微生物的营养和培养基.pptx

微生物的营养与生长 从生物学的观点来看，微生物活细胞是个新陈代谢的动力系统，它从环境不断地吸收营养物质，通过新陈代谢，实现生长和繁殖，同时排出“废物”。第1页/共154页第一节 微生物的六类营养要素一、微生物细胞的化学组成二、微生物的营养物质及其生理功能碳源氮源better能源生长因子无机盐水第2页/共154页微生物的营养 u营养物质nutriment：微生物在生命活动中从环境中吸取的用以提供能量、调节新陈代谢以及合成细胞物质的物质。在发酵工业上也包括用于合成产物。u营养(过程)nutrition：生物体从外部环境中摄取对生命活动必需的能量和物质，以满足正常生长和繁殖需要的一种最基本的生理功能。第3页/共154页1、元素组成：C、H、O、N、P、S、K、Na、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Co、Zn、Mo。其中C、H、O、N、P占细胞干重的97%。2、物质组成(1)水：约占细胞湿重的90%。(2)有机物：主要有蛋白质、碳水化合物、脂类、核酸、维生素以及它们的合成中间体和降解物。(3)无机盐：灰分元素是指参与有机物组成及单独存在于细胞原生质内的无机盐等灰分物质中的元素。一、微生物细胞的化学组成第4页/共154页3影响微生物细胞化学组成的因素(1)微生物的种类：硫细菌、铁细菌、海洋细菌含有较多的S、Fe、Cl和Na。(2)菌龄：幼龄菌中含氮量较高。(3)培养条件：在氮源丰富的环境中生长的微生物含氮量较高。第5页/共154页微生物细胞的化学组成物来自于周围环境的营养物二二二二.微生物的营养物质微生物的营养物质微生物的营养物质微生物的营养物质第6页/共154页对营养物质的要求能透过细胞屏障（壁、膜）在细胞内经酶作用变成细胞物质、能量、调节物从营养要素水平看微生物的营养物质包括六大类水（Water）或水分活度（Aw）碳源（SourceofCarbon）氮源无机盐生长因子能源第7页/共154页一般生物能利用的，微生物能利用；一般生物不能利用的，微生物也能利用；对一般生物有害的，微生物还能利用。微生物是杂食性的：第8页/共154页1、水水微生物所能利用的是游离水v水的生理功能细胞的重要组分微生物进行代谢活动的介质参与部分生化反应调节和控制细胞温度第9页/共154页v环境中水的存在状态结合水：在空气中放干燥剂或用真空干燥后不能从细胞内脱掉，须加温才能失去，与细胞物质结合在一起，不能作为溶剂。不易挥发，0下不冻结，不具流动性、渗透性.与溶质或其它分子结合而不能被微生物所利用状态的水；游离水：在空气中放干燥剂或用真空干燥后可以从细胞内脱掉，作为溶剂参与体内生理活动可以被微生物所利用的水营养体的游离水和结合水的比例为4：1，芽孢和孢子结合水与游离水的比例高于其他细胞，故芽孢有较强的抗逆性第10页/共154页2.碳源 carbon sourcev凡是能被微生物用来构成细胞物质或代谢产物中碳素来源的营养物质。v生理功能C素构成细胞及代谢产物的骨架C素是大多数微生物代谢所需的能量来源v碳源物质有机碳化物各种糖类，其次是有机酸、醇类、脂类和烃类化合物无机碳化物CO2、碳酸盐，只能被自养微生物利用第11页/共154页微生物的碳源谱微生物的碳源谱spectrumofcarbonsources类型类型类型类型 元素水平元素水平元素水平元素水平化合物水平化合物水平化合物水平化合物水平培养基原料水平培养基原料水平培养基原料水平培养基原料水平有有有有 机机机机 碳碳碳碳CHONCHONX X复杂蛋白质、核酸等复杂蛋白质、核酸等复杂蛋白质、核酸等复杂蛋白质、核酸等牛肉膏、蛋白胨、豆饼牛肉膏、蛋白胨、豆饼牛肉膏、蛋白胨、豆饼牛肉膏、蛋白胨、豆饼粉等粉等粉等粉等CHONCHON多数氨基酸、简单蛋多数氨基酸、简单蛋多数氨基酸、简单蛋多数氨基酸、简单蛋白质等白质等白质等白质等一般氨基酸、明胶等一般氨基酸、明胶等一般氨基酸、明胶等一般氨基酸、明胶等CHOCHO糖、糖、糖、糖、有机酸、醇、脂有机酸、醇、脂有机酸、醇、脂有机酸、醇、脂类等类等类等类等葡萄糖、蔗糖、各种淀葡萄糖、蔗糖、各种淀葡萄糖、蔗糖、各种淀葡萄糖、蔗糖、各种淀粉、糖蜜等粉、糖蜜等粉、糖蜜等粉、糖蜜等CHCH烃类烃类烃类烃类天然气、石油及其不同天然气、石油及其不同天然气、石油及其不同天然气、石油及其不同馏分、石蜡油等馏分、石蜡油等馏分、石蜡油等馏分、石蜡油等无无无无 机机机机 碳碳碳碳C(?)C(?)