微生物营养和培养基

第四章微生物营养和培养基微生物细胞的化学组成微生物的营养要素微生物的营养类型微生物对营养物质的吸收方式培养基

一、微生物细胞的化学组成（一）化学元素(chemicalelement):大量元素(macroelement):碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙、铁（其中前六种占细菌细胞干重的97%）。微量元素(traceelement):锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼。第一节微生物细胞的化学组成

表4—1微生物细胞中几种主要元素的含量（干重的百分数）元素细菌酵母菌霉菌碳5049.847.9氮1512.45.2氢86.76.7氧2031.140.2磷3——硫1——微生物细胞物质中灰分元素含量的百分比灰分元素固氮菌酵母菌霉菌P2O5SO3K2ONa2OMgOCaOFe2O3SiO2CuO4.950.292.410.070.820.890.08----3.540.0392.34--0.4280.3830.0350.093--4.850.112.811.120.380.190.160.04--（二）元素在细胞内存在形式：上述元素主要以水、有机物、无机盐的形式存在于细胞中：1．有机物：蛋白质、糖、脂类、核酸、维生素及其降解产物.2．无机物：1)参与有机物组成，2)单独存在于细胞质内以无机盐的形式存在.3、水：约占细胞总重70%～90%，以游离水和结合水两种形式存在游离水：干重法可测得；结合水：不易蒸发、不冻结、也不能渗透,占水总量的17%—28%。（三）微生物细胞化学组成含量的变化

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。表4—2微生物细胞的化学组成主要成分细菌酵母菌霉菌水分75~8570~8085~90（占细胞鲜重的%）蛋白质50~8032~7514~15占细碳水化合物12~2827~637~40胞干脂肪5~202~154~40重的核酸10~206~81%无机盐2~303.8~76~12营养物（nutrient）：

那些能够满足机体生长、繁殖和完成各种生理活动所需要的物质通常称为微生物的营养物质。

营养（或叫营养作用，nutrition）：

微生物获得与利用营养物质的过程通常称为营养。第二节微生物的营养要素生物类型营养要素动物（异养）微生物绿色植物（自养）异养自养碳源糖类脂肪糖、醇、有机酸等二氧化碳、碳酸盐等二氧化碳、碳酸盐氮源蛋白质或其降解物蛋白质或其降解物有机或无机氮化物、氮无机氮化物、氮无机氮化物能源与碳同与碳同氧化无机物或利用日光能利用日光能生长因子维生素一部分需要维生素等不需要不需要无机元素无机盐无机盐无机盐无机盐水分水水水水表4-3微生物和动物、植物营养要素的比较一、碳源（Carbonsource）◆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。◆功能：提供合成细胞物质及代谢物的原料;并为整个生理活动提供所需要能源（异养微生物）。◆种类:无机含碳化合物：如CO2和碳酸盐等。有机含碳化合物：糖与糖的衍生物（多糖：如淀粉、麸皮、米糠等；饴糖；单糖）,脂类、醇类。有机酸、烃类、芳香族化合物以及各种含氮的化合物。类型元素水平化合物水平培养基原料水平有机碳C·H·O·N·X复杂蛋白质、核酸等牛肉膏、蛋白胨、花生饼粉等C·H·O·N多数氨基酸、简单蛋白质等一般氨基酸、明胶等C·H·O糖、有机酸、醇、脂类等葡萄糖、蔗糖、各种淀粉、糖蜜等C·H烃类天然气、石油及其不同馏份、石蜡油等无机碳C(?)——C·OCO2CO2C·O·XNaHCO3NaHCO3、CaCO3、白垩等表4——4微微生物物的碳碳源谱谱1.异养微微生物物：凡必须须利用用有机机碳源源的微微生物物2.自养微微生物物：凡以无无机碳碳源作作为主主要碳碳源的的微生生物3.碳碳源的的利用用顺序序：C.H.O(糖糖类>醇类类、有有机酸酸和脂脂类，，单糖糖>双双糖和和多糖糖，己己糖>戊糖糖，葡葡萄糖糖、果果糖>甘露露糖、、半乳乳糖，，淀粉粉>纤纤维素素、几几丁质质，纯纯多糖糖>杂杂多糖糖)4.双双功能能营养养物：：对一切切异样样微生生物来来说，，其碳碳源同同时又又兼作作能源源。可以用用作洋洋葱假假单胞胞菌唯唯一碳碳源的的化合合物有有:碳水化化合物物及其其衍生生物：：19种脂脂肪肪酸：：11种二羧酸酸：9种其其它它有机机酸：：12种伯醇：：3种种氨氨基酸酸：12种种其它氮氮化合合物：：13种无无氮氮环状状化合合物：：9种种微生物物不同同，利利用上上述含含碳化化合物物的能能力不不同，，如假假单胞胞菌属属中的的某些些种可可以利利用90种种以上上的不不同类类型的的碳源源物质质；而而某些些甲基基营养养型细细菌只只能利利用甲甲醇或或甲烷烷等一一碳化化合物物进行行生长长。微生物物工业业发酵酵中用用做碳碳源的的原料料传统种种类：：糖类（（单糖糖，饴饴糖））、淀粉（（玉米米粉、、山芋芋粉、、野生生植物物淀淀粉粉等））、麸麸皮、、各种种米糠糠等代粮发发酵：：纤维素素、石石油、、CO2、H2氮源(nitrogensource)凡是提提供微微生物物营养养所需需的氮氮元素素的营营养源源，称称为氮氮源。