1、第五章第五章 微生物的营养与培养基微生物的营养与培养基食品科学与工程学院食品科学与工程学院 杨保伟杨保伟知识回顾知识回顾 2.2.特点特点 无细胞结构，专性活细胞内寄生；无细胞结构，专性活细胞内寄生；没有酶或酶系统极不完全，不能进行代谢活动；没有酶或酶系统极不完全，不能进行代谢活动；个体极小，能通过细菌滤器；个体极小，能通过细菌滤器；对抗生素不敏感，对干扰素敏感对抗生素不敏感，对干扰素敏感；不耐热，不耐热，55556060即可被杀死。即可被杀死。知识回顾知识回顾3.3.病毒大小及测定方法病毒大小及测定方法大小：大小：nmnm测定方法：超滤法、电镜法、超速离心沉降法和电泳法测定方法：超滤法、电镜
2、法、超速离心沉降法和电泳法4.4.病毒的形态病毒的形态球形颗粒、杆形颗粒和复合型颗粒球形颗粒、杆形颗粒和复合型颗粒5.5.病毒的化学组成病毒的化学组成核酸核酸+蛋白质蛋白质知识回顾知识回顾6.6.病毒的对称体制病毒的对称体制螺旋对称、二十面体对称和复合对称螺旋对称、二十面体对称和复合对称 7.7.病毒的群体形态病毒的群体形态包涵体、噬菌斑、空斑与病斑、枯斑包涵体、噬菌斑、空斑与病斑、枯斑8.8.病毒的种类病毒的种类动物病毒（脊椎动物病毒昆虫病毒）、植物病毒动物病毒（脊椎动物病毒昆虫病毒）、植物病毒和微生物病毒和微生物病毒知识回顾知识回顾9.9.病毒（噬菌体）的增殖病毒（噬菌体）的增殖一般可分五
3、个阶段，即一般可分五个阶段，即吸附、侵入、增殖、成熟吸附、侵入、增殖、成熟/装配、裂解装配、裂解/释放释放10.10.噬菌体与实践噬菌体与实践基本内容：基本内容：微生物生长所需的营养物质，微生物的营养类微生物生长所需的营养物质，微生物的营养类型，微生物吸收营养物质的方式，培养基的配型，微生物吸收营养物质的方式，培养基的配制及类型。制及类型。第五章第五章 微生物的营养与培养基微生物的营养与培养基重点和难点：重点和难点：微生物的营养类型，吸收营养物质的方式，培微生物的营养类型，吸收营养物质的方式，培养基的类型。养基的类型。营养物质营养物质:能够满足肌体生长、繁殖和完成各种能够满足肌体生长、繁殖和完
4、成各种生理活动所需要的物质。生理活动所需要的物质。营养营养:微生物获得和利用营养物质的过程。微生物获得和利用营养物质的过程。第五章第五章 微生物的营养与培养基微生物的营养与培养基营养物质营养物质是微生物生存的物质基础，而是微生物生存的物质基础，而营养营养是微是微生物维持和延续其生命形式的一种生理过程。生物维持和延续其生命形式的一种生理过程。第一节第一节 微生物的营养物质微生物的营养物质第二节第二节 微生物的营养类型微生物的营养类型第三节第三节 营养物质进入细胞的方式营养物质进入细胞的方式第四节第四节 培养基的类型及制备培养基的类型及制备第五章第五章 微生物的营养与培养基微生物的营养与培养基第一
5、节第一节 微生物的营养物质微生物的营养物质一、微生物细胞的化学组成一、微生物细胞的化学组成 微生物细胞的化学元素组成与高等生物相同，包括微生物细胞的化学元素组成与高等生物相同，包括碳碳、氢氢、氧氧、氮氮和各种和各种矿质元素矿质元素。1.1.水分水分 水是微生物及一切生物细胞中含量最多的成分。水是微生物及一切生物细胞中含量最多的成分。微生物微生物细胞的含水量随种类和生长期而异细胞的含水量随种类和生长期而异。通常情况下，细菌含。通常情况下，细菌含水量为细胞鲜重的水量为细胞鲜重的75%75%85%85%，酵母菌为酵母菌为70%70%85%85%，丝状真丝状真菌为菌为85%85%90%90%，细菌芽孢
6、和霉菌孢子的含水量约为细菌芽孢和霉菌孢子的含水量约为40%40%。第一节第一节 微生物的营养物质微生物的营养物质一、微生物细胞的化学组成一、微生物细胞的化学组成2.2.干物质的元素组成干物质的元素组成 微生物细胞干物质主要组成元素为微生物细胞干物质主要组成元素为碳、氢、氧、氮碳、氢、氧、氮，约占细胞，约占细胞干重干重的的90%90%97%97%，其余其余3%3%10%10%为磷、钾等矿质元素。为磷、钾等矿质元素。主要组成元素中，主要组成元素中，碳、氢碳、氢含量比较稳定，约分别含量比较稳定，约分别占细胞干物质重量的占细胞干物质重量的50%50%和和7%7%。氮含量变化较大，。氮含量变化较大，单细
