第五章2B微生物的营养和培养基ppt课件

1、微生物的特点之一：食谱广、胃口大微生物的特点之一：食谱广、胃口大第第 五五 章章 微生物的营养和微生物的营养和培养基培养基第一节第一节 微生物的营养物质及其功能微生物的营养物质及其功能第二节第二节 微生物的营养类型微生物的营养类型第三节第三节 营养物质进入微生物细胞营养物质进入微生物细胞第四节第四节 培养基培养基（微生物需要吃什么？）（微生物需要吃什么？）（微生物怎样吃东西？）（微生物怎样吃东西？）（怎样给微生物作饭？）（怎样给微生物作饭？）如何根据需要正确地选择如何根据需要正确地选择和使用培养基和使用培养基微生物吸收营养物质的微生物吸收营养物质的主要方式及其基本特点主要方式及其基本特点微生物

2、的四种营养类型及其特点微生物的四种营养类型及其特点微生物的营养物质种类及要求微生物的营养物质种类及要求（微生物界的（微生物界的“菜系菜系”？）？）营养物质营养物质Nutrient）：能够满足生物机体生长、）：能够满足生物机体生长、繁殖和完成各种生理活动所需的物质。繁殖和完成各种生理活动所需的物质。营养营养Nutrition）：生物获得和利用营养物质的）：生物获得和利用营养物质的过程。过程。营养物质是生物生存的物质基础，而营养是生物营养物质是生物生存的物质基础，而营养是生物维持和延续其生命形式的一种生理过程。维持和延续其生命形式的一种生理过程。微生物营养物质的特点及功能微生物营养物质的特点及功能

3、特点：广谱特点：广谱功能：供物功能：供物提供置换与增生细胞的结构物质；提供置换与增生细胞的结构物质； 供量供量供应生命活动的能量；供应生命活动的能量； 调理调理提供各种代谢调节物，确保良提供各种代谢调节物，确保良好的生理环境。好的生理环境。研究微生物营养的重要性研究微生物营养的重要性研究的基础：开发和研究微生物的基础；研究的基础：开发和研究微生物的基础；设计的依据：筛选微生物培养基的理论依据；设计的依据：筛选微生物培养基的理论依据；实践的必须：为生产实践提供经济、节约和高实践的必须：为生产实践提供经济、节约和高效率培养基。效率培养基。第一节第一节 微生物的营养物质及其功能微生物的营养物质及其功

4、能微生物细胞的化学组成微生物细胞的化学组成微生物细胞微生物细胞水：水：70%-90%干物质干物质有机物：蛋白质、多糖、脂类、有机物：蛋白质、多糖、脂类、 核酸、维生素等及其降解核酸、维生素等及其降解产物产物 无机物盐）微生物、动物、植物之间存在微生物、动物、植物之间存在“营养上的统一性营养上的统一性”细胞化学元素组成：细胞化学元素组成：主要元素：碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙、铁等；主要元素：碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙、铁等；微量元素：锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等。微量元素：锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等。l 碳源营养物碳源营养物Carbon sour

5、ce）l 氮源营养物氮源营养物Nitrogen source）l 能源营养物能源营养物Energy source)l 生长因子生长因子Growth factor）l 无机盐无机盐Inorganic salt）l 水水 （Water）微生物的六种营养要素微生物的六种营养要素一、碳源一、碳源Carbon source）定义：在微生物生长过程中提供碳素来源的营养物质。定义：在微生物生长过程中提供碳素来源的营养物质。功能：（功能：（1合成细胞物质及代谢产物；（合成细胞物质及代谢产物；（2并为整个生理活并为整个生理活动提供所需要能源异养微生物）。动提供所需要能源异养微生物）。种类种类: 无机含碳化合物：

6、如无机含碳化合物：如CO2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、麸皮、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），脂类、醇类、有机酸、烃类、芳香族米糠等；饴糖；单糖），脂类、醇类、有机酸、烃类、芳香族化合物等。化合物等。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无无机机碳碳COCO2CO2COXNaHCO3NaHCO3、CaCO3、等、等有有机机碳碳CHONX复杂蛋白质、核酸等复杂蛋白质、核酸等牛肉膏、蛋白胨、牛肉膏、蛋白胨、花生饼粉等花生饼粉等CHON多数氨基酸、简单蛋多数氨基酸、简单蛋白质等白质等一般

7、氨基酸、明胶等一般氨基酸、明胶等CHO糖、有机酸、醇、脂糖、有机酸、醇、脂类等类等葡萄糖、蔗糖、葡萄糖、蔗糖、各各种淀粉、糖蜜等种淀粉、糖蜜等CH烃类烃类天然气、石油及其不天然气、石油及其不同馏份、石蜡油等同馏份、石蜡油等微生物的碳源谱微生物的碳源谱可以用作洋葱假单胞菌唯一碳源的化合物可以用作洋葱假单胞菌唯一碳源的化合物:碳水化合物及其衍生物：碳水化合物及其衍生物：19种种脂肪酸：脂肪酸：11种种二羧酸：二羧酸：9种种其它有机酸：其它有机酸：12种种伯醇：伯醇：3种种氨基酸：氨基酸：12种种其它氮化合物：其它氮化合物：13种种无氮环状化合物：无氮环状化合物：9种种不同微生物利用含碳化合物的能力

