1、第四章 微生物的营养 营养物质：微生物为了生存从外界环境中吸微生物为了生存从外界环境中吸 取各种物质用以合成细胞物质、提供能量并取各种物质用以合成细胞物质、提供能量并 在新陈代谢中起调节作用的物质。在新陈代谢中起调节作用的物质。 微生物的微生物的营养：微生物吸取和利用营养物质微生物吸取和利用营养物质 的过程。的过程。 第一节 微生物的营养物质 一、微生物的营养需要 （一）化学元素（一）化学元素(chemical element):20种种 大量元素大量元素(在培养基中的浓度大于在培养基中的浓度大于10-4M):碳、氢、氧、氮、磷、硫、碳、氢、氧、氮、磷、硫、 钾、镁、钙、铁（其中前六种占细菌细
2、胞干重的钾、镁、钙、铁（其中前六种占细菌细胞干重的97%）。）。 微量元素微量元素(在培养基中的浓度小于在培养基中的浓度小于10-4M): 锌、锰、钠、氯、钼、硒、锌、锰、钠、氯、钼、硒、 钴、铜、钨、镍钴、铜、钨、镍 。 元素元素 细菌细菌 酵母菌酵母菌 霉菌霉菌 碳碳 50 49.8 47.9 氮氮 15 12.4 5.2 氢氢 8 6.7 6.7 氧氧 20 31.1 40.2 磷磷 3 硫硫 1 表表41 微生物细胞中几种主要元素的含量（干重）微生物细胞中几种主要元素的含量（干重） 微生物的种类繁多，营养要求各异，但所需的微生物的种类繁多，营养要求各异，但所需的 营养物质可分为：碳源营
3、养物质可分为：碳源 、氮源、无机盐、水和、氮源、无机盐、水和 生长因子五大类。生长因子五大类。 定义：凡可被用来构成细胞物质和代谢产物定义：凡可被用来构成细胞物质和代谢产物 中碳素来源的营养物质。中碳素来源的营养物质。 功能：构成细胞组分和功能：构成细胞组分和提供能量。提供能量。 种类种类: : 无机含碳化合物：如无机含碳化合物：如COCO2 2和碳酸盐等。和碳酸盐等。 有机含碳化合物：糖与糖的衍生物（多糖：如淀粉、有机含碳化合物：糖与糖的衍生物（多糖：如淀粉、 麸皮、米糠等；饴糖；单糖）麸皮、米糠等；饴糖；单糖）, ,脂类、脂类、 醇类。有机酸、烃类、芳香族化合物醇类。有机酸、烃类、芳香族化
4、合物 以及各种含氮的化合物。以及各种含氮的化合物。 可以用作洋葱假单胞菌唯一碳源的化合物有94种，如： 碳水化合物及其衍生物：19种 脂肪酸：11种 二羧酸：9种 其它有机酸：12种 伯醇：3种 氨基酸：12种 其它氮化合物：13种 无氮环状化合物：9种 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。 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、花生饼牛肉
5、膏、蛋白胨、花生饼 粉等粉等 CHON多数氨基酸、简单蛋白多数氨基酸、简单蛋白 质等质等 一般氨基酸、明胶等一般氨基酸、明胶等 CHO糖、有机酸、醇、脂类糖、有机酸、醇、脂类 等等 葡萄糖、蔗糖、各种淀粉、葡萄糖、蔗糖、各种淀粉、 糖蜜等糖蜜等 CH烃类烃类天然气、石油及其不同馏天然气、石油及其不同馏 份、石蜡油等份、石蜡油等 无无 机机 碳碳 COCO2CO2 COXNaHCO3NaHCO3、CaCO3、等、等 微生物的碳源谱微生物的碳源谱 定义：凡用来构成微生物细胞或代谢产物中氮素来源的物质。定义：凡用来构成微生物细胞或代谢产物中氮素来源的物质。 功能：功能： 1 1）提供合成细胞质和细胞
6、的其它结构的原料，一般不提供能源）提供合成细胞质和细胞的其它结构的原料，一般不提供能源 ； 2 2）硝化细菌可以）硝化细菌可以铵盐、硝酸盐等铵盐、硝酸盐等氮源为能源。氮源为能源。 种类种类：无机氮：铵盐、硝酸盐、亚硝酸盐、：无机氮：铵盐、硝酸盐、亚硝酸盐、 尿素、尿素、 氨、氨、N N2 2等；等； 有机氮：蛋白质及其降解产物（如胨、肽、有机氮：蛋白质及其降解产物（如胨、肽、 氨基酸等）、牛肉膏、鱼粉、花生饼粉、氨基酸等）、牛肉膏、鱼粉、花生饼粉、 黄豆饼粉、玉米浆等黄豆饼粉、玉米浆等 不同的微生物利用氮源的能力差异很大，固氮菌可以氮气为氮源，而大不同的微生物利用氮源的能力差异很大，固氮菌可以
