第五章微生物的營(yíng)養(yǎng)

1、第五章 微生物的營(yíng)養(yǎng),你認(rèn)識(shí)到了嗎,了解、認(rèn)識(shí)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(shí)、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(zhǎng)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(yíng)養(yǎng)和培養(yǎng)基知識(shí)，是實(shí)現(xiàn)認(rèn)識(shí)、利用和研究微生物的必要基礎(chǔ)。,？。,教學(xué)提示:,掌握微生物營(yíng)養(yǎng)要素及碳源譜、氮源譜中主要的培養(yǎng)基原料； 了解微生物的營(yíng)養(yǎng)類型、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)輸送方式； 著重掌握培養(yǎng)基的有關(guān)知識(shí)，包括配制方法和注意事項(xiàng)； 要求能領(lǐng)悟培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)與微生物純培養(yǎng)技術(shù)之間的重要關(guān)系。,營(yíng)養(yǎng)是生命

2、活動(dòng)的起點(diǎn)，是必需的物質(zhì)基礎(chǔ)。微生物的營(yíng)養(yǎng)過(guò)程為其生命活動(dòng)提供了物質(zhì)、能量、代謝調(diào)節(jié)物和必要的生理環(huán)境的保障。,營(yíng)養(yǎng)(nutrition)： 生物體從外部環(huán)境中攝取生命活動(dòng)必需的物質(zhì)和能量，以滿足正常生長(zhǎng)、繁殖和各種生理活動(dòng)之所需。 廣義地說(shuō)，營(yíng)養(yǎng)是微生物獲得和利用營(yíng)養(yǎng)物的過(guò)程，是微生物維持和延續(xù)其生命形式的一種基本生理過(guò)程。 營(yíng)養(yǎng)物(nitrient)： 具有營(yíng)養(yǎng)功能的物質(zhì)和能量（指光能對(duì)微生物來(lái)說(shuō)）,第一節(jié)微生物的營(yíng)養(yǎng)要求,細(xì)胞化學(xué)元素組成 大量元素：碳、氫、氧、氮、磷、硫、鉀、鎂、鈣、鐵等 微量元素：鋅、錳、鈉、氯、鉬、硒、鈷、銅、鎢、鎳、硼等 植物、動(dòng)物、微生物之間存在著“營(yíng)養(yǎng)上的統(tǒng)一

3、性”,一、微生物細(xì)胞的化學(xué)組成,微生物細(xì)胞,水70%-90%,干物質(zhì),無(wú)機(jī)物,有機(jī)物：蛋白質(zhì)、脂、糖、核酸等,二、微生物的營(yíng)養(yǎng)要素:,營(yíng)養(yǎng)六要素：碳源、氮源、能源、生長(zhǎng)因子、無(wú)機(jī)鹽和水,按照營(yíng)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(wú)論從元素水平還是營(yíng)養(yǎng)要素水平，微生物的營(yíng)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。 生物之間存在“營(yíng)養(yǎng)上的統(tǒng)一性”,1 、碳源,在微生物生長(zhǎng)繁殖過(guò)程中，能為其提供碳素營(yíng)養(yǎng)來(lái)源的物質(zhì)稱碳源。即，是用來(lái)構(gòu)建菌體物質(zhì)中或代謝產(chǎn)物中的碳素骨架的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。,碳源譜,有機(jī)碳 C.H.O,無(wú)機(jī)碳 C.O,C.O.X,異養(yǎng)微生物,自養(yǎng)微生物,微生

4、物利用的碳源物質(zhì)主要有糖類、有機(jī)酸、醇類、脂類、烴類、和蛋白質(zhì)、氨基酸、核酸以及CO2、 碳酸鹽等等。 從微生物的整體來(lái)看，可利用的碳源物質(zhì)的范圍稱碳源譜。,可以無(wú)機(jī)碳源提供主要碳素營(yíng)養(yǎng)的自養(yǎng)微生物（較少）,自然界中，利用有機(jī)碳源的微生物種類占絕大多數(shù)。其中必須以有機(jī)碳源提供碳素營(yíng)養(yǎng)的異養(yǎng)微生物（絕大多數(shù)）；,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(lái)說(shuō)，世界上存在的所有有機(jī)物，幾乎沒(méi)有微生物不能利用的！ 微生物的生物多樣性,對(duì)大多數(shù)異養(yǎng)菌來(lái)說(shuō)，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

