微生物營養(yǎng)與培養(yǎng)基

關(guān)于微生物營養(yǎng)與培養(yǎng)基第1頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三

你認(rèn)識到了嗎了解、認(rèn)識了各種微生物的形態(tài)和繁殖特點(diǎn)，就為進(jìn)一步認(rèn)識、研究并利用微生物打下了基礎(chǔ)。要研究、利用微生物的有益特性以及防止、控制微生物的有害影響，就必須首先能夠培養(yǎng)它，才能進(jìn)一步研究其生理生化、生長代謝以及遺傳變異等特征，使之盡量在人類的掌控之內(nèi)。——因此，學(xué)習(xí)微生物的營養(yǎng)和培養(yǎng)基知識，是實(shí)現(xiàn)認(rèn)識、利用和研究微生物的必要基礎(chǔ)。？。。。第2頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三營養(yǎng)物質(zhì)(nutrient)：那些能夠滿足微生物機(jī)體生長、繁殖和完成各種生理活動(dòng)所需的物質(zhì)(具有營養(yǎng)功能的物質(zhì)），還包括非常規(guī)物質(zhì)形式的光輻射能在內(nèi)。營養(yǎng)(nutrition)：指生物體從外部環(huán)境中攝取對其生命活動(dòng)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。營養(yǎng)物質(zhì)是微生物生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，而營養(yǎng)是生物維持和延續(xù)其生命形式的一種生理過程。第3頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三本章內(nèi)容：

（微生物們需要吃什么）第三節(jié)營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的方式（微生物們是怎樣吃東西的）第四節(jié)培養(yǎng)基（如何給微生物們做飯）第一節(jié)微生物的6大營養(yǎng)要素第二節(jié)微生物的營養(yǎng)類型第4頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三第一節(jié)微生物的6類營養(yǎng)要素★根據(jù)營養(yǎng)物質(zhì)在機(jī)體中的生理功能不同水微生物營養(yǎng)物質(zhì)碳源氮源無機(jī)鹽生長因子能源第5頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三1微生物菌體的化學(xué)組成——元素水平主要元素：碳、氫、氧、氮、磷、硫、鉀、鎂、鈣等微量元素：鋅、錳、氯、鉬、硒、鈷、銅等

占細(xì)胞干重的97%第6頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三2微生物的營養(yǎng)要素營養(yǎng)六要素：碳源、氮源、能源、生長因子、無機(jī)鹽和水按照營養(yǎng)物質(zhì)在菌體中的生理作用的不同，可以將它們分成六大類。

無論從元素水平還是營養(yǎng)要素水平，微生物的營養(yǎng)要求與攝食型的動(dòng)物（含人類）和光合自養(yǎng)型的植物都十分接近?！镏g存在“營養(yǎng)上的統(tǒng)一性”第7頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三（一）碳源微生物細(xì)胞含碳量占細(xì)胞干重的50%。功能：提供合成細(xì)胞物質(zhì)及代謝物的原料、構(gòu)成微生物有機(jī)分子的骨架、大多數(shù)微生物的能源物質(zhì)。甘薯、玉米粉、麩皮、米糠、野生植物的淀粉、酒糟、造紙廠亞硫酸液有機(jī)物葡萄糖、果糖、蔗糖、麥芽糖、淀粉有機(jī)酸、醇類、脂類微生物可利用的碳源種類無機(jī)物：CO2、碳酸鹽自養(yǎng)微生物異養(yǎng)微生物從微生物的整體來看，可利用的碳源物質(zhì)的范圍稱碳源譜。第8頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三碳源譜有機(jī)碳C.H.O無機(jī)碳C.O,C.O.X異養(yǎng)微生物自養(yǎng)微生物甘薯、玉米粉、麩皮、野生植物的淀粉、酒糟、米糠、造紙廠亞硫酸液有機(jī)物葡萄糖、果糖、蔗糖、麥芽糖、淀粉有機(jī)酸、醇類、脂類無機(jī)物：CO2、碳酸鹽第9頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三對大多數(shù)異養(yǎng)菌來說，其最適碳源是“C.H.O”型碳源，其中：

糖類——最廣泛、最經(jīng)濟(jì)

酸醇脂類——次要

糖類中：單糖>雙糖、多糖己糖>戊糖葡萄糖、果糖>半乳糖、甘露糖等淀粉>纖維素、幾丁質(zhì)等一般不把含蛋白質(zhì)、氨基酸的牛肉膏、蛋白胨等原料降格做碳源使用。目前在微生物發(fā)酵工業(yè)中所利用的碳源物質(zhì)主要有：

單糖、蔗糖、淀粉、糖蜜、麩皮、米糠.第10頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三根據(jù)不同微生物對碳源利用的情況，可以做什么工作？不同的微生物利用碳源的情況也有差異洋蔥假單胞菌：100多種碳源物質(zhì)纖維素分解菌：只利用纖維素甲烷氧化菌：甲烷、甲醇從整體上看，微生物是自然界中碳源譜最廣的生命形式。從某種角度來說，世界上存在的所有有機(jī)物，幾乎沒有微生物不能利用的??！——微生物的生物多樣性第11頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三注意：

