第四章微生物的营养与生长

1、第四章第四章 微生物的营养与生长微生物的营养与生长 n第一节 微生物的营养 n第二节 微生物的生长 n第三节 环境条件对微生物的影响 n第四节 食品中微生物控制的原理和方法第一节 微生物的营养 n一、微生物细胞的化学组成 n二、营养物质及其生理功能 n三、微生物的营养类型 n四、微生物对营养物质的吸收方式 n五、培养基 所有生物为了生存都必须不断地从外界环境中吸收所需的各种物质从中获得 原料和能量以便合成新的细胞物质，生物所需的这些物质称之为营养物质。生物吸收利用营养物质的过程一般称为营养。营养物质是生物进行一切生命活动的物质基础，失去这个基础，一切生物都无法生存，微生物也不例外。可见，营养对

2、微生物的重要性。 第一节 微生物的营养 n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 n营养(nutrition)：微生物获得和利用营养物质的过程 n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。一、微生物细胞的化学组成n分析微生物细胞化学组成是了解微生物营养物质的基础。主要成分：C、H、N、O和无机成分。其中主要是水分、蛋白质、碳水化合物、脂肪、核酸和无机盐。水分占90-97，其余占3-10%。 微生物细胞的化学组成微生物细胞的化学组成 微生物细胞中各种有机物和元素的含量微生物细胞中各种有机物和元素的含量( (

3、干重干重) ) 成分细菌 酵母 真菌 碳48（46-52） 48（46-52） 48（45-55 ） 氮12.5（10-14） 7.5（6-8.5） 6（4-7） 蛋白质55（50-60） 40（35-45） 32（25-40 糖类9（6-15） 38（30-45） 49（40-55 脂类7（5-10） 8（5-10） 8（5-10） 核酸23（15-25） 8（5-10） 5（2-8） 灰分6（4-10） 6（4-10） 6（4-10） 磷1.0-2.5 硫、镁0.3-1.0 钾、钙0.1-0.5 钠、铁0.01-0.1 锌、铜、锰0.001-0.01 二、营养物质及其生理功能n6 6种营养

4、要素：种营养要素：碳源，氮源，能源，生长因子，无机碳源，氮源，能源，生长因子，无机 盐和水。盐和水。 n营养物质的功能：营养物质的功能： （1）、供给微生物合成细胞物质的原料； （2）、合成代谢和生命活动所需的能量； （3）、调节新陈代谢。 （一）（一）、碳源（、碳源（carbon source）n碳源（碳源（carbon source）：凡是可以作为微生物细胞结）：凡是可以作为微生物细胞结 构或代谢产物中碳架来源的营养物质构或代谢产物中碳架来源的营养物质 n（一）碳源的作用（一）碳源的作用 n1.1.碳素化合物是构成机体中有机物分子的骨架碳素化合物是构成机体中有机物分子的骨架 n2.2.碳素

5、化合物是大多数微生物的能源碳素化合物是大多数微生物的能源 n3.3.构成微生物代谢产物的分子骨架构成微生物代谢产物的分子骨架 n（二）微生物的碳源（二）微生物的碳源 n凡必需利用有机碳源的微生物，为凡必需利用有机碳源的微生物，为异养微生物异养微生物n凡能利用无机碳源的微生物，则是凡能利用无机碳源的微生物，则是自养微生物自养微生物 微生物的碳源谱微生物的碳源谱 类型类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机碳有机碳 C CH HONXONX 复杂蛋白质、核酸等复杂蛋白质、核酸等 牛肉膏、蛋白胨、花生饼粉等牛肉膏、蛋白胨、花生饼粉等 C CH HO ON N 多数氨基

6、酸、简单蛋白多数氨基酸、简单蛋白质质 一般氨基酸、明胶等一般氨基酸、明胶等 C CH HO O 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、糖蜜葡萄糖、蔗糖、各种淀粉、糖蜜等等 C CH H 烃类烃类 天然气、石油及其不同馏份、石天然气、石油及其不同馏份、石蜡油蜡油 无机碳无机碳 C(?)C(?)- - -C CO O COCO2 2 COCO2 2C CH HX X NaHCONaHCO3 3、CaCOCaCO3 3 NaHCONaHCO3 3 、CaCOCaCO3 3 （二）、氮源（二）、氮源（nitrogen source）n凡能提供微生物生长繁殖所需氮元素的营

7、养源，为氮源。凡能提供微生物生长繁殖所需氮元素的营养源，为氮源。n（一）氮源的作用（一）氮源的作用 n1.1.氮源是构成微生物细胞物质或代谢产物中的氮素来源氮源是构成微生物细胞物质或代谢产物中的氮素来源 n2.2.氮素一般不提供能源，只有少数例外氮素一般不提供能源，只有少数例外n（二）微生物能利用的氮源（二）微生物能利用的氮源 n包括蛋白质及其不同程度的降解产物包括蛋白质及其不同程度的降解产物( (胨、肽、氨基酸等胨、肽、氨基酸等) )、铵盐、硝酸盐、分子氮、嘌呤、嘧啶、脲、胺、酰胺、氰铵盐、硝酸盐、分子氮、嘌呤、嘧啶、脲、胺、酰胺、氰化物等。化物等。 n种类种类: : n无机氮：铵盐、硝酸盐

