环境微生物学讲稿-第四章-微生物的生理ppt课件.ppt

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1、123营养营养:微生物获得和利用营养物质的过程。微生物获得和利用营养物质的过程。营养物质营养物质:能够满足机体生长、繁殖和完成各种生能够满足机体生长、繁殖和完成各种生理活动所需要的物质。理活动所需要的物质。营养物质是微生物生存的物质基础，而营养是营养物质是微生物生存的物质基础，而营养是微生物维持和延续其生命形式的一种生理过程。微生物维持和延续其生命形式的一种生理过程。微生物不断获得营养物质，将其变成细胞组分，并微生物不断获得营养物质，将其变成细胞组分，并将废弃物排出体外的过程称为新陈代谢。将废弃物排出体外的过程称为新陈代谢。4水分水分(7090)+干物质干物质(3010%) 有机物有机物(90

2、97%)：蛋白质、核酸、糖类和脂类：蛋白质、核酸、糖类和脂类干物质干物质 无机物无机物(103%)：P、S等和等和Cu、Mn等微量元素等微量元素 C、H、O、N是所有生物体的有机元素是所有生物体的有机元素 糖类和脂类：糖类和脂类：C、H、O 蛋白质：蛋白质：C、H、O、N、S 核酸：核酸：C、H、O、N、P细菌酵母菌霉菌芽孢水分(每100g)758570858590405主要元素：碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙等碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙等微量元素：锌、锰、氯、钼、硒、钴、铜等锌、锰、氯、钼、硒、钴、铜等占细菌细胞干重的占细菌细胞干重的97% 微生物机体质量的微生物机体质量的70%

3、90%为水分，其为水分，其余余10%30%为干物质为干物质6六大类营养物质六大类营养物质水水碳源碳源氮源氮源能源能源生长因子生长因子矿质营养或无机盐矿质营养或无机盐71) 水的功能水的功能v是微生物细胞的重要组成成分是微生物细胞的重要组成成分v维持蛋白质、核酸等生物大分子稳定的天然构象维持蛋白质、核酸等生物大分子稳定的天然构象v参与细胞内一系列化学反应参与细胞内一系列化学反应v起到溶剂与运输介质的作用起到溶剂与运输介质的作用v控制细胞内的温度控制细胞内的温度v通过水合作用与脱水作用控制由多亚基组成的结构通过水合作用与脱水作用控制由多亚基组成的结构 游离态游离态结合态结合态2、水的存在形式、水的

4、存在形式81)定义：能被微生物用来构成细胞物质或代定义：能被微生物用来构成细胞物质或代谢产物中的碳素来源的营养物质。谢产物中的碳素来源的营养物质。 2) 碳源的作用碳源的作用v构成微生物细胞的含碳物质构成微生物细胞的含碳物质(碳架碳架) v供给微生物生长、繁殖及运动所需要的能量供给微生物生长、繁殖及运动所需要的能量9甲烷氧化菌：甲烷、甲醇甲烷氧化菌：甲烷、甲醇根据不同微生物对碳素利用的情况，可以做什么工作？根据不同微生物对碳素利用的情况，可以做什么工作？不同的微生物利用碳素的情况不同的微生物利用碳素的情况洋葱假单胞菌：九十多种碳素化合物洋葱假单胞菌：九十多种碳素化合物纤维素分解菌（部分）：只利

5、用纤维素纤维素分解菌（部分）：只利用纤维素10微生物利用的碳源物质主要有糖类、有机酸、醇、微生物利用的碳源物质主要有糖类、有机酸、醇、脂类、烃、脂类、烃、COCO2 2及碳酸盐等及碳酸盐等甘薯、玉米粉、麸皮、米糠、野生植物的淀粉、甘薯、玉米粉、麸皮、米糠、野生植物的淀粉、酒糟、造纸厂亚硫酸液酒糟、造纸厂亚硫酸液CO2有机物有机物葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖、淀粉葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖、淀粉有机酸、醇类、脂类有机酸、醇类、脂类微生物可以利用的碳源种类微生物可以利用的碳源种类11对于为数众多的化能异养微生物来说，碳源是兼有对于为数众多的化能异养微生物来说，碳源是兼有能源功能营养物。能源功能营养物

6、。目前在微生物工业发酵中所利用的碳源物质主目前在微生物工业发酵中所利用的碳源物质主要是单糖、淀粉、麸皮、米糠等。要是单糖、淀粉、麸皮、米糠等。最适碳源 糖 醇 有机酸 脂类最适糖类 单糖 双糖 多糖最适单糖 已糖 戊糖最适多糖 淀粉 纤维素 木质素、几丁质微生物最好的碳源是糖尤其是葡萄糖、蔗糖。微生物最好的碳源是糖尤其是葡萄糖、蔗糖。12碳源碳源有机碳有机碳无机碳无机碳异养微生物异养微生物自养微生物自养微生物光能异养光能异养化能异养化能异养光能自养光能自养化能自养化能自养13 1)定义：是指能被微生物用来构成细胞物质或代谢产定义：是指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。物

