微生物的营养与培养基

1、第四章 微生物的营养与培养基,本章教学目标：,1. 了解微生物细胞的化学组成。 2. 理解微生物的营养要素及功能。 3. 理解微生物吸收营养物质四种方式的性质和特点。 4. 理解微生物生长曲线及生长特点。 5. 掌握微生物培养基的分类、常用培养基以及应用。 教学学时：5学时,教学重难点：,重点： 1.掌握微生物营养要素及碳源谱、氮源谱中主要的培养基原料； 2.着重掌握培养的有关知识，包括培养基配制方法和注意事项； 3.领悟培养基的设计与微生物纯培养技术之间的重要关系。 难点：碳源、氮源、能源、生长因子，选用和设计培养基的原则和方法，选择性和鉴别性培养基及作用原理。,营养(nutrition)：

2、 生物体从外部环境中摄取生命活动必需的物质和能量，以满足正常生长、繁殖和各种生理活动之所需。 广义地说，营养是微生物获得和利用营养物的过程，是微生物维持和延续其生命形式的一种基本生理过程。 营养物(nitrient)： 具有营养功能的物质和能量（指光能对微生物来说）,第一节 微生物的营养六要素,1. 微生物菌体的化学组成元素水平,主要元素：碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙等,微量元素：锌、锰、氯、钼、硒、钴、铜等,占细胞干重的97%,2 微生物的营养要素,营养六要素：碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水,按照营养物质在菌体中生理作用的不同，可将它们分成六大类：,无论从元素水平还是营养要素水

3、平，微生物的营养要求与摄食型的动物（含人类）和光合自养型的植物都十分接近。 生物之间存在“营养上的统一性”,（一） 碳源,在微生物生长繁殖过程中，能为其提供碳素营养来源的物质称碳源。即，是用来构建菌体物质中或代谢产物中的碳素骨架的营养物质。,碳源谱,有机碳 C.H.O,无机碳 C.O,C.O.X,异养微生物,自养微生物,微生物利用的碳源物质主要有糖类、有机酸、醇类、脂类、烃类、蛋白质、氨基酸、核酸以及CO2、 碳酸盐等等。 从微生物的整体来看，可利用的碳源物质的范围称碳源谱。,可以无机碳源提供主要碳素营养的自养微生物（较少）,自然界中，利用有机碳源的微生物种类占绝大多数。其中必须以有机碳源提供

4、碳素营养的异养微生物（绝大多数）；,从整体上看，微生物是自然界中碳源谱最广的生命形式。 从某种角度来说，世界上存在的所有有机物，几乎没有微生物不能利用的！ 微生物的生物多样性,对大多异养菌来说，其最适碳源是“C.H.O”型碳源，其中： 糖类最广泛、最经济 酸醇脂类次要 糖类中： 单糖双糖、多糖 己糖戊糖 葡萄糖、果糖半乳糖、甘露糖等 淀粉纤维素、几丁质等 一般不把含蛋白质、氨基酸的牛肉膏、蛋白胨等原料降格做碳源使用。,目前在微生物发酵工业中所利用的碳源物质主要有单糖、蔗糖、淀粉、糖蜜、麸皮、米糠.,注意：,“碳源谱广泛”是针对整个微生物界来说的，对某一具体微生物来说，差异很大。 对一切异养菌来

5、说，其碳源可同时兼作能源，因此碳源是它们的双功能营养物。 对天然来源的碳源营养物（如糖蜜、淀粉质原料）来说，除主要提供碳源营养外，其中还含有氨基酸、无机盐等多种营养成分。,在微生物生长繁殖过程中，能为其提供氮素营养来源的物质称氮源。即，是用来满足菌体物质中或代谢产物中的氮素需要的营养物质。,（二）氮源,氮源谱,有机氮 N.C.H.O,无机氮 N.H，N.O,NH3 铵盐（NH4+）PH 硝酸盐（NO3-）PH N2,蛋白质 核酸 氨基酸 尿素,固氮菌 能利用 游离的 氮,大多病原菌 需要有机含 氮化合物,一般而言，能利用有机氮的也可以利用无机氮 但是，能利用无机氮的不一定能利用有机氮。,对大多