-COCOCOCO2 2COCO2 2CONCONNaCONaCO3 3、CaCOCaCO3 3等等等等NaCONaCO3 3、CaCOCaCO3 3、白垩、白垩、白垩、白垩等等等等第12页/共154页异养微生物：必须利用有机碳源的微生物自养微生物：凡以无机碳源作为主要碳源的微生物微生物几乎能利用所有的碳化合物异养微生物最适碳源为C-H-O，其中糖类最广泛。单糖胜于双、多糖；葡萄糖、果糖优于半乳糖；淀粉优于纤维素或几丁质等纯多糖、纯多糖优于琼脂等杂多糖；其次是有机酸、醇类和脂类。不同种的微生物其具体碳源利用范围悬殊假单孢菌属Pseudomonas cepacia：90种以上甲烷氧化菌仅能利用甲烷和甲醇。第13页/共154页碳源培养基原料的选择原料水平的物质营养成分相当复杂具体天然培养基原料的复杂性糖蜜Molasses富含糖类、氨基酸、有机酸、维生素、无机盐和色素甜薯干马铃薯玉米粉红糖第14页/共154页3.氮源 nitrogen source凡是能被微生物用来构成细胞物质或代谢产物中氮素来源的营养物质称为氮源功能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）少数细菌可以铵盐、硝酸盐等氮源为能源。氮源的种类无机氮、有机氮、气体氮第15页/共154页微生物的氮源谱微生物的氮源谱spectrumofnitrogensource类型类型类型类型元素水平元素水平元素水平元素水平化合物水平化合物水平化合物水平化合物水平培养基原料水平培养基原料水平培养基原料水平培养基原料水平有有有有 机机机机 氮氮氮氮NCHOXNCHOX复杂蛋白质、核复杂蛋白质、核复杂蛋白质、核复杂蛋白质、核酸等酸等酸等酸等牛肉膏、酵母膏牛肉膏、酵母膏牛肉膏、酵母膏牛肉膏、酵母膏、豆饼粉、蚕蛹等豆饼粉、蚕蛹等豆饼粉、蚕蛹等豆饼粉、蚕蛹等NCHONCHO尿素、多数氨基尿素、多数氨基尿素、多数氨基尿素、多数氨基酸、简单蛋白质酸、简单蛋白质酸、简单蛋白质酸、简单蛋白质等等等等尿素、尿素、尿素、尿素、蛋白胨蛋白胨蛋白胨蛋白胨、明、明、明、明胶等胶等胶等胶等无无无无 机机机机氮氮氮氮NHNHNHNH3 3、铵盐等、铵盐等、铵盐等、铵盐等（NHNH4 4）2 2SOSO4 4等等等等NONO硝酸盐等硝酸盐等硝酸盐等硝酸盐等KNOKNO3 3等等等等N NN N2 2空气空气空气空气第16页/共154页4.无机盐类mineral salts生理功能参与能量转移；构成微生物细胞的组成成分调解微生物细胞的渗透压，pH值和氧化还原电位。有些无机盐如S、Fe还可做为自养微生物的能源。构成酶活性基的组成成分，维持E活性。Mg、Ca、K是多种E的激活剂。第17页/共154页无机盐的功能第18页/共154页大量（主要/宏量）元素macroelementsP、S、K、Na、Ca、Mg等需要量：10-310-4M(mol/L)微量元素microelementsFe、Mn、Cu、Co、Zn、Mo等需要量：10-610-8M(mol/L)第19页/共154页5.生长因子 growth factor生长因子是指微生物生长不可缺少的微量有机物质。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种类维生素、氨基酸、碱基需要量维生素：150ug/L氨基酸：2050ug/L碱基：1020ug/L核苷或核苷酸：2002000ug/L第20页/共154页生长因子来源：酵母膏（Yeastextract）、牛肉浸出液（BeefExtract）、肝浸液（Liverinfusion）、小牛血清、麦芽汁（MaltExtract）、玉米浆（Cornsteepliquor）、蔬菜汁、麸皮、米糠等向培养基中添加生长因子的措施直接添加添加富含生长因子的物质酵母膏，玉米浆，肝浸汁，麦芽汁第21页/共154页并非任何一种微生物都必须从外界吸收生长因子，依据微生物与生长因子的关系分为：生长因子自养型Auxoautotrophs不需要从外界吸收任何生长因子真菌、放线菌、细菌E.coli生长因子异养型需要从外界吸收多种生长因子乳酸菌生长因子过量合成型微生物核黄素产生菌维生素B12产生菌第22页/共154页6、能源 energy source def 能为微生物生命活动提供最初能量来源的营养物质或辐射能能源谱 化学物质：有机物 化能异养微生物的能源 无机物 化能自养微生物的能源 辐射能 光能营养型微生物的能源第23页/共154页单功能：辐射能双功能：还原态无机养料，如NH4+既是硝酸盐细菌的能 源，又是氮源三功能：N C H O类营养物质常是异养微生物的能源，碳源兼氮源 