5微生物的营养

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1、Chapter5 Chapter5 微生物的营养微生物的营养 营养物质是微生物生存的物质基营养物质是微生物生存的物质基础，而营养是微生物维持和延续其生础，而营养是微生物维持和延续其生命形式的一种生理过程。命形式的一种生理过程。外界环境中可为细胞提供结构组分、外界环境中可为细胞提供结构组分、外界环境中可为细胞提供结构组分、外界环境中可为细胞提供结构组分、能量、代谢调节物质和良好生理环境能量、代谢调节物质和良好生理环境能量、代谢调节物质和良好生理环境能量、代谢调节物质和良好生理环境的化学物质。的化学物质。的化学物质。的化学物质。细胞从外界环境中摄取化学物质，使细胞从外界环境中摄取化学物质，使细胞从

2、外界环境中摄取化学物质，使细胞从外界环境中摄取化学物质，使其在生长过程中获取生命活动所需的其在生长过程中获取生命活动所需的其在生长过程中获取生命活动所需的其在生长过程中获取生命活动所需的能量及其结构物质的生理过程。能量及其结构物质的生理过程。能量及其结构物质的生理过程。能量及其结构物质的生理过程。营养或营营养或营营养或营营养或营养作用养作用养作用养作用 营养物质营养物质5.1微生物的营养六要素微生物的营养六要素5.1.1 微生物的化学组成微生物的化学组成主要元素：主要元素：碳、氢、氧、氮、磷、钾、硫、镁、钙等碳、氢、氧、氮、磷、钾、硫、镁、钙等微量元素：微量元素：锌、锰、氯、钼、硒、钴、铜等锌

3、、锰、氯、钼、硒、钴、铜等占细菌细胞干重的占细菌细胞干重的97%5.1.2 微生物的营养要素微生物的营养要素 营养物质按照它们在机体中的生理营养物质按照它们在机体中的生理作用不同，可将它们区分成六大类：作用不同，可将它们区分成六大类：1.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碳源碳源氮源氮源能源能源生长因子生长因子无机盐无机盐水水在微生物生长过程中能为微在微生物生长过程中能为微生物提供碳素来源的物质生物提供碳素来源的物质微生物利用的碳微生物利用的碳源物质主要有：源物质主要有：糖类、有机酸、醇、脂类、糖类、有机酸、醇、脂类、烃、烃、CO2及碳酸盐等及

4、碳酸盐等对于为数众多的化能异对于为数众多的化能异养微生物来说，碳源是养微生物来说，碳源是兼有能源功能营养物。兼有能源功能营养物。 目前在微生物工业发酵中所目前在微生物工业发酵中所利用的碳源物质主要是单糖、利用的碳源物质主要是单糖、淀粉、麸皮、米糠等。淀粉、麸皮、米糠等。种种 类类 碳碳 源源 物物 质质 说说 明明糖糖葡萄糖、果糖、麦芽糖、蔗糖、淀粉、半乳葡萄糖、果糖、麦芽糖、蔗糖、淀粉、半乳糖、乳糖、甘露糖、纤维二糖、纤维素、半糖、乳糖、甘露糖、纤维二糖、纤维素、半纤维素、甲壳素、木质素等纤维素、甲壳素、木质素等单糖优于双糖，己糖优于戊糖，淀粉优单糖优于双糖，己糖优于戊糖，淀粉优于纤维素，纯

5、多糖优于杂多糖。于纤维素，纯多糖优于杂多糖。有机酸有机酸糖酸、乳酸、柠檬酸、延胡索酸、低级脂肪糖酸、乳酸、柠檬酸、延胡索酸、低级脂肪酸、高级脂肪酸、氨基酸等酸、高级脂肪酸、氨基酸等与糖类比较效果较差，有机酸较难进入与糖类比较效果较差，有机酸较难进入细胞，进入细胞后会导致细胞，进入细胞后会导致pH下降。当下降。当环境中缺乏碳源物质时，氨基酸可被微环境中缺乏碳源物质时，氨基酸可被微生物作为碳源利用。生物作为碳源利用。醇醇乙醇乙醇在低浓度条件下被某些酵母菌和醋酸菌在低浓度条件下被某些酵母菌和醋酸菌利用。利用。 脂脂脂肪、磷脂脂肪、磷脂主要利用脂肪，在特定条件下将磷脂分主要利用脂肪，在特定条件下将磷脂

