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1、第四章,第四章 微生物营养,第一节 微生物细胞的化学组成第二节 微生物的营养要素第三节 微生物的营养类型第四节 微生物对营养物质的吸收方式第五节 培养基,其化学组成与其他高等动植物一样，细胞也是大量元素碳、氢、氧、氮、磷、硫（这六种元素占细菌细胞干重的97，）和微量元素铁、锰、锌等构成。这些元素以有机物质，水和无机物质的形式存在于细胞中。有机物主要有蛋白质、糖、脂、核酸、维生素及它们的降解产物、代谢产物等；无机物则是单独存在于细胞原生质内的无机盐等灰分物质，参与有机物组成；水是细胞中的一种主要成分，可占细胞干重的90以上：细菌80%左右、酵母菌75%左右、霉菌85%左右；霉菌孢子含水约39%、
2、细菌芽孢核心部分的含水量低于30%。,第一节 微生物细胞的化学组成,碳源氮源生长因子无机盐水,微生物需要的五大类营养要素物质,1、微生物需要的营养物质,是为微生物提供碳素来源的物质,无机碳源：CO2 NaHCO3等,有机碳源糖类（单糖：葡萄糖；双糖：蔗糖、麦芽糖；多糖：如淀粉、纤维素等）脂类以及各种含氮的化合物等。,构成细胞物质和一些代谢产物异养微生物的能源,1、微生物的碳源,自养型和异养型微生物分别能利用哪类碳源物质？,思考,微生物依据碳源的分类,（1）异养微生物 凡必须利用有机碳源的微生物为异养微生物。（2）自养微生物 凡以无机碳源为主要碳源的微生物为自养微生物。,根据碳源和能源划分,微生
3、物的营养类型,蓝藻、衣藻,硝化细菌,大多数已知细菌和全部真核微生物,红螺菌,下列微生物的营养类型：硝化细菌、圆褐固氮菌、不固氮的蓝藻。,问题讨论,1蓝藻常用的碳源为（）A二氧化碳B葡萄糖C硝酸盐 D蛋白胨2酵母菌培养液常含有一定浓度的葡萄糖，但当葡萄糖浓度过高时，反而抑制微生物的生长，原因是（）A碳源供应太充足 B细胞会发生质壁分离C改变了酵母菌的PH值 D葡萄糖不是酵母菌的原料3下列物质中不能作为微生物碳源的是（）A二氧化碳 B蛋白胨 C石油 D维生素4自养型微生物和异养型微生物对营养物质要求的主要不同点是（）A碳源 B氮源 C无机盐 D生长因子5自养微生物最常用的碳源是（）A淀粉和脂肪酸
4、B花生饼 CCO2NaHCO3 D葡萄糖 6在营养丰富，水分充足温度适宜黑暗密闭的环境中，分别培养下列四种生物，过一段时间后，它们中仍能存活的是（）A硝化细菌 B乳酸菌 C白菜 D蘑菇,A,B,D,A,C,B,练习：,无机氮源 N2、NH4+、NO3-、NH3等,有机氮源 尿素、嘌呤、嘧啶、蛋白胨、氨基酸、牛肉膏等,凡是能够为微生物提供N元素的营养物质,主要用于合成蛋白质、核酸及含N的代谢产物,哪些微生物能够利用分子态氮？氮源能否为微生物提供能量？,思考,二、氮源,微生物的氮源谱,常用氮源：铵盐、硝酸盐,分子态氮,铵盐、硝酸盐,有机氮：尿素、牛肉膏、蛋白胨。,2、为异养的微生物提供能量,固氮微
5、生物,作用：1、用于合成蛋白质、核酸以及含氮的代谢产物,最常用的氮源,无机氮,氨,硝化细菌,三、无机盐,概念：是微生物生长和代谢所需要的一类营养物质。,成分：一般微生物生长所需要的无机盐有：硫酸盐、磷酸盐、氯化物以及含有钠、钾、钙、镁等元素的化合物。此外微生物生长还需要一些微量元素，如Zn、Mn、Mo、Fe、Cu等。,作用：它们为机体生长提供多种重要的生理功能。,在配置培养基时用自来水就可以满足微生物对无机盐的需求了。,微生物自身不能合成或合成量不足，但又是为微生物生长和代谢所必需的物质。有机物酶和核酸的组成成分缺乏合成这些物质所需酶或合成能力有限碱基、维生素、氨基酸等,概念成分作用补充生长因
