微生物营养课件

1、第四章,微生物的六类营养要素 微生物的营养类型 营养物质进入细胞的方式 培养基,微生物的营养和培养基,本章学习提示,1、从本章起，学习内容进入到微生物的生理部分（包括微生物营养、微生物代谢和微生物生长三章内容）。,2、营养是生命活动的起始点，它为生命活动提供必需的物质基础；有了营养，才可以进一步代谢、生长和繁殖。,3、学习微生物的营养知识，是认识、利用和研究微生物的必要基础，尤其是在选用和设计符合微生物生理要求的培养基应用于科学研究或生产实际中具有重要的作用。,4、本章主要学习内容 （1）微生物需要哪些营养？ （2）如何根据微生物的营养需要划分微生物的营养类型？ （3）微生物对营养物质是如何吸

2、收的？ （4）如何根据微生物的营养需要选用和设计培养基？ 学习重点：微生物的营养物质及营养类型；培养基。 学习难点：基团移位的分子机制；特殊培养基的成分分析。,第一节 微生物的六类营养要素,微生物的营养需要,按营养元素水平分：,大量元素,微量元素：Zn、Mn、Cl、Mo、Se、Co、Cu、W、Ni 等,按营养物质的类型（营养要素）分：,C、H、O、N,S、P,K、Mg、Ca、Na、Fe 等,矿质元素（灰分）,碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐、水分,一、碳源(carbon source）,构成微生物细胞或代谢产物中碳架来源的营养物质。,微生物利用碳源的特点,碳源谱非常广泛,最适碳源,自养微生物

3、：无机碳源（C02、HCO3-、CO32-）。,异养微生物：有机碳源中“CHO”型的糖类。,各种微生物具体利用碳源的范围差异悬殊。,异养微生物的碳源是一种双功能或多功能营养物。,某些自养微生物也可利用少量有机物作碳源，某些异养微生物也可利用少量C02作碳源，但都不是作为主要碳源。,碳源+能源,碳源+能源 +？(举一例),Q：自养微生物的碳源能作为能源吗?,Q：异养菌能否把有机氮源作为碳源使用？配制培养基时如何使用好此类营养物？,二、氮源(nitrogen source),构成微生物细胞和代谢产物中氮素来源的营养物质。,微生物利用氮源的特点,氮源谱广泛,最适氮源,有机氮源中“NCHOX”型（蛋白

4、胨、牛肉膏、酵母膏等）和“NCHO”型（氨基酸、尿素等）。,固氮微生物：能利用N2作为氮源的微生物。,自养微生物：,异养微生物：,无机氮源中的“NH”型（NH3）和“NO”型（NO3-）。,各种微生物具体利用氮源的范围有差异,氨基酸自养型微生物：自养微生物和某些异养微生物。,氨基酸异养型微生物：大多数异养微生物。,Q：固氮菌有其他合适氮源时是否固氮？,某些氮源是一种双功能营养物。,硝化细菌能利用NH3作为氮源和能源,注意与自养微生物和异养微生物的区别,Q：此类微生物对人类有何特殊的作用？,三、能源(energy source),能为微生物生命活动提供最初能量来源的营养物或辐射能。,化能自养微生

5、物的能源物质是一些还原态无机物，例如NH4+、NO2-、S、H2S、H2和Fe2+等，能氧化利用这些物质的微生物有硝化细菌、硫化细菌、硫细菌、氢细菌和铁细菌等。,Q：生物界的能源是否都是直接或间接利用太阳能这一种方式？,四、生长因子（growth factor）,是一类调节微生物正常代谢所必需的、但不能用简单碳、氮源自行合成的微量有机物。,狭义：维生素。,广义：维生素、碱基、氨基酸、卟啉类、甾醇、C4C6脂肪酸等。,1、生长因子的种类,2、生长因子与微生物的关系,生长因子自养型微生物：大多数真菌、放线菌、自养细菌、某些异养细菌(E.coli等)。,生长因子异养型微生物：乳酸菌、动物致病菌等某些

6、异养细菌、许多酵母、支原体、原生动物、某些光合细菌等。,生长因子过量合成微生物：少数微生物。,为防止生长因子缺乏，天然培养基中可加入富含生长因子的原料（酵母膏、麦芽汁、动植物组织提取液等）；组合培养基中加入复合维生素液等。,可作为生长因子的生产菌,Q：并非所有的微生物都需要生长因子，哪C源、N源和能源呢？,五、无机盐（mineral salts）,大量元素：生长所需浓度在10-310-4mol/L的元素。,无机盐主要为微生物提供除碳、氮源以外的各种重要元素。,微量元素：生长所需浓度在10-610- 8mol/L的元素。,配制培养基时，针对大量元素加入的试剂首选K2HPO4及MgSO4（提供四种

