微生物的营养和培养基知识

微生物的营养和培养基知识第1页，课件共42页，创作于2023年2月微生物细胞物质中灰分元素含量的百分比灰分元素固氮菌酵母菌霉菌P2O5SO3K2ONa2OMgOCaOFe2O3SiO2CuO4.950.292.410.070.820.890.08----3.540.0392.34--0.4280.3830.0350.093--4.850.112.811.120.380.190.160.04--第2页，课件共42页，创作于2023年2月

表4—1微生物细胞中几种主要元素的含量（干重的百分数）

元素细菌酵母菌霉菌

碳5049.847.9

氮1512.45.2

氢86.76.7

氧2031.140.2

磷3—

—

硫1—

—第3页，课件共42页，创作于2023年2月表4—2微生物细胞的化学组成

主要成分细菌酵母菌霉菌

水分75~8570~8085~90（占细胞鲜重的%）

蛋白质50~8032~7514~15

占细碳水化合物12~2827~637~40

胞干脂肪5~202~154~40

重的核酸10~206~81%

无机盐2~303.8~76~12第4页，课件共42页，创作于2023年2月

第二节微生物的营养要素营养物（nutrient）：

那些能够满足机体生长、繁殖和完成各种生理活动所需要的物质通常称为微生物的营养物质。

营养（或叫营养作用，nutrition）：

微生物获得与利用营养物质的过程通常称为营养。第5页，课件共42页，创作于2023年2月

生物类型营养要素

动物（异养）

微生物

绿色植物（自养）

异养

自养

碳源糖类脂肪糖、醇、有机酸等二氧化碳、碳酸盐等二氧化碳、碳酸盐氮源蛋白质或其降解物蛋白质或其降解物有机或无机氮化物、氮无机氮化物、氮无机氮化物能源与碳同与碳同氧化无机物或利用日光能利用日光能生长因子维生素一部分需要维生素等不需要不需要无机元素无机盐无机盐无机盐无机盐水分水水水水表4-3微生物和动物、植物营养要素的比较第6页，课件共42页，创作于2023年2月

碳源（carbonsource）凡是提供微生物营养所需的碳元素（碳架）的营养源，称为碳源。

碳源物质的功能：构成细胞物质；为机体提供整个生理活动所需要的能量（异养微生物）。

微生物的碳源谱无机含碳化合物：如CO2和碳酸盐等。有机含碳化合物：糖与糖的衍生物、脂类、醇类。有机酸、烃类、芳香族化合物以及各种含氮的化合物。微生物不同，利用上述含碳化合物的能力不同，如假单胞菌属中的某些种可以利用90种以上的不同类型的碳源物质；而某些甲基营养型细菌只能利用甲醇或甲烷等一碳化合物进行生长。

第7页，课件共42页，创作于2023年2月类型元素水平

化合物水平

培养基原料水平有机碳C·H·O·N·X复杂蛋白质、核酸等牛肉膏、蛋白胨、花生饼粉等C·H·O·N多数氨基酸、简单蛋白质等一般氨基酸、明胶等C·H·O糖、有机酸、醇、脂类等葡萄糖、蔗糖、各种淀粉、糖蜜等C·H烃类天然气、石油及其不同馏份、石蜡油等无机碳C(?)——C·OCO2CO2C·O·XNaHCO3NaHCO3、CaCO3、白垩等表4—4微生物的碳源谱第8页，课件共42页，创作于2023年2月

氮源(nitrogensource)

凡是提供微生物营养所需的氮元素的营养源，称为氮源。

氮源物质的主要作用是合成细胞物质中含氮物质，少数自养细菌能利用铵盐、硝酸盐作为机体生长的氮源与能源，某些厌氧细菌在厌氧与糖类物质缺乏的条件下，也可以利用氨基酸作为能源物质。

