1、第五章微生物的營(yíng)養(yǎng)，營(yíng)養(yǎng)是微生物生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，營(yíng)養(yǎng)是微生物維持和延長(zhǎng)其生命形式的生理過(guò)程。營(yíng)養(yǎng)素：能滿(mǎn)足生長(zhǎng)、繁殖和完成各種生理活動(dòng)的需要。營(yíng)養(yǎng)學(xué)家：是通過(guò)微生物獲取和利用營(yíng)養(yǎng)的過(guò)程。第一節(jié)是微生物營(yíng)養(yǎng)的六大要素，即微生物的化學(xué)組成，有機(jī)物：蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂類(lèi)、核酸、無(wú)機(jī)鹽：和各種離子，微生物的營(yíng)養(yǎng)要素：碳源、氮源、能源、生長(zhǎng)因子、無(wú)機(jī)鹽和水，根據(jù)它們?cè)隗w內(nèi)的不同生理功能可分為六大類(lèi)。1.碳源，可以為微生物生長(zhǎng)提供碳源，異養(yǎng)微生物。目前，微生物工業(yè)發(fā)酵所用的碳源材料主要是單糖、淀粉、麩皮、米糠等。對(duì)于大量異養(yǎng)微生物來(lái)說(shuō)，碳源是一種兼具能量和功能的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。微生物使用的碳源主要包括糖類(lèi)、

2、有機(jī)酸、醇類(lèi)、脂類(lèi)、烴類(lèi)、CO2等。例如，在以葡萄糖和半乳糖為碳源的培養(yǎng)基中，大腸桿菌首先使用葡萄糖，然后使用半乳糖，前者稱(chēng)為大腸桿菌的速效碳源，后者稱(chēng)為遲效碳源。微生物利用碳源的能力存在差異。例如，一些假單胞菌可以利用90多種碳源，而一些產(chǎn)甲烷菌只能利用CO2和一些1C或2C化合物。任何可以用來(lái)在菌體或代謝物中形成氮源的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)都被稱(chēng)為氮源。2.氮源、氮源譜、有機(jī)氮、無(wú)機(jī)氮、NH3銨鹽硝酸鹽N2、蛋白質(zhì)核酸氨基酸尿素，實(shí)驗(yàn)室常用的無(wú)機(jī)氮源包括碳酸銨、硝酸鹽、硫酸銨、尿素、蛋白胨、牛肉膏、酵母膏等。生產(chǎn)中常用的氮源有硝酸鹽、銨鹽、尿素、氨、魚(yú)粉、蠶蛹粉、豆餅粉、花生餅粉、玉米漿等。蛋白質(zhì)氮必須

3、降解為蛋白胨、肽、氨基酸等。水解后才能被身體使用。這種氮源被稱(chēng)為延遲氮源。蛋白質(zhì)降解產(chǎn)物中的無(wú)機(jī)氮或有機(jī)氮源可以被細(xì)菌直接吸收和利用，這種氮源稱(chēng)為有效氮源。速效氮源通常有利于生物的生長(zhǎng)，而遲效氮源則有利于代謝產(chǎn)物的形成。能量：能為微生物的生命活動(dòng)提供初始能量來(lái)源的營(yíng)養(yǎng)物或輻射能、能譜、化學(xué)物質(zhì)、輻射能、化學(xué)異養(yǎng)微生物的能量、有機(jī)物、無(wú)機(jī)物、化學(xué)自養(yǎng)微生物的能量、光自養(yǎng)和光異養(yǎng)微生物的能量，輻射能是單功能營(yíng)養(yǎng)物(能量)。還原的NH4是一種雙功能營(yíng)養(yǎng)素(能量和氮源)。氨基酸是三種功能營(yíng)養(yǎng)素(碳源、能源和氮源)。生長(zhǎng)因子：它是一種調(diào)節(jié)微生物正常代謝所必需的有機(jī)物，但不能由簡(jiǎn)單的碳源和氮源合成。，微生

