5.微生物营养

第五章第五章 微生物的营养微生物的营养 第一节第一节 微生物的营养微生物的营养 一 一 微生物的营养要求微生物的营养要求 微生物的特点 食谱广 胃口大 二 营养物质及生理功能 碳源碳源 氮源氮源 无机盐无机盐 水水 生长因子生长因子 五大营养要素五大营养要素 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 功能 构成细胞物质 能源 微生物的碳源谱微生物的碳源谱 P80 酚 氰化物 几种天然培养基原 材料的特性 微生物工业发酵中用做碳源的原料微生物工业发酵中用做碳源的原料 传统种类 玉米粉 山芋粉 麸皮 麦芽 糖蜜 各种米糠等 代粮发酵 纤维素 CO2 麦芽 蔗糖 35 葡萄糖 9 果糖 7 其他糖类 4 24 种氨基酸 4 5 有机酸 5 甾醇和磷脂 0 4 灰分 12 等 糖蜜 含蔗糖 氨基酸 矿物质和少量维生素 2 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 功能 构成细胞物质 少 数作能源 微生物的氮源谱微生物的氮源谱 P81 工业常用氮源 玉米浆 花生粉 黄豆粉等工业常用氮源 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 生理酸性盐 如 NH4 2SO3 生理碱性盐 如 KNO3 3 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 元元素素人人为为提提供供形形式式生生 理理 功功 能能 PKH2PO4 K2HPO4核核酸酸 磷磷酸酸和和辅辅酶酶的的成成分分 SMgSO4含含硫硫氨氨基基酸酸 含含硫硫维维生生素素成成分分 KKH2PO4 K2HPO4酶酶的的辅辅因因子子 维维持持电电位位差差和和渗渗透透压压 NaNaCl维维持持渗渗透透压压 某某些些细细菌菌和和蓝蓝细细菌菌需需要要 CaCa NO3 2 CaCl2胞胞外外酶酶稳稳定定剂剂 蛋蛋白白酶酶辅辅因因子子 细细菌菌芽芽孢孢和和真真 菌菌孢孢子子形形成成 MgMgSO4固固氮氮酶酶辅辅因因子子 叶叶绿绿素素成成分分 FeFeSO4Cyt成成分分 合合成成叶叶绿绿素素 白白喉喉毒毒素素和和氯氯高高铁铁血血 红红素素所所需需 MnMnSO4超超氧氧化化物物歧歧化化酶酶 氨氨肽肽酶酶 L 阿阿拉拉伯伯糖糖异异构构酶酶 等等的的辅辅因因子子 CuCuSO4氧氧化化酶酶 酪酪氨氨酸酸酶酶的的辅辅因因子子 CoCoSO4VB12复复合合物物的的成成分分 肽肽酶酶的的辅辅因因子子 ZnZnSO4碱碱性性磷磷酸酸酶酶 脱脱氢氢酶酶 肽肽酶酶 脱脱羧羧酶酶辅辅因因子子 Mo NH4 6Mo7O24固固氮氮酶酶和和同同化化型型及及异异化化型型硝硝酸酸盐盐还还原原酶酶的的成成分分 4 生长因子 growth factor 微生物正常代谢必不可少而需要量又不大 但微生物自身不能合成 或合成量 不足以 满足机体生长需要的有机化合物 维生素 最早发现的生长因子最早发现的生长因子 氨基酸 嘌呤和嘧啶 甾醇等 配制培养基时 通常加入玉米浆 酵母膏 麦芽汁 牛肉膏或动植物组织浸出液以配制培养基时 通常加入玉米浆 酵母膏 麦芽汁 牛肉膏或动植物组织浸出液以 补充生长因子 补充生长因子 5 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 w o 表示溶液的蒸汽压 o 表示纯水的蒸汽压 w 为为 0 60 0 99 的环境条件均有微生物生长的环境条件均有微生物生长 几类微生物生长最适 w 三 微生物三 微生物的营养类型的营养类型 根据碳源和能源碳源和能源的不同 微生物的营养类型划分为 自养微生物与异养微生物的主要区别 微生物营 养类型的可变性 意义 5 2 培养基培养基 培养基 培养基 culture medium 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 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 一一 配制培养基的原则配制培养基的原则 1 目的明确 细菌细菌 牛肉膏蛋白胨培养基牛肉膏蛋白胨培养基 NA 工程菌工程菌 LB 培养基培养基 放线菌放线菌 高氏一号培养基高氏一号培养基 酵母菌酵母菌 麦芽汁培养基麦芽汁培养基 霉菌霉菌 查氏培养基查氏培养基 真菌真菌 马铃薯培养基马铃薯培养基 PDA 2 营养协调 碳氮比碳氮比 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 例 1 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 例 2 生产胞外多糖 碳源丰富 C N 大 生产氨基酸 氮源丰富 C N 小 3 理化适宜 1 pH 通常培养条件 