微生物的营养和培养基

山东农业大学微生物学第五章微生物的营养和培养基思维导图，包括微生物的六类营养要素、微生物的营养类型、营养物质进入细胞的方式等内容。

微生物的营养

• 1. 营养
  • 营养作用：生物体从外部环境中摄取对其生命活动必需的能量和物质，以满足正常生长需要的一种最基本的生理功能
  • 营养物：具有营养功能的物质，在微生物学中还包括非常规物质形式的光辐能量
• 2. 微生物的六类营养要素
  • 碳源
    • 碳源：一切能满足微生物生长繁殖所需碳元素的营养源，是最大的营养物（大量营养物）
    • 碳源谱：把所有的微生物当作整体考察，其可利用的碳源范围即为碳源谱
      • 有机碳
        • 异养微生物
      • 无机碳
        • 自养微生物
    • 功能；①细胞中碳素来源 ②供微生物生长所需能量
    • 对一切异养微生物，其碳源又兼作能源，这种碳源又称双功能营养物
  • 氮源
    • 氮源：凡能提供微生物生长繁殖所需氮元素的营养源
    • 氮源谱
      • 有机氮
      • 无机氮
    • 功能：①提供合成原生质和细胞其他结构氮素来源 ②一般不供能，但硝化细菌可以
    • 分类
      • 氨基酸自养型微生物：不需要利用氨基酸作氮源，能把尿素、铵盐、硝酸盐甚至氮气等简单氮源自行合成所需一切氨基酸
      • 氨基酸异养型微生物：需要从外界吸收现成的氨基酸作氮源
  • 能源
    • 能源：能为微生物生命活动提供最初能量来源的营养物或辐射能
    • 能源谱
      • 化学物质（化能营养型）
        • 有机物：化能异养型微生物的能源（同碳源
        • 无机物：化能自养型微生物的能源（不同于碳源）
      • 辐射能（光能营养型）：光能自养和光能异养微生物的能源
  • 生长因子
    • 生长因子：一类对调节微生物正常代谢所必需，但又不能用简单的碳源、氮源自行合成的微量有机物
      • 广义
      • 狭义：维生素
    • 分类
      • 生长因子自养型微生物：不需要从外界吸收。多数真菌、放线菌和不少细菌
      • 生长因子异养型微生物：乳酸菌、动物致病菌、枝原体、原生动物
      • 生长因子过量合成型微生物：在其代谢活动中，能合成并分泌大量某些维生素等生长因子，可作有关维生素的生产菌种
  • 无机盐
    • 无机盐或矿质元素主要为微生物提供除碳源、氮源以外的各种重要元素
    • 分类
      • 大量元素
        • 一般功能
          • 细胞内一般分子成分：P、S、Ca、Mg、Fe
          • 生理调节物质
            • 渗透压的维持Na、酶激活剂Mg、维持芽孢耐热Ca、pH稳定
        • 特殊功能
          • 化能自养菌的能源
          • 无氧呼吸时氢受体
      • 微量元素
        • 酶的激活剂
        • 特殊分子结构成分
  • 水
    • 蓝细菌等少数光能自养微生物能利用水中的氢还原二氧化碳合成糖
    • 水活度值，长期放0.75以下
• 3. 微生物的营养类型
  • 光能自养型（光能无机营养型）
    • 能源：光
      • 氢供体：无机物
        • 基本碳源：二氧化碳
          • 蓝细菌、藻类
  • 光能异养型（光能有机营养型）
    • 能源：光
      • 氢供体：无机物
        • 基本碳源：二氧化碳及简单有机物
  • 化能自养型（化能无机营养型）
    • 能源：无机物
      • 氢供体：无机物
        • 基本碳源：二氧化碳
          • 硝化细菌、硫化细菌、铁细菌、氢细菌、硫黄细菌
  • 化能异养型（化能有机营养型）
    • 能源：有机物
      • 氢供体：有机物
        • 基本碳源：有机物
          • 绝大数原核生物、全部真菌、原生动物
• 4. 营养物质进入细胞的方式
  • 单纯扩散
    • 属于被动运输，指疏水性双分子层细胞膜（包括孔蛋白）在无载体蛋白参与下，单纯依靠物理扩散让许多小分子、非电离分子尤其是亲水性分子被动通过的一种物质运输方式
  • 促进扩散
    • 指溶质在运送过程中，必须借助存在于细胞膜上的底物特异载体蛋白的协助，但不消耗能量的一类扩散性运送
    • 载体蛋白=渗透酶=移位酶=移位蛋白
  • 主动转运