7、氮气为氮源，而大 多数微生物都能利用化合态的氮，如铵盐、硝酸盐、氨基酸等。多数微生物都能利用化合态的氮，如铵盐、硝酸盐、氨基酸等。 蛋白质不是良好的氮源，因为蛋白质需经微生物产生并分泌到胞外的蛋蛋白质不是良好的氮源，因为蛋白质需经微生物产生并分泌到胞外的蛋 白酶水解后才能被利用。实验室多以蛋白胨、牛肉膏等富含蛋白质初级白酶水解后才能被利用。实验室多以蛋白胨、牛肉膏等富含蛋白质初级 水解产物的物质作为氮源。水解产物的物质作为氮源。 （二）氮源（二）氮源（Nitrogen source Nitrogen source ）： 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
8、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、饼粕牛肉膏、酵母膏、饼粕 粉、蚕蛹粉等粉、蚕蛹粉等 NCHO尿素、一般氨基酸、简单蛋白尿素、一般氨基酸、简单蛋白 质等质等 尿素、蛋白胨、明胶等尿素、蛋白胨、明胶等 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 表表 45 微生物的氮源谱微生物的氮源谱 （三）无机盐（三）无机盐（inorganic saltinorganic salt） 定义：为微生物细胞生长提供碳、氮源以外的多种重要元素定义：为微生物细胞生长提供碳、氮源以外的多种重要元素
9、 （包括大量元素和微量元素）的物质，多以无机盐的形式供给。（包括大量元素和微量元素）的物质，多以无机盐的形式供给。 大量元素：大量元素：P、S、K、Mg、Ca、Fe （微生物生长所需浓度在（微生物生长所需浓度在 10-310-4mol/L） 微量元素：微量元素：Cu、Zn、Mn、Mo、 Na、 Co （微生物生长所需（微生物生长所需 浓度在浓度在10-610-8mol/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。 无机盐的生理功能：无机盐的生理功能： 无 机 盐 大量 元素 微量 元素 一般功能 特殊功能 酶的激活剂（Cu2+、Mn2
10、+、Zn2+等） 特殊分子结构成分（Co、Mo等） 调节渗透压、 pH、 氧化还原电位 生理调节物质酶组分和酶的激活剂 化能自养菌的能源(S、Fe2+、 NH4+、NO2-) 无氧呼吸时的氢受体(NO3-、 SO42-) 构成细胞组分(如P，S，Ca， Mg，Fe等) 元素元素人为提供形式人为提供形式生生 理理 功功 能能 PKH2PO4、K2HPO4核酸、磷酸和辅酶的成分核酸、磷酸和辅酶的成分 SMgSO4含硫氨基酸、含硫维生素成分含硫氨基酸、含硫维生素成分 KKH2PO4、K2HPO4酶的辅因子、维持电位差和渗透压酶的辅因子、维持电位差和渗透压 NaNaCl维持渗透压、某些细菌和蓝细菌需要
11、维持渗透压、某些细菌和蓝细菌需要 CaCa(NO3)2、CaCl2胞外酶稳定剂、蛋白酶辅因子、细菌芽孢和真胞外酶稳定剂、蛋白酶辅因子、细菌芽孢和真 菌孢子形成菌孢子形成 MgMgSO4固氮酶辅因子、叶绿素成分固氮酶辅因子、叶绿素成分 FeFeSO4Cyt成分；合成叶绿素、白喉毒素和氯高铁血成分；合成叶绿素、白喉毒素和氯高铁血 红素所需红素所需 MnMnSO4超超氧化物歧化酶、氨肽酶、氧化物歧化酶、氨肽酶、L-阿拉伯糖异构酶阿拉伯糖异构酶 等的辅因子等的辅因子 CuCuSO4氧化酶、酪氨酸酶的辅因子氧化酶、酪氨酸酶的辅因子 CoCoSO4VB12复合物的成分、肽酶的辅因子复合物的成分、肽酶的辅因
12、子 ZnZnSO4碱性磷酸酶、脱氢酶、肽酶、脱羧酶辅因子碱性磷酸酶、脱氢酶、肽酶、脱羧酶辅因子 Mo(NH4)6Mo7O24固氮酶和同化型及异化型硝酸盐还原酶的成分固氮酶和同化型及异化型硝酸盐还原酶的成分 无机元素的来源和功能无机元素的来源和功能 水约占微生物细胞重量的水约占微生物细胞重量的70-80%70-80%，是重要，是重要 的营养物质之一。的营养物质之一。 水的功能：构成细胞组分、作为介质或溶水的功能：构成细胞组分、作为介质或溶 剂、维持细胞膨压和调节温度。剂、维持细胞膨压和调节温度。 （四）水（water） 几种生物的 游离水含量 人体：60% 海蛰：96% 微生物 孢子 营养体 霉
13、菌孢子：39% 细菌芽孢： 皮层：70% 核心：极低 细菌：80% 酵母：75% 霉菌：85% 水在细胞中有两种存在形式：水在细胞中有两种存在形式： 结合水和游离水结合水和游离水. 不同细胞及不同细胞结构中游离水的含量有较大不同细胞及不同细胞结构中游离水的含量有较大 差别：差别： 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 （或基质）中的（或基质）中的水活度值（水活度值（water activity, w）表示。所谓表示。所谓 w 就是水的有效浓度。就是水的有效浓度。 定义：水活度为在一定的温度和压力条件下，溶液的蒸汽压定义：水活度
