微生物學(xué)第五章微生物營養(yǎng)與培養(yǎng)基

1、第五章第五章 微生物營養(yǎng)微生物營養(yǎng) 與培養(yǎng)基與培養(yǎng)基營養(yǎng)營養(yǎng)(nutrition)：生物體從外部環(huán)境中攝取對其生命活：生物體從外部環(huán)境中攝取對其生命活動必須的能量和物質(zhì)，以滿足正常生長和繁殖需要的一動必須的能量和物質(zhì)，以滿足正常生長和繁殖需要的一種最基本的生理功能。種最基本的生理功能。營養(yǎng)物營養(yǎng)物(nutrient)：具有營養(yǎng)功能的物質(zhì)。：具有營養(yǎng)功能的物質(zhì)。 營養(yǎng)物提供生命活動的結(jié)構(gòu)物質(zhì)、能量、代謝調(diào)節(jié)物質(zhì)營養(yǎng)物提供生命活動的結(jié)構(gòu)物質(zhì)、能量、代謝調(diào)節(jié)物質(zhì)和良好的生理環(huán)境。和良好的生理環(huán)境。一些微生物可利用非物質(zhì)形式的能源一些微生物可利用非物質(zhì)形式的能源光能。光能。 一、細(xì)胞化學(xué)組成一、細(xì)胞化

2、學(xué)組成整個生物界大體相同，主要是整個生物界大體相同，主要是C、H、O、N（占干重（占干重9097%），），C占約占約50%，此外為各種無機(jī)元素，由這些元素再，此外為各種無機(jī)元素，由這些元素再組成化合物。其中組成化合物。其中C/N一般是一般是5:1。第一節(jié)第一節(jié) 微生物的六種營養(yǎng)要素微生物的六種營養(yǎng)要素存在方式存在方式 有機(jī)物：蛋白質(zhì)、糖、有機(jī)物：蛋白質(zhì)、糖、類類脂、核酸、維生素、降脂、核酸、維生素、降解產(chǎn)物、代謝中間產(chǎn)物解產(chǎn)物、代謝中間產(chǎn)物無機(jī)鹽灰分無機(jī)鹽灰分 水水 細(xì)胞濕重的細(xì)胞濕重的70%90%元素元素細(xì)菌細(xì)菌酵母菌酵母菌霉菌霉菌碳碳5049.847.0氮氮157.55.2氫氫85.76.

3、7氧氧2031.140.2磷磷31.51.2硫硫10.30.2 微生物細(xì)胞中幾種主要元素的相對含量（微生物細(xì)胞中幾種主要元素的相對含量（%干重）干重） 一般生物能利用的，微生物能利用；一般生物能利用的，微生物能利用；一般生物不能利用的，微生物也能利用；一般生物不能利用的，微生物也能利用；對一般生物有害的，微生物還能利用對一般生物有害的，微生物還能利用。微生物是雜食性的：微生物是雜食性的：六種營養(yǎng)要素六種營養(yǎng)要素 功能功能: :營養(yǎng)物質(zhì)是微生物新陳代謝和一切生命活動的物質(zhì)基礎(chǔ)，失營養(yǎng)物質(zhì)是微生物新陳代謝和一切生命活動的物質(zhì)基礎(chǔ)，失去這個基礎(chǔ)，生命也就停止。去這個基礎(chǔ)，生命也就停止。 異養(yǎng)微生物：

4、必須利用有機(jī)碳源異養(yǎng)微生物：必須利用有機(jī)碳源 自養(yǎng)微生物：能利用無機(jī)碳源自養(yǎng)微生物：能利用無機(jī)碳源（一）碳源（一）碳源(carbon source) 提供微生物營養(yǎng)所需碳元素的營養(yǎng)源。提供微生物營養(yǎng)所需碳元素的營養(yǎng)源。q 有機(jī)碳源：有機(jī)碳源：蛋白質(zhì)，核酸，蛋白質(zhì)，核酸，淀粉淀粉，葡萄糖等葡萄糖等q 無機(jī)碳源：無機(jī)碳源： CO2 , Na2CO3 , CaCO3等等 有機(jī)氮源：蛋白胨、黃豆粉、玉米漿有機(jī)氮源：蛋白胨、黃豆粉、玉米漿 無機(jī)氮源：無機(jī)氮源：NH4NO3、(NH4)2SO4 氣態(tài)氮源：大氣氣態(tài)氮源：大氣N2（二）氮源（二）氮源(nitrogen source)凡能提供微生物營養(yǎng)所需氮元

