第四章、微生物的营养

1、第四章第四章 微生物营养微生物营养 （Microbial NutritionMicrobial Nutrition） 本章教学目的、要求：本章教学目的、要求： 1 1、掌握微生物的营养类型及培养基的、掌握微生物的营养类型及培养基的 种类、配制原则。种类、配制原则。 2 2、掌握营养物质透过细胞的主要运输、掌握营养物质透过细胞的主要运输 方式。方式。 3 3、了解微生物的营养需要。、了解微生物的营养需要。 第一节、微生物的营养需求第一节、微生物的营养需求 第二节、培养基第二节、培养基 第三节、营养物质进入细胞第三节、营养物质进入细胞 Nutritional Requirements of Mic

2、robial CellsNutritional Requirements of Microbial Cells 第一节、微生物的营养需求第一节、微生物的营养需求 营养物质（营养物质（nutrientnutrient）：）：能够满足微能够满足微 生物机体生长、繁殖和完成各种生理生物机体生长、繁殖和完成各种生理 活动所需的物质。活动所需的物质。 营养（营养（nutritionnutrition）：微生物获得和微生物获得和 利用营养物质的过程。利用营养物质的过程。 一、微生物细胞的化学组成一、微生物细胞的化学组成 二、营养物质及其生理功能二、营养物质及其生理功能 三、微生物的营养类型三、微生物的营养

3、类型 一、一、 微生物细胞的化学组成微生物细胞的化学组成 （一）化学元素（一）化学元素(chemical element):(chemical element): 大量元素大量元素(macroelement)(macroelement): :碳、氢、氧、碳、氢、氧、 氮、磷、硫、钾、镁、钙、铁（其中前氮、磷、硫、钾、镁、钙、铁（其中前 六种占细菌细胞干重的六种占细菌细胞干重的97%97%）。）。 微量元素微量元素(trace element):(trace element): 锌、锰、钠、锌、锰、钠、 氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼。氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼。 微生物细胞中几种主要元素的

4、含量（干重）微生物细胞中几种主要元素的含量（干重） （二）化学成分及其分析：（二）化学成分及其分析： 上述元素主要以水、有机物、无机盐的形式存上述元素主要以水、有机物、无机盐的形式存 在于细胞中：在于细胞中： 1 1、水、水 营养细胞含水量高，占细胞总重的营养细胞含水量高，占细胞总重的70%-90%70%-90% 酵母酵母70%-80% 70%-80% 细菌细菌70%-85% 70%-85% 霉菌霉菌85%-90%85%-90% 2 2、有机物质、有机物质 在细胞的全部干物质中，在细胞的全部干物质中，90%90%以上是有机以上是有机 物质物质 有机物质包括：有机物质包括： 蛋白质蛋白质核酸核酸

5、糖类糖类脂类脂类 维生素维生素其它其它 色素、毒素、抗生素等。色素、毒素、抗生素等。 3 3、无机物、无机物 （1 1）占细胞干重的）占细胞干重的3%-10%3%-10%。 （2 2）大量元素大量元素(macroelement)(macroelement): :P P、S S、K K、 NaNa、CaCa、MgMg，以，以P P含量最高，可达全部含量最高，可达全部灰灰 分分的的50%50%。 （3 3）微量元素微量元素(trace element):(trace element):FeFe、ZnZn、 MnMn、B B、MoMo、SiSi 二、营养物质及其生理功能二、营养物质及其生理功能 碳源

6、碳源 氮源氮源 无机盐无机盐 生长因子生长因子 水水 （一）、碳源（一）、碳源（Carbon sourceCarbon source） 定义：微生物生长过程中为微生物定义：微生物生长过程中为微生物 提供碳素来源的物质。提供碳素来源的物质。 功能：构成细胞物质和代谢产物中的功能：构成细胞物质和代谢产物中的 碳素碳素; ; 提供微生物生长发育所需要的提供微生物生长发育所需要的能源能源。 种类种类: : COCO2 2、碳酸盐、多糖、脂类、烃类、醇类、有、碳酸盐、多糖、脂类、烃类、醇类、有 机酸。机酸。 假单胞假单胞：能利用：能利用9090多种碳源。多种碳源。 甲烷氧化菌甲烷氧化菌：只能利用甲烷、甲

7、醇：只能利用甲烷、甲醇 某些纤维素分解菌某些纤维素分解菌：只能利用纤维素。：只能利用纤维素。 不同微生物，对碳源的利用能力不同。不同微生物，对碳源的利用能力不同。 迟效碳源、速效碳源？迟效碳源、速效碳源？ 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：传统种类： 糖类（单糖、饴糖、糖蜜、水解糖）糖类（单糖、饴糖、糖蜜、水解糖） 淀粉（薯类、谷类、玉米粉、山芋粉、野生淀粉（薯类、谷类、玉米粉、山芋粉、野生 植物淀粉等）植物淀粉等） 农副产品农副产品( (麸皮、米糠）麸皮、米糠） 工业废料（酒糟、废糖蜜、亚硫酸废液）工业废料（酒糟、废糖蜜、亚硫酸废液） 凡能构成微生物细胞