7、中氮素来源的营养物质。2)氮源的作用：提供微生物合成蛋白质和酶的原料。氮源的作用：提供微生物合成蛋白质和酶的原料。3. 氮源氮源分子氮分子氮 N2（固氮菌、根瘤菌、少数放线菌和光合固氮菌、根瘤菌、少数放线菌和光合 细菌、蓝细菌）细菌、蓝细菌）无机氮无机氮 NH4、NO3、NO2（多数微生物）多数微生物）有机氮有机氮 蛋白质、多肽、氨基酸（多数微生物）蛋白质、多肽、氨基酸（多数微生物） 牛肉膏、蛋白胨、尿素、酵母高、玉米浆、牛肉膏、蛋白胨、尿素、酵母高、玉米浆、 饼粕饼粕微生物可利用的氮素化合物：微生物可利用的氮素化合物：14最适碳源 NHCO NH NO N2速效氮源：以蛋白质降解产物存在的氮

8、源 迟效氮源：以蛋白质形式存在的氮源15根据对氮源要求不同，微生物可分根据对氮源要求不同，微生物可分4类类 (1) 固氮微生物固氮微生物：能利用空气中的氮气合成自身的氨基酸和能利用空气中的氮气合成自身的氨基酸和蛋白质，如固氮菌、根瘤菌等；蛋白质，如固氮菌、根瘤菌等； (2) 利用无机利用无机N作为作为N源的微生物源的微生物：如亚硝化菌、大肠杆菌等，如亚硝化菌、大肠杆菌等，无机氮源无机氮源NH3、NH4+、NO2-、NO3-； (3) 以某种氨基酸为以某种氨基酸为N源的微生物源的微生物：如乳酸细菌、丙酸细菌：如乳酸细菌、丙酸细菌等；等； (4) 从分解蛋白质中取得铵盐或氨基酸的微生物从分解蛋白质

9、中取得铵盐或氨基酸的微生物：如氨化细：如氨化细菌、霉菌等。菌、霉菌等。16 常用的蛋白质类氮源包括蛋白胨、鱼粉、常用的蛋白质类氮源包括蛋白胨、鱼粉、蚕蛹、黄豆饼粉、玉米浆、牛肉浸膏、酵母蚕蛹、黄豆饼粉、玉米浆、牛肉浸膏、酵母浸膏等浸膏等按氮源的不同可以把微生物分为：按氮源的不同可以把微生物分为：氨基酸自异养型生物：能利用尿素、铵盐、氨基酸自异养型生物：能利用尿素、铵盐、硝酸盐甚至氮气的生物硝酸盐甚至氮气的生物氨基酸自养型生物：能利用尿素、铵盐、氨基酸自养型生物：能利用尿素、铵盐、硝酸盐甚至氮气的生物硝酸盐甚至氮气的生物174.能源能源能源：能为微生物的生命活动提供最初能能源：能为微生物的生命活

10、动提供最初能量来源营养物或辐射能量来源营养物或辐射能辐射能化学物质能源谱能源谱光能自养和光能异养微生物的能源有机物无机物化能异养微生物的能源化能自养微生物的能源单功能营养物：如辐射能双功能营养物：NH4+是硝酸细菌的能源和氮源三功能营养物：如”N.C.H.O”是异养微生物的源、碳源及氮源。181) 要供给形式：要供给形式：磷酸盐、硫酸盐、氯化物、碳酸盐、磷酸盐、硫酸盐、氯化物、碳酸盐、碳酸氢盐和金属元素的化合物碳酸氢盐和金属元素的化合物2) 矿质营的功能矿质营的功能 构成细胞组分；构成细胞组分； 参与酶的组成、维持酶的活性，酶的激活剤；参与酶的组成、维持酶的活性，酶的激活剤； 调节和维持细胞的

11、渗透压平衡，控制细胞的调节和维持细胞的渗透压平衡，控制细胞的pH值、值、氧化还原电位；氧化还原电位； 供给自养微生物能源。供给自养微生物能源。5. 矿质营养矿质营养193)矿质营养的分类矿质营养的分类根据微生物对矿质元素需要量大小分根据微生物对矿质元素需要量大小分v大量元素大量元素：是指微生物生长所需浓度在：是指微生物生长所需浓度在10-3-10-4 mol/L。 如如P 、S、 K、 Na、Mg、Ca、Fe等。等。v微量元素微量元素：微生物生长所需浓度在：微生物生长所需浓度在10-6-10-8 mol/L。 如：锌、锰、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等。如：锌、锰、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等。

12、20元素元素人为提供形式人为提供形式主要生理功能主要生理功能大大量量元元素素P PK K2 2HPOHPO4 4、KHKH2 2POPO4 4核酸、磷脂和辅酶的组成成分；糖代谢磷核酸、磷脂和辅酶的组成成分；糖代谢磷酸化过程中起重要作用；高能磷酸键能贮酸化过程中起重要作用；高能磷酸键能贮存和传递能量；缓冲剂存和传递能量；缓冲剂S SMgSOMgSO4 4某些氨基酸的组成成分；某些辅酶的组成某些氨基酸的组成成分；某些辅酶的组成成分；某些硫化细菌的能源物质成分；某些硫化细菌的能源物质MgMgMgSOMgSO4 4某些酶的激活剂；叶绿素的组成元素；稳某些酶的激活剂；叶绿素的组成元素；稳定核糖体、细胞膜