5、素的營養(yǎng)源。凡能提供微生物營養(yǎng)所需氮元素的營養(yǎng)源。氮源一般不作能源。氮源一般不作能源。速效氮源速效氮源遲效氮源遲效氮源能為微生物的生命活動提供最初能量來源的化學(xué)物質(zhì)或能為微生物的生命活動提供最初能量來源的化學(xué)物質(zhì)或輻射能。輻射能。（三）能源（三）能源(energy source)異養(yǎng)微生物的碳源同時也是能源異養(yǎng)微生物的碳源同時也是能源無機(jī)物：化能自養(yǎng)微生物的能源無機(jī)物：化能自養(yǎng)微生物的能源能源譜能源譜化學(xué)物質(zhì)化學(xué)物質(zhì)輻射能：光能自養(yǎng)和光能異養(yǎng)微生物的能源輻射能：光能自養(yǎng)和光能異養(yǎng)微生物的能源有機(jī)物：化能異養(yǎng)微生物的能源有機(jī)物：化能異養(yǎng)微生物的能源單功能：單功能： 輻射能輻射能雙功能：雙功能：

6、還原態(tài)無機(jī)養(yǎng)料，如還原態(tài)無機(jī)養(yǎng)料，如NH4+既是硝酸鹽細(xì)菌的能既是硝酸鹽細(xì)菌的能 源，又是氮源源，又是氮源三功能：三功能： N C H O類營養(yǎng)物質(zhì)常是異養(yǎng)微生物的類營養(yǎng)物質(zhì)常是異養(yǎng)微生物的能能 源，碳源兼氮源源，碳源兼氮源 一種營養(yǎng)物具有一種以上營養(yǎng)要素的功能一種營養(yǎng)物具有一種以上營養(yǎng)要素的功能一類對微生物正常代謝必不可少且又不能從簡單的碳源，一類對微生物正常代謝必不可少且又不能從簡單的碳源，氮源自行合成的、所需極微量的有機(jī)物。氮源自行合成的、所需極微量的有機(jī)物。培養(yǎng)基中生長因子來源：培養(yǎng)基中生長因子來源：酵母膏、玉米漿、麥芽汁等。酵母膏、玉米漿、麥芽汁等。(四四) ) 生長因子生長因子(g

7、rowth factor)作用：輔酶或酶活化作用：輔酶或酶活化所需所需。狹義：維生素狹義：維生素 廣義：維生素、氨基酸、堿基、脂肪酸等廣義：維生素、氨基酸、堿基、脂肪酸等 q 生長因子自養(yǎng)型微生物（生長因子自養(yǎng)型微生物（auxoautotrophs) q 生長因子異養(yǎng)型微生物（生長因子異養(yǎng)型微生物（auxoheterotrophs) 營養(yǎng)缺陷型微生物（營養(yǎng)缺陷型微生物（nutritional deficiency)變株變株q 生長因子過量合成型微生物生長因子過量合成型微生物 維生素維生素微生物的種微生物的種硫胺素硫胺素(B1)Bacillus anthracis(炭疽芽孢桿菌炭疽芽孢桿菌)核黃

8、素核黃素Clostridium tetani(破傷風(fēng)梭菌破傷風(fēng)梭菌)煙酸煙酸Brucella abortus(流產(chǎn)布魯氏桿菌流產(chǎn)布魯氏桿菌)吡哆酸吡哆酸(B6)Lactobacillus spp.(各種乳酸桿菌各種乳酸桿菌)生物素生物素Leuconostoc mesenteroides(腸膜狀明串珠菌腸膜狀明串珠菌)泛酸泛酸Proteus morganii(摩氏變形桿菌摩氏變形桿菌)葉酸葉酸Leuconostoc dextranicum(葡聚糖明串珠菌葡聚糖明串珠菌)鈷胺酸鈷胺酸(B12)Lactobacillus spp.維生素維生素KBacteroides melaninogenicus(