5、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.,注意：,“碳源譜廣泛”是針對(duì)整個(gè)微生物界來(lái)說(shuō)的，對(duì)某一具體微生物來(lái)說(shuō)，差異很大。 對(duì)一切異養(yǎng)菌來(lái)說(shuō)，其碳源可同時(shí)兼作能源，因此碳源是它們的雙功能營(yíng)養(yǎng)物。 對(duì)天然來(lái)源的碳源營(yíng)養(yǎng)物（如糖蜜、淀粉質(zhì)原料）來(lái)說(shuō)，除主要提供碳源營(yíng)養(yǎng)外，其中還含有氨基酸、無(wú)機(jī)鹽等多種營(yíng)養(yǎng)成分。,在微生物生長(zhǎng)繁殖過(guò)程中，能為其提供氮素營(yíng)養(yǎng)來(lái)源的物質(zhì)稱氮源。即，是用來(lái)滿足菌體物質(zhì)中或代謝產(chǎn)物中的氮素需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。,2 、 氮源,氮源譜,有機(jī)氮

6、 N.C.H.O,無(wú)機(jī)氮 N.H,N.O,NH3 銨鹽（NH4+） 硝酸鹽 N2,蛋白質(zhì) 核酸 氨基酸 尿素,一般而言，能利用有機(jī)氮的也以利用無(wú)機(jī)氮但是，能利用無(wú)機(jī)氮的不一定能利用有機(jī)氮。,對(duì)大多數(shù)異養(yǎng)菌來(lái)說(shuō)，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(wú)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,氨基酸自養(yǎng)型生物：不需要氨基酸做氮源，能利用尿素、銨鹽、硝酸鹽甚至氮?dú)獾茸孕泻铣伤璋被岬纳?氨基酸異養(yǎng)型生物：需要從外界吸收現(xiàn)成的氨基酸做 氮源才能

7、滿足需要的,按對(duì)氨基酸的需要的不同，可將微生物生物分為：,3、能源,能為微生物的生命活動(dòng)提供最初能量來(lái)源的營(yíng)養(yǎng)物或輻射能，稱能源。,能源譜,化學(xué)物質(zhì),輻射能,化能異養(yǎng)微生物的能源,有機(jī)物,無(wú)機(jī)物,化能自養(yǎng)微生物的能源,光能自養(yǎng)和光能異養(yǎng)微生物的能源,單功能營(yíng)養(yǎng)物：如光能 多功能營(yíng)養(yǎng)物：如銨鹽、氨基酸等,4、生長(zhǎng)因子,微生物生長(zhǎng)所必需的、但其自身不能合成或合成量不足以滿足機(jī)體生長(zhǎng)需要的、需要量很小的有機(jī)化合物.,微 生 物 生長(zhǎng)因子 需要量（ /ml） III型肺炎鏈球菌（Streptococcus pneumoniae） 膽堿 6 ug 金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureu

8、s） 硫胺素 0.5ng 白喉棒桿菌（Cornebacterium diphtherriae） B-丙氨酸 1.5ug 破傷風(fēng)梭狀芽孢桿菌（Clostridium tetani） 尿嘧啶 0-4ug 腸膜狀串珠菌（Leuconostoc mesenteroides） 吡哆醛 0.025ug,廣義的生長(zhǎng)因子維生素、生物堿、卟啉、甾醇、短鏈的分支或直鏈脂肪酸、氨基酸等 狹義的生長(zhǎng)因子僅指維生素 生長(zhǎng)因子自養(yǎng)型微生物：多數(shù)真菌、放線菌和不少細(xì)菌 生長(zhǎng)因子異養(yǎng)型微生物：乳酸菌、營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變株及致病菌等 生長(zhǎng)因子過(guò)量合成的微生物：可用其生產(chǎn)有關(guān)的生長(zhǎng)因子（如維生素），如阿舒假囊酵母生產(chǎn)B2，費(fèi)氏丙酸桿

9、菌發(fā)酵生產(chǎn) VB12 等。,配制培養(yǎng)基時(shí)，常使用生長(zhǎng)因子豐富的天然物質(zhì)制備物作為補(bǔ)充生長(zhǎng)因子的培養(yǎng)基成分。 如：酵母膏、玉米漿、麥芽汁、肝浸液等。,5、礦質(zhì)元素,參與微生物中氨基酸和酶的組成；,調(diào)節(jié)微生物的原生質(zhì)膠體狀態(tài)，維持細(xì)胞的滲透與平衡,酶的激活劑,除C、H、O外的元素，有時(shí)又稱無(wú)機(jī)鹽，其基本作用：,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(lái)水來(lái)配制培養(yǎng)基以提供各種微量元素.,微量元素指那些在微生物生長(zhǎng)過(guò)程中起重要作用，而機(jī)體對(duì)這些元素的需要量極其微小的元素，需要量通常在10-6-10-8mol/L，如：鋅、錳、鈉、氯、鉬、硒、