“碳源譜廣泛”是針對整個(gè)微生物界來說的，對某一具體微生物來說，差異很大。對一切異養(yǎng)菌來說，其碳源可同時(shí)兼作能源，因此碳源是它們的雙功能營養(yǎng)物。對天然來源的碳源營養(yǎng)物（如糖蜜、淀粉質(zhì)原料）來說，除主要提供碳源營養(yǎng)外，其中還含有氨基酸、無機(jī)鹽等多種營養(yǎng)成分。第12頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三（二）氮源微生物可利用的氮源：功能：構(gòu)成細(xì)胞物質(zhì)、少數(shù)微生物的能源物質(zhì)。分子氮：N2（固氮菌、根瘤菌、少數(shù)放線菌和光合細(xì)菌、藍(lán)細(xì)菌）無機(jī)氮：NH4＋、NO3－、NO2－（多數(shù)微生物）有機(jī)氮：蛋白質(zhì)、多肽、氨基酸（多數(shù)微生物）牛肉膏、蛋白胨、尿素、酵母高、玉米漿、餅粕第13頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三遲效氮源：以蛋白質(zhì)形式存在、需要進(jìn)一步降解成肽和氨基酸等才能被菌體吸收利用的氮源。如，黃豆餅粉、花生餅粉。速效氮源：無機(jī)氮源或以蛋白質(zhì)降解產(chǎn)物形式存在的有機(jī)氮源可以直接被菌體吸收利用，這種氮源叫做速效氮源，如，玉米漿。速效氮源：通常有利于機(jī)體的生長遲效氮源：有利于代謝產(chǎn)物的形成第14頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三氨基酸自養(yǎng)型生物：不利用氨基酸作氮源，把尿素、氨鹽、硝酸鹽、N2轉(zhuǎn)換氨基酸自行合成。氨基酸異養(yǎng)型生物：需要從外界吸收現(xiàn)成的氨基酸。所有的動(dòng)物和大量的異養(yǎng)微生物屬于？所有的綠色植物屬于？按對氨基酸的需要的不同，可將微生物生物分為：第15頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三

一般而言，能利用有機(jī)氮的也以利用無機(jī)氮

但是，能利用無機(jī)氮的不一定能利用有機(jī)氮。對大多數(shù)異養(yǎng)菌來說，其最適氮源是“N.C.H.O”型或“N.C.H.O.X”型氮源(有機(jī)氮源)，“N.H”型氮源(無機(jī)氮源，如NH4+)次之。在論及微生物培養(yǎng)基成分時(shí)，最常用的有機(jī)氮源是牛肉膏、蛋白胨、酵母膏及餅粕粉（黃豆餅、花生麩）蠶蛹粉、魚粉等第16頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三（三）能源為微生物生命活動(dòng)提供最初能量來源的營養(yǎng)物或輻射能。

有機(jī)物：化能異養(yǎng)無機(jī)物（NH4+、NO2-、S、H2S、H2等）：化能自養(yǎng)類型注：化能異養(yǎng)微生物的能源就是其碳源自養(yǎng)微生物的能源是還原態(tài)無機(jī)物或光能化學(xué)能輻射能——光能一些原核生物如亞硝酸細(xì)菌、硝酸細(xì)菌、硫化細(xì)菌、硫細(xì)菌、氫細(xì)菌等。單功能營養(yǎng)物：光輻射能（能源）雙功能營養(yǎng)物：還原態(tài)的NH4+（能源、N源）三功能營養(yǎng)物：氨基酸類（C源、N源、能源）第17頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三（四）生長因子微生物正常生長所必須但需求量很小，而依靠簡單的碳源、氮源不能合成或合成量不足以滿足機(jī)體生長需要的有機(jī)化合物。種類：嘌呤和嘧啶:參與核酸物質(zhì)的合成、構(gòu)成某些的酶的輔酶或輔基

氨基酸:參與蛋白質(zhì)合成

維生素:作為酶的輔酶或輔基參與代謝反應(yīng)酶簡單蛋白結(jié)合蛋白=蛋白+輔助因子輔酶(與酶結(jié)合松馳)輔基(與酶結(jié)合牢固)微生物生長因子需要量（/ml）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(fēng)梭狀芽孢桿菌（Clostridiumtetani） 尿嘧啶 0-4ug 腸膜狀串珠菌（Leuconostocmesenteroides） 吡哆醛 0.025ug第18頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三并非所有微生物都需要外界提供生長因子

（1）生長因子自養(yǎng)型微生物：不需要外界提供任何生長因子。（2）生長因子異養(yǎng)型微生物：包括各種乳酸菌、動(dòng)物致病菌、支原體和原生動(dòng)物等（3）生長因子過量合成型：少數(shù)微生物在其代謝活動(dòng)中，能合成并分泌某些維生素等生長因子。例如某些乳酸桿菌生長需要核苷；某些酵母菌和真菌生長需要肌醇；某些肺炎球菌生長需要膽堿等。包括多數(shù)真菌、放線菌和不少細(xì)菌。如阿舒假囊酵母生產(chǎn)VB2；若干鏈霉菌和產(chǎn)烷菌生產(chǎn)B12等。第19頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三不同的微生物，它們生長所需要的生長因子各不相同

