微生物的营养和培养基刘.ppt

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1、第四章第四章 微生物的营养和培养基微生物的营养和培养基 微生物营养是微生物微生物营养是微生物生理学生理学重要部分，主要阐明营重要部分，主要阐明营养物质在其生命活动中的生理功能及微生物细胞从外界养物质在其生命活动中的生理功能及微生物细胞从外界环境摄取营养物的具体机制。环境摄取营养物的具体机制。营养物质营养物质:能够满足机体生长、繁殖和完成各种能够满足机体生长、繁殖和完成各种生理活动所需要的物质生理活动所需要的物质.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。营养物质是微生物生存的物质基础，而营养是微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

2、一种生理过程。生物维持和延续其生命形式的一种生理过程。1.1.微生物的营养要求微生物的营养要求 1.1 1.1 微生物细胞的化学组成微生物细胞的化学组成 1.2 1.2 营养物质及其生理功能营养物质及其生理功能 1.3 1.3 微生物的营养类型微生物的营养类型(nutritional types)nutritional types)2.2.培养基培养基 2.1 2.1 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 2.2 2.2 培养基的类型及应用培养基的类型及应用主要内容主要内容3.3.营养物质如何进入细胞营养物质如何进入细胞 3.1 3.1 单纯扩散单纯扩散(diffusion

3、)diffusion)3.2 3.2 促进扩散促进扩散(facilitated diffusion)facilitated diffusion)3.3 3.3 主动运输主动运输(active transport)active transport)3.4 3.4 基团移位基团移位(memberanememberane vesicle transport vesicle transport）1.1.微生物细胞的微生物细胞的化学组成化学组成 2.2.营养物质营养物质及其及其生理功能生理功能 3.3.微生物的微生物的营养类型营养类型(nutritional types)nutritional type

4、s)第一节 微生物的营养要求微生物的营养要求 生物类型生物类型营养要素营养要素 动物动物（异养）（异养）微生物微生物 绿色植物绿色植物（自养）（自养）异养异养 自养自养碳源碳源糖类、脂糖类、脂肪肪糖、醇、有机酸糖、醇、有机酸等等二氧化碳、碳二氧化碳、碳酸盐等酸盐等二氧化碳、二氧化碳、碳酸盐碳酸盐氮源氮源蛋白质或蛋白质或其降解物其降解物蛋白质或其降解蛋白质或其降解物、有机或无机物、有机或无机氮化物、分子氮氮化物、分子氮无机氮化物、无机氮化物、分子氮分子氮无机氮化物无机氮化物能源能源与碳源同与碳源同与碳源同与碳源同氧化无机物或氧化无机物或利用日光能利用日光能利用日光能利用日光能生长因子生长因子维生

5、素等维生素等一部分需要维生一部分需要维生素等素等不需要不需要不需要不需要无机元素无机元素无机盐无机盐无机盐无机盐无机盐无机盐无机盐无机盐水分水分水水水水水水水水表表微生物和动物、植物营养要素的比较微生物和动物、植物营养要素的比较主要元素：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%一、微生物细胞的化学组成一、微生物细胞的化学组成1.1.化学元素化学元素化学元素比例因菌种、培养条件等有所不同，如：化学元素比例因菌种、培养条件等有所不同，如：幼龄菌含幼龄菌含N N高，

6、硫细菌较多高，硫细菌较多S S，铁细菌较多铁细菌较多FeFe等。等。表表微生物细胞中几种主要元素的含量微生物细胞中几种主要元素的含量（干重的百分数）（干重的百分数）元素元素 细菌细菌 酵母菌酵母菌 霉菌霉菌 碳碳 50 49.8 47.9 氮氮 15 12.4 5.2 氢氢 8 6.7 6.7 氧氧 20 31.1 40.2 磷磷 3 硫硫 1 2.2.化学成分及其分析化学成分及其分析 化学元素组成化学元素组成有机物有机物、无机物无机物和和水（水（70709090）(1)(1)有机物分析有机物分析:1 1）化学法直接抽提，定性定量分析）化学法直接抽提，定性定量分析 2 2）破碎细胞得亚显微结构

7、，再分析）破碎细胞得亚显微结构，再分析(2)(2)无机物无机物(指与有机物相结合或单独存在的无机盐等物质指与有机物相结合或单独存在的无机盐等物质,)分析分析：干细胞高温炉（干细胞高温炉（550550）焚烧得到的）焚烧得到的灰分灰分（ashcosashcostituenttituent）无机方法分析其中各种无机元素含量。无机方法分析其中各种无机元素含量。(3)(3)水分：水分：细胞表面水分吸干后的重量为湿重；细胞表面水分吸干后的重量为湿重；采用低温真空干燥、红外快速烘干方法烘干至恒重为干重。采用低温真空干燥、红外快速烘干方法烘干至恒重为干重。碳源、碳源、氮源、氮源、能源、能源、生长因子、生长因子

