第四章.微生物的营养.pptx

第四章第四章 微生物的营养和培养基微生物的营养和培养基通过本章的学习，要求掌握：通过本章的学习，要求掌握：1 1、微生物所需要的营养物质。、微生物所需要的营养物质。2 2、微生物的四种营养类型。、微生物的四种营养类型。3 3、微生物吸收营养物质的方式。、微生物吸收营养物质的方式。4 4、培养基、培养基重点：重点：微微生生物物的的营营养养类类型型，微微生生物物通通过过渗渗透透作作用吸收营养物质的几种方式，培养基用吸收营养物质的几种方式，培养基难点：难点：培养基的种类培养基的种类微生物细胞的化学组成微生物细胞的化学组成 无机物：无机物：小分子物质：小分子物质：H H2 2O O、COCO2 2、O O2 2 各各种种离离子子：K+K+、FeFe2 2+、MgMg2 2+、SOSO4 42 2-、PO PO4 43 3-有机物：有机物：蛋白质、肽、氨基酸蛋白质、肽、氨基酸 核酸、核苷酸核酸、核苷酸 类脂类脂 多糖、寡糖、单糖多糖、寡糖、单糖 维生素维生素第一节第一节 微生物所需营养物质微生物所需营养物质 自然界中许多物质可以被不同的微生物自然界中许多物质可以被不同的微生物利用。根据其性质和作用可将微生物的营养利用。根据其性质和作用可将微生物的营养分为：分为：碳源、氮源、能源、无机盐、生长因子碳源、氮源、能源、无机盐、生长因子和水和水 一、碳源及其功能一、碳源及其功能 微微生生物物细细胞胞中中碳碳素素含含量量最最为为稳稳定定，占占细细胞胞干干重重的的5050%。碳碳素素营营养养物物质质包括：包括：无机碳化物无机碳化物:CO CO2 2或碳酸盐或碳酸盐 有机碳化物：有机碳化物：糖类：单糖糖类：单糖,双糖双糖,寡糖寡糖,多糖多糖 醇类：乙醇醇类：乙醇 有机酸：甲酸、乙酸有机酸：甲酸、乙酸 脂类：脂类：各种农副产品，甚至有些微生物可以各种农副产品，甚至有些微生物可以利用石蜡、酚、氰化物及塑料等高度不利用石蜡、酚、氰化物及塑料等高度不活跃的碳氢化合物和有毒物质。这些在活跃的碳氢化合物和有毒物质。这些在环境保护上有重要意义。环境保护上有重要意义。霉菌和诺卡氏菌可以降解氰化物；霉菌和诺卡氏菌可以降解氰化物；假丝酵母可以降解塑料；假丝酵母可以降解塑料；假单胞菌可以降解酚类化合物。假单胞菌可以降解酚类化合物。目目前前在在微微生生物物分分类类中中已已利利用用了了148148种种碳素化合物进行菌种鉴定。碳素化合物进行菌种鉴定。碳素的功能碳素的功能:组成有机分子的组成有机分子的C C架架,为细胞提供能量为细胞提供能量。二、氮源及其功能二、氮源及其功能 细菌，酵母细胞中的含细菌，酵母细胞中的含 N N 量约占细胞干重量约占细胞干重的的 7%-13%7%-13%；霉菌细胞中的含；霉菌细胞中的含N N量约占细胞干重量约占细胞干重的的 5%5%左右。左右。N N 源物质主要有：源物质主要有：分子氮：分子氮：N N2 2固固N N微生物的微生物的N N源源 无机氮化物：铵盐（无机氮化物：铵盐（NHNH3 3）硝酸盐（硝酸盐（NONO3 3）有有机机氮氮化化物物：牛牛肉肉膏膏、蛋蛋白白胨胨、尿尿素素、酪酪素、玉米浆、豆饼等。素、玉米浆、豆饼等。N N 素营养的功能：组成有机分子。素营养的功能：组成有机分子。三、能源 能源谱化学物质有机物（化能异养微生物的能源）无机物（化能自养微生物的能源）辐射能（光能营养型微生物的能源）四、矿质营养物质四、矿质营养物质 大量元素：大量元素：P P、S S、K K、MgMg、CaCa、Na Na 分别参与细胞结构、能量转移、物分别参与细胞结构、能量转移、物 质代谢、调节细胞原生质的胶体状态、质代谢、调节细胞原生质的胶体状态、调节渗透压、调节渗透压、pH pH 和和 EhEh等功能。