1、第四章 微生物的营养与培养基 营养：营养：生物体从外部环境摄取其生命活动所必需的能量生物体从外部环境摄取其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。和物质，以满足其生长和繁殖需要的一种生理功能。营养物：指具有营养功能的物质，在微生物学中，还包营养物：指具有营养功能的物质，在微生物学中，还包括非常规物质形式的光辐射能在内。括非常规物质形式的光辐射能在内。微生物的碳源谱凡是能被用来构成菌体物质中或代谢产物中氮素来源凡是能被用来构成菌体物质中或代谢产物中氮素来源的营养物质称为氮源。的营养物质称为氮源。2.氮源氮源氮源谱氮源谱有机氮无机氮NH3铵盐硝酸盐N2蛋白质核酸氨基酸尿素
2、微生物的氮源谱微生物的氮源谱氨基酸自养型生物：能利用尿素、铵盐、硝酸盐甚至氮氨基酸自养型生物：能利用尿素、铵盐、硝酸盐甚至氮气的生物气的生物氨基酸异养型生物：现成氨基酸氨基酸异养型生物：现成氨基酸按氮源的不同生物可分为：按氮源的不同生物可分为：3.能源能源能源：能为微生物的生命活动提供最初能量来源营养能源：能为微生物的生命活动提供最初能量来源营养物或辐射能，称为能源。物或辐射能，称为能源。4.生长因子生长因子生长因子：生长因子：是一类调节微生物正常代谢必须，且不能是一类调节微生物正常代谢必须，且不能用简单的碳源或氮源自行合成的有机物。需要量一般用简单的碳源或氮源自行合成的有机物。需要量一般很少
3、。很少。广义的生长因子：除维生素外，还包括碱基、卟啉及其衍广义的生长因子：除维生素外，还包括碱基、卟啉及其衍生物生物、甾醇、胺类、甾醇、胺类、C4C6的分枝或直链脂肪酸，以及需要量较大的分枝或直链脂肪酸，以及需要量较大的氨基酸的氨基酸。狭义的生长因子：一般仅指维生素。狭义的生长因子：一般仅指维生素。第二节 微生物的营养类型 微生物的营养类型据其生长所需的能量与氢供体不同分微生物的营养类型据其生长所需的能量与氢供体不同分为种类型为种类型兼养型微生物营养物质进入细胞的方式有：营养物质进入细胞的方式有：单纯扩散单纯扩散促进扩散促进扩散主动运输主动运输基团转移基团转移第三节营养物质进入细胞的方式第三节
4、营养物质进入细胞的方式物质在扩散过程中没有发生任何反应；物质在扩散过程中没有发生任何反应；不消耗能量；不能逆浓度运输；不消耗能量；不能逆浓度运输；运输速率与膜内外物质的浓度差成正比运输速率与膜内外物质的浓度差成正比2 2促进扩散：促进扩散：溶质的运送过程中，必须借助于膜上底物溶质的运送过程中，必须借助于膜上底物特异性载体蛋白的参与，但不消耗能量的一类扩散性运送方特异性载体蛋白的参与，但不消耗能量的一类扩散性运送方式。式。特特点点不消耗能量不消耗能量参与运输的物质本身的分子结构不发生变化参与运输的物质本身的分子结构不发生变化不能进行逆浓度运输不能进行逆浓度运输运输速率与膜内外物质的浓度差成正比运
5、输速率与膜内外物质的浓度差成正比需要载体参与需要载体参与促进扩散模式图促进扩散模式图细胞膜细胞膜细胞膜外细胞膜外细胞膜内细胞膜内恢复原构象移位再循环结合构象改变3 3主动运输主动运输指一类须提供能量并通过细胞膜上特异性载体蛋指一类须提供能量并通过细胞膜上特异性载体蛋白构象的变化，而使膜外环境中低浓度的溶质运入膜白构象的变化，而使膜外环境中低浓度的溶质运入膜内的一种运送方式。内的一种运送方式。特点特点需要消耗代谢能；需要消耗代谢能；需要载体（渗透酶）参与；需要载体（渗透酶）参与；运输方向是由胞外向胞内，逆浓度梯度方向进行；运输方向是由胞外向胞内，逆浓度梯度方向进行；扩散没有动态平衡点；扩散没有动
6、态平衡点；对被运输的物质具有高度的选择性（对被运输的物质具有高度的选择性（立体专一性立体专一性）；）；运输的物质种类丰富，大多数氨基酸、糖类和一些离子运输的物质种类丰富，大多数氨基酸、糖类和一些离子。主动运输模式图主动运输模式图细胞膜细胞膜细胞膜外细胞膜外细胞膜内细胞膜内恢复原构象移位再循环结合构象改变ADP+PiATP4 4基团移位基团移位group translocation也是一种既需特异性载体蛋白又须耗能的运送方也是一种既需特异性载体蛋白又须耗能的运送方式，但溶质在运送前后会发生分子结构的变化，不同式，但溶质在运送前后会发生分子结构的变化，不同于上述的主动运送。于上述的主动运送。机制：