8、、无机盐、无机盐、水水营养物质按照它们在机体中的生理作用不同，营养物质按照它们在机体中的生理作用不同，可以将它们区分成六大类。可以将它们区分成六大类。二、微生物的营养物质与功能二、微生物的营养物质与功能（一）碳源（一）碳源（Carbon sourceCarbon source）定义：一切能满足微生物生长繁殖所定义：一切能满足微生物生长繁殖所需碳元素的营养物质称为碳源。需碳元素的营养物质称为碳源。功能：提供合成细胞物质及代谢物的原料功能：提供合成细胞物质及代谢物的原料;并为并为整整个生理活动提供所需要能源（异养微生物）。个生理活动提供所需要能源（异养微生物）。种类种类:无机含碳化合物：如无机含碳

9、化合物：如COCO2 2和碳酸盐等。和碳酸盐等。有机含碳化合物：糖与糖的衍生物（多糖：如淀粉、有机含碳化合物：糖与糖的衍生物（多糖：如淀粉、麸皮、米糠等；饴糖；单糖）麸皮、米糠等；饴糖；单糖）,脂类、脂类、醇类。有机酸、烃类、芳香族化合物醇类。有机酸、烃类、芳香族化合物 以及各种含氮的化合物。以及各种含氮的化合物。类类型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CHOCHONXNX复杂蛋白质、核酸等复杂蛋白质、核酸等牛肉膏、蛋白胨、花生牛肉膏、蛋白胨、花生饼粉等饼粉等CHOCHON N多数氨基酸、简单蛋多数氨基酸、简单蛋白质等白质等一般氨基酸、明胶等一般

10、氨基酸、明胶等CHOCHO糖、有机酸、醇、脂糖、有机酸、醇、脂类等类等葡萄糖、蔗糖、各种淀葡萄糖、蔗糖、各种淀粉、糖蜜等粉、糖蜜等CHCH烃类烃类天然气、石油及其不同天然气、石油及其不同馏份、石蜡油等馏份、石蜡油等无无机机碳碳C(?)C(?)COCOCOCO2 2COCO2 2COXCOXNaHCONaHCO3 3NaHCONaHCO3 3、CaCOCaCO3 3、等等表表微生物的碳源谱微生物的碳源谱提供碳素的物质，一般还是能源物质。提供碳素的物质，一般还是能源物质。微生物对碳源选择性：微生物对碳源选择性：糖类一般是良好碳源和能源，对不同糖利用不同。糖类一般是良好碳源和能源，对不同糖利用不同。

11、E.Coli E.Coli在在G G和半乳糖培养基生长，和半乳糖培养基生长，G G为为速效碳源速效碳源，后者后者为为迟效碳源迟效碳源。l工业发酵一般用糖蜜、淀粉、饴糖等，为节约采用工业发酵一般用糖蜜、淀粉、饴糖等，为节约采用纤维素这种广泛存在的物质培养微生物。纤维素这种广泛存在的物质培养微生物。不同菌种利用碳源能力不同，如：假单孢菌属中的不同菌种利用碳源能力不同，如：假单孢菌属中的一些能利用一些能利用9090多种碳源；甲基营养型只利用甲醇、多种碳源；甲基营养型只利用甲醇、甲烷等一碳化合物为能源物质。甲烷等一碳化合物为能源物质。微生物工业发酵中用做碳源的原料微生物工业发酵中用做碳源的原料传统种类

12、：糖,饴糖淀粉（玉米粉、山芋粉、野生植物淀粉等）麸皮各种米糠等代粮发酵：纤维素、石油、CO2、H2种类：无机氮：铵盐、硝酸盐、亚硝酸盐、氨、种类：无机氮：铵盐、硝酸盐、亚硝酸盐、氨、N N2 2等等 有机氮：蛋白质及其降解产物（如胨、肽、有机氮：蛋白质及其降解产物（如胨、肽、氨基酸等）、牛肉膏、鱼粉、花生饼粉、氨基酸等）、牛肉膏、鱼粉、花生饼粉、黄豆饼粉、玉米浆等黄豆饼粉、玉米浆等定义定义:凡用来构成菌体物质或代谢产物中氮素来源凡用来构成菌体物质或代谢产物中氮素来源的营养源。的营养源。功能：功能：1 1）提供合成细胞中含氮物，如蛋白质、核酸以及）提供合成细胞中含氮物，如蛋白质、核酸以及含氮代谢