等功能。微微量量元元素素：需需要要量量为为0.10.1mg/Lmg/L或或更更少少.包包括括FeFe、B B、CuCu、MnMn、ZnZn、MoMo、CoCo、SeSe等等。多多是是辅辅酶酶、辅辅基基的的成成分分或或酶酶的激活剂。的激活剂。五、生长因子五、生长因子 是一类需要量少，但却能促进微生物生长是一类需要量少，但却能促进微生物生长的有机化合物的总称，主要有维生素、氨基酸、的有机化合物的总称，主要有维生素、氨基酸、核苷。核苷。维生素的功能维生素的功能：B B1 1（硫硫胺胺素素）：脱脱羧羧酶酶、转转醛醛酶酶、转转酮酮酶酶的辅基。的辅基。B B2 2（核核黄黄素素）：黄黄素素蛋蛋白白的的辅辅基基，FMNFMN、FAD FAD 的前体。的前体。烟烟酸酸：NAD NAD 和和 NADP NADP 的的前前体体，脱脱氢氢酶酶的的辅辅酶。酶。对氨基苯甲酸：叶酸的前体。对氨基苯甲酸：叶酸的前体。B B6 6（吡哆醇）：转氨酶与脱羧酶的辅基。吡哆醇）：转氨酶与脱羧酶的辅基。泛酸：泛酸：CoA CoA 的前体。的前体。叶酸：四氢叶酸与核酸合成有关。叶酸：四氢叶酸与核酸合成有关。B B1212：钴酰胺辅酶。钴酰胺辅酶。硫硫辛辛酸酸：催催化化丙丙酮酮酸酸和和-酮酮戊戊二二酸酸氧氧化化脱羧。脱羧。维生素维生素E E：起递氢体作用。起递氢体作用。维生素维生素K K：在氧化磷酸化中起作用。在氧化磷酸化中起作用。营养缺陷型营养缺陷型 缺少合成生长因素能力的微生物称为营养缺缺少合成生长因素能力的微生物称为营养缺陷型微生物。陷型微生物。在在同同一一种种微微生生物物中中会会有有不不同同的的营营养养缺缺陷陷型型，如如缺缺少少合合成成氨氨基基酸酸能能力力的的微微生生物物称称为为氨氨基基酸酸缺缺陷陷型型；缺缺少少合合成成维维生生素素能能力力的的微微生生物物称称为为维维生生素素缺缺陷陷型型；缺缺少少合合成成碱碱基基能能力力的的微微生生物物称称为为嘧嘧啶或者嘌呤缺陷型。啶或者嘌呤缺陷型。自自然然界界中中的的微微生生物物如如不不缺缺少少合合成成生生长长因因素素的的能能力力通通常常称称为为野野生生型型或或原原养养型型。野野生生型型的的菌菌株可以人工诱变使之突变而成为缺陷型菌株。株可以人工诱变使之突变而成为缺陷型菌株。利利用用营营养养缺缺陷陷型型定定量量分分析析各各种种微微生生物物生生长长因素的方法称为微生物分析法。因素的方法称为微生物分析法。六、水份六、水份 微微生生物物细细胞胞的的含含水水量量约约占占细细胞胞鲜鲜重重的的 707090%90%。水对微生物的生理作用：水对微生物的生理作用：是细胞的重要组成成分，细胞中大部分是水；是细胞的重要组成成分，细胞中大部分是水；是是生生化化反反应应的的介介质质，细细胞胞中中的的生生理理生生化化反反应应均均在水中进行；在水中进行；是营养物质和代谢产物的良好溶剂；是营养物质和代谢产物的良好溶剂；水水的的比比热热高高，热热的的传传导导性性好好，能能有有效效地地吸吸收收代代谢谢过过程程中中放放出出的的热热，并并将将吸吸收收的的热热散散发发出出去去，避免导致细胞内温度陡然升高；避免导致细胞内温度陡然升高；维持细胞的膨压。维持细胞的膨压。水的活度：水的活度：水的活度是指在相同的温度和压力下，溶水的活度是指在相同的温度和压力下，溶液中水的蒸汽压和纯水的蒸汽压之比，即：液中水的蒸汽压和纯水的蒸汽压之比，即：A Aw w=（P P溶液溶液）（）（P P纯水纯水）纯纯水水的的 A Aw w=1 1，当当水水中中有有溶溶质质时时，水水的的活活度度变小。变小。