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微生物生长的六大营养来源及其培养基

更新时间:2023-03-16   点击次数:1224次
一、温度

温度是影响微生物生长的一个重要原因。

温度对微生物的影响表现在:

1.影响酶活性。当温度升高时,细胞内化学和酶反应以较快的速率进行,生长速度加快;当温度降低时,细胞内化学和酶反应以较慢的速率进行,生长速度减慢。

2.影响细胞质膜的流动性。温度高流动性大,有利于物质运输;温度低流动性降低,原生质膜处于凝固状态,不能正常地进行营养物质的运输,不利于物质运输,因此温度变化影响着营养物质的吸收和代谢产物的分泌。

3.影响物质的溶解度。


二、PH


PH影响微生物的生长,因为PH通过影响细胞质膜的透性、膜结构的稳定性和物质的溶解性或电离性来影响营养物质的吸收,从而影响微生物的生长速率。每一种微生物都有一个可生长的PH值范围,以及最适宜生长PH。大多数自然环境PH为5-9,适合多数微生物生长。只有少数微生物能够在低于PH2或大于PH10的环境中生长。根据微生物对PH的要求范围,可分为嗜酸性微生物、嗜中性微生物、嗜碱性微生物。


三、氧


对于氧的需要,微生物有三种类型:好氧型、厌氧型、兼氧型。

1.好氧型:氧气是好氧型细菌的生活条件,也就是说没有氧气它们就不能存在。

2.厌氧型:氧气是厌氧型细菌的生活抑制物质,氧气对它们生活和生存形成抑制。

3.兼氧型:兼氧型细菌在有氧和缺氧的条件下都能正常生活,有氧的情况下通常生长的更好,物质能够得到充分的利用。


四、营养物质的组成和浓度


培养基中的营养物质的浓度对微生物的生长也有很大的影响。在微生物培养基中,某种基本营养物质被耗尽也可使微生物的生长停止。即使培养基中没有任何毒物存在,但是其他营养物质仍很丰富,当添加少量这种营养物质时则微生物的生长可以重新开始。

人需要吃饭,动物需要捕食,连植物也需要在土壤中汲取营养。那么,我们肉眼看不到却无处不在的微生物如何获得营养呢?

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微生物不是专用于生物分类学的名词,而是指一般需借助显微镜才能看清的所有微小生物的统称,数量庞大且多样。微生物中的“微"便是它的特点之一,是人眼不能直接看到的,有些微生物只有粉尘那么大,而有些微生物更小,只有在放大几千倍以上的情况下才能被看见。微生物也是生物,和人一样,它的存活也需要汲取营养。


营养是指生物体从外界环境中获取生命活动所必须的能量和物质,来满足正常生长和繁殖的需要,它是生物的一种最基本的生理功能,为一切生命活动提供所必需的物质基础。而微生物对营养的需求和动植物很接近,其营养来源主要为碳源、氮源、能源、生长因子、矿质元素和水六大类。

1、碳源:碳是微生物细胞需求量最大的元素,占细胞干重的50%,能为微生物生存提供营养的碳(元)素或碳架的营养物质被称为碳源,种类极其广泛。简单的无机含碳化合物、比较复杂的有机物、复杂的有机大分子、天然含碳物质(牛肉膏、蛋白胨、花生饼粉、糖蜜、石油等),都属于能被不同的微生物利用的碳源。

2、氮源:凡是能构成微生物的细胞物质或代谢产物中氮素来源的物质,都被称为氮源。氮源的主要作用是能够提供合成细胞物质和代谢产物中的氮素来源,它一般不作为能量提供。微生物对氮源的利用能力差异很大,大多数微生物只能利用铵盐、其他含氮盐、有机含氮化合物作为氮源,而有少数固氮微生物则能利用分子态氮作为氮源来合成自身的氨基酸、蛋白质。

3、能源:凡是能提供微生物生命活动所需能量的物质,都称为能源。例如太阳光的光能,能够在光合作用下为微生物提供能源。能源因微生物种类不同而各有差别。例如,对异养微生物来说,碳源就是能源;对自养微生物而言,有利用日光作为能源的光能自养菌,化能自养菌则可以氧化无机物来获得能量。

4、生长因子:有些微生物还必须补充微量的有机物质才能生长,这些微量有机物质叫做生长因子。它们的主要作用是提供微生物细胞重要化学物质(蛋白质、核酸和脂质)、辅助因子(辅酶、辅基)的组分和参与代谢。生长因子通常包括维生素、氨基酸、碱基、固醇、胺类等。如酵母膏、蛋白胨、麦芽汁、玉米浆、动植物组织或细胞浸液等,都是能够提供生长因子的天然物质。

5、无机盐:它们是组成生命物质的必要成分,微生物的生命活动需要元素包括硫、磷、钠、钾、镁、钙、铁等,还有某些微量的金属元素,如钻、锌、钼、镍、钨、铜等。这些元素大多以盐的形式提供给微生物,所以也称为无机盐或矿质营养。

6、水:水是万物之源,对微生物而言也是一样。水是微生物细胞的主要化学成分之一。微生物生命活动中的化学反应绝大多数是在水中进行的。细胞内外物质的交换,通常也是溶解在水中进行的。

拥有以上6大营养来源,微生物才得以正常生存。

经常会在网上看到面膜等于细菌培养基的谣言,许多人听多了也就信了。那为什么会出现这种传言呢?原因就在于微生物的繁殖是需要营养的,而面膜含有多种的有机物,因此许多人听信了谣言。在本文最后部分,我将就这个谣言做简单解释,在此之前,我们一起探讨一下微生物们需要吃什么呢?

