1、第四章微生物的營養(yǎng)和培養(yǎng)基，微生物的特點：食譜廣食欲大，營養(yǎng)物質(zhì)：完成微生物身體生長、繁殖和各種生理活動所需的物質(zhì)，營養(yǎng)的概念：生物吸收利用營養(yǎng)物質(zhì)的過程。 營養(yǎng)物質(zhì)是微生物生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，營養(yǎng)是生物維持和持續(xù)生命形態(tài)的生理過程。 本章內(nèi)容：第一節(jié)微生物的營養(yǎng)要素，(微生物們需要吃什么，第三節(jié)營養(yǎng)物質(zhì)進入細胞的方式，(微生物們吃什么)，第二節(jié)微生物的營養(yǎng)類型，(微生物們做菜的方法)，第四節(jié)培養(yǎng)基，第一節(jié)微生物的營養(yǎng)要素，一，微生物細胞的化學組成，微生物細胞，水： 70%-。 微量元素：鋅、錳、鈉、氯、鉬、硒、鈷、銅、鎢、鎳、硼等。 1、參與有機物組成2，以細胞質(zhì)內(nèi)單獨存在的無機鹽形式存在，微生

2、物細胞中一些主要元素的含量(干重)，2，微生物的營養(yǎng)元素，6元素：碳源，氮源，能量，生長因子，無機鹽和水，營養(yǎng)物質(zhì)根據(jù)它們在生物體中的生理作用而不同1 .碳源， 在微生物生長過程中能為微生物提供碳源的物質(zhì)，碳源光譜、有機碳、無機碳、異養(yǎng)微生物、自養(yǎng)微生物，對許多化學能異養(yǎng)微生物來說，碳源是兼具能量功能的營養(yǎng)物。 微生物利用的碳源物質(zhì)主要有糖類、有機酸、醇、脂質(zhì)、碳氫化合物、CO2及碳酸鹽等。 實驗室常用的碳源：用于葡萄糖、蔗糖、馬鈴薯、玉米粉等工業(yè)發(fā)酵的碳源：糖蜜、淀粉(玉米粉、野生植物淀粉)、麩皮、米糠、纖維素等可用于構(gòu)成菌體物質(zhì)中或代謝產(chǎn)物中的氮源的營養(yǎng)物質(zhì)稱為氮源。 2 .氮源、氮源光譜

3、、有機氮、無機氮、NH3銨鹽硝酸鹽N2、蛋白質(zhì)核酸氨基酸尿素、氨基酸自營養(yǎng)型生物：尿素、銨鹽、硝酸鹽，還有利用氮可以合成所需氨基酸的生物、氨基酸異營養(yǎng)型生物：利用既有的氨基酸按常用蛋白質(zhì)氮源分類的生物有：3.能量、能量：微生物生命活動最初的能量來源：營養(yǎng)素和放射能、能譜、化學物質(zhì)、放射能、培養(yǎng)微生物的能量、有機物、無機物、培養(yǎng)微生物的能量， 可以提供光能自養(yǎng)和光能的廣義生長因子除了維生素以外，還包括堿、卟啉及其衍生物、甾醇、胺類、C4C6的支鏈或直鏈脂肪酸、氨基酸，狹義生長素一般只指維生素的微生物生長因子需求量(ml-1 ) 型肺炎鏈球菌膽堿6ug金黃色葡萄球菌硫胺素0.5ng白喉桿菌(cor

4、nebacttion crostridium 尿嘧啶0-4ug腸膜狀珠菌(Leuconostoc mesenteroides )吡哆醛0.025ug，5 .無機鹽(礦物元素)，作用微量元素是對微生物生長起重要作用，需要量極少的元素，通常需要量為10-6-10-8mol/L 根據(jù)氯、鉬、硒、鈷、銅、鎢、鎳微生物對礦物質(zhì)元素的需要量的大小，可分為Na、k、Mg、Ca、s、p等多種元素。6、水、生理功能主要有溶劑和運輸介質(zhì)作用細胞內(nèi)一系列參與化學反應的蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子維持穩(wěn)定天然結(jié)構(gòu)的熱良好的導體第二節(jié)微生物營養(yǎng)類型P87表4-3、表4-4、異養(yǎng)型生物、自養(yǎng)型生物、生長所需營養(yǎng)物質(zhì)、 生物生