氮源物物质的的主要要作用用是合成成细胞胞物质质中含含氮物物质，，少数数自养养细菌菌能利利用铵铵盐、、硝酸酸盐作作为机机体生生长的的氮源源与能能源，，某些些厌氧氧细菌菌在厌厌氧与与糖类类物质质缺乏乏的条条件下下，也也可以以利用用氨基基酸作作为能能源物物质。。二、氮源表4—5微微生生物的氮源源谱类型元素水平化合物水平培养基原料水平有机氮N·C·H·O·X复杂蛋白质、核酸等牛肉膏、酵母膏、饼粕粉、蚕蛹粉等N·C·H·O尿素、一般氨基酸、简单蛋白质等尿素、蛋白胨、明胶等无机氮N·HNH3、铵盐等(NH4)2SO4等N·O硝酸盐等KNO3等NN2空气1.氮源的的利用顺序序:N.C.H.O或N.C.H.O.X>N.H>N.O>N2.氨基酸酸自养型微微生物：不需要以氨氨基酸作氮氮源，能把把尿素、铵铵盐、硝酸酸盐甚至氮氮气等简单单氮源自行行合成所需需要的一切切氨基酸的的微生物。。3.氨基酸酸异养型微微生物：需要从外界界吸收现成成的氨基酸酸作氮源的的微生物。。迟效氮源：：蛋白氮必须须通过水解解之后降解解成胨、肽肽、氨基酸酸等才能被被机体利用用。速效氮源：：无机氮源或或以蛋白质质降解产物物形式存在在的有机氮氮源可以直直接被菌体体吸收利用用。速效氮源，，通常是有有利于机体体的生长，，迟效氮源源有利于代代谢产物的的形成。实验室常用用的氮源有碳酸铵、、硝酸盐、、硫酸铵、、尿素、蛋蛋白胨、牛牛肉膏、酵酵母膏等。。生产上常用用的氮源：：有硝酸盐、、铵盐、尿尿素、氨以以及蛋白含含量较高的的鱼粉、蚕蚕蛹粉、黄黄豆饼粉、、花生饼份份、玉米浆浆等。多数微生物物可以利用用无机含氮氮化合物作作为氮源，，也可以利利用有机含含氮化合物物作为氮源源。但有些些微生物没没有将无机机氮合成有有机氮的能能力，它们们不能把尿尿素、铵盐盐等这些无无机氮源自自行合成他他们生长所所需的氨基基酸，而需需要从外界界吸收现成成的氨基酸酸作为氮源源才能生长长，这类微微生物叫做做氨基酸异养养型微生物物，也叫营营养缺陷型型。氮源的种类类能源：指能为微生生物的生命命活动提供供最初能量量来源的营营养物或辐辐射能。微生物的能能源谱：有机物：化化能异养微微生物的能能源（同碳碳源）化学物质能源谱：无无机物：化化能自养微微生物的能能源（不同同于碳源））辐射能：光光能自养和和光能异养养微生物的的能源3、能源化能自养微微生物的能能源物质：：都是一些还还原态的无无机物质，，例如：NH4+、NO2-、S、H2S、H2、Fe2+等，能利用用这些物质质作为能源源的全部是是细菌，如如：硝酸细细菌、亚硝硝酸菌、硫硫化细菌、、硫细菌、、铁细菌、、硫细菌、、氢细菌和和铁细菌等等。这些无无机养料常常常是双功功能的（如如：NH4+既是硝酸酸细菌的的能源，，又是它它的氮源源。）有机营养养物常有双功功能或三三功能作作用，既既是异养养微生物物的能源源，又是是它们的的碳源或或氮源。。光辐射能能：是单功能能的，只只为光能能微生物物提供能能源。还原态的的NH4:是双功能能营养物物（能源源、氮源源）氨基酸：：三功能营营养物（（碳源、、氮源、、能源））生长因子子（growthfactor）：是一类对对微生物物正常代代谢必不不可少且且不能用用简单的的碳源或或氮源自自行合成成的有机机物。主要包括括维生素素、氨基基酸、嘌嘌呤和嘧嘧啶（碱碱基）及及其衍生生物，此此外还有有甾醇、、胺类类、脂肪肪酸等等等。各种种维生素素、氨基基酸、嘌嘌呤和嘧嘧啶（碱碱基）的的生理功功能见教教材。缺乏合成成生长因因子能力力的微生生物称为为“营养缺陷陷型”微生物。。四、生长长因子（（growthfactor））根据微生生物对生生长因子子的需要要存在差差异，可可分为：：1.野野生型(wildtype)和原养型型不需要生生长因子子而能在在基础培培养基上生长的的菌株2.营营养缺陷陷型(auxotroph)由于自发发或诱发发突变等等原因从从野生型菌株产产生的需需要提供供特定生生长素物物质才能生生长的菌菌株1.生长长因子自自养型微微生物:不需要从从外界吸吸收任何何生长因因子就能能正常生生长的微微生物(如E.coli,多多数真菌菌、纺线线菌、细细菌)。。2.生长长因子异异养型微微生物：：需要从外外界吸收收多种生生长因子子才能维维持正常常生长的的微生物物（如乳乳酸菌、、支原体体和原生生动物等等）。3.生长长因子过过量合成成的微生生物：在其代谢谢活动中中，能够够大量合合成分泌泌某些维维生素等等生长因因子的微微生物（（如阿舒舒假囊酵酵母、链链霉菌、、被孢霉霉等）。。根据微生生物对生生长因子子的需要要分：无机盐：：是微生物物生长必必不可少少的一类类营养物物质，它它们为机机体生长长提供多多种重要要的生理理功能（（见下图图），包包括大量量元素和和微量元元素。大量元素素：P、S、、K、Mg、Ca、Na、Fe等。。（微生物物生长所所需浓度度在10-3－10-4mol/L）微量元素素：Cu、Zn、Mn、Mo、Co等。。（微生物物生长所所需浓度度在10-6－10-8mol/L）一般微生物物生长所需需要的无机机盐有：硫硫酸盐、磷磷酸盐、氯氯化物以及及含有钠、、钾、镁、、铁等金属属元素的化化合物。