8、不同：不同微生物利用含碳化合物的能力不同：假单胞菌属中某些种可以利用假单胞菌属中某些种可以利用90种以上的不同类型碳源物质；种以上的不同类型碳源物质；某些甲基营养型细菌只能利用甲醇或甲烷等一碳化合物生长。某些甲基营养型细菌只能利用甲醇或甲烷等一碳化合物生长。 微生物碳源谱特点微生物碳源谱特点l 类型：类型： 有机异养和有机异养和 无机自养两大类；无机自养两大类；l 谱广：谱广： 大于动、植物界碳源谱之和；大于动、植物界碳源谱之和；l 最广泛碳源：最广泛碳源： C H O 型有机物；型有机物；l 合理使用：合理使用： C H ON X 型碳源物不应降格使型碳源物不应降格使用；用；l 利用差异：利

9、用差异： 微生物间利用碳源谱能力差异大；微生物间利用碳源谱能力差异大；l 双功能营养物：化能异养菌的碳源等于能源。双功能营养物：化能异养菌的碳源等于能源。二、氮源二、氮源Nitrogen source ）定义：用来构成菌体物质或代谢产物中氮素来源的营养物质。定义：用来构成菌体物质或代谢产物中氮素来源的营养物质。功能：（功能：（1合成细胞中含氮物，如蛋白质、核酸，以及含氮代合成细胞中含氮物，如蛋白质、核酸，以及含氮代谢物等，一般不作为能量；（谢物等，一般不作为能量；（2少数细菌可以利用铵盐、硝酸少数细菌可以利用铵盐、硝酸盐等氮源作为能源。盐等氮源作为能源。种类：种类：无机氮：铵盐、硝酸盐、亚硝酸

10、盐、尿素、无机氮：铵盐、硝酸盐、亚硝酸盐、尿素、 氨、氨、N2等；等； 有机氮：蛋白质及其降解产物如胨、肽、氨基酸等）、牛肉有机氮：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、黄豆饼粉、玉米浆等膏、鱼粉、花生饼粉、黄豆饼粉、玉米浆等类类型型 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氮氮NCHOX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、蛋白胨蛋白胨、饼粕粉、饼粕粉、蚕蛹粉等蚕蛹粉等NCHO尿素、一般氨基酸、简尿素、一般氨基酸、简单蛋白质等单蛋白质等尿素、明胶等尿素、明胶等无无机机氮氮NHNH3、铵盐等、铵盐等(NH4

11、)2SO4等等NO硝酸盐等硝酸盐等KNO3等等NN2空气空气微生物的氮源谱微生物的氮源谱微生物氮源谱特点微生物氮源谱特点l 类型：类型： 分为无机氮、有机氮两类。分为无机氮、有机氮两类。l 谱广：大于动、植物之和。谱广：大于动、植物之和。l 利用效率：利用效率：NCHO N H N O Nl 切莫降格：切莫降格： 不要降格、级使用氮源物。不要降格、级使用氮源物。l 以以aa分型：有氨基酸自养型与异养型微生物之分。分型：有氨基酸自养型与异养型微生物之分。三、能源三、能源Energy source ）定义：为微生物的生命活动提供能量来源的营养物或定义：为微生物的生命活动提供能量来源的营养物或辐射能

12、。辐射能。种类：种类： 辐射能辐射能( (光能营养型光能营养型) ) ：光能异养与光能自养微生物：光能异养与光能自养微生物 有机物：化能异养微生物有机物：化能异养微生物 ( (同碳源同碳源) ) 无机物：化能自养微生物无机物：化能自养微生物 ( (不同于碳源不同于碳源) ) 特点：特点：谱广：大于植物，更大于动物。谱广：大于植物，更大于动物。类型独特：化能自养菌是生物界最独特生物类型，能利用一些类型独特：化能自养菌是生物界最独特生物类型，能利用一些还原态的无机物，如还原态的无机物，如NH4+、NO2-、S、H2S、H2和和Fe2+等。等。 单功能营养物：光辐射、单功能营养物：光辐射、CO2、N

13、2等等 分类：分类： 双功能营养物：双功能营养物： NH4+、纯葡萄糖等、纯葡萄糖等 多功能营养物：多功能营养物： 氨基酸氨基酸 、牛肉膏、蛋白胨等、牛肉膏、蛋白胨等四、无机盐四、无机盐Inorganic salt）定义：为微生物提供除碳、氮以外的各种重要生物必需元素定义：为微生物提供除碳、氮以外的各种重要生物必需元素营养物的统称，也称矿质元素营养物的统称，也称矿质元素mineral sourcemineral source）。）。种类：种类：大量元素；生长所需浓度在大量元素；生长所需浓度在 10-310-4mol/L ，如，如P、S、K、Mg、Ca、Na和和Fe等；等；微量元素：生长所需浓度

