1、第四章微生物的营养和培养基Chapter 4 Microbial Nutrition and Culture medium,化学与生命科学学院 卜宁,Chemistry and Life Science College,第四章 微生物的营养和培养基,第一节 微生物的6类营养要素第二节 微生物的营养类型第三节 营养物质进入细胞的方式第四节 培养基,第一节 微生物的6类营养要素,一、微生物细胞的化学组成二、营养物质及其生理功能,微生物是杂食性的：一般生物能利用的，微生物能利用；一般生物不能利用的，微生物也能利用；对一般生物有害的，微生物还能利用。,营养 生物体从外部环境中吸收生命活动所必需的物质和
2、能量，以满足其生长和繁殖需要的一种生理功能。（过程）营养物质 参与营养过程并具有营养功能的物质。它是一切微生物新陈代谢的基础，可为微生物的生命活动提供结构物质、能量、代谢调节物质和生理与生存环境。,微生物通过多种方式从环境中吸收营养物质，不同类型的营养物质往往通过不同的运输途径进入细胞。 对微生物细胞组成的系统分析，了解微生物的营养需求，针对不同的微生物，根据不同的培养目标，配制适合微生物“胃口”培养基，是培养和研究微生物的基础。,微生物的化学组成与各成分含量基本反映了微生物生长繁殖所需求的营养物的种类与数量。分析微生物的化学组成与各成分数量，是了解微生物营养需求的基础，也是培养微生物时，设计
3、与配制培养基乃至对生长繁殖过程进行调控的重要理论依据之一。1.元素组成： C、H、O、N、P、S、K、Na、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Co、Zn、Mo。其中C、H、O、N、P 、S占细胞干重的97%。,一、微生物细胞的化学组成,2.元素在细胞内存在形式 (1)水：约占细胞湿重的90%,以游离水和结合水两种形式存在 游离水：干重法可测得； 结合水：不易蒸发、不冻结、也不能渗透,占水总量的17%28% (2)有机物：蛋白质、糖、脂类、核酸、维生素及其降解产物. (3)无机盐：参与有机物组成，单独存在于细胞质内以无机盐的形式存在. 3.影响微生物细胞化学组成的因素(1)微生物的种类：硫细菌、铁细
4、菌、海洋细菌含有较多的S、Fe、Cl和Na(2)菌龄：幼龄菌中含氮量较高。(3)培养条件：在氮源丰富的环境中生长的微生物含氮量较高。,二、6类营养物质及其生理功能,碳源氮源无机盐生长因子水能源,1.碳源,定义 凡可被用来构成细胞物质或代谢产物中碳素来源的营养物质。,功能 提供合成细胞物质及代谢物的原料;并为整个生理活动提供所需要能源（异养双功能）。,种类 无机含碳化合物：如CO2和碳酸盐等。 有机含碳化合物：糖与糖的衍生物（多糖：如淀粉、麸皮、米糠等；饴糖；单糖）,脂类、醇类。有机酸、烃类、芳香族化合物以及各种含碳的化合物。,工业 玉米粉、面粉、麸皮、米糠、糖蜜等,实验室 葡萄糖、果糖、蔗糖、
5、淀粉、甘露醇、甘油、有机酸等,糖类是许多微生物较易利用的碳源和能源，其次是醇类、有机酸类和脂类。,微生物对糖的利用，单糖优于双糖和多糖，已糖胜于戊糖，葡萄糖胜于甘露糖、半乳糖；在多糖中，淀粉明显优于纤维素或几丁质等多糖，同型多糖优于琼脂等杂多糖和其他聚合物（木质素）等,定义 凡是能被微生物用来构成细胞物质或代谢产物中氮素来源的营养物质称为氮源。,功能 提供合成细胞中含氮物，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、硝酸盐等氮源为能源。,种类 无机氮：铵盐、硝酸盐、亚硝酸盐、尿素、 氨、N2等； 有机氮：蛋白质及其降解产物（如胨、肽、氨基酸） a.速效氮源：实验室常用牛肉膏、蛋白
