微生物生長的六大營養來源及其培養基
溫度是影響微生物生長的一個重要原因。
溫度對微生物的影響表現在:
1.影響酶活性。當溫度升高時,細胞內化學和酶反應以較快的速率進行,生長速度加快;當溫度降低時,細胞內化學和酶反應以較慢的速率進行,生長速度減慢。
2.影響細胞質膜的流動性。溫度高流動性大,有利于物質運輸;溫度低流動性降低,原生質膜處于凝固狀態,不能正常地進行營養物質的運輸,不利于物質運輸,因此溫度變化影響著營養物質的吸收和代謝產物的分泌。
3.影響物質的溶解度。
PH影響微生物的生長,因為PH通過影響細胞質膜的透性、膜結構的穩定性和物質的溶解性或電離性來影響營養物質的吸收,從而影響微生物的生長速率。每一種微生物都有一個可生長的PH值范圍,以及最適宜生長PH。大多數自然環境PH為5-9,適合多數微生物生長。只有少數微生物能夠在低于PH2或大于PH10的環境中生長。根據微生物對PH的要求范圍,可分為嗜酸性微生物、嗜中性微生物、嗜堿性微生物。
對于氧的需要,微生物有三種類型:好氧型、厭氧型、兼氧型。
1.好氧型:氧氣是好氧型細菌的生活條件,也就是說沒有氧氣它們就不能存在。
2.厭氧型:氧氣是厭氧型細菌的生活抑制物質,氧氣對它們生活和生存形成抑制。
3.兼氧型:兼氧型細菌在有氧和缺氧的條件下都能正常生活,有氧的情況下通常生長的更好,物質能夠得到充分的利用。
培養基中的營養物質的濃度對微生物的生長也有很大的影響。在微生物培養基中,某種基本營養物質被耗盡也可使微生物的生長停止。即使培養基中沒有任何毒物存在,但是其他營養物質仍很豐富,當添加少量這種營養物質時則微生物的生長可以重新開始。
人需要吃飯,動物需要捕食,連植物也需要在土壤中汲取營養。那么,我們肉眼看不到卻無處不在的微生物如何獲得營養呢?
營養是指生物體從外界環境中獲取生命活動所必須的能量和物質,來滿足正常生長和繁殖的需要,它是生物的一種最基本的生理功能,為一切生命活動提供所必需的物質基礎。而微生物對營養的需求和動植物很接近,其營養來源主要為碳源、氮源、能源、生長因子、礦質元素和水六大類。
1、碳源:碳是微生物細胞需求量最大的元素,占細胞干重的50%,能為微生物生存提供營養的碳(元)素或碳架的營養物質被稱為碳源,種類極其廣泛。簡單的無機含碳化合物、比較復雜的有機物、復雜的有機大分子、天然含碳物質(牛肉膏、蛋白胨、花生餅粉、糖蜜、石油等),都屬于能被不同的微生物利用的碳源。
2、氮源:凡是能構成微生物的細胞物質或代謝產物中氮素來源的物質,都被稱為氮源。氮源的主要作用是能夠提供合成細胞物質和代謝產物中的氮素來源,它一般不作為能量提供。微生物對氮源的利用能力差異很大,大多數微生物只能利用銨鹽、其他含氮鹽、有機含氮化合物作為氮源,而有少數固氮微生物則能利用分子態氮作為氮源來合成自身的氨基酸、蛋白質。
3、能源:凡是能提供微生物生命活動所需能量的物質,都稱為能源。例如太陽光的光能,能夠在光合作用下為微生物提供能源。能源因微生物種類不同而各有差別。例如,對異養微生物來說,碳源就是能源;對自養微生物而言,有利用日光作為能源的光能自養菌,化能自養菌則可以氧化無機物來獲得能量。
4、生長因子:有些微生物還必須補充微量的有機物質才能生長,這些微量有機物質叫做生長因子。它們的主要作用是提供微生物細胞重要化學物質(蛋白質、核酸和脂質)、輔助因子(輔酶、輔基)的組分和參與代謝。生長因子通常包括維生素、氨基酸、堿基、固醇、胺類等。如酵母膏、蛋白胨、麥芽汁、玉米漿、動植物組織或細胞浸液等,都是能夠提供生長因子的天然物質。
5、無機鹽:它們是組成生命物質的必要成分,微生物的生命活動需要元素包括硫、磷、鈉、鉀、鎂、鈣、鐵等,還有某些微量的金屬元素,如鉆、鋅、鉬、鎳、鎢、銅等。這些元素大多以鹽的形式提供給微生物,所以也稱為無機鹽或礦質營養。
6、水:水是萬物之源,對微生物而言也是一樣。水是微生物細胞的主要化學成分之一。微生物生命活動中的化學反應絕大多數是在水中進行的。細胞內外物質的交換,通常也是溶解在水中進行的。
擁有以上6大營養來源,微生物才得以正常生存。
經常會在網上看到面膜等于細菌培養基的謠言,許多人聽多了也就信了。那為什么會出現這種傳言呢?原因就在于微生物的繁殖是需要營養的,而面膜含有多種的有機物,因此許多人聽信了謠言。在本文最后部分,我將就這個謠言做簡單解釋,在此之前,我們一起探討一下微生物們需要吃什么呢?