一种营养物具有一种以上营养要素的功能第24页/共154页第二节 微生物的营养类型1 1、微生物营养类型的分类营养类型根据微生物生长所需要的主要营养要素即碳源和能源的不同而划分的微生物类型营养类型的分类标准能源氢供体碳源合成氨基酸生长因子取食方式有机物死活第25页/共154页微生物营养类型的分类分类标准分类标准分类标准分类标准营养类型营养类型营养类型营养类型A A、能源、能源、能源、能源光能营养型光能营养型光能营养型光能营养型 phototrophphototroph化能营养型化能营养型化能营养型化能营养型 chemotrophchemotrophB B、氢供体、氢供体、氢供体、氢供体无机营养型无机营养型无机营养型无机营养型 lithotrophlithotroph有机营养型有机营养型有机营养型有机营养型 organotrophorganotroph第26页/共154页分类标准分类标准分类标准分类标准营养类型营养类型营养类型营养类型C C、碳源、碳源、碳源、碳源自养型自养型自养型自养型autotrophautotroph异养型异养型异养型异养型heterotrophheterotrophD D、生长因子、生长因子、生长因子、生长因子原养型原养型原养型原养型(prototroph)/(prototroph)/野生型野生型野生型野生型(wild type)(wild type)营养缺陷型营养缺陷型营养缺陷型营养缺陷型auxotrophauxotrophE E、合成氨基、合成氨基、合成氨基、合成氨基酸能力酸能力酸能力酸能力氨基酸自养型氨基酸自养型氨基酸自养型氨基酸自养型amino acid autotrophamino acid autotroph氨基酸异养型氨基酸异养型氨基酸异养型氨基酸异养型amino acid heterotrophamino acid heterotrophF F、取食方式、取食方式、取食方式、取食方式渗透营养型渗透营养型渗透营养型渗透营养型osmotrophosmotroph吞噬营养型吞噬营养型吞噬营养型吞噬营养型phagotrophphagotrophGG、取得死或、取得死或、取得死或、取得死或活有机物活有机物活有机物活有机物腐生腐生腐生腐生saproghytismsaproghytism寄生寄生寄生寄生parasitismparasitism第27页/共154页以能源分光能型Phototroph利用光能通过光化学反应产能化能型Chemotroph利用化合物通过氧化还原反应产能以碳源分自养型Autotroph以CO2或CO32-为主要或唯一碳源，不依赖任何有机营养物即可正常生活的微生物异养型Heterotroph以有机物为主要碳源，至少需要提供一种大量有机物才能满足其正常营养要求的微生物第28页/共154页以生长因子分原养型Prototroph除碳源外可以在只有无机氮源或其它矿物质环境中生长营养缺陷型Auxotroph丧失了合成某种营养物质的能力，在培养基中若不由外界补加这些营养物就不能正常生长以取得死、活有机物分寄生型Parasitism腐生型Saprophytism第29页/共154页2 2、微生物的营养类型营养类型营养类型营养类型营养类型能源能源能源能源氢供体氢供体氢供体氢供体基本碳基本碳基本碳基本碳源源源源实例实例实例实例光能无机营养型光能无机营养型光能无机营养型光能无机营养型（光能自养型）（光能自养型）（光能自养型）（光能自养型）光光光光无机物无机物无机物无机物COCO2 2紫硫细菌、绿硫紫硫细菌、绿硫紫硫细菌、绿硫紫硫细菌、绿硫细菌、藻类细菌、藻类细菌、藻类细菌、藻类光能有机营养型光能有机营养型光能有机营养型光能有机营养型（光能异养型）（光能异养型）（光能异养型）（光能异养型）光光光光有机物有机物有机物有机物COCO2 2及及及及简单有简单有简单有简单有机物机物机物机物红螺细菌红螺细菌红螺细菌红螺细菌化能无机营养型化能无机营养型化能无机营养型化能无机营养型（化能自养型）（化能自养型）（化能自养型）（化能自养型）无机物无机物无机物无机物无机物无机物无机物无机物COCO2 2硝化细菌、硫化硝化细菌、硫化硝化细菌、硫化硝化细菌、硫化细菌细菌细菌细菌化能有机营养型化能有机营养型化能有机营养型化能有机营养型（化能异养型）（化能异养型）（化能异养型）（化能异养型）有机物有机物有机物有机物有机物有机物有机物有机物有机物有机物有机物有机物绝大多数细菌和绝大多数细菌和绝大多数细菌和绝大多数细菌和全部真核微生物全部真核微生物全部真核微生物全部真核微生物第30页/共154页光能无机营养型 photolithotroph能源：光主要碳源：CO2供氢体：H2S、Na2S2O3例：绿硫细菌，紫硫细菌.