第五章微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基課件

第六章微生物的營養(yǎng)和培養(yǎng)基第六章微生物的營養(yǎng)和培養(yǎng)基1本章主要內(nèi)容：一、微生物細胞的化學組成二、微生物的營養(yǎng)要素三、微生物的營養(yǎng)類型四、微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收方式五、培養(yǎng)基本章主要內(nèi)容：一、微生物細胞的化學組成2營養(yǎng)：指生物體從外部環(huán)境中攝取對其生命活動必需的能量和物質(zhì)，以滿足正常生長和繁殖需要的一種最基本的生理功能。從環(huán)境中吸取一些物質(zhì)，以獲取能量進行新陳代謝合成物質(zhì)，表現(xiàn)出微生物的生長和繁殖物質(zhì)統(tǒng)稱為營養(yǎng)物質(zhì)。營養(yǎng)：指生物體從外部環(huán)境中攝取對其生命活動必需的能量和物質(zhì)，3微生物細胞中幾種主要元素的含量（細胞干重的百分數(shù)）元素細菌酵母菌霉菌碳5049.847.9氮1512.45.2氫86.76.7氧2031.140.2微生物細胞中幾種主要元素的含量元素4微生物細胞的化學組成主要成分細菌酵母菌霉菌水分75~8570~8085~90（占細胞鮮重的%）蛋白質(zhì)50~8032~7514~15占細碳水化合物12~2827~637~40胞干脂肪5~202~154~40重的核酸10~206~81%無機鹽2~303.8~76~12微生物細胞的化學組成主要成分5一、生物的營養(yǎng)要素微生物細胞也和其他高等生物細胞一樣，在元素水平都需要20種左右，且以C、H、O、N、S、P六種元素為主；在營養(yǎng)要素水平上都在六大類的范圍內(nèi)：碳源、氮源、能源、生長因子、無機鹽和水。

一、生物的營養(yǎng)要素6

凡是提供微生物營養(yǎng)所需的碳元素（碳架）的營養(yǎng)源，稱為碳源。碳源是微生物需要量最大的營養(yǎng)物，又稱大量營養(yǎng)物。

碳源物質(zhì)的功能：

1）構成細胞物質(zhì)；2）為機體提供整個生理活動所需要的能量（異養(yǎng)微生物）。

（一）碳源（carbonsource）凡是提供微生物營養(yǎng)所需的碳元素（碳架）的營養(yǎng)源，稱7碳源可分為有機碳源和無機碳源。無機碳：如CO2和碳酸鹽等。有機碳：糖與糖的衍生物（多糖：如淀粉、麩皮、米糠等；單糖：葡萄糖;雙糖：蔗糖、麥芽糖）

、脂類、醇類。有機酸、烴類、芳香族化合物等含碳的有機化合物。異養(yǎng)微生物：凡必須利用有機碳源的微生物。自養(yǎng)微生物：凡必須利用無機碳源的微生物。碳源可分為有機碳源和無機碳源。8類型元素水平化合物水平培養(yǎng)基原料水平有機碳C·H·O·N·X復雜蛋白質(zhì)、核酸等牛肉膏、蛋白胨、花生餅粉等C·H·O·N多數(shù)氨基酸、簡單蛋白質(zhì)等一般氨基酸、明膠等C·H·O糖、有機酸、醇、脂類等葡萄糖、蔗糖、各種淀粉、糖蜜等C·H烴類天然氣、石油及其不同餾份、石蠟油等無機碳C(?)——C·OCO2CO2C·O·XNaHCO3NaHCO3、CaCO3、白堊等

微生物的碳源譜（微生物可利用的碳源范圍）

類型元素水平化合物水平培養(yǎng)基原料水平C9C·H·O型的糖類是最廣泛利用的碳源，其次是有機酸、醇類和脂類。C·H·O型的糖類是最廣泛利用的碳源，其次是有機酸、醇類和脂10

（二）氮源(nitrogensource)

凡是提供微生物營養(yǎng)所需的氮元素的營養(yǎng)源，稱為氮源?？煞譃橛袡C氮源和無機氮源兩類。

氮源物質(zhì)的主要作用（1）合成細胞中含氮物質(zhì)。（2）少數(shù)自養(yǎng)細菌能利用銨鹽、硝酸鹽作為機體生長的氮源與能源，某些厭氧細菌在厭氧與糖類物質(zhì)缺乏的條件下，也可以利用氨基酸作為能源物質(zhì)。

微生物的氮源譜

微生物能利用的氮源范圍即氮源譜。（二）氮源(nitrogensource)11微生物的氮源譜類型元素水平化合物水平培養(yǎng)基原料水平有機氮N·C·H·O·X復雜蛋白質(zhì)、核酸等牛肉膏、酵母膏、餅粕粉、蠶蛹粉等N·C·H·O尿素、一般氨基酸、簡單蛋白質(zhì)等尿素、蛋白胨、明膠等無機氮N·HNH3、銨鹽等(NH4)2SO4等N·O硝酸鹽等KNO3等NN2空氣異養(yǎng)微生物對氮源的利用順序：N·C·H·O或N·C·H·O·X類優(yōu)于N·H，更優(yōu)于N·O最不易利用的是“N”類（只有固氮菌、根瘤菌和藍細菌等可利用）微生物的氮源譜類型元素水平化合物水平培養(yǎng)基原料水平N·C12

實驗室常用的氮源有碳酸銨、硝酸鹽、硫酸銨、尿素、蛋白胨、牛肉膏、酵母膏等。生產(chǎn)上常用的氮源：硝酸鹽、銨鹽、尿素、氨以及蛋白含量較高的魚粉、蠶蛹粉、黃豆餅粉、花生餅份、玉米漿等。實驗室常用的氮源有碳酸銨、硝酸鹽、硫酸銨、尿素、蛋白胨、牛13

細菌培養(yǎng)基——放線菌培養(yǎng)基——高氏1號：可溶性淀粉20g；KNO31g;K2HPO41gMgSO40.5gNaCl1g;FeSO4?7H2O0.5g水1000ml;pH7.2~7.4霉菌培養(yǎng)基——查氏（zapek)培養(yǎng)基：蔗糖30g;KCl0.5g;MgSO4.H2O0.5g;FeSO40.5gK2HPO41g;NaNO33g;水1000ml;pH6.7細菌培養(yǎng)基——14微生物依據(jù)氮源譜的分類（1）氨基酸自養(yǎng)型微生物

一部分微生物不需要氨基酸作氮源，它們能把尿素、銨鹽、硝酸鹽甚至氮氣等簡單氮源自行合成所需要的一切氨基酸。這樣的微生物叫做氨基酸自養(yǎng)型微生物?？衫冒被嶙责B(yǎng)型微生物將尿素、銨鹽、硝酸鹽甚至氮氣等廉價氮源轉(zhuǎn)化成菌體蛋白（SCP或食用菌等）或含氮的代謝產(chǎn)物。（2）氨基酸異養(yǎng)型微生物

凡需要從外界吸收現(xiàn)成的氨基酸做氮源的微生物叫做氨基酸異養(yǎng)型微生物。微生物依據(jù)氮源譜的分類15

（三）能源

能源：能為微生物的生命活動提供最初能量來源的營養(yǎng)物或輻射能。分為化學物質(zhì)和輻射能兩類。

微生物的能源譜：

有機物：化能異養(yǎng)微生物的能源（同碳源）

化學物質(zhì)

能源譜：

無機物：化能自養(yǎng)微生物的能源（不同于碳源）

輻射能：光能自養(yǎng)和光能異養(yǎng)微生物的能源

由于各種異養(yǎng)微生物的能源就是其碳源，因此微生物的能源譜較簡單。（三）能源由于各種異養(yǎng)微生物的能源就是其碳16微生物營養(yǎng)物功能的多重性（1）單功能營養(yǎng)物輻射能是單功能的，只為光能微生物提供能源。（2）雙功能營養(yǎng)物