14、在微量元素：生长所需浓度在 10-610-8mol/L ，如，如Cu、Zn、Mn、Mo和和 Co等。等。提供方式：提供方式：大量元素：大量元素： 加入有关化学试剂，如加入有关化学试剂，如K2HPO4及及MgSO4等；等；微量元素：一般化学试剂、天然成分中含有，一般不专门添微量元素：一般化学试剂、天然成分中含有，一般不专门添加。加。功能：功能：定义要点：定义要点：（1为某些微生物维持正常生长必不可少；为某些微生物维持正常生长必不可少；（2生物体不能以简单碳源和氮源自身合成；生物体不能以简单碳源和氮源自身合成；（3由外界供给的需要较少的一类有机物质。由外界供给的需要较少的一类有机物质。狭义：仅指维

15、生素；狭义：仅指维生素；广义：还包括氨基酸、碱基、卟啉及其衍生物、甾醇、胺类、广义：还包括氨基酸、碱基、卟啉及其衍生物、甾醇、胺类、C2-C6的分枝或直链脂肪酸。的分枝或直链脂肪酸。五、生长因子五、生长因子(growth factor)能提供生长因子的天然物质有：酵母膏、蛋白胨、麦芽、动植物组织或细能提供生长因子的天然物质有：酵母膏、蛋白胨、麦芽、动植物组织或细胞浸液。胞浸液。维生素的生理功能维生素的生理功能维生素类维生素类 转移的对象转移的对象 代代 谢谢 功功 能能B1硫胺素硫胺素 乙醛基乙醛基 脱羧酶、转醛酶、转酮酶的辅基脱羧酶、转醛酶、转酮酶的辅基B2核黄素核黄素 氢、电子氢、电子 F

16、MN和和FAD的前体等的前体等B5烟酸烟酸 氢、电子氢、电子 NAD和和NADP的前体等的前体等B6吡哆醇吡哆醇 氨基氨基 转氨、脱羧酶辅基等转氨、脱羧酶辅基等B12维生素维生素 羧基羧基甲基甲基 钴酰胺辅酶钴酰胺辅酶,参与一碳基传递等参与一碳基传递等泛酸泛酸 酰基酰基 辅酶辅酶A的前体等的前体等叶酸叶酸 甲基甲基 参与一碳基转递等参与一碳基转递等生物素生物素(H) 羧基羧基 羧化酶的辅基羧化酶的辅基,CO2固定中作用固定中作用六、水六、水Water）l最优良的溶剂和运输介质；最优良的溶剂和运输介质；l参与各种生化反应；参与各种生化反应；l维持生物大分子的结构稳定；维持生物大分子的结构稳定；l

17、有效的控制细胞内温度。有效的控制细胞内温度。功能功能最大营养物最大营养物l生命体最基本的要素；生命体最基本的要素；l需求量最大的营养物；需求量最大的营养物；l含量可达细胞的含量可达细胞的7090% 。 l 营养体：营养体： 细菌约细菌约 80%，酵母约，酵母约 75%，霉菌约，霉菌约 85%；l 霉菌孢子：约霉菌孢子：约 39%；l 细菌芽孢：芽孢核心极低。细菌芽孢：芽孢核心极低。生长所需要的营养物质生长所需要的营养物质: :自养型生物和异养型生物自养型生物和异养型生物生长过程中能量的来源：光能营养型和化能营养型生长过程中能量的来源：光能营养型和化能营养型l光能自养型：以光为能源，不依赖任何有

18、机物即可光能自养型：以光为能源，不依赖任何有机物即可正常生长；正常生长；l光能异养型：以光为能源，但生长需要一定的有机光能异养型：以光为能源，但生长需要一定的有机营养；营养；l化能自养型：以氧化无机物获得能量，生长不依赖化能自养型：以氧化无机物获得能量，生长不依赖有机营养物；有机营养物；l化能异养型：以氧化有机物获得能量，生长依赖于化能异养型：以氧化有机物获得能量，生长依赖于有机营养物。有机营养物。第二节第二节 微生物的营养类型微生物的营养类型1光能无机自养型光能自养型）光能无机自养型光能自养型）l 能以能以CO2为主要唯一或主要碳源；为主要唯一或主要碳源；l 进行光合作用获取生长所需要的能量

19、；进行光合作用获取生长所需要的能量；l 以无机物如以无机物如H2O、H2S、S等作为供氢体或电子供体，使等作为供氢体或电子供体，使CO2还原为细胞还原为细胞物质。物质。l 蓝细菌及藻类等和植物一样，以水为电子供体供蓝细菌及藻类等和植物一样，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。氢体），进行产氧型的光合作用，合成细胞物质。l 紫硫细菌和绿硫细菌，以紫硫细菌和绿硫细菌，以H2S为电子供体，合成细为电子供体，合成细胞物质，并伴随硫元素的产生。胞物质，并伴随硫元素的产生。2光能有机异养型光能异养型）光能有机异养型光能异养型）红螺菌科中的一些细菌能利用异丙醇作为供氢体，红螺菌科中的

