微生物学课件

1、微生物的营养和培养基微生物的营养和培养基微生物学教程微生物学教程微生物的特点：微生物的特点：食谱广、胃口大食谱广、胃口大营养物质营养物质：那些能够满足微生物机体生长、繁殖和完成各种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。生理活动所需的物质。营养：微生物获得和利用营养物质的过程。营养：微生物获得和利用营养物质的过程。营养物质是微生物生存的物质基础，而营养是生物维持和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。延续其生命形式的一种生理过程。本章内容：本章内容： （微生物们需要吃什么？）（微生物们需要吃什么？）第三节第三节 培养基培养基（如

2、何给微生物们做饭）（如何给微生物们做饭）第二节第二节 营养物质进入细胞的方式营养物质进入细胞的方式（微生物们是怎样吃东西的）（微生物们是怎样吃东西的）第一节第一节 微生物的营养要求微生物的营养要求第一节第一节 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成微生物细胞微生物细胞水：水：70%-90%干物质干物质有机物有机物蛋白质、糖、脂、核酸、维生素蛋白质、糖、脂、核酸、维生素等及其降解产物。等及其降解产物。 无机物（盐）无机物（盐）微生物、动物、植物之间存在微生物、动物、植物之间存在“营养上的统一性营养上的统一性”细胞化学元素组成：细胞化学元素组成：主要元素主

3、要元素：碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙、铁等；碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙、铁等；微量元素微量元素：锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等。锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等。第一节第一节 微生物的营养要求微生物的营养要求二、营养物质及其生理功能二、营养物质及其生理功能微生物与动植物营养要素的比较微生物与动植物营养要素的比较微微生生物物动动物物（异异养养）异养自养绿绿色色植植物物（自自养养）碳碳源源糖类、脂肪糖、醇、有机酸等二氧化碳、碳酸盐等二氧化碳氮氮源源蛋白质及其降解物蛋白质及其降解物、有机氮化物、无机氮化物、氮无机氮化物、氮无机氮化物能能源源与碳源同与碳源同氧化

4、无机物或利用日光能利用日光能生生长长因因子子维生素有些需要维生素等生长因子不需要不需要无无机机元元素素无机盐无机盐无机盐无机盐水水分分水水水水第一节第一节 微生物的营养要求微生物的营养要求二、营养物质及其生理功能二、营养物质及其生理功能一切能满足微生物生长繁殖所需碳元素（碳骨架）的营一切能满足微生物生长繁殖所需碳元素（碳骨架）的营养物，称为养物，称为碳源碳源。 碳源谱碳源谱 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 蛋白质、糖类、有机酸类、醇类和脂类等。蛋白质、糖类、有机酸类、醇类和脂类等。 COCO2 2、碳酸盐等。碳酸盐等。 1.1.碳源碳源碳源的功能碳源的功

5、能：构成细胞及代谢产物的骨架；是大多数微：构成细胞及代谢产物的骨架；是大多数微生物代谢所需的能量来源。生物代谢所需的能量来源。 二、营养物质及其生理功能二、营养物质及其生理功能1.1.碳源碳源第一节第一节 微生物的营养要求微生物的营养要求实验室常用的几种碳源：实验室常用的几种碳源：葡萄糖、蔗糖、乳糖、可溶性淀粉等。葡萄糖、蔗糖、乳糖、可溶性淀粉等。工业上常用的几种碳源：工业上常用的几种碳源：糖蜜、玉米粉、淀粉、马铃薯等。糖蜜、玉米粉、淀粉、马铃薯等。第一节第一节 微生物的营养要求微生物的营养要求二、营养物质及其生理功能二、营养物质及其生理功能凡能提供微生物生长繁殖所需氮元素的营养源称为凡能提供

6、微生物生长繁殖所需氮元素的营养源称为氮源氮源。 2.2.氮源氮源氮源功能氮源功能：为微生物提供合成细胞物质代谢产物的原料，为微生物提供合成细胞物质代谢产物的原料，氮源一般不做能源，只有硝化细菌利用铵盐，亚硝酸盐作氮源一般不做能源，只有硝化细菌利用铵盐，亚硝酸盐作氮源，同时也作能源。氮源，同时也作能源。分子态氮：固氮微生物以分子氮为唯一氮源。分子态氮：固氮微生物以分子氮为唯一氮源。 无机态氮：硝酸盐、铵盐几乎所有微生物能利用。无机态氮：硝酸盐、铵盐几乎所有微生物能利用。 有机态氮：蛋白质及其降解产物有机态氮：蛋白质及其降解产物 。迟效氮源和速效氮源迟效氮源和速效氮源氨基酸自养型微生物和氨基酸异养

7、型微生物氨基酸自养型微生物和氨基酸异养型微生物 氮源谱氮源谱2.2.氮源氮源实验室常用的几种有机氮源：实验室常用的几种有机氮源： 蛋白胨蛋白胨 牛肉浸膏牛肉浸膏 酵母浸膏酵母浸膏 蛋白胨是蛋白类物质的消化产物蛋白胨是蛋白类物质的消化产物，可以用酶法或者，可以用酶法或者酸法水解制备。酸法水解制备。牛肉浸膏就是牛肉浸液通过离心和过滤除去脂肪和牛肉浸膏就是牛肉浸液通过离心和过滤除去脂肪和不溶性物质，再经低温浓缩而成。不溶性物质，再经低温浓缩而成。 从酵母细胞中获得的一种类似于蛋白胨的物质，它从酵母细胞中获得的一种类似于蛋白胨的物质，它采用自溶、离心或压滤、浓缩等工艺制成。采用自溶、离心或压滤、浓缩等