以H2S为电子供体，产生细胞物质，并伴随硫元素的产生。CO2+H2SCH2O+2S+H2O细菌叶绿素第31页/共154页光能有机营养型 photoorganotroph能源：光；主要碳源：有机物，但可以将CO2还原成细胞物质。供氢体：有机物例：红螺细菌利用异丙醇作为供氢体，将CO2还原成细胞物质，同时积累丙酮。2CH3CHOHCH3+CO22CH3COCH3+CH2O+H2O光合色素第32页/共154页phototrophic organisms第33页/共154页化能无机营养型 chemolithotroph能源：无机物，NH3，NO2，H2，H2S，S等主要碳源：CO2电子供体：无机物例：氧化亚铁硫杆菌FeFe+e+11.3千卡+2+3第34页/共154页vFeO硫杆菌可把FeO氧化成Fe，Fe氧化率达95100并放出能量v用氧化亚铁硫杆菌氧化黄铁矿时，可以生成硫酸和硫酸高铁，硫酸高铁是强氧化剂和溶剂可以和硫酸高铁，硫酸高铁是强氧化剂和溶剂可以溶解矿物，如溶解铜矿析出铜元素，用这类微生物来开矿冶金称为细菌冶金，是开采贫矿和尾矿的有效办法，用细菌浸出Fe的速度比完全氧化快5660倍。v这类细菌包括硫细菌、硝化细菌、H细菌、铁细菌等，硫细菌和硝化细菌与生产密切相关。第35页/共154页化能有机营养型 chemoorganotroph能源：有机物主要碳源：有机物例：大部分种类的微生物，工业用菌种多为此类。由于栖息场所和摄取养料不同，可将异养微生物分为腐生型和寄生型两大类。腐生型：利用无生命的有机物获得营养物质。寄生型：从活的寄生体内获取营养物质，如病毒.。中间类型（兼性腐生或兼性寄生）如结核杆菌、痢疾杆菌就是兼性寄生菌。第36页/共154页chemotrophic organisms第37页/共154页以上四种营养类型划分不是绝对的红螺菌既可利用光能，也可利用（黑暗）氢单胞菌是异养和自养的过渡型（称兼性自养型）自养与异养的区别不再能否利用CO2，而在于是否以CO2式.碳酸盐为唯一的碳源。自养型以无机碳化物为碳源，异养型虽然也可利用CO2，但必须在有机碳存在情况下。微生物的营养类型第38页/共154页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CO2；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,其营养类型也会发生改变；例如紫色非硫细菌(purple nonsulphur bacteria)：没有有机物时，同化CO2，为自养型微生物；有机物存在时，利用有机物进行生长，为异养型微生物；光照和厌氧条件下，利用光能生长，为光能营养型微生物；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第39页/共154页第三节 营养物质进入细胞的方式微生物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质的。被动吸收简单扩散和促进扩散主动吸收主动运输和基团移位原生动物膜泡运输第40页/共154页各大类有细胞微生物通过细胞膜的渗透和选择吸收作用来从外界吸取营养物（原生动物除外）。微生物没有特殊的吸收营养物质的构造，靠营养物质的扩散、渗透（由质膜理化性质决定）或菌体吸收（由质膜生物学特性决定）进入细胞第41页/共154页影响营养物质进出细胞的因素营养物质本身相对分子质量、溶解性、电负性、极性、电荷情况微生物所处的环境：细胞膜表面环境pH与离子强度温度渗透压氧分压环境物质：诱导物质、抑制物质和结构类似物微生物细胞结构或透过屏障（Permeabilitybarrier）种类、菌龄、生理状态第42页/共154页微生物细胞膜的构造第43页/共154页1.简单扩散 simple diffusion被动运送（Passivetransport）疏水性双分子层细胞膜（包括孔蛋白）在无载体蛋白参与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物质运送方式简单扩散simplediffusion无载体蛋白参与下，单纯依靠物理扩散方式输送营养物质。特点：输送动力：浓度梯度 不消耗能量 不发生化学变化 非特异性。仅依膜上小孔的大小 和形状对被扩散的物质分子的大小和形状具有选择性第44页/共154页 输送方向：顺浓度梯度 输送物质：水、气体、脂溶性物质、极性小的分子输送机制：通过亲水小孔或脂双分子层。