微生物的营养和培养基

这是一篇关于微生物的营养和培养基的思维导图，主要概述了微生物的营养需求、营养类型、营养物质进入细胞的方式以及培养基的配置原则和用途。

微生物的营养和培养基

• 营养物质进入细胞的方式
  • 影响因素
    • 营养物质本身的性质：分子大小、溶解性、电负性、 极性等；
    • 微生物所处的环境：温度、pH和离子强度、诱导 物、结构类似物、抑制剂等;
    • 微生物细胞的透过屏障 ： 原生质膜、细胞壁、荚 膜及粘液层。
  • 跨膜运输方式
    • 被动运输
      • 单纯扩散
        • 特点：1、物质进入细胞的动力是细胞内外的浓度差。 2、不消耗能量，不需要载体参与。 3、没有特异性，被运输物质不与膜上物质发生 任何反应，物质本身不发生化学变化。 4、物质运输的速率较慢。 5、可运送的物质有限
      • 促进扩散
        • 特点：1、物质进入细胞的动力是细胞内外的浓度差； 2、 运输的速率由胞内、外该物质的浓度差决定； 3、需要细胞膜上的载体蛋白（透过酶）参与物质运输； 4、被运输的物质与载体蛋白有高度的特异性； 5、养料浓度过高时, 与载体蛋白出现饱和效应； 6、营养物质本身在分子结构上不会发生变化；
    • 主动运输
      • 主动运输
        • 特点：1、进行逆浓度物质运输，需要消耗代谢能； 2、需要载体蛋白参与； 3、对被运输的物质有高度的立体专一性； 4、被运输的物质在转移的过程中不发生任何化学变化。
      • 基团转位
        • 特点：1、细胞逆浓度梯度而吸收营养物质 2、需要特异性载体蛋白 3、需要消耗能量 4、物质在运输前后分子结构发生变化 （糖 在进入细胞后以磷酸糖的形式存在胞内）
        • 载体系统
          • 磷酸转移酶系统（PTS系统）：磷酸烯醇式丙酮酸 －已糖磷酸转移酶系统，由24种蛋白质组成，运送 某一具体糖至少有4种蛋白质参与。
          • 热稳定蛋白（ HPr）：低分子量的可溶性蛋白，结 合在细胞膜上，无底物特异性。酶I：可溶性胞质蛋白，无底物特异性。 酶II：有II a， II b和II c 3种。 II a是胞质蛋白，无 底物特异性； IIb和 IIc是膜蛋白，对底物具有特异 性，可通过诱导产生，种类很多。
        • 运送步骤
          • 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
          • 糖被磷酸化后运入膜内 膜外环境中的糖先与外膜表面的酶Ⅱc结合，再被 转运到内膜表面。这时，糖被由P~HPr→酶Ⅱa →酶 Ⅱb 逐级传递的的磷酸基团激活，最后将糖-磷酸释放 到细胞内。
• 培养基
  • 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。
  • 主要用途
    • 促进微生物生长与繁殖；
    • 用于微生物纯种的分离、鉴定等
  • 配置原则 目的明确 营养协调 理化适宜 经济节约
  • 根据不同微生物的营养需要 配制不同的培养基
    • 培养自养型微生物，培养基所有成分，应完全是 简单的无机物；
    • 培养异养型微生物，培养基应有≥1种有机物
    • 对营养缺陷型微生物，要加所需的生长素或氨基 酸或碱基等有机化合物
    • 若要分离培养某种特异的微生物要根据特殊要求 配制培养基。
  • 注意营养物质浓度和C/N
    • 一般指碳元素和氮元素的比值，也指培养基中还原糖含量与粗蛋白含量的比值
    • 不同微生物C/N不同
      • 细菌5/1，酵母菌5/1，霉菌10/1
    • C/N小
      • 若碳源不足，易引起菌体衰老和自溶； 氮源 过多，会使菌体生长过于旺盛，pH偏高，不利于代谢产 物的积累
    • C/N大
      • 若碳源过多，则容易形成较低的pH；氮源不 足，则菌体繁殖量少，从而影响产量。
  • 调节合适的PH
    • 微生物在培养过程中会引起pH变化,为了保持培 养基中有恒定的pH值，要加入一些磷酸缓冲剂 或不溶性的碳酸盐。
  • 控制渗透压和水活度
    • 培养基是与微生物细胞渗透压相等的等渗溶液；
    • 微生物生长环境中水的有效性常以水活度 （aw）：同温同压下，某溶液的蒸汽压与纯水 蒸汽压之比
    • 纯水aw为1.00，溶液中溶质越多， aw越小。
  • 控制氧化还原电位
    • 一般好氧菌生长的氧化还原电位为 +0.3-+0.4V
    • 兼性厌氧菌在+0.1V以上时进行好氧 呼吸产能，在+0.1V以下时进行发酵产能
    • 厌氧菌 只能生活在+0.1V以下的环境中
    • 培养基中加入还原剂，降低氧化还原势
  • 培养基的种类及其应用
