第五章 微生物的营养与培养基课件.ppt
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1、第六章 微生物的营养和培养基,本章主要内容:,一、 微生物细胞的化学组成二、 微生物的营养要素三、 微生物的营养类型四、 微生物对营养物质的吸收方式五、 培养基,营养:指生物体从外部环境中摄取对其生命活动必需的能量和物质,以满足正常生长和繁殖需要的一种最基本的生理功能。从环境中吸取一些物质,以获取能量进行新陈代谢合成物质,表现出微生物的生长和繁殖物质统称为营养物质。,微生物细胞中几种主要元素的含量(细胞干重的百分数),微生物细胞的化学组成,一、生物的营养要素 微生物细胞也和其他高等生物细胞一样,在元素水平都需要20种左右,且以C、H、O、N、S、P六种元素为主;在营养要素水平上都在六大类的范围
2、内:碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水。,凡是提供微生物营养所需的碳元素(碳架)的营养源,称为碳源。碳源是微生物需要量最大的营养物,又称大量营养物。 碳源物质的功能 : 1)构成细胞物质; 2)为机体提供整个生理活动所需要的能量(异养微生物)。,(一)碳源(carbon source),碳源可分为有机碳源和无机碳源。无机碳:如CO2和碳酸盐等。有机碳:糖与糖的衍生物(多糖:如淀粉、麸皮、米糠等;单糖:葡萄糖;双糖:蔗糖、麦芽糖) 、脂类、醇类。有机酸、烃类、芳香族化合物等含碳的有机化合物。异养微生物:凡必须利用有机碳源的微生物。自养微生物:凡必须利用无机碳源的微生物。,微生物的碳源谱(微生
3、物可利用的碳源范围),CHO型的糖类是最广泛利用的碳源,其次是有机酸、醇类和脂类。,(二)氮源(nitrogen source) 凡是提供微生物营养所需的氮元素的营养源,称为氮源。可分为有机氮源和无机氮源两类。 氮源物质的主要作用 (1) 合成细胞中含氮物质。(2)少数自养细菌能利用铵盐、硝酸盐作为机体生长的氮源与能源,某些厌氧细菌在厌氧与糖类物质缺乏的条件下,也可以利用氨基酸作为能源物质。 微生物的氮源谱 微生物能利用的氮源范围即氮源谱。,微生物的氮源谱,异养微生物对氮源的利用顺序:NCHO 或NCHOX类优于NH,更优于NO最不易利用的是“N”类(只有固氮菌、根瘤菌和蓝细菌等可利用),实验
4、室常用的氮源有碳酸铵、硝酸盐、硫酸铵、尿素、蛋白胨、牛肉膏、酵母膏等。生产上常用的氮源:硝酸盐、铵盐、尿素、氨以及蛋白含量较高的鱼粉、蚕蛹粉、黄豆饼粉、花生饼份、玉米浆等。,细菌培养基 放线菌培养基高氏1号: 可溶性淀粉 20g; KNO3 1g; K2HPO4 1g MgSO4 0.5g NaCl 1g; FeSO47H2O 0.5g 水 1000ml; pH 7.27.4 霉菌培养基查氏(zapek)培养基: 蔗糖 30g; KCl 0.5g; MgSO4.H2O 0.5g; FeSO4 0.5g K2HPO4 1g; NaNO3 3g; 水 1000ml; pH 6.7,微生物依据氮源谱
5、的分类 (1)氨基酸自养型微生物 一部分微生物不需要氨基酸作氮源,它们能把尿素、铵盐、硝酸盐甚至氮气等简单氮源自行合成所需要的一切氨基酸。这样的微生物叫做氨基酸自养型微生物。 可利用氨基酸自养型微生物将尿素、铵盐、硝酸盐甚至氮气等廉价氮源转化成菌体蛋白(SCP或食用菌等)或含氮的代谢产物。(2)氨基酸异养型微生物 凡需要从外界吸收现成的氨基酸做氮源的微生物叫做氨基酸异养型微生物。,(三)能源 能源:能为微生物的生命活动提供最初能量来源的营养物或辐射能。分为化学物质和辐射能两类。 微生物的能源谱: 有机物:化能异养微生物的能源(同碳源) 化学物质 能源谱: 无机物:化能自养微生物的能源(不同于碳
