微生物的营养与培养基

上一章知识回顾1.病毒：是一种比较原始的、有生命特征的、能自我复制和活细胞内寄生的非细胞生物。在寄主内表现生命特性，在寄主外表现大分子特性。

2.特点

①无细胞结构，专性活细胞内寄生；②没有酶或酶系统极不完全，不能进行代谢活动；③个体极小，能通过细菌滤器；④对抗生素不敏感，对干扰素敏感；⑤不耐热，55～60℃即可被杀死。知识回顾3.病毒大小及测定方法大小：nm测定方法：超滤法、电镜法、超速离心沉降法和电泳法4.病毒的形态球形颗粒、杆形颗粒和复合型颗粒5.病毒的化学组成核酸+蛋白质知识回顾6.病毒的对称体制螺旋对称、二十面体对称和复合对称7.病毒的群体形态包涵体、噬菌斑、空斑与病斑、枯斑8.病毒的种类动物病毒（①脊椎动物病毒②昆虫病毒）、植物病毒和微生物病毒知识回顾9.病毒（噬菌体）的增殖一般可分五个阶段，即吸附、侵入、增殖、成熟/装配、裂解/释放10.噬菌体与实践第五章微生物的营养与培养基5.1微生物细胞的化学组成5.2微生物的营养物质及其生理功能5.3微生物对营养物质的吸收方式5.4微生物的营养类型5.5培养基基本内容：微生物生长所需要的营养物质，微生物的四种营养类型，微生物吸收营养物质的方式，培养基的配制及类型。基本内容与重点重点和难点：微生物的营养类型，吸收营养物质的方式，培养基的类型。营养物质: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。营养:微生物获得和利用营养物质的过程。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。几个基本概念基本内容5.1微生物细胞的化学组成5.2微生物的营养物质及其生理功能5.3微生物对营养物质的吸收方式5.4微生物的营养类型5.5培养基5.1微生物细胞的化学组成化学元素组成化学物质组成主要元素（macroelement):需求量>10-4mol/L微量元素（microelement)：需求量<10-4mol/LC、O、N、H、P、S、K、Na、Mg、Ga、Cl、FeZn、Mn、Mo、Se、Co、Cu、Ni水碳水化合物蛋白质核酸脂类维生素抗生素无机盐类干物质的元素组成：微生物细胞干物质主要组成元素为碳、氢、氧、氮，约占细胞干重的90%～97%，其余3%～10%为磷、钾等矿质元素。一、微生物的化学元素组成在主要组成元素中，碳、氢元素含量比较稳定，约分别占细胞干物质重量的50%和7%。氮含量变化较大，单细胞微生物的含氮量高于丝状真菌，C/N小于丝状真菌。矿质元素约占细胞干重的3%～10%，其中磷含量最高，约占灰分元素的50%，其次为钾，约占灰分总量的20%，其余元素含量较少。二、微生物中的化学物质组成微生物细胞中水分含量因种类和生长期不同而异。细菌芽孢和霉菌孢子的含水量约为40%。1.水分维持细胞正常生命活性必不可少的重要物质含量：70%～90%（占细胞总重）结合水与细胞中其化合物紧密结合；直接参与细胞的结构组成。自由水以游离态存在；为细胞的新陈代谢提供液态环境。细胞中水的生理功能①作为细胞的组成成分；②细胞生理反应的介质；③直接参与新陈代谢作用；④调节细胞内的温度；⑤维持细胞内蛋白质、核酸等生物大分子天然构象的稳定。2.碳水化合物（carbohydrate）微生物细胞中碳水化合物的含量因微生物种类而异。含量：30%（占干物质）存在方式单糖：己糖（双糖或多糖的基本单位）