20、一些细菌能利用异丙醇作为供氢体，将将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。l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；l 以有机物作为碳源和供氢体，营光合以有机物作为碳源和供氢体，营光合生长。生长。化能无机自养型只存在化能无机自养型只存在于微生物中，可在完全于微生物中，可在完全无机及无光的环境中生无机及无光的环境中生长；广泛分布于土壤及长；广泛分布于土壤及水环境中水环境中, ,参与地球物参与地球物质循环。质循环。3.化能无机自养型化能自养型）化能无机自养型化能自养型）l生长所需要能量来自无机物氧化过程中释放的化学能；生长所需要能量来自无机物氧化过程中

21、释放的化学能；l以以CO2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H2、H2S、Fe2+、NH3或或NO2-等无机物作为电子供体使等无机物作为电子供体使CO2还原成细胞物质。还原成细胞物质。主要类群：硫化细菌、硝化细菌、铁细菌、氢细菌、产甲烷菌。主要类群：硫化细菌、硝化细菌、铁细菌、氢细菌、产甲烷菌。4化能有机异养型化能异养型）化能有机异养型化能异养型）l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；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； l 碳源主要是一些有机化合物，如淀粉、糖类、纤维素、有机酸等；碳源主要是一些有机化合物，如淀

22、粉、糖类、纤维素、有机酸等；l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。l 大多数细菌、真菌、原生动物都是化能有机异养型微生物；大多数细菌、真菌、原生动物都是化能有机异养型微生物；l 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。腐生型：可利用无生命的有机物腐生型：可利用无生命的有机物( (如动植物尸体和残体如动植物尸体和残体) )作为碳源；作为碳源；寄生型：寄生在活的寄主机体内吸取营养物质，离开寄生型：寄生在活的寄主机体内吸取营养物质，离开寄主不能生存；寄主不能生存；兼性腐生型兼性腐生型 兼性寄生型兼性寄生型 微生物营养类型不同营养类型之间的界

23、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CO2；自养型微生物也并非不能利用有机物进行生长；自养型微生物也并非不能利用有机物进行生长；在不同生长条件下生长时，有些微生物营养类型会发生改变。在不同生长条件下生长时，有些微生物营养类型会发生改变。例如紫色非硫细菌例如紫色非硫细菌(purple nonsulfur bacteria)：没有有机物时，同化没有有机物时，同化CO2， 为自养型；为自养型；有机物存在时，利用有机物进行生长，为异养型；有机物存在时，利用有机物进行生长，为异养型；光照和厌氧条件下，利用光能生长，为光能营养型；光照和厌氧条

24、件下，利用光能生长，为光能营养型；黑暗与好氧条件下，靠有机物氧化产生的化学能生长，为化能营养型。黑暗与好氧条件下，靠有机物氧化产生的化学能生长，为化能营养型。微生物营养类型的可变性有利于提高其对环境条件微生物营养类型的可变性有利于提高其对环境条件变化的适应能力。变化的适应能力。第三节第三节 营养物质进入微生物细胞营养物质进入微生物细胞一、自由扩散一、自由扩散(simple diffusion)二、促进扩散二、促进扩散(facilitated diffusion)三、主动运输三、主动运输(active transport)四、基团转位四、基团转位(group translocation)一、自由

25、扩散一、自由扩散(simple diffusion)定义：在无载体蛋白参与下，营养物质单纯依靠物理定义：在无载体蛋白参与下，营养物质单纯依靠物理扩散的方式，非特异的从浓度高的一侧通过细胞膜上扩散的方式，非特异的从浓度高的一侧通过细胞膜上的小孔向浓度低的一侧扩散的一种物质运输方式。的小孔向浓度低的一侧扩散的一种物质运输方式。特点：特点： 驱动力为浓度梯度，不消耗能量；驱动力为浓度梯度，不消耗能量； 物质不发生任何反应；物质不发生任何反应； 不能逆浓度梯度运输；不能逆浓度梯度运输； 运输速率与膜内外物质的浓度差成正比；运输速率与膜内外物质的浓度差成正比； 非特异性，但是膜上小孔的大小和形状有一定非

26、特异性，但是膜上小孔的大小和形状有一定选择性。选择性。扩散并不是微生物细胞吸收营养物质的主要方式，水是唯一可以通过扩散扩散并不是微生物细胞吸收营养物质的主要方式，水是唯一可以通过扩散自由通过原生质膜的分子，脂肪酸、乙醇、甘油、苯、一些气体分子自由通过原生质膜的分子，脂肪酸、乙醇、甘油、苯、一些气体分子(O2、CO2)及某些氨基酸在一定程度上也可通过扩散进出细胞。及某些氨基酸在一定程度上也可通过扩散进出细胞。二、促进扩散二、促进扩散(facilitated diffusion)定义：物质借助细胞膜上特异的载体蛋白，从浓度高定义：物质借助细胞膜上特异的载体蛋白，从浓度高的一侧透过膜向浓度低的一侧扩