一般来说：一般来说：细菌的细菌的 A Aw w 值值 霉菌霉菌 盐细菌盐细菌 耐旱真菌耐旱真菌 微微生生物物生生长长需需要要的的水水的的活活度度在在 0.630.630.990.99。当当环环境境中中的的 A Aw w值值低低于于微微生生物物生生长长需需要要时时，微生物的生长受阻，甚至停止生长。微生物的生长受阻，甚至停止生长。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生物的营养类型包括：自然界生物的营养类型包括：异异养养型型：以以复复杂杂的的有有机机物物作作为为营营养养物物质质，动物属此。动物属此。自自养养型型：以以简简单单的的无无机机物物作作为为营营养养物物质质，植物属此。植物属此。微生物兼有上面两种类型。微生物兼有上面两种类型。据微生物获取能源、碳源以及供氢体或电据微生物获取能源、碳源以及供氢体或电子供体的不同，分为四种营养类型：子供体的不同，分为四种营养类型：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无机营养型光能无机营养型 光能光能 COCO2 2 水或还原态无机物水或还原态无机物光能有机营养型光能有机营养型 光能光能 COCO2 2+有机物有机物化能无机营养型化能无机营养型 化学能化学能 COCO2 2 还原态无机物还原态无机物化能有机营养型化能有机营养型 化学能化学能 有机物有机物 有机物有机物Algae,CyanobacteriaCO2+H2OLight+Chlorophyll（CH2O）+O2PurpleandgreenbacteriaCO2+2H2SLight+bacteriochlorophyll（CH2O）+H2O+2S 一、光能无机营养型一、光能无机营养型w光合细菌属此营养类型，光合细菌属此营养类型，w能源：光能能源：光能 w碳源：碳源：COCO2 2 产氧光合作用产氧光合作用不产氧光合作用不产氧光合作用二、光能有机营养型二、光能有机营养型 这类微生物具有光合色素，能利用光能，以这类微生物具有光合色素，能利用光能，以有机物作供有机物作供H H体还原体还原 COCO2 2为细胞有机物，这种类为细胞有机物，这种类型的微生物往往要求供给外源的生长因素。型的微生物往往要求供给外源的生长因素。红螺菌红螺菌(Rhodospirillum)Rhodospirillum)属这种营养类型属这种营养类型。CH3光能光能CH3CO2+2CH3CHOH（CH2O）n+2C=0+H2OCH3甲基乙醇（异丙醇）甲基乙醇（异丙醇）丙酮丙酮（供（供H体）体）这种营养类型的微生物在污水净化中有重要意这种营养类型的微生物在污水净化中有重要意义，污水中的有机物可以作为供义，污水中的有机物可以作为供H H体被降解，同体被降解，同时又可还原时又可还原COCO2 2为菌体有机物，获得菌体蛋白。为菌体有机物，获得菌体蛋白。三、化能无机营养型三、化能无机营养型 通过氧化无机物获取能量，并以通过氧化无机物获取能量，并以 COCO2 2为唯一或主为唯一或主要碳源的微生物。要碳源的微生物。能量：来自无机物的氧化能量：来自无机物的氧化 碳源：碳源：COCO2 2 硝硝化化细细菌菌从从无无机机物物的的氧氧化化获获得得能能量量还还原原COCO2 2为为细细胞胞有有机物。机物。硝化细菌分为两大群；硝化细菌分为两大群；亚亚硝硝化化细细菌菌群群：在在将将铵铵盐盐氧氧化化为为亚亚硝硝酸酸的的过过程程中中获得能量。获得能量。2 2NHNH4 4+3O+3O2 2 2NO2NO2 2+2H+2H2 2O+4HO+4H+能量能量 硝硝化化细细菌菌群群：在在在在将将亚亚硝硝酸酸进进一一步步氧氧化化为为硝硝酸酸的的过程中获得能量。过程中获得能量。