6、分解为甘油和脂肪酸而加以利用。解为甘油和脂肪酸而加以利用。烃烃天然气、石油、石油馏分、石蜡油等天然气、石油、石油馏分、石蜡油等利用烃的微生物细胞表面有一种由糖脂利用烃的微生物细胞表面有一种由糖脂组成的特殊吸收系统，可将难溶的烃充组成的特殊吸收系统，可将难溶的烃充分乳化后吸收利用。分乳化后吸收利用。CO2CO2为自养微生物所利用。为自养微生物所利用。碳酸盐碳酸盐 NaHCO3、CaCO3等等为自养微生物所利用。为自养微生物所利用。其他其他芳香族化合物、氰化物芳香族化合物、氰化物利用这些物质的微生物在环境保护方面利用这些物质的微生物在环境保护方面有重要作用。有重要作用。蛋白质、核酸等蛋白质、核酸等

7、当环境中缺乏碳源物质时，可被微生物当环境中缺乏碳源物质时，可被微生物作为碳源而降解利用。作为碳源而降解利用。2.氮源氮源氮氮源源谱谱有有机机氮氮无无机机氮氮NH3铵盐铵盐硝酸盐硝酸盐N2蛋白质蛋白质核酸核酸氨基酸氨基酸尿素尿素能被微生物利用的含氮物质为氮源。能被微生物利用的含氮物质为氮源。能被微生物利用的含氮物质为氮源。能被微生物利用的含氮物质为氮源。氮素是构成微生物细胞基本物质蛋白质和核酸的主要成分，一般氮素是构成微生物细胞基本物质蛋白质和核酸的主要成分，一般氮素是构成微生物细胞基本物质蛋白质和核酸的主要成分，一般氮素是构成微生物细胞基本物质蛋白质和核酸的主要成分，一般不提供能源（硝化细菌能

8、利用氨作为氮源和能源）。不提供能源（硝化细菌能利用氨作为氮源和能源）。不提供能源（硝化细菌能利用氨作为氮源和能源）。不提供能源（硝化细菌能利用氨作为氮源和能源）。实验室培养微生物常用的氮源主实验室培养微生物常用的氮源主实验室培养微生物常用的氮源主实验室培养微生物常用的氮源主要有：铵盐、硝酸盐、尿素、要有：铵盐、硝酸盐、尿素、要有：铵盐、硝酸盐、尿素、要有：铵盐、硝酸盐、尿素、鱼鱼粉、蚕蛹、黄豆饼粉、粉、蚕蛹、黄豆饼粉、蛋白胨、蛋白胨、蛋白胨、蛋白胨、酵母浸膏酵母浸膏和牛肉膏等。发酵工业和牛肉膏等。发酵工业和牛肉膏等。发酵工业和牛肉膏等。发酵工业上常以豆饼粉、花生饼粉和玉米上常以豆饼粉、花生饼粉

9、和玉米上常以豆饼粉、花生饼粉和玉米上常以豆饼粉、花生饼粉和玉米浆等作为微生物的氮源。浆等作为微生物的氮源。浆等作为微生物的氮源。浆等作为微生物的氮源。原生营养原生营养: : 凡是以葡萄糖或其他有机化合物为唯一碳源和能源凡是以葡萄糖或其他有机化合物为唯一碳源和能源, ,以无机以无机化合物为唯一氮源化合物为唯一氮源, ,能够满足碳、氮营养需要的化能有机营养微生物能够满足碳、氮营养需要的化能有机营养微生物, ,统统称为原生营养型。如果这种条件不能满足营养需要称为原生营养型。如果这种条件不能满足营养需要, ,则为缺陷营养则为缺陷营养( (营养营养缺陷型缺陷型): ): 某些微生物由于合成能力发生障碍某

10、些微生物由于合成能力发生障碍, , 所以在微生物培养时要所以在微生物培养时要添加某种或某几种氨基酸或碱基等有机化合物才能生长添加某种或某几种氨基酸或碱基等有机化合物才能生长 3.能源能源能源：能为微生物的生命活动提供能源：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最初能量来源营养物或辐射能能能源源谱谱化学化学物质物质辐射辐射能能化能异养微生物的能源化能异养微生物的能源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4.生长因子生长因子生长因子：生长因子：那些微生物生长所必需而且需要那些微生物生长所必需而且需要