10、鈷、銅、鎢、鎳、硼等。,根據(jù)微生物對(duì)礦質(zhì)元素需要量的大小，可分為：,大量元素：Na、K、Mg、Ca、S、P等。,6、水,生理功能主要有：,起到溶劑與運(yùn)輸介質(zhì)的作用；,參與細(xì)胞內(nèi)一系列化學(xué)反應(yīng)；,維持蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子穩(wěn)定的天然構(gòu)象；,通過(guò)水合作用與脫水作用控制由多亞基組成的結(jié)構(gòu).,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。,第二節(jié)微生物的營(yíng)養(yǎng)類型,異養(yǎng)型生物,自養(yǎng)型生物,生長(zhǎng)所需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),生長(zhǎng)過(guò)程中能量的來(lái)源,光能營(yíng)養(yǎng)型,化能營(yíng)養(yǎng)型,根據(jù)微生物生長(zhǎng)所需要

11、的主要營(yíng)養(yǎng)要素即碳源和能源的不同，可以將微生物劃分為不同的營(yíng)養(yǎng)類型：,根據(jù)碳源、能源及電子供體性質(zhì)的不同，可將微生物分為：,光能無(wú)機(jī)自養(yǎng)型(photolithoautotrophy),光能有機(jī)異養(yǎng)型(photoorganoheterotrophy),化能無(wú)機(jī)自養(yǎng)型(chemolithoautotrophy),化能有機(jī)異養(yǎng)型(chemoorganoheterotrophy),1光能無(wú)機(jī)自養(yǎng)型（光能自養(yǎng)型）,能以CO2為唯一或主要碳源；,進(jìn)行光合作用獲取生長(zhǎng)所需要的能量；,以無(wú)機(jī)物如H2O、H2、H2S、S等作為供氫體或電子供體，使CO2還原為構(gòu)成細(xì)胞物質(zhì)的有機(jī)物；,例如，藻類及藍(lán)細(xì)菌等和植物一樣

12、，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+H2O,光能,光合色素, CH2O + 2S+ H2O,2、光能有機(jī)營(yíng)養(yǎng)型（光能自養(yǎng)型）,紫色非硫細(xì)菌,4CH3OH+ 2CO2,光能（ATP）,光合色素,6CH2O + H2O,光能無(wú)機(jī)自養(yǎng)型與光能有機(jī)異養(yǎng)型微生物可利用光能進(jìn)行 進(jìn)行生長(zhǎng)，在地球早期生態(tài)環(huán)境演變中起著非常重要的作用,碳源和供氫體,不能以CO2為主要或唯一的碳源；,以有機(jī)物作為供氫體，利用光能將CO2還原為細(xì)胞物質(zhì)；,在生長(zhǎng)時(shí)大多數(shù)需要外源的生長(zhǎng)因子；,例如，紅螺菌屬中的一些細(xì)

13、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。,CHOH + CO2,H3C,H3C,2,光 能,光合色素,2 CH3C0CH3 + CH2O + H2O,3化能無(wú)機(jī)自養(yǎng)型（化能自養(yǎng)型）,生長(zhǎng)所需要的能量來(lái)自無(wú)機(jī)物氧化過(guò)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(zhǎng)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)。,化能無(wú)機(jī)自養(yǎng)型只存在于微生物中，可在完全無(wú)機(jī)及無(wú)光的環(huán)境中生長(zhǎng)。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)；,氫氧化細(xì)菌：H2+O2 H2O+ATP,鐵細(xì)菌,鐵氧化細(xì)菌：Fe2+ + O2 Fe3+ +ATP

14、,亞硝化細(xì)菌：NH2 + O2 NO2- +ATP,硝化細(xì)菌： NO2 + O2 NO3- +ATP,硫化細(xì)菌：H2S（S）+ O2 SO4- +ATP,4化能有機(jī)異養(yǎng)型（化能異養(yǎng)型）,生長(zhǎng)所需要的能量均來(lái)自有機(jī)物氧化過(guò)程中放出的化學(xué)能；,生長(zhǎng)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；,不同營(yíng)養(yǎng)類型之間的界限并非是絕對(duì)的,異養(yǎng)型微生物并非絕對(duì)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(zhǎng)；,有些微生物在不同生長(zhǎng)條件下生長(zhǎng)時(shí),其營(yíng)養(yǎng)類