J=D dJ=D dc c/d/dx x J J：扩散速度 D D：扩散系数 d dc c/d/dx x：该物质的浓度梯度影响因素：分子的大小、溶解性、极性和环境的温度等第45页/共154页自由扩散第46页/共154页第47页/共154页2、促进扩散 facilitated diffusion在特异性载体蛋白的协助下，不消耗能量的一类扩散性运输方式。特点：输送动力：浓度梯度 输送方向：顺浓度梯度 载体蛋白：需要，具有特异性 输送物质：极性大的分子，真核微生物对糖的吸收。输送机制：被输送的物质与相应的载体之间存在一种亲和力。第48页/共154页v 需要特异性的载体蛋白v 不消耗能量v 可加快运输速度，但不能逆浓度运输v 常见于真核微生物，如厌氧生活的酵母菌中。第49页/共154页物质运输促进扩散示意图第50页/共154页3、主动运输 active transport在消耗能量的同时，实现溶质在细胞内的浓缩，而没有任何化学变化发生的输送机制。特点：输送动力：代谢能量输送方向：逆浓度梯度载体蛋白：需要，具有特异性输送物质：氨基酸、某些糖、Na、K等。输送机制：代谢能量改变底物与载体之间的结合力。第51页/共154页第52页/共154页主动运送第53页/共154页主动输送第54页/共154页细胞内细胞外(或细菌周质空间)电子转运1.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出膜外3.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(如糖和氨基酸)结合5.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 主动运输的机制：使用质子(H+)和钠离子(Na+)梯度。第55页/共154页Na+,K+-ATPase系统Na+,K+-ATPase系统位于细胞膜上的一种离子通道蛋白，其作用是通过该蛋白构象的改变，把细胞内的Na+运出细胞，同时将K+运回细胞内，即实现了Na与K+的置换。细胞内高浓度K+是许多酶的活性和蛋白质合成所必须的。第56页/共154页NaK 泵第57页/共154页第58页/共154页4、基团移位 group translocationDef被输送的基质分子在膜内经受了共价的改变，以被修饰的形式进入细胞质的输送机制特点：输送动力：代谢能量,PEP上的高能磷酸键输送方向：逆浓度梯度载体蛋白：磷酸转移酶系统被输送物质在输送前后的存在状态：在细胞膜内被磷酸化第59页/共154页输送机制：例：磷酸转移酶系统（PTS）酶：非特异性，存在于细胞质中酶：特异性(诱导型)，存在于膜上因子：特异性，存在于细胞质中HPr(组氨酸蛋白质/热稳定蛋白质)：非特异性，存在于细胞质中第60页/共154页在酶在酶的作用的作用下下HPrHPr被激活被激活在酶在酶的作用下的作用下P-HPrP-HPr将磷将磷酸转移给糖酸转移给糖第61页/共154页E.coli的基团转位运送机制磷酸转移酶系统热稳定载体蛋白的激活（Heatstablecarrierprotein，HPr）磷酸化糖运入细胞膜内第62页/共154页运送机制运送机制:是依靠磷酸转移酶系统是依靠磷酸转移酶系统,即磷酸烯醇式丙酮酸即磷酸烯醇式丙酮酸-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:热稳载体蛋白热稳载体蛋白(HPr)的激活的激活 细胞内高能化合物磷酸烯醇式丙酮酸（细胞内高能化合物磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）的磷酸基团把的磷酸基团把HPr激活。激活。酶酶1 PEP+HPr 丙酮酸丙酮酸+P-HPrHPr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。用。第63页/共154页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2 2结合，再被转运到内膜表面。这时，糖被P-HPr上的磷酸激活，并通过酶2 2的作用将糖-磷酸释放到细胞内。酶2 2 P-HPr+糖 糖-P+HPr酶2 2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底物分子相应的酶2 2。