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1、微生物学第五章微生物营养与培微生物学第五章微生物营养与培养基养基营营养养(nutrition)：生生物物体体从从外外部部环环境境中中摄摄取取对对其其生生命命活活动动必必须须的的能能量量和和物物质质，以以满满足足正正常常生生长长和和繁繁殖殖需需要要的的一一种最基本的生理功能。种最基本的生理功能。营养物营养物(nutrient)：具有营养功能的物质。：具有营养功能的物质。营营养养物物提提供供生生命命活活动动的的结结构构物物质质、能能量量、代代谢谢调调节节物物质质和良好的生理环境。和良好的生理环境。一些微生物可利用非物质形式的能源一些微生物可利用非物质形式的能源光能。光能。异养微生物：必须利用有机碳
2、源异养微生物：必须利用有机碳源自养微生物：能利用无机碳源自养微生物：能利用无机碳源（一）碳源（一）碳源(carbonsource)提供微生物营养所需碳元素的营养源。提供微生物营养所需碳元素的营养源。q有机碳源：有机碳源：蛋白蛋白质质，核酸，核酸，淀粉淀粉，葡萄糖等葡萄糖等q无机碳源：无机碳源：CO2,Na2CO3,CaCO3等等糖糖糖糖类类类类：葡萄糖，果糖，麦芽糖，蔗糖，淀粉，半乳糖，乳糖，甘葡萄糖，果糖，麦芽糖，蔗糖，淀粉，半乳糖，乳糖，甘葡萄糖，果糖，麦芽糖，蔗糖，淀粉，半乳糖，乳糖，甘葡萄糖，果糖，麦芽糖，蔗糖，淀粉，半乳糖，乳糖，甘露糖，露糖，露糖，露糖，纤维纤维纤维纤维二糖，二糖，
3、二糖，二糖，纤维纤维纤维纤维素，半素，半素，半素，半纤维纤维纤维纤维素，甲壳素，木素，甲壳素，木素，甲壳素，木素，甲壳素，木质质质质素，等素，等素，等素，等 有机酸：有机酸：有机酸：有机酸：乳酸，乳酸，乳酸，乳酸，柠柠柠柠檬酸，延胡索酸，低檬酸，延胡索酸，低檬酸，延胡索酸，低檬酸，延胡索酸，低级级级级脂肪酸，高脂肪酸，高脂肪酸，高脂肪酸，高级级级级脂肪酸，脂肪酸，脂肪酸，脂肪酸，氨基酸，等氨基酸，等氨基酸，等氨基酸，等 醇醇醇醇类类类类：乙醇，等乙醇，等乙醇，等乙醇，等 脂脂脂脂类类类类：脂肪，磷脂，等脂肪，磷脂，等脂肪，磷脂，等脂肪，磷脂，等 烃类烃类烃类烃类：天然气，石油，石油天然气，石油
4、，石油天然气，石油，石油天然气，石油，石油馏馏馏馏分，石蜡油分，石蜡油分，石蜡油分，石蜡油 ，等，等，等，等 COCO2 2 碳酸碳酸碳酸碳酸盐盐盐盐：NaHCO NaHCO3 3,CaCO,CaCO3 3,白垩，等白垩，等白垩，等白垩，等 其他：其他：其他：其他：芳香族化合物，芳香族化合物，芳香族化合物，芳香族化合物，氰氰氰氰化物，蛋白化物，蛋白化物，蛋白化物，蛋白质质质质，肽肽肽肽，核酸，核酸，核酸，核酸微生物可利用的碳源微生物可利用的碳源微生物可利用的碳源微生物可利用的碳源(化合物分化合物分化合物分化合物分类类类类)有机氮源：蛋白胨、黄豆粉、玉米浆有机氮源：蛋白胨、黄豆粉、玉米浆无机氮源
5、：无机氮源：NH4NO3、(NH4)2SO4气态氮源：大气气态氮源：大气N2（二）氮源（二）氮源(nitrogensource)凡能提供微生物营养所需氮元素的营养源。凡能提供微生物营养所需氮元素的营养源。氮源一般不作能源。氮源一般不作能源。速效氮源速效氮源迟效氮源迟效氮源能能为为微微生生物物的的生生命命活活动动提提供供最最初初能能量量来来源源的的化化学学物物质质或或辐射能。辐射能。（三）能源（三）能源(energysource)异养微生物的碳源同时也是能源异养微生物的碳源同时也是能源无机物：化能自养微生物的能源无机物：化能自养微生物的能源能源谱能源谱化学物质化学物质辐射能：光能自养和光能异养微
6、生物的能源辐射能：光能自养和光能异养微生物的能源有机物：化能异养微生物的能源有机物：化能异养微生物的能源单功能：单功能：辐射能辐射能双双 功功 能能：还还 原原 态态 无无 机机 养养 料料，如如 NH4+既既 是是 硝硝 酸酸 盐盐 细细 菌菌 的的 能能 源，又是氮源源，又是氮源三三功功能能：NCHO类类营营养养物物质质常常是是异异养养微微生生物物的的能能 源，碳源兼氮源源，碳源兼氮源一种营养物具有一种以上营养要素的功能一种营养物具有一种以上营养要素的功能一类对微生物正常代谢必不可少且又不能从简单的碳源，一类对微生物正常代谢必不可少且又不能从简单的碳源，氮源自行合成的、所需极微量的有机物。
