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1、微生物的营养微生物的营养4 4细胞从外界环境中摄取化学物质，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使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需的能量及其结构物质的生理过程称为营养或营养作用。称为营养或营养作用。氮源这类物质主要用来合成细胞中的含氮物质，氮源这类物质主要用来合成细胞中的含氮物质，一般不作为能源，只有少数自养微生物能利用一般不作为能源，只有少数自养微生物能利用铵盐、硝酸盐同时作为氮源与能源。铵盐、硝酸盐同时作为氮源与能源。不同种类的微生物对氮源的需要也不尽相同。不同种类的微生物对氮源的需要也不尽相同。微生物培养时最常用的有机氮源是牛肉膏、酵微
2、生物培养时最常用的有机氮源是牛肉膏、酵母膏等，蛋白胨（部分水解蛋白质）是许多微母膏等，蛋白胨（部分水解蛋白质）是许多微生物良好的氮源。生物良好的氮源。从微生物所能利用的氮源种类来看，存从微生物所能利用的氮源种类来看，存在着一个明显的界限：在着一个明显的界限：v一部分微生物是不需要利用氨基酸作氮一部分微生物是不需要利用氨基酸作氮源的，它们能把尿素、铵盐甚至氮气等源的，它们能把尿素、铵盐甚至氮气等简单氮源自行合成所需要的一切氨基酸，简单氮源自行合成所需要的一切氨基酸，称为称为氨基酸自养型生物氨基酸自养型生物。v凡需要从外界吸收现成的氨基酸作氮源凡需要从外界吸收现成的氨基酸作氮源的微生物就是的微生物
3、就是氨基酸异养型生物氨基酸异养型生物。三、水三、水水是细胞维持正常生命活动所必不可少水是细胞维持正常生命活动所必不可少的，一般可占细胞重量的的，一般可占细胞重量的707090%90%。在微生物各种各样的生理活动中必须有在微生物各种各样的生理活动中必须有水参加才能进行。水参加才能进行。水是一种最优良的溶剂，可保证几乎一水是一种最优良的溶剂，可保证几乎一切生物化学反应的进行切生物化学反应的进行水可维持各种生物大分子结构的稳定性，水可维持各种生物大分子结构的稳定性，并参与某些重要的生物化学反应。并参与某些重要的生物化学反应。水还有许多优良的物理性质，诸如高比水还有许多优良的物理性质，诸如高比热、高汽
4、化热、高沸点以及固态时密度热、高汽化热、高沸点以及固态时密度小于液态等，都是保证生命活动十分重小于液态等，都是保证生命活动十分重要的特性。要的特性。四、无机盐四、无机盐主要有主要有P P、S S、 Mg Mg、 K K、 Ca Ca、 Na Na、F F微量微量元素等；无机盐是微生物生长必不可少的元素等；无机盐是微生物生长必不可少的一类营养物质一类营养物质, ,它们在机体中的生理功能它们在机体中的生理功能主要是作为酶活性中心的组成部分、维持主要是作为酶活性中心的组成部分、维持生物大分子和细胞结构的稳定性、调节并生物大分子和细胞结构的稳定性、调节并维持细胞的渗透压平衡、控制细胞的氧化维持细胞的渗
5、透压平衡、控制细胞的氧化还原电位和作为某些微生物生长的能源物还原电位和作为某些微生物生长的能源物质等。质等。主要元素包括磷、硫、钾、镁、钙、钠主要元素包括磷、硫、钾、镁、钙、钠等。等。微量元素包括锌、锰、氯、钼、硒、钴、微量元素包括锌、锰、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等。铜、钨、镍、硼等。在配制培养基时，首选加入磷酸氢二钾在配制培养基时，首选加入磷酸氢二钾和硫酸镁，基本时可以同时提供和硫酸镁，基本时可以同时提供4种需要种需要量最大的元素。量最大的元素。五、生长因子五、生长因子生长因子生长因子通常指那些微生物生长所必需且需要通常指那些微生物生长所必需且需要量很小量很小, ,而且微生物自身不能合
6、成或合成量不足而且微生物自身不能合成或合成量不足以满足机体生长需要的有机化合物。以满足机体生长需要的有机化合物。根据生长因子的化学结构和它们在机体中的生根据生长因子的化学结构和它们在机体中的生理功能的不同理功能的不同, ,可将生长因子分为维生素可将生长因子分为维生素(vitamin)(vitamin)、氨基酸与嘌呤及嘧啶三大类。、氨基酸与嘌呤及嘧啶三大类。生长因子可以从酵母膏、玉米浆、麦芽汁、血生长因子可以从酵母膏、玉米浆、麦芽汁、血液或血清中获得。液或血清中获得。维生素维生素氨基酸类氨基酸类嘌呤、嘧啶及其衍生物嘌呤、嘧啶及其衍生物根据微生物对生长因子的需要情况的不根据微生物对生长因子的需要情