15、型也會(huì)發(fā)生改變:,例如紫色非硫細(xì)菌(purple nonsulphur bacteria)： 沒(méi)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(zhǎng)，為異養(yǎng)型微生物； 光照和厭氧條件下，利用光能生長(zhǎng)，為光能營(yíng)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(zhǎng)，為 化能營(yíng)養(yǎng)型微生物,微生物營(yíng)養(yǎng)類型的可變性無(wú)疑有利于提高其對(duì)環(huán)境變化的適應(yīng)能力,第三節(jié)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的方式,營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)能否進(jìn)入細(xì)胞取決于三個(gè)方面的因素：,營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)本身的性質(zhì)（相對(duì)分子量、質(zhì)量、溶解性、電負(fù)性等;,微生物所處的環(huán)境（溫度、pH等）；,微生物細(xì)胞的透過(guò)屏障（原生質(zhì)膜、細(xì)胞壁、莢膜等）。,除

16、原生動(dòng)物外，各種微生物都是通過(guò)細(xì)胞膜的滲透和選擇性吸收作用而從外界吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的。,根據(jù)物質(zhì)運(yùn)輸過(guò)程的特點(diǎn)，可將微生物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的 運(yùn)輸方式分為：,單純擴(kuò)散,促進(jìn)擴(kuò)散,主動(dòng)運(yùn)輸,基團(tuán)轉(zhuǎn)移,1單純擴(kuò)散（自由擴(kuò)散、簡(jiǎn)單擴(kuò)散）,原生質(zhì)膜是一種半透性膜，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)通過(guò)原生質(zhì)膜上的小孔，通過(guò)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。,特點(diǎn),不消耗能量；不需要載體；,不能逆濃度運(yùn)輸；運(yùn)輸速率與膜內(nèi)外 物質(zhì)的濃度差成正比；,物質(zhì)在擴(kuò)散過(guò)程中沒(méi)有發(fā)生任何變化；,特征：,順濃度梯度運(yùn)輸,1.,不需要載體,2.,不需要消耗能量,3.,單純擴(kuò)散,如：水、氧氣、二氧化碳、甘油、乙醇等。,物質(zhì)通過(guò)簡(jiǎn)單的擴(kuò)散作用

17、進(jìn)出細(xì)胞.,胞外,胞內(nèi),蛋白質(zhì),蛋白質(zhì),o2,o2,o2,o2,o2,o2,o2,o2,o2,o2,o2,o2,o2,2促進(jìn)擴(kuò)散,特點(diǎn),不消耗能量,需要載體參與,不能進(jìn)行逆濃度運(yùn)輸,運(yùn)輸速率與膜內(nèi)外物質(zhì)的濃度差成正比,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,。,通過(guò)促進(jìn)擴(kuò)散進(jìn)入細(xì)胞的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)主要有氨基酸、單糖、維生素及無(wú)機(jī)鹽等。一般微生物通過(guò)專一的載體蛋白運(yùn)輸相應(yīng)的物質(zhì)，但也有微生物對(duì)同一物質(zhì)的運(yùn)輸由一種以上的載體蛋白來(lái)完成。,特征：,順濃度梯度運(yùn)輸,1.,需要載體參與,2.,不需要消耗能量,3.,促進(jìn)擴(kuò)散,葡,

18、葡,葡,進(jìn)出細(xì)胞的物質(zhì)借助載體蛋白的擴(kuò)散 。,葡,胞外,胞內(nèi),葡,葡,葡,葡,葡,葡,葡,葡,葡,葡,蛋白質(zhì),蛋白質(zhì),3主動(dòng)運(yùn)輸,它的一個(gè)重要特點(diǎn)是物質(zhì)運(yùn)輸過(guò)程中需要消耗能量和載體，而且可以進(jìn)行逆濃度運(yùn)輸。用于各種離子和一些糖類的運(yùn)輸。,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。,主動(dòng)運(yùn)輸,特征：,逆濃度梯度運(yùn)輸,1.,需要載體,2.,需要消耗能量,3.,物質(zhì)逆濃度梯度進(jìn)出細(xì)胞的運(yùn)輸,如：Na+ 、K+、Ca2+ 等離子通過(guò)細(xì)胞膜；葡萄糖、氨基酸通過(guò)小腸上皮細(xì)胞。,K+,K+,K+,K+,ADP+Pi,胞外,胞內(nèi),能量,K+,K+,K+,K+,K+,K+,K+,K+,蛋白質(zhì),蛋白質(zhì)