微生物生長所需要的生長因子會隨著外界條件的變化而變化

生長因子未知微生物的培養(yǎng)——加入天然成分

克氏桿菌：生物素、對氨基苯甲酸腸膜明串珠菌：十七種氨基酸魯毛霉：厭氧時(shí)需維生素B與生物素好氧時(shí)無需生長因子酵母膏、牛肉膏或動(dòng)物、植物的組織液。用作培養(yǎng)基的酵母膏、玉米漿、麥芽汁等本身就含豐足的生長因子。第20頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三（五）無機(jī)鹽為微生物細(xì)胞生長提供碳、氮源以外的多種重要元素的物質(zhì)，多以無機(jī)鹽的形式供給。種類：大量元素：含量在10-3~10-4范圍內(nèi)的元素，如P、S、K、Mg、Ca、Na、Fe等；微量元素：10-6~10-8范圍內(nèi)的元素，如Cu、Zn、Mn、Mo、Co、Ni、Sn、Se等。培養(yǎng)基最好用K2HPO4和MgSO4第21頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三無機(jī)鹽的生理功能酶活性中心的組成部分維持細(xì)胞結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性調(diào)節(jié)并維持細(xì)胞滲透壓平衡控制細(xì)胞氧化還原電位某些微生物生長的能源物質(zhì)等配制培養(yǎng)基時(shí)，大量元素一般首選K2HPO4、MgSO4等，可同時(shí)提供4種大量元素。常用天然水、自來水來配制培養(yǎng)基以提供各種微量元素.第22頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三生理功能主要有：①起到溶劑與運(yùn)輸介質(zhì)的作用；②參與細(xì)胞內(nèi)一系列化學(xué)反應(yīng)；③維持蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子穩(wěn)定的天然構(gòu)象；⑤通過水合作用與脫水作用控制由多亞基組成的結(jié)構(gòu).④高比熱、高汽化熱等，以保證微生物的生命活動(dòng)；

微生物細(xì)胞含水量很高，細(xì)菌、酵母和霉菌菌體分別是80%、75%和85%，而霉菌孢子含水39%，細(xì)菌芽孢含水很低，約為30%左右。（六）水

第23頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)、微生物的營養(yǎng)類型分類標(biāo)準(zhǔn)營養(yǎng)類型1．以能源分光能營養(yǎng)型（phototroph）化能營養(yǎng)型（chemotroph）2．以氫供體分無機(jī)營養(yǎng)型（lithotroph）有機(jī)營養(yǎng)型（organotroph）3．以碳源分自養(yǎng)型（autotroph）異養(yǎng)型（heterotroph）4．以合成氨基酸能力分氨基酸自養(yǎng)型（aminoacidautotroph）氨基酸異養(yǎng)型（aminoacidheterotroph）5．以生長因子分原養(yǎng)型（prototroph）或野生型（wildtype）營養(yǎng)缺陷型（auxotroph）6．以取食方式分滲透營養(yǎng)型（osmotroph）吞噬營養(yǎng)型（phagotroph）7．以取得死或活有機(jī)物分腐生（saprophytism）寄生（parasitism）8．以所需營養(yǎng)成物濃度貧養(yǎng)菌富養(yǎng)菌第24頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三★通常根據(jù)微生物對能源、氫供體和基本碳源的需要來劃分營養(yǎng)類型能源氫供體基本碳源實(shí)例光能自養(yǎng)型（光能無機(jī)營養(yǎng)型）光無機(jī)物CO2藍(lán)細(xì)菌、紫硫細(xì)菌、藻類光能異養(yǎng)型（光能有機(jī)營養(yǎng)型）光有機(jī)物CO2及簡單有機(jī)物紅螺菌科化能自養(yǎng)型（化能無機(jī)營養(yǎng)型）無機(jī)物無機(jī)物CO2硝化細(xì)菌、硫化細(xì)菌等化能異養(yǎng)型（化能有機(jī)營養(yǎng)型）有機(jī)物有機(jī)物有機(jī)物絕大多數(shù)細(xì)菌和全部真核微生物第25頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三1．光能無機(jī)自養(yǎng)型（光能自養(yǎng)型）

能以CO2為主要唯一或主要碳源，進(jìn)行光合作用獲取生長所需要的能量；

以無機(jī)物如H2、H2S、S等作為供氫體或電子供體，使CO2還原為細(xì)胞物質(zhì)；例如：藻類及藍(lán)細(xì)菌等和植物一樣，以水為電子供體（供氫體），進(jìn)行產(chǎn)氧型的光合作用，合成細(xì)胞物質(zhì)。而紅硫細(xì)菌，以H2S為電子供體，產(chǎn)生細(xì)胞物質(zhì)，并伴隨硫元素的產(chǎn)生。CO2+2H2S光能光合色素[