8、、亚硝酸盐、尿素、氨、无机氮：铵盐、硝酸盐、亚硝酸盐、尿素、氨、N N2 2等；等； n有机氮：牛肉膏、蛋白胨、鱼粉、花生饼粉、黄豆饼粉、有机氮：牛肉膏、蛋白胨、鱼粉、花生饼粉、黄豆饼粉、玉米浆等。玉米浆等。 n速效氮源：很快被微生物利用的物质，有利于菌体生长速效氮源：很快被微生物利用的物质，有利于菌体生长. .如硫铵、玉米浆等。用于发酵前期。如硫铵、玉米浆等。用于发酵前期。n迟效氮源：微生物利用速度较慢的物质，有利于代谢物迟效氮源：微生物利用速度较慢的物质，有利于代谢物质形成。如花生饼粉、黄豆饼粉等。用于发酵后期。质形成。如花生饼粉、黄豆饼粉等。用于发酵后期。 微生物的氮源谱微生物的氮源谱

9、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 有机氮有机氮 N NC CH HO OX X 复杂蛋白质、核酸等复杂蛋白质、核酸等 牛肉膏、酵母膏、饼牛肉膏、酵母膏、饼粕粉、蚕蛹粉等粕粉、蚕蛹粉等 N NC CH HO O 尿素、一般氨基酸、尿素、一般氨基酸、简简 单蛋白质等单蛋白质等 尿素、蛋白胨、明胶尿素、蛋白胨、明胶等等 无机氮无机氮 N NH H NHNH3 3、铵盐、铵盐 （NHNH4 4）2 2SOSO4 4等等 N NO O 硝酸盐等硝酸盐等 KNOKNO3 3等等 N N N N2 2 气气 氨基酸自养型生物和氨基酸异养型生物氨基酸自养型生物和

10、氨基酸异养型生物 （三）、水（三）、水 水在细胞中的生理功能主要有：水在细胞中的生理功能主要有： 1 1、微生物细胞的组成成分；、微生物细胞的组成成分；2 2、是细胞营养物质和代谢产物的溶剂；、是细胞营养物质和代谢产物的溶剂； 3 3、是细胞中各种生化反应的良好介质；、是细胞中各种生化反应的良好介质； 4 4、水还能维持微生物细胞的膨压；、水还能维持微生物细胞的膨压；5 5、水具有较高的比热，稳定细胞内环境温度。、水具有较高的比热，稳定细胞内环境温度。 （四）、无机盐（四）、无机盐（inorganic salt）n指微生物生长必需的金属元素：由硫酸盐、磷酸盐、指微生物生长必需的金属元素：由硫酸

11、盐、磷酸盐、氯化物等供给。氯化物等供给。 n无机盐的生理功能：无机盐的生理功能： n1 1、构成微生物细胞的各种组分、构成微生物细胞的各种组分 n2 2、作为酶的组成部分、作为酶的组成部分 n3 3、维持酶的活性、维持酶的活性 n4 4、调节并维持细胞的渗透压、氢离子浓度和氧化、调节并维持细胞的渗透压、氢离子浓度和氧化 还原电位还原电位n5 5、有些元素作为某些微生物生长的能源物质等、有些元素作为某些微生物生长的能源物质等 无机盐及其生理功能无机盐及其生理功能 元素元素化合物形式化合物形式( (常用常用) )生理功能生理功能磷磷KHKH2 2POPO4 4, K, K2 2HPOHPO4 4

12、核酸、核蛋白、磷脂、辅酶及核酸、核蛋白、磷脂、辅酶及ATPATP等高能分等高能分 子的成子的成分，作为缓冲系统调节培养基分，作为缓冲系统调节培养基pHpH 硫硫(NH(NH4 4) )2 2SOSO4 4含硫氨基酸含硫氨基酸( (半胱氨酸、甲硫氨酸等半胱氨酸、甲硫氨酸等) )、维生素的成、维生素的成分，谷胱甘肽可调节胞内氧化还原电位分，谷胱甘肽可调节胞内氧化还原电位 镁镁MgSOMgSO4 4己糖磷酸化酶、异柠檬酸脱氢酶、核酸聚合酶等活己糖磷酸化酶、异柠檬酸脱氢酶、核酸聚合酶等活性中心组分，叶绿素和细菌叶绿素成分性中心组分，叶绿素和细菌叶绿素成分 钙钙CaClCaCl2 2,Ca(NO,Ca(

13、NO3 3) ) 某些酶的辅因子，维持酶某些酶的辅因子，维持酶( (如蛋白酶如蛋白酶) )的稳定性，芽的稳定性，芽孢和某些孢子形成所需孢和某些孢子形成所需 钠钠NaClNaCl细胞运输系统组分，维持细胞渗透压，维持某些酶细胞运输系统组分，维持细胞渗透压，维持某些酶的稳定性的稳定性 钾钾KHKH2 2POPO4 4,K,K2 2HPOHPO4 4某些酶的辅因子，维持细胞渗透压，某些嗜盐细菌某些酶的辅因子，维持细胞渗透压，某些嗜盐细菌核糖体的稳定因子核糖体的稳定因子 铁铁FeSOFeSO4 4细胞色素及某些酶的组分，某些铁细菌的能源物质，细胞色素及某些酶的组分，某些铁细菌的能源物质，合成叶绿素、白

14、喉毒素所需。合成叶绿素、白喉毒素所需。 微量元素与生理功能微量元素与生理功能 元素元素生理功能生理功能 锌锌存在于乙醇脱氢酶、乳酸脱氢酶、碱性磷酸酶、醛存在于乙醇脱氢酶、乳酸脱氢酶、碱性磷酸酶、醛 缩酶、缩酶、RNARNA与与DNADNA聚合酶中聚合酶中 锰锰存在于过氧化物歧化酶、柠檬酸合成酶中存在于过氧化物歧化酶、柠檬酸合成酶中 钼钼存在于硝酸盐还原酶、固氮酶、甲酸脱氢酶中存在于硝酸盐还原酶、固氮酶、甲酸脱氢酶中 硒硒存在于甘氨酸还原酶、甲酸脱氢酶中存在于甘氨酸还原酶、甲酸脱氢酶中 钴钴存在于谷氨酸变位酶中存在于谷氨酸变位酶中 铜铜存在于细胞色素氧化酶中存在于细胞色素氧化酶中 钨钨存在于甲酸

