1、 第六章第六章 微生物的营养和培养基微生物的营养和培养基本章主要内容：本章主要内容：一、一、微生物细胞的化学组成微生物细胞的化学组成二、二、微生物的营养要素微生物的营养要素三、三、微生物的营养类型微生物的营养类型四、四、微生物对营养物质的吸收方式微生物对营养物质的吸收方式五、五、培养基培养基 n营养：营养：指生物体从外部环境中摄取对其指生物体从外部环境中摄取对其生命活动必需的能量和物质，以满足正生命活动必需的能量和物质，以满足正常生长和繁殖需要的一种最基本的生理常生长和繁殖需要的一种最基本的生理功能。功能。n从环境中吸取从环境中吸取一些一些物质，以获取能量进物质，以获取能量进行新陈代谢合成物质
2、，表现出微生物的行新陈代谢合成物质，表现出微生物的生长和繁殖物质统称为生长和繁殖物质统称为营养物质。营养物质。微生物细胞中几种主要元素的含量微生物细胞中几种主要元素的含量（细胞干重的百分数）细胞干重的百分数）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微生物细胞的化学组成微生物细胞的化学组成 主要成分主要成分 细菌细菌 酵母菌酵母菌 霉菌霉菌 水分水分 7585 7080 8590（占细胞鲜重的（占细胞鲜重的%）蛋白质蛋白质 5080 3275 1415 占占 细细 碳水化合物
3、碳水化合物 1228 2763 740 胞胞 干干 脂肪脂肪 520 215 440 重重 的的 核酸核酸 1020 6 8 1%无机盐无机盐 230 3.87 612 一、一、生物的营养要素生物的营养要素 微生物细胞也和其他高等生物细胞一样，微生物细胞也和其他高等生物细胞一样，在元素水平都需要在元素水平都需要2020种左右，且以种左右，且以C C、H H、O O、N N、S S、P P六种元素六种元素为主；在营养要素水平上都为主；在营养要素水平上都在六大类的范围内：在六大类的范围内：碳源、氮源、能源、生长碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水。因子、无机盐和水。凡是提供微生物营养所需的碳元素
4、（碳架）的营凡是提供微生物营养所需的碳元素（碳架）的营养源，称为碳源。养源，称为碳源。碳源是微生物需要量最大的营养碳源是微生物需要量最大的营养物，又称大量营养物。物，又称大量营养物。碳源物质的功能碳源物质的功能 ：1 1）构成细胞物质；构成细胞物质；2 2）为机体提供整个生理活动所需要的能量（异）为机体提供整个生理活动所需要的能量（异养微生物）。养微生物）。（一）碳源（一）碳源（carbon source）n碳源可分为碳源可分为有机碳源有机碳源和和无机碳源无机碳源。n无机碳：无机碳：如如COCO2 2和碳酸盐等。和碳酸盐等。n有机碳：有机碳：糖与糖的衍生物糖与糖的衍生物（多糖：如淀粉、麸（多糖
5、：如淀粉、麸皮、米糠等；单糖：葡萄糖皮、米糠等；单糖：葡萄糖;双糖：蔗糖、麦双糖：蔗糖、麦芽糖）芽糖）、脂类、醇类。有机酸、烃类、芳香、脂类、醇类。有机酸、烃类、芳香族化合物等含碳的有机化合物。族化合物等含碳的有机化合物。n异养微生物：异养微生物：凡必须利用有机碳源的微生物。凡必须利用有机碳源的微生物。n自养微生物：自养微生物：凡必须利用无机碳源的微生物。凡必须利用无机碳源的微生物。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、花生饼粉牛肉膏、蛋白胨、花生饼粉等等CHON多数氨基酸、简单蛋白
6、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、石油及其不同馏份、天然气、石油及其不同馏份、石蜡油等石蜡油等无无机机碳碳C(?)COCO2CO2COXNaHCO3NaHCO3、CaCO3、白垩等白垩等 微生物的碳源谱（微生物的碳源谱（微生物可利用的碳源范围）微生物可利用的碳源范围）C CH HO O型的糖类是最广泛利用的碳源，其次型的糖类是最广泛利用的碳源，其次是有机酸、醇类和脂类。是有机酸、醇类和脂类。（二）二）氮源氮源(nitrogen sour