對一切異養(yǎng)微生物來說，其碳源又兼作能源，這種碳源（營養(yǎng)物）稱雙功能營養(yǎng)物?；茏责B(yǎng)微生物的能源物質(zhì)無機養(yǎng)料常常是雙功能的（如：NH4+既是硝酸細菌的能源，又是它的氮源。）（3）三功能營養(yǎng)物有機營養(yǎng)物常有三功能作用，既是異養(yǎng)微生物的能源，又是它們的碳源或氮源（如氨基酸）。微生物營養(yǎng)物功能的多重性17（四）生長因子（growthfactor）定義:是一類對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簡單的碳源或氮源合成，或合成量不足以滿足機體生長需要的有機營養(yǎng)物質(zhì)，必須由外源提供，這類物質(zhì)統(tǒng)稱為生長因子。缺乏合成生長因子能力的微生物稱為“營養(yǎng)缺陷型微生物”。

生長因子包括氨基酸、維生素、嘌呤、嘧啶及其衍生物、脂肪酸及氧等。第五章微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基課件18微生物生長因子需要量（ml-1)III型肺炎鏈球菌（Streptococcuspneumoniae） 膽堿 6ug 金黃色葡萄球菌（Staphylococcusaureus） 硫胺素 0.5ng 白喉棒桿菌（Cornebacteriumdiphtherriae） B-丙氨酸1.5ug 破傷風梭狀芽孢桿菌（Clostridiumtetani） 尿嘧啶 0-4ug 腸膜狀串珠菌（Leuconostocmesenteroides） 吡哆醛 0.025ug某些微生物對生長因子的需要量微生物19生長因子的作用：（1）維生素：只作為酶的活性基。（2）氨基酸：L-氨基酸是組成蛋白質(zhì)和酶結(jié)構物質(zhì)的主要成分。D-丙氨酸是合成細菌細胞壁肽聚糖的成分。（3）嘌呤、嘧啶及它們的衍生物：主要功能是構成核酸和輔酶。（4）脂肪酸等：組成細胞膜的類脂成分.（5）氧：需氧微生物在液體培養(yǎng)基中生長充入氧氣，使培養(yǎng)基中有一定量的溶解氧（DO).生長因子的作用：（1）維生素：只作為酶的活性基。20

微生物依據(jù)對生長因子需要的分類（1）生長因子自養(yǎng)型微生物不需要從外界吸收任何生長因子的微生物叫生長因子自養(yǎng)型微生物。（2）生長因子異養(yǎng)型微生物需要從外界吸收多種生長因子才能維持正常生長的微生物叫生長因子異養(yǎng)型微生物。（3）生長因子過量合成微生物少數(shù)微生物在其代謝活動中，能合成并分泌大量的維生素等生長因子，這樣的微生物叫生長因子過量合成微生物（如：用謝氏丙酸桿菌生產(chǎn)維生素B12。微生物依據(jù)對生長因子需要的分類（1）生長因子自養(yǎng)型微21（五、無機鹽

是微生物生長必不可少的一類營養(yǎng)物質(zhì)，可為微生物提供除碳、氮以外的各種重要元素的無機鹽。包括大量元素和微量元素。

大量元素：P、S、K、Mg、Ca、Na、Fe等。（微生物生長所需濃度在10-3-10-4mol/L）

微量元素：Cu、Zn、Mn、Mo、Co等。（微生物生長所需濃度在10-6-10-8mol/L）（五、無機鹽22無機鹽的生理功能

細胞內(nèi)一般分子成分（P、S、Ca、Ma、Fe等）一般功能滲透壓的維持（Na+等）生理調(diào)節(jié)物質(zhì)酶的激活劑（Mg2+等）大量元素pH的穩(wěn)定無化能自養(yǎng)菌的能源（S、Fe2+、NH4+、NO2--等）機特殊功能鹽無氧呼吸時的氫受體（NO3-、SO42--等）酶的激活劑（Cu2+、Mn2+、Zn2+等）微量元素特殊分子結(jié)構成分（Co、Mo等）無機鹽的生理功能23六、水分

水分是生物細胞的主要化學成分，其重要的生理功能表現(xiàn)在下列幾個方面：

1、細胞的構成成分。2、一系列生理生化反應的反應介質(zhì),參與許多生理生化反應。3、維持細胞的膨壓（控制細胞形態(tài)）。4、水的比熱高，能有效的吸收代謝過程中放出的熱量，不致使細胞的溫度驟然上升。有效地控制細胞內(nèi)的溫度變化。5、維持各種生物大分子結(jié)構的穩(wěn)定性。六、水分水分是生物細胞的主要化學成分，其重要的生理功能24二、微生物的營養(yǎng)類型根據(jù)碳源和能源劃分：根據(jù)能源的性質(zhì)將微生物分為光能營養(yǎng)型和化能營養(yǎng)型。根據(jù)碳源的性質(zhì)將微生物分為自養(yǎng)型（以CO2為碳源），異養(yǎng)型（以有機物為碳源）二、微生物的營養(yǎng)類型根據(jù)碳源和能源劃分：根據(jù)能源的性質(zhì)將25營養(yǎng)類型能源氫供體基本碳源實例光能自養(yǎng)型光無機物CO2藍細菌,紫硫細菌,綠硫細菌,藻類光能異養(yǎng)型光有機物CO2及簡單有機物紅螺菌科的細菌(即紫色無硫細菌)化能自養(yǎng)型無機物無機物CO2硝化細菌,硫化細菌,鐵細菌,氫細菌,硫磺細菌等化能異養(yǎng)型有機物有機物有機物絕大多數(shù)細菌和全部真核微生物微生物的營養(yǎng)類型營養(yǎng)類型能源氫供體基本碳源實26

三、營養(yǎng)物質(zhì)進入細胞的方式除原生動物外，其他各大類有細胞的微生物都是通過細胞膜的滲透和選擇吸收作用從外界吸收營養(yǎng)物的。細胞膜運送營養(yǎng)物質(zhì)有四種方式：

一、單純擴散二、促進擴散三、主動運送四、基團移位三、營養(yǎng)物質(zhì)進入細胞的方式除原生動物27

1、單純擴散(simplediffusion)又稱被動擴散（passivediffusion）。細胞膜在無載體蛋白的參與下，單純依靠物理擴散方式讓膜外高濃度的小分子、非電離分子尤其是親水性分子被動通過的一種物質(zhì)運送方式。1、單純擴散(simplediffusion)28特點：（1）不通過膜上載體蛋白（2）不消耗能量（3）不能逆濃度梯度運送（4）物質(zhì)在運送的過程中既不與膜上的分子發(fā)生反應，本身的結(jié)構也不發(fā)生變化（5）運送的物質(zhì)無特異性，種類不多。主要為：H2O、O2、CO2、乙醇、甘油、無機鹽、代謝抑制劑和某些氨基酸分子。特點：29

單純擴散模式圖細胞膜外細胞膜內(nèi)細胞膜單純擴散模式圖細胞膜外細胞膜內(nèi)細胞膜30促進擴散：指溶質(zhì)在運送過程中，必須借助存在于細胞膜上的底物特異載體蛋白的協(xié)助，但不消耗能量的一種擴散性運送方式。2、促進擴散(facilitateddiffusion)特點（1）通過膜上載體蛋白的構象變化，把膜外高濃度溶質(zhì)擴散到膜內(nèi)（2）不消耗能量（3）不能逆濃度梯度運送（4）物質(zhì)在運送的過程中既不與膜上的分子發(fā)生反應，本身的結(jié)構也不發(fā)生變化（5）運送的物質(zhì)有特異性（SO42-、、PO43-、糖（真核生物）