CH2O]+2S+H2O光葉綠素H2O＋CO2(CH2O)+O2↑念珠藍(lán)細(xì)菌第26頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三2．光能有機(jī)異養(yǎng)型（光能異養(yǎng)型）不能以CO2為主要或唯一的碳源；以有機(jī)物作為碳源和供氫體，利用光能將CO2還原為細(xì)胞物質(zhì)；在生長時(shí)大多數(shù)需要外源的生長因子；紫色非硫細(xì)菌CHOH+CO2H3CH3C2光能光合色素2CH3COCH3+[CH2O]+H2O例如，紅螺菌屬的一些細(xì)菌能利用異丙醇作為供氫體，將CO2還原成細(xì)胞物質(zhì)，同時(shí)積累丙酮光能自養(yǎng)型和光能異養(yǎng)型微生物可利用光能生長，在地球早期生態(tài)環(huán)境的演化過程中起重要作用。第27頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三3．化能無機(jī)自養(yǎng)型（化能自養(yǎng)型）生長所需要的能量來自無機(jī)物氧化過程中放出的化學(xué)能；以CO2或碳酸鹽作為唯一或主要碳源進(jìn)行生長時(shí)，利用H2、H2S、Fe2+、NH3或NO2-等作為電子供體使CO2還原成細(xì)胞物質(zhì)?；軣o機(jī)自養(yǎng)型只存在于微生物中，可在完全無機(jī)及無光的環(huán)境中生長。它們廣泛分布于土壤及水環(huán)境中,參與地球物質(zhì)循環(huán)；這類微生物主要有硫化細(xì)菌、硝化細(xì)菌、氫細(xì)菌與鐵細(xì)菌。

此種細(xì)菌常見于礦山的水坑中，可使金屬硫化物氧化成硫酸，使礦物中的金屬被溶解，已用于低品位銅礦等礦物的開采，稱為細(xì)菌浸礦。

硫化細(xì)菌廣泛分布于土壤和水中，其氧化作用提供了植物可利用的硫酸態(tài)硫素營養(yǎng)。

第28頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三4．化能有機(jī)異養(yǎng)型（化能異養(yǎng)型）生長所需要的能量均來自有機(jī)物氧化過程中放出的化學(xué)能；生長所需要的碳源主要是一些有機(jī)化合物，如淀粉、糖類、纖維素、有機(jī)酸等。有機(jī)物通常既是碳源也是能源；大多數(shù)細(xì)菌、真菌、原生動(dòng)物都是化能有機(jī)異養(yǎng)型微生物；所有致病微生物均為化能有機(jī)異養(yǎng)型微生物；第29頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三腐生型(metatrophy)：可利用無生命的有機(jī)物(如動(dòng)植物尸體和殘?bào)w)作為碳源；如：引起腐敗的梭狀芽孢桿菌、毛霉、根霉、曲霉等。

寄生型(paratrophy)：寄生在活的寄主機(jī)體內(nèi)吸取營養(yǎng)物質(zhì)，離開寄主就不能生存；如：病原性微生物★根據(jù)化能有機(jī)營養(yǎng)型微生物利用的有機(jī)物性質(zhì)不同在腐生型和寄生型之間還存在中間類型：兼性腐生型(facultivemetatrophy)兼性寄生型(facultiveparatrophy)第30頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三微生物營養(yǎng)類型劃分的相對性：微生物營養(yǎng)類型的可變性有利于提高其對環(huán)境條件變化的適應(yīng)能力異養(yǎng)型微生物并非絕對不能利用CO2；自養(yǎng)型微生物也并非不能利用有機(jī)物進(jìn)行生長。有些微生物在不同生長條件下生長時(shí)，其營養(yǎng)類型也會發(fā)生改變。例如紫色非硫細(xì)菌(purplenonsulphurbacteria)：沒有有機(jī)物時(shí)，同化CO2，

為自養(yǎng)型微生物；有機(jī)物存在時(shí)，利用有機(jī)物進(jìn)行生長，為異養(yǎng)型微生物；光照和厭氧條件下，利用光能生長，為光能營養(yǎng)型微生物；黑暗與好氧條件下，依靠有機(jī)物氧化產(chǎn)生的化學(xué)能生長，為化能營養(yǎng)型微生物；第31頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三5．營養(yǎng)缺陷型（auxotroph）某些菌株發(fā)生突變(自然突變或人工誘變)后，失去合成某種(或某些)對該菌株生長必不可少的物質(zhì)(通常是生長因子如氨基酸、維生素)的能力，必須從外界環(huán)境獲得該物質(zhì)才能生長繁殖，這種突變型菌株稱為營養(yǎng)缺陷型。相應(yīng)的野生型菌株稱為原養(yǎng)型(prototroph)。

在實(shí)驗(yàn)室，營養(yǎng)缺陷型菌株經(jīng)常用來進(jìn)行微生物遺傳學(xué)方面的研究。

在工業(yè)上，利用營養(yǎng)缺陷型突變株進(jìn)行氨基酸和核苷酸的生產(chǎn)。第32頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三不同營養(yǎng)類型之間的界限并非是絕對的異養(yǎng)型微生物并非絕對不能利用CO2；自養(yǎng)型微生物也并非不能利用有機(jī)物進(jìn)行生長；有些微生物在不同生長條件下生長時(shí),其營養(yǎng)類型也會發(fā)生改變:

例如紫色非硫細(xì)菌(purplenonsulphurbacteria)：沒有有機(jī)物時(shí)，同化CO2，

為自養(yǎng)型微生物；有機(jī)物存在時(shí)，利用有機(jī)物進(jìn)行生長，為異養(yǎng)型微生物；光照和厭氧條件下，利用光能生長，為光能營養(yǎng)型微生物；黑暗與有氧條件下，依靠有機(jī)物氧化產(chǎn)生的化學(xué)能生長，為化能營養(yǎng)型微生物微生物營養(yǎng)類型的可變性無疑有利于提高其對環(huán)境變化的適應(yīng)能力第33頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三一、影響微生物對營養(yǎng)物質(zhì)吸收的因素1、細(xì)胞膜細(xì)胞膜、細(xì)胞壁、細(xì)胞莢膜、粘液層2、微生物細(xì)胞生活的環(huán)境

pH值、溫度(影響物質(zhì)的溶解度、細(xì)胞膜的流動(dòng)性和運(yùn)輸系統(tǒng)的活性)3、被吸收物質(zhì)的特性脂溶性、分子量、溶解度第二節(jié)營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的方式第34頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三營養(yǎng)物質(zhì)能否進(jìn)入細(xì)胞取決于三個(gè)方面的因素：①營養(yǎng)物質(zhì)本身的性質(zhì)（相對分子量、質(zhì)量、溶解性、電負(fù)性等;②微生物所處的環(huán)境（溫度、pH等）；③微生物細(xì)胞的透過屏障（原生質(zhì)膜、細(xì)胞壁、莢膜等）。

除原生動(dòng)物外，各種微生物都是通過細(xì)胞膜的滲透和選擇性吸收作用而從外界吸收營養(yǎng)物質(zhì)的。第35頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三二、微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收方式是否消耗能量是否需要載體是否發(fā)生被吸收物的

化學(xué)變化。。。。。。。單純擴(kuò)散促進(jìn)擴(kuò)散主動(dòng)運(yùn)輸基團(tuán)移位★根據(jù)微生物對物質(zhì)的吸收過程中第36頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三1．單純擴(kuò)散(simplediffusion)被吸收物質(zhì)依靠其在細(xì)胞內(nèi)外的濃度梯度為動(dòng)力，從濃度高的地區(qū)向濃度低的胞內(nèi)擴(kuò)散的過程。單純擴(kuò)散模式圖細(xì)胞膜外細(xì)胞膜內(nèi)細(xì)胞膜特點(diǎn)：①運(yùn)送的非特異性②運(yùn)輸動(dòng)力③營養(yǎng)物質(zhì)結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化④不需要載體蛋白⑤可運(yùn)送的物質(zhì)有限第37頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三單純擴(kuò)散又稱自由擴(kuò)散、簡單擴(kuò)散

原生質(zhì)膜是一種半透性膜，營養(yǎng)物質(zhì)通過原生質(zhì)膜上的小孔，通過物理擴(kuò)散方式由高濃度的胞外環(huán)境向低濃度的胞內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)散。第38頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三物質(zhì)跨膜擴(kuò)散的能力和速率與該物質(zhì)的性質(zhì)有關(guān),分子量小、脂溶性、極性小的物質(zhì)易通過擴(kuò)散進(jìn)出細(xì)胞。甘油色氨酸

擴(kuò)散并不是微生物細(xì)胞吸收營養(yǎng)物質(zhì)的主要方式，水是唯一可以通過擴(kuò)散自由通過原生質(zhì)膜的分子，脂肪酸、乙醇、甘油、苯、一些氣體分子(O2、CO2)及某些氨基酸在一定程度上也可通過擴(kuò)散進(jìn)出細(xì)胞。第39頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三2．促進(jìn)擴(kuò)散(facilitateddiffusion)以細(xì)胞內(nèi)外的濃度梯度為動(dòng)力，在載體物質(zhì)參與下，物質(zhì)從濃度高的胞外向濃度低的胞內(nèi)擴(kuò)散。（真核微生物）第40頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三

特點(diǎn)

①不消耗能量，運(yùn)輸效率高②需要載體參與，載體專一性強(qiáng)，③不能進(jìn)行逆濃度運(yùn)輸④運(yùn)輸速率與膜內(nèi)外物質(zhì)的濃度差成正比，濃度過高時(shí)會出現(xiàn)載體飽和效應(yīng)⑤參與運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)的分子結(jié)構(gòu)不發(fā)生本身變化，但運(yùn)輸速度加快細(xì)胞外溶質(zhì)借助于細(xì)胞膜上的載體蛋白（酶）的協(xié)助，向胞內(nèi)運(yùn)送的方式,。第41頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三

通過促進(jìn)擴(kuò)散進(jìn)入細(xì)胞的營養(yǎng)物質(zhì)主要有氨基酸、單糖、維生素及無機(jī)鹽等。一般微生物通過專一的載體蛋白運(yùn)輸相應(yīng)的物質(zhì)，但也有微生物對同一物質(zhì)的運(yùn)輸由一種以上的載體蛋白來完成。