14、为在一定的温度和压力条件下，溶液的蒸汽压 （材料上部（材料上部蒸气相中蒸气相中水浓度）与纯水的蒸汽压（即纯水上部蒸水浓度）与纯水的蒸汽压（即纯水上部蒸 气相中水浓度）之比，气相中水浓度）之比， 即：即： w= / o 表示溶液的蒸汽压表示溶液的蒸汽压 o表示纯水的蒸汽压表示纯水的蒸汽压 大多数微生物要求在大多数微生物要求在 w为为0.600.99的环境条件下生长，只有的环境条件下生长，只有 少数耐盐细菌和少数耐旱真菌能在活度少数耐盐细菌和少数耐旱真菌能在活度0.60左右的条件下生长。左右的条件下生长。 对某种微生物而言，它对对某种微生物而言，它对 w的要求是一定的，微生物不同，其的要求是一定的
15、，微生物不同，其 生长的最适生长的最适 w亦不同。一般来说，细菌要求水的活度值较高，亦不同。一般来说，细菌要求水的活度值较高， 霉菌、酵母菌次之。霉菌、酵母菌次之。 表表4-7 几类微生物生长最适几类微生物生长最适 w 微生物微生物 w 一般细菌一般细菌 0.91 酵母菌酵母菌 0.88 霉菌霉菌 0.80 噬盐细菌噬盐细菌 0.70 噬盐真菌噬盐真菌 0.65 嗜高渗酵母嗜高渗酵母 0.60 为了表示微生物生长与水的关系，有时也常用为了表示微生物生长与水的关系，有时也常用相对湿度相对湿度 （RH) 的概念（的概念（ w 100= RH ）；通常也用测定蒸气相中）；通常也用测定蒸气相中 相对湿
16、度的方法得知溶液或物质的水活度。相对湿度的方法得知溶液或物质的水活度。 （五）生长因素（五）生长因素（growth factorgrowth factor）：）： 定义定义:是一类对微生物正常生活所不可缺少而需要量又不大，但微生物自身是一类对微生物正常生活所不可缺少而需要量又不大，但微生物自身 不能用简单的碳源或氮源合成，或合成量不足以满足机体生长需要的有机营不能用简单的碳源或氮源合成，或合成量不足以满足机体生长需要的有机营 养物质。不同微生物需求的生长因子的种类和数量不同。养物质。不同微生物需求的生长因子的种类和数量不同。 种类： 1. 维生素：最早发现的生长因子是维生素，目前已经发现许多维
17、生素都 能起生长因子的作用。维生素大部分是构成酶的辅基或辅酶，需要量很少， 但是缺少维生素微生物不能正常生长。 2. 氨基酸：是许多微生物所需要的生长因素。在有些情况下，细胞可利 用肽而不能利用氨基酸，这通常是由于单个氨基酸的不透过性产生的。小 分子的肽易进入细胞，再降解成氨基酸。但有时某种氨基酸过量是，会抑 制微生物对其他氨基酸的摄取，叫做氨基酸的不平衡。 3. 碱基：嘧啶碱和嘌呤碱是核酸和辅酶的重要组分，是许多微生物所必 需的生长因素。 除了上述生长因素外，还有个别微生物需要特殊的生长因素，如流感嗜除了上述生长因素外，还有个别微生物需要特殊的生长因素，如流感嗜 血杆菌需要卟啉或其衍生物，瘤
18、胃细菌需要血杆菌需要卟啉或其衍生物，瘤胃细菌需要4-64-6个碳的脂肪酸，乳酸杆个碳的脂肪酸，乳酸杆 菌需要核苷、某些酵母和真菌需要肌醇、某些肺炎球菌需胆碱等。菌需要核苷、某些酵母和真菌需要肌醇、某些肺炎球菌需胆碱等。 营养缺陷型：缺乏合成生长因子能力的微生物称为营养缺陷型：缺乏合成生长因子能力的微生物称为“营养缺陷型营养缺陷型”微生微生 物。物。 有些微生物缺乏或丧失合成某种或某些氨基酸的酶，所以不能合成生长有些微生物缺乏或丧失合成某种或某些氨基酸的酶，所以不能合成生长 所必需的氨基酸，这类微生物被称为所必需的氨基酸，这类微生物被称为“氨基酸缺陷型氨基酸缺陷型”。 例如：肠膜明串珠菌（例如：
19、肠膜明串珠菌（leuconostoc mesenteroidesleuconostoc mesenteroides）常常需要由外源）常常需要由外源 供给多种氨基酸才能生长。供给多种氨基酸才能生长。 （五）生长因素（五）生长因素（growth factorgrowth factor）：）： 根据微生物对生长因素的需要存在差异根据微生物对生长因素的需要存在差异， 可分为：可分为： 1. 野生型野生型(wild type) 原养型原养型 不需要生长因子而能在基础培养基上生长的不需要生长因子而能在基础培养基上生长的 菌株菌株 2. 营养缺陷型营养缺陷型(auxotroph) 由于自发或诱发突变等原因从