7、需要量最大的元素）；需要量少的元素一般不必另行加入，因为在一般试剂、水、器皿或其他天然成分中都以杂质等状态存在。但若配制研究营养代谢等的精细培养基，所用的玻璃器皿是硬质的，试剂是高纯度的，必要的微量元素需要一一加入。,无机盐的生理功能： 构成细胞组分；调节细胞渗透压、pH值和氧化还原电位；作为化能自养菌的能源（S0、Fe2+等）或无氧呼吸的氢受体（NO3-、SO42-等）；构成酶活性基团的组分，维持酶的活性。,Q：培养基配方中没有反映出的元素是否都是微生物生长不需要的？,六、水（water）,1、水的功能,2、微生物细胞的含水量,微生物营养细胞含水量约占细胞鲜重的7090。 含水量：营养体孢子

8、细菌芽孢,细胞中生化反应的良好介质；调节细胞温度；维持细胞的膨压；直接参与代谢反应（如蓝细菌能利用水中的氢作为还原CO2时的还原剂）。,3、水分活度（aw，water activity）,水活度：是指在同温同压下，溶液中水的蒸汽压和纯水蒸汽压的比值。即：aw=P溶液/P纯水。它代表了微生物实际可利用的自由水的含量。 微生物正常生长所需的水活度通常在0.600.998之间。细菌要求的水活度较高，霉菌、酵母菌次之，耐旱微生物要求的水活度最低（接近0.6）。,Q：环境中的含水量越高，是否意味微生物可利用的水分越多？对培养基的配制有何指导意义？,第二节 微生物的营养类型,一、营养类型的常见划分方法,按

9、能源分,按碳源分,按氢供体分,光能营养型：以光能作为能源。,自养型：以CO2作为主要或唯一碳源。,无机营养型：还原CO2合成细胞物质的氢供体是还原性无机物。,化能营养型：以化学能(物质氧化释放的能量)作为能源。,异养型：必需以有机物作为主要或唯一碳源。,有机营养型：合成细胞物质的氢供体是有机物。,营养类型的划分是人为的，各种营养类型之间往往存在着中间过渡类型。,红螺菌既可利用光能，也可在黑暗下生长。,氢单胞菌是异养和自养的过渡型（兼性自养）,二、微生物的营养类型,光能自养微生物（光能无机营养型）,以CO2为碳源，光做能源，无机物为供H体还原CO2合成细胞有机物质的微生物。,放氧型（含叶绿素）：

10、,非放氧型（含细菌叶绿素） ：,H2OCO2 (CH2O) O2,Na2S2O3 + 2 CO2 H2O (CH2O) + Na2SO4 + H2SO4,2H2SCO2 (CH2O) H2O2S,光能自养微生物可在完全无机的环境中生长。,化能自养微生物（化能无机营养型）,以无机物氧化释放的能量为能源、以CO2或碳酸盐为碳源合成细胞物质的微生物。,如：氧化亚铁硫杆菌可把 FeO 氧化成 Fe3+ 并放出能量： Fe2 Fe3 e 能量,化能自养微生物能也在完全无机的环境中生长。,光能异养微生物（光能有机营养型）,能利用光作能源、以有机化合物为供H体还原CO2合成细胞物质的微生物。,光能异养微生物

11、能利用CO2，但必须在有机物存在的条件下才能生长，人工培养还需供给生长因子。,光能异养微生物含细菌叶绿素，进行非放氧性光合作用 。,通常把光能异养微生物和进行非放氧性光合作用的光能自养微生物合称为光合细菌；而把所有能进行光合作用的微生物合称为光合微生物。,2009.4.8.,化能异养微生物（化能有机营养型）,以有机物为碳源，利用有机物氧化产生的能量为能源，以有机或无机含氮化合物为氮源合成细胞物质的微生物。,异养微生物分为腐生型和寄生型两大类：,腐生型：利用无生命的有机物获得营养物质。 寄生型：从活的寄主体内获取营养物质。 兼性腐生（或兼性寄生）：中间类型。 结核杆菌、痢疾杆菌等许多致病微生物就

12、是兼性寄生菌。,微生物中绝大多数属于化能异养微生物。,单纯扩散（ simple diffusion ） 促进扩散（facilitated diffusion） 主动运输（active transport） 基团移位（group translocation）,第三节 营养物质进入细胞的方式,Q：营养物质进入微生物细胞的屏障是什么？,1、特点,一、单纯扩散(simple diffusion),物质进入细胞的动力是细胞内外的浓度差或电位差（高低） 不消耗能量 无载体蛋白参与，没有特异性，被运输物质不发生化学变化,2、主要运输的物质 小分子物质（水、CO2、O2）、少数氨基酸、某些脂溶性物质（如甘油）

