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1、微生物的营养微生物的营养1第五章第五章 微生物的营养和培养基微生物的营养和培养基Microbial Nutrition Microbial Nutrition and Mediumand Medium第一节第一节微生物的微生物的6类营养要素类营养要素第二节第二节微生物的营养类型微生物的营养类型第三节第三节营养物质进入细胞的方式营养物质进入细胞的方式第四节第四节培养基培养基1、微、微生生物物的的碳碳源源Carbonsource定义：定义：一切能满足微生物生长繁殖所需碳元素的营养一切能满足微生物生长繁殖所需碳元素的营养物。碳占细胞干重的物。碳占细胞干重的50。功能：功能：提供合成细胞物质及代谢物的
2、原料提供合成细胞物质及代谢物的原料; ;并为并为整个整个生理活动提供所需要能源（异养微生物）。生理活动提供所需要能源（异养微生物）。碳源碳源谱:无机碳：无机碳：如CO2和碳酸盐等。有有机机碳碳：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。异养微生物异养微生物：必：必须利用有机碳源有机碳源的为数众多的微生物。自养微生物自养微生物：以无机碳源无机碳源做为主要碳源主要碳源的种类极少的微生物。微生物可利用的碳源微生物可利用的碳源糖类：糖类：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，半纤维素，甲壳素
3、，木质素等有机酸：有机酸：乳酸，柠檬酸，延胡索酸，低级脂肪酸，高级脂肪酸，氨基酸等醇类：醇类：乙醇脂类：脂类：脂肪，磷脂烃类：烃类：天然气，石油，石油馏分，石蜡油CO2：CO2碳酸盐：碳酸盐：NaHCO3,CaCO3,白垩，等其他：其他：芳香族化合物，氰化物，蛋白质，肽，核酸等微生物工业发酵中用做碳源的原料微生物工业发酵中用做碳源的原料传统种类：糖类（单糖，饴糖）淀粉（玉米粉、山芋粉、野生植物淀粉等）麸皮各种米糠等代粮发酵：纤维素、石油、CO22、微微生生物物的的氮氮源源Nitrogen source Nitrogen source 概念：概念：凡能提供微生物生长繁殖所需氮元素的营养源。氮占细
4、菌干重的1215。功能：功能： 1 1）提供合成细胞中含氮物，如蛋白质、核酸，以及含氮代谢物等的原料；2 2）少数细菌可以铵盐、硝酸盐等氮源为能源。种种类： 无机氮源：无机氮源： 铵盐、硝酸、硝酸盐、亚硝酸硝酸盐、大气、大气N2等等有机氮源：有机氮源：牛肉膏、酵母膏、蛋白牛肉膏、酵母膏、蛋白胨、玉米、玉米浆、鱼粉、粉、黄豆黄豆饼、花生、花生饼等等根据微生物所能利用的氮源种类，可将其分为两类：氨基酸自养型生物：不需要利用氨基酸做氮源，能把尿素、铵盐、硝酸盐甚至氮气等简单氮源自行合成所需要的一切氨基酸的微生物。氨基酸异养型生物：需要从外界吸收现成的氨基酸作氮源的微生物。蛋白氮必须通过水解之后降解成
5、胨、肽、氨基酸等才能被机体利用，这种氮源叫迟效氮源。无机氮源或以蛋白质降解产物形式存在的有机氮源可以直接被菌体吸收利用，这种氮源叫做速效氮源。生理酸性、碱性、中性盐(NH4)2SO42NH4+SO42-入胞入胞pHK+（Na+）+NO3-入胞入胞pHKNO3NaNO3NH4NO3NH4+(先入胞先入胞)+NO3-(后入胞后入胞)3、微微生生物物的的能能源源化能异养微生物：有机物（同碳源）化能异养微生物：有机物（同碳源）化学物化学物质化能自养微生物：化能自养微生物：还原原态无无机物机物质NH4+,NO2-,S,H2S,H2,Fe2+等物等物 能源能源谱（不同碳源）（不同碳源）辐射能：光能自养和光
6、能异养微生物射能：光能自养和光能异养微生物能源：能为微生物生命活动提供最初能量来源的营养物或辐射能。4 4、生长因子（、生长因子（growth factorgrowth factor）：）：定义定义:是一类调节微生物正常代谢所必需，但微生物是一类调节微生物正常代谢所必需，但微生物自身不能用简单的碳源或氮源自行合成，或合成量自身不能用简单的碳源或氮源自行合成，或合成量不足以满足机体需要的有机物。不同微生物需求的不足以满足机体需要的有机物。不同微生物需求的生长因子的种类和数量不同。生长因子的种类和数量不同。狭义：维生素狭义：维生素广义：维生素、碱基、卟啉及其衍生物、甾醇、广义：维生素、碱基、卟啉及
