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1、第第五 五章 章微微生生物物的的营营养养和和生生长 长 食品微生物学食品微生物学伍国明伍国明 副教授副教授0757-85505558(O)0757-85505558(O)佛山科学技术学院佛山科学技术学院 生命科学学院生命科学学院 食品科学与工程系食品科学与工程系 第第五 五章 章微微生生物物的的营营养养和和生生长 长 微生物学微生物学本课程曾获：本课程曾获：2001:2001:佛山科学技术学院首届十优课程佛山科学技术学院首届十优课程2001:2001:佛山科学技术学院教学成果一等奖佛山科学技术学院教学成果一等奖2002:2002:广东省教育厅高等学校电课三等奖广东省教育厅高等学校电课三等奖 2
2、002.:2002.:广东省教育厅优秀教学软件奖三等奖广东省教育厅优秀教学软件奖三等奖 2002:2002:佛山市直院校计算机软件制作比赛一等奖佛山市直院校计算机软件制作比赛一等奖2003.:2003.:佛山科学技术学院教学成果一等奖佛山科学技术学院教学成果一等奖2003:2003:广东省教育厅计算机教育软件三等奖广东省教育厅计算机教育软件三等奖2003:2003:广东省教育厅高校广东省教育厅高校“151“151工程工程”教改项目教改项目第第五 五章 章微微生生物物的的营营养养和和生生长 长 第五章第五章 微生物的营养和生长微生物的营养和生长第一节第一节 微生物的营养微生物的营养 微生物与其他
3、生物一样，微生物与其他生物一样，需要不断地从生长的外部环境中需要不断地从生长的外部环境中吸取所需要的各种营养物质，合吸取所需要的各种营养物质，合成自身的细胞物质和提供机体进成自身的细胞物质和提供机体进行各种生理活动所需要的能量，行各种生理活动所需要的能量，才能使机体进行正常的生长与繁才能使机体进行正常的生长与繁殖，保证其生命的连续性。同时，殖，保证其生命的连续性。同时，产生各种代谢产物。产生各种代谢产物。第第五 五章 章微微生生物物的的营营养养和和生生长 长 第五章第五章 微生物的营养和生长微生物的营养和生长营养物营养物(或营养素，或营养素，nutrient)nutrient)是是指具有营养功
4、能的物质。在微生指具有营养功能的物质。在微生物学中，还包括光能这种非物质物学中，还包括光能这种非物质形式的能源在内。微生物的营养形式的能源在内。微生物的营养物可为它们正常生命活动提供结物可为它们正常生命活动提供结构物质、能量、代谢调节物质和构物质、能量、代谢调节物质和良好的生理环境。良好的生理环境。第第五 五章 章微微生生物物的的营营养养和和生生长 长 一一.微生物的六大营养素微生物的六大营养素 从碳源的大类来看，分为有机碳从碳源的大类来看，分为有机碳源与无机碳源两大类。凡必需利用有源与无机碳源两大类。凡必需利用有机碳源的微生物，称为异养微生物，机碳源的微生物，称为异养微生物，大多数微生物属这
5、类。凡能利用无机大多数微生物属这类。凡能利用无机碳源的微生物，则是自养微生物。碳源的微生物，则是自养微生物。微生物的碳源谱虽然很广，但对微生物的碳源谱虽然很广，但对异养微生物来说，其最适碳源是异养微生物来说，其最适碳源是“C“CHHO”O”型。其中，糖类是最广泛利型。其中，糖类是最广泛利用的碳源，其次是醇类、醛类、有机用的碳源，其次是醇类、醛类、有机酸类和脂类等。酸类和脂类等。第第五 五章 章微微生生物物的的营营养养和和生生长 长 一一.微生物的六大营养素微生物的六大营养素纯多糖优于琼脂等杂多糖和其他大分子纯多糖优于琼脂等杂多糖和其他大分子多糖如木质素。对异养微生物来说，它多糖如木质素。对异养
6、微生物来说，它的碳源同时又充作能源。这时，可认为的碳源同时又充作能源。这时，可认为碳源是一种双功能的营养物。碳源是一种双功能的营养物。异养细菌虽必须利用各种有机碳源，异养细菌虽必须利用各种有机碳源，但不少种类尤其是生长在动物的血液、但不少种类尤其是生长在动物的血液、组织和肠道中的致病微生物，还需要少组织和肠道中的致病微生物，还需要少量二氧化碳才能正常生长。量二氧化碳才能正常生长。第第五 五章 章微微生生物物的的营营养养和和生生长 长 一一.微生物的六大营养素微生物的六大营养素因此，在培养它们时，常要提供因此，在培养它们时，常要提供1010(V/V)(V/V)的二氧化碳；在其他好氧微生物生长时，