7、况的不同，可将微生物分为生长因子自养型微同，可将微生物分为生长因子自养型微生物、生长因子异养型微生物和生长因生物、生长因子异养型微生物和生长因子过量合成的微生物。子过量合成的微生物。第三节第三节 微生物的营养类型微生物的营养类型根据微生物对碳源的要求不同，可将其分为自根据微生物对碳源的要求不同，可将其分为自养菌和异养菌两大营养类型。养菌和异养菌两大营养类型。凡能利用无机碳合成菌体内有机碳化物的，叫凡能利用无机碳合成菌体内有机碳化物的，叫自养菌自养菌；不能利用无机碳而需要有机碳才能合成菌；不能利用无机碳而需要有机碳才能合成菌体内有机碳化物的，为体内有机碳化物的，为异养菌异养菌。根据其生命活动所需
8、能量的来源不同，可分为根据其生命活动所需能量的来源不同，可分为光能营养菌光能营养菌和和化能营养菌化能营养菌。前者是从光线中获得能。前者是从光线中获得能量，后者则从化学物质氧化中取得能量。量，后者则从化学物质氧化中取得能量。因此，根据微生物所需的碳源和能源不同，可因此，根据微生物所需的碳源和能源不同，可将微生物分为将微生物分为光能自养菌、光能异养菌、化能自养光能自养菌、光能异养菌、化能自养菌、化能异养菌等菌、化能异养菌等四类。四类。根据碳源、能源及电子供体性质的不同可分为根据碳源、能源及电子供体性质的不同可分为: :光能自养型光能自养型: : 以光为能源，以以光为能源，以COCO2 2 为唯一或
9、主要碳源为唯一或主要碳源, ,不依赖任不依赖任 何有机物即可正常生长何有机物即可正常生长光能异养型光能异养型: : 以光为能源，但生长需要一定的有机营以光为能源，但生长需要一定的有机营养养. . 化能自养型化能自养型: :以无机物的氧化获得能量，生长不依赖有以无机物的氧化获得能量，生长不依赖有机营养物机营养物化能异养型化能异养型: :以有机物的氧化获得能量，生长依赖于有以有机物的氧化获得能量，生长依赖于有机营养物质机营养物质光能自养型和光能异养型微生物可利用光能生光能自养型和光能异养型微生物可利用光能生长，在地球早期生态环境的演化过程中起重要长，在地球早期生态环境的演化过程中起重要作用作用微生
10、物的营养类型微生物的营养类型 营养类型营养类型 主要（或唯一）主要（或唯一）主要（或唯一）主要（或唯一）碳源碳源碳源碳源 能源能源能源能源 代表菌代表菌代表菌代表菌 光能自养型光能自养型 二氧化碳二氧化碳 光能光能 蓝细菌蓝细菌 光能异养型光能异养型 有机物有机物 光能光能 红螺细菌红螺细菌 化能自养型化能自养型 二氧化碳二氧化碳 无机物无机物 硫杆菌硫杆菌 化能异养型化能异养型 有机物有机物 有机物有机物 大肠杆菌大肠杆菌 第四节第四节 微生物对营养物质的吸收方式微生物对营养物质的吸收方式 外界环境的营养物质只有被微生物吸外界环境的营养物质只有被微生物吸收到细胞内，才能被微生物分解与利用，收
11、到细胞内，才能被微生物分解与利用，微生物生长过程中产生的一些代谢产物也微生物生长过程中产生的一些代谢产物也必须分泌到细胞外，在这两个过程中，细必须分泌到细胞外，在这两个过程中，细胞膜起着重要作用。目前一般认为，营养胞膜起着重要作用。目前一般认为，营养物质主要以扩散、促进扩散、主动运输和物质主要以扩散、促进扩散、主动运输和基团转位四种方式通过微生物细胞膜。基团转位四种方式通过微生物细胞膜。一、被动扩散一、被动扩散指疏水性双分子层细胞膜在指疏水性双分子层细胞膜在无载体蛋白参与下，单纯依无载体蛋白参与下，单纯依靠物理扩散方式让许多小分靠物理扩散方式让许多小分子、非电离分子尤其是亲水子、非电离分子尤其
12、是亲水性分子被动通过的一种物质性分子被动通过的一种物质运送方式。运送方式。主要有氧、二氧化碳、乙醇主要有氧、二氧化碳、乙醇和某些氨基酸分子。和某些氨基酸分子。二、促进扩散指溶质在运送过程中，必须借助存在于指溶质在运送过程中，必须借助存在于细胞膜上的底物特异载体蛋白的协助，细胞膜上的底物特异载体蛋白的协助，但不消耗能量的一类扩散性运送方式。但不消耗能量的一类扩散性运送方式。促进扩散与被动扩散的主要区别在于通促进扩散与被动扩散的主要区别在于通过促进扩散进行跨膜运输的物质需要借过促进扩散进行跨膜运输的物质需要借助与载体助与载体(carrier)(carrier)的作用才能进入细胞的作用才能进入细胞.