20、野生型菌株产由于自发或诱发突变等原因从野生型菌株产 生的需要提供特定生长素物质才能生长的菌株生的需要提供特定生长素物质才能生长的菌株 1、根据微生物生长时需要的碳素碳素来源，分为自养微生物自养微生物和异养微生物。异养微生物。 l 自养微生物：自养微生物：能够以CO2作为主要碳源进行生长的微生物。 l 异养微生物：异养微生物：不能够以CO2作为主要碳源或唯一碳源进行生长的微生 物 动物属于异养型生物，植物属于自养型生物，而微生物既有异养型的也动物属于异养型生物，植物属于自养型生物，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有自养型的，大多数微生物属于异养
21、型生物，少数微生物属于自养型 生物。生物。 2、根据微生物的能量能量来源，分为光能营养型微生物和化能营养型微生物： l 光能营养微生物光能营养微生物：依靠光能进行生长的微生物 l 化能营养微生物化能营养微生物：依靠物质氧化过程中放出的能量进行生长的微生物 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得能量。植物和少部分微生物属于光能营养型生物 3、根据微生物生长过程中所需要的能量和碳 源的不同，将微生物分为四种营养类型： l光能自养型微生物 l光能异养型微生物 l化能自
22、养型微生物 l化能异养型微生物 光能自养型微生物光能自养型微生物:以以C02作为唯一碳源或主要碳源，并利用作为唯一碳源或主要碳源，并利用光能光能进进 行生长的微生物。行生长的微生物。 以无机物如硫化氢、水或其他无机硫化物作为供氢体进行放氧型或非以无机物如硫化氢、水或其他无机硫化物作为供氢体进行放氧型或非 放氧型的光合作用，将放氧型的光合作用，将CO2还原成细胞物质，同时放出氧气或产生硫还原成细胞物质，同时放出氧气或产生硫 元素元素 光能光能 CO2H2O CH2O+O2 (藻类植物、蓝细菌藻类植物、蓝细菌) 叶绿素或光合色素叶绿素或光合色素 光能光能 CO2H2S CH2O+2S+H2O （绿
23、硫细菌）（绿硫细菌） 细菌叶绿素细菌叶绿素 光能自养型微生物共同特点是含有光合色素，能进行光合作用，能在光能自养型微生物共同特点是含有光合色素，能进行光合作用，能在 完全无机的环境中生长。完全无机的环境中生长。如蓝细菌以水作氢供体，进行放氧型的光合如蓝细菌以水作氢供体，进行放氧型的光合 作用，而红硫细菌和绿硫细菌等少数微生物以作用，而红硫细菌和绿硫细菌等少数微生物以H2S、H2等无机物为氢供等无机物为氢供 体，进行非放氧型的光合作用，能使光能转变成化学能（体，进行非放氧型的光合作用，能使光能转变成化学能（ATP），供），供 机体直接利用。机体直接利用。 光能异养型微生物光能异养型微生物 以以光
24、为能源光为能源，以，以有机物有机物（如异丙醇）作为碳源和供氢体。（如异丙醇）作为碳源和供氢体。 因具有光合色素，能进行光合作用，但生长过程中需要有因具有光合色素，能进行光合作用，但生长过程中需要有 机物，在无机物的环境中不能生长。如红螺菌属中的一些机物，在无机物的环境中不能生长。如红螺菌属中的一些 细菌属于此种营养类型。细菌属于此种营养类型。 光能光能 2(H3C)2CHOH+CO2 2CH3COCH3+CH2O+H2O 光合色素光合色素 光能异养型微生物在生长时大多数采要外源的生长因子光能异养型微生物在生长时大多数采要外源的生长因子 化能自养型微生物化能自养型微生物 以以CO2或碳酸盐作为唯
25、一或主要碳源，以或碳酸盐作为唯一或主要碳源，以无无 机物机物氧化释放的化学能为能源氧化释放的化学能为能源, 使使CO2还原成细还原成细 胞物质，它们能在完全无机的环境中生长。胞物质，它们能在完全无机的环境中生长。 这类微生物主要有硫化细菌、硝化细菌、这类微生物主要有硫化细菌、硝化细菌、 氢细菌与铁细菌。它们在自然界物质转换过程氢细菌与铁细菌。它们在自然界物质转换过程 中起着重要的作用。中起着重要的作用。 化能异养型微生物化能异养型微生物 此类微生物通过有机物的氧化取得能量，并以有机物作为碳源，此类微生物通过有机物的氧化取得能量，并以有机物作为碳源， 它们必须在富含有机物的环境中生长。它们必须在