13、物等的原料；含氮代谢物等的原料；2 2）少数细菌可以）少数细菌可以铵盐、硝酸盐等铵盐、硝酸盐等氮源为能源。氮源为能源。（二）氮源（二）氮源（Nitrogen source Nitrogen source Nitrogen source Nitrogen source）：类类型型 元素水元素水平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氮氮NCHNCHOXOX复杂蛋白质、核酸等复杂蛋白质、核酸等牛肉膏、酵母膏、牛肉膏、酵母膏、饼粕粉、蚕蛹粉饼粕粉、蚕蛹粉等等NCHNCHOO尿素、一般氨基酸、尿素、一般氨基酸、简单蛋白质等简单蛋白质等尿素、蛋白胨、尿素、蛋白胨、明胶等明胶等无无机机

14、氮氮NHNHNHNH3 3、铵盐等铵盐等(NH4)NH4)2 2SOSO4 4等等NONO硝酸盐等硝酸盐等KNOKNO3 3等等N NN N2 2空气空气表表 2 2 微生物的氮源谱微生物的氮源谱 实实验验室室常常用用的的氮氮源源有有碳碳酸酸铵铵、硝硝酸酸盐盐、硫硫酸酸铵铵、尿尿素素、蛋蛋白白胨胨、牛牛肉肉膏膏、酵酵母母膏膏等等。生生产产上上常常用用的的氮氮源源有有硝硝酸酸盐盐、铵铵盐盐、尿尿素素、氨氨以以及及蛋蛋白白含含量量较较高高的的鱼鱼粉粉、蚕蚕蛹蛹粉粉、黄黄豆豆饼饼粉粉、花花生饼份、玉米浆等。生饼份、玉米浆等。蛋白氮必须通过水解之后降解成胨、肽、氨蛋白氮必须通过水解之后降解成胨、肽、氨

15、基酸等才能被机体利用，这种氮源叫基酸等才能被机体利用，这种氮源叫迟效氮源迟效氮源。无机氮源或以蛋白质降解产物形式存在的有无机氮源或以蛋白质降解产物形式存在的有机氮源可以直接被菌体吸收利用，这种氮源叫做机氮源可以直接被菌体吸收利用，这种氮源叫做速效氮源速效氮源。速效氮源，通常有利于机体的生长，迟效氮速效氮源，通常有利于机体的生长，迟效氮源有利于代谢产物的形成。源有利于代谢产物的形成。硝酸盐硝酸盐NONO3 3 NH4+铵铵 盐盐氨基酸氨基酸入胞入胞 细胞物质细胞物质蛋白胨蛋白胨 豆豆 饼饼蚕蛹粉蚕蛹粉分解分解 入胞入胞 细胞物质细胞物质诱导酶诱导酶诱导酶诱导酶生理酸式盐和生理碱式盐生理酸式盐和生

16、理碱式盐(NH4)2SO42NH4+SO42-入胞入胞pHK+（Na+）+NO3-入胞入胞pHKNO3NaNO3NH4NO3NH4+(先入胞先入胞)+NO3-(后入胞后入胞)能源：能为微生物的生命活动提供最初能量来源营养能源：能为微生物的生命活动提供最初能量来源营养物或辐射能物或辐射能能源谱能源谱化学物质辐射能化能异养微生物的能源有机物无机物化能自养微生物的能源光能自养和光能异养微生物的能源（三）能源（三）能源（四）生长因子（四）生长因子（growth factorgrowth factor）：）：定义定义:是一类对微生物正常生活所不可缺少而是一类对微生物正常生活所不可缺少而需要量又不大，但微

17、生物自身不能用简单的需要量又不大，但微生物自身不能用简单的碳源或氮源合成，或合成量不足以满足机体碳源或氮源合成，或合成量不足以满足机体生长需要的有机营养物质。不同微生物需求生长需要的有机营养物质。不同微生物需求的生长因子的种类和数量不同。的生长因子的种类和数量不同。微微 生生 物物 生长因子生长因子 需要量（需要量（mlml-1-1IIIIII型肺炎链球菌（型肺炎链球菌（Streptococcus Streptococcus pneumoniaepneumoniae）胆碱胆碱 6 6ugug金黄色葡萄球菌（金黄色葡萄球菌（Staphylococcus Staphylococcus aureus

18、aureus）硫胺素硫胺素 0.50.5ngng白喉棒杆菌（白喉棒杆菌（CornebacteriumCornebacterium diphtherriaediphtherriae）B-B-丙氨酸丙氨酸 1.51.5ugug破伤风梭状芽孢杆菌（破伤风梭状芽孢杆菌（Clostridium Clostridium tetanitetani）尿嘧啶尿嘧啶 0-40-4ugug肠膜状串珠菌（肠膜状串珠菌（LeuconostocLeuconostoc mesenteroidesmesenteroides）吡哆醛吡哆醛 0.0250.025ugug种类种类:根据生长因子的化学结构和它们在机体中根据生长因子的