27、散，不消耗能量的被的一侧透过膜向浓度低的一侧扩散，不消耗能量的被动的营养物质跨膜运输方式。动的营养物质跨膜运输方式。特点：特点：被动跨膜运输方式，驱动力为浓度梯度，不消耗能被动跨膜运输方式，驱动力为浓度梯度，不消耗能量；量； 物质分子结构不发生变化；物质分子结构不发生变化；不能进行逆浓度运输；不能进行逆浓度运输；运输速率与膜内外物质的浓度差成正比；运输速率与膜内外物质的浓度差成正比；需载体蛋白参与，每种载体只运输相应物质，具有需载体蛋白参与，每种载体只运输相应物质，具有较高专一性。较高专一性。物质：糖类、氨基酸。物质：糖类、氨基酸。l 载体蛋白通过构象变化和所伴随亲和力改变而促进物质扩散；载体

28、蛋白通过构象变化和所伴随亲和力改变而促进物质扩散； l载体蛋白有类似于酶的特征，也称为透过酶：底物特异性、载体蛋白有类似于酶的特征，也称为透过酶：底物特异性、竞争抑制作用；竞争抑制作用；l 透过酶大都具有诱导性，只有在环境中存在机体生长所需的透过酶大都具有诱导性，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。营养物质时，相应的透过酶才合成。能量来源：能量来源：好氧型微生物与兼性厌氧微生物直接利用呼吸能；好氧型微生物与兼性厌氧微生物直接利用呼吸能；厌氧型微生物利用化学能厌氧型微生物利用化学能(ATP)；光合微生物利用光能。光合微生物利用光能。三、主动运输三、主动运输(active

29、 transport)定义：必须消耗能量，并通过细胞膜上特异载体蛋白定义：必须消耗能量，并通过细胞膜上特异载体蛋白的构象变化，使膜外环境中低浓度的营养物质进入膜的构象变化，使膜外环境中低浓度的营养物质进入膜内，是广泛存在于微生物中的物质运输的主要方式。内，是广泛存在于微生物中的物质运输的主要方式。特点：特点：物质运输过程中需消耗能量；物质运输过程中需消耗能量； 物质本身的分子结构不变化；物质本身的分子结构不变化；可逆浓度梯度运输；可逆浓度梯度运输；需载体蛋白参与。需载体蛋白参与。四、基团转位四、基团转位(group translocation)定义：既需要特异载体蛋白参与，又需消耗能量，且定义

30、：既需要特异载体蛋白参与，又需消耗能量，且运输前后物质分子结构发生明显变化的一种运输方式。运输前后物质分子结构发生明显变化的一种运输方式。特点：特点：运输过程中需消耗能量；运输过程中需消耗能量；需载体蛋白参与；需载体蛋白参与；物质本身的分子结构发生变化；物质本身的分子结构发生变化；可逆浓度梯度运输；可逆浓度梯度运输；主要存在厌氧微生物中。主要存在厌氧微生物中。基团转位主要用于厌氧型和兼性厌氧型细菌中糖的运输，脂基团转位主要用于厌氧型和兼性厌氧型细菌中糖的运输，脂肪酸、核苷、碱基等也可通过这种方式运输。肪酸、核苷、碱基等也可通过这种方式运输。在在E. coli中，主要靠磷酸转移酶系统进行，四种酶

31、酶中，主要靠磷酸转移酶系统进行，四种酶酶I、酶酶IIa、酶、酶IIb、酶、酶IIc和一种蛋白质和一种蛋白质HPr完成。完成。四种运送营养物质方式差异的比较四种运送营养物质方式差异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 基因移位基因移位特异载体蛋白特异载体蛋白 无无 有有 有有 有有运送速度运送速度 慢慢 快快 快快 快快溶质运送方向溶质运送方向 由浓至稀由浓至稀 由浓至稀由浓至稀 由稀至浓由稀至浓 由由稀至浓稀至浓平衡时内外浓度平衡时内外浓度 内外相等内外相等 内外相等内外相等 内浓度高得多内浓度高得多 内浓内浓度高得多度高得多运送分子运送分子 无特异性无

32、特异性 特异性特异性 特异性特异性 特异性特异性能量消耗能量消耗 不需要不需要 不需要不需要 需求需求 需求需求前后溶质分子前后溶质分子 不改变不改变 不改变不改变 不改变不改变 改动改动载体饱和效应载体饱和效应 无无 有有 有有 有有与溶质类似物与溶质类似物 无竞争性无竞争性 有竞争性有竞争性 有竞争性有竞争性 有竞争性有竞争性运送抑制剂运送抑制剂 无无 有有 有有 有有运送对象举例运送对象举例 H2O.CO2.O2. SO42 -.PO4 3-. 氨基酸氨基酸.乳糖、乳糖、 葡萄糖葡萄糖.果糖等果糖等 乙醇乙醇.盐类等盐类等 糖糖(真核生物真核生物) Na+.Ca+等离等离 嘌呤嘌呤.核苷