6、子的原因：常见的生长因子,四、生长因子,思考,是否所有的微生物都需要加生长因子才能生长？是否所有的培养基都需要加生长因子才能让微生物生长？,不需生长因子的微生物：不需要从外界吸收任何生长因子就能正常生长的微生物(光合作用的微生物和某些异养微生物（大肠杆菌）),生长因子,（不需要加生长因子）培养基含生长因子 酵母浸膏、牛肉浸膏、植物组织提取液,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.良好的溶剂3.参与许多生理生化反应4.有效地控制细胞内的温度变化注：在配置培养基时用自来水,不要用蒸馏水。,五、水,1、下列有关微生物营养物质的叙述中，正确的是（
7、）A作为碳源的物质不可能同时是氮源 B凡是碳源都能提供能量C除水以外的无机物只提供无机盐 D无机氮源也能提供能量2、作为微生物氮源的营养物质中最常用的是（）A分子态氮和氨 B铵盐和硝酸盐 C尿素和胺 D牛肉膏和蛋白胨3、关于生长因子下列说法不正确的一项是（）A是绝大多数微生物生长不可缺少的微量有机物 B是微生物生长不可缺少的微量矿质元素C主要包括维生素、氨基酸和碱基等D生长因子一般是酶和核酸的组成部分,D,B,B,练习二：,为了检测饮用水中是否含有某种细菌，配制如下培养基,（1）该培养基所含的碳源有，其功能是。（2）该培养基所含的氮源有，其功能是。（3）该培养基除含碳源、氮源外，还有微生物需要
8、的营养物质是。（4）该细菌在同化作用上的代谢类型是。（5）该培养基可用来鉴别哪种细菌 A.霉菌 B.酵母菌 C.大肠杆菌 D.乳酸菌,乳糖、蔗糖、蛋白胨,主要用于构成微生物的细胞物质和代谢产物,蛋白胨,主要用于合成蛋白质、核酸及含氮的代谢产物,水、无机盐（或K2HPO4）,异养,C,第五节 培养基,培养基是人工配制的、适合于微生物生长繁殖或积累代谢产物的营养基质。它是进行科学研究，发酵生产微生物制品等的基础。任何培养基都应具备微生物生长所需要的六大类营养要素，且其间比例是合适的。难养菌：不能在人工培养基上生长的菌。为少数寄生或共生菌，如：类支原体、类立克次氏体、少数寄生真菌。制作培养基时应尽快
9、配制并灭菌，否则会杂菌丛生，并破坏固有的成分和性质。,一、选用和设计培养基的原则和方法,（一）四个原则1 目的明确2 营养协调3 理化适宜4 经济节约,1、目的明确拟培养何菌、获何产物、实验室研究还是大生产用等等。根据不同微生物的营养需要配制不同的培养基，如自养型微生物的培养基完全可以（或应该）由简单的无机物质组成。异养微生物的培养基至少需要含有一种有机物质。按微生物的主要类群来说，又有细菌、放线菌、酵母菌和霉菌之分。它们所需要的培养基成分也不同，分别称为牛肉膏蛋白胨培养基，高氏1号合成培养基，麦芽汁培养基，查氏合成培养基。,2、营养协调微生物细胞内各成分间有一较稳定的比例。对微生物细胞组成元
10、素的调查分析是设计培养基时的重要参考依据。（1）化能异养菌的培养基中各营养要素间的比例：各营养要素间在量上的比例大体符合十倍序列的递减规律。要素：H2O C+能源 N源 P、S KMg 生长因子含量：10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6,（2）营养物对微生物生长的影响 培养基中各营养物质之间的浓度比会直接影响微生物的生长和繁殖，或影响代谢产物的形成和积累。浓度合适的条件下才表现出良好的作用，在浓度大时会对微生物的生长起抑制作用（如糖类、重金属离子等在浓度大时抑菌或杀菌），浓度小时不能满足微生物生长的需要。其中以培养基中的C/N更为明显。碳氮比（C/N）在微生物的培养基中所