8、工艺制成。 第一节第一节 微生物的营养要求微生物的营养要求二、营养物质及其生理功能二、营养物质及其生理功能3.3.能源能源 能为微生物生命活动提供最初能量来源的营养物或辐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，称为射能，称为能源能源。对于各种异养微生物来说，它们的能。对于各种异养微生物来说，它们的能源就是其碳源。化能自养微生物的能源十分独特，它们源就是其碳源。化能自养微生物的能源十分独特，它们都是一些还原态的无机物质，能利用这些能源的微生物都是一些还原态的无机物质，能利用这些能源的微生物都是一些原核生物，包括亚硝酸细菌、硝酸细菌、硫化都是一些原核生物，包括亚硝酸细菌、硝酸细菌、硫化

9、细菌、氢细菌和铁细菌等。由于化能自养型微生物的存细菌、氢细菌和铁细菌等。由于化能自养型微生物的存在，使人们扩大了对生物圈的认识，改变了以往认为生在，使人们扩大了对生物圈的认识，改变了以往认为生物界只是直接或间接利用太阳能的旧观念。物界只是直接或间接利用太阳能的旧观念。二、营养物质及其生理功能二、营养物质及其生理功能第一节第一节 微生物的营养要求微生物的营养要求4.4.生长因子生长因子生长因子生长因子是一类调节微生物正常代谢所必需，但不能用简是一类调节微生物正常代谢所必需，但不能用简单的碳、氮源自行合成的有机物。单的碳、氮源自行合成的有机物。 微生物生长不可缺少的微量有机物质叫生长因子。微生物生

10、长不可缺少的微量有机物质叫生长因子。狭义的生长因子：维生素狭义的生长因子：维生素广义的生长因子：维生素、氨基酸、碱基、卟啉及其广义的生长因子：维生素、氨基酸、碱基、卟啉及其 衍生物等。衍生物等。二、营养物质及其生理功能二、营养物质及其生理功能4.4.生长因子生长因子维生素维生素：有的微生物自己不能合成维生素，需要外加，主要：有的微生物自己不能合成维生素，需要外加，主要 是是B B族维生素、硫胺素、叶酸、泛酸、核黄素等，如族维生素、硫胺素、叶酸、泛酸、核黄素等，如 生产味精需加生物素（是生产味精需加生物素（是B B族中的一种即族中的一种即VHVH）。）。 碱基碱基：嘧啶和嘌呤是核酸和辅嘧啶和嘌呤

11、是核酸和辅E的重要组分，是许多微生物必的重要组分，是许多微生物必 须的生长因素。须的生长因素。 有些微生物不仅不能合成嘧啶和嘌呤，有些微生物不仅不能合成嘧啶和嘌呤， 而且不能将补充的嘧啶和嘌呤结合在核苷酸上，还必须而且不能将补充的嘧啶和嘌呤结合在核苷酸上，还必须 供给核苷酸，有的菌需补充卟啉或其衍生物，还有的菌供给核苷酸，有的菌需补充卟啉或其衍生物，还有的菌 需供给（低碳）脂肪酸等。需供给（低碳）脂肪酸等。氨基酸：氨基酸：各种菌合成各种菌合成AA的能力有很大差别，一般的能力有很大差别，一般G菌强于菌强于G，大肠杆菌自己能合成全部氨基酸，沙门氏菌能合成大部分大肠杆菌自己能合成全部氨基酸，沙门氏菌

12、能合成大部分氨基酸，有的菌合成氨基酸能力极弱，如肠道串珠菌需从氨基酸，有的菌合成氨基酸能力极弱，如肠道串珠菌需从外界补充外界补充19种氨基酸。种氨基酸。有些微生物自己不能合成某种氨基酸，必须给予补有些微生物自己不能合成某种氨基酸，必须给予补 充，充，如赖氨酸发酵所用的黄色短杆菌不能合成环丝氨酸，为环如赖氨酸发酵所用的黄色短杆菌不能合成环丝氨酸，为环丝氨酸缺陷型菌株，在培养基中必须添加含环丝氨酸的氮丝氨酸缺陷型菌株，在培养基中必须添加含环丝氨酸的氮源。如豆饼水解液或毛发水解液等。源。如豆饼水解液或毛发水解液等。4.4.生长因子生长因子二、营养物质及其生理功能二、营养物质及其生理功能4.4.生长因

13、子生长因子二、营养物质及其生理功能二、营养物质及其生理功能生长因子的微生物分析法生长因子的微生物分析法 当微生物丧失合成某种生长因子的能力时，必须从培养基中当微生物丧失合成某种生长因子的能力时，必须从培养基中取得方能生长。利用微生物的这种特性可以分析食物、药品取得方能生长。利用微生物的这种特性可以分析食物、药品等物质中的维生素、氨基酸及其他生长因素的含量。等物质中的维生素、氨基酸及其他生长因素的含量。原理原理：根据微生物的生长量与它所必需的生长因子的浓度：根据微生物的生长量与它所必需的生长因子的浓度在一定的范围内成正比关系。在一定的范围内成正比关系。 二、营养物质及其生理功能二、营养物质及其生