7、的二氧化碳；在其他好氧微生物生长时，如果用氢氧化钾除去二氧化碳，也往往对如果用氢氧化钾除去二氧化碳，也往往对其生长有所抑制。其生长有所抑制。在微生物发酵工业中，常根据不同微在微生物发酵工业中，常根据不同微生物的营养需要，利用各种农副产品如玉生物的营养需要，利用各种农副产品如玉米粉、米糠、麦麸、马铃薯、甘薯以及各米粉、米糠、麦麸、马铃薯、甘薯以及各种野生植物的淀粉，作为微生物生产廉价种野生植物的淀粉，作为微生物生产廉价的碳源。这类碳源往往包含了几种营养要的碳源。这类碳源往往包含了几种营养要素，只是其中各要素的比例不一定适合各素，只是其中各要素的比例不一定适合各种微生物的要求罢了。种微生物的要求罢
8、了。第第五 五章 章微微生生物物的的营营养养和和生生长 长 一一.微生物的六大营养素微生物的六大营养素氮源氮源 凡能提供微生物生长繁殖所需氮元凡能提供微生物生长繁殖所需氮元素的营养源，称为氮源素的营养源，称为氮源(nitrogen(nitrogen source)source)。与碳源相似，微生物能利用。与碳源相似，微生物能利用的氮源种类即氮源谱也是十分广泛的。的氮源种类即氮源谱也是十分广泛的。微生物的氮源谱有许多特点，与碳微生物的氮源谱有许多特点，与碳源相似，微生物的氮源谱也大大广于动源相似，微生物的氮源谱也大大广于动物或植物。一般说来，异养微生物对氮物或植物。一般说来，异养微生物对氮源利用
9、的顺序是源利用的顺序是“N“NCCHHO”O”或或“N“NCCHHOOX”X”类优于类优于“N“NH”H”类，更优类，更优于于“N“NO”O”类，而最不易被利用的则是类，而最不易被利用的则是“N”“N”类。类。第第五 五章 章微微生生物物的的营营养养和和生生长 长 一一.微生物的六大营养素微生物的六大营养素从微生物所能利用的氮源种类来看，从微生物所能利用的氮源种类来看，分为分为33类：类：空气中分子态的氮，只有空气中分子态的氮，只有少数具有固氮能力的微生物少数具有固氮能力的微生物(如固氮菌、如固氮菌、根瘤菌根瘤菌)能利用。能利用。无机氮化合物如铵无机氮化合物如铵态氮态氮(NH4+)(NH4+)
10、、硝态氮、硝态氮(N03-)(N03-)和简单的和简单的有机氮化物有机氮化物(如尿素如尿素)，大多数微生物，大多数微生物可以利用。它们能把非氨基酸的简单可以利用。它们能把非氨基酸的简单氮源氮源(如尿素、铵盐、硝酸盐和氮气如尿素、铵盐、硝酸盐和氮气)自行合成所需要的氨基酸，可称为自行合成所需要的氨基酸，可称为“氨基酸自养型微生物氨基酸自养型微生物”。第第五 五章 章微微生生物物的的营营养养和和生生长 长 一一.微生物的六大营养素微生物的六大营养素有机氮化合物，大多数寄生性微生有机氮化合物，大多数寄生性微生物和一部分腐生性微生物需要有机氮物和一部分腐生性微生物需要有机氮化合物化合物(如蛋白质、氨基
11、酸如蛋白质、氨基酸)为必须的为必须的氮素营养，这类微生物可称氮素营养，这类微生物可称“氨基酸氨基酸异养型微生物异养型微生物”。所有的动物和大量的异养微生物所有的动物和大量的异养微生物是氨基酸异养型生物，而所有的绿色是氨基酸异养型生物，而所有的绿色植物和很多的微生物都是氨基酸自养植物和很多的微生物都是氨基酸自养生物。生物。能源能源第第五 五章 章微微生生物物的的营营养养和和生生长 长 一一.微生物的六大营养素微生物的六大营养素 能源能源(energy source)(energy source)即是能为微即是能为微生物的生命活动提供最初能量来源的生物的生命活动提供最初能量来源的营养物或辐射能。营
12、养物或辐射能。异养微生物的能源就是其碳源，异养微生物的能源就是其碳源，因此，微生物的能源就显得十分简单：因此，微生物的能源就显得十分简单：化能自养微生物的能源物质都是一些化能自养微生物的能源物质都是一些还原态的无机物质，例如，还原态的无机物质，例如，NH4+NH4+、N02+N02+、SS、H2SH2S、H2H2和和Fe2+Fe2+等等,能氧化利能氧化利用这些物质的微生物都是细菌。用这些物质的微生物都是细菌。第第五 五章 章微微生生物物的的营营养养和和生生长 长 一一.微生物的六大营养素微生物的六大营养素有机物常有双功能或三功能，如有机物常有双功能或三功能，如“N“NC.HC.HO”O”类营养