6、源) 辐射能:光能自养和光能异养微生物的能源,由于各种异养微生物的能源就是其碳源,因此微生物的能源谱较简单。,微生物营养物功能的多重性(1)单功能营养物辐射能是单功能的,只为光能微生物提供能源。(2)双功能营养物 对一切异养微生物来说,其碳源又兼作能源,这种碳源(营养物)称双功能营养物。化能自养微生物的能源物质无机养料常常是双功能的(如: NH4+ 既是硝酸细菌的能源,又是它的氮源。)(3)三功能营养物有机营养物常有三功能作用,既是异养微生物的能源,又是它们的碳源或氮源(如氨基酸)。,(四)生长因子(growth factor) 定义:是一类对微生物正常生活所不可缺少而需要量又不大,但微生物自
7、身不能用简单的碳源或氮源合成,或合成量不足以满足机体生长需要的有机营养物质,必须由外源提供,这类物质统称为生长因子。缺乏合成生长因子能力的微生物称为“营养缺陷型微生物”。 生长因子包括氨基酸、维生素、嘌呤、嘧啶及其衍生物、脂肪酸及氧等。,微 生 物 生长因子 需要量(ml-1)III型肺炎链球菌(Streptococcus pneumoniae)胆碱 6ug金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)硫胺素 0.5ng白喉棒杆菌(Cornebacterium diphtherriae)B-丙氨酸 1.5ug破伤风梭状芽孢杆菌(Clostridium tetani)尿嘧啶 0-4
8、ug肠膜状串珠菌(Leuconostoc mesenteroides)吡哆醛 0.025ug,某些微生物对生长因子的需要量,生长因子的作用:,(1)维生素:只作为酶的活性基。(2)氨基酸:L-氨基酸是组成蛋白质和酶结构物质的主要成分。D-丙氨酸是合成细菌细胞壁肽聚糖的成分。(3)嘌呤、嘧啶及它们的衍生物:主要功能是构成核酸和辅酶。(4)脂肪酸等:组成细胞膜的类脂成分.(5)氧:需氧微生物在液体培养基中生长充入氧气,使培养基中有一定量的溶解氧(DO).,微生物依据对生长因子需要的分类,(1)生长因子自养型微生物 不需要从外界吸收任何生长因子的微生物叫生长因子自养型微生物。(2)生长因子异养型微生
9、物 需要从外界吸收多种生长因子才能维持正常生长的微生物叫生长因子异养型微生物。(3)生长因子过量合成微生物 少数微生物在其代谢活动中,能合成并分泌大量的维生素等生长因子,这样的微生物叫生长因子过量合成微生物(如:用谢氏丙酸杆菌生产维生素B12。,(五、无机盐 是微生物生长必不可少的一类营养物质,可为微生物提供除碳、氮以外的各种重要元素的无机盐。包括大量元素和微量元素。 大量元素:P、S、K、Mg、Ca、Na、Fe等。(微生物生长所需浓度在10-3-10-4mol/L) 微量元素:Cu、Zn、Mn、Mo、Co等。(微生物生长所需浓度在10-6-10-8mol/L),无机盐的生理功能 细胞内一般分
10、子成分(P、S、Ca、Ma 、Fe等) 一般功能 渗透压的维持(Na+等) 生理调节物质 酶的激活剂(M g2+等) 大量元素 pH的稳定无 化能自养菌的能源(S、Fe2+、NH4+、NO2- -等)机 特殊功能 盐 无氧呼吸时的氢受体(NO3-、SO42- 等) 酶的激活剂(Cu2+、Mn2+ 、Zn2+等) 微量元素 特殊分子结构成分(Co、Mo等),六、水分,水分是生物细胞的主要化学成分,其重要的生理功能表现在下列几个方面: 1、细胞的构成成分。 2、一系列生理生化反应的反应介质,参与许多生理生化反应。 3、维持细胞的膨压(控制细胞形态)。 4、水的比热高,能有效的吸收代谢过程中放出的热
