微生物的營(yíng)養(yǎng)和培養(yǎng)基講課

1、微生物的營(yíng)養(yǎng)和培養(yǎng)基講課第四章 微生物營(yíng)養(yǎng)第一節(jié) 微生物細(xì)胞的化學(xué)組成第二節(jié) 微生物的營(yíng)養(yǎng)要素第三節(jié) 微生物的營(yíng)養(yǎng)類型第四節(jié) 微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收方式第五節(jié) 培養(yǎng)基 其化學(xué)組成與其他高等動(dòng)植物一樣，細(xì)胞也是大量元素碳、氫、氧、氮、磷、硫（這六種元素占細(xì)菌細(xì)胞干重的97，）和微量元素鐵、錳、鋅等構(gòu)成。這些元素以有機(jī)物質(zhì)，水和無機(jī)物質(zhì)的形式存在于細(xì)胞中。有機(jī)物主要有蛋白質(zhì)、糖、脂、核酸、維生素及它們的降解產(chǎn)物、代謝產(chǎn)物等；無機(jī)物則是單獨(dú)存在于細(xì)胞原生質(zhì)內(nèi)的無機(jī)鹽等灰分物質(zhì)，參與有機(jī)物組成；水是細(xì)胞中的一種主要成分，可占細(xì)胞干重的90以上：細(xì)菌80%左右、酵母菌75%左右、霉菌85%左右；霉菌孢子

2、含水約39%、細(xì)菌芽孢核心部分的含水量低于30%。 第一節(jié) 微生物細(xì)胞的化學(xué)組成微生物細(xì)胞中幾種主要元素的含量（細(xì)胞干重的百分?jǐn)?shù)） 元素 細(xì)菌 酵母菌 霉菌 碳 50 49.8 47.9 氮 15 12.4 5.2 氫 8 6.7 6.7 氧 20 31.1 40.2微生物細(xì)胞的化學(xué)組成 主要成分 細(xì)菌 酵母菌 霉菌 水分 7585 7080 8590（占細(xì)胞鮮重的%） 蛋白質(zhì) 5080 3275 1415 占 細(xì) 碳水化合物 1228 2763 740 胞 干 脂肪 520 215 440 重 的 核酸 1020 6 8 1 % 無機(jī)鹽 230 3.87 612 第二節(jié) 微生物的營(yíng)養(yǎng)要素營(yíng)養(yǎng)

3、物（nutrient）：那些能夠滿足機(jī)體生長(zhǎng)、繁殖和完成各種生理活動(dòng)所需要的物質(zhì)通常稱為微生物的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。 營(yíng)養(yǎng)（或叫營(yíng)養(yǎng)作用，nutrition ）： 微生物獲得與利用營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的過程通常稱為營(yíng)養(yǎng)。 微生物細(xì)胞也和其他高等生物細(xì)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(yíng)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(zhǎng)因子、無機(jī)鹽和水。 一、碳源（carbon source） 凡是提供微生物營(yíng)養(yǎng)所需的碳元素（碳架）的營(yíng)養(yǎng)源，稱為碳源?？煞譃橛袡C(jī)碳源和無機(jī)碳源。碳源是微生物需要量最大的營(yíng)養(yǎng)物，又稱大量營(yíng)養(yǎng)物。 碳源物質(zhì)的功能 構(gòu)成細(xì)胞物質(zhì)；為機(jī)體提供整個(gè)

4、生理活動(dòng)所需要的能量（異養(yǎng)微生物）。 微生物的碳源譜 微生物可利用的碳源范圍 。 無機(jī)含碳化合物：如CO2和碳酸鹽等。 有機(jī)含碳化合物：糖與糖的衍生物、脂類、醇類。有機(jī)酸、烴類、芳香族化合物以及各種含氮的化合物。 微生物不同，利用上述含碳化合物的能力不同，如假單胞菌屬中的某些種可以利用90種以上的不同類型的碳源物質(zhì)；而某些甲基營(yíng)養(yǎng)型細(xì)菌只能利用甲醇或甲烷等一碳化合物進(jìn)行生長(zhǎng)。 類型元素水平 化合物水平 培養(yǎng)基原料水平有機(jī)碳CHONX復(fù)雜蛋白質(zhì)、核酸等牛肉膏、蛋白胨、花生餅粉等CHON多數(shù)氨基酸、簡(jiǎn)單蛋白質(zhì)等一般氨基酸、明膠等CHO糖、有機(jī)酸、醇、脂類等葡萄糖、蔗糖、各種淀粉、糖蜜等CH烴類天然

