微生物学-4营养

1、第四章第四章微生物的营养微生物的营养营养物质：环境中存在的能满足微生物生长、繁殖和环境中存在的能满足微生物生长、繁殖和进行各种生理活动需要的物质。进行各种生理活动需要的物质。生命活动的物质基础生命活动的物质基础营养的概念：有机体吸取和利用营养物质的过程。有机体吸取和利用营养物质的过程。生命活动的起点生命活动的起点第一节第一节 微生物的营养要求微生物的营养要求第二节第二节 营养物质进入细胞营养物质进入细胞第三节第三节 培养基培养基Microbial NutritionMicrobial Nutrition第一节第一节 微生物的营养要求微生物的营养要求一、微生物细胞的化学组成一、微生物细胞的化学组

2、成二、营养物质及其生理功能二、营养物质及其生理功能三、微生物的营养类型三、微生物的营养类型Nutritional Requirements of Microbial Cells 一、一、 微生物细胞的化学组成微生物细胞的化学组成（一）化学元素（一）化学元素(chemical element):(chemical element):大量元素大量元素( (macroelementmacroelement) ): :碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙、碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙、铁铁（其中前六种占细菌细胞干重的其中前六种占细菌细胞干重的97%97%）。）。微量元素微量元素( (trace e

3、lement):trace element): 锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍钨、镍 、硼。、硼。 元素元素 细菌细菌 酵母菌酵母菌 霉菌霉菌 碳碳 50 49.8 47.9 氮氮 15 12.4 5.2 氢氢 8 6.7 6.7 氧氧 20 31.1 40.2 磷磷 3 硫硫 1 表表41 微生物细胞中几种主要元素的含量（干重）微生物细胞中几种主要元素的含量（干重）（二）元素在细胞内存在形式：（二）元素在细胞内存在形式：1 1有机物：蛋白质、糖、脂类、核酸、有机物：蛋白质、糖、脂类、核酸、 维生素及其降解产物维生素及其降解产物. . 2 2无机物：无机

4、物：1)1)参与有机物组成，参与有机物组成， 2) 2)单独存在于细胞质内以无机盐的形式存在单独存在于细胞质内以无机盐的形式存在. . 3 3、水：占细胞总重、水：占细胞总重70%70%90%90%，以游离水和结合水两种形式存在，以游离水和结合水两种形式存在 游离水：干重法可测得；游离水：干重法可测得； 结合水：不易蒸发、不冻结、也不能渗透结合水：不易蒸发、不冻结、也不能渗透, , 占水总量的占水总量的17%17%28% 28% 。 （三）微生物细胞化学组成含量的变化（三）微生物细胞化学组成含量的变化 主要成分主要成分 细菌细菌 酵母菌酵母菌 霉菌霉菌 水分水分 7585 7080 8590（

5、占细胞鲜重的（占细胞鲜重的%） 蛋白质蛋白质 5080 3275 1415 占占 细细 碳水化合物碳水化合物 1228 2763 740 胞胞 干干 脂肪脂肪 520 215 440 重重 的的 核酸核酸 1020 6 8 1 % 无机盐无机盐 230 3.87 612表表42 微生物细胞的化学组成微生物细胞的化学组成此组成可因菌种的种类、菌龄、培养基组成、培此组成可因菌种的种类、菌龄、培养基组成、培养条件、分析方法等而有所不同养条件、分析方法等而有所不同。水水碳源碳源氮源氮源能源能源无机盐无机盐生长因子生长因子营养物质的功能：营养物质的功能： 提供能量；提供能量； 提供合成原料；提供合成原料

6、； 调节代谢活动进行；调节代谢活动进行； 提供适宜代谢环境；提供适宜代谢环境；1.水水功能：功能：起到溶剂与运输介质的作用；起到溶剂与运输介质的作用；参与细胞内一系列化学反应；参与细胞内一系列化学反应；维持蛋白质、核酸等生物大分子稳定的天然构象；维持蛋白质、核酸等生物大分子稳定的天然构象；通过水合作用与脱水作用控制由多亚基组成的结构通过水合作用与脱水作用控制由多亚基组成的结构热的良好导体；热的良好导体；几种生物的游离水含量人体：60%海蛰：96%微生物孢子营养体霉菌孢子：39%细菌芽孢：皮层：70%核心：极低细菌：80%酵母：75%霉菌：85%存在形式：存在形式： 结合水和游离水结合水和游离水