9、產(chǎn)黑素擬桿菌產(chǎn)黑素擬桿菌)若干細(xì)菌所需要的維生素若干細(xì)菌所需要的維生素 維生素維生素轉(zhuǎn)移的對象轉(zhuǎn)移的對象代謝功能代謝功能硫胺素硫胺素(B1)乙醛基乙醛基焦磷酸硫胺素是脫羧酶、轉(zhuǎn)醛酶、焦磷酸硫胺素是脫羧酶、轉(zhuǎn)醛酶、轉(zhuǎn)酮酶的輔基，與轉(zhuǎn)酮酶的輔基，與a a酮酸的氧酮酸的氧化脫羧和酮基轉(zhuǎn)移有關(guān)化脫羧和酮基轉(zhuǎn)移有關(guān)吡哆醇吡哆醇(B6) 氨基氨基磷酸吡哆醛是氨基酸消旋酶、轉(zhuǎn)磷酸吡哆醛是氨基酸消旋酶、轉(zhuǎn)氨酶與脫羧酶的輔基，參與氨基氨酶與脫羧酶的輔基，參與氨基酸的消旋、脫羧和轉(zhuǎn)氨酸的消旋、脫羧和轉(zhuǎn)氨葉酸葉酸甲基甲基即輔酶即輔酶F(四氫葉酸四氫葉酸)，參與一碳，參與一碳基的轉(zhuǎn)移，與合成嘌呤、嘧啶、基的轉(zhuǎn)移，與合

10、成嘌呤、嘧啶、核甘酸、絲氨酸和甲硫氨酸有關(guān)核甘酸、絲氨酸和甲硫氨酸有關(guān)維生素維生素B12 羧基，甲基羧基，甲基鈷酰胺輔酶，參與一碳基的轉(zhuǎn)移，鈷酰胺輔酶，參與一碳基的轉(zhuǎn)移，與甲硫氨酸和胸苷酸有關(guān)與甲硫氨酸和胸苷酸有關(guān) 維生素的生理功能維生素的生理功能（五）無機(jī)鹽（五）無機(jī)鹽 (inorganic salts)所需濃度在所需濃度在10-3-10-4M 的元素為大量元素的元素為大量元素所需濃度在所需濃度在10-6-10-8M 的元素為微量元素的元素為微量元素?zé)o機(jī)鹽的生理功能無機(jī)鹽的生理功能無機(jī)鹽無機(jī)鹽大量元素大量元素微量元素微量元素一般功能一般功能特殊功能特殊功能細(xì)胞內(nèi)一般分子成分細(xì)胞內(nèi)一般分子成分

11、 (P、S、Ca、Mg、Fe等等)生理調(diào)節(jié)物質(zhì)生理調(diào)節(jié)物質(zhì)滲透壓的維持滲透壓的維持 (Na+等等) 酶的激活劑酶的激活劑 (Mg等等) pH的穩(wěn)定的穩(wěn)定化能自養(yǎng)菌的能源化能自養(yǎng)菌的能源 (S、Fe2+、NH4+、MO2-等等) 無氧呼吸時的氫受體無氧呼吸時的氫受體(NO3-、SO42-等等) 酶的激活劑酶的激活劑 (Cu2+、Mn2+、Zn2+等等)特殊分子結(jié)構(gòu)成分特殊分子結(jié)構(gòu)成分 (Co、Mo等等)生理作用：生理作用： 細(xì)胞組成成分細(xì)胞組成成分 生化反應(yīng)溶劑生化反應(yīng)溶劑 化學(xué)、生理反應(yīng)介質(zhì)化學(xué)、生理反應(yīng)介質(zhì) 物質(zhì)運(yùn)輸媒體物質(zhì)運(yùn)輸媒體 調(diào)節(jié)細(xì)胞溫度調(diào)節(jié)細(xì)胞溫度 維持細(xì)胞的滲透壓維持細(xì)胞的滲透壓

12、 （六）水（六）水存在狀態(tài)：游離態(tài)（溶劑）和結(jié)合態(tài)（結(jié)構(gòu)組成）存在狀態(tài)：游離態(tài)（溶劑）和結(jié)合態(tài)（結(jié)構(gòu)組成） 依碳源不同：依碳源不同：q 異養(yǎng)型異養(yǎng)型(heterotrophs): 不能以不能以CO2為主要或唯一碳源為主要或唯一碳源q 自養(yǎng)型自養(yǎng)型(autotrophs): 能以能以CO2為主要或唯一碳源為主要或唯一碳源第二節(jié)第二節(jié) 微生物營養(yǎng)類型微生物營養(yǎng)類型依能源不同：依能源不同：q 光能營養(yǎng)型光能營養(yǎng)型(phototrophs): 光反應(yīng)產(chǎn)能光反應(yīng)產(chǎn)能 q 化能營養(yǎng)型化能營養(yǎng)型(chemotrophs):物質(zhì)氧化產(chǎn)能物質(zhì)氧化產(chǎn)能 依生長因子的不同：依生長因子的不同：q 原養(yǎng)型原養(yǎng)型(pro

