微生物营养专题知识讲座

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,微生物营养专题知识讲座,微生物营养专题知识讲座,第1页,第一节 微生物,6,类营养要素,1.,碳源（,Carbon source,）,2.,氮源（,Nitrogen source),3.,能源（Energy source),4.生长因子（Growth factor),5.无机盐,6.水,微生物营养专题知识讲座,第2页,1,、微 生 物 碳 源,Carbon source,定义：,一切能满足微生物生长繁殖所需碳元素营养物。碳占细胞干重,50,。,功效：,提供合成细胞物质及代谢物原料,;,并为,整个生理活动提供所需要能源（异养微生物）。,碳源谱,:,无机碳：,如,CO,2,和碳酸盐等。,有机碳：,糖与糖衍生物（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,以及各种含碳化合物。,微生物营养专题知识讲座,第3页,2,、,微 生 物 氮 源,Nitrogen source,概念：,凡能提供微生物生长繁殖所需氮元素营养源。氮占细菌干重,12,15,。,功效：,1,）,提供合成细胞中含氮物，如蛋白质、核酸，以及含氮代谢物等原料；,2,）,少数细菌能够,铵盐、硝酸盐等,氮源为能源。,种类：,无机氮源：,铵盐、硝酸盐、亚硝酸盐、大气,N,2,等,有机氮源：,蛋白胨、酵母膏、玉米浆、鱼粉、黄豆,饼、花生饼等,微生物营养专题知识讲座,第4页,3,、,微 生 物 能 源,化能异养微生物：有机物（同碳源）,化学物质,化能自养微生物：还原态无机物,NH,4,+,NO,2,-,H,2,S,Fe,2,+,等（不一样碳源）,能源,谱,光能：光能自养和光能异养微生物,微生物营养专题知识讲座,第5页,4,、生长因子（,growth factor,）：,定义,:,是一类对微生物正常生活所不可缺乏而需要量又不大，但微生物本身不能用简单碳源或氮源合成，或合成量不足以满足机体生长需要有机营养物质。不一样微生物需求生长因子种类和数量不一样。,狭义：维生素,广义：维生素、氨基酸、碱基、嘌呤、碱基、生物素等,微生物营养专题知识讲座,第6页,5,、微 生 物 无 机 盐,定义：,为微生物细胞生长提供碳、氮源以外各种主要元素（包含大量元素和微量元素）物质，多以无机盐形式共给。,大量元素,：,P,、,S,、,K,、,Mg,、,Ca,、,Na,、,Fe,（微生物生长所需浓度在,10,-3,10,-4,mol/L,）,微量元素,：,Cu,、,Zn,、,Mn,、,Mo,、,Co,（微生物生长所需浓度在,10,-6,10,-8,mol/L,）,微生物营养专题知识讲座,第7页,生理功效,无,机,盐,大量,元素,微量,元素,普通功效,特殊功效,酶激活剂（,Cu,2+,、,Mn,2+,、,Zn,2+,等）,特殊分子或酶结组成份（,Co,、,Mo,等）,维持渗透压,生理调整物质酶激活剂,pH,稳定,化能自养菌能源,(S,、,Fe,2+,、,NH,4,+,、,NO,2,-,),无氧呼吸时氢受体,(NO,3,-,、,SO,4,2-,),细胞内普通分子成份,(,如,P,，,S,，,Ca,，,Mg,，,Fe,等,),微生物营养专题知识讲座,第8页,无机元素起源和功效,微生物营养专题知识讲座,第9页,6,、水,水功效：,是微生物细胞主要组成个别，使原生质保持溶胶状态，确保代谢正常进行,起到物质溶剂和运输介质作用,有效控制细胞内温度改变,微生物营养专题知识讲座,第10页,几个生物,游离水含量,人体：,60%,海蛰：,96%,微生物,孢子,营养体,霉菌孢子：,39%,细菌芽孢：,皮层：,70%,关键：极低,细菌：,80%,酵母：,75%,霉菌：,85%,水在细胞中有两种存在形式：,结合水和游离水,.,不一样细胞及不一样细胞结构中游离水含量有较大差异：,微生物营养专题知识讲座,第11页,微生物对水需要程度（水对微生物生长影响）常见环境（或基质）中,水活度值（,water activity,w,）,表示。