7、. 不同细胞及结构中游离水的含量有较大差别：不同细胞及结构中游离水的含量有较大差别：微生物对水的需要程度（水对微生物生长的影响）微生物对水的需要程度（水对微生物生长的影响）常用环境（或基质）中的常用环境（或基质）中的水活度值（水活度值（water activity, w）表示。所谓表示。所谓 w就是水的有效浓度。就是水的有效浓度。定义：水活度为在一定的温度条件下，溶液的蒸汽定义：水活度为在一定的温度条件下，溶液的蒸汽压（材料上部压（材料上部蒸气相中蒸气相中水浓度）与纯水的蒸汽压（即水浓度）与纯水的蒸汽压（即纯水上部蒸气相中水浓度）之比，纯水上部蒸气相中水浓度）之比， 即：即： w= / o 表

8、示溶液的蒸汽压表示溶液的蒸汽压 o表示纯水的蒸汽压表示纯水的蒸汽压在在 w为为0.600.99的环境条件均有微生物生长，但对某种微生的环境条件均有微生物生长，但对某种微生物而言，它对物而言，它对 w的要求是一定的，微生物对水的需求有相当的的要求是一定的，微生物对水的需求有相当的变化程度。即微生物不同，其变化程度。即微生物不同，其生长的最适生长的最适 w亦不同。亦不同。表表4-7 几类微生物生长最适几类微生物生长最适 w 微生物微生物 w一般细菌一般细菌 0.91酵母菌酵母菌 0.88霉菌霉菌 0.80噬盐细菌噬盐细菌 0.70噬盐真菌噬盐真菌 0.65嗜高渗酵母嗜高渗酵母 0.60为了表示微生

9、物生长与水的关系，有时也常用为了表示微生物生长与水的关系，有时也常用相对湿度相对湿度（RH) 的概念（的概念（ w 100= RH ）；通常也用测定蒸气相中）；通常也用测定蒸气相中相对湿度的方法得知溶液或物质的水活度。相对湿度的方法得知溶液或物质的水活度。 定义：凡可被用来构成细胞物质或代谢产定义：凡可被用来构成细胞物质或代谢产物中碳素来源的营养物质。物中碳素来源的营养物质。 功能：提供合成细胞物质的原料功能：提供合成细胞物质的原料; ; 为生理活动提供能源（异养微生物）。为生理活动提供能源（异养微生物）。 类类型型元素水平元素水平 化合物水平化合物水平 培养基原料水平培养基原料水平有有机机碳

10、碳CHONX复杂蛋白质、核酸等复杂蛋白质、核酸等牛肉膏、蛋白胨、花生饼牛肉膏、蛋白胨、花生饼粉等粉等CHON多数氨基酸、简单蛋白多数氨基酸、简单蛋白质等质等一般氨基酸、明胶等一般氨基酸、明胶等CHO糖、有机酸、醇、脂类糖、有机酸、醇、脂类等等葡萄糖、蔗糖、各种淀粉、葡萄糖、蔗糖、各种淀粉、糖蜜等糖蜜等CH烃类烃类天然气、石油及其不同馏天然气、石油及其不同馏份、石蜡油等份、石蜡油等无无机机碳碳C(?)COCO2CO2COXNaHCO3NaHCO3、CaCO3、等等表表4-4 微生物的碳源谱微生物的碳源谱类型类型有机碳有机碳无机碳无机碳异养微生物异养微生物自养微生物自养微生物微生物工业发酵中用做碳

11、源的原料：微生物工业发酵中用做碳源的原料：传统种类：糖类（单糖，饴糖）传统种类：糖类（单糖，饴糖）淀粉（玉米粉、山芋粉、野生植物淀粉（玉米粉、山芋粉、野生植物淀粉等）淀粉等）麸皮麸皮各种米糠等各种米糠等代粮发酵：纤维素、石油、代粮发酵：纤维素、石油、CO2、H2定义定义：凡用来构成菌体物质或代谢产物中氮素来源的营养源。：凡用来构成菌体物质或代谢产物中氮素来源的营养源。功能：功能： 1 1）提供合成细胞中含氮物，如蛋白质、核酸，以及含氮代谢）提供合成细胞中含氮物，如蛋白质、核酸，以及含氮代谢物等的原料；物等的原料； 2 2）少数细菌可以）少数细菌可以铵盐、硝酸盐等铵盐、硝酸盐等氮源为能源。氮源为