戊糖（核糖的组成成分）双糖：荚膜多糖

脂多糖

肽聚糖

纤维素

半纤维素

淀粉

糖元细胞内的生理功能组成细胞结构的物质细胞内贮藏物质作为碳源和能源被微生物分解利用存在部位：细胞壁、细胞膜、细胞质、细胞核含量：40%～80%（占干物质）3.蛋白质（protein）简单蛋白质（simpleproteins）定义：水解后只产生氨基酸的蛋白质包括：球蛋白、鞭毛蛋白以及一些水解酶蛋白等结合蛋白质（conjugatedproteins）定义：水解后不仅可以产生氨基酸，还可以产生其它有机或无机化合物（如碳水化合物、脂质、核酸、金属离子等）的蛋白质。结合蛋白质的非氨基酸部分称为辅酶。包括核蛋白、糖蛋白、脂蛋白蛋白质的功能：①参与微生物细胞的结构组成；②多数以酶的形式存在，催化细胞内各种生理生化反应；③参与营养物质的跨膜运输。4.核酸（nucleicacid）脱氧核糖核酸（DNA）核糖核酸（RNA）类型：脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）含量：10%~15%（占干物质）功能：是生物遗传的物质基础。存在方式原核微生物：裸露、游离、细胞核或细胞质、质粒真核微生物：DNA与蛋白结合，形成与高等生物类似的染色体存在方式RNA一般存在于细胞质中，除少量以游离状态存在外，大多数与蛋白质结合，形成核蛋白体。功能RNA主要参与蛋白质的生物合成。在仅含RNA的某些病毒和类病毒中，RNA决定它们的侵染力和遗传信息的传递。功能细胞型微生物：DNA上携带全部的遗传信息，通过DNA的复制和细胞分裂将遗传信息传递给子代。特点细菌和酵母菌细胞中核酸的含量高于霉菌。在同一种微生物中，RNA的含量常随着生长时期的变化而变化，但是DNA的含量则是恒定的。DNA碱基对顺序、数量和比例通常是不变的，不受菌龄和一般外界因素的影响，DNA碱基比例或G+C的百分比值作为微生物菌种分类鉴定的指标。含量：1%~7%（占干物质），因种类、培养条件而异。存在部位：细胞壁、细胞膜和细胞质5.脂类（lipids）种类脂肪酸：结合糖或蛋白质；以游离状态存在，游离态的脂肪酸也是微生物细胞内的能源物质。磷脂：构成微生物细胞内各种膜的主要成份脂蛋白、脂多糖及固醇：是微生物细胞的重要组分6.维生素（vitamin）：构成细胞内各种酶的辅酶，在微生物代谢过程中起重要作用。7.抗生素（antibiotic）：是对其它微生物有抑制或杀灭作用的一大类微生物次级代谢产物。8.无机盐类（mineral）：在细胞中除少数以游离状态存在之外，大部分都以无机盐的形式存在或结合于有机物质之中。

除上述主要物质之外，有些微生物细胞中还含有色素、毒素等成分。一是结构物质：是构成细胞壁、细胞膜、细胞核、细胞质和细胞器的组成分，包括蛋白质、多糖、核酸和类脂等。二是贮藏物质：主要为多糖和脂类，如淀粉、糖原、脂肪和多聚β-羟基丁酸等。三是代谢底物和产物：包括存在于细胞内的糖、氨基酸、核苷酸、有机酸和维生素等低分子量化合物。小结：微生物中的物质组成基本内容5.1微生物细胞的化学组成5.2微生物的营养物质及其生理功能5.3微生物对营养物质的吸收方式5.4微生物的营养类型5.5培养基化学元素化学物质主要元素（macroelement):需求量>10-4mol/L微量元素（microelement)：需求量<10-4mol/LC、O、N、H、P、S、K、Na、Mg、Ga、Cl、FeZn、Mn、Mo、Se、Co、Cu、Ni水碳水化合物蛋白质核酸脂类维生素抗生素无机盐类细胞的物质组成其营养需求；环境的营养供应影响细胞的物质组成。微生物细胞的物质组成六要素：碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水微生物的营养要素按照营养物质在机体中生理作用的不同，可分成六大类。5.2微生物的营养物质及其生理功能凡能提供微生物营养所需碳元素(碳架)的营养物质称为碳源。碳源谱有机碳无机碳异养微生物自养微生物1.碳源（carbonsource)无机碳：二氧化碳、碳酸盐有机碳：糖类、醇类、有机酸、脂肪、烃类对于为数众多的化能异养微生物来说，碳源也是兼有能源功能的营养物。

目前在微生物工业发酵中所利用的碳源物质主要是单糖、淀粉、麸皮、米糠等。微生物利用的碳源物质主要有糖类、有机酸、醇、脂类、烃、CO2及碳酸盐等。碳素的功能：组成有机分子的C架、提供能量种类碳源物质备注糖葡萄糖、果糖、麦芽糖、蔗糖、淀粉、半乳糖、乳糖、甘露糖、纤维二糖、纤维素、半纤维素、甲壳素、木质素等单糖优于双糖，己糖优于戊糖，淀粉优于纤维素，纯多糖优于杂多糖。有机酸糖酸、乳酸、柠檬酸、延胡索酸、低级脂肪酸、高级脂肪酸、氨基酸等与糖类相比效果较差，有机酸较难进入细胞，进入细胞后绘导致pH下降。当环境中缺乏碳源物质时，氨基酸可被微生物作为碳源利用。醇乙醇、甘油在低浓度条件下被某些酵母菌和醋酸菌利用脂脂肪、磷脂主要利用脂肪，在特定条件下将磷脂分解为甘油和脂肪酸而加以利用烃天然气、石油、石油馏分、石蜡油等利用烃的微生物细胞表面有一种由糖脂组成的特殊吸收系统，可将难溶的烃充分乳化后吸收利用CO2

