微生物課件05微生物的營養(yǎng)和培養(yǎng)基

第一部分Importantmembersofmicrobialfamily第一部分1第二部分

與微生物相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)

微生物的營養(yǎng)與代謝微生物的生長與環(huán)境條件微生物的遺傳與變異微生物的生態(tài)第二部分

與微生物相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)微生物的營養(yǎng)與代謝2Chapter4

MicrobialNutrition微生物的營養(yǎng)

Chapter4MicrobialNutrition3Section1MicrobialnutritionSection1Microbialnutrition4一、ConceptNutrient(營養(yǎng)物)：凡能夠滿足機(jī)體生長、繁殖和完成種種生理活動(dòng)所需要的物質(zhì)通常稱為微生物的營養(yǎng)物。

Nutrition(營養(yǎng))：微生物獲得與利用營養(yǎng)物質(zhì)的過程通常稱為營養(yǎng)。一、ConceptNutrient(營養(yǎng)物)：凡能夠滿足機(jī)5二、Functionofnutrient參與微生物細(xì)胞的組成提供微生物機(jī)體進(jìn)行各種生理活動(dòng)所需的能量形成微生物代謝產(chǎn)物的來源

營養(yǎng)物質(zhì)是微生物新陳代謝和一切生命活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，失去這個(gè)基礎(chǔ)，生命也就停止二、Functionofnutrient參與微生物細(xì)胞的6三、Chemicalcomposition(一)微生物細(xì)胞的元素組成(二)微生物細(xì)胞中的物質(zhì)組成三、Chemicalcomposition(一)微生物細(xì)胞7(一)微生物細(xì)胞的元素組成干物質(zhì)的元素組成主要元素：碳、氫、氧、氮、磷、硫（97%）微量元素：鉀、鈉、鈣、鎂、鐵、錳、銅、鈷、鋅、鉬等(一)微生物細(xì)胞的元素組成8表3.1微生物細(xì)胞中主要元素含量(占干重%)表3.1微生物細(xì)胞中主要元素含量(占干重%)9(二)微生物細(xì)胞中的物質(zhì)組成有機(jī)物：蛋白質(zhì)、糖、脂、核酸、維生素?zé)o機(jī)鹽灰分水——細(xì)胞干重的70%~90%

水是微生物及一切生物細(xì)胞中含量最多的成分。微生物細(xì)胞的含水量隨種類和生長期而異。通常情況下，細(xì)菌含水量為細(xì)胞鮮重的75%～85%，酵母菌為70%～85%，絲狀真菌為85%～90%，細(xì)菌芽孢和霉菌孢子的含水量約為40%。(二)微生物細(xì)胞中的物質(zhì)組成有機(jī)物：蛋白質(zhì)、糖、脂、核酸、維10四、Nutrient營養(yǎng)物質(zhì)按照它們?cè)跈C(jī)體中的生理作用不同，可以將它們區(qū)分成六大類。1.Sourceofcarbon（碳源）2.SourceofNitrogen（氮源)3.Inorganicsalt（無機(jī)鹽）4.Growthfactor（生長因子)5.Water（水分）6.Energysource（能源)四、Nutrient營養(yǎng)物質(zhì)按照它們?cè)跈C(jī)體111、Sourceofcarbon一切能滿足微生物生長繁殖所需要C元素的營養(yǎng)物稱為碳源。碳源譜｛有機(jī)碳無機(jī)碳異養(yǎng)微生物自養(yǎng)微生物1、Sourceofcarbon一切能滿足12微生物課件05微生物的營養(yǎng)和培養(yǎng)基13●實(shí)驗(yàn)室配制微生物培養(yǎng)基常用碳源

葡萄糖、蔗糖、可溶性淀粉●工業(yè)生產(chǎn)常用的碳源

淀粉、糖、麩皮、米糠等對(duì)于為數(shù)眾多的化能異養(yǎng)微生物來說，碳源是兼有能源功能營養(yǎng)物。

●實(shí)驗(yàn)室配制微生物培養(yǎng)基常用碳源●工業(yè)生產(chǎn)常用的碳源對(duì)于為142.

