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1、微生物的营养和培养基微生物的营养和培养基噬菌体增殖过程第一节 微生物的6大类营养要素二、氮源 微生物氮源谱的特点：1、明显比动物或植物的广。一般地说，异养微生物对氮源的利用顺序是：“NCHO”或“NCOHX”类优于“NH类，更优于NO”类，而最不易利用的则是“N”类(只有少数固氮菌、根瘤菌和蓝细菌等可利用它)。在微生物培养基成分中，最常用的有机氮源是牛肉浸出物（牛肉膏牛肉膏）、酵母膏酵母膏、植物的饼粕粉和蚕蛹粉等，由动、植物蛋白质经酶消化后的各种蛋白胨蛋白胨尤为广泛使用。第一节 微生物的6大类营养要素二、氮 源 微生物氮源谱的特点：2、氨基酸自养型生物（amino acid autotroph
2、s）：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、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；氨基酸异养型生物（amino acid heterotrophs）：需要从外界吸收现成的氨基酸作氮源的微生物。所有的动物和大量的异养微生物属于氨基酸异养型生物。而所有的绿色植物和不少微生物都是氨基酸自养型生物。第一节 微生物的6大类营养要素三、能源（energy）能为微生物生命活动提供最初能量来源最初能量来源的营养物或辐射能。由于各种异养微生物的能源就是其碳源，因此，它们的能源就显得十分简单。第一节 微生物的6大类营养要素三、能源（energy）单功能营养物：光辐射能；双功能营
3、养物：还原态的无机物NH4+（能源、氮源）；三功能营养物：氨基酸（碳源、氮源和能源）第一节 微生物的6大类营养要素四、生长因子（growth factor）一类调节微生物正常代谢所必需，但不能用简单的碳、氮源自行合成的有机物。由于它没有能源和碳、氮源等结构材料的功能。因此需要量一般很少。广义的生长因子除了维生素外，还包括碱基、卟啉及其衍生物、甾醇、胺类、C4C6的分支或直链脂肪酸，有时还包括氨基酸营养缺陷突变株所需要的氨基酸在内；狭义的生长因子一般仅指维生素。生长因子虽为一重要营养要素，但它与碳源、氮源和能源有所区别，即并非任一具体微生物都需要外界为它提供生长因子。第一节 微生物的6大类营养要
4、素四、生长因子（growth factor）按照微生物对生长因子的需要与否，把它们分成3种类型。（1）生长因子自养型微生物）生长因子自养型微生物 它们不需要从外界吸收任何生长因子。多数真菌、放线菌和不少细菌，如E.coli等都属这类。（2）生长因子异养型微生物）生长因子异养型微生物 它们需要从外界吸收多种生长因子才能维持正常生长如各种乳酸菌、动物致病菌、支原体和原生动物等。如支原体需要甾醇等（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，能合成并大量分泌某些维生素等生长因子，因此，可作为有关维生素的生产菌种。例如，可用阿舒假囊酵母或棉阿舒囊霉生产维生素B2；
5、可用谢氏丙酸杆菌、若干链霉菌和产甲烷菌生产维生素B12等。第一节 微生物的6大类营养要素五、无机盐（mineral salts）无机盐或矿质元素主要可为微生物提供除碳、氮源以外的各种重要元素。大量元素：凡生长所需浓度在10-310-4mol/L范围内的元素，如P、S、K、Mg、Na和Fe等微量元素：凡生长所需浓度在10-610-8mol/L范围内的元素，如Co、Zn、Mn、Mo、Co、Ni、Sn和Se等。第一节 微生物的6大类营养要素六、水（water）除蓝细菌等少数微生物能利用水中的氢来还原CO2以合成糖类外，其他微生物并非真正把水当作营养物。即使如此，由于水在微生物代谢活动中的不可缺少性，
