导图社区 第三章 微生物的营养及实践应用
第三章 微生物的营养及实践应用 《工科微生物》
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第三章 微生物的营养及实践应用
微生物的六大营养物质
水
约占细胞总重70%-90%，游离水和结合水
表面水分：高温105度烘干，低温真空干燥，红外线快速烘干 细菌：75-85 芽孢：40 酵母：70-85 霉菌：85-95 孢子：38
水的生理功能
溶剂与运输介质的作用
参与细胞内一系列化学反应
维持蛋白质、核酸等生物大分子稳定的天然构象
控制细胞内温度变化
维持细胞自身形态
控制由多亚基组成的结构的组装和解离，如：酶、微管、鞭毛
水活度
定义：水活度为在一定温度和压力条件下，溶液的蒸汽压（材料上部蒸汽相中水浓度）与纯水的蒸汽压（纯水上部蒸汽相中水浓度）之比
aw=P/Po P表示溶液蒸汽压 Po表示纯水的蒸汽压
在aw为0.60-0.99环境下均有利于微生物生长，但对某种微生物而言，他对aw的要求是一定的，微生物对水的需求有相当的变化程度。
无机盐
在机体的生理功能是作为酶活性中心的组成成分， 维持大分子和细胞结构的稳定性， 调节并维持细胞的渗透压平衡， 控制细胞氧化还原电位 作为某些微生物生长的能源物质
碳源
在微生物生长过程中为微生物提供碳素来源的物质
功能：提供合成细胞物质及代谢物的原料；为整个生理活动提供所需要的能源（异养微生物）
种类
无机碳化合物
co2 碳酸盐
有机含碳化合物
糖及其衍生物
氮源
定义：凡是用来构成菌体物质或代谢产物中碳素来源的营养源。一般不作为能源
功能：
提供合成细胞中含氮物质，如蛋白质、核酸、以及含氮代谢物等的原料
少数细菌可以铵盐、硝酸盐等氮源作为能源
氮源种类
迟效氮源：蛋白氮必须通过水解之后降解成胨、肽、氨基酸等才能被机体利用
速效氮源：无机氮源或以蛋白质降解形式存在的有机氮源可以直接被菌体吸收利用
速效氮源常有利于机体生长，迟效氮源有利于代谢产物的形成。
能源
生长因子
微生物生长所需量很小，但微生物自身不能合成或者合成量不足以满足机体生长所需要的有机化合物
对生长因子的需求随微生物种类及条件环境变化而改变
分类
维生素
氨基酸
碱基（嘧啶、嘌呤）
核酸和辅E的重要组分
微生物的营养要求
微生物的化学组成
化学元素
主要元素：碳氢氧氮磷硫钾钙镁
微量元素：锌锰氯钼硒钴铜
有机物：蛋白质、糖、脂类、核酸、维生素及其降解产物
无机物：参与有机物组成 单独存在于细胞质内以无机盐形式存在
分析细胞成分方式
有机成分
化学法直接抽提——定性定量分析
破碎细胞，获得亚细胞结构——化学分析
无机成分
细胞——550度——灰分——定性定量分析
营养物质及其生理功能
营养：微生物获得和利用营养物质的过程
营养物质：能够满足机体生长、繁殖和完成各种生理活动所需的营养物质
营养物质是生物生存的物质基础，营养是微生物维持和延续其生命形式的一种和生理过程。
微生物营养类型Ⅰ
自养型（autotrophs）
以co2为唯一或主要碳源
异养型（heterotrophs）
以有机物为碳源
光能营养性（phototrophs）
以光为能源
化能营养性（chemotrophs）
以有机物氧化释放的化学能为能源
电子供体
无机营养型（lithotrophs）
以还原性无机物为电子供体
有机营养型（organotrophs）
以有机物为电子供体
微生物营养类型Ⅱ
光能无机自养型
CO2
光能
着色细菌、蓝细菌、藻类
光能有机异养型
有机物
红螺细菌
化能无机自养型
化学能
氢细菌、硫杆菌、甲烷杆菌。。
化能有机异养型
假单细胞菌属、芽孢杆菌属、乳酸菌属、真菌、原生动物
化能自养举例
氧化为Fe，Fe氧化率达95-100%并释放出能量
微生物的营类型划分
红螺菌既可以利用光能，也可以利用黑暗；