13、totroph)或野生型或野生型(wild type)q 營養(yǎng)缺陷型營養(yǎng)缺陷型(auxotroph) 微生物的營養(yǎng)類型微生物的營養(yǎng)類型 營養(yǎng)類型營養(yǎng)類型能能 源源碳源碳源實例實例光能自養(yǎng)型光能自養(yǎng)型光能光能CO2藍(lán)細(xì)菌藍(lán)細(xì)菌紫硫細(xì)菌紫硫細(xì)菌綠硫細(xì)菌綠硫細(xì)菌藻類藻類光能異養(yǎng)型光能異養(yǎng)型光能光能CO2及及簡單有機(jī)物簡單有機(jī)物紅螺細(xì)菌紅螺細(xì)菌化能自養(yǎng)型化能自養(yǎng)型 無機(jī)物無機(jī)物CO2硝化細(xì)菌硝化細(xì)菌硫化細(xì)菌硫化細(xì)菌鐵細(xì)菌鐵細(xì)菌氫細(xì)菌氫細(xì)菌 化能異養(yǎng)型化能異養(yǎng)型有機(jī)物有機(jī)物有機(jī)物有機(jī)物絕 大 多 數(shù) 微絕 大 多 數(shù) 微生物，生物，原生動物原生動物v 寄生型寄生型(parasitism) 寄生于活的生物

14、體寄生于活的生物體 v 腐生型腐生型(saprophytism) 寄生于死亡的生物有機(jī)體寄生于死亡的生物有機(jī)體化能異養(yǎng)型化能異養(yǎng)型營養(yǎng)類型劃分不是絕對的，不同生活條件下，可相互轉(zhuǎn)變。營養(yǎng)類型劃分不是絕對的，不同生活條件下，可相互轉(zhuǎn)變。異養(yǎng)微生物：至少需提供一種大量有機(jī)物才能滿足其正常要求的微生物，異養(yǎng)微生物：至少需提供一種大量有機(jī)物才能滿足其正常要求的微生物， 即 其 碳 源 必 須 是 有 機(jī) 物 ， 氫 供 體 是 有 機(jī) 物 ， 能 源 則 可 以 利即 其 碳 源 必 須 是 有 機(jī) 物 ， 氫 供 體 是 有 機(jī) 物 ， 能 源 則 可 以 利 用氧化有機(jī)物或吸收日光能而獲得。用氧化

15、有機(jī)物或吸收日光能而獲得。 自養(yǎng)微生物：不依賴于任何有機(jī)營養(yǎng)自養(yǎng)微生物：不依賴于任何有機(jī)營養(yǎng)物物即可正常生活的微生物。即可正常生活的微生物。第第三三節(jié)節(jié) 細(xì)胞對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收細(xì)胞對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收 v 離子化合物：弱快強(qiáng)慢（極性）離子化合物：弱快強(qiáng)慢（極性） 營養(yǎng)物質(zhì)的吸收與代謝產(chǎn)物的分泌，涉及到物質(zhì)的運(yùn)輸、營營養(yǎng)物質(zhì)的吸收與代謝產(chǎn)物的分泌，涉及到物質(zhì)的運(yùn)輸、營養(yǎng)物吸收至胞內(nèi)被利用、代謝物分泌到胞外以免積累，這就養(yǎng)物吸收至胞內(nèi)被利用、代謝物分泌到胞外以免積累，這就是物質(zhì)運(yùn)輸過程。是物質(zhì)運(yùn)輸過程。在營養(yǎng)物質(zhì)運(yùn)送方面，細(xì)胞壁僅簡單地排阻分子量過大在營養(yǎng)物質(zhì)運(yùn)送方面，細(xì)胞壁僅簡單地排阻分子量過大(60

16、0Da)的溶質(zhì)進(jìn)入的溶質(zhì)進(jìn)入, 而具有磷脂雙分子層和嵌合蛋白分子而具有磷脂雙分子層和嵌合蛋白分子的細(xì)胞膜則是控制營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入和排除的主要屏障。的細(xì)胞膜則是控制營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入和排除的主要屏障。 v通透性與吸收是不同概念通透性與吸收是不同概念v 一般大分子先水解為小分子，再吸收一般大分子先水解為小分子，再吸收v 脂溶性物質(zhì)：易透過脂溶性物質(zhì)：易透過一一、單純擴(kuò)散、單純擴(kuò)散 (simple diffusion)二、促進(jìn)擴(kuò)散二、促進(jìn)擴(kuò)散 (facilitated diffusion)載體蛋白載體蛋白(carrier protein)，即透性酶（大多為誘導(dǎo)酶），即透性酶（大多為誘導(dǎo)酶），有底物特異性，每種

