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05 第四章 微生物的营养和培养基 .ppt

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本课件讲授微生物的营养与培养基,先界定营养与营养物的概念,再依次展开碳素、氮素、矿物质、生长因子和水五大类营养物质的功能;随后介绍按能源、碳源与氢供体划分的光能自养型、光能异养型、化能自养型与化能异养型四种营养类型,比较单纯扩散、促进扩散、主动运输与基团转移四种膜运输方式,最后说明培养基的配置原则与按成分、物理状态、用途的分类。

第四章微生物的营养和培养基封面,标示本章主题为微生物生命活动所需的营养与培养基
本章内容导览页,列出微生物所需营养物质、营养类型、营养物质吸收与培养基四节
营养与营养物概念说明页,强调营养是摄取能量与物质以满足生长繁殖的基本生理功能
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第1页:第四章微生物的营养和培养基封面

第四章 微生物的营养和培养基 Microbial Nutrition and Metabolism封面,标示本章主题与篇章起始。

第2页:本章内容

内容(2学时)

  1. 第一节 微生物所需营养物质
  2. 第二节 微生物的营养类型
  3. 第三节 微生物对营养物质的吸收
  4. 第四节 培养基

第3页:营养与营养物

几个概念

营养(Nutrition)
生物体从外界环境提取其生命活动所必需的能量和物质,满足其生长和繁殖所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。

第4页:第一节微生物所需营养物质

第一节 微生物所需营养物质:自然界许多物质可以被不同的微生物利用,根据其性质和作用可将微生物的营养物质分为:

  1. 碳素营养物质
  2. 氮素营养物质
  3. 矿物质营养物质
  4. 生长因子
  5. 水份

第5页:碳素营养物质

一、碳素营养物质及其功能

1. 碳素营养物质(碳源)

  • 无机碳化合物:CO2 或碳酸盐
  • 有机碳化合物:糖类(单糖、双糖、寡糖、多糖)、醇类(乙醇)、有机酸(甲酸、乙酸)、脂类

第6页:碳源的环境意义与功能

各种农副产品,甚至有些微生物还可以利用石蜡、酚、氰化物及塑料等高度不活跃的碳氢化合物和有毒物质。

这些在环境保持上有重要的意义:

  • 霉菌和诺卡氏菌可以降解氰化物
  • 假丝酵母可以降解塑料
  • 假单胞菌可以降解酚类化合物
  • 目前在微生物分类中已利用了 140 种碳素化合物进行菌种鉴定

碳素的功能:组成有机分子的 C 架;为细胞提供能量。

第7页:氮素营养物质

二、氮素营养物质及其功能

  • 细菌、酵母菌细胞中的含 N 量约占细胞干重的 7%—13%;霉菌细胞中的含 N 量约占干重的 5% 左右
  • N 源物质有:分子氮(N2,固氮微生物的 N 源)、无机氮化物(铵盐、硝酸盐)、有机氮化物(牛肉膏、蛋白胨、尿素、酪素、玉米浆、豆饼粉等)
  • N 素营养的功能:组成有机分子

第8页:矿物质营养物质

三、矿物质营养物质

大量元素
P、S、K、Mg、Ca、Fe,分别参与细胞结构,能量转移,物质代谢,调节细胞原生质的胶体状态,调节渗透压、pH 和 Eh。
微量元素
包括 Mn、Mo、Cu、Co、Zn、Se 等,需要量很少,多是辅酶、辅基的元素成分或酶的激活剂。

第9页:微生物所需营养元素及功能

微生物所需营养元素及功能:本页汇总各类矿质元素的来源、化合物形式与生理功能,建议对照原课件图片查阅各元素对应的作用。

第10页:生长因子

四、生长因子:是一类需要量少,但却能促进微生物生长的有机化合物的总称,主要有维生素、氨基酸和碱基等。

维生素的功能:

  • B1(硫胺素):脱羧酶、转醛酶、转酮酶的辅基
  • B2(核黄素):黄素蛋白的辅基,FMN、FAD 的前体
  • 烟酸:NAD 和 NADP 的前体,脱氢酶的辅酶
  • 对氨基苯甲酸:叶酸的前体
  • B6(吡哆醇):转氨酶与脱羧酶的辅基
  • 泛酸:CoA 的前体
  • 叶酸:四氢叶酸与核酸合成有关
  • B12:钴酰胺辅酶
  • 硫辛酸:催化丙酮酸和 α-酮戊二酸氧化脱羧