33、核苷.脂肪脂肪膜泡运输膜泡运输(memberane vesicle transport)膜泡运输主要存在于原生动物中，特别是变形虫膜泡运输主要存在于原生动物中，特别是变形虫(amoeba)，为这类微生物的一种营养物质的运输方式。为这类微生物的一种营养物质的运输方式。特点：特点：人工配制而成；人工配制而成；应该具备微生物生长所需要六大营养要应该具备微生物生长所需要六大营养要素；素；培养基要尽快配制，及时灭菌；培养基要尽快配制，及时灭菌；少数难养菌不能在人工培养基上生长。少数难养菌不能在人工培养基上生长。培养基培养基medium）：人工配制的，适合微生物生长繁）：人工配制的，适合微生物生长繁殖或产

34、生代谢产物的营养基质，是对微生物进行研究殖或产生代谢产物的营养基质，是对微生物进行研究和利用工作的基础。和利用工作的基础。l常规高压蒸汽灭菌：常规高压蒸汽灭菌：l 1.05kg/cm2,121.315-30分钟；分钟；0.56kg/cm2,112.615-30分钟分钟l某些成分进行分别灭菌；某些成分进行分别灭菌；l过滤除菌；过滤除菌；lpH值下降。值下降。第四节第四节 培养基培养基一、选用和设计培养基的原则和方法一、选用和设计培养基的原则和方法在微生物学研究和生长实践中，配置合适的培养在微生物学研究和生长实践中，配置合适的培养基是一项最基本的要求。基是一项最基本的要求。1.目的明确目的明确2.

35、营养协调营养协调3.条件适宜条件适宜4.经济节约经济节约5.无菌状态无菌状态1.目的明确：根据不同微生物的营养要求配制目的明确：根据不同微生物的营养要求配制针对性强的培养基。针对性强的培养基。自养型微生物：培养基完自养型微生物：培养基完全可以由简单的无机物组全可以由简单的无机物组成。成。异养型微生物：培养基完异养型微生物：培养基完全至少需要含有一种有机全至少需要含有一种有机物。物。培养四大微生物：培养四大微生物：细菌细菌牛肉膏蛋白胨牛肉膏蛋白胨medium；放线菌放线菌高氏高氏1号号medium；酵母菌酵母菌麦芽汁麦芽汁medium；霉菌霉菌查氏查氏medium。成份成份 氧化硫硫氧化硫硫 大

36、肠杆菌大肠杆菌 牛肉膏蛋牛肉膏蛋 高氏一号高氏一号 查氏合成查氏合成 LB LB 主要主要 杆菌培养基杆菌培养基 培养基培养基 白胨培养基白胨培养基 合成培养基合成培养基 培养基培养基 培养基培养基 作用作用牛肉膏牛肉膏 5 5 碳源碳源（能源）（能源） 、氮源氮源、 无机盐无机盐、生长因子生长因子蛋白胨蛋白胨 10 10 10 10 氮源氮源、碳源碳源（能源）（能源） 、生长因子生长因子酵母浸膏酵母浸膏 5 5 生长因子生长因子、氮源氮源、碳源碳源（能源）（能源）葡萄糖葡萄糖 5 5 碳源碳源（能源）（能源）蔗糖蔗糖 30 30 碳源碳源（能源）（能源）可溶性淀粉可溶性淀粉 20 20 碳源

37、碳源（能源）（能源）CO2 （来自空气）（来自空气） 碳源碳源（NH4）2SO4 0.4 氮源氮源、无机盐无机盐NH4H2PO4 1 氮源氮源、无机盐无机盐KNO3 1 氮源氮源、无机盐无机盐NaNO3 3 氮源氮源、无机盐无机盐MgSO47H7H2 2O 0.5 O 0.5 0 0. .2 2 0 0. .5 5 0 0. .5 5 无机盐无机盐FeSO4 0.01 0.01 0.01 无机盐无机盐KH2PO4 4 无机盐无机盐K2HPO4 1 0.5 1 无机盐无机盐NaCl 5 5 0.5 10 无机盐无机盐KCl 0.5 无机盐无机盐CaCl2 0.25 无机盐无机盐S 10 能源能源

38、H2O 1000 1000 1000 1000 1000 1000 溶剂溶剂pH 7.0 7.0-7.2 7.0-7.2 7.2-7.4 自然自然 7.0灭菌条件灭菌条件 12120分分 11230分分 12120分分 12120分分 12120分分 12120分分2.2.营养协调：培养基中各种营养物质的浓度营养协调：培养基中各种营养物质的浓度与配比适宜。与配比适宜。（2 2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长繁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长繁殖和殖和( (或或) )代谢产物的形成和积累，其中碳氮比代谢产物的形成和积累，其中碳氮比(C/N)(C/N)的

39、影响较大。的影响较大。（1 1适宜的营养物质浓度能保证微生物的良好生长：营养物质浓度过低适宜的营养物质浓度能保证微生物的良好生长：营养物质浓度过低不能满足微生物生长所需，浓度过高则可能抑制微生物生长。不能满足微生物生长所需，浓度过高则可能抑制微生物生长。高浓度糖类物质、无机盐、重金属离子等不仅不能维持和高浓度糖类物质、无机盐、重金属离子等不仅不能维持和促进微生物的生长，反而起到抑制或杀菌作用。促进微生物的生长，反而起到抑制或杀菌作用。发酵生产谷氨酸时：发酵生产谷氨酸时：碳氮比为碳氮比为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；碳氮比为碳氮比为3/13/1时，菌