8、中氮素来源的凡能构成微生物细胞中氮素来源的 营养物质。营养物质。 功能：功能： 1 1）提供合成细胞原生质（蛋白质、核酸）及）提供合成细胞原生质（蛋白质、核酸）及 其他结构的原料；其他结构的原料； 2 2）为少数细菌提供能源（）为少数细菌提供能源（铵盐、硝酸盐）铵盐、硝酸盐）。 （二）氮源（二）氮源（Nitrogen source Nitrogen source ）： 种类：种类： 无机氮：无机氮：铵盐、硝酸盐、亚硝酸盐、铵盐、硝酸盐、亚硝酸盐、 尿素、氨、尿素、氨、N N2 2等；等； 有机氮：有机氮：脲、胺、氨基酸、蛋白质、脲、胺、氨基酸、蛋白质、 嘌呤或嘧啶嘌呤或嘧啶 实验用氮源：实验用

9、氮源：牛肉膏、蛋白胨、酵母膏牛肉膏、蛋白胨、酵母膏 工业用氮源：工业用氮源：尿素、氨水、花生饼粉、尿素、氨水、花生饼粉、 豆饼粉、麸皮、鱼粉、玉米浆等。豆饼粉、麸皮、鱼粉、玉米浆等。 硝酸盐硝酸盐NONO3 3 NH NH4 4+ + 蛋白氮必须通过水解之后降解成胨、肽、氨基酸等才蛋白氮必须通过水解之后降解成胨、肽、氨基酸等才 能被机体利用，这种氮源叫能被机体利用，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机氮源可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，这种氮源叫做以直接被菌体吸收利用，这种氮源叫做速效氮源速效氮源。 铵铵 盐盐 氨基酸氨

10、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 黄豆饼粉黄豆饼粉 土霉素产生菌土霉素产生菌 花生饼粉花生饼粉 迟效氮源迟效氮源有利于代谢产物形成有利于代谢产物形成 玉米浆玉米浆速效氮源速效氮源有利于菌体生长有利于菌体生长 生理酸性盐和生理碱性盐生理酸性盐和生理碱性盐 (NH(NH4 4) )2 2SOSO4 42NH2NH4 4+ + + SO + SO4 42- 2- 入胞入胞pHpH K K+ +（NaNa+ +）+ NO+ NO3 3- - 入胞入胞pHpH KNOKNO3 3 NaNONaNO3

11、3 NHNH4 4NONO3 3NHNH4 4+ +( (先入胞先入胞)+ NO)+ NO3 3- -( (后入胞后入胞) ) （三）无机盐（三）无机盐（inorganic saltinorganic salt） 定义：为微生物细胞生长提供碳、氮源以外的定义：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）的物多种重要元素（包括大量元素和微量元素）的物 质，多以无机盐的形式供给。质，多以无机盐的形式供给。 一般微生物生长所需要的无机盐少一般微生物生长所需要的无机盐少，特，特 别是微量无素，常混杂在其它营养养质里，别是微量无素，常混杂在其它营养养质里， 除特别需要外，一

12、般不必另外添加。除特别需要外，一般不必另外添加。 无机盐种类无机盐种类 大量元素：大量元素：P P、S S、K K、MgMg、CaCa、NaNa、Fe Fe （微生物生长所需浓度在（微生物生长所需浓度在1010-3 -310 10-4 -4mol/L mol/L） 微量元素：微量元素：CuCu、ZnZn、MnMn、MoMo、Co Co （微生物（微生物 生长所需浓度在生长所需浓度在1010-6 -610 10-8 -8mol/L mol/L） 1 1、构成细胞的组成成分、构成细胞的组成成分细胞膜、核酸、细胞膜、核酸、ATPATP 2 2、作为酶活性基组成成分，参与酶的组成、作为酶活性基组成成分

13、，参与酶的组成 P COA COI COP COA COI CO S VB1 S VB1 生物素硫辛酸，谷胱甘肽生物素硫辛酸，谷胱甘肽 Fe Fe 过氧化氢酶，细胞色素氧化酶过氧化氢酶，细胞色素氧化酶 3 3、作为酶的激活剂、作为酶的激活剂 Ca KCa K 4 4、调节细胞的渗透性、酸碱度、调节细胞的渗透性、酸碱度 5 5、作化能自养菌的能源、作化能自养菌的能源 无机盐的生理功能：无机盐的生理功能： （四）生长因子（四）生长因子（growth factorgrowth factor）：）： 定义定义: :是微生物生长所必需且需要量很少，是微生物生长所必需且需要量很少， 但微生物自身不能合成或

14、合成量不足以满但微生物自身不能合成或合成量不足以满 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。 不同微生物需求的生长因子的种类和数不同微生物需求的生长因子的种类和数 量不同。量不同。 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“营营 养缺陷型养缺陷型”微生物。微生物。 生长因子的分类：生长因子的分类： 1. 1. 嘌呤和嘧啶嘌呤和嘧啶: required for synthesis of : required for synthesis of nucleic acids (DNA and RNA) and coenzyme nucleic acids (DN

15、A and RNA) and coenzyme 2. 2. 氨基酸氨基酸: required for the synthesis of : required for the synthesis of proteins proteins 3. 3. 维生素维生素: needed as coenzymes and : needed as coenzymes and functional groups of certain enzymes functional groups of certain enzymes 根据：生长因子的化学结构和他们在机体中的根据：生长因子的化学结构和他们在机体中的 生理功