CO2为自养微生物所利用碳酸盐NaHCO3、CaCO3、白垩等为自养微生物所利用其他芳香族化合物、氰化物、蛋白质、肽、核酸等利用这些物质的微生物在环境保护方面有重要作用2.氮源(nitrogensource)凡能提供微生物生长繁殖所需氮素的营养物质，称为氮源。微生物利用氮源在细胞内合成氨基酸和碱基，进而合成蛋白质、核酸等细胞成分以及含氮的代谢产物。氮源谱有机氮无机氮蛋白质核酸氨基酸尿素几丁质NH3铵盐硝酸盐N2分子态氮：自生固氮菌、根瘤菌按氮源的不同微生物可分为：氨基酸自养型微生物：能利用尿素、铵盐、硝酸盐甚至氮气作为氮源的微生物氨基酸异养微型生物：能利用氨基酸、肽、蛋白质、几丁质等作为氮源的微生物常用的蛋白质类氮源：鱼粉、蚕蛹粉、黄豆饼粉、玉米浆/粉、花生粉、血粉（发酵工业），牛肉浸膏、蛋白胨、酵母浸膏等（实验室中）。它们均为迟效氮，用于代谢。工业生产中，要根据不同的目的加入不同的氮源，而且要调节速效氮与迟效氮的配比。尿素、氨基酸、肽等为速效氮，主要用于菌体生长；常用氮源定义：为微生物生命活动提供最初能量来源的营养物质和辐射能称为能源。能源的功能：为微生物的生命活动提供必需的能量。能源谱化能异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有机物无机物化学物质辐射能化能自养微生物的能源都是一些还原态无机物质。如NH3、NH4+、NO3-、S、H2S、H2和Fe2+等。能利用这些物质的微生物均为细菌，如硝酸细菌、亚硝酸细菌、硫细菌、氢细菌和铁细菌等。3.能源（energysource)微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以满足机体生长需要的有机化合物。生长因子也称为生长素，主要包括维生素、氨基酸和碱基(嘧啶和嘌呤)。生长因子不提供能量，也不参与细胞结构组成，它们大多为酶的组成分，与微生物代谢有着密切关系。4.生长因子(growthfactor)不是所有的微生物生长都需要营养物质，只是为某些微生物所必需，这类微生物细胞内一般缺乏某种酶类，自身不能合成其生长所必需的某种营养成分，只能从外界吸取。广义的生长因子指氮基酸、嘌呤、嘧啶、维生素；狭义的生长因子专指维生素。生长因子的功能构成细胞的组成成分：嘌呤、嘧啶调节代谢，维持正常的生命活动：辅酶生长因子的需求特点自养菌：不需要；异养菌：需要才能长得好；不需要；不但不需要还能自身积累生长因子的来源酵母膏、玉米浆、蔬菜汁、肝脏浸出液等动植物组织提取液；天然培养基如麸皮、米糠、肉汤等都含有比较丰富的生长因子，所以不必另外补充

一是生长因子自养型微生物：能自身合成各种生长素，不需外界供给。通常把这种不需生长素而能在基础培养基上生长的菌株称为野生型或原养型菌株。多数真菌、放线菌和部分细菌属于这种类型。

按微生物与生长因子间的关系将微生物分为3种类型：二是生长因子异养型微生物：自身缺乏合成一种或多种生长素的能力，需外源提供所需生长素才能生长。通常将由于自发或诱发突变等原因从野生型菌株产生的需要特定生长素才能生长的菌株称为营养缺陷型菌。乳酸菌、各种动物病原菌和支原体等属于生长因子异养型微生物；三是生长因子过量合成微生物：它们在代谢活动中向细胞外分泌大量的维生素等生长因子，可用于维生素的生产。如阿舒假囊酵母的维生素B2产量可达2.5g/L发酵液。其主要功能：①构成微生物的细胞结构；②酶活性基的组成分和酶的激活剂；③调节细胞渗透压、pH值和氧化还原电位；④化能自养菌的能源(S、Fe2+等)。是微生物生命活动不可缺少的物质。微生物细胞中的矿质元素约占细胞干重的3%～10%。5.无机盐/矿质元素（mineralsalts)需要浓度在10-3～10-4mo1/L范围内的元素称为大量元素，包括P、S、K、Na、Ca、Mg、Fe；需要浓度为10-6～10-8mo1/L范围内的元素，称为微量元素，包括Cu、Zn、Mn、Mo、Co、B等10种。根据微生物对矿质元素需要量的大小将其分为两类:生理功能主要有：①溶剂与运输介质的作用；②参与细胞内一系列化学反应；③维持蛋白质、核酸等生物大分子稳定的天然构象；④热的良好导体；⑤通过水合作用与脱水作用控制由多亚基组成的结构6.水基本内容5.1微生物细胞的化学组成5.2微生物的营养物质及其生理功能5.3微生物对营养物质的吸收方式5.4微生物的营养类型5.5培养基5.3微生物对营养物质的吸收方式微生物从外界摄取营养物质的方式随微生物类群和营养物质种类而异，可归纳为吞食和渗透吸收两种类型。