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不同形状的微生物


微生物在生长过程中,需要不断从外界环境吸收物质,并加以利用,以获得能量和合成细胞物质,这个过程称为微生物的营养。而被微生物吸收和利用的物质,称为微生物的营养物质。

营养物质(nutrient):那些能够满足微生物机体生长、繁殖和完成各种 生理活动所需的物质(具有营养功能的物质),还包括非常规物质形式的光辐射能在内

营养(nutrition):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

营养物质是微生物生存的物质基础,而营养是生物维持和延续其生命形式的一种生理过程。

了解微生物营养规律的目的:可以自觉地、有目的地选用、改造和设计符合微生物生理要求的培养基,以便进行科学研究或用于生产实践。


一、微生物细胞的化学组成


为了了解微生物的营养特点,需要我们先知道微生物细胞的化学组成,如下图可知微生物细胞的水分的含量最高,剩下的干物质主要是各种无机物和有机物。对细胞的成分做化学元素分析主要元素有碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙、铁等;微量元素:锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等。

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微生物细胞的化学组成

微生物、动物、植物的化学元素组成基本一致,它们之间存在“营养上的统一性"。


二、营养物质及其生理功能


微生物的营养物质种类繁多,自然界中也有成千上万种物质可被不同微生物利用。根据营养物质的性质和作用可分为六种营养要素:碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水。

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营养物质培养得到的微生物


(一)碳源:

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。微生物细胞含C量约占干重的50%,故又称为大量营养物。

异养微生物:凡必需利用有机C源的微生物。最适C源为:C.H.O型,即糖、有机酸、醇、脂类等。

自养微生物:凡以无机C源做主要C源的微生物。

双功能营养物:对一切异养微生物来说,其C源同时又兼做能源。

(二)氮源(nitrogen source):

凡能提供微生物生长繁殖所需N元素的营养源。N占细菌干重的12%~15%,是构成蛋白质和核酸的主要元素;

微生物对N源的利用顺序:“N.C.H.O"或“N.C.H.O.X"类优于“N.H"类,更优于“N.O"类,而最不易利用的则是“N"类。

微生物营养上需要的氮源物质:

1)空气中的分子态氮;2)无机氮化合物;3)有机氮化合物。

(三)能源(energy source):

能为微生物生命活动提供最初能量来源的营养物或辐射能。

能源谱:

1)、化学物质(化能营养型):以有机物为能源的叫化能异养微生物的能源;以无机物(NH4+、NO2-、S、H2S、H2等)为能源为化能自养微生物的能源。一些原核生物如亚硝酸细菌、硝酸细菌、硫化细菌、硫细菌、氢细菌等。

2)、辐射能(光能营养型):光能自养和异养微生物的能源.

光辐射能是单功能营养物(能源)、还原态的NH4+是双功能营养物(能源、N源)、氨基酸类则是三功能营养物(C源、N源、能源)

(四)生长因子(growth factor):

是一类调节微生物正常代谢所必需,但不能用简单的C、N源自行合成的有机物。需要量很少。狭义的生长因子仅指维生素。但并非每一种微生物都需要外界为它提供生长因子。

(1)生长因子自养型微生物(auxoautotrophs):不需要外界提供任何生长因子。包括多数真菌、放线菌和不少细菌。

(2)生长因子异养型微生物(auxoheterophs):包括各种乳酸菌、动物致病菌、支原体和原生动物等

(3)生长因子过量合成型:少数微生物在其代谢活动中,能合成并分泌某些维生素等生长因子。

(五)无机盐(mineral salts)或矿质元素:

大量元素:含量在10-3~10-4范围内的元素

微量元素:10-6~10-8

培养基最好用K2HPO4和MgSO4

(六)水

水作为微生物的营养物质发挥着重要作用:优良的溶剂、维持各种生物大分子结构的稳定性,并参与某些重要的化学反应;水还有其优良的理化性质能保证微生物的生命活动正常进行;蓝细菌还可以利用水中的H来还原CO2。水是生命之源,某种意义上是有依据的。。


三、微生物的培养基


培养基是人工配制的,适合微生物生长繁殖或积累代谢产物用的营养基质。也就是我们通常说的微生物“吃"的东西。

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培养基上的细菌菌落


培养基几乎是一切对微生物进行研究和利用工作的基础。

任何培养基都应该具备微生物生长所需要六大营养要素。

为了研究微生物的生命活动规律和生产微生物制品,配好培养基是取重要的基础工作。一个好的培养基要能充分保证微生物生长繁殖和积累代谢产物,为此在配制培养基时,针对微生物的不同营养类型,满足其六大营养要素,且比例合适。另外要注意:培养基一旦配成,必须立即灭菌,否则很快引起杂菌丛生。

最后,我回答下文章开头的问题,为什么说面膜会成为细菌等微生物的良好培养基是谣言?因为细菌的繁殖需要时间,我们将微生物繁殖一代的时间称之为代时,哪怕繁殖速度顶尖的大肠杆菌繁殖一代也要将近二十分钟;面膜中一般多添加有抑菌成分,如酒精、羟基苯甲酸酯等抑菌剂;面膜中所含的营养物质远远达不到培养基的营养程度。所以不要轻信谣言,用科学破除谣言。