11、量很小，但微生物自身不能合成的或合成量量很小，但微生物自身不能合成的或合成量不足以满足机体生长需要的有机化合物不足以满足机体生长需要的有机化合物 。微微 生生 物物 生长因子生长因子 需要量（需要量（ml-1III型肺炎链球菌（型肺炎链球菌（Streptococcus pneumoniae）胆碱胆碱 6ug金黄色葡萄球菌（金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）硫胺素硫胺素 0.5ug白喉棒杆菌（白喉棒杆菌（Cornebacterium diphtherriae）B-丙氨酸丙氨酸 1.5ug破伤风梭状芽孢杆菌（破伤风梭状芽孢杆菌（Clostridium tetani）尿嘧啶

12、尿嘧啶 0-4ug肠膜状串珠菌（肠膜状串珠菌（Leuconostoc mesenteroides）吡哆醛吡哆醛 0.025ug 在实验室通常用作生长因子的物质有：酵母膏、在实验室通常用作生长因子的物质有：酵母膏、玉米浆、肝浸液、麦芽汁、牛肉膏、米糠等。玉米浆、肝浸液、麦芽汁、牛肉膏、米糠等。5.矿质元素矿质元素作作用用微量元素：是指那些在微生物生长过程中起重要微量元素：是指那些在微生物生长过程中起重要作用，而机体对这些元素的需要量极其微小的元作用，而机体对这些元素的需要量极其微小的元素，通常需要量在素，通常需要量在10-6-10-8mol/L：锌、锰、钠、锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍

13、、硼等。氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等。 根据微生物对矿质元素需要量大小可以把它分为：根据微生物对矿质元素需要量大小可以把它分为：大量元素：大量元素：N、K、P、Ca 、Mg、S、Fe等。等。构成微生物细胞的组成成分；构成微生物细胞的组成成分；构成微生物细胞的组成成分；构成微生物细胞的组成成分；作为酶的组成部分或维持酶的活性以及作为酶的组成部分或维持酶的活性以及作为酶的组成部分或维持酶的活性以及作为酶的组成部分或维持酶的活性以及激活剂激活剂；调节细胞的调节细胞的原生质胶体状态、原生质胶体状态、氢离子浓氢离子浓度、度、EhEh以及以及维持细胞的渗透维持细胞的渗透压压与平衡与平衡等；等；作为自养

14、微生物的能源。作为自养微生物的能源。作为自养微生物的能源。作为自养微生物的能源。6.水水生生理理功功能能细胞的主要组成成分；细胞的主要组成成分；直接参加各种代谢反应直接参加各种代谢反应; ;可调节菌体内的温度可调节菌体内的温度( (水比热大有利吸热水比热大有利吸热, ,散热散热) ) ；维持细胞膨压维持细胞膨压( (控制细胞形态控制细胞形态) ) ；可供给菌体营养。可供给菌体营养。是细胞吸收营养物质和排泄废物的介质；是细胞吸收营养物质和排泄废物的介质；水活度的表示方法水活度的表示方法a aw w 是指在相同的温度和压力下，溶液中是指在相同的温度和压力下，溶液中水的蒸气压和纯水的蒸气压之比，即：

15、水的蒸气压和纯水的蒸气压之比，即：a aw w = P= P溶液溶液/P/P纯水纯水微生物生长所需的水活度通常在微生物生长所需的水活度通常在0.630.99之间，细菌水活度较高为之间，细菌水活度较高为0.8，酵母菌次之，耐旱的微生物水活度为酵母菌次之，耐旱的微生物水活度为0.6，水中溶质越高水活度越低。，水中溶质越高水活度越低。一些微生物生长所需的最低一些微生物生长所需的最低aw值值0.97-0.960.97-0.96革兰氏阴性杆菌革兰氏阴性杆菌 假单胞菌属（假单胞菌属（PseudomonasPseudomonas） 不动杆菌属（不动杆菌属（AcinetoacterAcinetoacter）

16、大肠埃希氏菌大肠埃希氏菌（E.coliE.coli）0.970.970.90-0.860.90-0.86革兰氏阴性球菌革兰氏阴性球菌 微球菌属（微球菌属（MicrococcusMicrococcus） 0.90 0.90 金黄色葡萄球菌（金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureusStaphylococcus aureus）0.860.860.94-0.870.94-0.87酵母菌产朊假丝酵母（酵母菌产朊假丝酵母（Candida utilisCandida utilis） 酿酒酵母（酿酒酵母（Candida utilisCandida utilis）0.940.94 德巴利酵母属