14、理功能4.4.生长因子生长因子按微生物对生长因子的需要与否，可以将它们分成按微生物对生长因子的需要与否，可以将它们分成3 3种类型：种类型： 生长因子自养型微生物生长因子自养型微生物 它们不需要从外界吸收任何生长因子，多数真菌、放它们不需要从外界吸收任何生长因子，多数真菌、放线菌和不少细菌都属于这类。线菌和不少细菌都属于这类。 生长因子异养型微生物生长因子异养型微生物 它们需要从外界吸收多种生长因子才能维持正常生长，它们需要从外界吸收多种生长因子才能维持正常生长，如各种乳酸菌、动物致病菌、支原体和原生动物。如各种乳酸菌、动物致病菌、支原体和原生动物。 生长因子过量合成的微生物生长因子过量合成的

15、微生物 少数微生物在其代谢活动中，能合成并大量分泌某些维少数微生物在其代谢活动中，能合成并大量分泌某些维生素等生长因子，因此可作为有关维生素的生产菌种。生素等生长因子，因此可作为有关维生素的生产菌种。 二、营养物质及其生理功能二、营养物质及其生理功能5.5.无机盐无机盐 构成微生物细胞以构成微生物细胞以C C、H H、O O、N N、P P、S S六种元六种元素为主，约占细胞干重的素为主，约占细胞干重的9595以上；以上； 凡生长所需浓度在凡生长所需浓度在1010-3-31010-4-4mol/Lmol/L范围内的元范围内的元素，可称为素，可称为大量元素大量元素，如，如P P、S S、K K、

16、MgMg、NaNa和和FeFe等。以无机盐阳离子形式被吸收，配培养基进要等。以无机盐阳离子形式被吸收，配培养基进要加磷酸盐、硫酸盐；凡所需浓度在加磷酸盐、硫酸盐；凡所需浓度在1010-6-61010- -8 8mol/Lmol/L范围内的元素，可称为范围内的元素，可称为微量元素微量元素，如，如CuCu、ZnZn、MnMn、CoCo等，这些微量元素，在微生物培养中等，这些微量元素，在微生物培养中有有0.10.1PPMPPM就可以了，配置时不需另加。就可以了，配置时不需另加。二、营养物质及其生理功能二、营养物质及其生理功能6.6.水水由于水在微生物代谢活动中的不可缺少性，所以仍由于水在微生物代谢活

17、动中的不可缺少性，所以仍把它作为营养要素来考虑。把它作为营养要素来考虑。 （1 1）水是地球上整个生命系统存在和发展的必要条件。）水是地球上整个生命系统存在和发展的必要条件。 （2 2）水在生物体内的功能）水在生物体内的功能稳定生物大分子的构象，使之表现出特异的生物活性；作稳定生物大分子的构象，使之表现出特异的生物活性；作为体内通用的介质，使各类生物化学反应得以顺利进行；为体内通用的介质，使各类生物化学反应得以顺利进行；用作营养物质或代谢废物的载体，把它们输送到生物体的用作营养物质或代谢废物的载体，把它们输送到生物体的各有关部位；由于水的热容量大，故可用来调节温度、平各有关部位；由于水的热容量

18、大，故可用来调节温度、平衡温度；对体内各运动部位起润滑作用。衡温度；对体内各运动部位起润滑作用。 第一节第一节 微生物的营养要求微生物的营养要求三、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光能自养型：以光为能源，不依赖任何有机物即可正常生长光能自养型：以光为能源，不依赖任何有机物即可正常生长光能异养型：以光为能源，但生长需要一定的有机营养光能异养型：以光为能源，但生长需要一定的有机营养化能自养型：以无机物的氧化获得能量，生长不依赖有

19、机营养物化能自养型：以无机物的氧化获得能量，生长不依赖有机营养物化能异养型：以有机物的氧化获得能量，生长依赖于有机营养物质化能异养型：以有机物的氧化获得能量，生长依赖于有机营养物质第一节第一节 微生物的营养要求微生物的营养要求三、微生物的营养类型三、微生物的营养类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(chemotroph

20、s) 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 微生物营养类型微生物营养类型()第一节第一节 微生物的营养要求微生物的营养要求三、微生物的营养类型三、微生物的营养类型微生物的营养类型微生物的营养类型()()营营养养类类型型电电子子供供体体碳碳源源能能源源举举例例光光能能无无机机自自养养型型（光光能能自自养养型型）H2、 H2S、 S或H2OCO2光能着色细菌、蓝细菌、藻类光

21、光能能有有机机异异养养型型（光光能能异异养养型型）有机物有机物光能红螺细菌化化能能无无机机自自养养型型（化化能能自自养养型型）H2、H2S、Fe2+、NH3或NO2-CO2化学能(无机物氧化)氢细菌、硫杆菌、亚硝化单胞 菌 属 (Nitrosomonas) 、 甲烷杆菌属(Methanobacterium) 、 醋 杆菌属(Acetobacter)化化能能有有机机异异养养型型（化化能能异异养养型型）有机物有机物化学能（有机物氧化)假单胞菌属、芽孢杆菌属、乳酸菌属、真菌、原生动物第一节第一节 微生物的营养要求微生物的营养要求三、微生物的营养类型三、微生物的营养类型1 1光能无机营养型（光能自养型

