chap4-微生物的营养和培养基.ppt

第四章微生物的营养与培养基 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 一 细胞化学组成整个生物界大体相同 主要是C H O N 占干重90 97 C占约50 此外为各种无机元素 由这些元素再组成化合物 其中C N一般是5 1 第一节微生物的六种营养要素 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 微生物细胞中几种主要元素的相对含量 干重 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 二 主要营养物及其功能 碳源 Carbonsource 氮源 Nitrogensource 能源 Energysource 生长因子 Growthfactor 无机盐 Inorganicsalt 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 异养微生物 必须利用有机碳源自养微生物 能利用无机碳源 一 碳源 carbonsource 一切能满足微生物生长繁殖所需碳元素的营养物 碳源是需要量最大的营养物 又称大量营养物 macronutrients 有机碳源 蛋白质 核酸 淀粉 葡萄糖等无机碳源 CO2 Na2CO3 CaCO3等 异养微生物的碳源同时也是能源 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 能为微生物的生命活动提供最初能量来源的化学物质或辐射能 三 能源 energysource 异养微生物的碳源同时也是能源 化能营养型 光能营养型 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 一种营养物具有一种以上营养要素的功能 培养基中生长因子来源 酵母膏 玉米浆 麦芽汁等 作用 辅酶或酶活化所需 若干细菌所需要的维生素 维生素的生理功能 五 无机盐 inorganicsalts 所需浓度在10 3 10 4M的元素为大量元素所需浓度在10 6 10 8M的元素为微量元素 无机盐的生理功能 MnSO4 过 超 氧化物歧化酶 SOD 的辅因子Co VitB12复合成分 肽酶的辅因子Mo 固氮酶及同化型 异化型硝酸盐还原酶的成分 生理作用 细胞组成成分生化反应溶剂维持各种生物大分子的稳定性 参与某些重要的生化反应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 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 依氢供体不同 有机营养型 heterotrophs 以有机物为供氢体无机营养型 autotrophs 以无机物为供氢体 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 化能异养型微生物 根据它们利用有机物的特性 营养类型划分不是绝对的 不同生活条件下 可相互转变 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 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 二氧化碳 甘油 乙醇 某些氨基酸等小分子 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 等 载体蛋白 carrierprotein 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 促进扩散示意图 胞外细胞膜胞内 单纯扩散 促进扩散 浓度梯度 运输速率 单纯扩散和促进扩散的比较 单纯扩散随浓度增加而线性增加 而促进扩散在一定浓度后出现平台 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 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 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 基团移位 grouptranslocation 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 heatstablecarrierprotein HPr 的激活 2 糖磷酸化后运入膜内 培养基 medium culturemedium 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 四个原则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 5 2 以含氮量来看 NH3 82 CO NH2 2 46 NH4NO3 35 NH4 2CO3 29 2 NH4 2SO4 21 适宜营养物质的选择 表常见微生物氮源 表常用的培养基中的无机盐及参考浓度 g L 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 0 8 0放线菌 pH7 0 8 5酵母菌 pH3 8 6 0霉菌 pH4 0 6 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SO42 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 KH2PO4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 osmoticpressure 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 水的可利用性 用水活度 wateractivity aw 表示aw 在天然环境中 微生物可实际利用的自由水或游离水含量 aw P PoP 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 6 0 998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 几种溶液的水活度值 氧化还原电位Eh redoxpotential 氧化还原系统中的还原剂释放电子或氧化剂接受电子的趋势 好氧微生物 0 1V 一般 0 3 0 4V厌氧微生物 0 1以下兼性微生物 0 1以上好氧呼吸 0 1以下进行发酵 4 原料来源的选择 经济节约 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 灭菌处理 高压蒸汽灭菌 1 05kg cm 1210C 15 30min 高温灭菌对营养物质的破坏及pH变化 二 四种方法生态模拟查阅文献精心设计实验比较 培养基类型 一 依对培养基成分的了解 天然培养基 complexmedium undefinedmedium 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 组合培养基 definedmedium 或称合成培养基 syntheticmedium 是一类按微生物的营养要求精确设计后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 较昂贵 一般用于研究工作 代谢 遗传分析 优点 组份精确 重复性好 半组合培养基 又称半合成培养基 Semi definedmedium 是一类主要以化学试剂配制 同时又加有某种或某些天然成分的培养基 固体培养基 solidmedium 一般加有凝固剂 凝固剂含量一般为1 2 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 液体培养基 liquidmedium 培养基中没有凝固剂 用途 大量培养微生物 研究生理代谢等 半固体培养基 semi solidmedium 凝固剂含量一般约为0 5 用途 观察细菌的运动 测定噬菌体效价等 培养基固化物琼脂与明胶的比较 EMB EosinMethyleneBlue 培养基中培养大肠杆菌 因其强烈分解乳糖而产生大量的混合酸 菌体带H 故可染上酸性染料伊红 又因伊红与美蓝结合 使菌落呈深紫色 从菌落表面反光还可看到绿色金属闪光 而产酸弱的菌株的菌落呈棕色 不发酵乳酸的菌落无色透明 鉴别肠道细菌的伊红美蓝乳糖培养基 是为了观察某种糖被分解后是否产生酸的一种培养基 伊红美蓝 EMB EosinMethyleneBlue 培养基 实验室常用的培养基举例说明 参考书 微生物培养基的制造与应用 陈天寿主编 中国农业出版社 1995年6月第一版 996千字 55元 营养琼脂 牛肉膏蛋白胨 作用 一般好氧性细菌的分离培养配方 蛋白胨10g牛肉浸膏3gNaCl5g琼脂15 20g蒸馏水1000mlPH7 0 7 2高压蒸气灭菌121 15 30min液体 普通 营养肉汤 不含琼脂 伊红美蓝 EMB 培养基 作用 分离肠道细菌配方 蛋白胨10g乳糖5g蔗糖5gK2HPO42g伊红Y0 4g美蓝0 065g琼脂15 20g蒸馏水1000mlPH7 2高压蒸气灭菌121 15 30min 佐贝尔 ZOBELL 2216E 培养基 作用 分离海水细菌配方 陈海水1000ml 胰 蛋白胨5g酵母膏1gFePO40 01g琼脂15 20gPH7 6 7 8高压蒸气灭菌121 15 30min若没有陈海水用蒸馏水1000ml加3 NaCl代替 TCBS ThiosulfateCitrateBileSaltSucroseAgar 培养基 作用 分离弧菌配方 酵母浸膏5g蛋白胨