7、氮源自行合成的、所需极微量的有机物。培养基中生长因子来源：培养基中生长因子来源：酵母膏、玉米浆、麦芽汁等。酵母膏、玉米浆、麦芽汁等。(四四)生长因子生长因子(growthfactor)作用：辅酶或酶活化作用：辅酶或酶活化所需所需。狭义：维生素狭义：维生素广义：维生素、氨基酸、碱基、脂肪酸等广义：维生素、氨基酸、碱基、脂肪酸等q生长因子自养型微生物（生长因子自养型微生物（auxoautotrophs)q生长因子异养型微生物（生长因子异养型微生物（auxoheterotrophs)营养缺陷型微生物（营养缺陷型微生物（nutritionaldeficiency)变株变株q生长因子过量合成型微生物生长
8、因子过量合成型微生物维生素维生素微生物的种微生物的种硫胺素硫胺素(B1)Bacillusanthracis(炭疽芽孢杆菌炭疽芽孢杆菌)核黄素核黄素Clostridiumtetani(破伤风梭菌破伤风梭菌)烟酸烟酸Brucellaabortus(流产布鲁氏杆菌流产布鲁氏杆菌)吡哆酸吡哆酸(B6)Lactobacillusspp.(各种乳酸杆菌各种乳酸杆菌)生物素生物素Leuconostocmesenteroides(肠膜状明串珠菌肠膜状明串珠菌)泛酸泛酸Proteusmorganii(摩氏变形杆菌摩氏变形杆菌)叶酸叶酸Leuconostocdextranicum(葡聚糖明串珠菌葡聚糖明串珠菌)钴
9、胺酸钴胺酸(B12)Lactobacillusspp.维生素维生素KBacteroidesmelaninogenicus(产黑素拟杆菌产黑素拟杆菌)若干细菌所需要的维生素若干细菌所需要的维生素维生素维生素转移的对象转移的对象代谢功能代谢功能硫胺素硫胺素(B1)乙醛基乙醛基焦磷酸硫胺素是脱羧酶、转醛酶、焦磷酸硫胺素是脱羧酶、转醛酶、转酮酶的辅基，与转酮酶的辅基，与a a酮酸的氧酮酸的氧化脱羧和酮基转移有关化脱羧和酮基转移有关吡哆醇吡哆醇(B6)氨基氨基磷酸吡哆醛是氨基酸消旋酶、转磷酸吡哆醛是氨基酸消旋酶、转氨酶与脱羧酶的辅基，参与氨基氨酶与脱羧酶的辅基，参与氨基酸的消旋、脱羧和转氨酸的消旋、脱羧
10、和转氨叶酸叶酸甲基甲基即辅酶即辅酶F(四氢叶酸四氢叶酸)，参与一碳基，参与一碳基的转移，与合成嘌呤、嘧啶、核的转移，与合成嘌呤、嘧啶、核甘酸、丝氨酸和甲硫氨酸有关甘酸、丝氨酸和甲硫氨酸有关维生素维生素B12羧基，甲基羧基，甲基钴酰胺辅酶，参与一碳基的转移，钴酰胺辅酶，参与一碳基的转移，与甲硫氨酸和胸苷酸有关与甲硫氨酸和胸苷酸有关维生素的生理功能维生素的生理功能（五）无机盐（五）无机盐(inorganicsalts)所需浓度在所需浓度在10-3-10-4M的元素为大量元素的元素为大量元素所需浓度在所需浓度在10-6-10-8M的元素为微量元素的元素为微量元素无机盐的生理功能无机盐的生理功能无机盐
11、无机盐大量元素大量元素微量元素微量元素一般功能一般功能特殊功能特殊功能细胞内一般分子成分细胞内一般分子成分(P、S、Ca、Mg、Fe等等)生理调节物质生理调节物质渗透压的维持渗透压的维持(Na+等等)酶的激活剂酶的激活剂(Mg等等)pH的稳定的稳定化能自养菌的能源化能自养菌的能源(S、Fe2+、NH4+、MO2-等等)无氧呼吸时的氢受体无氧呼吸时的氢受体(NO3-、SO42-等等)酶的激活剂酶的激活剂(Cu2+、Mn2+、Zn2+等等)特殊分子结构成分特殊分子结构成分(Co、Mo等等)生理作用：生理作用：细胞组成成分细胞组成成分 生化反应溶剂生化反应溶剂 化学、生理反应介质化学、生理反应介质
12、物质运输媒体物质运输媒体 调节细胞温度调节细胞温度 维持细胞的渗透压维持细胞的渗透压 （六）水（六）水存在状态：游离态（溶剂）和结合态（结构组成）存在状态：游离态（溶剂）和结合态（结构组成）依碳源不同：依碳源不同：q异养型异养型(heterotrophs):不能以不能以CO2为主要或唯一碳源为主要或唯一碳源q自养型自养型(autotrophs):能以能以CO2为主要或唯一碳源为主要或唯一碳源第二节第二节微生物营养类型微生物营养类型依能源不同：依能源不同：q光能营养型光能营养型(phototrophs):光反应产能光反应产能q化能营养型化能营养型(chemotrophs):物质氧化产能物质氧化产