19、化学结构和它们在机体中的生理功能的不同，可将生长因子分为的生理功能的不同，可将生长因子分为:维生素、碱基、卟啉及其衍生物、甾醇、胺类、C4C6的分支或直链脂肪酸、氨基酸缺乏合成生长因子能力的微生物称为缺乏合成生长因子能力的微生物称为“营养营养缺陷型缺陷型”微生物。微生物。最早发现的生长因子是维生素，目前已经发现许多维最早发现的生长因子是维生素，目前已经发现许多维生素都能起生长因子的作用。维生素大部分是构成酶的辅生素都能起生长因子的作用。维生素大部分是构成酶的辅基或辅酶，需要量很少，但是缺少维生素微生物不能正常基或辅酶，需要量很少，但是缺少维生素微生物不能正常生长。生长。有些微生物缺乏或丧失合成

20、某种或某些氨基酸的酶，有些微生物缺乏或丧失合成某种或某些氨基酸的酶，所以不能合成生长所必需的氨基酸，这类微生物被称为所以不能合成生长所必需的氨基酸，这类微生物被称为“氨基酸缺陷型氨基酸缺陷型”。例如：肠膜明串珠菌（例如：肠膜明串珠菌（leuconostocleuconostoc mesenteroidesmesenteroides）常常常需要由外源供给多种氨基酸才能生长。常需要由外源供给多种氨基酸才能生长。另另外外有有些些微微生生物物生生长长还还需需要要其其它它特特殊殊的的成成分分，例例如如某某些些乳乳酸酸杆杆菌菌生生长长需需要要核核苷苷；某某些些酵酵母母菌菌和和真真菌菌生生长长需需要要肌肌醇

21、；某些肺炎球菌生长需要胆碱等。醇；某些肺炎球菌生长需要胆碱等。根据微生物对生长因子的需要存在差异根据微生物对生长因子的需要存在差异，可分为：可分为：1.1.野生型野生型(wild type)wild type)原养型原养型 不需要生长因子而能在基础培养基不需要生长因子而能在基础培养基上生长的菌株上生长的菌株2.2.营养缺陷型营养缺陷型(auxotroph)auxotroph)由于自发或诱发突变等原因从野生由于自发或诱发突变等原因从野生型菌株产生的需要提供特定生长素物质才型菌株产生的需要提供特定生长素物质才能生长的菌株能生长的菌株（五）无机盐（五）无机盐（inorganic saltinorga

22、nic salt）定义：定义：为微生物细胞生长提供碳、氮源以外的为微生物细胞生长提供碳、氮源以外的多种重要元素（包括大量元素和微量元素）的多种重要元素（包括大量元素和微量元素）的物质，多以无机盐的形式供给。物质，多以无机盐的形式供给。大量元素：大量元素：P、S、K、Mg、Ca、Na、Fe（微（微生物生长所需浓度在生物生长所需浓度在10-310-4mol/L）微量元素：微量元素：Cu、Zn、Mn、Mo、Co（微生物生（微生物生长所需浓度在长所需浓度在10-610-8mol/L）根据微生物对矿质元素需要量大小可以把它分成：根据微生物对矿质元素需要量大小可以把它分成：无机盐的生理功能：无机盐的生理功

23、能：无机盐大量元素微量元素一般功能特殊功能酶的激活剂（Cu2+、Mn2+、Zn2+等）特殊分子结构成分（Co、Mo等）维持渗透压生理调节物质酶的激活剂pH的稳定化能自养菌的能源(S、Fe2+、NH4+、NO2-)无氧呼吸时的氢受体(NO3-、SO42-)细胞内一般分子成分(如P，S，Ca，Mg，Fe等)无机元素的来源和功能无机元素的来源和功能水是微生物生长所必不可少的。水在细胞中的水是微生物生长所必不可少的。水在细胞中的生理功能主要有：生理功能主要有：起到溶剂与运输介质的作用；起到溶剂与运输介质的作用；参与细胞内一系列化学反应；参与细胞内一系列化学反应；维持蛋白质、核酸等生物大分子稳定的天然构