12、能源。3.3.氮源氮源（Nitrogen source Nitrogen source ）：类类型型 元素水平元素水平化合物水平化合物水平培养基原料水平培养基原料水平有有机机氮氮NCHOX复杂蛋白质、核酸等复杂蛋白质、核酸等牛肉膏、酵母膏、饼粕牛肉膏、酵母膏、饼粕粉、蚕蛹粉等粉、蚕蛹粉等NCHO尿素、一般氨基酸、简单蛋白尿素、一般氨基酸、简单蛋白质等质等尿素、蛋白胨、明胶等尿素、蛋白胨、明胶等无无机机氮氮NHNH3、铵盐等铵盐等(NH4)2SO4等等NO硝酸盐等硝酸盐等KNO3等等NN2空气空气表表 45 微生物的氮源谱微生物的氮源谱类型类型固氮微生物固氮微生物氨基酸异养微生物氨基酸异养微生物

13、氨基酸自养微生物氨基酸自养微生物 实验室常用的无机氮源实验室常用的无机氮源有有碳酸铵、硝酸盐、硫碳酸铵、硝酸盐、硫酸铵、尿素、蛋白胨、牛肉膏、酵母膏等。酸铵、尿素、蛋白胨、牛肉膏、酵母膏等。生产上常用的氮源生产上常用的氮源有硝酸盐、铵盐、尿素、氨有硝酸盐、铵盐、尿素、氨以及蛋白含量较高的鱼粉、蚕蛹粉、黄豆饼粉、花生以及蛋白含量较高的鱼粉、蚕蛹粉、黄豆饼粉、花生饼份、玉米浆等。饼份、玉米浆等。 4.能源能源能源：能为微生物的生命活动提供最初能量来源营养能源：能为微生物的生命活动提供最初能量来源营养物或辐射能物或辐射能能源谱能源谱化学物质化学物质辐射能辐射能化能异养微生物的能源化能异养微生物的能源

14、有机物有机物无机物无机物化能自养微生物的能源化能自养微生物的能源光能自养和光能异养微生物的能源光能自养和光能异养微生物的能源5 .5 .无机盐（无机盐（inorganic saltinorganic salt）大量元素：大量元素：P、S、K、Mg、Ca、Na、Fe （微生物生长所需（微生物生长所需浓度在浓度在10-310-4mol/L）微量元素：微量元素：Cu、Zn、Mn、Mo、Co （微生物生长所需浓度在（微生物生长所需浓度在10-610-8mol/L） 一般微生物生长所需要的无机盐有：硫酸盐、磷酸盐、一般微生物生长所需要的无机盐有：硫酸盐、磷酸盐、氯化物以及含有钠、钾、镁、铁等金属元素的化

15、合物。氯化物以及含有钠、钾、镁、铁等金属元素的化合物。无机盐的生理功能：无机盐的生理功能：参与微生物中氨基酸和酶的组成；参与微生物中氨基酸和酶的组成；调节微生物的原生质胶体状态，维持调节微生物的原生质胶体状态，维持细胞的渗透与平衡细胞的渗透与平衡酶的激活剂。酶的激活剂。作用作用6.6.生长因子（生长因子（growth factorgrowth factor）：）：定义定义:是一类对微生物正常生活所不可缺少而需要量又不是一类对微生物正常生活所不可缺少而需要量又不大，但微生物自身不能合成大，但微生物自身不能合成,需要额外加入的有机物质。需要额外加入的有机物质。包括：包括：维生素维生素氨基酸氨基酸其

16、它：核苷；肌醇；胆碱等其它：核苷；肌醇；胆碱等根据微生物对生长因子的需要存在差异根据微生物对生长因子的需要存在差异，可分为：可分为：1. 野生型野生型(wild type) 原养型原养型 不需要生长因子不需要生长因子而能在基础培养基上生长的菌株。而能在基础培养基上生长的菌株。2. 营养缺陷型营养缺陷型(auxotroph) 由于自发或诱发突变等原因从野生型菌株产生的需由于自发或诱发突变等原因从野生型菌株产生的需要提供特定生长素物质才能生长的菌株。要提供特定生长素物质才能生长的菌株。3. 生长因子过量合成型生长因子过量合成型三、微生物的营养类型三、微生物的营养类型异养型生物异养型生物自养型生物自