7、其衍生物、甾醇、生物素、嘌呤、氨基酸等生物素、嘌呤、氨基酸等1.purinesandpyrimidines:requiredforsynthesisofnucleicacids(DNAandRNA)2.aminoacids:requiredforthesynthesisofproteins3.vitamins:neededascoenzymesandfunctionalgroupsofcertainenzymescategories:Growthfactorsareorganizedintothreecategories: 缺乏合成生长因子能力的微生物称为缺乏合成生长因子能力的微生物称为“营营
8、养缺陷型养缺陷型”微生物。微生物。 有些微生物缺乏或丧失合成某种或某些有些微生物缺乏或丧失合成某种或某些氨基酸的酶，所以不能合成生长所必需的氨氨基酸的酶，所以不能合成生长所必需的氨基酸，这类微生物被称为基酸，这类微生物被称为“氨基酸缺陷型氨基酸缺陷型”。例如：肠膜明串珠菌（例如：肠膜明串珠菌（leuconostoc leuconostoc mesenteroidesmesenteroides）常常需要由外源供给多种氨常常需要由外源供给多种氨基酸才能生长基酸才能生长根据微生物对生长因子的需要与否根据微生物对生长因子的需要与否，可分为：可分为：1. 野生型野生型(wild type) 原养型原养型
9、 不需要从外界吸收任何生长因子而能在基础培养不需要从外界吸收任何生长因子而能在基础培养基上生长的菌株基上生长的菌株2. 营养缺陷型营养缺陷型(auxotroph) 由于自发或诱发突变等原因，从野生型菌株产生由于自发或诱发突变等原因，从野生型菌株产生的需要从外界吸收多种生长因子才能维持正常生长的需要从外界吸收多种生长因子才能维持正常生长的菌株的菌株3.生长因子过量合成的微生物生长因子过量合成的微生物 少数微生物在其代谢活动中，能合成并大量分泌少数微生物在其代谢活动中，能合成并大量分泌某些维生素等生长因子。可作为有关维生素的生产某些维生素等生长因子。可作为有关维生素的生产菌种。菌种。5、无、无机机
10、盐定义：定义：为微生物细胞生长提供碳、氮源以外的各种为微生物细胞生长提供碳、氮源以外的各种重要元素（包括大量元素和微量元素）的物质，重要元素（包括大量元素和微量元素）的物质，多以无机盐的形式供给。多以无机盐的形式供给。大量元素大量元素：P、S、K、Mg、Ca、Na、Fe（微生物（微生物生长所需浓度在生长所需浓度在10-310-4mol/L）微量元素微量元素：Cu、Zn、Mn、Mo、Co（微生物生长（微生物生长所需浓度在所需浓度在10-610-8mol/L）生理功能无机盐大量元素微量元素一般功能特殊功能酶的激活剂（Cu2+、Mn2+、Zn2+等）特殊分子或酶结构成分（Co、Mo等）维持渗透压生理
11、调节物质酶的激活剂pH的稳定化能自养菌的能源(S、Fe2+、NH4+、NO2-)无氧呼吸时的氢受体(NO3-、SO42-)细胞内一般分子成分(如P，S，Ca，Mg，Fe等)无无机机元元素素的的来来源源和和功功能能6、水、水水的功能：水的功能：是微生物细胞的重要组成部分，使原生质保持溶胶状态，保证代谢正常进行起到物质溶剂和运输介质的作用有效控制细胞内的温度变化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%水在细胞中有两种存在形式：水在细胞中有两种存在形式：结合水和游离水结合水和游离水.不同细胞及不同
12、细胞结构中游离水的含量有较大不同细胞及不同细胞结构中游离水的含量有较大差别：差别：微生物对水的需要程度（水对微生物生长的影响）微生物对水的需要程度（水对微生物生长的影响）常用环境（或基质）中的常用环境（或基质）中的水活度值（水活度值（wateractivity, w）表示。表示。定义：所谓定义：所谓 w就是水的有效浓度，就是水的有效浓度，在一定的温度条在一定的温度条件下，溶液的蒸汽压与纯水的蒸汽压之比件下，溶液的蒸汽压与纯水的蒸汽压之比即：即： w= / o 表示溶液的蒸汽压表示溶液的蒸汽压 o表示纯水的蒸汽压表示纯水的蒸汽压在在 w为为0.600.99的环境条件下均有微生物生长，但的环境条件
13、下均有微生物生长，但对某种微生物而言，它对对某种微生物而言，它对 w的要求是一定的，微生物的要求是一定的，微生物对水的需求有相当的变化程度。即微生物不同，其对水的需求有相当的变化程度。即微生物不同，其生生长的最适长的最适 w亦不同。亦不同。几类微生物生长最适几类微生物生长最适 w微生物微生物 w一般细菌一般细菌0.91酵母菌酵母菌0.88霉菌霉菌0.80噬盐细菌噬盐细菌0.70噬盐真菌噬盐真菌0.65嗜高渗酵母嗜高渗酵母0.60为了表示微生物生长与水的关系，有时也常用为了表示微生物生长与水的关系，有时也常用相对湿度相对湿度（RH)的概念（的概念（ w100=RH）；通常也用测定蒸气相中相）；通