7、胞微生物的含氮量高于丝状真菌单细胞微生物的含氮量高于丝状真菌，C/NC/N小于丝小于丝状真菌。状真菌。矿质元素约占细胞干重的矿质元素约占细胞干重的3%3%10%10%，其中磷含量最其中磷含量最高，约占灰分元素的高，约占灰分元素的50%50%，其次为钾，约占灰分总，其次为钾，约占灰分总量的量的20%20%，其余元素含量较少。，其余元素含量较少。第一节第一节 微生物的营养物质微生物的营养物质一、微生物细胞的一、微生物细胞的化学组成化学组成3.3.微生物细胞物质组成微生物细胞物质组成结构物质：结构物质：细胞壁、细胞膜、细胞核、细胞质和细胞壁、细胞膜、细胞核、细胞质和细胞器的组成分，包括蛋白质、多糖、
8、核酸和类细胞器的组成分，包括蛋白质、多糖、核酸和类脂等。脂等。贮藏物质：贮藏物质：主要为多糖和脂类，如淀粉、糖原、主要为多糖和脂类，如淀粉、糖原、脂肪和多聚脂肪和多聚-羟基丁酸等。羟基丁酸等。代谢底物和产物：代谢底物和产物：包括存在于细胞内的糖、氨基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。酸、核苷酸、有机酸和维生素等低分子量化合物。第一节第一节 微生物的营养物质微生物的营养物质一、微生物细胞的一、微生物细胞的化学组成化学组成第一节第一节 微生物的营养物质微生物的营养物质六要素六要素：碳源、氮源、能源、生长因子、碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水无机盐和水二、微
9、生物的营养要素二、微生物的营养要素 按照营养物质在肌体中生理作用的不按照营养物质在肌体中生理作用的不同，可分成六大类。同，可分成六大类。第一节第一节 微生物的营养物质微生物的营养物质1.碳源（碳源（carbon source)凡能提供微生物营养所需碳元素凡能提供微生物营养所需碳元素(碳架碳架)的营养物的营养物质称为碳源。质称为碳源。碳源谱碳源谱有机碳有机碳无机碳无机碳异养微生物异养微生物自养微生物自养微生物第一节第一节 微生物的营养物质微生物的营养物质对于为数众多的化对于为数众多的化能异养微生物来讲，能异养微生物来讲，碳源也是兼有能源碳源也是兼有能源功能的营养物功能的营养物。目前在微生物工业目
10、前在微生物工业发酵中所利用的碳源发酵中所利用的碳源物质主要是物质主要是单糖、淀单糖、淀粉、麸皮、米糠粉、麸皮、米糠等。等。微生物可利用的碳源主要有微生物可利用的碳源主要有糖类、有机酸、醇、脂类、糖类、有机酸、醇、脂类、烃、烃、COCO2 2及碳酸盐及碳酸盐等。等。碳素的功能：碳素的功能：组成有机分子的组成有机分子的C C架架第一节第一节 微生物的营养物质微生物的营养物质种类种类碳源物质碳源物质备注备注糖糖葡萄糖、果糖、麦芽糖、蔗糖、淀粉、半葡萄糖、果糖、麦芽糖、蔗糖、淀粉、半乳糖、乳糖、甘露糖、纤维二糖、纤维素、乳糖、乳糖、甘露糖、纤维二糖、纤维素、半纤维素、甲壳素、木质素等半纤维素、甲壳素、
11、木质素等单糖优于双糖，己糖优于戊糖，淀粉优于单糖优于双糖，己糖优于戊糖，淀粉优于纤维素，纯多糖优于杂多糖。纤维素，纯多糖优于杂多糖。有机酸有机酸糖酸、乳酸、柠檬酸、延胡索酸、低级脂糖酸、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，进入细胞后绘导致胞，进入细胞后绘导致pHpH下降。当环境中下降。当环境中缺乏碳源物质时，氨基酸可被微生物作为缺乏碳源物质时，氨基酸可被微生物作为碳源利用。碳源利用。醇醇乙醇乙醇在低浓度条件下被某些酵母菌和醋酸菌利在低浓度条件下被某些酵母菌和醋酸菌利用用脂脂
12、脂肪、磷脂脂肪、磷脂主要利用脂肪，在特定条件下将磷脂分解主要利用脂肪，在特定条件下将磷脂分解为甘油和脂肪酸而加以利用为甘油和脂肪酸而加以利用烃烃天然气、石油、石油馏分、石蜡油等天然气、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成的特殊吸收系统，可将难溶的烃充分乳化后吸收利用化后吸收利用COCO2 2 COCO2 2为自养微生物所利用为自养微生物所利用碳酸盐碳酸盐NaHCO3NaHCO3、CaCO3CaCO3、白垩等白垩等为自养微生物所利用为自养微生物所利用其他其他芳香族化合物、氰化物、蛋白质、肽、核芳香族
13、化合物、氰化物、蛋白质、肽、核酸等酸等利用这些物质的微生物在环境保护方面有利用这些物质的微生物在环境保护方面有重要作用重要作用第一节第一节 微生物的营养物质微生物的营养物质2.氮源氮源(nitrogen source)凡能提供微生物生长繁殖所需氮素的营养物质，凡能提供微生物生长繁殖所需氮素的营养物质，称为氮源。称为氮源。氮源谱氮源谱有机氮有机氮无机氮无机氮蛋白质蛋白质核酸核酸氨基酸氨基酸尿素尿素几丁质几丁质NHNH3 3铵盐铵盐硝酸盐硝酸盐N N2 2第一节第一节 微生物的营养物质微生物的营养物质按氮源种类微生物可被分为：按氮源种类微生物可被分为：氨基酸氨基酸自养型自养型微生物：能利用尿素、铵