13、物常是异养微生物类营养物常是异养微生物的能源、碳源兼氮源。的能源、碳源兼氮源。生长因子生长因子 生长因子生长因子(growth factor)(growth factor)是一类是一类对微生物正常代谢必不可少且不能用对微生物正常代谢必不可少且不能用简单的碳源或氮源自己合成的有机物。简单的碳源或氮源自己合成的有机物。它的需要量一般很少。广义的生长因它的需要量一般很少。广义的生长因子除了维生素外，还包括碱基、卟啉子除了维生素外，还包括碱基、卟啉及其衍生物、甾醇、胺类、及其衍生物、甾醇、胺类、C4-C6C4-C6的分的分枝或直链脂肪酸，枝或直链脂肪酸，第第五 五章 章微微生生物物的的营营养养和和生生
14、长 长 一一.微生物的六大营养素微生物的六大营养素以及需要量较大的氨基酸；狭义的生以及需要量较大的氨基酸；狭义的生长因子一般仅指维生素。长因子一般仅指维生素。生长因子异养型微生物生长因子异养型微生物(auxoheterotrophs)(auxoheterotrophs)。它们需要多种生长因子，如乳酸细菌、它们需要多种生长因子，如乳酸细菌、各种动物致病菌、原生动物和支原体各种动物致病菌、原生动物和支原体等。等。生长因子过量合成的微生物。生长因子过量合成的微生物。有些微生物在其代谢活动中，有些微生物在其代谢活动中，第第五 五章 章微微生生物物的的营营养养和和生生长 长 一一.微生物的六大营养素微生
15、物的六大营养素会合成出大量的维生素及其他生会合成出大量的维生素及其他生长因子，因此，它们可以作为维长因子，因此，它们可以作为维生素等的生产菌。最突出的是生生素等的生产菌。最突出的是生产维生素的阿舒假囊酵母产维生素的阿舒假囊酵母(Eremothecium ashbya)(Eremothecium ashbya)，其，其B2B2产产量可达量可达2.5g/L2.5g/L发酵液，棉阿舒囊发酵液，棉阿舒囊霉霉(Ashbya gossypii)(Ashbya gossypii)也生产维生也生产维生素素B2B2，谢氏丙酸菌，谢氏丙酸菌(Propionibacterium shermanii)(Propion
16、ibacterium shermanii)生产维生素生产维生素B12B12。无机盐无机盐第第五 五章 章微微生生物物的的营营养养和和生生长 长 一一.微生物的六大营养素微生物的六大营养素 无机盐是微生物生长必不可少的一无机盐是微生物生长必不可少的一类营养物。它们为机体提供必需的金类营养物。它们为机体提供必需的金属元素。这些金属元素在机体中的生属元素。这些金属元素在机体中的生理作用：参与酶的组成、调节酶的活理作用：参与酶的组成、调节酶的活性、维持细胞结构的稳定性、调节与性、维持细胞结构的稳定性、调节与维持细胞的渗透压平衡、控制细胞的维持细胞的渗透压平衡、控制细胞的氧化还原电位和作为某些微生物生长
17、氧化还原电位和作为某些微生物生长的能源物质等。一般微生物生长所需的能源物质等。一般微生物生长所需要的无机盐浓度在要的无机盐浓度在10-310-310-4mol10-4molL-1L-1范围内的，可称为常量元素，例如磷、范围内的，可称为常量元素，例如磷、硫、钾、镁、钙、钠和铁等。硫、钾、镁、钙、钠和铁等。第第五 五章 章微微生生物物的的营营养养和和生生长 长 一一.微生物的六大营养素微生物的六大营养素凡所需浓度在凡所需浓度在10-610-610-8mol10-8molL-1L-1范围范围内的，称为微量元素。内的，称为微量元素。水水 除了少数微生物如蓝细菌能利用除了少数微生物如蓝细菌能利用水中的氢
18、作为还原二氧化碳时的还原水中的氢作为还原二氧化碳时的还原剂外，其他微生物都不能利用水作为剂外，其他微生物都不能利用水作为营养物，但它在微生物的代谢中起着营养物，但它在微生物的代谢中起着重要作用。水的生理功能：重要作用。水的生理功能：水是微水是微生物细胞的重要组成成分，占活细胞生物细胞的重要组成成分，占活细胞总量的总量的9090左右；左右；第第五 五章 章微微生生物物的的营营养养和和生生长 长 一一.微生物的六大营养素微生物的六大营养素机体内的一系列生理生化反应机体内的一系列生理生化反应都离不开水；都离不开水；营养物质的吸收营养物质的吸收与代谢产物的分泌都是通过水来与代谢产物的分泌都是通过水来完