7、ce)凡是提供微生物营养所需的氮元素的营养源，称凡是提供微生物营养所需的氮元素的营养源，称为氮源。可分为有机氮源和无机氮源两类。为氮源。可分为有机氮源和无机氮源两类。氮源物质的主要作用氮源物质的主要作用 （1）合成细胞中含氮物质。合成细胞中含氮物质。（2 2）少数自养细菌能利用铵盐、硝酸盐作为机体生少数自养细菌能利用铵盐、硝酸盐作为机体生长的氮源与长的氮源与能源能源，某些厌氧细菌在厌氧与糖类物质缺，某些厌氧细菌在厌氧与糖类物质缺乏的条件下，也可以利用氨基酸作为乏的条件下，也可以利用氨基酸作为能源能源物质。物质。微生物的氮源谱微生物的氮源谱 微生物能利用的氮源范围即氮源微生物能利用的氮源范围即氮
8、源谱。谱。微生物的氮源谱微生物的氮源谱类类型型 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、饼牛肉膏、酵母膏、饼粕粉、蚕蛹粉等粕粉、蚕蛹粉等NCHO尿素、一般氨基酸、简单蛋尿素、一般氨基酸、简单蛋白质等白质等尿素、蛋白胨、明胶尿素、蛋白胨、明胶等等无无机机氮氮NHNH3、铵盐等铵盐等(NH4)2SO4等等NO硝酸盐等硝酸盐等KNO3等等NN2空气空气异养微生物对氮源的利用顺序：异养微生物对氮源的利用顺序：N NC CH HO O 或或N NC CH HO OX X类优于类优于N NH H，更优于，更优
9、于N NO O最不易利用的是最不易利用的是“N”N”类（只有固氮菌、根瘤菌和蓝细菌等可利用）类（只有固氮菌、根瘤菌和蓝细菌等可利用）实验室常用的氮源有碳酸铵、硝实验室常用的氮源有碳酸铵、硝酸盐、硫酸铵、尿素、蛋白胨、牛酸盐、硫酸铵、尿素、蛋白胨、牛肉膏、酵母膏等。肉膏、酵母膏等。生产上常用的氮源：硝酸盐、铵盐、生产上常用的氮源：硝酸盐、铵盐、尿素、氨以及蛋白含量较高的鱼粉、尿素、氨以及蛋白含量较高的鱼粉、蚕蛹粉、黄豆饼粉、花生饼份、玉蚕蛹粉、黄豆饼粉、花生饼份、玉米浆等。米浆等。细菌培养基细菌培养基 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;K2H
10、PO4 1g MgSO4 0.5g NaCl 1g;FeSO47H2O 0.5g 水水 1000ml;pH 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 0.5g K2HPO4 1g;NaNO3 3g;水水 1000ml;pH 6.7 微生物依据氮源谱的分类微生物依据氮源谱的分类 （1）氨基酸自养型微生物）氨基酸自养型微生物 一部分微生物不需要氨基酸作氮源，它们能把尿素、铵一部分微生物不需要氨基酸作氮源，它们能把尿素、铵盐、硝酸盐甚至氮气等简单氮源自行合成所需要的一切氨基盐、硝酸盐甚至氮气
11、等简单氮源自行合成所需要的一切氨基酸。这样的微生物叫做酸。这样的微生物叫做氨基酸自养型微生物。氨基酸自养型微生物。可利用氨基酸自养型微生物将尿素、铵盐、硝酸盐甚至可利用氨基酸自养型微生物将尿素、铵盐、硝酸盐甚至氮气等廉价氮源转化成菌体蛋白（氮气等廉价氮源转化成菌体蛋白（SCPSCP或食用菌等）或含氮或食用菌等）或含氮的代谢产物。的代谢产物。（2）氨基酸异养型微生物）氨基酸异养型微生物 凡需要从外界吸收现成的氨基酸做氮源的微生物叫做凡需要从外界吸收现成的氨基酸做氮源的微生物叫做氨氨基酸异养型微生物基酸异养型微生物。（三）能源（三）能源 能源：能源：能为微生物的生命活动提供最初能量来源的营养能为微
12、生物的生命活动提供最初能量来源的营养物或辐射能。分为物或辐射能。分为化学物质化学物质和和辐射能辐射能两类。两类。微生物的能源谱：微生物的能源谱：有机物：化能异养微生物的能源（同碳源）有机物：化能异养微生物的能源（同碳源）化学物质化学物质 能源谱：能源谱：无机物：化能自养微生物的能源（不同于碳源）无机物：化能自养微生物的能源（不同于碳源）辐射能：光能自养和光能异养微生物的能源辐射能：光能自养和光能异养微生物的能源 由于各种异养微生物的能源就是其碳源，因此微生物的由于各种异养微生物的能源就是其碳源，因此微生物的能源谱较简单。能源谱较简单。微生物营养物功能的多重性微生物营养物功能的多重性（1 1）单
13、功能营养物）单功能营养物辐射能是单功能的，只为光能微生物提供能源。辐射能是单功能的，只为光能微生物提供能源。（2 2）双功能营养物）双功能营养物 对一切异养微生物来说，其碳源又兼作能源，这种对一切异养微生物来说，其碳源又兼作能源，这种碳源碳源（营养物）称双功能营养物。化能自养微生物（营养物）称双功能营养物。化能自养微生物的能源物质无机养料常常是双功能的（如：的能源物质无机养料常常是双功能的（如：NH4NH4+既是硝酸细菌的能源，又是它的氮源。）既是硝酸细菌的能源，又是它的氮源。）（3 3）三功能营养物）三功能营养物有机营养物常有三功能作用，既是异养微生物的能有机营养物常有三功能作用，既是异养微