15、脱氢酶中存在于甲酸脱氢酶中 镍镍 存在于脲酶中，为氢细菌生长所必需存在于脲酶中，为氢细菌生长所必需 （五）、生长因子（五）、生长因子（growth factor）n生长因子为一类对微生物正常代谢必不可少且不能生长因子为一类对微生物正常代谢必不可少且不能用简单的碳源或氮源自行合成的有机物。用简单的碳源或氮源自行合成的有机物。 n广义的生长因子包括：广义的生长因子包括：维生素、氨基酸、嘌呤和嘧维生素、氨基酸、嘌呤和嘧啶碱及其衍生物、卟啉及其衍生物、甾醇、胺类、啶碱及其衍生物、卟啉及其衍生物、甾醇、胺类、一些脂肪酸等。一些脂肪酸等。n狭义的生长因子：狭义的生长因子：一般仅指维生素。一般仅指维生素。n

16、生长因子的主要功能：生长因子的主要功能：提供微生物细胞重要化学物提供微生物细胞重要化学物质、辅因子的组分和参与代谢。需用牛肉膏、酵母质、辅因子的组分和参与代谢。需用牛肉膏、酵母膏或配制专门的营养液。膏或配制专门的营养液。 （六）、能源（六）、能源（energy source） 能源是能为微生物的生命活动提供最初能量来源的能源是能为微生物的生命活动提供最初能量来源的营养物或辐射能。营养物或辐射能。能源谱能源谱有机物：化能异养微生物的能源（同碳源）有机物：化能异养微生物的能源（同碳源）无机物：化能自养微生物的能源（不同于碳源）无机物：化能自养微生物的能源（不同于碳源）辐射能辐射能 ：光能自养和光能

17、异养微生物的能源：光能自养和光能异养微生物的能源化学物质化学物质三、微生物的营养类型三、微生物的营养类型 微微 生生 物物 营营 养养 类类 型型 的的 分分 类类分 类 标 准营 养 类 型 1.以能源分光能营养型（phototroph）化能营养型（chemotroph）2.以供氢体分 无机营养型（lithotroph）有机营养型（organotroph）3.以碳源分 自养型（autotroph）异养型（heterotroph） 4.以合成氨基酸能力 分 氨基酸自养型（amino acid autotroph）氨基酸异养型（amino acid hetetotroph） 5.以生长因子分 原

18、养型（prototroph）(wild type)营养缺陷型（auxotroph）6.以摄食方式分 渗透营养型（osmotroph）吞噬营养型(phagocytosis) 7.以摄取死或活有机物分腐生（saprophytism）寄生（parasitism）（一）、分类原则：（一）、分类原则： n按能量来源分按能量来源分n根据微生物生长所需碳源物质的性质分根据微生物生长所需碳源物质的性质分n根据生物合成中供氢体的性质分根据生物合成中供氢体的性质分 （二）、营养类型：（二）、营养类型： 依据：能源氢供体碳源依据：能源氢供体碳源 1 1、光能无机营养型（、光能无机营养型（photolithotrop

19、hphotolithotroph） 光能自养型（光能自养型（photoautotrophphotoautotroph） 2 2、光能有机营养型（、光能有机营养型（photoorganotrophphotoorganotroph） 光能异养型（光能异养型（photoheterotrophphotoheterotroph） 3 3、化能无机营养型（、化能无机营养型（chemolithotrophchemolithotroph） 化能自养型（化能自养型（chemoautotrophchemoautotroph） 4 4、化能有机营养型（、化能有机营养型（chemoorganotrophchemoor

20、ganotroph） 化能异养型（化能异养型（chemoheterotrophchemoheterotroph） 四、微生物对营养物质的吸收方式四、微生物对营养物质的吸收方式 n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。 四、微生物对营养物质的吸收方式四、微生物对营养物质的吸收方式n影响营养物质进入细胞的因素：影响营养物质进入细胞的因素：n一是营养物质本身的性质。一是营养物质本身的性质。 n二是微生物所处的环境。二是微生物所处的环境。 n三是微生物细胞的透过屏障三

21、是微生物细胞的透过屏障(permeability barrier)(permeability barrier)。 n一般来说，分子越小、脂溶性越高，极性越小，一般来说，分子越小、脂溶性越高，极性越小，就越容易就越容易 通过细胞膜。通过细胞膜。 1 1、单纯扩散、单纯扩散(simple diffusion)(simple diffusion) 以物质的浓度梯度为动力，而不需要代谢能量穿膜运输方以物质的浓度梯度为动力，而不需要代谢能量穿膜运输方式。不需要载体参与。式。不需要载体参与。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, ,分子分子量小、脂溶性、极性

22、小的物质易通过扩散进出细胞。量小、脂溶性、极性小的物质易通过扩散进出细胞。 1 1、单纯扩散、单纯扩散(simple diffusion)(simple diffusion)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, ,水是唯一水是唯一可以通过扩可以通过扩 散自由通过原生质膜的分子散自由通过原生质膜的分子, ,脂肪酸、乙醇、脂肪酸、乙醇、甘油、苯、一些气体分子甘油、苯、一些气体分子 (O(O2 2、COCO2 2) )及某些氨基酸在一定程及某些氨基酸在一定程度上也可通过扩散进出细胞。度上也可通过扩散进出细胞。 2、促进扩散、促进扩散(facilita