第42頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三在代謝能的推動(dòng)下，通過膜上特殊載體蛋白逆濃度梯度吸收營養(yǎng)物質(zhì)的過程。特點(diǎn)：①需要消耗能量②可以逆濃度梯度運(yùn)輸③營養(yǎng)物質(zhì)結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化④需要特異載體蛋白參與3．主動(dòng)運(yùn)輸(activetransport)主動(dòng)運(yùn)輸是廣泛存在于微生物中的一種主要的物質(zhì)運(yùn)輸方式，對于很多生存于低濃度營養(yǎng)環(huán)境中的微生物來說，主動(dòng)運(yùn)輸是影響其生存的重要營養(yǎng)吸收方式。第43頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三主動(dòng)運(yùn)輸?shù)闹饕绞剑海?）初級主動(dòng)運(yùn)輸－電子傳遞系統(tǒng)質(zhì)子運(yùn)輸方式（2）次級主動(dòng)運(yùn)輸－偶聯(lián)其它物質(zhì)3、Na+,K+-ATP酶(Na+,K+－ATPase)系統(tǒng)第44頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）在酶I作用下，將高能磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移給熱穩(wěn)載體蛋白（HPr）使之激活。高能磷酸基團(tuán)經(jīng)酶Ⅱa傳給Ⅱb。葡萄糖等糖與特異的受體酶Ⅱc結(jié)合。酶Ⅱb將磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移給糖，酶Ⅱc將磷酸糖釋放到細(xì)胞質(zhì)中。4．基團(tuán)移位(grouptranslocation)被吸收物質(zhì)以微生物的代謝能為動(dòng)力，通過一個(gè)復(fù)雜的運(yùn)輸系統(tǒng)從胞外轉(zhuǎn)運(yùn)到胞內(nèi)，并發(fā)生化學(xué)變化。需要載體蛋白復(fù)雜的運(yùn)輸系統(tǒng)來完成物質(zhì)的運(yùn)輸在物質(zhì)運(yùn)輸過程中需要消耗能量物質(zhì)在運(yùn)輸過程中發(fā)生化學(xué)變化第45頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三5．膜泡運(yùn)輸(Membranevesicletransport主要存在于原生動(dòng)物特別是變形蟲中。變形蟲通過趨向性運(yùn)動(dòng)靠近營養(yǎng)物質(zhì)，并將該物質(zhì)吸附到膜表面，然后在該物質(zhì)附近的細(xì)胞膜開始內(nèi)陷，逐步將營養(yǎng)物質(zhì)包圍，最后形成一個(gè)含有該營養(yǎng)物質(zhì)的膜泡，之后膜泡釋放于細(xì)胞質(zhì)中。胞吞作用－固體物質(zhì)胞飲作用－液體物質(zhì)物質(zhì)狀態(tài)第46頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三三、幾種主要營養(yǎng)物質(zhì)的吸收方式糖：促進(jìn)擴(kuò)散、基團(tuán)轉(zhuǎn)位、主動(dòng)運(yùn)輸肽與氨基酸：主動(dòng)運(yùn)輸、促進(jìn)擴(kuò)散離子：主動(dòng)運(yùn)輸?shù)?7頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三項(xiàng)目單純擴(kuò)散促進(jìn)擴(kuò)散主動(dòng)運(yùn)輸基團(tuán)轉(zhuǎn)移特異載體蛋白無有有有運(yùn)輸速度慢快快快養(yǎng)分運(yùn)輸方向高濃度->低濃度高濃度->低濃度低濃度->高濃度低濃度->高濃度平衡時(shí)內(nèi)外濃度C內(nèi)=C外C內(nèi)=C外C內(nèi)＞C外C內(nèi)＞C外運(yùn)輸分子無特異性特異性特異性特異性能量消耗不耗能不耗能耗能耗能運(yùn)送前后養(yǎng)分分子不變不變不變改變載體飽和效應(yīng)無有有有養(yǎng)分類似物無競爭性有競爭性有競爭性

有競爭性運(yùn)輸抑制劑

無有有

有運(yùn)輸對象舉例

H２O,CO２,O２,甘油,乙醇,少數(shù)氨基酸,鹽類,代謝抑制劑SO４２－,PO４３－;糖(真核生物)

氨基酸,乳糖等糖類,Na＋,Ca２＋等無機(jī)離子

葡萄糖，果糖，甘露糖，嘌呤，核苷，脂肪酸等第48頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三第四節(jié)培養(yǎng)基培養(yǎng)基：是人工配制的適合微生物生長繁殖或積累代謝產(chǎn)物的營養(yǎng)物質(zhì)。培養(yǎng)基的作用：

為微生物提供理想的人工培養(yǎng)環(huán)境，以進(jìn)行微生物生命活動(dòng)規(guī)律的研究和微生物生物制品的生產(chǎn)。難養(yǎng)菌（少數(shù)寄生或共生微生物）：不能在人工培養(yǎng)基上生長。類支原體、類立克次氏體、少數(shù)寄生真菌第49頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三絕大多數(shù)微生物都可以在人工培養(yǎng)基上生長，除少數(shù)嚴(yán)格寄生或共生的微生物(難養(yǎng)菌)外。

