第六章微生物的营养和培养基

1、第六章第六章 微生物的营养和培养基微生物的营养和培养基l目的与要求：目的与要求：l 本章主要介绍了微生物生长所需要的营养物本章主要介绍了微生物生长所需要的营养物质及营养物质进入细胞的方式，学习有关微生物质及营养物质进入细胞的方式，学习有关微生物的营养类型及其特点，学会如何根据研究目的及的营养类型及其特点，学会如何根据研究目的及微生物独特的需要配制相应的培养基。微生物独特的需要配制相应的培养基。 l重点、难点：重点、难点：l（1 1）微生物的营养类型及其分类原理）微生物的营养类型及其分类原理l（2 2）营养物质进入细胞的四种方式及特点。）营养物质进入细胞的四种方式及特点。 l微生物的营养要素微生

2、物的营养要素l微生物的营养类型微生物的营养类型l微生物对营养物质的吸收方式微生物对营养物质的吸收方式l培养基培养基 营养物质是微生物生存的物质基础，而营养是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一种生理过程。微生物维持和延续其生命形式的一种生理过程。营养营养: 生物体从外部环境中摄取对其生命活动必须生物体从外部环境中摄取对其生命活动必须的能量和物质，以满足正常生长和繁殖需要的一的能量和物质，以满足正常生长和繁殖需要的一种最基本的生理功能。种最基本的生理功能。营养物质营养物质: 能够满足机体生长、繁殖和完成各种生理活能够满足机体生长、繁殖和完成各种生理活动所需要的物

3、质。动所需要的物质。第一节第一节 微生物的营养要求微生物的营养要求一、微生物细胞的化学组成一、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有机物 无机物（盐）无机物（盐）细胞化学元素组成：细胞化学元素组成：主要元素主要元素：碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙、铁碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙、铁等；等；微量元素微量元素：锌、锰、氯、钼、硒、钴、铜等。锌、锰、氯、钼、硒、钴、铜等。 主要成分主要成分 细菌细菌 酵母菌酵母菌 霉菌霉菌 水分水分 7585 7080 85907585 7080 8590（占细胞鲜重的（占细胞鲜重的% %） 蛋白质蛋白质 508

4、0 3275 1415 5080 3275 1415 占占 细细 碳水化合物碳水化合物 1228 2763 7401228 2763 740 胞胞 干干 脂肪脂肪 520 215 440 520 215 440 重重 的的 核酸核酸 1020 6 8 11020 6 8 1 % % 无机盐无机盐 230 3.87 612230 3.87 612 此组成可因菌种的种类、菌龄、培养基组成、培养条此组成可因菌种的种类、菌龄、培养基组成、培养条件、分析方法等而有所不同件、分析方法等而有所不同。 元素元素 细菌细菌 酵母菌酵母菌 霉菌霉菌 碳碳 50 49.8 47.950 49.8 47.9 氮氮 1

5、5 12.4 5.215 12.4 5.2 氢氢 8 6.7 6.78 6.7 6.7 氧氧 20 31.1 40.220 31.1 40.2 磷磷 3 3 硫硫 1 1 灰分元素灰分元素固氮菌固氮菌酵母菌酵母菌霉菌霉菌P P2 2O O5 5SOSO3 3K K2 2O ONaNa2 2O OMgOMgOCaOCaOFeFe2 2O O3 3SiOSiO2 2CuOCuO4.954.950.290.292.412.410.070.070.820.820.890.890.080.08-3.543.540.0390.0392.342.34-0.4280.4280.3830.3830.0350.0

6、350.0930.093-4.854.850.110.112.812.811.121.120.380.380.190.190.160.160.040.04-二、微生物的营养要素二、微生物的营养要素六要素六要素：碳源碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水、氮源、能源、生长因子、无机盐和水 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：1.碳源碳源提供微生物生长繁殖所需碳元素的营养源提供微生物生长繁殖所需碳元素的营养源q 有机碳源：糖、有机酸、醇类、脂类、蛋白质，核酸等有机碳源：糖、有机酸、醇类、脂类、蛋白质，核酸等q 无机碳源：无机碳源： CO2 , Na2CO

