微生物的营养和培养基.ppt

第四章微生物的营养和培养基 营养 nutrition 指生物体从外部环境摄取生命活动所必需的能量和物质 以满足其生长和繁殖需要的一种生理功能 微生物细胞的化学组成微生物细胞的化学成分以有机物和无机物两种状态存在 有机物包含各种大分子 它们是蛋白质 核酸 类脂和糖类 占细胞干重的99 无机成分包括小分子无机物和各种离子 占细胞干重的1 微生物细胞的元素构成由C H O N P S K Na Mg Ca Fe Mn Cu Co Zn Mo等组成 微生物细胞的化学元素与其营养物质 微生物生长所需的营养物质应该包含有组成细胞的各种化学元素 即构成细胞物质的碳素来源的碳源物质 构成细胞物质的氮素来源的氮源物质和一些含有K Na Mg Ca Fe Mn Cu Co Zn Mo元素的无机盐 微生物的营养物质及其生理功能 微生物生长所需要的营养物质主要是以的有机物和无机物的形式提供的 小部分由气体物质供给 微生物的营养物质按其在机体中的生理作用可区分为 碳源 氮源 能源 生长因子 无机盐和水六大类 第一节微生物的六种营养要素 1 碳源 carbonsource 2 氮源 nitrogensource 3 能源 energysource 4 生长因子 growthfactor 5 无机盐 mineralsalts 6 水 water 1 碳源 carbonsource 凡是可以做为微生物细胞结构或代谢产物中碳架来源的营养物质 碳源物质通过机体一系列复杂的化学反应 最终用于构成细胞物质或为机体提供能量既是碳源又是能源 CO2是被彻底氧化的物质 CO2转化成有机细胞成分是一个还原过程 需要消耗大量能量是碳源而非能源 2 氮源 nitrogensource 凡是构成微生物细胞物质或代谢产物中氮元素来源的营养物质 氮源一般只提供合成细胞质和细胞中其它结构的原料 不做能源 氨基酸异养生物 动物 大量异养微生物 氨基酸自养生物 绿色植物 许多微生物 有机氮 无机氮 3 能源 energysource 提供微生物最初能量来源的营养物或辐射能 4 生长因子 growthfactor 调节微生物正常代谢所必需 但不能用简单的碳 氮源自行合成的有机物 广义的生长因子有维生素 碱基 卟啉 甾醇 胺类 C4 C6脂肪酸 维生素 机体不能合成 必须经常从食物中获得 生物对它的需要量较低 它是必不可少的代谢调节物质 不同生物所需要的维生素各类各不相同 5 无机盐 mineralsalts 生长所需浓度在10 3 10 4mol l范围内 称大量元素 P S K Mg Ca Fe 生长所需浓度在10 6 10 8mol l范围内 称微量元素 Cu Zn Mn Mo Co Ni Sn Se 功能 构成细胞组分 P S 作为酶的组分 P S Mg Fe Cu 维持酶的活性 K Mg Ca Mn 调节细胞渗透压 Ca Na 作为某些自养菌的能源 S Fe 6 水 water 作用 直接参与一些反应 作为机体内一系列生理生化反应的介质 营养物质的吸收 代谢产物的排泄都需要通过水 有效地吸收代谢释放的热量 aw 在相同温度 压力下 体系中溶液的水的蒸汽压与纯水蒸汽压之比 几类微生物生长最适 w 第二节微生物的营养类型 1 1生物界两种典型的营养类型 自养型 Autotroph 代表 高等植物依靠无机养分 CO2 H2O 无机盐 合成有机物 供自身生长发育 能源 光能 异养型 Heterotroph 代表 高等动物摄取现成的有机物满足生长发育的需求 能源 有机物氧化 一 分类 1 2中间类型 二 简介 2 1光能自养型 PhotolithoautotrophPLA 碳源 CO2能源 光代表 高等植物藻类光合细菌 2 2光能异养型 PhotoorganoheterotrophPOH 碳源 CO2 简单有机物能源 光代表 红螺菌科的细菌 2 3化能自养型 ChemolithoautotrophCLA 碳源 CO2 碳酸盐能源 无机物氧化产生化学能代表 细菌 广泛分布于土壤 水域中 用于自然界的物质循环和转化 氢细菌 H2 硫细菌 H2S 铁细菌 Fe2 硝化细菌 NO2 甲烷杆菌属 2 4化能异养型 ChemoorganoheterotrophCOH 碳源 有机物能源 有机物氧化产生的化学能代表 动物大多数微生物 大多数细菌和放线菌 全部真菌 原生动物以及病毒 自养型与异养型没有绝对界限 它们的主要区别在于 自养型微生物可利用CO2 碳酸盐 作唯一或主要的碳源而且同化CO2 碳酸盐 为细胞结构物质 异养型微生物可以固定CO2 