19、成的；完成的；水的比热高，又是热水的比热高，又是热的良好导体，因而能有效地吸收的良好导体，因而能有效地吸收代谢过程中放出的热，并迅速地代谢过程中放出的热，并迅速地散发出去，避免细胞内温度突然散发出去，避免细胞内温度突然升高，故能有效地控制温度的变升高，故能有效地控制温度的变化。化。第第五 五章 章微微生生物物的的营营养养和和生生长 长 二二.微生物的营养类型微生物的营养类型 通常依据微生物获取能源和碳通常依据微生物获取能源和碳源的方式，可以区分为光能无机源的方式，可以区分为光能无机营养、光能有机营养、化能无机营养、光能有机营养、化能无机营养和化能有机营养营养和化能有机营养44种不同的营种不同的
20、营养类型。养类型。异养微生物：在生长时需要异养微生物：在生长时需要复杂的有机物作营养物质（有机复杂的有机物作营养物质（有机营养型）自养微生物：在生长时营养型）自养微生物：在生长时能以简单的无机物质作营养物质能以简单的无机物质作营养物质（无机营养型）（无机营养型）,无机营养型：无机营养型：第第五 五章 章微微生生物物的的营营养养和和生生长 长 二二.微生物的营养类型微生物的营养类型可直接利用二氧化碳或碳酸盐作可直接利用二氧化碳或碳酸盐作为唯一碳源进行生长、繁殖。为唯一碳源进行生长、繁殖。腐生型：利用无生命的有机腐生型：利用无生命的有机物质成分为营养料，完成生长繁物质成分为营养料，完成生长繁殖的，
21、称之。殖的，称之。寄生性：寄生于活的有机体寄生性：寄生于活的有机体内获取营养（营寄生生活）。内获取营养（营寄生生活）。专性寄生：只能单一的营寄专性寄生：只能单一的营寄生生活。生生活。第第五 五章 章微微生生物物的的营营养养和和生生长 长 二二.微生物的营养类型微生物的营养类型 兼性寄生性（兼性腐生性）：兼性寄生性（兼性腐生性）：既能在活的细胞内生长，又能在既能在活的细胞内生长，又能在已死亡的有机体中生长（既营寄已死亡的有机体中生长（既营寄生生活，又能营腐生生活）生生活，又能营腐生生活）绝大多数微生物所需的碳源、绝大多数微生物所需的碳源、能源（有机营养型）是一致的，能源（有机营养型）是一致的，也
22、有不一致的，根据微生物所需也有不一致的，根据微生物所需的能源、碳源不同，可以将微生的能源、碳源不同，可以将微生物营养类型分为物营养类型分为四类：四类：第第五 五章 章微微生生物物的的营营养养和和生生长 长 二二.微生物的营养类型微生物的营养类型化能无机营养型（化能自养微生物）化能无机营养型（化能自养微生物）能源能源:氧化无机物，碳源氧化无机物，碳源:二氧化二氧化碳（或无机碳酸盐）可在无机环境中碳（或无机碳酸盐）可在无机环境中生长发育。生长发育。光能无机营养型（光能自养微生物）光能无机营养型（光能自养微生物）能源能源:光，碳源光，碳源:二氧化碳。以无二氧化碳。以无机物为供机物为供HH体，以还原二
23、氧化碳合成细体，以还原二氧化碳合成细胞有机物质，藻类和兰细菌及高等植胞有机物质，藻类和兰细菌及高等植物具有光合作用。物具有光合作用。第第五 五章 章微微生生物物的的营营养养和和生生长 长 二二.微生物的营养类型微生物的营养类型光能异养型（光能有机营养微光能异养型（光能有机营养微生物）生物）能源能源:光能光能,碳源碳源:CO2:CO2，以有，以有机物为供体以还原机物为供体以还原CO2CO2合成有机物。合成有机物。化能有机营养型（化能异养型化能有机营养型（化能异养型微生物）：碳源和能源均是有机微生物）：碳源和能源均是有机物物 H H细菌：无机环境中：营自养细菌：无机环境中：营自养（无机营养），利用
24、（无机营养），利用HH氧化获得能氧化获得能量同化量同化CO2CO2第第五 五章 章微微生生物物的的营营养养和和生生长 长 三三.营养物质进入细胞的方式营养物质进入细胞的方式 大多数的微生物是属于渗透大多数的微生物是属于渗透营养型的微生物。营养物质进入营养型的微生物。营养物质进入微生物细胞是一个复杂的生理过微生物细胞是一个复杂的生理过程。据目前所知，细胞壁起的作程。据目前所知，细胞壁起的作用不大，仅仅是简单地排阻分子用不大，仅仅是简单地排阻分子量过大量过大(600u)(600u)的溶质进入，而起的溶质进入，而起作用的是磷脂双分子层和嵌合蛋作用的是磷脂双分子层和嵌合蛋白分子的细胞膜，它成为控制营白
25、分子的细胞膜，它成为控制营养物进入和代谢产物排出的主要养物进入和代谢产物排出的主要屏障屏障。第第五 五章 章微微生生物物的的营营养养和和生生长 长 三三.营养物质进入细胞的方式营养物质进入细胞的方式一般认为，细胞膜以四种方式控一般认为，细胞膜以四种方式控制物质的运送，即单纯扩散、促制物质的运送，即单纯扩散、促进扩散、主动运送和基团移位。进扩散、主动运送和基团移位。其中以主动运送为最重要。其中以主动运送为最重要。单纯扩散单纯扩散 单纯扩散单纯扩散(simple(simple diffusion)diffusion)又叫被动运送又叫被动运送(passive transport)(passive t