7、3 , CaCO3等等 Glc是大多数异养微生物最喜欢的碳源是大多数异养微生物最喜欢的碳源 从微生物的整体来看，可利用的碳源物质的范围称从微生物的整体来看，可利用的碳源物质的范围称碳源谱。碳源谱。目前在微生物工业发酵中所利用的碳源物质主要是来源广目前在微生物工业发酵中所利用的碳源物质主要是来源广价格低的原料。价格低的原料。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CHONX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氨基酸、明胶等一般氨基酸、明胶

8、等CHO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CH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(?)COCO2CO2COXNaHCO3NaHCO3、CaCO3、等、等在微生物生长繁殖过程中，能为其提供在微生物生长繁殖过程中，能为其提供氮素营养来源氮素营养来源的物质称氮源。的物质称氮源。2. 氮源氮源氮源谱氮源谱有机氮有机氮N.C.H.O无机氮无机氮N.H,N.ONH3铵盐（铵盐（NH4+）硝酸盐硝酸盐N2蛋白质蛋白质核酸核酸氨基酸氨基酸尿素尿素类类型型 元素水平元素水平化合物水平化合

9、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、饼牛肉膏、酵母膏、饼粕粉、蚕蛹粉等粕粉、蚕蛹粉等NCHO尿素、一般氨基酸、简单蛋尿素、一般氨基酸、简单蛋白质等白质等尿素、蛋白胨、明胶尿素、蛋白胨、明胶等等无无机机氮氮NHNH3、铵盐等、铵盐等(NH4)2SO4等等NO硝酸盐等硝酸盐等KNO3等等NN2空气空气3.能源能源能源：能为微生物的生命活动提供能源：能为微生物的生命活动提供最初能量来源最初能量来源营养营养物或辐射能物或辐射能能源谱能源谱化学物质化学物质辐射能辐射能化能异养微生物的能源化能异养微生物的能源有机物有机物无机物无机物化

10、能自养微生物的能源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光能自养和光能异养微生物的能源4.生长因子生长因子生长因子：生长因子： 是一类具有调节微生物正常代谢功能，为某些微是一类具有调节微生物正常代谢功能，为某些微生物生长所必需而且需要量很小，但微生物自身不能生物生长所必需而且需要量很小，但微生物自身不能合成的或合成量不足，难以满足机体生长需要，只有合成的或合成量不足，难以满足机体生长需要，只有在培养基中加入才能使其生长的有机化合物在培养基中加入才能使其生长的有机化合物作用：作用：调节微生物正常代谢调节微生物正常代谢 辅酶或酶活化所需。辅酶或酶活化所需。狭义：维生素狭义：维生素 广义

11、：维生素、氨基酸、碱基、脂肪酸等广义：维生素、氨基酸、碱基、脂肪酸等 依据生长因子与微生物的关系分为：依据生长因子与微生物的关系分为：生长因子自养型微生物：生长因子自养型微生物：多数真菌、放线菌和不少多数真菌、放线菌和不少细菌细菌生长因子异养型微生物生长因子异养型微生物：乳酸菌、营养缺陷型突变：乳酸菌、营养缺陷型突变株及株及 致病菌等致病菌等生长因子过量合成型微生物生长因子过量合成型微生物：可用其生产有关的生：可用其生产有关的生长因子（如维生素），如阿舒假囊酵母生产长因子（如维生素），如阿舒假囊酵母生产B2，谢，谢氏丙酸杆菌、有些链霉菌生产氏丙酸杆菌、有些链霉菌生产B12等。等。维生素维生素微

12、生物的种类微生物的种类硫胺素硫胺素(B1)Bacillus anthracis(炭疽芽孢杆菌炭疽芽孢杆菌)核黄素核黄素(B(B2 2) )Clostridium tetani(破伤风梭菌破伤风梭菌)烟酸烟酸(B(B5 5) )Brucella abortus(流产布鲁氏杆菌流产布鲁氏杆菌)吡哆酸吡哆酸(B6)Lactobacillus spp.(各种乳酸杆菌各种乳酸杆菌)生物素生物素(B(B7 7) )Leuconostoc mesenteroides(肠膜状明串珠菌肠膜状明串珠菌)泛酸泛酸(B(B3 3) )Proteus morganii(摩氏变形杆菌摩氏变形杆菌)叶酸叶酸(B9)Leuc