17、載體蛋白運(yùn)輸相應(yīng)的物質(zhì)。載體蛋有底物特異性，每種載體蛋白運(yùn)輸相應(yīng)的物質(zhì)。載體蛋白可加快運(yùn)輸速度，但不能逆濃度運(yùn)輸。白可加快運(yùn)輸速度，但不能逆濃度運(yùn)輸。促進(jìn)擴(kuò)散示意圖促進(jìn)擴(kuò)散示意圖胞外胞外細(xì)胞膜細(xì)胞膜胞內(nèi)胞內(nèi)單純擴(kuò)散單純擴(kuò)散促進(jìn)擴(kuò)散促進(jìn)擴(kuò)散濃度梯度濃度梯度運(yùn)輸速率運(yùn)輸速率單純擴(kuò)散和促進(jìn)擴(kuò)散的比較單純擴(kuò)散和促進(jìn)擴(kuò)散的比較單純擴(kuò)散隨濃度增加而線性增加，而促進(jìn)擴(kuò)散在一定濃度后出現(xiàn)平臺單純擴(kuò)散隨濃度增加而線性增加，而促進(jìn)擴(kuò)散在一定濃度后出現(xiàn)平臺單純擴(kuò)散、促進(jìn)擴(kuò)散、主動運(yùn)輸單純擴(kuò)散、促進(jìn)擴(kuò)散、主動運(yùn)輸 ：被運(yùn)輸?shù)娜苜|(zhì)分子不發(fā)被運(yùn)輸?shù)娜苜|(zhì)分子不發(fā)生改變。生改變。 三三、主動運(yùn)輸、主動運(yùn)輸 (active t

18、ransport)特點(diǎn)：特點(diǎn)： 是微生物吸收營養(yǎng)的主要方式是微生物吸收營養(yǎng)的主要方式 可逆濃度梯度運(yùn)輸，耗能可逆濃度梯度運(yùn)輸，耗能 需載體蛋白，有特異性需載體蛋白，有特異性運(yùn)輸運(yùn)輸有機(jī)離子、無機(jī)離子、氨基酸、乳糖等糖類有機(jī)離子、無機(jī)離子、氨基酸、乳糖等糖類 需要特異性載體蛋白需要能量來改變載體蛋白的構(gòu)象需要特異性載體蛋白需要能量來改變載體蛋白的構(gòu)象 親和力改變親和力改變蛋白構(gòu)象改變蛋白構(gòu)象改變耗能耗能 細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞外細(xì)胞外( (或細(xì)菌周質(zhì)空間或細(xì)菌周質(zhì)空間) )電子轉(zhuǎn)運(yùn)電子轉(zhuǎn)運(yùn)1. 電子轉(zhuǎn)移能被用來將質(zhì)子泵出膜外電子轉(zhuǎn)移能被用來將質(zhì)子泵出膜外2. 質(zhì)子梯度通過反運(yùn)輸機(jī)制將鈉離子逐質(zhì)子梯度通

19、過反運(yùn)輸機(jī)制將鈉離子逐出膜外出膜外 3. 鈉離子與載體蛋白復(fù)合物相結(jié)合鈉離子與載體蛋白復(fù)合物相結(jié)合4. 溶質(zhì)結(jié)合位點(diǎn)的形狀發(fā)生改變，而與溶質(zhì)結(jié)合位點(diǎn)的形狀發(fā)生改變，而與溶質(zhì)溶質(zhì)(如糖和氨基酸如糖和氨基酸)結(jié)合結(jié)合5. 載體蛋白的構(gòu)象發(fā)生改變，鈉離子在載體蛋白的構(gòu)象發(fā)生改變，鈉離子在膜內(nèi)釋放，隨后溶質(zhì)從載體蛋白解離膜內(nèi)釋放，隨后溶質(zhì)從載體蛋白解離 主動運(yùn)輸?shù)臋C(jī)制：使用質(zhì)子主動運(yùn)輸?shù)臋C(jī)制：使用質(zhì)子(H+)和鈉離子和鈉離子(Na+)梯度。梯度。特點(diǎn)：特點(diǎn)：v 屬主動運(yùn)輸類型屬主動運(yùn)輸類型v 溶質(zhì)分子發(fā)生化學(xué)修飾溶質(zhì)分子發(fā)生化學(xué)修飾 定向磷酸化定向磷酸化v 需復(fù)雜的運(yùn)輸酶系參與需復(fù)雜的運(yùn)輸酶系參與 v

