微生物第四章.ppt

营养：营养：细胞从外界环境中摄取化学物质，使其细胞从外界环境中摄取化学物质，使其在生长过程中获取生命活动所需的能量及其结在生长过程中获取生命活动所需的能量及其结构物质的过程。构物质的过程。营养物质（养料）：营养物质（养料）：外界环境中为细胞所提供外界环境中为细胞所提供的结构组分、能量、代谢调节物质和良好的生的结构组分、能量、代谢调节物质和良好的生理环境的化学物质。理环境的化学物质。第一节第一节 微生物细胞的化学组成和营养要求微生物细胞的化学组成和营养要求一、一、微生物细胞的化学组成微生物细胞的化学组成微生物细胞和其它生物细胞一样微生物细胞和其它生物细胞一样,都是由：都是由：碳碳、氢、氧、氮、氢、氧、氮、磷、硫、钾、钠、钙等多种元素磷、硫、钾、钠、钙等多种元素组成，其中碳组成，其中碳、氢、氧、氮四种元素占细胞干重的、氢、氧、氮四种元素占细胞干重的90-97%。微生物细胞中这些元素主要以水、有机物和无机盐的微生物细胞中这些元素主要以水、有机物和无机盐的形式存在于细胞中。形式存在于细胞中。二、微生物细胞中的有机物二、微生物细胞中的有机物它们主要是：它们主要是：蛋白质、核酸、碳水化合物、类脂蛋白质、核酸、碳水化合物、类脂、维生素及它们的降解产物等。另外有些微生物还维生素及它们的降解产物等。另外有些微生物还产生色素、抗生素、激素、细菌素和毒素等次生产生色素、抗生素、激素、细菌素和毒素等次生代谢产物。代谢产物。微生物细胞中的无机盐类主要是：硫酸盐、磷酸微生物细胞中的无机盐类主要是：硫酸盐、磷酸盐、盐酸盐及含有钾、钠、钙、镁、铁等无机元盐、盐酸盐及含有钾、钠、钙、镁、铁等无机元素的无机盐类。素的无机盐类。水在微生物体内的作用：水在微生物体内的作用：水是微生物细胞的主要化学组分；水是微生物细胞的主要化学组分；水是营养物质和代谢产物的良好溶剂，营养物质水是营养物质和代谢产物的良好溶剂，营养物质和代谢产物必须溶解在水中才能进出细胞；和代谢产物必须溶解在水中才能进出细胞；水是细胞中各种生物化学反应得以进行的介质，并参与水是细胞中各种生物化学反应得以进行的介质，并参与许多生物化学反应；许多生物化学反应；水的比热高，汽化热高，又是热的良好导体，保证了细水的比热高，汽化热高，又是热的良好导体，保证了细胞内的温度不会因代谢过程中释放的能量而骤然上升；胞内的温度不会因代谢过程中释放的能量而骤然上升；水有利于生物大分子的稳定。水有利于生物大分子的稳定。2.碳源物质碳源物质碳源：能提供微生物营养所需的碳（元）素或碳骨架的碳源：能提供微生物营养所需的碳（元）素或碳骨架的营养物质。营养物质。不同微生物可利用的碳源不同，有的利用无机碳如：不同微生物可利用的碳源不同，有的利用无机碳如：CO2或可溶性碳酸盐，有的利用有机碳如：单糖、双糖或可溶性碳酸盐，有的利用有机碳如：单糖、双糖及多糖。有机碳化物中，单糖、双糖是最容易被微生物及多糖。有机碳化物中，单糖、双糖是最容易被微生物利用的碳源物质。有些微生物还可利用烃类、石蜡、酚利用的碳源物质。有些微生物还可利用烃类、石蜡、酚类、氰化物作碳源物质，这对环境治理很重要。类、氰化物作碳源物质，这对环境治理很重要。3.氮源物质氮源物质 氮素是构成微生物细胞物质和代谢产物不可缺少氮素是构成微生物细胞物质和代谢产物不可缺少的元素的元素，微生物对氮元素的需氧量仅次于碳元素。不，微生物对氮元素的需氧量仅次于碳元素。不同微生物可利用的氮源物质也不同，有的利用分子态氮，同微生物可利用的氮源物质也不同，有的利用分子态氮，有的利用无机氮化物，有的利用有机氮化物。有的利用无机氮化物，有的利用有机氮化物。大多数微生物都可以利用无机氮化物如铵盐、硝酸盐大多数微生物都可以利用无机氮化物如铵盐、硝酸盐作氮源，硝酸盐常称为生理碱性盐，铵盐常称为生理作氮源，硝酸盐常称为生理碱性盐，铵盐常称为生理酸性盐，酸性盐，NH4NO3常称为生理中性盐。实验室常用的常称为生理中性盐。