五、无机盐盐细胞内一般般分子成分分（P、S、Ca、、Ma、、Fe等））一般功能渗渗透压压的维持（（Na+等）生理调节物物质酶酶的激活活剂（Ma2+等）大量元素pH的的稳定无化化能自自养菌的能能源（S、、Fe2+、NH4+、NO2-等）机特特殊功功能盐无无氧呼呼吸时的氢氢受体（NO3-、SO42-等）酶的激活剂剂（Cu2+、Mn2+、Zn2+等）微量元素特殊分子结结构成分（（Co、Mo等）无机盐的生生理功能无机元素的的来源和功功能元素 人为为提供形式式生生理理功功能能P KH2PO4、K2HPO4核酸、磷酸酸和辅酶的的成分S MgSO4含硫氨基酸酸、含硫维维生素成分分K KH2PO4、K2HPO4酶的辅因子子、维持电电位差和渗渗透压Na NaCl维维持渗透压压、某些细细菌和蓝细细菌需要Ca Ca(NO3)2、CaCl2胞外酶稳定定剂、蛋白白酶辅因子子、细菌芽芽孢和真菌菌孢子形成成Mg MgSO4固氮酶辅因因子、叶绿绿素成分Fe FeSO4Cyt成分分；合成叶叶绿素、白白喉毒素和和氯高铁血血红素所需需Mn MnSO4超氧化物歧歧化酶、氨氨肽酶、L-阿拉伯伯糖异构酶酶等的辅因因子Cu CuSO4氧化酶、酪酪氨酸酶的的辅因子Co CoSO4VB12复合物的成成分、肽酶酶的辅因子子Zn ZnSO4碱性磷酸酶酶、脱氢酶酶、肽酶、、脱羧酶辅辅因子Mo (NH4)6Mo7O24固氮酶和同同化型及异异化型硝酸酸盐还原酶酶的成分水分：水分是生物物细胞的主主要化学成成分，其重重要的生理理功能表现现在下列几几个方面：：1.细胞胞的构成成成分2.良好的的溶剂，一一系列生理理生化反应应的反应介介质3.参与许许多生理生生化反应4.有效效地控制细细胞内的温温度变化六、水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%◆水在细胞胞中有两种种存在形式式：结合水和游游离水.◆不同细胞胞及不同细细胞结构中中游离水的的含量有较较大差别：：根据生长所所需要的营营养物质的的性质，可可将生物分分成两种基基本的营养养类型异养型生物物：在生长时需需要以复杂杂的有机物物质作为营营养物质自养型生物物：在生长时能能以简单的的无机物质质作为营养养物质动物属于异异养型生物物，植物，，而微生物物既有异养养型的也有有自养型的的，大多数数微生物属属于异养型型生物，少少数微生物物属于自养养型生物。。根据生长时时能量的来来源不同，，又可将生生物分成两两种类型化能营养型型生物：依靠化合物物氧化释放放的能量进进行生长光能营养型型生物：依靠光能进进行生长动物和大部部分微生物物属于化能能营养型生生物，它们们从物质的的氧化过程程中获得能能量。植物物和少部分分微生物属属于光能营营养型生物物第三节微微生物的的营养类型型分类标准营养类型1.以能源分光能营养型（phototroph）化能营养型（chemotroph）2.以氢供体分无机营养型（lithotroph）有机营养型(organotroph)3.以碳源分自养型(autotroph)异样型(heterotroph)4.以合成氨基酸能力分氨基酸自养型(aminoacidautotroph)氨基酸异养型(aminoacidheterotroph)5.以生长因子分原养型(prototroph)或野生型(wildtype)营养缺陷型(auxotroph)6.以取食方式分渗透营养型(osmotroph)吞噬营养型(phagotroph)7.以取得死或活有机物分寄生(saprophytism)腐生(parasitism)微生物营养养类型的分分类营养类型营养类型能源氢供体基本碳源实例光能无机营养型（光能自养型）光无机物 CO2蓝细菌,紫硫细菌,绿硫细菌,藻类光能有机营养型（光能异养型）光有机物CO2及简单有机物红螺菌科的细菌（紫色无硫细菌）化能无机营养型（化能自养型）无机物无机物CO2硝化细菌,硫化细 菌,铁细菌,氢细菌,硫磺细菌等化能有机营养型（化能异养型）有机物 有机物有机物绝大多数细菌和 全部真核微生物光能自养型型微生物：：以C02作为唯一碳碳源或主要要碳源，并并利用光能，以无机物如硫化氢、、硫代硫酸酸钠或其他他无机硫化化物作为供供氢体将CO2还原原成细胞物物质，同时时产生元素素硫光能CO2＋H2S[CH2O]+2S+H2O光合色素光能自养型型微生物包括蓝细菌菌（含叶绿绿素）、红红硫细菌和和绿硫细菌菌等少数微微生物（含含细菌叶绿绿素），由由于含有光光合色素，，因而能使使先能转变变成化学能（ATP），，供机体直直接利用。。一、光能自自养型微生生物光能异养型型微生物：：以CO2为主要碳源源或唯一碳碳源，以有机物（如异丙醇醇）作为供供氢体，利利用光能将CO2还原成细胞胞物质，红红螺菌属中中的一些细细菌属于此此种营养类类型。光能2(H3C)2CHOH+CO22CH3COCH3+[CH2O]+H2O光合色素光能异养型型细菌在生生长时大多多数采要外外源的生长长因子二、光能异异养型微生生物利用光能，，以简单有有机物（醇醇、有机酸酸）为供氢体同同化CO2CH3│光能CO2+2CH2-CHOH----→[CH2O]+2CH3COCH3+H2O菌绿素例：红螺菌菌属（Rhodospirillum）光能异养型型微生物红螺菌化能自养型型微生物：：以CO2或碳酸盐作作为唯一或或主要碳源源，以无机物氧化释放的的化学能为为能源,，，利用电子子供体如氢气、硫化化氢、二价价铁离子或或亚硝酸盐盐等使CO2还原成细胞胞物质。