20、 運(yùn)輸葡萄糖、果糖、甘露糖、嘌呤、核苷、脂肪酸等運(yùn)輸葡萄糖、果糖、甘露糖、嘌呤、核苷、脂肪酸等 四、基團(tuán)轉(zhuǎn)位四、基團(tuán)轉(zhuǎn)位 (group translocation)膜對大多數(shù)磷酸化合物具有高度的不滲透性。膜對大多數(shù)磷酸化合物具有高度的不滲透性。每輸入一個葡萄糖分子，就要消耗一個每輸入一個葡萄糖分子，就要消耗一個ATP 的能量。的能量。v主要依賴磷酸烯醇式丙酮酸主要依賴磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)和磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)和磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)(PTS)。PEP+ HPrEI丙酮酸丙酮酸 + P-HPrP-HPr +糖糖EII糖糖-P+HPr1. 1. 熱穩(wěn)定性載體蛋白熱穩(wěn)定性載體蛋白(heat stable c

21、arrier protein ,HPr) 的激活的激活 2. 糖磷酸化后運(yùn)入膜內(nèi)糖磷酸化后運(yùn)入膜內(nèi) 兩類磷酸烯醇式丙酮酸：糖基磷酸轉(zhuǎn)移酶兩類磷酸烯醇式丙酮酸：糖基磷酸轉(zhuǎn)移酶(PTS)系統(tǒng)系統(tǒng)高能磷酸從高能磷酸從HPr轉(zhuǎn)移至溶解態(tài)轉(zhuǎn)移至溶解態(tài)EIIA, EIIA與與EIIB在甘露糖轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)中相連，在葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)中在甘露糖轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)中相連，在葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)中分開。無論那種形式，磷酸都從分開。無論那種形式，磷酸都從EIIA轉(zhuǎn)移至轉(zhuǎn)移至EIIB，再經(jīng)過穿膜的轉(zhuǎn)運(yùn)過程而轉(zhuǎn)移至糖基。，再經(jīng)過穿膜的轉(zhuǎn)運(yùn)過程而轉(zhuǎn)移至糖基。磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸(PEP) , 第一個酶第一個酶I(EI), 低分子量熱

22、穩(wěn)定性載體蛋白低分子量熱穩(wěn)定性載體蛋白(HPr), 第二個酶第二個酶I(EII) 胞質(zhì)胞質(zhì)細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞質(zhì)基質(zhì) 培養(yǎng)基培養(yǎng)基(medium，culture medium)：是一種人工配制的、：是一種人工配制的、適合微生物生長繁殖或產(chǎn)生代謝產(chǎn)物用的混合養(yǎng)料。適合微生物生長繁殖或產(chǎn)生代謝產(chǎn)物用的混合養(yǎng)料。第四節(jié)第四節(jié) 培養(yǎng)基培養(yǎng)基（一）四個原則（一）四個原則1、目的明確（根據(jù)不同微生物的營養(yǎng)需要配制不同的培養(yǎng)基）、目的明確（根據(jù)不同微生物的營養(yǎng)需要配制不同的培養(yǎng)基）培養(yǎng)什么微生物、獲得什么產(chǎn)物、用途培養(yǎng)什么微生物、獲得什么產(chǎn)物、用途二、選擇和配制培養(yǎng)基的原則和方法二、選擇和配制培養(yǎng)基的原則和方法2

23、、營養(yǎng)協(xié)調(diào)、營養(yǎng)協(xié)調(diào)營養(yǎng)協(xié)調(diào)營養(yǎng)協(xié)調(diào)(注意營養(yǎng)物的濃度和配比，特別是碳氮比注意營養(yǎng)物的濃度和配比，特別是碳氮比C/N比比)C/N比比: 微生物培養(yǎng)基中所含的碳源中的碳原子與氮源中氮微生物培養(yǎng)基中所含的碳源中的碳原子與氮源中氮原子的摩爾數(shù)之比。不是簡單的某碳源的重量與氮源的重量原子的摩爾數(shù)之比。不是簡單的某碳源的重量與氮源的重量之比。因為，不同種類的碳源和氮源，其中含碳量和含氮量之比。因為，不同種類的碳源和氮源，其中含碳量和含氮量差別很大。差別很大。一般培養(yǎng)基的一般培養(yǎng)基的C/N比為比為100/0.52 。以含氮量來看：以含氮量來看：NH3(82%)CO(NH2)2(46%)NH4NO3(35%