多数原生动物能直接以细胞质膜包围并吞食营养物。

绝大多数微生物以渗透方式吸收营养物质。营养物质能否进入细胞取决于三个方面的因素：①营养物质本身的性质（相对分子量、质量、溶解性、电负性等;②微生物所处的环境（温度、pH等）；③微生物细胞的透过屏障（原生质膜、细胞壁、荚膜等）。根据物质运输过程的特点，可将物质的运输方式分为:被动扩散促进扩散主动运输基团转位营养物质通过原生质膜（一种半透性膜）上的小孔，由高浓度的胞外环境向低浓度的胞内进行扩散。1．被动扩散（单纯扩散，自由扩散，passivediffusion）自由扩散的特点：①营养物顺浓度梯度进行运送，即由高浓度向低浓度运送；②不需要能量；③不需要载体；④对营养物无选择性。被动、可逆可以自由扩散进入细胞的物质（小分子物质）：水是可以通过自由扩散通过原生质膜的分子。脂肪酸、乙醇、甘油、一些气体（O2、CO2）及某些氨基酸在一定程度上也可通过自由扩散进出细胞。

2．促进扩散（facilitateddiffusion)养料通过与细胞质膜上透过酶(Permease,或称载体蛋白)的可逆性结合从高浓度环境进入低浓度环境的传递过程称为促进扩散。图5-1促进扩散示意图

①营养物顺浓度梯度运送，不需要能量；②需要载体参与；③特异性。即一定的透过酶只能与一定的养料离子或结构相近的分子结合；④当膜外养料浓度过高时，由于透过酶数量有限而表现出饱和效应。促进扩散的特点：被动、需载体、专一、可逆

通过促进扩散进入细胞的营养物质主要有氨基酸、单糖、维生素及无机盐等。一般微生物通过专一的载体蛋白运输相应的物质，但也有微生物对同一物质的运输由一种以上的载体蛋白来完成。可以通过促进扩散进入细胞的物质（非脂溶性的物质）：3．主动运输（activetransport）在代谢能的推动下，通过质膜上的特殊载体蛋白逆浓度梯度吸收营养物质的过程称为主动运输。机制（1）载体蛋白质与营养物质的复合物在细胞膜内吸收能量变形，释放出营养物质；（2）载体蛋白质结合营养物质后自身变形，吸收能量使唤载体蛋白质对营养物质亲和力下降，释放出营养物质，恢复构象。图5-2主动运输示意图细胞膜外细胞膜内①特异性，即养料与载体蛋白间存在着专一对应的关系；②消耗能量；③逆浓度梯度运输；④能改变养料运输反应的平衡点。主动运输的特点：主动运输是广泛存在于微生物中的一种主要的物质运输方式。可逆、消耗能量、专一促进扩散与主动运输的区别主动运输促进扩散消耗能量是不逆浓度运输能不能新陈代谢抑制剂阻止作用能不能获得能量的途径（1）氧化磷酸化或光合磷酸化形成质子动力：膜两侧形成H+浓度梯度；（2）ATP水解；（3）Na+浓度梯度图5-3Na-K-ATP酶系统示意图ATPADPMg2+EE'E'EEP外内4．基团转位（grouptranslocation)基团转移是一种需要特异性载体蛋白和消耗能量、逆浓度梯度的运输方式，养料在运输前后分子结构发生改变，因而不同于主动运输。基团移位的特点与物质：

基团转移主要存在于厌氧型和兼性厌氧型细胞中，主要用于糖的运输，脂肪酸、核苷、碱基等也可以通过这种方式运输。PEP（磷酸烯醇丙酮酸）+HPrEI，Mg2+Pyr（丙酮酸）+P-HPrP-HPr+糖EII糖-6-磷酸+HPr四种运送营养方式的比较比较项目被动扩散

促进扩散

主动运输

基团转位特异载体蛋白无有 有 有

运送速度 慢快 快 快 溶质运送方向由浓至稀由浓至稀由稀至浓 由稀至浓

平衡时内外浓度内外相等内外相等内部高 内部高 运送分子 无特异性特异性特异性 特异性 能量消耗 不需要需要 需要 需要 运送前后溶质分子不变不变 不变 改变 载体饱和效应 无 有 有有 与溶质类似物无竞争性有竞争性有竞争性有竞争性 运送抑制剂 无 有 有 有 运送对象举例水、O2

糖、SO42-氨基酸、乳糖葡萄糖\嘌呤基本内容5.1微生物细胞的化学组成5.2微生物的营养物质及其生理功能5.3微生物对营养物质的吸收方式5.4微生物的营养类型5.5培养基5.4微生物的营养类型微生物的营养类型比高等生物复杂。按不同分类方法可将微生物分成不同类型。按能源分光能营养型化能营养型按碳源分自养型异养型光能自养型(photolithoautotrphy)光能异养型(photoorganoheterotrphy)化能自养型(chemolithoautotrphy)化能异养型(chemoorganoheterotrophy)根据碳源、能源及电子供体性质的不同，可将微生物分为以下4种营养类型：能以CO2为唯一或主要碳源；通过光合作用获取生长所需要的能量；以无机物如水（蓝细菌）、H2、H2S（绿硫细菌、红螺细菌）、S等作为供氢体或电子供体，使CO2还原为细胞物质。1.光能自养型（光能无机营养型，photoautotrophs