这类微生物物主要有硫硫化细菌、、硝化细菌菌、氢细菌菌与铁细菌菌。它们在在自然界物物质转换过过程中起着着重要的作作用。三、化能自自养型微生生物通过氧化无无机物取得得能量，并并以CO2为唯一或主主要碳源1.硝化化细菌:亚硝化细菌菌2NH4++3O2→2NO2-+2H2O+4H++132Kcal硝化细菌NO2-+1/2O2→NO3-+18.1Kcal2.硫化化细菌:通过氧化还还原态的无无机硫化物（H2S、S、S2O32-、SO32-）获得能量（硫硫杆菌属，，硫微螺菌菌属）H2S+1/2O2→S+H2O+50.1KcalS+11/2O2+H2O→H2SO4+149.8Kcal3.铁细细菌：氧化Fe2+为Fe3+获取能量并并同化CO22Fe2++1/2O2+2H+→2Fe3++H2O+21.2Kcal4.氢细细菌：具有氢化酶酶，从氢的的氧化获取取能量，同化CO2H2+1/2O2→H2O+56.7Kcal硝化细菌铁细菌多数微生物物属于化能能异养型，，其生长所所需要能量和碳源源通常来自自同一种有有机物。根据化能异异养型微生生物利用有有机物的特特性，又可可以将其分分为下列两两种类型：：腐生型微生生物：利用无生命命活性的有有机物作为为生长的碳碳源。寄生型微生生物：寄生在生活活的细胞内内，从寄生生体内获得得生长所需需要的营养养物质。存在于寄生生与腐生之之间的中间间过渡类型型微生物，，称为兼性腐腐生型或兼性寄生型型。四、化能异异养型微生生物肺炎链球菌菌幽门螺旋菌菌第四节微微生物吸吸收营养物物质的方式式单纯扩散促进扩散主动运输基团移位1、单纯扩扩散(simplediffusionorpassivediffusion)被输送的物物质，靠细细胞内外浓浓度为动力力，以透析析或扩散的的形式从高高浓度区向向低浓度区区的扩散。。1、单纯扩扩散(simplediffusionorpassivediffusion)特点：①扩散是非特异性的的营养物质质吸收方式式：如营养物物质通过细细胞膜中的的含水小孔孔，由高浓浓度的胞外外环境向低低浓度的胞胞内扩散；；②在扩散过过程中营养养物质的结结构不发生生变化：即既不与与膜上的分分子发生反反应，本身身的分子结结构也不发发生变化；；③物质运输输的速率较较慢：速率与胞内内外营养物物质的浓度度差有关，，即随细胞胞膜内外该该物质浓度度差的降低低而减小，，直到胞内内外物质浓浓度相同；；④不需要载体体参与；扩散是一个个不需要代代谢能的运运输方式，，因此，物物质不能进进行逆浓度度运输。⑤可运送的的养料有限限：限于水、溶溶于水的气气体，及分分子量小，，脂溶性、、极性小的的营养物质质。smosisflowstowardshighsaltconcentrations单纯纯扩扩散散模模式式图图细胞胞膜膜外外细胞胞膜膜内内细胞胞膜膜三营养养物物在在运运送送过过程程中中，，通通过过与与细细胞胞膜膜上上特特异异载载体体蛋蛋白白（（也也称称作作透透过过酶酶permease））的可可逆逆性性结结合合来来加加快快其其传传递递速速度度，，但但不不消消耗耗能能量量的的一一类类扩扩散散性性运运送送方方式式。。2.促进进扩扩散散(facilitateddiffusion/transport)2.促促进进扩扩散散(facilitateddiffusion)特点点：：在促促进进扩扩散散过过程程中中营养养物物质质本本身身在在分子子结结构构上上也也不不会会发发生生变变化化不消消耗耗代代谢谢能能量量，故故不不能能进进行行逆逆浓浓度度运运输输运输输的的速速率率由由胞胞内内外外该该物物质质的的浓度度差差决定定需要要细细胞胞膜膜上上的的载体体蛋蛋白白（（透透过过酶酶））参与与物物质质运运输输被运运输输的的物物质质与与载载体体蛋蛋白白有有高高度度的的特异异性性养料料浓浓度度过过高高时时,与与载载体体蛋蛋白白出出现现饱和和效效应应促进进扩扩散散的的运运输输方方式式多多见见于于真真核核微微生生物物中中，，例例如如通通常常在在厌厌氧氧生生活活的的酵酵母母菌菌中中，，某某些些物物质质的的吸吸收收和和代代谢谢产产物物的的分分泌泌是是通通过过这这种种方方式式完完成成的的。。Embededprotein:Proteinsthatactascarriersaretoolargetomoveacrossthemembrane.Theyaretransmembraneproteins.Theycyclebetweentwoconformationsinwhichasolutebindingsiteisaccessibleononesideofthemembraneortheother.促进扩散模式图细胞膜细胞膜外细胞膜内恢复原构象移位再循环结合构象改变oractiveansport3.主动动运输(Activetransport)在代谢能能的推动动下，通通过膜上上特殊载载体蛋白白构象的的变化，，逆养料料浓度梯梯度吸收收营养物物质的过过程。主动运输输(Activetransport)特点：物质在主主动运输输的过程程中需要消耗耗代谢能可以进行行逆浓度运输的运运输方式式需要载体蛋白白参与对被运输输的物质质有高度度的立体专一一性被运输的的物质在在转移的的过程中中不发生任任何化学学变化不同的微微生物在在主动运运输过程程中所需需的能量量的来源源不同，，好氧微微生物中中直接来来自呼吸吸能，厌厌氧微生生物主要要来自化化学能，，光合微微生物中中则主要要来自光光能。。主动运输输是微生生物吸收收营养物物质的主主要方式式。