19、,與促進(jìn)擴(kuò)散相比, 主動(dòng)運(yùn)輸有何重要意義?,最關(guān)鍵的是，微生物通過(guò)主動(dòng)運(yùn)輸可以從各種環(huán)境中吸收到營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，從而對(duì)提高其環(huán)境的適應(yīng)性具有重要作用。,4基團(tuán)移位,基團(tuán)移位是另一種類型的主動(dòng)運(yùn)輸，它與主動(dòng)運(yùn)輸?shù)牟煌幵谟谒幸粋€(gè)復(fù)雜的運(yùn)輸系統(tǒng)(酶系統(tǒng))來(lái)完成物質(zhì)的運(yùn)輸。 其特點(diǎn)是：需要能量，需要載體，可以逆濃度運(yùn)輸，而且物質(zhì)結(jié)構(gòu)在運(yùn)輸過(guò)程中會(huì)發(fā)生化學(xué)變化。,基團(tuán)移位主要存在于厭氧型和兼性厭氧型細(xì)胞中，主要用于各種糖類的運(yùn)輸，脂肪酸、核苷酸、堿基等也可以通過(guò)這種方式運(yùn)輸。,G+PEP 1-P-G+丙酮酸,HPr,E1、E2,比較項(xiàng)目 單純擴(kuò)散 促進(jìn)擴(kuò)散 主動(dòng)運(yùn)輸 基團(tuán)移位 特異載體蛋白 無(wú) 有 有

20、有 運(yùn)送速度 慢 快 快 快 溶質(zhì)運(yùn)送方向 由濃至稀 由濃至稀 由稀至濃由稀至濃 平衡時(shí)內(nèi)外濃度內(nèi)外相等 內(nèi)外相等 內(nèi)部高內(nèi)部高 運(yùn)送分子 無(wú)特異性 特異性 特異性特異性 能量消耗 不需要 需要 需要需要 運(yùn)送前后溶質(zhì)分子不變 不變 不變改變 載體飽和效應(yīng)無(wú) 有 有 有 與溶質(zhì)類似物 無(wú)競(jìng)爭(zhēng)性有競(jìng)爭(zhēng)性有競(jìng)爭(zhēng)性有競(jìng)爭(zhēng)性 運(yùn)送抑制劑 無(wú) 有 有 有 運(yùn)送對(duì)象舉例 水、O2 糖、SO42-氨基酸、乳糖 葡萄糖嘌呤,四種運(yùn)送營(yíng)養(yǎng)方式的比較,知識(shí)總結(jié)：,小分子 及離子,被動(dòng)運(yùn)輸,主動(dòng)運(yùn)輸,單純擴(kuò)散,促進(jìn)擴(kuò)散,順濃度梯度,分子物質(zhì),基團(tuán) 移位,物質(zhì)跨膜運(yùn)輸方式,能量,第四節(jié)培養(yǎng)基,培養(yǎng)基: 應(yīng)科研或生產(chǎn)的

21、需要，由人工配制的、適合于不同微生物生長(zhǎng)繁殖或積累代謝產(chǎn)物用的營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)（混合養(yǎng)料）。,培養(yǎng)基幾乎是一切對(duì)微生物進(jìn)行研究和利用工作的基礎(chǔ),任何培養(yǎng)基都應(yīng)該具備微生物所需要六大營(yíng)養(yǎng)要素（碳源、氮源、無(wú)機(jī)鹽、能源、生長(zhǎng)因子、水）且比例適當(dāng).,任何培養(yǎng)基一旦配成，必須立即進(jìn)行滅菌處理:,常用高壓蒸汽滅菌： 1.05kg/cm2, 121.3, 15-20min； 0.56kg/cm2, 112.6, 15-30min;,絕大多數(shù)微生物都可以在人工培養(yǎng)基上生長(zhǎng)，除少數(shù)嚴(yán)格寄生或共生的微生物外。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

22、養(yǎng)基的用途： 促進(jìn)微生物生長(zhǎng)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,1 培養(yǎng)基的配制原則,培養(yǎng)基組分應(yīng)適合微生物的營(yíng)養(yǎng)特點(diǎn)（目的明確） 營(yíng)養(yǎng)物的濃度與比例應(yīng)恰當(dāng)（營(yíng)養(yǎng)協(xié)調(diào)） 物理化學(xué)條件適宜（條件適宜） 根據(jù)培養(yǎng)目的來(lái)選擇不同來(lái)源的原料（經(jīng)濟(jì)節(jié)約）,1.1 培養(yǎng)基組分應(yīng)適合微生物營(yíng)養(yǎng)特點(diǎn)（目的明確）,即根據(jù)不同微生物的營(yíng)養(yǎng)需要配制不同的培養(yǎng)基。 不同營(yíng)養(yǎng)類型的微生物，其對(duì)營(yíng)養(yǎng)物的需求差異很大。如： 自養(yǎng)型微生物的培養(yǎng)基完全可以（或應(yīng)該）由簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物質(zhì)組成。 異養(yǎng)型微生物的培養(yǎng)基至少需要含有一種有機(jī)物質(zhì)，但有機(jī)物的種類需適應(yīng)所培養(yǎng)菌的特點(diǎn)。