    • 根据材料成分来源
      • 天然培养基:化学成分不完全了解，化学成分不 恒定的天然有机物配制的培养基。如：牛肉膏、酵 母膏、麦芽汁、蛋白胨、牛奶、血清等。
      • 组合培养基(合成培养基):由已知化学药品配成， 成分和浓度都已完全知道，每一次配制基本恒定。 如高氏一号培养基（淀粉硝酸盐培养基）等
      • 半组合(半合成)培养基:由成分已知的物质和成分 未知的天然物质配制而成的培养基。
    • 培养基的物理状态
      • 液体培养基：配制后不加任何凝固剂。
      • 固体培养基：在液体培养基中加入凝固剂，为微 生物的生长提供了一个营养表面，在这个表面上微 生物可形成单个菌落。用于微生物的分离，鉴定， 计数，保管。
      • 半固体培养基：在液体培养基上加进一定凝固剂， 可以用来观察细胞运动的特征，鉴定菌种，测定抗 菌素的效价等。
    • 培养基的特殊用途
      • 选择培养基
        • 根据不同的微生物对营养的特殊要求,或对 物理化学条件的抗性而设计的培养基，利用这一类培养基可 以把需要微生物从混杂的其他微生物分离和确定。
      • 鉴别培养基
        • 是在培养基中加入某种试剂或化学药品，使 培养菌产生某种变化，从而区别不同的微生物的生长。如加 入刚果红培养根瘤菌，根瘤菌不着色，以区别染上红色的其 他细菌，以鉴别不同微生物。
• 微生物的营养类型
  • 根据微生物生长所需要的主要营养物质划分
    • 生长所需主演碳源
      • 自养型微生物
      • 异养型微生物
    • 生长过程中能量的来源
      • 光能营养型
      • 化能营养性
    • 生长过程中的电子供体
      • 无机营养型
      • 有机营养型
  • 光能自养型微生物 ： 以C02作为唯一碳源或主要碳源，并利用光能，以无机物如硫化氢、硫代硫酸 钠或其他无机硫化物作为供氢体将CO2还原成细胞物质，同时产生元素硫 包括蓝细菌（含叶绿素）、红硫细菌和绿硫细菌 等少数微生物（含细菌叶绿素），由于含有光合色素，因而能使光能转变成化 学能（ATP），供机体直接利用
  • 光能异养型微生物 ： 以CO2为主要碳源或唯一碳源，以有机物（如异丙醇）作为供氢体，利用光能将CO2还原成细胞物质，红螺菌属中的一些细菌属于此种营养类型。光能异养型细菌在生长时大多数采要外源的生长因子
  • 化能自养型微生物： 以CO2或碳酸盐作为唯一或主要碳源，以 无机物氧化释放的化学能为能源,利用电子供体 如氢气、硫化氢、二价铁离子或亚硝酸盐等使 CO2还原成细胞物质。主要有硫化细菌、硝化细菌、 氢细菌与铁细菌
  • 化能无机营养型：通过氧化无机物取得能量，并以 CO2为唯一或主要碳源
  • 化能异养型微生物
    • 多数微生物属于化能异养型，其生长所需要能量和碳源 通常来自同一种有机物。
    • 腐生型微生物：利用无生命活性的有机物作为生长的碳 源
    • 寄生型微生物：寄生在生活的细胞内，从寄生体内获得 生长所需要的营养物质
    • 存在于寄生与腐生之间的中间过渡类型微生物，称为兼 性腐生型或兼性寄生型
• 微生物的营养要求
  • 营养六要素 碳源，氮源，能源，生长因子，水，无机盐
  • 营养 生物体从外部环境中摄取生命活动所必需的物质和能量
  • 微生物的化学组成
    • 水
    • 干物质
      • 无机物
      • 有机物
        • 蛋白质，糖，核酸
  • 碳源
    • 提供碳素能源的物质
    • 碳源谱
      • 有机碳 异养微生物
      • 无机碳 自养微生物
    • 双功能营养物 可做碳源能源
    • 三功能营养物 可做碳源氮源能源
  • 氮源
    • 提供氮素营养物来源的物质
    • 氮源谱
      • 有机氮 蛋白质，核酸，氨基酸，尿素
      • 无机氮 硝酸盐
    • 氨基酸自养型微生物
    • 氨基酸异养型微生物
  • 能源
    • 单功能营养物 光能
    • 能源谱
      • 辐射能 光能自养和光能异养微生物的来源
      • 化学物质
        • 有机物 化能异养型微生物的来源
        • 无机物 化能自养型微生物的来源
  • 生长因子 微生物生长所必需的，但自生不能合成或合成不足的有机物
  • 矿质元素
    • 参与微生物中的氨基酸和酶的合成
    • 调节微生物的原生质胶状态，维持细胞的渗透平衡
  • 水
    • 起到溶剂于运输介质的作用
    • 参与细胞内的一系列化学反应
    • 维持蛋白质核酸等生物大分子的稳定的天然构象
    • 保持微生物的生命活力
    • 通过水合作用于脱水作用控制，由多亚基组成的结构