24、)(NH4)2CO3(29.2%)(NH4)2SO4(21%)表3微生物常見的有機(jī)碳源表表 不同能源培養(yǎng)細(xì)胞的得率不同能源培養(yǎng)細(xì)胞的得率表表 常見微生物氮源常見微生物氮源表表 常用的培養(yǎng)基中的無機(jī)鹽及參考濃度（常用的培養(yǎng)基中的無機(jī)鹽及參考濃度（g/L） pH 滲透壓和水活度滲透壓和水活度 氧化還原電位氧化還原電位3、物理化學(xué)條件適宜、物理化學(xué)條件適宜:pH：微生物有最佳生長：微生物有最佳生長pH微生物在生長過程中培養(yǎng)基微生物在生長過程中培養(yǎng)基pH值可能發(fā)生的變化值可能發(fā)生的變化 ：v 在含糖基質(zhì)上生長在含糖基質(zhì)上生長,會產(chǎn)酸而使會產(chǎn)酸而使pH下降，下降，v 在分解蛋白質(zhì)和氨基酸時在分解蛋白質(zhì)和

25、氨基酸時, 會產(chǎn)會產(chǎn)NH3而使而使pH上升，上升， v 以以 (NH4)2SO4 作作N 源源 , 會過剩會過剩 SO4 2-, 而使而使pH下降，下降，v 分解利用陽離子化合物如：分解利用陽離子化合物如：NaNO3, 會過剩會過剩 Na+ 而使而使 pH 上升。上升。滲透壓滲透壓(osmotic pressure): 高濃度溶液向低濃度溶液滲透時，高濃度溶液向低濃度溶液滲透時，其溶質(zhì)分子所產(chǎn)生的壓力。其溶質(zhì)分子所產(chǎn)生的壓力。 高滲溶液會導(dǎo)致微生物細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離高滲溶液會導(dǎo)致微生物細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離 低滲溶液會導(dǎo)致微生物細(xì)胞吸水膨脹甚至破裂低滲溶液會導(dǎo)致微生物細(xì)胞吸水膨脹甚至破裂 aw =P/

26、Po P: 溶液的蒸汽壓溶液的蒸汽壓 Po:純水的蒸汽壓純水的蒸汽壓 水活度需等滲適宜。水活度需等滲適宜。 微生物適宜生長的微生物適宜生長的aw為為0.60.998之間。之間。在常溫常壓下，純水的在常溫常壓下，純水的aw為為1.00在同溫同壓，某溶液的飽和蒸汽壓與純水的飽和蒸汽壓之比。在同溫同壓，某溶液的飽和蒸汽壓與純水的飽和蒸汽壓之比。溶溶 液液aw30%葡萄糖溶液葡萄糖溶液0.9641%葡萄糖葡萄糖+20%甘油甘油0.9551%葡萄糖葡萄糖+40%蔗糖蔗糖0.964飽和氯化鈉溶液飽和氯化鈉溶液0.78飽和氯化鈣溶液飽和氯化鈣溶液0.30飽和氯化鎂溶液飽和氯化鎂溶液0.30飽和氨化鋰溶液飽和

27、氨化鋰溶液0.11幾種溶液的水活度值幾種溶液的水活度值 氧化還原電位氧化還原電位Eh（redox potential）：氧化還原系）：氧化還原系統(tǒng)中的還原劑釋放電子或氧化劑接受電子的趨勢。統(tǒng)中的還原劑釋放電子或氧化劑接受電子的趨勢。好氧微生物：好氧微生物：+0.1V。一般。一般+0.3 +0.4V 厭氧微生物：厭氧微生物：+0.1以下以下 兼性微生物：兼性微生物：+0.1以上好氧呼吸；以上好氧呼吸；+0.1以以 下進(jìn)行發(fā)酵下進(jìn)行發(fā)酵 4、原料來源的選擇原料來源的選擇高溫滅菌對營養(yǎng)物質(zhì)的破壞及高溫滅菌對營養(yǎng)物質(zhì)的破壞及pH變化變化（二）四種方法（二）四種方法 生態(tài)模擬生態(tài)模擬 查閱文獻(xiàn)查閱文獻(xiàn)