13、和核酸定核糖体、细胞膜和核酸FeFeFeSOFeSO4 4某些酶的的组成成分；铁细菌的能源；细某些酶的的组成成分；铁细菌的能源；细胞色素和铁氧化还原蛋白的氧化还原反应胞色素和铁氧化还原蛋白的氧化还原反应中不可少的电子载体中不可少的电子载体CaCaCa(NOCa(NO3 3) )2 2、CaClCaCl2 2蛋白酶的激活剂；细菌芽孢和真菌孢子的蛋白酶的激活剂；细菌芽孢和真菌孢子的组成元素；稳定细胞壁组成元素；稳定细胞壁K KK K2 2HPOHPO4 4、KHKH2 2POPO4 4某些酶的辅助因子；参与细胞内某些物质某些酶的辅助因子；参与细胞内某些物质运输系统的组成；维持电位差和渗透压运输系统

14、的组成；维持电位差和渗透压NaNaNaClNaCl某些酶的辅助因子；调节细胞的渗透压；某些酶的辅助因子；调节细胞的渗透压；与嗜盐菌营养物质的吸收有关与嗜盐菌营养物质的吸收有关21大肠杆菌缺大肠杆菌缺Fe的影响表现：的影响表现：l影响影响甲酸脱氢酶甲酸脱氢酶的合成，使得不能催化甲酸分解的合成，使得不能催化甲酸分解为为H2和和CO2，则分解葡萄糖时只产酸不产气；则分解葡萄糖时只产酸不产气；l影响影响细胞分裂细胞分裂。此时大肠杆菌细胞核物质只增长、。此时大肠杆菌细胞核物质只增长、延长而不分裂，整个细胞呈丝状生长。若污水生延长而不分裂，整个细胞呈丝状生长。若污水生物处理中出现这种情况，则会引起物处理中

15、出现这种情况，则会引起活性污泥丝状活性污泥丝状膨胀膨胀，造成二沉池的出水水质差。，造成二沉池的出水水质差。22元素元素人为提供形式人为提供形式主要生理功能主要生理功能微微量量元元素素MnMnMnSOMnSO4 4黄嘌呤氧化酶的组分；一些酶黄嘌呤氧化酶的组分；一些酶( (丙丙酮酸脱羧酶等酮酸脱羧酶等) )的辅助因子的辅助因子CuCuCuSOCuSO4 4某些酶某些酶( (乳糖酶等乳糖酶等) )的辅助因子的辅助因子CoCoCoSOCoSO4 4参与维生素参与维生素B B1212的组成的组成ZnZnZnSOZnSO4 4乙醇脱氢酶和乳酸脱氢酶的活性基，乙醇脱氢酶和乳酸脱氢酶的活性基，是酶的激活剂是酶

16、的激活剂MoMo( (NHNH4 4) )6 6MoMo7 7O O2424促进固氮作用促进固氮作用231) 定义：是指那些微生物生长所必需而且需要量很定义：是指那些微生物生长所必需而且需要量很小，但微生物自身不能合成的或合成量不足以满小，但微生物自身不能合成的或合成量不足以满足机体生长需要的有机化合物。足机体生长需要的有机化合物。2) 分类分类生长因子生长因子维生素：构成酶的辅酶或辅基维生素：构成酶的辅酶或辅基氨基酸：蛋白质的主要组成成分氨基酸：蛋白质的主要组成成分嘌呤或嘧啶碱基：核酸的组成成嘌呤或嘧啶碱基：核酸的组成成分，酶的辅酶分，酶的辅酶注意：并不是所有微生物都需要从外界吸收生长因注意

17、：并不是所有微生物都需要从外界吸收生长因子才能生长子才能生长24微微 生生 物物 生长因子需要量生长因子需要量(ml-1)III型肺炎链球菌（型肺炎链球菌（Streptococcus pneumoniae）胆碱胆碱 6ug金黄色葡萄球菌（金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus） 硫胺素硫胺素 0.5ng白喉棒杆菌（白喉棒杆菌（Cornebacterium diphtherriae） B-丙氨酸丙氨酸 1.5ug破伤风梭状芽孢杆菌（破伤风梭状芽孢杆菌（Clostridium tetani） 尿嘧啶尿嘧啶 0-4ug肠膜状串珠菌（肠膜状串珠菌（Leuconostoc mesen

18、teroides） 吡哆醛吡哆醛 0.025ug25维生素的生理功能维生素的生理功能维生素生理功能维生素B1(硫胺素)其辅酶形式TPP(焦磷酸硫胺素)是脱羧酶的辅酶，主要催化酮 脱羧反应维生素B2(核黄素)FAD和FMN(黄素辅酶)的前体，脱氢酶的辅基，起传递氢的作用维生素B3(烟酰胺)是辅酶A的前体，辅酶A是乙酰化酶的辅酶，起传递酰基的作用维生素B5(泛酸)是辅酶I和辅酶II的前体，作为脱氢酶的辅酶参与传递氢及氧化还原反应维生素B6(吡哆素)其辅酶形式为磷酸吡哆素，是消旋酶、转氨酶和脱羧酶的辅酶，参与氨基酸的消旋、转氨和脱羧反应维生素B7(生物素)是羧化酶的辅酶，在CO2固定、氨基酸和脂肪酸