实验室常用的氮源有硝酸铵、硫酸铵、尿素、碳酸铵、牛肉膏、蛋氮源有硝酸铵、硫酸铵、尿素、碳酸铵、牛肉膏、蛋白胨、酵母膏、黄豆粉、玉米浆等。白胨、酵母膏、黄豆粉、玉米浆等。4.无机盐无机盐微生物生长需要多种矿质元素，如磷、硫、镁、钾、钙、微生物生长需要多种矿质元素，如磷、硫、镁、钾、钙、钠、铁、硼、锰、铜、锌、钼等。矿质元素一般以无机钠、铁、硼、锰、铜、锌、钼等。矿质元素一般以无机盐的形式供给微生物，如：硫酸钾、氯化钠等。盐的形式供给微生物，如：硫酸钾、氯化钠等。这些元素这些元素作用作用是：参与细胞物质和代谢产物的组成，作是：参与细胞物质和代谢产物的组成，作为酶的组成和酶的激活剂，维持细胞结构的稳定性，调为酶的组成和酶的激活剂，维持细胞结构的稳定性，调节和维持细胞内渗透压、节和维持细胞内渗透压、pH值及氧化还原电位的平衡，值及氧化还原电位的平衡，参与细胞内的能量代谢。参与细胞内的能量代谢。有些矿质元素，微生物需要的量较大，如：磷、硫、镁、有些矿质元素，微生物需要的量较大，如：磷、硫、镁、钾、钙、钠、铁等，叫钾、钙、钠、铁等，叫大量元素或主要元素大量元素或主要元素；其它一些；其它一些矿质元素，微生物需要的量较少，如：硼、锰、铜、锌、矿质元素，微生物需要的量较少，如：硼、锰、铜、锌、钼、钴等，叫钼、钴等，叫微量元素微量元素。微量元素往往在培养微生物时微量元素往往在培养微生物时无须单独添加。无须单独添加。5.生长素生长素又称生长因子（又称生长因子（growthfactor）是一类对微生物正常代谢）是一类对微生物正常代谢必不可少且不能用简单的碳源或氮源自行合成的有机物。必不可少且不能用简单的碳源或氮源自行合成的有机物。它的需要量一般很少。它的需要量一般很少。广义的生长因子除了维生素外，还包括碱基、卟啉及其广义的生长因子除了维生素外，还包括碱基、卟啉及其衍生物、甾醇、胺类、衍生物、甾醇、胺类、C4C6的分枝或直链脂肪酸，以的分枝或直链脂肪酸，以及需要量较大的氨基酸；而狭义的生长因子一般仅指维及需要量较大的氨基酸；而狭义的生长因子一般仅指维生素。主要是维生素、氨基酸和核苷等。生素。主要是维生素、氨基酸和核苷等。添加生长素的方式是在培养基中加酵母膏、豆芽汁、添加生长素的方式是在培养基中加酵母膏、豆芽汁、玉米浆、肝脏浸出液或组织提取液等。玉米浆、肝脏浸出液或组织提取液等。另外，有些微生物还需要一些特殊的成分作为生长另外，有些微生物还需要一些特殊的成分作为生长素，如某些酵母菌和霉菌需要肌醇，某些肺炎球菌素，如某些酵母菌和霉菌需要肌醇，某些肺炎球菌需要胆碱，支原体和酵母菌在厌氧条件下生长时需需要胆碱，支原体和酵母菌在厌氧条件下生长时需要甾醇等。要甾醇等。营养缺陷型微生物营养缺陷型微生物当某些微生物由于缺少合成一种或多种生长素的酶而丧失了当某些微生物由于缺少合成一种或多种生长素的酶而丧失了合成这种或这几种生长素的能力，就必须直接从营养基质中合成这种或这几种生长素的能力，就必须直接从营养基质中摄取这种或这几种生长素，才能正常生长发育。摄取这种或这几种生长素，才能正常生长发育。凡是缺少合凡是缺少合成某种生长素能力的微生物，称为这种生长素的营养缺陷型成某种生长素能力的微生物，称为这种生长素的营养缺陷型微生物。微生物。如组氨酸缺陷型沙门氏菌。如组氨酸缺陷型沙门氏菌。用途：遗传标记、营养分析、突变分析等。用途：遗传标记、营养分析、突变分析等。野生型微生物野生型微生物不需要生长素而能在基础培养基上生长的微生物不需要生长素而能在基础培养基上生长的微生物第二节第二节 微生物的营养类型微生物的营养类型自然界的微生物依据生长时所需的能量和营养物质自然界的微生物依据生长时所需的能量和营养物质(主要指主要指碳源和供氢体碳源和供氢体)不同，可以分为：不同，可以分为：光能自养型光能自养型：如藻类、蓝细菌、少数光合细菌等。：如藻类、蓝细菌、少数光合细菌等。光能异养型光能异养型：如紫色非硫细菌、绿色非硫细菌等。：如紫色非硫细菌、绿色非硫细菌等。化能自养型化能自养型：如硝化细菌、硫化细菌、铁细菌、氢细菌等。