,定义：所谓,w,就是水有效浓度，,在一定温度条件下，溶液蒸汽压与纯水蒸汽压之比,即：,w,=/o,表示溶液蒸汽压,o,表示纯水蒸汽压,在,w,为,0.600.99,环境条件都有微生物生长，但对某种微生物而言，它对,w,要求是一定，微生物对水需求有相当改变程度。即微生物不一样，其,生长最适,w,亦不一样。,微生物营养专题知识讲座,第12页,几类微生物生长最适,w,微生物,w,普通细菌 0.91,酵母菌 0.88,霉菌 0.80,噬盐细菌 0.70,噬盐真菌 0.65,嗜高渗酵母 0.60,为了表示微生物生长与水关系，有时也常见相对湿度（,RH),概念（,w,100=RH,）；通常也用测定蒸气相中相对湿度方法得知溶液或物质水活度。,微生物营养专题知识讲座,第13页,第二节 微生物营养类型,依据生长所需要碳源性质分：,异养型：,在生长时需要以复杂有机物质作为营养物质,自养型：,在生长时能以简单无机物质作为营养物质,依据生长时能量起源分：,化能营养型：,依靠化合物氧化释放能量进行生长,光能营养型：,依靠光能进行生长,按供氢体分,无机营养型生物,有机营养型生物,按碳源、能源和供氢体不一样分为：,微生物营养专题知识讲座,第14页,营养类型,微生物营养专题知识讲座,第15页,1,。光能自养型微生物,以,C0,2,作为唯一碳源或主要碳源，并利用,光能,，以,无机物,如硫化氢作为,供氢体,将,CO,2,还原成细胞物质。,光能,CO,2,H,2,S CH,2,O+2S+H,2,O,光合色素,光能自养型微生物,包含蓝细菌（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），因为含有光合色素，因而能使先能转变成化学能（,ATP,），供机体直接利用。,微生物营养专题知识讲座,第16页,2,。光能异养型微生物,利用光能，以简单有机物（醇、有机酸）为供氢体同化,CO2,。红螺菌属中一些细菌属于此种营养类型。,光能,2(H3C),2,CHOH+CO,2,2CH,3,COCH,3,+CH,2,O+H,2,O,光合色素,光能异养型细菌在生长时大多数采要外源生长因子,微生物营养专题知识讲座,第17页,3.,化能自养型微生物,以,CO,2,作为唯一或主要碳源，以,无机物,氧化释放化学能为能源,，利用无机物做为供氢体，使,CO,2,还原成细胞物质。,这类微生物主要有硫化细菌、硝化细菌、氢细菌与铁细菌。它们在自然界物质转换过程中起着主要作用。,微生物营养专题知识讲座,第18页,4.,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个有机物,。,依据化能异养型微生物利用有机物特征，又能够将其分为以下两种类型：,腐生型微生物,：利用无生命活性有机物作为生长碳源。,寄生型微生物,：寄生在生活细胞内，从寄生体内取得生长所需要营养物质。,微生物营养专题知识讲座,第19页,第三节 营养物质进入细胞方式,1,单纯扩散,(simple diffusion or passive diffusion),2,促进扩散,(facilitated diffusion/transport),3,主动运输,(Active transport),4,基团转位,(Group translocation),微生物营养专题知识讲座,第20页,基因转位是一个特殊主动运输，与普通主动运输相比，营养物质在运输过程中发生了化学改变（糖在运输过程中发生了磷酸化）。其余特点与主动运输相同。