14、常也用测定蒸气相中相对湿度的方法得知溶液或物质的水活度。对湿度的方法得知溶液或物质的水活度。第二节 微生物的营养类型根据生长所需要的根据生长所需要的碳源碳源性质分：性质分：异养型：异养型：在生长时需要以复杂的有机物质作为营养物质在生长时需要以复杂的有机物质作为营养物质自养型：自养型：在生长时能以简单的无机物质作为营养物质在生长时能以简单的无机物质作为营养物质根据生长时根据生长时能量能量的来源分：的来源分：化能营养型：化能营养型：依靠化合物氧化释放的能量进行生长依靠化合物氧化释放的能量进行生长光能营养型：光能营养型：依靠光能进行生长依靠光能进行生长按按供氢体供氢体分分无机营养型生物无机营养型生物
15、有机营养型生物有机营养型生物按碳源、能源和供氢体的不同分为：按碳源、能源和供氢体的不同分为：营养类型1光能自养型微生物光能自养型微生物以以C02作作为为唯唯一一碳碳源源或或主主要要碳碳源源，并并利利用用光光能能，以以无机物无机物如硫化氢作为如硫化氢作为供氢体供氢体将将CO2还原成细胞物质。还原成细胞物质。光能光能CO2H2SCH2O+2S+H2O光合色素光合色素光能自养型微生物光能自养型微生物包括蓝细菌（含叶绿素）、红包括蓝细菌（含叶绿素）、红硫细菌、绿硫细菌和绝大多数藻类等少数微生物硫细菌、绿硫细菌和绝大多数藻类等少数微生物（含细菌叶绿素），由于含有光合色素，因而能使（含细菌叶绿素），由于含
16、有光合色素，因而能使光能转变成化学能（光能转变成化学能（ATP），），供机体直接利用。供机体直接利用。2光能异养型微生物光能异养型微生物利用光能，以简单有机物（醇、有机酸）为供氢体同化利用光能，以简单有机物（醇、有机酸）为供氢体同化CO2。红螺菌属中的一些细菌属于此种营养类型。红螺菌属中的一些细菌属于此种营养类型。光能光能2(H3C)2CHOH+CO22CH3COCH3+CH2O+H2O光合色素光合色素光能异养型细菌在生长时大多数需要外源的生长因子光能异养型细菌在生长时大多数需要外源的生长因子3化能自养型微生物化能自养型微生物以以CO2作为唯一或主要碳源，以作为唯一或主要碳源，以无机物无机物氧
17、化氧化释放的化学能为能源释放的化学能为能源,，利用无机物做为供氢，利用无机物做为供氢体，使体，使CO2还原成细胞物质。还原成细胞物质。这类微生物主要有硫化细菌、硝化细菌、这类微生物主要有硫化细菌、硝化细菌、氢细菌与铁细菌。它们在自然界物质转换过程氢细菌与铁细菌。它们在自然界物质转换过程中起着重要的作用。中起着重要的作用。4化能异养型微生物化能异养型微生物多多数数微微生生物物属属于于化化能能异异养养型型，其其生生长长所所需需能能量量和碳源通常来自同一种有机物和碳源通常来自同一种有机物。根根据据化化能能异异养养型型微微生生物物利利用用有有机机物物的的特特性性，又又可可以将其分为下列两种类型：以将其
18、分为下列两种类型：腐腐生生型型微微生生物物：利利用用无无生生命命活活性性的的有有机机物物作作为为生长的碳源。生长的碳源。寄寄生生型型微微生生物物：寄寄生生在在生生活活的的细细胞胞内内，从从寄寄生生体内获得生长所需要的营养物质。体内获得生长所需要的营养物质。自然界中绝大部分的微生物为化能有机营养型微生物自然界中绝大部分的微生物为化能有机营养型微生物MajornutritionaltypesofmicroorganismsNutritionalTypeEnergySourceCarbonSourceExamplesPhotoautotrophsLightCO2Cyanobacteria,someP
19、urpleandGreenBacteriaPhotoheterotrophsLightOrganiccompoundsSomePurpleandGreenBacteriaChemoautotrophsorLithotrophs(Lithoautotrophs)Inorganiccompounds, e.g. H2,NH3,NO2,H2SCO2A few Bacteria andmanyArchaeaChemoheterotrophsorHeterotrophsOrganiccompoundsOrganiccompoundsMost Bacteria, someArchaea不同营养类型之间的界