17、（德巴利酵母属（DebaryomycesDebaryomyces）0.940.940.93-0.800.93-0.80霉菌霉菌 黑根霉（黑根霉（Rhizopus nigricansRhizopus nigricans）0.930.93 扩展青霉（扩展青霉（Penicillium expansumPenicillium expansum）0.770.77 展青霉（展青霉（Penicillium patullumPenicillium patullum）0.800.80 黄曲霉（黄曲霉（Aspergillus flavusAspergillus flavus） 0.90 0.90 黑曲霉（黑曲霉（

18、Aspergillus nigerAspergillus niger）0.840.840.95-0.910.95-0.91大多数细菌大多数细菌 枯草芽孢杆菌（枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilisBacillus subtilis） 梭菌属（梭菌属（ClostridiumClostridium） 微细菌属（微细菌属（MicrobacteriumMicrobacterium）0.950.95 乳杆菌属（乳杆菌属（LactobacillusLactobacillus） 链球菌属（链球菌属（StreptococcusStreptococcus）0.940.945.25.2微生物营养类型微生

19、物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根据碳源、能源及电子供体性根据碳源、能源及电子供体性质的不同质的不同，可将微生物分为：可将微生物分为：5.2.1 5.2.1 光能无机自养型光能无机自养型( (photolithoautotrphy)photolithoautotrphy)5.2.2 5.2.2 光能有机异养型光能有机异养型( (photoorganoheterotrphy)photoorganoheterotrphy)5.2.3 5.2.3 化能无机

20、自养型化能无机自养型( (chemolithoautotrphy)chemolithoautotrphy)5.2.4 5.2.4 化能有机化能有机异异养型养型( (chemoorganoheterotrophy)chemoorganoheterotrophy)5.2.1 5.2.1 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作为唯一或主要碳源；作为唯一或主要碳源；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等作为供氢体或等作为供氢体或电子供体，使电子供体，使CO2还原为细胞物质；还原为细胞物质；例如例如:

21、:藻类及蓝细菌等和植物一样，以水为电子供体（供氢体），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。CO2 + + 2H2S光能光能光合色素光合色素 CH2O + 2S+ + 2S+ H2O5.2.2 5.2.2 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，利用光能以有机物作为供氢体，利用光能将将CO2还

22、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；例如例如: :红螺菌属中的一些细菌能利用异丙醇作为供氢体，将红螺菌属中的一些细菌能利用异丙醇作为供氢体，将CO2还原还原成细胞物质，同时积累丙酮。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 + + H2O5.2.3 5.2.3 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生长所需要的能量来自无机物氧化过程中放出的化学能；

23、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或碳酸盐作为唯一或主要碳源进行生长时，利用长时，利用H2、H2S、Fe2+、NH3或或NONO2 2- -等作等作为为电子供体电子供体使使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。5.2.4 5.2.4 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生长所需要的能量均来自有机物

24、氧化过程中放出的化学能；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；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

25、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；例如例如紫色非硫细菌紫色非硫细菌(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

26、物氧化产生的化学能生长，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高其对环境条件变化的适应能力5.35.3营养物质进入细胞的方式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（相对分子营养物质本身的性质（相对分子量、质量、溶解性、电负性等量、质量、溶解性、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、荚膜等）。微生物细胞的透过屏障（原生质膜、细胞壁、荚膜等）。根

27、据物质运输过程的特点，可将物质的运输方式分为根据物质运输过程的特点，可将物质的运输方式分为: :5.3.1 5.3.1 自由扩散自由扩散5.3.2 5.3.2 促进扩散促进扩散5.3.3 5.3.3 主动运输主动运输5.3.4 5.3.4 基团转移基团转移5.3.1 5.3.1 自由扩散自由扩散原生质膜是一种半透性膜，营养物原生质膜是一种半透性膜，营养物质通过原生质膜上的小孔，由高浓度的质通过原生质膜上的小孔，由高浓度的胞外环境向低浓度的胞内进行扩散。胞外环境向低浓度的胞内进行扩散。特特点点物质在扩散过程中没有发生任何反应；物质在扩散过程中没有发生任何反应；不消耗能量；不能逆浓度运输；不消耗能