22、）光能无机营养型（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。CO

23、2+ + 2H2S光能光能光合色素光合色素 CH2O + 2S+ + 2S+ H2O第一节第一节 微生物的营养要求微生物的营养要求三、微生物的营养类型三、微生物的营养类型2 2光能有机营养型（光能异养型）光能有机营养型（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

24、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 + + H2O第一节第一节 微生物的营养要求微生物的营养要求三、微生物的营养类型三、微生物的营养类型3 3化能无机营养型（化能自养型）化能无机营养型（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 2- -等作为

25、电子供体使等作为电子供体使CO2还原成细胞物质。还原成细胞物质。化能无机自养型只存在于微生物中，可在完全无机及无光的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。环境中生长。它们广泛分布于土壤及水环境中它们广泛分布于土壤及水环境中, ,参与地球物质循环；参与地球物质循环；第一节第一节 微生物的营养要求微生物的营养要求三、微生物的营养类型三、微生物的营养类型4 4化能有机营养型（化能异养型）化能有机营养型（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，生长所需要的碳源主要

26、是一些有机化合物， 如淀粉、糖类、纤维素、有机酸等。如淀粉、糖类、纤维素、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；第一节第一节 微生物的营养要求微生物的营养要求三、微生物的营养类型三、微生物的营养类型4 4化能有机营养型（化能异养型）化能有机营养型（化能异养型）腐生型腐生型( (metatrophy)metatrophy)：可利用无生命的有机物可利用无生命的有机物( (如动植物尸体和残体

27、如动植物尸体和残体) )作为碳源；作为碳源；寄生型寄生型( (paratrophy)paratrophy)：寄生在活的寄主机体内吸取营养物质寄生在活的寄主机体内吸取营养物质, ,离开寄主就不能生存；离开寄主就不能生存；在腐生型和寄生型之间还存在中间类型：在腐生型和寄生型之间还存在中间类型： 兼性腐生型兼性腐生型( (facultive metatrophy)facultive metatrophy)； 兼性寄生型兼性寄生型( (facultive paratrophy)facultive paratrophy)；三、微生物的营养类型三、微生物的营养类型不同营养类型之间的界限并非绝对不同营养类型

28、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，

29、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，黑暗与好氧条件下，依靠有机物氧化产生的化学能生长， 为为化能营养型微生物；化能营养型微生物；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三、微生物的营养类型三、微生物的营养类型第一节第一节 微生物的营养要求微生物的营养要求5 5营养缺陷型营养缺陷型 某些菌株发生突变某些菌株发生突变( (自然突变或人工诱变自然突变或人工诱变) )后，失去合成某种或后，失去合成某种或某些对该菌株生长必不可少的物质某些对该菌株生长必不可

30、少的物质( (通常是生长因子如氨基酸、通常是生长因子如氨基酸、维生素维生素) )的能力，必须从外界环境获得该物质才能生长繁殖，这的能力，必须从外界环境获得该物质才能生长繁殖，这种突变型菌株称为营养缺陷型种突变型菌株称为营养缺陷型( (auxotroph)auxotroph)，相应的野生型菌株相应的野生型菌株称为原养型称为原养型( (prototroph)prototroph)。营养缺陷型菌株经常用来进行微生物遗传学方面的研究。营养缺陷型菌株经常用来进行微生物遗传学方面的研究。微生物生长需要的生长因子与营养缺陷型之间的关系？微生物生长需要的生长因子与营养缺陷型之间的关系？第二节第二节 营养物质进

31、入细胞的方式营养物质进入细胞的方式一、单纯一、单纯扩散扩散( (diffusion)diffusion)二、促进扩散二、促进扩散( (facilitated diffusion)facilitated diffusion)三、三、主动运输主动运输(active transport)四、四、基团移位基团移位( (group translocation)group translocation)第二节第二节 营养物质进入细胞的方式营养物质进入细胞的方式一、单纯一、单纯扩散扩散( (diffusion)diffusion)第二节第二节 营养物质进入细胞的方式营养物质进入细胞的方式一、单纯一、单纯扩散扩

32、散( (diffusion)diffusion)特点：特点：物质进入细胞的动力是细胞内外的浓度差；这种运输方物质进入细胞的动力是细胞内外的浓度差；这种运输方式不消耗能量；没有特异性，被运输物质不与膜上物质式不消耗能量；没有特异性，被运输物质不与膜上物质发生任何反应，物质不发生化学变化。发生任何反应，物质不发生化学变化。第二节第二节 营养物质进入细胞的方式营养物质进入细胞的方式一、单纯一、单纯扩散扩散( (diffusion)diffusion)物质跨膜扩散的能力和速率与该物质的性质有关物质跨膜扩散的能力和速率与该物质的性质有关, ,分子量小、脂分子量小、脂溶性、极性小的物质易通过扩散进出细胞。