Comparisonofpassiveandactivetransport.主动运输输模式图图细胞膜细胞膜外外细胞膜内内恢复原构构象移位再循环结合构象改变变ADP+PiATPNa+-K+-ATP酶系统Na+-K+-ATPase是存在于原原生质膜膜上的一一种重要要离子通通道蛋白白功能：利用ATP能量将Na+由细胞内内“泵”出胞外，，并将K+“泵”入胞内。。该酶由由大小两两个亚基基组成（（MW:12万万，5.5万）作用步骤骤:1.ATP酶酶(E)在细胞胞内侧与与3个Na+结合，同同时消耗耗能量；；2.磷磷酸化ATP酶酶(E+)构象变化化将Na+排除胞外，，并与2个个K+结合；3.K+激发E+脱磷酸化恢恢复为E，，同时将K+运入细胞。。基因转位是是一种特殊殊的主动运运输，与普普通的主动动运输相比比，营养物物质在运输输的过程中中发生了化学变化（糖在运输输的过程中中发生了磷磷酸化）。。其余特点点与主动运运输相同。。基因转位主主要存在于于厌氧和兼兼性厌氧型型细菌中，，也主要是是用于单（（或双）糖糖与糖的衍衍生物，以以及核苷与与脂肪散的的运输。。4.基团转转位(Grouptranslocation)在酶Ⅰ的作作用下HPr被激活活在酶Ⅱ的作作用下P-HPr将将磷酸转移移给糖运送机制:是依靠磷磷酸转移酶酶系统,即即磷酸烯醇醇式丙酮酸酸-己糖磷磷酸转移酶酶系统.运送步骤:1.热稳载载体蛋白(HPr)的激活细胞内高能能化合物磷磷酸烯醇式式丙酮酸（（PEP）的磷酸基团团把HPr激活。酶ⅠPEP+HPr丙酮酸+P-HPrHPr是一种低分分子量的可可溶性蛋白白，结合在在细胞膜上上，具有高高能磷酸载载体的作用用。2、糖被磷磷酸化后运运入膜内膜外环境中中的糖先与与外膜表面面的酶Ⅱ结合，再再被转运到到内膜表面面。这时，，糖被P-HPr上的磷酸激激活，并通通过酶Ⅱ的作用将糖-磷酸释放到细胞胞内。酶ⅡP-HPr+糖糖糖-P+HPr酶Ⅱ是一种结合合于细胞膜膜上的蛋白白，它对底底物具有特特异性选择择作用，因因此细胞膜膜上可诱导导出一系列列与底物分分子相应的的酶Ⅱ。基团移位模式图细胞膜外细胞膜内SSSS细胞膜Enz2cEnz2bEnz2cEnz2aSSHPrP~PHPr~Enz1+PEP丙酮酸四种运输营营养物质方方式的比较较比较项目单纯扩散促进扩散主动运输基团转位特异载体蛋白运输速度物质运输方向胞内外浓度运输分子能量消耗运输后物质的结构载体饱和效应与溶质类似物运送抑制剂运送对象举例无慢由浓至稀相等无特异性不需要不变无无竞争性无H2O、CO2、O2、甘油、乙醇、盐类有快由浓至稀相等特异性不需要不变有有竞争性有SO42-、PO43-、糖有快由稀至浓胞内浓度高特异性需要不变有有竞争性有氨基酸、乳糖等糖类，Na+、Ca2+等无机粒子有快由稀至浓胞内浓度高特异性需要改变有有竞争性有葡萄糖、果糖、甘露糖、嘌呤、核苷、脂肪酸5.膜泡运运输原生动物吸吸收营养物物质的方式式，有胞吞和胞饮两种类型SpecialCases1.Endocytosis2.ExocytosisTherearefourtypesofcarrier-mediatedtransportsystemsinprocaryotes.Thecarrierisaprotein(orgroupofproteins)thatfunctioninthepassageofasmallmoleculefromonesideofamembranetoanother.Atransportsystemmaybeasingletransmembranousproteinthatformsachannelthatadmitspassageofaspecificsolute.Oratransportsystemmaybeacoordinatedsystemofproteinsthatbindsandsequentiallypassesasmallmoleculethroughmembrane.Transportsystemshavethepropertyofspecificityforthesolutetransported.Sometransportsystemstransportasinglesolutewiththesamespecificityandkineticsasanenzyme.Sometransportsystemswilltransport(structurally)relatedmolecules,althoughatreducedefficiencycomparedtotheirprimarysubstrate.Mosttransportsystemstransportspecificsugars,aminoacids,anionsorcationsthatareofnutritionalvaluetothebacterium.Figure12.Transportprocessesinbacterialcells.Solutesenterorexitfrombacterialcellsbymeansofoneofthreeprocesses:uniport,symport(alsocalledcotransport)andantiport(alsocalledexchangediffusion).Transportsystems(Figure13below)operatebyoneoranotheroftheseprocesses.