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3.微生物的营养、生长与培养3.微生物的营养、生长与培养•3.1微生物的营养•3.2微生物的生长•3.3微生物的培养3.1微生物的营养•营养（nutrition）：•生物体获得和利用营养物质的过程3.1微生物的营养3.1.1微生物的营养类型3.1.2微生物的营养要素3.1.3微生物的培养基3.1.4营养物质的运输3.1.1微生物的营养类型•⒈自养菌（自养型autotroph）：•能完全以简单的无机物为营养物质合成复杂的有机物，供自身生长发育需要；并通过无机物氧化或光合作用来获取能量。•如硝化细菌、红螺细菌•2.异养菌（异养型heteroptroph）：•不能利用简单的无机物，而必须利用有机物才能满足其生长发育的需要，并通过有机物的氧化获取能量。包括寄生菌（saprophyte）和腐生菌（parasite）两类。•营养的作用：微生物的营养物质应满足机体生长、繁殖和完成各种生理活动的需要，3.1.2微生物的营养要素元素细菌酵母菌霉菌元素细菌酵母菌霉菌碳50-5345-5040-63钠0.5-1.00.01-0.010.02-0.05氢77-钙0.01-1.50.1-0.30.1-1.4氮12-157.5-117-10镁0.1-0.50.1-0.50.1-0.5磷2.0-3.00.8-2.60.4-4.5氯化物0.5--硫0.2-1.00.01-0.240.1-0.5铁0.02-0.20.01-0.50.1-0.2钾1.0-4.51.0-4.00.2-2.5表3.1.1细菌、酵母菌和霉菌的元素组成1.形成结构----参与细胞组织2.提供能量----机体进行各种生理活动所需要的能量3.调节作用----构成酶等活性成分和物质运输系统营养的作用营养物质3.1.2微生物的营养要素必需营养物质：非必需营养物质：可被细胞利用，但缺乏却不影响生长碳源、氮源、无机盐、生长因子、水分3.1.2.1碳源（Carbonsource）••碳源碳源：凡能提供微生物营养所需的碳元素的营养源•碳占细胞干重的50%••作用：作用：•1.合成菌体的含碳物质及其骨架•2.为微生物代谢提供能量微生物的碳源谱类型元素水平化合物水平培养基原料水平C·H·O·N·X复杂蛋白质，核酸等牛肉膏、蛋白胨、花生饼粉等有机碳C·H·O·N多数氨基酸，简单蛋白质等一般氨基酸、明胶等C·H·O糖，有机酸、醇、脂类等葡萄糖、蔗糖、各种淀粉、糖蜜、脂肪酸及有机酸等C·H烃类天然气、石油及其不同馏分、石蜡油等C?——无机碳C·OCO2CO2C·O·XNaHCO3、CaCO3等NaHCO3、CaCO3、白垩等3.1.2.2氮源（Nitrogensource）••氮源氮源：：凡是提供微生物生长繁殖所需氮元素的营养源••作用作用：：•1.用于合成细胞中的含氮物质如蛋白质、核酸及酶等对微生物的生长发育极其重要•2.极少数自养微生物用作能源•约占细胞干重的10％•固氮微生物：能利用分子态氮合成自己需要的氨基酸和蛋白质。如根瘤菌、自生根瘤菌•氨基酸自养型生物：不需要氨基酸为氮源，而能将非氨基酸类的简单氮源（如尿素、铵盐、硝酸盐和氮气）自行合成所需要的一切氨基酸。一般，所有绿色植物和某些微生物属此类。•氨基酸异养型生物：凡需要从外界吸收现成氨基酸作氮源的微生物。一般，所有动物和大量异养型微生物属此类。3.1.2.2氮源（Nitrogensource）微生物利用何种氮源取决于自身酶类的还原能力α－酮戊二酸谷氨酸脱氨，直接利用转氨基对R-NH2的利用3.1.2.2氮源（Nitrogensource）类型元素水平化合物水平培养基原料水平N·C·H·O·X复杂蛋白质、核酸等牛肉膏、酵母膏、饼粕粉、蚕蛹粉、等N·C·H·O尿素、一般氨基酸、简单蛋白质等尿素、蛋白胨、明胶、玉米浆等N·O硝酸盐等KNO3等NN2空气N·HNH3、铵盐等（NH4)2SO4等无机氮有机氮饼粕粉包括：黄豆饼粉、花生饼粉、棉籽饼粉等迟效氮源和速效氮源——二者常合并使用有机氮源的成分较复杂，是良好的营养物质3.1.2.3无机盐（矿质元素）•无机盐包括：钾、钠、钙、镁、铁、硫、磷、锌、锰等多种元素•作用：•1.