促進擴散的運輸方式多見于真核微生物中，例如釀酒酵母對糖、氨基酸和維生素的吸收。促進擴散：指溶質(zhì)在運送過程中，必須借助存在于細胞膜上的底物特31促進擴散模式圖細胞膜細胞膜外細胞膜內(nèi)恢復原構象移位再循環(huán)結(jié)合構象改變促進擴散模式圖細胞膜細胞膜外細胞膜內(nèi)恢復原構象移位再循環(huán)結(jié)合323、主動運輸(Activetransport)主動運輸：一類必須提供能量并通過細胞膜上特異性載體蛋白構象的變化，而使膜外環(huán)境中低濃度的溶質(zhì)運入膜內(nèi)的一種運送方式。主動運輸是微生物吸收營養(yǎng)物質(zhì)的主要方式。運送的對象有：氨基酸、乳糖等糖類、Na+、Ca2+等無機離子。3、主動運輸(Activetranspo33特點：物質(zhì)在主動運輸?shù)倪^程中（1）通過膜上載體蛋白的構象變化把膜上溶質(zhì)擴散到膜內(nèi)（2）消耗能量（3）能逆濃度梯度運送（4）物質(zhì)在運送的過程中既不與膜上的分子發(fā)生反應，本身的結(jié)構也不發(fā)生變化（5）運送的物質(zhì)有特異性

特點：34主動運輸模式圖細胞膜細胞膜外細胞膜內(nèi)恢復原構象移位再循環(huán)結(jié)合構象改變ADP+PiATP主動運輸模式圖細胞膜細胞膜外細胞膜內(nèi)恢復原構象移位再循環(huán)結(jié)合35基團移位：一類需載體蛋白的參與，又需耗能的一種物質(zhì)運送方式，溶質(zhì)在運送過程中還會發(fā)生分子結(jié)構的變化。

基團移位主要存在于厭氧和兼性厭氧型細菌中。

此系統(tǒng)由24種蛋白組成，運送一種糖至少4種蛋白參與；每輸入一個葡萄糖分子要消耗一個ATP的能量。4、基團移位(Grouptranslocation)基團移位：一類需載體蛋白的參與，又需耗能的一種物質(zhì)運送36特點（1）通過膜上載體蛋白把膜上溶質(zhì)擴散到膜內(nèi)（2）消耗能量（3）能逆濃度梯度運送（4）物質(zhì)在運送的過程與膜上的分子發(fā)生反應，本身的結(jié)構發(fā)生變化（5）運送的物質(zhì)有特異性，主要用于運送各種糖類、核苷酸、丁酸和腺嘌呤等特點37運送機制:是依靠磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng),即磷酸烯醇式丙酮酸-己糖磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng).運送步驟:分兩步進行。1.熱穩(wěn)載體蛋白(HPr)的激活

細胞內(nèi)高能化合物磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）的磷酸基團通過酶Ⅰ的作用把HPr激活。

酶1

PEP+HPr丙酮酸+P-HPrHPr是一種低分子量的可溶性蛋白，結(jié)合在細胞膜上，具有高能磷酸載體的作用。

酶Ⅰ是一種可溶性細胞質(zhì)蛋白。HPr和酶Ⅰ在磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)中，均無底物特異性。運送機制:是依靠磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng),即磷酸烯醇式丙酮酸-己糖磷酸382、糖被磷酸化后運入膜內(nèi)（1）膜外環(huán)境中的糖先與膜外表面上的底物特異蛋白—酶Ⅱc結(jié)合；

（2）糖分子被由磷酸化后的熱穩(wěn)載體蛋白P~HPr酶Ⅱa酶Ⅱb逐級傳遞來的磷酸基團激活；

HPr～P+GG～P+HPr3）通過酶Ⅱc再把這一磷酸糖釋放到細胞質(zhì)中酶Ⅱb、Ⅱc是一種結(jié)合于細胞膜上的蛋白，它對底物具有特異性選擇作用，因此細胞膜上可誘導出一系列與底物分子相應的酶Ⅱ。酶Ⅱ

2、糖被磷酸化后運入膜內(nèi)酶Ⅱ39基團移位模式圖基團移位模式圖40順濃度梯度：單純擴散促進擴散逆濃度梯度：主動運輸基團移位對4種運送方式的總結(jié)：順濃度梯度：單純擴散對4種運送方式的總結(jié)：41四、培養(yǎng)基

培養(yǎng)基是人工配制的、適合于微生物生長繁殖或產(chǎn)生代謝產(chǎn)物的混合營養(yǎng)料(營養(yǎng)基質(zhì))。絕大多數(shù)微生物可在人工培養(yǎng)基上生長。只有少數(shù)寄生或共生類不能。難養(yǎng)菌：不能在人工培養(yǎng)基上生長的菌。為少數(shù)寄生或共生菌，如：類支原體、類立克次氏體、少數(shù)寄生真菌。制作培養(yǎng)基時應盡快配制并滅菌。四、培養(yǎng)基42（一）選用和設計培養(yǎng)基的原則和方法1目的明確2營養(yǎng)協(xié)調(diào)3理化適宜4經(jīng)濟節(jié)約（一）選用和設計培養(yǎng)基的原則和方法1目的明確431、目的明確擬培養(yǎng)何菌、獲何產(chǎn)物、實驗室研究還是大生產(chǎn)用等等。

按微生物的主要類群來說，又有細菌、放線菌、酵母菌和霉菌之分。它們所需要的培養(yǎng)基成分也不同。細菌：牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基放線菌：高氏一號培養(yǎng)基霉菌：查氏合成培養(yǎng)基酵母菌:麥芽汁培養(yǎng)基

1、目的明確442、營養(yǎng)協(xié)調(diào)微生物細胞內(nèi)各成分間有一較穩(wěn)定的比例。對微生物細胞組成元素的調(diào)查分析是設計培養(yǎng)基時的重要參考依據(jù)。（1）化能異養(yǎng)菌的培養(yǎng)基中各營養(yǎng)要素間的比例：各營養(yǎng)要素間在量上的比例大體符合十倍序列的遞減規(guī)律。要素：H2O>C+能源>N源>P、S>K、Mg>生長因子含量：~10-1~10-2~10-3~10-4~10-5~10-6

2、營養(yǎng)協(xié)調(diào)45（2）營養(yǎng)物對微生物生長的影響培養(yǎng)基中各營養(yǎng)物質(zhì)之間的濃度比會直接影響微生物的生長和繁殖，或影響代謝產(chǎn)物的形成和積累。其中以培養(yǎng)基中的C/N更為明顯影響微生物的生長和繁殖。碳氮比（C/N）在微生物的培養(yǎng)基中所含的碳源中的碳原子摩爾數(shù)與氮源中氮原子摩爾數(shù)之比。（2）營養(yǎng)物對微生物生長的影響46

配制培養(yǎng)基時要注意C源與N源之間的相對比例，有重要意義。一般，真菌需C/N比較高的培養(yǎng)基，細菌尤其是動物病原菌需C/N比較低的培養(yǎng)基。味精生產(chǎn)中常用控制C/N以滿足菌體大量繁殖（C/N=4/1），并滿足谷氨酸的高產(chǎn)（C/N=3/1）。不同的碳源、氮源分子所含碳量和氮量差別很大,如：氮源名：NH3CO(NH2)2氨基酸蛋白質(zhì)

含氮（%）：82468-27約16

473、理化適宜

指培養(yǎng)基的pH值、滲透壓和水活度及氧化還原勢等物理化學條件較為適宜。

3、理化適宜48（1）pH各類微生物生長適宜的pH范圍細菌：7.0~8.0；放線菌：7.5~8.5；酵母菌：3.8~6.0；霉菌：4.0~5.8；藻類：6.0~7.0；原生動物：6.0~8.0。但對某一具體微生物的物種來說，其生長的最適pH范圍?？赏黄拼私缦?，其中一些嗜極菌更為突出。（1）pH49培養(yǎng)基pH值的控制調(diào)節(jié)

在微生物的生長和代謝過程中，由于營養(yǎng)物質(zhì)的利用和代謝產(chǎn)物的形成與積累，常會改變培養(yǎng)基的pH值，為了維持培養(yǎng)基pH值的相對恒定，通常采用下列兩種方式：內(nèi)源調(diào)節(jié)：在培養(yǎng)基里加一些緩沖劑或不溶性的碳酸鹽；調(diào)節(jié)培養(yǎng)基的碳氮比。