23、 按微生物的主要類群來(lái)說(shuō)，它們所需要的培養(yǎng)基成分也不同: 細(xì)菌：牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基、LB (Luria-Bertani)培養(yǎng)基 放線菌：高氏一號(hào)培養(yǎng)基 真菌：查氏合成培養(yǎng)基、PDA(Potato-Dextrose-Agar)培養(yǎng)基 酵母菌： 麥芽汁培養(yǎng)基 當(dāng)對(duì)“試驗(yàn)菌”營(yíng)養(yǎng)需求特點(diǎn)不清楚的時(shí)候，可以采用生長(zhǎng)譜法進(jìn)行測(cè)定。,1.2 營(yíng)養(yǎng)物的濃度與比例應(yīng)恰當(dāng)（營(yíng)養(yǎng)協(xié)調(diào)）,濃度過(guò)高微生物的生長(zhǎng)受到抑制； 濃度過(guò)小不能滿足微生物生長(zhǎng)的需要； 碳氮比（C/N）直接影響微生物生長(zhǎng)與繁殖及代謝產(chǎn)物的形成與積累，故常作為考察培養(yǎng)基組成時(shí)的一個(gè)重要指標(biāo),碳源中所含碳原子的mol數(shù) 氮源中所含氮原子的mol數(shù),C

24、/N比值=,例：谷氨酸生產(chǎn)中 C/N 4/1時(shí)，菌體大量繁殖，谷氨酸積累少； C/N3/1 時(shí)，菌體生長(zhǎng)受抑制，而谷氨酸大量增加。,注：C/N比有時(shí)也指培養(yǎng)基中還原糖與粗蛋白兩種成分含量之比）,1.3 物理化學(xué)條件適宜（條件適宜）,1.3.1 pH: 各類微生物的最適生長(zhǎng)pH值各不相同： 細(xì) 菌：7.08.0 放線菌：7.5-8.5 酵母菌：3.86.0 霉 菌：4.05.8 在微生物的生長(zhǎng)和代謝過(guò)程中，由于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的利用和代謝產(chǎn)物的形成與積累，培養(yǎng)基的初始pH值會(huì)發(fā)生改變，為了維持培養(yǎng)基pH值的相對(duì)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)基合

25、適的碳氮比。 外源調(diào)節(jié)： 按實(shí)際需要不斷向發(fā)酵液中流加酸液或堿液,1.3.2 滲透壓和水活度（aw）,滲透壓：由溶液中所含分子或離子的質(zhì)點(diǎn)數(shù)決定的，由2種不同濃度的溶液產(chǎn)生的。溶液的質(zhì)點(diǎn)數(shù)越多，產(chǎn)生的滲透壓就越大。 等滲溶液適宜微生物生長(zhǎng) 高滲溶液細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離 低滲溶液細(xì)胞吸水膨脹，直至破裂,大多數(shù)微生物適合在等滲的環(huán)境下生長(zhǎng)。 而有的細(xì)菌如Staphylococcus aureus則能在3mol/L NaCl的高滲溶液中生長(zhǎng)。 能在高鹽環(huán)境（2.86.2g/L NaCl）生長(zhǎng)的微生物常被稱為嗜鹽微生物（Halophiles）。,水活度,在人為或天然環(huán)境中，微生物可實(shí)際利用的自由水或游離水

26、的含量. 一般用：在一定的溫度和壓力條件下,溶液的蒸汽壓力與同樣條件下純水蒸汽壓力之比表示，即： aw=Pw/Pow 式中Pw代表溶液蒸汽壓力, P0w代表純水蒸汽壓力。 純水a(chǎn)w為1.00。 溶液中溶質(zhì)越多, aw越小。,微生物一般在aw為0.600.99的條件下生長(zhǎng) aw過(guò)低時(shí),微生物生長(zhǎng)的遲緩期延長(zhǎng),比生長(zhǎng)速率和總生長(zhǎng)量減少 微生物不同，其生長(zhǎng)的最適aw不同。,1.3.3 氧化還原電勢(shì)(redox potential),是度量系統(tǒng)中還原劑釋放電子或氧化劑接受電子趨勢(shì)的指標(biāo)，以Eh表示，其單位是V（伏）或mV（毫伏） 各種微生物對(duì)培養(yǎng)基的氧化還原電勢(shì)的要求不同： 好氧微生物：+0.3+0.