16、能的不同。生理功能的不同。 有些微生物缺乏或丧有些微生物缺乏或丧 失合成某种或某些氨失合成某种或某些氨 基酸的酶，所以不能基酸的酶，所以不能 合成生长所必需的氨合成生长所必需的氨 基酸，这类微生物被基酸，这类微生物被 称为称为“氨基酸缺陷氨基酸缺陷 型型”。 最早发现的生长因子是最早发现的生长因子是 维生素，目前已经发现维生素，目前已经发现 许多维生素都能起生长许多维生素都能起生长 因子的作用。维生素大因子的作用。维生素大 部分是构成酶的辅基或部分是构成酶的辅基或 辅酶，需要量很少，但辅酶，需要量很少，但 是缺少维生素微生物不是缺少维生素微生物不 能正常生长。能正常生长。 水的生理功能：水的生

17、理功能： 1 1、维持大分子稳定的天然构象。、维持大分子稳定的天然构象。 2 2、溶剂与运输介质的作用、溶剂与运输介质的作用营物吸收，代谢产营物吸收，代谢产 物的分泌。物的分泌。 3 3、水直接参与某些代谢反应如水解反应，光合作、水直接参与某些代谢反应如水解反应，光合作 用。用。 4 4、热导体、热导体可有效调节细胞内的温度。可有效调节细胞内的温度。 5 5、维持细胞正常形态和结构。、维持细胞正常形态和结构。 （五）水（五）水（waterwater） 三、微生物的营养类型三、微生物的营养类型 营养类型是根据微生物生长所需要的主营养类型是根据微生物生长所需要的主 要营养要素即能源和碳源的不同，而

18、划分要营养要素即能源和碳源的不同，而划分 的微生物类型，微生物营养类型划分方法的微生物类型，微生物营养类型划分方法 很多，主要是按它们对很多，主要是按它们对能源、碳源能源、碳源和和氢供氢供 体体的需要划分。的需要划分。 1. 1.根据生长所需要的营养物质的性质根据生长所需要的营养物质的性质 （碳源），可将生物分成：（碳源），可将生物分成： 异养型生物：异养型生物：在生长时需要以复杂的有机物在生长时需要以复杂的有机物 质作为营养物质质作为营养物质 自养型生物：自养型生物：在生长时能以简单的无机物质在生长时能以简单的无机物质 作为营养物质作为营养物质 动物属于异养型生物，植物属于自动物属于异养型生

19、物，植物属于自 养型，而微生物既有异养型的也有自养型，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。物，少数微生物属于自养型生物。 蛇菰蛇菰大花草大花草 2.2.根据生长时能量的来源不同分成：根据生长时能量的来源不同分成： 化能营养型生物：化能营养型生物：依靠化合物氧化释放的化学能进依靠化合物氧化释放的化学能进 行生长。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 动物和大部分微生物属于化能营养型生物，它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

20、微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生物。生物属于光能营养型生物。 3.3.按电子供体分：按电子供体分： 无机营养型生物：无机营养型生物：以还原性无机物为电子供体以还原性无机物为电子供体 有机营养型生物：有机营养型生物：以有机物为电子供体。以有机物为电子供体。 营养类型营养类型 以以C0C02 2作为唯一碳源或主要碳源，并利用作为唯一碳源或主要碳源，并利用光能光能， 以以无机物无机物如硫化氢、硫代硫酸钠或其他无机硫化如硫化氢、硫代硫酸钠或其他无机硫化 物作为物作为供氢体供氢体将将COCO2 2还原成细胞物质，同时产生元还原成细胞物质，同时产生元 素硫素硫 光能光能

21、 COCO2 2H H2 2S CHS CH2 2O+2S+HO+2S+H2 2O O 光合色素光合色素 光能自养型微生物光能自养型微生物包括蓝细菌（含叶绿素）、红硫包括蓝细菌（含叶绿素）、红硫 细菌和绿硫细菌等少数微生物（含细菌叶绿素），由于含细菌和绿硫细菌等少数微生物（含细菌叶绿素），由于含 有光合色素，因而能使先能转变成化学能（有光合色素，因而能使先能转变成化学能（ATPATP），供机体），供机体 直接利用。直接利用。 光能无机自养型微生物光能无机自养型微生物 有机物为有机物为碳源，以简单碳源，以简单有机物有机物（如异丙醇）（如异丙醇） 作为供氢体，利用作为供氢体，利用光能光能将将COC

22、O2 2还原成细胞物质，还原成细胞物质， 红螺菌属中的一些细菌属于此种营养类型。红螺菌属中的一些细菌属于此种营养类型。 光能光能 2(H3C)2(H3C)2 2CHOH+COCHOH+CO2 2 2CH 2CH3 3COCHCOCH3 3+CH+CH2 2O+HO+H2 2O O 光合色素光合色素 光能异养型细菌在生长时大多数采要外源光能异养型细菌在生长时大多数采要外源 的生长因子。的生长因子。 光能有机异养型微生物光能有机异养型微生物 以以COCO2 2或碳酸盐作为唯一或主要碳源，以或碳酸盐作为唯一或主要碳源，以无无 机物机物氧化释放的化学能为能源氧化释放的化学能为能源, ,利用利用电子供体