19、的合成及糖代谢中起重要作用维生素B11(叶酸)其辅酶形式为四氢叶酸，是合成酶的辅酶，作为一碳基团的载体参与多种生物合成过程维生素B12(钴胺素)其辅酶形式辅酶维生素B12是变位酶的辅酶，催化分子内基团的变位反应26有关生长因子的注意点：有关生长因子的注意点：（1）不同的微生物，它们生长所需要的生长因子各）不同的微生物，它们生长所需要的生长因子各不相同不相同克氏杆菌克氏杆菌 生物素、对氨基苯甲酸生物素、对氨基苯甲酸肠膜明串珠菌肠膜明串珠菌 十七种氨基酸十七种氨基酸（2）微生物生长需要的生长因子会随着外界条件的）微生物生长需要的生长因子会随着外界条件的变化而变化变化而变化鲁毛霉：鲁毛霉： 厌氧：需

20、维生素厌氧：需维生素B与生物素与生物素 好氧：无需生长因子好氧：无需生长因子（3）生长因子未知微生物的培养）生长因子未知微生物的培养加入天然成分，如酵母膏、玉米浆、肝浸加入天然成分，如酵母膏、玉米浆、肝浸出液、麦芽汁、牛肉膏或动物、植物的组出液、麦芽汁、牛肉膏或动物、植物的组织液、新鲜动植物组织织液、新鲜动植物组织2728营养物质能否进入细胞取决于三个方面的因素营养物质能否进入细胞取决于三个方面的因素营养物质本身的性质（相对分子量、质量、溶解营养物质本身的性质（相对分子量、质量、溶解性、电负性等）性、电负性等） 微生物所处的环境（温度、微生物所处的环境（温度、pH等）等）微生物细胞的透过屏障（

21、原生质膜、细胞壁、荚微生物细胞的透过屏障（原生质膜、细胞壁、荚膜等）膜等）29单纯扩散单纯扩散(simple diffusion)促进扩散促进扩散(facilitated diffusion)主动运输主动运输(active transport )基团转位基团转位(group translocation)根据物质跨膜运输过程的特点根据物质跨膜运输过程的特点，可分为：可分为：30311、定义：是指杂乱运动的、水溶性的溶质分子通过细、定义：是指杂乱运动的、水溶性的溶质分子通过细胞膜中含水的小孔从高浓度区向低浓度区进行物理扩胞膜中含水的小孔从高浓度区向低浓度区进行物理扩散的进出细胞的过程。脂溶性物质被

22、磷脂层溶解而进散的进出细胞的过程。脂溶性物质被磷脂层溶解而进入细胞。入细胞。2、运输的物质：、运输的物质：水、某些气体水、某些气体(如如O2、CO2等等)、脂溶、脂溶性物质性物质(如甘油、乙醇和苯等如甘油、乙醇和苯等)、少数氨基酸和某些离、少数氨基酸和某些离子运输子运输3、特点：、特点： a 没有载体的协助没有载体的协助 b 无需能量无需能量 c 沿浓度梯度扩散，扩散速度慢，与膜内外物质的浓沿浓度梯度扩散，扩散速度慢，与膜内外物质的浓度差成正比度差成正比 d 物质在扩散过程中没有发生任何反应；物质在扩散过程中没有发生任何反应；32 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 高高 低低

23、水、水、O O2 2、COCO2 2是是可以通过扩散自由通过原生质膜的分子，脂溶性可以通过扩散自由通过原生质膜的分子，脂溶性物质被磷脂溶解也可通过单纯扩散进出细胞，并比水溶性物质物质被磷脂溶解也可通过单纯扩散进出细胞，并比水溶性物质速度快。速度快。 331、定义：指利用渗透酶、定义：指利用渗透酶(载体蛋白载体蛋白)将营养物质从细胞将营养物质从细胞膜的外表面运送到内表面并释放的过程。膜的外表面运送到内表面并释放的过程。2、运输的物质：、运输的物质：氨基酸、单糖、维生素、无机盐、金氨基酸、单糖、维生素、无机盐、金属离子等属离子等3、特点：、特点： a 需要渗透酶需要渗透酶 b 不消耗代谢能量不消耗

24、代谢能量 c 沿浓度梯度，运输速率与膜内外物质的浓度沿浓度梯度，运输速率与膜内外物质的浓度差成正比差成正比 d 参与运输的物质本身的分子结构不发生变化参与运输的物质本身的分子结构不发生变化3435361、定义：指营养物质从低浓度向高浓度移动且消耗、定义：指营养物质从低浓度向高浓度移动且消耗能量的运输方式。能量的运输方式。2、运输的物质：、运输的物质：氨基酸、糖、无机离子氨基酸、糖、无机离子(K、Na、H)、硫酸盐、磷酸盐、有机酸等硫酸盐、磷酸盐、有机酸等3、特点：、特点： a 需要渗透酶，对底物有特异性需要渗透酶，对底物有特异性 b 消耗能量消耗能量 c 底物进入细胞时，其化学结构没有发生改变

