第五章 微生物的营养与培养基.ppt

1、第五章微生物的营养，营养是微生物生存的物质基础，营养是微生物维持和延长其生命形式的生理过程。营养素：能满足生长、繁殖和完成各种生理活动的需要。营养学家：是通过微生物获取和利用营养的过程。第一节是微生物营养的六大要素，即微生物的化学组成，有机物：蛋白质、碳水化合物、脂类、核酸、无机盐：和各种离子，微生物的营养要素：碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水，根据它们在体内的不同生理功能可分为六大类。1.碳源，可以为微生物生长提供碳源，异养微生物。目前，微生物工业发酵所用的碳源材料主要是单糖、淀粉、麸皮、米糠等。对于大量异养微生物来说，碳源是一种兼具能量和功能的营养物质。微生物使用的碳源主要包括糖类、

2、有机酸、醇类、脂类、烃类、CO2等。例如，在以葡萄糖和半乳糖为碳源的培养基中，大肠杆菌首先使用葡萄糖，然后使用半乳糖，前者称为大肠杆菌的速效碳源，后者称为迟效碳源。微生物利用碳源的能力存在差异。例如，一些假单胞菌可以利用90多种碳源，而一些产甲烷菌只能利用CO2和一些1C或2C化合物。任何可以用来在菌体或代谢物中形成氮源的营养物质都被称为氮源。2.氮源、氮源谱、有机氮、无机氮、NH3铵盐硝酸盐N2、蛋白质核酸氨基酸尿素，实验室常用的无机氮源包括碳酸铵、硝酸盐、硫酸铵、尿素、蛋白胨、牛肉膏、酵母膏等。生产中常用的氮源有硝酸盐、铵盐、尿素、氨、鱼粉、蚕蛹粉、豆饼粉、花生饼粉、玉米浆等。蛋白质氮必须

3、降解为蛋白胨、肽、氨基酸等。水解后才能被身体使用。这种氮源被称为延迟氮源。蛋白质降解产物中的无机氮或有机氮源可以被细菌直接吸收和利用，这种氮源称为有效氮源。速效氮源通常有利于生物的生长，而迟效氮源则有利于代谢产物的形成。能量：能为微生物的生命活动提供初始能量来源的营养物或辐射能、能谱、化学物质、辐射能、化学异养微生物的能量、有机物、无机物、化学自养微生物的能量、光自养和光异养微生物的能量，辐射能是单功能营养物(能量)。还原的NH4是一种双功能营养素(能量和氮源)。氨基酸是三种功能营养素(碳源、能源和氮源)。生长因子：它是一种调节微生物正常代谢所必需的有机物，但不能由简单的碳源和氮源合成。，微生

4、物生长因子需要量(ml-1)型肺炎链球菌胆碱6微克金黄色葡萄球菌硫胺素0.5微克白喉杆菌B-B-丙氨酸1.5微克破伤风杆菌破伤风杆菌尿嘧啶0-4微克肠膜明串珠菌吡哆醛0.025微克，富含酵母提取物、玉米浆、肝提取物、麦芽汁等。5。矿物元素，主要元素：磷、硫、钾、镁、钙、钠、铁(微生物生长所需的浓度为10-310-4摩尔/升)(K2HPO4和硫酸镁)，微量元素：铜、锌、锰、钼和钴(微生物生长所需的浓度为10-610-8摩尔/升)一般不需要添加，参与细胞内的一系列化学反应；保持生物大分子如蛋白质和核酸的稳定天然构象；导热良好；细胞中水有两种形式：结合水和游离水、营养孢子和微生物的需水量。环境(或基

5、质)中的水活度值(W)通常被定义为在一定温度下溶液的蒸气压(物质的上层气相中的水浓度)与纯水的蒸气压(纯水的上层气相中的水浓度)的比值。也就是说，w=/o表示溶液的蒸气压，o表示纯水的蒸气压，几种微生物最适合生长。第二部分是微生物的营养类型，根据微生物生长所需的不同主要营养元素进行分类。根据碳源、能源和电子供体的不同性质，微生物可分为光自养微生物、光有机异养微生物和光自养微生物。化学有机异养生物，1光能无机自养生物，碳源：CO2为主要唯一或主要，能量：光能，氢供体或电子供体：无机物质如H2，H2S，硫等。藻类和蓝细菌使用水作为电子供体(氢供体)，红色硫细菌使用H2S作为电子供体。有机物被用作氢

