4.微生物的营养.doc

4微生物的营养4.1 微生物的营养要求微生物的特点：食谱广、胃口大 一、微生物营养物质及其生理功能碳源氮源能源无机盐水生长因子六大营养要素 1. 碳源(carbon source)：凡是可以作为微生物细胞结构或代谢产物中碳架来源的营养物质。 有机碳化物：CHONX 复杂蛋白质,核酸（牛肉膏、蛋白胨、花生饼粉等）CHON 多数氨基酸,简单蛋白质（一般氨基酸、明胶等）CHO 糖,有机酸,醇,脂（葡萄糖、蔗糖、各种淀粉、糖蜜等常用碳源）CH 烃（天然气、石油及其不同馏份、石蜡油等） 无机碳化物 CO CO2(真菌一般不利用CO2)COX NaHCO3, CaCO3几种天然培养基原材料的特性 (了解) 微生物工业发酵中用做碳源的原料u 传统种类：糖类（单糖，饴糖）、淀粉（玉米粉、山芋粉、野生植物等）、麸皮、麦芽、糖蜜、各种米糠等u 代粮发酵：纤维素、CO22. 氮源(nitrogen source) ：凡是可以作为微生物细胞结构或代谢产物中氮元素来源的营养物质。氮源 有机氮化物 NCHOX 复杂蛋白质,核酸（牛肉膏、酵母膏、饼粕粉、蚕蛹粉等）NCHO 尿素,氨基酸,简单蛋白质（尿素、蛋白胨、明胶等） 无机氮化物 NH NH3, NH4+ （(NH4)2SO4等）NO NO3- （KNO3）等N N2 空气（固氮原核微生物）l 工业常用氮源：玉米浆，花生粉，黄豆粉等速效氮源：硫酸氨，玉米浆等 菌体生长 迟效氮源：花生粉，黄豆粉等 代谢产物生成例：在工业生产中为提高土霉素产量，培养基中可采用的混合氮源是（ ） A蛋白胨/玉米浆 B黄豆饼粉/花生饼粉 C玉米浆/黄豆饼粉 D玉米浆/(NH4)2SO43. 能 源4.生长因子(growth factor)：M正常代谢必需，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微量有机物. 氨基酸蛋白质，细胞壁等的主要成分 嘌呤和嘧啶核酸和辅酶的组成成分 维生素构成酶的辅酶或辅基，是酶活性所需成分（最早发现的生长因子）配制培养基时，通常加入酵母膏、玉米浆、麦芽汁或动植物组织浸出液以补充生长因子5. 无机盐：为M的生命活动提供除碳、氮源之外的各种重要元素。配制培养基时，一般首选K2HPO4和MgSO4补充大量元素。6.水：水活度为在一定的温度条件下，溶液的蒸汽压与纯水的蒸汽压之比。 即：aw=R/ RoR 表示溶液的蒸汽压，Ro表示纯水的蒸汽压。aw为0.60-0.99的环境条件均有微生物生长判断：溶液渗透压越大,水的活度值越小4.2 微生物的营养类型（根据碳源和能源划分）自养微生物与异养微生物的主要区别：自养微生物：唯一或主要碳源：CO2 （碳酸盐）所需能量来自光或无机物的氧化 可以在完全无机的环境中生长但也不能说它们绝对不能利用有机物异养微生物：主要的碳源来自有机物所需能量来自有机物的氧化或光能 不能在完全无机的环境中生长但也不能说绝对不能利用CO2，也可以固定CO2 4.3 营养物质进入细胞的方式u 基团转位(group translocation)：基因转位主要存在于厌氧和兼性厌氧型细菌中，主要用于运送糖类、核苷酸、丁酸、腺嘌呤、脂肪酸等。特点：物质在运输过程中发生化学变化（磷酸化）；需要消耗能量；逆浓度运输；有膜载体参加磷酸糖转移酶运输系统（PST）的组成：酶；酶；热稳定蛋白HPr1)热稳载体蛋白(HPr)的激活 细胞内高能化合物磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）的磷酸基团把HPr激活。 酶PEP + HPr 丙酮酸 + P-HPr2）糖被磷酸化后运入膜内 膜外环境中的糖先与外膜表面的酶结合，再被转运到内膜表面。这时，糖被P-HPr上的磷酸激活，并通过酶的作用将糖-磷酸释放到细胞内。 酶 P-HPr + 糖 糖-P + HPr4.4 培养基培养基（medium）：是人工配制的，适合微生物生长繁殖或产生代谢产物的营养基质。一 选用和设计培养基的原则和方法 （一）四个原则1、目的明确细菌 牛肉膏蛋白胨培养基 (NA) 放线菌 高氏一号培养基酵母菌 麦芽汁培养基霉菌 查氏培养基真菌 马铃薯培养基 (PDA)2、营养协调 碳氮比(C/N)：碳源与氮源含量之比。（碳源中碳原子摩尔数与氮源中氮原子摩尔数之比）。