5、氣、石油及其不同餾份、石蠟油等無機(jī)碳C(?)COCO2CO2COXNaHCO3NaHCO3、CaCO3、白堊等微生物的碳源譜微生物依據(jù)碳源譜的分類（1）異養(yǎng)微生物凡必須利用有機(jī)碳源的微生物為異養(yǎng)微生物。有些種類尤其是生長(zhǎng)在動(dòng)物血液、組織和腸道中的致病菌，還須提供少量CO2作碳源才能滿足其正常生長(zhǎng)。（2）自養(yǎng)微生物凡以無機(jī)碳源為主要碳源的微生物為自養(yǎng)微生物。 二、氮源(nitrogen source) 凡是提供微生物營(yíng)養(yǎng)所需的氮元素的營(yíng)養(yǎng)源，稱為氮源。可分為有機(jī)氮源和無機(jī)氮源兩類。 氮源物質(zhì)的主要作用 是合成細(xì)胞 中含氮物質(zhì)，少數(shù)自養(yǎng)細(xì)菌能利用銨鹽、硝酸鹽作為機(jī)體生長(zhǎng)的氮源與能源，某些厭氧細(xì)菌在

6、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。 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(jī)氮NCHOX復(fù)雜蛋白質(zhì)、核酸等牛肉膏、酵母膏、餅粕粉、蠶蛹粉等NCHO尿素、一般氨基酸、簡(jiǎn)單蛋白質(zhì)等尿素、蛋白胨、明膠等無機(jī)氮NHNH3、銨鹽等(NH4)2SO4等NO硝酸鹽等KNO3等NN2空氣 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?dú)獾群?jiǎn)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。 人們可利用氨基酸自養(yǎng)型微生物將尿素、銨鹽、硝酸

7、鹽甚至氮?dú)獾攘畠r(jià)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。 三、能源 能為微生物的生命活動(dòng)提供最初能量來源的營(yíng)養(yǎng)物或輻射能。微生物所能利用的能源范圍叫能源譜。分為化學(xué)物質(zhì)和輻射能兩類。 微生物的能源譜： 有機(jī)物：化能異養(yǎng)微生物的能源（同碳源） 化學(xué)物質(zhì) 能源譜： 無機(jī)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(jiǎn)單。 微生物依據(jù)能源譜的分類（1）化能營(yíng)養(yǎng)型微生物以化學(xué)物質(zhì)作為最初能量來源的微生物叫化

8、能營(yíng)養(yǎng)型微生物。（2）光能營(yíng)養(yǎng)型微生物以光這種輻射能作為最初能量來源的微生物叫光能營(yíng)養(yǎng)型微生物。微生物營(yíng)養(yǎng)物功能的多重性（1）單功能營(yíng)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(yíng)養(yǎng)物 對(duì)一切異養(yǎng)微生物來說，其碳源又兼作能源，這種碳源（營(yíng)養(yǎng)物）稱雙功能營(yíng)養(yǎng)物?；茏责B(yǎng)微生物的能源物質(zhì)無機(jī)養(yǎng)料常常是雙功能的（如： NH4+ 既是硝酸細(xì)菌的能源，又是它的氮源。）（3）多功能營(yíng)養(yǎng)物有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物常有雙功能或三功能作用，既是異養(yǎng)微生物的能源，又是它們的碳源或氮源。四、生長(zhǎng)因子（growth factor） 是一類對(duì)微生物正常代謝必不可少且不能用簡(jiǎn)單的碳源或氮源自行合成的有機(jī)物。微生物的生長(zhǎng)因