20、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；例如紫色非硫细菌例如紫色非硫细菌(purplenonsulphurbacteria)：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
21、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高其对环境条件变化的适应能力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第三节第三节营养物质进入细胞的方式营养物质进入细胞的方式1单纯扩散单纯扩散(simplediffusionorpassivediffusion)2促进扩散促进扩散(facilitateddiffusion/transport)3主动运输主动运输(Activetranspor
22、t)4基团转位基团转位(Grouptranslocation)1、单纯扩散、单纯扩散(simplediffusionorpassivediffusion)被输送的物质，靠细胞内外浓度差被输送的物质，靠细胞内外浓度差为推动力，以扩散的形式从高浓度为推动力，以扩散的形式从高浓度区向低浓度区区向低浓度区.物质扩散的动力物质扩散的动力:膜内外的浓度差膜内外的浓度差特点：特点：不消耗能量不消耗能量不发生化学变化不发生化学变化非特异性非特异性仅依膜上小孔的大小仅依膜上小孔的大小和形状对被扩散的物和形状对被扩散的物质分子的大小和形状具有选择性质分子的大小和形状具有选择性可可运运送送的的养养料料有有限限 限限
23、于于水水、溶溶于于水水的的气气体体，及及小小的的极极性性分子如分子如尿素、甘油、乙醇、尿素、甘油、乙醇、O2和和CO2等等物物质质运运输输的的速速率率较较慢慢速速率率与与胞胞内内外外营营养养物物质质的的浓浓度度差差有有关关，即即随随细细胞胞膜膜内内外外该该物物质质浓浓度度差差的的降降低低而而减减小小，直直到到胞胞内内外外物物质浓度相同；质浓度相同；不需要载体参与不需要载体参与 单纯扩散模式图单纯扩散模式图细胞膜外细胞膜内细胞膜三三营养物通过与细胞膜上载体蛋白营养物通过与细胞膜上载体蛋白carrierprotein（也称作透过酶也称作透过酶permease）的可逆性的可逆性结合来加快其传递速度。
24、结合来加快其传递速度。透过酶多为诱导酶，只有在环境养料成分的诱导下透过酶多为诱导酶，只有在环境养料成分的诱导下才能合成，并且透过酶的活性受环境才能合成，并且透过酶的活性受环境pH和温度的影和温度的影响。响。促进扩散促进扩散(facilitateddiffusion/transport)特点：特点：v特异性特异性一定的透过酶只能与一定的养料离子或结构相一定的透过酶只能与一定的养料离子或结构相近的分子结合。近的分子结合。v不消耗能量不消耗能量v可加快运输速度，但不能逆浓度运输可加快运输速度，但不能逆浓度运输,运输的速率由胞运输的速率由胞内外该物质的浓度差内外该物质的浓度差v养料浓度过高时养料浓度过
25、高时,与载体蛋白出现饱和效应与载体蛋白出现饱和效应促进扩散的运输方式多见于真核微生物中，例如通常在厌氧促进扩散的运输方式多见于真核微生物中，例如通常在厌氧生活的酵母菌中，某些物质的吸收和代谢产物的分泌是通过生活的酵母菌中，某些物质的吸收和代谢产物的分泌是通过这种方式完成的。这种方式完成的。Proteinsthatactascarriersaretoolargetomoveacrossthemembrane.Theyaretransmembraneproteins.Theycyclebetweentwoconformationsinwhichasolutebindingsiteisaccessi
26、bleononesideofthemembraneortheother.促进扩散模式图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结合构象改变oractivetransport主动运输主动运输(Activetransport)是需要消耗能量（包括是需要消耗能量（包括ATP、质子动势或、质子动势或离子泵等）并通过细胞膜上特异性载体蛋离子泵等）并通过细胞膜上特异性载体蛋白构象的变化，而使膜外环境中低浓度的白构象的变化，而使膜外环境中低浓度的溶质进入膜内的一种运送方式。溶质进入膜内的一种运送方式。特点：特点：具有养料和载体蛋白对应的专一性具有养料和载体蛋白对应的专一性消耗能量消耗能量