23、电子供体 如如氢气、硫化氢、二价铁离子或亚硝酸盐氢气、硫化氢、二价铁离子或亚硝酸盐等使等使 COCO2 2还原成细胞物质。还原成细胞物质。 这类微生物主要有硫化细菌、硝化细菌、这类微生物主要有硫化细菌、硝化细菌、 氢细菌与铁细菌。它们在自然界物质转换过程氢细菌与铁细菌。它们在自然界物质转换过程 中起着重要的作用。中起着重要的作用。 化能无机自养型微生物化能无机自养型微生物 1. 1. 硝化细菌硝化细菌: : 亚硝化细菌亚硝化细菌 2NH2NH4 4+ + +3O +3O2 22NO2NO2 2- - +2H +2H2 2O + 4HO + 4H+ +132Kcal+132Kcal 硝化细菌硝化

24、细菌 NONO2 2- - +1/2O +1/2O2 2 NO NO3 3- - +18.1 Kcal +18.1 Kcal 2. 2. 硫化细菌硫化细菌: : 通过氧化还原态的无机通过氧化还原态的无机 硫化物（硫化物（H H2 2S S、S S、 S S2 2O O3 32- 2- 、 、SOSO3 32- 2-）获 ）获 得能量（硫杆菌属，硫微螺菌属）得能量（硫杆菌属，硫微螺菌属） H H2 2S + 1/2 OS + 1/2 O2 2 S +H S +H2 2O + 50.1 KcalO + 50.1 Kcal S + 1 1/2 O S + 1 1/2 O2 2+H+H2 2O HO

25、H2 2SOSO4 4+149.8 Kcal+149.8 Kcal 3. 3. 铁细菌：铁细菌： 氧化氧化Fe2+Fe2+为为Fe3+Fe3+获取能量并同化获取能量并同化CO2CO2 2Fe 2Fe2+ 2+1/2O +1/2O2 2+2H+ 2Fe+2H+ 2Fe3+ 3+H +H2 2O+21.2 KcalO+21.2 Kcal 4. 4. 氢细菌：具有氢化酶，从氢的氧化获取能氢细菌：具有氢化酶，从氢的氧化获取能 量，同化量，同化COCO2 2 H H2 2+ 1/2 O+ 1/2 O2 2 H H2 2O + 56.7 KcalO + 56.7 Kcal 化能有机异养型微生物化能有机异养

26、型微生物 多数微生物属于化能异养型，其生长所需要多数微生物属于化能异养型，其生长所需要能能 量和碳源通常来自同一种有机物量和碳源通常来自同一种有机物。 l根据化能异养型微生物利用有机物的特性，又可以根据化能异养型微生物利用有机物的特性，又可以 将其分为下列两种类型：将其分为下列两种类型： 腐生型微生物腐生型微生物：利用无生命活性的有机物作：利用无生命活性的有机物作 为生长的碳源。为生长的碳源。 寄生型微生物寄生型微生物：寄生在生活的细胞内，从寄：寄生在生活的细胞内，从寄 生体内获得生长所需要的营养物质。生体内获得生长所需要的营养物质。 存在于寄生与腐生之间的中间过渡类型微生物，存在于寄生与腐生

27、之间的中间过渡类型微生物， 称为称为兼性腐生型兼性腐生型或或兼性寄生型。兼性寄生型。 不同类型的营养类型并非绝对不同不同类型的营养类型并非绝对不同 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；自 养型微生物也并非不能利用有机物进行生长；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有些微生物在不同生长条件下生长时, ,其营养其营养 类型也会发生改变。类型也会发生改变。 例如例如 紫色非硫细菌紫色非硫细菌(purple nonsulphur bacteria)(purple nonsulphur bacteria)： 没有有机物时没有有

28、机物时，同化，同化COCO2 2，为自养型微生物；，为自养型微生物； 有机物存在时有机物存在时，利用有机物生长，为异养型微生，利用有机物生长，为异养型微生 物；物； 光照和厌氧条件下光照和厌氧条件下，利用光能生长，为光能营养，利用光能生长，为光能营养 型；型； 黑暗与好氧条件下黑暗与好氧条件下，依靠有机物氧化产生的化学，依靠有机物氧化产生的化学 能生长，为化能营养型微生物。能生长，为化能营养型微生物。 氢单胞菌是异养和自养的过渡氢单胞菌是异养和自养的过渡 型（称兼性自养型）型（称兼性自养型） 微生物营养类型的可变性无疑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有利于提高其对环境条件

29、变化 的适应能力。的适应能力。 第二节第二节 培养基培养基(medium)(medium) 定义：定义：由人工配制的、适合微生物生长繁殖或产生由人工配制的、适合微生物生长繁殖或产生 代谢产物的营养基质。代谢产物的营养基质。 特点：特点：任何培养基都应具备微生物所需要的五大营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养要素，且应比例适当。所以一旦配成必须立即灭 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；

30、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）选择适宜的营养物质（一）选择适宜的营养物质 （二）营养物的浓度及配比（二）营养物的浓度及配比 （三）控制（三）控制pHpH条件条件 （四）控制氧化还原电位（四）控制氧化还原电位 （五）原料来源的选择（五）原料来源的选择 （六）灭菌处理（六）灭菌处理 （一）选择适宜的营养物质（一）选择适宜的营养物质 l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培养基。 就微生物的营养类型而言：就微生物的营养类型而言：自养型自养型和异养型微生物。和异养型微生物。 就微生物主要类群而言：它们所需