內(nèi)源調(diào)節(jié)方式有兩種：①借磷酸緩沖液進行調(diào)整②以CaCO3或NaHCO3作“備用堿”進行調(diào)整培養(yǎng)基pH值的控制調(diào)節(jié)50（2）滲透壓和水活度

滲透壓

與微生物細胞滲透壓相等的溶液為等滲溶液;高滲溶液會使細胞發(fā)生質(zhì)壁分離;低滲溶液會使細胞吸水膨脹，對于細胞壁脆弱或缺壁菌會過度膨脹而死亡。

大多數(shù)微生物適合在等滲的環(huán)境下生長，而有的菌如Staphylococcusaureus金色葡萄球菌則能在3mol/LNaCl的高滲溶液中生長。

能在高鹽環(huán)境（2.8~6.2/LNaCl）生長的微生物常被稱為嗜鹽微生物（Halophiles）。（2）滲透壓和水活度

滲透壓51水活度（aW，wateractivity）水活度：在天然和人為環(huán)境中，微生物可實際利用的自由水或游離水（可被微生物所利用的水）的含量。其定量涵義為：在同溫同壓下，某溶液的蒸汽壓（p）與純水蒸汽壓（P0）之比。

aW=P/P0各種微生物的生長繁殖范圍的aW值在0.998~0.60之間，不同種類微生物生長繁殖所需要的aW值不同。水活度（aW，wateractivity）水活度：在天然52（3）氧化還原勢（Eh）氧化還原電勢：又稱氧化還原電位，是量度某氧化還原系統(tǒng)中還原劑釋放電子或氧化劑接受電子趨勢的指標。氧化還原電勢一般用Eh表示，單位是V或mV。（3）氧化還原勢（Eh）氧化還原電勢：又稱氧化還原電位，是531）各類微生物生長的Eh值Eh對微生物的生長有明顯的影響，各種微生物生長所要求的Eh不同。①一般好氧菌生長Eh的值為+0.3～+0.4V；②兼性厭氧菌在+0.1V以上時進行好氧呼吸產(chǎn)能，在+0.1V以下時進行發(fā)酵產(chǎn)能；③而厭氧菌只能生長在+0.1V以下的環(huán)境中。1）各類微生物生長的Eh值542）培養(yǎng)基的Eh值調(diào)節(jié)①培養(yǎng)厭氧微生物，除驅(qū)除氧氣外還在培養(yǎng)基中加入還原性物質(zhì)能降低Eh值（如加抗壞血酸、鐵屑等）。②往培養(yǎng)基中通入空氣或加入氧化劑可提高Eh值以培養(yǎng)好氧微生物。測定氧化還原電勢的方法：用電位計化學指示劑：刃天青2）培養(yǎng)基的Eh值調(diào)節(jié)55

4經(jīng)濟節(jié)約配制培養(yǎng)基時，應盡量考慮利用價廉并且易于獲得的原料作為培養(yǎng)基的成分，特別是在工業(yè)發(fā)酵中，培養(yǎng)基用量很大，更應該考慮到這一點，以便降低產(chǎn)品成本。要注意：

以粗代精、以“野”代“家”、以廢代好、以簡代繁、以氮代朊、以纖代糖、以烴代糧、以“國”代“進”。4經(jīng)濟節(jié)約56方法

1

生態(tài)模擬

2參閱文獻

3精心設計

4試驗比較方法1生態(tài)模擬57（二）培養(yǎng)基的種類按培養(yǎng)基的組成成分分類按培養(yǎng)基的物理狀態(tài)分類按培養(yǎng)基的功能分類（二）培養(yǎng)基的種類按培養(yǎng)基的組成成分分類58根據(jù)所培養(yǎng)微生物的微生物類群來分

細菌培養(yǎng)基——營養(yǎng)肉湯（nutrientbroth)：

牛肉膏3g；蛋白胨5g；水1000ml；pH7.2~7.4

放線菌培養(yǎng)基——高氏1號：可溶性淀粉20g；KNO31g;K2HPO41g；NaCl1g;

MgSO40.5g；FeSO4?7H2O0.5g；水1000ml;pH7.2~7.4

霉菌培養(yǎng)基——查氏（zapek)培養(yǎng)基：蔗糖30g;KCl0.5g;MgSO4.H2O0.5g;K2HPO41g;FeSO40.5g；NaNO33g;水1000ml;pH6.7

根據(jù)所培養(yǎng)微生物的微生物類群來分細菌培養(yǎng)基——營養(yǎng)肉湯（59按培養(yǎng)基成分

1、天然培養(yǎng)基一類營養(yǎng)成分即復雜又豐富，且難以說出其確切化學組分的培養(yǎng)基。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。例如：牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基（細菌）、麥芽汁培養(yǎng)基（酵母菌）等。特點：營養(yǎng)豐富、種類多樣、配制方便、價格低廉、但成分不清楚、不穩(wěn)定。用途：適合于一般實驗室和發(fā)酵工業(yè)中的菌種培養(yǎng)，利于發(fā)酵產(chǎn)物的積累。（不適于作精細的科學實驗，否則引起數(shù)據(jù)不穩(wěn)定。）按培養(yǎng)基成分1、天然培養(yǎng)基602、組合培養(yǎng)基（合成培養(yǎng)基、綜合培養(yǎng)基）按微生物的營養(yǎng)要求精確設計后用多種高純化學試劑（各成分包括微量元素的量都確切知道）配制成的培養(yǎng)基。如：葡萄糖胺鹽培養(yǎng)基、淀粉硝酸鹽培養(yǎng)基（高氏一號培養(yǎng)基）、蔗糖硝酸鹽培養(yǎng)基（察氏培養(yǎng)基）等。特點：成分精確、重復性高、但價格較貴、配制麻煩、且微生物生長一般。用途：僅適用于營養(yǎng)、代謝、生理、生化、遺傳、育種、菌種鑒定或生物測定等定量要求較高的研究工作中。2、組合培養(yǎng)基（合成培養(yǎng)基、綜合培養(yǎng)基）按613、半組合培養(yǎng)基（半合成培養(yǎng)基）一類主要以化學試劑配制，同時還加有某種或某些天然成分的培養(yǎng)基。如：馬鈴薯培養(yǎng)基。嚴格地講，凡含有未經(jīng)處理的瓊脂的任何合成培養(yǎng)基實質(zhì)都可看成是一種半合成培養(yǎng)基。3、半組合培養(yǎng)基（半合成培養(yǎng)基）一類主要以化621、液體培養(yǎng)基2、固化培養(yǎng)基3、半固體培養(yǎng)基按培養(yǎng)基的外觀狀態(tài)1、液體培養(yǎng)基按培養(yǎng)基的外觀狀態(tài)63呈液體狀態(tài)的培養(yǎng)基。用途：在實驗室中主要作各種生理代謝研究和獲得大量菌體之用；在生產(chǎn)實踐中，絕大多數(shù)發(fā)酵培養(yǎng)基都采用液體培養(yǎng)基。

1、液體培養(yǎng)基1、液體培養(yǎng)基64

2、固體培養(yǎng)基

外觀呈固體狀態(tài)的培養(yǎng)基。根據(jù)固體培養(yǎng)基的性質(zhì)又可分為：（1）固化培養(yǎng)基因在液體培養(yǎng)基中加入適量凝固劑而成固體狀態(tài)的培養(yǎng)基。例如：加入瓊脂、明膠、海藻酸膠、脫乙酰吉蘭糖膠、多聚醇F127，此外還有血清、無機硅膠等。