24、象；维持蛋白质、核酸等生物大分子稳定的天然构象；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热的良好导体；热的良好导体；（六）（六）水水几种生物的游离水含量人体：60%海蛰：96%微生物孢子营养体霉菌孢子：39%细菌芽孢：皮层：70%核心：极低细菌：80%酵母：75%霉菌：85%水在细胞中有两种存在形式：水在细胞中有两种存在形式：结合水和游离水结合水和游离水.不同细胞及不同细胞结构中游离水的含量有较大不同细胞及不同细胞结构中游离水的含量有较大差别：差别：微生物对水的需要程度（水对微生物生长的影响）常用微生物对水的需要程度（水对微生物生长的影响）常用环

25、境（或基质）中的环境（或基质）中的水活度值（水活度值（water activity,water activity,w w）表示。所谓表示。所谓 w w就是水的有效浓度。就是水的有效浓度。定义：水活度为在一定的温度条件下，溶液的蒸汽压与定义：水活度为在一定的温度条件下，溶液的蒸汽压与相同条件下纯水的蒸汽压之比，相同条件下纯水的蒸汽压之比，即：即：w w=/o 表示溶液的蒸汽压表示溶液的蒸汽压 o o表示纯水的蒸汽压表示纯水的蒸汽压在在 w w为为0.600.990.600.99的环境条件均有微生物生长，但对某的环境条件均有微生物生长，但对某种微生物而言，它对种微生物而言，它对 w w的要求是一定

26、的。即微生物不同，的要求是一定的。即微生物不同，其其生长的最适生长的最适 w w亦不同。亦不同。表表几类微生物生长最适几类微生物生长最适 w 微生物微生物 w一般细菌一般细菌 0.91酵母菌酵母菌 0.88霉菌霉菌 0.80嗜盐细菌嗜盐细菌 0.70嗜盐真菌嗜盐真菌 0.65嗜高渗酵母嗜高渗酵母 0.60三、微生物的营养类型三、微生物的营养类型 根据根据生长所需要的营养物质的性质生长所需要的营养物质的性质（碳源），可将生物分（碳源），可将生物分成两种基本的营养类型成两种基本的营养类型异养型生物：异养型生物：在生长时需要以复杂的有机物质作为营养物质在生长时需要以复杂的有机物质作为营养物质自养型生

27、物：自养型生物：在生长时能以简单的无机物质作为营养物质在生长时能以简单的无机物质作为营养物质 动物属于异养型生物，植物属于自养型，而微生物既有动物属于异养型生物，植物属于自养型，而微生物既有异养型的也有自养型的，大多数微生物属于异养型生物，少数异养型的也有自养型的，大多数微生物属于异养型生物，少数微生物属于自养型生物。微生物属于自养型生物。根据根据生长时能量生长时能量的来源不同，又可将生物分成两种类型的来源不同，又可将生物分成两种类型化能营养型生物：化能营养型生物：依靠化合物氧化释放的能量进行生长依靠化合物氧化释放的能量进行生长光能营养型生物：光能营养型生物：依靠光能进行生长依靠光能进行生长

28、动物和大部分微生物属于化能营养型生物，它们从物质动物和大部分微生物属于化能营养型生物，它们从物质的氧化过程中获得能量。植物和少部分微生物属于光能营养型的氧化过程中获得能量。植物和少部分微生物属于光能营养型生物生物 按供氢体分按供氢体分无机营养型生物；无机营养型生物；有机营养型生物：有机营养型生物：异养型生物异养型生物自养型生物自养型生物根据生长所需要的营养物质根据生长所需要的营养物质的性质（碳源）的性质（碳源）根据生物生长过程中能根据生物生长过程中能量的来源量的来源光能营养型光能营养型化能营养型化能营养型根据碳源、能源及电子供体性质的不同根据碳源、能源及电子供体性质的不同，可将微可将微生物分为

29、：生物分为：光能无机自养型光能无机自养型(photolithoautotrphyphotolithoautotrphy)光能有机异养型光能有机异养型(photoorganoheterotrphyphotoorganoheterotrphy)化能无机自养型化能无机自养型(chemolithoautotrphychemolithoautotrphy)化能有机异养型化能有机异养型(chemoorganoheterotrophychemoorganoheterotrophy)微生物的营养类型：微生物的营养类型：能以能以COCO2 2为唯一或主要碳源；为唯一或主要碳源；进行光合作用获取生长所需要的能量；

30、进行光合作用获取生长所需要的能量；以无机物如以无机物如H H2 2O O、H H2 2S S、S S等作为供氢体或电子供体，等作为供氢体或电子供体，使使COCO2 2还原为细胞物质；还原为细胞物质；例如，藻类及蓝细菌等和植物一样，以水为电子供体（供氢体），例如，藻类及蓝细菌等和植物一样，以水为电子供体（供氢体），进行产氧型的光合作用，合成细胞物质。而红硫细菌，以进行产氧型的光合作用，合成细胞物质。而红硫细菌，以H H2 2S S为为电子供体，产生细胞物质，并伴随硫元素的产生。电子供体，产生细胞物质，并伴随硫元素的产生。CO2+2H2S光能光能光合色素光合色素 CH2O+2S+2S+H2O（一）