6、数异养菌来说，其最适氮源是“N.C.H.O”型或“N.C.H.O.X”型氮源(有机氮源) “N.H”型氮源(无机氮源，如NH4+)次之。 食品与发酵工业中，异养型微生物培养基最常用的有机氮源是：铵盐、硝酸盐、尿素、氨基酸、牛肉膏、蛋白胨、酵母膏及饼粕粉（黄豆饼、花生麸）、蚕蛹粉、鱼粉等。,氨基酸自养型生物：不需要氨基酸做氮源，能利用尿素、铵盐、硝酸盐甚至氮气等自行合成所需氨基酸的生物。,氨基酸异养型生物：需要从外界吸收现成的氨基酸做 氮源才能满足需要的。,按对氨基酸的需要的不同，可将微生物生物分为：,（三）能源,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，称能源。,能源谱,化学物质

7、,辐射能,化能异养微生物的能源,有机物,无机物,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,单功能营养物：如光能 多功能营养物：如铵盐、氨基酸等,（四） 生长因子,微生物生长所必需的、但其自身不能合成或合成量不足以满足机体生长需要的、需要量很小的有机化合物，如维生素、氨基酸、碱基、菑醇等.,微 生 物 生长因子 需要量（ /ml） III型肺炎链球菌（Streptococcus pneumoniae）胆碱 6 ug 金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus） 硫胺素 0.5ng 白喉棒杆菌（Cornebacterium diphtherriae） B-丙氨酸 1.5

8、ug 破伤风梭状芽孢杆菌（Clostridium tetani） 尿嘧啶 0-4ug 肠膜状串珠菌（Leuconostoc mesenteroides） 吡哆醛 0.025ug,广义的生长因子 维生素、生物碱、卟啉、甾醇、短链的分支或直链脂肪酸、氨基酸等 狭义的生长因子仅指维生素 生长因子自养型微生物：多数真菌、放线菌和不少细菌。 生长因子异养型微生物：乳酸菌、营养缺陷型突变株及致病菌等。 生长因子过量合成的微生物：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B2，谢氏丙杆菌、有些链霉菌生产B12等。,配制培养基时，常使用生长因子丰富的天然物质制备物作为补充生长因子的培养基成分。

9、如：酵母膏、玉米浆、麦芽汁、肝浸液等。,（五） 矿质元素,参与微生物中氨基酸和酶活性集团的组成,调节渗透压、pH值、氧化还原电位等,作为自养菌的能源,除C、H、O外的元素，有时又称无机盐，其基本作用：,构成菌体成分,配制培养基时，大量元素一般首选K2HPO4、MgSO4等，可同时提供4种大量元素。P一般需要0.0050.01 mol/L， 无机合成培养基中，S的来源常来自硫酸镁、硫酸亚铁、硫酸锰，浓度0.001 mol/L 。 常用天然水、自来水来配制培养基以提供各种微量元素.,微量元素 在微生物生长过程中起重要作用，而机体对这些元素的需要量极其微小的元素，需要量通常在10-610-8mol/

10、L，如： 锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等。,根据微生物对矿质元素需要量的大小，可分为：,大量元素：Na、K、Mg、Ca、S、P、Fe。 需要量常在10-4 10-3mol/L。,一些无机盐离子的功能,P，平衡代谢，提高葡萄糖的利用率。 S，合成含硫氨基酸（如胱氨酸）、辅酶的活性基（如辅酶A、谷胱甘肽）以及一些维生素（硫胺素、生物素等）。 Mg，维持某些酶的活性（如磷酸化酶）。 K、Na，酶的激活剂，促进碳水化合物代谢，维持细胞质的胶体状态及细胞渗透压。 Fe，参与细胞色素氧化酶的活性基铁卟啉的组成。,无机元素（除碳、氮源外）的来源和功能,（六） 水,生理功能主要有：,起到溶剂与运

11、输介质的作用；,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；,通过水合作用与脱水作用控制由多亚基组成的结构.,高比热、高汽化热等，以保证微生物的生命活动；,微生物细胞含水量很高，细菌、酵母和霉菌菌体分别是80%、75%和85%，而霉菌孢子含水39%，细菌芽孢含水很低，约为30%左右。,水分活度aw表示天然或人为环境中微生物可实际利用的游离水的含量。,同温同压下，某溶液的蒸气压（P）与纯水蒸气压（P0）之比：,aw= P/ P0,纯水的aw=1,无水产品，水蒸气压为零， aw=0,0aw1,各类微生物aw范围：0.6000.998,第一节 微生物的营养类型,异养型生物