31、要的培养基成分就微生物主要类群而言：它们所需要的培养基成分 也不同。也不同。 细菌：牛肉膏蛋白胨培养基细菌：牛肉膏蛋白胨培养基 放线菌：高氏一号培养基放线菌：高氏一号培养基 霉菌：查氏合成培养基霉菌：查氏合成培养基 PDA (Potato-Dextrose-Agar)PDA (Potato-Dextrose-Agar) 酵母菌：麦芽汁酵母菌：麦芽汁 （二）营养物质的浓度及配比（二）营养物质的浓度及配比 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。 碳氮比（碳氮比（C/NC/N）直接影响微生物生长与繁殖直接

32、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及代谢物的形成与积累，故常作为考察培养基 组成时的一个重要指标；组成时的一个重要指标； 碳源中的碳原子的碳源中的碳原子的molmol数数 氮源中所含的氮原子的氮源中所含的氮原子的molmol数数 C/NC/N比值比值= = 速效性氮（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：谷氨酸生产中例：谷氨酸生产中 C/N 4/1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； C/N3/1 时，菌体生长受抑制，而谷氨酸大量增加。时，菌体生长受抑

33、制，而谷氨酸大量增加。 （三）控制（三）控制pHpH条件条件 l pH: pH:各类微生物的最适生长各类微生物的最适生长pHpH值各不相同值各不相同： 细菌：细菌：7.08.07.08.0 放线菌：放线菌：7.58.57.58.5 酵母菌：酵母菌：3.86.03.86.0 霉霉 菌：菌：4.05.84.05.8 调节方式：调节方式： A A配制培养基时，用配制培养基时，用1 1摩尔浓度的摩尔浓度的NaoHNaoH或或HClHCl调节调节 B B生长过程中酸碱度的改变用缓冲剂（生长过程中酸碱度的改变用缓冲剂（K K2 2HPO4HPO4 KHKH2 2PO4PO4） C C微生物大量产酸时，用微

34、生物大量产酸时，用CaCOCaCO3 3( (不溶性不溶性) )中和中和 D D、生产中按实际需要不断向发酵液流加酸或碱液、生产中按实际需要不断向发酵液流加酸或碱液 磷酸缓冲液：磷酸缓冲液：pHpH值从值从6.07.66.07.6之间之间 K2HPO4+HCl KH2PO4+KCl KH2PO4+KOH K2HPO4+H2O 加入加入CaCOCaCO3 3： 培养基中所含氨基酸、肽、蛋白质等物质也可培养基中所含氨基酸、肽、蛋白质等物质也可 起到缓冲作用。起到缓冲作用。 各种微生物对培养基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： 好氧微生物：好氧微生物：+0.3+0.4V,

35、(+0.3+0.4V,(在在0.1V0.1V以上的环境中以上的环境中 均能生长均能生长).). 厌氧微生物：只能在厌氧微生物：只能在+0.1V+0.1V以下生长以下生长 兼性厌氧微生物：兼性厌氧微生物：+0.1V+0.1V以上呼吸、以上呼吸、+0.1V+0.1V以下发酵以下发酵 培养基是多培养基是多氧化还原偶联氧化还原偶联的复杂电化学系统，测出的复杂电化学系统，测出 的的E Eh h值仅代表其综合结果。值仅代表其综合结果。 对微生物影响最大的是：分子氧和分子氢的浓度对微生物影响最大的是：分子氧和分子氢的浓度 培养基中常用的还原剂：巯基乙酸、抗坏血酸、硫培养基中常用的还原剂：巯基乙酸、抗坏血酸、

36、硫 化氢、半胱氨酸、谷胱甘肽、二硫苏糖醇等。化氢、半胱氨酸、谷胱甘肽、二硫苏糖醇等。 （四）（四）控制氧化还原电位控制氧化还原电位 （五）原料来源的选择（五）原料来源的选择 该培养基的应用该培养基的应用目的目的，即：，即： 是培养菌体还是积累代谢产物？是培养菌体还是积累代谢产物？ 是实验室种子培养还是大规模发酵？是实验室种子培养还是大规模发酵？ 代谢产物是初级代谢产物还是次级代谢产物？代谢产物是初级代谢产物还是次级代谢产物？ 用于培养菌体种子的培养基营养应丰富，氮源含量用于培养菌体种子的培养基营养应丰富，氮源含量 宜高（碳氮比低）；宜高（碳氮比低）； 用于大量生产代谢产物的培养基其氮源一般应比

37、种用于大量生产代谢产物的培养基其氮源一般应比种 子培养基稍低，（但若发酵产物是含氮化合物时，有子培养基稍低，（但若发酵产物是含氮化合物时，有 时还应提高培养基的氮源含量）；若代谢产物是次级时还应提高培养基的氮源含量）；若代谢产物是次级 代谢产物时要考虑是否加入特殊元素或特定的代谢产代谢产物时要考虑是否加入特殊元素或特定的代谢产 物；物； 当所设计的是大规模发酵用的培养基时，应重视培当所设计的是大规模发酵用的培养基时，应重视培 养基中各成份的来源和价格，应选择来源广泛、价格养基中各成份的来源和价格，应选择来源广泛、价格 低廉的原料，提倡以粗代精，以废代好。低廉的原料，提倡以粗代精，以废代好。 （

