第四章微生物营养课件.ppt

1、 等等 营养物质按照它们在机体中的生理作用不同，可以营养物质按照它们在机体中的生理作用不同，可以将它们区分成六大类。将它们区分成六大类。质质异养微生物异养微生物自养微生物自养微生物 生理功能主要有生理功能主要有划划分分依依据据 营营养养类类型型 特特点点碳碳源源 自自养养型型(autotrophs)以以CO2 为为唯唯一一或或主主要要碳碳源源 异异养养型型(heterotrophs)以以有有机机物物为为碳碳源源能能源源 光光能能营营养养型型(phototrophs)以以光光为为能能源源 化化能能营营养养型型(chemotrophs)以以有有机机物物氧氧化化释释放放的的化化学学能能为为能能源源电

2、电子子供供体体 无无机机营营养养型型(lithotrophs)以以还还原原性性无无机机物物为为电电子子供供体体 有有机机营营养养型型(organotrophs)以以有有机机物物为为电电子子供供体体(photolithoautotrphy)(photoorganoheterotrphy)(chemolithoautotrphy)(chemoorganoheterotrophy)CHOH+CHOH+CO2H H3 3C CH H3 3C C2例如紫色非硫细菌例如紫色非硫细菌(purple nonsulphur bacteria)：没有有机物时，同化没有有机物时，同化CO2，为为自养型微生物；自养型

3、微生物；有机物存在时，利用有机物进行生长，为有机物存在时，利用有机物进行生长，为异养型微生物异养型微生物；光照和厌氧条件下，利用光能生长，为光照和厌氧条件下，利用光能生长，为光能营养型微生物；光能营养型微生物；黑暗与好氧条件下，依靠有机物氧化产生的化学能生长，为黑暗与好氧条件下，依靠有机物氧化产生的化学能生长，为化能营养型微生化能营养型微生物物第三节培养基第三节培养基(culture medium)培养基是人工配制的，适合微生物生长繁殖或产生代培养基是人工配制的，适合微生物生长繁殖或产生代谢产物的营养基质。谢产物的营养基质。培养基几乎是一切对微生物进行研究和利用工作的基础培养基几乎是一切对微生

4、物进行研究和利用工作的基础任何培养基都应该具备微生物生长所需要六大营养要素：任何培养基都应该具备微生物生长所需要六大营养要素：碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐、水碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐、水任何培养基一旦配成，必须立即进行灭菌处理任何培养基一旦配成，必须立即进行灭菌处理；常规高压蒸汽灭菌：常规高压蒸汽灭菌：1.05kg/cm2,121.315-30分钟；分钟；0.56kg/cm2,112.615-30分钟分钟一、配制培养基的原则（一、配制培养基的原则（The rule of preparation for CM）1.选择适宜的营养物质选择适宜的营养物质（suitable nutri

5、ent）根据不同的微生物的营养要求配制针对强的培养基。根据不同的微生物的营养要求配制针对强的培养基。培养化能自养型的氧化硫杆菌的培养基组成为：培养化能自养型的氧化硫杆菌的培养基组成为：S 10g MgSOS 10g MgSO4 4.7H.7H2 2O 0.5g O 0.5g （NHNH4 4)2 2SOSO4 4 0.4g 0.4g FeSOFeSO4 4 0.01g H 0.01g H2 2POPO4 4 4g CaCl 4g CaCl2 2 0.25g H 0.25g H2 2O 1000mlO 1000ml培养化能异养的大肠杆菌一种培养基是由下列化学成分组成培养化能异养的大肠杆菌一种培养

6、基是由下列化学成分组成：葡萄糖葡萄糖 5 5g NHg NH4 4H H2 2POPO4 4 1g NaCl 5g MgSO 1g NaCl 5g MgSO4 4.7H.7H2 2O O 0.2g K0.2g K2 2HPOHPO4 4 1g H 1g H2 2O 1000mlO 1000ml常见的培养四大类微生物的培养基常见的培养四大类微生物的培养基细菌（牛肉膏蛋白胨培养基）：细菌（牛肉膏蛋白胨培养基）：牛肉膏牛肉膏 3 3g g 蛋白胨蛋白胨 10 10g NaCl 5g Hg NaCl 5g H2 2O O 1000ml1000ml放线菌（高氏放线菌（高氏1 1号）号）淀粉淀粉 20 2