12、,自养型生物,生长所需要的营养物质,生长过程中能量的来源,光能营养型,化能营养型,根据微生物生长所需要的主要营养要素即碳源和能源的不同，可以将微生物划分为不同的营养类型：,根据碳源、能源及电子供体性质的不同， 可将微生物分为：,光能无机自养型(photolithoautotrophy),光能有机异养型(photoorganoheterotrophy),化能无机自养型(chemolithoautotrophy),化能有机异养型(chemoorganoheterotrophy),1光能无机自养型 （光能自养型）,能以CO2为唯一或主要碳源；,进行光合作用获取生长所需要的能量；,以无机物如H2、H2

13、S、S等作为供氢体或电子供体，使CO2还原为构成细胞物质的有机物；,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。 而红硫细菌、紫硫细菌，以H2S为电子供体，产生细胞物质，并伴随硫元素的产生。,CO2+ 2H2S,光能,光合色素, CH2O + 2S+ H2O,2CO2+ H2S+ 2H2O,光能,菌紫素,2 CH2O + H2SO4,2光能有机异养型（光能异养型）,不能以CO2为主要或唯一的碳源；,以有机物（甲酸、乙酸、甲醇、异丙醇等 ）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；,例如，红螺菌属中的一些细菌

14、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。,2CH3CHOHCH3 + CO2,光能,光合色素,2 CH3C0CH3 + CH2O + H2O,3化能无机自养型（化能自养型）,生长所需要的能量来自无机化合物如铵、亚硝酸盐、硫化氢、铁离子等氧化过程中释放出的化学能；,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。它们广泛分布于土壤及水环境中,参 与地球物质循环，如硫细菌、硝化细菌、铁细菌等。,产甲烷菌,4化能有机异养型（化能

15、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学能；,生长所需要的碳源主要是一些有机化合物，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；,大多数细菌、真菌、原生动物都是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；,结核杆菌,不同营养类型之间的界限并非绝对的,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；,有些微生物在不同生长条件下生长时,其营养类型也会发生改变:,例如紫色非硫细菌(purple nonsulphur bacteria)： 无有机物时，同化CO2， 为自养型微生物； 有机物存在时，利用有机物进行生

16、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； 黑暗与有氧条件下，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有利于提高其对环境变化的适应能力,微生物的营养类型,第二节 微生物营养物质的转运,营养物质能否进入细胞取决于三个方面的因素：,营养物质本身的性质（相对分子量、质量、溶解性、电负性等;,微生物所处的环境（温度、pH等）；,微生物细胞的透过屏障（原生质膜、细胞壁、荚膜等）。,除原生动物外，各种微生物都是通过细胞膜的渗透和选择性吸收作用而从外界吸收营养物质的。,根据物质运输过程的特点，可将微生物营养 物质的运输方式分为：,单纯扩散,

17、促进扩散,主动运输,基团转移,不耗能运输,耗能运输,呼吸作用转运,1单纯扩散（自由扩散、简单扩散）,原生质膜是一种半透性膜，营养物质通过原生质膜上的小孔，通过物理扩散方式由高浓度的胞外环境向低浓度的胞内进行扩散。,特点,不消耗能量；不需要载体；,不能逆浓度运输；运输速率与膜内外 物质的浓度差成正比；,物质在扩散过程中没有发生任何变化；,水是唯一可以通过自由扩散穿过原生质膜的分子；另外脂肪酸、乳酸、乙醇、甘油、戊糖分子、一些气体（O2、CO2）及某些氨基酸分子在一定程度上也可通过自由扩散进出细胞。,8埃,8埃,2促进扩散,特点,不消耗能量,需要载体参与,不能进行逆浓度运输,运输速率与膜内外物质的