9、子譜： 狹義一般指維生素。廣義除維生素外，還包括堿基、卟啉及其衍生物、甾醇、胺類、C4C6的分支或直鏈脂肪酸以及需要量較大的氨基酸。由于它沒有能源、碳源和氮源等結(jié)構(gòu)材料的功能，需要量一般很少。 缺乏合成生長(zhǎng)因子能力的微生物稱為“營(yíng)養(yǎng)缺陷型”微生物。 生長(zhǎng)因子的功能既不構(gòu)成細(xì)胞主要物質(zhì)，也不是能源物質(zhì)，但有重要生理功能。（1）構(gòu)成酶的輔基或輔酶的成分，在代謝調(diào)節(jié)中起重要作用。（2）構(gòu)成核酸的組成部分。微生物依據(jù)對(duì)生長(zhǎng)因子需要的分類（1）生長(zhǎng)因子自養(yǎng)型微生物 不需要從外界吸收任何生長(zhǎng)因子的微生物叫生長(zhǎng)因子自養(yǎng)型微生物。（2）生長(zhǎng)因子異養(yǎng)型微生物 需要從外界吸收多種生長(zhǎng)因子才能維持正常生長(zhǎng)的微生物叫

10、生長(zhǎng)因子異養(yǎng)型微生物。（3）生長(zhǎng)因子過量合成微生物 少數(shù)微生物在其代謝活動(dòng)中，能合成并分泌大量的維生素等生長(zhǎng)因子，這樣的微生物叫生長(zhǎng)因子過量合成微生物。五、無機(jī)鹽 是微生物生長(zhǎng)必不可少的一類營(yíng)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(jī)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(zhǎng)所需濃度在10-310-4mol/L） 微量元素：Cu、Zn、Mn、Mo、Co等。（微生物生長(zhǎng)所需濃度在10-610-8mol/L）一般微生物生長(zhǎng)所需要的無機(jī)鹽有：硫酸鹽、磷酸鹽、氯化物以及含有鈉、鉀、鎂、鐵等金屬元素的化合物。無機(jī)鹽的生理功能 細(xì)胞內(nèi)一般分子成分

11、（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（M g2+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(jī) 特殊功能 鹽 無氧呼吸時(shí)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(gòu)成分（Co、Mo等）無機(jī)元素的來源和功能元素人為提供形式生 理 功 能PKH2PO4、K2HPO4核酸、磷酸和輔酶的成分SMgSO4含硫氨基酸、含硫維生素成分KKH2PO4、K2HPO4酶的輔因子、維持電位差和滲透壓NaNaCl維持滲透壓、某些細(xì)菌和藍(lán)細(xì)菌需要CaCa(

12、NO3)2、CaCl2胞外酶穩(wěn)定劑、蛋白酶輔因子、細(xì)菌芽孢和 真菌孢子形成MgMgSO4固氮酶輔因子、葉綠素成分FeFeSO4Cyt成分；合成葉綠素、白喉毒素和氯高鐵血紅素所需MnMnSO4超氧化物歧化酶、氨肽酶、L-阿拉伯糖異構(gòu)酶等的輔因子CuCuSO4氧化酶、酪氨酸酶的輔因子ZnZnSO4堿性磷酸酶、脫氫酶、肽酶、脫羧酶輔因子Mo(NH4)6Mo7O24固氮酶和同化型及異化型硝酸鹽還原酶的成分六、水分 水分是生物細(xì)胞的主要化學(xué)成分，其重要的生理功能表現(xiàn)在下列幾個(gè)方面： 1、細(xì)胞的構(gòu)成成分。 2、一系列生理生化反應(yīng)的反應(yīng)介質(zhì),參與許多生理生化反應(yīng)。 3、維持細(xì)胞的膨壓（控制細(xì)胞形態(tài)）。 4、

13、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(xì)胞的溫度驟然上升。有效地控制細(xì)胞內(nèi)的溫度變化。 5、維持各種生物大分子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。自養(yǎng)微生物 光能自養(yǎng)微生物（光無機(jī)營(yíng)養(yǎng)型） 化能自養(yǎng)微生物（化能無機(jī)營(yíng)養(yǎng)型)異養(yǎng)微生物 光能異養(yǎng)微生物（光能有機(jī)營(yíng)養(yǎng)型） 化能異養(yǎng)微生物（化能有機(jī)營(yíng)養(yǎng)型） 第三節(jié) 微生物的營(yíng)養(yǎng)類型根據(jù)生長(zhǎng)所需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的性質(zhì)，可將微生物分成兩種基本的營(yíng)養(yǎng)類型：根據(jù)生長(zhǎng)所需的碳源分為兩種類型： 異養(yǎng)型生物：在生長(zhǎng)時(shí)需要以復(fù)雜的有機(jī)物質(zhì)作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。自養(yǎng)型生物：在生長(zhǎng)時(shí)能以簡(jiǎn)單的無機(jī)物質(zhì)作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。動(dòng)物屬于異養(yǎng)型生物，植物，而微生物既有異養(yǎng)型的也有自養(yǎng)型的，大多數(shù)微生物屬于