17、养型生物生长所需要的营养物质生长所需要的营养物质生物生长过程中能量的来源生物生长过程中能量的来源光能营养型光能营养型化能营养型化能营养型划划分分依依据据 营营养养类类型型 特特点点碳碳源源 自自养养型型(autotrophs) 以以CO2 为为唯唯一一或或主主要要碳碳源源 异异养养型型(heterotrophs) 以以有有机机物物为为碳碳源源能能源源 光光能能营营养养型型(phototrophs) 以以光光为为能能源源 化化能能营营养养型型(chemotrophs) 以以有有机机物物氧氧化化释释放放的的化化学学能能为为能能源源电电子子供供体体 无无机机营营养养型型(lithotrophs) 以

18、以还还原原性性无无机机物物为为电电子子供供体体 有有机机营营养养型型(organotrophs) 以以有有机机物物为为电电子子供供体体按能量来源分 根据微生物生长所需碳源物质的性质分 根据生物合成中供氢体的性质分根据碳源、能源及电子供体性质的不同根据碳源、能源及电子供体性质的不同，可将微生物分为：可将微生物分为：光能无机自养型光能无机自养型(photolithoautotrphy)光能有机异养型光能有机异养型(photoorganoheterotrphy)化能无机自养型化能无机自养型(chemolithoautotrphy)化能有机自养型化能有机自养型(chemoorganoheterotro

19、phy)主要类群：藻类、紫硫细菌、绿硫细菌、蓝细菌等主要类群：紫色非硫细菌、红螺菌主要类群：硫氧化细菌、硝化细菌、氢细菌、铁细菌真菌、大多数非光合作用的细菌1 1光能无机自养型（光能自养型）光能无机自养型（光能自养型）能以能以CO2为主要唯一或主要碳源；为主要唯一或主要碳源；进行光合作用获取生长所需要的能量；进行光合作用获取生长所需要的能量；以无机物如以无机物如H2、H2S、S等作为供氢体或电子供体，等作为供氢体或电子供体，使使CO2还原为细胞物质；还原为细胞物质；例如，藻类及蓝细菌等和植物一样，以水为电子供体（供氢体），例如，藻类及蓝细菌等和植物一样，以水为电子供体（供氢体），进行产氧型的光

20、合作用，合成细胞物质。而红硫细菌，以进行产氧型的光合作用，合成细胞物质。而红硫细菌，以H2S为为电子供体，产生细胞物质，并伴随硫元素的产生。电子供体，产生细胞物质，并伴随硫元素的产生。CO2+ + 2H2S光能光能光合色素光合色素 CH2O + 2S+ + 2S+ H2O2 2光能有机异养型（光能异养型）光能有机异养型（光能异养型）不能以不能以CO2为主要或唯一的碳源；为主要或唯一的碳源；以有机物作为供氢体，利用光能将以有机物作为供氢体，利用光能将CO2还原为细胞物质；还原为细胞物质；在生长时大多数需要外源的生长因子；在生长时大多数需要外源的生长因子；例如，红螺菌属中的一些细菌能利用异丙醇作为

21、供氢体，将例如，红螺菌属中的一些细菌能利用异丙醇作为供氢体，将CO2还原成细胞物质，同时积累丙酮。还原成细胞物质，同时积累丙酮。CHOH +CHOH + CO2H H3 3C CH H3 3C C2光能光能光合色素光合色素2 2 CHCH3 3C0CHC0CH3 3 + + CH2O + + H2O3 3化能无机自养型（化能自养型）化能无机自养型（化能自养型）生长所需要的能量来自无机物氧化过程中放出的化学能；生长所需要的能量来自无机物氧化过程中放出的化学能；以以CO2或碳酸盐作为唯一或主要碳源进行生长时，利用或碳酸盐作为唯一或主要碳源进行生长时，利用H2、H2S、Fe2+、NH3或或NONO2