14、生物的能源，又是它们的碳源或氮源（如氨基酸）。源，又是它们的碳源或氮源（如氨基酸）。（四）生长因子（四）生长因子（growth factor）定义定义:是一类对微生物正常生活所不可缺少而需要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养物成，或合成量不足以满足机体生长需要的有机营养物质，必须由外源提供，这类物质统称为生长因子。质，必须由外源提供，这类物质统称为生长因子。缺乏合成生长因子能力的微生物称为缺乏合成生长因子能力的微生物称为“营养缺陷型微营养缺陷型微生物生物”
15、。生长因子包括生长因子包括氨基酸、维生素、嘌呤、嘧啶及其氨基酸、维生素、嘌呤、嘧啶及其衍生物、脂肪酸及氧等。衍生物、脂肪酸及氧等。微微 生生 物物 生长因子生长因子 需要量（需要量（ml-1)III型肺炎链球菌（型肺炎链球菌（Streptococcus pneumoniae）胆碱胆碱 6ug金黄色葡萄球菌（金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）硫胺素硫胺素 0.5ng白喉棒杆菌（白喉棒杆菌（Cornebacterium diphtherriae）B-丙氨酸丙氨酸 1.5ug破伤风梭状芽孢杆菌（破伤风梭状芽孢杆菌（Clostridium tetani）尿嘧啶尿嘧啶 0-4u
16、g肠膜状串珠菌（肠膜状串珠菌（Leuconostoc mesenteroides）吡哆醛吡哆醛 0.025ug某些微生物对生长因子的需要量某些微生物对生长因子的需要量生长因子的作用：生长因子的作用：n（1）维生素：只作为酶的活性基。维生素：只作为酶的活性基。n（2 2）氨基酸：）氨基酸：L-L-氨基酸是组成蛋白质和酶结构氨基酸是组成蛋白质和酶结构物质的主要成分。物质的主要成分。D-D-丙氨酸丙氨酸是合成细菌细胞壁肽是合成细菌细胞壁肽聚糖的成分。聚糖的成分。n（3 3）嘌呤、嘧啶及它们的衍生物：主要功能是）嘌呤、嘧啶及它们的衍生物：主要功能是构成核酸和辅酶。构成核酸和辅酶。n（4 4）脂肪酸等：
17、组成细胞膜的类脂成分）脂肪酸等：组成细胞膜的类脂成分.n（5 5）氧：需氧微生物在液体培养基中生长充入）氧：需氧微生物在液体培养基中生长充入氧气，使培养基中有一定量的溶解氧（氧气，使培养基中有一定量的溶解氧（DO).DO).微生物依据对生长因子需要的分类微生物依据对生长因子需要的分类（1）生长因子自养型微生物）生长因子自养型微生物 不需要从外界吸收任何生长因子的微生物叫生长因不需要从外界吸收任何生长因子的微生物叫生长因子自养型微生物。子自养型微生物。（2）生长因子异养型微生物）生长因子异养型微生物 需要从外界吸收多种生长因子才能维持正常生长的需要从外界吸收多种生长因子才能维持正常生长的微生物叫
18、生长因子异养型微生物。微生物叫生长因子异养型微生物。（3）生长因子过量合成微生物）生长因子过量合成微生物 少数微生物在其代谢活动中，能合成并分泌大量的少数微生物在其代谢活动中，能合成并分泌大量的维生素等生长因子，这样的微生物叫生长因子过量维生素等生长因子，这样的微生物叫生长因子过量合成微生物合成微生物（如：用谢氏丙酸杆菌生产维生素（如：用谢氏丙酸杆菌生产维生素B12。（五、无机盐（五、无机盐 是微生物生长必不可少的一类营养物质，可是微生物生长必不可少的一类营养物质，可为微生物提供除碳、氮以外的各种重要元素的无为微生物提供除碳、氮以外的各种重要元素的无机盐。包括大量元素和微量元素。机盐。包括大量
19、元素和微量元素。大量元素：大量元素：P P、S S、K K、MgMg、CaCa、NaNa、FeFe等。等。（微生物生长所需浓度在（微生物生长所需浓度在1010-3-3-10-10-4-4mol/Lmol/L）微量元素：微量元素：CuCu、ZnZn、MnMn、MoMo、CoCo等。等。（微生物生长所需浓度在（微生物生长所需浓度在1010-6-6-10-10-8-8mol/Lmol/L）无机盐的生理功能无机盐的生理功能 细胞内一般分子成分（细胞内一般分子成分（P、S、Ca、Ma、Fe等）等）一般功能一般功能 渗透压的维持（渗透压的维持（Na+等）等）生理调节物质生理调节物质 酶的激活剂（酶的激活剂