13、能依生长因子的不同：依生长因子的不同：q原养型原养型(prototroph)或野生型或野生型(wildtype)q 营养缺陷型营养缺陷型(auxotroph)微生物的营养类型微生物的营养类型营养类型营养类型能能源源碳源碳源实例实例光能自养型光能自养型光能光能CO2蓝细菌蓝细菌紫硫细菌紫硫细菌绿硫细菌绿硫细菌藻类藻类光能异养型光能异养型光能光能CO2及及简单有机物简单有机物红螺细菌红螺细菌化能自养型化能自养型无机物无机物CO2硝化细菌硝化细菌硫化细菌硫化细菌铁细菌铁细菌氢细菌氢细菌化能异养型化能异养型有机物有机物有机物有机物绝绝大大多多数数微微生物，生物，原生动物原生动物v寄生型寄生型(para
14、sitism)寄生于活的生物体寄生于活的生物体v腐生型腐生型(saprophytism)寄生于死亡的生物有机体寄生于死亡的生物有机体化能异养型化能异养型营养类型划分不是绝对的，不同生活条件下，可相互转变。营养类型划分不是绝对的，不同生活条件下，可相互转变。异异 养养 微微 生生 物物：至至 少少 需需 提提 供供 一一 种种 大大 量量 有有 机机 物物 才才 能能 满满 足足 其其 正正 常常 要要 求求 的的 微微 生生 物物，即即其其碳碳源源必必须须是是有有机机物物，氢氢供供体体是是有有机机物物，能能源源则则可可以以利利 用氧化有机物或吸收日光能而获得。用氧化有机物或吸收日光能而获得。自
15、养微生物：不依赖于任何有机营养自养微生物：不依赖于任何有机营养物物即可正常生活的微生物。即可正常生活的微生物。第第三三节节 细胞对营养物质的吸收细胞对营养物质的吸收v 离子化合物：弱快强慢（极性）离子化合物：弱快强慢（极性）营营养养物物质质的的吸吸收收与与代代谢谢产产物物的的分分泌泌，涉涉及及到到物物质质的的运运输输、营营养养物物吸吸收收至至胞胞内内被被利利用用、代代谢谢物物分分泌泌到到胞胞外外以以免免积积累累，这这就就是物质运输过程。是物质运输过程。在营养物质运送方面，细胞壁仅简单地排阻分子量过大在营养物质运送方面，细胞壁仅简单地排阻分子量过大(600Da)的溶质进入的溶质进入,而具有磷脂双
16、分子层和嵌合蛋白分子而具有磷脂双分子层和嵌合蛋白分子的细胞膜则是控制营养物质进入和排除的主要屏障。的细胞膜则是控制营养物质进入和排除的主要屏障。v通透性与吸收是不同概念通透性与吸收是不同概念v一般大分子先水解为小分子，再吸收一般大分子先水解为小分子，再吸收v 脂溶性物质：易透过脂溶性物质：易透过一一、单纯扩散、单纯扩散(simplediffusion)依靠胞内外溶液浓度差，顺浓度梯度运输；依靠胞内外溶液浓度差，顺浓度梯度运输；依靠胞内外溶液浓度差，顺浓度梯度运输；依靠胞内外溶液浓度差，顺浓度梯度运输；不消耗代谢能，无特异性；不消耗代谢能，无特异性；不消耗代谢能，无特异性；不消耗代谢能，无特异性
17、；运输氧、二氧化碳、甘油、乙醇、某些氨基酸等小分子；运输氧、二氧化碳、甘油、乙醇、某些氨基酸等小分子；运输氧、二氧化碳、甘油、乙醇、某些氨基酸等小分子；运输氧、二氧化碳、甘油、乙醇、某些氨基酸等小分子；亲脂性分子从高浓度到低浓度的扩散来运输，利用细胞膜亲脂性分子从高浓度到低浓度的扩散来运输，利用细胞膜亲脂性分子从高浓度到低浓度的扩散来运输，利用细胞膜亲脂性分子从高浓度到低浓度的扩散来运输，利用细胞膜的通透性，细胞膜是一道屏障。的通透性，细胞膜是一道屏障。的通透性，细胞膜是一道屏障。的通透性，细胞膜是一道屏障。二、促进扩散二、促进扩散(facilitateddiffusion)利用膜内、膜外被运
18、输物质和载体蛋白的亲和力的不同。利用膜内、膜外被运输物质和载体蛋白的亲和力的不同。利用膜内、膜外被运输物质和载体蛋白的亲和力的不同。利用膜内、膜外被运输物质和载体蛋白的亲和力的不同。特点：特点：特点：特点：vv 需要特异性的载体蛋白顺浓度梯度运输需要特异性的载体蛋白顺浓度梯度运输需要特异性的载体蛋白顺浓度梯度运输需要特异性的载体蛋白顺浓度梯度运输vv 不消耗能量不消耗能量不消耗能量不消耗能量 vv 运输硫酸根、磷酸根、糖（真核）运输硫酸根、磷酸根、糖（真核）运输硫酸根、磷酸根、糖（真核）运输硫酸根、磷酸根、糖（真核）载体蛋白载体蛋白(carrierprotein)，即透性酶（大多为诱导酶），即
19、透性酶（大多为诱导酶），有底物特异性，每种载体蛋白运输相应的物质。载体蛋白有底物特异性，每种载体蛋白运输相应的物质。载体蛋白可加快运输速度，但不能逆浓度运输。可加快运输速度，但不能逆浓度运输。促进扩散示意图促进扩散示意图胞外胞外细胞膜细胞膜胞内胞内单纯扩散单纯扩散促进扩散促进扩散浓度梯度浓度梯度运输速率运输速率单纯扩散和促进扩散的比较单纯扩散和促进扩散的比较单纯扩散随浓度增加而线性增加，而促进扩散在一定浓度后出现平台单纯扩散随浓度增加而线性增加，而促进扩散在一定浓度后出现平台单单纯纯扩扩散散、促促进进扩扩散散、主主动动运运输输：被被运运输输的的溶溶质质分分子子不不发发生改变。生改变。3、主动运