13、 .而且每种载体只运输相应的物质而且每种载体只运输相应的物质, ,具有较具有较高的专一性。高的专一性。 三、主动运输三、主动运输指一类须提供能量并通过细胞膜上特异指一类须提供能量并通过细胞膜上特异性载体蛋白构象的变化，而使膜外环境性载体蛋白构象的变化，而使膜外环境中低浓度的溶质运入膜内的一种运送方中低浓度的溶质运入膜内的一种运送方式。式。 ATP ADP + Pi 恢复恢复原构像原构像再循环再循环耗能构像耗能构像 改变改变膜上膜外膜内移位移位结合结合12主动运输特点主动运输特点：1.1.被运送的物质可被运送的物质可逆浓度梯度进入逆浓度梯度进入细胞内细胞内 2.2.要消耗能量，必要消耗能量，必需
14、有能量参加。需有能量参加。 3.3.有膜载体参加，有膜载体参加，膜载体发生构型膜载体发生构型变化。变化。 4.4.被运送物质不发被运送物质不发生任何变化。生任何变化。运送对象举例：氨基酸、乳糖等糖类，运送对象举例：氨基酸、乳糖等糖类，Na+、Ca2+等无机离子。等无机离子。四、基团转移指一类既指一类既需特异性载体蛋白需特异性载体蛋白的参与，又的参与，又需需耗能耗能的一种物质运送方式，其特点使的一种物质运送方式，其特点使溶质在运送前后还会发生溶质在运送前后还会发生分子结构的变分子结构的变化化，因此不同于一般的主动运送。，因此不同于一般的主动运送。运送对象举例：葡萄糖、果糖、甘露糖、运送对象举例：
15、葡萄糖、果糖、甘露糖、嘌呤、核苷、脂肪酸等。嘌呤、核苷、脂肪酸等。运送机制主要靠磷酸转移酶系统。运送机制主要靠磷酸转移酶系统。运输方式运输方式 浓度浓度载体载体耗能耗能运送分子运送分子发生变化发生变化单纯扩散单纯扩散 高高低低不需要不需要不耗能不耗能不变化不变化促进扩散促进扩散 高高低低需要需要不耗能不耗能不变化不变化主动运输主动运输 低低高高需要需要耗能耗能不变化不变化基团转位基团转位 低低高高需要需要耗能耗能变化变化运输方式：运输方式：第五节第五节 培养基培养基培养基培养基是人工配制的适合于不同微生是人工配制的适合于不同微生物生长繁殖或积累代谢产物营养基质。物生长繁殖或积累代谢产物营养基质
16、。 一、培养基的类型一、培养基的类型 1.1.合成培养基：合成培养基： 由已知化学药品配成由已知化学药品配成, ,成分成分和浓度都已完全知道和浓度都已完全知道, ,每一次配制也基本恒定。每一次配制也基本恒定。这种培养基成分精确，重复性强，多用于实验这种培养基成分精确，重复性强，多用于实验室室, ,费用较高。费用较高。如：如：高氏一号培养基（淀粉硝酸盐培养基）放线菌高氏一号培养基（淀粉硝酸盐培养基）放线菌高氏一号培养基（淀粉硝酸盐培养基）放线菌高氏一号培养基（淀粉硝酸盐培养基）放线菌察氏培养基（蔗糖硝酸盐培养基）真菌察氏培养基（蔗糖硝酸盐培养基）真菌察氏培养基（蔗糖硝酸盐培养基）真菌察氏培养基（
17、蔗糖硝酸盐培养基）真菌根据营养物质来源不同分为根据营养物质来源不同分为2.2.天然培养基天然培养基: : 化学成分不完全了解或化化学成分不完全了解或化学成分不恒定的天然有机物配制的培养学成分不恒定的天然有机物配制的培养基。如动植物汁液基。如动植物汁液, ,土壤浸出液土壤浸出液, , 等配制等配制成培养基。配制方便，经济。成培养基。配制方便，经济。如：如：牛肉膏蛋白胨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细菌牛肉膏蛋白胨培养基细菌麦芽汁培养基酵母菌麦芽汁培养基酵母菌麦芽汁培养基酵母菌麦芽汁培养基酵母菌牛肉膏牛肉膏 瘦牛肉组织浸出汁浓缩而成的膏瘦牛肉组织浸出汁浓缩而成的膏状物质，富含水
