。能利用光做能源，以有机化合物为供H体，还原CO2，合成细胞物质的微生物，称光能异养微生物。 光能异养微生物能利用CO2，但必须在有机物存在的条件下，才能生长，人工培养还需供给生长因素。目前已用这类微生物，如红螺菌来净化高浓度有机废水，这对处理污水、净化环境，很有发展前途。,光能异养微生物,这类微生物以有机化合物为碳源，利用有机化合物氧化过程中产生的能量为能源，以有机或无机含氮化合物为氮源，合成细胞物质。这类微生物称为化能异养微生物。 由于栖息场所和摄取养料不同，可将异养微生物分为腐生型和寄生型两大类。 腐生型：利用无生命的有机物获得营养物质。 寄生型：从活的寄生体内获取营养物质，如 d 病毒.。 中间类型（兼性腐生或兼性寄生）如结核杆 地菌、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）,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） 氢单胞菌是异养和自养的过渡型（称兼性自养型） 自养与异养的区别不在能否利用CO2，而在于是否以CO2式.碳酸盐为唯一的碳源。自养型以无机碳化物为碳源，异养型虽然也可利用CO2，但必须在有机碳存在情况下。,微生物的营养类型,单纯扩散（simple diffusion） 促进扩散（facilitated diffusion） 主动运输(active transport) 基团移位(group translocation),营养物质进入细胞的方式,自由扩散,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 没有特异性，被运输物质不与膜上物质发生任何反应，物质不发生化学变化。 。,单纯扩散(simple diffusion)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(facilitated diffusion)过程： 膜载体在膜外与营养物质亲合力强，与这种物质结合，进入细胞后亲合力降低释放营养物质。像渡船一样，膜外装货，膜内卸货，这种扩散方式比单纯扩散速度快。 膜内外亲合力的改变与载体分子构型改变有关。,促进扩散特点 物质运输动力是细胞内外的浓度差。 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。这种运输方式多发生在真核微生物，原核生物少见。,主动运输(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,被运送的物质可逆浓度梯度进入细胞内 要消耗能量，必需有能量参加。 有膜载体参加，膜载体发生构型变化 被运送物质不发生任何变化。,主动运输特点,基团转位：是在研究糖的运输时发现的一种主动运输方式。 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。 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系统来运输营养物质的。,基团移位(group translocation),Group Translocation,糖,基团移位,磷酸转移E系统（PTS） 酶（非特异性） 酶: 酶c,酶a,酶b 热稳定蛋白HPr（特异性）,PEPHPr Mg+2 ,酶磷酸HPr + 丙酮酸 (在细胞质中进行) 磷酸HPr糖 Mg+2,酶 糖磷酸脂HPr （在细胞膜上进行） F 3磷酸HPr F3磷酸3 HPr F3磷酸3乳糖 Mg+酶 3乳糖3磷酸,F,基团转移运输特点： 需要磷酸转移酶系统进行催化 被运输的物质发生化学变化，被磷酸化 需要能量,由人工配制供微生物生长繁殖或积累代谢产物所用的营养物质叫培养基，科研生产中培养微生物都需要配制培养基。,培养基,配制培养基的原则,培养基的类型及应用,适合微生物的营养特点 按微生物需要量调好营养配比 控制微生物的培养条件 pH值： 调节氧和CO2的浓度 调节培养基的渗透压,配制培养基的原则,培养基的类型及应用,根据微生物的种类,按培养基的成分,按培养基的用途,按培养基的物理状态,根据微生物的种类 分 类 细菌培养基 放线菌培养基 霉菌培养基 酵母菌培养基,按培养基的成分 合成培养基 天然培养基 半合成培养基,按培养基的用途 基本培养基 加富培养基 选择培养基 鉴别培养基 保藏菌种培养基,基本培养基： 按大多数微生物的营养需要配制一种培养基，称为基本培养基。再根据各种微生物的不同需要加入一、二种营养成分。如培养某种营养缺陷型菌株，先配制基本培养基，之后再加入缺陷型菌珠需要的那种营养成分即可。,加富培养基 是在培养基中加入血、血清、动植物组织提取物，用来培养要求较苛刻的某些异养微生物。,选择培养基 纤维分解菌 以纤维素为唯一碳源 含石蜡的培养基 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,选择培养基,鉴别培养基 如大肠杆菌，接种到葡萄糖肉汤，麦芽糖肉汤和乳糖肉汤中，它们可以分解这几种糖，并产酸产气。如在这三种培养基中接种伤寒杆菌。 伤寒杆菌只能发酵葡萄糖和麦芽糖，不发酵乳糖，只产酸不产气。这样就把大肠杆菌和伤寒杆菌区别开，产气由产生的气泡观察到，产酸可由指示剂的颜色变化观察到。,检查乳品和饮用水中是否含有肠道致病菌，所用的伊红美兰培养基，也是一种鉴别培养基。将大肠杆菌接种在伊红美兰培养基上，当大肠杆菌发酵乳糖时，能使伊红美兰结合成黑色化合物，所以在这种培养基上长出来的大肠杆菌，呈紫黑色并带有金属光泽的小菌落，而产气杆菌在这种培养基上长出的是较大的棕色菌落。,保藏菌种培养基 对于生产中使用的菌种保藏培养基，要求比较丰富的氮源，以防止菌种退化变质。,按培养基的物理状态 固体培养基 半固体培养基 液体培养基,固体培养基 琼脂固体培养