微生物的营养和培养基 (2).ppt

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1、微生物的营养和培养微生物的营养和培养基基现在学习的是第1页，共54页http:/blogs.jcvi.org/author/smounaud/现在学习的是第2页，共54页第第四章四章微生物的营养和培养基微生物的营养和培养基一、教学目的与要求一、教学目的与要求n学习和掌握学习和掌握微生物的营养要素、营养类型，微生物吸微生物的营养要素、营养类型，微生物吸收营养物质的机制；收营养物质的机制；熟悉熟悉培养基的种类和设计、选用培养基的种类和设计、选用培养基的原则、方法。培养基的原则、方法。二、二、教学内容：教学内容：n1、微生物的、微生物的6类营养要素类营养要素()n2、微生物的营养类型、微生物的营养类

2、型()n3、营养物质进入细胞的方式、营养物质进入细胞的方式()n4、培养基培养基的种类、设计选用培养基的原则和方法的种类、设计选用培养基的原则和方法 现在学习的是第3页，共54页营养营养：n是指是指生物体生物体从外部环境中摄取对其生命活动必需的能从外部环境中摄取对其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量和物质，以满足正常生长和繁殖需要的一种最基本的的生理功能生理功能。是生命活动的。是生命活动的起点起点和和物质基础物质基础。营养物营养物n指具有营养功能的物质。微生物中还包括指具有营养功能的物质。微生物中还包括光光辐射辐射微生物的营养物微生物的营养物n元素水平和营养要素水

3、平上均与动植物接近，它们之元素水平和营养要素水平上均与动植物接近，它们之间存在营养上的统一性。间存在营养上的统一性。w元素水平：元素水平：20种左右，以种左右，以C、H、O、N、S、P为主；为主；w营养要素：营养要素：碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和和水水第第四章四章微生物的营养和培养基微生物的营养和培养基现在学习的是第4页，共54页第一节第一节 微生物的微生物的6类营养要素类营养要素一、碳源一、碳源二、氮源二、氮源三、能源三、能源四、生长因子四、生长因子五、无机盐五、无机盐六、水六、水现在学习的是第5页，共54页概念：概念：一切能满足微生物生长繁殖所需碳

4、元素的营养物。约占细胞干重一切能满足微生物生长繁殖所需碳元素的营养物。约占细胞干重的的50%，为，为大量营养物大量营养物。碳源谱碳源谱：一切微生物可利用的碳源范围。十分广泛：一切微生物可利用的碳源范围。十分广泛：一、碳源一、碳源类型类型元素水平元素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有有机机碳碳C H O N X*复杂的蛋白质、核酸等复杂的蛋白质、核酸等牛肉膏、蛋白胨、花生饼粉牛肉膏、蛋白胨、花生饼粉等等C H O N多数氨基酸、简单蛋白质等多数氨基酸、简单蛋白质等一般氨基酸、明胶等一般氨基酸、明胶等C H O糖糖、有机酸、醇、脂类等、有机酸、醇、脂类等葡萄糖、蔗糖、各种淀粉葡

5、萄糖、蔗糖、各种淀粉、糖蜜糖蜜C H烃类烃类天然气、石油及其不同馏份天然气、石油及其不同馏份等等无无机机碳碳C(？)C OCO2CO2C O XNaHCO3、CaCO3等等NaHCO3、CaCO3、白垩等白垩等异养微生物：其碳源是兼有能源功能的双功能营养物自养微生物速效碳源:葡萄糖等单糖或双糖迟效碳源:淀粉等多糖现在学习的是第6页，共54页二、氮源二、氮源概念概念n提供微生物所需氮素的物质。氮是构成蛋白质和核酸等的主要元素，占细胞提供微生物所需氮素的物质。氮是构成蛋白质和核酸等的主要元素，占细胞干重的干重的12-15%，为，为主要营养物主要营养物。氮源谱氮源谱n一切微生物可利用的氮源范围。一切

6、微生物可利用的氮源范围。类型类型元素水平元素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有机有机氮氮N C H O X复杂的蛋白质、核酸等复杂的蛋白质、核酸等牛肉膏、酵母膏、粕饼粉牛肉膏、酵母膏、粕饼粉等等N C H O尿素、尿素、氨基酸氨基酸、简单蛋白质等、简单蛋白质等尿素、尿素、蛋白胨蛋白胨、明胶等、明胶等无无机机氮氮N HNH4、铵盐等、铵盐等(NH4)2SO4等等N O硝酸盐等硝酸盐等KNO3等等NN2 空气空气速效氮源:氨基酸、肽等有机氮和铵盐、氨水等无机氮。迟效氮源:蛋白质形式的有机氮和硝酸盐等无机氮。氨基酸自养型生物：不需要利用氨基酸作氮源氨基酸异养型生物：需要从外界吸收