20、（M g2+等）等）大量元素大量元素 pH的稳定的稳定无无 化能自养菌的能源（化能自养菌的能源（S、Fe2+、NH4+、NO2-等）等）机机 特殊功能特殊功能 盐盐 无氧呼吸时的氢受体（无氧呼吸时的氢受体（NO3-、SO42-等）等）酶的激活剂（酶的激活剂（Cu2+、Mn2+、Zn2+等）等）微量元素微量元素 特殊分子结构成分（特殊分子结构成分（Co、Mo等）等）六、水分六、水分 水分是生物细胞的主要化学成分，其重要的生水分是生物细胞的主要化学成分，其重要的生理功能表现在下列几个方面：理功能表现在下列几个方面：1 1、细胞的构成成分。、细胞的构成成分。2 2、一系列生理生化反应的反应介质、一系
21、列生理生化反应的反应介质,参与参与许多生理生化反应。许多生理生化反应。3 3、维持细胞的膨压（控制细胞形态）。、维持细胞的膨压（控制细胞形态）。4 4、水的比热高，能有效的吸收代谢过程中、水的比热高，能有效的吸收代谢过程中放出的热量，不致使细胞的温度骤然上升。有放出的热量，不致使细胞的温度骤然上升。有效地控制细胞内的温度变化。效地控制细胞内的温度变化。5 5、维持各种生物大分子结构的稳定性。、维持各种生物大分子结构的稳定性。二、微生物的营养类型二、微生物的营养类型n根据根据碳源碳源和和能源能源划分：划分：根据根据能源能源的性质将微生物分为的性质将微生物分为光能营养型光能营养型和和化能营化能营养
22、型。养型。根据根据碳源碳源的性质将微生物分为的性质将微生物分为自养型自养型（以（以CO2CO2为碳为碳源），源），异养型异养型（以有机物为碳源）（以有机物为碳源）营养类型营养类型 能源能源 氢供体氢供体基本碳源基本碳源 实实 例例光能自养型光能自养型光光无机物无机物CO2蓝细菌蓝细菌,紫硫细菌紫硫细菌,绿硫绿硫细菌细菌,藻类藻类光能异养型光能异养型光光有机物有机物CO2及简单及简单有机物有机物红螺菌科的细菌红螺菌科的细菌(即紫即紫色无硫细菌色无硫细菌)化能自养型化能自养型无机无机物物无机物无机物CO2硝化细菌硝化细菌,硫化细菌硫化细菌,铁铁细菌细菌,氢细菌氢细菌,硫磺细菌硫磺细菌等等化能异养型
23、化能异养型有机有机物物有机物有机物有机物有机物绝大多数细菌和全部绝大多数细菌和全部真核微生物真核微生物微生物的营养类型 三、营养物质进入细胞的方式三、营养物质进入细胞的方式 除原生动物外，其他各大类有细胞的微生物除原生动物外，其他各大类有细胞的微生物都是通过都是通过细胞膜的渗透细胞膜的渗透和和选择吸收作用选择吸收作用从外界吸从外界吸收营养物的。收营养物的。细胞膜运送营养物质有四种方式：细胞膜运送营养物质有四种方式：一、单纯扩散一、单纯扩散二、促进扩散二、促进扩散三、主动运送三、主动运送四、基团移位四、基团移位 1 1、单纯扩散、单纯扩散(simple diffusion)又称被动扩散（又称被动
24、扩散（passive diffusion）。）。细胞膜在细胞膜在无载体蛋白的参与无载体蛋白的参与下，单纯依靠物理扩散下，单纯依靠物理扩散方式让膜外方式让膜外高浓度高浓度的小分子、非电离分子尤其是亲水性的小分子、非电离分子尤其是亲水性分子分子被动被动通过的一种物质运送方式。通过的一种物质运送方式。特点：特点：（1）不通过膜上载体蛋白）不通过膜上载体蛋白（2）不消耗能量）不消耗能量（3）不能逆浓度梯度运送）不能逆浓度梯度运送（4）物质在运送的过程中既不与膜上的分子发生反）物质在运送的过程中既不与膜上的分子发生反应，本身的结构也不发生变化应，本身的结构也不发生变化（5）运送的物质无特异性，种类不多。
25、）运送的物质无特异性，种类不多。主要为：主要为：H2O、O2、CO2、乙醇、甘油、无机盐、代、乙醇、甘油、无机盐、代谢抑制剂和某些氨基酸分子。谢抑制剂和某些氨基酸分子。单纯扩散模式图单纯扩散模式图细胞膜外细胞膜外细胞膜内细胞膜内细胞膜细胞膜促进扩散：促进扩散：指溶质在运送过程中，必须借助存在于细胞膜指溶质在运送过程中，必须借助存在于细胞膜上的底物上的底物特异载体蛋白的协助特异载体蛋白的协助，但，但不消耗能量不消耗能量的一种扩散性的一种扩散性运送方式。运送方式。2、促进扩散、促进扩散(facilitated diffusion)特点特点（1）通过膜上载体蛋白的构象变化，把膜外通过膜上载体蛋白的构
