模块3-1微生物营养与培养基制备技术

1、微生物的化学组成和营养要求微生物的化学组成和营养要求培养基及种类培养基及种类营养物质进入细胞的方式营养物质进入细胞的方式微生物的营养类型微生物的营养类型营养营养 ：微生物在其生长过程中获取生命活：微生物在其生长过程中获取生命活动所需的能量和结构物质的生理过程。动所需的能量和结构物质的生理过程。营养物质营养物质：外界环境可为细胞提供结构组分、：外界环境可为细胞提供结构组分、能量、代谢调节物质和良好生长环境的化学能量、代谢调节物质和良好生长环境的化学物质。物质。 营养物质是微生物生存的物质基础，而营养物质是微生物生存的物质基础，而营养是生物维持和延续其生命形式的一种生营养是生物维持和延续其生命形式

2、的一种生理过程。理过程。一、微生物细胞化学组成和营养要求微生物细胞化学组成和营养要求1、微生物细胞的化学组成、微生物细胞的化学组成微生物、动物、植物之间存在微生物、动物、植物之间存在“营养上的统一性营养上的统一性”2 2、微生物的营养要素及其生理功能、微生物的营养要素及其生理功能微生物的微生物的6大营养要素：碳源，氮源，能大营养要素：碳源，氮源，能源，生长因子，无机盐，水源，生长因子，无机盐，水。营养要素的功能：营养要素的功能：1）构成细胞结构组分和代谢产物的原料；）构成细胞结构组分和代谢产物的原料；2）提供能量；）提供能量；3）调节新陈代谢。）调节新陈代谢。碳源碳源凡是可以作为微生物细胞结构

3、或代谢产物中碳凡是可以作为微生物细胞结构或代谢产物中碳架来源的营养物质，是需要量最大的营养物质。架来源的营养物质，是需要量最大的营养物质。功能功能:构成细胞成分（需要量最大的元素，构成细胞成分（需要量最大的元素，50%）；）；形成代谢产物和储藏物；形成代谢产物和储藏物；为异养型微生物提供能源。为异养型微生物提供能源。碳源是一种碳源是一种双功能营养物质双功能营养物质。碳源谱：碳源谱：1）根据微生物利用有机碳或无机碳，可将微生物分为：）根据微生物利用有机碳或无机碳，可将微生物分为： 异养微生物：有机碳异养微生物：有机碳 自养微生物：无机碳自养微生物：无机碳2）碳源谱广（微生物）碳源谱广（微生物植物

4、植物动物）；动物）；3）最适碳源：）最适碳源： C.H.O型，糖类型，糖类 （ 异养微生物）异养微生物）糖糖 有机酸，醇有机酸，醇 脂脂单糖单糖 双糖双糖 多糖（淀粉多糖（淀粉纤维素纤维素,木质素木质素,几丁质）几丁质）己糖己糖 戊糖戊糖葡萄糖，果糖葡萄糖，果糖 甘露糖，半乳糖甘露糖，半乳糖特点：特点：4）微生物对碳源利用具有）微生物对碳源利用具有选择性选择性 混合存在混合存在 葡萄糖葡萄糖 ：首先利用（速效碳源）：首先利用（速效碳源） 乳糖乳糖 ： 后利用（迟效碳源）后利用（迟效碳源）5）不同微生物，其碳源谱不同）不同微生物，其碳源谱不同（利用碳源物质的能力有差别）（利用碳源物质的能力有差别

5、） 洋葱假单胞菌：洋葱假单胞菌：90种以上种以上 甲烷菌：甲醇和甲烷甲烷菌：甲醇和甲烷6）异养微生物：碳源）异养微生物：碳源=能源（双功能营养物）能源（双功能营养物）定义：凡是构成微生物细胞物质或代谢产物中定义：凡是构成微生物细胞物质或代谢产物中氮元素来源的营养物质氮元素来源的营养物质 。功能：功能：u构成细胞组分（需要量仅次于碳源，构成细胞组分（需要量仅次于碳源，12%）；）；u构成代谢产物；构成代谢产物；u某些自养菌的能源（如硝化细菌：氨和亚某些自养菌的能源（如硝化细菌：氨和亚硝酸盐兼氮源和能源）硝酸盐兼氮源和能源）氮源氮源“氨基酸自养型生物氨基酸自养型生物” ” : :凡是能将非氨基酸类