26、富含有机物的环境中生长。 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：种类型： 腐生型微生物腐生型微生物：利用无生命活性的有机物作为生长的营养物质。：利用无生命活性的有机物作为生长的营养物质。 寄生型微生物寄生型微生物：寄生在生活的细胞内，从寄生体内获得生长所需要：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。的营养物质。 兼性寄生型微生物：兼性寄生型微生物：即可腐生又可寄生的微生物。即可腐生又可寄生的微生物。 寄生菌和兼性寄生菌寄生菌和兼性寄生菌大都是有害的微生物，可引起人和动物的传染大都是有害的微
27、生物，可引起人和动物的传染 病和植物的病害。病和植物的病害。 腐生菌腐生菌虽不致病，但可使食品、粮食和饲料变质，工业产品劣化。虽不致病，但可使食品、粮食和饲料变质，工业产品劣化。 化能异养微生物的种类多，包括绝大多数的细菌、放线菌、所有的真化能异养微生物的种类多，包括绝大多数的细菌、放线菌、所有的真 菌和病毒。菌和病毒。 营养类型能源氢供体 基本碳源实例 光能无机营养型光无机物CO2蓝细菌,紫硫细菌, （光能自养型）绿硫细菌,藻类 光能有机营养型光有机物 CO2及简 红螺菌科的细菌 （光能异养型）单有机物 （紫色无硫细菌） 化能无机营养型无机物*无机物CO2硝化细菌,硫化细 （化能自养型）菌,
28、铁细菌,氢细菌, 硫磺细菌等 化能有机营养型 有机物有机物 有机物绝大多数细菌和 （化能异养型）全部真核微生物 营养类型 多样性的营养类型 营养型的划分不是绝对的，在光能营养型 和化能营养之间存在关过渡型，在自养型 和异养型也没有绝对的界限，在缺乏有机 物是营自养生活，有适当有机物时营异养 生活；不只是自养菌能同化CO2 ，异养菌 也能同化CO2，但不能以CO2作为唯一碳 源，由此可知微生物的生活方式的多样性。 多样性的营养类型 荚膜红假单胞菌的五种生活方式 生活方式光 氧气 能源碳源还原力来源 厌氧性光能自养 +-光CO2H2 厌氧性光能异养 +-光各种有机物 厌氧性化能异养 -各种有机物
29、好气性化能异养 -+各种有机物 好气性化能自养 -+H2CO2H2 第三节 微生物对营养物质的吸收 微生物没有专门的摄食器官，各种物质的吸收直 接依赖于细胞膜细胞膜的功能。 微生物对营养物质的吸收不只是简单的物理扩散物理扩散 过程，还能够主动地吸收主动地吸收营养物质。 微生物对营养物质的吸收有四种方式四种方式： 单纯扩散 促进扩散 主动运输 基团转位 一、单纯扩散 1、性质：物理过程 2、特点： 物质在转运过程中不发生化学变化。 不需要能量，动力来自膜内外的浓度差或电位差。 物质转运的方向是由高浓度向低浓度转运。 转运速率随浓度降低而降低，直到动态平衡。 只能转运脂溶性和水溶性的小分子物质，如
30、甘油、 水和某些离子。 大肠杆菌对钠离子的吸收就是通过单纯扩散完成的。 二、促进扩散 1、性质：与单纯扩散类似，属物理过程。 2、特点： 有载体蛋白参加，且膜上的载体蛋白有高度的专一性，象 船一样完成物质的运输。 转运速率更快，是主要的转运方式之一。 转动同一物质的载体蛋白至少有一种，有些物质需要几种载 体才能完成，也有载体蛋白能完成几种物质的转动，但对 每种物质的转动能力不同。如伤门氏菌有四种不同的载体 蛋白完成组氨酸的转运，大肠杆菌中有一种载体蛋白能完 成亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸的转运，但对这三种物质的 运输能力不同。 三、主动运输 1、性质：是物质主要的运输方式。 2、特点： 需要能量。
31、 可逆浓度梯度进行运输。 需要载体蛋白，运输过程中，载体蛋白构型变化是一个耗 能过程。 3、运输过程： 胞外 能量 载体蛋白+溶质 载体溶质复合物 载体构型改 变 溶质释放。 膜上。 载体蛋白（变构蛋白或渗透酶）象一个旋转的门，在上有 一开口向外，在膜外与溶质起一性结合，引起载体蛋白构 型变化，使之旋转，口向膜内，亲和力下降，溶质被释放， 载体蛋白恢复原构型，重复利用。 四、基团转位 1、性质：化学变化，是另一种主动运输方式。 2、特点： 发生化学变化。 这种运输方式主要存在于厌氧菌和兼性厌氧菌中。 3、过程：以乳链球菌和金黄色葡萄球菌的乳糖运输为例 乳链球菌和金黄色葡萄球菌的乳糖运输系统由四