4、物生長(zhǎng)因子需要量(ml-1)型肺炎鏈球菌膽堿6微克金黃色葡萄球菌硫胺素0.5微克白喉?xiàng)U菌B-B-丙氨酸1.5微克破傷風(fēng)桿菌破傷風(fēng)桿菌尿嘧啶0-4微克腸膜明串珠菌吡哆醛0.025微克，富含酵母提取物、玉米漿、肝提取物、麥芽汁等。5。礦物元素，主要元素：磷、硫、鉀、鎂、鈣、鈉、鐵(微生物生長(zhǎng)所需的濃度為10-310-4摩爾/升)(K2HPO4和硫酸鎂)，微量元素：銅、鋅、錳、鉬和鈷(微生物生長(zhǎng)所需的濃度為10-610-8摩爾/升)一般不需要添加，參與細(xì)胞內(nèi)的一系列化學(xué)反應(yīng)；保持生物大分子如蛋白質(zhì)和核酸的穩(wěn)定天然構(gòu)象；導(dǎo)熱良好；細(xì)胞中水有兩種形式：結(jié)合水和游離水、營(yíng)養(yǎng)孢子和微生物的需水量。環(huán)境(或基

5、質(zhì))中的水活度值(W)通常被定義為在一定溫度下溶液的蒸氣壓(物質(zhì)的上層氣相中的水濃度)與純水的蒸氣壓(純水的上層氣相中的水濃度)的比值。也就是說(shuō)，w=/o表示溶液的蒸氣壓，o表示純水的蒸氣壓，幾種微生物最適合生長(zhǎng)。第二部分是微生物的營(yíng)養(yǎng)類(lèi)型，根據(jù)微生物生長(zhǎng)所需的不同主要營(yíng)養(yǎng)元素進(jìn)行分類(lèi)。根據(jù)碳源、能源和電子供體的不同性質(zhì)，微生物可分為光自養(yǎng)微生物、光有機(jī)異養(yǎng)微生物和光自養(yǎng)微生物。化學(xué)有機(jī)異養(yǎng)生物，1光能無(wú)機(jī)自養(yǎng)生物，碳源：CO2為主要唯一或主要，能量：光能，氫供體或電子供體：無(wú)機(jī)物質(zhì)如H2，H2S，硫等。藻類(lèi)和藍(lán)細(xì)菌使用水作為電子供體(氫供體)，紅色硫細(xì)菌使用H2S作為電子供體。有機(jī)物被用作氫

6、供體，二氧化碳被光能還原成細(xì)胞物質(zhì)。它們大多數(shù)在生長(zhǎng)過(guò)程中需要外源生長(zhǎng)因子；例如，紅精子屬中的一些細(xì)菌可以使用異丙醇作為氫供體來(lái)將CO2還原為細(xì)胞物質(zhì)，同時(shí)積累丙酮。CHOH CO2，H3C，H3C，2，光能，光合色素，2ch3c0ch3c2h2o，3，化學(xué)能無(wú)機(jī)自養(yǎng)型(化學(xué)能自養(yǎng)型)，能量：無(wú)機(jī)氧化釋放的化學(xué)能，碳源：CO2電子供體：H2，H2S，F(xiàn)e2，NH3或NO2-等。化學(xué)能無(wú)機(jī)自養(yǎng)型只存在于微生物中4、化學(xué)能有機(jī)異養(yǎng)型(化學(xué)能異養(yǎng)型)，能量：有機(jī)物氧化釋放的化學(xué)能，碳源：有機(jī)化合物供氫體：在有機(jī)物代謝過(guò)程中產(chǎn)生，有機(jī)物通常既是碳源又是能源；大多數(shù)細(xì)菌、真菌和原生動(dòng)物都是化學(xué)能有機(jī)異養(yǎng)