5、長過程中的能源、光能營養(yǎng)型、化學能營養(yǎng)型根據(jù)碳源、能量及電子供體的性質(zhì)，將微生物分為光能有機異養(yǎng)型(photoorganoheterotrphy )、化能無機自養(yǎng)型(chemolithoautotrphy )、 化能有機自養(yǎng)型(chemoorganoheterotrophy )、進行1光能無機自養(yǎng)型光合作用而得到生長所需能量的H2、H2S、s等無機物作為供氫體或供電子體，將CO2還原成細胞物質(zhì)，例如藻類或藍細菌等與植物同樣，將水電子化另一方面，紅硫細菌以H2S為電子供體產(chǎn)生細胞物質(zhì)，伴隨硫元素的產(chǎn)生。CO2 2H2S、光能、光合色素、CH2O 2S H2O、2光能有機異養(yǎng)型(光能異養(yǎng)型)、不能

6、以CO2為主或唯一碳源的有機物作為供氫體， 例如，紅螺菌屬的一些細菌在利用光能將CO2還原成細胞物質(zhì)時常需要外來的生長因子，可以利用異丙醇作為供氫體，將CO2還原成細胞物質(zhì)，積累丙酮。CHOH CO2、H3C、H3C、2、光能、光合色素、2ch3c0ch3ch2o，光能無機自營養(yǎng)型和光能有機異養(yǎng)型微生物可以利用光能生長，在地球早期生態(tài)環(huán)境的演化過程中發(fā)揮重要作用。三化能無機自營養(yǎng)型(化能自營養(yǎng)型)、生長所需能量在以來自無機物氧化過程中釋放的化學能的CO2或碳酸鹽為唯一或主要碳源生長的情況下，以H2、H2S、Fe2、NH3或NO2-等為電子供體，將CO2還原為細胞物質(zhì)化學能無機自營養(yǎng)型只存在于微

7、生物中，能在完全無機和無光的環(huán)境中生長。 它們廣泛分布在土壤和水環(huán)境中，參與地球物質(zhì)的循環(huán)，四化能有機異養(yǎng)型(化能異養(yǎng)型)，生長所需能量全部來源于有機物氧化過程中釋放的化學能的生長所需碳源主要是淀粉、糖類、纖維素、有機酸等有機化合物。 有機物通常是碳源也是能源大多數(shù)細菌、真菌、原生動物是化學能有機異養(yǎng)型微生物所有病原微生物是化學能有機異養(yǎng)型微生物不同營養(yǎng)類型之間的邊界不是絕對的， 異養(yǎng)型微生物并非絕對不能利用CO2，自養(yǎng)型微生物也并非不能利用有機物生長。一部分微生物在不同的生長條件下生長，營養(yǎng)類型也會改變，如紫色的非硫細菌(purple nonsulphur bacteria ) :如果沒有有

8、有機物，將CO2同化如果存在作為自營養(yǎng)型微生物的有機物，則利用有機物生長，在作為異營養(yǎng)型微生物的光和厭氧條件下，利用光能生長，在作為光能營養(yǎng)型微生物的黑暗和好氧條件下，由于有機物的氧化產(chǎn)生化學能的生長，為了能量營養(yǎng)型微生物， 微生物營養(yǎng)型的可變性無疑有助于提高對環(huán)境條件變化的適應能力，第三節(jié)營養(yǎng)物質(zhì)進入細胞的方式，營養(yǎng)物質(zhì)是否進入細胞取決于三個因素：營養(yǎng)物質(zhì)本身的性質(zhì)(相對分子量、質(zhì)量、溶解性、電負性等，微生物細胞的滲透屏障(原生質(zhì)膜細胞壁莢膜) 根據(jù)物質(zhì)輸送過程的特點，物質(zhì)的輸送方式可以分為簡單擴散、促擴散、自主輸送、基轉(zhuǎn)移、1單純擴散，原生質(zhì)膜是一種半透明膜，營養(yǎng)物質(zhì)通過原生質(zhì)膜上的小孔，

