第05章营养和培养基

1、 碳源，氮源，能源，生长因子，无机盐和水碳源，氮源，能源，生长因子，无机盐和水微生物的微生物的6大营养要素：大营养要素：三、三、 能源能源1. 定义定义 微生物微生物生长所必需生长所必需而且而且需要量小需要量小，但微生物，但微生物自身不能自身不能合成合成或合成量不足以满足微生物生长需要的或合成量不足以满足微生物生长需要的有机化合物有机化合物四、生长因子（四、生长因子（growth factor）微生物的营养类型微生物的营养类型()()营养类型营养类型电子供体电子供体碳源碳源能源能源举例举例光能无机自养型光能无机自养型（光能自养型）（光能自养型）H2、 H2S、 S或H2OCO2光能着色细菌、蓝

2、细菌、藻类光能有机异养型光能有机异养型（光能异养型）（光能异养型）有机物有机物光能红螺细菌化能无机自养型化能无机自养型（化能自养型）（化能自养型）H2、H2S、Fe2+、NH3或NO2-CO2化学能(无机物氧化)氢细菌、硫杆菌、亚硝化单胞菌 属(Nitrosomonas) 、 甲烷杆菌属(Methanobacterium) 、 醋 杆菌属(Acetobacter)化能有机异养型化能有机异养型（化能异养型）（化能异养型）有机物有机物化学能（有机物氧化)假单胞菌属、芽孢杆菌属、乳酸菌属、真菌、原生动物一、概述一、概述1. 细胞膜细胞膜是控制营养物质进出细胞的是控制营养物质进出细胞的主要屏障主要屏障

3、， 具具选择通透性选择通透性。2. 影响营养物质进入细胞的主要因素：影响营养物质进入细胞的主要因素：（1）营养物质的性质（）营养物质的性质（ 分子质量，电负性，结构等）分子质量，电负性，结构等）（2）细胞所处的环境（）细胞所处的环境（ 温度，温度，pH值，渗透压，表面活性剂等）值，渗透压，表面活性剂等）（3）细胞的结构和功能（种类，菌龄，生理状态，代谢活性）细胞的结构和功能（种类，菌龄，生理状态，代谢活性）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1. 单纯扩散（单纯扩散（simple diffusion）又称又称“被动扩散被动扩散”（passive transport）物理扩

4、散。物理扩散。不需能量，无载体参与，以浓差为动力不需能量，无载体参与，以浓差为动力，高浓向低浓扩散高浓向低浓扩散特点：特点：非特异性，高浓向低浓扩散；非特异性，高浓向低浓扩散；有一定选择性（原生质膜上有一定选择性（原生质膜上含水小孔含水小孔的大小和形状）；的大小和形状）；不发生反应，性质（结构）不变；不发生反应，性质（结构）不变；不需能，依靠浓差；不需能，依靠浓差；运送速度随浓差降低而减小。运送速度随浓差降低而减小。运送物质：运送物质：水，水， O2, CO2 ，乙醇，甘油，乙醇，甘油2. 促进扩散（促进扩散（facilitated diffusion）载体蛋白参与载体蛋白参与，不需能量，以浓

5、差为动力，由高浓向低浓运送。，不需能量，以浓差为动力，由高浓向低浓运送。特点：特点：质膜上的质膜上的载体蛋白载体蛋白(carrier)参与；参与； 载体蛋白具较高的载体蛋白具较高的专一性专一性（每种载体只运输相关的某类物质）；（每种载体只运输相关的某类物质）； 不消耗能量，以浓差为动力，物质由高浓向低浓运输（载体蛋白与运输物不消耗能量，以浓差为动力，物质由高浓向低浓运输（载体蛋白与运输物质间的质间的亲和力亲和力在质膜内外不同在质膜内外不同，通过，通过载体分子构象变化载体分子构象变化实现）；实现）； 被运输物质的分子结构不发生变化；被运输物质的分子结构不发生变化； 运输速率与胞内外营养物质的浓度

6、差成正比运输速率与胞内外营养物质的浓度差成正比，当浓度差达到一定值时，载当浓度差达到一定值时，载体产生饱和效应体产生饱和效应，运输速度不再随胞内外物质的浓度差的增加而增加，运输速度不再随胞内外物质的浓度差的增加而增加。运送物质：运送物质：糖，氨基酸（糖，氨基酸（真核微生物中作用明显真核微生物中作用明显）；）； 甘油（沙门氏菌，甘油（沙门氏菌，非原核生物的重要运输方式非原核生物的重要运输方式）；）； 载体只影响物质的运输速率，并不改变该物质在膜内外形成的载体只影响物质的运输速率，并不改变该物质在膜内外形成的动态平衡状态动态平衡状态（促进扩散速度比单纯扩散快）（促进扩散速度比单纯扩散快）； 这种性