13、onostoc dextranicum(葡聚糖明串珠菌葡聚糖明串珠菌)钴胺酸钴胺酸(B12)Lactobacillus spp.维生素维生素KBacteroides melaninogenicus(产黑素拟杆菌产黑素拟杆菌)l配制培养基时，常使用生长因子丰富的配制培养基时，常使用生长因子丰富的天然物质天然物质制备物制备物作为补充生长因子的培养基成分。作为补充生长因子的培养基成分。如：酵母膏、玉米浆、麦芽汁、肝浸液等。如：酵母膏、玉米浆、麦芽汁、肝浸液等。 维生素维生素转移的对象转移的对象代谢功能代谢功能硫胺素硫胺素(B1)乙醛基乙醛基焦磷酸硫胺素是脱羧酶、转醛酶、焦磷酸硫胺素是脱羧酶、转醛酶、

14、转酮酶的辅基，与转酮酶的辅基，与a a酮酸的氧酮酸的氧化脱羧和酮基转移有关化脱羧和酮基转移有关吡哆醇吡哆醇(B6) 氨基氨基磷酸吡哆醛是氨基酸消旋酶、转磷酸吡哆醛是氨基酸消旋酶、转氨酶与脱羧酶的辅基，参与氨基氨酶与脱羧酶的辅基，参与氨基酸的消旋、脱羧和转氨酸的消旋、脱羧和转氨叶酸叶酸甲基甲基即辅酶即辅酶F(四氢叶酸四氢叶酸)，参与一碳基，参与一碳基的转移，与合成嘌呤、嘧啶、核的转移，与合成嘌呤、嘧啶、核甘酸、丝氨酸和甲硫氨酸有关甘酸、丝氨酸和甲硫氨酸有关维生素维生素B12 羧基，甲基羧基，甲基钴酰胺辅酶，参与一碳基的转移，钴酰胺辅酶，参与一碳基的转移，与甲硫氨酸和胸苷酸有关与甲硫氨酸和胸苷酸有

15、关 维生素的生理功能维生素的生理功能无机盐：无机盐： 是微生物生长必不可少的一类营养物质，它们为机是微生物生长必不可少的一类营养物质，它们为机体生长提供多种重要的生理功能（见下图），包括大量元素体生长提供多种重要的生理功能（见下图），包括大量元素和微量元素。和微量元素。 大量元素：大量元素：P P、S S、K K、MgMg、CaCa、NaNa、FeFe等。等。 （微生物生长所需浓度在（微生物生长所需浓度在1010-3-31010-4-4mol/Lmol/L） 微量元素：微量元素：CuCu、ZnZn、MnMn、MoMo、CoCo等。等。 （微生物生长所需浓度在（微生物生长所需浓度在1010-6-

16、61010-8-8mol/Lmol/L） 五、无机盐五、无机盐无机盐无机盐大量元素大量元素微量元素微量元素一般功能一般功能特殊功能特殊功能细胞内一般分子成分细胞内一般分子成分 (P、S、Ca、Mg、Fe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+等等) 酶的激活剂酶的激活剂 (Mg2+等等) pH的稳定的稳定化能自养菌的能源化能自养菌的能源 (S、Fe2+、NH4+、MO2-等等) 无氧呼吸时的氢受体无氧呼吸时的氢受体(NO3-、SO42-等等) 酶的激活剂酶的激活剂 (Cu2+、Mn2+、Zn2+等等)特殊分子结构成分特殊分子结构成分 (Co、Mo等等)配制培养基时，大量

17、元素一般首选配制培养基时，大量元素一般首选K K2 2HPO4HPO4、MgSO4MgSO4等，等，可同时提供可同时提供4 4种大量元素。种大量元素。常用天然水、自来水来配制培养基以提供各种微量常用天然水、自来水来配制培养基以提供各种微量元素元素. .6.水水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象；维持蛋白质、核酸等生物大分子稳定的天然构象；热的良好导体；热的良好导体；维持细胞渗透压维持细胞渗透压 ；第二节微生物的营养类型第二节微生物的营养类型异养型生物异养型

18、生物自养型生物自养型生物生长所需要的碳源生长所需要的碳源生长过程中电子供体的不同生长过程中电子供体的不同光能营养型光能营养型化能营养型化能营养型营养类型：营养类型： 根据微生物生长所需要的根据微生物生长所需要的主要营养要素即碳源和主要营养要素即碳源和能源及电子供体性质能源及电子供体性质的不同，而划分的微生物类型：的不同，而划分的微生物类型：生长过程中能量的来源生长过程中能量的来源无机营养型无机营养型有机营养型有机营养型 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（phototroph）化能营养型（化能营养型（chemotroph）2.以氢供体分以氢供体分无机营