11、含的碳源中的碳原子摩尔数与氮源中氮原子摩尔数之比。,3、理化适宜 指培养基的pH值、渗透压、水活度和氧化还原势等物理化学条件较为适宜。,（1）pH1）各类微生物生长适宜的pH范围细菌：7.08.0；放线菌：7.58.5；酵母菌：3.86.0；霉菌：4.05.8；藻类：6.07.0；原生动物：6.08.0。但对某一具体微生物的物种来说，其生长的最适pH范围常可突破此界限，其中一些嗜极菌更为突出。,2）培养基pH值的控制调节 在微生物的生长和代谢过程中，由于营养物质的利用和代谢产物的形成与积累，常会改变培养基的pH值，为了维持培养基pH值的相对恒定，通常采用下列两种方式：内源调节：在培养基里加一些
12、缓冲剂或不溶性的碳酸盐；调节培养基的碳氮比。内源调节方式有两种：借磷酸缓冲液进行调整 以CaCO3或NaHCO3作“备用碱”进行调整外源调节：按实际需要流加酸或碱液。,4 经济节约配制培养基时，应尽量考虑利用价廉并且易于获得的原料作为培养基的成分，特别是在工业发酵中，培养基用量很大，更应该考虑到这一点，以便降低产品成本。要注意：以粗代精、以“野”代“家”、以废代好、以简代繁、以氮代朊、以纤代糖、以烃代粮、以“国”代“进”。,二、培养基的种类,按培养基的物理状态分类按培养基的功能分类,1 液体培养基2 固化培养基3 半固体培养基,（一）按培养基的外观状态作分类,呈液体状态的培养基。用途：在实验室
13、中主要作各种生理代谢研究和获得大量菌体之用；在生产实践中，绝大多数发酵培养基都采用液体培养基。,1 液体培养基,2 固化培养基,外观呈固体状态的培养基。因在培养基中加入适量凝固剂而成固体状态的培养基。例如：加入琼脂、明胶、此外还有血清、无机硅胶等。,固体培养基的用途 在科学研究和生产实践中用途很广。,可用于：菌种分离、鉴定、菌落计数、检验杂菌、选种、育种、菌种保藏、生物活性物质的生物测定、获取大量真菌孢子，及用于微生物的固体培养和大规模生产等。,3 半固体培养基,在液体培养基中加入了少量凝固剂而配制成的半固体状态培养基。可在液体培养基中加入0.5%左右的琼脂制成。用途：细菌的动力观察，趋化性研
14、究，厌氧菌的培养、分离和计数，细菌和酵母菌的菌种保藏，噬菌体的效价。,1 选择性培养基2鉴别性培养基,（三）按培养基对微生物的功能作分类,1 选择性培养基 一类根据微生物的特殊营养要求或其对某化学、物理因素的抗性及敏感性而设计的培养基。具有使混合菌样中的劣势菌变成优势菌的功能，利用它可将某种微生物从混杂的微生物群体中分离出来（菌种筛选）。（1）加富性选择培养基 根据某种微生物的特殊营养要求，专门在培养基中加入该营养物的培养基。用此培养基可使其大量增殖，在数量上超过原有占优势的微生物，可达到富集培养的目的。用于加富的营养物：一些特殊的碳源或氮源如：甘露醇（自生固氮菌）、纤维素（纤维素分解菌）、石
15、蜡油（分解石油的微生物）、较浓的糖液（酵母菌）。,（2）抑制性选择培养基（抗性选择培养基）,可利用要分离的微生物对某种抑菌物质的抗性（这种抑菌物质对混杂的其他微生物具有抑制作用），在选择性培养基中加入该抑制物质的培养基。经培养后，由于原来占优势的它种微生物的生长受到抑制，而分离对象可乘机大量增殖，使之在数量上占据优势，达到富集目的。用于抑制它种微生物的选择性抑菌剂：染料（尤其碱性染料，如结晶紫、孟加拉红、孔雀绿、吖啶黄）、抗生素、脱氧胆酸钠、叠氮化钠等；以及温度、氧气、pH和渗透压等因素。,2 鉴别性培养基,在成分中加有能与目的菌的无色代谢产物发生显色反应的指示剂，从而达到只需用肉眼辨别颜色就
16、能方便地从近似菌落中找出目的菌菌落的培养基。（液体培养基中也可加入指示剂，制成鉴别培养基。）EMB（Eosin Methylene Blue）培养基（伊红美蓝培养基）最常见的鉴别性培养基：（1）培养基碳源和氮源 乳糖、蔗糖、蛋白胨。（2）培养基中的指示剂 伊红、美蓝。此两种染料可抑制G+细菌和一些难培养的G-细菌。在低酸度下，这两种染料会结合形成沉淀，起着产酸指示剂的作用。（3）用途 在饮用水、牛奶等饮料的大肠菌群（coliforms）数等细菌学检查和在E.coli的遗传学研究中有重要的用途。,（4）菌落特征,试样中多种肠道细菌会在EMB培养基平板上产生易于用肉眼识别的多种特征性菌落。,EMB