22、 2- -等作为电子供体使等作为电子供体使CO2还原还原成细胞物质。成细胞物质。化能无机自养型只存在于微生物中，可在完全无机及无化能无机自养型只存在于微生物中，可在完全无机及无光的环境中生长。它们广泛分布于土壤及水环境中光的环境中生长。它们广泛分布于土壤及水环境中, ,参参与地球物质循环；与地球物质循环；4 4化能有机异养型（化能异养型）化能有机异养型（化能异养型）生长所需要的能量均来自有机物氧化过程中放出的化学能；生长所需要的能量均来自有机物氧化过程中放出的化学能；生长所需要的碳源主要是一些有机化合物，如淀粉、生长所需要的碳源主要是一些有机化合物，如淀粉、糖类、纤维素、有机酸等。糖类、纤维素

23、、有机酸等。有机物通常既是碳源也是能源；有机物通常既是碳源也是能源；大多数细菌、真菌、原生动物都是化能有机异养型微生物；大多数细菌、真菌、原生动物都是化能有机异养型微生物；所有致病微生物均为化能有机异养型微生物；所有致病微生物均为化能有机异养型微生物；根据利用有机物的特性分： 腐生菌；利用无生命的有机物为生长碳源。 寄生菌：从寄主体内获得生长所需的营养物质。 兼性菌：既可腐生又可营寄生生活的微生物。不同营养类型之间的界限并非绝对不同营养类型之间的界限并非绝对异养型微生物并非绝对不能利用异养型微生物并非绝对不能利用CO2；自养型微生物也并非不能利用有机物进行生长；自养型微生物也并非不能利用有机物

24、进行生长；有些微生物在不同生长条件下生长时有些微生物在不同生长条件下生长时,其营养类型也会发生改变；其营养类型也会发生改变；例如紫色非硫细菌例如紫色非硫细菌(purple nonsulphur bacteria)：没有有机物时，同化没有有机物时，同化CO2， 为为自养型微生物；自养型微生物；有机物存在时，利用有机物进行生长，为有机物存在时，利用有机物进行生长，为异养型微生物异养型微生物；光照和厌氧条件下，利用光能生长，为光照和厌氧条件下，利用光能生长，为光能营养型微生物；光能营养型微生物；黑暗与好氧条件下，依靠有机物氧化产生的化学能生长，为黑暗与好氧条件下，依靠有机物氧化产生的化学能生长，为化

25、能营养型微生化能营养型微生物物微生物营养类型的可变性无疑有利于提高其对环境条件变化的适应能力微生物营养类型的可变性无疑有利于提高其对环境条件变化的适应能力第二节营养物质进入细胞的方式第二节营养物质进入细胞的方式营养物质能否进入细胞取决于三个方面的因素：营养物质能否进入细胞取决于三个方面的因素：营养物质本身的性质（相对分子量、质量、溶解性、营养物质本身的性质（相对分子量、质量、溶解性、电负性等电负性等微生物所处的环境（温度、微生物所处的环境（温度、PHPH等）；等）；微生物细胞的透过屏障（原生质膜、细胞壁、荚微生物细胞的透过屏障（原生质膜、细胞壁、荚膜等）。膜等）。根据物质运输过程的特点根据物质

26、运输过程的特点，可将物质的运输方式分为可将物质的运输方式分为单纯扩散单纯扩散促进扩散促进扩散主动运输主动运输穿膜运输穿膜运输膜泡运输膜泡运输基团转位基团转位一单纯扩散一单纯扩散被输送的物质，靠细胞内外浓度为动力，以透析被输送的物质，靠细胞内外浓度为动力，以透析或扩散的形式从高浓度区向低浓度区的扩散。或扩散的形式从高浓度区向低浓度区的扩散。特点特点没有发生反应；没有发生反应；不耗能；顺浓度差；不耗能；顺浓度差；不需载体；不需载体；运输速率较慢运输速率较慢水是唯一可以通过扩散自由通过原生质膜的分子，水是唯一可以通过扩散自由通过原生质膜的分子，脂肪酸、乙醇、甘油、一些气体（脂肪酸、乙醇、甘油、一些气

27、体（O2O2、CO2CO2）及某些及某些氨基酸在一定程度上也可通过自由扩散进出细胞。氨基酸在一定程度上也可通过自由扩散进出细胞。 二促进扩散二促进扩散特特点点不消耗能量；顺浓度梯度；不消耗能量；顺浓度梯度；不发生变化不发生变化需要载体参与需要载体参与运输速率提高，饱和效应运输速率提高，饱和效应定义：营养物通过与细胞膜上载体蛋白的可定义：营养物通过与细胞膜上载体蛋白的可逆性结合从高浓度环境进入低浓度环境的传逆性结合从高浓度环境进入低浓度环境的传递过程。递过程。 通过促进扩散进入细胞的营养物质主要有氨基酸通过促进扩散进入细胞的营养物质主要有氨基酸、单糖、维生素及无机盐等。、单糖、维生素及无机盐等。

