生物学微生物的营养和培养基

营养(nutrition)：

指生物体从外部环境摄取生命活动所必需的能量和物质，以满足其生长和繁殖需要的一种生理功能。微生物细胞的化学组成微生物细胞的化学成分以有机物和无机物两种状态存在。有机物包含各种大分子，它们是蛋白质、核酸、类脂和糖类，占细胞干重的99%。无机成分包括小分子无机物和各种离子，占细胞干重的1%。微生物细胞的元素构成

由C、H、O、N、P、S、K、Na、Mg、Ca、Fe、Mn、Cu、Co、Zn、Mo等组成。微生物细胞的化学元素与其营养物质微生物生长所需的营养物质应该包含有组成细胞的各种化学元素，即构成细胞物质的碳素来源的碳源物质，构成细胞物质的氮素来源的氮源物质和一些含有K、Na、Mg、Ca、Fe、Mn、Cu、Co、Zn、Mo元素的无机盐。微生物的营养物质及其生理功能微生物生长所需要的营养物质主要是以的有机物和无机物的形式提供的，小部分由气体物质供给。微生物的营养物质按其在机体中的生理作用可区分为：碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水六大类。第一节微生物的六种营养要素1、碳源(carbonsource)2、氮源(nitrogensource)3、能源(energysource)4、生长因子(growthfactor)5、无机盐(mineralsalts)6、水(water)1、碳源(carbonsource)

凡是可以做为微生物细胞结构或代谢产物中碳架来源的营养物质。有机碳源C·H·O·N·XC·H·O·NC·H·OC·H无机碳源C(?)CO2C·O·X碳源物质通过机体一系列复杂的化学反应,最终用于构成细胞物质或为机体提供能量

既是碳源又是能源CO2是被彻底氧化的物质,CO2转化成有机细胞成分是一个还原过程,需要消耗大量能量

是碳源而非能源2、氮源(nitrogensource)

凡是构成微生物细胞物质或代谢产物中氮元素来源的营养物质；氮源一般只提供合成细胞质和细胞中其它结构的原料，不做能源。N·C·H·O·XN·C·H·ON·HN·ON

氨基酸异养生物（动物、大量异养微生物）

氨基酸自养生物（绿色植物、许多微生物）有机氮无机氮3、能源(energysource)提供微生物最初能量来源的营养物或辐射能。能源谱化学物质辐射能：光能自养和光能异养微生物的能源有机物：化能异养型微生物的能源(与碳源相同)无机物：化能自养型微生物的能源(不同于碳源)4、生长因子(growthfactor)

调节微生物正常代谢所必需，但不能用简单的碳、氮源自行合成的有机物；广义的生长因子有维生素、碱基、卟啉、甾醇、胺类、C4~C6脂肪酸。维生素：①机体不能合成，必须经常从食物中获得；②生物对它的需要量较低；③它是必不可少的代谢调节物质；④不同生物所需要的维生素各类各不相同。5、无机盐(mineralsalts)生长所需浓度在10-3~10-4mol/l范围内，称大量元素。（P、S、K、Mg、Ca、Fe）生长所需浓度在10-6~10-8mol/l范围内，称微量元素（Cu、Zn、Mn、Mo、Co、Ni、Sn、Se）功能：①构成细胞组分；(P、S)②作为酶的组分；(P、S、Mg、Fe、Cu)③维持酶的活性；(K、Mg、Ca、Mn)④调节细胞渗透压(Ca、Na)⑤作为某些自养菌的能源(S、Fe)6、水(water)作用：①直接参与一些反应；②作为机体内一系列生理生化反应的介质；③营养物质的吸收、代谢产物的排泄都需要通过水；④有效地吸收代谢释放的热量结合水：与溶质或其他分子结合在一起(难以利用)游离水：可以被微生物利用水

aw：在相同温度、压力下，体系中溶液的水的蒸汽压与纯水蒸汽压之比。几类微生物生长最适w微生物w一般细菌0.91酵母菌0.88霉菌0.80嗜盐细菌0.76嗜盐真菌0.65嗜高渗酵母0.60第二节微生物的营养类型1.1生物界两种典型的营养类型：

自养型（Autotroph）代表:高等植物依靠无机养分（CO2、H2O、无机盐）合成有机物，供自身生长发育；能源：光能。

异养型（Heterotroph）代表:高等动物摄取现成的有机物满足生长发育的需求；能源：有机物氧化。一、分类能源光化合物CO2——光能自养型有机碳化物——光能异养型CO2、CO32-——化能自养型有机碳化物——化能异养型1.2中间类型二、简介2.1光能自养型（PhotolithoautotrophPLA）碳源：CO2能源：光代表：高等植物藻类光合细菌CO2+H2S光细菌叶绿素[CH2O]+2S+H2O光叶绿素CO2+H2O[CH2O]+O22.2光能异养型

(PhotoorganoheterotrophPOH)碳源：CO2、简单有机物能源：光代表：红螺菌科的细菌(H3C-)2CHOH+CO22CH3COCH3+[CH2O]+H2O光能光合色素2.3化能自养型（ChemolithoautotrophCLA）碳源：CO2、碳酸盐能源：无机物氧化产生化学能代表：细菌（广泛分布于土壤、水域中,

用于自然界的物质循环和转化）氢细菌（H2）硫细菌（H2S）铁细菌（Fe2+）硝化细菌（NO2-）

甲烷杆菌属2.4化能异养型

(ChemoorganoheterotrophCOH)碳源：有机物能源：有机物氧化产生的化学能代表：动物大多数微生物

(大多数细菌和放线菌、全部真菌、原生动物以及病毒。)

