第四章微生物的营养与培养基ppt课件.ppt

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1、Chap 4 microbial Nutrition and medium,微生物的营养与培养基,主讲教师: 李 祝单位：化学与环境工程学院E-mail: Tel：13296598808,湖北工业大学专业基础课程环境微生物,2,3,营养（或营养作用nutrition)指生物体从外部环境摄取其生命活动所必需的能量和物质，以满足其生长和繁殖需要的一种生理功能。营养物（或营养nutrient)指具有营养功能的物质，常常还包括光能这种非物质形式的能源在内。,4,微生物营养的功能：参与微生物细胞的组成 提供微生物机体进行各种生理活动所 需的能量 形成微生物代谢产物的来源 营养物质是微生物新陈代谢和一切生

2、命活动的物质基础，失去这个基础，生命也就停止。,5,Contents,6,第一节 微生物细胞的化学组成,组成微生物细胞的化学物质主要包括3类：水，最主要的组成成分，是微生物代谢过程中不可缺少的溶剂，细胞干重的70%90% ；无机离子，参与有机物组成或单独存在于细胞原生质中灰分；生物分子，包括蛋白质、糖、脂、核酸、维生素，降解产物、代谢中间产物 等有机化合物，它是生物体和生命现象的结构基础和功能基础。,7,微生物细胞的化学组成 元素 ： -大量元素：碳、氢、氧、氮、磷、硫C H O N是生命体最基本的组成元素S是蛋白质的重要组成元素P是组成核酸和ATP不可缺少的元素6种占细胞干质量的97% -微

3、量元素：钾、钠、钙、镁、铁、 锰、 铜、钴、锌、钼等,细胞的化学组成也是配制微生物培养基的主要依据.,8,1.碳源（Carbon source） 2.氮源（Nitrogen source) 3.能源（Energy source) 4.生长因子（Growth factor ) 5.无机盐(Inorganic salt) 6.水(Water),传统上根据功能不同对营养物归类六种营养要素:,第二节 微生物的营养物质,9,一、 碳源 Carbon Source 一切能满足微生物生长繁殖所需碳元素的营养物，称为碳源。C元素在细胞干物质中约占50%左右. 分无机碳源与有机碳源两大类。凡必须利用有机碳源的微

4、生物叫异养微生物。凡以无机碳源作主要碳源的微生物叫自养微生物。,10,糖类：葡萄糖，果糖，麦芽糖，蔗糖， 淀粉，半乳糖，乳糖，甘露糖，纤维二糖，纤维素，半纤维素，甲壳素，木质素等 有机酸：乳酸，柠檬酸，延胡索酸，低级脂肪酸，高级脂肪酸，氨基酸等 醇类：乙醇 脂类：脂肪，磷脂 烃类：天然气，石油，石油馏分，石蜡油 碳酸盐 ： NaHCO3, CaCO3, 白垩等 其他：芳香族化合物，氰化物，蛋白质，肽，核酸， CO2等,1.微生物可利用的碳源,11,2.碳源特点,1） 依碳源分类自养微生物：利用无机碳源，如CO2、碳酸盐异养微生物：利用有机碳源，如葡萄糖、淀粉等2 ）最适碳源 C-H-O最适碳源

5、 糖 醇 有机酸 脂类最适糖类 单糖 双糖 多糖最适单糖 已糖 戊糖最适多糖 淀粉 纤维素 木质素、几丁质,应用:诺卡菌和霉菌可以以氰化物作为唯一C源和N源,细菌最喜好的碳源是？糖 尤其是葡萄糖及其多糖,12,二 、氮源 nitrogen Source 凡能提供微生物生长繁殖所需氮元素的营养源。也可分为有机氮源和无机氮源（硝酸盐）。主要合成细胞内各种氨基酸和碱基进而合成蛋白质和核酸等细胞成分. 氮源的作用是提供微生物合成蛋白质的原料。按对N源要求的不同，将微生物分为四类：固氮型、利用无机N为N源、需要某些氨基酸为N源、从分解蛋白质中取得铵盐或氨基酸的微生物。,13,N源特点:,1 氮源主要不提