7、磷酸烯醇式丙酮酸机制：磷酸烯醇式丙酮酸-磷酸糖转移酶运输系统（磷酸糖转移酶运输系统（PTS），），PTS 通常由五种蛋白质组成，包括酶通常由五种蛋白质组成，包括酶I、酶、酶II（包括（包括a、b、c三种亚基）和一种低相对分子量的热稳定蛋白质（三种亚基）和一种低相对分子量的热稳定蛋白质（HPr）。）。细胞内高能化合物磷酸烯醇式丙酮酸（细胞内高能化合物磷酸烯醇式丙酮酸（PEPPEP）的磷酸基团把的磷酸基团把HPrHPr激活。激活。酶酶1 1 PEP+HPr PEP+HPr 丙酮酸丙酮酸+P-HPrP-HPrHPrHPr是一种低分子量的可溶性蛋白，结合在细是一种低分子量的可溶性蛋白，结合在细胞膜上，
8、具有高能磷酸载体的作用。胞膜上，具有高能磷酸载体的作用。运送步骤运送步骤1、热稳载体蛋白、热稳载体蛋白(HPr)的激活的激活膜外环境中的糖先与外膜表面的酶膜外环境中的糖先与外膜表面的酶2 2结合，再结合，再被转运到内膜表面。这时，糖被被转运到内膜表面。这时，糖被P-HPrP-HPr上的磷上的磷酸激活，并通过酶酸激活，并通过酶2 2的作用将的作用将糖糖-磷酸磷酸释放到释放到细胞内。细胞内。酶酶2 2 P-HPr+P-HPr+糖糖 糖糖-P+HPrP+HPr2、糖被磷酸化后运入膜内、糖被磷酸化后运入膜内第四节培养基第四节培养基培养基培养基(medium)(medium)是人工配制的，含六大营养要素
9、，适是人工配制的，含六大营养要素，适合微生物生长繁殖或产生代谢产物的混合营养料。合微生物生长繁殖或产生代谢产物的混合营养料。难养菌难养菌培养基几乎是一切对微生物进行研究和利用工作的基础培养基几乎是一切对微生物进行研究和利用工作的基础六大营养要素：六大营养要素：碳源、氮源、无机盐、能源、生长因子、水碳源、氮源、无机盐、能源、生长因子、水任何培养基一旦配成，必须立即进行灭菌处理；任何培养基一旦配成，必须立即进行灭菌处理；一、选用和设计培养基的原则和方法一、选用和设计培养基的原则和方法(一一)4个原则个原则目的明确目的明确营养协调营养协调理化条件适宜理化条件适宜经济节约经济节约常见的培养四大类微生物
10、的培养基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）：细菌（牛肉膏蛋白胨培养基）：牛肉膏牛肉膏 3g 3g 蛋白胨蛋白胨 10g NaCl 5g H 10g NaCl 5g H2 2O O 1000ml1000ml放线菌（高氏放线菌（高氏1 1号）号）淀粉淀粉 20g K2HPO4 0.5g NaCl 0.5g MgSO4.7H2O 20g K2HPO4 0.5g NaCl 0.5g MgSO4.7H2O 0.5g KNO3 1g FeSO4 0.01g H2O 1000ml0.5g KNO3 1g FeSO4 0.01g H2O 1000ml酵母菌酵母菌(麦芽汁培养基麦芽汁培养基
11、)干麦芽粉加四倍水，在干麦芽粉加四倍水，在50-6050-60保温糖化保温糖化3-43-4小时，用碘液小时，用碘液试验检查至糖化完全为止，调整糖液浓度为试验检查至糖化完全为止，调整糖液浓度为1010。巴林，煮沸。巴林，煮沸后，沙布过滤，调后，沙布过滤，调PHPH为为6.06.0。霉菌（查氏合成培养基）霉菌（查氏合成培养基）N a N O 3 3 g K 2 H P O 4 1 g K C l 0.5 g N a N O 3 3 g K 2 H P O 4 1 g K C l 0.5 g MgSO4.7H2O 0.5gFeSO4 0.01g MgSO4.7H2O 0.5gFeSO4 0.01g
12、蔗糖蔗糖 30g H2O 30g H2O 1000ml1000ml2.营养协调营养协调对微生物细胞组成元素的调查或分析，是设计培养基时的重对微生物细胞组成元素的调查或分析，是设计培养基时的重要参考依据。要参考依据。要素：要素：H2OC源源(含能源含能源)N源源P、SK、Mg生长素生长素 含量：含量：10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6培养基中各营养物质之间的浓度配比也直接影响微生物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（的生长繁殖和代谢产物的形成和积累，其中碳氮比（C/N）的）的影响较大。影响较大。碳氮比指培养基中碳原