碳氮比直接影响微生物生长与繁殖及代谢物的形成与积累，故常作为考察培养基组成时的一个重要指标l 例：微生物发酵生产谷氨酸： C/N为4/1时，菌体大量繁殖，谷氨酸积累少； C/N为3/1时，菌体繁殖受到抑制，谷氨酸大量积累3、理化适宜（1）pH：通常培养条件：细菌与放线菌：pH 77.5 酵母菌和霉菌：pH 4.56u pH变化的原因：F 糖类发酵、氧化有机酸变酸F 脂肪水解有机酸变酸F (NH4)2SO4 吸收NH4 H2SO4 变酸F 蛋白质脱羧胺类变碱F NaNO3 吸收NO3NaOH 变碱内在调节：K2HPO4和KH2PO4是常用的缓冲剂 不溶性CaCO3作为备用碱外源调节：不断流加酸液或碱液（2）氧气： 好 氧：振荡、通气、搅拌 厌 氧：加还原剂（抗坏血酸、半胱氨酸、谷胱甘肽等） 例：厌氧菌培养基：蛋白胨5g，酵母膏10g，葡萄糖10g，胰酶解酪蛋白5g，盐溶液10mL，0.025%刃天青4mL，半胱氨酸盐酸盐0.5g，琼脂15g，水1000mL，pH7.0，121，20min 半胱氨酸为还原剂，刃天青是氧化还原指示剂，具有双重作用：有氧条件下起pH指示剂的作用，即碱性时呈蓝色，酸性时呈红色；培养基处于无氧状态时，刃天青变为无色（3）渗透压：加入适量NaCl调节渗透压 例：L型细菌加3%5%NaCl或10%20%蔗糖 4、经济节约：当所设计的是大规模发酵用的培养基时，应重视培养基中各成份的来源和价格，应选择来源广泛、价格低廉 的原料，提倡以粗代精，以废代好。例：某制药厂改进链霉素发酵液中的原有配方，设法减去30-50%的黄豆饼粉、25%的葡萄糖和20%硫酸铵，结果反而提高了产量。（二）优化、设计培养基的方法 生态模拟：研究某种微生物的培养条件；文献查阅：借鉴经验，启发设计；精心设计：借助优选法或正交试验设计进行特定微生物配方的设计试验比较：确定特定微生物的最佳培养条件 二、培养基的类型及应用1按成份不同划分（1）天然培养基：以化学成分还不清楚或化学成分不恒定的天然有机物组成l 优点： 营养丰富且较经济，配制方便l 缺点 ： 成分不清楚，不稳定l 应用： 实验室及实际生产（2）组合培养基：是由化学成份完全了解的物质配制而成的培养基，也称化学限定培养基(chemically defined medium)。高氏一号，查氏培养基l 优点： 组分清楚，重演性高l 缺点： 价格昂贵，配制麻烦，生长较慢l 应用： 营养、代谢、生理、生化、遗传、育种、菌种鉴定等对定量要求较高的研究工作 （3）半组合培养基 既含有天然成分又含有纯化学试剂的培养基即称半组合培养基。例如，培养真菌用的马铃薯蔗糖培养基等。严格地讲，凡含有未经特殊处理的琼脂的任何组合培养基，实质上都只能看作是一种半组合培养基。2根据物理状态划分: （1）固体培养基； 用于微生物菌种分离、鉴定、计数、保藏加1.5%2% 琼脂或5%12% 明胶 无机硅胶：自养微生物 天然固态 滤膜琼脂与明胶若干特性的对比：化学成分营养价值分解性融化温度 凝固温度 透明度耐温常用浓度琼脂聚半乳糖硫酸酯无罕见9640高强1- 2%明胶蛋白质做氮源极易2520高弱5-12%理想凝固剂应具备的条件： 1.不被微生物分解、利用、液化；2.不因消毒灭菌而被破坏；3.在微生物的生长温度内保持固态；4.凝固点的温度对微生物无害；5.透明度好，粘着力强。(2) 液体培养基: 在科研或生产中通过发酵获得菌体或代谢产物 ，在生产实践上，绝大多数发酵培养基都采用液体培养基(3) 半固体培养基: 0.5% 琼脂。观察微生物运动特征、厌氧菌的培养等（4）脱水培养基：营养琼脂、营养肉汤、M17肉汤、麦康凯培养基等 3按用途划分1）选择培养基(selective medium)根据不同种类微生物的特殊营养需求或对某种化学物质的敏感性不同，在培养基中加入相应的特殊营养物质或化学物质，抑制不需要的微生物的生长，有利于所需微生物的生长。例：抑制型选择培养基： 放线菌酮、制霉菌素 分离细菌 添加青霉素、四环素等抗生素 分离酵母菌、霉菌加富型选择培养基： 以纤维素为唯一碳源分离纤维素分解菌常用抑制剂（了解）2）鉴别培养基(differential medium)用于鉴别不同类型微生物的培养基特定的化学反应，产生明显的特征性变化，根据这种特征性变化,可将该种微生物与其他微生物区分开来。例：EMB培养基原理：在低酸度条件下，伊红和美兰可以结合形成沉淀，起着产酸指示剂的作用。大肠杆菌能强烈分解乳糖产生大量的混合酸，菌体表面带H+，故可染上酸性染料伊红，伊红又与美兰结合，使菌落染上深紫色，且从菌落表面的反射光可看到绿色金属光，产酸力弱的菌落也有相应的棕色。见