教案微生物课件5nutrition of microorganisms

1、5. NUTRITION, LABORATORY CULTURE OF MICROORGANISMS5.1 Microbial Nutrition5.1.1 Chemical composition of a cell5.1.2 Nutrients5.1.3 Nutritional classification5.2 Culture Media5.3 Laboratory Culture of Microorganisms5.3.1 Sterilization5.3.2 Aseptic Technique5.3.3 Pure Cultures5.3.4 Preservation of Cult

2、ure5.1 Microbial Nutrition食谱广、胃口大微生物的特点：Nutrients 营养物质Nutrition 营养营养物质是微生物生存的物质基础而营养是生物维持和延续其生命形式的一种生理过程5.1 Microbial Nutrition5.1.1 Chemical composition of a cell微生物细胞无机物（盐）有机物蛋白质、糖、脂、核酸、维生素等及其降解产物微生物、动物、植物之间存在“营养上的统一性”主要元素：碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙、铁等；微量元素：锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等。细胞化学元素组成：干物质水：70%-90%5.1 M

3、icrobial Nutrition5.1.1 Chemical composition of a cell微生物细胞中几种主要元素的含量（干重）元素细菌酵母真菌C O N H P S 50 20 15 8 3 1 50 31 12 7 48 40 5 7细菌和古细菌细胞中元素分析结果元素干重百分比C O N H P SNa KCa Mg FeCu, Zn, Mo, Bo,Se, Cl, Ni, Cr, Co, Wo502014831110.50.50.20.2100%5.1 Microbial Nutrition5.1.2 NutrientsMacronutrientsMicronutrie

4、nts5.1 Microbial Nutrition5.1.2 Nutrients1. Source of carbonC·H·O·N·X C·H·O·N C·H·O C·H复杂蛋白质,核酸多数氨基酸,简单蛋白质糖,有机酸,醇,脂烃氮源有机碳化物碳源C·O C·O·XCO2NaHCO3, CaCO3无机碳化物不同种类微生物的碳源范围的差异是很大的典型细胞中，碳元素约占50%，所有的大物质中，碳也是最主要的一种元素。5.1 Microbial Nutrition5.1

5、.2 Nutrients2. Source ofnitrogenN·C·H·O·X N·C·H·O复杂蛋白质,核酸尿素,氨基酸,简单蛋白质有机氮化物氮源N·H N·O NNH3, NH4+-3NO N2无机氮化物氮元素是细胞内蛋白质、核酸等的重要组成部分, 典型细菌细胞中，氮元素约占12%5.1 Microbial Nutrition5.1.2 Nutrients3. Other macronutrients: P, S, K, Mg, Ca, NaP, 核酸，磷脂S, 半胱氨酸，蛋氨酸，VB1、生物素、

6、硫辛酸、辅酶A等许生素K,所有生物体都需要钾，许多酶需要钾的存在Mg, 稳定核糖体、细胞膜、核酸，维持许多酶的稳定性Ca, 有助于加固细胞壁及增加芽孢的抗热稳定性，对许多微生物而言不是一种必需的营养物质Na, 某些微生物需要，海洋生物生长一般需要，淡水区域生物一般不需要5.1 Microbial Nutrition5.1.2 Nutrients4. Micronutrients (trace elements)5.1 Microbial Nutrition5.1.2 Nutrients4. Micronutrients (trace elements)Iron,铁:虽然是微量元素，但细胞对其需

7、要量远远大于其他微量元素。Fe，细胞呼吸中起着重要的作用铁传递蛋白（siderophore），把铁离子携带进细胞中。 真菌 derivatives of hydroxamic acid 大肠杆菌 enterobactins5.1 Microbial Nutrition5.1.2 Nutrients4. Micronutrients (trace elements) 异羟肟酸衍生物：5.1 Microbial Nutrition5.1.2 Nutrients4. Micronutrients (trace elements) 大肠杆菌肠杆菌素on5.1.2 Nutrients5. Growth