27、能逆浓度梯度运输能逆浓度梯度运输能改变养料运输反应的平衡点能改变养料运输反应的平衡点微生物的主要物质运输方式微生物的主要物质运输方式不同的微生物在主动运输过程中所需的能量来源不同，好氧不同的微生物在主动运输过程中所需的能量来源不同，好氧微生物中直接来自呼吸能，厌氧微生物主要来自化学能，光合微生物中直接来自呼吸能，厌氧微生物主要来自化学能，光合微生物中则主要来自光能微生物中则主要来自光能。主动运输是微生物吸收营养物质的主要方式，也是使微生主动运输是微生物吸收营养物质的主要方式，也是使微生物在自然界稀薄的养料环境中得以正常生存的重要原因之一。物在自然界稀薄的养料环境中得以正常生存的重要原因之一。C
28、omparisonofpassiveandactivetransport.Legend:Ifunchargedsolutesaresmallenough,theycanmovedowntheirconcentrationgradientsdirectlyacrossthelipidbilayeritselfbysimplediffusion.Examplesofsuchsolutesareethanol,carbondioxide,andoxygen.Mostsolutes,however,cancrossthemembraneonlyifthereisamembranetransportpr
29、otein(acarrierproteinorachannelprotein)totransferthem.Asindicated,passivetransport,inthesamedirectionasaconcentrationgradient,occursspontaneously,whereastransportagainstaconcentrationgradient(activetransport)requiresaninputofenergy.Onlycarrierproteinscancarryoutactivetransport,butbothcarrierproteins
30、andchannelproteinscancarryoutpassivetransport.主动运输模式图主动运输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ADP+PiATPNa+-K+-ATP酶系统酶系统Na+-K+-ATPase是是存在于原生质膜上的一种存在于原生质膜上的一种重要离子通道蛋白重要离子通道蛋白功能功能: 利用利用ATP能量将能量将Na+由细胞内由细胞内“泵泵”出胞外出胞外,并并将将K+“泵泵”入胞内。入胞内。该酶由大小两个亚基组成（该酶由大小两个亚基组成（MW: 12万万, 5.5万）万）作用步骤作用步骤:1. ATP酶酶(E1)在细胞内侧与在细胞内侧与3个
31、个Na+结合结合,同时消耗能量同时消耗能量;2. 磷酸化磷酸化ATP酶酶(E2)构象变化将构象变化将Na+排除胞外排除胞外,并与并与2个个K+ 结合结合;3. K+激发激发E2脱磷酸化恢复为脱磷酸化恢复为E1 同时将同时将K+运入细胞运入细胞.基团移位基团移位是一种特殊的主动运输，与普通的是一种特殊的主动运输，与普通的主动运输相比，营养物质在运输的过程中发生了主动运输相比，营养物质在运输的过程中发生了化学变化（糖在运输的过程中发生了磷酸化）。化学变化（糖在运输的过程中发生了磷酸化）。其余特点与主动运输相同。其余特点与主动运输相同。基团移位仅在原核生物中发现，主要存在于基团移位仅在原核生物中发现
32、，主要存在于兼性和专性厌氧细菌中，主要用于各种单（或双）兼性和专性厌氧细菌中，主要用于各种单（或双）糖与糖的衍生物，以及核苷酸、丁酸和腺嘌呤等糖与糖的衍生物，以及核苷酸、丁酸和腺嘌呤等物质的运输物质的运输。严格的好氧菌主要通过主动运输吸。严格的好氧菌主要通过主动运输吸收糖。收糖。基团移位基团移位(Grouptranslocation)运送机制运送机制: :是依靠磷酸转移酶系统是依靠磷酸转移酶系统, ,即磷酸烯醇式即磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸- -己糖磷酸转移酶系统己糖磷酸转移酶系统. .运送步骤运送步骤: :1.1.热稳载体蛋白热稳载体蛋白( (HPr)HPr)的激活的激活 细胞内高能化合物磷酸烯