14、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盐、硝酸盐甚至氮气作为氮源的微生物氨基酸氨基酸异养微异养微型生物：能利用氨基酸、肽、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蛋白质、几丁质等作为氮源的微生物常用的蛋白质类氮源：蛋白胨、鱼粉、蚕蛹、黄常用的蛋白质类氮源：蛋白胨、鱼粉、蚕蛹、黄豆饼粉、玉米浆豆饼粉、玉米浆/粉、花生粉、牛肉浸膏、酵母浸粉、花生粉、牛肉浸膏、酵母浸膏等，为膏等，为迟效氮迟效氮，用于产生代谢产物。，用于产生代谢产物。第一节第一节 微生物的营养物质微生物的营养物质 工业生产中，要根据不同的目的加入不同的氮工业生产中，要根据不同的目的加入不同的氮源
15、，而且要调节速效氮与迟效氮的配比。源，而且要调节速效氮与迟效氮的配比。尿素、氨基酸、肽等为尿素、氨基酸、肽等为速效氮速效氮，主要用于菌体生长；，主要用于菌体生长；第一节第一节 微生物的营养物质微生物的营养物质3.3.能源能源为微生物生命活动提供最初能量来源的营养物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。质和辐射能称为能源。能源谱能源谱化能异养微生物的能源化能异养微生物的能源化能自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光能自养和光能异养微生物的能源有机物有机物无机物无机物化学物质化学物质辐射能辐射能化能自养微生物的能源都是一些还原态无机化能自养微生物
16、的能源都是一些还原态无机物质。如物质。如NH3、NH4+、NO3-、S、H2S、H2和和Fe2+等。能利用这些物质的微生物均为细等。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、氢菌，如硝酸细菌、亚硝酸细菌、硫细菌、氢细菌和铁细菌等。细菌和铁细菌等。第一节第一节 微生物的营养物质微生物的营养物质4.生长因子生长因子(growth factor)微生物生长所必需且需要量很小，但微生物微生物生长所必需且需要量很小，但微生物自身不能合成或合成量不足以满足机体生长需自身不能合成或合成量不足以满足机体生长需要的有机化合物。要的有机化合物。生长因子也称为生长素，主要包括生长因子也称为生长
17、素，主要包括维生素、氨维生素、氨基酸和碱基基酸和碱基(嘧啶和嘌呤嘧啶和嘌呤)。生长因子不提供能量，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。分，与微生物代谢有着密切关系。第一节第一节 微生物的营养物质微生物的营养物质 按微生物与生长因子间的关系将微生物分为按微生物与生长因子间的关系将微生物分为3 3种类型：种类型：一是生长因子自养型微生物：一是生长因子自养型微生物：能自身合成各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素
18、而能在基础培养基上生长的菌株称为野生型或野生型或原养型菌株。原养型菌株。多数真菌、放线菌和部分细菌属于多数真菌、放线菌和部分细菌属于这种类型。这种类型。第一节第一节 微生物的营养物质微生物的营养物质二是生长因子异养型微生物：二是生长因子异养型微生物：自身缺乏合成一种或多种生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。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的需要特定生长素才能生长的菌株称为营养缺陷型菌营养缺陷型菌。乳。乳酸菌、各种动物病原菌和支原
19、体等属于生长因子异养型微酸菌、各种动物病原菌和支原体等属于生长因子异养型微生物；生物；三是生长因子过量合成微生物：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。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如阿舒假囊酵母的维生素B2B2产量可达产量可达2.52.5g/Lg/L发酵液。发酵液。第一节第一节 微生物的营养物质微生物的营养物质其主要功能：其主要功能：构成微生物的细胞结构；构成微生物的细胞结构；酶活性基的组成分和酶的激活剂；酶活性基的组成分和酶的激活剂；调节细胞渗透压、调节细胞渗透压、