7、0g Kg K2 2HPOHPO4 4 0.5g NaCl 0.5g MgSO 0.5g NaCl 0.5g MgSO4 4.7H.7H2 2O O 0.5g KNO0.5g KNO3 3 1g FeSO 1g FeSO4 4 0.01g H 0.01g H2 2O 1000mlO 1000ml酵母菌酵母菌(麦芽汁培养基麦芽汁培养基)干麦芽粉加四倍水，在干麦芽粉加四倍水，在5050-60-60保温糖化保温糖化3-43-4小时，用碘液小时，用碘液试验检查至糖化完全为止，调整糖液浓度为试验检查至糖化完全为止，调整糖液浓度为1010巴林，煮沸后巴林，煮沸后，纱布过滤，调，纱布过滤，调pHpH为为6.

8、06.0。霉菌（查氏合成培养基）霉菌（查氏合成培养基）NaNONaNO3 3 3g K 3g K2 2HPOHPO4 4 1g KCl 0.5g MgSO 1g KCl 0.5g MgSO4 4.7H.7H2 2O O 0.5gFeSO0.5gFeSO4 4 0.01g 0.01g 蔗糖蔗糖 30 30g Hg H2 2O 1000mlO 1000ml2.营养物质浓度及配比合适（营养物质浓度及配比合适（suitable concentration and ratio）培养基中营养物质浓度合适时微生物才能生长良好，营养物培养基中营养物质浓度合适时微生物才能生长良好，营养物质浓度过低时不能满足微生

9、物正常生长所需，浓度过高时则可能质浓度过低时不能满足微生物正常生长所需，浓度过高时则可能对微生物生长起抑制作用。对微生物生长起抑制作用。培养基中各营养物质之间的浓度配比也直接影响微生物培养基中各营养物质之间的浓度配比也直接影响微生物的生长繁殖和代谢产物的形成和积累，其中碳氮比（的生长繁殖和代谢产物的形成和积累，其中碳氮比（C/N）的的影响较大。影响较大。碳氮比指培养基中碳元素与氮元素的物质的量比值，有时也碳氮比指培养基中碳元素与氮元素的物质的量比值，有时也指培养基中还原糖与粗蛋白之比。指培养基中还原糖与粗蛋白之比。例如，在利用微生物发酵生产谷氨酸的过程中，培例如，在利用微生物发酵生产谷氨酸的过

10、程中，培养基碳氮比为养基碳氮比为4/1时，菌体量繁殖，谷氨酸积累少；时，菌体量繁殖，谷氨酸积累少；当培养基碳氮比为当培养基碳氮比为3/1时，菌体繁殖受到抑制，谷氨时，菌体繁殖受到抑制，谷氨酸产量则大量增加。酸产量则大量增加。3.控制控制 pH条件条件培养基的培养基的pH必须控制在一定的范围内，以满足不同类型必须控制在一定的范围内，以满足不同类型微生物的生长繁殖或产生代谢产物。微生物的生长繁殖或产生代谢产物。通常培养条件：通常培养条件：细菌与放线菌：细菌与放线菌：pH77.5酵母菌和霉菌：酵母菌和霉菌：pH4.56范围内生长范围内生长为了维持培养基为了维持培养基pH的相对恒定，通常在培养基中加入

11、的相对恒定，通常在培养基中加入pH缓冲剂，或在进行工业发酵时补加酸、碱。缓冲剂，或在进行工业发酵时补加酸、碱。4.控制氧化还原电位控制氧化还原电位（redox potential）氧化还原电位又称氧化还原电势（氧化还原电位又称氧化还原电势（redox potential），），是度量是度量某氧化还原系统中的还原剂释放电子或氧化剂接受电子趋势某氧化还原系统中的还原剂释放电子或氧化剂接受电子趋势的一种指标，其单位是的一种指标，其单位是V（伏）或伏）或mV（毫伏）。毫伏）。不同类型微生物生长对氧化还原电位的要求不同不同类型微生物生长对氧化还原电位的要求不同好氧性微生物：好氧性微生物：+0.1+0.1

