微生物的培养与生长文档格式.docx
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碳源主要用来供给菌体生命活动所需的能量,构成军菌体细胞及代谢产物。
常用的碳源有:
糖类、脂肪和某些有机酸、部分醇类。
在某些特殊情况(如碳源贫乏),蛋白质水解产物或氨基酸等也可以被某些菌种作为碳源使用。
由于菌种所含煤系统并不完全相同,所以,各种菌能利用的碳源亦不相同。
葡萄糖、麦芽糖、乳糖等单糖和双糖是绝大部分细菌、酵母菌、放线菌及霉菌可利用的碳源,大多数霉菌、放线菌和部分细菌可直接利用糊精和淀粉作为碳源。
(二)、氮源
氮源主要用来构成菌体细胞物质(如氨基酸、核酸、蛋白质)和含氮代谢产物。
常用的氮源可分为两类:
有机氮源和无机氮源。
黄豆饼粉、花生饼粉、棉籽饼粉、玉米浆、蛋白胨、鱼粉等属于有机氮源;
氨水、硫酸铵、尿素、硝酸钠、硝酸铵和磷酸氢二铵等为无机氮源。
(三)、水
水是微生物体内外的溶媒,只有通过水,微生物所需要的营养物质才能进入细胞,也只有通过水其代谢产物才能排出体外。
另外,水也可以直接参加代谢作用,如蛋白质、碳水化合物和脂肪的水解作用都是在水参与下才能进行的。
(四)、无机盐
无机盐也是微生物生长所必不可少的营养物,其中又可分为主要元素和微量元素两大类。
主要元素微生物需要量大,有P、S、Mg、K、Ca、Na等,它们参与细胞结构物质的组成,有调节细胞质pH值和氧化还原电位的作用,有能量转移、控制原生质胶体和细胞透性的作用。
微量元素有Fe、Cu、Zn、Mn、Co等,它们的需要量虽然极微,但往往强烈地刺激微生物的生命活动。
它们或是酶活性基的组成成分或酶的激活剂。
(五)、生长因子
有些微生物在含有碳源、氮源、无机盐的培养基中仍不能正常生长,如在培养基中加入某种组织(或细胞)提取液时,则微生物生长良好,说明这种组织中含有某些微生物生长所需的生长因子。
凡是微生物生长所不可缺少的微量有机物都称为生长因子。
包括维生素、氨基酸、嘌呤、嘧啶及其衍生物。
这些物质之所以称之为生长因子,是由于某些微生物自己不能合成之,必须由外界提供。
它不是一切微生物所必需的。
第一类是不需要外源供给的微生物,像自养型细菌和广泛分布的一些腐生性细菌和霉菌,它们自己可以合成这些物质,以满足自身的需要。
第二类是缺乏自制一种或两种能力的微生物,如金黄色葡萄球菌需要硫胺素,根瘤菌需要生物素。
这类微生物中有些种类,当外界供给所需要的前体物质,亦能满足需要。
第三类为对多种维生素、氨基酸、碱基都缺乏合成能力的微生物,在培养基中提供水解蛋白质和织物组织液才能生长(如麦芽汁、酵母汁)。
维生素作为酶的活性基团起催化作用。
氨基酸是组成蛋白质的结构物质,嘌呤、嘧啶是合成核苷酸的主要物质。
三、微生物的营养类型
由于各种微生物的生活环境和对物质的利用能力不同,它们对营养的需要和代谢方式也不尽相同,根据微生物所需要的营养和能量的不同,尤其是碳素营养来源的不同,可把它们分成自养微生物和异养微生物两大类。
自养型微生物:
能利用简单的无机物作为营养物质进行生长繁殖,能以CO2或碳酸盐为碳源,以氨或硝酸盐为氮源,在体内合成有机物,不需要外界供给有机物。
异养型微生物:
只能用现成的有机物作为碳源,如单糖、双糖、淀粉、纤维素、有机酸等,另外,根据能量来源不同,又可分为两种类型。
即光能营养型和化能营养型。
光能营养型能利用光能。
化能营养型是来自物质氧化过程释放的能量。
根据碳素来源和能量来源可分四种类型。
(1)、光能自养型:
这类微生物利用日光作为其生活所需的能源,利用CO2作为碳源,以无机物为供氢体来还原CO2,合成细胞有机物质。