20、pHpH值和氧化还原电位；值和氧化还原电位；化能自养菌的能源化能自养菌的能源(S S、FeFe2+2+等等)。5.矿质元素矿质元素/无机盐（无机盐（mineral salts)是微生物生命活动不可缺少的物质。微生物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细胞中的矿质元素约占细胞干重的3%10%。第一节第一节 微生物的营养物质微生物的营养物质根据微生物对矿质元素需要量的大小将其分为根据微生物对矿质元素需要量的大小将其分为:需要浓度在需要浓度在10-310-4mo1/L范围内的元素称范围内的元素称为为大量元素，大量元素，包括包括P、S、K、Na、Ca、Mg、Fe；需要浓
21、度为需要浓度为10-610-8mo1/L范围内的元素，范围内的元素，称为称为微量元素，微量元素，包括包括Cu、Zn、Mn、Mo、Co、B等等10种。种。第一节第一节 微生物的营养物质微生物的营养物质6.6.水水生理功能主要有：生理功能主要有：溶剂与运输介质；溶剂与运输介质；参与细胞内一系列化学反应；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；维持蛋白质、核酸等生物大分子稳定的天然构象；热的良好导体；热的良好导体；通过水合作用与脱水作用控制由多亚基组成的通过水合作用与脱水作用控制由多亚基组成的结构结构第二节第二节 微生物的营养类型微生物的营养类型微生物的营养类型比高等生
22、物复杂。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。按不同分类方法可将微生物分成不同类型。按能源分按能源分光能营养型光能营养型化能营养型化能营养型按碳源分按碳源分自养型自养型异养型异养型第二节第二节 微生物的营养类型微生物的营养类型光能无机自养型光能无机自养型(photolithoautotrphy)光能有机异养型光能有机异养型(photoorganoheterotrphy)化能无机自养型化能无机自养型(chemolithoautotrphy)化能有机异养型化能有机异养型(chemoorganoheterotrophy)根据根据碳源碳源、能源能源及及电子供体电子供体性
23、质的不同性质的不同，可将微生可将微生物分为以下物分为以下4 4种营养类型：种营养类型：第二节第二节 微生物的营养类型微生物的营养类型1.1.光能无机营养型（光能自养型）光能无机营养型（光能自养型）能以能以COCO2 2为唯一或主要为唯一或主要碳源碳源；通过通过光合作用光合作用获取生长所需要的获取生长所需要的能量能量；以以无机物如无机物如H H2 2、H H2 2S S、S S等作为供氢体等作为供氢体或电子供体，使或电子供体，使COCO2 2还原为细胞物质。还原为细胞物质。CO2+2H2S光能光能光合色素光合色素 CH2O+2S+H2O第二节第二节 微生物的营养类型微生物的营养类型例如：例如：藻
24、类及蓝细菌等和植物一样，以水为电子供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，合成体（供氢体），进行产氧型的光合作用，合成细胞物质。细胞物质。红硫细菌，以红硫细菌，以H H2 2S S为电子供体，产生细胞物质，为电子供体，产生细胞物质，并伴随硫元素的产生。并伴随硫元素的产生。1.1.光能无机营养型（光能自养型）光能无机营养型（光能自养型）第二节第二节 微生物的营养类型微生物的营养类型2 2光能有机营养型（光能异养型）光能有机营养型（光能异养型）不能以不能以COCO2 2为主要或唯一碳源；为主要或唯一碳源；以有以有机物作为供氢体机物作为供氢体，利用，利用光能光能将
25、将COCO2 2还原为细胞物质；还原为细胞物质；在生长时大多数需要外源的生长因子；在生长时大多数需要外源的生长因子；2H H3 3C CH H3 3C CCHOH+CHOH+CO2光能光能光合色素光合色素2 2 CHCH3 3C0CHC0CH3 3 +CH2O +H2O例如：红螺菌属中的一些细菌能利用异丙醇作为供例如：红螺菌属中的一些细菌能利用异丙醇作为供氢体，将氢体，将COCO2 2还原成细胞物质，同时积累丙酮。还原成细胞物质，同时积累丙酮。第二节第二节 微生物的营养类型微生物的营养类型3 3化能无机营养型（化能自养型）化能无机营养型（化能自养型）生长所需要的能量来自无机物氧化过程中放出的生