7、现成的氨基酸作氮源现在学习的是第7页，共54页三、能源三、能源概念：概念：n为微生物生命活动提供为微生物生命活动提供最初能源最初能源的的营养物营养物或或辐射能辐射能。能源谱能源谱化学物质化学物质辐射能：辐射能：有机物：有机物：无机物：无机物：化能异养化能异养微生物的能源微生物的能源(同同碳源碳源)化能自养化能自养微生物的能源微生物的能源(不同于不同于碳源碳源)光能自养光能自养和和光能异养光能异养微生物的能源微生物的能源能源：还原态的无机物质，如NH4+、NO2、S、H2S、H2和 Fe2+碳源：CO2如葡萄糖、氨基酸等能源：光碳源：无机C，如CO2能源：光碳源：有机C，如葡萄糖现在学习的是第8

8、页，共54页四、生长因子四、生长因子概念概念n是一类调节微生物正常代谢所必需，但不能用简单的碳、氮源自行合成的有是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。机物。n广义：广义：维生素维生素、碱基、卟啉及其衍生物、甾醇、胺类、碱基、卟啉及其衍生物、甾醇、胺类、C4C6的直链的直链或分支脂肪酸及氨基酸、辅酶等。或分支脂肪酸及氨基酸、辅酶等。天然物质：酵母膏、蛋白胨、麦芽汁、玉米浆、肝浸液或其它新鲜动、植物的汁液等类型类型n生长因子自养型微生物生长因子自养型微生物w不需要不需要从外界吸收任何生长因子，如多数真菌、放线菌和不少细菌。从外界吸收任何生长因子，如多数真菌、放线菌

9、和不少细菌。n生长因子异养型微生物生长因子异养型微生物w需要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、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。支原体和原生动物等。n生长因子过量合成微生物生长因子过量合成微生物w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。为有关维生素的生产菌种。现在学习的是第9页，共54页五、无机盐五、无机盐或称矿质元素主要可为微生物提供除碳、氮以外的或称矿质元素主要可为微生物提供除

10、碳、氮以外的各种重要元素。各种重要元素。n凡生长所需浓度在10-3-10-4 mol/L范围内的元素，如P、S、K、Mg、Ca、Na和Fe等n凡生长所需浓度在10-6-10-8 mol/L范围内的元素，如Cu、Zn、Mn、Mo、Co和Ni、Sn、Se等细胞内一般分子成分细胞内一般分子成分(P(P、S S、MgMg、CaCa、FeFe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(Na+等等)酶的激活剂酶的激活剂(Mg(Mg2+2+等等)pHpH的稳定的稳定化能自养菌的能源化能自养菌的能源(S(S、Fe Fe 2 2 +、NHNH4 4+、NONO2 2-等等)无氧呼吸时的氢受体无

11、氧呼吸时的氢受体(NO(NO3 3-、SOSO4 4 2 2 -等等)酶的激活剂酶的激活剂(Cu(Cu2+2+、MnMn2+2+、ZnZn2+2+等等)特殊的分子结构成分特殊的分子结构成分(Mo(Mo、CoCo等等)一般功能一般功能特殊功能特殊功能大量元素大量元素微量元素微量元素K2HPO4MgSO4现在学习的是第10页，共54页六、水六、水水并非真正的营养物；但水是微生物生命活动中不可缺少的水并非真正的营养物；但水是微生物生命活动中不可缺少的物质。物质。n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，并参与某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，并参与某些重要的生物化

12、学反应。些重要的生物化学反应。n是微生物细胞的主要化学组成，可维持各种生物大分子结构的稳定性。是微生物细胞的主要化学组成，可维持各种生物大分子结构的稳定性。n有许多优良的物理性质，如高比热、高汽化热、高沸点及固态时密度有许多优良的物理性质，如高比热、高汽化热、高沸点及固态时密度小于液态等，保证细胞内温度的平稳性。小于液态等，保证细胞内温度的平稳性。水活度：水活度：n微生物可实际利用的自由水或游离水的含量。微生物可实际利用的自由水或游离水的含量。n指在同温同压下，某溶液的蒸气压指在同温同压下，某溶液的蒸气压(P)与纯水蒸气压与纯水蒸气压P0)之比，等于该溶之比，等于该溶液的百分相对湿度值液的百分

13、相对湿度值(ERH)。现在学习的是第11页，共54页第二节第二节 微生物的营养类型微生物的营养类型 微生物营养类型的分类微生物营养类型的分类分类标准分类标准 营养类型营养类型1。以能源分。以能源分 光能营养型光能营养型 化能营养型化能营养型2。以氢供体分。以氢供体分 无机营养型无机营养型 有机营养型有机营养型3。以碳源分。以碳源分 自养型自养型 异养型异养型4。以合成氨基酸能力分。以合成氨基酸能力分 氨基酸自养型氨基酸自养型 氨基酸异养型氨基酸异养型5。以生长因子分。以生长因子分 原养型或野生型原养型或野生型 营养缺陷型营养缺陷型6。以取食方式分。以取食方式分 渗透营养型渗透营养型 吞噬营养型