第64页/共154页基团移位第65页/共154页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+Enz1+PEP PEP丙酮酸第66页/共154页5.膜泡运输 Membrane vesicle transport真核微生物内有多种被生物膜包围的细胞器，因此细胞内部也会发生跨膜输送。通过趋化性运动靠近营养物质，将它吸附到膜表面，形成膜泡，并进入细胞质。胞吞作用胞饮作用第67页/共154页四种物质运输方式的比较第69页/共154页第70页/共154页基团移位主动运输第71页/共154页第四节 培养基 mediumdef人工配制的含有营养物质的供微生物生长繁殖或积累代谢产物的基质特点：任何培养基都应具备微生物所需要的五大营养要素，且应比例适当。所以一旦配成必须立即灭菌。用途：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；制备微生物制品。第72页/共154页（一）培养基组分应适合微生物的营养特点（目的明确）（二）营养物的浓度与比例应恰当（营养协调）（三）物理化学条件适宜（条件适宜）（四）根据培养目的选择原料及其来源（经济节约）在微生物学研究和生长实践中，配置合适的培养基是一项最基本的要求。第73页/共154页1、目的明确培养对象及产物研究类型 实验室研究、生产、一般研究、生理生化研究、遗传学研究种子培养基、发酵培养基产物含氮量第74页/共154页根据不同微生物的营养需要配制不同的培养基。不同营养类型的微生物，其对营养物的需求差异很大。如自养型微生物的培养基完全可以（或应该）由简单的无机物质组成。异养做生物的培养基至少需要含有一种有机物质，但有机物的种类需适应所培养菌的特点。按微生物的主要类类群来说，它们所需要的培养基成分也不同：细菌：牛肉膏蛋白胨培养基LB(Luria-Bertani)放线菌：高氏一号培养基真菌：查氏合成培养基PDA(Potato-Dextrose-Agar)酵母菌；麦芽汁当对试验菌营养需求特点不清楚的时候，可以采用生长谱法进行测定。第75页/共154页常见的培养四大类微生物的培养基细菌（牛肉膏蛋白胨培养基）：牛肉膏 3g 3g 蛋白胨 10g 10g NaCl NaCl 5g 5g H H2 2O O 1000ml1000ml放线菌（高氏1 1号）淀粉 20g 20g K K2 2HPOHPO4 4 0.5g 0.5g NaCl NaCl 0.5g 0.5g MgSOMgSO4 4.7H.7H2 2O O 0.5g KNO0.5g KNO3 3 1g FeSO 1g FeSO4 4 0.01g H 0.01g H2 2O 1000mlO 1000ml酵母菌(麦芽汁培养基)干麦芽粉加四倍水，在50-6050-60保温糖化3-43-4小时，用碘液试验检查至糖化完全为止，调整糖液浓度为1010。巴林，煮沸后，沙布过滤，调pHpH为6.06.0。霉菌（查氏合成培养基）NaNONaNO3 3 3g 3g K K2 2HPOHPO4 4 1g 1g KCl KCl 0.5g 0.5g MgSOMgSO4 4.7H2O.7H2O 0.5gFeSO0.5gFeSO4 4 0.01g 0.01g 蔗糖 30g H30g H2 2O 1000mlO 1000ml第76页/共154页适宜营养物质的选择第77页/共154页2、营养协调微生物细胞组成元素调查分析 培养基设计的重要参考依据营养物的浓度与比例应恰当浓度过高微生物的生长起抑制作用，浓度过小不能满足微生物生长的需要。下表为原核细胞的化学成分第78页/共154页分子名称分子名称分子名称分子名称干重干重干重干重DWDW每一细胞所含每一细胞所含每一细胞所含每一细胞所含分子数分子数分子数分子数种类种类种类种类1 1、水、水、水、水1 12 2、大分子总数、大分子总数、大分子总数、大分子总数969624 609 80224 609 80225002500蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质55552 350 0002 350 00018501850多糖多糖多糖多糖5 54 3004 300脂类脂类脂类脂类9.19.122 000 00022 000 000DNADNA3.13.12.12.1RNARNA20.520.5255 500255 5006606603 3、单体总数、单体总数、单体总数、单体总数3.53.5350350氨基酸及其前体氨基酸及其前体氨基酸及其前体氨基酸及其前体0.50.5100100糖类及其前体糖类及其前体糖类及其前体糖类及其前体2 25050核苷酸及其前体核苷酸及其前体核苷酸及其前体核苷酸及其前体0.50.52002004 4、无机离子、无机离子、无机离子、无机离子1 11818第79页/共154页第80页/共154页营养协调原则中需要注意的几点不同营养物质之间的比例：大体十倍递减碳氮比（C/N Ratio）指在微生物培养基中所含的碳源中碳原子摩尔数与氮源中氮原子摩尔数之比 也指培养基中还原糖的含量与粗蛋白含量的比值碳氮比的重要性 真菌：高C/N比 细菌：低C/N比第81页/共154页一般培养基的C/N比为100/0.52。