11、量,不致使细胞的温度骤然上升。有效地控制细胞内的温度变化。 5、维持各种生物大分子结构的稳定性。,二、微生物的营养类型,根据碳源和能源划分:,根据能源的性质将微生物分为光能营养型和化能营养型。 根据碳源的性质将微生物分为自养型(以CO2为碳源),异养型(以有机物为碳源),微生物的营养类型,三、营养物质进入细胞的方式,除原生动物外,其他各大类有细胞的微生物都是通过细胞膜的渗透和选择吸收作用从外界吸收营养物的。细胞膜运送营养物质有四种方式: 一、单纯扩散二、促进扩散三、主动运送四、基团移位,1、单纯扩散(simple diffusion),又称被动扩散( passive diffusion)。 细
12、胞膜在无载体蛋白的参与下,单纯依靠物理扩散方式让膜外高浓度的小分子、非电离分子尤其是亲水性分子被动通过的一种物质运送方式。,特点:(1)不通过膜上载体蛋白(2)不消耗能量(3)不能逆浓度梯度运送(4)物质在运送的过程中既不与膜上的分子发生反应,本身的结构也不发生变化(5)运送的物质无特异性,种类不多。主要为:H2O、O2、CO2、乙醇、甘油、无机盐、代谢抑制剂和某些氨基酸分子。,单纯扩散模式图,细胞膜外,细胞膜内,细胞膜,促进扩散:指溶质在运送过程中,必须借助存在于细胞膜上的底物特异载体蛋白的协助,但不消耗能量的一种扩散性运送方式。,2、促进扩散 (facilitated diffusion)
13、,特点(1)通过膜上载体蛋白的构象变化,把膜外高浓度溶质扩散到膜内(2) 不消耗能量(3) 不能逆浓度梯度运送(4) 物质在运送的过程中既不与膜上的分子发生反应,本身的结构也不发生变化(5) 运送的物质有特异性(SO42-、PO43-、糖(真核生物) 促进扩散的运输方式多见于真核微生物中,例如酿酒酵母对糖、氨基酸和维生素的吸收。,3、主动运输(Active transport),主动运输: 一类必须提供能量并通过细胞膜上特异性载体蛋白构象的变化,而使膜外环境中低浓度的溶质运入膜内的一种运送方式。主动运输是微生物吸收营养物质的主要方式。运送的对象有:氨基酸、乳糖等糖类、Na+、Ca2+等无机离子
14、。,特点:物质在主动运输的过程中(1) 通过膜上载体蛋白的构象变化把膜上溶质扩散到膜内(2) 消耗能量(3) 能逆浓度梯度运送(4) 物质在运送的过程中既不与膜上的分子发生反应,本身的结构也不发生变化(5) 运送的物质有特异性,主动运输模式图,细胞膜,细胞膜外,细胞膜内,恢复原构象,移位,再循环,结合,构象改变,基团移位: 一类需载体蛋白的参与,又需耗能的一种物质运送方式,溶质在运送过程中还会发生分子结构的变化。 基团移位主要存在于厌氧和兼性厌氧型细菌中。 此系统由24种蛋白组成,运送一种糖至少4种蛋白参与;每输入一个葡萄糖分子要消耗一个ATP的能量。,4、基团移位(Group translo
15、cation),特点(1) 通过膜上载体蛋白把膜上溶质扩散到膜内(2) 消耗能量(3) 能逆浓度梯度运送(4) 物质在运送的过程与膜上的分子发生反应,本身的结构发生变化(5) 运送的物质有特异性,主要用于运送各种糖类、核苷酸、丁酸和腺嘌呤等,运送机制:是依靠磷酸转移酶系统,即磷酸烯醇式丙酮酸-己糖磷酸转移酶系统.运送步骤:分两步进行。1.热稳载体蛋白(HPr)的激活 细胞内高能化合物磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)的磷酸基团通过酶的作用把HPr激活。 酶1 PEP+HPr 丙酮酸+P-HPrHPr是一种低分子量的可溶性蛋白,结合在细胞膜上,具有高能磷酸载体的作用。 酶 是一种可溶性细胞质蛋白。HPr
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