2、固體培養(yǎng)基外觀呈固體狀態(tài)的培養(yǎng)基65可逆凝固培養(yǎng)基遇熱可融化、冷卻后則凝固的培養(yǎng)基。通常加入1~2%瓊脂、5~12%明膠作凝固劑可制成，加入海藻酸膠、脫乙酰吉蘭糖膠、多聚醇F127也可。其中以瓊脂為最好。非可逆凝固培養(yǎng)基凝固后就不能再重新融化的培養(yǎng)基。加入血清、無機硅膠（化能自養(yǎng)細菌的分離和純化）的培養(yǎng)基。可逆凝固培養(yǎng)基遇熱可融化、冷卻后則凝固的培養(yǎng)基。66固體培養(yǎng)基半固體培養(yǎng)基液體培養(yǎng)基主要用于微生物的分離、計數(shù)等主要用于觀察微生物的運動、鑒定菌種等主要用于工業(yè)生產(chǎn)需加入凝固劑，如瓊脂固體培養(yǎng)基半固體培養(yǎng)基液體培養(yǎng)基主要用于微生物的分離、計數(shù)等67（2）天然固體培養(yǎng)基

由天然固體機質(zhì)制成的培養(yǎng)基。米糠、麩皮、木屑、草粉、纖維、馬鈴薯片、胡蘿卜條、各種糧食…動、植物組織等配制或直接制成的培養(yǎng)基。多用于培養(yǎng)食用菌等真菌。（2）天然固體培養(yǎng)基

由天然固體機質(zhì)制成的培養(yǎng)基。68主要栽培原料玉米芯草秸木屑主要栽培原料玉米芯草秸木屑69

培養(yǎng)料的處理主輔料均要新鮮干燥無霉變。稻草、玉米芯粉碎成1－2cm的碎片顆粒，并裝入編織袋內(nèi)，放在1－3％的石灰水中浸泡1－2天，軟化后用清水沖洗至pH7－8，瀝干水分使用。加入輔料后要翻拌均勻。含水量65％左右。培養(yǎng)料70套環(huán)兩端出菇套環(huán)兩端出菇71（3）濾膜

將堅韌且?guī)в袩o數(shù)微孔的醋酸纖維薄膜制成圓片，覆蓋在營養(yǎng)瓊脂或浸有液體培養(yǎng)基的纖維素襯墊上，就形成了具有固體培養(yǎng)基性質(zhì)的培養(yǎng)條件。用途：對含菌量很少的水中微生物用濾膜進行過濾、濃縮，按上述方式培養(yǎng)，待長出菌落，可計算單位水樣中的實際含菌量。（3）濾膜將堅韌且?guī)в袩o數(shù)微孔的醋酸纖維薄膜72固體培養(yǎng)基的用途

在科學研究和生產(chǎn)實踐中用途很廣。可用于：菌種分離、鑒定、菌落計數(shù)、檢驗雜菌、選種、育種、菌種保藏、生物活性物質(zhì)的生物測定、獲取大量真菌孢子，及用于微生物的固體培養(yǎng)和大規(guī)模生產(chǎn)等。

固體培養(yǎng)基的用途在科學研究和生產(chǎn)實踐中用途很廣。733半固體培養(yǎng)基

在液體培養(yǎng)基中加入了少量凝固劑而配制成的半固體狀態(tài)培養(yǎng)基。可在液體培養(yǎng)基中加入0.5%左右的瓊脂制成。用途：細菌的動力觀察，趨化性研究，厭氧菌的培養(yǎng)、分離和計數(shù)，細菌和酵母菌的菌種保藏，噬菌體的效價。

3半固體培養(yǎng)基

在液體培養(yǎng)基中加入了少量凝固劑而配744脫水培養(yǎng)基（商品培養(yǎng)基）指除含有水以外的一切成分的商品培養(yǎng)基。是一類既有成分精確又使用方便的現(xiàn)代化培養(yǎng)基。使用時只要加入適量水分并加以滅菌即可。4脫水培養(yǎng)基（商品培養(yǎng)基）751選擇性培養(yǎng)基2鑒別性培養(yǎng)基（三）按培養(yǎng)基對微生物的功能作分類1選擇性培養(yǎng)基（三）按培養(yǎng)基對微生物的功能作分類761選擇性培養(yǎng)基一類根據(jù)微生物的特殊營養(yǎng)要求或其對某化學、物理因素的抗性及敏感性而設計的培養(yǎng)基。具有使混合菌樣中的劣勢菌變成優(yōu)勢菌的功能，利用它可將某種微生物從混雜的微生物群體中分離出來（菌種篩選）。（1）加富性選擇培養(yǎng)基根據(jù)某種微生物的特殊營養(yǎng)要求，專門在培養(yǎng)基中加入該營養(yǎng)物的培養(yǎng)基。

用此培養(yǎng)基可使其大量增殖，在數(shù)量上超過原有占優(yōu)勢的微生物，可達到富集培養(yǎng)的目的。用于加富的營養(yǎng)物：

一些特殊的碳源或氮源如：甘露醇（自生固氮菌）、纖維素（纖維素分解菌）、石蠟油（分解石油的微生物）、較濃的糖液（酵母菌）。1選擇性培養(yǎng)基77（2）抑制性選擇培養(yǎng)基（抗性選擇培養(yǎng)基）

可利用要分離的微生物對某種抑菌物質(zhì)的抗性（這種抑菌物質(zhì)對混雜的其他微生物具有抑制作用），在選擇性培養(yǎng)基中加入該抑制物質(zhì)的培養(yǎng)基。\用于抑制它種微生物的選擇性抑菌劑：染料（尤其堿性染料，如結(jié)晶紫、孟加拉紅、孔雀綠、吖啶黃）、抗生素、脫氧膽酸鈉、疊氮化鈉等；以及溫度、氧氣、pH和滲透壓等因素。（2）抑制性選擇培養(yǎng)基（抗性選擇培養(yǎng)基）

可利用782鑒別性培養(yǎng)基

在成分中加有能與目的菌的無色代謝產(chǎn)物發(fā)生顯色反應的指示劑，從而達到只需用肉眼辨別顏色就能方便地從近似菌落中找出目的菌菌落的培養(yǎng)基。（液體培養(yǎng)基中也可加入指示劑，制成鑒別培養(yǎng)基。）EMB（EosinMethyleneBlue）培養(yǎng)基（伊紅美藍培養(yǎng)基）——最常見的鑒別性培養(yǎng)基：（1）培養(yǎng)基碳源和氮源

乳糖、蔗糖、蛋白胨。（2）培養(yǎng)基中的指示劑伊紅、美藍。此兩種染料可抑制G+細菌和一些難培養(yǎng)的G-細菌。在低酸度下，這兩種染料會結(jié)合形成沉淀，起著產(chǎn)酸指示劑的作用。（3）用途在飲用水、牛奶等飲料的大腸菌群（coliforms）數(shù)等細菌學檢查和在E.coli的遺傳學研究中有重要的用途。2鑒別性培養(yǎng)基

在成分中加有能與目的菌的無色代謝79（4）菌落特征

試樣中多種腸道細菌會在EMB培養(yǎng)基平板上產(chǎn)生易于用肉眼識別的多種特征性菌落。（4）菌落特征

試樣中多種腸道細菌會在EMB培養(yǎng)基平板上產(chǎn)80EMB培養(yǎng)基上的大腸桿菌FigureLeft:Escherichiacolicells.Right:E.colicoloniesonEMBAgar.