18、浓度差成正比,参与运输的物质的分子结构不发生本身 变化，但运输速度加快,细胞外溶质借助于细胞膜上的载体蛋白（酶）的协助， 向胞内运送的方式,。,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。,3主动运输,重要特点：运输过程中需要消耗能量和载体，而且可以进行逆浓度运输。用于各种离子和一些糖类的运输。,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。,ATP运输,运输方向： 同向运输(symport) 逆向运输(antiport) 单向运输(uniport),钠钾泵的主动

19、运输,Mg2+,3,2,膜内,膜外,与促进扩散相比, 主动运输有何重要意义?,最关键的是，微生物通过主动运输可以从各种环境中吸收到营养物质，从而对提高其环境的适应性，具有重要作用。,4基团移位,基团移位是另一种类型的主动运输，它与主动运输的不同之处在于它有一个复杂的运输系统(酶系统)来完成物质的运输。 其特点是：需要能量，需要载体，可以逆浓度运输，而且物质结构在运输过程中会发生化学变化。,依靠烯醇式磷酸丙酮酸高能键基团的转运作用,基团移位主要存在于厌氧型和兼性厌氧型细胞中，主要用于各种糖类的运输，脂肪酸、核苷酸、碱基等也可以通过这种方式运输。,磷酸载体组蛋白,转磷酸酶系 E-、E-,电子传递体

20、系中产生电子流，膜内外产生电位差，引起载体蛋白变构，推动物质从细胞外转运至细胞内。,5呼吸作用转运,转运能量： D-乳酸盐脱氢氧化 过程。,转运蛋白： 膜上的乳酸脱氢酶,偶联部位： 乳酸脱氢酶与细胞 色素B1之间。,大肠杆菌依靠这种方式转运：-半乳糖苷、半乳糖、 阿拉伯糖、葡萄糖醛酸、6-磷酸己糖、氨基酸、丙酮 酸、二羧酸、核苷酸等。,比较项目 单纯扩散 促进扩散 主动运输 基团移位 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

21、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,四种运送营养方式的比较,第三节 微生物培养基,培养基: 应科研或生产的需要，由人工配制的、适合于不同微生物生长繁殖或积累代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,需要六大营养要素（碳源、氮源、无机盐、能源、生长因子、水）且比例适当。,任何培养基一旦配成，必须立即进行灭菌处理:,常用高压蒸汽灭菌： 1.05

22、kg/cm2, 121.3, 15-20min； 0.56kg/cm2, 112.6, 15-30min;,绝大多数微生物都可以在人工培养基上生长，除少数严格寄生或共生的微生物外。,微生物培养基的用途： 促进微生物生长繁殖；积累代谢产物； 分离微生物菌种；鉴定微生物种类； 微生物细胞计数；菌种保藏； 制备微生物制品。,3 培养基的种类及其应用,按所培养微生物的类群分类 按培养目的来分类 按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（或用途）分类,培养基的种类,1. 根据微生物的类群划分： 细菌培养基 放线菌培养基 酵母菌培养基 霉菌培养基等,细菌培养基营养肉汤（nutrien

23、t broth)： 牛肉膏 3g； 水 1000ml； 蛋白胨 5g ； NaCl 5g ; pH 7.27.4 放线菌培养基高氏1号（淀粉硝酸盐培养基）： 可溶性淀粉 20g； KNO3 1g; K2HPO4 1g MgSO4 0.5g NaCl 1g; FeSO47H2O 0.5g 水 1000ml; pH 7.27.4,-1,霉菌培养基查氏（zapek)培养基（蔗糖硝酸盐培养基）： 蔗糖 30g; NaNO3 3g; MgSO4.H2O 0.5g; KCl 0.5g; K2HPO4 1g; FeSO4 0.5g 水 1000ml; pH 6.7,酵母菌麦芽汁培养基 干麦芽粉加4倍水，在5

24、0-60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，纱布过滤，调pH为6.0。,糖度计使用原理及方法,原理： 汁液中可溶性固形物含量与折光 率在一定条件下（同温同压）成 正比，测定汁液的折光率可求出 汁液浓度（含糖量的多少）。,手持式糖度计,PAL-1 手持糖度计,一、 调零 1. 准备蒸馏水或自来水； 2. 清洁棱镜表面； 3. 滴约0.3ml的水至棱镜表面； 4. 按“START”键，显示器上箭头闪烁三次后将显示Brix值； 5. 若显示0.0%，表明调零已成功； 6. 若显示的不是0.0%，按”ZERO”键重新调零; 7. 仪器显示0000,调零完成.