26、ransport)。一般分子。一般分子量小、脂溶性、极性小的营养物量小、脂溶性、极性小的营养物质容易吸收，质容易吸收，第第五 五章 章微微生生物物的的营营养养和和生生长 长 三三.营养物质进入细胞的方式营养物质进入细胞的方式例如氧、二氧化碳、乙醇和某些例如氧、二氧化碳、乙醇和某些氨基酸分子，是由高浓度的胞外氨基酸分子，是由高浓度的胞外环境向低浓度的胞内环境扩散。环境向低浓度的胞内环境扩散。单纯扩散不是微生物细胞吸单纯扩散不是微生物细胞吸收营养物质的主要方式，因为细收营养物质的主要方式，因为细胞既不能通过这种方式来选择必胞既不能通过这种方式来选择必需的营养物质，也不能逆浓度运需的营养物质，也不能
27、逆浓度运送营养物质。送营养物质。促进扩散促进扩散第第五 五章 章微微生生物物的的营营养养和和生生长 长 三三.营养物质进入细胞的方式营养物质进入细胞的方式 与单纯扩散相类似是物质在运与单纯扩散相类似是物质在运输过程中不需要代谢能，物质本身输过程中不需要代谢能，物质本身分子结构也不会发生变化，不能进分子结构也不会发生变化，不能进行逆浓度运送，运送的速率随着细行逆浓度运送，运送的速率随着细胞内外该物质浓度差的缩小而降低，胞内外该物质浓度差的缩小而降低，直到膜内外的浓度差消失，从而达直到膜内外的浓度差消失，从而达到动态平衡。不同之处是物质在运到动态平衡。不同之处是物质在运送过程中，需要借助于膜上的一
28、种送过程中，需要借助于膜上的一种载体蛋白参与物质的运送，并且每载体蛋白参与物质的运送，并且每种载体蛋白只运送相应的物质。种载体蛋白只运送相应的物质。第第五 五章 章微微生生物物的的营营养养和和生生长 长 三三.营养物质进入细胞的方式营养物质进入细胞的方式此类载体蛋白类似于酶的作用特性，此类载体蛋白类似于酶的作用特性，而且必须是诱导产生的。促进扩散而且必须是诱导产生的。促进扩散只对生长在高营养浓度下的微生物只对生长在高营养浓度下的微生物发挥作用。发挥作用。主动运送主动运送 主动运送主动运送(active transport)(active transport)是微生物吸收营养物质的主要方式。是微
29、生物吸收营养物质的主要方式。主动运送不仅需要特异性载体蛋白主动运送不仅需要特异性载体蛋白参与运送过程，而且需要提供能量参与运送过程，而且需要提供能量(ATP(ATP等等)。第第五 五章 章微微生生物物的的营营养养和和生生长 长 三三.营养物质进入细胞的方式营养物质进入细胞的方式载体蛋白与被运送物质之间亲和力大小载体蛋白与被运送物质之间亲和力大小的改变是由于载体蛋白构型变化而引起的改变是由于载体蛋白构型变化而引起的。的。基团移位基团移位 基团移位基团移位(group translocation)(group translocation)是是另一种类型的主动运送。其特点是营养另一种类型的主动运送。
30、其特点是营养物质在运送的过程中需要载体蛋白和能物质在运送的过程中需要载体蛋白和能量量(ATP(ATP等等)，并且物质分子还发生化学结，并且物质分子还发生化学结构变化，这一点不同于主动运送。基团构变化，这一点不同于主动运送。基团移位主要用于运送葡萄糖、果糖、核苷移位主要用于运送葡萄糖、果糖、核苷酸、丁酸、甘露糖和腺嘌呤等物质酸、丁酸、甘露糖和腺嘌呤等物质。第第五 五章 章微微生生物物的的营营养养和和生生长 长 四四.培养基培养基 培养基培养基(medium(medium和和culture culture medium)medium)是人工配制的适合于不同微是人工配制的适合于不同微生物生长繁殖或积
31、累代谢产物的混生物生长繁殖或积累代谢产物的混合营养物质。所以，任何培养基都合营养物质。所以，任何培养基都应具备微生物所需要的六大营养元应具备微生物所需要的六大营养元素，而且比例是合适的。培养基配素，而且比例是合适的。培养基配制好后，必须立即进行灭菌，否则制好后，必须立即进行灭菌，否则很快引起杂菌生长，并破坏其固有很快引起杂菌生长，并破坏其固有成分和性质。成分和性质。第第五 五章 章微微生生物物的的营营养养和和生生长 长 四四.培养基培养基培养基配制的原则和方法培养基配制的原则和方法根据微生物的营养需要配制培养根据微生物的营养需要配制培养基。基。配制培养基时，首先要明确要配制培养基时，首先要明确