20、输、主动运输(activetransport)特点：特点：是微生物吸收营养的主要方式是微生物吸收营养的主要方式可逆浓度梯度运输，耗能可逆浓度梯度运输，耗能需载体蛋白，有特异性需载体蛋白，有特异性运输运输有机离子、无机离子、氨基酸、乳糖等糖类有机离子、无机离子、氨基酸、乳糖等糖类需要特异性载体蛋白需要能量来改变载体蛋白的构象需要特异性载体蛋白需要能量来改变载体蛋白的构象亲和力改变亲和力改变蛋白构象改变蛋白构象改变耗能耗能细胞内细胞内细胞外细胞外(或细菌周质空间或细菌周质空间)电电子子转转运运1.电子转移能被用来将质子泵出膜外电子转移能被用来将质子泵出膜外2.质子梯度通过反运输机制将钠离子逐质子梯
21、度通过反运输机制将钠离子逐出膜外出膜外3.钠离子与载体蛋白复合物相结合钠离子与载体蛋白复合物相结合4.溶质结合位点的形状发生改变，而与溶质结合位点的形状发生改变，而与溶质溶质(如糖和氨基酸如糖和氨基酸)结合结合5.载体蛋白的构象发生改变，钠离子在载体蛋白的构象发生改变，钠离子在膜内释放，随后溶质从载体蛋白解离膜内释放，随后溶质从载体蛋白解离主动运输的机制：使用质子主动运输的机制：使用质子(H+)和钠离子和钠离子(Na+)梯度。梯度。特点：特点：v属主动运输类型属主动运输类型v溶质分子发生化学修饰溶质分子发生化学修饰定向磷酸化定向磷酸化v需复杂的运输酶系参与需复杂的运输酶系参与v运输葡萄糖、果糖
22、、甘露糖、嘌呤、核苷、脂肪酸等运输葡萄糖、果糖、甘露糖、嘌呤、核苷、脂肪酸等4、基团转位、基团转位(grouptranslocation)膜对大多数磷酸化合物具有高度的不渗透性。膜对大多数磷酸化合物具有高度的不渗透性。每输入一个葡萄糖分子，就要消耗一个每输入一个葡萄糖分子，就要消耗一个ATP的能量。的能量。v主要依赖磷酸烯醇式丙酮酸主要依赖磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)和磷酸转移酶系统和磷酸转移酶系统(PTS)。PEP+HPrEI丙酮酸丙酮酸+P-HPrP-HPr+糖糖EII糖糖-P+HPr1.1.热稳定性载体蛋白热稳定性载体蛋白(heatstablecarrierprotein,HPr)的激活的
23、激活2.糖磷酸化后运入膜内糖磷酸化后运入膜内基团转位运输葡萄糖示意图基团转位运输葡萄糖示意图基团转位运输葡萄糖示意图基团转位运输葡萄糖示意图两类磷酸烯醇式丙酮酸：糖基磷酸转移酶两类磷酸烯醇式丙酮酸：糖基磷酸转移酶(PTS)系统系统高高能能磷磷酸酸从从HPr转转移移至至溶溶解解态态EIIA,EIIA与与EIIB在在甘甘露露糖糖转转运运系系统统中中相相连连，在在葡葡萄萄糖糖转转运运系系统统中中分分开。无论那种形式，磷酸都从开。无论那种形式，磷酸都从EIIA转移至转移至EIIB，再经过穿膜的转运过程而转移至糖基。，再经过穿膜的转运过程而转移至糖基。磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸(PEP),第一个酶
24、第一个酶I(EI),低分子量热稳定性载体蛋白低分子量热稳定性载体蛋白(HPr),第二个酶第二个酶I(EII)胞质胞质细胞质基质细胞质基质培养基培养基(medium，culturemedium)：是一种人工配制的、：是一种人工配制的、适合微生物生长繁殖或产生代谢产物用的混合养料。适合微生物生长繁殖或产生代谢产物用的混合养料。第四节第四节 培养基培养基（一）四个原则（一）四个原则1、目的明确（根据不同微生物的营养需要配制不同的培养基）、目的明确（根据不同微生物的营养需要配制不同的培养基）培养什么微生物、获得什么产物、用途培养什么微生物、获得什么产物、用途二、选择和配制培养基的原则和方法二、选择和配
25、制培养基的原则和方法2、营养协调、营养协调营养协调营养协调(注意营养物的浓度和配比，特别是碳氮比注意营养物的浓度和配比，特别是碳氮比C/N比比)C/N比比:微微生生物物培培养养基基中中所所含含的的碳碳源源中中的的碳碳原原子子与与氮氮源源中中氮氮原原子子的的摩摩尔尔数数之之比比。不不是是简简单单的的某某碳碳源源的的重重量量与与氮氮源源的的重重量量之之比比。因因为为，不不同同种种类类的的碳碳源源和和氮氮源源，其其中中含含碳碳量量和和含含氮氮量量差别很大。差别很大。一般培养基的一般培养基的C/N比为比为100/0.52。以含氮量来看：以含氮量来看：NH3(82%)CO(NH2)2(46%)NH4NO