：如硝化细菌、硫化细菌、铁细菌、氢细菌等。化能异养型化能异养型：如多数细菌、放线菌、真菌和原生动物等，化：如多数细菌、放线菌、真菌和原生动物等，化能异养型可再细分为腐生型和寄生型。能异养型可再细分为腐生型和寄生型。微生物几种营养类型的区别微生物几种营养类型的区别营养类型营养类型 能源能源碳源碳源 氢或电子供体氢或电子供体光能自养型光能自养型 光能光能CO2 水或还原态无机物水或还原态无机物光能异养型光能异养型 光能光能CO2 有机物有机物化能自养型化能自养型 化学能化学能CO2 还原态无机物还原态无机物化能异养型化能异养型 化学能化学能 有机物有机物 有机物有机物还原态无机物一般指：还原态无机物一般指：H2S、Na2S2O3、S、NH3、HNO2、FeSO4、H2等。等。第三节第三节 微生物对营养物质的吸收机制微生物对营养物质的吸收机制A 吞噬作用：分为吞噬和胞饮，原生动物和粘菌等。吞噬作用：分为吞噬和胞饮，原生动物和粘菌等。B 渗透吸收：被动扩散、促进扩散、主动运输和基团转位。渗透吸收：被动扩散、促进扩散、主动运输和基团转位。浓度梯度浓度梯度载体载体能量能量被动扩散被动扩散 顺顺不用不用不耗不耗促进扩散促进扩散 顺顺用用不耗不耗主动运输主动运输 逆逆用用耗耗基团转位基团转位 逆逆用用耗耗单纯扩散（单纯扩散（simple diffusion）：也叫被动扩散或自由扩散，：也叫被动扩散或自由扩散，物质非特异性地从浓度较高一侧自由透过膜向浓度较低一侧物质非特异性地从浓度较高一侧自由透过膜向浓度较低一侧扩散的过程。其驱动力是浓度梯度，不需要外界提供任何形扩散的过程。其驱动力是浓度梯度，不需要外界提供任何形式的能量。式的能量。促进扩散（易化扩散，促进扩散（易化扩散，facillitated diffusion）：物质（糖、：物质（糖、氨基酸）借助于细胞膜上一些与它们进行特异结合的蛋白，氨基酸）借助于细胞膜上一些与它们进行特异结合的蛋白，从浓度高的一侧透过膜向浓度低的一侧扩散。其驱动力是浓从浓度高的一侧透过膜向浓度低的一侧扩散。其驱动力是浓度梯度，不需要外界提供能量。度梯度，不需要外界提供能量。主动运输（主动运输（active transport）：需要外界提供能量，由载体：需要外界提供能量，由载体蛋白参与的逆浓度梯度的物质转运。蛋白参与的逆浓度梯度的物质转运。基团转位（基团转位（group translocation）：物质在运输的同时由于：物质在运输的同时由于受到化学修饰而源源不断地进入细胞的一种运输方式，需受到化学修饰而源源不断地进入细胞的一种运输方式，需要特异性载体蛋白和能量。如：在主动运输养料的同时，要特异性载体蛋白和能量。如：在主动运输养料的同时，实现养料磷酸化，目前仅在原核生物中发现。实现养料磷酸化，目前仅在原核生物中发现。大多数微生物采用大多数微生物采用主动运输主动运输的方式获取营养，促进扩散常的方式获取营养，促进扩散常见于真核微生物，被动扩散只能吸收水、气体、甘油与某见于真核微生物，被动扩散只能吸收水、气体、甘油与某些离子等少数几种物质。些离子等少数几种物质。磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸转移酶系统磷酸转移酶系统金黄色葡萄球菌金黄色葡萄球菌磷酸烯醇磷酸烯醇式丙酮酸式丙酮酸丙酮酸丙酮酸因子因子Hpr酶酶酶酶第四节第四节 微生物的培养基微生物的培养基 培养基培养基：是指以人工方法利用多种营养物质配制而成的一种供：是指以人工方法利用多种营养物质配制而成的一种供给微生物生长繁殖和积累代谢产物的营养基质。给微生物生长繁殖和积累代谢产物的营养基质。配制培养基的基本原则配制培养基的基本原则：（1）有的放矢：适合微生物的营养特点。）有的放矢：适合微生物的营养特点。（2）营养协调：调配好各种营养物质的浓度和比例。）营养协调：调配好各种营养物质的浓度和比例。（3）条件适宜：控制好培养基中的）条件适宜：控制好培养基中的pH值、渗透压。值、渗透压。