28、量；不能逆浓度运输；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水是唯一可以通过扩散自由通过原生质膜的分子，脂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（肪酸、乙醇、甘油、一些气体（O O2 2、COCO2 2）及某些氨及某些氨基酸在一定程度上也可通过自由扩散进出细胞。基酸在一定程度上也可通过自由扩散进出细胞。 5.3.2 5.3.2 协助扩散协助扩散特特点点不消耗能量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

29、质的浓度差成正比需要载体参与需要载体参与 通过促进扩散进入细胞的营养物质主要有氨基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。一般微生物通过专酸、单糖、维生素及无机盐等。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体蛋白来完成。一物质的运输由一种以上的载体蛋白来完成。 5.3.3 5.3.3 主动运输主动运输物质运输过程中需要消耗能量和载物质运输过程中需要消耗能量和载体，而且可以进行逆浓度运输体，而且可以进行逆浓度运输。基团转位又称为磷酸烯醇式丙酮酸基团转位又称为磷酸烯醇式丙酮酸-磷酸

30、糖转移酶运输系统磷酸糖转移酶运输系统（PTSPTS），），PTS PTS 通常由五种蛋白质组成，包括酶通常由五种蛋白质组成，包括酶I I、酶酶IIII（包括包括a a、b b、c c三三种亚基）和一种低相对分子量的热稳定蛋白质（种亚基）和一种低相对分子量的热稳定蛋白质（HPrHPr）。）。5.3.4 5.3.4 基团移位基团移位(group translocation): 基团移位是另一种类型的主动运输，它与主动运输基团移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，而物质在运输过程中发生化学变化

31、。质的运输，而物质在运输过程中发生化学变化。PEP-P + HPr HPr-p + 丙酮酸丙酮酸 P - HPr +糖糖糖糖-P +HP基团转移主要存在于厌氧型和兼性厌氧基团转移主要存在于厌氧型和兼性厌氧型细胞中，主要用于糖型细胞中，主要用于糖(葡萄糖葡萄糖,果糖果糖,甘露糖和甘露糖和N-乙乙酰葡糖胺等酰葡糖胺等)的运输，脂肪酸、核苷酸、碱基等的运输，脂肪酸、核苷酸、碱基等也可以通过这种方式运输。也可以通过这种方式运输。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 基团移位基团移位特异载体蛋白特异载体蛋白 无无 有有 有有 有有运送速度运送速度 慢慢 快快 快快 快快

32、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内外相等平衡时内外浓度内外相等 内外相等内外相等 内部高内部高内部高内部高运送分子运送分子 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 需要需要需要需要运送前后溶质分子不变运送前后溶质分子不变 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 无竞争性无竞争性有竞争性有竞争性有竞争性有竞争性有竞争性有竞争性运送抑制剂运送抑制剂 无无 有有 有有 有有运送对象举例运送对象举例 水、水、

33、O O2 2 糖、糖、SOSO4 42-2-氨基酸、乳糖氨基酸、乳糖 葡萄糖葡萄糖 嘌呤嘌呤四种运送营养方式的比较四种运送营养方式的比较5.4 营养基营养基培养基是人工配制的，适合微生物生长繁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。殖或产生代谢产物的营养基质。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

34、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： 1.05kg/cm2,121.315-30分钟；分钟；1.5kg/cm2,1281.5-2.0小小 时时5.4.1 5.4.1 选用和设计培养基的原则和方法选用和设计培养基的原则和方法1.1.目的明确目的明确2.2.营养协调营养协调3.3.理化条件适宜理化条件适宜4.4.经济节约经济节约1.1.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性强的培养基。根据不同的微生物的营养要求配制针对性强的培养基。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 10g MgSO S 10

35、g MgSO4 4.7H.7H2 2O 0.5g O 0.5g (NH (NH4 4) )2 2SOSO4 4 0.4g FeSO 0.4g FeSO4 4 0.01g 0.01g kH kH2 2POPO4 4 4g CaCl 4g CaCl2 2 0.25g 0.25g H H2 2O 1000mlO 1000ml培养化能异养的大肠杆菌一种培养基是由下列化培养化能异养的大肠杆菌一种培养基是由下列化学成分组成：学成分组成： 葡萄糖葡萄糖 5 5g NHg NH4 4H H2 2POPO4 4 1g 1g NaCl 5g MgSO NaCl 5g MgSO4 4.7H.7H2 2O 0.2g