25、底物进入细胞时，其化学结构没有发生改变 d 可以进行逆浓度运输可以进行逆浓度运输3738aecdb39主动运输的作用机制主动运输的作用机制 (1) 钠钾泵主动运输钠钾泵主动运输40主动运输的作用机制主动运输的作用机制 (2) 离子浓度梯度主动运输离子浓度梯度主动运输 消耗消耗ATP建立离子浓度梯度，通过反向转运载体建立离子浓度梯度，通过反向转运载体完成完成H和和K、Na的反向传递。的反向传递。 (3) H浓度梯度主动运输浓度梯度主动运输 是好氧微生物吸收营养的重要方式。在膜呼吸是好氧微生物吸收营养的重要方式。在膜呼吸或在或在ATP作用下，膜内外形成一定的电位差，在作用下，膜内外形成一定的电位差

26、，在此作用下，阴、阳离子分别由同向转运载体和单此作用下，阴、阳离子分别由同向转运载体和单向转运载体携带进入细胞。向转运载体携带进入细胞。411、定义：是一种主要存在于厌氧菌和兼性厌氧菌、定义：是一种主要存在于厌氧菌和兼性厌氧菌的需要代谢能量的运输方式的需要代谢能量的运输方式。2、运输的物质：、运输的物质：糖、嘌呤、嘧啶、乙酸等糖、嘌呤、嘧啶、乙酸等3、特点：、特点： a 需要消耗能量需要消耗能量 b 底物化学结构发生改变底物化学结构发生改变(一般呈磷酸化的一般呈磷酸化的形式形式) c 需载体蛋白，对底物有特异性需载体蛋白，对底物有特异性 d 逆浓度逆浓度42基团转位基团转位模式图模式图细胞膜外

27、细胞膜内S SS SS SS S细胞膜Enz2Enz2Enz2Enz2Enz2Enz2Enz2Enz2S SS SHPrHPrP P P PHPrHPr Enz1+ PEP丙酮酸盐43糖的基团转位过程糖的基团转位过程总过程为总过程为( )( )( )( )PriiiiH 酶磷酸烯醇丙酮酸 HPr-磷酸 丙酮酸盐( )( )( )( )PrPrioiiHH 酶磷酸 糖磷酸糖 ( )( )( )( )PrioiiH 酶酶 ，磷酸烯醇丙酮酸 糖糖磷酸 丙酮酸盐基团转位又称为磷酸烯醇丙酮酸磷酸糖转移酶基团转位又称为磷酸烯醇丙酮酸磷酸糖转移酶运输系统（运输系统（PTSPTS），），PTS PTS 包括酶

28、包括酶I I、酶酶IIII和一种热稳和一种热稳定蛋白质（定蛋白质（HPrHPr）。）。44基团转移主要存在于厌氧型和兼性厌氧型细胞中，主基团转移主要存在于厌氧型和兼性厌氧型细胞中，主要用于糖的运输，脂肪酸、核苷、碱基等也可以通过要用于糖的运输，脂肪酸、核苷、碱基等也可以通过这种方式运输。这种方式运输。45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运送对象举例运送对象举例无无慢慢由浓至稀由浓至稀胞外浓度高胞外浓度

29、高无特异性无特异性不需要不需要不变不变水、氧水、氧有有快快由浓至稀由浓至稀胞外浓度高胞外浓度高特异性特异性不需要不需要不变不变糖、硫酸根糖、硫酸根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氨基酸、乳糖氨基酸、乳糖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糖、嘌呤糖、嘌呤4647 1、定义：培养基培养基是指根据各种微生物的营养要求，是指根据各种微生物的营养要求，将水、碳源、氮源、无机盐和生长因子等物质按一将水、碳源、氮源、无机盐和生长因子等物质按一定的比例配制而成的，用以培养微生物的基质。定的比例配制而成的，用以培养微生物的基质。2、用

30、途：、用途：l促使微生物生长；促使微生物生长；l积累代谢产物；积累代谢产物；l分离微生物菌种；分离微生物菌种；l鉴定微生物种类；鉴定微生物种类；l微生物细胞计数；微生物细胞计数；l菌种保藏；菌种保藏；l制备微生物制品。制备微生物制品。培养基几乎是一切对微培养基几乎是一切对微生物进行研究和利用工生物进行研究和利用工作的基础。任何培养基作的基础。任何培养基都应该为微生物生长提都应该为微生物生长提供六大营养物质。供六大营养物质。48 目的明确目的明确，即培养基组分应适合微生物的营养特点；，即培养基组分应适合微生物的营养特点；自养菌：不能含有有机物异养菌：供给有机物细菌：牛肉膏蛋白胨培养基放线菌：高氏

31、一号培养基酵母菌：麦芽汁培养基霉菌：查氏培养基实验室培养种子罐培养发酵罐培养何菌？何产物？何种规模？主流代谢支流代谢二、培养基的配制原则二、培养基的配制原则49根据不同的微生物的营养要求、需要的产物、培养规模根据不同的微生物的营养要求、需要的产物、培养规模等来配制针对强的培养基。等来配制针对强的培养基。培养化能自养型的氧化硫杆菌的培养基组成为：培养化能自养型的氧化硫杆菌的培养基组成为：S 10 g MgSOS 10 g MgSO4 4.7H.7H2 2O 0.5 g (NHO 0.5 g (NH4 4) )2 2SOSO4 4 0.4 g 0.4 g FeSOFeSO4 4 0.01 g KH