）例如：藻类及蓝细菌等和植物一样，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。

红硫细菌，以H2S为电子供体，产生细胞物质，并伴随硫元素的产生。蓝细菌：CO2+2H2O光能叶绿素[CH2O]+H2O+O2↑绿硫细菌：CO2+2H2S光能菌绿素[CH2O]+H2O+2SCO2+2H2A光能菌绿素[CH2O]+H2O+2A不能以CO2为主要或唯一碳源；以有机物作为供氢体，利用光能将CO2还原为细胞物质；在生长时大多数需要外源的生长因子；2H3CH3CCHOH+CO2光能光合色素2CH3C0CH3+[CH2O]+H2O例如：红螺菌属中的一些细菌能利用异丙醇作为供氢体，将CO2还原成细胞物质，同时积累丙酮。2．光能异养型（光能有机营养型，

photoheterotrophs

）3．化能自养型（化能无机营养型，chemoautotrophs）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CO2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NO2-等作为电子供体使CO2还原成细胞物质。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中生长。有机物的存在对它们有毒害作用。它们广泛分布于土壤及水环境中,参与地球物质循环。硝化细菌（Nitrobacteria）：能氧化胺盐或亚硝酸获得能量。亚硝化细菌：2NH4+

＋3O2→2NO2-＋2H2O＋4H+

＋552.3kJ硝化细菌：NO2-+1/2O2→NO3-+75.7kJ硫化细菌(Thiobacillus)：能氧化还原态无机硫化物（H2S、S、S2O3-和SO3-等）以获得能量的好气性细菌及兼厌气性细菌H2S+1/2O2=H2O+S+209.6kJS+3/2O2+H2O=H2SO4+626.8kJ铁细菌(Crenothrix)：从氧化Fe2+为Fe3+的过程中获取能量。2Fe2++1/2O2+2H+=2Fe3+

+H2O+88.7kJ氢细菌（Hydrogenbacteria）：具有氢化酶，能够氧化氢，以此获取能量H2+1/2O2=H2O+237.2kJ有机物通常既是碳源也是能源大多数细菌、真菌、原生动物和所有致病微生物都是化能异养型微生物；利用有机物作为能源和碳源；能源：自有机物的氧化分解，ATP通过氧化磷酸化产生；碳源：有机碳化物，如淀粉、糖类、纤维素、有机酸等；电子供体：有机物电子受体：O2、NO3-

、SO42-或有机物。4．化能异养型（化能有机营养型，chemoheterotrophs）腐生性微生物：从无生命的有机物中获取营养物质。引起食品腐败变质的某些霉菌和细菌。寄生性微生物：必须寄生在活的有机体内，从寄主体内获得营养物质，营寄生生活。分为专性寄生和兼性寄生两种

C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O+能量微生物营养类型营养类型能源供氢体基本碳源实例光能无机营养型光无机物CO2蓝细菌、藻类、紫硫细菌光能有机营养型光有机物CO2及简单有机物红螺菌化能无机营养型化学能（无机物)无机物CO2硝化细菌、硫细菌、铁细菌、氢细菌化能有机营养型化学能（有机物）有机物有机物大多数非光合细菌、全部真菌、原生动物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CO2；自养型微生物也并非不能利用有机物进行生长；有些微生物的营养类型也会随生长条件的改变发生改变；例如紫色非硫细菌(purplenonsulphurbacteria)：没有有机物时，同化CO2，为自养型微生物；有有机物存在时，利用有机物进行生长，为异养型微生物；光照和厌氧条件下，利用光能生长，为光能营养型微生物；黑暗与好氧条件下，依靠有机物氧化产生的化学能生长，为化能营养型微生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划分异养型微生物和自养型微生物的标准不在于它们能否利用CO2，而在于它们是否能够利用CO2作为唯一的碳源。基本内容5.1微生物细胞的化学组成5.2微生物的营养物质及其生理功能5.3微生物对营养物质的吸收方式5.4微生物的营养类型5.5培养基5.5