32、要培养什么菌，确定培养对象后，根培养什么菌，确定培养对象后，根据其营养需要确定其营养成分，对据其营养需要确定其营养成分，对培养基中碳源和氮源的比例、培养基中碳源和氮源的比例、pHpH的的高低、渗透压的大小、生长因子需高低、渗透压的大小、生长因子需否、特殊成分的添加以及灭菌方法否、特殊成分的添加以及灭菌方法等都要考虑到，等都要考虑到，第第五 五章 章微微生生物物的的营营养养和和生生长 长 四四.培养基培养基并且还要考虑到培养的目的，综合考虑并且还要考虑到培养的目的，综合考虑全面因素，才能配制出较好的培养基。全面因素，才能配制出较好的培养基。营养协调。营养协调。微生物生长所需要的营养物往往是微生物
33、生长所需要的营养物往往是在浓度比例合适的条件下才会良好生长，在浓度比例合适的条件下才会良好生长，浓度大了反而抑制其生长。从微生物菌浓度大了反而抑制其生长。从微生物菌体成分分析可知，微生物细胞中的不同体成分分析可知，微生物细胞中的不同成分或元素间是有较稳定的比例。另外，成分或元素间是有较稳定的比例。另外，异养微生物中，碳源还兼作能源，而能异养微生物中，碳源还兼作能源，而能源的需要量是很大的。源的需要量是很大的。第第五 五章 章微微生生物物的的营营养养和和生生长 长 四四.培养基培养基这两个关键点是确定培养基中营养物这两个关键点是确定培养基中营养物的浓度和比例的重要依据。的浓度和比例的重要依据。水
34、分含水分含量最高，因为水在微生物细胞内含量量最高，因为水在微生物细胞内含量高；高；碳源的含量其次；碳源的含量其次；氮、磷、氮、磷、硫、钾、镁的含量又次之；硫、钾、镁的含量又次之；生长因生长因子的量最少。在大多数化能异养菌的子的量最少。在大多数化能异养菌的培养基中，各营养物质间在量上的比培养基中，各营养物质间在量上的比例大体符合以下规律：水例大体符合以下规律：水碳碳+能源能源氮源氮源磷、硫磷、硫钾、镁钾、镁生长因子。碳生长因子。碳源与氮源间比例即碳氮比源与氮源间比例即碳氮比(C/N(C/N比比)，有着十分重要的意义。有着十分重要的意义。第第五 五章 章微微生生物物的的营营养养和和生生长 长 四四
35、.培养基培养基严格地讲，严格地讲，C/NC/N比是指微生物培养基比是指微生物培养基中所含的碳源中碳原子的摩尔数与氮中所含的碳源中碳原子的摩尔数与氮源中氮原子的摩尔数之比，如理解为源中氮原子的摩尔数之比，如理解为某碳源的重量与某氮源的重量之比就某碳源的重量与某氮源的重量之比就不妥。因不同种类的碳源或氮源，其不妥。因不同种类的碳源或氮源，其中的含碳量或含氮量差别很大。中的含碳量或含氮量差别很大。最适的物理化学条件。最适的物理化学条件。pHpH。第第五 五章 章微微生生物物的的营营养养和和生生长 长 四四.培养基培养基 各种微生物有它们的最适生长各种微生物有它们的最适生长pHpH范围。一般细菌的最适
36、范围。一般细菌的最适pHpH在在7.07.08.08.0之间，酵母菌在之间，酵母菌在3.83.86.06.0之之间，霉菌则在间，霉菌则在4.04.05.85.8之间，放线之间，放线菌在菌在7.57.58.58.5之间。一些特殊的微之间。一些特殊的微生物可大大突破上述的界限。生物可大大突破上述的界限。在设计它们的培养基时，就在设计它们的培养基时，就要考虑到培养基的要考虑到培养基的pHpH调节能力。调节能力。第第五 五章 章微微生生物物的的营营养养和和生生长 长 四四.培养基培养基 这种通过培养基内添加成分发挥的这种通过培养基内添加成分发挥的调节作用，就叫做调节作用，就叫做pHpH的内在调节。常添
37、的内在调节。常添加的物质是加的物质是K2HPO4K2HPO4、KH2PO4KH2PO4和和CaCO3CaCO3。此外还有外源调节，这是一种按实际需此外还有外源调节，这是一种按实际需要不断流加酸液或碱液到培养基中去来要不断流加酸液或碱液到培养基中去来调节调节pHpH的变化。的变化。渗透压。渗透压。微生物在等渗的溶液中生长最好；微生物在等渗的溶液中生长最好；在低渗的溶液中微生物细胞会吸水膨胀在低渗的溶液中微生物细胞会吸水膨胀破裂；在高渗的溶液中会发生质壁分离，破裂；在高渗的溶液中会发生质壁分离，均不利于微生物的生长。均不利于微生物的生长。第第五 五章 章微微生生物物的的营营养养和和生生长 长 四四