9、從高濃度的細胞外環(huán)境向低濃度的細胞內(nèi)擴散。特征是，物質(zhì)在擴散過程中沒有發(fā)生任何反應，不消耗能量，不能進行反濃度輸送，輸送速率與膜內(nèi)外物質(zhì)的濃度差成正比，水是唯一能夠在原生質(zhì)膜中自由擴散的分子，脂肪酸、乙醇、甘油、一些氣體(O2，CO2)和一些氨基酸在一定程度上是自由擴散細胞2擴散促進、特點、載體蛋白干預是必要的，不消耗能量，參與運輸?shù)奈镔|(zhì)本身的分子結(jié)構(gòu)不變，不能反濃度運輸，運輸速度與膜內(nèi)外物質(zhì)的濃度差成正比，通過促進擴散進入細胞的營養(yǎng)物質(zhì)主要有氨基酸、單糖、維生素及無機鹽等。 一般的微生物通過特異的載體蛋白輸送對應的物質(zhì)，但對同一物質(zhì)的微生物的輸送有時也通過一種以上的載體蛋白進行。 3、自主運

10、輸，其重要特點之一是物質(zhì)運輸中需要消耗能量和載體，可以進行反濃度運輸。 積極運輸是微生物廣泛存在的主要物質(zhì)運輸方式。 基移也稱為磷酸烯醇丙酮酸-磷糖轉(zhuǎn)移酶轉(zhuǎn)運系統(tǒng)(PTS )，PTS通常由酶I、酶ii (包括a、b、c三種亞基)、低相對分子量熱穩(wěn)定蛋白(HPr )五種蛋白組成。 四基移、基移是另一種類型的有源輸送，與有源輸送方式的不同是，有完成物質(zhì)輸送的復雜輸送系統(tǒng)，物質(zhì)在輸送中會發(fā)生化學變化。PEP-P HPr HPr-p丙酮酸(PEP通過熱穩(wěn)定載體蛋白的活化) P - HPr糖糖-P HPr，基轉(zhuǎn)移主要存在于厭氧型和兼性厭氧型細胞中，主要用于糖的運輸，脂肪酸、核苷、堿等也可以用這種方式運輸

11、。 第四節(jié)培養(yǎng)基、培養(yǎng)基被人工調(diào)制，適用于微生物的生長繁殖和產(chǎn)生代謝產(chǎn)物的混合營養(yǎng)基質(zhì)。 培養(yǎng)基幾乎都是微生物研究和利用的基礎(chǔ)，每種培養(yǎng)基都必須具備微生物生長所必需的6個營養(yǎng)要素：碳源、氮源、無機鹽、能量、生長因子、水，任何培養(yǎng)基一旦配合，必須立即進行滅菌處理，常規(guī)高壓蒸汽滅菌：1. 05 kg/g 0.56 kg/cm 2，112.615-30分鐘，一、培養(yǎng)基選擇和設(shè)置修訂的原則和方法、目的明確，營養(yǎng)協(xié)調(diào)，理化條件適當，經(jīng)濟節(jié)約，1 .目的明確，根據(jù)不同微生物的營養(yǎng)要求配制強培養(yǎng)基。 培養(yǎng)化能自養(yǎng)型氧化硫桿菌的培養(yǎng)基組為s-10gm GSO4.7h2o0.5gnh4)2so 40.4 gfe