微生物的氮源谱见表4—5

第9页，课件共42页，创作于2023年2月

表4—5微生物的氮源谱类型

元素水平化合物水平培养基原料水平有机氮N·C·H·O·X复杂蛋白质、核酸等牛肉膏、酵母膏、饼粕粉、蚕蛹粉等N·C·H·O尿素、一般氨基酸、简单蛋白质等尿素、蛋白胨、明胶等无机氮N·HNH3、铵盐等(NH4)2SO4等N·O硝酸盐等KNO3等NN2空气第10页，课件共42页，创作于2023年2月

实验室常用的无机氮源有碳酸铵、硝酸盐、硫酸铵、尿素、蛋白胨、牛肉膏、、酵母膏等。生产上常用的氮源有硝酸盐、铵盐、尿素、氨以及蛋白含量较高的鱼粉、蚕蛹粉、黄豆饼粉、花生饼份、玉米浆等。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以直接被菌体吸收利用，这种氮源叫做速效氮源。

速效氮源，通常是有利于机体的生长，迟效氮源有利于代谢产物的形成。多数微生物可以利用无机含氮化合物作为氮源，也可以利用有机含氮化合物作为氮源。但有些微生物没有将无机氮合成有机氮的能力，它们不能把尿素、铵盐等这些无机氮源自行合成他们生长所需的氨基酸，而需要从外界吸收现成的氨基酸作为氮源才能生长，这类微生物叫做氨基酸异养型微生物，也叫营养缺陷型。第11页，课件共42页，创作于2023年2月

3、能源指能为微生物的生命活动提供最初能量来源的营养物或辐射能。

微生物的能源谱：

有机物：化能异养微生物的能源（同碳源）化学物质能源谱：无机物：化能自养微生物的能源（不同于碳源）

辐射能：光能自养和光能异养微生物的能源

第12页，课件共42页，创作于2023年2月

化能自养微生物的能源物质都是一些还原态的无机物质，例如：NH4+、NO2-、S、H2S、H2、Fe2+等，能利用这些物质作为能源的全部是细菌，如：硝酸细菌、亚硝酸菌、硫化细菌、硫细菌、铁细菌、硫细菌、氢细菌和铁细菌等。这些无机养料常常是双功能的（如：NH4+既是硝酸细菌的能源，又是它的氮源。）

有机营养物常有双功能或三功能作用，既是异养微生物的能源，又是它们的碳源或氮源。辐射能是单功能的，只为光能微生物提供能源。第13页，课件共42页，创作于2023年2月生长因子（growthfactor）是一类对微生物正常代谢必不可少且不能用简单的碳源或氮源自行合成的有机物。主要包括维生素、氨基酸、嘌呤和嘧啶（碱基）及其衍生物，此外还有甾醇、胺类、脂肪酸等等。各种维生素、氨基酸、嘌呤和嘧啶（碱基）的生理功能见教材。缺乏合成生长因子能力的微生物称为“营养缺陷型”微生物。

第14页，课件共42页，创作于2023年2月无机盐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），包括大量元素和微量元素。

大量元素：P、S、K、Mg、Ca、Na、Fe等。（微生物生长所需浓度在10-3~10-4mol/L）

微量元素：Cu、Zn、Mn、Mo、Co等。（微生物生长所需浓度在10-6~10-8mol/L）一般微生物生长所需要的无机盐有：硫酸盐、磷酸盐、氯化物以及含有钠、钾、镁、铁等金属元素的化合物。第15页，课件共42页，创作于2023年2月无机盐的生理功能

细胞内一般分子成分（P、S、Ca、Ma、Fe等）一般功能渗透压的维持（Na+等）生理调节物质酶的激活剂（Ma2+等）大量元素pH的稳定无化能自养菌的能源（S、Fe2+、NH4+、NO2-等）机特殊功能盐无氧呼吸时的氢受体（NO3-、SO42-等）酶的激活剂（Cu2+、Mn2+

、Zn2+等）微量元素特殊分子结构成分（Co、Mo等）第16页，课件共42页，创作于2023年2月水分：水分是生物细胞的主要化学成分，其重要的生理功能表现在下列几个方面：1.细胞的构成成分2.一系列生理生化反应的反应介质3.参与许多生理生化反应4.有效地控制细胞内的温度变化第17页，课件共42页，创作于2023年2月第三节微生物的营养类型

