《微生物的培养》PPT课件.ppt

第五章 微生物营养与培养基,营养(nutrition)：生物体从外部环境中摄取对其生命活动必须的能量和物质，以满足正常生长和繁殖需要的一种最基本的生理功能。,营养物(nutrient)：具有营养功能的物质。,营养物提供生命活动的结构物质、能量、代谢调节物质和良好的生理环境。,一些微生物可利用非物质形式的能源光能。,元素 大量元素：碳、氢、氧、氮、磷、硫 其他元素：钾、钠、钙、镁、铁、锰、铜、 钴、锌、钼等,存在方式 有机物：蛋白质、糖、类脂、核酸、维生素、降 解产物、代谢中间产物 无机盐灰分 水 细胞湿重的70%90%,一般生物能利用的，微生物能利用； 一般生物不能利用的，微生物也能利用； 对一般生物有害的，微生物还能利用。,微生物是杂食性的：,一、微生物的营养物及其功能,碳源（Carbon source） 氮源（Nitrogen source) 能源（Energy source) 生长因子（Growth factor ) 无机盐(Inorganic salt) 水(Water),六种营养要素,参与微生物细胞的组成 提供微生物机体进行各种生理活动所需的能量 形成微生物代谢产物的来源,功能:,营养物质是微生物新陈代谢和一切生命活动的物质基础，失去这个基础，生命也就停止。,（一）碳源(carbon source),提供微生物营养所需碳元素的营养源。,有机碳源：蛋白质，核酸，淀粉，葡萄糖等 无机碳源： CO2 , Na2CO3 , CaCO3等,糖类： 葡萄糖，果糖，麦芽糖，蔗糖，淀粉，半乳糖，乳糖，甘露糖，纤维二糖，纤维素，半纤维素，甲壳素，木质素，等 有机酸： 乳酸，柠檬酸，延胡索酸，低级脂肪酸，高级脂肪酸，氨基酸，等 醇类： 乙醇，等 脂类： 脂肪，磷脂，等 烃类： 天然气，石油，石油馏分，石蜡油 ，等 CO2 碳酸盐： NaHCO3, CaCO3, 白垩，等 其他： 芳香族化合物，氰化物，蛋白质，肽，核酸,微生物可利用的碳源(化合物分类),淀粉,能为微生物的生命活动提供最初能量来源的化学物质（键能）或辐射能（离子的波长和频率）。,（二）能源(energy source),异养微生物的碳源同时也是能源,有机氮源：蛋白胨、黄豆粉、玉米浆 无机氮源：NH4NO3、(NH4)2SO4 气态氮源：大气N2,（三）氮源(nitrogen source),凡能提供微生物营养所需氮元素的营养源。 氮源一般不作能源。,蛋白胨是是将肉、蛋白质（酪素）或明胶用酸、碱或蛋白酶水解后干燥而成的外观呈淡黄色的粉剂，具有肉香的特殊气息。 动物性蛋白胨：胰胨（tryptone）、肉胨、骨胨 植物性蛋白胨：大豆蛋白胨（soy peptone）,单功能： 辐射能 双功能： 还原态无机养料，如NH4+既是硝酸盐细菌的能 源，又是氮源 三功能： N C H O类营养物质常是异养微生物的能 源，碳源兼氮源，如大部分复杂的天然有机物：花生饼粉、玉米浆等,一种营养物具有一种以上营养要素的功能,无机盐的生理功能,无机盐,大量元素,微量元素,一般功能,特殊功能,细胞内一般分子成分 (P、S、Ca、Mg、Fe等),生理调节物质,渗透压的维持 (Na+等),酶的激活剂 (Mg等),pH的稳定,化能自养菌的能源 (S、Fe2+、NH4+、NO2-等),无氧呼吸时的氢受体(NO3-、SO42-等),酶的激活剂 (Cu2+、Mn2+、Zn2+等),特殊分子结构成分 (Co、Mo等),固氮酶,一类对微生物正常代谢必不可少且又不能从简单的碳源，氮源自行合成的、所需极微量的有机物。,培养基中生长因子来源： 酵母膏、玉米浆、麦芽汁等。,(五) 生长因子(growth factor),作用：细胞重要化学物质，辅酶或酶活化所需。,狭义：维生素 广义：维生素、氨基酸、碱基、脂肪酸等,生理作用： 细胞组成成分 生化反应溶剂 化学、生理反应介质 物质运输媒体 调节细胞温度 维持细胞的渗透压,（六）水,存在状态：游离态（溶剂）和结合态（结构组成）,水的可利用性,用水活度(water activity, aw)表示 aw：在天然环境中，微生物可实际利用的自由水量。