40、体繁殖受到抑制，谷氨酸产量则大量增加。时，菌体繁殖受到抑制，谷氨酸产量则大量增加。3.条件适宜：控制培养基的条件适宜：控制培养基的pH值、渗透值、渗透压、水活度、氧化还原电位等物理化学压、水活度、氧化还原电位等物理化学条件在合适范围内。条件在合适范围内。l培养基的培养基的pH值必须控制在一定的范围内，以满足不同类型微生物的值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；生长繁殖或产生代谢产物；l通常培养条件：细菌：通常培养条件：细菌：pH78.0；放线菌：；放线菌：pH7.58.5；酵母菌：；酵母菌：pH3.86.0；霉菌：；霉菌：pH4.05.8；l为了维持培养基为了

41、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，缓冲剂，或在进行工业发酵时补加酸、碱。或在进行工业发酵时补加酸、碱。l绝大多数微生物适宜在等渗溶液中生长；绝大多数微生物适宜在等渗溶液中生长；l培养嗜盐微生物常加入适量培养嗜盐微生物常加入适量NaCl；l 培养嗜渗透压微生物加入接近饱和量的蔗糖。培养嗜渗透压微生物加入接近饱和量的蔗糖。3.3.条件适宜：控制培养基的条件适宜：控制培养基的pHpH值、渗透压、值、渗透压、水活度、氧化还原电位等物理化学条件在水活度、氧化还原电位等物理化学条件在合适范围内。合适范围内。l在天然环境中，微生物可实际利用的自由水或游离水

42、的含量在天然环境中，微生物可实际利用的自由水或游离水的含量;l一般用在一定的温度和压力条件下，溶液的蒸汽压力与同样条件下纯水一般用在一定的温度和压力条件下，溶液的蒸汽压力与同样条件下纯水蒸汽压力之比表示，即：蒸汽压力之比表示，即：w=Pw/POwPw代表溶液蒸汽压力代表溶液蒸汽压力, POw代表代表纯水蒸汽压力）。纯水纯水蒸汽压力）。纯水w为为1.00，溶液中溶质越多，溶液中溶质越多,w越小。越小。l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。3.条件适宜：控制培养基的条件适宜：控制培养基的pH值、渗透压、值、渗透压、水活度、氧化还原电位等物理化学条件在水活度、氧

43、化还原电位等物理化学条件在合适范围内。合适范围内。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redox potential），是度量某氧化），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，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，其单位是其单位是V伏或伏或mV毫伏）。毫伏）。 用用表示。表示。好氧性微生物：好氧性微生物：+0.1伏以上时可正常生长伏以上时可正常生长,以以+0.3+0.4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伏以上时进行好氧呼吸，伏以上时

44、进行好氧呼吸，+0.1伏以下时进行发酵。伏以下时进行发酵。l增加增加值：增加通气量如振荡培养、搅拌提高值：增加通气量如振荡培养、搅拌提高培养基的氧分压，或加入氧化剂；培养基的氧分压，或加入氧化剂；l降低降低值：在培养基中加入抗坏血酸值：在培养基中加入抗坏血酸0.1%）、）、硫化氢硫化氢(0.025%)、半胱氨酸、半胱氨酸(0.05%)、谷胱甘肽、谷胱甘肽、二硫苏糖醇等还原性物质。二硫苏糖醇等还原性物质。4.4.经济节约：利用廉价且易得的原料作为培养基经济节约：利用廉价且易得的原料作为培养基成分，特别是在发酵工业中成分，特别是在发酵工业中, ,以降低生产成本。以降低生产成本。以粗代精以粗代精以以

45、“野代野代“家家”以废代好以废代好对微生物来说，各种粗原料营养更加完全，效果更好。而对微生物来说，各种粗原料营养更加完全，效果更好。而且在经济上也节约。且在经济上也节约。以野生植物原料代替栽培植物原料，如木薯、橡以野生植物原料代替栽培植物原料，如木薯、橡子、薯芋等都是富含淀粉质的野生植物，可以部子、薯芋等都是富含淀粉质的野生植物，可以部分取代粮食用于工业发酵的碳源。分取代粮食用于工业发酵的碳源。以工农业生产中易污染环境的废弃物作为培养基原料。以工农业生产中易污染环境的废弃物作为培养基原料。糖蜜糖蜜( (制糖工业中含有蔗糖的废液制糖工业中含有蔗糖的废液) )、乳清、乳清( (乳制品工业中含乳制品