14、吞噬营养型7。以取得死或活有机物分。以取得死或活有机物分 腐生腐生 寄生寄生现在学习的是第12页，共54页第二节第二节 微生物的营养类型微生物的营养类型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 源源氢供体氢供体 基基 本本 碳碳 源源实实 例例光能无机营养型光能无机营养型(光能自养型光能自养型)光光无机物无机物CO2蓝细菌、紫硫细菌、绿硫细菌、藻类蓝细菌、紫硫细菌、绿硫细菌、藻类光能有机营养型光能有机营养型(光能异养型光能异养型)光光有机物有机物CO2及及简单有机简单有机物物红螺菌科的细菌即紫色非硫细菌红螺菌科的细菌即紫色非硫细菌化能无机营养型化能无机营养型(化能自养型化能自养型)

15、无机物无机物*无机物无机物CO2硝化细菌、硫化细菌、铁细菌、氢细菌、梳黄硝化细菌、硫化细菌、铁细菌、氢细菌、梳黄细菌等细菌等化能有机营养型化能有机营养型(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绝大多数细菌和全部真核微生物绝大多数细菌和全部真核微生物n：H2O、H2S、NaS2O3等等n*：NH4+、NO2-、S、H2S、Fe2+等等生长时大多需要外源的生长因子如淀粉、纤维素、单糖、双糖、有机酸和氨基酸等 现在学习的是第13页，共54页第三节第三节 营养物质进入细胞的方式营养物质进入细胞的方式一、单纯扩散一、单纯扩散二、促进扩散二、促进扩散三、主动运送三、主动运送四、基团移位

16、四、基团移位现在学习的是第14页，共54页一、单纯扩散一、单纯扩散概念概念n又称又称被动运送被动运送或或自由扩散自由扩散，是指物质在无，是指物质在无载体蛋白载体蛋白参与参与下，非特异地从浓度较高的一侧被动或自由地透过膜向下，非特异地从浓度较高的一侧被动或自由地透过膜向浓度较低一侧扩散的过程。浓度较低一侧扩散的过程。特点特点n驱动力：浓度差驱动力：浓度差(浓度梯度浓度梯度)，不需要外界能量，不需要外界能量n纯粹物理过程：溶质纯粹物理过程：溶质无无分子变化分子变化，无无载体蛋白参与载体蛋白参与，无无载体蛋白构象变化载体蛋白构象变化n扩散物质：为扩散物质：为O2、CO2、水、水溶性小分子、水、水溶性

17、小分子(乙醇、甘乙醇、甘油油)、某些离子、某些离子(Na+)和某些氨基酸分子和某些氨基酸分子n无特异性无特异性或或选择性选择性，且无逆浓度梯度的，且无逆浓度梯度的“浓缩浓缩”能力，能力，扩散速度很慢，是物质进入细胞的最简单方式。扩散速度很慢，是物质进入细胞的最简单方式。现在学习的是第15页，共54页 单纯扩散模式图单纯扩散模式图细胞膜外细胞膜外细胞膜内细胞膜内细胞膜上细胞膜上现在学习的是第16页，共54页特点特点n驱动力：浓度差驱动力：浓度差(浓度梯度浓度梯度)，不需要外界能量。，不需要外界能量。n需借助于载体蛋白，需借助于载体蛋白，有有载体蛋白载体蛋白构象变化构象变化，但无溶质但无溶质分子变

18、分子变化化二、促进扩散二、促进扩散概念概念n有些物质，借助于细胞膜上一些与它们进行特异性结合有些物质，借助于细胞膜上一些与它们进行特异性结合的的载体蛋白载体蛋白(渗透酶、移位酶或移位蛋白渗透酶、移位酶或移位蛋白)，从浓度高的，从浓度高的一侧透过膜向浓度低一侧扩散，但不消耗能量的过程。一侧透过膜向浓度低一侧扩散，但不消耗能量的过程。通过诱导产生。有特异性，即它只运转一种分子或一类分子，而运输前后本身不发生变化n扩散物质：糖类、甘油、氨基酸和维生素等扩散物质：糖类、甘油、氨基酸和维生素等n有特异性有特异性或或选择性选择性，无逆浓度梯度的，无逆浓度梯度的“浓缩浓缩”能力，扩散速度能力，扩散速度较快，

19、也不是物质运输的主要方式较快，也不是物质运输的主要方式在膜外侧：向膜外露出溶质结合位点，溶质亲和力较高在膜内侧：向膜内露出溶质结合位点，溶质亲和力较低现在学习的是第17页，共54页促进扩散模式图促进扩散模式图细胞膜上细胞膜上细胞膜外细胞膜外细胞膜内细胞膜内恢复原构象恢复原构象移位移位再再循循环环结结合合构构象象改改变变现在学习的是第18页，共54页特点特点n 驱动力：外界能量驱动力：外界能量n 需借助于载体蛋白，有载体蛋白需借助于载体蛋白，有载体蛋白构象变化构象变化，但溶质无，但溶质无分子变分子变化化n 扩散物质：离子、一些糖类扩散物质：离子、一些糖类(单糖、双糖单糖、双糖)、氨基酸和有机酸、