如蓝细菌(光合细菌)。
(2)、光能异养型:
有少数微生物种类具有光合色素,能利用光能把CO2还原为碳水化合物,但必须以某种有机物为CO2同化中的供氢体。
如红螺菌属利用丙醇作为供氢体,积累丙酮。
(3)、化能自养型:
能利用氧化无机物时产生的能量,把CO2还原成有机碳水化合物。
如硝化细菌、铁细菌等。
(4)、化能异养型:
能源来自有机物的氧化或发酵产生的化学能,以有机物为碳源,以有机或无机氮为氮源。
这类微生物的种类最多。
四、微生物对营养物质的吸收方式
微生物对营养物质的吸收取决于细胞膜的结构和生物功能。
细胞膜是一层具有高度选择性的半透膜,控制营养物质及代谢产物的进出细胞。
细胞膜上有丰富的酶,这些酶与物质的吸收和排泄有关。
微生物对营养物质吸收的机制有四种:
1、被动扩散:
由高浓度向低浓度扩散。
2、助长扩散:
有载体蛋白参加。
3、主动运输:
从低浓度向高浓度扩散,需要能量和载体蛋白。
4、基因转移:
通过磷酸化转移。
五、培养基
微生物的生长和繁殖需要一定的营养物质,根据微生物对营养物质的需要,经过人工配制适合比同微生物生长、繁殖或积累代谢产物的营养基质就成为培养基。
培养基的主要用途为:
促使微生物生长与繁殖,用于微生物纯种分离、鉴定和制造微生物制品等。
(一)、培养基的类型
由于各种微生物所需要的营养物不同,所以培养基的种类也有很多种,估计可有数千种之多,但大致可以分为以下几类。
1、根据营养物质来分
(1)、合成培养基:
是由已知化学成分及数量的化学药品配制而成的。
这种培养基成分精确,重复性强。
但价格高,一般多用于实验室内供研究有关微生物的营养、代谢、分离和鉴定生物制品及选育菌种用。
(2)、天然培养基:
采用化学成分还不十分清楚或化学成分不恒定的天然有机物,可用组织提取液等。
如牛肉膏、酵母膏、麦芽汁、蛋白胨、牛奶、血清等。
玉米粉、马铃薯配制方便、经济,运用于实验室和生产。
(3)、半合成培养基:
在天然有机物的基础上,加入一些化学药品,以补充无机盐成分,使其更能充分满足生长需要。
该培养基是使用最多的培养基。
2、根据培养基物理性状分
(1)、固体培养基:
在液体培养基中加入2%琼脂,成为固体状,用于菌种保藏、分离、菌落特征观察、计数等。
(2)、液体培养基:
一般用于生产。
(3)、半固体培养基:
加入0.35%-0.40%琼脂。
3、根据培养基的用途来分
(1)、基础培养基:
满足一般微生物生长需要的营养物质。
(2)、加富培养基:
在培养基中加入额外的营养物质,使某些微生物在其中生长,而不适合其它微生物生长。
通常加入血、血清、动植物提取液。
(3)、选择培养基:
在培养基中加入某些化学药品以抑制不需要的微生物生长,而促进需要的微生物生长,往往加入一些抑菌剂或杀菌剂。
(4)、鉴别培养基;
根据微生物能否利用培养基中的某种成分,依靠指示剂的颜色反应,借以鉴别不同种类的微生物。
(二)、培养基配制的原则
1、根据微生物的营养要求配制;
2、注意营养成分的比例;
3、培养基的pH值;
4、氧化还原电位。
第二节微生物的生长
一、微生物的生长
微生物在适宜的环境中,按照自己的代谢方式,不断地吸收营养物质,进行新陈代谢,即进行同化作用和异化作用。
如果同化作用大于异化作用,细胞会增大,细胞的体积逐渐增加,这就是生长。
细胞的生长有一定限度的,当增到一定限度时,细胞就开始分裂,形成两个基本相似的子细胞,子细胞又可重复进行生长和分裂。
细胞分裂形成子细胞,使个体数目增加,这就是分裂。
从生长到繁殖的过程也就是由量变到质变的发展过程,这一质变过程叫发育。