36、O 0.2g K K2 2HPOHPO4 4 1g H 1g H2 2O 1000mlO 1000ml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 NaCl 5g Hg NaCl 5g H2 2O 1000mlO 1000ml放线菌（高氏放线菌（高氏1 1号）号）淀淀粉粉 2020g g K K2 2HPOHPO4 4 0.5g 0.5g NaCl NaCl 0.5g 0.5g MgSOMgSO4 4.7H.7H2 2O O 0.5g KNO0.5g KNO3 3

37、1g FeSO 1g FeSO4 4 0.01g H2O 1000ml 0.01g H2O 1000ml酵母菌酵母菌( (麦芽汁培养基麦芽汁培养基) )干干麦麦芽芽粉粉加加四四倍倍水水，在在50-6050-60保保温温糖糖化化3-43-4小小时时，用用碘碘液液试试验验检检查查至至糖糖化化完完全全为为止止，调调整整糖糖液液浓浓度度为为1010。巴巴林林，煮煮沸沸后，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）NaNO3 NaNO3 3g 3g K K2 2HPOHPO4 4 1g 1g KCl KCl 0.5g 0.5g MgSOMgSO4

38、4.7H.7H2 2O O 0.5gFeSO0.5gFeSO4 4 0.01g 0.01g 蔗糖蔗糖 30 30g Hg H2 2O 1000mlO 1000ml2.2.营养协调营养协调培养基中营养物质浓度合适时微生物才能生长良培养基中营养物质浓度合适时微生物才能生长良好，营养物质浓度过低时不能满足微生物正常生长所好，营养物质浓度过低时不能满足微生物正常生长所需，浓度过高时则可能对微生物生长起抑制作用。需，浓度过高时则可能对微生物生长起抑制作用。培养基中各营养物质之间的浓度配比也直接影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代谢产物的形成和积累，其响微生物的生长繁殖和代谢产

39、物的形成和积累，其中碳氮比（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，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。有时也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，培养基碳氮例如，在利用微生物发酵生产谷氨酸的过程中，培养基碳氮比为比为4/14/1时，菌体量繁殖，谷氨酸积累少；当培养基碳氮比时，菌体量繁殖，谷氨酸积累少；当培养基碳氮比为为3/13/1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。3.3.理化条件适宜理化条件适宜a. pHb. 水

40、活度水活度c.氧化还原电位氧化还原电位a. 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。b. 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

41、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/Pw=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。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,

42、 ,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，其生长的最适微生物不同，其生长的最适ww不同。不同。c.c.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）。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

43、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。4. 4. 经济节约经济节约6.4.2 6.4.2 培养基的类型及应用培养基的类型及应用培养基种类繁多，根据其培养基种类繁多，根据其成分、物理状态和用途可将培成分、物理状态和用途可将培养基分成多种类型：养基分成多种类型：按按成成分分( (营营养养来来源源) )不不同同天然培养基天然培养基合成培养基合

44、成培养基天然培天然培养基养基 用天然的且用天然的且化学成分还不化学成分还不清楚或化学成分不恒定的清楚或化学成分不恒定的有机有机物质配制而成物质配制而成的的培养基培养基。如农。如农产品麦麸、米糠等，也有动植产品麦麸、米糠等，也有动植物浸出液，如牛肉膏、麦芽汁、物浸出液，如牛肉膏、麦芽汁、豆芽汁及马铃薯汁等。豆芽汁及马铃薯汁等。 优点：优点：营养丰富、经济方便，营养丰富、经济方便，但它的化学成分不能定量，每但它的化学成分不能定量，每批成分也不稳定，不宜用作精批成分也不稳定，不宜用作精确的实验。确的实验。常用的天然培养基有牛肉膏蛋常用的天然培养基有牛肉膏蛋白胨培养基、麦芽汁培养基等。白胨培养基、麦芽

45、汁培养基等。合成培合成培养基养基优点优点: :各种成分简单而各种成分简单而清楚，容易控制，适于清楚，容易控制，适于进行某些定性、定量测进行某些定性、定量测定。定。常用的合成培养基有高常用的合成培养基有高氏一号培养基、氏一号培养基、查查氏培氏培养基等养基等 。用化学成分完全了解的用化学成分完全了解的物质配制而成的培养基。物质配制而成的培养基。按按物物理理状状态态不不同同划划分分固体培养基固体培养基液体培养基液体培养基半固体培养基半固体培养基液液体体培培养养基基大规模工业生产及在实验室进行微生大规模工业生产及在实验室进行微生物的基础理论和应用方面的研究物的基础理论和应用方面的研究 培养基呈液体状态

