【生物课件】第五章微生物的营养和培养基第四节培养基.ppt
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1、【生物课件】第五章-微生物的营养和培养基-第四节-培养基,【生物课件】第五章-微生物的营养和培养基-第四节-培养基,第四节 培养基,第四节 培养基,培养基(medium,复数media;或culture medium) 是指由人工配制的、适合微生物生长繁殖或产生代谢产物用的混合营养料。(参见P91),任何培养基都应具备微生物所需要的六大营养要素,其间的比例是合适的?,碳源、氮源、无机盐、能源、生长因子、水,培养基(medium,复数media;或culture m,link1,绝大多数微生物都可在人工培养基上生长,只有少数难养菌(fastidious microorganisms)至今无法在人
2、工培养基上生长。,link1 绝大多数微生物都可在人工培养基上生长,只有,一、选用和设计培养基的原则和方法(一)配制培养基的4个原则 1.目的明确,培养不同的微生物必须采用不同的培养条件;培养目的不同,原料的选择和配比不同;,一、选用和设计培养基的原则和方法(一)配制培养基,例如枯草芽孢杆菌:一般培养:肉汤培养基或LB培养基;自然转化:基础培养基;观察芽孢:生孢子培养基;产蛋白酶:以玉米粉、黄豆饼粉为主的产酶培养基;,根据不同的工作目的,微生物不同的营养需要,运用自己丰富的生物化学和微生物学知识来配制最佳的培养基。,例如枯草芽孢杆菌: 根据不同的工作目的,微生物不同的营,微生物细胞组成元素的调
3、查或分析,是设计培养基时的重要参考依据。,2.营养协调,微生物细胞组成元素的调查或分析,是设计培养基时的重要,【生物课件】第五章-微生物的营养和培养基-第四节-培养基,微生物细胞内各种成分间有一较稳定的比例。,在大多数化能异养菌的培养基中,各营养要素间在量上的比例大体符合以下十倍序列的递减规律:,要素:含量:,H2O (10-1),C源+能源 (10-2),N源 (10-3 ),K、Mg (10-5 ),P、S(10-4 ),生长因子(10-6 ),微生物细胞内各种成分间有一较稳定的比例。 在大多数化能,实验室的常用培养基:细菌: 牛肉膏蛋白胨培养基(或简称普通肉汤培养基);放线菌:高氏1号合
4、成培养基培养;酵母菌:麦芽汁培养基;霉菌: 查氏合成培养基;,实验室一般培养:普通常用培养基;遗传研究:成分清楚的合成培养基;生理、代谢研究:选用相应的培养基配方;,(1)选择适宜的营养物质,实验室的常用培养基:实验室一般培养:普通常用培养基;(1)选,营养物质的浓度适宜;营养物质之间的配比适宜;,高浓度糖类物质、无机盐、重金属离子等不仅不能维持和促进微生物的生长,反而起到抑制或杀菌作用。,(2)营养物质浓度及配比合适,营养物质的浓度适宜; 高浓度糖类物质、无机盐、,培养基中各营养物质之间的浓度配比也直接影响微生物的生长繁殖和(或)代谢产物的形成和积累,其中碳氮比(CN)的影响较大。,link
5、2,发酵生产谷氨酸时:碳氮比为4/1时,菌体大量繁殖,谷氨酸积累少;碳氮比为3/1时,菌体繁殖受到抑制,谷氨酸产量则大量增加。,培养基中各营养物质之间的浓度配比也直接影响微,真菌需CN比较高的培养基;(素食)细菌(动物病原菌)需CN比较低的培养基;(荤食),真菌需CN比较高的培养基;(素食),NH3 CO(NH2)2 NH4NO3 (NH4)2CO3 (NH4)2SO4,含氮量(82) (46) (35) (29.2) (21),在同样重量时,在以上各氮源中含氮量以氨为最高,尿素次之,硝酸铵和碳酸铵更次之,而硫酸铵则最低。,NH3 CO(NH2)2 NH4NO3 (NH4,3.理化适宜,指培养
