微生物的营养类型

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,#,微生物的营养类型,微生物的营养类型,第1页,营养类型,微生物的营养类型,第2页,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、硫代硫酸钠或其它无机硫化物作为,供氢体,将,CO,2,还原成细胞物质，同时产生元素硫,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。,微生物的营养类型,第3页,光能异养型微生物,以,CO,2,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,CO,2,还原成细胞物质，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,微生物的营养类型,第4页,利用光能，以简单有机物（醇、有机酸）,为供氢体同化,CO,2,CH,3,光能,CO,2,+2CH,2,-CHOH-,CH,2,O+2CH,3,COCH,3,+H,2,O,菌绿素,例：红螺菌属,（,Rhodospirillum,）,光能异养型微生物,微生物的营养类型,第5页,化能自养型微生物,以,CO,2,或碳酸盐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,电子供体,如,氢气、硫化氢、二价铁离子或亚硝酸盐,等使,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。,微生物的营养类型,第6页,经过氧化无机物取得能量，并以,CO,2,为唯一或主要碳源,1.,硝化细菌,:,亚硝化细菌,2NH,4,+,+3O,2,2NO,2,-,+2H,2,O+4H,+,+132Kcal,硝化细菌,NO,2,-,+1/2O,2,NO,3,-,+18.1 Kcal,三、化能无机营养型,微生物的营养类型,第7页,2.,硫化细菌,:,经过氧化还原态无机,硫化物,（,H,2,S,、,S,、,S,2,O,3,2-,、,SO,3,2-,）,获,得能量,（硫杆菌属，硫微螺菌属）,H,2,S+,1/2,O,2,S+H,2,O+50.1 Kcal,S+1,1/2,O,2,+H,2,O H,2,SO,4,+149.8 Kcal,微生物的营养类型,第8页,3.,铁细菌：,氧化,Fe,2+,为,Fe,3+,获取能量并同化,CO,2,2Fe,2+,+1/2O,2,+2H,+,2Fe,3+,+H,2,O+21.2 Kcal,4.,氢细菌：,含有氢化酶，从氢氧化获取能,量，同化,CO,2,H,2,+1/2 O,2,H,2,O+56.7 Kcal,微生物的营养类型,第9页,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。,存在于寄生与腐生之间中间过渡类型微生物，称为,兼性腐生型,或,兼性寄生型。,微生物的营养类型,第10页,Major nutritional types of microorganisms,Nutritional Type,Energy Source,Carbon Source,Examples,Photoautotrophs,Light,CO,2,Cyanobacteria,some Purple and Green Bacteria,Photoheterotrophs,Light,Organic compounds,Some Purple and Green Bacteria,Chemoautotrophs or Lithotrophs(Lithoautotrophs),Inorganic compounds,e.g.H,2,NH,3,NO,2,H,2,S,CO,2,A few Bacteria and many Archaea,Chemoheterotrophs or Heterotrophs,Organic compounds,Organic compounds,Most Bacteria,some Archaea,微生物的营养类型,第11页,自养微生物：不依赖任何有机营养物即可正常生,活微生物,异养微生物：最少需要提供一个大量有机物才能,满足其正常营养要求微生物（即,其碳源必须是有机物，供氢体是有,机物，能源能够是氧化有机物活利,用日光能）,关于营养类型定义：,微生物的营养类型,第12页,第四节 培养基,(medium),定义：,应科研或生产需要，由人工配制、适合于不一样微生物生长繁殖或积累代谢产物用营养基质（混合养料）。,特点：,任何培养基都应具备微生物所需要五大营养要素，且应百分比适当。所以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,微生物的营养类型,第13页,一、培养基配制标准,（一）培养基组分应适合微生物营养特点（目标明确）,（二）营养物浓度与百分比应恰当（营养协调）,（三）物理化学条件适宜（条件适宜）,（四）依据培养目标选择原料及其起源（经济节约）,微生物的营养类型,第14页,（一）培养基组分应适合微生物营养特点,即依据不一样微生物营养需要配制不一样培养基。,不一样,营养类型,微生物，其对营养物需求差异很大。如,自养型,微生物培养基完全能够（或应该）由简单无机物质组成。