氢单胞菌是异养和自养的过渡型（称兼性自养型）
自养与异养的区别不在于能否利用CO2，而在于是否以CO2或碳酸盐为唯一碳源
自养型以无机碳化合物为碳源，异养型虽然也可利用CO2，但必须在有机碳存在的情况下
微生物营养类型概述
微生物培养基种类
基本概念
培养基是微生物学研究和发酵生产的基础
用途
促进微生物生长；
积累代谢产物；
分离微生物菌种
微生物细胞计数
菌种保藏
制备微生物制品
定义：人工配置的，适合微生物生长繁殖或产生代谢的营养物质
培养基配置原则
选择适宜的营养物质
细菌：牛肉膏蛋白胨培养基、LB
放线菌：高氏一号培养基
真菌：查氏合成培养基、PDA
酵母菌：麦芽汁
营养物质的浓度及配比合适
浓度过高微生物生长起抑制作用
浓度过低不能满足微生物生长需要
碳氮比（C/N）直接影响微生物生长与繁殖及代谢物的形成与积累，故常作为考察培养基组成时一个重要指标
速效与迟效比例
控制PH条件
细菌：7-8.0
放线菌：7.5-8.5
酵母菌：3.8-6.0
霉菌：4.0-5.8
控制氧化还原电位
培养基氧化还原电势要求
好氧微生物：+0.3~+0.4V
厌氧微生物：只能在+0.1V以下生长
兼性厌氧微生物：+0.1V以上呼吸，以下发酵
常用还原剂
琉基乙酸、抗坏血酸、硫化氢、半胱氨酸、谷胱甘肽、二硫苏糖醇
原料来源的选择
灭菌处理
高压蒸汽灭菌
一般培养基：1.05Kg/cm2，121.3C，15-30min
含糖培养基：0.56Kg/cm2，112.6C，15-30min
过滤灭菌，分别灭菌，间歇灭菌
器皿灭菌：干热灭菌
无菌室：紫外光、化学药物熏蒸（苯酚、高锰酸钾+甲醛）
设计培养基的方法
生态模拟
查阅文献
精心设计
正交试验法
试验点分布均匀、整齐可比
任何一列中各水平都出现，且出现次数相等
任何两列中各横行组成的数字对，包含着所有可能的数字对，且数字对出现次数相等
培养基的类型及应用
根据微生物种类
培养基成分
天然培养基（非化学限定培养基）
大多数异能化合物生长
合成培养基
光能和化能自养微生物生长及微生物的检验
半组合培养基（合成培养基+天然成分）
培养基物理状态
固体培养基
用于微生物分离、纯化、计数等方面研究
可制成斜面、平板等
半固体培养基
0.2-0.7%琼脂构成
观察细菌运动特征，进行菌种鉴定和噬菌体效价评定
液体培养基
操作方便，常用于大规模工业生产及在实验室进行微生物生理代谢等基本理论研究工作
根据浊度可判断微生物生长程度
培养基用途分类
基础培养基
一般微生物基本营养物质。作为特殊培养基基础成分
加富培养基
加入特殊营养物，用来培养营养要求苛刻的微生物，用以富集和分离
鉴别培养基
用于鉴别不同类型微生物 加入与某种代谢产物发生反应的指示剂或化学药品，产生明显特征性变化 例如：伊红美兰乳糖培养基
选择培养基
用于某种或某类微生物从混杂的微生物群体中分离
其他（others）
营养物质进入微生物的方式
扩散
营养物质通过原生质膜上的含水小孔，由高浓度胞外向低浓度胞内进行。
特点
扩撒不需要载体，是非特异性的营养物质吸收方式
营养物质不与膜上分子反应，本身结构也不发生变化
是一种被动的纯物理过程，动力来自膜内外浓度差
运输速率与浓度差成正比
运输养料有限；水，气体，分子量小的脂溶性颗粒物
促进扩散
营养物通过与细胞膜上载体蛋白（通过酶）的可逆性结合加快其传递速度
营养物质本身在分子结构上不会发生变化
不消耗能量
运输速度由胞外浓度差决定
需要细胞膜上载体蛋白参与运输
有高度特异性
会出现饱和效应
多见于真核微生物
主动运输
膜泡运输
影响营养物质进入细胞的因素
营养物质本身的性质：分子质量、溶解性、电负性、极性
微生物所处环境
微生物细胞的透过屏障
微生物培养基的设计及其工程应用
设计培养基的原则和工科应用方法
采用正交优化分析法快速精准设计培养基
正交实验设计案例