27、4V,(在0.1V以上的環(huán)境中均能生長(zhǎng)) 厭氧微生物：只能在+0.1V以下生長(zhǎng) 兼性厭氧微生物：+0.1V以上呼吸、+0.1V以下發(fā)酵 培養(yǎng)基是多氧化還原偶的復(fù)雜電化學(xué)系統(tǒng)，測(cè)出的Eh值僅代表其綜合結(jié)果。 對(duì)微生物影響最大的是：分子氧和分子氫的濃度 培養(yǎng)基中常用的還原劑：巰基乙酸、抗壞血酸、硫化氫、半胱氨酸、谷胱甘肽、二硫蘇糖醇等。,1.4 根據(jù)培養(yǎng)基的應(yīng)用目的選擇原料及其來(lái)源（經(jīng)濟(jì)節(jié)約）,該培養(yǎng)基的應(yīng)用目的，即： 是培養(yǎng)菌體還是積累代謝產(chǎn)物？ 是實(shí)驗(yàn)室種子培養(yǎng)還是大規(guī)模發(fā)酵？ 代謝產(chǎn)物是初級(jí)代謝產(chǎn)物還是次級(jí)代謝產(chǎn)物？,用于培養(yǎng)菌體、種子的培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)應(yīng)豐富，氮源含量宜高（碳氮比低）； 用于大量

28、生產(chǎn)代謝產(chǎn)物的培養(yǎng)基其氮源一般應(yīng)比種子培養(yǎng)基稍低，（但若發(fā)酵產(chǎn)物是含氮化合物時(shí)，有時(shí)還應(yīng)提高培養(yǎng)基的氮源含量）；若代謝產(chǎn)物是次級(jí)代謝產(chǎn)物時(shí)要考慮是否加入特殊元素或特定的代謝產(chǎn)物； 當(dāng)所設(shè)計(jì)的是大規(guī)模發(fā)酵用的培養(yǎng)基時(shí)，應(yīng)重視培養(yǎng)基中各成份的來(lái)源和價(jià)格，應(yīng)選擇來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉 的原料，提倡以粗代精，以廢代好。,經(jīng)濟(jì)節(jié)約原則,以粗代精,以野代家,以廢代好,以國(guó)代進(jìn),以簡(jiǎn)代繁,以氮代朊,以烴代糧,以纖代糖,2.1 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(duì)“癥”下料初級(jí)天然培養(yǎng)基. 2.2 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

29、配方. 2.3 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.,2 設(shè)計(jì)培養(yǎng)基的方法,2.4 試驗(yàn)比較 *不同培養(yǎng)基配方的選擇比較 *單種成分來(lái)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),附1： 培養(yǎng)基配制時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)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,高壓蒸氣滅菌 一般培養(yǎng)基: 1.05 Kg/cm2, 121.3, 15-20 min 含糖培養(yǎng)基: 0.56 Kg/cm2, 112.6 , 20-30 min 過(guò)濾滅菌 分別滅菌 間歇滅菌的應(yīng)用,附2：培養(yǎng)基的滅菌,附圖：過(guò)濾滅菌,附3：器皿

30、的滅菌及無(wú)菌室的消毒,器皿的滅菌： 干熱空氣： 160， 2 小時(shí) 無(wú)菌室的消毒： 紫外線 化學(xué)藥物熏蒸（苯酚；高錳酸鉀+甲醛）,3 培養(yǎng)基的種類及其應(yīng)用,按所培養(yǎng)微生物的類群分類 按培養(yǎng)目的來(lái)分類 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（或用途）分類,培養(yǎng)基的種類,3.1 根據(jù)微生物的類群來(lái)分 細(xì)菌培養(yǎng)基 放線菌培養(yǎng)基 酵母菌培養(yǎng)基 霉菌培養(yǎng)基等。,3.2 根據(jù)培養(yǎng)目的來(lái)分 種子培養(yǎng)基(seed culture medium)是為保證發(fā)酵生產(chǎn)獲得大量?jī)?yōu)質(zhì)種子而設(shè)計(jì)的培養(yǎng)基。 特點(diǎn)是營(yíng)養(yǎng)較豐富，氮源比例較高。有時(shí)為使菌種能迅速適應(yīng)后面的發(fā)酵條件，還有意識(shí)地加入發(fā)酵培養(yǎng)基

31、的基質(zhì)。 發(fā)酵培養(yǎng)基(fermentation medium)用于生產(chǎn)預(yù)定發(fā)酵產(chǎn)物，一般以碳為主要元素，碳源含量往往高于種子培養(yǎng)基。大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)，原料應(yīng)價(jià)廉易得，還應(yīng)有利于下游的分離提取。,-1,細(xì)菌培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)肉湯（nutrient broth)： 牛肉膏 3g； 水 1000ml； 蛋白胨 5g ； NaCl 5g ; pH 7.27.4 放線菌培養(yǎng)基高氏1號(hào)（淀粉硝酸鹽培養(yǎng)基）： 可溶性淀粉 20g； KNO3 1g; K2HPO4 1g MgSO4 0.5g NaCl 1g; FeSO47H2O 0.5g 水 1000ml; pH 7.27.4 霉菌培養(yǎng)基查氏（zapek)培養(yǎng)基（蔗糖硝