6、故仍应作为营养要素来考虑。原因如下：水是地球上整个生命系统存在和发展的必要条件。首先首先它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；其其次次它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；此外，它还有许多优良的物理性质，诸如高比热、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要的特性。第二节 微生物的营养类型营养类型营养类型是指根据微生物生长所需要的主要营养要素即能源和碳源能源和碳源的不同，而划分的微生物类型。微生物营养类型的划分方法很多(表4-3)，较多的是按它们对能源、氢 供体和基本碳源的需要来区分的4种类型，具休内容可见表4-4。有机物日
7、光辐射能还原态的无机物第二节 微生物的营养类型营养类型营养类型是指根据微生物生长所需要的主要营养要素即能源和碳源能源和碳源的不同，而划分的微生物类型。微生物营养类型的划分方法很多(表4-3)，较多的是按它们对能源、氢 供体和基本碳源的需要来区分的4种类型，具休内容可见表4-4。光能无机营养型（光能自养型）n利用光光作为生活所需要的能源，利用CO2作为碳源，以无机物无机物作为供氢体以还原CO2合成细胞的有机物，例如，红硫细菌、绿硫细菌等，它们细胞内都含有光合色素，它们完全可以在无机的环境中生长。n细菌的光合作用与高等绿色植物的光合作用相似，所不同的是高等绿色植物以水作为CO2的还原剂，同时放出氧
8、；而光合细菌则是从H2S、Na2S2O3等无机硫化物中得到氢还原CO2，并析出硫。光能无机营养型（光能自养型）实例能源氢供体基本碳源蓝细菌光H2OCO2紫硫细菌光H2SCO2绿硫细菌光H2SCO2藻类光H2OCO2光能有机营养型（光能异养型）n利用光作为能源，利用有机物作为供氢体还原CO2合成细胞有机物。如红螺细菌能利用异丙醇作为供氢体进行光合作用，并积累丙酮。化能无机营养型（化能自养型）n这类微生物的能源来自无机物氧化所产生的化学能，碳源是CO2（或碳酸盐）。它们可以在完全无机的环境中生长发育，如硫细菌、铁细菌、硝化细菌、氢细菌等。硝化细菌、硫细菌就是利用这种方式来合成有机物的。化能无机营养
9、型（化能自养型）实 例能源氢供体基本碳源硝化细菌NH4+、NO2-H2OCO2硫化细菌S、FeS2 H2OCO2铁细菌Fe2+H2SO4CO2氢细菌H2H2H2CO3硫磺细菌H2S、SH2SCO2课后作业共性问题n周质空间第三节 营养物质进入细胞的方式 除原生动物（吞噬营养型）外，其他各大类有细胞的微生物都是通过细胞膜的渗透和选择吸收作用而从外界吸取营养物的。细胞膜运送营养物质有4种方式，即单纯扩散、促进扩散、主动运送和基团移位。一、单纯扩散（simple diffusion）又称被动运送（passive transport），指疏水性双分子层细胞膜（包括孔蛋白在内）在无载无载体蛋白体蛋白参与
10、下，单纯依靠物理扩散方式让许多小分子、非电离分子尤其是亲水性分子被动通过的一种物质运送方式。通过这种方式运送的物质种类不多，主要是O2、CO2、乙醇和某些氨基酸分子、由于单纯扩散对营养物的运送缺乏选择能力和逆浓度梯度的“浓缩”能力，因此不是细胞获取营养物的主要方式。二、促进扩散（facilitated diffusion）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，但不消耗能量的一类扩散性运送方式。载体蛋白有时称作渗透酶、移位酶或移位蛋白。一般通过诱导产生，它借助自身构象的变化，在不耗能的条件下可加速把膜外高浓度的溶质扩散到膜内，直至膜内外该溶质浓度相等为止。例如酿酒酵
11、母对各种糖、氨基酸和维生素的吸收，以及E.coli对甘油的吸收等。三、主动运输（active transport）指一类须提供能量(包括ATP、质子动势或“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溶质运入膜内的一种运送方式。由于它可以逆浓度梯度运送营养物，所以对许多生存于低浓度营养环境中的贫养菌贫养菌（或称寡养菌）的生存极为重要。主动运送的例子很多，主要有无机离子、有机离子和一些糖类(乳糖、葡萄糖、麦芽糖或蜜二糖)等。在E.coli中、通过主动运送，1分子乳糖约耗费0.5分子ATP，而运送1分子麦芽糖则要耗费10-12ATP。四、基团移位（group tran