19、养型（无机营养型（lithotroph）有机营养型有机营养型(organotroph)3.以碳源分以碳源分自养型自养型(autotroph)异样型异样型(heterotroph)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(amino acid autotroph)氨基酸异养型氨基酸异养型(amino acid heterotroph)5.以生长因子分以生长因子分原养型原养型(prototroph)或野生型或野生型(wild type)营养缺陷型营养缺陷型(auxotroph)6.以取食方式分以取食方式分渗透营养型渗透营养型(osmotroph)吞噬营养型吞噬营养型(pha

20、gotroph)7.以取得死或活有机物分子以取得死或活有机物分子寄生寄生(saprophytism)腐生腐生(parasitism)微生物营养类型的分类微生物营养类型的分类p92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，可将微生可将微生物分为：物分为：光能无机光能无机营养营养型型(photolithoautotrphy)光能有机营养型光能有机营养型(photoorganoheterotrphy)化能无机化能无机营养营养型型(chemolithoautotrphy)化能有机营养型化能有机营养型(chemoorganoheterotrophy)1 1光能无机营养型（光能

21、自养型）光能无机营养型（光能自养型）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；光能获取生长所需要的能量；光能获取生长所需要的能量；以无机物如以无机物如H2、H2S、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CO2还原为细胞物质；还原为细胞物质；l光能自养型微生物的分类：光能自养型微生物的分类：l放氧型放氧型l非放氧型非放氧型l 藻类藻类l放氧型放氧型l 蓝细菌蓝细菌l非放氧型：紫硫细菌、绿硫细菌非放氧型：紫硫细菌、绿硫细菌2 2光能有机营养型（光能异养型）光能有机营养型（光能异养型）以以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

22、机物作为供氢体，利用光能将CO2CO2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；红螺菌属（紫色非硫细菌）红螺菌属（紫色非硫细菌）CHOH +CHOH + CO2H H3 3C CH H3 3C C2光能光能光合色素光合色素2 2 CHCH3 3C0CHC0CH3 3 + + CH2O + + H2O3 3化能无机营养型（化能自养型）化能无机营养型（化能自养型）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CO2CO2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

23、碳源进行生长时，利用H2H2、H2SH2S、Fe2+Fe2+、NH3NH3或或NO2-NO2-等作为电子供体使等作为电子供体使CO2CO2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，可在完全无机及无光的环境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。中生长。这类微生物主要有硫化细菌、硝化细菌、氢细菌与铁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广泛分布于土壤及水环境中它们广泛分布于土壤及水环境中,参与地球物质循环；参与地球物质循环；4 4化能有机营养型（化能异养型）化能有机营养型（化能异养型）生长所需要的能量均来自有机物氧化过程中放出的化

24、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；碳源：有机化合物，如淀粉、糖类、纤维素、有机酸等。碳源：有机化合物，如淀粉、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；根据寄主的不同：根据寄主的不同：腐生型：腐生型：寄生型：寄生型：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；有些微生物

25、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,其营养类型也会发生改变；其营养类型也会发生改变；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，依靠有机物氧化产生的化学能生长，为化能营养型微生化能营养

26、型微生物物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营养类型营养类型能源能源氢供体氢供体基本碳源基本碳源实实 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COCO2 2蓝细菌蓝细菌, ,紫硫细紫硫细菌菌, ,绿硫细菌绿硫细菌, , 藻类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COCO2 2及简及简单有机物单有机物 红螺菌科的细菌红螺菌科的细菌（紫色无硫细菌）（紫色无硫细菌）化能无机营养型化能无机营养型（化能自养型）（化能自养型） 无机无机物物无机

27、物无机物COCO2 2硝化细菌硝化细菌, ,硫化硫化细菌细菌, ,铁细菌铁细菌, ,氢氢细菌细菌, ,硫磺细菌硫磺细菌等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）有机有机物物有机物有机物有机物有机物绝大多数细菌和绝大多数细菌和全部真核微生物全部真核微生物根据物质运输过程的特点根据物质运输过程的特点，可将物质的运输方式分为可将物质的运输方式分为单纯扩散单纯扩散促进扩散促进扩散主动运输主动运输基团移位基团移位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1 1单纯扩散单纯扩散 又称被动运送（又称被动运送（passive transport)passive transpo