32、种不同的蛋白质酶1、 酶2、酶3、HPr组成，其中HPr是一种低分子量的热稳定性蛋白质，酶1 和HPr是两种非专一性成分，主要起传递能量的作用，酶2和酶3对糖有 专一性。 通过酶1、酶3和酶2的作用把来自磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）上的磷 酸基转移到糖上，生成磷酸糖释放到细胞质中。细胞膜对于大多数磷酸 化的化合物具有高度的不渗透性，所以磷酸化的糖一旦形成，就不再透 出细胞，从而细胞内的糖的浓度远远细胞处。 第四节第四节 培养基培养基(medium)(medium) 定义：定义：由人工配制的、适合于不同微生物生长繁殖由人工配制的、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。或积累代谢产物
33、用的营养基质。 特点：特点：任何培养基都应具备微生物所需要的五大营任何培养基都应具备微生物所需要的五大营 养要素，且应比例适当，一旦配成必须立即灭菌。养要素，且应比例适当，一旦配成必须立即灭菌。 用途：用途：促使微生物生长；积累代谢产物；分离微生促使微生物生长；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；制备微生物制品保藏；制备微生物制品 一、培养基的配制原则一、培养基的配制原则 （一）根据微生物的营养要求配制相应的培养基（目的明（一）根据微生物的营养要求配制相应的培养基（目的明 确）确） （二）营养物的浓度与比例应恰
34、当（营养协调）（二）营养物的浓度与比例应恰当（营养协调） （三）调节适当的（三）调节适当的pHpH值（条件适宜）值（条件适宜） （四）根据培养目的选择原料及其来源（经济节约）（四）根据培养目的选择原料及其来源（经济节约） （五）对特殊要求的培养基应特殊处理（方法得当）（五）对特殊要求的培养基应特殊处理（方法得当） （一）根据微生物的营养要求配制相应的培养基（一）根据微生物的营养要求配制相应的培养基 即根据不同微生物的营养需要配制不同的培养基。即根据不同微生物的营养需要配制不同的培养基。 不同不同营养类型营养类型的微生物，其对营养物的需求差异很大。的微生物，其对营养物的需求差异很大。 如如自养型
35、自养型微生物的培养基完全可以由简单的无机物质组成。微生物的培养基完全可以由简单的无机物质组成。 异养型异养型生物的培养基至少需要含有一种有机物质，但有机物生物的培养基至少需要含有一种有机物质，但有机物 的种类需适应所培养菌的特点。的种类需适应所培养菌的特点。 按微生物的主要按微生物的主要类群类群来说，它们所需要的培养基成分也来说，它们所需要的培养基成分也 不同：不同： 细菌：细菌： 牛肉膏蛋白胨培养基牛肉膏蛋白胨培养基 LB (Luria-Bertani) 放线菌：放线菌： 高氏一号培养基高氏一号培养基 真菌：真菌： 查氏合成培养基查氏合成培养基 PDA (Potato-Dextrose-Ag
36、ar) 酵母菌；酵母菌； 麦芽汁麦芽汁 当对试验菌营养需求特点不清楚的时候，可以采用当对试验菌营养需求特点不清楚的时候，可以采用生长谱生长谱法进行测法进行测 定。定。 -1 细菌培养基细菌培养基营养肉汤（营养肉汤（nutrient broth)： 牛肉膏牛肉膏 5g； 水水 1000ml；NaCl 5g 蛋白胨蛋白胨 10g ； pH 7.27.4 ；琼脂；琼脂 20g 放线菌培养基放线菌培养基高氏高氏1号：号： 可溶性淀粉可溶性淀粉 20g； KNO3 1g; K2HPO4 0.5g MgSO4 .7H2O 0.5g ; NaCl 0.5g; FeSO4 0.01g 水水 1000ml; p
37、H 7.27.4 霉菌培养基霉菌培养基查氏（查氏（zapek)培养基：培养基： 蔗糖蔗糖 30g; KCl 0.5g; MgSO4.H2O 0.5g; FeSO4 0.01g 水水 1000ml; K2HPO4 1g; NaNO3 3g; pH 6.0 酵母菌培养基酵母菌培养基麦芽汁培养基麦芽汁培养基 （二）营养物的浓度与比例应恰当（二）营养物的浓度与比例应恰当 浓度过高浓度过高微生物的生长起抑制作用，微生物的生长起抑制作用， 浓度过小浓度过小不能满足微生物生长的需要。不能满足微生物生长的需要。 碳氮比（碳氮比（C/N）直接影响微生物生长与繁殖及代谢物直接影响微生物生长与繁殖及代谢物 的形成与