微生物在生長過程中,需要不斷從外界環境吸收物質,并加以利用,以獲得能量和合成細胞物質,這個過程稱為微生物的營養。而被微生物吸收和利用的物質,稱為微生物的營養物質。
營養物質(nutrient):那些能夠滿足微生物機體生長、繁殖和完成各種 生理活動所需的物質(具有營養功能的物質),還包括非常規物質形式的光輻射能在內
營養(nutrition):指生物體從外部環境中攝取對其生命活動必需的能量和物質,以滿足正常生長和繁殖需要的一種最基本 的生理功能
營養物質是微生物生存的物質基礎,而營養是生物維持和延續其生命形式的一種生理過程。
了解微生物營養規律的目的:可以自覺地、有目的地選用、改造和設計符合微生物生理要求的培養基,以便進行科學研究或用于生產實踐。
為了了解微生物的營養特點,需要我們先知道微生物細胞的化學組成,如下圖可知微生物細胞的水分的含量最高,剩下的干物質主要是各種無機物和有機物。對細胞的成分做化學元素分析主要元素有碳、氫、氧、氮、磷、硫、鉀、鎂、鈣、鐵等;微量元素:鋅、錳、鈉、氯、鉬、硒、鈷、銅、鎢、鎳、硼等。
微生物細胞的化學組成
微生物、動物、植物的化學元素組成基本一致,它們之間存在“營養上的統一性"。
微生物的營養物質種類繁多,自然界中也有成千上萬種物質可被不同微生物利用。根據營養物質的性質和作用可分為六種營養要素:碳源、氮源、能源、生長因子、無機鹽和水。
(一)碳源:
一切能滿足微生物生長繁殖所需碳元素的營養物,稱為碳源。微生物細胞含C量約占干重的50%,故又稱為大量營養物。
異養微生物:凡必需利用有機C源的微生物。最適C源為:C.H.O型,即糖、有機酸、醇、脂類等。
自養微生物:凡以無機C源做主要C源的微生物。
雙功能營養物:對一切異養微生物來說,其C源同時又兼做能源。
(二)氮源(nitrogen source):
凡能提供微生物生長繁殖所需N元素的營養源。N占細菌干重的12%~15%,是構成蛋白質和核酸的主要元素;
微生物對N源的利用順序:“N.C.H.O"或“N.C.H.O.X"類優于“N.H"類,更優于“N.O"類,而最不易利用的則是“N"類。
微生物營養上需要的氮源物質:
1)空氣中的分子態氮;2)無機氮化合物;3)有機氮化合物。
(三)能源(energy source):
能為微生物生命活動提供最初能量來源的營養物或輻射能。
能源譜:
1)、化學物質(化能營養型):以有機物為能源的叫化能異養微生物的能源;以無機物(NH4+、NO2-、S、H2S、H2等)為能源為化能自養微生物的能源。一些原核生物如亞硝酸細菌、硝酸細菌、硫化細菌、硫細菌、氫細菌等。
2)、輻射能(光能營養型):光能自養和異養微生物的能源.
光輻射能是單功能營養物(能源)、還原態的NH4+是雙功能營養物(能源、N源)、氨基酸類則是三功能營養物(C源、N源、能源)
(四)生長因子(growth factor):
是一類調節微生物正常代謝所必需,但不能用簡單的C、N源自行合成的有機物。需要量很少。狹義的生長因子僅指維生素。但并非每一種微生物都需要外界為它提供生長因子。
(1)生長因子自養型微生物(auxoautotrophs):不需要外界提供任何生長因子。包括多數真菌、放線菌和不少細菌。
(2)生長因子異養型微生物(auxoheterophs):包括各種乳酸菌、動物致病菌、支原體和原生動物等
(3)生長因子過量合成型:少數微生物在其代謝活動中,能合成并分泌某些維生素等生長因子。
(五)無機鹽(mineral salts)或礦質元素:
大量元素:含量在10-3~10-4范圍內的元素
微量元素:10-6~10-8
培養基最好用K2HPO4和MgSO4
(六)水
水作為微生物的營養物質發揮著重要作用:優良的溶劑、維持各種生物大分子結構的穩定性,并參與某些重要的化學反應;水還有其優良的理化性質能保證微生物的生命活動正常進行;藍細菌還可以利用水中的H來還原CO2。水是生命之源,某種意義上是有依據的。。
培養基是人工配制的,適合微生物生長繁殖或積累代謝產物用的營養基質。也就是我們通常說的微生物“吃"的東西。
培養基幾乎是一切對微生物進行研究和利用工作的基礎。
任何培養基都應該具備微生物生長所需要六大營養要素。
為了研究微生物的生命活動規律和生產微生物制品,配好培養基是取重要的基礎工作。一個好的培養基要能充分保證微生物生長繁殖和積累代謝產物,為此在配制培養基時,針對微生物的不同營養類型,滿足其六大營養要素,且比例合適。另外要注意:培養基一旦配成,必須立即滅菌,否則很快引起雜菌叢生。
最后,我回答下文章開頭的問題,為什么說面膜會成為細菌等微生物的良好培養基是謠言?因為細菌的繁殖需要時間,我們將微生物繁殖一代的時間稱之為代時,哪怕繁殖速度頂尖的大腸桿菌繁殖一代也要將近二十分鐘;面膜中一般多添加有抑菌成分,如酒精、羥基苯甲酸酯等抑菌劑;面膜中所含的營養物質遠遠達不到培養基的營養程度。所以不要輕信謠言,用科學破除謠言。