（4）经济节约：）经济节约：培养基的类型及应用培养基的类型及应用 （1）根据培养基组成物质的化学成分根据培养基组成物质的化学成分合成培养基合成培养基 培养基培养基天然培养基天然培养基半合成培养基半合成培养基（2）根据培养基制成后的物理状态根据培养基制成后的物理状态固体培养基固体培养基 培养基培养基 半固体培养基半固体培养基液体培养基液体培养基培养基的凝固剂有：培养基的凝固剂有：琼脂、明胶、硅胶琼脂、明胶、硅胶比较常用的是琼脂，它的融化点是比较常用的是琼脂，它的融化点是96 oC，凝固点是，凝固点是40 oC。一般在固体培养基中加入。一般在固体培养基中加入1.5，半固体培，半固体培养基中加入养基中加入0.20.7%。理想的凝固剂应具备以下原则：理想的凝固剂应具备以下原则：不被微生物液化分解和利用。不被微生物液化分解和利用。在微生物生长的温度范围能保持固体状态。在微生物生长的温度范围能保持固体状态。凝固剂凝固点的温度对微生物无害。凝固剂凝固点的温度对微生物无害。不会因培养基灭菌而破坏。不会因培养基灭菌而破坏。透明度好，粘着力强。透明度好，粘着力强。（）（）根据培养基的用途根据培养基的用途 基础培养基基础培养基 培养基培养基 选择培养基选择培养基 加富培养基加富培养基 鉴别培养基鉴别培养基基础培养基基础培养基：很多微生物所需的营养物质，除少数几种：很多微生物所需的营养物质，除少数几种外，基本是相同的，按照基本的营养成分配制而成的培外，基本是相同的，按照基本的营养成分配制而成的培养基，就称为基础培养基。养基，就称为基础培养基。选择培养基：选择培养基：根据某种微生物的特殊营养需求或对化学根据某种微生物的特殊营养需求或对化学物质的敏感性，配制出的一种只适合这种微生物生长繁物质的敏感性，配制出的一种只适合这种微生物生长繁殖，而不利于其它微生物生长繁殖的培养基。殖，而不利于其它微生物生长繁殖的培养基。加富培养基加富培养基：在普通培养基中加入一些特别有利于某：在普通培养基中加入一些特别有利于某种微生物生长繁殖的营养物质，如血、血清、动植物种微生物生长繁殖的营养物质，如血、血清、动植物组织液或其它生长素等使这种微生物生长繁殖速度比组织液或其它生长素等使这种微生物生长繁殖速度比其它微生物快，从而使该微生物在混有各种微生物的其它微生物快，从而使该微生物在混有各种微生物的群体中占优势地位而配成的一种营养丰富的培养基。群体中占优势地位而配成的一种营养丰富的培养基。鉴别培养基：鉴别培养基：根据微生物的代谢特点，在普通培养基根据微生物的代谢特点，在普通培养基中加入某种化学试剂，通过指示剂的显色反应和产生中加入某种化学试剂，通过指示剂的显色反应和产生某种明显的特征变化，用以鉴别不同微生物的培养基，某种明显的特征变化，用以鉴别不同微生物的培养基，叫鉴别培养基。叫鉴别培养基。氧化硫杆菌培养基：氧化硫杆菌培养基：硫粉硫粉 10克；克；MgSO47H2O 0.5克克；(NH4)2SO4 0.4克；克；FeSO4 0.01克；克；KH2PO4 4克克；CuCl2 0.25克；克；水水 1000ml ；琼脂琼脂 20克。克。大肠杆菌培养基：大肠杆菌培养基：葡萄糖葡萄糖 5g ；NH4H2PO41g；NaCl 5g；MgSO47H2O 0.2g；K2HPO4 1g；水；水 1000ml；琼脂琼脂 20克。克。几种特殊的培养基：几种特殊的培养基：阿须贝无氮培养基阿须贝无氮培养基甘露醇；甘露醇；KH2PO4；MgSO47H2O；NaCl；CaSO42H2O；CaCO3蒸馏水。蒸馏水。伊红美兰培养基伊红美兰培养基(EMB)蛋白胨蛋白胨 10g；乳糖；乳糖 5g；K2 HPO4 2g；20%伊红水溶液伊红水溶液；0.325%美兰水溶液；美兰水溶液；加水定容。加水定容。马丁氏培养基马丁氏培养基葡萄糖；葡萄糖；蛋白胨；蛋白胨；K2 HPO4；MgSO47H2O；1/3000孟加拉溶液；蒸馏水孟加拉溶液；蒸馏水(用前每用前每100ml加加0.03%链霉素溶液链霉素溶液1ml)