第五节节培培养基基培养基基(medium):是人工工配制制的适适合于于不同同微生生物生生长繁繁殖或或积累累代谢谢产物物的营营养基基质。。它是是进行行科学学研究究，发发酵生生产微微生物物制品品等的的基础础。。第五节节培培养基基(medium)定义：：应科研研或生生产的的需要要，由由人工工配制制的、、适合合于不不同微微生物物生长长繁殖殖或积积累代代谢产产物用用的营营养基基质（（混合合养料料）。。特点：：任何培培养基基都应应具备备微生生物所所需要要的六六大营营养要要素，，且应应比例例适当当。所所以一一旦配配成必必须立立即灭灭菌。。用途：：促使微微生物物生长长；积积累代代谢产产物；；分离离微生生物菌菌种；；鉴定定微生生物种种类；；微生生物细细胞计计数；；菌种种保藏藏；制制备微微生物物制品品一、选选用和和设计计培养养基的的原则则和方方法（一））培养养基组组分应应适合合微生生物的的营养养特点点（目的的明确确）（二））营养养物的的浓度度与比比例应应恰当当（营营养协协调））（三））物理理化学学条件件适宜宜（理理化适适宜））（四））根据据培养养目的的选择择原料料及其其来源源（经济济节约约）（一））培养养基组组分应应适合合微生生物的的营养养特点点即根据据不同同微生生物的的营养养需要要配制制不同同的培培养基基。不同营养类类型的微生生物，，其对对营养养物的的需求求差异异很大大。如如自养型型微生物物的培培养基基完全全可以以（或或应该该）由由简单单的无无机物物质组组成。。异养养做生生物的的培养养基至至少需需要含含有一一种有有机物物质，，但有有机物物的种种类需需适应应所培培养菌菌的特特点。。按微生生物的的主要要类群来说，，它们们所需需要的的培养养基成成分也也不同同：细菌：：牛牛肉肉膏蛋蛋白胨胨培养养基LB(Luria-Bertani)放线菌菌：高高氏氏一号号培养养基真菌：：查查氏氏合成成培养养基PDA(Potato-Dextrose-Agar)酵母菌菌：麦芽汁汁、豆豆芽汁汁当对试试验菌菌营养养需求求特点点不清清楚的的时候候，可可以采采用‘‘生长谱谱’法进进行测测定。。（二））营养养物的的浓度度与比比例应应恰当当●浓度过过高———微微生物物的生生长起起抑制制作用用，浓度过过小———不不能满满足微微生物物生长长的需需要。。●碳氮比比（C/N）直接影影响微微生物物生长长与繁繁殖及及代谢谢物的的形成成与积积累，，故常常作为为考察察培养养基组组成时时的一一个重重要指指标；；●速效性性氮（（或碳碳）源源与迟迟效性性氮（（或碳碳）源源的比比例●各种金金属离离子间间的比比例碳源源中中的的碳碳原原子子的的mol数数氮源源中中所所含含的的氮氮原原子子的的mol数数C/N比比值值=例：：谷谷氨氨酸酸生生产产中中C/N＝＝4/1时时，，菌菌体体大大量量繁繁殖殖，，谷谷氨氨酸酸积积累累少少；；C/N＝＝3/1时时，，菌菌体体生生长长受受抑抑制制，，而而谷谷氨氨酸酸大大量量增增加加。。（三三））物物理理化化学学条条件件适适宜宜（1））pH:各类类微微生生物物的的最最适适生生长长pH值值各各不不相相同同：细菌菌：：7.0~8.0放放线线菌菌：：7.5~8.5酵母母菌菌：：3.8~6.0霉霉菌菌：：4.0~5.8在微微生生物物的的生生长长和和代代谢谢过过程程中中，，由由于于营营养养物物质质的的利利用用和和代代谢谢产产物物的的形形成成与与积积累累，，培培养养基基的的初初始始pH值值会会发发生生改改变变，，为为了了维维持持培培养养基基pH值值的的相相对对恒恒定定，，通通常常采采用用下下列列两两种种方方式式：：内源源调调节节：：在培培养养基基里里加加一一些些缓缓冲冲剂剂或或不不溶溶性性的的碳碳酸酸盐盐；；调调节节培培养养基基的的碳碳氮氮比比。。外源源调调节节：：按实实际际需需要要不不断断向向发发酵酵液液流流加加酸酸或或碱碱液液☆磷酸缓冲液：pH值从6.0~7.6之间K2HPO4+HClKH2PO4+KClKH2PO4+KOHK2HPO4+H2O☆加入CaCO3：