12、slocation）n指一类既需特异性载体蛋白的参与，又需耗能的一种物质运送方式。其特点是溶质在运送前后还会发生分子结构的变化，因此不同于一般的主动运送。n基团移位主要用于运送各种糖类(葡萄糖、果糖、甘露糖和N-乙酰葡糖胺等)、核苷酸、丁酸和腺嘌呤等物质。其运送机制在E.coli中研究得较为清楚，主要靠磷酸转移酶系统，即磷酸烯醇式丙酮酸-己糖磷酸转移酶系统进行。此系统由24种蛋白组成，运送某一具体糖至少有4种蛋白参与。其特点是每输入一个葡萄糖分子，就要消耗一个ATP的能量。热稳载热稳载体蛋白体蛋白四、基团移位（group translocation）第四节 培养基n培养基培养基（medium，
13、复数为media；或culture medium）指由人工配制的、适合微生物生长繁殖或产生代谢产物用的混合营养料。任何培养基都应具备微生物生长所需要的六大营养要素，且其间的比例是合适的。n绝大多数微生物都可在人工培养基上生长，只有少数称作难养菌难养菌（fastidious microorganisms）的寄生或共生微生物，例如类支原体、类立克次氏体和少数寄生真菌等，至今还不能在人工培养基上生长。第四 节 培养基一、选用和设计培养基的原则和方法（一）4个原则1、目的明确2、营养协调 碳氮比（即C/N比）：碳源与氮源含量之比。3、理化适宜指培养基的pH值、渗透压、水活度和氧化还原势等物理化学条件较
14、为适宜。4、经济节约第四 节 培养基一、选用和设计培养基的原则和方法（二）4种方法1、生态模拟直接取用某种微生物大量生长繁殖的环境中的自然基质(经过灭菌)或模拟这类自然条件，就可获得一个“初级的”天然培养基，例如可用肉汤培养细菌，用果汁培养酵母菌，用润湿的麸皮、米糠培养霉菌以及用米饭或面包培养根霉等。2、参阅文献3、精心设计借助于优选法或正交试验设计等数学工具，可明显提高工作效率。4、经济节约试验的规模一般都遵循由定性到定量、由小到大、由实验室到工厂等逐步扩大的原则。例如，可先在培养皿琼脂平板上测试某微生物的营养要求，然后作摇瓶培养或台式发酵罐培养试验，最后才扩大到试验型并进一步放大到生产型发
15、酵罐中进行试验。第四 节 培养基二、培养基的种类（一）按对培养基成分的了解作分类1、天然培养基（complex media，undefined media）指一类利用动、植物或微生物体包括用其提取物制成的培养基，这是一类营养成分既复杂又丰富、难以说出其确切化学组成的培养基。例如培养多种细菌所用的牛肉膏蛋白胨牛肉膏蛋白胨培养基培养基，培养酵母菌的麦芽汁培养基麦芽汁培养基等。天然培养基的优点是营养丰富、种类多样、配制方便、价格低廉；缺点是成分不清楚、不稳定。在实验室中配制这类培养基时，还常用商品形式的天然材料，包括酪蛋白、大豆蛋白、牛肉膏、酵母粉以及它们的酶解或酸解产物(如各种蛋白陈)等。第四 节
16、 培养基二、培养基的种类（一）按对培养基成分的了解作分类2、组合培养基（chemically defined medium）又称合成培养基合成培养基或综合培养基，是一类按微生物的营养要求精确设计后用多种高纯化学试剂配制成的培养基。例如培养E.coli等细菌用的葡萄糖铵盐培养基葡萄糖铵盐培养基，培养一些链霉菌的淀粉硝酸盐培养基淀粉硝酸盐培养基(常称“高氏一号培养基高氏一号培养基”)，培养真菌的蔗糖硝酸盐培养基蔗糖硝酸盐培养基（即察氏培养基）等。组合培养基的优点是成分精确、重演性高，缺点是价格较贵、配制麻烦，且微生物生长比较一般，因此，通常仅适用于营养、代谢、生理、生化、遗传、育种、菌种鉴定或生物