23、ted diffusion) 促进扩散：借助于膜上底物特异性载体蛋白的参与，促进扩散：借助于膜上底物特异性载体蛋白的参与，加快环境中高浓度物质进入细胞，直至膜两侧的溶质加快环境中高浓度物质进入细胞，直至膜两侧的溶质浓度相等为止。浓度相等为止。 通过促进扩通过促进扩散进入细胞散进入细胞的营养物质的营养物质主要有氨基主要有氨基酸、单糖、酸、单糖、维生素及无维生素及无机盐等。机盐等。3、主动运输、主动运输(active transport)n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。在物质运输过程中需要消耗能量，可以进行逆浓度运式。在物质

24、运输过程中需要消耗能量，可以进行逆浓度运输。输。n运输物质所需能量来源：运输物质所需能量来源： n好氧型微生物与兼性厌氧微生物好氧型微生物与兼性厌氧微生物 直接利用呼吸能；直接利用呼吸能； n厌氧型微生物利用化学能厌氧型微生物利用化学能(ATP)(ATP)； n光合微生物利用光能；光合微生物利用光能； n嗜盐细菌通过紫膜嗜盐细菌通过紫膜( (purple membrane) ) 利用光能；利用光能； Na +,K +-ATP酶酶(Na +,K +-ATPase)系统系统 4、基团转位、基团转位(group translocation)基团转位主要存在于厌氧型和基团转位主要存在于厌氧型和兼性厌氧

25、型细菌中，主要用于兼性厌氧型细菌中，主要用于糖的运输。脂肪酸、核苷、碱糖的运输。脂肪酸、核苷、碱基等也可通过这种方式运输。基等也可通过这种方式运输。 细菌对糖的吸收和积累，需要磷酸转运系统，即转运过程细菌对糖的吸收和积累，需要磷酸转运系统，即转运过程中必须磷酰化，这种物质运转方式称基团移位。该过程中中必须磷酰化，这种物质运转方式称基团移位。该过程中细胞外的细胞外的 糖类在细胞膜上与胞内的磷酸烯醇丙酮酸盐结糖类在细胞膜上与胞内的磷酸烯醇丙酮酸盐结合，在胞内酶作用下被磷酸化进入胞内。经过基团移位而合，在胞内酶作用下被磷酸化进入胞内。经过基团移位而磷酸化的糖类，不能再透出菌体。所以，菌体内积聚的糖磷

26、酸化的糖类，不能再透出菌体。所以，菌体内积聚的糖的浓度远远高于胞外。的浓度远远高于胞外。四种运送营养物质方式的比较四种运送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送主动运送基团移位基团移位异载体蛋白异载体蛋白无无有有有有有有运送速度运送速度慢慢快快快快快快溶质运送方向溶质运送方向由浓至稀由浓至稀由浓至稀由浓至稀由稀至浓由稀至浓由稀至浓由稀至浓平衡时内外浓度平衡时内外浓度内外相等内外相等内外相等内外相等内部浓度高的多内部浓度高的多内部浓度高内部浓度高的多运送分子运送分子无特异性无特异性特异性特异性特异性特异性特异性特异性能量消耗能量消耗不需要不需要不需要不需要需

27、要需要需要需要运送前后溶质分子运送前后溶质分子不变不变不变不变不变不变改变改变载体饱和效应载体饱和效应无无有有有有有有与溶质类似物与溶质类似物无竟争性无竟争性有竟争性有竟争性有竟争性有竟争性有竟争性有竟争性运送抑制剂运送抑制剂无无有有有有有有运送对象例子运送对象例子H H2 2O O、COCO2 2、O O2 2 少少数氨基酸、盐类、数氨基酸、盐类、甘油、乙醇、代甘油、乙醇、代谢抑制剂谢抑制剂POPO4 43-3-SOSO4 42-2-；糖；糖（真核微生物）（真核微生物）乳糖等糖类、乳糖等糖类、氨基酸、氨基酸、NaNa+ +、CaCa2+2+等无机等无机离离子子 葡萄糖、甘露糖、葡萄糖、甘露糖

28、、果糖、脂肪酸、果糖、脂肪酸、嘌呤和核苷嘌呤和核苷五、培养基五、培养基（medium） 制培养基的原则制培养基的原则培养基的种类培养基的种类 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 （一）、培养基的类型（一）、培养基的类型n1、按成份不同划分n（1）、天然培养基(complex medium)n以化学成分不清

29、楚或化学成分不恒定的天然有机物组成。如：麸皮培养基、肉浸汁、牛奶等。n优点：取材方便、营养丰富、种类繁多、配制方便；优点：取材方便、营养丰富、种类繁多、配制方便； n缺点：确切营养成分不明确、不稳定。缺点：确切营养成分不明确、不稳定。 （2）.合成培养基合成培养基(synthetic medium)n是由化学成份完全了解的物质配制而成的培养基，是由化学成份完全了解的物质配制而成的培养基，也称化学限定培养基也称化学限定培养基( (chemically defined medium) ) n优点：成分已知、精确、重复性好。优点：成分已知、精确、重复性好。 n缺点：价格较贵、配制较烦，培养的微生物生