6、基的pH值、渗透压、水活度和氧化还原电势等物理化学条件较为适宜。,H渗透压和水活度氧化还原电位,3.理化适宜 指培养基的pH值、渗透压、水活度,(1) pH,各大类微生物都有其生长适宜的pH范围,培养基的pH必须控制在一定的范围内,以满足不同类型微生物的生长繁殖或产生代谢产物。,(1) pH 各大类微生物都有其生长适宜的pH,细菌: pH 7.08.0放线菌:pH 7.58.5酵母菌: pH 3.86.0霉菌:pH 4.05.8藻类: pH 6.07.0原生动物: pH 6.08.0,嗜极菌(extremophiles),初始pH,通常培养条件:,细菌: pH 7.08.0嗜极菌(extrem
7、ophile,在微生物的生长、代谢过程中会产生引起培养基pH改变的代谢产物,为了维持培养基pH的相对恒定,通常要进行pH的调节。,H的内源调节,H的外源调节,H的调节,在微生物的生长、代谢过程中会产生引起培养基pH改变的,(2)渗透压和水活度,它表示两种浓度不同的溶液间被一个半透性薄膜隔开时,稀溶液中的水分子会因水势(water potentiality)的推动而透过隔膜流向浓溶液,直到浓溶液产生的机械压力足以使两边水分子的进出达到平衡为止,这时由浓溶液中的溶质所产生的机械压力,即为它的渗透压值。,渗透压(osmotic pressure)是某水溶液中一个可用压力来量度的一个物化指标。,(2)
8、渗透压和水活度 它表示两种浓度不同的溶液间被一个,与微生物细胞渗透压相等的等渗溶液最适宜微生物的生长;高渗溶液会使细胞发生质壁分离;低渗溶液则会使细胞吸水膨胀,形成很高的膨压,这对细胞壁脆弱或丧失的各种缺壁细胞,例如原生质体、球状体或支原体来说,则是致命的。,与微生物细胞渗透压相等的等渗溶液最适宜微生物的生长;,是一个比渗透压更有生理意义的一个物化指标。它表示在天然或人为环境中,微生物可实际利用的自由水或游离水的含量。,水活度的定量涵义,水活度即aw(wateractivity),是一个比渗透压更有生理意义的一个物化指标。它表示在天,(3)氧化还原电势(redox potential),又称氧
9、化还原电位,是度量某氧化还原系统中还原剂释放电子或氧化剂接受电子趋势的一种指标。 一般以Eh表示,它是指以氢电极为标准时某氧化还原系统的电极电位值,单位是V(伏)或mV(毫伏)。,(3)氧化还原电势(redox potential),不同类型微生物生长对氧化还原电位的要求不同,好氧性微生物:+0.1伏以上时可正常生长, 以+0.3+0.4伏为宜;厌氧性微生物:低于+0.1伏条件下生长;兼性厌氧微生物:+0.1伏以上时进行好氧呼吸, +0.1伏以下时进行发酵。,不同类型微生物生长对氧化还原电位的要求不同好氧性微生物:+0,氧化还原电位与氧分压和pH有关,也受某些微生物代谢产物的影响,增加通气量(
10、如振荡培养、搅拌)提高培养基的氧分压,或加入氧化剂,从而增加Eh值;在培养基中加入巯基乙醇、抗坏血酸(Vc,0.1%)、硫化氢(0.025%)、半胱氨酸(0.05%)、谷胱甘肽、铁屑、二硫苏糖醇、庖肉(瘦牛肉粒)等还原性物质可降低Eh值。,氧化还原电位与氧分压和pH有关,增加通气量(如振荡培养、搅拌,测定氧化还原电势除用电位计外,还可在培养基中加入化学指示剂刃天青(resazurin)进行间接测定。,在无氧条件下呈无色(Eh-40 mV);在有氧条件下,其颜色与溶液的pH相关;(中性紫色;碱性蓝色;酸性红色)在微量氧时,它呈粉红色。,刃天青,测定氧化还原电势除用电位计外,还可在培养基中加入化学
11、,4.经济节约,配制培养基时应尽量利用廉价且易于获得的原料作为培养基成份,特别是在发酵工业中,以降低生产成本。,(1)以粗代精,对微生物来说,各种粗原料营养更加完全,效果更好。而且在经济上也节约。大量的农副产品或制品,如麸皮、米糠、玉米浆、酵母浸膏、酒糟、豆饼、花生饼、蛋白胨等都是常用的发酵工业原料,以野生植物原料代替栽培植物原料,如木薯、橡子、薯芋等都是富含淀粉质的野生植物,可以部分取代粮食用于工业发酵的碳源。,(2)以“野”代“家”,(3)以废代好,以工农业生产中易污染环境的废弃物作为培养微生物的原料。例如,糖蜜(制糖工业中含有蔗糖的废液)、 乳清(乳制品工业中含有乳糖的废液)、 豆制品工