32、 0.01 g KH2 2POPO4 4 4 g CaCl 4 g CaCl2 2 0.25 g 0.25 gH H2 2O 1000mlO 1000ml培养化能异养的大肠杆菌一种培养基是由下列化学成分培养化能异养的大肠杆菌一种培养基是由下列化学成分组成：组成：葡萄糖葡萄糖 5 5 g NHg NH4 4H H2 2POPO4 4 1 g 1 g NaClNaCl 5 g 5 g MgSOMgSO4 4.7H.7H2 2O 0.2 g KO 0.2 g K2 2HPOHPO4 4 1 g H 1 g H2 2O 1000 mlO 1000 ml50常见的培养四大类微生物的培养基常见的培养四大类

33、微生物的培养基细菌（牛肉膏蛋白胨培养基）：细菌（牛肉膏蛋白胨培养基）：牛肉膏牛肉膏 3 3 g g 蛋白胨蛋白胨 10 10 g g NaCl NaCl 5 g 5 g H H2 2O 1000 mlO 1000 ml放线菌（高氏放线菌（高氏1 1号）号）淀粉淀粉 20 20 g Kg K2 2HPOHPO4 4 0.5 g 0.5 g NaCl NaCl 0.5 g MgSO0.5 g MgSO4 4.7H.7H2 2O 0.5 O 0.5 g KNOg KNO3 3 1 g FeSO 1 g FeSO4 4 0.01 g H 0.01 g H2 2O 1000 mlO 1000 ml酵母菌

34、酵母菌( (麦芽汁培养基麦芽汁培养基) )干麦芽粉加四倍水，在干麦芽粉加四倍水，在50-6050-60保温糖化保温糖化3-43-4小时，用碘液试小时，用碘液试验检查至糖化完全为止，调整糖液浓度为验检查至糖化完全为止，调整糖液浓度为1010巴林，煮沸后，沙巴林，煮沸后，沙布过滤，调布过滤，调pHpH为为6.06.0。霉菌（查氏合成培养基）霉菌（查氏合成培养基）NaNONaNO3 3 3 g K 3 g K2 2HPOHPO4 4 1 g 1 g KClKCl 0.5 g MgSO 0.5 g MgSO4 4.7H.7H2 2O 0.5 gO 0.5 gFeSOFeSO4 4 0.01 g 0.0

35、1 g 蔗糖蔗糖 30 30 g Hg H2 2O 1000 mlO 1000 ml51培养基中营养物质浓度合适时微生物才能生长良培养基中营养物质浓度合适时微生物才能生长良好，营养物质浓度过低时不能满足微生物正常好，营养物质浓度过低时不能满足微生物正常生长所需，浓度过高时则可能对微生物生长起生长所需，浓度过高时则可能对微生物生长起抑制作用。抑制作用。氮源过多：菌体生长过旺，不利于积累代谢产物氮源不足：菌体繁殖受到抑制，代谢产物积累 营养协调，即各营养物质的浓度配比要恰当营养协调，即各营养物质的浓度配比要恰当52培养基中各营养物质之间的浓度配比也直接影响微生物的生培养基中各营养物质之间的浓度配比

36、也直接影响微生物的生长繁殖和代谢产物的形成和积累，其中碳氮比（长繁殖和代谢产物的形成和积累，其中碳氮比（C/N）的影响的影响较大。较大。H2O C N P、S Mn、Co 生长因子 110-2 10-3 10-4 10-5 10-6在微生物的培养基中所含的碳源中碳原子摩尔数与在微生物的培养基中所含的碳源中碳原子摩尔数与氮原子摩尔数之比氮原子摩尔数之比。例如，在利用微生物发酵生产谷氨酸的过程中，培养基碳氮例如，在利用微生物发酵生产谷氨酸的过程中，培养基碳氮比为比为4/1时，菌体量繁殖，谷氨酸积累少；当培养基碳氮比为时，菌体量繁殖，谷氨酸积累少；当培养基碳氮比为3/1时，菌体繁殖受到抑制，谷氨酸产

37、量则大量增加。时，菌体繁殖受到抑制，谷氨酸产量则大量增加。53碳氮磷比碳氮磷比微生物微生物碳氮磷比碳氮磷比根瘤菌根瘤菌C:N=11.5:1固氮菌固氮菌C:N=27.6:1霉菌霉菌C:N=9:1土壤微生物群体土壤微生物群体C:N=25:1活性污泥活性污泥BOD5:N:P=100:5:1厌氧微生物群体厌氧微生物群体BOD5:N:P=100:6:1有机固废堆肥发酵有机固废堆肥发酵C:N=30:1, C:P=(75100):1细菌、酵母菌 C/N=5/1霉菌、放线菌 C/N=10/154即营养成分原料应价廉、易得即营养成分原料应价廉、易得选选用用原原则则选用粗原料选用粗原料选用工农业副产品选用工农业副