31、（一）光能无机自养型（光能自养型）光能无机自养型（光能自养型）不能以不能以CO2为主要或唯一的碳源；为主要或唯一的碳源；以有机物作为供氢体，利用光能将以有机物作为供氢体，利用光能将CO2还原为细胞物质；还原为细胞物质；在生长时大多数需要外源的生长因子；在生长时大多数需要外源的生长因子；例如，红螺菌属中的一些细菌能利用异丙醇作为供氢体，将例如，红螺菌属中的一些细菌能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。还原成细胞物质，同时积累丙酮。CO22(H(H3 3C)C)2 2 CHOHCHOH光能光能光合色素光合色素2 2 CHCH3 3C0CHC0CH3 3+CH2O+H2O（二

32、）（二）光能有机异养型（光能异养型）光能有机异养型（光能异养型）+生长所需要的能量来自无机物氧化过程中放出的化学能；生长所需要的能量来自无机物氧化过程中放出的化学能；以以COCO2 2或碳酸盐作为唯一或主要碳源进行生长时，利用或碳酸盐作为唯一或主要碳源进行生长时，利用H H2 2、H H2 2S S、FeFe2+2+、NHNH3 3或或NONO2 2-等作为电子供体使等作为电子供体使COCO2 2还原还原成细胞物质。成细胞物质。化能无机自养型只存在于微生物中，可在完全无机及化能无机自养型只存在于微生物中，可在完全无机及无光的环境中生长。它们广泛分布于土壤及水环境中无光的环境中生长。它们广泛分布

33、于土壤及水环境中,参与地球物质循环参与地球物质循环.（三）（三）化能无机自养型（化能自养型）化能无机自养型（化能自养型）亚硝化细菌亚硝化细菌 2NH4+3O22NO2-+2H2O+4H+132Kcal硝化细菌硝化细菌 NO2-+1/2O2 NO3-+18.1 Kcal1.硝化细菌硝化细菌:通过氧化还原态的无机硫化物（通过氧化还原态的无机硫化物（H H2 2S S、S S、S S2 2O O3 32-2-、SOSO3 32-2-）获得能量获得能量（硫杆菌属，硫微（硫杆菌属，硫微螺菌属）螺菌属）H H2 2S+S+1/21/2 O O2 2 S+HS+H2 2O+50.1 KcalO+50.1 K

34、cal S+1 S+1 1/21/2 O O2 2+H+H2 2O HO H2 2SOSO4 4+149.8 Kcal+149.8 Kcal2.2.硫化细菌硫化细菌:氧化氧化Fe2+为为Fe3+获取能量并同化获取能量并同化 CO2 2Fe2+1/2O2+2H+2Fe3+H2O+21.2 Kcal4.氢细菌：氢细菌：具有氢化酶，从氢的氧化获取能具有氢化酶，从氢的氧化获取能 量，同化量，同化CO2 H2+1/2 O2 H2O+56.7 Kcal3.铁细菌：铁细菌：生长所需要的能量均来自有机物氧化过程中放出的化生长所需要的能量均来自有机物氧化过程中放出的化学能；学能；生长所需要的碳源主要是一些有机化

35、合物，如淀粉、生长所需要的碳源主要是一些有机化合物，如淀粉、糖类、纤维素、有机酸等。糖类、纤维素、有机酸等。有机物通常既是碳源也是能源；有机物通常既是碳源也是能源；大多数细菌、真菌、原生动物都是化能有机异养型微大多数细菌、真菌、原生动物都是化能有机异养型微生物；生物；所有致病微生物均为化能有机异养型微生物；所有致病微生物均为化能有机异养型微生物；（四）（四）化能有机异养型（化能异养型）化能有机异养型（化能异养型）不同营养类型之间的界限并非绝对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异养型微生物并非绝对不能利用COCO2 2；自养型微生物也并非不能利用有机物进行生长；自养型微生

36、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有些微生物在不同生长条件下生长时,其营养类型也会其营养类型也会发生改变；发生改变；例如紫色非硫细菌例如紫色非硫细菌(purple nonsulphur bacteria)：没有有机物时，同化没有有机物时，同化CO2，为为自养型微生物；自养型微生物；有机物存在时，利用有机物进行生长，为有机物存在时，利用有机物进行生长，为异养型微生物异养型微生物；光照和厌氧条件下，利用光能生长，为光照和厌氧条件下，利用光能生长，为光能营养型微生物；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，为黑暗与好氧条件下，依靠有机物氧化产