NONO2 2+1/2O+1/2O2 2 NO NO3 3-+能量能量硫化细菌硫化细菌种类：硫杆菌属种类：硫杆菌属(ThiobacillusThiobacillus)氧化氧化H H2 2S S，获取能量，固定获取能量，固定COCO2 2合成有机物合成有机物 H H2 2S+OS+O2 2 H H2 2O+S+O+S+能量能量铁细菌铁细菌种类：铁杆菌属种类：铁杆菌属(FeerobacillusFeerobacillus)将将FeFe2+2+氧化为氧化为FeFe3+3+获得能量同化获得能量同化COCO2 2。2 2FeFe2+2+1/20+1/202 2+2H+2H+2 2FeFe3+3+H+H2 20+0+能量能量四、化能有机营养型四、化能有机营养型 从有机物的氧化获得能量还原有机物为细胞物从有机物的氧化获得能量还原有机物为细胞物质，绝大多数细菌、所有真菌、原生动物及病毒均质，绝大多数细菌、所有真菌、原生动物及病毒均属此营养类型。属此营养类型。能量：来自有机物的氧化。能量：来自有机物的氧化。碳源：有机物。碳源：有机物。葡萄糖葡萄糖 丙酮酸丙酮酸+能量能量 乳酸乳酸 按营养来源可分为按营养来源可分为:腐生型：微生物靠死的有机物为生。腐生型：微生物靠死的有机物为生。寄寄生生型型：微微生生物物靠靠从从寄寄主主细细胞胞获获得得能能量量或或者者在在寄主细胞内进行复制。如衣原体和病毒属此。寄主细胞内进行复制。如衣原体和病毒属此。第三节第三节 微生物对营养物质的吸收微生物对营养物质的吸收 细胞膜是隔离细胞内外的主要屏障，养料细胞膜是隔离细胞内外的主要屏障，养料通过细胞膜进入细胞的过程称膜运输：通过细胞膜进入细胞的过程称膜运输：一、单纯扩散（也称自由扩散、被动运送）一、单纯扩散（也称自由扩散、被动运送）单单纯纯扩扩散散不不需需要要膜膜上上载载体体蛋蛋白白参参与与，不不消消耗能量。耗能量。被运输物被运输物质由高浓质由高浓度向低浓度向低浓度运输。度运输。二、协助扩散二、协助扩散 细细胞胞质质膜膜上上的的载载体体蛋蛋白白与与养养料料进进行行可可逆逆性性结合，从而协助养料运输的方式。结合，从而协助养料运输的方式。特点：特点：载体蛋白与养料载体蛋白与养料专性结合；专性结合；运输速度比单纯运输速度比单纯扩散快；扩散快；养料运输方向是养料运输方向是从高浓度向低浓度从高浓度向低浓度方向扩散方向扩散不需消耗能量。不需消耗能量。三、主动运送三、主动运送 膜膜上上载载体体蛋蛋白白与与养养料料结结合合后后，可可以以逆逆浓度梯度运输养料的方式。浓度梯度运输养料的方式。特点特点运输方向可以逆运输方向可以逆浓度梯度进行；浓度梯度进行；运输过程要消耗运输过程要消耗能量。能量。是微生物获取营养是微生物获取营养的主要方式的主要方式Na+/K+泵泵(Na+/K+pump，Na+/K+ATPase)的结构、作用原理的结构、作用原理 运输机制运输机制 Na+/K+ATPase运输分为六运输分为六个过程。每水解一个个过程。每水解一个ATP，运出运出3个个Na+，输入输入2个个K+。Na+/K+泵工作的结果，使细泵工作的结果，使细胞内的胞内的Na+浓度比细胞外低浓度比细胞外低10-30倍，而细胞倍，而细胞内的内的K+浓度比细胞外高浓度比细胞外高10-30倍。倍。四、基团转位四、基团转位:基基团团转转位位主主要要存存在在于于厌厌氧氧型型和和兼兼性性厌厌氧氧型型细细菌菌中中，主主要要用用于于糖糖的的运运输输，脂脂肪肪酸酸、核核苷苷、碱碱基基等等也也可可通通过过这这种种方方式式运运输输。基基团团转转位位也也称称磷磷酸酸转转移移酶酶系系统统（PTS）。