8、factors5.1 Microbial Nutrition5.1.2 Nutrients6. Source of energy有机物: 同碳源 (化能异养)无机物: 不同于碳源(化能自养)化学能能源日光 (光能自养, 光能异养)光能5.1 Microbial Nutrition5.1.2 Nutrients7. 水只有少数M(蓝细菌)利用水中的氢作为还原CO2时的 还原剂, 大多数M不是利用水作为营养物水在生物体内的含量:60%海蛰:96%M 霉菌孢子39%; 细菌芽孢皮层 70%;细菌芽孢营养体细胞:细菌 80%; 酵母 75%; 霉菌 85%10-25%;水在细胞中的功能：(1)溶剂,介

9、质; (2)参与反应; (3)维持生物大构象;(4)温度;(5)维持细胞正常形态;(6)多亚基结构的组装与分离5.1 Microbial Nutrition5.1.2 Nutrients7. 水p159几种微生物生长的最适aw微生物aw一般细菌酵母菌霉菌嗜盐细菌嗜盐真菌嗜高渗酵母0.910.880.800.760.650.60水活度值(water activity）aw=Pw/Pºw5.1 Microbial Nutrition5.1.2 Nutrients微生物与动植物营养要素的比较动物（异养）微生物绿色植物（自养）异养自养碳源糖类、脂肪（有机碳化物）糖、醇、有机酸等（有机碳化物）

10、、碳酸盐等氮源蛋白质及其降解物（有机氮化物）有机氮化物（蛋白质及其降解物）、无机氮化物、氮无机氮化物、氮无机氮化物能源与碳源同与碳源同氧化无机物或利用日光能利用日光能生长因子维生素有些需要维生素等生长因子不需要不需要无机盐无机盐无机盐无机盐无机盐水分水水水水5.1 Microbial Nutrition5.1.3 Nutritional classification微生物营养类型 之一划分依据营养类型特点碳源自养型(autotrophs)以CO2 为唯一或主要碳源异养型(heterotrophs)以有机物为碳源能源光能营养型(phototrophs)以光为能源化能营养型(chemotrophs

11、)以有机物氧化的化学能为能源电子供体 无机营养型(lithotrophs)以还原性无机物为电子供体有机营养型(organotrophs)以有机物为电子供体5.1 Microbial Nutrition5.1.3 Nutritional classification微生物的营养类型之二营养类型电子供体碳源能源举例光能无机自养型（光能自养型）H2、H2S、S或H2OCO2光能着色细菌、蓝细菌、藻类光能有机异养型（光能异养型）有机物有机物光能红螺细菌化能无机自养型（化能自养型）H2、H2S、Fe2+、NH3或NO -2CO2化学能(无机物氧化)氢细菌、硫杆菌、亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas

12、)、甲烷杆菌属(Methanobacterium)、醋杆菌属(Acetobacter)化能有机异养型（化能异养型）有机物有机物化学能（有机物氧化)假单胞菌属、芽孢杆菌属、乳酸菌属、真菌、原生动物5.1 Microbial Nutrition5.1.3 Nutritional classification异养型微生物并非绝对不能利用CO2；自养型微生物也并非不能利用有机物进行生长；有些微生物在不同生长条件下生长时,其营养类型也会发生改变；微生物营养类型的可变性无疑有利于提高其对环境条件变化的适应能力例如紫色非硫细菌(purple nonsulphur bacteria)： 没有有机物时，同化CO

13、2， 为自养型微生物；有机物存在时，利用有机物进行生长，为异养型微生物； 光照和厌氧条件下，利用光能生长，为光能营养型微生物；与好氧条件下，依靠有机物氧化产生的化学能生长，为化能营养型微生物；不同营养类型之间的界限并非绝对：5.2 Culture Media5.2.1 培养基及其配置原则：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。任何培养基都应该具备微生物生长所需要六大营养要素：任何培养基一旦配成，必须立即进行灭菌处理碳源、氮源、能源、无机盐、生长因子、水5.2 Culture Media5.2.1 培养基及其配置原则：在微生物学研究和生长实践中，配置合