17、培养基上的大肠杆菌,Figure Left:Escherichia coli cells.Right:E.coli colonies on EMB Agar.,下表是微生物培养基的成分，关于此培养基的说法中，错误的是：,A.此培养基可用来培养自养型微生物，但不能用于植物的无土栽培B.此表中的营养成分共3类，即水、无机盐、氮源C.若除去，此培养基可用于培养圆褐固氮菌D.表中各成分的重量按照所培养的微生物的营养需要来确定,关于微生物需要的营养物质及功能，以下说法不正确的是 A.对异养微生物而言，蛋白质既是碳源，又是氮源B.大肠杆菌不需要补充生长因子C.氮源不能为微生物提供能量D.氮源主要用于合成蛋
18、白质、核酸以及氮的代谢产物,D,C,培养基,培养基：是人工配制的、适合于微生物生长、繁殖或产生代谢产物的营养基质。它是进行科学研究，发酵生产微生物制品等的基础,（一）定义：,（二）、配制培养基的基本原则：,（三）培养基的类型：,1、目的要明确 2、营养要协调 3、Ph要适宜,（二）配制培养基的基本原则,1.目的要明确,自养微生物,培养基可由简单的无机物组成,异养微生物,培养基由无机物和有机物组成,根据所培养的微生物的种类、培养的目的，选择原料配制培养基,对不同的异养微生物来说，它们所需要的培养基成分也不同。大肠杆菌：培养基只需要加入碳源、几种无机盐和水；酵母菌：豆芽汁蔗糖培养基；许多细菌：牛肉
19、膏蛋白胨培养基（见P21广角镜）。,2.营养要协调,各种营养物质的浓度和比例要合适,碳源氮源,谷氨酸,4 1,3 1,产量低,产量高,谷氨酸棒状杆菌,大量繁殖,抑制繁殖,各类微生物生长适宜的pH范围细菌：7.08.0；放线菌：7.58.5；酵母菌：3.86.0；霉菌：4.05.8；藻类：6.07.0；原生动物：6.08.0。但对某一具体微生物的物种来说，其生长的最适pH范围常可突破此界限，其中一些嗜极菌更为突出。,3.pH要适宜,灭菌：利用物理和化学的方法杀灭或除去物料及设备中一切生命物质的过程。消毒：用物理或化学的方法杀死物料、容器、器具内外的病原微生物，一般只能杀死营养细胞而不能杀死芽胞。
20、消毒不一定能达到灭菌的要求，而灭菌则可达到消毒的目的。,任何培养基都应具备微生物所需要的五大营养要素，且应比例适当。所以一旦配成必须进行严格的灭菌。,培养基的灭菌可采用高压灭菌：1.05kg/cm2、121条件下 1530min,（三）、培养基的种类,按培养基的物理性质分：固体、半固体、液体培养基,按培养基的化学成分分：合成、天然培养基,按培养基的用途分：通用培养基 选择培养基,选择培养基,加入伊红、美蓝染料的大肠杆菌培养基,加入青霉素的培养基,加入高浓度食盐的培养基,不加氮源的无氮培养基,不加含碳有机物的无碳培养基,选择自生固氮菌,选择自养型微生物,选择大肠杆菌,选择酵母菌、霉菌等真菌,选择
21、金黄色葡萄球菌,利用,一类根据微生物的特殊营养要求或其对某化学、物理因素的抗性及敏感性或显色反应的指示剂而设计的培养基。具有使混合菌样中的劣势菌变成优势菌的功能，利用它可将某种微生物从混杂的微生物群体中分离出来（菌种筛选）。,微生物的营养,自然界微生物的种类繁多，不同的微生物的生长和繁殖过程中所需的营养物质各不相同。在生产实际和科研中，人们常要对某些微生物进行人工培养，那么如何培养不同种类的微生物？,1、碳源：常用碳源：作用：2、氮源：常用氮源：作用：,凡是能为微生物提供所需碳元素的营养物质。,糖类，尤其是萄葡糖。,构成微生物的细胞物质和一些代谢产物；是异养微生物的主要能源物质。,凡是能为微生