细菌与放线菌 细菌与放线菌 pH 7 7 5 酵母菌和霉菌 酵母菌和霉菌 pH 5 6 pH 变化的原因 糖类 发酵 氧化 有机酸 变酸 脂肪 水解 有机酸 变酸 NH4 2SO4 吸收 NH4 H2SO4 变酸 蛋白质 脱羧 胺类 变碱 NaNO3 吸收 NO3 NaOH 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 工业发酵 不断流加酸液或碱液 2 O2 好 氧 通气 搅拌 摇床振荡培养 厌 氧 除氧 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 厌氧培养法 补充 了解 除氧 加还原剂 好氧与厌氧在同一 密闭容器内培养 培养皿放密闭容器中 点燃一支蜡烛 利用专门的设置 厌氧罐 厌氧培养箱等 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 的黄豆饼粉 25 的的 葡萄糖和葡萄糖和 20 硫酸铵 结果反而提高了产量 硫酸铵 结果反而提高了产量 优化 设计培养基的方法优化 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 培养基二 培养基的类型的类型 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 优点 营养丰富且较经济 配制方便 缺点 成分不清楚 不稳定 应用 实验室及实际生产 2 合成培养基 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 优点 组分清楚 重演性高 缺点 价格昂贵 配制麻烦 生长较慢 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 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 琼脂琼脂或 5 12 明胶 无机硅胶 自养微生物 天然固态 琼脂与明胶若干特性的对比琼脂与明胶若干特性的对比 理理想凝固剂应具备想凝固剂应具备 的条的条件 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 例 麦康凯培养基 蛋白胨 氯化钠 胆盐 琼脂 乳糖 中性红等 胆盐用来抑制革兰阳性细菌生长 通过发酵乳糖 据中性红的颜色可把是否分解乳糖的细菌分开 沙门菌及志 贺菌呈无色菌落 大肠埃希菌呈红色菌落 3 按用途划分 1 基础培养基 minimum medium MM 在一定条件下含有某种微生物生长繁殖所需的基本营养物质的培养基 2 加富培养基 enrichment medium 在基础培养基中加入某些特殊营养物质制成的营养丰富的培养基 特殊营养物包括血 清 酵母浸膏 动植物组织浸出液等 适用于 营养要求苛刻的微生物 富集分离微生物 3 鉴别培养基 differential medium 用于鉴别不同类型微生物的培养基 在培养基中加入某种特殊化学物质 微生物在培养 基上生长产生某种代谢物 这种代谢物可以与培养基中的特殊化学物质发生特定的化学反 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 P91 表 4 13 酪素平板 鉴别蛋白酶产生菌 明胶培养基 鉴别蛋白酶产生菌 淀粉培养基 鉴别淀粉酶产生菌 例 例 EMB 培养基培养基 原理 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 见下表 用于饮用水 牛奶的大肠菌群数等细菌学检查 大肠菌群是粪便污染的指标菌大肠菌群是粪便污染的指标菌 4 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 5 3 营养物质进入微生物细胞营养物质进入微生物细胞 一 扩散一 扩散 diffusion 不是微生物吸收物质的主要方式 特点 高浓度 低浓度 不耗能 没有膜载体参加 运输速率较慢 二 促进扩散二 促进扩散 facilitated diffusion 特点 高浓度 低浓度 不耗能 有膜载体参加 1 透过酶大都是诱导酶 2 载体具有较高的专一性 3 载体的饱和效应 4 载体只是起到加快运输速度的作用 离子载体的运输模式 离子载体的运输模式 动态载体和静态载体 例 缬氨霉素 尼日利亚菌素是动态载 体 短杆菌肽 A 属静态载体 三 主动运输三 主动运输 active transport 微生物吸收物质的主要方式 特点 需要消耗能量 逆浓度运输 有膜载体参加 基团转位基团转位 group translocation 基因转位主要存在于厌氧和兼性厌氧型细菌中 特点 物质在运输过程中发生化学变化 磷酸化 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