14、适的培养基是一项最基本的要求。 选择适宜的营养物质自养微生物培养基光能自养型微生物培养基异养型微生物培养根据微生求配制物不同的营养需性强的培养基5.2 Culture Media5.2.1 培养基及其配置原则：在微生物学研究和生长实践中，配置合适的培养基 是一项最基本的要求。 选择适宜的营养物质 营养物的浓度及配比合适培养基中各营养物质之间的浓度配比也直接影响微生物的生长 繁殖和(或)代谢产物的形成和积累其中碳氮比(C/N)的影响较大，碳氮比指培养基中碳元素与氮 元素的摩尔数比值,有时也指培养基中还原糖与粗蛋白之比5.2 Culture Media5.2.1 培养基及其配置原则：在微生物学研究

15、和生长实践中，配置合适的培养基是一项最基本的要求。 选择适宜的营养物质 营养物的浓度及配比合适 物理、化学条件适宜pH,pH缓冲剂，CaCO3氧化还原电位（好氧， 厌氧，兼性厌氧）5.2 Culture Media5.2.1 培养基及其配置原则：在微生物学研究和生长实践中，配置合适的培养基是一项最基本的要求。 选择适宜的营养物质 营养物的浓度及配比合适 物理、化学条件适宜 原料来源的选择，节约利用廉价且易于获得的原料作为培养基成份（发酵工业中）5.2 Culture Media5.2.1 培养基及其配置原则：在微生物学研究和生长实践中，配置合适的培养基是一项最基本的要求。 选择适宜的营养物质

16、营养物的浓度及配比合适 物理、化学条件适宜节约 精心设计、试验比较进行模拟，研究某种微生物的培养条件；文献查阅，设计特定微生物的培养基配方；试验比较，确定特定微生物的最佳培养条件.5.2 Culture Media5.2.2 培养基类型： 未知的提取物成分 用天然存在的复杂材料牛肉膏酵母膏蛋白胨 已知的提取物成分 已知的每一种组分 已知的每一种组分的含量 用特定的化学试剂配制糖，氨基酸，维生素非限定培养基undefined medium培养基synthetic medium限定培养基defined medium天然培养基complex medium培养基1按成份不同划分5.2 Culture

17、Media5.2.2 培养基类型：天然培养基(complex medium，undefined medium)营养物质来源主要成份牛肉浸膏瘦牛肉组织浸出汁浓缩而富含水溶性碳水化合物、有机成的膏状物质氮化合物、维生素、盐等蛋白胨将肉、酪素或明胶用酸或富含有机氮化合物、也含有一蛋白酶水解后干燥而成的些维生素和碳水化合物粉末状物质酵母浸膏酵母细胞的水溶性提取物富含B类维生素,也含有有机氮浓缩而成的膏状物质化合物和碳水化合物1按成份不同划分5.2 Culture Media5.2.1 培养基类型：固体培养基半固体培养基液体培养基2根据物理状态划分5.2 Culture Media5.2.1 培养基类型

18、：液体培养基固体培养基半固体培养基培养基琼脂5.2 Culture Media5.2.1 培养基类型：（1） 基础培养基(minimum medium)（2）加富培养基 (enrichment medium)（3）鉴别培养基(differential medium)（4）选择培养基(selective medium)3按用途划分5.2 Culture Media5.2.1 培养基类型：（3）鉴别培养基(differential medium)培养基名称加入化学物质微生物代谢产物培养基特征性变化主要用途酪素培养基酪素胞外蛋白酶蛋白水解圈鉴别产蛋白酶菌株明胶培养基明胶胞外蛋白酶明胶液化鉴别产蛋白酶

19、菌株油脂培养基食用油、土温、中性红指示剂胞外脂肪酶由淡红色变成深红色鉴别产脂肪酶菌株淀粉培养基可溶性淀粉胞外淀粉酶淀粉水解圈鉴别产淀粉酶菌株H2S试验培养基醋酸铅H2S产生黑色沉淀鉴别产H2S菌株糖发酵培养基溴甲酚紫乳酸、醋酸、丙酸等由紫色变成黄色鉴别肠道细菌远藤氏培养基碱性复红、亚硫酸钠酸、乙醛带金属光泽深红色菌落鉴别水中大肠菌群伊红美蓝培养基伊红、美蓝酸带金属光泽深紫色菌落鉴别水中大肠菌群3按用途划分5.3 Laboratory Culture of Microorganisms5.3.1 Sterilization p697Heat sterilization procedures ar