38、积累，故常作为考察培养基组成时的一个重的形成与积累，故常作为考察培养基组成时的一个重 要指标；要指标； 碳源中的碳原子的碳源中的碳原子的mol数数 氮源中所含的氮原子的氮源中所含的氮原子的mol数数 C/N比值比值= 例：谷氨酸生产中例：谷氨酸生产中 C/N 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； C/N3/1 时，菌体生长受抑制，而谷氨酸大量增加。时，菌体生长受抑制，而谷氨酸大量增加。 （三）调节适当的（三）调节适当的pHpH值值 （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、放线菌：菌、放线菌：7.07.5 酵母
39、菌、霉酵母菌、霉 菌：菌：4.56.0 在微生物的生长和代谢过程中，由于营养物质的利用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，培养基的初始和代谢产物的形成与积累，培养基的初始pH值会发生改值会发生改 变，为了维持培养基变，为了维持培养基pH值的相对恒定，通常采用下列两值的相对恒定，通常采用下列两 种方式：种方式： 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； 调节培养基的碳氮比。调节培养基的碳氮比。 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 （三）调节适当的（
40、三）调节适当的pHpH（续）（续） 磷酸缓冲液：磷酸缓冲液：pH值从值从6.07.6之间之间 K2HPO4+HCl KH2PO4+KCl KH2PO4+KOH K2HPO4+H2O 加入加入CaCO3： CO32 HCO3 H2CO3 CO2+H2O +H+ H +H+ H 培养基中所含氨基酸、肽、蛋白质等物质也可起到缓冲作用。培养基中所含氨基酸、肽、蛋白质等物质也可起到缓冲作用。 （四）根据培养基的应用目的选择原料及其来源（四）根据培养基的应用目的选择原料及其来源 该培养基的应用目的，即：该培养基的应用目的，即： 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
41、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？ 用于用于培养菌体种子培养菌体种子的培养基营养应丰富，氮源含量宜高（碳的培养基营养应丰富，氮源含量宜高（碳 氮比低）；氮比低）； 用于大量生产用于大量生产代谢产物代谢产物的培养基其氮源一般应比种子培养基的培养基其氮源一般应比种子培养基 稍低；稍低； 当所设计的是当所设计的是大规模发酵大规模发酵用的培养基时，应重视培养基中各用的培养基时，应重视培养基中各 成份的来源和价格，应选择来源广泛、价格低廉成份的来源和价格，应选择来源广泛、价格低廉 的原料，提倡的原料，提倡 以粗代
42、精，以废代好。以粗代精，以废代好。 （五）对特殊要求的培养基就用特殊处理 如测定微生物生长的合成培养基，应加入 少量螯合剂，以免培养基产生沉淀。 需加入易变性分解物质的培养基，应在培 养基灭菌后再加入经除菌过滤的易变性物 质。 如需加入尿素，则应先将尿素经除菌过滤 后，再加入灭菌后的培养基中。 二、培养基的种类及其应用 按制备后培养基外观的物理状态来分按制备后培养基外观的物理状态来分 固体培养基固体培养基(solid medium)：天然固体营养基质制成：天然固体营养基质制成 的培养基（马铃薯块、麸皮等），或液体培养基中加入一的培养基（马铃薯块、麸皮等），或液体培养基中加入一 定量凝固剂（琼脂
43、定量凝固剂（琼脂1.52)而呈固体状态的培养基。为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、微生物的生长提供营养表面。常用于微生物的分离、纯化、 计数等方面的研究。可依使用目的不同而制成斜面、平板计数等方面的研究。可依使用目的不同而制成斜面、平板 等形式。等形式。 液体培养基液体培养基(liquid medium)：液体培养基不含任何凝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 的工业生产以及在实验室进行微生物生理代谢等基本理论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