第11页:水份

五、水份

微生物细胞的含水量约占细胞鲜重的 70%—90%。

水对微生物的生理作用:

  1. 是细胞的重要组成成分,细胞中大部分是水
  2. 是生化反应的介质,细胞中的生理生化反应均在水中进行
  3. 是营养物质和代谢产物的良好溶剂
  4. 水的比热高,热的传导性好,能有效地吸收代谢过程中放出的热并散发出去,避免细胞内温度陡然升高
  5. 维持细胞的膨压

第12页:水的活度

水的活度
在相同的温度和压力下,溶液中的蒸汽压和纯水的蒸汽压之比,即 Aw = P溶液 / P纯水;纯水的 Aw = 1,当水中有溶质时,水的活度变小。

一般来说,细菌生长需要的 Aw > 霉菌 > 嗜盐菌 > 耐旱真菌。微生物生长需要的水的活度在 0.63—0.99。当环境中的 Aw 低于微生物生长需要时,微生物的生长受阻,甚至停止生长。

第13页:第二节微生物的营养类型

第二节 微生物的营养类型

自然界生物的营养类型包括:

  • 异养型:以复杂的有机物作为营养物质,动物属此
  • 自养型:以简单的无机物作为营养物质,植物属此
  • 微生物兼有上面两种类型

第14页:四种营养类型比较

根据微生物获取能源、碳源以及供氢体(电子供体)划分的营养类型:下表列出四类。

微生物四种营养类型比较
营养类型能源碳源氢供体
光能自养型光CO2无机物
光能异养型光CO2 及简单有机物有机物
化能自养型无机物CO2无机物
化能异养型有机物有机物有机物

第15页:单纯扩散

微生物对营养物质的吸收:胞膜是隔离细胞内外的主要屏障,养料通过膜进入细胞的过程称膜运输。

一、单纯扩散

  1. 不需载体
  2. 不消耗能量

该运送方式可以把水、气体、甘油及某些离子运进细胞,但不是微生物吸收营养物质的主要方式。

第16页:促进扩散与主动运输

二、促进扩散(facilitated diffusion)
高浓度 → 低浓度;不消耗能量;需要载体。
三、主动运输(active transport)
低浓度 → 高浓度;消耗能量;需要载体。

第17页:基团转移

四、基团转移(group translocation)

  1. 低浓度 → 高浓度
  2. 消耗能量
  3. 需要载体
  4. 溶质在转移前后分子结构发生变化

第18页:四种运输方式的比较

四种运输方式的比较:下表按浓度梯度、载体、能量消耗、运输物质与说明逐项对比。

四种膜运输方式的比较
运输方式浓度梯度载体消耗能量运输物质说明
单纯扩散高→低无不①水 ②气体 ③甘油 ④某些离子不是微生物吸收营养物质的主要形式
协助扩散(促进扩散)高→低有不①氨基酸 ②糖 ③维生素 ④无机盐主要存在真核微生物中
主动运输低→高有消耗①糖 ②氨基酸 ③某些阳离子好氧菌的主要运输方式
基团转移—有消耗①糖 ②核苷酸 ③脂肪酸主要存在厌氧菌和兼性厌氧菌中

第19页:第四节培养基

第四节 培养基

培养基(Culture media)
由人工配制、供给微生物生长繁殖或积累代谢产物所用的营养基质叫做培养基。

配制培养基的原则:

  1. 满足微生物的营养要求
  2. 注意营养成分的 C:N
  3. 注意渗透压
  4. 调节 pH 值
  5. 注意 Eh 值

第20页:按成分划分的培养基

按培养基的成分划分

  1. 天然培养基:由化学成分不完全清楚的天然物质配制而成的培养基,如培养细菌的牛肉膏、蛋白胨
  2. 合成培养基:由化学成分已知的化合物配制而成的培养基,如培养放线菌的高氏一号合成培养基
  3. 半合成培养基:由化学成分不详和化学成分已知的化合物配成的培养基,如用来培养真菌的马铃薯蔗糖培养基

第21页:按物理状态与用途划分的培养基

按物理状态分

  1. 固体培养基:加 1.5%—2.0% 的琼脂做凝固剂
  2. 半固体培养基:加 0.2%—0.5% 的琼脂做凝固剂
  3. 液体培养基
  4. 脱水培养基

按用途分

  1. 基础培养基
  2. 加富培养基
  3. 选择培养基
  4. 鉴别培养基
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