异养做生物培养基最少需要含有一个有机物质，但有机物种类需适应所培养菌特点。,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：查氏合成培养基,PDA,(Potato-Dextrose-Agar),酵母菌；麦芽汁,当对试验菌营养需求特点不清楚时候，能够采取,生长谱,法进行测定。,微生物的营养类型,第15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；,速效性氮（或碳）源与迟效性氮（或碳）源百分比,各种金属离子间百分比,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。,微生物的营养类型,第16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,：,细 菌：,7.08.0,放线菌：,7.58.5,酵母菌：,3.86.0,霉 菌：,4.05.8,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；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,微生物的营养类型,第17页,（三）物理化学条件适宜（续）,磷酸缓冲液：,pH,值从,6.07.6,之间,K,2,HPO,4,+HCl KH,2,PO,4,+KCl,KH,2,PO,4,+KOH K,2,HPO,4,+H,2,O,加入,CaCO,3,：,CO,3,2,HCO,3,H,2,CO,3,CO,2,+H,2,O,+H,+,H,+H,+,H,培养基中所含氨基酸、肽、蛋白质等物质也可起到缓冲作用。,微生物的营养类型,第18页,（,2,）渗透压和,a,w,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，直至破裂,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,）,。,微生物的营养类型,第19页,微生物的营养类型,第20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,氧化还原偶,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：分子氧和分子氢浓度,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。,微生物的营养类型,第21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？,用于,培养菌体种子,培养基营养应丰富，氮源含量宜高（碳氮比低）；,用于大量生产,代谢产物,培养基其氮源普通应比种子培养基稍低，（但若发酵产物是含氮化合物时，有时还应提升培养基氮源含量）；若代谢产物是,次级代谢产物,时要考虑是否加入特殊元素或特定代谢产物；,当所设计是,大规模发酵,用培养基时，应重视培养基中各成份起源和价格，应选择起源广泛、价格低廉 原料，提倡以粗代精，以废代好。,微生物的营养类型,第22页,1.,生态模拟,调查所培养菌生态条件，查看“癖好”，对“症”下料,初级天然培养基,.,2.,查阅文件,查阅、分析文件，调查前人工作资料，借鉴人家经验，方便从中得到启发设计有自己特色培养基配方,.,3.,精心设计,借助优选法或,正交试验设计,法等方法,.,二、设计培养基方法,微生物的营养类型,第23页,二、设计培养基方法（续）,4,、试验比 较,：,不一样培养基配方选择比较,单种成份起源和数量比较,几个成份浓度百分比调配比较,小型试验放大到大型生产条件比较,pH,和温度试验,附,1,：,配置培养基时应注意几个问题及处理方法：,1,、沉淀,2,、胶体强度破坏,3,、褐色物质形成,4,、,pH,发生改变,微生物的营养类型,第24页,高压蒸气灭菌,普通培养基,:,1.05 Kg/cm,2,121.3,15-30 min,含糖培养基,:,0.56 Kg/cm,2,112.6,15-30 min,过滤灭菌,分别灭菌,间歇灭菌应用,附,2,：培养基灭菌,微生物的营养类型,第25页,附图：过滤灭菌,微生物的营养类型,第26页,附,3,：器皿灭菌及无菌室消毒,器皿灭菌：,干热空气：,160,，,2,小时,无菌室消毒：,紫外光,化学药品熏蒸（苯酚；高锰酸钾,+,甲醛）,微生物的营养类型,第27页,三、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,霉菌培养基,-2,依据培养目标来分,种子培养基,(seed culture medium),是为确保发酵生产取得大量优质种子而设计培养基，特点是营养较丰富，氮源百分比较高。有时为使菌种能快速适应后面发酵条件，还有意识地加入发酵培养基基质。,发酵培养基,(fermentation medium),用于生产预定发酵产物，普通以碳为主要元素，碳源含量往往高于种子培养基。大规模生产时，原料应价廉易得，还应有利于下游分离提取。,微生物的营养类型,第28页,-1,细菌培养基,营养肉汤（,nutrient broth),：,牛肉膏,3g,；水,1000ml,；,蛋白胨,5g,；,pH 7.27.4,放线菌培养基,高氏,1,号：,可溶