28、一般微生物通过专一的载体蛋白运输相应的物一般微生物通过专一的载体蛋白运输相应的物质，但也有微生物对同一物质的运输由一种以上的载质，但也有微生物对同一物质的运输由一种以上的载体蛋白来完成。体蛋白来完成。 or active ansport 三主动运输三主动运输它的重要特点是物质运输过程中它的重要特点是物质运输过程中需要消耗能量和载体，需要消耗能量和载体，而且可以进行逆浓度运输而且可以进行逆浓度运输。定义：在代谢能的推动下，通过膜上特殊载体定义：在代谢能的推动下，通过膜上特殊载体蛋白消耗代谢能量逆浓度梯度吸收营养物质的过程。蛋白消耗代谢能量逆浓度梯度吸收营养物质的过程。Na+-K+-ATPase是

29、是存在于原生质膜上的一种重要存在于原生质膜上的一种重要离子通道蛋白离子通道蛋白功能功能: 利用利用ATP能量将能量将Na+由细胞内由细胞内“泵泵”出胞外出胞外,并将并将K+“泵泵”入胞内。入胞内。 维持维持“高钾低钠高钾低钠”作用步骤作用步骤:1. ATP酶酶(E)在细胞内侧与在细胞内侧与3个个Na+结合结合,同时消耗能量同时消耗能量;2. 磷酸化磷酸化ATP酶酶(E+)构象变化将构象变化将Na+排除胞外排除胞外,并与并与2个个K+ 结合结合;3. K+激发激发E+脱磷酸化恢复为脱磷酸化恢复为E, 同时将同时将K+运入细胞运入细胞.该酶由大小两个亚基组成该酶由大小两个亚基组成e.g.：磷酸烯醇

30、式丙酮酸：磷酸烯醇式丙酮酸-磷酸糖转移酶运输系统（磷酸糖转移酶运输系统（PTS）PTS 通常由五种蛋白质组成，包括通常由五种蛋白质组成，包括:酶酶I、酶酶II（a、b、c三三亚基）和热稳定蛋白质（亚基）和热稳定蛋白质（HPr）反应式：反应式：四基团转位四基团转位基团转位是另一种类型的主动运输，它与主动运输方式的基团转位是另一种类型的主动运输，它与主动运输方式的不同之处在于它有一个复杂的运输系统来完成物质的运输，而不同之处在于它有一个复杂的运输系统来完成物质的运输，而物质在运输过程中发生化学变化。物质在运输过程中发生化学变化。 E1PEP-P + HPr HPr-p + 丙酮酸丙酮酸 E2P -

31、 HPr +糖糖糖糖-P +HPr在酶在酶的作用的作用下下HPr被激活被激活在酶在酶的作用下的作用下P-HPr将将磷酸转移给糖磷酸转移给糖四种运输营养物质方式的比较四种运输营养物质方式的比较比较项目比较项目单纯扩散单纯扩散 促进扩散促进扩散主动运输主动运输基团转位基团转位特异载体蛋白特异载体蛋白运输速度运输速度物质运输方向物质运输方向胞内外浓度胞内外浓度运输分子运输分子能量消耗能量消耗运输后物质的结构运输后物质的结构无无慢慢由浓至稀由浓至稀相等相等无特异性无特异性不需要不需要不变不变有有快快由浓至稀由浓至稀相等相等特异性特异性不需要不需要不变不变有有快快由稀至浓由稀至浓胞内浓度高胞内浓度高特异

32、性特异性需要需要不变不变有有快快由稀至浓由稀至浓胞内浓度高胞内浓度高特异性特异性需要需要改变改变膜泡运输膜泡运输 第三节培养基第三节培养基培养基是人工配制的，适合微生物生长繁殖或产生代培养基是人工配制的，适合微生物生长繁殖或产生代谢产物的营养基质。谢产物的营养基质。培养基几乎是一切对微生物进行研究和利用工作的基础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：任何培养基都应该具备微生物生长所需要六大营养要素：碳源、氮源、无机盐、能源、生长因子、水碳源、氮源、无机盐、能源、生长因子、水任何培养基一旦配成，必须立即进行灭菌处理任何培养基一旦配成，必