17、测定等对定量要求较高的研究工作中。第四 节 培养基二、培养基的种类（一）按对培养基成分的了解作分类3、半组合培养基（semi-defined media）指一类主要以化学试剂配制，同时还加有某种或某些天然成分的培养基，例如，培养真菌的马铃薯蔗糖培养基马铃薯蔗糖培养基等。第四 节 培养基二、培养基的种类（二）按培养基外观的物理状态作分类1、液体培养基（liquid media）一类呈液体状态的培养基，在实验室和生产实践中用途广泛，尤其适用于大规模地培养微生物。第四 节 培养基二、培养基的种类（二）按培养基外观的物理状态作分类2、固体培养基（solid media）一类外观呈固体状态的培养基。根据
18、固态的性质又可分为:（1）固化培养基固化培养基 常称“固体培养基”，由液体培养基中加入适量凝固剂而成，例如加有1.5%-2%琼脂或5%-12%明胶的液体培养基，就可制成遇热可融化、冷却后则呈凝固态的用途最广的固化培养基。除琼脂和明胶外，海藻酸胶、脱乙酰吉兰糖胶和多聚醇F127也可以用作凝固剂。第四 节 培养基2、固体培养基（solid media）（2）非可逆性固化培养基指一类一旦凝固后不能再重新融化的固化培养基，如血清培养基或无机硅胶培养基等。后者专门用于化能自养细菌的分离和纯化等方面。第四 节 培养基2、固体培养基（solid media）（3）天然固态培养基 由天然固态基质直接配制成的培
19、养基，例如培养真菌用的由麸皮、米糠、木屑、纤维或稻草粉配制成的培养基；由马铃薯片，胡萝卜条，大米，麦粒，大豆，面包或动、植物组织直接制备的培养基等。第四 节 培养基2、固体培养基（solid media）（4）滤膜（membrane filter）是一种坚韧且带有无数微孔的醋酸纤维薄膜。若把滤膜制成圆片覆盖在营养琼脂或浸有液体培养基的纤维素衬垫上，就形成具有固化培养基性质的培养条件。滤膜主要用于对含菌量很少的水中微生物进行过滤、浓缩，然后揭下滤膜，把它放在含有适当液体培养基的衬垫上培养，待长出菌落后，就可计算单位水样中的实际含菌量。第四 节 培养基2、固体培养基（solid media）固体培
20、养基在科学研究和生产实践上用途很广，例如，可用于菌种分离、鉴定、菌落计数、检验杂菌、选种、育种、菌种保藏、生物活性物质的生物测定、获取大量真菌袍子，以及用于微生物的固体培养和大规模生产等。第四 节 培养基3、半固体培养基（semi-solid media）指在液体培养基中加入少量的凝固剂而配制成的半固体状态培养基，例如“稀琼脂”，它们在小型容器倒置时不会流出，但在剧烈振荡后则呈破散状态。一般可在液体培养基中加入0.5%左右的琼脂制成。半固体培养基可放入试管中形成“直立柱”，把它用于细菌的动力观察，趋化性研究，厌氧菌的培养、分离和计数，以及细菌和酵母菌的菌种保藏等，若用于双层平板法中，还可测定噬
21、菌体的效价。第四 节 培养基4、脱水培养基脱水培养基（dehydrated media）又称脱水商品培养基（dehydrated commercial media）或预制干燥培养基预制干燥培养基，指含有除水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，是一类既有成分精确又使用方便等优点的现代化培养基。第四 节 培养基二、培养基的种类（三）按培养基对微生物的功能做分类1、选择性培养基选择性培养基（selected media）一类根据某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，具有使混合菌样中的劣势菌变成优势菌的功能，广泛用于菌种筛选等领域。第四 节 培
22、养基二、培养基的种类（三）按培养基对微生物的功能做分类1、选择性培养基选择性培养基（selected media）选择性培养基是19世纪末由荷兰的M.W.Beijerinck和俄国的S.N.Vinogradsky所发明。我国人民在12世纪的宋代，就已根据红曲霉具有耐酸和耐高温的特性，采用明矾调节酸度和用酸米抑制杂菌的高温培养法，获得了纯度很高的红曲，这实际上就是应用选择性培养基的先例；我国民间流传至今的泡菜制作，也是利用选择性培养基和培养法的一个实例。第四 节 培养基二、培养基的种类（三）按培养基对微生物的功能做分类1、选择性培养基选择性培养基（selected media）n加富性选择培养基