构成细胞的组成成分•2.调节细胞渗透压、酸碱平衡和氧化还原电位•3.激活或维持酶的活性•4.某些元素如硫、铁等可以供作自养微生物的能源•合成培养基中常用：MgSO4、K2HPO4、CaCl2等3.1.2.3无机盐（矿质元素）大量元素：FeMgCaSPK微量元素:CuZnCoMnMo在酶或辅酶中发挥作用芽孢杆菌形成芽孢时无机盐及其生理功能元素化合物形式生理功能磷KH2PO4,K2HPO4核酸、核蛋白、磷脂、辅酶及ATP的成分作为缓冲系统调节pH硫(NH4)2SO4,MgSO4含硫氨基酸、维生素的成分，谷胱甘肽可调节氧化还原电位镁MgSO4己糖磷酸化酶、异柠檬酸脱氢酶、核酸聚合酶等的活性中心组分，叶绿素成分钙CaCl2,Ca(N03)2酶的辅助因子，维持酶的稳定性，芽孢及某些孢子所需，建立细菌感受态所需钠NaCl细胞运输系统所需，维持渗透压，酶的稳定性钾KH2PO4,K2HPO4酶的辅助因子，维持渗透压，嗜盐细菌核糖体的稳定因子铁FeSO4细胞色素及某些酶的组分，铁细菌的能源物质3.1.2.4生长因子•是指某些微生物生长所必需，需要量很小，而自身又不能合成的一类有机物质。•一般包括：维生素、嘌呤和嘧啶碱三种类型•具体种类和数量，随微生物种类而异3.1.2.5水•水是细菌细胞重要组成成分，在代谢中占有重要地位•占细胞重量的70-90％作用：作用：1.良好的溶媒------作为机体内一切生理生化反应的介质•2.微生物通过水对物质进行吸收、渗透、分泌、•3.水能有效地散发代谢过程中释放的热量，达到调节细胞温度的作用•4.直接参与生理生化反应水分活度：•水分活度：是指相同温度、压力下，溶液中水的蒸汽压和纯水的蒸汽压之比•αw＝P溶液P水纯水的αw＝1，几类微生物生长的水分活度细菌酵母霉菌蕈状芽孢杆菌0.99枯草芽孢杆菌0.95大肠杆菌0.92八叠球菌0.92金黄色葡萄球菌0.87耐盐细菌0.75啤酒酵母0.94产朊酵母0.94高渗酵母0.65刺状毛霉0.93青霉0.8-0.9黄曲霉0.9黑曲霉0.84耐旱真菌0.60.910.880.80Return3.1.3微生物的培养基•培养基（culturemedium）：•通常指人工配制的适合微生物生长繁殖或积累代谢产物的营养基质。•3.1.3.1培养基的配制原则及方法3.1.3.2培养基的种类3.1.3.1培养基的配制原则及方法：•细菌-------营养肉汤培养基或肉汤蛋白胨培养基•(蛋白胨、牛肉膏、NaCl、水、琼脂，pH7.6-7.8）•放线菌----高氏一号培养基•（可溶性淀粉、KNO3、K2HPO4、MgSO4、FeSO4、水、琼脂，pH7.2-7.4）•霉菌------察氏培养基•（蔗糖、NaNO3、K2HPO4、MgSO4、KCl、FeSO4琼脂、水、pH自然）•酵母菌---麦芽汁培养基1.满足微生物的营养需要•碳氮比（C/N）：•细菌：5/1•霉菌：10/1•培养基中元素碳与氮的比值≈还原糖/粗蛋白•2.营养物的浓度及配比应恰当•碳氮比要适当，过小，生长过于旺盛；过大，则生长过慢，不利于提高产量•①pH•最适生长pH、代谢产物改变pH•方法：磷酸盐缓冲液6.0-7.6•（KH2PO4,K2HPO4缓冲液pH为6.4-7.2）、碳酸钙•②水分活度•③渗透压•④氧化还原电位3.物理化学条件适宜•4.根据培养的目的•目的：培养菌体、积累代谢产物、实验室培养、大规模培养……•生产用培养基：以粗代精，以废代好•5.