另外，有一種觀點(diǎn)，認(rèn)為自然界中還存在著一類不可培養(yǎng)的微生物。目前這類微生物作為一種資源已受到廣泛關(guān)注。微生物培養(yǎng)基的用途：促進(jìn)微生物生長繁殖；積累代謝產(chǎn)物；分離微生物菌種；鑒定微生物種類；微生物細(xì)胞計(jì)數(shù)；菌種保藏；制備微生物制品第50頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三一、配制培養(yǎng)基的基本原則目的明確營養(yǎng)協(xié)調(diào)理化適宜經(jīng)濟(jì)節(jié)約在微生物學(xué)研究和生長實(shí)踐中，配置合適的培養(yǎng)基是一項(xiàng)最基本的要求。第51頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三1、目的明確生理特點(diǎn)不同細(xì)菌放線菌霉菌酵母菌營養(yǎng)要求不同牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基高氏一號培養(yǎng)基馬鈴薯培養(yǎng)基或察氏培養(yǎng)基麥芽汁培養(yǎng)基或馬鈴薯培養(yǎng)基（1）從類群的角度看（2）從培養(yǎng)目的角度看一般培養(yǎng)：普通常規(guī)培養(yǎng)基遺傳研究：成分清楚的合成培養(yǎng)基生理、代謝研究：相應(yīng)的培養(yǎng)基配方培養(yǎng)何種微生物？例如Bacillussubtilis：一般培養(yǎng)：牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基觀察芽孢：生孢子培養(yǎng)基產(chǎn)蛋白酶：以玉米粉、黃豆餅粉為主的產(chǎn)酶培養(yǎng)基第52頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三2、培養(yǎng)基中各種營養(yǎng)成分的比例協(xié)調(diào)（1）濃度適中原則（2）營養(yǎng)比例原則C/N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

C/N比：是指培養(yǎng)基所含碳源中的碳原子摩爾數(shù)與氮源中的氮原子摩爾數(shù)之比。但也有用還原糖與粗蛋白含量之比。同一種微生物在不同C/N培養(yǎng)基培養(yǎng)時(shí)，表現(xiàn)不同。短棒桿菌的谷氨酸發(fā)酵培養(yǎng)基C/N=4:1，菌體繁殖；

C/N=3:1，谷氨酸形成不同的微生物，所需營養(yǎng)物C/N不同。細(xì)菌、酵母菌細(xì)胞的C/N=5:1，而霉菌=10:1第53頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三3、理化適宜pHO2CO2滲透壓微生物生長繁殖或代謝產(chǎn)物積累培養(yǎng)條件影響影響微生物培養(yǎng)體系各類微生物的最適pH類群最適pH細(xì)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第54頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三培養(yǎng)基pH值的控制a.根據(jù)各類微生物的特點(diǎn)來調(diào)節(jié)培養(yǎng)基的pH值

b.使用pH緩沖劑

內(nèi)源性調(diào)節(jié)外源性調(diào)節(jié)磷酸鹽、碳酸鹽、蛋白胨、氨基酸(配制培養(yǎng)基時(shí)加入)酸或堿（培養(yǎng)過程中加入）

。霉菌、酵母菌適于酸性，pH4.5-6.0細(xì)菌、放線菌喜中性或偏堿性pH7.0-7.5第55頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三配制培養(yǎng)基時(shí)應(yīng)盡量利用廉價(jià)且易于獲得的原料作為培養(yǎng)基成份，特別是在發(fā)酵工業(yè)中，以降低生產(chǎn)成本。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4、經(jīng)濟(jì)節(jié)約以“國”代“進(jìn)”第56頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三生態(tài)模擬調(diào)查所培養(yǎng)菌的生態(tài)條件，查看其“嗜好”，對“癥”下料———初級天然培養(yǎng)基.查閱文獻(xiàn)查閱、分析文獻(xiàn)，調(diào)查前人的工作資料，借鑒人家的經(jīng)驗(yàn)，以便從中得到啟發(fā)設(shè)計(jì)有自己特色的培養(yǎng)基配方.

精心設(shè)計(jì)借助優(yōu)選法或正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法等方法.

3設(shè)計(jì)培養(yǎng)基的方法第57頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三

試驗(yàn)比較*不同培養(yǎng)基配方的選擇比較*單種成分來源和數(shù)量的比較*幾種成分濃度比例調(diào)配的比較*小型試驗(yàn)放大到大型生產(chǎn)條件的比較*pH和溫度試驗(yàn)第58頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三◆附1：培養(yǎng)基配制時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)問題：1、沉淀2、瓊脂膠體強(qiáng)度的破壞3、褐色物質(zhì)的形成4、pH發(fā)生變化第59頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三高壓蒸氣滅菌一般培養(yǎng)基:

1.05Kg/cm2,121.3℃,15-20min

含糖培養(yǎng)基:

0.56Kg/cm2,105-112.6℃,20-30min

過濾滅菌分別滅菌間歇滅菌的應(yīng)用附2：培養(yǎng)基的滅菌第60頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三附圖：過濾滅菌第61頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三附3：器皿的滅菌及無菌室的消毒器皿的滅菌：