以含氮量来看：NH3(82%)CO(NH2)2(46%)NH4NO3(35%)(NH4)2CO3(29.2%)(NH4)2SO4(21%)第82页/共154页适宜营养物质的选择适宜营养物质的选择种种类类举例举例说明说明单单糖糖葡萄糖，麦芽葡萄糖，麦芽糖，果糖，麦糖，果糖，麦芽糖，半乳糖，芽糖，半乳糖，木糖木糖用作速效碳源，但会加速菌体呼吸，溶氧下用作速效碳源，但会加速菌体呼吸，溶氧下降中间代谢物积累降中间代谢物积累二二糖糖蔗糖，乳糖蔗糖，乳糖用作速效碳源，但会加速菌体呼吸，溶氧下用作速效碳源，但会加速菌体呼吸，溶氧下降中间代谢物积累降中间代谢物积累多多糖糖淀粉，玉米粉，淀粉，玉米粉，纤维素纤维素迟效碳源。纤维素只有少数微生物能够作为迟效碳源。纤维素只有少数微生物能够作为碳源。碳源。糖糖蜜蜜甜菜糖蜜，甘甜菜糖蜜，甘蔗糖蜜蔗糖蜜是非常好的碳源，成分复杂，在发酵工业中是非常好的碳源，成分复杂，在发酵工业中常用酵母发酵、抗生素和丙酮丁醇生产常用常用酵母发酵、抗生素和丙酮丁醇生产常用它为碳源。一般包括蔗糖它为碳源。一般包括蔗糖35%35%，葡萄糖，葡萄糖9%9%，果糖果糖7%7%，8 8种其它糖类种其它糖类4%4%，其它还原物质，其它还原物质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%，蜡质、甾，蜡质、甾醇和磷脂占醇和磷脂占0.4%0.4%，灰分，灰分12%12%，水，水20%20%。第83页/共154页u麦芽麦芽发芽的大麦发芽的大麦 u主要培养酵母用，工业上用麦芽汁发酵，制作主要培养酵母用，工业上用麦芽汁发酵，制作啤酒。啤酒。u油脂油脂棉籽油，玉米油，豆油，葵花籽油等。棉籽油，玉米油，豆油，葵花籽油等。u热值高，液体培养时消耗氧气多。在工业上常热值高，液体培养时消耗氧气多。在工业上常常少量添加作为消泡剂使用。常少量添加作为消泡剂使用。醇类醇类 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。u烃类烃类CHCH4 4，C C2 2H H6 6，C C4 4H H1010，C C1212-C-C2020烷烃烷烃u热值高，液体培养时消耗氧气多。溶解性不好，热值高，液体培养时消耗氧气多。溶解性不好，液体培养对搅拌要求高。液体培养对搅拌要求高。u有机酸有机酸乙酸，乳酸，柠檬酸乙酸，乳酸，柠檬酸u利用会导致利用会导致pHpH上升上升第84页/共154页表 不同能源培养细胞的得率碳源基碳源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乙醇醇醋酸醋酸盐盐顺丁顺丁烯二烯二酸盐酸盐细胞得细胞得率（率（g细胞细胞/g基质）基质）0.510.62 1.030.400.680.340.36第85页/共154页3、理化条件适宜培养基的理化条件pH水分活度（Aw）和渗透压氧化还原电位（Eh）第86页/共154页pH各大类微生物都有合适的生长pH范围细菌：7.08.0放线菌：7.58.5酵母菌：3.86.0霉菌：4.05.8藻类：6.07.0原生动物：6.08.0pH的内源调节缓冲剂（KH2PO4、K2HPO4）不溶性碳酸盐CaCO3或碳酸氢钠弱酸盐：柠檬酸盐、乳酸盐等 液氨或盐酸第87页/共154页水分活度（Aw）和渗透压微生物在等渗环境中良好生长高渗环境生长受抑：质壁分离低渗环境脆弱菌体易破裂死亡：吸水膨胀微生物有一定的适应渗透压变化的能力细胞内渗透压的调节机制渗透压大小由溶液中所含的的分子或离子的质点数决定几个数据大肠杆菌膨压：2atmG+细菌：20atmG-细菌：510atm第88页/共154页第89页/共154页第90页/共154页水分活度AwDef相同温度和压力下，体系中溶液的水蒸汽压与纯水的蒸汽压之比。亦等于该溶液的百分相对湿度。表示微生物可实际利用的游离水的含量Aw=p/p0=ERH/100（0Aw1）式中Pw代表溶液蒸汽压力,POw代表纯水蒸汽压力。