18、溶性碳水化合物，有机状物质，富含水溶性碳水化合物，有机氮化合物，维生素，盐等。氮化合物，维生素，盐等。蛋白胨蛋白胨 将肉，酪素或明胶用酸或蛋白酶将肉，酪素或明胶用酸或蛋白酶水解后干燥而成的粉末状物质，富含有水解后干燥而成的粉末状物质，富含有机氮化合物，也含有一些维生素和碳水机氮化合物，也含有一些维生素和碳水化合物。化合物。酵母膏酵母膏 酵母细胞的水溶性提取物浓缩而酵母细胞的水溶性提取物浓缩而成的膏状物质成的膏状物质 ，富含类维生素，也含有，富含类维生素，也含有有机氮化合物和碳水化合物。有机氮化合物和碳水化合物。 3.3.半合成培养基半合成培养基: :由成分已知的物质和由成分已知的物质和成分未知
19、的天然物质配制而成的培养基成分未知的天然物质配制而成的培养基, ,如如PDAPDA培养基。培养基。如：如：马铃薯蔗糖培养基真菌马铃薯蔗糖培养基真菌马铃薯蔗糖培养基真菌马铃薯蔗糖培养基真菌 根据培养基物理状态分根据培养基物理状态分A.液体培养基液体培养基: :配制后不加任何凝固剂。配制后不加任何凝固剂。 B.B.半固体培养基半固体培养基: :在液体培养基上加进一定凝固剂在液体培养基上加进一定凝固剂, ,在在液体培养基中如加液体培养基中如加0.5%0.5%琼脂琼脂, ,可以用来观察细胞运可以用来观察细胞运动的特征动的特征, ,鉴定菌种鉴定菌种, ,测定抗菌素的效价等。测定抗菌素的效价等。 C.C.
20、固体培养基固体培养基: :在液体培养基中加入凝固剂在液体培养基中加入凝固剂( (如如1.5-1.5-2.0%2.0%琼脂琼脂) )。固体培养基为微生物的生长提供了一。固体培养基为微生物的生长提供了一个营养表面个营养表面, ,在这个表面生长微生物可形成单个菌在这个表面生长微生物可形成单个菌落落, ,用于微生物的分离用于微生物的分离, ,鉴定鉴定, ,计数计数, ,保管。保管。D.D.脱水培养基：指含有除水分以外的一切成分的商品脱水培养基：指含有除水分以外的一切成分的商品培养基，使用时只要加入适量水分并加以灭菌即可，培养基，使用时只要加入适量水分并加以灭菌即可，其成分精确且使用方便。其成分精确且使
21、用方便。 常用的凝固剂有琼脂常用的凝固剂有琼脂(agar)(agar)、明胶、明胶(gelatin)(gelatin)和硅胶和硅胶(silica gel)(silica gel)。化学化学成分成分营养营养价值价值分解分解性性融化融化温度温度凝固凝固温度温度常用常用浓度浓度透明透明度度黏黏着着力力耐加耐加压灭压灭菌菌琼琼脂脂聚半乳聚半乳糖的硫糖的硫酸酯酸酯无无罕见罕见约约9696 约约40401.5%1.5%2%2%高高强强强强明明胶胶蛋白质蛋白质作氮源作氮源极易极易约约2525 约约20205%5%12%12%高高强强弱弱 琼脂与明胶若干特性的比较琼脂与明胶若干特性的比较琼脂与明胶若干特性的比
22、较琼脂与明胶若干特性的比较粘液型菌落菌膜菌沉淀均匀浑浊对照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根据培养基的用途来分根据培养基的用途来分基础培养基：基础培养基：满足一般微生物生长繁殖所需要的营满足一般微生物生长繁殖所需要的营养物质。牛肉膏蛋白胨培养基是最常用的基础培养养物质。牛肉膏蛋白胨培养基是最常用的基础培养基。基。 加富培养基加富培养基: :在自然界中各种微生物通常是混杂在在自然界中各种微生物通常是混杂在一起的，了解了某一些微生物的营养要求，配制适一起的，了解了某一些微生物的营养要求，配制适合这种微生物生长而不适合其他微生物生长的培养合这种微生物生长而不适合其他微