28、rt)，以通过，以通过物理扩散物理扩散方式让许多方式让许多小分子，非电离分子小分子，非电离分子尤其是尤其是亲亲水性水性的分子被动通过的一种物质运送方式。运送的的分子被动通过的一种物质运送方式。运送的物质有：物质有：O2O2、CO2CO2、醇和某些氨基酸分子。、醇和某些氨基酸分子。特点：特点：u 高浓度向低浓度；高浓度向低浓度；u 不消耗能量；不消耗能量；u 不需要载体；不需要载体；1.1. 非特异性。非特异性。 在溶质的运送过程中，须借助于膜上底物特在溶质的运送过程中，须借助于膜上底物特异性载体蛋白的参与，不需要能量，将膜外高异性载体蛋白的参与，不需要能量，将膜外高浓度物质运送至膜内，直至平衡

29、为止。浓度物质运送至膜内，直至平衡为止。 如：酿酒酵母对各种糖、氨基酸、维生素的如：酿酒酵母对各种糖、氨基酸、维生素的吸收。吸收。 这些载体蛋白具有酶的性质，一般通过诱导这些载体蛋白具有酶的性质，一般通过诱导产生。产生。胞外胞外细胞膜细胞膜胞内胞内l主要存在于主要存在于真核生真核生物中。物中。l特点：特点：n 高浓度向低浓度；高浓度向低浓度；n 不消耗能量；不消耗能量；n 需要载体需要载体；一般通过专一载体蛋一般通过专一载体蛋白完成。白完成。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；平衡状态；透过酶大都是诱导酶

30、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质时，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。相应的透过酶才合成。3 3主动运输主动运输 特异性载体蛋白在运送溶质的过程中，发特异性载体蛋白在运送溶质的过程中，发生构象变化，需耗能而逆浓度梯度进行运送。生构象变化，需耗能而逆浓度梯度进行运送。特点：物质在主动运输的过程中特点：物质在主动运输的过程中v 需要需要载体载体蛋白参与蛋白参与v 需要需要消耗代谢能消耗代谢能v 可以进行可以进行逆浓度逆浓度运输的运输方式运输的运输方式v被运输的物质在转移的过程中被运输的物质在转移的过程中不发生不发生任何化学变化任何化学变化v运输

31、有机离子、无机离子、一些糖类运输有机离子、无机离子、一些糖类Na+-K+-ATPase是存在于原生质膜上的一种重是存在于原生质膜上的一种重要离子通道蛋白要离子通道蛋白功能：功能： 利用利用ATP能量将能量将Na+由细胞内由细胞内“泵泵”出胞外，出胞外，并将并将K+“泵泵”入胞内。该酶由大小两个亚基组入胞内。该酶由大小两个亚基组成成作用步骤作用步骤:1. ATP酶酶(E)在细胞内侧与在细胞内侧与3个个Na+结合，同时消耗能量；结合，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，并与排除胞外，并与2个个K+结合；结合；3. K+激发激发E+脱磷酸化恢复为脱磷

32、酸化恢复为E，同时将，同时将K+运入细胞。运入细胞。基团移位又称为磷酸烯醇式丙酮酸基团移位又称为磷酸烯醇式丙酮酸己糖磷酸转移酶运己糖磷酸转移酶运输系统（输系统（PTS），），PTS 通常由四种蛋白质组成：通常由四种蛋白质组成：包括酶包括酶I、酶酶II（包括包括a、b、c三三种亚基）种亚基）厌氧型、兼性厌氧型细菌厌氧型、兼性厌氧型细菌糖、脂肪酸、核苷、碱基等。糖、脂肪酸、核苷、碱基等。 4 4基团移位基团移位基团移位是另一种类型的主动运输，它与主动运输方式的基团移位是另一种类型的主动运输，它与主动运输方式的不同之处在于物质在运输过程中发生化学变化。不同之处在于物质在运输过程中发生化学变化。在酶在