25、用软布或纸巾擦干净棱镜上的水.此时可以进行测样了. 二、 测试样品 1. 清洁棱镜表面； 2. 滴约0.3ml的被测样品至棱镜表面； 3. 按“START”键; 4. 显示Brix值; 5. Brix值持续显示一分钟.若要关机,按住START键2秒以上; 6. 擦去样品,滴些水至棱镜再擦干. 注: 添加样品至棱镜表面时不用金属勺,以免刮花棱镜表面. 样品温度与棱镜表面温度不一样,应让样品放置在棱镜表面一段时间再测量.,三、 错误信息 AAA：调零错误。 1调零时，棱镜表面未放蒸馏水。 2调零时，棱镜表面放的是其它溶液而不是蒸馏水。 LLL：样品错误。 1测试时，未放样品。 2电池能量低. HH

26、H：超出量程 样品测量值高于53%（PAL-1） :温度错误 棱镜表面温度低于10或高于40,如：味精生产 一级种子（北京棒状杆菌AS1.299，用摇床培养） 培养基配方：,葡萄糖 3% 玉米浆 2.53.5% 尿素 0.30.5% K2HPO4 0.10.2% MgSO4 0.05%,二级种子（1200升发酵罐） 培养基配方： 以3-5%淀粉水解糖代替3%葡萄糖，其他成分同一级种子。,发酵培养基（50-100t发酵罐）： 基本同二级种子液。,2. 根据培养用途来分,种子培养基(seed culture medium)为保证发酵生产获得大量优质种子而设计的培养基。 特点：营养丰富，氮源比例较高

27、。有时为使菌种能迅速适应后面的发酵条件，有意识加入发酵培养基的基质。 发酵培养基(fermentation medium)用于生产预定发酵产物。 特点：一般以碳为主要元素，碳源含量往往高于种子培养基。大规模生产时，原料应价廉易得，还应有利于下游的分离提取。 孢子培养基（spore medium ）专门用于繁殖孢子用。 特点：基质浓度要低，特别有机氮源含量要低，有利孢子形成。,基础培养基(minimum medium): 是含有一般微生物生长繁殖所需的基本营养成分的培养基； 基础培养基也可作为一些特殊培养基的基础成分（如制备糖发酵培养基时）见下表。,糖发酵培养基 （测定大肠杆菌 的糖发酵特性）,

28、加富（又称富集）培养基(enriched medium)： 在基本培养基中加入某些特殊的营养物质，如血、血清、动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。 用途：富集（使数量上占优势）和分离某种特定微生物 或用以培养营养要求苛刻的微生物。,选择性培养基(selective medium)： 根据某种或某一类群微生物的特殊营养需要（投其所好），或根据对某种化合物的敏感性情况（取其所抗）而设计出来的一类培养基。 具体说，是加入相应的特殊营养物质或有抑菌性的化学物质, 以抑制不需要的微生物的生长,而促进所需微生物的生长。 用途：将某种或某类微生物从混杂的微生物群体中分离出来。,（

29、续上表）,例：伊红美蓝（Eosin-Methylene Blue）乳糖培养基（简称EMB培养基） 用于食品卫生的微生物学检验，检验食品样品的“大肠菌群”的指标。,鉴别性培养基(differential medium)： 在培养基中加入某种试剂或化学药品，使难以区分的微生物经培养后呈现出明显差别，因而有助于快速鉴别某种微生物。这种培养基称之为鉴别培养基。,大肠菌群的定义： 存在于大肠内，分解乳糖产酸产气的G-短杆菌,包括大肠杆菌、产气肠杆菌和一些中间类型的细菌。,伊红和美蓝二种苯胺染料可抑制G+细菌和一些难培养的G-细菌生长。低酸度时, 这二种染料结合形成沉淀，起着产酸指示剂的作用。 多种肠道菌