6、供能量(除硝化细菌等少数外)2 最适氮源 NHCO NH NO N23 速效氮源：以蛋白质降解产物存在的氮源 迟效氮源：以蛋白质形式存在的氮源,培养微生物常用的有机N源有牛肉膏 蛋白胨 酵母膏等等,14,提问：哪些物质可作为细菌的氮源？有机氮（氨基酸和蛋白质）、无机氮（ N2、 NH3、铵盐、硝酸盐）等。实验室中有机氮源蛋白胨,工业投加的细菌氮源？,尿素、粪便,15,能源，就是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。异养微生物的能源就是其碳源单功能营养物：如辐射能双功能营养物：NH4+是硝酸细菌的能源和氮源三功能营养物：如”N.C.H.O”是异养微生物的能源、碳源及氮源。,三、

7、能源 energy Source,16,四 生长因子(growth factor),微生物在生长过程中不能自已合成的生长繁殖必需的需要量较少的外界加入的,有机物,是,生长因子谱：维生素氨基酸嘌呤(或嘧啶),提供方式：原料：酵母膏、玉米浆、肝浸出液、麦芽汁、新鲜动植物组织,17,种类：嘌呤、嘧啶类、维生素类作用：？嘌呤和嘧啶参与合成核酸和辅酶； 维生素，重要辅酶多数细菌不存在生长因子问题。只有少数细菌需要外界提供现成的生长因子，才能生长，如乳酸菌需要多种维生素，因此只能生活在这些物质供应充足的环境，如牛奶中、肠道。,必需，但不能自身合成的有机物,18,五 无机盐( inorganic ions)

8、,大量元素：生长所需浓度为10-310-4mol /L的元素微量元素：生长所需浓度为10-610-8mol /L的元素,19,20,六、水 是微生物细胞的重要组成部分，占活细胞总量的90%左右,使原生质保持溶胶状态，保证代谢正常进行 ; 是物质代谢的原料; 起到物质溶剂和运输介质的作用; 有效控制细胞内的温度变化 .结合水(构成原生质的组成部分)和游离水(可以被利用的),21,七、碳氮磷比“营养平衡”,根瘤菌要求碳氮比为11.5：1土壤中微生物混合群体要求碳氮比为25：1污(废)水生物处理中好氧微生物群体(活性污泥)要求为BOD5：N：P100：5：1,厌氧生物处理中的厌氧微生物群体要求BOD

9、5：N：P350500：5：1,为了保证污(废)水(有机固体废物）生物处理要按碳氮磷比配给营养 。,22,城市生活污水不存在营养不足的问题。但有的工业废水缺某种营养，当营养量不足时，应供给或补足。如酒精废水缺 ？ ；,洗涤剂废水 ？,N、P,缺N,P过剩,如何知道所处理的废水中营养物供应是否比例平衡呢？先测、对比、试验验证,炼油废水 ？,N、P,23,但如果工业废水不缺营养，就切勿盲目补充！为什么？过犹不及“娇惯”细菌往往先利用这类现成的容易被吸收、利用的有机物质，而不再利用工业废水中难以吸收、利用的有机物，从而导致细菌分解特殊有机物的能力下降这与细菌驯化正好相反（反驯化）。,Attentio

10、n！,24,25,营养类型是按能源和氢供体来划分，也可以按能源和基本碳源来分：以下四大类型微生物中的划分不是绝对的，它们在不同条件下生长时，往往可以互相转变。,第三节 微生物的营养类型,26, 无机营养细菌（自养菌）,无机（自养）CO2、CO和CO32-提问：能否也利用有机物呢？,绝大多数能，“能吃苦也能享福”，优先利用；又根据能源不同又分为光能自养型细菌和化能自养型细菌。,27,（1）光能自养细菌（无氧有光）,只有紫硫细菌和绿硫细菌,28,紫硫、绿硫细菌代谢方式 光照 CO2 + H2S CH2O（糖） + H2O + 2S 菌绿素（与叶绿素大同小异）,提问：在自然界的作用是什么呢？,早期无

11、氧地球，清除H2S毒物,（H2S类似植物光合作用中的H2O）,较洁净的光照池塘无氧臭（H2S) 区,29,紫硫细菌,湖中4m,硫化物,*这个深度紫硫细菌多?,30,（2） 化能自养细菌（有氧）,提问：什么是化能自养菌？自养碳源CO3化能以 ？物质氧化产能S、H2S、H2、NH3、Fe,种类：硫细菌(硫化细菌和硫磺细菌)、（亚）硝化细菌及铁细菌、氢细菌。,31,提问：化能自养细菌能用于污水处理吗？为什么？,能，脱氨、脱硫；条件容易,32, 有机营养细菌（异养菌）,有机（异养）以有机物为碳源异养菌是有机污水处理的主角,根据能源的不同,33,（1）光能异养与化能异养,以有机物作为碳源和能源的的细菌。

