【正文】 第四章 微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基 天津農(nóng)學(xué)院生物技術(shù)研究室 Better 微生物的營養(yǎng)與生長 從生物學(xué)的觀點(diǎn)來看，微生物活細(xì)胞是個(gè)新陳代謝的動(dòng)力系統(tǒng)，它從環(huán)境不斷地吸收營養(yǎng)物質(zhì)，通過新陳代謝，實(shí)現(xiàn)生長和繁殖，同時(shí)排出 “ 廢物 ” 。 Better 第一節(jié) 微生物的六類營養(yǎng)要素 一、微生物細(xì)胞的化學(xué)組成 二、微生物的營養(yǎng)物質(zhì)及其生理功能 碳源 氮源 better 能源 生長因子 無機(jī)鹽 水 Better 微生物的營養(yǎng) ? 營養(yǎng)物質(zhì) nutriment： 微生物在生命活動(dòng)中從環(huán)境中吸取的用以提供能量 、 調(diào)節(jié)新陳代謝以及合成細(xì)胞物質(zhì)的物質(zhì) 。 在發(fā)酵工業(yè)上也包括用于合成產(chǎn)物 。 ? 營養(yǎng) (過程 )nutrition： 生物體從外部環(huán)境中攝取對生命活動(dòng)必需的能量和物質(zhì)，以滿足正常生長和繁殖需要的一種最基本的生理功能。 Better 元素組成： C、 H、 O、 N、 P、 S、 K、 Na、 Ca、Mg、 Fe、 Mn、 Cu、 Co、 Zn、 Mo。 其中 C、 H、 O、 N、 P占細(xì)胞干重的 97%。 物質(zhì)組成 (1) 水：約占細(xì)胞濕重的 90%。 (2)有機(jī)物：主要有蛋白質(zhì) 、 碳水化合物 、 脂類 、 核酸 、 維生素以及它們的合成中間體和降解物 。 (3)無機(jī)鹽：灰分元素是指參與有機(jī)物組成及單獨(dú)存在于細(xì)胞原生質(zhì)內(nèi)的無機(jī)鹽等灰分物質(zhì)中的元素 。 一、微生物細(xì)胞的化學(xué)組成 Better 3． 影響微生物細(xì)胞化學(xué)組成的因素 (1)微生物的種類：硫細(xì)菌 、 鐵細(xì)菌 、 海洋細(xì)菌含有較多的 S、 Fe、 Cl和 Na。 (2)菌齡：幼齡菌中含氮量較高 。 (3)培養(yǎng)條件：在氮源豐富的環(huán)境中生長的微生物含氮量較高 。 Better 微生物細(xì)胞的化學(xué)組成物來自于周圍環(huán)境的營養(yǎng)物 二 .微生物的營養(yǎng)物質(zhì) Better 對營養(yǎng)物質(zhì)的要求 能透過細(xì)胞屏障（壁、膜） 在細(xì)胞內(nèi)經(jīng)酶作用變成細(xì)胞物質(zhì)、能量、調(diào)節(jié)物 從營養(yǎng)要素水平看微生物的營養(yǎng)物質(zhì)包括六大類 水（ Water）或水分活度（ Aw） 碳源（ Source of Carbon） 氮源 無機(jī)鹽 生長因子 能源 Better 一般生物能利用的，微生物能利用； 一般生物不能利用的，微生物也能利用； 對一般生物有害的，微生物還能利用 。 微生物是雜食性的： Better 水 微生物所能利用的是游離水 ?水的生理功能 ? 細(xì)胞的重要組分 ? 微生物進(jìn)行代謝活動(dòng)的介質(zhì) ? 參與部分生化反應(yīng) ? 調(diào)節(jié)和控制細(xì)胞溫度 Better ? 環(huán)境中水的存在狀態(tài) ? 結(jié)合水： 在空氣中放干燥劑或用真空干燥后不能從細(xì)胞內(nèi)脫掉 ， 須加溫才能失去 ， 與細(xì)胞物質(zhì)結(jié)合在一起 ， 不能作為溶劑 。 