12、so 40.01 GH2po44 GC ACL2. 25 g h2o 1000 ml。 培養(yǎng)可以異養(yǎng)的大腸桿菌的一種培養(yǎng)基由培養(yǎng)葡萄糖5 gn h4h2po41 g NaCl5GM GSO4.7h2o0.2GK2hpo41 g h2o 1000 ml、常見的4種微生物的培養(yǎng)基組成。 細菌(牛肉糊劑培養(yǎng)基): 牛肉糊劑3g糊劑10g NaCl 5g H2O 1000ml，放線菌(高氏1號)淀粉20 g k2hpo 40.5 g NaCl0.5GM GSO4.7h2o0.5gkno 31 gfeso4. 01 g h2o 1000 ml巴林，煮沸后霉菌(茶堿合成培養(yǎng)基) nano 33 GK2hp

13、o 41 gkcl0.5GM GSO4.7h2o0.5gfeso4. 01 g蔗糖30g H2O 1000ml，2 .營養(yǎng)協(xié)調(diào)，培養(yǎng)基中營養(yǎng)物質(zhì)濃度適當時微生物生長良好，營養(yǎng)物質(zhì)濃度過低時滿足微生物正常生長的需要培養(yǎng)基中各營養(yǎng)物質(zhì)的濃度配比也直接影響微生物的生長和代謝產(chǎn)物的形成和積累，其中碳氮比(C/N )的影響較大。 碳氮比是指培養(yǎng)基中碳元素與氮元素的物質(zhì)的量比，例如在利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸的過程中，培養(yǎng)基中的碳氮比為4/1時，菌體量增殖，谷氨酸蓄積少的培養(yǎng)基的碳氮比為3/1時，菌體繁殖被抑制，谷氨酸生產(chǎn)量大幅增加3、理化條件適宜，pH、水活性、氧化還原電位、a. pH、培養(yǎng)基pH必須控制

14、在一定范圍內(nèi)，不能滿足不同種類微生物的生長繁殖和代謝產(chǎn)物。常規(guī)培養(yǎng)條件：細菌和放線菌： pH77.5在酵母菌和霉菌： pH4.56范圍內(nèi)生長，為了使培養(yǎng)基的pH保持相對恒定，常規(guī)培養(yǎng)基中加入pH緩沖劑或工業(yè)發(fā)酵時補充酸、堿。 b .水的活性度、天然環(huán)境中微生物實際可利用的自由水或游離水的含量，一般在一定的溫度和壓力條件下使用，用與溶液的蒸汽壓力相同條件下的純水蒸汽壓力的比來表示。 即，在w=Pw/Pow式中，Pw表示溶液蒸氣壓力，POw表示純水蒸氣壓力。 純水w為1.00，溶液中溶質(zhì)越多，w越小。 微生物一般在w為0.600.99的條件下生長，w過低時微生物的生長延遲變長，比生長速度和總生長量

15、減少。 根據(jù)微生物的不同，最適合生長的w也不同。 c .氧化還原電位、氧化還原電位也稱為氧化還原電位(redox potential )，是測定某氧化還原系統(tǒng)中還原劑發(fā)射電子或氧化劑接收電子傾向的一個指標，其單位為v (伏特)或mV (毫伏特)。 不同種類的微生物生長對氧化還原電位的要求不同，好氧微生物：0.1伏以上可以正常生長，0.3 0.4伏以下好氧微生物：低于0.1伏條件生長； 兼性厭氧微生物：在0.1伏以上進行好氧呼吸，在0.1伏以下進行發(fā)酵。 4、經(jīng)濟節(jié)約、粗代精、野代家、廢代好、國代進、簡代繁、氮代朊蛋白、烴代糧食、纖維代糖、二、培養(yǎng)基的種類和應用、培養(yǎng)基的種類多，根據(jù)其成分、物理狀態(tài)和用途，可以使用(1)成分別、天然培養(yǎng)基、合成培養(yǎng)基、化學成分不明或化學成分不一定的天然有機物用化學成分完全知道的物質(zhì)調(diào)制的培養(yǎng)基，高氏1號培養(yǎng)基，含有查氏培養(yǎng)基、的水1000ml； 蛋白胨5克； pH 7.27.4放線菌培養(yǎng)基高氏1號：可溶性