7、微生物；所有病原微生物都是化學(xué)能有機(jī)異養(yǎng)微生物；不同營(yíng)養(yǎng)類(lèi)型之間的界限不是絕對(duì)的，異養(yǎng)微生物也不是絕對(duì)不能利用CO2；自養(yǎng)微生物并非不能利用有機(jī)物進(jìn)行生長(zhǎng)；當(dāng)一些微生物在不同的生長(zhǎng)條件下生長(zhǎng)時(shí)，它們的營(yíng)養(yǎng)類(lèi)型也會(huì)發(fā)生變化；例如，紫色非硫酸鹽細(xì)菌：當(dāng)沒(méi)有有機(jī)物時(shí)，它吸收CO2，是自養(yǎng)微生物；在有機(jī)物存在的情況下，有機(jī)物被用來(lái)生長(zhǎng)，這是一種異養(yǎng)微生物；在光照和厭氧條件下，利用光能生長(zhǎng)，是一種光能營(yíng)養(yǎng)微生物；在黑暗和好氧條件下，其生長(zhǎng)依賴(lài)于有機(jī)物氧化產(chǎn)生的化學(xué)能，是一種生化營(yíng)養(yǎng)微生物。微生物營(yíng)養(yǎng)類(lèi)型的可變性無(wú)疑有利于提高其對(duì)環(huán)境條件變化的適應(yīng)性。第三節(jié)：營(yíng)養(yǎng)素進(jìn)入細(xì)胞的途徑，營(yíng)養(yǎng)素能否進(jìn)入細(xì)胞取決于

8、三個(gè)因素：一、營(yíng)養(yǎng)素的性質(zhì)(相對(duì)分子量、質(zhì)量、溶解度、電負(fù)性等)。)，微生物所處的環(huán)境(溫度、酸堿度等)。)；微生物細(xì)胞的滲透屏障(質(zhì)膜、細(xì)胞壁、包膜等)。)。根據(jù)物質(zhì)輸運(yùn)過(guò)程的特點(diǎn)，物質(zhì)輸運(yùn)的方式可以分為自由擴(kuò)散、促進(jìn)擴(kuò)散、主動(dòng)輸運(yùn)、基團(tuán)轉(zhuǎn)移和自由擴(kuò)散。原生質(zhì)膜是一種半透膜，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)通過(guò)原生質(zhì)膜上的小孔從高濃度的細(xì)胞外環(huán)境擴(kuò)散到低濃度的細(xì)胞內(nèi)。特性，材料在擴(kuò)散過(guò)程中沒(méi)有反應(yīng)；不消耗能量；不能集中運(yùn)輸；轉(zhuǎn)運(yùn)速率與膜內(nèi)外物質(zhì)的濃度差成正比。水是唯一可以通過(guò)擴(kuò)散自由穿過(guò)質(zhì)膜的分子。脂肪酸、乙醇、甘油、一些氣體(O2、CO2)和一些氨基酸也可以通過(guò)一定程度的自由擴(kuò)散進(jìn)入和離開(kāi)細(xì)胞。2有助于擴(kuò)散，特點(diǎn)

9、是，不消耗能量，參與運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)的分子結(jié)構(gòu)不變，并且不能以反向濃度運(yùn)輸。轉(zhuǎn)運(yùn)速率與膜內(nèi)外物質(zhì)的濃度差成正比，這需要載體的參與。通過(guò)促進(jìn)擴(kuò)散進(jìn)入細(xì)胞的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)主要包括氨基酸、單糖、維生素和無(wú)機(jī)鹽。主動(dòng)運(yùn)輸?shù)囊粋€(gè)重要特點(diǎn)是在物料運(yùn)輸過(guò)程中需要消耗能量和載體，并且可以逆向集中運(yùn)輸。主動(dòng)運(yùn)輸是廣泛存在于微生物中的一種主要的物質(zhì)運(yùn)輸方式?；鶊F(tuán)轉(zhuǎn)移也被稱(chēng)為磷酸烯醇式丙酮酸-磷酸糖基轉(zhuǎn)移酶轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)(PTS)。PTS通常由五種蛋白質(zhì)組成，包括酶、酶(包括甲、乙、丙亞基)和一種相對(duì)分子量較低的熱穩(wěn)定蛋白。4組轉(zhuǎn)移，組轉(zhuǎn)移是另一種主動(dòng)運(yùn)輸，它不同于主動(dòng)運(yùn)輸，因?yàn)樗幸粋€(gè)復(fù)雜的運(yùn)輸系統(tǒng)來(lái)完成物質(zhì)的運(yùn)輸，并且物質(zhì)在運(yùn)輸