38、.培养基培养基经济原则。经济原则。在设计生产时，应考虑以粗代精、在设计生产时，应考虑以粗代精、以简代繁、以以简代繁、以“野野”代代“家家”原则。原则。培养基的种类培养基的种类1.1.根据培养基成分来源不同分。根据培养基成分来源不同分。天然培养基天然培养基(complex medium(complex medium；undefined medium)undefined medium)。指利用动、植物或微生物或其提取物制指利用动、植物或微生物或其提取物制成的培养基，不明确其中的营养成分。成的培养基，不明确其中的营养成分。第第五 五章 章微微生生物物的的营营养养和和生生长 长 四四.培养基培养基组合
39、培养基组合培养基(defined medium)(defined medium)又叫又叫合成培养基合成培养基(synthetic medium)(synthetic medium)。是一类用几种化学试剂配制成的、各是一类用几种化学试剂配制成的、各成分的量都确切知道的培养基。成分的量都确切知道的培养基。半组合培养基半组合培养基(semi-defined(semi-defined medium)medium)。即一部分营养物质是天然成分，一部即一部分营养物质是天然成分，一部分是化学试剂的培养基称半组合培养分是化学试剂的培养基称半组合培养基。基。2.2.按培养基外观的物理状态分。按培养基外观的物理状
40、态分。第第五 五章 章微微生生物物的的营营养养和和生生长 长 四四.培养基培养基固体培养基固体培养基(solid medium)(solid medium)。外观呈固体状态的培养基，叫固体培外观呈固体状态的培养基，叫固体培养基。根据固体的性质又可把它分为养基。根据固体的性质又可把它分为44种类型。种类型。凝固培养基。凝固培养基。如果在液体培养基中加入如果在液体培养基中加入1122琼琼脂或脂或551212明胶做凝固剂，就可明胶做凝固剂，就可以制成遇热可融化，冷却后则凝固的以制成遇热可融化，冷却后则凝固的固体培养基，叫凝固培养基。固体培养基，叫凝固培养基。非可逆性凝固培养基。非可逆性凝固培养基。第
41、第五 五章 章微微生生物物的的营营养养和和生生长 长 四四.培养基培养基天然固体培养基。天然固体培养基。如培养各种真菌用的麸皮、米糠、木屑、如培养各种真菌用的麸皮、米糠、木屑、纤维、稻草粉等配制成的固体培养基。纤维、稻草粉等配制成的固体培养基。滤膜。滤膜。是一种坚韧且带有无数微孔的醋酸纤维是一种坚韧且带有无数微孔的醋酸纤维薄膜。如果把它制成圆片状覆盖在营养薄膜。如果把它制成圆片状覆盖在营养琼脂或浸有培养液的纤维素衬垫上，就琼脂或浸有培养液的纤维素衬垫上，就形成了具有固体培养基性质的培养条件。形成了具有固体培养基性质的培养条件。第第五 五章 章微微生生物物的的营营养养和和生生长 长 四四.培养基
42、培养基滤膜主要用于含菌量很少的水中微滤膜主要用于含菌量很少的水中微生物的过滤、浓缩，再揭下滤膜，生物的过滤、浓缩，再揭下滤膜，把它放在含适当营养液的衬垫上进把它放在含适当营养液的衬垫上进行培养，待生长出菌落后，可计算行培养，待生长出菌落后，可计算出单位水样中的含菌量。固体培养出单位水样中的含菌量。固体培养基在科学研究和生产实践上应用很基在科学研究和生产实践上应用很广，可用于菌种的分离、鉴定、菌广，可用于菌种的分离、鉴定、菌落计数、杂菌检验、选种、育种、落计数、杂菌检验、选种、育种、菌种保藏，菌种保藏，第第五 五章 章微微生生物物的的营营养养和和生生长 长 四四.培养基培养基以及抗生素等生物活性
43、物质的生物测以及抗生素等生物活性物质的生物测定，获取大量真菌孢子等。定，获取大量真菌孢子等。半固体培养基半固体培养基(semi-solid(semi-solid medium)medium)在凝固性固体培养基中，培养基呈现在凝固性固体培养基中，培养基呈现在容器倒放时不致流下，但剧烈振荡在容器倒放时不致流下，但剧烈振荡后能成破散的状态，这种固体培养基后能成破散的状态，这种固体培养基即称半固体培养基，琼脂一般添加即称半固体培养基，琼脂一般添加0.50.5。液体培养基液体培养基(1iquid medium)(1iquid medium)。第第五 五章 章微微生生物物的的营营养养和和生生长 长 四四.