培养基（medium)培养基(culturemedium)：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。培养基几乎是一切对微生物进行研究和利用工作的基础。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、能源、无机盐、生长因子、水（一）原则目的明确营养协调理化适宜经济节约一、选用和设计培养基的原则和方法确定研究目的，明确微生物的营养类型，同时应该了解微生物的类群、生活环境。查阅大量文献，总结和借鉴前人工作经验具体问题具体分析，本着既要满足微生物的生长繁殖或积累大量代谢产物的要求，同时又要降低成本的原则考察因素：碳源、氮源、碳氮比、矿质营养、微量元素、生长因子、酸碱度、渗透压以及氧化还原电位1.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。培养化能自养型的氧化硫杆菌的培养基组成为：S10gMgSO4.7H2O0.5g（NH4）2SO40.4gFeSO40.01gH2PO44gCaCl20.25gH2O1000ml培养化能异养的大肠杆菌一种培养基是由下列化学成分组成葡萄糖5gNH4H2PO41gNaCl5gMgSO4.7H2O0.2gK2HPO41gH2O1000ml常见的培养四大类微生物的培养基细菌（牛肉膏蛋白胨培养基）：牛肉膏3g蛋白胨10gNaCl5gH2O1000ml放线菌（高氏1号）淀粉20gK2HPO40.5gNaCl0.5gMgSO4.7H2O0.5gKNO31gFeSO40.01gH2O1000ml酵母菌(麦芽汁培养基)干麦芽粉加四倍水，在50℃--60℃保温糖化3-4小时，用碘液试验检查至糖化完全为止，调整糖液浓度为10。巴林，煮沸后，沙布过滤，调PH为6.0。霉菌（查氏合成培养基）NaNO33gK2HPO41gKCl0.5gMgSO4.7H2O0.5gFeSO40.01g蔗糖30gH2O1000ml2.营养协调培养基中营养物质浓度合适时微生物才能生长良好，营养物质浓度过低时不能满足微生物正常生长所需，浓度过高时则可能对微生物生长起抑制作用。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繁殖和代谢产物的形成和积累，其中碳氮比（C/N）的影响较大。碳氮比指培养基中碳元素与氮元素的物质的量比值，有时也指培养基中还原糖与粗蛋白之比。如果培养基用于大规模的发酵生产，用作“种子”培养基，一般营养成分应丰富，其C/N应较低；如果用来大量生产代谢产物，培养基中C/N应高些。3.理化条件适宜pH水活度氧化还原电位a.pH培养基的pH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。通常培养条件：

细菌：pH7.0-8.0放线菌：pH7.5-8.5酵母菌：pH3.8-6.0霉菌：pH4.0-5.8加入磷酸缓冲液，可将pH稳定在6.0-7.6之间；加入CaCO3作为备用碱，也可以加NaHCO3来调节。为了维持培养基pH的相对恒定，通常在培养基中加入pH缓冲剂，或在进行工业发酵时补加酸、碱。---通过在培养基中加入某特殊成分来调节pH，叫内源调节。b.水活度在天然环境中，微生物可实际利用的自由水或游离水的含量。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：αw=Pw/Pow式中Pw代表溶液蒸汽压力,POw代表纯水蒸汽压力。纯水αw为1.00,溶液中溶质越多,αw越小。微生物一般在αw为0.60～0.99的条件下生长,αw过低时,微生物生长的迟缓期延长,比生长速率和总生长量减少。微生物不同，其生长的最适αw不同。c.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好氧性微生物：+0.1伏以上时可正常生长,以+0.3～+0.4伏为宜；厌氧性微生物：低于+0.1伏条件下生长；兼性厌氧微生物：+0.1伏以上时进行好氧呼吸,+0.1伏以下时进行发酵。氧化还原电位又称氧化还原电势，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，其单位是V（伏）或mV（毫伏）。4.经济节约以粗代精以野代家以废代好以简代繁以氮代朊以纤代糖以烃代粮以国代进（二）方法生态模拟查阅文献精心设计试验比较（三）条件优化的实验设计优化的内容生长条件、发酵条件营养条件：碳源、氮源、无机盐、生长因子、碳氮比

种类、含量环境条件：温度、pH、溶氧（转速、装液量）、接种量

因素、水平操作方式：静置培养、摇床培养；流加策略

优化的方法单因素试验设计：固定其它因素，只变动一个因素了解趋势、确定范围多因素试验设计：多个因素同时在变动

了解相互影响、确定组合水平

（三）条件优化的实验设计单因素实验多因素组合实验正交试验、Box-Behnken中心组合设计、响应面分析（Design-Expert软件）筛选出重要因素Plackett-Burman设计法单因素实验多因素组合实验单因素试验正交试验多因素组合设计多因素中心组合设计注意事项1.碳源工业生产或以获得微生物代谢产物为主要目的时，碳源常以农副产品为主，如玉米粉、淀粉、麦麸等。加入糖类时，需采用适当的灭菌方法：有些糖类，如葡萄糖和木糖等在高温高压下很容易被破坏，多糖和双糖也容易被水解。2.氮源除了培养固氮菌可以不必在培养基内添加氮源之外，培养其它微生物时均需加入无机氮源或有机氮源。氨盐一般适合作为细菌生长的氮源。而大多数真菌既可以利用铵盐，又可以利用硝酸盐。细菌虽然能够利用无机氮源生长，但生长效果却不如利用有机氮源。在选择氮源时需注意速效、长效氮源相搭配，以便更好地为微生物提供氮素营养。3.碳氮比如果微生物代谢产物中含碳量比较高，配制培养基时，碳氮比就需要维持较高水平；如果微生物代谢产物中含氮量较高，配制培养基时，碳氮比宜相对降低一些。发酵工业中培养基的C/N比通常为100：0.5～2。对于同一种微生物，不同的碳氮比会直接影响微生物菌体的生长或代谢产物的积累。通过调节培养基中的C/N比可以满足不同发酵阶段的不同要求。4.矿质元素磷、硫、钙、镁、钾等矿质元素在细胞干物质所占比例在0.5%以上，因而在配方中必须体现。矿质元素一般以无机盐的形式添加到培养基中，同时添加时还应当统筹考虑一种盐类所能提供的阴阳离子。通常在培养基中加入KH2PO4、K2HPO4