23、生物生长的培养基，就达到了从自然界中分离这种微生物的目的，基，就达到了从自然界中分离这种微生物的目的，这种培养基就称为加富培养基。一般常加入血、血这种培养基就称为加富培养基。一般常加入血、血清或动植物提取液等。清或动植物提取液等。“投其所好投其所好投其所好投其所好” 选择性培养基选择性培养基: :根据不同的微生物对营养根据不同的微生物对营养的特殊要求的特殊要求, ,或对物理化学条件的抗性而或对物理化学条件的抗性而设计的培养基设计的培养基, ,利用这一类培养基可以把利用这一类培养基可以把需要微生物从混杂的其他微生物分离和需要微生物从混杂的其他微生物分离和确定。确定。 “取其所抗取其所抗”鉴别培养
24、基鉴别培养基: :在培养基中加入某种特殊化学在培养基中加入某种特殊化学物质物质, ,某种微生物在培养基中生长后能产生某某种微生物在培养基中生长后能产生某种代谢产物种代谢产物, ,而这种代谢产物可以与培养基中而这种代谢产物可以与培养基中的特殊化学物质发生特定的化学反应的特殊化学物质发生特定的化学反应, ,产生明产生明显的特征性变化显的特征性变化, ,根据这种特征性变化根据这种特征性变化, ,可将该可将该种微生物与其他微生物区分开来。种微生物与其他微生物区分开来。最常见的鉴别性培养基是最常见的鉴别性培养基是伊红美蓝乳糖伊红美蓝乳糖培养基培养基，即，即EMBEMB培养基。它在饮用水、培养基。它在饮用
25、水、牛奶的大肠菌群数等细菌学检查和大肠牛奶的大肠菌群数等细菌学检查和大肠杆菌的遗传学研究工作中有着重要的用杆菌的遗传学研究工作中有着重要的用途。途。二、二、 培养基配制原则培养基配制原则 1.1.目的明确：目的明确：根据不同微生物的营养需根据不同微生物的营养需要配制不同的培养基。要配制不同的培养基。2.2.营养协调：营养协调：注意营养物质的浓度比和注意营养物质的浓度比和C/NC/N比。比。 （C/NC/N比是指在微生物培养基中所含比是指在微生物培养基中所含的碳源中的碳原子摩尔数与氮源中的氮摩尔数的碳源中的碳原子摩尔数与氮源中的氮摩尔数之比。）之比。）3.3.理化适宜：理化适宜：调节适宜的调节适
26、宜的pHpH值。值。 pH pH 的内源调节：借磷酸缓冲液进行的内源调节：借磷酸缓冲液进行调节；以碳酸钙作备用碱进行调节。调节；以碳酸钙作备用碱进行调节。4.4.经济节约：经济节约：根据培养微生物的目的决根据培养微生物的目的决定成分的量。以粗代精，以野代家，以定成分的量。以粗代精，以野代家，以废代好，以简代繁，以纤代糖，以国代废代好，以简代繁，以纤代糖，以国代进等等。进等等。复习思考题复习思考题1.1.什么是碳源、氮源？什么是生长因子？什么是碳源、氮源？什么是生长因子？2.2.什么是自养微生物？它们有几种主要生理类什么是自养微生物？它们有几种主要生理类型？举例说明型？举例说明3.3.什么是基团转移？试述其分子机制。什么是基团转移？试述其分子机制。4.4.什么是选择性培养基？试举一例并分析其中什么是选择性培养基？试举一例并分析其中的原理。的原理。5.5.什么是鉴别性培养基？试以什么是鉴别性培养基？试以EMBEMB培养基为例，培养基为例，分析其鉴别作用的原理。分析其鉴别作用的原理。6.6.何谓固体培养基？何谓固体培养基？结束语结束语谢谢大家聆听！谢谢大家聆听！48