26、长所需要的能量来自无机物氧化过程中放出的化学能化学能；以以COCO2 2或碳酸盐作为唯一或主要碳源进行生长时，利用或碳酸盐作为唯一或主要碳源进行生长时，利用H H2 2、H H2 2S S、FeFe2+2+、NHNH3 3或或NONO2 2-等作为电子供体等作为电子供体使使COCO2 2还原成细胞物还原成细胞物质。质。化能无机自养型只存在于微生物中，可在完全无机及无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光的环境中生长。它们广泛分布于土壤及水环境中,参参与地球物质循环。与地球物质循环。第二节第二节 微生物的营养类型微生物的营养类型有机物通常既
27、是碳源也是能源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大多数细菌、真菌、原生动物和所有致病微生物都是化能有机异养型微生物；能有机异养型微生物；4 4化能有机营养型（化能异养型）化能有机营养型（化能异养型）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化学能；生长所需要的碳源主要是一些有机化合物，如淀粉、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。糖类、纤维素、有机酸等。微生物营养类型微生物营养类型营养类型营养类型能源能源供氢体供氢体基本碳源基本碳源实例实例光能无机光能无机营养型营养型光光
28、无机物无机物COCO2 2蓝细菌、藻类、蓝细菌、藻类、紫硫细菌紫硫细菌光能有机光能有机营养型营养型光光有机物有机物COCO2 2及简单及简单有机物有机物红螺菌红螺菌化能无机化能无机营养型营养型化学能化学能（无机物（无机物)无机物无机物COCO2 2硝化细菌、硫细菌、硝化细菌、硫细菌、铁细菌、氢细菌铁细菌、氢细菌化能有机化能有机营养型营养型化学能化学能（有机物）（有机物）有机物有机物有机物有机物大多数非光合细菌、大多数非光合细菌、全部真菌、原生动物全部真菌、原生动物第二节第二节 微生物的营养类型微生物的营养类型第二节第二节 微生物的营养类型微生物的营养类型不同营养类型之间的界限并非绝对。不同营养
29、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异养型微生物并非绝对不能利用COCO2 2；自养型微生物也并非不能利用有机物进行生长；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；有些微生物的营养类型也会随生长条件的改变发生改变；例如紫色非硫细菌例如紫色非硫细菌(purple nonsulphur bacteria)：没有有机物时，同化没有有机物时，同化CO2，为，为自养型微生物；自养型微生物；有有有机物存在时，利用有机物进行生长，为有机物存在时，利用有机物进行生长，为异养型微生物；异养型微生物；光照和厌氧条件下，利用光能生长，为光照和厌氧条件
30、下，利用光能生长，为光能营养型微生物；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第三节第三节 营养物质进入细胞的方式营养物质进入细胞的方式 微生物从外界摄取营养物质的方式随微生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，可归纳为物类群和营养物质种类而异，可归纳为吞食吞食和和渗透吸收渗透吸收两种类型。两种类型。多数原生动物能直接以细胞质膜包围并多
31、数原生动物能直接以细胞质膜包围并吞吞食食营养物。营养物。绝大多数微生物以绝大多数微生物以渗透渗透方式吸收营养物质。方式吸收营养物质。第三节第三节 营养物质进入细胞的方式营养物质进入细胞的方式营养物质能否进入细胞取决于三个方面的因素：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、营养物质本身的性质（相对分子量、质量、溶解性、电负性等溶解性、电负性等;微生物所处的环境（温度、微生物所处的环境（温度、pHpH等）；等）；微生物细胞的透过屏障（原生质膜、细胞壁、微生物细胞的透过屏障（原生质膜、细胞壁、荚膜等）。荚膜等）。第三节第三节 营养物质进入细胞的方式营养物质进入
32、细胞的方式根据物质运输过程的特点根据物质运输过程的特点，可将运输方式分为可将运输方式分为:自由扩散自由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第三节 营养物质进入细胞的方式营养物质进入细胞的方式1 1自由扩散（单纯扩散）自由扩散（单纯扩散）营养物质通过原生质膜上的小孔，由营养物质通过原生质膜上的小孔，由高浓度高浓度的胞外的胞外环境向环境向低浓度的胞内低浓度的胞内进行扩散。进行扩散。特点：特点：营养物顺浓度梯度进行运送，即由高浓营养物顺浓度梯度进行运送，即由高浓度向低浓度运送；度向低浓度运送；不需要能量；不需要能量；不需要载体；不需要载体；对营养物无选择性。对营养物无选择性。第