EMB培養(yǎng)基上的大腸桿菌FigureLeft:Esch81

第六章微生物的營養(yǎng)和培養(yǎng)基第六章微生物的營養(yǎng)和培養(yǎng)基82本章主要內(nèi)容：一、微生物細胞的化學組成二、微生物的營養(yǎng)要素三、微生物的營養(yǎng)類型四、微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收方式五、培養(yǎng)基本章主要內(nèi)容：一、微生物細胞的化學組成83營養(yǎng)：指生物體從外部環(huán)境中攝取對其生命活動必需的能量和物質(zhì)，以滿足正常生長和繁殖需要的一種最基本的生理功能。從環(huán)境中吸取一些物質(zhì)，以獲取能量進行新陳代謝合成物質(zhì)，表現(xiàn)出微生物的生長和繁殖物質(zhì)統(tǒng)稱為營養(yǎng)物質(zhì)。營養(yǎng)：指生物體從外部環(huán)境中攝取對其生命活動必需的能量和物質(zhì)，84微生物細胞中幾種主要元素的含量（細胞干重的百分數(shù)）元素細菌酵母菌霉菌碳5049.847.9氮1512.45.2氫86.76.7氧2031.140.2微生物細胞中幾種主要元素的含量元素85微生物細胞的化學組成主要成分細菌酵母菌霉菌水分75~8570~8085~90（占細胞鮮重的%）蛋白質(zhì)50~8032~7514~15占細碳水化合物12~2827~637~40胞干脂肪5~202~154~40重的核酸10~206~81%無機鹽2~303.8~76~12微生物細胞的化學組成主要成分86一、生物的營養(yǎng)要素微生物細胞也和其他高等生物細胞一樣，在元素水平都需要20種左右，且以C、H、O、N、S、P六種元素為主；在營養(yǎng)要素水平上都在六大類的范圍內(nèi)：碳源、氮源、能源、生長因子、無機鹽和水。

一、生物的營養(yǎng)要素87

凡是提供微生物營養(yǎng)所需的碳元素（碳架）的營養(yǎng)源，稱為碳源。碳源是微生物需要量最大的營養(yǎng)物，又稱大量營養(yǎng)物。

碳源物質(zhì)的功能：

1）構成細胞物質(zhì)；2）為機體提供整個生理活動所需要的能量（異養(yǎng)微生物）。

（一）碳源（carbonsource）凡是提供微生物營養(yǎng)所需的碳元素（碳架）的營養(yǎng)源，稱88碳源可分為有機碳源和無機碳源。無機碳：如CO2和碳酸鹽等。有機碳：糖與糖的衍生物（多糖：如淀粉、麩皮、米糠等；單糖：葡萄糖;雙糖：蔗糖、麥芽糖）

、脂類、醇類。有機酸、烴類、芳香族化合物等含碳的有機化合物。異養(yǎng)微生物：凡必須利用有機碳源的微生物。自養(yǎng)微生物：凡必須利用無機碳源的微生物。碳源可分為有機碳源和無機碳源。89類型元素水平化合物水平培養(yǎng)基原料水平有機碳C·H·O·N·X復雜蛋白質(zhì)、核酸等牛肉膏、蛋白胨、花生餅粉等C·H·O·N多數(shù)氨基酸、簡單蛋白質(zhì)等一般氨基酸、明膠等C·H·O糖、有機酸、醇、脂類等葡萄糖、蔗糖、各種淀粉、糖蜜等C·H烴類天然氣、石油及其不同餾份、石蠟油等無機碳C(?)——C·OCO2CO2C·O·XNaHCO3NaHCO3、CaCO3、白堊等

微生物的碳源譜（微生物可利用的碳源范圍）

類型元素水平化合物水平培養(yǎng)基原料水平C90C·H·O型的糖類是最廣泛利用的碳源，其次是有機酸、醇類和脂類。C·H·O型的糖類是最廣泛利用的碳源，其次是有機酸、醇類和脂91

（二）氮源(nitrogensource)

凡是提供微生物營養(yǎng)所需的氮元素的營養(yǎng)源，稱為氮源?？煞譃橛袡C氮源和無機氮源兩類。

氮源物質(zhì)的主要作用（1）合成細胞中含氮物質(zhì)。（2）少數(shù)自養(yǎng)細菌能利用銨鹽、硝酸鹽作為機體生長的氮源與能源，某些厭氧細菌在厭氧與糖類物質(zhì)缺乏的條件下，也可以利用氨基酸作為能源物質(zhì)。

微生物的氮源譜

微生物能利用的氮源范圍即氮源譜。（二）氮源(nitrogensource)92微生物的氮源譜類型元素水平化合物水平培養(yǎng)基原料水平有機氮N·C·H·O·X復雜蛋白質(zhì)、核酸等牛肉膏、酵母膏、餅粕粉、蠶蛹粉等N·C·H·O尿素、一般氨基酸、簡單蛋白質(zhì)等尿素、蛋白胨、明膠等無機氮N·HNH3、銨鹽等(NH4)2SO4等N·O硝酸鹽等KNO3等NN2空氣異養(yǎng)微生物對氮源的利用順序：N·C·H·O或N·C·H·O·X類優(yōu)于N·H，更優(yōu)于N·O最不易利用的是“N”類（只有固氮菌、根瘤菌和藍細菌等可利用）微生物的氮源譜類型元素水平化合物水平培養(yǎng)基原料水平N·C93

實驗室常用的氮源有碳酸銨、硝酸鹽、硫酸銨、尿素、蛋白胨、牛肉膏、酵母膏等。生產(chǎn)上常用的氮源：硝酸鹽、銨鹽、尿素、氨以及蛋白含量較高的魚粉、蠶蛹粉、黃豆餅粉、花生餅份、玉米漿等。實驗室常用的氮源有碳酸銨、硝酸鹽、硫酸銨、尿素、蛋白胨、牛94

細菌培養(yǎng)基——放線菌培養(yǎng)基——高氏1號：可溶性淀粉20g；KNO31g;K2HPO41gMgSO40.5gNaCl1g;FeSO4?7H2O0.5g水1000ml;pH7.2~7.4霉菌培養(yǎng)基——查氏（zapek)培養(yǎng)基：蔗糖30g;KCl0.5g;MgSO4.H2O0.5g;FeSO40.5gK2HPO41g;NaNO33g;水1000ml;pH6.7細菌培養(yǎng)基——95微生物依據(jù)氮源譜的分類（1）氨基酸自養(yǎng)型微生物

一部分微生物不需要氨基酸作氮源，它們能把尿素、銨鹽、硝酸鹽甚至氮氣等簡單氮源自行合成所需要的一切氨基酸。這樣的微生物叫做氨基酸自養(yǎng)型微生物。可利用氨基酸自養(yǎng)型微生物將尿素、銨鹽、硝酸鹽甚至氮氣等廉價氮源轉(zhuǎn)化成菌體蛋白（SCP或食用菌等）或含氮的代謝產(chǎn)物。（2）氨基酸異養(yǎng)型微生物

凡需要從外界吸收現(xiàn)成的氨基酸做氮源的微生物叫做氨基酸異養(yǎng)型微生物。微生物依據(jù)氮源譜的分類96

（三）能源

能源：能為微生物的生命活動提供最初能量來源的營養(yǎng)物或輻射能。分為化學物質(zhì)和輻射能兩類。

微生物的能源譜：

有機物：化能異養(yǎng)微生物的能源（同碳源）

化學物質(zhì)

能源譜：

無機物：化能自養(yǎng)微生物的能源（不同于碳源）

輻射能：光能自養(yǎng)和光能異養(yǎng)微生物的能源

由于各種異養(yǎng)微生物的能源就是其碳源，因此微生物的能源譜較簡單。（三）能源由于各種異養(yǎng)微生物的能源就是其碳97微生物營養(yǎng)物功能的多重性（1）單功能營養(yǎng)物輻射能是單功能的，只為光能微生物提供能源。（2）雙功能營養(yǎng)物

對一切異養(yǎng)微生物來說，其碳源又兼作能源，這種碳源（營養(yǎng)物）稱雙功能營養(yǎng)物?；茏责B(yǎng)微生物的能源物質(zhì)無機養(yǎng)料常常是雙功能的（如：NH4+既是硝酸細菌的能源，又是它的氮源。）（3）三功能營養(yǎng)物有機營養(yǎng)物常有三功能作用，既是異養(yǎng)微生物的能源，又是它們的碳源或氮源（如氨基酸）。微生物營養(yǎng)物功能的多重性98（四）生長因子（growthfactor）定義:是一類對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簡單的碳源或氮源合成，或合成量不足以滿足機體生長需要的有機營養(yǎng)物質(zhì)，必須由外源提供，這類物質(zhì)統(tǒng)稱為生長因子。缺乏合成生長因子能力的微生物稱為“營養(yǎng)缺陷型微生物”。