38、六）灭菌处理（六）灭菌处理 高压蒸气灭菌高压蒸气灭菌 一般培养基一般培养基: : 1.05 Kg/cm 1.05 Kg/cm2 2, 121.3, 15-30 min, 121.3, 15-30 min 含糖培养基含糖培养基: : 0.56 Kg/cm 0.56 Kg/cm2 2, 112.6 , 15-30 min, 112.6 , 15-30 min 过滤灭菌，分别灭菌，间歇灭菌的应用过滤灭菌，分别灭菌，间歇灭菌的应用 任何培养基一旦配成，必须立即进行灭菌任何培养基一旦配成，必须立即进行灭菌 处理；处理； 称量称量 ( (高温灭菌时易分解或变色的成分需另行配制高温灭菌时易分解或变色的成分需

39、另行配制) ) 溶解溶解: :自来水或蒸溜水自来水或蒸溜水 ( (防止无机物之间的沉淀防止无机物之间的沉淀) ) pHpH调节调节: :盐酸或氢氧化钠盐酸或氢氧化钠(1N(1N以下以下) ) 灭菌灭菌( (高压灭菌高压灭菌) ) 培养基的配制方法：培养基的配制方法： 配制方法因培养基种类不同而变化配制方法因培养基种类不同而变化 例一：斜面培养基的配制程序例一：斜面培养基的配制程序 按比例计算各营养成分的量按比例计算各营养成分的量称量称量量水加量水加 热热熔化琼脂熔化琼脂加其它成分加其它成分调酸碱度调酸碱度补补 足水分足水分分装分装加塞加塞包扎包扎灭菌灭菌摆斜面摆斜面 例二：平板培养基的配制程序

40、例二：平板培养基的配制程序 称料称料熔解熔解定溶定溶调酸碱度调酸碱度装装瓶瓶加加 2%2%琼脂琼脂加塞包扎加塞包扎灭菌灭菌倒平板倒平板冷凝备冷凝备 用用 二、培养基的类型及其应用二、培养基的类型及其应用 根据所培养微生物的微生物类群来分：根据所培养微生物的微生物类群来分： 细菌培养基；细菌培养基； 放线菌培养基；放线菌培养基； 霉菌培养基；霉菌培养基； 酵母菌培养基。酵母菌培养基。 细菌培养基细菌培养基营养肉汤（营养肉汤（nutrient broth)nutrient broth)： 牛肉膏：牛肉膏： 3g3g； 水：水： 1000ml1000ml； 蛋白胨：蛋白胨： 5g5g； pHpH：

41、7.27.47.27.4 放线菌培养基放线菌培养基高氏高氏1 1号：号： 可溶性淀粉可溶性淀粉20g20g；KNOKNO3 3 1g; K 1g; K2 2HPOHPO4 4 1g 1g MgSOMgSO4 4 0.5g ;NaCl 1g; FeSO 0.5g ;NaCl 1g; FeSO4 47H7H2 2O 0.5g;O 0.5g;水水 1000ml; pH 7.27.41000ml; pH 7.27.4 霉菌培养基霉菌培养基查氏（查氏（zapek)zapek)培养基：培养基： 蔗糖蔗糖 30g;KCl 0.5g; MgSO30g;KCl 0.5g; MgSO4 4.H.H2 2O 0.5

42、g; FeSOO 0.5g; FeSO4 4 0.5g ;0.5g ;水水1000ml; K1000ml; K2 2HPOHPO4 4 1g; NaNO 1g; NaNO3 33g; pH6.73g; pH6.7 酵母菌培养基酵母菌培养基麦芽汁培养基麦芽汁培养基 根据培养目的来分根据培养目的来分 种子培养基种子培养基(seed culture medium)(seed culture medium)是为保是为保 证发酵生产获得大量优质种子而设计的培养基，特证发酵生产获得大量优质种子而设计的培养基，特 点是营养较丰富，氮源比例较高。有时为使菌种能点是营养较丰富，氮源比例较高。有时为使菌种能 迅速

43、适应后面的发酵条件，还有意识地加入发酵培迅速适应后面的发酵条件，还有意识地加入发酵培 养基的基质。养基的基质。 发酵培养基发酵培养基(fermentation medium)(fermentation medium)用于生产用于生产 预定发酵产物，一般以碳为主要元素，碳源含量往预定发酵产物，一般以碳为主要元素，碳源含量往 往高于种子培养基。大规模生产时，原料应价廉易往高于种子培养基。大规模生产时，原料应价廉易 得，还应有利于下游的分离提取。得，还应有利于下游的分离提取。 按对培养基成分的了解程度来分按对培养基成分的了解程度来分 天然培养基天然培养基(complex medium)(comple

44、x medium)：也称作：也称作 chemically undefined mediumchemically undefined medium。 利用生物的组织、器官以及它们的抽提物或制品制成利用生物的组织、器官以及它们的抽提物或制品制成 的培养基即利用的培养基即利用化学成分还不完全清楚或不恒定化学成分还不完全清楚或不恒定的天的天 然物质（麦芽汁、米曲汁、豆芽汁、玉米粉、麸皮、然物质（麦芽汁、米曲汁、豆芽汁、玉米粉、麸皮、 马铃薯、豆饼粉、花生饼粉、鱼粉、牛肉膏、蛋白胨、马铃薯、豆饼粉、花生饼粉、鱼粉、牛肉膏、蛋白胨、 酵母膏）制成的培养基。酵母膏）制成的培养基。 牛肉膏蛋白胨培养基牛肉膏蛋