33、三节第三节 营养物质进入细胞的方式营养物质进入细胞的方式第三节第三节 营养物质进入细胞的方式营养物质进入细胞的方式 水是可以通过自由扩散通过原生质膜的水是可以通过自由扩散通过原生质膜的分子。分子。脂肪酸、乙醇、甘油、一些气体（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及某些氨基酸在一定程度上也可通过自由扩散进出细胞。过自由扩散进出细胞。第三节第三节 营养物质进入细胞的方式营养物质进入细胞的方式2促进扩散促进扩散 营养物质通过与细胞质膜上透过酶营养物质通过与细胞质膜上透过酶(Permease,或称载体蛋白或称载体蛋白)的可逆性结合从高浓度环境进入低的可逆性结合从高
34、浓度环境进入低浓度环境的传递过程。浓度环境的传递过程。第三节第三节 营养物质进入细胞的方式营养物质进入细胞的方式 特点：特点：营养物顺浓度梯度运送，不需要能量；营养物顺浓度梯度运送，不需要能量；需要载体参与；需要载体参与；特异性。即一定的透过酶只能与一定的养料特异性。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；离子或结构相近的分子结合；当膜外营养物质浓度过高时，由于透过酶数当膜外营养物质浓度过高时，由于透过酶数量有限而表现出饱和效应。量有限而表现出饱和效应。通过促进扩散进入细胞的营养物质主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。要有氨基酸、单糖、维生素及
35、无机盐等。一般微生物通过专一的载体蛋白运输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。运输由一种以上的载体蛋白来完成。第三节第三节 营养物质进入细胞的方式营养物质进入细胞的方式第三节第三节 营养物质进入细胞的方式营养物质进入细胞的方式3 3主动运输主动运输 在代谢能的推动下，通过质膜上的特殊在代谢能的推动下，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。载体蛋白逆浓度梯度吸收营养物质的过程。特点：特点：特异性，即营养物质与载体蛋白间存特异性，即营养物质与载体蛋白间存在着特异性关系；在着特异性关系
36、；消耗能量；消耗能量；逆浓度梯度运输；逆浓度梯度运输；能改变养料运输反应的平衡点。能改变养料运输反应的平衡点。第三节第三节 营养物质进入细胞的方式营养物质进入细胞的方式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。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。第三节第三节 营养物质进入细胞的方式营养物质进入细胞的方式4 4基团移位基团移位 基团转移是一种需要特异性载体蛋白和消耗能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，量、逆浓度梯度的运输方式，养料在运输前后分养料在运输前后分子结构发生改变子结构发生改变，因而不同于主动运输。，因而不同于主动运输。第三节
37、第三节 营养物质进入细胞的方式营养物质进入细胞的方式基团转移主要存在于基团转移主要存在于厌氧型厌氧型和和兼性厌兼性厌氧型氧型细胞中，主要用于糖的运输，脂肪酸、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。核苷、碱基等也可以通过这种方式运输。四种运送营养方式的比较四种运送营养方式的比较比较项目比较项目 单纯扩散单纯扩散 促进扩散促进扩散 主动运输主动运输 基团移位基团移位特异载体蛋白特异载体蛋白 无无 有有 有有 有有 运送速度运送速度 慢慢 快快 快快 快快溶质运送方向溶质运送方向 由浓至稀由浓至稀 由浓至稀由浓至稀 由稀至浓由稀至浓由稀至浓由稀至浓 平衡时内外浓度平衡