20、氨基酸和有机酸等等n 有有特异性特异性或选择性，有逆浓度梯度的或选择性，有逆浓度梯度的“浓缩浓缩”能力，扩散速能力，扩散速度快，是物质运输的度快，是物质运输的主要方式主要方式三、主动运送三、主动运送概念概念n指一类须提供能量指一类须提供能量(包括包括ATP，质子动势质子动势或或“离子泵离子泵”等等)并通过细胞膜上特异性并通过细胞膜上特异性载体蛋白载体蛋白构象的变化，而使构象的变化，而使膜外环境中低浓度的溶质运入膜内的一种运送方式膜外环境中低浓度的溶质运入膜内的一种运送方式又称又称质子动力质子动力，指因细胞膜，指因细胞膜外表面聚集外表面聚集质子质子而引起的膜而引起的膜两侧电位差两侧电位差对低浓度

21、营养环境对低浓度营养环境中的中的贫养菌贫养菌或或寡养菌寡养菌尤为重要尤为重要现在学习的是第19页，共54页主动运送模式图主动运送模式图细胞膜上细胞膜上细胞膜外细胞膜外细胞膜内细胞膜内恢复原构象恢复原构象移位移位再再循循环环结结合合构构象象改改变变ADP+PiADP+PiATPATP现在学习的是第20页，共54页离子泵（离子泵（Na+-K+-ATP酶系统）酶系统）NaNa+-K-K+-ATPase-ATPase：是存在于是存在于原生质膜原生质膜上的一种重要上的一种重要离子离子通道蛋白通道蛋白，该该酶酶由大小两个亚基组成（由大小两个亚基组成（MW:12MW:12万万,5.5,5.5万）万）功能：功

22、能：利用利用ATPATP能量将能量将NaNa+由细胞内由细胞内“泵泵”出胞外出胞外,并将并将K K+“泵泵”入胞内。入胞内。EE+关键步骤：关键步骤：ATPATP酶的酶的磷酸化磷酸化与与脱磷酸化脱磷酸化耗耗能能产产能能现在学习的是第21页，共54页具体步骤具体步骤:1.ATP酶酶(E)在细胞内侧与在细胞内侧与3个个Na+结合结合,同时消耗能量同时消耗能量;2.磷酸化磷酸化ATP酶酶(E+)构象变化将构象变化将Na+排除胞外排除胞外,并与并与2个个K+结合结合;3.K+激发激发E+脱磷酸化脱磷酸化恢复为恢复为E,同时将同时将K+运入细胞运入细胞.现在学习的是第22页，共54页四、基团移位四、基团

23、移位概念概念n是物质在运输的同时由于受到是物质在运输的同时由于受到化学修饰化学修饰而进入细胞的而进入细胞的一种运输方式，也需要一种运输方式，也需要特异蛋白特异蛋白的参与和需要能量。的参与和需要能量。特点特点n 驱动力：驱动力：磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)n 需借助于载体蛋白，有载体蛋白需借助于载体蛋白，有载体蛋白构象变化构象变化，溶质也有溶质也有分子变化分子变化化学修饰n有有特异性特异性或或选择性选择性，不是物质运输的主要方式，不是物质运输的主要方式n 扩散物质：各种糖类扩散物质：各种糖类(葡萄糖、果糖、甘露糖和葡萄糖、果糖、甘露糖和N-乙酰葡糖乙酰葡糖胺等胺等)、核苷酸、碱基、

24、脂肪酸等、核苷酸、碱基、脂肪酸等现在学习的是第23页，共54页运送机制运送机制:是依靠是依靠磷酸转移酶系统磷酸转移酶系统,即磷酸烯醇式即磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸-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:1.1.热稳载体蛋白热稳载体蛋白(HPr)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（PEPPEP）的磷酸基团把的磷酸基团把HPrHPr激活。激活。酶酶 PEP+HPr PEP+HPr 丙酮酸丙酮酸+P-HPrP-HPrHPrHPr是一种低分子量的可溶性蛋白，结合在是一种低分子量的可溶性蛋白，结合在细胞膜细胞膜上，具上，具有有高能磷酸载

25、体高能磷酸载体的作用，也的作用，也无底物特异性无底物特异性。可溶性细胞质蛋白，无底物特异性四、基团移位四、基团移位现在学习的是第24页，共54页2 2、糖经磷酸化而运入膜内、糖经磷酸化而运入膜内 膜外环境膜外环境中的中的糖糖先与外膜表面的酶先与外膜表面的酶c结合，接着糖分子被由结合，接着糖分子被由P-HPr酶酶 a酶酶b逐级传递来的逐级传递来的磷酸基团磷酸基团激活，最后通过激活，最后通过酶酶c再把这一再把这一磷酸糖磷酸糖释放到细胞质中。释放到细胞质中。酶酶 P-HPr+P-HPr+糖糖 糖糖-P+HPrP+HPr 酶酶 共有酶共有酶c、酶酶a和酶和酶b3 3种。其中种。其中酶酶a为为细胞质细胞