12、绝大多数的细菌都属于化能异养菌。,. 化能异养菌,34,不受氧气限制，尤其适于高浓度有机废水（食品行业）的高效处理(*红螺菌用于污水处理现状如何?),. 光能异养细菌（无氧有光） 光能+色素 有机物 + CO2 菌体 CH2O小分子有机物碳源主要指红螺菌（有氧无光时可化能异养生存）,提问：在污水处理中的优势是什么？,问题：与水分离困难，光照问题,嗜盐红螺菌大量滋生时的红盐田,35,提问：人工投加光合细菌（PSB,红螺菌）有利于水产养殖，原因？,迅速转化毒物（水族排泄物被细菌分解后的氨、有机酸）为高蛋白的菌体，作为鱼的饲料，且不消耗氧 ；优势生长时能抑制水族病原菌的生长,36,异养菌中有腐生菌与

13、寄生菌之分腐生分解腐烂的有机物生活寄生寄居在其他生物体内生活提问：致病细菌是属于什么类型？兼有，属于兼性寄生菌,肺结核杆菌 痢疾志贺氏菌,以腐生为主兼营寄生的兼性寄生细菌，因而可以通过水源、食物传播，是水处理中需要监控和杀灭的对象。,37,营养类型是按能源和氢供体来划分，也可以按能源和基本碳源来分：以下四大类型微生物中的划分不是绝对的，它们在不同条件下生长时，往往可以互相转变。,38,细胞膜的选择吸收,分四种情况,第四节 营养物质进入细胞的方式,39,水、无机盐、气体、甘油等小分子,1被动扩散,?,推动力?,推动力浓度梯度,无载体蛋白,不,内部能量消耗YorN?,乞讨,40,2促进扩散,促进载

14、体蛋白协助,载体蛋白,细胞外,|,细胞膜,|,细胞内,糖、氨基酸、金属离子等,?,推动力浓度梯度,有载体蛋白,不,内部能量消耗YorN?,推动力?,白领,41,3主动运输,运输载体蛋白主动逆浓度梯度方向,糖、氨基酸、有机酸 Na+、K+、硫酸根、磷酸根等,?,推动力ATP放能,有载体蛋白,消耗,内部能量消耗YorN?,推动力?,蓝领,42,磷酸化自由能升高，能量级别、位置的升高。,转位,磷酸葡萄糖,4.基团转位,基团被转运的营养物转位,？,商业包装,43,提问：磷酸化的益处？（一）活化参与代谢;（二）防止营养物从细胞内流失；（三）保持营养物在细胞内的低浓度(不用主动运输耗能),糖(葡萄糖、甘露

15、糖、果糖及糖的衍生物N乙酰葡萄糖胺)、嘌呤、嘧啶、脂肪酸,磷酸烯醇式丙酮酸放能,有载体蛋白,消耗能量,内部能量消耗YorN?,推动力?,为什么细菌吸收某些营养物（如糖）要采取不同方式呢？与哪些因素有关？,44,培养基（medium or Culture medium)是一种人工配制的，适合微生物生长繁殖或产生代谢产物用的混合养料。任何培养基都应具备微生物所需要的六大营养要素，且其间的比例是合适的。,第五节 培养基,45,1.认识,化能自养菌氧化硫杆菌的培养基粉末状硫 10g KH2PO4 4g MgSO4 0.5g CaCl2 0.5g (NH4)2SO4 0.4g FeSO4 0.01g 水

16、 1000mL（自来水即可）,提问：其中各组分作用是什么？,空气中的CO2,能源,磷源、缓冲物,碳源是什么？,氮源,盐,也可补加一部分碳酸钠。,46,异养细菌的培养基中至少有一种有机物，实验室中通常是葡萄糖 如一种大肠杆菌培养基葡萄糖 0.5g K2HPO4 1g MgSO4 0.2g NaCl 5g NH4H2PO4 0.4g 水 1000mL,47,2.配制,通常,加水,48,3分类,根据哪些特性可以给培养基分类？物理状态、用途、组分组成(一)根据物理状态 固体培养基、半固体培养基和液体培养基1）液体培养基（“汤”）废水也可看作是一种广义的液体培养基,49,2）固体培养基（“团”）,人工做