26、3(35%)(NH4)2CO3(29.2%)(NH4)2SO4(21%)适宜营养物质的选择适宜营养物质的选择适宜营养物质的选择适宜营养物质的选择表3微生物常见的有机碳源种种类类举举例例说说明明单单糖糖葡萄糖，麦芽糖，葡萄糖，麦芽糖，果糖，麦芽糖，半果糖，麦芽糖，半乳糖，木糖乳糖，木糖用作速效碳源，但会加速菌体呼吸，溶氧下降中用作速效碳源，但会加速菌体呼吸，溶氧下降中间间代代谢谢物物积积累累二糖二糖蔗糖，乳糖蔗糖，乳糖用作速效碳源，但会加速菌体呼吸，溶氧下降中用作速效碳源，但会加速菌体呼吸，溶氧下降中间间代代谢谢物物积积累累多糖多糖淀粉，玉米粉，淀粉，玉米粉，纤纤维维素素迟迟效碳源。效碳源。纤维
27、纤维素只有少数微生物能素只有少数微生物能够够作作为为碳源。碳源。糖蜜糖蜜甜菜糖蜜，甘蔗糖甜菜糖蜜，甘蔗糖蜜蜜是非常好的碳源，成分复是非常好的碳源，成分复杂杂，在，在发发酵工酵工业业中常用酵母中常用酵母发发酵、抗生素和丙酵、抗生素和丙酮酮丁醇生丁醇生产产常用它常用它为为碳源。一般包碳源。一般包括蔗糖括蔗糖35%35%，葡萄糖，葡萄糖9%9%，果糖，果糖7%7%，8 8种其它糖种其它糖类类4%4%，其它其它还还原物原物质质3%3%，2424种氨基酸占种氨基酸占4.5%4.5%，有机酸，有机酸5%5%，蜡蜡质质、甾醇和磷脂占、甾醇和磷脂占0.4%0.4%，灰分，灰分12%12%，水，水20%20%。
28、麦芽麦芽发发芽的大麦芽的大麦主要培养酵母用，工主要培养酵母用，工业业上用麦芽汁上用麦芽汁发发酵，制作啤酒。酵，制作啤酒。油脂油脂棉籽油，玉米油，棉籽油，玉米油，豆油，葵花籽油等。豆油，葵花籽油等。热值热值高，液体培养高，液体培养时时消耗氧气多。在工消耗氧气多。在工业业上常常少量上常常少量添加作添加作为为消泡消泡剂剂使用。使用。醇醇类类甲醇，甘油甲醇，甘油甲醇被用来培养酵母。甲醇被用来培养酵母。烃类烃类CHCH4 4，C C2 2H H6 6，C C4 4H H1010，C12C20C12C20烷烃烷烃热值热值高，液体培养高，液体培养时时消耗氧气多。溶解性不好，液体消耗氧气多。溶解性不好，液体培
29、养培养对搅对搅拌要求高。拌要求高。有机酸有机酸乙酸，乳酸，乙酸，乳酸，柠柠檬檬酸等酸等利用会利用会导导致致pHpH上升上升表表不同能源培养不同能源培养细细胞的得率胞的得率碳源碳源基基质质葡萄葡萄糖糖（糖（糖蜜）蜜）甲甲烷烷正正烷烷烃烃甲醇甲醇乙醇乙醇醋酸醋酸盐盐顺顺丁丁烯烯二二酸酸盐盐细细胞胞得率得率（g g细细胞胞/g/g基基质质）0.510.510.60.62 21.031.030.400.400.680.680.340.340.360.36表表常常见见微生物氮源微生物氮源种种类类可以利用的微生可以利用的微生物物特点特点有机氮源：牛肉有机氮源：牛肉浸膏、酵母浸膏、浸膏、酵母浸膏、花生花生饼
30、饼粉、黄豆粉、黄豆饼饼粉、棉子粉、棉子饼饼粉、粉、玉米玉米浆浆、玉米蛋、玉米蛋白粉、蛋白白粉、蛋白胨胨、酵母粉、酵母粉、鱼鱼粉、粉、蚕蛹粉、麦麸、蚕蛹粉、麦麸、尿素等尿素等大部分微生物，大部分微生物，如青霉，酵母，如青霉，酵母，大大肠肠杆菌。杆菌。含有丰富的氨基含有丰富的氨基酸，是微生物的酸，是微生物的优优良氮源。良氮源。无机氮源：无机氮源：铵盐铵盐、硝酸硝酸盐盐、氨水等、氨水等部分微生物（氨部分微生物（氨基酸异养型不能基酸异养型不能利用）利用）硝酸硝酸盐盐要要还还原后原后才能用，可以同才能用，可以同时调节时调节pHpH。N N2 2少数少数细细菌（菌（约约5050多个属，多个属，100100
31、多种）多种）生物固氮是地球生物固氮是地球上上仅仅次于光合作次于光合作用的第二个重要用的第二个重要的生物化学反的生物化学反应应。表表常用的培养基中的无机常用的培养基中的无机盐盐及参考及参考浓浓度（度（g/L）无机无机无机无机盐盐盐盐提供的元素提供的元素提供的元素提供的元素参考参考参考参考浓浓浓浓度度度度培养基名称培养基名称培养基名称培养基名称MgSOMgSO4 4MgMg0.50.5察氏培养基察氏培养基察氏培养基察氏培养基KHKH2 2POPO4 4/K/K2 2HPOHPO4 4KK，P P0.12/1.00.12/1.0克氏培养基克氏培养基克氏培养基克氏培养基KClKClKK0.50.5察氏