14、異養(yǎng)型生物，少數(shù)微生物屬于自養(yǎng)型生物。 根據(jù)生長(zhǎng)時(shí)能量的來源不同，又可將生物分成兩種類型：化能營(yíng)養(yǎng)型生物：依靠化合物氧化釋放的能量進(jìn)行生長(zhǎng)。光能營(yíng)養(yǎng)型生物：依靠光能進(jìn)行生長(zhǎng)。動(dòng)物和大部分微生物屬于化能營(yíng)養(yǎng)型生物，它們從物質(zhì)的氧化過程中獲得能量。植物和少部分微生物屬于光能營(yíng)養(yǎng)型生物。 營(yíng)養(yǎng)類型 能源 氫供體基本碳源 實(shí) 例光能無機(jī)營(yíng)養(yǎng)型(光能自養(yǎng)型)光無機(jī)物CO2藍(lán)細(xì)菌,紫硫細(xì)菌,綠硫細(xì)菌,藻類光能有機(jī)營(yíng)養(yǎng)型(光能異養(yǎng)型)光有機(jī)物CO2及簡(jiǎn)單有機(jī)物紅螺菌科的細(xì)菌(即紫色無硫細(xì)菌)化能無機(jī)營(yíng)養(yǎng)型(化能自養(yǎng)型)無機(jī)物無機(jī)物CO2硝化細(xì)菌,硫化細(xì)菌,鐵細(xì)菌,氫細(xì)菌,硫磺細(xì)菌等化能有機(jī)營(yíng)養(yǎng)型(化能異養(yǎng)型

15、)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微生物的營(yíng)養(yǎng)類型第四節(jié) 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的方式 除原生動(dòng)物外，其他各大類有細(xì)胞的微生物都是通過細(xì)胞膜的滲透和選擇吸收作用從外界吸收營(yíng)養(yǎng)物的。細(xì)胞膜運(yùn)送營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)有四種方式： 一、單純擴(kuò)散二、促進(jìn)擴(kuò)散三、主動(dòng)運(yùn)送四、基團(tuán)移位1、單純擴(kuò)散(simple diffusion)又稱被動(dòng)擴(kuò)散（ passive diffusion）。細(xì)胞膜在無載體蛋白的參與下，單純依靠物理擴(kuò)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(dòng)通過的一種物質(zhì)運(yùn)送方式。特點(diǎn)：（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(yùn)送（4）物質(zhì)在運(yùn)送的過程中既不與膜上的

16、分子發(fā)生反應(yīng)，本身的結(jié)構(gòu)也不發(fā)生變化（5）運(yùn)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(jī)鹽、代謝抑制劑和某些氨基酸分子。 單純擴(kuò)散模式圖細(xì)胞膜外細(xì)胞膜內(nèi)細(xì)胞膜三指溶質(zhì)在運(yùn)送過程中，必須借助存在于細(xì)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(kuò)散性運(yùn)送方式。2、促進(jìn)擴(kuò)散 (facilitated diffusion/transport)特點(diǎn)（1）通過膜上載體蛋白的構(gòu)象變化，把膜外高濃度溶質(zhì)擴(kuò)散到膜內(nèi)（2） 不消耗能量（3） 不能逆濃度梯度運(yùn)送（4） 物質(zhì)在運(yùn)送的過程中既不與膜上的分子發(fā)生反應(yīng)，本身的結(jié)構(gòu)也不發(fā)生變化（5） 運(yùn)送的物質(zhì)有特異性（SO42-、PO4