要求无菌状态：•EDTA－－－防沉淀•消泡剂3.1.3.2培养基的种类因考虑的角度不同，可将培养基分成以下类：根据对培养基成分的了解程度天然培养基天然培养基合成培养基合成培养基半合成培养基半合成培养基3.1.3.2培养基的种类根据培养基物理状态液体培养基半固体培养基固体培养基3.1.3.2培养基的种类根据培养基的目的种子培养基发酵培养基繁殖培养基保藏培养基3.1.3.2培养基的种类根据培养基的特殊用途根据培养基的特殊用途增殖和保存培养基增殖和保存培养基基本培养基基本培养基加富培养基加富培养基选择培养基选择培养基鉴别培养基鉴别培养基测定生理生化的培养基测定生理生化的培养基………………....•————使用成分完全了解的化学药品配制而成的培养基•优点：成分已知、精确、重复性好•缺点：价格较贵、微生物生长较慢•用途：用于实验室进行微生物生理、遗传育种及高产菌种性能的研究。⑴⑴..合成培养基（合成培养基（syntheticsyntheticmediummedium））：：•优点：配制方便、经济，营养丰富•缺点：化学成分不清或不稳定•常见天然培养基：麦芽汁、鱼粉、麸皮、玉米粉、花生饼粉、玉米浆、马铃薯粉等•实验室常用：牛肉膏、蛋白胨、酵母膏⑵.天然培养基（天然培养基（NaturalmediumNaturalmedium））：凡是利用生物的组织、器官及其抽取物或制品配成的培养基。由部分天然材料和部分已知的纯化学药品组成的培养基优点：配制方便、成本低、微生物生长良好发酵生产和实验室中应用的大多属此类⑶⑶..半合成培养基半合成培养基（（SemiSemi--definedmediumdefinedmedium）：）：•各营养成分按一定比例配制成的水溶液或液体状态的培养基。也叫培养液培养液••特点：特点：营养素均匀分布，可通过搅拌或振荡增加通气量•用途：•①工业上绝大部分发酵都采用液体培养基•②实验室中获取大量菌体•③微生物的生理代谢研究⑷⑷..液体培养基（液体培养基（LiquidLiquidmediummedium））：•培养基在容器放倒时不致流下、但在剧烈震荡后则能破散的状态。琼脂加入量0.2～0.7％•用途：•①观察微生物的运动特征•②分类鉴定•③噬菌体效价测定•④保存菌种⑸.半固体培养基（Semi-solidmedium）：•指液体培养基中加入一定量的凝固剂而成的固体状态的培养基•或固体营养物（如麸皮、米糠、土豆块等）与水和盐等混合构成的疏松状培养基------固体培养基⑹固体培养基（Solidmedium）：•①菌种分离、鉴定、菌落计数、检测杂菌、选种、育种、菌种保藏、抗生素等生物活性物质效价测定、获取真菌孢子等•②工业发酵•固体培养基中常用的凝固剂：琼脂、明胶、硅胶琼脂、明胶、硅胶•琼脂的特点：熔点96℃,凝固点40℃,多聚半乳糖硫酸酯•加热100℃即可融化，冷却至45℃以下即可凝固固体培养基的用途：•①不被微生物液化、分解或利用•②在微生物生长的温度范围内保持固体状态，凝固点温度对微生物无害•③不会因消毒、灭菌而破坏•④配制方便、价格低、透明性好理想的凝固剂所应具备的条件：•⑺基本（或基础）培养基（Minimalmedium，MM）：又称最低限度培养基，指能满足某菌种的野生型菌株最低营养要求的合成培养基•⑻完全培养基（Completemedium，CM）：在基本培养基中加入富含氨基酸、维生素、碱基等生长因子的营养物质（如蛋白胨、酵母膏等）即可满足各种营养缺陷型微生物的生长需求，这种培养基称为--•⑼补充培养基（Supplementmedium，SM）：在基本培养基中有针对性地加入一种或几种营养成分，以满足相应营养缺陷型生长，这种---•是指在普通培养基中加入血、血清、动植物组织液或其它营养物的一类营养丰富的培养基，专供营养要求较高或有特殊营养需求的细菌生长。•加富（或营养）培养基：根据某类或某种微生物的特殊营养需求，或对某些物理、化学条件的抗性而设计的培养基•用途：用于分离培养某类微生物⑽.富集培养基（选择性培养基）⑾伊红-美兰乳糖培养基⑷鉴别培养基⑷鉴别培养基：在基础培养基中加入特殊底物和指示剂，用于测定微生物生长过程中的特殊代谢产物以达到鉴别微生物的目的(EosinMethyleneBlue，或EMBEMB)亚碲酸盐-甘氨酸琼脂培养基—金黄色葡萄球菌EMB产气肠杆菌EMB大肠杆