10、過(guò)程中發(fā)生化學(xué)變化。PEP-P HPr HPr-p丙酮酸P-HPr糖P-HpR，四種營(yíng)養(yǎng)傳遞方式的比較，第四節(jié)，人工配制的培養(yǎng)基，適用于微生物的生長(zhǎng)繁殖或代謝產(chǎn)物的生產(chǎn)。任何培養(yǎng)基都應(yīng)該有微生物生長(zhǎng)所需的六種營(yíng)養(yǎng)元素：碳源、氮源、無(wú)機(jī)鹽、能源、生長(zhǎng)因子和水。一旦準(zhǔn)備好任何培養(yǎng)基，必須立即滅菌。常規(guī)高壓蒸汽滅菌：1.05公斤/平方厘米，121.315-30分鐘；0.56公斤/平方厘米，112.615-30分鐘，目的：促進(jìn)微生物生長(zhǎng)；代謝物的積累；分離微生物菌株；識(shí)別微生物種類(lèi)；微生物細(xì)胞計(jì)數(shù)；菌種保存；為了制備微生物產(chǎn)品，培養(yǎng)基幾乎是t培養(yǎng)自養(yǎng)氧化硫硫桿菌的培養(yǎng)基組成為10g硫酸鎂0.7h2o

11、0.5g(NH4)2so 4 0.4g硫酸亞鐵0.01g硫酸亞鐵4g氯化鈣0.25g 1000ml，培養(yǎng)異養(yǎng)大腸桿菌的培養(yǎng)基由以下化學(xué)成分組成：葡萄糖5g硫酸亞鐵1g氯化鈉5g硫酸鎂0.7h2o 0.2g硫酸亞鐵1g 1000ml，培養(yǎng)四種微生物的普通培養(yǎng)基，細(xì)菌(牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基)，放線(xiàn)菌(高氏1號(hào))營(yíng)養(yǎng)協(xié)調(diào)性，碳氮比指培養(yǎng)基中碳氮的量比，有時(shí)指培養(yǎng)基中還原糖與粗蛋白的比例。例如，在微生物發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸的過(guò)程中，當(dāng)培養(yǎng)基中碳與氮的比例為4/1時(shí)，細(xì)菌數(shù)量將會(huì)繁殖，谷氨酸的積累將會(huì)減少；當(dāng)培養(yǎng)基碳氮比為3/1時(shí)，細(xì)胞繁殖受到抑制，谷氨酸產(chǎn)量大幅增加。3.理化條件適宜，酸堿度、水分活度、氧化還

12、原電位等。培養(yǎng)基的酸堿度和酸堿度必須控制在一定范圍內(nèi)，以滿(mǎn)足不同類(lèi)型微生物的生長(zhǎng)和繁殖或產(chǎn)生代謝產(chǎn)物。常見(jiàn)培養(yǎng)條件：細(xì)菌和放線(xiàn)菌：pH78.0酵母和霉菌：在pH4.06范圍內(nèi)生長(zhǎng)，內(nèi)源調(diào)節(jié)：在培養(yǎng)基中加入一些緩沖液或不溶性碳酸鹽；調(diào)整培養(yǎng)基的碳氮比。外源調(diào)節(jié)：根據(jù)實(shí)際需要不斷向發(fā)酵液中加入酸或堿液，b .氧化還原電位，各種微生物對(duì)培養(yǎng)基氧化還原電位的要求：需氧微生物：0.3-0.4V，(可在0.1V以上的環(huán)境中生長(zhǎng))。厭氧微生物：只能在0.1V以下生長(zhǎng)的兼性厭氧微生物。呼吸高于0.1V和發(fā)酵低于0.1V對(duì)微生物的影響最大：分子氧和分子氫的濃度。培養(yǎng)基中常用的還原劑包括巰基乙酸、抗壞血酸、硫化氫