38、产品选用无机氮源选用无机氮源选用低浓度培养基选用低浓度培养基如酵母膏、蛋白胨如酵母膏、蛋白胨如水解酪蛋白如水解酪蛋白如硝酸盐如硝酸盐以粗代精以粗代精以野代家以野代家以废代好以废代好以国代进以国代进以简代繁以简代繁以氮代朊以氮代朊以烃代粮以烃代粮以纤代糖以纤代糖选选用用原原则则选用粗原料选用粗原料选用工农业副产品选用工农业副产品选用无机氮源选用无机氮源选用低浓度培养基选用低浓度培养基如酵母膏、蛋白胨如酵母膏、蛋白胨如水解酪蛋白如水解酪蛋白如硝酸盐如硝酸盐55理化条件适宜理化条件适宜pH：培养基的培养基的pH必须控制在一定的范围内，以满足必须控制在一定的范围内，以满足不同类型微生物的生长繁殖或产生

39、代谢产物。不同类型微生物的生长繁殖或产生代谢产物。细菌与放线菌：细菌与放线菌：pH77.5；酵母菌和霉菌：酵母菌和霉菌：pH4.56范围范围内生长内生长为了维持培养基为了维持培养基pH的相对恒定，通常在培养基中加入的相对恒定，通常在培养基中加入pH缓冲剂，如缓冲剂，如K2HPO4、(NH4)2SO4或在进行工业发酵时或在进行工业发酵时补加酸、碱。有些缓冲剂既可调节补加酸、碱。有些缓冲剂既可调节pH也是营养物质。也是营养物质。即酸碱度、渗透压、氧化还原电位等要控制适当；即酸碱度、渗透压、氧化还原电位等要控制适当；56KH2PO4K2HPO4 等克分子量，pH值为6.8 缓冲液内源性 备用碱 :

40、CaCO3外加调节：直接加酸、碱(工业适用)渗透压渗透压57调节O2和CO2浓度好氧菌：空气、通气厌氧菌：加入还原剂等专性好氧性微生物：空气提供氧气、工业上采用专性好氧性微生物：空气提供氧气、工业上采用通气装置。通气装置。 专性厌氧性微生物：采用理化方法除氧、向培专性厌氧性微生物：采用理化方法除氧、向培养体系加入养体系加入还原剂胱氨酸、巯基乙酸钠、还原剂胱氨酸、巯基乙酸钠、Na2S和和抗坏血酸）抗坏血酸）增加增加CO2供应的途径：紫硫细菌和绿硫细菌等厌供应的途径：紫硫细菌和绿硫细菌等厌氧性自养菌：培养基中加入氧性自养菌：培养基中加入NaHCO358氧化还原电位氧化还原电位EhEh氧化还原电位氧

41、化还原电位又称氧化还原电势（又称氧化还原电势（redoxredox potential potential），），是度量某氧化还原系统中的还原剂释放电子或氧化剂是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，其单位是接受电子趋势的一种指标，其单位是V V（伏）或伏）或mVmV（毫毫伏）。伏）。不同类型微生物生长对氧化还原电位的要求不同不同类型微生物生长对氧化还原电位的要求不同好氧性微生物：好氧性微生物：+0.1+0.1伏以上时可正常生长，以伏以上时可正常生长，以+0.3-+0.3-+0.4+0.4伏为宜；伏为宜；厌氧性微生物：低于厌氧性微生物：低于+0.1+0.1伏条件下

42、生长；伏条件下生长；兼性厌氧微生物：兼性厌氧微生物：+0.1+0.1伏以上时进行好氧呼吸，伏以上时进行好氧呼吸， +0.1 +0.1伏以下时进行发酵。伏以下时进行发酵。59水活度水活度水分活度水分活度是指在天然环境中，微生物可实际利用的自是指在天然环境中，微生物可实际利用的自由水或游离水的含量，一般用在一定的温度和压力条由水或游离水的含量，一般用在一定的温度和压力条件下件下, ,溶液的蒸汽压力与同样条件下纯水蒸汽压力之溶液的蒸汽压力与同样条件下纯水蒸汽压力之比表示，即：比表示，即：w w= =PwPw/ /P Po ow w式中式中PwPw代表溶液蒸汽压力代表溶液蒸汽压力, , P Po ow

43、 w代表纯水蒸汽压力。代表纯水蒸汽压力。纯水纯水w w 为为1.001.00，溶液中溶质越多，溶液中溶质越多， w w 越小。越小。微生物一般在微生物一般在w 为为0.600.99的条件下生长，的条件下生长，w 过低过低时，微生物生长的迟缓期延长，比生长速率和总生长时，微生物生长的迟缓期延长，比生长速率和总生长量减少。微生物不同，其生长的最适量减少。微生物不同，其生长的最适w 不同不同细细 菌：菌：0.93 0.99酵母菌：酵母菌：0.880.91霉霉 菌：菌：0.80 左右左右60三、设计培养基的方法生态模拟查阅文献精心设计试验比较61 烧杯中加一定量烧杯中加一定量(一般约为一般约为80%)