46、，不加任何凝培养基呈液体状态，不加任何凝固剂。它含有微生物生长发育所需要固剂。它含有微生物生长发育所需要的各种营养物质。的各种营养物质。 菌体在这种培养基中能够更好地接触和菌体在这种培养基中能够更好地接触和吸收养料，因而菌体生长迅速；同时所吸收养料，因而菌体生长迅速；同时所制的液体菌种便于接种工作的机械化、制的液体菌种便于接种工作的机械化、自动化，有利于提高生产效率。自动化，有利于提高生产效率。 固体培养基常用来进行微生物固体培养基常用来进行微生物的分离、鉴定、活菌计数及菌的分离、鉴定、活菌计数及菌种保藏种保藏 固固体体培培养养基基 在液体培养基中加入一定在液体培养基中加入一定量的凝固剂，量的

47、凝固剂，使其成为固体状使其成为固体状态态固体培养基。固体培养基。常用的凝固剂：琼脂明胶等常用的凝固剂：琼脂明胶等 根据季节和用途的不同，凝根据季节和用途的不同，凝固剂的添加量一般在固剂的添加量一般在1.51.5-2-2之之间。固体培养基可制成试管斜面，间。固体培养基可制成试管斜面，也可制成平皿平面（平板）。也可制成平皿平面（平板）。半固半固体培体培养基养基琼脂含量一般为琼脂含量一般为0.2%-0.7%观察微生物的运动特征、分类鉴观察微生物的运动特征、分类鉴定及噬菌体效价滴定定及噬菌体效价滴定 按培养基表面形状的不同划分按培养基表面形状的不同划分斜面培养基斜面培养基 将琼脂将琼脂培养基装入培养基

48、装入试管灭菌后，试管灭菌后，乘热放置成乘热放置成斜面，凝固斜面，凝固后即成。用后即成。用于菌种扩大于菌种扩大转管及菌种转管及菌种的保藏。的保藏。 平面平面( (平板平板)培养基培养基 高层培养基高层培养基 将琼脂培养基将琼脂培养基装入三角瓶中灭菌装入三角瓶中灭菌后，冷至后，冷至5050左右，左右，乘热倒入灭菌平皿乘热倒入灭菌平皿( (或不倒入平皿或不倒入平皿) )凝固后即成。用于凝固后即成。用于菌种分离和研究微菌种分离和研究微生物的某些特征。生物的某些特征。 将琼脂培养基装入试管将琼脂培养基装入试管内灭菌后，不摆成斜面，内灭菌后，不摆成斜面，即成高层培养基。接入高即成高层培养基。接入高层培养基

49、的菌种，发育的层培养基的菌种，发育的面积虽然小，但这种培养面积虽然小，但这种培养基厚度大，营养丰富，存基厚度大，营养丰富，存放时间长，也不易干燥开放时间长，也不易干燥开裂。常用于保存菌种。裂。常用于保存菌种。 按按用用途途不不同同划划分分基础培养基基础培养基鉴别培养基鉴别培养基含有一般微生物生长含有一般微生物生长繁殖所需的基本营养繁殖所需的基本营养物质的培养基物质的培养基用来将某种或用来将某种或某类微生物从某类微生物从混杂的微生物混杂的微生物群体中分离出群体中分离出来的培养基来的培养基用于鉴别不同用于鉴别不同类型微生物的类型微生物的培养基培养基选择培养基选择培养基在基础培养基中加在基础培养基中

50、加入某些特殊营养物入某些特殊营养物质制成的一类营养质制成的一类营养丰富的培养基丰富的培养基微生物产生某种代谢产微生物产生某种代谢产物，与培养基中的特殊物，与培养基中的特殊化学物质发生特定的化化学物质发生特定的化学反应，产生明显的特学反应，产生明显的特征变化征变化牛肉膏蛋白胨培牛肉膏蛋白胨培养基是最常用的养基是最常用的基础培养基基础培养基加富培养基加富培养基特殊营养物质包特殊营养物质包括血液、血清、括血液、血清、酵母浸膏、动植酵母浸膏、动植物组织液等物组织液等在培养基中加入相应的在培养基中加入相应的特殊营养物质或化学物特殊营养物质或化学物质，抑制不需要的微生质，抑制不需要的微生物的生长，有利于所需物的生长，有利于所需微生物的生长微生物的生长