和MgSO4以提供磷、硫、镁和钾等矿质元素。如果同时加入铁或钙盐，就需加大上述三种化合物用量。在培养基内除特别需要外，不需额外加入微量元素，因为配制培养基的水、有机物以及试剂杂质中均含有许多微量元素。过量的微量元素对微生物细胞会产生毒害作用。5.生长因子在培养基配制时，通常在培养基内加入酵母膏、牛肉膏或酪蛋白水解物。这些物质能提供微生物生长所需的维生素、氨基酸和嘌呤、嘧啶等生长因子。动植物组织浸液，如心脏、肝、西红柿和蔬菜的浸液都含丰富的生长因子。6.pH值除了调节培养基的初始pH外，还应考虑培养基灭菌后以及发酵过程中pH值的变化。在培养基中通常加入一些缓冲剂或不溶性的碳酸盐，以维持pH值的恒定。在产酸的发酵过程中常加入适量的CaCO3。7.渗透压虽然大多数细菌能耐受较大幅度的渗透压变化，但也要注意培养基中有机物质和无机盐离子浓度。细菌在好气生长时消耗大量营养物质，使培养基的渗透压降低，但在培养基内，如果同时含有足够量的食盐，就可阻止渗透压低落到影响细菌正常生长的程度。等渗溶液最适合微生物生长，一般常用的培养基渗透压都能满足微生物的生长要求。8.氧化还原电位好氧性微生物:Φ值为+0.3V～+0.4V厌氧性的微生物:Φ值低于+0.1V兼性厌氧微生物:Φ值为+0.1V以上时进行好氧呼吸，+0.1V以下时进行发酵作用。培养好氧性微生物时可通过增加通气量（如振荡培养、搅拌等）或加入氧化剂来提高培养基的氧化还原电位；培养厌氧性微生物时可在培养基中加入抗坏血酸、硫化钠、铁粉、半胱氨酸、谷胱甘肽等还原性物质来降低氧化还原电位。低成本的原料更能体现出其经济价值:糖蜜、乳清、豆制品工业废液及黑废液、废水、废渣、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。一般培养基采用121℃灭菌15min～30min。长时间高温处理会使某些不耐热的营养物质遭到破坏。含糖培养基常在112℃灭菌15min～30min。某些对糖类要求较高的培养基可先将糖进行过滤除菌或间歇灭菌，再与其它已灭菌的营养物质混合。长时间高温处理还会引起磷酸盐、碳酸盐与某些阳离子（特别是钙、镁、铁离子）结合形成沉淀，可加入少量的鳌合剂，以防沉淀。常用的鳌合剂为乙二胺四乙酸（EDTA）；也可以将含钙、镁、铁等离子的成份与磷酸盐分别进行灭菌，然后再加以混合，以避免沉淀的生成。高压蒸汽灭菌法培养基灭菌过程中，泡沫的产生会影响灭菌效果，因为泡沫中的空气会形成隔热层，致使泡沫中存在的微生物难以被杀死。有时需要在培养基中加入消泡剂以减少泡沫的产生，或者适当提高灭菌温度、延长灭菌时间，以达到彻底灭菌的目的。低水分含量的物料需要的灭菌时间较长。（一）按培养基的成分区分天然培养基合成培养基半合成培养基二、培养基的种类用各种动物、植物和微生物材料制作的成分含量不完全清楚且变化不定的营养基质称为天然培养基。

优点：取材广泛，营养丰富，经济简便，微生物生长迅速，适合各种异养微生物生长；

缺点：成分不完全清楚，成分和含量不确定，用于精细实验时重复性差。稳定性常受原料产地或批次等因素的影响，另外自养型微生物一般不能在上面生长繁殖。1.天然培养基（naturalmedium，complexmedia,undefinedmedia)（一）按培养基的成分区分仅适用于实验室的一般粗放性实验和工业生产中制作种子和发酵培养基。

常用于细菌培养的牛肉膏蛋白胨琼脂培养基就是一种天然培养基(牛肉膏，3.0g；蛋白胨，5.0g；琼脂，20g；水，1000ml)。制备天然培养基的主要原料有：牛肉膏、麦芽汁、蛋白胨、酵母膏、玉米粉、麦麸、各种饼粉、马铃薯、牛奶、血清等。2.合成培养基（chemacaldefinedmedia，syntheticmedium)化学试剂配制的营养基质称为合成培养基。