32、培养基察氏培养基察氏培养基察氏培养基NaClNaClNaNa5 5牛肉膏蛋白牛肉膏蛋白牛肉膏蛋白牛肉膏蛋白胨胨胨胨培培培培养基养基养基养基CuSOCuSO4 45H5H2 2OOCuCu0.0160.016氧化硫酸杆菌培氧化硫酸杆菌培氧化硫酸杆菌培氧化硫酸杆菌培养液养液养液养液ZnSOZnSO4 47H7H2 2OOZnZn0.220.22氧化硫酸杆菌培氧化硫酸杆菌培氧化硫酸杆菌培氧化硫酸杆菌培养液养液养液养液FeSOFeSO4 4FeFe0.010.01察氏培养基察氏培养基察氏培养基察氏培养基CaClCaCl2 22H2H2 2OOCaCa0.250.25氧化硫酸杆菌培氧化硫酸杆菌培氧化硫酸
33、杆菌培氧化硫酸杆菌培养液养液养液养液NaHCONaHCO3 3NaNa0.10.1蓝细蓝细蓝细蓝细菌培养基菌培养基菌培养基菌培养基MnClMnCl2 24H4H2 2OOMnMn0.050.05氧化硫酸杆菌培氧化硫酸杆菌培氧化硫酸杆菌培氧化硫酸杆菌培养液养液养液养液（NHNH4 4）6 6MoMo7 7OO24244H4H2 2OOMoMo0.010.01氧化硫酸杆菌培氧化硫酸杆菌培氧化硫酸杆菌培氧化硫酸杆菌培养液养液养液养液pH渗透压和水活度渗透压和水活度 氧化还原电位氧化还原电位3、物理化学条件适宜、物理化学条件适宜:vv 细菌细菌细菌细菌:pH7.08.0 pH7.08.0 vv 放线菌
34、：放线菌：放线菌：放线菌：pH7.0 pH7.0 8.5 8.5 vv 酵母菌酵母菌酵母菌酵母菌:pH3.86.0 pH3.86.0 vv 霉菌：霉菌：霉菌：霉菌：pH4.06.0pH4.06.0pH：微生物有最佳生长：微生物有最佳生长pH微生物在生长过程中培养基微生物在生长过程中培养基pH值可能发生的变化值可能发生的变化：v在含糖基质上生长在含糖基质上生长,会产酸而使会产酸而使pH下降，下降，v在分解蛋白质和氨基酸时在分解蛋白质和氨基酸时,会产会产NH3而使而使pH上升，上升，v以以(NH4)2SO4作作N源源,会过剩会过剩SO42-,而使而使pH下降，下降，v分解利用阳离子化合物如：分解利
35、用阳离子化合物如：NaNO3,会过剩会过剩Na+而使而使pH上升。上升。维持培养基维持培养基pH的方法的方法使用磷酸缓冲剂：使用磷酸缓冲剂：使用磷酸缓冲剂：使用磷酸缓冲剂：K K2 2HPOHPO4 4/Na/Na2 2HPOHPO4 4,H,H2 2POPO4 4/NaH/NaH2 2POPO4 4 采用采用采用采用“备用碱备用碱备用碱备用碱”：CaCOCaCO3 3 、CaHCOCaHCO3 3 采用弱酸盐：柠檬酸盐、乳酸盐等采用弱酸盐：柠檬酸盐、乳酸盐等采用弱酸盐：柠檬酸盐、乳酸盐等采用弱酸盐：柠檬酸盐、乳酸盐等 采用液氨或盐酸采用液氨或盐酸采用液氨或盐酸采用液氨或盐酸渗透压渗透压(os
36、moticpressure):高浓度溶液向低浓度溶液渗透时，高浓度溶液向低浓度溶液渗透时，其溶质分子所产生的压力。其溶质分子所产生的压力。高渗溶液会导致微生物细胞发生质壁分离高渗溶液会导致微生物细胞发生质壁分离低渗溶液会导致微生物细胞吸水膨胀甚至破裂低渗溶液会导致微生物细胞吸水膨胀甚至破裂 水的可利用性水的可利用性用水活度用水活度用水活度用水活度(water activity,aw)(water activity,aw)表示表示表示表示 a aww：在在在在天天天天然然然然环环环环境境境境中中中中，微微微微生生生生物物物物可可可可实实实实际际际际利利利利用用用用的的的的自自自自由由由由水水水水
37、或或或或游游游游离水含量。离水含量。离水含量。离水含量。aw=P/PoP:溶液的蒸汽溶液的蒸汽压压Po:纯纯水的蒸汽水的蒸汽压压水活度需等渗适宜。水活度需等渗适宜。微生物适宜生长的微生物适宜生长的aw为为0.60.998之间。之间。在常温常在常温常压压下，下，纯纯水的水的aw为为1.00在同温同在同温同压压，某溶液的，某溶液的饱饱和蒸汽和蒸汽压压与与纯纯水的水的饱饱和蒸汽和蒸汽压压之比。之比。溶溶液液aw30%葡萄糖溶液葡萄糖溶液0.9641%葡萄糖葡萄糖+20%甘油甘油0.9551%葡萄糖葡萄糖+40%蔗糖蔗糖0.964饱和氯化钠溶液饱和氯化钠溶液0.78饱和氯化钙溶液饱和氯化钙溶液0.30
