4.微生物的营养

1、4微生物的营养4.1微生物的营养要求微生物的特点：食谱广、胃口大一、微生物营养物质及其生理功能碳源氮源能源无机盐水生长因子1.碳源（carbonsource）: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。有机碳化物：CHQNXCHONXCHOCH复杂蛋白质,核酸（牛肉膏、蛋白胨、花生饼粉等）多数氨基酸,简单蛋白质（一般氨基酸、明胶等）糖,有机酸,醇,脂（葡萄糖、蔗糖、各种淀粉、糖蜜等常用碳源）烃（天然气、石油及其不同馏份、石蜡油等）CO2（真菌一般不利用CO2）NaHCO3,CaCO3几种天然培养基原材料的特性（了解）原材料制作特点营养价值牛肉膏瘦牛肉加热，抽提并浓缩而成膏状物碳

2、水化合物，有机氮化物，无机盐和水溶性维生素蛋白腺明胶、鱼粉等蛋白质经酸、酶水解而成有机氮、维生素及碳水化合物酵母膏酵母细胞水抽提物浓缩而成膏状物或粉剂大量B族维生素，氨基酸，嚓吟碱及微量元素玉米浆亚硫酸浸泡鉢制淀粉时的废水的浓缩液可溶性蛋白，多肽,氨基酸,B族维生素甘蔗糖蜜甜菜糖蜜制糖厂除去糖结晶后的下脚废液含蔗糖，氨基酸，有机酸和少量维生素微生物工业发酵中用做碳源的原料传统种类：糖类（单糖，饴糖）、淀粉（玉米粉、山芋粉、野生植物等）、麸皮、麦芽、糖蜜、各种米糠等代粮发酵：纤维素、CO22.氮源（nitrogensource）:凡是可以作为微生物细胞结构或代谢产物中氮元素来源的营养物质。氮源有

3、机氮化物JNCHQXINCHO复杂蛋白质,核酸(牛肉膏、酵母膏、饼粕粉、蚕蛹粉等)尿素,氨基酸,简单蛋白质(尿素、蛋白胨、明胶等)NH3,NH4+(NH4)2SO4等)NO3(KNO3)等N2空气(固氮原核微生物)工业常用氮源：玉米浆，花生粉，黄豆粉等J速效氮源：硫酸氨，玉米浆等f菌体生长i迟效氮源：花生粉，黄豆粉等f代谢产物生成例：在工业生产中为提高土霉素产量，培养基中可采用的混合氮源是()A蛋白胨/玉米浆B黄豆饼粉/花生饼粉C玉米浆/黄豆饼粉D玉米浆/(NH4)2SO43.能源能源谱化学物质有机物一化能异养微生物的能源无机物一化能自养微生物的能源辐射能一光能自养和光能异养微生物的能源4.生

4、长因子(growthfactor)：M正常代谢必需，但微生物自身不能用简单的碳源或氮源合成，或合成量不足以满足机体生长需要的微量有机物.“氨基酸f蛋白质，细胞壁等的主要成分y嘌吟和嘧啶f核酸和辅酶的组成成分一维生素f构成酶的辅酶或辅基，是酶活性所需成分(最早发现的生长因子)配制培养基时，通常加入酵母膏、玉米浆、麦芽汁或动植物组织浸出液以补充生长因子5.无机盐：为M的生命活动提供除碳、氮源之外的各种重要元素。配制培养基时，一般首选K2HP04和MgSO4补充大量元素。元素生理功能PKHPO、KHPO核酸、磷酸和辅酶的成分S242，MgSO含硫氨基酸、含硫维生素成分K4KHPO、KHPO酶的辅因子

5、、维持电位差和渗透压Na242NaCl1维持渗透压某些细菌和蓝细菌需要CaCa(NO3)2、CaCl2胞外酶稳定剂、蛋白酶辅因子、细菌芽孢和真菌孢子形成MgMgSO固氮酶辅因子、叶绿素成分Fe&4FeSO4Cyt成分；合成叶绿素、白喉毒素和氯高铁血红素所需MnMnSO4超氧化物歧化酶、氨肽酶、L-阿拉伯糖异构酶等的辅因子CuCuSOTnW吟4氧化酶.酪氨酸酶的辅因子Co4CoSOVB复合物的成分、肽酶的辅因子Zn4ZnSO12碱性磷酸酶、脱氢酶、肽酶-脱羧酶辅因子Mo4(NH)MoO固氮酶和同化型及异化型硝酸盐还原酶的成分T67246.水：水活度为在一定的温度条件下，溶液的蒸汽压与纯水的蒸汽压