生長因子包括氨基酸、維生素、嘌呤、嘧啶及其衍生物、脂肪酸及氧等。第五章微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基課件99微生物生長因子需要量（ml-1)III型肺炎鏈球菌（Streptococcuspneumoniae） 膽堿 6ug 金黃色葡萄球菌（Staphylococcusaureus） 硫胺素 0.5ng 白喉棒桿菌（Cornebacteriumdiphtherriae） B-丙氨酸1.5ug 破傷風梭狀芽孢桿菌（Clostridiumtetani） 尿嘧啶 0-4ug 腸膜狀串珠菌（Leuconostocmesenteroides） 吡哆醛 0.025ug某些微生物對生長因子的需要量微生物100生長因子的作用：（1）維生素：只作為酶的活性基。（2）氨基酸：L-氨基酸是組成蛋白質(zhì)和酶結(jié)構物質(zhì)的主要成分。D-丙氨酸是合成細菌細胞壁肽聚糖的成分。（3）嘌呤、嘧啶及它們的衍生物：主要功能是構成核酸和輔酶。（4）脂肪酸等：組成細胞膜的類脂成分.（5）氧：需氧微生物在液體培養(yǎng)基中生長充入氧氣，使培養(yǎng)基中有一定量的溶解氧（DO).生長因子的作用：（1）維生素：只作為酶的活性基。101

微生物依據(jù)對生長因子需要的分類（1）生長因子自養(yǎng)型微生物不需要從外界吸收任何生長因子的微生物叫生長因子自養(yǎng)型微生物。（2）生長因子異養(yǎng)型微生物需要從外界吸收多種生長因子才能維持正常生長的微生物叫生長因子異養(yǎng)型微生物。（3）生長因子過量合成微生物少數(shù)微生物在其代謝活動中，能合成并分泌大量的維生素等生長因子，這樣的微生物叫生長因子過量合成微生物（如：用謝氏丙酸桿菌生產(chǎn)維生素B12。微生物依據(jù)對生長因子需要的分類（1）生長因子自養(yǎng)型微102（五、無機鹽

是微生物生長必不可少的一類營養(yǎng)物質(zhì)，可為微生物提供除碳、氮以外的各種重要元素的無機鹽。包括大量元素和微量元素。

大量元素：P、S、K、Mg、Ca、Na、Fe等。（微生物生長所需濃度在10-3-10-4mol/L）

微量元素：Cu、Zn、Mn、Mo、Co等。（微生物生長所需濃度在10-6-10-8mol/L）（五、無機鹽103無機鹽的生理功能

細胞內(nèi)一般分子成分（P、S、Ca、Ma、Fe等）一般功能滲透壓的維持（Na+等）生理調(diào)節(jié)物質(zhì)酶的激活劑（Mg2+等）大量元素pH的穩(wěn)定無化能自養(yǎng)菌的能源（S、Fe2+、NH4+、NO2--等）機特殊功能鹽無氧呼吸時的氫受體（NO3-、SO42--等）酶的激活劑（Cu2+、Mn2+、Zn2+等）微量元素特殊分子結(jié)構成分（Co、Mo等）無機鹽的生理功能104六、水分

水分是生物細胞的主要化學成分，其重要的生理功能表現(xiàn)在下列幾個方面：

1、細胞的構成成分。2、一系列生理生化反應的反應介質(zhì),參與許多生理生化反應。3、維持細胞的膨壓（控制細胞形態(tài)）。4、水的比熱高，能有效的吸收代謝過程中放出的熱量，不致使細胞的溫度驟然上升。有效地控制細胞內(nèi)的溫度變化。5、維持各種生物大分子結(jié)構的穩(wěn)定性。六、水分水分是生物細胞的主要化學成分，其重要的生理功能105二、微生物的營養(yǎng)類型根據(jù)碳源和能源劃分：根據(jù)能源的性質(zhì)將微生物分為光能營養(yǎng)型和化能營養(yǎng)型。根據(jù)碳源的性質(zhì)將微生物分為自養(yǎng)型（以CO2為碳源），異養(yǎng)型（以有機物為碳源）二、微生物的營養(yǎng)類型根據(jù)碳源和能源劃分：根據(jù)能源的性質(zhì)將106營養(yǎng)類型能源氫供體基本碳源實例光能自養(yǎng)型光無機物CO2藍細菌,紫硫細菌,綠硫細菌,藻類光能異養(yǎng)型光有機物CO2及簡單有機物紅螺菌科的細菌(即紫色無硫細菌)化能自養(yǎng)型無機物無機物CO2硝化細菌,硫化細菌,鐵細菌,氫細菌,硫磺細菌等化能異養(yǎng)型有機物有機物有機物絕大多數(shù)細菌和全部真核微生物微生物的營養(yǎng)類型營養(yǎng)類型能源氫供體基本碳源實107

三、營養(yǎng)物質(zhì)進入細胞的方式除原生動物外，其他各大類有細胞的微生物都是通過細胞膜的滲透和選擇吸收作用從外界吸收營養(yǎng)物的。細胞膜運送營養(yǎng)物質(zhì)有四種方式：

一、單純擴散二、促進擴散三、主動運送四、基團移位三、營養(yǎng)物質(zhì)進入細胞的方式除原生動物108

1、單純擴散(simplediffusion)又稱被動擴散（passivediffusion）。細胞膜在無載體蛋白的參與下，單純依靠物理擴散方式讓膜外高濃度的小分子、非電離分子尤其是親水性分子被動通過的一種物質(zhì)運送方式。1、單純擴散(simplediffusion)109特點：（1）不通過膜上載體蛋白（2）不消耗能量（3）不能逆濃度梯度運送（4）物質(zhì)在運送的過程中既不與膜上的分子發(fā)生反應，本身的結(jié)構也不發(fā)生變化（5）運送的物質(zhì)無特異性，種類不多。主要為：H2O、O2、CO2、乙醇、甘油、無機鹽、代謝抑制劑和某些氨基酸分子。特點：110

單純擴散模式圖細胞膜外細胞膜內(nèi)細胞膜單純擴散模式圖細胞膜外細胞膜內(nèi)細胞膜111促進擴散：指溶質(zhì)在運送過程中，必須借助存在于細胞膜上的底物特異載體蛋白的協(xié)助，但不消耗能量的一種擴散性運送方式。2、促進擴散(facilitateddiffusion)特點（1）通過膜上載體蛋白的構象變化，把膜外高濃度溶質(zhì)擴散到膜內(nèi)（2）不消耗能量（3）不能逆濃度梯度運送（4）物質(zhì)在運送的過程中既不與膜上的分子發(fā)生反應，本身的結(jié)構也不發(fā)生變化（5）運送的物質(zhì)有特異性（SO42-、、PO43-、糖（真核生物）

促進擴散的運輸方式多見于真核微生物中，例如釀酒酵母對糖、氨基酸和維生素的吸收。促進擴散：指溶質(zhì)在運送過程中，必須借助存在于細胞膜上的底物特112促進擴散模式圖細胞膜細胞膜外細胞膜內(nèi)恢復原構象移位再循環(huán)結(jié)合構象改變促進擴散模式圖細胞膜細胞膜外細胞膜內(nèi)恢復原構象移位再循環(huán)結(jié)合1133、主動運輸(Activetransport)主動運輸：一類必須提供能量并通過細胞膜上特異性載體蛋白構象的變化，而使膜外環(huán)境中低濃度的溶質(zhì)運入膜內(nèi)的一種運送方式。主動運輸是微生物吸收營養(yǎng)物質(zhì)的主要方式。運送的對象有：氨基酸、乳糖等糖類、Na+、Ca2+等無機離子。3、主動運輸(Activetranspo114特點：物質(zhì)在主動運輸?shù)倪^程中（1）通過膜上載體蛋白的構象變化把膜上溶質(zhì)擴散到膜內(nèi)（2）消耗能量（3）能逆濃度梯度運送（4）物質(zhì)在運送的過程中既不與膜上的分子發(fā)生反應，本身的結(jié)構也不發(fā)生變化（5）運送的物質(zhì)有特異性