26、象变化，把膜外高浓度溶质高浓度溶质扩散扩散到膜内到膜内（2）不消耗能量不消耗能量（3）不能逆浓度梯度运送不能逆浓度梯度运送（4）物质在运送的过程中既不与膜上的分子发生反应，本身物质在运送的过程中既不与膜上的分子发生反应，本身的结构也不发生变化的结构也不发生变化（5）运送的物质有运送的物质有特异性特异性（SO42-、PO43-、糖（真核生物）、糖（真核生物）促进扩散的运输方式多见于促进扩散的运输方式多见于真核微生物真核微生物中，例如酿酒酵母中，例如酿酒酵母对糖、氨基酸和维生素的吸收。对糖、氨基酸和维生素的吸收。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
27、再循环结合构象改变 3、主动运输、主动运输(Active transport)主动运输：主动运输：一类必须提供能量并通过细胞膜上特一类必须提供能量并通过细胞膜上特异性载体蛋白构象的变化，而使膜外环境中异性载体蛋白构象的变化，而使膜外环境中低浓度低浓度的溶质的溶质运入膜内的一种运送方式。运入膜内的一种运送方式。主动运输是微生物吸收营养物质的主要方式。主动运输是微生物吸收营养物质的主要方式。运送的对象有：氨基酸、乳糖等糖类、运送的对象有：氨基酸、乳糖等糖类、Na+、Ca2+等无机离子。等无机离子。特点：特点：物质在主动运输的过程中物质在主动运输的过程中（1）通过膜上通过膜上载体蛋白载体蛋白的构象变
28、化把膜上溶质扩散的构象变化把膜上溶质扩散到膜内到膜内（2）消耗能量消耗能量（3）能能逆浓度梯度运送逆浓度梯度运送（4）物质在运送的过程中既不与膜上的分子发生反物质在运送的过程中既不与膜上的分子发生反应，本身的结构也不发生变化应，本身的结构也不发生变化（5）运送的物质有运送的物质有特异性特异性 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+PiATP 基团移位：基团移位：一类需一类需载体蛋白的参与载体蛋白的参与，又需，又需耗能耗能的一的一种物质运送方式，溶质在运送过程中还会种物质运送方式，溶质在运送过程中还会发生分子结发生分子结构
29、的变化构的变化。基团移位主要存在于基团移位主要存在于厌氧厌氧和和兼性厌氧型细菌兼性厌氧型细菌中。中。此系统由此系统由24种蛋白组成，运送一种糖至少种蛋白组成，运送一种糖至少4种蛋种蛋白参与；每输入一个葡萄糖分子要消耗一个白参与；每输入一个葡萄糖分子要消耗一个ATP的能的能量。量。4、基团移位、基团移位(Group translocation)特点特点（1）通过膜上载体蛋白把膜上溶质扩散到膜内通过膜上载体蛋白把膜上溶质扩散到膜内（2）消耗能量消耗能量（3）能能逆浓度梯度运送逆浓度梯度运送（4）物质在运送的过程与膜上的分子发生反应，物质在运送的过程与膜上的分子发生反应，本身的结构发生变化本身的结构
30、发生变化（5）运送的物质有特异性，主要用于运送各种糖运送的物质有特异性，主要用于运送各种糖类、核苷酸、丁酸和腺嘌呤等类、核苷酸、丁酸和腺嘌呤等运送机制运送机制:是依靠磷酸转移酶系统是依靠磷酸转移酶系统,即磷酸烯醇式即磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸-己糖磷酸转移酶系统己糖磷酸转移酶系统.运送步骤运送步骤:分两步进行。分两步进行。1.1.热稳载体蛋白热稳载体蛋白(HPrHPr)的激活的激活 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）的磷酸的磷酸基团基团通过酶通过酶的作用把的作用把HPrHPr激活。激活。酶酶1 1 PEP+HPrPEP+HPr 丙酮酸丙酮酸+P-P-
31、HPrHPrHPr是一种低分子量的可溶性蛋白，结合在细胞膜上，是一种低分子量的可溶性蛋白，结合在细胞膜上，具有高能磷酸载体的作用。具有高能磷酸载体的作用。酶酶 是一种可溶性细胞质蛋白。是一种可溶性细胞质蛋白。HPr和酶和酶在磷酸转移酶系统中，均在磷酸转移酶系统中，均无底物特异性无底物特异性。2 2、糖被磷酸化后运入膜内、糖被磷酸化后运入膜内（1）膜外环境中的糖先与膜外表面上的底物特异蛋白）膜外环境中的糖先与膜外表面上的底物特异蛋白酶酶c结合；结合；（2）糖分子被由糖分子被由磷酸化后磷酸化后的的热稳载体蛋白热稳载体蛋白PHPr 酶酶a 酶酶b 逐级传递来的磷酸基团激活；逐级传递来的磷酸基团激活；