30、会在EMB培养基上产生相互容易区分的特征菌落。 例如：大肠杆菌强烈分解乳糖而产生大量混合酸, 菌体呈酸性,菌落被染成深紫色，从菌落表面的反射光中还可看到绿色金属闪光。,EMB培养基,选择性培养的结果,鉴别性培养的结果,一些鉴别培养基,培养基名称 加入化学物质 代谢产物 培养基特征变化 主要用途 酪素培养基 酪素 胞外蛋白酶 蛋白水解圈 鉴别产蛋白酶菌株 明胶培养基 明胶 胞外蛋白酶 明胶液化 鉴别产蛋白酶菌株 油脂培养基 食用油、 胞外脂肪酶 淡红深红 鉴别产脂肪酶菌株 土温、 中性红指示剂 淀粉培养基 可溶性淀粉 胞外淀粉酶 淀粉水解圈 鉴别产淀粉酶菌株 H2S实验培养基 醋酸铅 H2S 产

31、生黑色沉淀 鉴别产H2S菌株 糖发酵培养基 溴甲酚紫 乳酸、醋酸等 紫色黄色 鉴别肠道细菌 远藤式培养基 碱性复红 酸、乙醛 带金属光泽 鉴别水中大肠杆菌 亚硫酸铁 深红色菌落 伊红美兰 带金属光泽 培养基 伊红、美兰 胺 深紫色菌落 鉴别水中大肠杆菌,讨论：检测大肠杆菌的食品卫生学意义是什么？,1.作为粪便污染食品的指标菌； 2.作为肠道致病菌污染食品的指标菌。,特殊生产用途的培养基（举例）,大肠杆菌需要含有蛋白胨或色氨酸的培养基上才能产生吲哚。 产硫化氢微生物必须在加有含硫氨基酸时才形成硫化氢。 青霉素发酵培养基中，须在葡萄糖含量浓度较低时，且必须有合成青霉素的前体物质苯乙酸或苯乙酰胺诱导

32、，才开始有青霉素形成。,3 根据对培养基成分的了解程度来分 天然培养基(complex medium)：也称作chemically undefined medium。 利用化学成分还不完全清楚或不恒定的天然物质（如肉汤、蛋白胨、麦芽汁、酵母汁、豆芽汁、玉米粉、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。,合成（组合）培养基(synthetic medium)： 也称作chemically defined medium。 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清楚，重复性强，但微生物生长较

33、慢，且价格较贵。 故一般适于在实验室范围内及有关微生物营养需要、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。 如高氏培养基、察氏培养基等都是合成培养基.,半合成（组合）培养基 (semi-defined medium)： 在合成培养基的基础上添加些天然成份，以更有效地满足微生物对营养物的需要. 如马铃薯-蔗糖培养基,4 根据培养基的物理状态来分 液体培养基(liquid medium)： 液体培养基不含任何凝固剂，菌体与培养基充分接触，操作方便。 常用于大规模的工业化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。 可根据培养后的“浊度”判断微生物的生长情况.,固体

34、培养基(solid medium)： 天然固体营养基质制成的培养基（如培养霉菌的培养基），或在液体培养基中加入一定量凝固剂（琼脂1.52)而呈固体状态的培养基。 为微生物的生长提供营养表面。 常用于微生物的分离、纯化、计数、生理测定、育种和菌种保藏等方面的研究。 可依使用目的不同而制成斜面、平板等形式.,半固体培养基(semi-solid medium)： 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. 以及测定噬菌体效价等等 .,1.不被微生物分解、利用、液化； 2.不因消毒灭菌而被破坏； 3.在微生物的生长温度内保持固态； 4.凝固点的温度

35、对微生物无害； 5.透明度好，粘着力强,理想凝固剂应具备的条件,半固体培养物的生长情况：,液体培养物生长情况,连续液体培养装置示意图,二、培养基的配制原则,根据培养菌种选择（代谢类型） 根据用途选择（目的明确） 营养物的浓度与比例应恰当（营养协调：H2OC+能源 N源 P、S K、Mg 生长因子） 物理化学条件适宜（条件适宜：pH、氧化还原电位Eh、水分活度aw等） 根据培养目的来选择不同来源的原料（经济节约）,1. 培养基组分应适合微生物营养特点（目的明确）,自养型微生物培养基可（或应该）由简单无机物组成。 异养型微生物培养基至少需含一种有机物，但有机物种类需适应所培养菌的特点。 按微生物的