32、酸鹽培養(yǎng)基）： 蔗糖 30g; NaNO3 3g; MgSO4.H2O 0.5g; KCl 0.5g; K2HPO4 1g; FeSO4 0.5g 水 1000ml; pH 6.7,酵母菌麥芽汁培養(yǎng)基 干麥芽粉加4倍水，在50-60糖化3-4小時(shí)，用碘液試驗(yàn)檢查至糖化完全為止，調(diào)整糖液濃度為10。巴林，煮沸后，紗布過(guò)濾，調(diào)pH為6.0。,如：味精生產(chǎn) 一級(jí)種子（北京棒狀桿菌AS1.299，用搖床培養(yǎng)）培養(yǎng)基配方：,葡萄糖 3% 玉米漿 2.53.5% 尿素 0.30.5% K2HPO4 0.10.2% MgSO4 0.05%,二級(jí)種子（1200升發(fā)酵罐）培養(yǎng)基配方： 以3-5%淀粉水解糖代替3

33、%葡萄糖，其他成分同一級(jí)種子。,發(fā)酵培養(yǎng)基（50-100t發(fā)酵罐）：基本同二級(jí)種子液。,3.3 根據(jù)對(duì)培養(yǎng)基成分的了解程度來(lái)分 3.3.1天然培養(yǎng)基(complex medium)：也稱作chemically undefined medium。 利用化學(xué)成分還不完全清楚或不恒定的天然物質(zhì)（如肉湯、蛋白胨、麥芽汁、酵母汁、豆芽汁、玉米粉、牛奶、血清等）制成的培養(yǎng)基。 天然培養(yǎng)基比較經(jīng)濟(jì)，除實(shí)驗(yàn)室經(jīng)常使用外，更適宜于在生產(chǎn)上用來(lái)大規(guī)模地培養(yǎng)微生物和生產(chǎn)微生物產(chǎn)品。,3.3.2 合成（組合）培養(yǎng)基(synthetic medium)： 也稱作chemically defined medium. 由化

34、學(xué)成分完全了解的物質(zhì)配制而成的培養(yǎng)基。該類培養(yǎng)基的組成成分清楚，重復(fù)性強(qiáng)，但微生物生長(zhǎng)較慢，且價(jià)格較貴。 故一般適于在實(shí)驗(yàn)室范圍內(nèi)及有關(guān)微生物營(yíng)養(yǎng)需要、代謝、分類鑒定、生物測(cè)定以及菌種選育、遺傳分析等方面的研究工作。 如高氏培養(yǎng)基、察氏培養(yǎng)基等都是合成培養(yǎng)基.,3.3.3 半合成（組合）培養(yǎng)基(semi-defined medium)： 在合成培養(yǎng)基的基礎(chǔ)上添加些天然成份，以更有效地滿足微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物的需要. 如馬鈴薯-蔗糖培養(yǎng)基,3.4 根據(jù)培養(yǎng)基的物理狀態(tài)來(lái)分 3.4.1 液體培養(yǎng)基(liquid medium)： 液體培養(yǎng)基不含任何凝固劑，菌體與培養(yǎng)基充分接觸，操作方便。 常用于大規(guī)模的

35、工業(yè)化生產(chǎn)以及在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行微生物生理代謝等基本理論的研究工作。 可根據(jù)培養(yǎng)后的“濁度”判斷微生物的生長(zhǎng)情況.,3.4.2 固體培養(yǎng)基(solid medium)： 天然固體營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)制成的培養(yǎng)基（如培養(yǎng)霉菌的培養(yǎng)基），或在液體培養(yǎng)基中加入一定量凝固劑（瓊脂1.52)而呈固體狀態(tài)的培養(yǎng)基 為微生物的生長(zhǎng)提供營(yíng)養(yǎng)表面 常用于微生物的分離、純化、計(jì)數(shù)、生理測(cè)定、育種和菌種保藏等方面的研究。 可依使用目的不同而制成斜面、平板等形式.,3.4.3半固體培養(yǎng)基(semi-solid medium)： 在液體培養(yǎng)基中加入0.2-0.7的瓊脂構(gòu)成的培養(yǎng)基。常用來(lái)觀察細(xì)菌運(yùn)動(dòng)的特征，以進(jìn)行菌種鑒定.以及測(cè)定噬菌體效價(jià)等等 .,1.不被微生物分解、利用、液化； 2.