6、之比。即：aw=P/PoP表示溶液的蒸汽压，Po表示纯水的蒸汽压。aw为0.60-0.99的环境条件均有微生物生长判断：溶液渗透压越大,水的活度值越小4.2微生物的营养类型（根据碳源和能源划分）营养类型主要碳源能源电子供体举例光能自养型CO2光无机物兰细菌、紫硫细菌、绿硫细菌等化能自养型co2无机物无机物硝化细菌、硫细菌、铁细菌、氢细菌等光能异养型有机物光有机物红螺菌等化能异养型有机物有机物有机物绝大多数细菌和全部真核微生物自养微生物与异养微生物的主要区别：自养微生物：唯一或主要碳源：C02（碳酸盐）-所需能量来自光或无机物的氧化卜可以在完全无机的环境中生长但也不能说它们绝对不能利用有机物-异

7、养微生物：主要的碳源来自有机物所需能量来自有机物的氧化或光能卜不能在完全无机的环境中生长但也不能说绝对不能利用CO2，也可以固定CO24.3营养物质进入细胞的方式基团转位（grouptranslocation）：基因转位主要存在于厌氧和兼性厌氧型细菌中，主要用于运送糖类、核苷酸、丁酸、腺嘌呤、脂肪酸等。特点：物质在运输过程中发生化学变化（磷酸化）；需要消耗能量；逆浓度运输；有膜载体参加磷酸糖转移酶运输系统（PST）的组成：酶I；酶II；热稳定蛋白HPr1）热稳载体蛋白（HPr）的激活细胞内高能化合物磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）的磷酸基团把HPr激活。酶IPEP+HPr丙酮酸+P-HPr2）糖被磷

8、酸化后运入膜内膜外环境中的糖先与外膜表面的酶II结合，再被转运到内膜表面。这时，糖被P-HPr上的磷酸激活,并通过酶II的作用将糖-磷酸释放到细胞内。酶IIP-HPr+糖糖-P+HPr4.4培养基培养基（medium）：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。一选用和设计培养基的原则和方法（一）四个原则1、目的明确细菌牛肉膏蛋白胨培养基（NA）放线菌-高氏一号培养基酵母菌麦芽汁培养基霉菌-査氏培养基真菌马铃薯培养基（PDA）2、营养协调碳氮比（C/N）：碳源与氮源含量之比。（碳源中碳原子摩尔数与氮源中氮原子摩尔数之比）。碳氮比直接影响微生物生长与繁殖及代谢物的形成与积累，故常

9、作为考察培养基组成时的一个重要指标例：微生物发酵生产谷氨酸：C/N为4/1时，菌体大量繁殖，谷氨酸积累少；C/N为3/1时，菌体繁殖受到抑制，谷氨酸大量积累3、理化适宜（1）pH：通常培养条件：细菌与放线菌：pH77.5酵母菌和霉菌：pH4.56pH变化的原因：奇糖类一发酵、氧化一有机酸一变酸奇脂肪一水解一有机酸一变酸奇（NH4）2SO4一吸收NH4+一H2SO4一变酸肯蛋白质一脱羧一胺类一变碱奇NaNO3一吸收N03-NaOH一变碱内在调节：K2HPO4和KH2PO4是常用的缓冲剂不溶性CaC03作为备用碱外源调节：不断流加酸液或碱液2）氧气：好氧：振荡、通气、搅拌I冷却水出口什卜培养液厌氧

10、：加还原剂（抗坏血酸、半胱氨酸、谷胱甘肽等）例：厌氧菌培养基：蛋白胨5g,酵母膏10g,葡萄糖10g,胰酶解酪蛋白5g,盐溶液10mL,0.025%刃天青4mL,半胱氨酸盐酸盐0.5g,琼脂15g,水1000mL,pH7.0,121C,20min半胱氨酸为还原剂，刃天青是氧化还原指示剂，具有双重作用：有氧条件下起pH指示剂的作用，即碱性时呈蓝色,酸性时呈红色；培养基处于无氧状态时,刃天青变为无色（3）渗透压：加入适量NaCl调节渗透压例：L型细菌加3%5%NaCl或10%20%蔗糖4、经济节约：当所设计的是大规模发酵用的培养基时，应重视培养基中各成份的来源和价格，应选择来源广泛、价格低廉的原料

11、，提倡以粗代精，以废代好。例：某制药厂改进链霉素发酵液中的原有配方,设法减去30-50%的黄豆饼粉、25%的葡萄糖和20%硫酸铵,结果反而提高了产量。（二）优化、设计培养基的方法生态模拟：研究某种微生物的培养条件；文献查阅：借鉴经验，启发设计；精心设计：借助优选法或正交试验设计进行特定微生物配方的设计试验比较：确定特定微生物的最佳培养条件二、培养基的类型及应用1按成份不同划分天然培养基：以化学成分还不清楚或化学成分不恒定的天然有机物组成优点：营养丰富且较经济，配制方便缺点：成分不清楚，不稳定应用：实验室及实际生产组合培养基：是由化学成份完全了解的物质配制而成的培养基，也称化学限定培养基(che