7、质类似于酶的作用特征，因此载体蛋白也称为透过酶；这种性质类似于酶的作用特征，因此载体蛋白也称为透过酶； 透过酶大都是诱导酶透过酶大都是诱导酶,只有在环境中存在机体生长所需的营养物只有在环境中存在机体生长所需的营养物质时，相应的透过酶才合成。质时，相应的透过酶才合成。扩散速度取决于溶质浓度梯度的大小。在促扩散速度取决于溶质浓度梯度的大小。在促进扩散中，进扩散中，当浓度梯度大到一定值时，载体当浓度梯度大到一定值时，载体产生饱和效应产生饱和效应。3. 主动运输（主动运输（active transport）载体蛋白参与，载体蛋白参与，需提供能量，逆浓差运送需提供能量，逆浓差运送特点：特点： 需载体蛋白

8、参与；需载体蛋白参与； 载体蛋白具有较强的专一性；载体蛋白具有较强的专一性； 载体蛋白通过构象变化而改变与被运送物质之间的亲和力，载体蛋白通过构象变化而改变与被运送物质之间的亲和力， 载体蛋白构象变化需载体蛋白构象变化需消耗能量消耗能量；广泛存在于微生物中的一种广泛存在于微生物中的一种主要的物质运输方式主要的物质运输方式（1）初级主动运输）初级主动运输(primary active transport) 一种一种质子的主动运输方式质子的主动运输方式（由电子传递系统、（由电子传递系统、ATP酶或酶或细菌嗜紫红质引起）。细菌嗜紫红质引起）。呼吸能、化学能和光能的消耗，引起胞呼吸能、化学能和光能的消

9、耗，引起胞内质子外排内质子外排，导致原生质膜内外建立质子浓度差，形成，导致原生质膜内外建立质子浓度差，形成能化膜能化膜。（2）次级主动运输）次级主动运输(secondary active transport) 通过初级主动运输建立的通过初级主动运输建立的能化膜在质子浓度差消失的过程中，能化膜在质子浓度差消失的过程中，往往偶联其它物质的运输往往偶联其它物质的运输。同向运输同向运输(symport)：某种物质某种物质与质子通过同一载体按同一方与质子通过同一载体按同一方向运输。向运输。逆向运输逆向运输(antiport)：某种物某种物质（质（Na+）与质子通过同一载与质子通过同一载体按相反方向运输。

10、体按相反方向运输。单向运输单向运输(uniport):质子浓度差质子浓度差在消失过程中，可促使某些物在消失过程中，可促使某些物质通过载体进出细胞质通过载体进出细胞。为什么被称为：次级主动运输？4. 基团转位基团转位(group translocation)需载体蛋白，耗能，需载体蛋白，耗能，被运送物质分子结构发生变化被运送物质分子结构发生变化 基团转位主要存在于基团转位主要存在于厌氧型和兼性厌氧型细菌厌氧型和兼性厌氧型细菌中，中，主要用于主要用于糖糖的运输。的运输。 目前尚未在目前尚未在好氧型细菌好氧型细菌及及真核生物真核生物中发现这种运输方式；中发现这种运输方式； 尚未发现氨基酸通过这种方式

11、运输。尚未发现氨基酸通过这种方式运输。第四节第四节 培养基（培养基（medium，media）培养基几乎是一切对微生物进行研究和利用工作的基础培养基几乎是一切对微生物进行研究和利用工作的基础 培养基是人工配制的，适合微生物生长繁殖或产生代谢培养基是人工配制的，适合微生物生长繁殖或产生代谢产物的营养基质产物的营养基质。任何培养基都应该具备微生物生长所需要六大营养要素：任何培养基都应该具备微生物生长所需要六大营养要素：碳源、氮源、无机盐、能源、生长因子、水碳源、氮源、无机盐、能源、生长因子、水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；常规高压蒸汽灭菌：常规高

12、压蒸汽灭菌： 1.05kg/cm2,121,15-30分钟；分钟；0.56kg/cm2,112.6,15-30分钟分钟某些成分进行分别灭菌；某些成分进行分别灭菌；过滤除菌；过滤除菌； 等渗溶液：等渗溶液：适宜微生物生长；适宜微生物生长； 高渗溶液：高渗溶液：细胞发生质壁分离；细胞发生质壁分离； 低渗溶液：低渗溶液：细胞吸水膨胀；细胞吸水膨胀；（2）渗透压）渗透压水活度（水活度（water activity） w = w = PwPw / / P Po ow w PwPw：溶液溶液蒸汽压力；蒸汽压力； P Po ow w：纯水纯水蒸汽压力。蒸汽压力。 纯水纯水ww为为1.001.00；溶液中溶质