13、、半胱氨酸、谷胱甘肽、二硫蘇糖醇等。4.節(jié)約，以粗代精，以野代家，以廢代好，與時(shí)俱進(jìn)，以簡(jiǎn)代繁，以氮代朊，以烴代糧，以纖維代糖，1。通過(guò)生態(tài)模擬調(diào)查培養(yǎng)細(xì)菌的生態(tài)條件，檢查“嗜好”，并為“疾病”提供主要的天然培養(yǎng)基。2.回顧分析文獻(xiàn)，考察前人，從中得到啟示，設(shè)計(jì)出有自己特色的培養(yǎng)基配方。3.借助最優(yōu)化方法或正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行精心設(shè)計(jì)，(2)培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)方法，4。實(shí)驗(yàn)比較：不同培養(yǎng)基配方的選擇比較單一組分的來(lái)源和數(shù)量，幾個(gè)組分濃度比的比較擴(kuò)大到大規(guī)模生產(chǎn)條件下的酸堿度和溫度試驗(yàn)的比較。附件1:制備培養(yǎng)基時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題及解決方法。降水2。膠體強(qiáng)度破壞。棕色物質(zhì)4的形成。酸堿度2的變化。培養(yǎng)基

14、的類(lèi)型和應(yīng)用。培養(yǎng)基有很多種，根據(jù)其組成、物理狀態(tài)和用途，可以將培養(yǎng)分為很多種類(lèi)型。天然培養(yǎng)基、合成培養(yǎng)基(包括化學(xué)成分不明確或不恒定的天然有機(jī)物)、牛肉醬蛋白胨培養(yǎng)基、麥芽汁培養(yǎng)基、化學(xué)成分完全了解的物質(zhì)、高1號(hào)培養(yǎng)基、夏加爾培養(yǎng)基、半合成培養(yǎng)基，在合成培養(yǎng)基的基礎(chǔ)上添加一些天然成分。為了更有效地滿(mǎn)足微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的需求，如馬鈴薯蔗糖培養(yǎng)基，它分為不同的物理狀態(tài)，固體培養(yǎng)基，液體培養(yǎng)基，在液體培養(yǎng)基中加入一定量的凝固劑使其成為固體狀態(tài)，瓊脂含量一般為1.5%-2.0%，瓊脂含量一般為0.2%-0.7%，并且不加入凝固劑。固體培養(yǎng)基通常用于分離和鑒定微生物，計(jì)數(shù)活菌和保存菌株，觀察微生物的運(yùn)

15、動(dòng)特征，對(duì)它們進(jìn)行分類(lèi)和鑒定，以及滴定噬菌體滴度。大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)室微生物基礎(chǔ)理論與應(yīng)用研究。根據(jù)不同用途，分為基本培養(yǎng)基、鑒定培養(yǎng)基、含有一般微生物生長(zhǎng)和繁殖所需基本營(yíng)養(yǎng)的培養(yǎng)基。一種用于從混合微生物群體中分離某種微生物的培養(yǎng)基，一種用于鑒定不同類(lèi)型微生物的培養(yǎng)基，一種通過(guò)向基礎(chǔ)培養(yǎng)基中添加一些特殊營(yíng)養(yǎng)物而制成的富含營(yíng)養(yǎng)物的培養(yǎng)基，其中微生物產(chǎn)生某些代謝物并與培養(yǎng)基中的特殊化學(xué)物質(zhì)反應(yīng)以產(chǎn)生明顯的特征變化。牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基是最常用的基礎(chǔ)培養(yǎng)基。添加豐富的培養(yǎng)基，特殊營(yíng)養(yǎng)素包括血液、血清、酵母抽提物、動(dòng)植物組織液等。向培養(yǎng)基中加入相應(yīng)的特殊營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)或化學(xué)物質(zhì)，以抑制不需要的微生物的生長(zhǎng)，并有利于所需微生物的生長(zhǎng)。EMB(曙紅亞甲藍(lán))，圖14。留下：個(gè)大腸桿菌細(xì)胞。右：大腸桿菌菌落在embagar。復(fù)習(xí)思維問(wèn)題，1。什么是營(yíng)養(yǎng)？什么是營(yíng)養(yǎng)素？營(yíng)養(yǎng)素的生理功能是什么？2.營(yíng)養(yǎng)成分是什么？它們的功能是什么？3.根據(jù)不同的碳源、能源和電子供體，微生物可以分為幾種