44、的研究工作。可据培养后的浊度判断微生物的生长程度。的研究工作。可据培养后的浊度判断微生物的生长程度。 半固体培养基半固体培养基(semi-solid medium)：在液体培养基中：在液体培养基中 加入加入0.3-0.6的琼脂构成的培养基。常用来观察细菌运动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。工作。 按对培养基成分的了解程度来分按对培养基成分的了解程度来分 天然培养基天然培养基(complex medium)：也称作：也称作chemically undefined medium。利用
45、利用化学成分还不完全清楚或不恒定化学成分还不完全清楚或不恒定的天的天 然物质，（如肉汤、蛋白胨、然物质，（如肉汤、蛋白胨、麦芽汁、酵母汁、豆芽汁、玉米麦芽汁、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。物和生产微生物产品。 合成（组合）培养基合成（组合）培养基(synthetic medium)：也称作：也称作chemically defined medium. 由化学成分完全了
46、解的由化学成分完全了解的物质配制而成的培养基，物质配制而成的培养基， 该类培养基的该类培养基的组成成分精确、清楚组成成分精确、清楚，重复性强，但微生物生长，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。析等方面的研究工作。如高氏培养基、察氏培养基等如高氏培养基、察氏培养基等. 半组合培养基半组合培养基(semi-defined medium)：在合成培养基的基础在合成培养基的基础
47、 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.如如 马铃薯蔗糖培养基马铃薯蔗糖培养基 二、培养基的种类及其应用二、培养基的种类及其应用 根据培养的用途可分：加富培养基、选择培养基、鉴别培养基根据培养的用途可分：加富培养基、选择培养基、鉴别培养基 加富培养基加富培养基(enriched medium) ：在培养基中加入额外的营养物质，以丰：在培养基中加入额外的营养物质，以丰 富所分离微生物的营养成分的培养基。如在分离某些病原菌时，在培养中加入血富所分离微生物的营养成分的培养基。如在分离某些病原菌时，在培养中加入血 液、血清或动植物组织
48、的提取液，以丰富培养基的成分液、血清或动植物组织的提取液，以丰富培养基的成分。 富加培养基具有相对的选择性，在富加培养上某种微生物比其他微生物富加培养基具有相对的选择性，在富加培养上某种微生物比其他微生物 生长迅速，其他微生物被逐渐淘汰。生长迅速，其他微生物被逐渐淘汰。 选择培养基选择培养基(selective medium) ：在培养基中加入某种化学物质，以掏抑：在培养基中加入某种化学物质，以掏抑 制不需要的菌的生长，而促进需要菌的生长。制不需要的菌的生长，而促进需要菌的生长。 选择培养基主要用于从混杂的的许多微生物的基质内分离和鉴别所需的微选择培养基主要用于从混杂的的许多微生物的基质内分离
49、和鉴别所需的微 生物。如从土壤分离放线菌时，在高氏一号培养基中加入生物。如从土壤分离放线菌时，在高氏一号培养基中加入10%的酚数滴，以抑制的酚数滴，以抑制 其他微生物的生长。其他微生物的生长。 鉴别培养基鉴别培养基(differential medium) ：在普通培养基中加入某种指示剂或其他：在普通培养基中加入某种指示剂或其他 化学药品，使培养后发生变化，以区别不同的微生物。化学药品，使培养后发生变化，以区别不同的微生物。 鉴别培养基用于微生物的分类鉴定。如用伊红鉴别培养基用于微生物的分类鉴定。如用伊红美兰培养基鉴别大肠杆菌美兰培养基鉴别大肠杆菌 和产气杆菌。和产气杆菌。 伊红美兰乳糖培养基
50、伊红美兰乳糖培养基(Eosin Methylene blue) 蛋白胨蛋白胨10g 乳糖乳糖5g K2HPO42g 伊红伊红Y0.4g 美兰美兰0.065g 水水1000ml pH=7.2 EMB(伊红美兰培养基) Figure 14. Left: 大肠杆菌大肠杆菌. Right: 大肠杆菌在伊红美大肠杆菌在伊红美 兰乳糖培养基上的形态兰乳糖培养基上的形态. 三、其他的微生物培养方式 立克次氏体和病毒不能在普通培养基上生 长，培养这类微生物的方法是将它们接种 在动植物体内、组织内或细胞内进行体内 培养。 最常用的动物有小白鼠、家兔、豚鼠、猴 子等，最常用的组织是鸡胚，最常用的细 胞是人或动物癌