    • 须提供能量，并通过细胞膜上特异性载体蛋白构象的变化，使外环境中低浓度溶质运入膜内
    • 无机离子、有机离子和一些糖类
  • 基团转位
    • 既需特异性载体蛋白参与，又耗能的运输方式，溶质在运送前后会发生分子结构的变化
    • 广泛存在于原核生物中，尤其是一些兼性厌氧菌和专性厌氧菌
    • 各种糖类、核苷酸、丁酸和腺嘌呤等
• 培养基
  • 1.定义
    • 由人工配制的、含有六大营养要素、适合微生物生长繁殖或产生代谢产物用的混合营养料
    • 尽快配制、立即灭菌
  • 2.选用和设计培养基原则和方法
    • 四个原则
      • ①目的明确
        • 实验室还是大生产；一般研究还是精密的生理、生化或遗传研究；种子还是发酵培养基……
      • ②营养协调
        • 水＞碳源+能源＞氮源＞P、S＞K。Mg＞生长因子
        • 碳氮比
          • 真菌碳氮比高（素食）
          • 细菌碳氮比低（荤食）
      • ③理化适宜
        • pH
          • 放细菌、细菌7-8;酵母菌、霉菌4-6
          • pH的内源调节
            • 磷酸缓冲溶液
            • 碳酸钙作备用碱
          • pH的外源调节
            • 不断从外界加硫酸或碱液
        • 渗透压和水活度
          • 水活度：在天然或人为环境中，微生物可以实际利用的自由水或游离水含量
        • 氧化还原电势
          • 厌氧微生物重要指标
      • ④经济节约
    • 四种方法
      • ①生态模拟
      • ②借鉴文献
      • ③精心设计
      • ④试验比较
  • 3.培养基种类
    • 按成分
      • ①天然培养基
        • 一类利用动、植物或微生物体包括用其提取物制成的培养基。营养成分复杂又丰富、难以说出其确切化学组分
        • 例如：牛肉膏蛋白胨培养基（细菌）、麦芽糖汁培养基（酵母菌）
        • 优点：营养丰富、种类多样、配制方便、价格低廉
        • 缺点：成分不清楚、不稳定
      • ②组合培养基
        • 一类按微生物营养要求精确设计后用多种高纯化学试剂配制而成的培养基
        • 例如：葡萄糖铵盐培养基（细菌）、淀粉硝酸盐培养基【高氏Ⅰ号培养基】（霉菌）、蔗糖硝酸盐培养基【察氏培养基】（真菌）
        • 优点：成分明确、重演性高
        • 缺点：价格较贵、配制麻烦、微生物生长较一般
      • ③半合组培养基
        • 一类以化学试剂配制，同时还加有某种或某些天然成分的培养基
        • 例如：马铃薯蔗糖培养基（真菌）
    • 外观（物理状态）
      • ①液体培养基
        • 适用于大规模培养微生物
      • ②固体培养基
        • 固化培养基
          • 凝固剂
            • 琼脂：96℃融化、40℃凝固
            • 明胶
            • 海藻酸胶
        • 非可逆性固化培养基
          • 一旦凝固后不能再重新融化
        • 天然固态培养基
          • 天然固态基质直接配制而成
        • 滤膜
      • ③半固体培养基
        • 在液体培养基中加入少量的凝固剂而配制成的半固体状培养基
      • ④脱水培养基
        • 含有除水以外的一切营养成分的商品化培养基，使用时只要加入适量水分并加以灭菌、分装即可
        • 脱水商品培养基、预制干燥培养基
    • 对微生物功能
      • ①选择培养基
        • 加富性选择培养基
        • 抑制性选择培养基
      • ②鉴别培养基
        • 一类加有能与目的菌的无色代谢物（或酶）发生显色反应（或水解圈）的指示剂，从而达到只需用肉眼辨别颜色就能方便的从近似菌落中找出目的菌落的培养基
        • 伊红-亚甲蓝培养基（EMB）：大肠杆菌，产酸越强颜色越深
    • 按生产目的
      • 种子培养基、发酵培养基
    • 按营养成分是否完全
      • 基本培养基、完全培养基、补充培养基
  • 4.培养基配制
    • 找配方、计算称量、加水溶解、调节pH、过滤分装、放塞包扎、加压灭菌