PTS通通常常由由5种种蛋蛋白白质质组组成成，包包括括酶酶、酶酶（包包括括a、b和和c三三个个亚亚基基）和一种低相对分子质量的热稳定蛋白质（和一种低相对分子质量的热稳定蛋白质（HPr）。）。磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸丙酮酸酶IHpr酶A酶B酶C糖磷酸糖细胞膜膜内膜外原生动物对营养物质的吸收原生动物对营养物质的吸收-膜泡运输膜泡运输第四节第四节 培养基培养基 培养基培养基(Culture media)Culture media)：由人工配制供给微由人工配制供给微生物生长繁殖或积累代谢产物所用的营养基生物生长繁殖或积累代谢产物所用的营养基质叫做培养基。质叫做培养基。配制培养基的原则配制培养基的原则:目的明确目的明确 营养协调营养协调 条件适宜条件适宜 经济节约经济节约 1、按培养基的成分划分：、按培养基的成分划分：天然培养基天然培养基由由化化学学成成分分不不完完全全清清楚楚的的天天然然物物质质配配制制而而成成的的培培养养基基。如如培培养养细细菌菌的的牛牛肉肉膏膏蛋蛋白白胨胨培培养养基基。用用于于一一般实验或工业发酵。般实验或工业发酵。合成培养基：合成培养基：由由化化学学成成分分已已知知的的化化合合物物配配制制而而成成的的培培养养基基。如如培培养养放放线线菌菌的的高高氏氏一一号号合合成成培培养养基基。一一般般用用于于要要求求较高的科研工作中。较高的科研工作中。半合成培养基：半合成培养基：由由化化学学成成分分不不详详和和化化学学成成分分已已知知的的化化合合物物混混合合配配成的培养基成的培养基。如用来培养真菌的马铃薯蔗糖培养基。如用来培养真菌的马铃薯蔗糖培养基。2、按物理状态分、按物理状态分固体培养基固体培养基液体培养基液体培养基半固体培养基半固体培养基脱水培养基脱水培养基可逆固化培养基可逆固化培养基 加入加入1.52的琼脂的琼脂 或加入或加入512的明胶的明胶不可逆固化培养基不可逆固化培养基天然固化培养基天然固化培养基滤膜滤膜3 3、按功能分、按功能分：基本培养基：基本培养基：按按照照大大多多数数微微生生物物生生长长需需要要的的要要求求，用用基基本本营营养养成成分分配制而成的一种培养基配制而成的一种培养基。如培养细菌用的肉汤培养基 加富培养基：加富培养基：在在基基本本培培养养基基中中加加入入血血、血血清清、动动物物或或植植物物组组织织液液或或基基他他生生长长因因素素而而配配制制而而成成的的一一类类营营养养特特别别丰丰富富的的培培养养基。基。选择培养基：选择培养基：根根据据某某种种或或某某一一类类群群微微生生物物的的特特殊殊营营养养需需要要或或对对某某种种营养物质营养物质敏感性不同而设计出来的一类培养基。敏感性不同而设计出来的一类培养基。鉴别培养基：鉴别培养基：用以鉴别用以鉴别不同微生物的培养基，称为鉴别培养基。不同微生物的培养基，称为鉴别培养基。EMB培养基的作用原理G：受抑制G能发酵乳糖，产酸能发酵乳糖，产酸不发酵乳糖，不产酸，菌落无色透明不发酵乳糖，不产酸，菌落无色透明产酸力强，产酸力强，菌落透射光下紫色，菌落透射光下紫色，反射光下呈绿色光泽反射光下呈绿色光泽产产酸酸力力弱弱，菌落棕色菌落棕色 配制琼脂固体培养的基本程序：配制琼脂固体培养的基本程序：1、按配方称取药品。、按配方称取药品。2、将药品放入所需水中（通常多加、将药品放入所需水中（通常多加2030%的的水水）加热溶解。加热溶解。3、加入洗过的琼脂并加热至全部溶解。、加入洗过的琼脂并加热至全部溶解。4、调节、调节pH至至培养基培养基配方要求值。配方要求值。5、将配好的、将配好的培养基分装到试管或三角瓶中。培养基分装到试管或三角瓶中。6 6、塞好棉塞装入铁丝筐包扎后灭菌。、塞好棉塞装入铁丝筐包扎后灭菌。