37、生的化学能生长，为化能营养型微生物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件变化的适应能力第二节第二节 培养基培养基(medium)medium)定义：定义：应科研或生产的需要，由人工配制的、适合应科研或生产的需要，由人工配制的、适合于不同微生物生长繁殖或积累代谢产物用的营养基于不同微生物生长繁殖或积累代谢产物用的营养基质（混合养料）。质（混合养料）。特点特点：任何培养基都应具备微生物所需要的六大营任何培养基都应具备微生物所需要的六大营养要素，且应比例适当。所以一旦配成必须立即灭养要素，且应比例适当。所以一旦配

38、成必须立即灭菌。菌。用途：用途：促使微生物生长；积累代谢产物；分离微生促使微生物生长；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；制备微生物制品保藏；制备微生物制品一、培养基的配制原则一、培养基的配制原则（一）培养基组分应适合微生物的营养特点（目的明确）（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）（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（理化条件适宜）（三）物理化学条件适宜（理化条件适宜）（四）根据培养目的选择原料及其来源（经济节约）（四）根据培养目的

39、选择原料及其来源（经济节约）（一）目的明确培养何菌获得何种产物用于实验室还是大规模生产种子培养和发酵生产培养细菌、放线菌、酵母菌培养细菌、放线菌、酵母菌与霉菌的培养基不同与霉菌的培养基不同为获取微生物细胞或做种子培为获取微生物细胞或做种子培养基用还是为获取代谢产物用养基用还是为获取代谢产物用做发酵培养基做发酵培养基实验室中作一般培养；进实验室中作一般培养；进行精细的代谢或遗传等研行精细的代谢或遗传等研究；发酵生产。究；发酵生产。种子培养基和发酵培养基种子培养基和发酵培养基都是发酵生产用的培养基都是发酵生产用的培养基即根据不同微生物的营养需要配制不同的培养基。即根据不同微生物的营养需要配制不同的

40、培养基。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。如的微生物，其对营养物的需求差异很大。如自养自养型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。适应所培养菌的特点。按微生物的主要按微生物的主要类群类群来说，它们所需要的培养基成分也不同：来说，它们所需要的培养基成分也不同：细菌：细菌：牛肉膏蛋白胨培养基牛肉膏蛋白胨培养基 LB (Luria-Bertani)放线菌：放线菌：高

41、氏一号培养基高氏一号培养基 真菌：真菌：查氏合成培养基查氏合成培养基 PDA(Potato-Dextrose-Agar)酵母菌；酵母菌；麦芽汁麦芽汁当对试验菌营养需求特点不清楚的时候，可以采用当对试验菌营养需求特点不清楚的时候，可以采用生长谱生长谱法进法进行测定。行测定。培养基中营养物质浓度合适时微生物才能生长良好，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生长所需，浓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抑制作用。度过高时则可能对微生物生长起抑制作用。培养基中各营养物质之间的浓度配比也直接影响微培养基中各营养物质之

42、间的浓度配比也直接影响微生物的生长繁殖和代谢产物的形成和积累，其中碳氮比生物的生长繁殖和代谢产物的形成和积累，其中碳氮比（C/NC/N）的影响较大。的影响较大。碳氮比指培养基中碳元素与氮元素碳氮比指培养基中碳元素与氮元素的物质的量比值，有时也指培养基中还原糖与粗蛋白之的物质的量比值，有时也指培养基中还原糖与粗蛋白之比。比。（二）营养协调（二）营养协调浓度过高浓度过高微生物的生长起抑制作用，微生物的生长起抑制作用，浓度过小浓度过小不能满足微生物生长的需要。不能满足微生物生长的需要。C/N比值比值=碳源中的碳原子的碳源中的碳原子的mol数数氮源中所含的氮原子的氮源中所含的氮原子的mol数数 速效性

43、氮（或碳）源与迟效性氮（或碳）源的比例速效性氮（或碳）源与迟效性氮（或碳）源的比例 各种金属离子间的比例各种金属离子间的比例例：例：在利用微生物发酵生产谷氨酸的过程中在利用微生物发酵生产谷氨酸的过程中，培养基培养基 C/N C/N 4/14/1时，菌体大量繁殖，谷氨酸积累少；时，菌体大量繁殖，谷氨酸积累少；当培养基当培养基C/NC/N3/1 3/1 时，菌体生长受抑制，而谷氨酸大量增加。时，菌体生长受抑制，而谷氨酸大量增加。碳氮比（碳氮比（C/NC/N）直接影响微生物生长与繁殖及直接影响微生物生长与繁殖及代谢物的形成与积累，故常作为考察培养基组成代谢物的形成与积累，故常作为考察培养基组成时的一