不易揮發(fā) ， 0℃ 下不凍結(jié) ， 不具流動(dòng)性 、 滲透性 .與溶質(zhì)或其它分子結(jié)合而不能被微生物所利用狀態(tài)的水； ? 游離水： 在空氣中放干燥劑或用真空干燥后可以從細(xì)胞內(nèi)脫掉 ， 作為溶劑參與體內(nèi)生理活動(dòng) 可以被微生物所利用的水 ? 營養(yǎng)體的游離水和結(jié)合水的比例為 4： 1， 芽孢和孢子結(jié)合水與游離水的比例高于其他細(xì)胞 ， 故芽孢有較強(qiáng)的抗逆性 Better carbon source ? 凡是能被微生物用來構(gòu)成細(xì)胞物質(zhì)或代謝產(chǎn)物中碳素來源的營養(yǎng)物質(zhì)。 ? 生理功能 ? C素構(gòu)成細(xì)胞及代謝產(chǎn)物的骨架 ? C素是大多數(shù)微生物代謝所需的能量來源 ? 碳源物質(zhì) 有機(jī)碳化物 各種糖類，其次是有機(jī)酸、醇類、 脂類和烴類化合物 無機(jī)碳化物 CO碳酸鹽，只能被自養(yǎng)微生物利用 微生物的碳源譜 spectrum of carbon sources 類型 元素水平 化合物水平 培養(yǎng)基原料水平 有 機(jī) 碳 CHONX 復(fù)雜蛋白質(zhì)、核酸等 牛肉膏、蛋白胨、豆餅粉等 CHON 多數(shù)氨基酸、簡單蛋 白質(zhì)等 一般氨基酸、明膠等 CHO 糖、 有機(jī)酸、醇、脂 類等 葡萄糖、蔗糖、各種淀 粉、糖蜜等 CH 烴類 天然氣、石油及其不同 餾分、石蠟油等 無 機(jī) 碳 C(?) CO CO2 CO2 CON NaCO CaCO3等 NaCO CaCO白堊等 Better 異養(yǎng)微生物： 必須利用有機(jī)碳源的微生物 自養(yǎng)微生物： 凡以無機(jī)碳源作為主要碳源的微生物 微生物幾乎能利用所有的碳化合物 異養(yǎng)微生物最適碳源為 CHO，其中糖類最廣泛。 單糖勝于雙、多糖；葡萄糖、果糖優(yōu)于半乳糖；淀粉優(yōu)于纖維素或幾丁質(zhì)等純多糖、純多糖優(yōu)于瓊脂等雜多糖；其次是有機(jī)酸、醇類和脂類。 不同種的微生物其具體碳源利用范圍懸殊 假單孢菌屬 Pseudomonas cepacia： 90種以上 甲烷氧化菌僅能利用甲烷和甲醇 。 Better 碳源培養(yǎng)基原料的選擇 原料水平的物質(zhì)營養(yǎng)成分相當(dāng)復(fù)雜 具體天然培養(yǎng)基原料的復(fù)雜性 糖 蜜 Molasses 富含糖類、氨基酸、有機(jī)酸、維生素、無機(jī)鹽和色素 甜 薯 干 馬 鈴 薯 玉 米 粉 紅 糖 Better nitrogen source 凡是能被微生物用來構(gòu)成細(xì)胞物質(zhì)或代謝產(chǎn)物中氮素來源的營養(yǎng)物質(zhì)稱為氮源 功能 ? 1）提供合成細(xì)胞中含氮物，如蛋白質(zhì)、核酸，以及含氮代謝物等的原料。 ? 2）少數(shù)細(xì)菌可以 銨鹽、硝酸鹽等 氮源為能源。 氮源的種類 無機(jī)氮、有機(jī)氮、氣體氮 微生物的氮源譜 spectrum of nitrogen source 類型 元素水平 化合物水平 培養(yǎng)基原料水平 有 機(jī) 氮 NCHOX 復(fù)雜蛋白質(zhì)、核 酸等 牛肉膏、酵母膏 、豆餅粉、蠶蛹等 NCHO 尿素、多數(shù)氨基酸、簡單蛋白質(zhì)等 尿素、 蛋白胨 、明膠等 無 機(jī) 氮 NH NH銨鹽等 （ NH4） 2SO4等 NO 硝酸鹽等 KNO3等 N N2 空氣 Better mineral salts ? 生理功能 ?