12、micallydefinedmedium)。高氏一号，查氏培养基优点：组分清楚，重演性高缺点：价格昂贵，配制麻烦，生长较慢应用：营养、代谢、生理、生化、遗传、育种、菌种鉴定等对定量要求较高的研究工作半组合培养基既含有天然成分又含有纯化学试剂的培养基即称半组合培养基。例如，培养真菌用的马铃薯蔗糖培养基等。严格地讲，凡含有未经特殊处理的琼脂的任何组合培养基，实质上都只能看作是一种半组合培养基。2根据物理状态划分:(1)固体培养基；用于微生物菌种分离、鉴定、计数、保藏加1.5%2%琼脂或5%12%明胶无机硅胶：自养微生物天然固态滤膜琼脂与明胶若干特性的对比：化学成分营养价值分解性融化温度C凝固温度C

13、透明度耐温常用浓度琼脂聚半乳糖硫酸酯无罕见9640高强1-2%明胶蛋白质做氮源极易2520高弱5-12%理想凝固剂应具备的条件：1.不被微生物分解、利用、液化；不因消毒灭菌而被破坏；在微生物的生长温度内保持固态；凝固点的温度对微生物无害；透明度好，粘着力强。液体培养基:在科研或生产中通过发酵获得菌体或代谢产物，在生产实践上，绝大多数发酵培养基都采用液体培养基半固体培养基:0.5%琼脂。观察微生物运动特征、厌氧菌的培养等脱水培养基：营养琼脂、营养肉汤、M17肉汤、麦康凯培养基等3按用途划分1)选择培养基(selectivemedium)根据不同种类微生物的特殊营养需求或对某种化学物质的敏感性不同

14、，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生长，有利于所需微生物的生长。例：抑制型选择培养基：放线菌酮、制霉菌素f分离细菌添加青霉素、四环素等抗生素f分离酵母菌、霉菌加富型选择培养基：以纤维素为唯一碳源f分离纤维素分解菌常用抑制剂(了解)衰5注用于选择性培养基的若干抑制剂选押对徐抑制制及直用“(MB/ml)抑制对彖般细繭聘环索(200)犠朗毒，静昨四环素(100)酱油曲無*ftiST放线閑制(20)酵砒敝线葡厨(50)酱油曲甫放蜒韵剧uoo放线1鴨軽菌素(CaWcidin)100；酱油曲爲*醉站细菌塞帖鯛索B(5)G-细莆讦篙就G+细萌乳鞍菌山裂酸W.2%pHS)葺抱杆

15、菌轮鯨化侧(NasN)0.005%,pH7)曲霽真債宾(20)酵母肠ifi朋醐flRHCl,55mK/ml)1c1SfflM放线繭開(50)制带悄素护需徹球卿，酪酸劇CuSO4-SHO0.05%,pH3,8)乳酸菌.乳链球館叫歼當(50)細菌氮懵累(20)细闊琏舟董(20-100)細*帶蹴盘50)细葡金鸯累CIOO)细菌1札酣厳(300)细菊氯需累(100)霽霉K(20)细悄40)细弗青需就(100)细繭血符柔(50)十放线俯鬧(10)细闌，酵母2)鉴别培养基(differentialmedium)用于鉴别不同类型微生物的培养基特定的化学反应，产生明显的特征性变化，根据这种特征性变化,可将该种

16、微生物与其他微生物区分开来。例：EMB培养基原理：在低酸度条件下，伊红和美兰可以结合形成沉淀，起着产酸指示剂的作用。大肠杆菌能强烈分解乳糖产生大量的混合酸，菌体表面带H+，故可染上酸性染料伊红，伊红又与美兰结合，使菌落染上深紫色，且从菌落表面的反射光可看到绿色金属光，产酸力弱的菌落也有相应的棕色。见下表：大肠杆菌在EMB平板上的菌落特征用于饮用水、牛奶的大肠菌群数等细菌学检查大肠菌群：需氧及兼性厌氧、在37C能分解乳糖产酸产气的革兰氏阴性无芽胞杆菌。一般认为该菌群细菌可包括大肠埃希氏菌、柠檬酸杆菌、产气克雷白氏菌和阴沟肠杆菌等。大肠菌群是粪便污染的指标菌。为什么检测总大肠菌群?总大肠蔺群(coliformgroup,lotaJcoliforms)是以E.toll肖代表的歼状、无芽胞、需霞或兼性厌氣、革兰氏阴性经37P卫44区h培兼，发酵乳糖产酸产COj可区别干其他肠道讀，易于测老的一类纳閒：大肠菌群主要包括埃箱氏M厲、肠杆苗属、克雷伯氏苗属(KlebsieUa)和柠織酸杆菌屈Cilrobacter)。这类菌是温血动物肠道中的正常菌薛.常随动出的議便汚染水源，一个成年人每天排泄出的粪便中含有(5