6、的简单氮凡是能将非氨基酸类的简单氮源（例如尿素、铵盐、硝酸盐和氮气）自源（例如尿素、铵盐、硝酸盐和氮气）自行合成生长代谢所需要的一切氨基酸的微行合成生长代谢所需要的一切氨基酸的微生物。生物。“氨基酸异养型生物氨基酸异养型生物” ” : :凡需要从外界吸收现成氨基酸凡需要从外界吸收现成氨基酸作氮源的微生物。作氮源的微生物。 所有的动物和大量异养微生物是氨基酸异养型的，所有的动物和大量异养微生物是氨基酸异养型的，而所有绿色植物和很多微生物是氨基酸自养型的。而所有绿色植物和很多微生物是氨基酸自养型的。 氮源一般只提供合成细胞质和细胞中其氮源一般只提供合成细胞质和细胞中其他结构的原料，他结构的原料，不

7、作为能源不作为能源。只有少量细菌，。只有少量细菌，如硝化细菌能利用铵盐、硝酸盐作氮源和能如硝化细菌能利用铵盐、硝酸盐作氮源和能源。某些梭菌对糖的利用不活跃，可以利用源。某些梭菌对糖的利用不活跃，可以利用氨基酸为唯一的能源。氨基酸为唯一的能源。能源能源为微生物生命活动提供最初能量来源的物为微生物生命活动提供最初能量来源的物质或辐射能。质或辐射能。能源谱：能源谱：单功能营养物：光（能源）单功能营养物：光（能源）双功能营养物：葡萄糖双功能营养物：葡萄糖(C (C 源，能源源，能源) )多功能营养物：酵母膏（多功能营养物：酵母膏（C C源，源，N N源，生长因子源，生长因子等）等）宏量元素：宏量元素：

8、P、S、K、Mg、Na、Ca等（等（10-310-4mol/L）；）；微量元素：微量元素：Fe、Zn、Mn、Mo、Co、Cu、Ni等（等（10-610-8mol/L）其中：其中：Fe是介于微量元素和宏量元素之间的元素。是介于微量元素和宏量元素之间的元素。功能功能 构成细胞的组成成分；构成细胞的组成成分； 作为酶的活性中心；作为酶的活性中心； 维持酶的活性；维持酶的活性； 调节细胞渗透压，氢离子浓度和氧化还调节细胞渗透压，氢离子浓度和氧化还原电位原电位 作为某些自养菌的能源。作为某些自养菌的能源。 无机盐无机盐 无机盐离子的提供方式：无机盐离子的提供方式：常量元素：常量元素：K2HPO4，MgS

9、O4（提供（提供4种主要元素）种主要元素）微量元素：自来水，玻璃器皿微量元素：自来水，玻璃器皿生长因子生长因子微生物生长不可缺少的微生物生长不可缺少的(自身不能合成或合成量不自身不能合成或合成量不足以满足微生物生长需要的足以满足微生物生长需要的)微量有机物质称为生微量有机物质称为生长因子，一般包括长因子，一般包括维生素、氨基酸及嘌吟、嘧维生素、氨基酸及嘌吟、嘧啶啶等。等。功能功能： 作为辅酶或辅基参与代谢；核酸和蛋白质的成分。作为辅酶或辅基参与代谢；核酸和蛋白质的成分。 如何提供生长因子？如何提供生长因子？功能：功能：（1 1）营养物质或代谢废物运输的必备物质；）营养物质或代谢废物运输的必备物

10、质；（2 2）直接作为反应物或产物参与体内多种生化反应；）直接作为反应物或产物参与体内多种生化反应；（3 3）水还是许多有机物中氢和氧的来源，例如烷烃分）水还是许多有机物中氢和氧的来源，例如烷烃分解过程；解过程；（4 4）许多酶促反应必须在水溶液中才能进行；）许多酶促反应必须在水溶液中才能进行；（5 5）水分子之间形成的氢键使得水成为一种很好的温）水分子之间形成的氢键使得水成为一种很好的温度缓冲剂。度缓冲剂。（6 6）水是热的良导体，有利于散热，不致于因代谢产）水是热的良导体，有利于散热，不致于因代谢产热而使细胞局部温度上升；热而使细胞局部温度上升；（7 7）作为活细胞中含量最高的成分，水对于

11、维持细胞）作为活细胞中含量最高的成分，水对于维持细胞自身形状以及生物大分子的天然结构起着重要的自身形状以及生物大分子的天然结构起着重要的作用。作用。 水水水在细胞中有两种存在形式：水在细胞中有两种存在形式：结合水结合水和和游离水游离水。 不同生物及不同细胞结构中游离水的含量比较不同生物及不同细胞结构中游离水的含量比较 游离水的含量可用水活度游离水的含量可用水活度aw表示。表示。 水活度：在相同温度和压力下，体系中溶液的水的水活度：在相同温度和压力下，体系中溶液的水的蒸汽压与纯水的水蒸汽压之比。蒸汽压与纯水的水蒸汽压之比。 微生物能在微生物能在aw=0.630.99的条件下生长。特定微生的条件下