12、伏以上时可正常生长伏以上时可正常生长,以以+0.3+0.3+0.4+0.4伏为宜；伏为宜；厌氧性微生物：低于厌氧性微生物：低于+0.1+0.1伏条件下生长；伏条件下生长；兼性厌氧微生物：兼性厌氧微生物：+0.1+0.1伏以上时进行好氧呼吸伏以上时进行好氧呼吸,+0.1 +0.1伏以下时进行发酵。伏以下时进行发酵。5.原料来源的选择原料来源的选择（The source of raw material）以粗代精以粗代精以野代家以野代家以废代好以废代好以国代进以国代进以简代繁以简代繁以氮代朊以氮代朊以烃代粮以烃代粮以纤代糖以纤代糖6.6.灭菌处理（灭菌处理（sterilizationsteriliz

13、ation）原则：高温短时 二、培养基的类型及应用二、培养基的类型及应用（The types and application of CM）培养基种类繁多，根据其成分、物理状态和用培养基种类繁多，根据其成分、物理状态和用途可将培养分成多种类型。途可将培养分成多种类型。按成分不同划分按成分不同划分天然培养基天然培养基complex medium合成培养基合成培养基synthetic medium含有化学成分还不清楚或化含有化学成分还不清楚或化学成分不恒定的天然有机物学成分不恒定的天然有机物牛肉膏蛋白胨培养基、麦芽牛肉膏蛋白胨培养基、麦芽汁培养基汁培养基化学成分完全了解的物质配化学成分完全了解的物质

14、配制而成的培养基制而成的培养基高氏高氏1 1号培养基、查氏培养号培养基、查氏培养基基按物理状态不同划分按物理状态不同划分固体培养基固体培养基 solid medium液体培养基液体培养基liquid medium在液体培养基中加入一定量凝固在液体培养基中加入一定量凝固剂，使其成为固体状态，琼脂含剂，使其成为固体状态，琼脂含量一般为量一般为1.5%-2.0%1.5%-2.0%琼脂含量一般为琼脂含量一般为0.2%-0.7%不加任何不加任何凝固剂凝固剂半固体培养基半固体培养基semisolid medium固体培养基常用来进行微生物的分固体培养基常用来进行微生物的分离、鉴定、活菌计数及菌种保藏离、鉴

15、定、活菌计数及菌种保藏 观察微生物的运动特征、分类鉴观察微生物的运动特征、分类鉴定及噬菌体效价滴定定及噬菌体效价滴定 大规模工业生产及在实验室进行大规模工业生产及在实验室进行微生物的基础理论和应用方面的微生物的基础理论和应用方面的研究研究 按用途不同划分按用途不同划分基础培养基基础培养基minimum medium鉴别培养基鉴别培养基differential medium含有一般微生物生长繁殖所含有一般微生物生长繁殖所需的基本营养物质的培养基需的基本营养物质的培养基用来将某种或某类微生物从混杂的用来将某种或某类微生物从混杂的微生物群体中分离出来的培养基微生物群体中分离出来的培养基用于鉴别不同类

16、型微生物的培养基用于鉴别不同类型微生物的培养基选择培养基选择培养基selective medium在基础培养基中加入某些特殊营养在基础培养基中加入某些特殊营养物质制成的一类营养丰富的培养基物质制成的一类营养丰富的培养基微生物产生某种代谢产物，与培养微生物产生某种代谢产物，与培养基中的特殊化学物质发生特定的化基中的特殊化学物质发生特定的化学反应，产生明显的特征变化学反应，产生明显的特征变化牛肉膏蛋白胨培养基是最常牛肉膏蛋白胨培养基是最常用的基础培养基用的基础培养基加富培养基加富培养基enrichment medium特殊营养物质包括血液、血清、酵特殊营养物质包括血液、血清、酵母浸膏、动植物组织液

17、等母浸膏、动植物组织液等在培养基中加入相应的特殊营养物质在培养基中加入相应的特殊营养物质或化学物质，抑制不需要的微生物的或化学物质，抑制不需要的微生物的生长，有利于所需微生物的生长生长，有利于所需微生物的生长第四节第四节 营养物质进入细胞的方式营养物质进入细胞的方式 (Uptake of nutrients by the cell)营养物质能否进入细胞取决于三个方面的因素：营养物质能否进入细胞取决于三个方面的因素：营养物质本身的性质营养物质本身的性质（相对分子量、质量、溶解性、（相对分子量、质量、溶解性、电负性等）电负性等）微生物所处的环境微生物所处的环境（温度、（温度、pHpH等）等）微生物