17、3-、糖（真核生物） 促進(jìn)擴(kuò)散的運(yùn)輸方式多見于真核微生物中，例如通常在厭氧生活的酵母菌中，某些物質(zhì)的吸收和代謝產(chǎn)物的分泌是通過這種方式完成的。促進(jìn)擴(kuò)散模式圖細(xì)胞膜細(xì)胞膜外細(xì)胞膜內(nèi)恢復(fù)原構(gòu)象移位再循環(huán)結(jié)合構(gòu)象改變3、主動(dòng)運(yùn)輸(Active transport)一類必須提供能量并通過細(xì)胞膜上特異性載體蛋白構(gòu)象的變化，而使膜外環(huán)境中低濃度的溶質(zhì)運(yùn)入膜內(nèi)的一種運(yùn)送方式。主動(dòng)運(yùn)輸是微生物吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的主要方式。運(yùn)送的對(duì)象有：氨基酸、乳糖等糖類、Na+、Ca2+等無機(jī)離子。特點(diǎn)：物質(zhì)在主動(dòng)運(yùn)輸?shù)倪^程中（1） 通過膜上載體蛋白的構(gòu)象變化把膜上溶質(zhì)擴(kuò)散到膜內(nèi)（2） 消耗能量（3） 能逆濃度梯度運(yùn)送（4） 物質(zhì)

18、在運(yùn)送的過程中既不與膜上的分子發(fā)生反應(yīng)，本身的結(jié)構(gòu)也不發(fā)生變化（5） 運(yùn)送的物質(zhì)有特異性 主動(dòng)運(yùn)輸模式圖細(xì)胞膜細(xì)胞膜外細(xì)胞膜內(nèi)恢復(fù)原構(gòu)象移位再循環(huán)結(jié)合構(gòu)象改變ADP+PiATP 一類需載體蛋白的參與，又需耗能的一種物質(zhì)運(yùn)送方式，溶質(zhì)在運(yùn)送過程中還會(huì)發(fā)生分子結(jié)構(gòu)的變化。 基團(tuán)移位主要存在于厭氧和兼性厭氧型細(xì)菌中。 此系統(tǒng)由24種蛋白組成，運(yùn)送一種糖至少4種蛋白參與；每輸入一個(gè)葡萄糖分子要消耗一個(gè)ATP的能量。4、基團(tuán)移位(Group translocation)特點(diǎn)（1） 通過膜上載體蛋白把膜上溶質(zhì)擴(kuò)散到膜內(nèi)（2） 消耗能量（3） 能逆濃度梯度運(yùn)送（4） 物質(zhì)在運(yùn)送的過程與膜上的分子發(fā)生反應(yīng)，本

19、身的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化（5） 運(yùn)送的物質(zhì)有特異性，主要用于運(yùn)送各種糖類、核苷酸、丁酸和腺嘌呤等在酶的作用下HPr被激活在酶的作用下P-HPr將磷酸轉(zhuǎn)移給糖運(yùn)送機(jī)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(yùn)送步驟:分兩步進(jìn)行。1.熱穩(wěn)載體蛋白(HPr)的激活 細(xì)胞內(nèi)高能化合物磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）的磷酸基團(tuán)通過酶的作用把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(xì)胞膜上，具有高能磷酸載體的作用。 酶 是一種可溶性細(xì)胞質(zhì)蛋白。HPr和酶在磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)中，均無底物特異性。基團(tuán)移位模式圖2、糖被磷酸化后運(yùn)入膜內(nèi)（1）膜外環(huán)境中

20、的糖先與膜外表面上的底物特異蛋白酶c結(jié)合； （2） 糖分子被由PHPr 酶a 酶b 逐級(jí)傳遞來的磷酸基團(tuán)激活； HPrP + G GP + HPr 3） 通過酶c再把這一磷酸糖釋放到細(xì)胞質(zhì)中酶是一種結(jié)合于細(xì)胞膜上的蛋白，它對(duì)底物具有特異性選擇作用，因此細(xì)胞膜上可誘導(dǎo)出一系列與底物分子相應(yīng)的酶 。酶 基團(tuán)移位模式圖細(xì)胞膜外細(xì)胞膜內(nèi)SSSS細(xì)胞膜Enz2Enz2Enz2Enz2SSHPrPPHPrEnz1+ PEP丙酮酸四種運(yùn)輸營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)方式的比較比較項(xiàng)目單純擴(kuò)散促進(jìn)擴(kuò)散主動(dòng)運(yùn)輸基團(tuán)轉(zhuǎn)位特異載體蛋白運(yùn)輸速度物質(zhì)運(yùn)輸方向胞內(nèi)外濃度運(yùn)輸分子能量消耗運(yùn)輸后物質(zhì)的結(jié)構(gòu)無慢由濃至稀相等無特異性不需要不變有快由