13、越多溶液中溶质越多, , ww越小。越小。（3）氧化还原电位）氧化还原电位不同类型微生物生长对氧化还原电位不同类型微生物生长对氧化还原电位()的要求不同的要求不同氧化还原电位与氧化还原电位与氧分压氧分压和和pHpH有关有关, ,也受某些微生物代谢产物的影响也受某些微生物代谢产物的影响 增加通气量增加通气量( (如振荡培养、搅拌如振荡培养、搅拌) )提高培养基的氧分压，或提高培养基的氧分压，或加入加入氧化剂氧化剂，从而，从而增加增加值值； 在培养基中加入在培养基中加入抗坏血酸抗坏血酸（0.1%0.1%）、）、硫化氢硫化氢(0.025%)(0.025%)、半胱氨酸半胱氨酸(0.05%)(0.05%

14、)、谷胱甘肽谷胱甘肽、二硫苏糖醇二硫苏糖醇、庖肉庖肉等等还原性物质还原性物质可可降低降低值值。二、二、培养基的种类培养基的种类1 1按对培养基成份的了解划分按对培养基成份的了解划分天然培养基天然培养基(complex medium)以化学成分还以化学成分还不清楚不清楚或化学成分或化学成分不恒定不恒定的的天然有机物天然有机物组成组成合成培养基合成培养基(synthetic medium) 由化学成份由化学成份完全了解完全了解的物质配制而成的培养基，也称的物质配制而成的培养基，也称组合培养基组合培养基(chemically defined medium) )。半合成培养基半合成培养基(symi-s

15、ynthetic medium) 主要以主要以化学试剂化学试剂配制，同时还配制，同时还加有某种或某些天然成分加有某种或某些天然成分的培养基，也称半组合培养基，如马铃薯葡萄糖培养基的培养基，也称半组合培养基，如马铃薯葡萄糖培养基3按用途划分按用途划分（1）加富培养基）加富培养基(enrichment medium) 这些特殊营养物质包括这些特殊营养物质包括血液、血清、酵母浸膏、动植物组织液血液、血清、酵母浸膏、动植物组织液等。等。用来用来培养营养要求比较苛刻的异养型微生物培养营养要求比较苛刻的异养型微生物，如培养百日咳博德氏，如培养百日咳博德氏菌菌(Bordetella pertussis)需要

16、含有血液的加富培养基。需要含有血液的加富培养基。 根据待分离微生物的特点设计的培养基，用于从环境中富集和根据待分离微生物的特点设计的培养基，用于从环境中富集和分离某种微生物。分离某种微生物。（目的微生物在这种培养基中较其他微生物生长速度快，并逐渐（目的微生物在这种培养基中较其他微生物生长速度快，并逐渐富集而占优势，从而容易达到分离该种微生物的目的。）富集而占优势，从而容易达到分离该种微生物的目的。）（2）选择培养基）选择培养基(selective medium) 用于将某种或某类微生物从混杂的微生物群体中分离出来的用于将某种或某类微生物从混杂的微生物群体中分离出来的培养基。培养基。 根据不同种

17、类微生物的根据不同种类微生物的特殊营养需求特殊营养需求或或对某种化学物质的敏对某种化学物质的敏感性不同感性不同，在培养基中加入相应的特殊营养物质或化学物质，在培养基中加入相应的特殊营养物质或化学物质，抑制不需要的微生物的生长，有利于所需微生物的生长。抑制不需要的微生物的生长，有利于所需微生物的生长。抑制剂：抑制剂： 青霉素青霉素（抑制（抑制G+细菌）细菌） 分离分离G-细菌细菌 抗生素抗生素 氯霉素，链霉素氯霉素，链霉素（抑制细菌）（抑制细菌） 分离分离酵母菌，霉菌酵母菌，霉菌 放线菌酮放线菌酮（抑制酵母，霉菌）（抑制酵母，霉菌） 分离分离细菌，放线菌细菌，放线菌 结晶紫结晶紫：抑制：抑制G+

18、 分离分离G- 染料染料 胆盐：胆盐：抑制抑制G+ 分离分离G- 孟加拉红孟加拉红：抑制细菌、放线菌：抑制细菌、放线菌 分离分离酵母，霉菌酵母，霉菌 其它其它 叠氮化钠叠氮化钠：抑制霉菌：抑制霉菌 分离分离乳酸菌乳酸菌 10%酚数滴酚数滴：抑制细菌，霉菌：抑制细菌，霉菌 分离分离放线菌放线菌 用于选择性的物理因素有：用于选择性的物理因素有：温度，氧气，温度，氧气，pH值，渗透压等值，渗透压等参见参见 p104例子例子 （3）鉴别培养基）鉴别培养基(differential medium) 用于鉴别不同类型微生物用于鉴别不同类型微生物的培养基。的培养基。 在培养基中在培养基中加有能与目的加有能与目的菌的菌的无色代谢产物无色代谢产物发生颜色发生颜色反应的反应的指示剂指示剂，从而用肉眼从而用肉眼就能将该种微生物的菌落与就能将该种微生物的菌落与外形相似的其它微生物菌落外形相似的其它微生物菌落相区分的培养基。相区分的培养基。1）鉴别培养基(differential medium)伊红和美蓝伊红和美