30、缺点：价格较贵、配制较烦，培养的微生物生 长较慢。长较慢。 n培养细菌培养细菌: :葡萄糖铵盐培养基葡萄糖铵盐培养基 n培养放线菌培养放线菌: :淀粉硝酸盐培养基淀粉硝酸盐培养基 n培养真菌培养真菌: :蔗糖硝酸盐培养基蔗糖硝酸盐培养基 （3）.半合成培养基半合成培养基(semi-defined medium)n由部分天然材料和部分已知的纯化学药品组成的培养基。由部分天然材料和部分已知的纯化学药品组成的培养基。 如：土豆蔗糖培养基、葡萄糖肉汁培养基等。如：土豆蔗糖培养基、葡萄糖肉汁培养基等。 n缺点：是配制方便，成本低，微生物生长良好。缺点：是配制方便，成本低，微生物生长良好。 2、根据物理状

31、态划分、根据物理状态划分n（1 1）、液体培养基（）、液体培养基（liquid medium）：是指各营养成分）：是指各营养成分按一按一 定比例配制而成的水溶液或液体状态的培养基。定比例配制而成的水溶液或液体状态的培养基。n用途广泛，可用于大型生产、科研等。用途广泛，可用于大型生产、科研等。n （2 2）、固体培养基）、固体培养基( (solid medium ) )：是指液体培养基：是指液体培养基中加入一中加入一 定量的凝固剂配制而成的固体状态的培养基。定量的凝固剂配制而成的固体状态的培养基。n应用：微生物分离、鉴定、计数、保藏、检验、生物测定应用：微生物分离、鉴定、计数、保藏、检验、生物测

32、定及产生大量菌体。及产生大量菌体。 n（3 3）、半固体培养基（）、半固体培养基（semi-solid medium）：是指琼脂）：是指琼脂加入量为加入量为 0.20.20.50.5而配制的固体状态的培养基。而配制的固体状态的培养基。n用于细菌动力观察、菌种鉴定、噬菌体效价测定等。用于细菌动力观察、菌种鉴定、噬菌体效价测定等。 n（4 4）、脱水培养基（）、脱水培养基（dehydrated culture medium）：预）：预制干制干 燥培养基燥培养基( (pre-fabricated dried culture medium) )。 3、根据培养目的划分、根据培养目的划分n（1）、种子培

33、养基）、种子培养基(Seed culture medium)：是适：是适合微生物菌体生长的培养基。合微生物菌体生长的培养基。 n（2）、发酵培养基）、发酵培养基(Fermentation medium) ：发酵：发酵产物的培养基。用于生产预定产物的培养基。用于生产预定 n（3）、繁殖和保藏培养基）、繁殖和保藏培养基(Reproducible medium) 4、按用途划分、按用途划分n（1 1）、基础培养基）、基础培养基( (minimum medium) ) n在一定条件下含有某种微生物生长繁殖所需的基在一定条件下含有某种微生物生长繁殖所需的基本营养物质的培养基，也称为基本培养基。本营养物质

34、的培养基，也称为基本培养基。 n（2 2）、完全培养基）、完全培养基( (complete medium) ) n在一定条件下含有某种微生物生长繁殖所需的所在一定条件下含有某种微生物生长繁殖所需的所有营养物质的培养基有营养物质的培养基 4 4、按用途划分、按用途划分（3）、加富培养基和富集培养基）、加富培养基和富集培养基(enrichment medium) n在普通培养基（如肉汤蛋白胨培养基）中加入某些特殊营在普通培养基（如肉汤蛋白胨培养基）中加入某些特殊营养物质养物质 制成的一类营养丰富的培养基。制成的一类营养丰富的培养基。n这些特殊营养物质包括血液、血清、酵母浸膏、动植物组这些特殊营养物

35、质包括血液、血清、酵母浸膏、动植物组织液织液 等。用来培养营养要求比较苛刻的异养型微生物，等。用来培养营养要求比较苛刻的异养型微生物，如培养百日咳博德氏菌如培养百日咳博德氏菌(Bordetella pertussis)需要含有血液的需要含有血液的加富培养基。加富培养基。 （4）、选择培养基）、选择培养基(selective medium) n用于将某种或某类微生物从混杂的微生物群体中分离出来用于将某种或某类微生物从混杂的微生物群体中分离出来的培养基的培养基 选择性培养的方法主要有两种：选择性培养的方法主要有两种： 一是根据根据某些微生物的特殊营养要求；一是根据根据某些微生物的特殊营养要求；二是

36、根据某些微生物的物理和化学抗性。二是根据某些微生物的物理和化学抗性。 （4）、选择培养基）、选择培养基(selective medium) 用于选择性培养基的若干抑制剂用于选择性培养基的若干抑制剂选择对象选择对象抑制剂及其用量（抑制剂及其用量（ug/mlug/ml）抑制对象抑制对象一般细菌一般细菌四环素（四环素（200200）黑曲霉、酵母黑曲霉、酵母四环素（四环素（100100）酱油曲霉、根霉酱油曲霉、根霉放线菌酮（放线菌酮（2020）酵母酵母放线菌酮（放线菌酮（5050）酱油曲霉酱油曲霉放线菌酮（放线菌酮（100100）根霉根霉放线菌酮（放线菌酮（200200）黑根霉黑根霉真菌素（真菌素（C