6、供体，二氧化碳被光能还原成细胞物质。它们大多数在生长过程中需要外源生长因子；例如，红精子属中的一些细菌可以使用异丙醇作为氢供体来将CO2还原为细胞物质，同时积累丙酮。CHOH CO2，H3C，H3C，2，光能，光合色素，2ch3c0ch3c2h2o，3，化学能无机自养型(化学能自养型)，能量：无机氧化释放的化学能，碳源：CO2电子供体：H2，H2S，Fe2，NH3或NO2-等。化学能无机自养型只存在于微生物中4、化学能有机异养型(化学能异养型)，能量：有机物氧化释放的化学能，碳源：有机化合物供氢体：在有机物代谢过程中产生，有机物通常既是碳源又是能源；大多数细菌、真菌和原生动物都是化学能有机异养

7、微生物；所有病原微生物都是化学能有机异养微生物；不同营养类型之间的界限不是绝对的，异养微生物也不是绝对不能利用CO2；自养微生物并非不能利用有机物进行生长；当一些微生物在不同的生长条件下生长时，它们的营养类型也会发生变化；例如，紫色非硫酸盐细菌：当没有有机物时，它吸收CO2，是自养微生物；在有机物存在的情况下，有机物被用来生长，这是一种异养微生物；在光照和厌氧条件下，利用光能生长，是一种光能营养微生物；在黑暗和好氧条件下，其生长依赖于有机物氧化产生的化学能，是一种生化营养微生物。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性。第三节：营养素进入细胞的途径，营养素能否进入细胞取决于

8、三个因素：一、营养素的性质(相对分子量、质量、溶解度、电负性等)。)，微生物所处的环境(温度、酸碱度等)。)；微生物细胞的渗透屏障(质膜、细胞壁、包膜等)。)。根据物质输运过程的特点，物质输运的方式可以分为自由扩散、促进扩散、主动输运、基团转移和自由扩散。原生质膜是一种半透膜，营养物质通过原生质膜上的小孔从高浓度的细胞外环境扩散到低浓度的细胞内。特性，材料在扩散过程中没有反应；不消耗能量；不能集中运输；转运速率与膜内外物质的浓度差成正比。水是唯一可以通过扩散自由穿过质膜的分子。脂肪酸、乙醇、甘油、一些气体(O2、CO2)和一些氨基酸也可以通过一定程度的自由扩散进入和离开细胞。2有助于扩散，特点

9、是，不消耗能量，参与运输的物质的分子结构不变，并且不能以反向浓度运输。转运速率与膜内外物质的浓度差成正比，这需要载体的参与。通过促进扩散进入细胞的营养物质主要包括氨基酸、单糖、维生素和无机盐。主动运输的一个重要特点是在物料运输过程中需要消耗能量和载体，并且可以逆向集中运输。主动运输是广泛存在于微生物中的一种主要的物质运输方式。基团转移也被称为磷酸烯醇式丙酮酸-磷酸糖基转移酶转运系统(PTS)。PTS通常由五种蛋白质组成，包括酶、酶(包括甲、乙、丙亚基)和一种相对分子量较低的热稳定蛋白。4组转移，组转移是另一种主动运输，它不同于主动运输，因为它有一个复杂的运输系统来完成物质的运输，并且物质在运输

10、过程中发生化学变化。PEP-P HPr HPr-p丙酮酸P-HPr糖P-HpR，四种营养传递方式的比较，第四节，人工配制的培养基，适用于微生物的生长繁殖或代谢产物的生产。任何培养基都应该有微生物生长所需的六种营养元素：碳源、氮源、无机盐、能源、生长因子和水。一旦准备好任何培养基，必须立即灭菌。常规高压蒸汽灭菌：1.05公斤/平方厘米，121.315-30分钟；0.56公斤/平方厘米，112.615-30分钟，目的：促进微生物生长；代谢物的积累；分离微生物菌株；识别微生物种类；微生物细胞计数；菌种保存；为了制备微生物产品，培养基几乎是t培养自养氧化硫硫杆菌的培养基组成为10g硫酸镁0.7h2o