18、细胞的透过屏障微生物细胞的透过屏障（原生质膜、细胞壁、荚（原生质膜、细胞壁、荚膜等）膜等）根据物质运输过程的特点，可将物质的运输方式分为根据物质运输过程的特点，可将物质的运输方式分为自由扩散自由扩散（Passive transport）促进扩散促进扩散（Facilitated diffusion）主动运输主动运输（Active transport）基团转位基团转位 (group translocation)膜泡运输膜泡运输（memberane vesicle transport）一、自由扩散一、自由扩散（Passive transport）原生质膜是一种半透性膜，营养物质通过原生质原生质膜是一

19、种半透性膜，营养物质通过原生质膜上的小孔，由高浓度的胞外环境向低浓度的胞内进膜上的小孔，由高浓度的胞外环境向低浓度的胞内进行扩散。行扩散。特特点点物质在扩散过程中没有发生任何反应；物质在扩散过程中没有发生任何反应；不消耗能量；不能逆浓度运输；不消耗能量；不能逆浓度运输；运输速率与膜内外物质的浓度差成正比运输速率与膜内外物质的浓度差成正比Simple Diffusion,Step 1Simple Diffusion,Step 2水是唯一可以通过扩散自由通过原生质膜的分子，水是唯一可以通过扩散自由通过原生质膜的分子，脂肪酸、乙醇、甘油、一些气体（脂肪酸、乙醇、甘油、一些气体（O2O2、CO2CO2

20、）及某些及某些氨基酸在一定程度上也可通过自由扩散进出细胞。氨基酸在一定程度上也可通过自由扩散进出细胞。二、二、促进促进扩散扩散（Facilitated diffusion）特特点点不消耗能量不消耗能量参与运输的物质本身的分子结构不发生变化参与运输的物质本身的分子结构不发生变化不能进行逆浓度运输不能进行逆浓度运输运输速率与膜内外物质的浓度差成正比运输速率与膜内外物质的浓度差成正比需要载体参与需要载体参与 通过促进扩散进入细胞的营养物质主要有氨基酸通过促进扩散进入细胞的营养物质主要有氨基酸、单糖、维生素及无机盐等。一般微生物通过专一的、单糖、维生素及无机盐等。一般微生物通过专一的载体蛋白运输相应的

21、物质，但也有微生物对同一物质载体蛋白运输相应的物质，但也有微生物对同一物质的运输由一种以上的载体蛋白来完成。的运输由一种以上的载体蛋白来完成。促进扩散（促进扩散（Facilitated diffusion）三、主动运输三、主动运输（Active transport）它的一个重要特点是物质运输过程中需要消耗能量和它的一个重要特点是物质运输过程中需要消耗能量和载体，而且可以进行逆浓度运输载体，而且可以进行逆浓度运输。主动运输是广泛存在于微生物中的一种主要的物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。质运输方式。1.1.初级主动运输初级主动运输(primary active transp

22、ort)(primary active transport)2 2.次级主动运输次级主动运输(secondary active transport)(secondary active transport)3 3.ATPATP结合性盒式转运蛋白系统结合性盒式转运蛋白系统(ATP-binding cassette transporter system)4 4.Na+,K+-ATPNa+,K+-ATP酶酶(Na+,K+-ATPase)(Na+,K+-ATPase)系统系统 类型（类型（typestypes）Active Transport,Step 1 Active Transport,Step 2

23、Active Transport,Step 3Active Transport,Step 4 hydrolyzing 基团转位又称为磷酸烯醇式丙酮酸基团转位又称为磷酸烯醇式丙酮酸-磷酸糖转移酶运输磷酸糖转移酶运输系统（系统（PTS），），PTS 通常由五种蛋白质组成，包括酶通常由五种蛋白质组成，包括酶I、酶酶II（包括包括a、b、c三三种亚基）和一种低相对分子量的热稳定蛋白种亚基）和一种低相对分子量的热稳定蛋白质（质（HPr）。）。5.5.基团转位基团转位(group translocation)基团移位是另一种类型的主动运输，它与主动运输方式的基团移位是另一种类型的主动运输，它与主动运输方式