28、精心設(shè)計精心設(shè)計 實驗比較實驗比較培養(yǎng)基類型培養(yǎng)基類型v依對培養(yǎng)基成分的了解：依對培養(yǎng)基成分的了解： 天然培養(yǎng)基天然培養(yǎng)基(complex medium, undefined medium)， 指一些利用動、植物或微生物體或其提取物制成的培指一些利用動、植物或微生物體或其提取物制成的培 養(yǎng)基，成分未知。如培養(yǎng)細(xì)菌所用的肉湯蛋白胨培養(yǎng)養(yǎng)基，成分未知。如培養(yǎng)細(xì)菌所用的肉湯蛋白胨培養(yǎng) 基，培養(yǎng)酵母菌的麥芽汁培養(yǎng)基等。基，培養(yǎng)酵母菌的麥芽汁培養(yǎng)基等。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：取材方便、營養(yǎng)豐富、種類多樣、配制方便取材方便、營養(yǎng)豐富、種類多樣、配制方便組合培養(yǎng)基組合培養(yǎng)基(defined medium) ，或稱合成培

29、養(yǎng)基，或稱合成培養(yǎng)基 (synthetic medium)是一類用多種高純化學(xué)試劑配制的、各成分（包含微是一類用多種高純化學(xué)試劑配制的、各成分（包含微量元素）的量都確切知道的培養(yǎng)基。如培養(yǎng)細(xì)菌所用量元素）的量都確切知道的培養(yǎng)基。如培養(yǎng)細(xì)菌所用的葡萄糖銨鹽的葡萄糖銨鹽 培養(yǎng)基，培養(yǎng)放線菌的淀粉硝酸鹽培養(yǎng)培養(yǎng)基，培養(yǎng)放線菌的淀粉硝酸鹽培養(yǎng)基（高氏一號）?；ǜ呤弦惶枺］^昂貴，一般用于研究工作（代謝、遺傳分析）較昂貴，一般用于研究工作（代謝、遺傳分析） 。優(yōu)點(diǎn)：組份精確、重復(fù)性好。優(yōu)點(diǎn)：組份精確、重復(fù)性好。 半合成培養(yǎng)基半合成培養(yǎng)基(Semi-defined medium) 固體培養(yǎng)基固體培養(yǎng)基(

30、solid medium)，一般加有凝固劑，一般加有凝固劑， 凝固劑含量一般為凝固劑含量一般為12。作為凝固劑的條件：不被微生物分解利用，生長溫度范圍內(nèi)保持固體作為凝固劑的條件：不被微生物分解利用，生長溫度范圍內(nèi)保持固體狀態(tài)，凝固點(diǎn)溫度對微生物無害，不因滅菌而破壞，透明度好、配制狀態(tài)，凝固點(diǎn)溫度對微生物無害，不因滅菌而破壞，透明度好、配制方便、價格低。常用的為方便、價格低。常用的為瓊脂與明膠。瓊脂與明膠。由于固體培養(yǎng)基能提供表面，形成單菌落，因此可用于：菌種分離、由于固體培養(yǎng)基能提供表面，形成單菌落，因此可用于：菌種分離、鑒定、保藏等。鑒定、保藏等。 液體培養(yǎng)基液體培養(yǎng)基(liquid med

31、ium)，培養(yǎng)基中沒有凝固劑。，培養(yǎng)基中沒有凝固劑。用途：大量培養(yǎng)微生物，研究生理代謝等。用途：大量培養(yǎng)微生物，研究生理代謝等。 半固體培養(yǎng)基半固體培養(yǎng)基(semi-solid medium)，凝固劑含量一般約為，凝固劑含量一般約為0.5% , 用途：觀察細(xì)菌的運(yùn)動，測定噬菌體效價等。用途：觀察細(xì)菌的運(yùn)動，測定噬菌體效價等。v按培養(yǎng)基外觀的物理狀態(tài)：固體、半固體、液體。按培養(yǎng)基外觀的物理狀態(tài)：固體、半固體、液體。 化學(xué)化學(xué)成分成分營養(yǎng)營養(yǎng)價值價值分解分解性性融化融化溫度溫度凝固凝固溫度溫度常用常用濃度濃度透明透明度度粘粘著著力力耐加耐加壓滅壓滅菌菌瓊瓊脂脂聚半乳糖聚半乳糖的硫酸酯的硫酸酯無無罕見罕見960C400C1.52%高高強(qiáng)強(qiáng)強(qiáng)強(qiáng)明明膠膠蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)作氮作氮源源極易極易250C200C512%高高強(qiáng)強(qiáng)弱弱v依功能不同：依功能不同：v 鑒別培養(yǎng)基鑒別培養(yǎng)基(Differential medium) ：加有能與某一菌的無色：加有能與某一菌的無色 v 代謝產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)的指示劑，從而用肉眼就能使該