12、业废液、 黑废液(造纸工业中含有戊糖和己糖的亚硫酸纸浆)等。 工业上的甲烷发酵主要利用废水、废渣作原料,在我国农村,已推广利用粪便及禾草为原料发酵生产甲烷作为燃料。,4.经济节约配制培养基时应尽量利用廉价且易于获得的原料作为培,(4)以简代繁,某制药厂改进链霉素发酵液中的原有配方,设法减去30-50%的黄豆饼粉、25%的葡萄糖和20%硫酸铵,结果反而提高了产量。,(5)以氮代朊,以大气氮、铵盐、硝酸盐或尿素等一类非蛋白质或非氨基酸廉价原料用作发酵培养基的原料,让微生物转化成菌体蛋白质或含氮的发酵产物供人们利用。,(6)以纤代糖,开发利用纤维素这种世界上含量最丰富的可再生资源。将大量的纤维素农副
13、产品转变为优质饲料、工业发酵原料、燃料及人类的食品及饮料。,(7)以烃代粮,以石油或天然气副产品代替糖质原料来培养微生物。生产石油蛋白;将石油产品转化成一些产值更高的高级醇、脂肪酸、环烷酸等化工产品和若干合成物;对石油产品的品质进行改良,如脱硫、脱蜡等。,(8)以“土”代“洋”,以国产原料代替进口原料,尽量减少工业成本。国内青霉素发酵工业的迅速发展,依赖于找到了富有中国特色的培养基配方,即用廉价的棉子饼(或花生饼)和白玉米粉代替玉米浆和乳糖。,(4)以简代繁 某制药厂改进链霉素发酵液中的原有配方,,(二)4种方法 1.生态模拟,直接取用这类天然基质(经过灭菌)或模拟这类自然条件,就可获得一个“
14、初级的”天然培养基来培养相应的微生物。,(二)4种方法 1.生态模拟 直接取用这,例如,用肉汤、鱼汁来培养细菌; 用果汁来培养酵母菌; 用润湿的麸皮、米糠培养霉菌; 用米饭或面包来培养根霉; 用肥土来培养放线菌; 用玉米芯来培养脉孢菌(Neurosporaspp.)等。,例如,用肉汤、鱼汁来培养细菌;,2.参阅文献,(1)直接经验 (2)查阅、分析和利用一切文献资料上的对自己直接或间接有关的信息,2.参阅文献(1)直接经验,中国期刊网(全文数据库)万方数据资源系统维普数据库生物引擎 http:/www.bio- http:/ http:/www.bio-,中国期刊网(全文数据库),3.精心设计
15、,设计、试验新配方,各项因素的比较或反复试验,优选法或正交试验设计法,工作量很大,3.精心设计设计、试验新配方各项因素的比较或反复试验优选法或,4.试验比较,试验的规模一般都遵循由定性到定量、由小而大地逐步扩大的原则。,生态模拟,参阅文献,精心设计,试验比较,设计一种优化的培养基,4.试验比较试验的规模一般都遵循生态模拟参阅文献精心设计试验,例如,先在培养皿琼脂平板上测试某微生物的营养要求, 然后作摇瓶培养(shake culture)试验, 再进行台式发酵罐培养试验, 最后才扩大到试验型发酵罐和生产型发酵罐的规模。,例如,先在培养皿琼脂平板上测试某微生物的营养要求,,【生物课件】第五章-微生
16、物的营养和培养基-第四节-培养基,二、培养基的种类,培养基微生物的菜谱名目繁多、种类各异,二、培养基的种类培养基微生物的菜谱,(一)按对培养基成分的了解作分类,天然培养基,组合培养基,半组合培养基,(一)按对培养基成分的了解作分类天然培养基组合培养基半组合培,(二)按培养基外观的物理状态作分类,液体培养基,固体培养基,半固体培养基,脱水培养基,(二)按培养基外观的物理状态作分类液体培养基固体培养基半固体,(三)按培养基对微生物的功能作分类,选择性培养基,鉴别性培养基,基础培养基,加富培养基,增殖培养基,(三)按培养基对微生物的功能作分类选择性培养基鉴别性培养基基,(四)发酵工厂的培养基 1.