38、饱和氯化镁溶液饱和氯化镁溶液0.30饱和氨化锂溶液饱和氨化锂溶液0.11几种溶液的水活度值几种溶液的水活度值氧化还原电位氧化还原电位Eh（redoxpotential）：氧化还原系）：氧化还原系统中的还原剂释放电子或氧化剂接受电子的趋势。统中的还原剂释放电子或氧化剂接受电子的趋势。好氧微生物：好氧微生物：+0.1V。一般一般+0.3+0.4V厌氧微生物：厌氧微生物：+0.1以下以下兼性微生物：兼性微生物：+0.1以上好氧呼吸；以上好氧呼吸；+0.1以以下进行发酵下进行发酵4、原料来源的选择原料来源的选择vv 经济节约原则经济节约原则经济节约原则经济节约原则:以粗代精、以废代好、以简代繁以粗代精
39、、以废代好、以简代繁以粗代精、以废代好、以简代繁以粗代精、以废代好、以简代繁vv 原料来源要广泛原料来源要广泛原料来源要广泛原料来源要广泛 vv 原料要易处理，处理成本要低原料要易处理，处理成本要低原料要易处理，处理成本要低原料要易处理，处理成本要低 vv 原料处理后，废物、废液、废气要少原料处理后，废物、废液、废气要少原料处理后，废物、废液、废气要少原料处理后，废物、废液、废气要少灭菌处理灭菌处理高压蒸汽灭菌：高压蒸汽灭菌：高压蒸汽灭菌：高压蒸汽灭菌：1.05kg/cm1.05kg/cm，1211210 0C C，151530min30min高温灭菌对营养物质的破坏及高温灭菌对营养物质的破坏
40、及pH变化变化（二）四种方法（二）四种方法生态模拟生态模拟查阅文献查阅文献精心设计精心设计实验比较实验比较培养基类型培养基类型v依对培养基成分的了解：依对培养基成分的了解：天然培养基天然培养基(complexmedium,undefinedmedium)，指一些利用动、植物或微生物体或其提取物制成的培指一些利用动、植物或微生物体或其提取物制成的培养基，成分未知。如培养细菌所用的肉汤蛋白胨培养养基，成分未知。如培养细菌所用的肉汤蛋白胨培养基，培养酵母菌的麦芽汁培养基等。基，培养酵母菌的麦芽汁培养基等。优点：优点：取材方便、营养丰富、种类多样、配制方便取材方便、营养丰富、种类多样、配制方便组合培养
41、基组合培养基(definedmedium)，或称合成培养基或称合成培养基(syntheticmedium)是是一一类类用用多多种种高高纯纯化化学学试试剂剂配配制制的的、各各成成分分（包包含含微微量量元元素素）的的量量都都确确切切知知道道的的培培养养基基。如如培培养养细细菌菌所所用用的的葡葡萄萄糖糖铵铵盐盐培培养养基基，培培养养放放线线菌菌的的淀淀粉粉硝硝酸酸盐盐培培养养基（高氏一号）。基（高氏一号）。较昂贵，一般用于研究工作（代谢、遗传分析）较昂贵，一般用于研究工作（代谢、遗传分析）。优点：组份精确、重复性好。优点：组份精确、重复性好。半合成培养基半合成培养基(Semi-definedmedi
42、um)固固体体培培养养基基(solidmedium)，一一般般加加有有凝凝固固剂剂，凝凝固固剂剂含含量量一一般般为为12。作作为为凝凝固固剂剂的的条条件件：不不被被微微生生物物分分解解利利用用，生生长长温温度度范范围围内内保保持持固固体体状状态态，凝凝固固点点温温度度对对微微生生物物无无害害，不不因因灭灭菌菌而而破破坏坏，透透明明度度好好、配配制制方便、价格低。常用的为方便、价格低。常用的为琼琼脂与明胶。脂与明胶。由由于于固固体体培培养养基基能能提提供供表表面面，形形成成单单菌菌落落，因因此此可可用用于于：菌菌种种分分离离、鉴定、保藏等。鉴定、保藏等。液体培养基液体培养基(liquidmedi
43、um)，培养基中没有凝固剂。培养基中没有凝固剂。用途：大量培养微生物，研究生理代谢等。用途：大量培养微生物，研究生理代谢等。半固体培养基半固体培养基(semi-solidmedium)，凝固剂含量一般约为凝固剂含量一般约为0.5%,用途：观察细菌的运动，测定噬菌体效价等。用途：观察细菌的运动，测定噬菌体效价等。v按培养基外观的物理状态：固体、半固体、液体。按培养基外观的物理状态：固体、半固体、液体。培养基固化物培养基固化物培养基固化物培养基固化物琼琼琼琼脂与明胶的比脂与明胶的比脂与明胶的比脂与明胶的比较较较较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
44、度浓度透明透明度度粘粘着着力力耐加耐加压灭压灭菌菌琼琼脂脂聚半乳糖聚半乳糖的硫酸酯的硫酸酯无无罕见罕见960C400C1.52%高高强强强强明明胶胶蛋白质蛋白质作氮作氮源源极易极易250C200C512%高高强强弱弱v依功能不同：依功能不同：选择培养基选择培养基选择培养基选择培养基(Selected medium)(Selected medium)：根据某种微生物的特殊根据某种微生物的特殊根据某种微生物的特殊根据某种微生物的特殊营养要求或其对某化学、物理因素的抗性而设计的培养基。营养要求或其对某化学、物理因素的抗性而设计的培养基。营养要求或其对某化学、物理因素的抗性而设计的培养基。营养要求或其