33、醇式丙酮酸（细胞内高能化合物磷酸烯醇式丙酮酸（PEPPEP）的磷酸的磷酸基团把基团把HPrHPr激活。激活。 酶酶 PEP+HPr PEP+HPr 丙酮酸丙酮酸+ +P-HPrP-HPrHPrHPr是一种低分子量的可溶性蛋白，结合在细胞膜上，具是一种低分子量的可溶性蛋白，结合在细胞膜上，具有高能磷酸载体的作用。有高能磷酸载体的作用。2 2、糖被磷酸化后运入膜内、糖被磷酸化后运入膜内 膜外环境中的糖先与外膜表面的酶膜外环境中的糖先与外膜表面的酶结合，再被结合，再被转运到内膜表面。这时，糖被转运到内膜表面。这时，糖被P-HPrP-HPr上的磷酸激活，上的磷酸激活，并通过酶并通过酶的作用将的作用将糖
34、糖- -磷酸磷酸释放到细胞内。释放到细胞内。 酶酶 P-HPr+P-HPr+糖糖 糖糖- -P +HPrP +HPr酶酶是一种结合于细胞膜上的蛋白，它对底物具有是一种结合于细胞膜上的蛋白，它对底物具有特异性选择作用，因此细胞膜上可诱导出一系列与特异性选择作用，因此细胞膜上可诱导出一系列与底物分子相应的酶底物分子相应的酶。在酶的作用下HPr被激活在酶的作用下P-HPr将磷酸转移给糖基团移位基团移位模式图模式图细胞膜外细胞膜内S SS SS SS S细胞膜Enz2Enz2Enz2Enz2Enz2Enz2Enz2Enz2S SS SHPrHPrP P P PHPrHPr Enz1+ PEP丙酮酸四种
35、运输营养物质方式的比较四种运输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输主动运输基团转位基团转位特异载体蛋白特异载体蛋白运输速度运输速度物质运输方向物质运输方向胞内外浓度胞内外浓度运输分子运输分子能量消耗能量消耗运输后物质的运输后物质的结构结构无无慢慢由浓至稀由浓至稀相等相等无特异性无特异性不需要不需要不变不变有有快快由浓至稀由浓至稀相等相等特异性特异性不需要不需要不变不变有有快快由稀至浓由稀至浓胞内浓度高胞内浓度高特异性特异性需要需要不变不变有有快快由稀至浓由稀至浓胞内浓度高胞内浓度高特异性特异性需要需要改变改变第四节第四节 培养基培养基( (medium)m
36、edium)定义定义：根据微生物的营养要求，由人工配制的、适合：根据微生物的营养要求，由人工配制的、适合微生物生长繁殖或积累代谢产物用的混合营养料。微生物生长繁殖或积累代谢产物用的混合营养料。特点：特点：任何培养基都应具备微生物所需要的六大营养任何培养基都应具备微生物所需要的六大营养要素，且应比例适当。一旦配成必须立即灭菌。要素，且应比例适当。一旦配成必须立即灭菌。用途：用途：促使微生物生长；积累代谢产物；分离微生物促使微生物生长；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；菌种；鉴定微生物种类；微生物细胞计数；菌种保藏；制备微生物制品等。制备微生物制品等。一、培养
37、基的配制原则一、培养基的配制原则1 1。目的明确：目的明确：培养基组分应适合微生物的营养特点培养基组分应适合微生物的营养特点2 2。营养协调：营养协调：营养物的浓度与比例应恰当营养物的浓度与比例应恰当3 3。理化适宜：理化适宜：物理化学条件适宜物理化学条件适宜4。经济节约：经济节约：根据培养目的选择原料及其来源根据培养目的选择原料及其来源（一）培养基组分应适合微生物的营养特点（一）培养基组分应适合微生物的营养特点按微生物的主要按微生物的主要类群类群来说，它们所需要的培养来说，它们所需要的培养基成分也不同：基成分也不同：细细 菌：菌： 牛肉膏蛋白胨培养基牛肉膏蛋白胨培养基 LB (Luria-B
38、ertani) 放线菌：放线菌： 高氏一号培养基高氏一号培养基 真真 菌：菌： 察氏合成培养基察氏合成培养基 PDA (Potato-Dextrose-Agar)酵母菌：酵母菌：麦芽汁麦芽汁（二）营养物的浓度与比例应恰当（二）营养物的浓度与比例应恰当浓度过高浓度过高微生物的生长起抑制作用，微生物的生长起抑制作用， 浓度过小浓度过小不能满足微生物生长的需要。不能满足微生物生长的需要。碳氮比（碳氮比（C/N）直接影响微生物生长与繁殖及代谢物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；要指标；碳源中的碳原子的碳源
39、中的碳原子的mol数数氮源中所含的氮原子的氮源中所含的氮原子的mol数数C/N比值比值=例：谷氨酸生产中例：谷氨酸生产中C/N4/1时，菌体大量繁殖，谷氨酸积累少；时，菌体大量繁殖，谷氨酸积累少；C/N3/1时，菌体生长受抑制，而谷氨酸大量增加。时，菌体生长受抑制，而谷氨酸大量增加。（三）物理化学条件适宜（三）物理化学条件适宜（1）pH:各类微生物的最适生长各类微生物的最适生长pH值各不相同值各不相同：在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