特點：115主動運輸模式圖細胞膜細胞膜外細胞膜內(nèi)恢復原構象移位再循環(huán)結(jié)合構象改變ADP+PiATP主動運輸模式圖細胞膜細胞膜外細胞膜內(nèi)恢復原構象移位再循環(huán)結(jié)合116基團移位：一類需載體蛋白的參與，又需耗能的一種物質(zhì)運送方式，溶質(zhì)在運送過程中還會發(fā)生分子結(jié)構的變化。

基團移位主要存在于厭氧和兼性厭氧型細菌中。

此系統(tǒng)由24種蛋白組成，運送一種糖至少4種蛋白參與；每輸入一個葡萄糖分子要消耗一個ATP的能量。4、基團移位(Grouptranslocation)基團移位：一類需載體蛋白的參與，又需耗能的一種物質(zhì)運送117特點（1）通過膜上載體蛋白把膜上溶質(zhì)擴散到膜內(nèi)（2）消耗能量（3）能逆濃度梯度運送（4）物質(zhì)在運送的過程與膜上的分子發(fā)生反應，本身的結(jié)構發(fā)生變化（5）運送的物質(zhì)有特異性，主要用于運送各種糖類、核苷酸、丁酸和腺嘌呤等特點118運送機制:是依靠磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng),即磷酸烯醇式丙酮酸-己糖磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng).運送步驟:分兩步進行。1.熱穩(wěn)載體蛋白(HPr)的激活

細胞內(nèi)高能化合物磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）的磷酸基團通過酶Ⅰ的作用把HPr激活。

酶1

PEP+HPr丙酮酸+P-HPrHPr是一種低分子量的可溶性蛋白，結(jié)合在細胞膜上，具有高能磷酸載體的作用。

酶Ⅰ是一種可溶性細胞質(zhì)蛋白。HPr和酶Ⅰ在磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)中，均無底物特異性。運送機制:是依靠磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng),即磷酸烯醇式丙酮酸-己糖磷酸1192、糖被磷酸化后運入膜內(nèi)（1）膜外環(huán)境中的糖先與膜外表面上的底物特異蛋白—酶Ⅱc結(jié)合；

（2）糖分子被由磷酸化后的熱穩(wěn)載體蛋白P~HPr酶Ⅱa酶Ⅱb逐級傳遞來的磷酸基團激活；

HPr～P+GG～P+HPr3）通過酶Ⅱc再把這一磷酸糖釋放到細胞質(zhì)中酶Ⅱb、Ⅱc是一種結(jié)合于細胞膜上的蛋白，它對底物具有特異性選擇作用，因此細胞膜上可誘導出一系列與底物分子相應的酶Ⅱ。酶Ⅱ

2、糖被磷酸化后運入膜內(nèi)酶Ⅱ120基團移位模式圖基團移位模式圖121順濃度梯度：單純擴散促進擴散逆濃度梯度：主動運輸基團移位對4種運送方式的總結(jié)：順濃度梯度：單純擴散對4種運送方式的總結(jié)：122四、培養(yǎng)基

培養(yǎng)基是人工配制的、適合于微生物生長繁殖或產(chǎn)生代謝產(chǎn)物的混合營養(yǎng)料(營養(yǎng)基質(zhì))。絕大多數(shù)微生物可在人工培養(yǎng)基上生長。只有少數(shù)寄生或共生類不能。難養(yǎng)菌：不能在人工培養(yǎng)基上生長的菌。為少數(shù)寄生或共生菌，如：類支原體、類立克次氏體、少數(shù)寄生真菌。制作培養(yǎng)基時應盡快配制并滅菌。四、培養(yǎng)基123（一）選用和設計培養(yǎng)基的原則和方法1目的明確2營養(yǎng)協(xié)調(diào)3理化適宜4經(jīng)濟節(jié)約（一）選用和設計培養(yǎng)基的原則和方法1目的明確1241、目的明確擬培養(yǎng)何菌、獲何產(chǎn)物、實驗室研究還是大生產(chǎn)用等等。

按微生物的主要類群來說，又有細菌、放線菌、酵母菌和霉菌之分。它們所需要的培養(yǎng)基成分也不同。細菌：牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基放線菌：高氏一號培養(yǎng)基霉菌：查氏合成培養(yǎng)基酵母菌:麥芽汁培養(yǎng)基

1、目的明確1252、營養(yǎng)協(xié)調(diào)微生物細胞內(nèi)各成分間有一較穩(wěn)定的比例。對微生物細胞組成元素的調(diào)查分析是設計培養(yǎng)基時的重要參考依據(jù)。（1）化能異養(yǎng)菌的培養(yǎng)基中各營養(yǎng)要素間的比例：各營養(yǎng)要素間在量上的比例大體符合十倍序列的遞減規(guī)律。要素：H2O>C+能源>N源>P、S>K、Mg>生長因子含量：~10-1~10-2~10-3~10-4~10-5~10-6

2、營養(yǎng)協(xié)調(diào)126（2）營養(yǎng)物對微生物生長的影響培養(yǎng)基中各營養(yǎng)物質(zhì)之間的濃度比會直接影響微生物的生長和繁殖，或影響代謝產(chǎn)物的形成和積累。其中以培養(yǎng)基中的C/N更為明顯影響微生物的生長和繁殖。碳氮比（C/N）在微生物的培養(yǎng)基中所含的碳源中的碳原子摩爾數(shù)與氮源中氮原子摩爾數(shù)之比。（2）營養(yǎng)物對微生物生長的影響127

配制培養(yǎng)基時要注意C源與N源之間的相對比例，有重要意義。一般，真菌需C/N比較高的培養(yǎng)基，細菌尤其是動物病原菌需C/N比較低的培養(yǎng)基。味精生產(chǎn)中常用控制C/N以滿足菌體大量繁殖（C/N=4/1），并滿足谷氨酸的高產(chǎn)（C/N=3/1）。不同的碳源、氮源分子所含碳量和氮量差別很大,如：氮源名：NH3CO(NH2)2氨基酸蛋白質(zhì)

含氮（%）：82468-27約16

1283、理化適宜

指培養(yǎng)基的pH值、滲透壓和水活度及氧化還原勢等物理化學條件較為適宜。

3、理化適宜129（1）pH各類微生物生長適宜的pH范圍細菌：7.0~8.0；放線菌：7.5~8.5；酵母菌：3.8~6.0；霉菌：4.0~5.8；藻類：6.0~7.0；原生動物：6.0~8.0。但對某一具體微生物的物種來說，其生長的最適pH范圍常可突破此界限，其中一些嗜極菌更為突出。（1）pH130培養(yǎng)基pH值的控制調(diào)節(jié)

在微生物的生長和代謝過程中，由于營養(yǎng)物質(zhì)的利用和代謝產(chǎn)物的形成與積累，常會改變培養(yǎng)基的pH值，為了維持培養(yǎng)基pH值的相對恒定，通常采用下列兩種方式：內(nèi)源調(diào)節(jié)：在培養(yǎng)基里加一些緩沖劑或不溶性的碳酸鹽；調(diào)節(jié)培養(yǎng)基的碳氮比。

內(nèi)源調(diào)節(jié)方式有兩種：①借磷酸緩沖液進行調(diào)整②以CaCO3或NaHCO3作“備用堿”進行調(diào)整培養(yǎng)基pH值的控制調(diào)節(jié)131（2）滲透壓和水活度

滲透壓

與微生物細胞滲透壓相等的溶液為等滲溶液;高滲溶液會使細胞發(fā)生質(zhì)壁分離;低滲溶液會使細胞吸水膨脹，對于細胞壁脆弱或缺壁菌會過度膨脹而死亡。

大多數(shù)微生物適合在等滲的環(huán)境下