21、濃至稀相等特異性不需要不變有快由稀至濃胞內(nèi)濃度高特異性需要不變有快由稀至濃胞內(nèi)濃度高特異性需要改變第五節(jié) 培養(yǎng)基 培養(yǎng)基是人工配制的、適合于微生物生長(zhǎng)繁殖或積累代謝產(chǎn)物的營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)。它是進(jìn)行科學(xué)研究，發(fā)酵生產(chǎn)微生物制品等的基礎(chǔ) 。任何培養(yǎng)基都應(yīng)具備微生物生長(zhǎng)所需要的六大類營(yíng)養(yǎng)要素，且其間比例是合適的。難養(yǎng)菌：不能在人工培養(yǎng)基上生長(zhǎng)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(shí)應(yīng)盡快配制并滅菌，否則會(huì)雜菌叢生，并破壞固有的成分和性質(zhì)。一、選用和設(shè)計(jì)培養(yǎng)基的原則和方法（一） 四個(gè)原則1 目的明確2 營(yíng)養(yǎng)協(xié)調(diào)3 理化適宜4 經(jīng)濟(jì)節(jié)約1、目的明確擬培養(yǎng)何菌、獲何產(chǎn)物、實(shí)

22、驗(yàn)室研究還是大生產(chǎn)用等等。根據(jù)不同微生物的營(yíng)養(yǎng)需要配制不同的培養(yǎng)基，如自養(yǎng)型微生物的培養(yǎng)基完全可以（或應(yīng)該）由簡(jiǎn)單的無機(jī)物質(zhì)組成。異養(yǎng)微生物的培養(yǎng)基至少需要含有一種有機(jī)物質(zhì)。 按微生物的主要類群來說，又有細(xì)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，分別稱為牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基，高氏1號(hào)合成培養(yǎng)基，麥芽汁培養(yǎng)基，查氏合成培養(yǎng)基。2 、營(yíng)養(yǎng)協(xié)調(diào)微生物細(xì)胞內(nèi)各成分間有一較穩(wěn)定的比例。對(duì)微生物細(xì)胞組成元素的調(diào)查分析是設(shè)計(jì)培養(yǎng)基時(shí)的重要參考依據(jù)。（1）化能異養(yǎng)菌的培養(yǎng)基中各營(yíng)養(yǎng)要素間的比例：各營(yíng)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 KMg

23、生長(zhǎng)因子含量：10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 （2）營(yíng)養(yǎng)物對(duì)微生物生長(zhǎng)的影響 培養(yǎng)基中各營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)之間的濃度比會(huì)直接影響微生物的生長(zhǎng)和繁殖，或影響代謝產(chǎn)物的形成和積累。濃度合適的條件下才表現(xiàn)出良好的作用，在濃度大時(shí)會(huì)對(duì)微生物的生長(zhǎng)起抑制作用（如糖類、重金屬離子等在濃度大時(shí)抑菌或殺菌），濃度小時(shí)不能滿足微生物生長(zhǎng)的需要。其中以培養(yǎng)基中的C/N更為明顯。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。 配制培養(yǎng)基時(shí)要注意C源與N源之間的相對(duì)比例，有重要意義。C/N的高低直接影響各類微生物的生長(zhǎng)和繁殖。一般來說，真菌需C/N比較高的培

24、養(yǎng)基，細(xì)菌尤其是動(dòng)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）。3、理化適宜 指培養(yǎng)基的pH值、滲透壓、水活度和氧化還原勢(shì)等物理化學(xué)條件較為適宜。 （1） pH1） 各類微生物生長(zhǎng)適宜的pH范圍細(xì)菌：7.08.0； 放線菌：7.58.5；酵母菌：3.86.0； 霉菌：4.05.8；藻類：6.07.0； 原生動(dòng)物：6.08.0。但對(duì)某一具體微生物的物種來說，其生長(zhǎng)的最適pH范圍常可突破此界限，其中一些嗜極菌更為突出。2）培養(yǎng)基pH值的控制調(diào)節(jié) 在微生物的生長(zhǎng)和代謝過程中，由于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的利用和代謝產(chǎn)物的形成與積累