32、HPrP+G GP+HPr 3）通过酶通过酶c再把这一磷酸糖释放到细胞质中再把这一磷酸糖释放到细胞质中酶酶bb、cc是一种结合于细胞膜上的蛋白，它是一种结合于细胞膜上的蛋白，它对底物具有特异性选择作用，因此细胞膜上可诱对底物具有特异性选择作用，因此细胞膜上可诱导出一系列与底物分子相应的酶导出一系列与底物分子相应的酶 。酶酶 基团移位基团移位模式图模式图顺浓度梯度：单纯扩散顺浓度梯度：单纯扩散 促进扩散促进扩散逆浓度梯度：主动运输逆浓度梯度：主动运输 基团移位基团移位对对4 4种运送方式的总结：种运送方式的总结：四、四、培养基培养基 培养基培养基是人工配制的、适合于微生物生长繁殖或产是人工配制的
33、、适合于微生物生长繁殖或产生代谢产物的混合营养料生代谢产物的混合营养料(营养基质营养基质)。绝大多数微生物可在人工培养基上生长。只有少绝大多数微生物可在人工培养基上生长。只有少数寄生或共生类不能。数寄生或共生类不能。难养菌：难养菌：不能在人工培养基上生长的菌。为少数寄生不能在人工培养基上生长的菌。为少数寄生或共生菌，如：类支原体、类立克次氏体、少数寄生或共生菌，如：类支原体、类立克次氏体、少数寄生真菌。真菌。制作培养基时应制作培养基时应尽快配制尽快配制并并灭菌灭菌。（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1 目的明确目的明确2 营养协调营养协调3 理化适宜理化适宜4
34、 经济节约经济节约1 1、目的明确、目的明确拟培养何菌、获何产物、实验室研究还是大生产用拟培养何菌、获何产物、实验室研究还是大生产用等等。等等。按微生物的主要类群来说，又有细菌、放线菌、按微生物的主要类群来说，又有细菌、放线菌、酵母菌和霉菌之分。它们所需要的培养基成分也不同。酵母菌和霉菌之分。它们所需要的培养基成分也不同。细菌：细菌：牛肉膏蛋白胨培养基牛肉膏蛋白胨培养基 放线菌：放线菌：高氏一号高氏一号培养基培养基霉菌：霉菌：查氏合成培养基查氏合成培养基 酵母菌酵母菌:麦芽汁培养基麦芽汁培养基 2 2、营养协调、营养协调 微生物细胞内各成分间有一较稳定的比例。对微生物微生物细胞内各成分间有一较
35、稳定的比例。对微生物细胞组成元素的调查分析是设计培养基时的重要参考细胞组成元素的调查分析是设计培养基时的重要参考依据。依据。（1）化能异养菌的培养基中各营养要素间的比例：）化能异养菌的培养基中各营养要素间的比例：各营养要素间在量上的比例大体符合十倍序列的递减规律。各营养要素间在量上的比例大体符合十倍序列的递减规律。要素：要素：H2O C+能源能源 N源源 P、S K、Mg 生长因子生长因子含量：含量：10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6（2）营养物对微生物生长的影响）营养物对微生物生长的影响 培养基中各营养物质之间的浓度比会直接影响培养基中各营养物质之间的浓度比会直接影响
36、微生物的生长和繁殖，或影响代谢产物的形成和积微生物的生长和繁殖，或影响代谢产物的形成和积累。累。其中以培养基中的其中以培养基中的C/N更为明显影响微生物的生长更为明显影响微生物的生长和繁殖。和繁殖。碳氮比（碳氮比（C/N）在微生物的培养基中所含的碳源中在微生物的培养基中所含的碳源中的碳原子摩尔数与氮源中氮原子摩尔数之比。的碳原子摩尔数与氮源中氮原子摩尔数之比。配制培养基时要注意配制培养基时要注意C源与源与N源之间的相对比例，源之间的相对比例，有重要意义。有重要意义。一般，一般，真菌真菌需需C/N比比较高较高的培养基，的培养基，细菌细菌尤其是动尤其是动物病原菌需物病原菌需C/N比比较低较低的培养
37、基。的培养基。味精生产中常用控制味精生产中常用控制C/N以满足菌体大量繁殖以满足菌体大量繁殖（C/N=4/1），并满足谷氨酸的高产，并满足谷氨酸的高产（C/N=3/1）。不同的碳源、氮源分子所含碳量和氮量差别很大不同的碳源、氮源分子所含碳量和氮量差别很大,如：氮源名：如：氮源名：NHNH3 3 CO(NH CO(NH2 2)2 2 氨基酸氨基酸 蛋白质蛋白质 含氮（含氮（%）：）：82 46 8-27 82 46 8-27 约约1616 3 3、理化适宜、理化适宜 指培养基的指培养基的pH值值、渗透压和水活度渗透压和水活度及及氧化氧化还原势还原势等物理化学条件较为适宜。等物理化学条件较为适宜。
38、（1 1）pHpH 各类微生物生长适宜的各类微生物生长适宜的pH范围范围细菌：细菌：7.08.0；放线菌：放线菌：7.58.5；酵母菌：酵母菌：3.86.0；霉菌：霉菌：4.05.8；藻类：藻类：6.07.0；原生动物：原生动物：6.08.0。但对某一具体微生物的物种来说，其生长的但对某一具体微生物的物种来说，其生长的最适最适pH范围常可突破此界限，其中一些嗜极菌范围常可突破此界限，其中一些嗜极菌更为突出。更为突出。培养基培养基pHpH值的控制调节值的控制调节 在微生物的生长和代谢过程中，由于营养物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，常会改质的利用和代谢产物的
