微生物教程yyd第五章微生物的营养和培养基

第五章微生物的营养和培养基第一节微生物的营养要素第二节微生物的营养类型第三节营养物质进入细胞的方式第四节培养基第一节微生物的营养要素不论是从元素水平还是营养要素水平，微生物同其它生物存在着“营养上的统一性”。具体的说，微生物有六种营养要素，即碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水，也有的书归纳为五种，其中少能源这一要素。一、碳源：凡是能够提供微生物营养碳素（碳架）需要的物质称为碳源。微生物利用碳源谱极广，包括有机碳和无机碳两大类。凡必须利用有机碳的微生物称为异养微生物，占微生物的大多数；凡能利用无机碳的微生物称为自养微生物，微生物对碳源的利用大大超过动、植物。异养微生物最易利用的碳源是糖类，其次是醇、酸和脂类，在糖类中，单糖优于双糖、多糖；淀粉优于纤维素和几丁质；纯多糖优于杂多糖（琼脂、木质素），对异养微生物而言，碳源同时又是能源，所以碳源具有双重功能的营养物，有些生长在动物体内的异养微生物，尤其肠、血、组织中的病原菌还需要10%（少量）的二氧化碳才能长好。二、氮源：凡能提供微生物生长、繁殖所需氮元素的营养源称为氮源。把微生物作为一个整体来考察,则它们能利用的氮源谱也是十分广泛的。异养微生物对氮源的利用顺序为N·C·H·O（AA、胨蛋白）或N·C·H·O·X（蛋白质、牛肉膏、酵母膏）＞N·H（NH3、铵盐）＞N·O（硝酸盐）＞N（氮）。氨基酸自养型生物：利用非氨基酸类的简单氮源（尿素、铵盐、NO3-、N2）自行合成所需一切氨基酸的生物，包括植物和很多微生物。氨基酸异养型生物：只能吸收外源现成氨基酸为氮源的生物，包括所有动物和大量异养微生物。三、能源：1、化合物有机物：化能异养微生物的能源（同碳源）无机物：化能自养微生物的能源（NH4+、NO2-、S、H2、Fe2+）2、辅射能：光能自养及光能异养微生物的能源。四、生长因子（growthfactor）：是一类微生物正常代谢必不可少，且不能由简单碳源、氮源自行合成的有机物，一般需要量很少，主要是维生素，另外还有碱基、卟啉、甾醇及胺类，生长因子并非每种微生物都需从外界吸收，它在微生物体内的功能主要是辅酶或辅基，如血清、酵母膏、玉米浆等可提供含量丰富的生长因子。五、无机盐：它主要提供微生物除碳、氮源以外的各种重要元素，凡是生长所需浓度在10-3～10-4mol/L的叫大量元素，如P、S、K、Mg、Ca、Na和Fe等，凡所需浓度在10-6～10-8mol/L的叫微量元素，如Cu、Zn、Mn、Mo和Co等。无机盐的生理功能：①大量元素：细胞内的成分、渗透压成分、稳定PH、酶的激活剂Mg2+。②微量元素：酶的激活剂（Cu2+、Mn2+、Zn2+），特殊分子或结构（Ca、Mo）。培养基配制时，加入K2HPO4、MgSO4足以满足大量元素，而微量元素不用另加，在一般化学试剂、天然水中足以。六、水：除少数微生物，如蓝细菌是以水中的H还原CO2外，其他微生物都不以水为营养，但在生命过程中是不可少的，故为营养要素之一。水的功能：①优良的溶剂，参与细胞内、外的物质运输，各种生化反应。②维持大分子的结构。③保证生命活动的正常进行，主要是因为:A水高比热、B高汽化热、C高沸点、D固态水（冰）的密度小于液态水，这对水体微生物的生命活动十分有利。水在低等生物（微生物）体中含量比在高等生物体中高。返回目录第二节微生物的营养类型微生物的营养类型的分划角度有：①以能源分：A光能营养型，B化能营养型。②以供氢体分：A有机营养型，B无机营养型。③以碳源分：A自养型，B异养型。④以合成氨基酸能力分：A氨基酸自养型，B氨基酸异养型。⑤以生长因子分：A原养型或野生型，B营养缺陷型。⑥以取食方式分：A渗透营养型，B吞噬营养型。⑦以取得死或活有机体分：A腐生型，B寄生型。但较多的是以能源或以碳源分的。也有以能源、供氢体和碳源统一划分的。下述划分，（一）首先以能源和供氢体划分的。（二）则是以能源和碳源来划分的。返回目录营养类型碳源能源代表微生物光能自养型以CO2作碳源日光蓝细菌，绿硫细菌光能异养型以有机物作供H体还原CO2日光红螺菌化能自养型CO2氧化无机物硝化细菌，硫化细菌化能异养型有机物氧化有机物大多数异养细菌如：大肠杆菌第三节营养物质进入细胞的方式一、单纯扩散（simplediffusion）也叫被动运输（passivetransport），细胞膜这层疏水性屏障，可以通过物理扩散方式吸收许多小分子、非电离分子，尤其是亲脂性分子。通过这种方式运送的物质主要有CO2、O2、乙醇和某些氨基酸分子。但它不是细胞获取营养的主要方式。二、促进扩散（facilitateddiffusion）在运输溶质时，要膜上的特异性载体蛋白参与，如透性酶、移位酶等，运送时可能是靠酶的构象在膜内、外变化来实现运送物质。