40、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种方式：两种方式：内内源源调调节节：在在培培养养基基里里加加一一些些缓缓冲冲液液或或不不溶溶性性的的碳碳酸酸盐盐（CaCO3）；）；调节培养基的碳氮比。调节培养基的碳氮比。外源调节外源调节：按实际需要不断向发酵液流加酸或碱液：按实际需要不断向发酵液流加酸或碱液（2）渗透压）渗透压等渗溶液等渗溶液 适宜微生物生长适宜微生物生长高渗溶液高渗溶液 细胞发生细胞发生质壁分离质壁分离低渗溶液低渗溶液 细胞细胞吸水膨胀吸水膨胀大多数微生物适合在等渗的环境下生长，而有的菌如大多数微生物适合在等渗的环境下生长，而有的菌如Staph
41、ylococcus aureus则能在则能在3mol/LNaCl的高渗溶的高渗溶液中生长。能在高盐环境（液中生长。能在高盐环境（2.86.2/LNaCl）生长的生长的微生物常被称为微生物常被称为嗜盐微生物（嗜盐微生物（Halophiles）。（3）氧化还原电势氧化还原电势(redoxpoyential)各种微生物对培养基的氧化还原电势的要求：各种微生物对培养基的氧化还原电势的要求：好好氧氧微微生生物物：+0.3+0.4V,(在在0.1V以以上上的的环环境境中中均均能能生生长长).厌氧微生物：只能在厌氧微生物：只能在+0.1V以下以下生长生长兼性厌氧微生物：兼性厌氧微生物：+0.1V以上呼吸、以
42、上呼吸、+0.1V以下发酵以下发酵培培养养基基是是多多氧氧化化还还原原型型的的复复杂杂电电化化学学系系统统，测测出出的的Eh值值仅仅代表其综合结果。代表其综合结果。对微生物影响最大的是：分子氧的浓度对微生物影响最大的是：分子氧的浓度培培养养基基中中常常用用的的还还原原剂剂：巯巯基基乙乙酸酸、抗抗坏坏血血酸酸、硫硫化化氢氢、半胱氨酸、谷胱甘肽、二硫苏糖醇等。半胱氨酸、谷胱甘肽、二硫苏糖醇等。（四）根据培养基的应用目的选择原料及其来源（四）根据培养基的应用目的选择原料及其来源该培养基的应用目的，即：该培养基的应用目的，即：是培养菌体还是积累代谢产物？是培养菌体还是积累代谢产物？是实验室种子培养还是
43、大规模发酵？是实验室种子培养还是大规模发酵？代谢产物是初级代谢产物还是次级代谢产物？代谢产物是初级代谢产物还是次级代谢产物？提倡提倡以粗代精，以野代家，以废代好，以简代繁，以烃代粮，以粗代精，以野代家，以废代好，以简代繁，以烃代粮，以纤代糖，以氮代朊，以国代进。以纤代糖，以氮代朊，以国代进。高压蒸汽灭菌高压蒸汽灭菌 一般培养基一般培养基: 1.05Kg/cm2,121.5,15-30min 含糖培养基含糖培养基: 0.56Kg/cm2,112.6,15-30min 过滤除菌过滤除菌, 分别灭菌分别灭菌, 间歇灭菌的应用间歇灭菌的应用附：培养基的灭菌附：培养基的灭菌附图：过滤灭菌附：器皿的灭菌及
44、无菌室的消毒附：器皿的灭菌及无菌室的消毒器皿的灭菌：器皿的灭菌： 干热空气：干热空气： 160， 2 h无菌室的消毒：无菌室的消毒： 紫外光紫外光 化学药物熏蒸（苯酚；高锰酸钾化学药物熏蒸（苯酚；高锰酸钾+甲醛）甲醛）二、培养基的类型及其应用二、培养基的类型及其应用-1根据所培养微生物的微生物类群来分根据所培养微生物的微生物类群来分细菌培养基细菌培养基放线菌培养基放线菌培养基霉菌培养基霉菌培养基-2根据培养目的来分根据培养目的来分种子培养基种子培养基(seedculturemedium)发酵培养基发酵培养基(fermentationmedium)-1细菌培养基细菌培养基营养肉汤（营养肉汤（nu
45、trientbroth)：牛肉膏牛肉膏3g；水水1000ml；蛋白胨蛋白胨5g；pH7.27.4放线菌培养基放线菌培养基高氏高氏1号：号：可溶性淀粉可溶性淀粉20g；KNO31g;K2HPO41gMgSO40.5gNaCl1g;FeSO47H2O0.5g水水1000ml;pH7.27.4霉菌培养基霉菌培养基查氏（查氏（zapek)培养基：培养基：蔗糖蔗糖30g;KCl0.5g;MgSO4.H2O0.5g;FeSO40.5g水水1000ml;K2HPO41g;NaNO33g;pH6.7酵母菌培养基酵母菌培养基麦芽汁培养基麦芽汁培养基-3按对培养基成分的了解程度来分按对培养基成分的了解程度来分天然