微生物在比较合适的条件下,能正常生长和繁殖。
当环境发生某些变化,此变化超过了微生物能适应忍受的程度时,微生物的生命活动就会受到抑制而发生变异,甚至死亡。
细菌的生长的标志:
以群体数目的增加作为生长标志。
因为很难将生长与繁殖分开。
放线菌和霉菌:
是以菌丝的伸长和分枝表现为生长的。
对于微生物的应用,不论是在食品和其他方面的应用,主要是利用它的菌体,及其产生的代谢产物和酶类,而这与微生物的生长是密切相关的。
所以了解和掌握微生物的生长特性是很有必要的。
二、微生物的纯培养
目的是从混杂状态中纯化分离细菌,是研究利用微生物的基础,通常采用以下方法:
1、稀释平板法;
2、划线法;
3、单细胞分离法;
4、选择培养基分离法。
此部分试验指导中也有,在此简单介绍。
三、微生物生长的测定
(一)、单细胞的微生物是指细菌和酵母菌等,它们的生长量不是测定细胞大小,而是测定群体增长量。
方法如下:
1、全数测定
所谓全数测定,即是培养一定时间后测定细胞的总数。
其数量既包括活的细胞,也包括死的细胞。
(1)、计数器法:
采用血球计数板。
(2)、染色涂片计数法:
取定量菌液将其涂布于1cm2的面积内,染色、镜检、计数。
(3)、比浊法:
是测定菌液中细胞数的快速方法,原理是菌液中细胞量越多,浊度越大。
用未知细胞数的菌液和已知细胞数的菌液相比,来求出未知细胞数菌液中的细胞数。
2、活菌计数法:
测定活菌数。
(1)稀释平板法:
取待测的细胞悬液作一系列的稀释,稀释级数越高,稀释液中含细胞数愈少,也就越易在培养皿上显出单个菌落。
(2)、液体稀释培养法:
采用统计学原理进行测定,如大肠菌群的测定,采用此方法。
(二)、多细胞微生物生长的测定
以菌丝生长的长度或菌丝增加的重量作为生长指标。
最简单的方法是将酶菌接种在培养皿内固体培养基中央,在一定时间内测定菌落的直径或面积。
对生长速度快的霉菌,可每24h测量一次。
可求出菌丝的平均生长速度。
(三)、细胞物质的测定
测量活菌或死菌。
1、干重法:
过滤或离心,烘干称重。
2、含氮量法:
细胞的蛋白质含量比较稳定。
而氮又是蛋白质的重要组成。
因此,测定微生物细胞的含氮量来表示其生长情况。
四、生长曲线
是指细菌等单细胞微生物,以细胞增长数的对数值为纵坐标,以培养时间为横坐标作图时,可以绘出一个曲线,此曲线称为生长曲线。
细菌纯培养的生长曲线:
由于细菌各个时期生长繁殖速度不同,所以,生长曲线又可分为延迟期、对数期、稳定期和衰亡期。
(一)、延迟期
少量的细菌接种到新鲜培养基后,开始时,细胞一般不立即进行繁殖。
因此,它们的细菌数几乎不增加,甚至还有减少。
生长曲线中的这一段时间称为延迟期。
处于延迟期的细菌体积增长较快,特别是在此期的末期。
延迟期的出现可能是因为细胞在新的环境中,需要合成新的必需的酶、辅酶或某些中间代谢产物,或者为了适应新环境而出现的调整代谢的时间。
延迟期的长短与菌种的遗传性、菌龄及移种到新鲜培养基前后所处的环境条件是否相同等因素有关。
。
繁殖速度较快的菌种接种时,其延迟期也较短,甚至检查不到延迟期;
接种到同样组成的培养基比接种到组成不同的培养基中,其延迟期要短些;
增大接种量可缩短甚至消除延迟期。
由于延迟期的长短能影响微生物的正常生长周期,在发酵工业生产中延长生产周期,会降低设备的利用率。
所以,生产实践中总是设法缩短延迟期。
为此,采取的措施有:
(1)、增加接种量;
(2)、用对数生长期的菌种;
(3)、用健壮的菌种;
(4)、在种子培养基中加入发酵培养基中的某些成分;
(5)、采用最适种龄等。
(二)、对数期
在延迟期末,细胞开始出现较大量的分裂,培养基中的菌数急剧增加,进入