38、时内外浓度 内外相等内外相等 内外相等内外相等 内部高内部高 内部高内部高运送分子运送分子 无特异性无特异性 特异性特异性 特异性特异性 特异性特异性能量消耗能量消耗 不需要不需要 需要需要 需要需要 需要需要运送前后溶质分子运送前后溶质分子 不变不变 不变不变 不变不变 改变改变载体饱和效应载体饱和效应 无无 有有 有有 有有与溶质类似物与溶质类似物 无竞争性无竞争性 有竞争性有竞争性 有竞争性有竞争性 有竞争性有竞争性运送抑制剂运送抑制剂 无无 有有 有有 有有运送对象举例运送对象举例 水、水、O O2 2 糖、糖、SOSO4 42-2-氨基酸、乳糖氨基酸、乳糖 葡萄糖葡萄糖 嘌呤嘌呤第四
39、节第四节 培养基（培养基（medium)培养基培养基(culture medium)：人工配制的，适合微生人工配制的，适合微生物生长繁殖或产生代谢产物的营养基质。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。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：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、水碳源、氮源、能源、无机盐、生长因子、水第四节第四节 培养基（培养基（medium)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）原则（一）原
40、则目的明确目的明确营养协调营养协调理化适宜理化适宜经济节约经济节约第四节第四节 培养基（培养基（medium)1.1.目的明确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。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：培养化能自养型的氧化硫杆菌的培养基组成为：S 10g MgSO4.7H2O 0.5g （NH4）2SO4 0.4g FeSO4 0.01g H2PO4 4g CaCl2 0.25g H2O 1000ml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葡萄糖 5g NH4
41、H2PO4 1g NaCl 5g MgSO4.7H2O 0.2g K2HPO4 1g H2O 1000ml第四节第四节 培养基（培养基（medium)常见的培养四大类微生物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 蛋白胨蛋白胨 10g NaCl 5g H2O 1000ml放线菌（高氏放线菌（高氏1号）号）淀粉淀粉 20g K2HPO4 0.5g NaCl 0.5g MgSO4.7H2O 0.5g 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)干麦芽粉加四倍水，在干麦芽粉
42、加四倍水，在50-60保温糖化保温糖化3-4小时，用碘液试验检查小时，用碘液试验检查至糖化完全为止，调整糖液浓度为至糖化完全为止，调整糖液浓度为10。巴林，煮沸后，沙布过滤，调。巴林，煮沸后，沙布过滤，调PH为为6.0。霉菌（查氏合成培养基）霉菌（查氏合成培养基）NaNO3 3g K2HPO4 1g KCl 0.5g MgSO4.7H2O 0.5gFeSO4 0.01g 蔗蔗糖糖 30g H2O 1000ml第四节第四节 培养基（培养基（medium)2.2.营养协调营养协调 培养基中培养基中营养物质浓度营养物质浓度合适时微生物才能生长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
43、正常良好，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生长所需，浓度过高时则可能对微生物生长起抑制作用。制作用。培养基中各培养基中各营养物质之间的浓度配比营养物质之间的浓度配比也直接影响也直接影响微生物的生长繁殖和代谢产物的形成和积累，其微生物的生长繁殖和代谢产物的形成和积累，其中碳氮比（中碳氮比（C/NC/N）的影响较大。的影响较大。碳氮比碳氮比指培养基中碳元素与氮元素的物质的量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。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，用作如果培养基用于大规模的发酵生