20、e designed to destroy endosporesVegetative cells: 0.1-0.5 min at 65 Endospores: 4-5 min 121Dry cells (and spores) are more heat-resistant than moist ones. Heat sterilization of dry objects always requires higher temperatures and longer times than sterilization of moist objects.5.3 Laboratory Culture

21、 of Microorganisms5.3.1 Sterilization常用的灭菌方法： 高压蒸汽灭菌 高温干热灭菌 过滤除菌 巴氏杀菌法（Pasteurization ） 辐射灭菌（Radiation sterilization）5.3 Laboratory Culture of Microorganisms5.3.1 Sterilization p697Autoclave,高压灭菌锅5.3 Laboratory Culture of Microorganisms5.3.1 Sterilization常用的器具及其包装：5.3 Laboratory Culture of Microorga

22、nisms5.3.1 SterilizationFilter Sterilization5.3 Laboratory Culture of Microorganisms5.3.2 Aseptic Techniquep109在分离、转接及培养纯培养物时防止其被其他微生物污染的技术被称为无菌技术t 灭菌t 无菌操作5.3 Laboratory Culture of Microorganisms5.3.2 Aseptic Technique火焰附近（灯、煤气灯）进行5.3 Laboratory Culture of Microorganisms5.3.2 Aseptic Technique在无菌箱或

23、操作室内无菌的环境下进行5.3 Laboratory Culture of Microorganisms5.3.3 Pure Cultures几个基本概念：纯培养（pure culture）二元培养物菌落（colony） 菌苔（lawn）平板，即培养平板（culture plate）不同微生物在特定培养基上生长形成的菌落或菌苔一般 都具有稳定的特征（形状、颜色等），可以成为对该微 生物进行分类、鉴定的重要依据。5.3 Laboratory Culture of Microorganisms5.3.3 Pure Cultures5.3 Laboratory Culture of Microorg

24、anisms5.3.3 Pure Cultures5.3 Laboratory Culture of Microorganisms5.3.3 Pure Cultures(1)倾注平板法（pour plate method） (2)涂布平板法（spread plate method）1.用固体培养基分离纯培养5.3 Laboratory Culture of Microorganisms5.3.3 Pure Cultures1.用固体培养基分离纯培养5.3 Laboratory Culture of Microorganisms5.3.3 Pure Cultures(3) 平板划线法（strea

25、k plate method）1.用固体培养基分离纯培养5.3 Laboratory Culture of Microorganisms5.3.3 Pure Cultures(3) 平板划线法（streak plate method）1.用固体培养基分离纯培养5.3 Laboratory Culture of Microorganisms5.3.3 Pure Cultures(4). 厌氧微生物的分离纯培养 p619稀释摇管法（dilution shake culture method）1.用固体培养基分离纯培养5.3 Laboratory Culture of Microorganisms5

26、.3.3 Pure Cultures(4). 厌氧微生物的分离纯培养厌氧罐简易装置1.用固体培养基分离纯培养5.3 Laboratory Culture of Microorganisms5.3.3 Pure Cultures(4). 厌氧微生物的分离纯培厌氧手套箱1.用固体培养基分离纯培养5.3 Laboratory Culture of Microorganisms5.3.3 Pure Cultures顺序稀释，高度稀释，使一支试管中分配不到一个微生物。采用稀释法进行液体分离，必须在同一个稀释度的许多平行试管中，大多数（一般应超过95%）表现为不生长。分离出混杂微生物群体中占数量优势的种类2. 用液体培养基分离纯培养5.3 Laboratory Culture of Microorganisms5.3.3 Pure Cultures用显微操作仪，在显微镜下进行。菌悬液无菌培养基 湿室3. 单细胞（孢子）分离5.3 Laboratory Culture of Microorganisms5.3.3 Pure Cultures没有一种培养基或一种培养条件能够满足自然界中一切生物生长 的要求，在一定程度上所有的培养基都是选择性的。自然样品中，某一种微生物所存在的数量与其它微生物相比非常少时，单采用一般的平板稀释方法几乎是不