33、须立即进行灭菌处理；常规高压蒸汽灭菌：常规高压蒸汽灭菌： 1.05kg/cm2,121.315-30分钟；分钟；0.56kg/cm2,112.615-30分钟分钟一、选用和设计培养基的原则和方法一、选用和设计培养基的原则和方法目的明确目的明确营养协调营养协调理化适宜理化适宜经济节约经济节约1.目的明确目的明确根据不同的微生物的营养要求配制针对强的培养基。根据不同的微生物的营养要求配制针对强的培养基。培养化能自养型的氧化硫杆菌的培养基组成为：培养化能自养型的氧化硫杆菌的培养基组成为：S S 10g 10g MgSOMgSO4 4.7H.7H2 2O O 0.5g 0.5g （NHNH4 4) )

34、2 2SOSO4 4 0.4g 0.4g FeSOFeSO4 4 0.01g 0.01g KHKH2 2POPO4 4 4g 4g CaClCaCl2 2 0.25g 0.25g H H2 2O O 1000ml1000ml培养化能异养的大肠杆菌培养化能异养的大肠杆菌LBLB培养基：培养基：蛋白胨蛋白胨1 1酵母膏酵母膏0.5%0.5%NaClNaCl1 1pHpH7.07.0常见的培养四大类微生物的培养基常见的培养四大类微生物的培养基细菌（牛肉膏蛋白胨培养基）：细菌（牛肉膏蛋白胨培养基）：牛肉膏牛肉膏 3 3g g 蛋白胨蛋白胨 10 10g g NaClNaCl 5g H 5g H2 2O

35、 O 1000ml1000ml放线菌（高氏放线菌（高氏1 1号）号）淀粉淀粉 20 20g K2HPO4 0.5g g K2HPO4 0.5g NaClNaCl 0.5g MgSO4.7H2O 0.5g MgSO4.7H2O 0.5g KNO3 1g FeSO4 0.01g H2O 1000ml0.5g KNO3 1g FeSO4 0.01g H2O 1000ml酵母菌酵母菌( (麦芽汁培养基麦芽汁培养基) )干麦芽粉加四倍水，在干麦芽粉加四倍水，在50-6050-60保温糖化保温糖化3-43-4小时，用碘液小时，用碘液试验检查至糖化完全为止，调整糖液浓度为试验检查至糖化完全为止，调整糖液浓度

36、为1010。巴林，煮沸。巴林，煮沸后，沙布过滤，调后，沙布过滤，调PHPH为为6.06.0。霉菌（查氏合成培养基）霉菌（查氏合成培养基）N a N O 3 3 g K 2 H P O 4 1 g N a N O 3 3 g K 2 H P O 4 1 g K C lK C l 0 . 5 g 0 . 5 g MgSO4.7H2O 0.5gFeSO4 0.01g MgSO4.7H2O 0.5gFeSO4 0.01g 蔗糖蔗糖 30 30g H2O g H2O 1000ml1000ml2.营养协调营养协调浓度合适：浓度过低时不能满足微生物正常生长所需，浓度浓度合适：浓度过低时不能满足微生物正常生长

37、所需，浓度过高时则可能对微生物生长起抑制作用。过高时则可能对微生物生长起抑制作用。配比合适：直接影响微生物的生长繁殖和代谢产物的形配比合适：直接影响微生物的生长繁殖和代谢产物的形成和积累，其中碳氮比（成和积累，其中碳氮比（C/N）的影响较大。的影响较大。碳氮比指培养基中碳元素与氮元素的物质的量比值，有时也碳氮比指培养基中碳元素与氮元素的物质的量比值，有时也指培养基中还原糖与粗蛋白之比。指培养基中还原糖与粗蛋白之比。例如，在利用微生物发酵生产谷氨酸的过程中，培例如，在利用微生物发酵生产谷氨酸的过程中，培养基碳氮比为养基碳氮比为4/1时，菌体量繁殖，谷氨酸积累少；时，菌体量繁殖，谷氨酸积累少；当培