根据生长所需要的营养物质的性质，可将生物分成两种基本的营养类型异养型生物：在生长时需要以复杂的有机物质作为营养物质自养型生物：在生长时能以简单的无机物质作为营养物质动物属于异养型生物，植物，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物，少数微生物属于自养型生物。根据生长时能量的来源不同，又可将生物分成两种类型化能营养型生物：依靠化合物氧化释放的能量进行生长光能营养型生物：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第18页，课件共42页，创作于2023年2月第19页，课件共42页，创作于2023年2月光能自养型微生物以C02作为唯一碳源或主要碳源，并利用光能，以无机物如硫化氢、硫代硫酸钠或其他无机硫化物作为供氢体将CO2还原成细胞物质，同时产生元素硫光能CO2＋H2S[CH2O]+2S+H2O

光合色素

光能自养型微生物包括蓝细菌（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），由于含有光合色素，因而能使光能转变成化学能（ATP），供机体直接利用。第20页，课件共42页，创作于2023年2月光能异养型微生物以CO2为主要碳源或唯一碳源，以有机物（如异丙醇）作为供氢体，利用光能将CO2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。

光能

2(H3C)2CHOH+CO22CH3COCH3+[CH2O]+H2O

光合色素光能异养型细菌在生长时大多数采要外源的生长因子第21页，课件共42页，创作于2023年2月化能自养型微生物以CO2或碳酸盐作为唯一或主要碳源，以无机物氧化释放的化学能为能源,，利用电子供体如氢气、硫化氢、二价铁离子或亚硝酸盐等使CO2还原成细胞物质。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中起着重要的作用。第22页，课件共42页，创作于2023年2月化能异养型微生物

多数微生物属于化能异养型，其生长所需要能量和碳源通常来自同一种有机物。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：腐生型微生物：利用无生命活性的有机物作为生长的碳源。寄生型微生物：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。存在于寄生与腐生之间的中间过渡类型微生物，称为兼性腐生型或兼性寄生型。第23页，课件共42页，创作于2023年2月第五节培养基

培养基是人工配制的适合于不同微生物生长繁殖或积累代谢产物的营养基质。它是进行科学研究，发酵生产微生物制品等的基础。第24页，课件共42页，创作于2023年2月

配制培养基的原则

1.根据不同微生物的营养需要配制不同的培养基，如自养型微生物的培养基完全可以（或应该）由简单的无机物质组成。异养微生物的培养基至少需要含有一种有机物质。

按微生物的主要类群来说，又有细菌、放线菌、酵母菌和霉菌之分。它们所需要的培养基成分也不同，分别称为牛肉膏蛋白胨培养基，高氏1号合成培养基，麦芽汁培养基，查氏合成培养基。第25页，课件共42页，创作于2023年2月2.注意各种营养物质的浓度与配比

营养物的浓度：在一般情况下，浓度合适的营养物质才对微生物表现出良好作用，浓度大时对微生物生长起抑制作用，浓度小时不能满足微生物生长的需要。

各营养物质之间的浓度比：培养基中各营养物质之间的浓度比直接影响微生物的生长与繁殖和（或）代谢产物的形成与积累，尤其是碳氮比（C／N）（碳氮比一般指培养基中元素碳与元素氮的比值，有时也指培养基中还原糖与粗蛋白两种成分含量之比）的影响更为明显。例如在微生物的谷氨酸发酵中，培养基的C／N为4：l时，菌体大量繁殖，谷氨酸积累少；当C／N为3：1时，菌体繁殖受到抑制，而谷氨酸大量增加。第26页，课件共42页，创作于2023年2月3.控制培养基的PH值各类微生物生长的最适pH各不相同，细菌与放线菌生长的pH在7—7.5之间，酵母菌与霉菌生长的pH值在4-5之间。在微生物的生长和代谢过程中，由于营养物质的利用和代谢产物的形成与积累，常会改变培养基的pH值，为了维持培养基pH值的相对恒定，通常采用下列两种方式：内源调节：在培养基里加一些缓冲剂或不溶性的碳酸盐；调节培养基的碳氮比。外源调节：按实际需要流加酸或碱液第27页，课件共42页，创作于2023年2月4.经济节约配制培养基时，应尽量考虑利用价廉并且易于获得的原料作为培养基的成分，特别是在工业发酵中，培养基用量很大，更应该考虑到这一点，以便降低产品成本。第28页，课件共42页，创作于2023年2月培养基的种类培养基的组成成分分类按培养基的物理状态分类按培养基的功能分类第29页，课件共42页，创作于2023年2月根据培养基中化学成分的了解程度将其分为：