33、溶性、极性小的物质易通过扩散进出细胞。扩散并不是微生物细胞吸收营养物质的主要方式扩散并不是微生物细胞吸收营养物质的主要方式, ,水是唯一可以通过扩散水是唯一可以通过扩散自由通过原生质膜的分子自由通过原生质膜的分子, ,脂肪酸、乙醇、甘油、苯、一些气体分子脂肪酸、乙醇、甘油、苯、一些气体分子( (O O2 2、COCO2 2) )及某些氨基酸在一定程度上也可通过扩散进出细胞。及某些氨基酸在一定程度上也可通过扩散进出细胞。第二节第二节 营养物质进入细胞的方式营养物质进入细胞的方式二、二、促进扩散促进扩散( (facilitated diffusion)facilitated diffusion)被

34、动的物质跨膜运输方式；被动的物质跨膜运输方式；物质运输过程中不消耗能量；物质运输过程中不消耗能量；参与运输的物质本身的分子结构不发生变化；参与运输的物质本身的分子结构不发生变化；不能进行逆浓度运输；不能进行逆浓度运输；运输速率与膜内外物质的浓度差成正比。运输速率与膜内外物质的浓度差成正比。通过促进扩散进行跨膜运输的物质需要借助与载体通过促进扩散进行跨膜运输的物质需要借助与载体(carrier)的作用才能进入细胞，而且每种载体只运输相应的物质，的作用才能进入细胞，而且每种载体只运输相应的物质，具有较高的专一性。具有较高的专一性。二、二、促进扩散促进扩散( (facilitated diffusi

35、on)facilitated diffusion)载体只影响物质的运输速率，并不改变该物质在膜内外形成的动载体只影响物质的运输速率，并不改变该物质在膜内外形成的动态平衡状态；态平衡状态；这种性质都类似于酶的作用特征，因此载体蛋白也称为透过酶；这种性质都类似于酶的作用特征，因此载体蛋白也称为透过酶；透过酶大都是诱导酶透过酶大都是诱导酶, ,只有在环境中存在机体生长所需的营养物只有在环境中存在机体生长所需的营养物质时，相应的透过酶才合成。质时，相应的透过酶才合成。第二节第二节 营养物质进入细胞的方式营养物质进入细胞的方式三、主动运输三、主动运输(active transport)在物质运输过程中需

36、要消耗能量可以进行逆浓度运输。在物质运输过程中需要消耗能量可以进行逆浓度运输。第二节第二节 营养物质进入细胞的方式营养物质进入细胞的方式运输物质所需能量来源运输物质所需能量来源：好氧型微生物与兼性厌氧微生物直接利：好氧型微生物与兼性厌氧微生物直接利用呼吸能；厌氧型微生物利用化学能用呼吸能；厌氧型微生物利用化学能(ATP)；光合微生物利用光光合微生物利用光能；嗜盐细菌通过紫膜能；嗜盐细菌通过紫膜(purple membrane)利用光能。利用光能。主动运输是广泛存在于微生物中的一种主要的物质运输方式。主动运输是广泛存在于微生物中的一种主要的物质运输方式。三、主动运输三、主动运输(active t

37、ransport)第二节第二节 营养物质进入细胞的方式营养物质进入细胞的方式三、主动运输三、主动运输(active transport)1、初级主动运输、初级主动运输(primary active transport)第二节第二节 营养物质进入细胞的方式营养物质进入细胞的方式三、主动运输三、主动运输(active transport)1、初级主动运输、初级主动运输(primary active transport)第二节第二节 营养物质进入细胞的方式营养物质进入细胞的方式三、主动运输三、主动运输(active transport)2、次级主动运输、次级主动运输(secondary active

38、 transport)同向运输同向运输(symport)逆向运输逆向运输(antiport)单向运输单向运输(uniport)为什么被称为：为什么被称为：次级主动运输？次级主动运输？第二节第二节 营养物质进入细胞的方式营养物质进入细胞的方式三、主动运输三、主动运输(active transport)3、NaNa+ +,K,K+ +-ATP-ATP酶酶( (NaNa+ +,K,K+ +-ATPase)-ATPase)系统系统第二节第二节 营养物质进入细胞的方式营养物质进入细胞的方式四、基团移位四、基团移位(group translocation)基团转位主要存在于厌氧型和兼性厌氧型细菌中，主要用

39、于糖基团转位主要存在于厌氧型和兼性厌氧型细菌中，主要用于糖的运输。脂肪酸、核苷、碱基等也可通过这种方式运输。的运输。脂肪酸、核苷、碱基等也可通过这种方式运输。有一个复杂的运输系统来完成物质的运输；有一个复杂的运输系统来完成物质的运输；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；第二节第二节 营养物质进入细胞的方式营养物质进入细胞的方式四、基团移位四、基团移位(group translocation)第二节第二节 营养物质进入细胞的方式营养物质进入细胞的方式五、膜泡运输五、膜泡运输( (memberane vesicle transport)memberane vesicle t