46、工业中含有乳糖的废液有乳糖的废液) )、豆制品工业废液及黑废液、豆制品工业废液及黑废液( (造纸工业中含有造纸工业中含有戊糖和己糖的亚硫酸纸浆戊糖和己糖的亚硫酸纸浆) )等都可作为培养基的原料。等都可作为培养基的原料。大量的农副产品或制品，如麸皮、米糠、玉米浆、酵母浸膏、大量的农副产品或制品，如麸皮、米糠、玉米浆、酵母浸膏、酒糟、豆饼、花生饼、蛋白胨等都是常用的发酵工业原料。酒糟、豆饼、花生饼、蛋白胨等都是常用的发酵工业原料。以纤代糖以纤代糖以烃代粮以烃代粮以氮代朊以氮代朊开发利用纤维素这种世界上含量最丰富的可再生资源。将大开发利用纤维素这种世界上含量最丰富的可再生资源。将大量的纤维素农副产品

47、转变为优质饲料、工业发酵原料、燃料量的纤维素农副产品转变为优质饲料、工业发酵原料、燃料及人类的食品及饮料。及人类的食品及饮料。以石油或天然气副产品代替糖质原料来培养微生物。生产石以石油或天然气副产品代替糖质原料来培养微生物。生产石油蛋白将石油产品转化成一些产值更高的高级醇、脂肪酸、油蛋白将石油产品转化成一些产值更高的高级醇、脂肪酸、环烷酸等化工产品和若干合成物；对石油产品的品质进行改环烷酸等化工产品和若干合成物；对石油产品的品质进行改良，如脱硫、脱蜡等。良，如脱硫、脱蜡等。以大气氮、铵盐、硝酸盐或尿素等一类非蛋白质或非氨基以大气氮、铵盐、硝酸盐或尿素等一类非蛋白质或非氨基酸廉价原料用作发酵培养

48、基的原料，让微生物转化成菌体酸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。蛋白质或含氮的发酵产物供人们利用。以简代繁以简代繁5.5.无菌状态：灭菌处理无菌状态：灭菌处理湿热灭菌锅湿热灭菌锅干热灭菌箱干热灭菌箱按成份不同划分：按成份不同划分：天然培养基天然培养基合成培养基合成培养基半合成培养基半合成培养基l以化学成分还不清楚或以化学成分还不清楚或化学成分不恒定的天然有化学成分不恒定的天然有机物组成；机物组成；l如：牛肉膏蛋白胨培养如：牛肉膏蛋白胨培养基和麦芽汁培养基。基和麦芽汁培养基。l是由化学成份完全了是由化学成份完全了解的物质配制而成；解的物质配制而成；

49、l如：高氏如：高氏1 1号培养基和号培养基和查氏培养基。查氏培养基。二、培养基的类型及应用二、培养基的类型及应用l主要有化学试剂配制，同时主要有化学试剂配制，同时加有某些天人物质；加有某些天人物质；l如：马铃薯蔗糖培养基。如：马铃薯蔗糖培养基。营营养养物物质质 来来源源 主主要要成成份份牛牛肉肉浸浸膏膏 瘦瘦牛牛肉肉组组织织浸浸出出汁汁浓浓缩缩而而 富富含含水水溶溶性性碳碳水水化化合合物物、有有机机 成成的的膏膏状状物物质质 氮氮化化合合物物、维维生生素素、盐盐等等蛋蛋白白胨胨 将将肉肉、酪酪素素或或明明胶胶用用酸酸或或 富富含含有有机机氮氮化化合合物物、也也含含有有一一 蛋蛋白白酶酶水水解解

50、后后干干燥燥而而成成的的 些些维维生生素素和和碳碳水水化化合合物物 粉粉末末状状物物质质酵酵母母浸浸膏膏 酵酵母母细细胞胞的的水水溶溶性性提提取取物物 富富含含B B类类维维生生素素, ,也也含含有有有有机机氮氮 浓浓缩缩而而成成的的膏膏状状物物质质 化化合合物物和和碳碳水水化化合合物物根据物理状态划分：根据物理状态划分：固体培养基固体培养基半固体培养基半固体培养基液体培养基液体培养基l琼脂含量琼脂含量1.52.0；l平板或斜面；平板或斜面；l可形成单菌落，用于微可形成单菌落，用于微生物分离、鉴定、活菌生物分离、鉴定、活菌计数、菌种保藏。计数、菌种保藏。l琼脂含量琼脂含量0.51.0；l用于观

51、察微生物的运动用于观察微生物的运动特征、分类鉴定、菌种特征、分类鉴定、菌种保藏。保藏。l不加凝固剂；不加凝固剂；l 用于大规模工业生产；实验室用用于大规模工业生产；实验室用于生理、代谢研究和获得大量菌体。于生理、代谢研究和获得大量菌体。根据用途划分：根据用途划分：基础培养基基础培养基(minimum medium)加富培养基加富培养基(enriched medium)鉴别培养基鉴别培养基(differential medium)选择培养基选择培养基(selective medium)1.基本培养基基本培养基(minimum medium)：含有一般微生物生长繁殖所需的基本营养物质的含有一般微生物生长繁殖所需的基本营养物质的培养基，也称为基础培养基。培养基，也称为基础培养基。牛肉膏蛋白胨培养基是最常用的基础培养基。牛肉膏蛋白胨培养基是最常用的基础培养基。牛肉膏牛肉膏 3g蛋白胨蛋白胨 10