它不能逆浓度差，也不耗能。只对生长在高营养浓度下的微生物发挥作用。三、主动运输（activetransport）是微生物吸收营养物质的主要方式。其特点是有特异性载体蛋白。需要能（质子势、ATP等）改变构象，可逆浓度梯度进行。使生活在低营养状态的微生物浓缩获得营养。运送的营养主要有无机离子、有机离子和一些糖类。四、基团移位（grouptranslocation）也需要特异性载体蛋白，又需要耗能的运送方式，但被运溶质在运送前后会发生分子结构的变化，而不同于主动运送。主要用于运送蔗糖、果糖、甘露糖、核苷酸、丁酸和嘌呤等，运送的机制是靠磷酸转移酶系统即磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）己糖磷酸转移酶系统（TPS）其运送步骤为：⑴热稳载体蛋白（HPr）的激活细胞内高能磷酸化合物PEP的磷酸基团将HPr激活HPr是一种低分子量的可溶性蛋白，结合在膜上，具有高能磷酸载体的作用。酶是一种可溶性细胞质蛋白。⑵糖被磷酸化后运入膜内、膜外环境中的糖先于外膜表面的酶Ⅱc结合，再被运到内膜表面。这时，糖被P～HPr的磷酸激活，通过酶Ⅱc的作用把糖-磷酸释放到细胞内酶Ⅱc是一种结合在细胞膜上的蛋白，它对底物具有特异性选择作用。因此细胞上可诱导出一系列与底物分子相应的酶Ⅱc。基团移位在E.coli和金黄色葡萄球菌球中研究得较多。附图：营养物质运送入细胞的四种方式返回目录第四节培养基（mediumorculturemedium）它是一种人工配制、适合微生物生长繁殖或产生代谢产物用的混合养料，其内含有的微生物生长所需要的六大营养要素。一、选用和设计培养基原则和方法㈠四个原则1.目的明确，培养什么菌，用于科研还是用于生产；2.营养协调含量:10-110-210-310-410-510-6要素:H2O＞C+能源＞N源＞P.S＞K.Mg＞生长因子这与细胞内的含量相符。3.物理化学条件适宜⑴pH细菌7.0～8.0；放线菌7.5～8.5，酵母菌3.8～6.0；霉菌4.0～5.8⑵渗透压⑶氧化还原电势（En）好氧微生物+0.3～+0.4V，在+0.1V以上均能生长。兼性厌氧微生物在+0.1V以上好氧呼吸，在+0.1V以下厌氧呼吸。厌氧微生物只能在+0.1V以下才能生长。4.经济㈡四种方法：1.生态模拟2.查阅文献3.精心设计4.实验比较二、培养基种类㈠按培养基的成分1.天然培养基（complexmediumorundefinedmedium）：利用动、植物、微生物体或其提取物制成的无法知其成分，如肉汤蛋白胨培养基，麦芽汁培养基2.组合培养基（definedmedium）也称合成培养基或综合培养基(syntheticmedium)：用多种高纯度化学试剂配制而成。各成分（包括微量元素）的量都确切知道的培养基，如细菌的蔗糖铵盐培养基，放线菌的淀粉硝酸盐培养基（高氏一号培养基），真菌的蔗糖硝酸盐培养基（索氏培养基）。特点是成分精确，重演性高，价昂，配制麻烦，主要用以研究。3.半组合培养基（semi-definedmedium）：即含有天然成分又含有纯化学试剂的培养基。如真菌的马铃薯蔗糖培养基㈡按培养基的外观物理状态分1.固体培养基（solidmedium）①凝固培养基(solidifiedmedium)含1-2%琼脂或5-12%的明胶。②非可逆性凝固培养基，指血清凝固的或无机硅胶配制的，凝固的不再熔化，硅胶平板是专用于化能自氧微生物分离、纯化的。③天然固体培养基如麸皮、米糠、马铃薯片、麦粒芽、动、植物组织等。④滤膜是一种坚韧且带有无数微孔的醋酸纤维薄膜，将之覆于营养琼脂等上面，可用于含菌量少的材料（水）的集菌。2.半固体培养基（semi-solidmedium）较固体培养基中的凝固剂少0.5%的琼脂。可用以动力、噬菌体效价、微生物趋化性、厌氧菌培养基和菌种保藏等。3.液体培养基(liquidmedium)呈液体状态的培养基㈢按培养基的功能分1.选择性培养基（selectmedium）依某种微生物特殊的营养要求或对某化学、物理因素的抗性而设计的培养基。可使混合菌样中的劣势菌变成优势菌，提高该菌的筛选效率。如用纤维素来富集纤维分解菌，石蜡油用于富集分解石油微生物。较浓的糖液富集酵母等。或者用染料（结晶紫）抗生素和脱氧胆酸钠等抑制某种微生物等。2.鉴别性培养基(differentialmedium)在培养基中加入能与某一菌的无色代谢产物发生显色反应的指示剂，使该菌菌落与外形相似的它种菌菌落以肉眼即可区别的培养基。如伊红美兰乳糖培养基(EMBEosinMethyleneBlue)，染料可抑制G+菌和一些难培养的G-菌，而多种肠道菌可在其上生长。菌落(E.coli)呈紫色，并有金属光泽。上述的选择培养基和鉴别培养基往往是结合在一起使用的。