自养型与异养型没有绝对界限。它们的主要区别在于：自养型微生物可利用CO2（碳酸盐）作唯一或主要的碳源而且同化CO2（碳酸盐）为细胞结构物质；异养型微生物可以固定CO2，但其主要的碳源来自有机物，不能在完全无机的环境中生长，它们的合成反应所需能量来自有机物的氧化或光能。第三节营养物质进入细胞的方式营养物质进入细胞的四种方式：简单扩散促进扩散主动运输基团移位被动扩散（Passivediffusion）⑴简单扩散(Simplediffusion)三步：①从水相到疏水性的脂质层；②通过脂质层；③离开脂质层，进入水相。

水、某些气体（如N2、CO2、O2）、脂溶性物质（甘油、乙醇、苯）及少数氨基酸和盐可能采取简单扩散的方式通过细胞膜。⑵促进扩散(Facilitateddiffusion)⑵促进扩散(Facilitateddiffusion)载体蛋白:对溶质具有选择性；溶质和溶质类似物与载体蛋白的结合有竞争性抑制作用；运输速度受溶质浓度、pH、及温度等因素的影响。(渗透酶)主要在真核生物细胞中用于运输糖分,在原核生物中较少见。主动扩散（Activediffusion）主动扩散（Activediffusion）⑴主动运输(Activetransport)单一通道单向载体蛋白同向通道同向载体蛋白逆向通道逆向载体蛋白Activetransportisthetransportofsolutemoleculestohigherconcentrations,oragainstaconcentrationgradient,withtheuseofmetabolicenergyinput.Activetransport⑵基团移位(Grouptranslocation)

被运输的底物分子在膜内经受到了共价修饰，以被修饰的形式进入细胞质的输送机制。e.g大肠杆菌中基团移位过程：磷酸丙酮酸盐+HPr酶ⅠHPr-磷酸+丙酮酸盐HPr-磷酸+糖酶Ⅱ糖-磷酸+

HPr单、双糖及糖的衍生物、核苷和核苷酸的运输GrouptranslocationPEP+sugar(outside)pyruvate+sugar-P(inside)项目单纯扩散促进扩散主动运输基团转移特异载体蛋白

运输速度

养分运输方向

平衡时内外浓度

运输分子

能量消耗

运送前后养分分子

载体饱和效应

养分类似物

运输抑制剂运输对象举例无

慢

由浓至稀

内外相等

无特异性

不耗能

不变

无

无竞争性

无

H2O,CO2,O2,甘油,乙醇,少数氨基酸,盐类,代谢抑制剂有

快

由浓至稀

内外相等

特异性

不耗能

不变

有

有竞争性

有

SO42-,PO43-;糖(真核生物)

有

快

由稀至浓内远高于外

特异性

耗能

不变

有

有竞争性

有

氨基酸,乳糖等糖类,Na+,Ca2+等无机离子有

快

由稀至浓

内远高于外特异性

耗能

改变

有

有竞争性

有

葡萄糖，果糖，甘露糖，嘌呤，核苷脂肪酸等四种跨膜运输营养物质方式的比较第四节培养基培养基(medium,culturemedium)

人工配制的适合微生物生长繁殖或积累代谢产物的营养基质。广义的说，凡是支持微生物生长和繁殖的介质或材料均可作为微生物的培养基。培养基配制原则:⑴目的明确⑵营养物应满足微生物的需要⑶营养物的浓度及配比应恰当⑷物理化学条件适宜（pH、渗透压、氧化还原电势）⑸经济节约培养基配制方法:生态模拟参阅文献精心设计试验比较培养基的种类

1、根据对培养基成分了解的程度

天然培养基(naturalmedium)

半合成培养基(semi-syntheticmedium)

合成培养基(syntheticmedium)马铃薯葡萄糖琼脂培养基（PDA）：马铃薯（去皮）200克

葡萄糖20克

琼脂18～20克

pH值5.5～6.0制法：先将新鲜无病害的马铃薯洗净，去皮后切成小薄片，称200克，加水1000毫升，煮沸20分钟后过滤，其滤汁为马铃薯煮汁，然后加琼脂和葡萄糖煮溶，后补足水分至1000毫升，装管（瓶）灭菌备用。一般真菌的分离和培养都适合此培养基。2、根据培养基物理状态液体培养基(liquidmedium)固体培养基(solidmedium)半固体培养基(semi-solidmedium)脱水培养基(dehydratedculturemedia)琼脂(Agar)：从石花菜、江蓠、紫菜等红藻中提取的一种杂多糖，主要成分是聚半乳糖的硫酸酯；在40℃以下凝固，约96℃融化；培养基中加0.2%~0.5%琼脂获得半固体培养基；培养基中加1.2~2.0%琼脂获得固体培养基。内容琼脂明胶常用浓度(%)1.5～25～12熔点(℃)9625凝固点(℃)4020pH微酸酸性灰分(%)1614～15氧化钙(%)1.150氧化镁(%)0.770氮(%)0.418.3微生物利用能力绝大多数微生物不能利用许多微生物能利用琼脂与明胶主要特征比较3、根据培养的目的种子培养基(seedmedium)发酵培养基(fermentationmedium)繁殖和保藏培养基(reproduciblemedium)4、根据培养基的特殊用途基本培养基(minimalmedium,MM)选择培养基(selectedmedium)鉴别培养基(differentialmedium)测定生理生化特性的培养基基本培养基（Minimalmedium,MM）：能满足某菌种的野生型（原养型）菌株最低营养要求的合成培养基。完全培养基（Completemedium,CM）可满足各种营养缺陷型菌株的生长需求的合成培养基。补充培养基（Supplementmedium,SM）也称加富培养基(enrichmentmedium)，在基本培养基中针