44、个重要指标；时的一个重要指标；pH水活度水活度氧化还原电位氧化还原电位（三）理化条件适宜（三）理化条件适宜渗透压渗透压与培养基的培养基的pHpH必须控制在一定的范围内，以满足不同类型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代谢产物。微生物的生长繁殖或产生代谢产物。通常培养条件：通常培养条件：细菌与放线菌：细菌与放线菌：pH77.5pH77.5酵母菌和霉菌：酵母菌和霉菌：pH4.56pH4.56范围内生长范围内生长在微生物的生长和代谢过程中，由于营养物质的利用和代谢在微生物的生长和代谢过程中，由于营养物质的利用和代谢产物的形成与积累，培养基的初始产物的形成与积累，培养基的初始

45、pH值会发生改变，为了维值会发生改变，为了维持培养基持培养基pH值的相对恒定，通常采用下列两种方式：值的相对恒定，通常采用下列两种方式：内源调节：内源调节：在培养基里加一些缓冲剂或不溶性的碳酸盐；在培养基里加一些缓冲剂或不溶性的碳酸盐；调节培养基的碳氮比。调节培养基的碳氮比。外源调节：外源调节：按实际需要不断向发酵液流加酸或碱液按实际需要不断向发酵液流加酸或碱液1.pH 磷酸缓冲液：磷酸缓冲液：pH值从值从6.07.6之间之间K2HPO4+HCl KH2PO4+KClKH2PO4+KOH K2HPO4+H2O加入加入CaCO3：CO32 HCO3 H2CO3 CO2+H2O+H+H+H+H培养

46、基中所含氨基酸、肽、蛋白质等物质也可起到缓冲作用。培养基中所含氨基酸、肽、蛋白质等物质也可起到缓冲作用。2.2.渗透压和渗透压和水活度水活度a aw w渗透压等渗溶液 适宜微生物生长高渗溶液 细胞发生质壁分离低渗溶液 细胞吸水膨胀，直至破裂大多数微生物适合在等渗的环境下生长，而有的大多数微生物适合在等渗的环境下生长，而有的菌如菌如Staphylococcus Staphylococcus aureusaureus则能在则能在3 3mol/L mol/L NaClNaCl的高渗溶液中生长。能在高盐环境的高渗溶液中生长。能在高盐环境（2.86.2/2.86.2/L L NaClNaCl）生长的微生

47、物常被称为生长的微生物常被称为嗜嗜盐微生物（盐微生物（HalophilesHalophiles）。在天然环境中，微生物可实际利用的自由水或游离在天然环境中，微生物可实际利用的自由水或游离水的含量，水的含量，一般用在一定的温度和压力条件下一般用在一定的温度和压力条件下,溶液的蒸汽压溶液的蒸汽压力与同样条件下纯水蒸汽压力之比表示，即：力与同样条件下纯水蒸汽压力之比表示，即：w=w=Pw/PPw/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 w代表纯水蒸汽压力。代表纯水蒸汽压力。纯水纯水ww为为1.00,1.00,溶液中溶质越多溶液中溶质越多,ww越小。越小。微生物

48、一般在微生物一般在ww为为0.600.600.990.99的条件下生长的条件下生长,ww过低时过低时,微生物生长的迟缓期延长微生物生长的迟缓期延长,比生长速率和比生长速率和总生长量减少。总生长量减少。微生物不同，其生长的最适微生物不同，其生长的最适ww不同。不同。水活度ww 氧化还原电位又称氧化还原电势（氧化还原电位又称氧化还原电势（redoxredox potentialpotential），），是度量某氧化还原系统中的还原剂释放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，其单位是电子或氧化剂接受电子趋势的一种指标，其单位是V V（伏）或伏）或mVmV（毫伏）。毫伏

49、）。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伏以上时可正常生长,以以+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。3.3.氧化还原电位氧化还原电位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

50、纤代糖（四）（四）经济节约经济节约1.生态模拟生态模拟 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.2.查阅文献查阅文献 查阅、分析文献，调查前人的工作资料，查阅、分析文献，调查前人的工作资料，借鉴人家的经验，以便从中得到启发借鉴人家的经验，以便从中得到启发设计有自己设计有自己特色的培养基配方特色的培养基配方.3.精心设计精心设计 借助优选法或借助优选法或正交试验设计正交试验设计法等方法法等方法.二、设计培养基的方法二、设计培养基的方法二、设计培养基的方法（续）二、设计培养基的方法（续）4、实验比、实验比 较较：不同培