參與能量轉(zhuǎn)移； ?構(gòu)成微生物細(xì)胞的組成成分 ?調(diào)解微生物細(xì)胞的滲透壓， pH值和氧化還原電位。 ?有些無機(jī)鹽如 S、 Fe還可做為自養(yǎng)微生物的能源 。 ?構(gòu)成酶活性基的組成成分，維持 E活性。Mg、 Ca、 K是多種 E的激活劑。 Better 無機(jī)鹽的功能 Better ? 大量（主要 /宏量）元素 macroelements P、 S、 K、 Na、 Ca、 Mg等 需要量： 103~104M (mol/L) ? 微量元素 microelements Fe、 Mn、 Cu、 Co、 Zn、 Mo等 需要量： 106~108M (mol/L) Better growth factor ? 生長因子 是指微生物生長不可缺少的 微量有機(jī)物質(zhì) 。調(diào)節(jié)微生物正常代謝所必需，但不能用簡單的碳、氮源自行合成的有機(jī)物 ? 種類 維生素 、氨基酸、堿基 ? 需要量 維生素： 1— 50ug/L 氨基酸： 20— 50ug/L 堿 基： 10— 20ug/L 核苷或核苷酸： 200— 2022ug/L Better 生長因子來源： 酵母膏（ Yeast extract）、牛肉浸出液（ Beef Extract）、肝浸液（ Liver infusion）、小牛血清、麥芽汁（ Malt Extract）、玉米漿（ Cornsteep liquor）、蔬菜汁、麩皮、米糠等 向培養(yǎng)基中添加生長因子的措施 ? 直接添加 ? 添加富含生長因子的物質(zhì) 酵母膏，玉米漿，肝浸汁，麥芽汁 Better 并非任何一種微生物都必須從外界吸收生長因子，依據(jù)微生物與生長因子的關(guān)系分為： ⒈生長因子自養(yǎng)型 Auxoautotrophs 不需要從外界吸收任何生長因子 真菌、放線菌、細(xì)菌 E. coli ⒉ 生長因子異養(yǎng)型 需要從外界吸收多種生長因子 乳酸菌 ⒊生長因子過量合成型微生物 核黃素產(chǎn)生菌 維生素 B12產(chǎn)生菌 Better 能源 energy source ?def 能為微生物生命活動(dòng)提供最初能量來源的營養(yǎng)物質(zhì)或輻射能 ?能源譜 化學(xué)物質(zhì)：有機(jī)物 化能異養(yǎng)微生物的能源 無機(jī)物 化能自養(yǎng)微生物的能源 輻射能 光能營養(yǎng)型微生物的能源 Better 單功能： 輻射能 雙功能： 還原態(tài)無機(jī)養(yǎng)料 ， 如 NH4+既是硝酸鹽細(xì)菌的能 源 ， 又是氮源 三功能： N C H O類營養(yǎng)物質(zhì)常是異養(yǎng)微生物的能源 ， 碳源兼氮源 一種營養(yǎng)物具有一種以上營養(yǎng)要素的功能 Better 第二節(jié) 微生物的營養(yǎng)類型 微生物營養(yǎng)類型的分類 營養(yǎng)類型 根據(jù)微生物生長所需要的主要營養(yǎng)要素即碳源和能源的不同而劃分的微生物類型 營養(yǎng)類型的分類標(biāo)準(zhǔn) 能源 氫供體 碳源 合成氨基酸 生長因子 取食方式 有機(jī)物死活 Better 微生物營養(yǎng)類型的分類 分類標(biāo)準(zhǔn) 營養(yǎng)類型 A、能源 光能營養(yǎng)型 phototroph 化能營養(yǎng)型 chemotroph B、氫供體 無機(jī)營養(yǎng)型 lithotroph 有機(jī)營養(yǎng)型 anotroph 分類標(biāo)準(zhǔn) 營養(yǎng)類型 C、碳源 自養(yǎng)型 autotroph 異養(yǎng)型 heterotroph D、生長因