39、形成与积累，常会改变培养基的变培养基的pHpH值，为了维持培养基值，为了维持培养基pHpH值的相值的相对恒定，通常采用下列两种方式：对恒定，通常采用下列两种方式：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。碳酸盐；调节培养基的碳氮比。内源调节方式有两种：内源调节方式有两种：借磷酸缓冲液进行调整借磷酸缓冲液进行调整 以以CaCOCaCO3 3或或NaHCONaHCO3 3作作“备用碱备用碱”进行调整进行调整（2 2）渗透压和水活度渗透压和水活度渗透压渗透压 与微生物细胞渗透压相等的溶液为等渗溶液与微生物细胞渗透压相等的溶液为等渗
40、溶液;高渗溶液会使细胞发生高渗溶液会使细胞发生质壁分离质壁分离;低渗溶液会使细胞吸水低渗溶液会使细胞吸水膨胀膨胀，对于细胞壁脆弱或，对于细胞壁脆弱或缺壁菌会过度膨胀而死亡。缺壁菌会过度膨胀而死亡。大多数微生物适合在等渗的环境下生长，而有的大多数微生物适合在等渗的环境下生长，而有的菌如菌如Staphylococcus aureus金色葡萄球菌则能在则能在3mol/L NaCl的高渗溶液中生长。的高渗溶液中生长。能在高盐环境（能在高盐环境（2.86.2/L NaCl）生长的微生物）生长的微生物常被称为嗜盐微生物（常被称为嗜盐微生物（Halophiles）。）。水活度（水活度（aW，water ac
41、tivity）n水活度：水活度：在天然和人为环境中，在天然和人为环境中，微生物可实微生物可实际利用的自由水或游离水际利用的自由水或游离水（可被微生物所利用（可被微生物所利用的水）的水）的含量的含量。n其定量涵义为：其定量涵义为：在同温同压下，某溶液的蒸汽在同温同压下，某溶液的蒸汽压（压（p）与纯水蒸汽压（）与纯水蒸汽压（P0）之比）之比。aW=P/P0n各 种 微 生 物 的 生 长 繁 殖 范 围 的各 种 微 生 物 的 生 长 繁 殖 范 围 的 aW值 在值 在0.9980.60之间，不同种类微生物生长繁殖之间，不同种类微生物生长繁殖所需要的所需要的aW值不同。值不同。（3）氧化还原势
42、（氧化还原势（Eh）n氧化还原电势：氧化还原电势：又称氧化还原电位，是量度某氧又称氧化还原电位，是量度某氧化还原系统中还原剂释放电子或氧化剂接受电子化还原系统中还原剂释放电子或氧化剂接受电子趋势的指标。趋势的指标。n氧化还原电势一般用氧化还原电势一般用EhEh表示，单位是表示，单位是V V或或mVmV。1）各类微生物生长的）各类微生物生长的Eh 值值Eh对微生物的生长有明显的影响，各种微生物生对微生物的生长有明显的影响，各种微生物生长所要求的长所要求的Eh不同。不同。一般好氧菌生长一般好氧菌生长Eh的值为的值为+0.3+0.4V；兼性厌氧菌在兼性厌氧菌在+0.1V以上时进行好氧呼吸产能，以上时
43、进行好氧呼吸产能，在在+0.1V以下时进行发酵产能；以下时进行发酵产能；而厌氧菌只能生长在而厌氧菌只能生长在+0.1V以下的环境中。以下的环境中。2）培养基的）培养基的Eh值调节值调节培养厌氧微生物，除驱除氧气外还在培养基中培养厌氧微生物，除驱除氧气外还在培养基中加入还原性物质能降低加入还原性物质能降低Eh值（如加抗坏血酸、值（如加抗坏血酸、铁屑等）。铁屑等）。往培养基中通入空气或加入氧化剂可提高往培养基中通入空气或加入氧化剂可提高Eh值值以培养好氧微生物。以培养好氧微生物。测定氧化还原电势的方法：测定氧化还原电势的方法：用电位计用电位计化学指示剂：刃天青化学指示剂：刃天青 4 4 经济节约经
44、济节约 配制培养基时，应尽量考虑利用配制培养基时，应尽量考虑利用价廉价廉并且并且易于获易于获得的原料得的原料作为培养基的成分，特别是在工业发酵中，作为培养基的成分，特别是在工业发酵中，培养基用量很大，更应该考虑到这一点，以便培养基用量很大，更应该考虑到这一点，以便降低降低产品成本产品成本。要注意：要注意：以粗代精、以以粗代精、以“野野”代代“家家”、以废代以废代好、以简代繁、以氮代朊、以纤代糖、以烃代粮、好、以简代繁、以氮代朊、以纤代糖、以烃代粮、以以“国国”代代“进进”。方法方法 1 生态模拟生态模拟 2 参阅文献参阅文献 3 精心设计精心设计 4 试验比较试验比较（二）培养基的种类（二）培