45、白胨培养基 麦芽汁培养基麦芽汁培养基 LBLB培养基培养基 应用：实验室使应用：实验室使 用，工业发酵用，工业发酵 合成（组合）培养基合成（组合）培养基(synthetic medium)(synthetic medium)： 也称作也称作chemically defined medium.chemically defined medium. 由化学成分完全了解的物质配置而成的培养基。由化学成分完全了解的物质配置而成的培养基。 该类培养基的该类培养基的组成成分精确、清楚组成成分精确、清楚，重复性强，重复性强， 但微生物生长较慢。但微生物生长较慢。 高氏一号培养基高氏一号培养基 查氏培养基查氏培

46、养基 应用：实验室关于微生物营养需求、应用：实验室关于微生物营养需求、 代谢、分类鉴定、生物量测定、菌种代谢、分类鉴定、生物量测定、菌种 选育及遗传分析等方面的研究工作。选育及遗传分析等方面的研究工作。 半合成培养基半合成培养基(semi-synthetic medium)(semi-synthetic medium) 定义：主要以化学试剂配制，同时还加有定义：主要以化学试剂配制，同时还加有 某种或某些天然成分的培养基，也称半组合培某种或某些天然成分的培养基，也称半组合培 养基。即在合成培养基中加入某种天然成分而养基。即在合成培养基中加入某种天然成分而 制成的培养基。制成的培养基。 特点：培养

47、基中部分成分清楚，部分成分特点：培养基中部分成分清楚，部分成分 不清楚。不清楚。 用途：适合于大多数微生物的培养。大多用途：适合于大多数微生物的培养。大多 数培养基都属此类。数培养基都属此类。 举例：营养琼脂（举例：营养琼脂（NANA）中除含有天然的牛）中除含有天然的牛 肉膏和蛋白胨外，还有成分明确的氯化钠。肉膏和蛋白胨外，还有成分明确的氯化钠。 按培养基的物理状态来分按培养基的物理状态来分 液体培养基液体培养基(liquid medium)(liquid medium)：将各营将各营 养成分按一定的量加入定量水溶解后即成。养成分按一定的量加入定量水溶解后即成。 固体培养基固体培养基(soli

48、d medium)(solid medium)：在液体在液体 培养基中加入一定量能固化的胶体物质而培养基中加入一定量能固化的胶体物质而 制成。制成。天然固体营养基质制成的培养基天然固体营养基质制成的培养基. . 半固体培养基半固体培养基(semi-solid medium)(semi-solid medium)： 在液体培养基中加入在液体培养基中加入0.2-0.70.2-0.7的琼脂构的琼脂构 成的培养基。成的培养基。 1.1.不被微生物分解、利用、液化；不被微生物分解、利用、液化； 2.2.不因消毒灭菌而被破坏；不因消毒灭菌而被破坏； 3.3.在微生物的生长温度内保持固态；在微生物的生长温度

49、内保持固态； 4.4.凝固点的温度对微生物无害；凝固点的温度对微生物无害； 5.5.透明度好，粘着力强透明度好，粘着力强 理想凝固剂应理想凝固剂应 具备的条件具备的条件 琼脂和明胶的区别：琼脂和明胶的区别： 应用：应用： 液体培养基液体培养基(liquid medium)(liquid medium)：微生物：微生物 的分离鉴定，活菌计数及菌种保藏。的分离鉴定，活菌计数及菌种保藏。 固体培养基固体培养基(solid medium)(solid medium)：工业生产：工业生产 以及实验室微生物基础理论和应用方面的以及实验室微生物基础理论和应用方面的 研究。研究。 半固体培养基半固体培养基(s

50、emi-solid medium)(semi-solid medium)： 观察微生物的运动特征、分类鉴定及噬菌观察微生物的运动特征、分类鉴定及噬菌 体的效价滴定等。体的效价滴定等。 基础培养基基础培养基(minimum medium): (minimum medium): 是含有一般微生物生长繁殖所需的基本营养是含有一般微生物生长繁殖所需的基本营养 物质的培养基；物质的培养基； 另外基础培养基也可作为一另外基础培养基也可作为一 些特殊培养基的基础成分（如制备些特殊培养基的基础成分（如制备糖发酵糖发酵培培 养基时）。养基时）。 按特殊用途划分按特殊用途划分 牛肉膏蛋白胨培养基是最常用的基牛肉膏

51、蛋白胨培养基是最常用的基 础培养基。础培养基。 根据某种微生物的特殊营养要求或其对某根据某种微生物的特殊营养要求或其对某 化学、物理因素的抗性不同，在培养基中化学、物理因素的抗性不同，在培养基中 加入相应的特殊营养物质或化学物质。其加入相应的特殊营养物质或化学物质。其 功能是功能是抑制不需要的微生物的生长，从而抑制不需要的微生物的生长，从而 有利于所需微生物的生长。有利于所需微生物的生长。 选择性培养基选择性培养基(selective medium)(selective medium)： 分离石油脱蜡酵母：加氯霉素抑细菌分离石油脱蜡酵母：加氯霉素抑细菌 分离放线菌：加分离放线菌：加10%10%