37、abicidinCabicidin）（）（100100）酱油曲霉、酵母酱油曲霉、酵母G G+ +细菌细菌多粘菌素多粘菌素B B（5 5）G G- -细菌细菌G G- -细菌细菌青霉素（青霉素（1 1）G G+ +细菌细菌乳酸菌乳酸菌山梨酸（山梨酸（0.20.2 pH6pH6）芽孢杆菌芽孢杆菌叠氮化钠（叠氮化钠（NaNa3 3N N）（）（0.0050.005 pH7pH7）曲霉曲霉真菌素（真菌素（2020）酵母酵母肠道细菌肠道细菌胆汁酸（胆汁酸（1.51.55mg/ml5mg/ml）G G+ +细菌细菌微球菌微球菌山梨酸（山梨酸（0.20.2 ）芽孢杆菌芽孢杆菌用于选择性培养基的若干抑制剂用于

38、选择性培养基的若干抑制剂 （续）（续）放线菌放线菌放线菌酮（放线菌酮（5050）霉菌霉菌制霉菌素（制霉菌素（5050）霉菌霉菌丙酸钠（丙酸钠（4mg/ml4mg/ml）霉菌霉菌酵母菌酵母菌丙酸钠（丙酸钠（0.20.2）曲霉、根霉、杆菌曲霉、根霉、杆菌丙酸钠（丙酸钠（0.10.1-0.15-0.15青霉、微球菌、醋酸菌青霉、微球菌、醋酸菌CuSOCuSO4 45H5H2 2O(0.05%,pH3.8O(0.05%,pH3.8乳酸菌、乳链球菌乳酸菌、乳链球菌四环素（四环素（5050）细菌细菌氯霉素（氯霉素（2020）细菌细菌链霉素（链霉素（20-10020-100）细菌细菌青霉素（青霉素（5050

39、）细菌细菌金霉素（金霉素（100100）细菌细菌真菌素（真菌素（200200）细菌细菌霉霉 菌菌氯霉素（氯霉素（100100）细菌细菌青霉素（青霉素（2020）细菌细菌链霉素（链霉素（4040）细菌细菌青霉素（青霉素（100100）细菌细菌氯霉素（氯霉素（5050）放线菌酮（）放线菌酮（1010）细菌、酵母细菌、酵母（5）、鉴别培养基(differential medium)n指含有某种代谢指含有某种代谢产物指示剂的培产物指示剂的培养基，可使不同养基，可使不同微生物微生物 经培养后经培养后出现显著差别。出现显著差别。如：伊红美兰培如：伊红美兰培养基；糖发酵培养基；糖发酵培养基等。用于快养基等。

40、用于快速鉴别微生物。速鉴别微生物。 一些鉴别培养基一些鉴别培养基 （二）、培养基配制的原则和方法（二）、培养基配制的原则和方法 n1、根据微生物的营养要求配制；、根据微生物的营养要求配制； n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；n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：n细细 菌：牛肉膏蛋白胨培养基菌：牛肉膏蛋白胨培养基 （或简称普通肉汤培养基）；（或简称普通肉汤培养基）； n放线菌：高氏放线菌：高氏1 1号合成培养基培养；号合成培养基培养；n酵母菌：麦芽汁培养基；酵母菌：麦芽

41、汁培养基；n霉霉 菌：查氏合成培养基；菌：查氏合成培养基； （二）、培养基配制的原则和方法（二）、培养基配制的原则和方法 2、注意营养成分的比例；、注意营养成分的比例； 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； 大多数化能异养菌培养基中各营养物质间的比例：大多数化能异养菌培养基中各营养物质间的比例： H H2 2O OC+C+能源能源N N源源 P P、S SK K、MgMg生长因子生长因子 培养基中各营养物质之间的浓度配比直接影响微生物的培养基中各营养物质之间的浓度配比直接影响微生物的生长繁殖和生长繁殖和( (或或) )代谢产物的形成和积累，

42、其中碳氮比代谢产物的形成和积累，其中碳氮比(C/N)(C/N)的影响较大。的影响较大。C/NC/N比：是指微生物培养基中所含的碳源中碳原子的比：是指微生物培养基中所含的碳源中碳原子的摩尔数与氮源中氮原子的摩尔数之比。摩尔数与氮源中氮原子的摩尔数之比。 不同微生物要求不同的不同微生物要求不同的C/N比比 n为获得微生物细胞或制备为获得微生物细胞或制备“种子种子”培养基，培养基，C/NC/N比低；比低； n为积累大量生产代谢产物的发酵培养基，为积累大量生产代谢产物的发酵培养基，C/NC/N比高；比高；n所要代谢产物中含碳量较高，则所要代谢产物中含碳量较高，则C/NC/N比高；所要代谢产物比高；所要

43、代谢产物 中含氮量较高，则中含氮量较高，则C/NC/N比低。比低。 （二）、培养基配制的原则和方法（二）、培养基配制的原则和方法n适宜适宜pHpH； n水活度；水活度；n氧化还原电位；氧化还原电位； 3 3、物理化学条件、物理化学条件3 3、物理化学条件适宜、物理化学条件适宜1 1）pH 培养基的培养基的pHpH必须控制在一定的范围内，以满足不必须控制在一定的范围内，以满足不同类型同类型 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： 细细 菌：菌： pH7.0pH7.08.08.0 放线菌：放线菌： pH7.5pH7.58.5 8.5 酵母菌：

44、酵母菌： pH3.8pH3.86.0 6.0 霉霉 菌：菌： pH4.0pH4.05.8 5.8 常用常用pH缓冲剂缓冲剂: K2HP04和和KH2P04组成的混合物、组成的混合物、CaCO3 KH2P04 H+ K2HP04+K+ KH2P04+ KOH K2HP04 + H20 CO32- HCO3- H2CO3- CO2 + H20 +H+-H+H+-H+3 3、物理化学条件适宜、物理化学条件适宜n2 2）水活度）水活度 n在一定的温度和压力条件下在一定的温度和压力条件下, ,溶液的蒸汽压力与同样条件溶液的蒸汽压力与同样条件下纯水蒸汽压力之比，即：下纯水蒸汽压力之比，即： w=Pw/Pw