45、养基的种类n按培养基的组成成分分类按培养基的组成成分分类n按培养基的物理状态分类按培养基的物理状态分类n按培养基的功能分类按培养基的功能分类根据所培养微生物的微生物类群来分根据所培养微生物的微生物类群来分 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 3g；蛋白胨；蛋白胨 5g；水；水 1000ml；pH 7.27.4 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 1g；NaCl 1g;MgSO4 0.5g；FeSO47H2O 0.5g；水；水 1000ml;pH 7.27.4 霉菌培养基霉菌培养基
46、查氏（查氏（zapek)培养基：培养基：蔗糖蔗糖 30g;KCl 0.5g;MgSO4.H2O 0.5g;K2HPO4 1g;FeSO4 0.5g ；NaNO3 3g;水水 1000ml;pH 6.7 按培养基成分按培养基成分 1、天然培养基、天然培养基 一类营养一类营养成分即复杂又丰富，成分即复杂又丰富，且难以说出其确切且难以说出其确切化学组分的培养基。指一些利用动、植物或微生物化学组分的培养基。指一些利用动、植物或微生物体，或其提取物制成的培养基。例如：牛肉膏蛋白体，或其提取物制成的培养基。例如：牛肉膏蛋白胨培养基（细菌）、麦芽汁培养基（酵母菌）等。胨培养基（细菌）、麦芽汁培养基（酵母菌）
47、等。特点特点：营养丰富、种类多样、配制方便、价格低廉、：营养丰富、种类多样、配制方便、价格低廉、但成分不清楚、不稳定。但成分不清楚、不稳定。用途用途：适合于一般实验室和发酵工业中的菌种培养，：适合于一般实验室和发酵工业中的菌种培养，利于发酵产物的积累。（不适于作精细的科学实验，利于发酵产物的积累。（不适于作精细的科学实验，否则引起数据不稳定。）否则引起数据不稳定。）2、组合培养基、组合培养基（合成培养基、综合培养基）（合成培养基、综合培养基）按微生物的营养要求精确设计后用按微生物的营养要求精确设计后用多种多种高纯化高纯化学试剂（学试剂（各成分包括微量元素的量都确切知道各成分包括微量元素的量都确
48、切知道）配制成的培养基。如：葡萄糖胺盐培养基、淀粉配制成的培养基。如：葡萄糖胺盐培养基、淀粉硝酸盐培养基（高氏一号培养基）、蔗糖硝酸盐硝酸盐培养基（高氏一号培养基）、蔗糖硝酸盐培养基（察氏培养基）等。培养基（察氏培养基）等。n特点特点：成分精确、重复性高、但价格较贵、配制：成分精确、重复性高、但价格较贵、配制麻烦、且微生物生长一般。麻烦、且微生物生长一般。n用途用途：仅适用于营养、代谢、生理、生化、遗传、：仅适用于营养、代谢、生理、生化、遗传、育种、菌种鉴定或生物测定等定量要求较高的研育种、菌种鉴定或生物测定等定量要求较高的研究工作中。究工作中。3、半组合培养基（半合成培养基）半组合培养基（半
49、合成培养基）一类主要以化学试剂配制，同时还加有某种一类主要以化学试剂配制，同时还加有某种或某些天然成分的培养基。如：马铃薯培养基。或某些天然成分的培养基。如：马铃薯培养基。严格地讲，凡含有未经处理的琼脂的任何严格地讲，凡含有未经处理的琼脂的任何合成培养基实质都可看成是一种半合成培养基。合成培养基实质都可看成是一种半合成培养基。1、液体培养基、液体培养基2、固化培养基、固化培养基3、半固体培养基、半固体培养基按培养基的外观状态按培养基的外观状态 呈液体状态的培养基。呈液体状态的培养基。用途用途：在实验室中主要作各种生理代谢研究和：在实验室中主要作各种生理代谢研究和获得大量菌体之用；获得大量菌体之
50、用；在生产实践中在生产实践中，绝大多数，绝大多数发酵培养基都采用液体培养基。发酵培养基都采用液体培养基。1、液体培养基液体培养基 2、固体培养基固体培养基 外观呈固体状态的培养基。根据固体培养基外观呈固体状态的培养基。根据固体培养基的性质又可分为：的性质又可分为：（1）固化培养基）固化培养基 因在液体培养基中加入适量凝固剂而成固因在液体培养基中加入适量凝固剂而成固体状态的培养基。例如：加入琼脂、明胶、体状态的培养基。例如：加入琼脂、明胶、海藻酸胶、脱乙酰吉兰糖胶、多聚醇海藻酸胶、脱乙酰吉兰糖胶、多聚醇F127，此外还有血清、无机硅胶等。此外还有血清、无机硅胶等。可逆凝固培养基可逆凝固培养基遇热