17、法(与果冻方法一样)向液体培养基中加入2左右的琼脂，加热至100溶解，40下冷却并凝固。,石花菜(红藻）琼脂,琼脂主要成份半乳聚糖，分子量大，呈网状粘着力强，溶解分散（温度为96以上）,条状琼脂,粉末琼脂,50,琼脂特性,A.不能被绝大多数微生物利用、分解液化；提问：有什么好处？不作为额外碳源，干扰试验，保持固体特性B.高压灭菌结构不被破坏，且颜色透明不妨碍观察；,C.多数微生物在琼脂培养基表面生长并形成独立菌落；,提问：有何好处？易于纯化分离,无营养、无分解能力，融点96，凝点40,51,3）半固体培养基（“膏”）,半流动性介于固体与液体之间提问：如何制作？在液体培养基中加入0.5%或更低浓

18、度的琼脂作用：？半固体培养基中可以融入少量的溶解氧，因此这种培养基常被用于培养在较低氧浓度环境下才能最佳生长的细菌。,天然的固体培养基土豆块、培养真菌的麸皮、大米、大麦等。,52,（二）根据培养基组分,天然培养基、合成培养基和半合成培养基。1）合成合成纯化学试剂,2）天然天然？纯生物制品(细胞提取物)如，常用的细菌肉汤培养基牛肉膏 3g 蛋白胨 5g水 1000mL pH 7.27.4牛肉膏瘦牛肉经过加热浓缩抽提的膏状物（主要作碳源）,优点稳定、选择性缺点很多细菌营养需求较为复杂，配方获取较难,53,类似物如酵母膏、麦芽汁、土壤浸出液、牛奶、玉米粉,优点营养丰富、配制容易缺点？质量不稳定、选择

19、性差；3）半合成半不纯优缺点介于前两者之间，因而使用最广。,蛋白胨动植物蛋白（大豆或动物骨粉等）经初步酶解形成的短肽（主要作氮源）,酵母膏,54,(三)根据培养基用途,普通型、选择型、鉴别型普通普适,？,肉汤培养基牛肉膏 3g 蛋白胨 5g水 1000mL pH 7.27.4,1）选择性培养基选择性？待选的细菌能优势生长,有两种制备思路：比谁长得快比谁死得慢,55, 投毒法（“正考试”）,常用物质为染料、胆汁酸盐、金属盐类、酸、碱和抗生素。例如欲分离古细菌，培养基中通常加入青霉素（由于古细菌的细胞壁不同于普通细菌，因而不会被对破坏普通细菌细胞壁结构的青霉素杀死），古细菌就唯一分离并存活下来。,

20、胆汁酸盐抑制革兰氏阳性菌提问：它能选择性生长那种细菌？G-,毒选择性的抑制剂待选细菌有抗性,比谁死得慢,*对化工废水（难降解废水或有毒废水）,如何设计筛选能对其高效降解的细菌培养基?,56,投其所好法（“邪挖墙角”）,好营养、环境因子（1）专一性营养源培养法待选细菌专门需要的某种碳源或氮源例如筛选纤维素分解菌选用纤维素作为培养基中的唯一碳源；各类降解石化废水特殊有机物的细菌筛选通常是以这类有机物为培养基中的唯一碳源，将目的细菌富集筛选下来。,比谁长得快,57,（2）理化因素控制法理化因素特殊的温度、氧气、pH、盐度等环境条件主要用于筛选极端环境微生物。如嗜盐、嗜热、嗜冷、嗜酸、嗜碱等的细菌，同时也被用于选择性培养好氧或厌氧细菌。,嗜冷菌,嗜热菌,58,2）鉴别培养基,鉴别明查分别（细菌种类）提供培养环境外还同时具有类似于“验钞机”的作用,方法？鉴加入指示剂（“紫光灯”）别不同菌落制造不同的代谢物（“有无荧光粉”），显色不一水处理中常用的远藤氏培养基就是典型大肠菌群内不同种属细菌的鉴别培养基（第五章）。,59,菌样 涂布EMB平板上,乳糖发酵乳糖不发酵：无色菌落,能力强：紫色菌落能力弱：棕色菌落,大肠杆菌,沙门氏菌属等,产气杆菌等,最常见的鉴别性培养基是伊红美蓝乳糖培养基（EMB ）,60,61,The end！,作业：P114 T11、16、21,