17、种子培养基,为了在较短时间内获得数量较多的强壮而整齐的种子细胞,需要使用种子培养基。 种子培养基营养丰富、氮源充足,由于用量不多,原料可使用较为精制的。,(四)发酵工厂的培养基 1. 种子培养基 为,2. 发酵培养基,发酵培养基适用于合成发酵产物的培养基,如果产物分子中以碳元素为主,发酵培养基中碳源含量就需高些,例如谷氨酸产物;如果产物分子中氮元素较多,氮源也要相应增加。,发酵培养基用量很大,每天都需几十吨,因此要尽量选用成本较低的原料,选原料时还要考虑它对产品提取、工艺条件的影响。,2. 发酵培养基 发酵培养基适用于合成发酵产物的培养基,3. 保种培养基,保种培养基一般营养不需很丰富。,3.
18、 保种培养基保种培养基一般营养不需很丰富。,三、培养基的配制,配料,溶解,调pH,过滤,分装,灭菌,包扎,摆斜面,贮存,三、培养基的配制配料溶解调pH过滤分装灭菌包扎摆斜面贮存,还没有完呢,稍等片刻!,还没有完呢,稍等片刻!,本章小结,1. 营养是一切生命活动所需物质之源,水 碳源 氮源,微生物6大类营养要素碳源、氮源、无机盐、能源、生长因子、水,本章小结1. 营养是一切生命活动所需物质之源水 碳源 ,自养微生物,能源是日光能或还原态无机物;异养微生物,能源就是碳源。,自养微生物,能源是日光能或还原态无机物;,2. 微生物的营养类型,按微生物所需碳源和能源的性质分为四大类:化能异养微生物(最多
19、)化能自养微生物光能异养微生物光能自养微生物,2. 微生物的营养类型按微生物所需碳源和能源的性质分为四大类,3. 微生物的营养的方式,有细胞构造的微生物营养方式都是渗透营养型。单纯扩散、促进扩散、主动运输和基团移位,3. 微生物的营养的方式有细胞构造的微生物营养方式都是渗透营,4. 设计和配置培养基的原则和方法,4个原则:目的明确、营养协调、理化适宜和经济节约4个方法:生态模拟、查阅文献、精心设计和试验比较,4. 设计和配置培养基的原则和方法4个原则:,4. 培养基的种类,天然培养基、组合培养基和半组合培养基;液体培养基、半固体培养基和固体培养基;基础培养基、加富培养基、增殖培养基、选择性培养
20、基和鉴别培养基;种子培养基、发酵培养基和保种培养基。,4. 培养基的种类天然培养基、组合培养基和半组合培养基;,复习思考题,设计一张表格,比较一下微生物6类营养要素。2. 设计表格,比较微生物的4大营养类型。3. 设计表格,比较四种营养物质进入细胞的方式。4. 对培养基的种类列表表示。,复习思考题设计一张表格,比较一下微生物6类营养要素。,下节课再见了,【生物课件】第五章-微生物的营养和培养基-第四节-培养基,是指寄生或共生的微生物,Eg.类支原体(MLO)、类立克次氏体(RLO)和少数寄生真菌等。,难养菌(fastidious microorganisms),是指寄生或共生的微生物,难养菌(
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