25、，常會(huì)改變培養(yǎng)基的pH值，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)基的碳氮比。 內(nèi)源調(diào)節(jié)方式有兩種： 借磷酸緩沖液進(jìn)行調(diào)整 以CaCO3或NaHCO3作 “備用堿”進(jìn)行調(diào)整外源調(diào)節(jié)：按實(shí)際需要流加酸或堿液。（2） 滲透壓和水活度1） 滲透壓 與微生物細(xì)胞滲透壓相等的等滲溶液最適微生物的生長(zhǎng); 高滲溶液會(huì)使細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離; 低滲溶液會(huì)使細(xì)胞吸水膨脹，對(duì)于細(xì)胞壁脆弱或缺壁菌會(huì)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(zhǎng)，而有的菌如Staphylococcus aureus則能在3mol/L NaCl的高滲溶液中生長(zhǎng)。

26、 能在高鹽環(huán)境（2.86.2/L NaCl）生長(zhǎng)的微生物常被稱為嗜鹽微生物（Halophiles）。2） 水活度（aW，water activity）在天然和人為環(huán)境中，微生物可實(shí)際利用的自由水或游離水的含量。其涵義為：在同溫同壓下，某溶液的蒸汽壓與純水蒸汽壓之比。 aW = P / P0各種微生物的生長(zhǎng)繁殖范圍的aW值在0.9980.60之間，不同種類微生物生長(zhǎng)繁殖所需要的aW值不同。（3） 氧化還原勢(shì)（Eh）1）各類微生物生長(zhǎng)的Eh 值Eh對(duì)微生物的生長(zhǎng)有明顯的影響，各種微生物生長(zhǎng)所要求的Eh不同。一般好氧菌生長(zhǎng)Eh的值為+0.3+0.4V；兼性厭氧菌在+0.1V以上時(shí)進(jìn)行好氧呼吸產(chǎn)能，在

27、+0.1V以下時(shí)進(jìn)行發(fā)酵產(chǎn)能；而厭氧菌只能生長(zhǎng)在+0.1V以下的環(huán)境中。2）培養(yǎng)基的Eh值調(diào)節(jié)在培養(yǎng)基中加入還原性物質(zhì)能降低Eh值以培養(yǎng)厭氧微生物往培養(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4 經(jīng)濟(jì)節(jié)約配制培養(yǎng)基時(shí)，應(yīng)盡量考慮利用價(jià)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(yīng)該考慮到這一點(diǎn)，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(jiǎn)代繁、以氮代朊、以纖代糖、以烴代糧、以“國”代“進(jìn)”。（二） 四種方法 1 生態(tài)模擬 2 參閱文獻(xiàn) 3 精心設(shè)計(jì) 4 試驗(yàn)比較二、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

28、按培養(yǎng)基的功能分類根據(jù)所培養(yǎng)微生物的微生物類群來分 細(xì)菌培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)肉湯（nutrient broth)： 牛肉膏 3g；蛋白胨 5g ；水 1000ml；pH 7.27.4 放線菌培養(yǎng)基高氏1號(hào)： 可溶性淀粉 20g；KNO3 1g; K2HPO4 1g； NaCl 1g; MgSO4 0.5g ；FeSO47H2O 0.5g；水 1000ml; pH 7.27.4 霉菌培養(yǎng)基查氏（zapek)培養(yǎng)基： 蔗糖 30g; KCl 0.5g; MgSO4.H2O 0.5g; K2HPO4 1g; FeSO4 0.5g ； NaNO3 3g; 水 1000ml; pH 6.7 酵母菌培養(yǎng)基麥芽汁培養(yǎng)