38、养基碳氮比为当培养基碳氮比为3/1时，菌体繁殖受到抑制，谷氨时，菌体繁殖受到抑制，谷氨酸产量则大量增加。酸产量则大量增加。3.理化适宜理化适宜pH水活度水活度氧化还原电位氧化还原电位a. pH通常培养条件：通常培养条件：细菌与放线菌：细菌与放线菌：pH77.5酵母菌和霉菌：酵母菌和霉菌：pH4.56范围内生长范围内生长为了维持培养基为了维持培养基pH的相对恒定，通常在培养基中加入的相对恒定，通常在培养基中加入pH缓冲剂，或在进行工业发酵时补加酸、碱。缓冲剂，或在进行工业发酵时补加酸、碱。磷酸缓冲液：磷酸缓冲液：pH值从值从6.07.6之间之间K2HPO4+HCl KH2PO4+KClKH2PO

39、4+KOH K2HPO4+H2O加入加入CaCO3(备用碱）：备用碱）：CO32 HCO3 H2CO3 CO2+H2O+H+H+H+H渗透压等渗溶液 适宜微生物生长高渗溶液 细胞发生质壁分离低渗溶液 细胞吸水膨胀，直至破裂大多数微生物适合在等渗的环境下生长，而有的菌如大多数微生物适合在等渗的环境下生长，而有的菌如Staphylococcus aureus则能在则能在3mol/L NaCl的高渗溶的高渗溶液中生长。能在高盐环境（液中生长。能在高盐环境（2.86.2/L NaCl）生长的生长的微生物常被称为微生物常被称为嗜盐微生物（嗜盐微生物（Halophiles）。aw：水分活度（水分活度（wa

40、ter activity）各种微生物生长的水分活度：各种微生物生长的水分活度：0.60.99之间之间aw=PP0细菌细菌酵母菌酵母菌霉菌霉菌微生物微生物生长的生长的最低最低aw一般：一般：0.900.98嗜盐菌：嗜盐菌：0.75（约（约5.5mol/LNaCl）一般一般 ：0.870.91高渗酵母：高渗酵母：0.610.65（饱和蔗糖液）饱和蔗糖液）Saccharomyces rouxii(鲁氏酵母鲁氏酵母)：0.60一般：一般：0.800.87耐旱菌：耐旱菌：0.650.75Xeromyces bisporus（双孢旱霉）：双孢旱霉）：0.60c. 氧化还原电位氧化还原电位氧化还原电位又称氧

41、化还原电势（氧化还原电位又称氧化还原电势（redox potential），），是度量是度量某氧化还原系统中的还原剂释放电子或氧化剂接受电子趋势某氧化还原系统中的还原剂释放电子或氧化剂接受电子趋势的一种指标，其单位是的一种指标，其单位是V（伏）或伏）或mV（毫伏）。毫伏）。不同类型微生物生长对氧化还原电位的要求不同不同类型微生物生长对氧化还原电位的要求不同好氧性微生物：好氧性微生物：+0.1+0.1伏以上时可正常生长伏以上时可正常生长, ,以以+0.3+0.3+0.4+0.4伏为宜；伏为宜；厌氧性微生物：低于厌氧性微生物：低于+0.1+0.1伏条件下生长；伏条件下生长；兼性厌氧微生物：兼性厌氧

42、微生物：+0.1+0.1伏以上时进行好氧呼吸伏以上时进行好氧呼吸, , +0.1 +0.1伏以下时进行发酵。伏以下时进行发酵。4. 经济节约经济节约以粗代精以粗代精以野代家以野代家以废代好以废代好以国代进以国代进以简代繁以简代繁以氮代朊以氮代朊以烃代粮以烃代粮以纤代糖以纤代糖二、培养基的类型及应用二、培养基的类型及应用培养基种类繁多，根据其成分、物理状态和用培养基种类繁多，根据其成分、物理状态和用途可将培养分成多种类型。途可将培养分成多种类型。按成分不同划分按成分不同划分天然培养基天然培养基合成培养基合成培养基含用化学成分还不清楚或化含用化学成分还不清楚或化学成分不恒定的天然有机物学成分不恒定的天然有机物牛肉膏蛋白胨培养基、麦芽牛肉膏蛋白胨培养基、麦芽汁培养基汁培养基化学成分完全了解的物质配化学成分完全了解的物质配制而成的培养基制而成的培养基高氏高氏