24、的不同之处在于它有一个复杂的运输系统来完成物质的运输，而不同之处在于它有一个复杂的运输系统来完成物质的运输，而物质在运输过程中发生化学变化。物质在运输过程中发生化学变化。PEP-P+HPr HPr-p+丙酮酸丙酮酸 P-HPr+糖糖糖糖-P+HPr基团转位主要存在于厌氧型和兼性厌氧型细胞中，基团转位主要存在于厌氧型和兼性厌氧型细胞中，主要用于糖的运输，脂肪酸、核苷、碱基等也可以通主要用于糖的运输，脂肪酸、核苷、碱基等也可以通过这种方式运输。过这种方式运输。铁铁的的摄摄取取（Iron Uptake Iron Uptake）l几几乎所有微生物都需要乎所有微生物都需要铁铁作作为为細胞色素和細胞色素和

25、许许多酶的多酶的组组成成成成分分l铁铁(FeFe3+3+)及其衍生物非常及其衍生物非常难难溶溶于于水，以致水，以致于于微生物微生物对铁对铁的吸收十分困的吸收十分困难难l许许多多细细菌和真菌通菌和真菌通过过分泌分泌铁载体铁载体(siderophore)siderophore)的方的方式克服式克服与与FeFe3+3+形成形成复复合物並合物並运输进运输进入胞內的小分子物入胞內的小分子物质质高高铁铁色素色素肠杆菌素肠杆菌素铁肠杆菌素复合物铁肠杆菌素复合物 .铁载体运输铁载体运输(siderophore transport)四、四、膜泡运输膜泡运输（memberane vesicle transport

26、）通过胞吞作用通过胞吞作用(或胞饮作用或胞饮作用)进行的营养物质膜泡进行的营养物质膜泡运输一般分为五个时期即吸附期、膜伸展期、膜运输一般分为五个时期即吸附期、膜伸展期、膜泡迅速形成期、附着膜泡形成期和膜泡释放期。泡迅速形成期、附着膜泡形成期和膜泡释放期。膜泡运输：主要存在于原生动物特别是变形虫膜泡运输：主要存在于原生动物特别是变形虫(amoeba)中，是这类微生物的一种营养物质的运输方式。中，是这类微生物的一种营养物质的运输方式。胞吞作用（胞吞作用（phagocytosis)：如果膜泡中包含的是：如果膜泡中包含的是固体营养物质，则将这种营养物质运输方式称固体营养物质，则将这种营养物质运输方式称

27、为。为。胞饮作用胞饮作用(pinocytosis)：如果膜泡中包含的是液：如果膜泡中包含的是液体，则称之为。体，则称之为。种类 过程比较项目比较项目 单纯扩散单纯扩散 促进扩散促进扩散 主动运输主动运输 基团移位基团移位特异载体蛋白特异载体蛋白 无无 有有 有有 有有运送速度运送速度 慢慢 快快 快快 快快溶质运送方向溶质运送方向 由浓至稀由浓至稀 由浓至稀由浓至稀 由稀至浓由稀至浓由稀至浓由稀至浓平衡时内外浓度平衡时内外浓度 内外相等内外相等 内外相等内外相等 内部高内部高内部高内部高运送分子运送分子 无特异性无特异性 特异性特异性 特异性特异性特异性特异性能量消耗能量消耗 不需要不需要 需

28、要需要 需要需要需要需要运送前后溶质分子运送前后溶质分子 不变不变 不变不变 不变不变改变改变载体饱和效应载体饱和效应 无无 有有 有有 有有与溶质类似物与溶质类似物 无竞争性无竞争性有竞争性有竞争性有竞争性有竞争性有竞争性有竞争性运送抑制剂运送抑制剂 无无 有有 有有 有有运送对象举例运送对象举例 水、水、O O2 2 糖、糖、SOSO4 42-2-氨基酸、乳糖氨基酸、乳糖 葡萄糖葡萄糖 嘌呤嘌呤四种运送营养方式的比较四种运送营养方式的比较1.什么是营养？什么是营养物质？营养物质包括什么是营养？什么是营养物质？营养物质包括哪些，各有何功能？哪些，各有何功能？2.举例说明根据碳源、能源及电子供体的不同可举例说明根据碳源、能源及电子供体的不同可将微生物划分为几种类型？将微生物划分为几种类型？3.培养基按化学成分、物理状态、用途可划分为培养基按化学成分、物理状态、用途可划分为几种类型？几种类型？4.营养物质进入细胞的方式有几种？各有何特点？营养物质进入细胞的方式有几种？各有何特点？