29、基 （一） 按對(duì)培養(yǎng)基成分的了解分 1 天然培養(yǎng)基 一類營(yíng)養(yǎng)成分即復(fù)雜又豐富，且難以說出其確切化學(xué)組分的培養(yǎng)基。指一些利用動(dòng)、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(xì)菌）、麥芽汁培養(yǎng)基（酵母菌）等。特點(diǎn)：營(yíng)養(yǎng)豐富、種類多樣、配制方便、價(jià)格低廉、但成分不清楚、不穩(wěn)定。用途：適合于一般實(shí)驗(yàn)室和發(fā)酵工業(yè)中的菌種培養(yǎng)、某些發(fā)酵產(chǎn)物的積累。（不適于作精細(xì)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，否則引起數(shù)據(jù)不穩(wěn)定。）2 組合培養(yǎng)基（合成培養(yǎng)基、綜合培養(yǎng)基） 按微生物的營(yíng)養(yǎng)要求精確設(shè)計(jì)后用多種高純化學(xué)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(hào)培養(yǎng)

30、基）、蔗糖硝酸鹽培養(yǎng)基（察氏培養(yǎng)基）等。特點(diǎn)：成分精確、重復(fù)性高、但價(jià)格較貴、配制麻煩、且微生物生長(zhǎng)一般。用途：僅適用于營(yíng)養(yǎng)、代謝、生理、生化、遺傳、育種、菌種鑒定或生物測(cè)定等定量要求較高的研究工作中。3 半組合培養(yǎng)基（半合成培養(yǎng)基） 一類主要以化學(xué)試劑配制，同時(shí)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(yán)格地講，凡含有未經(jīng)處理的瓊脂的任何合成培養(yǎng)基實(shí)質(zhì)都可看成是一種半合成培養(yǎng)基。1 液體培養(yǎng)基2 固化培養(yǎng)基3 半固體培養(yǎng)基（二） 按培養(yǎng)基的外觀狀態(tài)作分類 呈液體狀態(tài)的培養(yǎng)基。 用途：在實(shí)驗(yàn)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(shí)踐中，絕大多數(shù)發(fā)酵培養(yǎng)基都采用液體培養(yǎng)

31、基。 1 液體培養(yǎng)基2 固化培養(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）凝固培養(yǎng)基（固化培養(yǎng)基） 因在培養(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(jī)硅膠等。 1） 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12%瓊脂、512%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。2） 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(jī)硅膠（化能自養(yǎng)細(xì)菌的分離和純化）的培養(yǎng)基。（2） 天然固體培養(yǎng)基 由天然固體機(jī)質(zhì)制成的培養(yǎng)基。 米糠

32、、麩皮、木屑、草粉、纖維、馬鈴薯片、胡蘿卜條、各種糧食動(dòng)、植物組織等配制或直接制成的培養(yǎng)基。（3） 濾膜 將堅(jiān)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(yíng)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(duì)含菌量很少的水中微生物用濾膜進(jìn)行過濾、濃縮，按上述方式培養(yǎng)，待長(zhǎng)出菌落，可計(jì)算單位水樣中的實(shí)際含菌量。固體培養(yǎng)基的用途 在科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐中用途很廣。 可用于：菌種分離、鑒定、菌落計(jì)數(shù)、檢驗(yàn)雜菌、選種、育種、菌種保藏、生物活性物質(zhì)的生物測(cè)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。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制成的

33、半固體狀態(tài)培養(yǎng)基?？稍谝后w培養(yǎng)基中加入0.5%左右的瓊脂制成。用途：細(xì)菌的動(dòng)力觀察，趨化性研究，厭氧菌的培養(yǎng)、 分離和計(jì)數(shù)，細(xì)菌和酵母菌的菌種保藏，噬菌體的效價(jià)。 4 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(shí)只要加入適量水分并加以滅菌即可。1 選擇性培養(yǎng)基2鑒別性培養(yǎng)基（三） 按培養(yǎng)基對(duì)微生物的功能作分類1 選擇性培養(yǎng)基 一類根據(jù)微生物的特殊營(yíng)養(yǎng)要求或其對(duì)某化學(xué)、物理因素的抗性及敏感性而設(shè)計(jì)的培養(yǎng)基。具有使混合菌樣中的劣勢(shì)菌變成優(yōu)勢(shì)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(yíng)養(yǎng)要求，專門在培養(yǎng)基中加入該營(yíng)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(shì)的微生物，可達(dá)到富集培養(yǎng)的目的。用于加富的營(yíng)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