44、的蒸馏水的蒸馏水(或去离子或去离子水，或自来水水，或自来水)； 按配方称取营养成分，将其逐一加入；按配方称取营养成分，将其逐一加入； 调节调节pH值值(用质量浓度为用质量浓度为100 g/L的的NaOH或或HCl)； 分装，置高压蒸汽灭菌锅内灭菌；分装，置高压蒸汽灭菌锅内灭菌； 冷却备用。冷却备用。a 营养成分加入顺序：缓冲化合物营养成分加入顺序：缓冲化合物无机元素无机元素微量元素微量元素维生素及其它生长因子；维生素及其它生长因子；b 待前一种营养成分溶解后，才能再加下一种营待前一种营养成分溶解后，才能再加下一种营养成分，避免产生沉淀物；养成分，避免产生沉淀物；c 为防止产生金属沉淀物，可加入

45、螯合剂，使金为防止产生金属沉淀物，可加入螯合剂，使金属与之络合并保持溶解状态。属与之络合并保持溶解状态。注意注意任何培养基一旦配成，必须立即进行灭菌处理任何培养基一旦配成，必须立即进行灭菌处理621、 按组成物质的性质分按组成物质的性质分 合成培养基合成培养基( (synthetic media) ) 指由化学成指由化学成分完全了解的物质配制而成的培养基。分完全了解的物质配制而成的培养基。 优点：优点：成分精确，重复性好；成分精确，重复性好； 缺点：缺点：配制复杂，成本较高。配制复杂，成本较高。放线菌（高氏放线菌（高氏1 1号）号）淀粉淀粉 20 20 g Kg K2 2HPOHPO4 4 0

46、.5 g 0.5 g NaCl NaCl 0.5 g MgSO0.5 g MgSO4 4.7H.7H2 2O 0.5 O 0.5 g KNOg KNO3 3 1 g FeSO 1 g FeSO4 4 0.01 g H 0.01 g H2 2O 1000 mlO 1000 ml霉菌（查氏合成培养基）霉菌（查氏合成培养基）NaNONaNO3 3 3 g K 3 g K2 2HPOHPO4 4 1 g 1 g KClKCl 0.5 g MgSO 0.5 g MgSO4 4.7H.7H2 2O 0.5 gO 0.5 gFeSOFeSO4 4 0.01 g 0.01 g 蔗糖蔗糖 30 30 g Hg

47、H2 2O 1000 mlO 1000 ml63 天然培养基天然培养基 (complex media) 指用化学成分指用化学成分并不十分清楚或化学成分不恒定的天然有机物质并不十分清楚或化学成分不恒定的天然有机物质配制而成的培养基。配制而成的培养基。 优点：优点：营养丰富，配制方便，成本低；营养丰富，配制方便，成本低； 缺点：缺点：成分难以确定，无法应用于精细实验中。成分难以确定，无法应用于精细实验中。RhizobiumRhizobium medium medium （根瘤菌培养基）根瘤菌培养基）酵母膏酵母膏 1 1 g g 土壤浸提液土壤浸提液 200 200 ml ml 甘露醇甘露醇 10

48、10 g g 琼脂琼脂 15 15 g g 蒸馏水蒸馏水 800 800 ml pH 7.2 ml pH 7.2 细菌（牛肉膏蛋白胨培养基）：细菌（牛肉膏蛋白胨培养基）：牛肉膏牛肉膏 3 3 g g 蛋白胨蛋白胨 10 10 g g NaCl NaCl 5 g 5 g H H2 2O 1000 mlO 1000 ml64 半合成培养基半合成培养基(semi-synthetic media) 指一指一类主要用已知化学成分的试剂配制，同时又添加类主要用已知化学成分的试剂配制，同时又添加某些未知成分的天然物质制备而成的培养基。某些未知成分的天然物质制备而成的培养基。 优点：优点：配制方便，成本较低。

49、配制方便，成本较低。 Azotobacter Medium (固氮菌培养基) KH2PO4 0.2g K2HPO4 0.8 g MgSO4.7H2O 0.2 g CaSO4.2H2O 0.1 a2MoO4.2H2O 微量 Yeast axtract(酵母膏) 0.5 g Mannitol(甘露醇) 20 g FeCl3 微量 Distilled water (蒸馏水) 1000 ml Agar (琼脂) 15 g pH 7.2 65 固体培养基固体培养基( (solid media ) ) 指在液体培养基中指在液体培养基中加入加入15-30 15-30 g/L(1-2%)g/L(1-2%)的凝

50、固剂，使之成固体状态。的凝固剂，使之成固体状态。 应用：应用：分离、鉴定、记数和保存等。分离、鉴定、记数和保存等。 半固体培养基半固体培养基(semi-solid media )在液体培养基在液体培养基中加入中加入3 35 5 g/L(0.3%-0.5%)g/L(0.3%-0.5%)的凝固剂。的凝固剂。 应用：应用：鉴定及观察菌种的运动特征鉴定及观察菌种的运动特征 液体培养基液体培养基 (liquid media ) 配制好的培养基中配制好的培养基中不加凝固剂。不加凝固剂。 应用：应用：用于大规模工业化生产，实验室微生物的用于大规模工业化生产，实验室微生物的生理、代谢等理论或应用方面的研究。生