40、ransport)膜泡运输主要存在于原生动物中，特别是变形虫膜泡运输主要存在于原生动物中，特别是变形虫( (amoeba)amoeba)，为这类微生物的一种营养物质的运输方式为这类微生物的一种营养物质的运输方式) )。第二节第二节 营养物质进入细胞的方式营养物质进入细胞的方式第三节第三节 培养基培养基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培养基（培养基（medium）是人工配制的，适合微生物生长繁殖或是人工配制的，适合微生物生长繁殖或产生代谢产物的营养基质产生代谢产物的营养基质。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

41、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：某些成分进行分别灭菌；某些成分进行分别灭菌；过滤除菌；过滤除菌；第三节第三节 培养基培养基一、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在微生物学研究和生长实践中，配置合适的培养基是一项最基本的要求。在微生物学研究和生长实践中，配置合适的培养基是一项最基本的要求。1、选择适宜的营养物质、选择适宜的营养物质2、营养物的浓度及配比合适、营养物的浓度及

42、配比合适3、物理、化学条件适宜、物理、化学条件适宜4、经济节约、经济节约5、精心设计、试验比较、精心设计、试验比较一、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1、选择适宜的营养物质、选择适宜的营养物质培养不同的微生物必须采用不同的培养条件；培养不同的微生物必须采用不同的培养条件；培养目的不同，原料的选择和配比不同；培养目的不同，原料的选择和配比不同；实验室的常用培养基：实验室的常用培养基：细菌：细菌： 牛肉膏蛋白胨培养基（或简称普通肉汤培养基）；牛肉膏蛋白胨培养基（或简称普通肉汤培养基）；放线菌：高氏放线菌：高氏1号合成培养基培养；号合成培养基培养；酵母菌：麦芽汁培养基；酵

43、母菌：麦芽汁培养基；霉菌：霉菌： 查氏合成培养基；查氏合成培养基；实验室一般培养：普通常用培养基；实验室一般培养：普通常用培养基；遗传研究：成分清楚的合成培养基；遗传研究：成分清楚的合成培养基；生理、代谢研究：选用相应的培养基配方；生理、代谢研究：选用相应的培养基配方；例如枯草芽孢杆菌：例如枯草芽孢杆菌：一般培养：肉汤培养基或一般培养：肉汤培养基或LB培养基；培养基；自然转化：基础培养基；自然转化：基础培养基；观察芽孢：生孢子培养基；观察芽孢：生孢子培养基；产蛋白酶：以玉米粉、黄豆饼粉为主的产酶培养基；产蛋白酶：以玉米粉、黄豆饼粉为主的产酶培养基；成成份份 氧氧化化硫硫硫硫 大大肠肠杆杆菌菌

44、牛牛肉肉膏膏蛋蛋 高高氏氏一一号号 查查氏氏合合成成 L LB B 主主要要 杆杆菌菌培培养养基基 培培养养基基 白白胨胨培培养养基基 合合成成培培养养基基 培培养养基基 培培养养基基 作作用用牛牛肉肉膏膏 5 5 碳碳源源（能能源源） 、氮氮源源、 无无机机盐盐、生生长长因因子子蛋蛋白白胨胨 1 10 0 1 10 0 氮氮源源、碳碳源源（能能源源） 、生生长长因因子子酵酵母母浸浸膏膏 5 5 生生长长因因子子、氮氮源源、碳碳源源（能能源源）葡葡萄萄糖糖 5 5 碳碳源源（能能源源）蔗蔗糖糖 3 30 0 碳碳源源（能能源源）可可溶溶性性淀淀粉粉 2 20 0 碳碳源源（能能源源）CO2 （

45、来来自自空空气气） 碳碳源源（NH4）2SO4 0.4 氮氮源源、无无机机盐盐NH4H2PO4 1 氮氮源源、无无机机盐盐KNO3 1 氮氮源源、无无机机盐盐NaNO3 3 氮氮源源、无无机机盐盐MgSO47 7H H2 2O O 0 0. .5 5 0 0. .2 2 0 0. .5 5 0 0. .5 5 无无机机盐盐FeSO4 0.01 0.01 0.01 无无机机盐盐KH2PO4 4 无无机机盐盐K2HPO4 1 0.5 1 无无机机盐盐NaCl 5 5 0.5 10 无无机机盐盐KCl 0.5 无无机机盐盐CaCl2 0.25 无无机机盐盐S 10 能能源源H2O 1000 1000

46、 1000 1000 1000 1000 溶溶剂剂pH 7.0 7.0-7.2 7.0-7.2 7.2-7.4 自自然然 7.0灭灭菌菌条条件件 12120分分 11230分分 12120分分 12120分分 12120分分 12120分分一、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2、营养物质浓度及配比合适、营养物质浓度及配比合适营养物质的浓度适宜；营养物质的浓度适宜；营养物质之间的配比适宜；营养物质之间的配比适宜；高浓度糖类物质、无机盐、重金属离子等不仅不能高浓度糖类物质、无机盐、重金属离子等不仅不能维持和促进微生物的生长，反而起到抑制或杀菌作用。维持和促进微生物的生长