26、质蛋白，蛋白，无底物特异性无底物特异性，而，而酶酶b和和c均为膜蛋白，它对底物均为膜蛋白，它对底物具有特异性选择具有特异性选择作作用，可通过诱导产生，种类很多。用，可通过诱导产生，种类很多。四、基团移位四、基团移位现在学习的是第25页，共54页P基团移位模式图基团移位模式图细胞膜上细胞膜上细胞膜外细胞膜外细胞膜内细胞膜内酶酶c c酶酶b b酶酶a aHPrHPr酶酶PPPEPPyrPPHPrHPrP糖糖现在学习的是第26页，共54页项目项目酶酶酶酶HPr组分组分1种种酶酶a酶酶b酶酶c1种种位置位置细胞质细胞质细胞质细胞质细胞膜细胞膜细胞膜细胞膜细胞膜细胞膜底物特异性底物特异性无无无无有有有有

27、无无第三节营养物质进入细胞的方式第三节营养物质进入细胞的方式讨论题讨论题1：基团移位中各酶比较：基团移位中各酶比较现在学习的是第27页，共54页第三节营养物质进入细胞的方式第三节营养物质进入细胞的方式讨论题讨论题2：4种运输营养物质方式的比较种运输营养物质方式的比较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送主动运送基团移位基团移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平衡时胞内外浓度平衡时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结构运输后物质的结构与溶质类似物与溶质类似物无无慢慢由浓至稀由浓至稀相等相等无特异性无特异性不需要不需要不变不变无

28、竞争性无竞争性有有快快由浓至稀由浓至稀相等相等特异性特异性不需要不需要不变不变有有竞争性竞争性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有有竞争性竞争性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有有竞争性竞争性现在学习的是第28页，共54页本次教学回顾及作业本次教学回顾及作业教学回顾教学回顾n微生物的微生物的6大营养要素大营养要素w碳源、氮源、能源碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐、水、生长因子、无机盐、水n微生物的营养类型微生物的营养类型w光能自养、光能异养、化能自养、化能异养光能自养、光能异养、化能自养、化能异养n营养物质进入细胞

29、的方式营养物质进入细胞的方式 w单纯扩散、促进单纯扩散、促进 扩散扩散、主动运送主动运送、基团移位、基团移位 现在学习的是第29页，共54页上次教学回顾上次教学回顾4-1 微生物的微生物的6大营养要素大营养要素4-2 微生物的营养类型微生物的营养类型4-3 营养物质进入细胞的方式营养物质进入细胞的方式 碳源、氮源、能源碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐、水、生长因子、无机盐、水 光能自养、光能异养、化能自养、化能异养光能自养、光能异养、化能自养、化能异养单纯扩散、促进扩散、单纯扩散、促进扩散、主动运送、主动运送、基团移位基团移位 现在学习的是第30页，共54页第四节第四节 培养基培养基概念概念

30、n是指由是指由人工配制人工配制的、适合微生物生长繁殖或产生代的、适合微生物生长繁殖或产生代谢产物用的混合营养料。谢产物用的混合营养料。说明说明n具备具备6大营养要素，比例要合适大营养要素，比例要合适n应尽快配制并立即灭菌应尽快配制并立即灭菌n除少数除少数难养菌难养菌(类支原体、类立克次氏体类支原体、类立克次氏体)的寄生或共生微的寄生或共生微生物和生物和寄生真菌寄生真菌外，外，已发现的已发现的绝大多数有细胞微生物均可绝大多数有细胞微生物均可在人工培养基上生长。在人工培养基上生长。用途：用途：促使微生物生长；积累代谢物；促使微生物生长；积累代谢物；分离微生物菌种；鉴定微生物种类；微生分离微生物菌种

31、；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。物细胞计数；菌种保藏；制备微生物制品。现在学习的是第31页，共54页一、一、选用和设计培养基的原则和方法选用和设计培养基的原则和方法一一)四个原则四个原则n1、目的明确、目的明确n2、营养协调、营养协调n3、理化适宜、理化适宜n4、经济节约、经济节约二二)四种方法四种方法n1、生态模拟、生态模拟n2、参阅文献、参阅文献n3、精心设计、精心设计n4、试验比较、试验比较现在学习的是第32页，共54页1、目的明确、目的明确是指培养基是指培养基组分组分应适合微生物的应适合微生物的营养特点营养特点n首先明确首先明确培养基培养基的对象和目的，如培

32、养的对象和目的，如培养何菌何菌？获？获何何产物产物？用于实验室还是大生产用？是进行一般研究？用于实验室还是大生产用？是进行一般研究还是作精密的生理、生化或遗传学研究？是用于种还是作精密的生理、生化或遗传学研究？是用于种子培养还是发酵培养？等等。子培养还是发酵培养？等等。n然后选择合适的微生物，并根据不同微生物的然后选择合适的微生物，并根据不同微生物的营养营养需要需要配制不同的培养基配制不同的培养基w不同不同营养类型营养类型的微生物，其对营养物的需求差异很大。的微生物，其对营养物的需求差异很大。w不同不同类群类群的微生物，它们所需要的培养基成分也不同。的微生物，它们所需要的培养基成分也不同。w当