13、子摩尔数与氮原子摩尔数的比值。碳氮比指培养基中碳原子摩尔数与氮原子摩尔数的比值。一般地讲，真菌需一般地讲，真菌需CN比较高的培养基比较高的培养基(似动物的似动物的“素食素食”)细菌尤其是动物病原菌细菌尤其是动物病原菌CN比较低的比较低的培养基培养基(似动物的似动物的“荤食荤食”)。3.理化条件适宜理化条件适宜pH渗透压和水渗透压和水活度活度氧化还原电位氧化还原电位(1)pH培养基的培养基的pH必须控制在一定的范围内，以满足不同类型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。微生物的生长繁殖或产生代谢产物。通常培养条件：通常培养条件：细细 菌：菌：7.08.0 放线菌：
14、放线菌：7.58.5酵母菌：酵母菌：3.86.0 霉霉 菌：菌：4.05.8藻类藻类:6.07.0 原生动物原生动物:6.08.0为了维持培养基为了维持培养基pH的相对恒定，通常在培养基中加入的相对恒定，通常在培养基中加入pH缓冲剂进缓冲剂进行内源调节，或在进行工业发酵时补加酸、碱进行外源调节。行内源调节，或在进行工业发酵时补加酸、碱进行外源调节。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+KClKH2PO4+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
15、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。（3）氧化还原势氧化还原势氧化还原电位又称氧化还原电势（氧化还原电位又称氧化还原电势（redox potential），是量度），是量度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，其单位是的一种指标，其单位是V（伏）或（伏）或mV（毫伏）。（毫伏）。测量：电位计；化学指示剂测量：电位计；化学指示剂:如刃天青。如刃天青。不同类型微生物生长对氧化还原电位的要求不同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：好氧性微生物：+0.1+0.1
16、伏以上时可正常生长伏以上时可正常生长,以以+0.3+0.3+0.4+0.4伏为宜；伏为宜；厌氧性微生物：低于厌氧性微生物：低于+0.1+0.1伏条件下生长；伏条件下生长；兼性厌氧微生物：兼性厌氧微生物：+0.1+0.1伏以上时进行好氧呼吸伏以上时进行好氧呼吸,+0.1 +0.1伏以下时进行发酵。伏以下时进行发酵。4.经济节约经济节约以粗代精以粗代精以野代家以野代家以废代好以废代好以国代进以国代进以简代繁以简代繁以氮代朊以氮代朊以烃代粮以烃代粮以纤代糖以纤代糖生态模拟生态模拟参阅文献参阅文献精心设计精心设计试验比较试验比较二、培养基的种类二、培养基的种类培养基种类繁多，根据其成分、物理状态和用培
17、养基种类繁多，根据其成分、物理状态和用途可将培养分成多种类型。途可将培养分成多种类型。（一）按成分不同划分（一）按成分不同划分天然培养基天然培养基合成培养基合成培养基一类利用动、植物或微生物体或其提取物制一类利用动、植物或微生物体或其提取物制成的培养基，是一类营养成分复杂成的培养基，是一类营养成分复杂,难以说难以说出其确切成分的培养基。出其确切成分的培养基。牛肉膏蛋白胨培养基、麦芽汁培养基牛肉膏蛋白胨培养基、麦芽汁培养基化学成分完全了解的物质配制而成的培化学成分完全了解的物质配制而成的培养基养基高氏高氏1 1号培养基、查氏培养基号培养基、查氏培养基半合成培养基半合成培养基主要以化学试剂配制主要
18、以化学试剂配制,同时还加有某种或某同时还加有某种或某些天然成分的培养基。些天然成分的培养基。马铃薯蔗糖培养基马铃薯蔗糖培养基（二）按物理状态不同（二）按物理状态不同划分划分固体培养基固体培养基液体培养基液体培养基在液体培养基中加入一定量凝固在液体培养基中加入一定量凝固剂，使其成为固体状态，琼脂含剂，使其成为固体状态，琼脂含量一般为量一般为1%-2.0%1%-2.0%琼脂含量一般为琼脂含量一般为0.2%-0.7%不加任何不加任何凝固剂凝固剂半固体培养基半固体培养基固体培养基常用来进行微生物的分固体培养基常用来进行微生物的分离、鉴定、活菌计数及菌种保藏离、鉴定、活菌计数及菌种保藏 观察微生物的运动特征、分类鉴观察微生物的运动特征、分类鉴定及噬菌体效价滴定定及噬菌体效价滴定 大规模工业生产及在实验室进行大规模工业生产及在实验室进行微生物的基础理论和应用方面的微生物的基础理论和应用方面的研究研究 脱水培养基