52、酚数滴抑细菌、霉菌酚数滴抑细菌、霉菌 分离酵母、霉菌：加青霉素、四环素、链霉分离酵母、霉菌：加青霉素、四环素、链霉 素抑细菌、放线菌素抑细菌、放线菌 分离分离G G（）：加结晶紫、抑（）：加结晶紫、抑G G（+ +） 伤寒沙门菌：抑伤寒沙门菌：抑G G（+ +）和大部分抑）和大部分抑G G（- -） 鉴别性培养基鉴别性培养基(differential medium)(differential medium)： 用于鉴别不同类型微生物的培养基，在普用于鉴别不同类型微生物的培养基，在普 通培养基中加入能与某种代谢产物发生反通培养基中加入能与某种代谢产物发生反 应的指示剂或化学药品，从而产生某种明应

53、的指示剂或化学药品，从而产生某种明 显的特征性变化，以区别不同的微生物，显的特征性变化，以区别不同的微生物， 例：伊红美兰乳糖培养基（例：伊红美兰乳糖培养基（Eosin Eosin Methylene BlueMethylene Blue） 伊红一美兰培养基伊红一美兰培养基 （EMBEMB）：区别大肠）：区别大肠 与产气杆菌。大肠与产气杆菌。大肠 杆菌发酵乳糖时能杆菌发酵乳糖时能 使伊红与美兰结合使伊红与美兰结合 成黑色化合物，菌成黑色化合物，菌 落呈紫黑色、有金落呈紫黑色、有金 属光泽，较小；而属光泽，较小；而 产气菌菌落较大，产气菌菌落较大， 温润，呈棕色。温润，呈棕色。 蛋白蛋白 胨胨

54、10g10g 乳糖乳糖5g5g K K2 2HPOHPO4 42g2g 伊红伊红Y Y0.4g0.4g 美兰美兰0.0650.065 g g 水水1000m1000m l l pH=7.pH=7. 2 2 EMB(Eosin Methylene Blue)EMB(Eosin Methylene Blue) Figure 14. Left: Figure 14. Left: Escherichia coliEscherichia coli cells. cells. Right: Right: E. coliE. coli colonies on EMB Agar. colonies on EM

55、B Agar. G+G+菌受抑制菌受抑制 G-G-菌菌 能发酵乳糖产能发酵乳糖产 酸酸( (菌落有色菌落有色) ) 不发酵乳糖不产酸，不发酵乳糖不产酸， 菌落无色透明菌落无色透明 产酸力强，产酸力强， 菌落呈紫绿菌落呈紫绿 色金属光泽色金属光泽 产酸力弱，产酸力弱， 菌落棕色菌落棕色 肠杆菌属肠杆菌属 克雷伯氏菌属克雷伯氏菌属 哈夫尼菌属哈夫尼菌属 沙雷伯氏菌属沙雷伯氏菌属 变形菌属变形菌属 沙门氏菌属沙门氏菌属 志贺氏菌属志贺氏菌属 大肠杆菌大肠杆菌 试样试样 EMBEMB在鉴别各种肠道杆菌中的作用：在鉴别各种肠道杆菌中的作用： 一些鉴别培养基一些鉴别培养基 加富培养基加富培养基(enric

56、hed medium)(enriched medium)： 在普通培养基中加入某些特殊的营养物，在普通培养基中加入某些特殊的营养物， 如血、血清、动、植物组织液或其他营养如血、血清、动、植物组织液或其他营养 物质（或生长因子）的一类营养丰富的培物质（或生长因子）的一类营养丰富的培 养基。用来培养营养要求苛刻的微生物，养基。用来培养营养要求苛刻的微生物， 或用以或用以富集（数量上占优势）富集（数量上占优势）和分离某中和分离某中 微生物。微生物。 enrichment medium (enrichment medium (加富培养基加富培养基)for growth of )for growth o

57、f extreme halophiles(extreme halophiles(极端喜盐生物极端喜盐生物 ) ) ComponentComponentAmountAmountFunction of componentFunction of component Cas amino Cas amino acidsacids 7.5 g7.5 gSource of amino acids, N, S and PSource of amino acids, N, S and P Yeast extractYeast extract10.0 g10.0 gSource of growth factors

58、Source of growth factors Trisodium Trisodium citratecitrate 3.0 g3.0 gC and energy sourceC and energy source KClKCl2.0 g2.0 gK K+ + source source MgSOMgSO4 4 7 H 7 H2 2O O20.0 g20.0 gS and MgS and Mg+ + source source FeClFeCl2 20.023 g0.023 gFeFe+ + source source NaClNaCl250 g250 g NaNa+ + source fo

59、r halophiles and inhibitory to source for halophiles and inhibitory to nonhalophilesnonhalophiles waterwater1000 ml1000 ml pH 7.4pH 7.4 加富培养基加富培养基氧化硫硫杆菌氧化硫硫杆菌 ComponentComponentAmountAmountFunction of componentFunction of component NHNH4 4ClCl 0.52 g0.52 gN sourceN source KHKH2 2POPO4 4 0.28 g0.28 g

60、P and K sourceP and K source MgSOMgSO4 4 7H 7H2 2O O 0.25 g0.25 gS and MgS and Mg+ + source source CaClCaCl2 2 2H 2H2 2O O 0.07 g0.07 gCaCa+ + source source Elemental SulfurElemental Sulfur1.56 g1.56 gEnergy sourceEnergy source COCO2 2 5%5%* *C sourceC source waterwater1000 ml1000 ml pH 3.0pH 3.0 *