6、质 、酵母膏做氮源 b.迟效氮源：生产用鱼粉、玉米浆、豆饼、花生饼等。 气体氮：固氮微生物以分子氮为唯一氮源,2.氮源,迟效氮源：不能被微生物直接吸收， 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细胞利用的有机氮源。速效氮源：无机氮源或以蛋白质降解产物形式存在的有机氮源可以被微生物细胞直接吸收和利用的有机氮源。 速效氮源通常有利于机体的生长， 迟效氮源有利于代谢产物的形成。生理酸性盐：由于其阳离子中的氮被微生物选择性吸收利用而造成培养基的pH下降的盐。如(NH4)2SO4 生理碱性盐：由于其阴离子中的氮被微生物选择性吸收利用而造成培养基的pH上升的盐。如NaNO3,生理功能参与细胞
7、结构物质的组成；参与酶的组成及调节酶的活性；参与能量转移；调节并维持细胞渗透压的平衡；作为某些微生物的能源物质,3.无机盐类,大量（主要/宏量）元素： P、S、K、Na、Ca、Mg等， 需要量：10-310-4M微量元素 ： Fe、Mn、Cu、Co、Zn、Mo等， 需要量： 10-610-8M,一般微生物生长所需要的无机盐有：硫酸盐、磷酸盐、氯化物以及含有钠、钾、镁、铁等金属元素的化合物。,无机元素的来源和功能,元素人为提供形式生 理 功 能PKH2PO4、K2HPO4核酸、磷酸和辅酶的成分SMgSO4含硫氨基酸、含硫维生素成分KKH2PO4、K2HPO4酶的辅因子、维持电位差和渗透压NaNa
8、Cl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MgMgSO4固氮酶辅因子、叶绿素成分FeFeSO4Cyt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CuCuSO4氧化酶、酪氨酸酶的辅因子ZnZnSO4碱性磷酸酶、脱氢酶、肽酶、脱羧酶辅因子Mo(NH4)6Mo7O24 固氮酶和同化型及异化型硝酸盐还原酶的成分,微生物生长所必需，但不能用简单的碳氮源自行合成的微量有机物质。不同微生物需求的生长因子的种类和数量不同。 种类：维生素、氨基酸、碱基 需要量： 维生素
9、：150ug/L 氨基酸：2050ug/L 碱 基：1020ug/L 核苷或核苷酸：2002000ug/L,4.生长因子,缺乏合成生长因子能力的微生物称为营养缺陷型微生物,根据微生物对生长因子的需要存在差异，可分为：,1.野生型(原养型) 不需要生长因子而能在基础培养基上生长的菌株称野生型菌或原养型。2.营养缺陷型 某些菌株发生突变(自然突变或人工诱变)后，失去合成某种(或某些)对该菌株生长必不可少的物质(通常是生长因子如氨基酸、维生素)的能力，必须从外界环境获得该物质才能生长繁殖，这种突变型菌株称为营养缺陷型。,注：营养缺陷型菌株经常用来进行微生物遗传学方面的研究。,培养基中添加生长因子的措
10、施 由于对某些微生物所需的生长因子不了解，因此常在培养基里添加富含生长因子的物质 酵母膏，牛肉膏，玉米浆，肝浸汁，麦芽汁,水的生理功能细胞的重要组分，维持细胞正常形态微生物进行代谢活动的介质 参与细胞内一系列生化反应调节和控制细胞温度维持蛋白质、核酸等生物大分子稳定的天然构象,5.水,环境中水的存在状态 结合水：与溶质或其它分子结合而不能被微生物所利用状态的水； 游离水：可以被微生物所利用的水 水活度 在一定温度和压力下，溶液的蒸气压力与 同样条件下纯水蒸气压力之比。 aw= p/p0 p：溶液蒸气压力 p0：纯水蒸气压力 微生物生长要求：aw=0.63-0.99,在常温常压下，纯水的aw为1.00。当溶质溶解在水中以后，使分子间的引力增加，冰点下降，沸点上升，蒸汽压下降， aw变小。 溶液浓度与水活度成反比，溶质越多， aw越小，反之， aw越大。,几类微生物生长最适aW,6.能源,能为微生物生命活动提供最初能量来源的营养物质或辐射能。能源谱 化学物质 化能异养微生物的能源-有机物 化能自养微生物的能源-无机物 光能：光能自养微生物和光能异养微生物的能源,