47、，反而起到抑制或杀菌作用。培养基中各营养物质之间的浓度配比也直接影响微生物的生长培养基中各营养物质之间的浓度配比也直接影响微生物的生长繁殖和繁殖和(或或)代谢产物的形成和积累，其中碳氮比代谢产物的形成和积累，其中碳氮比(C/N)的影响较大。的影响较大。发酵生产谷氨酸时：发酵生产谷氨酸时：碳氮比为碳氮比为4/1时，菌体大量繁殖，谷氨酸积累少；时，菌体大量繁殖，谷氨酸积累少；碳氮比为碳氮比为3/1时，菌体繁殖受到抑制，谷氨酸产量则大量增加。时，菌体繁殖受到抑制，谷氨酸产量则大量增加。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3、物理化学条件适宜、物理化学条件适宜pHpH；水活

48、度；水活度；氧化还原电位；氧化还原电位；渗透压；渗透压； 微生物 最低 pH 最适 pH 最高 pH 细菌 35 6.57.5 810 酵母菌 23 4.55.5 78 霉菌 13 4.55.5 78 放线菌 7.58.5 3、物理化学条件适宜、物理化学条件适宜1）pH培养基的培养基的pH必须控制在一定的范围内，以满足不同类型必须控制在一定的范围内，以满足不同类型微生物的生长繁殖或产生代谢产物。微生物的生长繁殖或产生代谢产物。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1）pH3、物理化学条件适宜、物理化学条件

49、适宜pHpH对微生物生长的影响：对微生物生长的影响： pHpH对酶的影响；对酶的影响；pHpH对营养物质吸收的影响。对营养物质吸收的影响。pHpH的调节：的调节：内源调节：磷酸缓冲液；以内源调节：磷酸缓冲液；以CaCOCaCO3 3作为作为“备用碱备用碱”；蛋；蛋白质、肽类、氨基酸等天然缓冲系统白质、肽类、氨基酸等天然缓冲系统外源调节：外源调节：进行工业发酵时补加酸、碱。进行工业发酵时补加酸、碱。3、物理化学条件适宜、物理化学条件适宜2）水活度水活度在天然环境中，微生物可实际利用的自由水或游离水的含量，在天然环境中，微生物可实际利用的自由水或游离水的含量，一般用在一定的温度和压力条件下一般用在

50、一定的温度和压力条件下, ,溶液的蒸汽压力与同样条溶液的蒸汽压力与同样条件下纯水蒸汽压力之比表示，即：件下纯水蒸汽压力之比表示，即：w=Pw/w=Pw/P Po ow w 式中式中PwPw代表溶液蒸汽压力代表溶液蒸汽压力, , P Po ow w代表纯水蒸汽压力。代表纯水蒸汽压力。纯水纯水ww为为1.00,1.00,溶液中溶质越多溶液中溶质越多, ,ww越小。越小。微生物一般在微生物一般在ww为为0.600.600.990.99的条件下生长的条件下生长, , ww过低时过低时, ,微生物生长的迟缓期延长微生物生长的迟缓期延长, ,比生长速率和总生长量减少。比生长速率和总生长量减少。微生物不同，

51、其生长的最适微生物不同，其生长的最适ww不同。不同。3、物理化学条件适宜、物理化学条件适宜2）水活度水活度3、物理化学条件适宜、物理化学条件适宜3）氧化还原电位）氧化还原电位氧化还原电位又称氧化还原电势（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）。就向微生物与就向微生物与pH的关系一样，不同类型微生物生长对的关系一样，不同类型微生物生长对氧化还原电位氧化还原电位()的要求不同的要

52、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。3、物理化学条件适宜、物理化学条件适宜3）氧化还原电位）氧化还原电位氧化还原电位与氧分压和氧化还原电位与氧分压和pHpH有关有关, ,也受某些微生物代谢产物的影响也受某些微生物代谢产物的影响增加通气量增加通气量( (如振荡培养

53、、搅拌如振荡培养、搅拌) )提高培养基的氧分压，或加入提高培养基的氧分压，或加入氧化剂，从而增加氧化剂，从而增加值；值；在培养基中加入抗坏血酸（在培养基中加入抗坏血酸（0.1%0.1%）、硫化氢）、硫化氢(0.025%)(0.025%)、半胱氨酸、半胱氨酸(0.05%)(0.05%)、谷胱甘肽、二硫苏糖醇、庖肉等还原性物质可降低、谷胱甘肽、二硫苏糖醇、庖肉等还原性物质可降低值。值。培养基中加入氧化还原指示剂刃天青可对氧化还原电位进行间接测定培养基中加入氧化还原指示剂刃天青可对氧化还原电位进行间接测定3、物理化学条件适宜、物理化学条件适宜3）氧化还原电位）氧化还原电位氧化还原电位与氧分压和氧化还

54、原电位与氧分压和pHpH有关有关, ,也受某些微生物代谢产物的影响也受某些微生物代谢产物的影响一、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4、经济节约经济节约配制培养基时应尽量利用廉价且易于获得的原料作为培养基成份配制培养基时应尽量利用廉价且易于获得的原料作为培养基成份, ,特别是在发酵工业中特别是在发酵工业中, ,以降低生产成本。以降低生产成本。以粗代精以粗代精以以“野野”代代“家家”以废代好以废代好以简代繁以简代繁以烃代粮以烃代粮以纤代糖以纤代糖以无机氮代蛋白以无机氮代蛋白对微生物来说，各种粗原料营养更加完全，效果更好。对微生物来说，各种粗原料营养更加完全，效果更好。而