13、等。,二、促进扩散(facilitated diffusion),1、膜载体（载体蛋白）特点,膜载体在膜外与营养物质亲合力强，进入细胞后载体分子构型改变，亲合力降低，释放营养物质。,有很强的特异性,能加快物质运输的速度,在运输过程中，物质不发生变化,2、促进扩散过程,3、促进扩散特点,物质进入细胞的动力是细胞内外的浓度差或电位差（高低）,4、主要运输的物质,无机盐（SO42-、PO43-等）、某些氨基酸（如E.coli对Leu、Ile、Val的运输）、真核微生物对糖类运输等。,运输过程不消耗能量。,有特异性的膜载体（渗透酶）参加，扩散方式比单纯扩散速度快，但被运输物质也不发生化学变化。,三、主

14、动运输(active transport),1、主动运输特点,被运送的物质可逆浓度梯度进入细胞内。 消耗能量。 有膜载体参加，膜载体发生构型变化。 被运送物质不发生任何变化。,微生物吸收营养物质的主要方式,2、主要运输的物质,无机离子（Na+、Ca2+、K+等）、糖(乳糖、半乳糖等)、某些氨基酸等。 如：E.coli对乳糖、半乳糖、K+、Pro、Lys、核苷等运输。,四、基团移位(group translocation),1、基团移位特点,基团转位是在研究糖的运输时发现的一种主动运输方式。许多糖就是靠基团移位进行运输的。,被运送的物质可逆浓度梯度进入细胞内。 消耗能量。 有膜载体参加，需要磷酸

15、转移酶系统进行催化 。 物质被运输后发生化学变化（被磷酸化）。,2、磷酸转移酶系统（PTS）,（2） E.coli运送葡萄糖的PTS机制,糖（膜外） PEP,糖-P（膜内）+ 丙酮酸,PTS,（3）总反应式,3、主要运输的物质,主要运输糖（ E.coli运送葡萄糖、金黄色葡萄球菌运送乳糖等）、核苷、脂肪酸等。,金黄色葡萄球菌运送乳糖时，还有酶（因子）参与。,缺乏HPr和酶时不能进行基团移位，但酶可进行特异性促进扩散。,四种运送营养物质方式的主要区别,第四节 培养基,培养基:由人工配制的供微生物生长繁殖或积累代谢产物用的营养基质。,1、 四 个 原 则,营养物质的数量和比例 多数异养微生物培养基

16、： 水碳源+能源氮源S、P K、Mg生长因子 C/N比,pH,好氧菌：+0.3 +0.4V。 兼性厌氧菌 厌氧菌：+0.1V,有氧呼吸。+0.1V，发酵。,适宜pH pH的调节：外源调节、内源调节。,渗透压和水活度,氧化还原势,(4)经济节约,(3)理化适宜,(2)营养协调,(1)目的明确,一、选用和设计培养基的原则和方法,（Eh值）,2、四种方法,（1）生态模拟 （2）参阅文献 （3）精心设计 （4）试验比较,1、按对培养基成分的了解程度分,天然培养基：肉汤蛋白胨培养基、麦芽汁培养基等。 组合培养基：高氏一号培养基、察氏培养基等。 半组合培养基：PDA培养基等。,（合成培养基）,（半合成培养

17、基）,二、培养基的种类,2、按培养基的物理状态分,脱水培养基（预制干燥培养基）：各种商品化培养基。,固化培养基：含12%左右琼脂的培养基。 非可逆性固化培养基：硅胶培养基等。 天然固体培养基：木屑培养基等。 滤膜 ：醋酸纤维薄膜等。,固体培养基,液体培养基：呈液体状态的各种培养基。,半固体培养基： 各种含0.5%左右琼脂的培养基。,琼脂是由红藻门石花菜、江蓠等藻类中提取的胶体多糖。 琼脂的化学成分为多聚半乳糖硫酸酯，熔点96，凝固点约40。 琼脂培养基可反复溶化凝固而不改变性质。 绝大多数微生物不水解琼脂。,琼 脂,3、按培养基的功能分,选择性培养基 鉴别性培养基：各种含有指示剂的培养基。如：

18、EMB等。,富集（加富）培养基 各种富集培养基。 抑制性选择培养基 各种含选择性抑制剂 的培养基。,4、按培养微生物的种类分,细菌培养基：营养琼脂等。 放线菌培养基：高氏 一 号培养基等。 霉菌培养基： 察氏培养基等。 酵母菌培养基 ：麦芽汁培养基等。,Q：培养基成分分析。,培养基成分分析,培养基的配方如下： K2HPO41g，MgSO47H2O 0.2g，NaCl0.1g，CaCl20.1g，FeCl3 0.02g，(NH4)2SO41g，苯酚6.6g，蒸馏水1000ml。pH 7.27.5 硫磺10g，CaCO3 10g，K2HPO4 1g，NH4NO3 1g，MgSO47H2O 0.5g，蒸馏水1000ml。 甘露醇2%，K2HPO40.1%，MgSO47H2O 0.02%，FeCl36H2O 0.025%，Na2MoO42H2O 0.05%，CaSO42H2O 0.01%，CaCO3 0.05%。pH7.37.6 蛋白胨10g，乳糖5g，蔗糖5g，K2HPO42g，伊红0.4g，美蓝65m