22、物提供所需氮元素的营养物质。,铵盐、硝酸盐。,用于合成蛋白质、核酸及含氮的代谢产物。,一、微生物需要的营养物质及功能,3、生长因子：常用的生长因子：作用：补充生长因子的原因：,微生物生长不可缺少的微量有机物。,氨基酸、维生素、碱基等。,一般是酶和核酸的组成成分。,往往是缺乏合成这些物质所需的酶或合成能力有限。,要根据所培养的微生物种类、培养的目的选择原料配制培养基。,注意各种营养物质的浓度和比例，尤其要注意碳源与氮源的比。,不同的微生物培养的pH范围不一样。,1、目的要明确。,2、营养要协调。,3、pH要适宜。,二、培养基的配制原则,物理性质,液体：半固体：固体：,化学成分,合成培养基：天然培
23、养基：,用于分类、鉴定等。,用途不同,通用培养基：选择培养基：,用于微生物的分离、鉴定等。,用于工业生产。,三、培养基的种类,培养基的种类,2下表是关于四种微生物的能源、碳源、代谢类型的描述，其中正确的一组是,A.硝化细菌、乳酸菌 B.乳酸菌、根瘤菌C.根瘤菌、衣藻 D.硝化细菌、衣藻,1、要从多种细菌中分离出圆褐固氮菌，培养基中需要 A.加入青霉素 B.加入高浓度的食盐 C.含有有机物但不含氮源 D.不含有机物也不含氮源,3、下列营养物质中，不能作为微生物能源的是A.NH3 B.蛋白胨 C.（CH2O）D.N2,C,D,D,学、用前人的经验,如何利用不同的培养基将混合在一起的硝化细菌、圆褐固
24、氮菌、不固氮的蓝藻分离开？,例2某化工厂的污水池中，含有一种有害的、难于降解的有机化合物A，研究人员用化合物A、磷酸盐、镁盐以及微量元素配制的培养基，成功地筛选到能高效降解化合物A的细菌（目的菌）。实验的主要步骤如图所示。请分析回答问题：,培养基中加入化合物A的目的是筛选，这种培养基属于培养基。“目的菌”生长所需的氮源和碳源是来自培养基中的。实验需要振荡培养，由此推测“目的菌”的代谢类型是。培养若干天后，应选择培养瓶中化合物A含量的培养液，接入新的培养液中连续培养，使“目的菌”的数量。,目的菌,选择,化合物A,异氧需氧,降低,增加,培养基中加入伊红和美蓝,鉴别饮用水和乳制品中是否有大肠杆菌,青
25、霉素,酵母菌、霉菌,细菌、放线菌,高浓度盐,金黄葡萄球菌,多种细菌,定义：人工配制的、适合于不同微生物生长繁殖或积累代谢产物用的混合养料。特点：任何培养基都应具备微生物所需要的五大营养要素，且应比例适当。所以一旦配成必须立即灭菌。,用途：促使微生物生长；积累代谢产物；分离微生物菌种；鉴定微生物种类；微生物细胞计数；菌种保藏；制备微生物制品,第四节 培养基(medium),一、培养基的配制原则,（一）培养基组分应适合微生物的营养特点（目的明确）（二）营养物的浓度与比例应恰当（营养协调）（三）物理化学条件适宜（条件适宜）（四）根据培养目的选择原料及其来源（经济节约）最后应灭菌处理,选择题1适合细菌
26、生长的C/N比为（）A5：1B25：1C40：1D80：12实验室常用的培养细菌的培养基是（）A 牛肉膏蛋白胨培养基B 马铃薯培养基C 高氏一号培养基D 麦芽汁培养基3下列物质属于生长因子的是（）A葡萄糖 B蛋白胨 CNaCl D维生素 4养料进入细胞中运送前后物质结构发生变化的是（）A主动运输B被动运输C促进扩散D基团移位5实验室常用的培养放线菌的培养基是（）A 牛肉膏蛋白胨培养基 B马铃薯培养基C高氏一号培养基D麦芽汁培养基6酵母菌适宜的生长PH值为（）A 5.0-6.0B 3.0-4.0 C 8.0-9.0D7.0-7.57细菌适宜的生长PH值为（）A 5.0-6.0B 3.0-4.0 C 8.0-9.0D 7.0-7.58蓝细菌属于（）型的微生物，硝化细菌（）型的微生物。A 光能自养 B 光能异养 C 化能自养 D 化能异养,