特点:化学成分和含量完全清楚且固定不变，适于微生物生长繁殖。

优点:成分清楚、精确、固定，重现性强，适用于进行营养、代谢、生理生化、遗传育种及菌种鉴定等精细研究。缺点:一般微生物在合成培养基上生长缓慢，许多营养要求复杂的异养型微生物在合成培养基上不能生长。（一）按培养基的成分区分用于氧化硫硫杆菌培养的斯塔克(Starkey)培养基就是一种合成培养基：硫磺粉10g

(NH4)2SO40.2g

KH2PO43.0g

MgSO4·7H2O0.5g

Fe2(SO4)3·9H2O0.01g

CaCl20.25g

蒸馏水1000ml

pH2.0～3.5用天然有机物提供碳、氮源和生长素，用化学试剂补充无机盐配制的营养基质称为半合成培养基。在合成培养基中，加入某种或几种天然成分，或者在天然培养基中，加入一种或几种已知成分的化学药品即为半合成培养基。该培养基能充分满足微生物的营养要求，大多数微生物都能在此类培养基上良好生长。3.半合成培养基（semi-definedmedia，semi-syntheticmedium)（一）按培养基的成分区分马铃薯葡萄糖培养基（PDA）、培养放线菌的高氏一号培养基、加入琼脂的合成培养基(二）按培养基的物理状态区分固体培养基半固体培养基液体培养基1.固体培养基（solidmedium）外观呈固体状态的培养基称为固体培养基。根据菌体的性质将固体培养基分为4种类型：凝固培养基

非可逆性凝固培养基天然固体培养基滤膜(二）按培养基的物理状态区分理想凝固剂的条件:①不被微生物液化分解和利用；②高温灭菌不改变性状；③透明度好，粘着性强。

向液体培养基中加入琼脂或明胶形成的遇热融化冷却后凝固的固体培养基称为凝固培养基。琼脂和明胶的用量分别为1.5%～2.0%和5%～12%。

常用凝固剂为琼脂。琼脂又名洋菜，是从石花菜中提炼出来的，化学成分为多聚半乳糖硫酸酯，绝大多数微生物不能利用琼脂作碳源。明胶的化学成分为蛋白质，易被微生物用作氮源，融化温度偏低(25℃)，凝固效果不及琼脂。①凝固培养基②非可逆性凝固培养基

由血液或无机硅胶凝固形成的固体培养基称为非可逆性凝固培养基。这类培养基凝后不能再融化。无机硅胶平板专门用于化能自养微生物的分离与纯化。③天然固体培养基

由天然固态物质直接制成的培养基称为天然固体培养基。例如麸皮、米糠、木屑、大米、麦粒、马铃薯片及胡萝卜条等天然材料均属天然固体培养基。④滤膜：这是一种坚韧且带有无数微孔的醋酸纤维薄膜。将其制成圆片浸在含培养液的纤维素衬垫上，就形成了具有固体培养基性质的营养滤膜。固体培养基可用于微生物分离、鉴定、测数、菌种保藏及微生物产品的固态发酵等。凝固剂含量较低，静止时呈固态，剧烈振荡后呈流体态的营养基质称为半固体培养基。该培养基的琼脂加入量约为0.2%-1%。半固体培养基常用于细菌运动性观察及微生物的趋化性研究等。2.半固体培养基（semi-solidmedia)呈液体状态的培养基称为液体培养基。其中的成分基本上溶于水，没有明显的固形物。主要用于生理代谢研究及获得大量菌体；工业发酵多采用液体培养基。3.液体培养基（liquidmedia)（三）根据培养基的营养是否完全分类基本培养基补充培养基完全培养基（1）基本培养基（minimalmedium）

基本培养基也称“最低限度培养基”,它只能保证某些微生物的野生型菌株(wildtypestrain)正常生长，是含有能满足野生菌株生长的最低营养成分的合成培养基。常用“〔－〕”表示。这种培养基往往缺少某些生长因子，所以经过诱变筛选出的营养缺陷型（auxotroph）菌株不能在基本培养基上生长繁殖。（2）完全培养基（completemedium）在基本培养基中加入一些富含氨基酸、维生素和碱基之类的天然物质（如酵母膏、蛋白胨等），即加入生长因子就可以成为完全培养基。完全培养基可以满足各种微生物营养缺陷型菌株的生长需要。常以“〔＋〕”表示。所有微生物均可以在完全培养基上生长繁殖。（3）补充培养基（supplementedmedium）往基本培养基中有针对性地加进某一种或某几种营养成分，以满足相应的营养缺陷型菌株生长的需要，这种培养基称为补充培养基。常用某种成分如“〔A〕”、“〔B〕”表示。（四）根据培养基的用途分类鉴别培养基选择培养基增殖培养基1.增殖培养基（加富培养基，