,aw =P/Po P: 溶液的蒸汽压 Po:纯水的蒸汽压,水活度需等渗适宜。 微生物适宜生长的aw为0.60.998之间。,在常温常压下，纯水的aw为1.00,在同温同压，某溶液的饱和蒸汽压与纯水的饱和蒸汽压之比。,依碳源不同： 异养型(heterotrophs): 不能以CO2为主要或唯一碳源 自养型(autotrophs): 能以CO2为主要或唯一碳源,第二节 微生物营养类型,依能源不同： 光能营养型(phototrophs): 光反应产能 化能营养型(chemotrophs):物质氧化产能,依生长因子的不同： 原养型(prototroph)或野生型(wild type) 营养缺陷型(auxotroph),微生物的营养类型,寄生型(parasitism) 寄生于活的生物体 腐生型(saprophytism) 寄生于死亡的生物有机体,化能异养型,营养类型划分不是绝对的，不同生活条件下，可相互转变。,异养微生物：至少需提供一种大量有机物才能满足其正常要求的微生物，即其碳源必须是有机物，氢供体是有机物；能源则可以利 用氧化有机物或吸收日光能而获得。,自养微生物：能利用无机碳源 异养微生物：必须利用有机碳源,第三节 细胞对营养物质的吸收,营养物质的吸收与代谢产物的分泌，涉及到物质的运输、营养物吸收至胞内被利用、代谢物分泌到胞外以免积累，这就是物质运输过程。,在营养物质运送方面，细胞壁仅简单地排阻分子量过大(600Da)的溶质进入, 而具有磷脂双分子层和嵌合蛋白分子的细胞膜则是控制营养物质进入和排除的主要屏障。,离子化合物：弱快强慢（极性）,通透性与吸收是不同概念,一般大分子先水解为小分子，再吸收,脂溶性物质：易透过,一、单纯扩散/自由扩散 (simple diffusion),依靠胞内外溶液浓度差，顺浓度梯度运输； 不消耗代谢能，无特异性； 运输氧、水、二氧化碳、甘油、乙醇、某些氨基酸等小分子； 亲脂性分子从高浓度到低浓度的扩散来运输，利用细胞膜的通透性，细胞膜是一道屏障。,二、促进扩散 (facilitated diffusion),利用膜内、膜外被运输物质和载体蛋白的亲和力的不同。 特点： 需要特异性的载体蛋白顺浓度梯度运输 不消耗能量 运输硫酸根、磷酸根、糖（真核）,载体蛋白(carrier protein)，即透性酶（大多为诱导酶），有底物特异性，每种载体蛋白运输相应的物质。载体蛋白可加快运输速度，但不能逆浓度运输。,单纯扩散、促进扩散、主动运输 ：被运输的溶质分子不发生改变。,3、主动运输 (active transport),特点： 是微生物吸收营养的主要方式 可逆浓度梯度运输，耗能 需载体蛋白，有特异性 运输有机离子、无机离子、氨基酸、乳糖等糖类 需要特异性载体蛋白需要能量来改变载体蛋白的构象 亲和力改变蛋白构象改变耗能 质子动势=质子化学梯度+膜电位梯度,特点： 属主动运输类型 溶质分子发生化学修饰 定向磷酸化 需复杂的运输酶系参与 运输葡萄糖、果糖、甘露糖、嘌呤、核苷、脂肪酸等 能量来源PEP,4、基团转位 (group translocation),膜对大多数磷酸化合物具有高度的不渗透性。 每输入一个葡萄糖分子，就要消耗一个ATP 的能量。,主要依赖磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)和磷酸转移酶系统(PTS)。,1. 热稳定性载体蛋白(heat stable carrier protein ,HPr) 的激活,2. 糖磷酸化后运入膜内,培养基(medium，culture medium)：是一种人工配制的、适合微生物生长繁殖或产生代谢产物用的混合养料。,第四节 培养基,（一）五个原则 1、目的明确（根据不同微生物的营养需要配制不同的培养基） 培养什么微生物、获得什么产物、用途,二、选择和配制培养基的原则和方法,2、营养协调 营养协调(注意营养物的浓度和配比，特别是碳氮比C/N比),C/N比: 微生物培养基中所含的碳源中的碳原子与氮源中氮原子的摩尔数之比。不是简单的某碳源的重量与氮源的重量之比。因为，不同种类的碳源和氮源，其中含碳量和含氮量差别很大。