45、=Pw/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。n微生物一般在微生物一般在 w w为为0.600.600.990.99的条件下生长的条件下生长, , w w过低时过低时, ,n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。n微生物不同，其生长的最适微生物不同，其生长的最适ww不同。不同。 3 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n3 3）氧化还原电位）氧化还原电位n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

46、原电势（redox potential），是），是度量度量 某氧化还原系统中的还原剂释放电子或氧化剂接受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，其单位是电子趋势的一种指标，其单位是V V（伏）或（伏）或mVmV（毫伏）。（毫伏）。n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；n厌氧性微生物：厌氧性微生物：低于低于+0.1+0.1伏条件下生长；伏条件下生长；n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伏伏以下时

47、进行发酵。以下时进行发酵。 3、物理化学条件适宜3）氧化还原电位）氧化还原电位 n增加通气量增加通气量( (如振荡培养、搅拌如振荡培养、搅拌) )提高培养基的氧分压，提高培养基的氧分压，或加入氧化剂，从而增加或加入氧化剂，从而增加EhEh值；在培养基中加入抗坏血值；在培养基中加入抗坏血酸（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、谷胱甘肽、二硫苏糖醇、庖肉等还原性物质可降低胱甘肽、二硫苏糖醇、庖肉等还原性物质可降低EhEh值。值。 4 4、根据培养目的、根据培养目的n初生代谢产物：一般指通过主要代谢途径产生的结

48、构较简单、产量较高、价值较低的降解产物。n次生代谢产物：一般是指通过复杂合成途径产生的那些结构 复杂、产量低、价值高的合成产物。n快速利用的碳源在菌体生长时期消耗，n缓慢利用的碳源用来供产物合成时期利用。 5 5、原料来源的选择、原料来源的选择n制培养基时应尽量利用廉价且易于获得的原料作为培养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废代好以废代好以烃代粮以烃代粮以无机氮代蛋白以无机氮代蛋白以以 野野 代代 家家 以简代繁以简代繁以纤代糖以纤代糖（二）、培养基配制的原则和方法

49、（二）、培养基配制的原则和方法n6 6、灭菌处理、灭菌处理 n7 7、精心设计、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；试验比较进行生态模拟，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； 第二节第二节 微生物的生长微生物的生长 n一、微生物的生长n二、微生物的纯培养n三、微生物生长的测定n四、生长曲线n五、连续培养 一、微生物的生长一、微生物的生长 n生长：生长：生物个体物质有规律地、不可逆增加，导致个体体生物个体物质有规律地、不可逆增

50、加，导致个体体积扩大的生物学过程。积扩大的生物学过程。 n繁殖：繁殖： 生物个体生长到一定阶段，通过特定方式产生新生物个体生长到一定阶段，通过特定方式产生新的生命个体，即引起生命个体数量增加的生物学过程。的生命个体，即引起生命个体数量增加的生物学过程。 n生长是一个逐步发生的量变过程，繁殖是一个产生新的生生长是一个逐步发生的量变过程，繁殖是一个产生新的生命个体的质变过程。命个体的质变过程。n个体生长个体生长 个体繁殖个体繁殖 群体生长群体生长 n群体生长群体生长 = = 个体生长个体生长 + + 个体繁殖个体繁殖 一、微生物的生长一、微生物的生长n细菌的生长的标志：以群体数目的增加作为生长标志

51、。因为很难将生长与繁殖分开。n放线菌和霉菌：是以菌丝的伸长和分枝表现为生长的。n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、微生物的纯培养二、微生物的纯培养n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；、稀释平板法；2、划线法；、划线法；3、单细胞分离法；、单细胞分离法；4、选择培养基分离法。、选择培养基分离法。 二、微生物的纯培养二、微生物的纯培养微生物培养技术的发展的特点：微生物培养技术的发展的特点： n1 1、少

52、量培养、少量培养 大规模培养大规模培养 n2 2、浅盘培养、浅盘培养 厚层固体或深层（液体）培养厚层固体或深层（液体）培养 n3 3、以固体培养为、以固体培养为 以液体培养为以液体培养为 n4 4、静止式液体培养、静止式液体培养 通气搅拌式液体培养通气搅拌式液体培养 n5 5、分批培养、分批培养 连续培养连续培养 多级连续培养多级连续培养 n6 6、游离的微生物细胞培养、游离的微生物细胞培养 利用固定化细胞培养利用固定化细胞培养 n7 7、单一微生物培养、单一微生物培养 混合微生物培养混合微生物培养 n8 8、野生菌种、野生菌种 变异菌株、变异菌株、“工程菌工程菌” 微生物培养法n（一）、固体

53、培养（一）、固体培养 n（二）、液体培养（二）、液体培养 n（三）、连续培养（三）、连续培养 n（四）、补料分批培养（四）、补料分批培养 n（五）、混菌培养（五）、混菌培养 （一）、固体培养(Solid-state culture)n1、实验室常见的固体培养、实验室常见的固体培养 n（1）好氧菌培养）好氧菌培养 n试管斜 (test-tube slant) n培养皿平板 n克氏扁瓶(kolle flask) n茄子瓶斜 （2）厌氧菌培养 厌氧装置厌氧装置 + 特殊培养基特殊培养基 六大营养素 + 还原剂 氧化还原势指示剂， 如刃天青(resazuin) 厌氧菌培养的装置：n（a）Hungate

