微生物的营养

关于微生物的营养第一节微生物的营养类型

根据生长所需要的营养物质的性质（碳源），可将生物分成两种基本的营养类型异养型生物:生长时需要以复杂的有机物质作为营养物质的生物。自养型生物:生长时能以简单的无机物质作为营养物质的生物。动物属于异养型生物，植物属于自养型的生物。

而微生物既有异养型的也有自养型的，大多数微生物属于异养型生物，少数微生物属于自养型生物。根据生长时能量的来源不同，又可将生物分成为：化能营养型生物：依靠化合物氧化释放的能量进行生长的生物。光能营养型生物：依靠光能进行生长的生物。

动物和大部分微生物属于化能营养型生物，它们从物质的氧化过程中获得能量。植物和少数微生物属于光能营养型生物。

第2页,共25页，2024年2月25日，星期天微生物的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无机物CO2蓝细菌,紫硫细菌,（光能自养型）绿硫细菌,藻类光能有机营养型光有机物CO2及简红螺菌科的细菌（光能异养型）单有机物（紫色无硫细菌）化能无机营养型无机物CO2硝化细菌,硫化细菌,铁细菌,氢细菌,硫磺细菌等（化能自养型）化能有机营养型有机物有机物有机物绝大多数细菌和（化能异养型）全部真核微生物无机物第3页,共25页，2024年2月25日，星期天第二节培养基(medium)定义：应科研或生产的需要，由人工配制的，适合于不同微生物生长繁殖或积累代谢产物用的营养基质（混合养料）统称为培养基。广义上说，凡是支持微生物生长繁殖的介质或材料均可作为微生物的培养基。特点：任何培养基都应具备微生物所需要的五大营养要素，且应比例适当。所以一旦配成必须立即灭菌。用途：促使微生物生长；积累代谢产物；分离微生物菌种；鉴定微生物种类；微生物细胞计数；菌种保藏；制备微生物制品。第4页,共25页，2024年2月25日，星期天1、培养基的配制原则＊培养基组分应适合微生物的营养特点（目的明确）＊营养物的浓度与比例应恰当（营养协调）＊物理化学条件适宜（条件适宜）＊根据培养目的选择原料及其来源（经济节约）第5页,共25页，2024年2月25日，星期天●培养基组分应适合微生物的营养特点

即根据不同微生物的营养需要配制不同的培养基。不同营养类型的微生物，其对营养物的需求差异很大。如自养型微生物的培养基完全可以由简单的无机物质组成。异养型生物的培养基至少需要含有一种有机物质，但有机物的种类需适应所培养菌的特点。

按微生物的主要类群来说，它们所需要的培养基成分也不同：

细菌：牛肉膏蛋白胨培养基

LB(Luria-Bertani)

放线菌：高氏一号培养基

真菌：查氏合成培养基

PDA(Potato-Dextrose-Agar)

酵母菌：麦芽汁当对试验菌营养需求特点不清楚的时候，可以采用‘生长谱’法进行测定。第6页,共25页，2024年2月25日，星期天●营养物的浓度与比例应恰当●浓度过高——对微生物的生长起抑制作用；浓度过小——不能满足微生物生长的需要。●碳氮比（C/N）直接影响微生物生长与繁殖及代谢物的形成与积累，故常作为考察培养基组成时的一个重要指标。

●速效性氮（或碳）源与迟效性氮（或碳）源的比例

●各种金属离子间的比例

碳源中的碳原子的mol数氮源中所含的氮原子的mol数C/N比值=例：谷氨酸生产中

C/N＝4/1时，菌体大量繁殖，谷氨酸积累少；C/N＝3/1时，菌体生长受抑制，而谷氨酸大量增加。一般培养基C/N为100/0.5~2谷氨酸发酵培养基 为100/11~21放线菌蛋白酶培养为100/10~20第7页,共25页，2024年2月25日，星期天●物理化学条件适宜

（1）pH:

各类微生物的最适生长pH值各不相同：

细菌：7.0~8.0 放线菌：7.5~8.5酵母菌：3.8~6.0

霉菌：4.0~5.8菌根菌：5.5~7.5

在微生物的生长和代谢过程中，由于营养物质的利用和代谢产物的形成与积累，培养基的初始pH值会发生改变，为了维持培养基pH值的相对恒定，通常采用下列两种方式：内源调节：在培养基里加一些缓冲剂或不溶性的碳酸盐；调节培养基的碳氮比。外源调节：按实际需要不断向发酵液流加酸或碱液第8页,共25页，2024年2月25日，星期天例如：控制培养基的pH值☆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。第9页,共25页，2024年2月25日，星期天（2）渗透压和aw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，而有的菌能在3mol/LNaCl的高渗溶液中生长。能在高盐环境（2.8~6.2/LNaCl）生长的微生物常被称为嗜盐微生物。第10页,共25页，2024年2月25日，星期天2、根据培养基的应用目的选择原料及其来源(1)是培养菌体，还是积累代谢产物？(2)是实验室种子培养，还是大规模发酵？(3)代谢产物是初级代谢产物，还是次级代谢产物？☆用于培养菌体种子的培养基营养应丰富，氮源含量宜高（碳氮比低）；☆用于大量生产代谢产物的培养基其氮源一般应比种子培养基稍低，（但若发酵产物是含氮化合物时，有时还应提高培养基的氮源含量）；若代谢产物是次级代谢产物时要考虑是否加入特殊元素或特定的代谢产物；☆当所设计的是大规模发酵用的培养基时，应重视培养基中各成份的来源和价格，应选择来源广泛、价格低廉的原料，提倡以粗代精，以废代好。第11页,共25页，2024年2月25日，星期天生态模拟调查所培养菌的生态条件，查看“嗜好”，对“症”下料——初级天然培养基。查阅文献查阅、分析文献，调查前人的工作资料，借鉴别人的经验，以便从中得到启发设计有自己特色的培养基配方。精心设计借助优选法或正交试验设计法等方法。3、设计培养基的方法第12页,共25页，2024年2月25日，星期天实验比较：