36、主要类群来说，所需培养基成分也不同: 细菌：牛肉膏蛋白胨培养基、LB (Luria-Bertani)培养基 放线菌：高氏一号培养基 真菌：查氏合成培养基、PDA (Potato-Dextrose-Agar)培养基 酵母菌： 麦芽汁培养基 当对“试验菌”营养需求特点不清楚的时候，可以采用生长谱法进行测定。,讨论：如何利用生长谱法测知微生物对某一类营养素中各种物质的利用情况？,把试验菌的悬浮液与不含这一类营养素但含有其它所有营养成分的固体培养基混合后，在培养皿上倒成平板，然后在平板上划分区，每一小区上放上少量欲测营养素中的一种物质。经培养后，凡在其周围出现生长圈的，证明微生物可以利用这种物质作为营

37、养素。,2. 营养物的浓度与比例应恰当（营养协调）,浓度过高微生物的生长受到抑制； 浓度过小不能满足微生物生长的需要； 碳氮比（C/N）直接影响微生物生长与繁殖及代谢产物的形成与积累，故常作为考察培养基组成时的一个重要指标,碳源中所含碳原子的mol数 氮源中所含氮原子的mol数,C/N比值=,例：谷氨酸生产中 C/N 4/1时，菌体大量繁殖，谷氨酸积累少； C/N3/1 时，菌体生长受抑制，而谷氨酸大量增加。,注：C/N比有时也指培养基中还原糖与粗蛋白两种成分含量之比）,3. 物理化学条件适宜（条件适宜）,pH: 各类微生物的最适生长pH值各不相同： 细 菌：7.08.0 放线菌：7.58.5

38、 酵母菌：3.86.0 霉 菌：4.05.8 微生物生长和代谢过程中，营养物质的利用和代谢产物形成与积累，培养基初始pH值会发生改变，为维持培养基pH值相对恒定，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； 调节培养基合适的碳氮比。 外源调节： 按实际需要不断向发酵液中流加酸液或碱液。,磷酸二氢钾氢氧化钠缓冲液（0.05M）,X毫升 0.2M K2PO4 + Y毫升 0.2M NaOH加水稀释至29毫升,渗透压和水活度（aw）,渗透压：由溶液中所含分子或离子的质点数决定的，由2种不同浓度的溶液产生的。溶液的质点数越多，产生的渗透压就越大。 等渗溶液 适宜微生物生

39、长 高渗溶液 细胞发生质壁分离 低渗溶液 细胞吸水膨胀，直至破裂,大多微生物适合等渗环境。 而有的细菌如金黄色酿脓葡萄球 Staphylococcus aureus则能在3mol/L NaCl的高渗溶液中生长。 能在高盐环境（2.86.2g/L NaCl）生长的微生物常被称为嗜盐微生物（Halophiles）。,水活度,在人为或天然环境中，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： aw=Pw/Pow 式中Pw代表溶液蒸汽压力, P0w代表纯水蒸汽压力。 纯水aw为1.00。 溶液中溶质越多, aw越小。

40、,微生物一般在aw为0.600.99的条件下生长 aw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aw不同。,（略）氧化还原电势(redox potential),以Eh表示，是度量系统中还原剂释放电子或氧化剂接受电子趋势的指标，其单位是V（伏）或mV（毫伏） 各种微生物对培养基氧化还原电势要求不同： 好氧微生物：+0.3+0.4V, (在0.1V以上的环境中均能生长) 厌氧微生物：只能在+0.1V以下生长 兼性厌氧微生物：+0.1V以上呼吸、+0.1V以下发酵,Eh 指以氢电极为标准时某氧化还原系统的电极电位值。 标准氢电极是一个半电池，它由pH为零的HCl溶液、涂满铂黑的铂箔电极和压力为1个大气压的氢所组成的。在此条件下，此标准氢电极的电极电位为零。 溶液中的某氧化还原偶，当其氧化型和还原型的浓度相等时，所产生的氧化还原势可用E0表示。任何氧化还原系统所产生的氧化还原势明显受pH影响。 在生物体系中，常用E表示pH为7时某氧化还原偶的氧化还原势。氢电极E的上限是+0.82V，它出现在高氧且