54、滚管技术滚管技术 1950年美国微生物学家R.E.Hungate设计n（b）厌氧培养皿）厌氧培养皿 厌氧菌培养的装置：（c）厌氧罐）厌氧罐 （d）厌氧手套箱）厌氧手套箱 2、生产中常见的固体培养 （1）、好氧菌的曲法培养）、好氧菌的曲法培养 曲盘、转鼓、通风曲槽等曲盘、转鼓、通风曲槽等 （2）、厌氧菌的堆积培养法）、厌氧菌的堆积培养法 （二）、液体培养(Liquid-state culture)液体培养提高溶氧速率的措施：液体培养提高溶氧速率的措施： n1、浅层培养、浅层培养(Shallow liquid culture)n2、摇床、摇床:振荡培养振荡培养(Shaking flask cult

55、ure) n3、深层培养、深层培养(Submerged culture) n4、机械搅拌、机械搅拌 n5、提高罐压、提高罐压 1、实验室常见的液体培养n（1）试管液体培养）试管液体培养 n（2）浅层液体培养）浅层液体培养 n（3） 摇瓶培养摇瓶培养n（4）台式发酵罐）台式发酵罐 2、生产中常见的液体培养n（1）浅盘培养）浅盘培养 n（2）发酵罐深层培养）发酵罐深层培养 三、微生物生长的测定三、微生物生长的测定 n微生物生长：微生物生长： 单位时间里微生物数量或生物量（Biomass）的增加。 微生物生长的测定微生物生长的测定个体计数个体计数 群体重量测定群体重量测定 群体生理指标测定群体生理指

56、标测定 （一）、单细胞的微生物（一）、单细胞的微生物（1 1）、培养平板计数法：广泛用于各种样品的检测方法。）、培养平板计数法：广泛用于各种样品的检测方法。 1 1）涂布法（菌长在表面）涂布法（菌长在表面） 2 2）倾注法（菌长在表面和基内）倾注法（菌长在表面和基内）n优点：常用、较准确、可对不同优点：常用、较准确、可对不同种微生物做活菌计数。种微生物做活菌计数。 n缺点：时间长、人为误差大，有缺点：时间长、人为误差大，有机械损伤。机械损伤。 1、以数量变化对微生物生长情况进行测定、以数量变化对微生物生长情况进行测定n一个菌落可能是多个细胞一起形成，所以在科研中一般用菌落形成单位（colony

57、 forming units， CFU）来表示，而不是直接表示为细胞数。 （2 2）、膜过滤培养法）、膜过滤培养法n当样品中菌数很低时，可以将一定体积的湖水、海水或饮用 水等样品通过膜过滤器，然后将将膜转到相应的培养基上进行培养，对形成的菌落进行统计。 （3 3）、液体法）、液体法n将待测样品做系列稀释，培养后，根据没生长的最低稀释度 和出现生长的最高稀释度，应用“或然率”理论，计算出样品单位体积中细胞的近似值。最高稀释度称为临界级数，从35次重复的临界级数求最大概率数(MPN)，就可得到较可靠的结果 。 （4）、显微镜直接计数法1）常规方法：取定容稀释的单细胞微生物(细菌)悬液 放置在计数板

58、上，在显微镜下计数一定体积中的平均细胞数，换算出供试样品的细胞数。 缺点：缺点： 不能区分死菌与活菌；不能区分死菌与活菌；不适于对运动细菌的计数；不适于对运动细菌的计数； 需要相对高的细菌浓度；需要相对高的细菌浓度； 个体小的细菌在显微镜下难以观察个体小的细菌在显微镜下难以观察（4 4）、显微镜直接计数法）、显微镜直接计数法2）其它方法： n比例计数： 将已知颗粒浓度的样品与待测细胞细胞浓度的样品混匀后在显微镜下根据二者之间的比例直接推算待测微生物细胞浓度。 n过滤计数： 当样品中菌数很低时，可以将一定体积的湖水、海水或饮用水等样品通过膜过滤器。然后将滤膜干燥、染色，并经处理使膜透明，再在显

59、微镜下计算膜上(或一定体积中)的细菌数；n 活菌计数：采用特定的染色技术也可分别对活菌和死菌进行分别计数 2、以生物量为指标测定微生物的生长、以生物量为指标测定微生物的生长（1 1）、比浊法）、比浊法 n根据在一定的浓度范围内，菌悬液的微生物细胞浓度与液体的 光密度成正比，与透光度成反比。菌数越多，透光量越低。可使用光电比色计测定，通过测定菌悬液的光密度或透光率反映细胞的浓度。菌悬液浓度必须在107个/毫升以上。 2、以生物量为指标测定微生物的生长、以生物量为指标测定微生物的生长（2）、重量法 n以干重、湿重直接衡量微生物群体的生物量； n通过样品中蛋白质、核酸含量的测定间接推算微生物群体的生

60、物量； 2、以生物量为指标测定微生物的生长、以生物量为指标测定微生物的生长（3）、生理指标法）、生理指标法 n微生物的生理指标，如呼吸强度，耗氧量、酶微生物的生理指标，如呼吸强度，耗氧量、酶活性、生物热等与其群体的规模成正相关。活性、生物热等与其群体的规模成正相关。 常用于对微生物的快速鉴定与检测常用于对微生物的快速鉴定与检测 （二）、多细胞微生物生长的测定（二）、多细胞微生物生长的测定n以菌丝生长的长度或菌丝增加的重量作为生长指标。最简单的方法是将霉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。 四、生长曲