不同培养基配方的选择比较单种成分来源和数量的比较几种成分浓度比例调配的比较小型试验放大到大型生产条件的比较

pH和温度试验◆附1：配置培养基时应注意的几个问题及解决方法：＊沉淀＊胶体强度的破坏＊褐色物质的形成＊

pH发生变化第13页,共25页，2024年2月25日，星期天高压蒸气灭菌一般培养基:

0.5Kg/cm2,120℃,15-30min

含糖培养基:0.5

kg/cm2,115－118℃,20-25min

过滤灭菌,分别灭菌,间歇灭菌的应用。◆附2：培养基的灭菌第14页,共25页，2024年2月25日，星期天

过滤灭菌第15页,共25页，2024年2月25日，星期天◆附3：器皿的灭菌及无菌室的消毒器皿的灭菌：

干热空气：160℃，2h无菌室的消毒：

紫外光化学药物熏蒸（苯酚；高锰酸钾+甲醛）第16页,共25页，2024年2月25日，星期天4、培养基的类型及其应用★-1

根据所培养微生物的类群来分:①细菌培养基②放线菌培养基③真菌培养基★-2根据培养目的来分:

①种子培养基—是为保证发酵生产获得大量优质种子而设计的培养基，特点是营养较丰富，氮源比例较高。有时为使菌种能迅速适应后面的发酵条件，还有意识地加入发酵培养基的基质。

②发酵培养基—用于生产预定发酵产物，一般以碳为主要元素，碳源含量往往高于种子培养基。大规模生产时，原料应价廉易得，还应有利于产物的分离提取。第17页,共25页，2024年2月25日，星期天细菌培养基—营养肉汤（nutrientbroth)：

牛肉膏3g；水1000ml；蛋白胨5g；pH7.2~7.4放线菌培养基—高氏1号：可溶性淀粉20g；KNO31g;K2HPO41g

MgSO40.5gNaCl1g;FeSO4•7H2O0.5g水1000ml;pH7.2~7.4霉菌培养基—查氏（zapek)培养基

蔗糖30g;KCl0.5g;MgSO4.H2O0.5g;FeSO40.5g水1000ml;K2HPO41g;NaNO33g;pH6.7大多数真菌培养基——马丁氏培养基；

酵母菌培养基——麦芽汁培养基；

菌根菌——Pach、MMN、MRD、MMA。

第18页,共25页，2024年2月25日，星期天★-3按对培养基成分的了解程度来分

①天然培养基：利用化学成分还不完全清楚或不恒定的天然物质，（如肉汤、蛋白胨、麦芽汁、酵母汁、豆芽汁、玉米粉、牛奶、血清等）制成的培养基，天然培养基比较经济，除实验室经常使用外，更适宜于在生产上用来大规模地培养微生物和生产微生物产品。

②合成（组合）培养基：由化学成分完全了解的物质配制而成的培养基，该类培养基的组成成分精确、清楚，重复性强，但微生物生长较慢，且价格昂贵，故一般适于在实验室范围内在微生物营养需要、代谢、分类鉴定、生物测定以及菌种选育、遗传分析等方面的研究工作。如高氏培养基、查氏培养基等。③半组合培养基：在合成培养基的基础上添加些天然成份，以更有效地满足微生物对营养物的需要，如马铃薯蔗糖培养基。第19页,共25页，2024年2月25日，星期天★-4按制备后培养基外观的物理状态来分

③液体培养基：液体培养基不含任何凝固剂，菌体与培养基充分接触，操作方便，常用于大规模的工业生产以及在实验室进行微生物生理代谢等基本理论的研究工作。可据培养后的浊度判断微生物的生长程度。

①固体培养基：天然固体营养基质制成的培养基，或液体培养基中加入一定量凝固剂（琼脂1.5～2％)而呈固体状态的培养基。为微生物的生长提供营养表面。常用于微生物的分离、纯化、计数等方面的研究。可依使用目的不同而制成斜面、平板等形式。

②半固体培养基：在液体培养基中加入0.2-0.7％的琼脂构成的培养基。常用来观察细菌运动的特征，以进行菌种鉴定等方面的实验工作。

第20页,共25页，2024年2月25日，星期天＊不被微生物分解、利用、液化；＊不因消毒灭菌而被破坏；＊在微生物的生长温度内保持固态；＊凝固点的温度对微生物无害；＊透明度好，粘着力强。理想凝固剂应具备的条件：第21页,共25页，2024年2月25日，星期天常用凝固剂琼脂与明胶的比较比较内容琼脂明胶常用浓度1.5~2%5~12%熔点9625凝固点4020pH微酸酸性灰分（％）1614~15氧化钙（％）1.150氧化镁（％）0.770氯（％）0.418.3生物可能利用能力大