,基因转位主要存在于厌氧和兼性厌氧型细菌中，也主要是用于单（或双）糖与糖衍生物，以及核苷与脂肪散运输,基团转位,(Group translocation),微生物营养专题知识讲座,第21页,在酶,作用下,HPr,被激活,在酶,作用下,P-HPr,将磷酸转移给糖,微生物营养专题知识讲座,第22页,四种运输营养物质方式比较,比较项目,单纯扩散,促进扩散,主动运输,基团转位,特异载体蛋白,运输速度,物质运输方向,胞内外浓度,运输分子,能量消耗,运输后物质结构,无,慢,由浓至稀,相等,无特异性,不需要,不变,有,快,由浓至稀,相等,特异性,不需要,不变,有,快,由稀至浓,胞内浓度高,特异性,需要,不变,有,快,由稀至浓,胞内浓度高,特异性,需要,改变,微生物营养专题知识讲座,第23页,第四节 培养基,(medium),定义,：依据微生物营养要求，由人工配制、微生物生长繁殖或积累代谢产物用营养基质。,特点：,任何培养基都应具备微生物所需要六大营养要素，且应百分比适当。一旦配成必须马上灭菌。,用途：,促使微生物生长；积累代谢产物；分离微生物菌种；判定微生物种类；微生物细胞计数；菌种保藏；制备微生物制品等。,微生物营养专题知识讲座,第24页,一、培养基配制标准,1,。,目标明确：,培养基组分应适合微生物营养特点,2,。,营养协调：,营养物浓度与百分比应恰当,3,。,条件适宜：,物理化学条件适宜,4,。,经济节约：,依据培养目标选择原料及其起源,微生物营养专题知识讲座,第25页,（一）培养基组分应适合微生物营养特点,按微生物主要,类群,来说，它们所需要培养基成份也不一样：,细 菌：牛肉膏蛋白胨培养基,LB,(Luria-Bertani),放线菌：高氏一号培养基,真 菌：察氏合成培养基,PDA,(Potato-Dextrose-Agar),酵母菌；麦芽汁,微生物营养专题知识讲座,第26页,（二）营养物浓度与百分比应恰当,浓度过高,微生物生长起抑制作用，,浓度过小,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形成与积累，故常作为考查培养基组成时一个主要指标；,碳源中碳原子,mol,数,氮源中所含氮原子,mol,数,C/N,比值,=,例：谷氨酸生产中,C/N,4/1,时，菌体大量繁殖，谷氨酸积累少；,C/N,3/1,时，菌体生长受抑制，而谷氨酸大量增加。,微生物营养专题知识讲座,第27页,（三）物理化学条件适宜,（,1,）,pH:,各类微生物最适生长,pH,值各不相同,：,在微生物生长和代谢过程中，因为营养物质利用和代谢产物形成与积累，培养基初始,pH,值会发生改变，为了维持培养基,pH,值相对恒定，通常采取以下两种方式：,内源调整,：在培养基里加一些缓冲剂或不溶性碳酸盐（,CaCO3,）；调整培养基碳氮比。,外源调整,：按实际需要不停向发酵液流加酸或碱液,微生物营养专题知识讲座,第28页,（,2,）渗透压,等渗溶液适宜微生物生长,高渗溶液细胞发生,质壁分离,低渗溶液细胞,吸水膨胀,大多数微生物适合在等渗环境下生长，而有菌如,Staphylococcus aureus,则能在,3mol/L NaCl,高渗溶液中生长。能在高盐环境（,2.86.2/L NaCl,）生长微生物常被称为嗜盐微生物（,Halophiles,）。,微生物营养专题知识讲座,第29页,（,3,）,氧化还原电势,(redox poyential),各种微生物对培养基氧化还原电势要求：,好氧微生物：,+0.3+0.4V,(,在,0.1V,以上环境中均能生长,).,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、,+0.1V,以下发酵,培养基是多,氧化还原,型,复杂电化学系统，测出,E,h,值仅代表其综合结果。,对微生物影响最大是：分子氧浓度,培养基中常见还原剂：巯基乙酸、抗坏血酸、硫化氢、半胱氨酸、谷胱甘肽、二硫苏糖醇等。,微生物营养专题知识讲座,第30页,（四）依据培养基应用目标选择原料及其起源,该培养基应用目标，即：,是培养菌体还是积累代谢产物？,是试验室种子培养还是大规模发酵？,代谢产物是初级代谢产物还是次级代谢产物？,提倡,以粗代精，以野代家，以废代好，以简代繁，以烃代粮，以纤代糖，以氮代朊，以国代进。,微生物营养专题知识讲座,第31页,二、培养基类型及其应用,-1,依据所培养微生物微生物类群来分,细菌培养基,放线菌培养基