33、对试验菌营养需求特点当对试验菌营养需求特点不清楚不清楚的时候，可以采用的时候，可以采用“生长生长谱谱”法进行测定。法进行测定。现在学习的是第33页，共54页2、营养协调、营养协调是指营养物质是指营养物质浓度与配比浓度与配比要合适要合适n微生物细胞内各成分间有微生物细胞内各成分间有较稳定较稳定的比例。的比例。w要素：要素：H2 O C+能源能源 N源源 P、S K、Mg 生长因子生长因子w含量含量:10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 n碳氮比碳氮比(C/N比比)：培养基中所含：培养基中所含碳原子碳原子摩尔数与摩尔数与氮原子氮原子的摩尔的摩尔数之比。数之比。w氮源：氮源：N

34、H3 CO(NH2)2 NH4NO3 (NH4)CO3 (NH4)2SO4 AA 蛋白质蛋白质wN%：82 46 35 29.2 21 827 16w一般而言：一般而言：n真菌真菌需需C/N比较高比较高的培养基，的培养基，细菌细菌需需C/N比较低比较低的培养基的培养基n发酵发酵培养基培养基C/N比较高比较高，种子种子培养基培养基C/N比较低比较低缺缺N:N:用粪便污水或尿素补充；用粪便污水或尿素补充；缺缺P:P:磷酸氢二钾磷酸氢二钾现在学习的是第35页，共54页3、理化适宜、理化适宜指培养基的指培养基的pH值值、渗透压渗透压、水活度水活度和和氧化还原势氧化还原势等物理化学条件较为适宜。等物理化

35、学条件较为适宜。1)pH值：值：n各大类微生物都有其生长适宜的各大类微生物都有其生长适宜的pH值范围：值范围：w细菌：细菌：7.08.0 放线菌：放线菌：7.58.5酵母菌：酵母菌：3.86.0w霉菌：霉菌：4.05.8 藻类：藻类：6.07.0 原生动物：原生动物：6.08.0n但对某一具体微生物物种而言，其生长的最适但对某一具体微生物物种而言，其生长的最适pH范围范围可可大大突破大大突破上述界限。上述界限。现在学习的是第36页，共54页3、理化适宜、理化适宜1)pH值：值：npH值的调节：值的调节：w pH值的内源调节：值的内源调节：通过培养基通过培养基内在的成分内在的成分所起的调节。所起

36、的调节。n借借磷酸缓冲液磷酸缓冲液进行调节进行调节-调节调节K2HPO4和和KH2PO4两两者的浓度比即可获得者的浓度比即可获得pH值在值在6.07.6(6.8)之间的一系列之间的一系列稳定的稳定的pH值值n以以CaCO3作为作为“备用碱备用碱”进行调节进行调节-在产酸的发酵过在产酸的发酵过程加入程加入15%的的CaCO3，但因，但因CaCO3在培养基上有沉淀，在培养基上有沉淀，可用可用NaHCO3代替。代替。wpH值的外源调节：值的外源调节：按实际需要按实际需要不断从外界流加酸或碱液不断从外界流加酸或碱液来调整来调整培养液培养液pH值的方法。值的方法。现在学习的是第37页，共54页3、条件适

37、宜、条件适宜2)渗透压和水活度渗透压和水活度n渗透压：渗透压：w表示表示不同浓度不同浓度的溶液间若被一个的溶液间若被一个半透性薄膜半透性薄膜隔开时，稀溶隔开时，稀溶液中的水分子会因水势的推动而透过隔膜流向浓溶液，直液中的水分子会因水势的推动而透过隔膜流向浓溶液，直至两边水分子进出达到平衡时，由浓溶液中至两边水分子进出达到平衡时，由浓溶液中溶质溶质所产生的所产生的机械压力机械压力，即为它的，即为它的渗透压渗透压，其大小由溶液中所含有的分，其大小由溶液中所含有的分子或离子的子或离子的质点数质点数决定。决定。n等渗溶液等渗溶液适宜微生物生长适宜微生物生长n高渗溶液高渗溶液细胞发生质壁分离细胞发生质壁

38、分离n低渗溶液低渗溶液细胞吸水膨胀，直至破裂细胞吸水膨胀，直至破裂电解质电解质离解的离解的分子分子和离解和离解生成的生成的离子离子 现在学习的是第38页，共54页3、条件适宜、条件适宜2)渗透压和水活度渗透压和水活度n水活度水活度w在同温同压下，某溶液的蒸气压在同温同压下，某溶液的蒸气压(P)与纯水蒸气压与纯水蒸气压P0)之比，之比，等于该溶液的等于该溶液的百分相对湿度值百分相对湿度值(ERH)。w水活度水活度(w)=P/P0=ERH/100n 表示溶液的蒸汽压表示溶液的蒸汽压n 0表示纯水的蒸汽压表示纯水的蒸汽压w水活度的测试方法主要有：水活度的测试方法主要有：n扩散法（扩散法（康威微量扩散