合成培养基：由化学成分完全了解的物质配制而成的培养基，该类培养基的组成成分精确、重复性强，但微生物生长较慢，且价格昂贵，故一般适于在实验室范围内他有关研生物营养需要、代谢、分类鉴定、生物测定以及菌种选育、遗传分析等方面的研究工作。

天然培养基：利用化学成分还不清楚或化学成分不恒定的天然有机物质（如自汉奸、因母没计、土壤没液、豆芽汁、玉米粉、教皮、牛奶、血清等）制成的培养基，天然培养基比较经济，除实验室经常使用外，更适宜于在生产上用来大规模地培养微生物和生产微生物产品。第30页，课件共42页，创作于2023年2月

根据培养基的物理状态可将其分为：固体培养基：在液体培养基中加入1.5-2.0%的凝固剂制成的呈固体状态的培养基。常用于微生物的分离、纯化、计数等方面的研究。

半固体培养基：在液体培养基中加入0.2-0.7％的琼脂构成的培养基。常用来观察细菌运动的特征，以进行菌种鉴定和噬菌体效价滴定等方面的实验工作。

液体培养基：液体培养基不含任何凝固剂，它常用于大规模的工业生产以及在实验室进行微生物生理代谢等基本理论的研究工作。科研与生产中常用的凝固剂有琼脂、明胶和硅胶三种，除在液体培养基中加入凝固剂之外，一些由天然的固体基质制成的培养基也属于固体培养基第31页，课件共42页，创作于2023年2月第32页，课件共42页，创作于2023年2月按照培养基的用途，可将其分为

加富培养基：加富培养基是指在普通培养基里加过血、血清、动物（或植物）组织液或其他营养物质（或生长因子）的一类营养丰富的培养基，用以培养某种或某类营养要求苛刻的异养微生物

选择培养基：选择培养基是根据某种或某一类群微生物的特殊营养需要或对某种化合物的敏感性不同而设计出来的一类培养基。利用这种培养基可以将某种或某类微生物从混杂的微生物群体中分离出来。

鉴别培养基：普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，从而产生某种明显的特征性变化，以区别不同的微生物第33页，课件共42页，创作于2023年2月微生物吸收营养物质的方式单纯扩散促进扩散主动运输第34页，课件共42页，创作于2023年2月

扩散扩散是非特异性的营养物质吸收方式：如营养物质通过细胞膜中的含水小孔，由高浓度的胞外环境向低浓度的胞内扩散。

在扩散过程中营养物质的结构不发生变化：即既不与膜上的分子发生反应，本身的分子结构也不发生变化。

物质运输的速率与胞内外营养物质的浓度差有关，即随细胞膜内外该物质浓度差的降低而减小，直到胞内外物质浓度相同。

扩散是一个不需要代谢能的运输方式，因此，物质不能进行逆浓度运输。膜的特性、膜上含水小孔的大小和形状对被扩散的营养物质分子的种类、大小有一定的选择性，通常分子量小，脂溶性、极性小的营养物质容易吸收。第35页，课件共42页，创作于2023年2月

促进扩散在促进扩散过程中营养物质本身在分子结构上也不会发生变化不消耗代谢能量，故不能进行逆浓度运输运输的速率由胞内外该物质的浓度差决定需要细胞膜上的载体蛋白（透过酶）参与物质运输被运输的物质有高度的立体专一性