44、产，用作“种子种子”培养基，一般营养成分应丰富，其培养基，一般营养成分应丰富，其C/NC/N应较低；应较低；如果用来大量生产代谢产物，培养基中如果用来大量生产代谢产物，培养基中C/NC/N应高应高些。些。第四节第四节 培养基（培养基（medium)第四节第四节 培养基（培养基（medium)3.3.理化条件适宜理化条件适宜pH水活度水活度氧化还原电位氧化还原电位第四节第四节 培养基（培养基（medium)a.pH 培养基的培养基的pH必须控制在一定的范围内，以满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。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：通常培养
45、条件：细细 菌：菌：pH 7.0-8.0 放线菌：放线菌：pH 7.5-8.5 酵母菌：酵母菌：pH 3.8-6.0 霉霉 菌：菌：pH 4.0-5.8第四节第四节 培养基（培养基（medium)medium)加入磷酸缓冲液，可将加入磷酸缓冲液，可将pH稳定在稳定在6.0-7.6之间；之间；加入加入CaCO3作为备用碱，也可加作为备用碱，也可加NaHCO3来调节。来调节。为了维持培养基为了维持培养基pH的相对恒定，通常在培养的相对恒定，通常在培养基中加入基中加入pH缓冲剂，或在进行工业发酵时补加酸、缓冲剂，或在进行工业发酵时补加酸、碱。碱。-通过在培养基中加入某特殊成分来调节通过在培养基中加入
46、某特殊成分来调节pH，叫内源调节。叫内源调节。第四节第四节 培养基（培养基（medium)b.b.水活度水活度 在自然环境中，微生物可实际利用的自由水或游离水的含量。在自然环境中，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溶液的蒸汽压力与同样条件下纯水蒸汽压力之比表示，即：件下纯水蒸汽压力之比表示，即：w w=P=Pw w/P Po ow w式中式中P Pw w代表溶液蒸汽压力代表溶液蒸汽压力,P PO Ow w代表纯水蒸汽压力。代表纯水蒸汽压力。纯水纯水w w为为1.00,1.00,溶液中溶质越多溶液中溶质越多
47、,w w越小。越小。微生物一般在微生物一般在ww为为0.600.600.990.99的条件下生长的条件下生长,ww过低时过低时,微生物生长的迟缓期延长微生物生长的迟缓期延长,比生长速率和总生长量减少。比生长速率和总生长量减少。微生物不同，其生长的最适微生物不同，其生长的最适ww不同。不同。第四节第四节 培养基（培养基（medium)c.c.氧化还原电位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
48、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。氧化还原电位又称氧化还原电势，是度量某氧化还原系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，其单位是标，其单位是V V（伏）或伏）或mVmV（毫伏）。毫伏）。第四节第四节 培养基（培养基（medium)medium)4.4.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
49、以简代繁以简代繁以氮代朊以氮代朊以纤代糖以纤代糖以烃代粮以烃代粮以国代进以国代进第四节第四节 培养基（培养基（medium)medium)（二）方法（二）方法生态模拟生态模拟查阅文献查阅文献精心设计精心设计试验比较试验比较第四节第四节 培养基（培养基（medium)二、培养基的种类二、培养基的种类（一）按培养基的成分区分（一）按培养基的成分区分 天然培养基天然培养基合成培养基合成培养基半合成培养基半合成培养基第四节第四节 培养基（培养基（medium)1.天然培养基（天然培养基（complex media,undefined media)用各种动物、植物和微生物材料制作的成分用各种动物、植物和
50、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含量不完全清楚且变化不定的营养基质称为天然培养基。然培养基。优点：取材广泛，营养丰富，经济简便，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；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。定，用于精细实验时重复性差。1.天然培养基（天然培养基（complex media,undefined media)仅适用于实验室的一般粗放性实验和工业生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。产中制作种