33、酶的作用的作用下下HPr被激活被激活在酶在酶的作用下的作用下P-HPr将将磷酸转移给糖磷酸转移给糖2运送机制运送机制: :是依靠磷酸转移酶系统是依靠磷酸转移酶系统, ,即磷酸烯醇即磷酸烯醇式丙酮酸式丙酮酸- -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-HPr2 2、糖被磷酸化后运入膜内、糖被磷酸化后运入膜内

34、 膜外环境中的糖先与外膜表面的酶膜外环境中的糖先与外膜表面的酶结合，再被结合，再被转运到内膜表面。这时，糖被转运到内膜表面。这时，糖被P-HPrP-HPr上的磷酸激活，上的磷酸激活，并通过酶并通过酶的作用将的作用将糖糖- -磷酸磷酸释放到细胞内。释放到细胞内。 酶酶 P-HPr+P-HPr+糖糖 糖糖- -P +HPrP +HPr 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输主动运输基团转位基团转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胞内外浓度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载体饱和效应载体饱和效应与溶质类似物与

35、溶质类似物运送抑制剂运送抑制剂运送对象举例运送对象举例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无无竞争性无竞争性无无H2O、CO2、O2、甘油、乙、甘油、乙醇、盐类醇、盐类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有竞争性有竞争性有有SO42-、PO43-、糖糖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有竞争性有竞争性有有氨基酸、乳糖等氨基酸、乳糖等糖类，糖类，Na+、Ca2+等无机粒子等无机粒子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有竞争性有竞争性有有葡萄糖、果糖、

36、葡萄糖、果糖、甘露糖、嘌呤、甘露糖、嘌呤、核苷、脂肪酸核苷、脂肪酸定义：定义：由人工配制的、适合微生物生长繁殖或积累代由人工配制的、适合微生物生长繁殖或积累代谢产物用的营养基质（混合养料）。谢产物用的营养基质（混合养料）。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原则：原则：（一）培养基组分应适合微生物的营养特点（一）培养基组分应适合微生物的营养特点 （目的明确）（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（理化适宜）（三）物理化学条件适宜（理化适宜）（四）根据培养目

37、的选择原料及其来源（四）根据培养目的选择原料及其来源 （经济节约）（经济节约）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1、选择适宜的营养物质、选择适宜的营养物质培养不同的微生物必须采用不同的培养条件；培养不同的微生物必须采用不同的培养条件；培养目的不同，原料的选择和配比不同；培养目的不同，原料的选择和配比不同；实验室的常用培养基：实验室的常用培养基：细菌：细菌： 牛肉膏蛋白胨培养基（或简称普通肉汤培养基）；牛肉膏蛋白胨培养基（或简称普通肉汤培养基）；放线菌：高氏放线菌：高氏1号合成培养基培养；号合成培养基培养；酵母菌：麦芽汁培养基；酵母菌：麦芽汁培养基；霉菌：霉菌： 查

38、氏合成培养基；查氏合成培养基；成成份份 氧氧化化硫硫硫硫 大大肠肠杆杆菌菌 牛牛肉肉膏膏蛋蛋 高高氏氏一一号号 查查氏氏合合成成 L LB B 主主要要 杆杆菌菌培培养养基基 培培养养基基 白白胨胨培培养养基基 合合成成培培养养基基 培培养养基基 培培养养基基 作作用用牛牛肉肉膏膏 5 5 碳碳源源（能能源源） 、氮氮源源、 无无机机盐盐、生生长长因因子子蛋蛋白白胨胨 1 10 0 1 10 0 氮氮源源、碳碳源源（能能源源） 、生生长长因因子子酵酵母母浸浸膏膏 5 5 生生长长因因子子、氮氮源源、碳碳源源（能能源源）葡葡萄萄糖糖 5 5 碳碳源源（能能源源）蔗蔗糖糖 3 30 0 碳碳源源（

39、能能源源）可可溶溶性性淀淀粉粉 2 20 0 碳碳源源（能能源源）CO2 （来来自自空空气气） 碳碳源源（NH4）2SO4 0.4 氮氮源源、无无机机盐盐NH4H2PO4 1 氮氮源源、无无机机盐盐KNO3 1 氮氮源源、无无机机盐盐NaNO3 3 氮氮源源、无无机机盐盐MgSO47 7H H2 2O O 0 0. .5 5 0 0. .2 2 0 0. .5 5 0 0. .5 5 无无机机盐盐FeSO4 0.01 0.01 0.01 无无机机盐盐KH2PO4 4 无无机机盐盐K2HPO4 1 0.5 1 无无机机盐盐NaCl 5 5 0.5 10 无无机机盐盐KCl 0.5 无无机机盐盐C