12、生长。特定微生物对物对aw的要求是一定的。的要求是一定的。 二、微生物的营养类型二、微生物的营养类型1、光能自养型（光能无机营养型）光能自养型（光能无机营养型） 能以能以CO2为唯一或主要碳源；为唯一或主要碳源； 通过光合作用获取生长所需能量；通过光合作用获取生长所需能量； 以无机物（如以无机物（如H2、H2S、S等）作为供氢体，使等）作为供氢体，使CO2还原为细胞物质；还原为细胞物质； 例如，藻类及蓝细菌。同植物一样，以水为供氢体，例如，藻类及蓝细菌。同植物一样，以水为供氢体，进行产氧型的光合作用，合成细胞物质。而红硫细菌，进行产氧型的光合作用，合成细胞物质。而红硫细菌，以以H2S为供氢体，

13、产生细胞物质，并伴随硫元素的产生。为供氢体，产生细胞物质，并伴随硫元素的产生。2光能异养型（光能有机营养型）光能异养型（光能有机营养型） 不能以不能以CO2为主要或唯一的碳源；为主要或唯一的碳源； 以有机物为供氢体，通过光能将以有机物为供氢体，通过光能将CO2还原为细胞物质；还原为细胞物质； 生长时大多数需要外源的生长因子。生长时大多数需要外源的生长因子。 例如，红螺菌属中的一些细菌能利用例如，红螺菌属中的一些细菌能利用异丙醇异丙醇作为供氢作为供氢体，将体，将CO2还原成细胞物质，同时积累丙酮。还原成细胞物质，同时积累丙酮。光能自养型和光能异养型微生物可利用光能生长，光能自养型和光能异养型微生

14、物可利用光能生长，在地球早期生态环境的演化过程中起重要作用。在地球早期生态环境的演化过程中起重要作用。目前在高浓度有机废水的处理中应用意义重大。目前在高浓度有机废水的处理中应用意义重大。代表菌种代表菌种主要的氢供体主要的氢供体主要碳源主要碳源生长条件生长条件绿硫细菌绿硫细菌H2S, H2SO3, H2CO2厌气厌气,明明红硫细菌红硫细菌H2S, H2SO3, H2 , 也也利用有机物利用有机物CO2 ,有机物有机物厌气厌气,明明红螺菌红螺菌H2,主要利用有机物主要利用有机物CO2,主要是主要是有机物有机物厌气厌气,明明好气好气,明明好气好气,暗暗表光合菌种类及其特性菌表光合菌种类及其特性菌3.

15、化能自养型（化能无机营养型）化能自养型（化能无机营养型） 生长所需能量来自无机物氧化产生的化学能；生长所需能量来自无机物氧化产生的化学能； 以以CO2或碳酸盐或碳酸盐为唯一或主要碳源为唯一或主要碳源； 以以H2、H2S、Fe2+、NH3或或NO2-等作供氢体，使等作供氢体，使CO2还原成细胞物质。还原成细胞物质。 化能自养型只存在于微生物中化能自养型只存在于微生物中，可在完全无机及，可在完全无机及无光的环境中生长。它们广泛分布于土壤及水环境中无光的环境中生长。它们广泛分布于土壤及水环境中, ,参与地球物质循环。参与地球物质循环。 生长所需生长所需能量能量来自来自有机物氧化有机物氧化过程产生的化

16、学过程产生的化学能；能； 生长所需的生长所需的碳源碳源主要是主要是有机物有机物（如淀粉、糖类、（如淀粉、糖类、纤维素、有机酸等）纤维素、有机酸等） 有机物通常既是碳源也是能源有机物通常既是碳源也是能源。（通过糖酵解（通过糖酵解途径既可产生用于生物合成的碳骨架，也可释途径既可产生用于生物合成的碳骨架，也可释放出放出ATP和和NADH）4.化能异养型（化能有机营养型）化能异养型（化能有机营养型）大多数细菌、真菌、原生动物大多数细菌、真菌、原生动物都是化能异养都是化能异养型微生物；型微生物；所有致病微生物所有致病微生物均为化能异养型微生物。均为化能异养型微生物。四种基本营养类型的比较四种基本营养类型的比较：u不同营养类型之间的界限并非绝对：不同营养类型之间的界限并非绝对：u异养型微生物并非绝对不能利用异养型微生物并非绝对不能利用CO2；u 自养型微生物也并非不能利用有机物进行生长；自养型微生物也并非不能利用有机物进行生长；u有些微生物在不同生长条件下生长时有些微生物在不同生长条件下生长时,其营养类型也其营养类型也会发生改变；会发生改变；微生物营养类型的可变性无疑有利于提高其对环微生物营养类型的可变性无疑有利于提高其对环境条件变化