46、培养基天然培养基(complexmedium)：也称作也称作chemicallyundefinedmedium。利用利用化学成分还不完全清楚或不恒定化学成分还不完全清楚或不恒定的天然物质，（如动的天然物质，（如动植物、微生物体及其提取物植物、微生物体及其提取物等）制成的培养基，如等）制成的培养基，如细菌培养基、麦芽细菌培养基、麦芽汁培养基等。汁培养基等。天然培养基比较经济，除实验室经常使用外，更适宜于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。缺点是成分不在生产上用来大规模地培养微生物和生产微生物产品。缺点是成分不清。清。合成培养基合成培养基
47、(syntheticmedium)：也称作也称作chemicallydefinedmedium.由化学成分完全了解的由化学成分完全了解的物质配制而成的培养基，该类培养基物质配制而成的培养基，该类培养基的的组成成分精确、清楚组成成分精确、清楚，重复性强，但微生物生长较慢，且价格昂贵，重复性强，但微生物生长较慢，且价格昂贵，故通常仅适用于营养、代谢、生理、生化、遗传、育种、分类鉴定或故通常仅适用于营养、代谢、生理、生化、遗传、育种、分类鉴定或生物测定等对定量要求较高的研究工作。生物测定等对定量要求较高的研究工作。如高氏培养基、察氏培养基如高氏培养基、察氏培养基等等.半合成培养基半合成培养基(sem
48、i-definedmedium)：在合成培养基的基础上添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.如马铃薯蔗如马铃薯蔗糖培养基糖培养基-4按制备后培养基外观的物理状态来分按制备后培养基外观的物理状态来分液体培养基液体培养基(liquidmedium)：液体培养基不含任何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
49、微生物的生长程度论的研究工作。可据培养后的浊度判断微生物的生长程度.固体培养基固体培养基(solidmedium)：天然固体营养基质制成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（琼脂的培养基，或液体培养基中加入一定量凝固剂（琼脂1.52)而呈固体状态的培养基。为微生物的生长提供营养表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、平板等形式依使用目的不同而制成斜面、平板等形式.半固体培养基半固体培养基(semi-solidmedium)：在液体培养基中
50、在液体培养基中加入加入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，以进行菌种鉴定和噬菌体效价测定等方面的实验的特征，以进行菌种鉴定和噬菌体效价测定等方面的实验工作。工作。-5按特殊用途划分按特殊用途划分基础培养基基础培养基(minimummedium):是含有一般微生物生长繁殖所需是含有一般微生物生长繁殖所需的基本营养物质的培养基；的基本营养物质的培养基；选择性培养基选择性培养基(selectivemedium)：是根据某种或某一类群微生是根据某种或某一类群微生物的特殊营养需要，或其对某化学、物理因素的抗性而设计的培养基。物的特殊营养需要，
51、或其对某化学、物理因素的抗性而设计的培养基。利用这种培养基可用来将某种或某类微生物从混杂的微生物群体中分利用这种培养基可用来将某种或某类微生物从混杂的微生物群体中分离出来离出来.A加富性选择培养基加富性选择培养基“投其所好投其所好”B抑制性选择培养基抑制性选择培养基“取其所抗取其所抗”鉴别性培养基鉴别性培养基(differentialmedium)：用于鉴别不同类型微生物用于鉴别不同类型微生物的培养基，在普通培养基中加入能与目的菌的某种代谢产物发生反应的培养基，在普通培养基中加入能与目的菌的某种代谢产物发生反应的指示剂或化学药品，从而产生某种明显的特征性变化，以区别不同的指示剂或化学药品，从而产生某种明显的特征性变化，以区别不同的微生物，例：的微生物，例：伊红美兰乳糖培养基（伊红美兰乳糖培养基（EosinMethyleneBlue）EMB(EosinMethyleneBlue)Figure14.Left:Escherichia colicells.Right:E. colicoloniesonEMBAgar.结束语结束语谢谢大家聆听！谢谢大家聆听！75