11、0.5g(NH4)2so 4 0.4g硫酸亚铁0.01g硫酸亚铁4g氯化钙0.25g 1000ml，培养异养大肠杆菌的培养基由以下化学成分组成：葡萄糖5g硫酸亚铁1g氯化钠5g硫酸镁0.7h2o 0.2g硫酸亚铁1g 1000ml，培养四种微生物的普通培养基，细菌(牛肉膏蛋白胨培养基)，放线菌(高氏1号)营养协调性，碳氮比指培养基中碳氮的量比，有时指培养基中还原糖与粗蛋白的比例。例如，在微生物发酵生产谷氨酸的过程中，当培养基中碳与氮的比例为4/1时，细菌数量将会繁殖，谷氨酸的积累将会减少；当培养基碳氮比为3/1时，细胞繁殖受到抑制，谷氨酸产量大幅增加。3.理化条件适宜，酸碱度、水分活度、氧化还

12、原电位等。培养基的酸碱度和酸碱度必须控制在一定范围内，以满足不同类型微生物的生长和繁殖或产生代谢产物。常见培养条件：细菌和放线菌：pH78.0酵母和霉菌：在pH4.06范围内生长，内源调节：在培养基中加入一些缓冲液或不溶性碳酸盐；调整培养基的碳氮比。外源调节：根据实际需要不断向发酵液中加入酸或碱液，b .氧化还原电位，各种微生物对培养基氧化还原电位的要求：需氧微生物：0.3-0.4V，(可在0.1V以上的环境中生长)。厌氧微生物：只能在0.1V以下生长的兼性厌氧微生物。呼吸高于0.1V和发酵低于0.1V对微生物的影响最大：分子氧和分子氢的浓度。培养基中常用的还原剂包括巯基乙酸、抗坏血酸、硫化氢

13、、半胱氨酸、谷胱甘肽、二硫苏糖醇等。4.节约，以粗代精，以野代家，以废代好，与时俱进，以简代繁，以氮代朊，以烃代粮，以纤维代糖，1。通过生态模拟调查培养细菌的生态条件，检查“嗜好”，并为“疾病”提供主要的天然培养基。2.回顾分析文献，考察前人，从中得到启示，设计出有自己特色的培养基配方。3.借助最优化方法或正交试验设计方法进行精心设计，(2)培养基的设计方法，4。实验比较：不同培养基配方的选择比较单一组分的来源和数量，几个组分浓度比的比较扩大到大规模生产条件下的酸碱度和温度试验的比较。附件1:制备培养基时应注意的几个问题及解决方法。降水2。胶体强度破坏。棕色物质4的形成。酸碱度2的变化。培养基

14、的类型和应用。培养基有很多种，根据其组成、物理状态和用途，可以将培养分为很多种类型。天然培养基、合成培养基(包括化学成分不明确或不恒定的天然有机物)、牛肉酱蛋白胨培养基、麦芽汁培养基、化学成分完全了解的物质、高1号培养基、夏加尔培养基、半合成培养基，在合成培养基的基础上添加一些天然成分。为了更有效地满足微生物对营养物质的需求，如马铃薯蔗糖培养基，它分为不同的物理状态，固体培养基，液体培养基，在液体培养基中加入一定量的凝固剂使其成为固体状态，琼脂含量一般为1.5%-2.0%，琼脂含量一般为0.2%-0.7%，并且不加入凝固剂。固体培养基通常用于分离和鉴定微生物，计数活菌和保存菌株，观察微生物的运

15、动特征，对它们进行分类和鉴定，以及滴定噬菌体滴度。大规模工业生产和实验室微生物基础理论与应用研究。根据不同用途，分为基本培养基、鉴定培养基、含有一般微生物生长和繁殖所需基本营养的培养基。一种用于从混合微生物群体中分离某种微生物的培养基，一种用于鉴定不同类型微生物的培养基，一种通过向基础培养基中添加一些特殊营养物而制成的富含营养物的培养基，其中微生物产生某些代谢物并与培养基中的特殊化学物质反应以产生明显的特征变化。牛肉膏蛋白胨培养基是最常用的基础培养基。添加丰富的培养基，特殊营养素包括血液、血清、酵母抽提物、动植物组织液等。向培养基中加入相应的特殊营养物质或化学物质，以抑制不需要的微生物的生长，并有利于所需微生物的生长。EMB(曙红亚甲蓝)，图14。留下：个大肠杆菌细胞。右：大肠杆菌菌落在embagar。复习思维问题，1。什么是营养？什么是营养素？营养素的生理功能是什么？2.营养成分是什么？它们的功能是什么？3.根据不同的碳源、能源和电子供体，微生物可以分为几种