44、培养基培养基液体培养基是指培养基呈液体状态，液体培养基是指培养基呈液体状态，它在微生物学实验和生产中应用极其它在微生物学实验和生产中应用极其广泛。广泛。3.3.按培养基的功能来分。按培养基的功能来分。选择性培养基选择性培养基(selected medium)(selected medium)。选择性培养基是根据某种微生物的特选择性培养基是根据某种微生物的特殊营养要求或对某化学、物理因素的殊营养要求或对某化学、物理因素的抗性而设计的培养基，抗性而设计的培养基，第第五 五章 章微微生生物物的的营营养养和和生生长 长 四四.培养基培养基其目的是使混合菌样中的劣势菌大量其目的是使混合菌样中的劣势菌大量
45、生长成优势菌，从而提高该菌的筛选生长成优势菌，从而提高该菌的筛选效率。效率。鉴别性培养基鉴别性培养基(differential medium)(differential medium)。培养基中。培养基中加有能与某种菌的代谢产物发生显色加有能与某种菌的代谢产物发生显色反应的指示剂，通过肉眼可观察出该反应的指示剂，通过肉眼可观察出该菌菌落与相似的其他菌落相区分的培菌菌落与相似的其他菌落相区分的培养基，叫鉴别性培养基。养基，叫鉴别性培养基。第第五 五章 章微微生生物物的的营营养养和和生生长 长 第二节第二节 微生物的生长微生物的生长 微生物在适宜的外界环境条件微生物在适宜的外界环境条件下，不断地吸
46、收营养物质，并按自下，不断地吸收营养物质，并按自身的代谢方式进行新陈代谢，如同身的代谢方式进行新陈代谢，如同化作用大于异化作用，其结果是原化作用大于异化作用，其结果是原生质的总量生质的总量(包括重量、体积、大小包括重量、体积、大小)不断地增加，称为微生物的生长现不断地增加，称为微生物的生长现象。象。单细胞微生物如细菌的生长，单细胞微生物如细菌的生长，往往伴随着细胞数目的增加。往往伴随着细胞数目的增加。第第五 五章 章微微生生物物的的营营养养和和生生长 长 第二节第二节 微生物的生长微生物的生长当细胞增长到一定程度时，就以二分当细胞增长到一定程度时，就以二分裂方式，形成两个相似的子细胞，子裂方式
47、，形成两个相似的子细胞，子细胞又重复上述过程，使细胞数目增细胞又重复上述过程，使细胞数目增加，称为繁殖。在多细胞微生物中，加，称为繁殖。在多细胞微生物中，例如某些霉菌，细胞数目的增加如不例如某些霉菌，细胞数目的增加如不伴随着个体数目的增加，只能叫生长，伴随着个体数目的增加，只能叫生长，不能叫繁殖。不能叫繁殖。个体生长个体生长个体繁殖个体繁殖群体生长群体生长 群体生长群体生长=个体生长个体生长+个体繁殖个体繁殖第第五 五章 章微微生生物物的的营营养养和和生生长 长 一一.微生物生长量的测定方法微生物生长量的测定方法 微生物特别是单细胞微生物，体微生物特别是单细胞微生物，体积很小，个体生长很难测定
48、，意义也积很小，个体生长很难测定，意义也不大。通常测定微生物的生长是测群不大。通常测定微生物的生长是测群体的生长，而测定繁殖则都要建立在体的生长，而测定繁殖则都要建立在计数这一基础上。计数这一基础上。测生长量测生长量 测定生长量的方法有许多种，测定生长量的方法有许多种，适用于一切微生物。适用于一切微生物。直接法。直接法。测体积。测体积。第第五 五章 章微微生生物物的的营营养养和和生生长 长 一一.微生物生长量的测定方法微生物生长量的测定方法它是一种较为粗放的方法，通常用于它是一种较为粗放的方法，通常用于初步比较。例如将待测培养液放在刻初步比较。例如将待测培养液放在刻度离心管中作自然沉降或进行一
49、定时度离心管中作自然沉降或进行一定时间的离心，然后观察沉降物的体积。间的离心，然后观察沉降物的体积。称干重。称干重。采用离心法或过滤法测定，一般干重采用离心法或过滤法测定，一般干重为湿重的为湿重的10102020。如用离心法，。如用离心法，将待测培养液离心，再用清水洗涤，将待测培养液离心，再用清水洗涤，离心离心1155次后干燥，可用次后干燥，可用105105、100100或红外线烘干，也可在较低或红外线烘干，也可在较低第第五 五章 章微微生生物物的的营营养养和和生生长 长 一一.微生物生长量的测定方法微生物生长量的测定方法的温度的温度(80(80或或40)40)下进行真空干燥，下进行真空干燥，
50、然后称干重。然后称干重。间接法。间接法。生理指标法。生理指标法。与生长量相平行的生理指标很多，它与生长量相平行的生理指标很多，它们均可用作生长测定的相对值。含氮们均可用作生长测定的相对值。含氮量的测定方法有很多，常用凯氏定氮量的测定方法有很多，常用凯氏定氮法。此法适用于细胞浓度较高的样品，法。此法适用于细胞浓度较高的样品，同时操作过程也较麻烦，主要用于科同时操作过程也较麻烦，主要用于科学研究中。学研究中。第第五 五章 章微微生生物物的的营营养养和和生生长 长 一一.微生物生长量的测定方法微生物生长量的测定方法b.b.含碳量的测定。微生物新陈代谢的含碳量的测定。微生物新陈代谢的结果，必然要消耗或