45、对某化学、物理因素的抗性而设计的培养基。功能：混合菌中劣势菌变成优势菌，从而提高该菌的筛选效功能：混合菌中劣势菌变成优势菌，从而提高该菌的筛选效功能：混合菌中劣势菌变成优势菌，从而提高该菌的筛选效功能：混合菌中劣势菌变成优势菌，从而提高该菌的筛选效率。率。率。率。鉴别培养基鉴别培养基(Differentialmedium)：加有能与某一菌的无色加有能与某一菌的无色代谢产物发生反应的指示剂，从而用肉眼就能使该菌落与代谢产物发生反应的指示剂，从而用肉眼就能使该菌落与外形相似的其他菌落相区分的培养基。外形相似的其他菌落相区分的培养基。用途：细菌学检验遗传研究，用途：细菌学检验遗传研究，EMB(Eos
46、inMethyleneBlue)培培养养基基中中培培养养大大肠肠杆杆菌菌，因因其其强强烈烈分分解解乳乳糖糖而而产产生生大大量量的的混混合合酸酸，菌菌体体带带H+,故故可可染染上上酸酸性性染染料料伊伊红红，又又因因伊伊红红与与美美蓝蓝结结合合，使使菌菌落落呈呈深深紫紫色色。从从菌菌落落表表面面反反光光还还可可看看到到绿绿色色金金属属闪闪光光。而而产产酸酸弱弱的的菌菌株株的菌落呈棕色。不发酵乳酸的菌落无色透明。的菌落呈棕色。不发酵乳酸的菌落无色透明。鉴别肠道细菌的伊红美蓝乳糖培养基鉴别肠道细菌的伊红美蓝乳糖培养基伊红美蓝伊红美蓝(EMB,EosinMethyleneBlue)培养基培养基小小 结结
47、1 1、微微生生物物需需要要大大约约1010种种大大量量元元素素，部部分分是是用用于于构构成成碳碳水水化化合合物物、脂脂质质、蛋蛋白白、核核酸酸,几几种种其其它它元元素素，很很少少量量地地需需要要作为辅酶和辅基。作为辅酶和辅基。2 2、所所有有微微生生物物根根据据它它们们对对碳碳源源、能能量量或或氢氢原原子子或或电电子子的的要求都可以在营养上被归类。要求都可以在营养上被归类。3 3、营营养养分分子子不不能能通通过过被被动动扩扩散散持持续续穿穿过过细细胞胞质质膜膜，它它们们必须被三种主动运输机制中的一种进行运输。必须被三种主动运输机制中的一种进行运输。培养基在实验室培养微生物是需要的，在微生物鉴
48、定，水培养基在实验室培养微生物是需要的，在微生物鉴定，水质鉴定，食品的分析中都需要分离特定的微生物，因此，质鉴定，食品的分析中都需要分离特定的微生物，因此，为了不同的目的常需要不同的培养基。为了不同的目的常需要不同的培养基。本章复习思考题1 1、什么是大量元素、什么是微量元素。什么是大量元素、什么是微量元素。2 2、微生物需要的大量元素包括哪几种？微生物需要的大量元素包括哪几种？3 3、什什么么叫叫营营养养？什什么么叫叫营营养养物物？营营养养物物有有那那些些生生理理功功能？能？4 4、试试列列表表比比较较动动物物、植植物物、微微生生物物对对营营养养要要素素和和营营养养方式的异同。方式的异同。5
49、 5、什么叫碳源、列出微生物常用的碳源。什么叫碳源、列出微生物常用的碳源。6 6、微生物在碳源利用上有何不同？微生物在碳源利用上有何不同？7 7、什么叫氮源？列出微生物常用的氮源。什么叫氮源？列出微生物常用的氮源。8 8、微生物利用氮源有何特点？微生物利用氮源有何特点？9 9、什么叫氨基酸自养型？什么叫氨基酸异养型？什么叫氨基酸自养型？什么叫氨基酸异养型？1010、比较营养物质进入细胞的差异？比较营养物质进入细胞的差异？11、什么叫培养基？什么是天然培养基？12、什么是半固体培养基？13、什么叫鉴别培养基，举一个鉴别培养基的例子和鉴别原理。14、什么叫碳氮比？15、配制备培养基的基本原则是什么
50、？参考文献:1沈萍微生物学北京：高等教育出版社，20002周德庆微生物教程第2版北京：高等教育出版社，20023黄秀梨.微生物学第2版.北京：高等教育出版社，20014诸葛健，李华钟.微生物学第一版北京：科学出版社，2004.95PrescottLM.等著.微生物学第5版沈萍等译，北京：科学出版社，20006PrescottLM,HarleyJP,andKleinDA.Microbiology(5thed.),HighereducationpressandMcGraw-HillCompanies,Inc.20027 Michael TM,John MM,Jack P.Brock biology