23、（enriched selected media）采用了这类“投其所好”的策略后，就可使原先极少量的筛选对象很快在数量上接近或超过原试样中其他占优势的微生物，因而达到了富集或增殖的目的。n抑制性选择培养基（inhibited selected media）采用“投其所抗”的原理山西新源华康化工股份有限公司侧耳液体深层发酵实验菌株分离与纯化l请结合大学期间做过的微生物学实验：微生物菌种分离与纯化这一节的实验知识来解决现实生活中碰到的微生物问题？l假如你是该企业的一名微生物学实验技术工作者，请问你如何从已经污染的侧耳素发酵液中分离纯化出侧耳这种真菌？第四 节 培养基二、培养基的种类（三）按培养基对
24、微生物的功能做分类1、选择性培养基选择性培养基（selected media）用作加富的营养物主要是一些特殊的碳源或氮源，如甘露醇可富集自生固氮菌，纤维素可畜集纤维分解菌，石蜡油可畜集分解石油的微生物，较浓的糖酒可用来富集酵母菌等；用作抑制它种微生物的选择性抑菌剂有染料(结晶紫等)、抗生素、脱氧胆酸钠和叠氮化钠等；用于选择性的其他理化因素还有温度、氧、pH和渗透压等。第四 节 培养基二、培养基的种类（三）按培养基对微生物的功能做分类2、鉴别性培养基鉴别性培养基（differential media）一类在成分中加有能与目的菌的无色代谢产物发生显色反应的指示剂，从而达到只须用肉眼辨别颜色就能方便
25、地从近似菌落中找出目的菌菌落的培养基。最常见的鉴别性培养基是伊红美蓝乳糖培养基伊红美蓝乳糖培养基，即EMB（Eosin Methylene Blue）培养基。它在饮用水、牛奶的大肠菌群（coliforms）数等细菌学检查和在E.coli的遗传学研究工作中有着重要的用途。第四 节 培养基二、培养基的种类（三）按培养基对微生物的功能做分类2、鉴别性培养基鉴别性培养基（differential media）EMB培养基培养基中的伊红和美蓝两种苯胺染料可抑制G+细菌和一些难培养的G-细菌。在低酸度下，这两种染料会结合并形成沉淀，起着产酸指示剂的作用。因此，试样中多种肠道细菌会在EMB培养基平板上产生易
26、于用肉眼识别的多种特征性菌落，尤其是E.coli，因其能强烈分解乳糖而产生大量混合酸，菌体表面带H+，故可染上酸性染料伊红，又因伊红与美蓝结合，故使菌落染上深紫色，且从菌落表面的反射光中还可看到绿色金属闪光(似金龟子色)，其他几种产酸力弱的肠道菌的菌落也有相应的棕色。小 结 营养（生理功能）是一切生命活动所需物质之源。微生物的营养要素有6类，即碳源、氮源、能源、无机盐、生长因子和水。除水外，碳源所需的量最大，其次是氮源。在自养微生物中，能源是日光能或还原态无机物，在异养微生物中能源就是碳源。在无机盐中，磷、硫需量稍大，钾、镁次之。其他元素和生长因子的需要量一般很少。微生物的营养类型是以其所需碳
27、源和能源的性质来划分的，共分四大类。其中种类最多的是化能异养微生物，其余3类是化能自养微生物、光能自养微生物和光能异养微生物。小 结 除原生动物为吞噬营养型外，其他有细胞构造的微生物，其营养方式都是渗透营养型。它们通过单纯扩散、促进扩散、主动运送和基团移位等方式从外界环境中不断吸取营养物。由于主动运送和基团移位可从外界稀溶液中吸取自身所需要的重要营养物，因此对微生物的生命活动更为重要。小 结 设计和配制培养基，是微生物学实验室和有关生产实践中的基本环节。设计或选用培养基，应努力遵循目的明确、营养协调、理化适宜和经济节约4个原则。在具体设计过程中，还应认真做好生态模拟、查阅文献、精心设计和试验比较4个方法。培养基的种类很多，按照其中营养成分的了解程度、培养基的物理外观和培养基的功能来进行划分。课后作业nP1001、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14。结束语结束语谢谢大家聆听！谢谢大家聆听！56