CO32–HCO3–H2CO3CO2+H2O+H+–H–+H+–H–☆培养基中所含氨基酸、肽、蛋白质等物质也可起到缓冲作用。（2））渗渗透透压压和和aw渗透透压压等渗渗溶溶液液适适宜宜微微生生物物生生长长高渗渗溶溶液液细细胞胞发发生生质质壁壁分分离离低渗渗溶溶液液细细胞胞吸吸水水膨膨胀胀，，直直至至破破裂裂大多多数数微微生生物物适适合合在在等等渗渗的的环环境境下下生生长长，，而而有有的的菌菌如如Staphylococcusaureus则能能在在3mol/LNaCl的的高高渗渗溶溶液液中中生生长长。。能能在在高高盐盐环环境境（（2.8~6.2/LNaCl））生生长长的的微微生生物物常常被被称称为为嗜盐盐微微生生物物（（Halophiles））。◆微生生物物对对水水的的需需要要程程度度（（水水对对微微生生物物生生长长的的影影响响））常常用用环环境境（（或或基基质质））中中的的水活活度度值值（（wateractivity,w）表示示。。所所谓谓w就是是水水的的有有效效浓浓度度。。◆定定义义：：水水活活度度为为在在一一定定的的温温度度条条件件下下，，溶溶液液的的蒸蒸汽汽压压（（材材料料上上部部蒸气气相相中中水浓浓度度））与与纯纯水水的的蒸蒸汽汽压压（（即即纯纯水水上上部部蒸蒸气气相相中中水水浓浓度度））之之比比，，即：：w=/o表表示示溶溶液液的的蒸蒸汽汽压压o表表示示纯纯水水的的蒸蒸汽汽压压◆在在w为0.60~0.99的的环环境境条条件件均均有有微微生生物物生生长长，，但但对对某某种种微微生生物物而而言言，，它它对对w的要求是一一定的，微微生物对水水的需求有有相当的变变化程度。。即微生物物不同，其其生长的最适适w亦不同。表4-7几几类类微生物生生长最适w微生物w一般细菌0.91酵母菌0.88霉菌0.80噬盐细菌0.70噬盐真菌0.65嗜高渗酵母0.60◆为了表示示微生物生生长与水的的关系，有有时也常用用相对湿度（（RH)的概念（w×100=RH））；通常常也用测定定蒸气相中中相对湿度度的方法得得知溶液或或物质的水水活度。（3）氧化还原电电势(redoxpoyential)是度量某氧氧化还原系系统中还原原剂释放电电子或氧化化剂接受电电子趋势的的一种指标标。各种微生物物对培养基基的氧化还还原电势的的要求：好氧微生物物：+0.3~+0.4V,(在>0.1V以以上的环境境中均能生生长).厌厌氧微生物物：只能在在+0.1V以下生生长兼性厌氧微微生物：+0.1V以上呼吸吸、+0.1V以下下发酵培养基是多多氧化还原偶偶的复杂电化化学系统，，测出的Eh值仅代表其其综合结果果。对微生物影影响最大的的是：分子氧和分分子氢的浓浓度培养基中常常用的还原原剂：巯基乙酸、、抗坏血酸酸、硫化氢氢、半胱氨氨酸、谷胱胱甘肽、二二硫苏糖醇醇等。（四）根据据培养基的的应用目的的选择原料料及其来源源该培养基的的应用目的的：是培养菌体体还是积累累代谢产物物？是实验室种种子培养还还是大规模模发酵？代谢产物是是初级代谢谢产物还是是次级代谢谢产物？☆用于培养菌体种种子的培养基营营养应丰富富，氮源含含量宜高（（碳氮比低低）；☆用于大量生生产代谢产物的培养基其其氮源一般般应比种子子培养基稍稍低，（但但若发酵产产物是含氮氮化合物时时，有时还还应提高培培养基的氮氮源含量））；若代谢谢产物是次级代谢产产物时要考虑是是否加入特特殊元素或或特定的代代谢产物；；☆当所设计的的是大规模发酵酵用的培养基基时，应重重视培养基基中各成份份的来源和和价格，应应选择来源源广泛、价价格低廉的的原料，，提倡以粗粗代精，以以废代好。。配制培养基基时，应尽尽量考虑利利用价廉并并且易于获获得的原料料作为培养养基的成分分，特别是是在工业发发酵中，培培养基用量量很大，更更应该考虑虑到这一点点，以便降降低产品成成本。1.以粗代代精2.以野代家家3.以废代代好4.以简代繁繁5.以氮代代朊6.以纤代糖糖7.以烃代代粮8.以国代进进4.经济节节约1.生态模模拟调查所培养养菌的生态态条件，查查看“嗜好好”，对““症”下料料———初初级天然培培养基.2.查阅文文献查阅、分析析文献，调调查前人的的工作资料料，借鉴人人家的经验验，以便从从中得到启启发设计有有自己特色色的培养基基配方.3.精心设设计借助优选法法或正交试验设设计法等方法.二、设计培培养基的方方法4、实验比比较：不同培养基基配方的选选择比较单种成分来来源和数量量的比较几种成分浓浓度比例调调配的比较较小型试验放放大到大型型生产条件件的比较pH和温度度试验◆附1：配置培养基基时应注意意的几个问问题及解决决方法：1、沉淀2、胶体体强度的破破坏3、褐色物物质的形成成4、pH发生变变化高压蒸气灭灭菌一般培养基基:1.05Kg/cm2,121.3℃,15-30min含糖培养基基:0.56Kg/cm2,112.6℃℃,15-30min过滤灭菌，，分别灭菌菌，间歇灭灭菌的应用用附2：培养养基的灭菌菌附图：过滤滤灭菌附3：器皿皿的灭菌及及无菌室的的消毒器皿的灭菌菌：干热空气：：160℃，2小时无菌室的消消毒：紫外光化学药物熏熏蒸（苯酚酚；高锰酸酸钾+甲醛醛）三、培养基基的类型及及其应用★-1根据所培养养微生物的的微生物类类群来分①细菌培养养基②②放线菌菌培养基③③霉霉菌培养基基★-2根根据培养目目的来分①种子培养养基(seedculturemedium)———是为为保证发酵酵生产获得得大量优质质种子而设设计的培养养基，特点点是营养较较丰富，氮氮源比例较较高。有时时为使菌种种能迅速适适应后面的的发酵条件件，还有意意识地加入入发酵培养养基的基质质。②发酵培养养基(fermentationmedium)———用于生产预预定发酵产产物，一般般以碳为主主要元素，，碳源含量量往往高于于种子培养养基。大规规模生产时时，原料应应价廉易得得，还应有有利于下游游的分离提提取。