39、皿康威微量扩散皿)n水活度仪测定法水活度仪测定法n其他方法其他方法康威皿康威皿原理：原理：样品在康威皿中，在样品在康威皿中，在恒温恒温条件条件下，根据样品在不同的下，根据样品在不同的标准饱和溶液标准饱和溶液中平衡后，质量的增加或者减少，作图，中平衡后，质量的增加或者减少，作图，横坐标为水活度，纵坐标为质量变化。横坐标为水活度，纵坐标为质量变化。现在学习的是第39页，共54页3、条件适宜、条件适宜微生物生长繁殖的微生物生长繁殖的w值在值在0.9980.60之间之间一般：一般：0.90-0.980.90-0.98生长最低生长最低w w嗜盐菌：嗜盐菌：0.75(0.75(约约5.5mol/L NaC

40、l)5.5mol/L NaCl)一般：一般：0.87-0.910.87-0.91高渗酵母：高渗酵母：0.61-0.65(0.61-0.65(低于饱和蔗糖液低于饱和蔗糖液)鲁氏酵母：鲁氏酵母：0.600.60一般：一般：0.80-0.870.80-0.87耐旱菌：耐旱菌：0.65-0.750.65-0.75双孢旱霉：双孢旱霉：0.600.60细菌细菌酵母菌酵母菌霉菌霉菌现在学习的是第40页，共54页3、条件适宜、条件适宜知道了各类微生物生长的知道了各类微生物生长的aw值，不仅有利于值，不仅有利于设计设计它们的它们的培培养基养基，而且对，而且对防止防止食物的食物的霉腐霉腐也有重要的意义。也有重要的

41、意义。若干食物的若干食物的w w新鲜水果：新鲜水果：0.970.970.980.98面包：面包：0.860.86奶粉：奶粉：0.20.2鲜肉（家畜）：鲜肉（家畜）：0.970.97蔗糖饱和液：蔗糖饱和液：0.760.76大米、面粉（含水量大米、面粉（含水量14%14%）：）：0.650.65现在学习的是第41页，共54页3、条件适宜、条件适宜3)氧化还原电势氧化还原电势(redox poyential)n又称又称氧化还原电位氧化还原电位，以，以Eh表示。指以表示。指以氢电极氢电极为标准为标准时某氧化还原系统的电极电位值，单位是时某氧化还原系统的电极电位值，单位是V或或mV。n各种微生物对培养基

42、的氧化还原电势的要求：各种微生物对培养基的氧化还原电势的要求：w好氧微生物：好氧微生物：+0.3+0.4V，(在在0.1V以上的环境中均能生长以上的环境中均能生长)；w兼性厌氧微生物：兼性厌氧微生物：+0.1V以上以上呼吸呼吸、+0.1V以下以下发酵发酵；w厌氧微生物：只能在厌氧微生物：只能在+0.1V以下生长。以下生长。n在实验室中，为培养在实验室中，为培养严格厌氧菌严格厌氧菌，除应驱走空气中的氧外，除应驱走空气中的氧外，还应在培养基中加入适量的还应在培养基中加入适量的还原剂还原剂。标准氢电极标准氢电极是一个半电池，它由是一个半电池，它由pHpH为零的为零的HClHCl溶液溶液、涂满铂黑的、

43、涂满铂黑的铂箔铂箔电极电极和用压力为和用压力为1 1个大气压的个大气压的氢氢所组成的。在这种条件下，此所组成的。在这种条件下，此标准标准氢电极氢电极的电极电位等于零。的电极电位等于零。标准氢电极标准氢电极上限是上限是+0.82V+0.82V，它出现在，它出现在高氧高氧且没有氧消耗的环境中，下且没有氧消耗的环境中，下限为限为-0.42V-0.42V，出现在，出现在富含氢富含氢的环境中。的环境中。现在学习的是第42页，共54页3、条件适宜、条件适宜3、氧化还原电势、氧化还原电势(redox poyential)n培养基是培养基是多氧化还原偶多氧化还原偶的复杂电化学系统，测出的的复杂电化学系统，测出

44、的Eh值仅代表其综合结果。值仅代表其综合结果。w对微生物影响最大的是：对微生物影响最大的是：分子氧分子氧和和分子氢分子氢的浓度的浓度w培养基中常用的培养基中常用的还原剂还原剂：巯基乙酸：巯基乙酸(0.010.20)、抗抗坏血酸坏血酸(0.1)、硫化钠、硫化钠(0.025)、半胱氨酸、半胱氨酸(0.05)、葡萄糖、葡萄糖(0.11.0)、铁屑铁屑、谷胱甘肽谷胱甘肽、庖肉（瘦、庖肉（瘦牛肉粒）、二硫苏糖醇等。牛肉粒）、二硫苏糖醇等。w测定测定Eh除用电位计外，还可用化学指示剂，如除用电位计外，还可用化学指示剂，如刃天青刃天青等。等。无氧条件下：无氧条件下：呈无色（呈无色（E Eh h-40mV-4