干熱空氣：160℃，2小時(shí)無菌室的消毒：

紫外線化學(xué)藥物熏蒸（苯酚；高錳酸鉀+甲醛）第62頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三二、培養(yǎng)基的種類1、根據(jù)對培養(yǎng)基成分的了解程度分類2、根據(jù)培養(yǎng)基的物理狀態(tài)分類3、根據(jù)培養(yǎng)基的功能分類第63頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三1、天然培養(yǎng)基(Complexmedium)用化學(xué)成分還不清楚或化學(xué)成分不恒定的天然有機(jī)物制成的培養(yǎng)基，也稱為非化學(xué)限定培養(yǎng)基。如：牛肉膏蛋白胨、麥芽汁培養(yǎng)基2、合成培養(yǎng)基(Syntheticmedium)用化學(xué)成分完全了解的物質(zhì)制成的培養(yǎng)基，也稱為化學(xué)限定培養(yǎng)基或組合培養(yǎng)基。如：高氏一號、查氏培養(yǎng)基3、半合成培養(yǎng)基(Semi-syntheticmedium)主要用化學(xué)成分完全了解的物質(zhì)制成，同時(shí)加有天然成分的培養(yǎng)基，半組合培養(yǎng)基。如：馬鈴薯蔗糖（PDA）培養(yǎng)基（一）根據(jù)對培養(yǎng)基成分的了解程度分類高氏一號培養(yǎng)基淀粉20gKNO31gNaCl0.5gK2HPO40.5gMgSO40.5gFeSO40.01g瓊脂20g蒸餾水1000ml第64頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三（二）根據(jù)培養(yǎng)基的物理狀態(tài)分類1、固體培養(yǎng)基(Solidmedium)在液體培養(yǎng)基中加入一定量凝固劑。瓊脂1.5-2%、明膠、硅膠2、半固體培養(yǎng)基(Semi-solidmedium)培養(yǎng)基中加入的凝固劑量比較少。瓊脂0.2%~0.7%3、液體培養(yǎng)基(Liquidmedium)培養(yǎng)基中未加任何凝固劑4、脫水培養(yǎng)基(Dehydratedmedium)預(yù)配制好的不含水分的商品化的培養(yǎng)基。如營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基。第65頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三半固體培養(yǎng)物的生長情況：第66頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三液體培養(yǎng)物生長情況連續(xù)液體培養(yǎng)裝置示意圖第67頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三1、選擇培養(yǎng)基(selectivemedium)用于將某種或某類微生物從混雜的微生物群體中分離出來的培養(yǎng)基。根據(jù)某種微生物的特殊營養(yǎng)要求或其對某化學(xué)、物理因素的抗性而設(shè)計(jì)的培養(yǎng)基，其作用是混合菌中的劣勢菌變成優(yōu)勢菌，從而達(dá)到分離篩選該微生物的目的。（三）按培養(yǎng)基的功能分類第68頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三加富性選擇培養(yǎng)基抑制性選擇培養(yǎng)基取其所抗投其所好

選擇培養(yǎng)基有通過加入不妨礙目的微生物生長而抑制非目的微生物生長的物質(zhì)以達(dá)到選擇的目的。

選擇培養(yǎng)基也可通過在培養(yǎng)基中加入目的微生物特別需要的營養(yǎng)物質(zhì)而使它們加富以達(dá)到選擇目的。這種選擇培養(yǎng)基就是加富培養(yǎng)基。第69頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三第70頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三第71頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三2、鑒別培養(yǎng)基(differentialmedium)是一類在培養(yǎng)基中添加某種化學(xué)物質(zhì)而將目的或?qū)ο笪⑸锏木渑c同一平板上的其他微生物菌落區(qū)別開來的培養(yǎng)基。用于鑒別不同類型微生物的培養(yǎng)基。在普通培養(yǎng)基中加入能與目的菌某種無色代謝產(chǎn)物發(fā)生顯色反應(yīng)的指示劑或化學(xué)藥品，從而產(chǎn)生某種明顯的特征性變化，以區(qū)別不同的微生物。第72頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三培養(yǎng)基名稱

加入化學(xué)物質(zhì)

微生物代謝產(chǎn)物

培養(yǎng)基特征性變化

主要用途酪素培養(yǎng)基

酪素

胞外蛋白酶

蛋白水解圈

鑒別產(chǎn)蛋白酶菌株明膠培養(yǎng)基

明膠

胞外蛋白酶

明膠液化

鑒別產(chǎn)蛋白酶菌株油脂培養(yǎng)基

食用油、土溫、

胞外脂肪酶

由淡紅色變成深紅色

鑒別產(chǎn)脂肪酶菌株

中性紅指示劑淀粉培養(yǎng)基

可溶性淀粉

胞外淀粉酶

淀粉水解圈

鑒別產(chǎn)淀粉酶菌株H2S試驗(yàn)培養(yǎng)基

醋酸鉛H2S產(chǎn)生黑色沉淀

鑒別產(chǎn)H2S菌株糖發(fā)酵培養(yǎng)基

溴甲酚紫

乳酸、醋酸、丙酸等

由紫色變成黃色

鑒別腸道細(xì)菌遠(yuǎn)藤氏培養(yǎng)基

堿性復(fù)紅、亞硫酸鈉

乙酸、乙醛

帶金屬光澤深紅色菌落

鑒別水中大腸菌群伊紅美藍(lán)培養(yǎng)基

伊紅、美藍(lán)

酸

帶金屬光澤深紫色菌落

鑒別水中大腸菌群第73頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三伊紅和美藍(lán)二種苯胺染料可抑制G+細(xì)菌和一些難培養(yǎng)的G-細(xì)菌。在低酸度時(shí)，這二種染料結(jié)合形成沉淀，起著產(chǎn)