★-1细菌培养基基——营养养肉汤（nutrientbroth)：牛肉膏3g；蛋白胨胨5g；；水1000ml；；pH7.2~7.4放线菌培养养基——高高氏1号：：可溶性淀粉粉20g；；KNO31g;K2HPO41g；MgSO40.5g；；NaCl1g;FeSO4•7H2O0.5g；；水水1000ml;pH7.2~7.4霉菌菌培培养养基基————查查氏氏（（zapek)培培养养基基：：蔗糖糖30g;KCl0.5g;MgSO4.H2O0.5g;FeSO40.5g；；水1000ml;K2HPO41g;NaNO33g;pH6.7酵母母菌菌培培养养基基————麦麦芽芽汁汁培培养养基基味精精生生产产菌菌北北京京棒棒状状杆杆菌菌AS1299的的一一级级种种子子（用用摇摇床床培培养养））培养养基基配配方方：：葡萄萄糖糖3%玉米米浆浆2.5~3.5%尿素素0.3~0.5%K2HPO40.1~0.2%MgSO40.05%二级级种种子子（（1200升升发发酵酵罐罐））培培养养基基配配方方：以水水解解糖糖3%代代替替葡葡萄萄糖糖3%，，其其他他成成分分相相同同。。①天然然培养养基(complexmedium)：：也称称作chemicallyundefinedmedium。利用化学成成分还还不完完全清清楚或或不恒恒定的天然然物质质，（（如肉肉汤、、蛋白白胨、、麦芽芽汁、、酵母母汁、、豆芽芽汁、、玉米米粉、、牛奶奶、血血清等等）制制成的的培养养基，，天然然培养养基比比较经经济，，除实实验室室经常常使用用外，，更适适宜于于在生生产上上用来来大规规模地地培养养微生生物和和生产产微生生物产产品。。★-3按按对培培养基基成分分的了了解程程度来来分②合成成（组组合））培养养基(syntheticmedium)：：也称作作chemicallydefinedmedium.由化学学成分分完全全了解解的物物质配配制而而成的的培养养基，，该类类培养养基的的组成成成分精精确、、清楚楚，重复复性强强，但但微生生物生生长较较慢，，且价价格昂昂贵，，故一一般适适于在在实验验室范范围内内他有有关研研生物物营养养需要要、代代谢、、分类类鉴定定、生生物测测定以以及菌菌种选选育、、遗传传分析析等方方面的的研究究工作作。如如高氏氏培养养基、、察氏氏培养养基等等.③半组组合培培养基基(semi-definedmedium)：：在合合成成培培养养基基的的基基础础上上添添加加些些天天然然成成份份，，以以更更有有效效地地满满足足微微生生物物对对营营养养物物的的需需要要.如如马马铃铃薯薯蔗蔗糖糖培培养养基基液体体培培养养基基(liquidmedium)：：液体体培培养养基基不不含含任任何何凝凝固固剂剂，，菌菌体体与与培培养养基基充充分分接接触触，，操操作作方方便便，，常常用用于于大大规规模模的的工工业业生生产产以以及及在在实实验验室室进进行行微微生生物物生生理理代代谢谢等等基基本本理理论论的的研研究究工工作作。。可可据据培培养养后后的的浊浊度度判判断断微微生生物物的的生生长长程程度度.★-4按按制制备备后后培培养养基基外外观观的的物物理理状状态态来来分分②固固体体培培养养基基(solidmedium)：：天然然固固体体营营养养基基质质制制成成的的培培养养基基，，或或液液体体培培养养基基中中加加入入一一定定量量凝凝固固剂剂（（琼琼脂脂1.5～～2％％)而而呈呈固固体体状状态态的的培培养养基基。。为为微微生生物物的的生生长长提提供供营营养养表表面面。。常常用用于于微微生生物物的的分分离离、、纯纯化化、、计计数数等等方方面面的的研研究究。。可可依依使使用用目目的的不不同同而而制制成成斜斜面面、、平平板板等等形形式式.（1）固固化培养养基：1％－2％琼脂脂或5％％－10％明胶胶（2）非非可逆性性固化培培养基：：血清培养养基或无无机硅胶胶培养基基（3）天天然固态态培养基基（4）滤滤膜：醋醋酸纤维维薄膜③半固固体培养养基(semi-solidmedium)：：在液体培培养基中中加入0.2-0.7％的琼琼脂构成成的培养养基。常常用来观观察细菌菌运动的的特征，，以进行行菌种鉴鉴定和噬噬菌体效效价滴定定等方面面的实验验工作。。4.脱水水培养基基：脱水商品品培养基基或预制制干燥培培养基1.不被被微生物物分解、、利用、、液化；；2.不因因消毒灭灭菌而被被破坏；；3.在微微生物的的生长温温度内保保持固态态；4.凝固固点的温温度对微微生物无无害；5.透明明度好，，粘着力力强理想凝固固剂应具具备的条条件①基础培培养基(minimummedium):是含有一一般微生生物生长长繁殖所所需的基基本营养养物质的的培养基基；另另外基础础培养基基也可作作为一些些特殊培培养基的的基础成成分（如如制备糖糖发酵培培养基时时）.②选择性性培养基基(selectivemedium)：是根据某某种或某某一类群群微生物物的特殊殊营养需需要，或或对某种种化合物物的敏感感性不同同而设计计出来的的一类培培养基。。利用这这种培养养基可用用来将某某种或某某类微生生物从混混杂的微微生物群群体中分分离出来来.★-5按按特殊用途途划分③鉴别性培培养基(differentialmedium)：：用于鉴别不不同类型微微生物的培培养基，在在普通培养养基中加入入能与某种种代谢产物物发生反应应的指示剂剂或化学药药品，从而而产生某种种明显的特特征性变化化，以区别别不同的微微生物，例：伊红美兰乳乳糖培养基基（EosinMethyleneBlu