55、且在经济上也节约。而且在经济上也节约。以野生植物原料代替栽培植物原料，如木薯、橡子、薯芋等以野生植物原料代替栽培植物原料，如木薯、橡子、薯芋等都是富含淀粉质的野生植物，可以部分取代粮食用于工业发都是富含淀粉质的野生植物，可以部分取代粮食用于工业发酵的碳源。酵的碳源。以工农业生产中易污染环境的废弃物作为培养微生物的原料。以工农业生产中易污染环境的废弃物作为培养微生物的原料。例如，糖蜜例如，糖蜜( (制糖工业中含有蔗糖的废液制糖工业中含有蔗糖的废液) )、乳清、乳清( (乳制品工业中含有乳制品工业中含有乳糖的废液乳糖的废液) )、豆制品工业废液及黑废液、豆制品工业废液及黑废液( (造纸工业中含有戊

56、糖和己造纸工业中含有戊糖和己糖的亚硫酸纸浆糖的亚硫酸纸浆) )等都可作为培养基的原料。等都可作为培养基的原料。工业上的甲烷发酵主要利用废水、废渣作原料工业上的甲烷发酵主要利用废水、废渣作原料, ,在我国农村，已推广利用粪便及禾草为原料发酵生产甲烷作为燃料。在我国农村，已推广利用粪便及禾草为原料发酵生产甲烷作为燃料。另外另外, ,大量的农副产品或制品，如麸皮、米糠、玉米浆、酵母浸膏、大量的农副产品或制品，如麸皮、米糠、玉米浆、酵母浸膏、酒糟、豆饼、花生饼、蛋白胨等都是常用的发酵工业原料。酒糟、豆饼、花生饼、蛋白胨等都是常用的发酵工业原料。某制药厂改进链霉素发酵液中的原有配方，设法减去某制药厂改进

57、链霉素发酵液中的原有配方，设法减去30-50%30-50%的的黄豆饼粉、黄豆饼粉、25%25%的葡萄糖和的葡萄糖和20%20%硫酸铵，结果反而提高了产量。硫酸铵，结果反而提高了产量。以石油或天然气副产品代替糖质原料来培养微生物。以石油或天然气副产品代替糖质原料来培养微生物。生产石油蛋白生产石油蛋白将石油产品转化成一些产值更高的高级醇、脂肪酸、环烷酸等将石油产品转化成一些产值更高的高级醇、脂肪酸、环烷酸等化工产品和若干合成物；化工产品和若干合成物；对石油产品的品质进行改良，如脱硫、脱蜡等。对石油产品的品质进行改良，如脱硫、脱蜡等。开发利用纤维素这种世界上含量最丰富的可再生资源。将大量的开发利用纤

58、维素这种世界上含量最丰富的可再生资源。将大量的纤维素农副产品转变为优质饲料、工业发酵原料、燃料及人类的纤维素农副产品转变为优质饲料、工业发酵原料、燃料及人类的食品及饮料。食品及饮料。以大气氮、铵盐、硝酸盐或尿素等一类非蛋白质或非氨基酸廉价以大气氮、铵盐、硝酸盐或尿素等一类非蛋白质或非氨基酸廉价原料用作发酵培养基的原料，让微生物转化成菌体蛋白质或含氮原料用作发酵培养基的原料，让微生物转化成菌体蛋白质或含氮的发酵产物供人们利用。的发酵产物供人们利用。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5 5、精心设计、试验比较、精心设计、试验比较进行生态模拟，研究某种微生物的培养条件；

59、进行生态模拟，研究某种微生物的培养条件；文献查阅，设计特定微生物的培养基配方；文献查阅，设计特定微生物的培养基配方；试验比较，确定特定微生物的最佳培养条件；试验比较，确定特定微生物的最佳培养条件；第三节第三节 培养基培养基二、二、培养基的类型及应用培养基的类型及应用1 1按成份不同划分按成份不同划分天然培养基天然培养基以化学成分还不清楚或化学成分不恒定的天然有机物组成以化学成分还不清楚或化学成分不恒定的天然有机物组成如：牛肉膏蛋白胨培养基、麦芽汁培养基。如：牛肉膏蛋白胨培养基、麦芽汁培养基。营营 养养 物物 质质 来来 源源 主主要要 成成 份份牛牛 肉肉 浸浸 膏膏 瘦瘦 牛牛 肉肉 组组

60、织织 浸浸 出出 汁汁 浓浓 缩缩 而而 富富 含含 水水 溶溶 性性碳碳 水水 化化 合合 物物 、 有有 机机 成成 的的 膏膏 状状 物物 质质 氮氮 化化 合合 物物 、维维 生生 素素 、 盐盐 等等蛋蛋 白白 胨胨 将将 肉肉 、 酪酪 素素 或或 明明 胶胶 用用 酸酸 或或 富富 含含 有有 机机 氮氮化化 合合 物物 、 也也 含含 有有 一一 蛋蛋 白白 酶酶 水水 解解 后后 干干 燥燥 而而 成成 的的 些些 维维 生生 素素 和和碳碳 水水 化化 合合 物物 粉粉 末末 状状 物物 质质酵酵 母母 浸浸 膏膏 酵酵 母母 细细 胞胞 的的 水水 溶溶 性性 提提 取取