45、0mV）无氧条件下：无氧条件下：中性溶液中：中性溶液中：呈紫色；呈紫色；碱性溶液中碱性溶液中：呈红色；：呈红色；酸性溶液中：酸性溶液中：呈红色；微含氧呈红色；微含氧,则为粉红色则为粉红色现在学习的是第43页，共54页4、经济节约、经济节约根据根据培养目的培养目的选择培养基原料及其来源选择培养基原料及其来源n以粗代精以粗代精：粗原料：粗原料营养营养更加完全，更加完全，经济经济上也节约。上也节约。n以以“野野”代代“家家”：以以野生植物野生植物原料代替原料代替栽培植物栽培植物原料用原料用于工业发酵的碳源。于工业发酵的碳源。n以废代好以废代好：以工农业生产中的：以工农业生产中的废弃物废弃物作为原料。

46、作为原料。n以简代繁以简代繁：生产上改进培养基成分时，一般都以：生产上改进培养基成分时，一般都以“加加”法法居多，即设法使其营养越来越丰富、含量越来越高。这对居多，即设法使其营养越来越丰富、含量越来越高。这对微生物生长不一定都有利，有时可尝试使用微生物生长不一定都有利，有时可尝试使用“减减”法法，即，即用稀薄的培养基成分或成分较少的培养基来取代原有的培用稀薄的培养基成分或成分较少的培养基来取代原有的培养基成分，以求取得更好的效果。养基成分，以求取得更好的效果。现在学习的是第44页，共54页4、经济节约、经济节约根据根据培养目的培养目的选择培养基原料及其来源选择培养基原料及其来源n以烃代粮以烃代

47、粮：以：以石油石油或或天然气天然气副产品代替副产品代替糖质糖质原料原料n以氮代朊以氮代朊：即以大气氮、铵盐、硝酸盐或尿素等一类：即以大气氮、铵盐、硝酸盐或尿素等一类非非蛋白质蛋白质或或非氨基酸非氨基酸廉价原料用作发酵培养基的原料，让廉价原料用作发酵培养基的原料，让微生物转化成菌体蛋白质或含氮的发酵产物供人们利用微生物转化成菌体蛋白质或含氮的发酵产物供人们利用 n以纤代糖以纤代糖：开发利用：开发利用纤维素纤维素这种世界上含量最丰富的可这种世界上含量最丰富的可再生资源。将大量的纤维素再生资源。将大量的纤维素农副产品农副产品转变为优质饲料、转变为优质饲料、工业发酵原料、燃料及人类的食品及饮料。工业发

48、酵原料、燃料及人类的食品及饮料。n以以“国国”代代“进进”：这实为：这实为“以粗代精以粗代精”原则的另一特原则的另一特殊形式殊形式现在学习的是第45页，共54页四种方法四种方法1、生态模拟、生态模拟n调查所培养菌的生态条件，查看调查所培养菌的生态条件，查看“嗜好嗜好”，对，对“症症”下料下料初级天然培养基初级天然培养基.w肉汤、鱼汁：肉汤、鱼汁：细菌细菌；w果汁、麦芽汁：果汁、麦芽汁：酵母菌；酵母菌；w润湿的麸皮、米糠：润湿的麸皮、米糠：霉菌霉菌；w米饭、面包：米饭、面包：根霉根霉2、参阅文献、参阅文献n查阅、分析文献，调查前人的工作资料，借鉴前人查阅、分析文献，调查前人的工作资料，借鉴前人的

49、经验，以便从中得到启发设计有自己特色的培养的经验，以便从中得到启发设计有自己特色的培养基配方基配方现在学习的是第46页，共54页四种方法四种方法3、精心设计、精心设计n在设计、试验新配方时，借助于在设计、试验新配方时，借助于优选法优选法或或正交试验设计正交试验设计等数学工具，提高效率。等数学工具，提高效率。4、试验比较、试验比较n最后经过具体最后经过具体试验和比较试验和比较予以确定。予以确定。w不同不同培养基配方培养基配方的选择比较；的选择比较；单种成分单种成分来源和数量的比较；来源和数量的比较；几几种成分种成分浓度比例调配的比较；小型试验放大到大型浓度比例调配的比较；小型试验放大到大型生产条

50、件生产条件的的比较；比较；pH和温度试验等。和温度试验等。n试验的规模一般遵循由定性到定量、由小到大、由实验试验的规模一般遵循由定性到定量、由小到大、由实验室到工厂等逐步扩大的原则室到工厂等逐步扩大的原则w培养皿琼脂平板上培养皿琼脂平板上-摇瓶培养或台式发酵罐培养摇瓶培养或台式发酵罐培养-试验型试验型发酵罐试验发酵罐试验-生产型发酵罐试验生产型发酵罐试验现在学习的是第47页，共54页二、培养基的种类二、培养基的种类一一)按按对培养基成分的了解作分类对培养基成分的了解作分类二二)按按培养基外观的物理状态作分类培养基外观的物理状态作分类三三)按按培养基对微生物的功能用分类培养基对微生物的功能用分类