,一般培养基的C/N比为100/0.52 。,以含氮量来看： NH3(82%)CO(NH2)2(46%)NH4NO3(35%)(NH4)2CO3(29.2%)(NH4)2SO4(21%),pH 渗透压和水活度 氧化还原电位,3、物理化学条件适宜:,细菌: pH7.08.0 放线菌：pH7.0 8.5 酵母菌: pH3.86.0 霉菌： pH4.06.0,pH：微生物有最佳生长pH,微生物在生长过程中培养基pH值可能发生的变化 ： 在含糖基质上生长,会产酸而使pH下降， 在分解蛋白质和氨基酸时, 会产NH3而使pH上升， 以 (NH4)2SO4 作N 源 , 会过剩 SO4 2-, 而使pH下降， 分解利用阳离子化合物如：NaNO3, 会过剩 Na+ 而使 pH 上升。,维持培养基pH的方法,使用磷酸缓冲剂： K2HPO4 /Na2HPO4 , H2PO4/NaH2PO4 采用“备用碱” ：CaCO3 、CaHCO3 采用弱酸盐：柠檬酸盐、乳酸盐等 采用液氨或盐酸,渗透压(osmotic pressure): 高浓度溶液向低浓度溶液渗透时，其溶质分子所产生的压力。,高渗溶液会导致微生物细胞发生质壁分离 低渗溶液会导致微生物细胞吸水膨胀甚至破裂,4、原料来源的选择,经济节约原则:以粗代精、以废代好、以简代繁 原料来源要广泛 原料要易处理，处理成本要低 原料处理后，废物、废液、废气要少,组合培养基(defined medium) ，或称合成培养基 (synthetic medium) 是一类用多种高纯化学试剂配制的、各成分（包含微量元素）的量都确切知道的培养基。如培养细菌所用的葡萄糖铵盐 培养基，培养放线菌的淀粉硝酸盐培养基（高氏一号）。 一般用于研究工作（代谢、遗传分析） 。 优点：组份精确、重复性好。 缺点：配制繁琐，成本较高， 培养菌类有限,培养基类型 依对培养基成分的了解：,培养基类型 依对培养基成分的了解：,天然培养基(complex medium, undefined medium)， 指一些利用动、植物或微生物体或其提取物制成的培 养基，成分未知。如培养细菌所用的肉汤蛋白胨培养 基，培养酵母菌的麦芽汁培养基等。 优点：取材方便、营养丰富、种类多样、配制方便 缺点：成分不稳定，实验结果重复性差,固体培养基(solid medium)，一般加有凝固剂， 凝固剂含量一般为12。 作为凝固剂的条件：不被微生物分解利用，生长温度范围内保持固体状态，凝固点温度对微生物无害，不因灭菌而破坏，透明度好、配制方便、价格低。常用的为琼脂与明胶。 由于固体培养基能提供表面，形成单菌落，因此可用于：菌种分离、鉴定、保藏等。,按培养基外观的物理状态：固体、半固体、液体。,培养基固化物琼脂与明胶的比较,依功能不同：,选择培养基(Selected medium)：根据某种微生物的特殊营养要求或其对某化学、物理因素的抗性而设计的培养基。 功能：混合菌中劣势菌变成优势菌，从而提高该菌的筛选效率。,鉴别培养基(Differential medium) ：加有能与某一菌的无色 代谢产物发生反应的指示剂，从而用肉眼就能使该菌落与 外形相似的其他菌落相区分的培养基。 用途：细菌学检验遗传研究，,参考文献:,1沈萍微生物学北京：高等教育出版社，2000 2周德庆微生物教程第2版北京：高等教育出版社，2002 3黄秀梨. 微生物学第2版.北京：高等教育出版社，2001 4诸葛健，李华钟.微生物学第一版北京：科学出版社，2004.9 5 Prescott LM.等著. 微生物学第5版 沈萍等译，北京：科学出版社，2000 6 Prescott LM, Harley JP, and Klein DA. Microbiology (5th ed.), Higher education press and McGraw-Hill Companies, Inc.2002 7 Michael TM, John MM, Jack P. Brock biology of micoorganisms，International edition, Pearson Edu