纯水Aw为1.00,溶液中溶质越多,Aw越小。微生物生长的最低Aw普通细菌：0.91（嗜盐细菌0.75,葡萄球菌0.85）普通酵母：0.88（耐高渗酵母：0.60）普通霉菌：0.80（干性霉菌：0.65）第91页/共154页第92页/共154页几种溶液的水活度值几种溶液的水活度值 溶溶溶溶 液液液液a a a aw w30%30%30%30%葡萄糖溶液葡萄糖溶液葡萄糖溶液葡萄糖溶液0.9640.9640.9640.9641%1%葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖+20%+20%甘油甘油甘油甘油 0.9550.9550.9550.9551%1%1%1%葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖+40%+40%+40%+40%蔗糖蔗糖蔗糖蔗糖0.9640.9640.9640.964饱和氯化钠溶液饱和氯化钠溶液饱和氯化钠溶液饱和氯化钠溶液0.780.780.780.78饱和氯化钙溶液饱和氯化钙溶液饱和氯化钙溶液饱和氯化钙溶液 0.300.300.300.30饱和氯化镁溶液饱和氯化镁溶液饱和氯化镁溶液饱和氯化镁溶液0.300.300.300.30饱和氨化锂溶液饱和氨化锂溶液饱和氨化锂溶液饱和氨化锂溶液 0.110.11第93页/共154页几种微生物生长的最适几种微生物生长的最适a aw w值值微微微微 生生生生 物物物物 a aw ww w一般细菌一般细菌一般细菌一般细菌 0.91 0.91 0.91 0.91酵母菌酵母菌酵母菌酵母菌 0.88 0.88 0.88 0.88霉菌霉菌霉菌霉菌 0.80 0.80 0.80 0.80嗜盐细菌嗜盐细菌嗜盐细菌嗜盐细菌 0.76 0.76 0.76 0.76嗜盐真菌嗜盐真菌嗜盐真菌嗜盐真菌 0.65 0.65 0.65 0.65嗜高渗酵母菌嗜高渗酵母菌嗜高渗酵母菌嗜高渗酵母菌 0.60 0.60 0.60 0.60第94页/共154页时间h第95页/共154页常见食品的水分活度物品名称物品名称物品名称物品名称AwAw物品名称物品名称物品名称物品名称AwAw纯水纯水纯水纯水1.0001.000香肠香肠香肠香肠0.850.85人血人血人血人血0.9950.995果酱果酱果酱果酱0.800.80新鲜水果新鲜水果新鲜水果新鲜水果0.970.970.980.98饱和蔗糖液饱和蔗糖液饱和蔗糖液饱和蔗糖液0.760.76海水海水海水海水0.980.98咸鱼咸鱼咸鱼咸鱼0.750.75家畜鲜肉家畜鲜肉家畜鲜肉家畜鲜肉0.970.97糖果、干果糖果、干果糖果、干果糖果、干果0.700.70面包面包面包面包0.950.95谷物、面粉谷物、面粉谷物、面粉谷物、面粉0.650.65糖酱、火腿糖酱、火腿糖酱、火腿糖酱、火腿0.900.90奶粉奶粉奶粉奶粉0.200.20第96页/共154页（3）氧化还原电位（Eh）度量某氧化还原系统中的还原剂释放电子或氧化剂接受电子趋势的一种指标影响Eh的因素与氧分压有关受pH影响。pH或O2，Eh通入02、H2、空气，加抗坏血酸、巯基乙酸、葡萄糖等可改变环境的EhEh影响微生物的机理细胞内许多酶类活性，细胞呼吸作用第97页/共154页微生物对培养基氧化还原电位的要求一般好氧菌：+300+400 mv兼性厌氧菌 +100 mv以上有氧呼吸；+100 mv以下发酵产能厌氧菌：+100 mv以下 厌氧培养 驱氧 添加还原剂：抗坏血酸、巯基乙酸、硫化钠、半胱氨酸、铁屑、谷胱甘肽、庖肉（瘦肉粒）加入铁屑的培养基：400 mv第98页/共154页氧化还原电位的测定电位计氧化还原指示剂 刃天青 美兰第99页/共154页4、经济节约大生产用的培养基以粗代精：糖蜜V蔗糖以野代家：粗木薯粉V优质淀粉以废代好 黄豆浆水：Geotrichum candidum 造纸厂亚硫酸废液（含戊糖）以简代繁以氮代朊以纤代糖以烃代粮以国代进第100页/共154页选用和设计培养基的方法生态模拟 自然基质或模拟：初级天然培养基 肉汤、鱼汁 果汁 湿润的麸皮米糠、米饭、面包查阅文献精心设计：优选法或正交实验试验比较 培养皿琼脂平板 摇瓶培养 发酵罐第101页/共154页设计培养基的方法实验比较：不同培养基配方的选择比较 单种成分来源和数量的比较 几种成分浓度比例调配的比较 小型试验放大到大型生产条件的比较 pHpH和温度试验第102页/共154页（一）培养基应具有的共性n 单位数量的培养基应能以最高产率地生产出所需产物，n 能最高速率地稳定合成出所需产物，n 培养基成