但其主要的碳源来自有机物 不能在完全无机的环境中生长 它们的合成反应所需能量来自有机物的氧化或光能 第三节营养物质进入细胞的方式 营养物质进入细胞的四种方式 简单扩散促进扩散主动运输基团移位 被动扩散 Passivediffusion 简单扩散 Simplediffusion 三步 从水相到疏水性的脂质层 通过脂质层 离开脂质层 进入水相 水 某些气体 如N2 CO2 O2 脂溶性物质 甘油 乙醇 苯 及少数氨基酸和盐可能采取简单扩散的方式通过细胞膜 促进扩散 Facilitateddiffusion 促进扩散 Facilitateddiffusion 载体蛋白 对溶质具有选择性 溶质和溶质类似物与载体蛋白的结合有竞争性抑制作用 运输速度受溶质浓度 pH 及温度等因素的影响 渗透酶 主要在真核生物细胞中用于运输糖分 在原核生物中较少见 主动扩散 Activediffusion 主动扩散 Activediffusion 主动运输 Activetransport Activetransportisthetransportofsolutemoleculestohigherconcentrations oragainstaconcentrationgradient withtheuseofmetabolicenergyinput Activetransport 基团移位 Grouptranslocation 被运输的底物分子在膜内经受到了共价修饰 以被修饰的形式进入细胞质的输送机制 e g大肠杆菌中基团移位过程 单 双糖及糖的衍生物 核苷和核苷酸的运输 Grouptranslocation PEP sugar outside pyruvate sugar P inside 四种跨膜运输营养物质方式的比较 第四节培养基 培养基 medium culturemedium 人工配制的适合微生物生长繁殖或积累代谢产物的营养基质 广义的说 凡是支持微生物生长和繁殖的介质或材料均可作为微生物的培养基 培养基配制原则 目的明确 营养物应满足微生物的需要 营养物的浓度及配比应恰当 物理化学条件适宜 pH 渗透压 氧化还原电势 经济节约 培养基配制方法 生态模拟参阅文献精心设计试验比较 培养基的种类 1 根据对培养基成分了解的程度 天然培养基 naturalmedium 半合成培养基 semi syntheticmedium 合成培养基 syntheticmedium 马铃薯葡萄糖琼脂培养基 PDA 马铃薯 去皮 200克葡萄糖20克琼脂18 20克pH值5 5 6 0制法 先将新鲜无病害的马铃薯洗净 去皮后切成小薄片 称200克 加水1000毫升 煮沸20分钟后过滤 其滤汁为马铃薯煮汁 然后加琼脂和葡萄糖煮溶 后补足水分至1000毫升 装管 瓶 灭菌备用 一般真菌的分离和培养都适合此培养基 2 根据培养基物理状态 液体培养基 liquidmedium 固体培养基 solidmedium 半固体培养基 semi solidmedium 脱水培养基 dehydratedculturemedia 琼脂 Agar 从石花菜 江蓠 紫菜等红藻中提取的一种杂多糖 主要成分是聚半乳糖的硫酸酯 在40 以下凝固 约96 融化 培养基中加0 2 0 5 琼脂获得半固体培养基 培养基中加1 2 2 0 琼脂获得固体培养基 琼脂与明胶主要特征比较 3 根据培养的目的 种子培养基 seedmedium 发酵培养基 fermentationmedium 繁殖和保藏培养基 reproduciblemedium 4 根据培养基的特殊用途 基本培养基 minimalmedium MM 选择培养基 selectedmedium 鉴别培养基 differentialmedium 测定生理生化特性的培养基 基本培养基 Minimalmedium MM 能满足某菌种的野生型 原养型 菌株最低营养要求的合成培养基 完全培养基 Completemedium CM 可满足各种营养缺陷型菌株的生长需求的合成培养基 补充培养基 Supplementmedium SM 也称加富培养基 enrichmentmedium 在基本培养基中针对性地加入一种或几种营养成分 以满足相应的营养缺陷型菌株生长的合成培养基 选择培养基 Selectedmedium 根据某种或某类微生物的特殊营养要求 或对某些物理 化学条件的抗性而设计的培养基 鉴别培养基 Differentialmedium 在培养基中添加某种或某些化学试剂后 某种微生物生长过程中产生的特殊代谢产物会与加入的这些化学物反应