40、aCl2 0.25 无无机机盐盐S 10 能能源源H2O 1000 1000 1000 1000 1000 1000 溶溶剂剂pH 7.0 7.0-7.2 7.0-7.2 7.2-7.4 自自然然 7.0灭灭菌菌条条件件 12120分分 11230分分 12120分分 12120分分 12120分分 12120分分一、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2、营养物质浓度及配比合适、营养物质浓度及配比合适营养物质的浓度适宜；营养物质的浓度适宜；营养物质之间的配比适宜；营养物质之间的配比适宜；高浓度糖类物质、无机盐、重金属离子等不仅不能高浓度糖类物质、无机盐、重金属离子等不

41、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。维持和促进微生物的生长，反而起到抑制或杀菌作用。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繁殖和(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)的影响较大。的影响较大。发酵生产谷氨酸时：发酵生产谷氨酸时：碳氮比为碳氮比为4/1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3/1时，菌体繁殖受到抑制，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。一、选用和设计培养基的原则和方法一、选用

42、和设计培养基的原则和方法3、物理化学条件适宜、物理化学条件适宜pH；渗透压和水活度；渗透压和水活度；氧化还原电位；氧化还原电位；3、物理化学条件适宜、物理化学条件适宜1）pH各类微生物的最适生长各类微生物的最适生长pH值各不相同值各不相同： 细细 菌：菌：7.08.0放线菌：放线菌：7.58.5 酵母菌：酵母菌：3.86.0霉霉 菌：菌：4.05.8为了维持培养基为了维持培养基pHpH值的相对恒定，通常采用下值的相对恒定，通常采用下列两种方式：列两种方式： 内源调节内源调节 外源调节外源调节内源调节：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

43、节培养基的碳氮比。调节培养基的碳氮比。磷酸缓冲液磷酸缓冲液 6.8 6.0-7.66.8 6.0-7.6加入加入CaCO3CaCO3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渗透压渗透压(osmotic pressure): p96(osmotic pressure): p96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，直至破裂细胞吸水膨胀，直至破裂水活度水活度微生物对水的需要程度（水对微生物生长的影响）常用环境微生物对水的需要程度（水对微生物生长的影响）常用环境（或基

44、质）中的（或基质）中的水活度值（水活度值（water activity, a aw）表示。所谓表示。所谓a aw就是水的有效浓度就是水的有效浓度一般用在一定的温度和压强条件下一般用在一定的温度和压强条件下, ,溶液的蒸汽压力与同样溶液的蒸汽压力与同样条件下纯水蒸汽压力之比表示，即：条件下纯水蒸汽压力之比表示，即：w=Pw/Pw=Pw/Po ow w微生物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3、物理化学条件适宜、物理化学条件适宜3、物理化学条件适宜、物理化学条件适宜3）氧化还原电位）氧化还原电位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

45、势（redox potential），），是度量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，其单位是的一种指标，其单位是V（伏）或伏）或mV（毫伏）。毫伏）。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该培养基的应用目的：该培养基的应用目的： 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？ 配制培养基时应尽量利用廉价且

46、易于获得的原料作为培养基成份配制培养基时应尽量利用廉价且易于获得的原料作为培养基成份, ,特别是在发酵工业中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“野野”代代“家家”以废代好以废代好以简代繁以简代繁以烃代粮以烃代粮以纤代糖以纤代糖以氮代朊以氮代朊以国代进以国代进1.生态模拟生态模拟2.查阅文献查阅文献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.4、实验比、实验比 较较：三、三、培养基的类型及应用培养基的类型及应用1 1按成份不同划分按成份不同划分天然培养基天然培养基( (complex medium)comple

47、x medium)以化学成分还不清楚或化学成分不恒定的天然有机物组成以化学成分还不清楚或化学成分不恒定的天然有机物组成合成培养基合成培养基( (synthetic medium)synthetic medium)是由化学成份完全了解的物质配制而成的培养基，也称是由化学成份完全了解的物质配制而成的培养基，也称化学限定培养基化学限定培养基(chemically defined medium)chemically defined medium)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,