SourceofNitrogen凡提供微生物生長繁殖所需要氮元素的營養(yǎng)源，稱為氮源。氮源譜｛有機(jī)氮無機(jī)氮NH3銨鹽硝酸鹽N2｛｛蛋白質(zhì)核酸氨基酸尿素2.SourceofNitrogen凡提供微15微生物課件05微生物的營養(yǎng)和培養(yǎng)基16●實(shí)驗(yàn)室配制微生物培養(yǎng)基常用氮源蛋白胨、牛肉浸膏、酵母浸膏、尿素、銨鹽、硝酸鹽●工業(yè)生產(chǎn)常用的氮源尿素、玉米漿、魚粉、蠶蛹、黃豆餅、花生餅等●實(shí)驗(yàn)室配制微生物培養(yǎng)基常用氮源●工業(yè)生產(chǎn)常用的氮源17

3、SourceofEnergy

為微生物生命活動(dòng)提供最初能量來源的營養(yǎng)物質(zhì)和輻射能稱為能源。

化能異養(yǎng)微生物：有機(jī)物（同碳源）化學(xué)物質(zhì)化能自養(yǎng)微生物：還原態(tài)無機(jī)物能源譜

（不同碳源）—NH4+,NO2-,S,H2S,H2,Fe2+等

光能：光能自養(yǎng)和光能異養(yǎng)微生物3、SourceofEnergy

18通常指那些微生物生長所必需而且需要量很小，但微生物自身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。

狹義：維生素廣義：維生素、氨基酸、嘌呤及嘧啶4.Growthfactor(生長因子)通常指那些微生物生長所必需而且需要量很小，但微生物195.Inorganicsalt凡生長所需濃度在10-3～10-4mo1/L范圍內(nèi)的元素稱為大量元素，包括P、S、K、Na、Ca、Mg、Fe；凡生長所需濃度需濃度為10-6～10-8mo1/L范圍內(nèi)的元素，稱為微量元素，包括Cu、Zn、Mn、Mo、Co、B等10種。5.Inorganicsalt凡生長所需濃度在10-3～1206、Water功能1.是微生物細(xì)胞的重要組成部分，使原生質(zhì)保持溶膠狀態(tài)，物質(zhì)溶劑和運(yùn)輸介質(zhì)的作用，保證代謝正常進(jìn)行2.是物質(zhì)代謝的原料3.有效控制細(xì)胞內(nèi)的溫度變化6、Water功能21微生物與動(dòng)植物營養(yǎng)要素的比較微生物與動(dòng)植物營養(yǎng)要素的比較22Section2、Nutritionaltypes1.光能無機(jī)自養(yǎng)型微生物2.光能有機(jī)異養(yǎng)型微生物3.化能無機(jī)自養(yǎng)型微生物4.化能有機(jī)異養(yǎng)型微生物老虎：食肉動(dòng)物羊：食草動(dòng)物豬：雜食動(dòng)物

異養(yǎng)型：有機(jī)碳碳源：自養(yǎng)型：無機(jī)碳

光能營養(yǎng)型：太陽光能能源：化能營養(yǎng)型：化合物氧化無機(jī)營養(yǎng)型：還原性無機(jī)物電子供體有機(jī)營養(yǎng)型：有機(jī)物Section2、Nutritionaltypes231、光能無機(jī)自養(yǎng)型(photolithotroph)

也稱光能自養(yǎng)型，是一類具有光合色素、能利用光能并以水或還原態(tài)無機(jī)物為供氫體同化CO2的微生物。

碳源——CO2為唯一或主要碳源能源——光能例：CO2+H2O[CH2O]+O22CO2+H2S+2H2O2[CH2O]+H2SO4CO2+2H2SCH2O]+H2O+2S藻類和藍(lán)細(xì)菌1、光能無機(jī)自養(yǎng)型(photolithotroph)

24（1）產(chǎn)氧光合作用

----藻類和藍(lán)細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)含有葉綠素，能與高等植物一樣利用光能分解水產(chǎn)生氧氣并還原CO2為有機(jī)碳化物，其反應(yīng)通式為：光能

CO2+H2O----------［CH2O］+O2↑葉綠素

藻類的葉綠體中含有葉綠素a和類胡蘿卜素，其它光合色素隨類群而異。藻類多數(shù)水生，只要環(huán)境中有光照、少量氮素和無機(jī)鹽就能生長（1）產(chǎn)氧光合作用

----藻類和藍(lán)細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)含有葉綠素25（2）不產(chǎn)氧光合作用

----光合細(xì)菌(紫色細(xì)菌和綠色細(xì)菌)與藍(lán)細(xì)菌不同，細(xì)胞內(nèi)含有類似于葉綠素的菌綠素，但不能進(jìn)行以H2O為供氫體的非環(huán)式光合磷酸化作用，也不產(chǎn)生氧氣。光合細(xì)菌吸收光能，以還原態(tài)無機(jī)硫化物(H2S、S或S2O3-2等)為氫或電子供體同化CO2，代表性反應(yīng)為：光能

CO2+2H2S-----------[CH2O］+H2O+2S

葉綠素光合細(xì)菌分為紫色細(xì)菌和綠色細(xì)菌兩大類群。（2）不產(chǎn)氧光合作用

----光合細(xì)菌(紫色細(xì)菌和綠色細(xì)262、光能有機(jī)異養(yǎng)型微生物

光能異養(yǎng)型：能利用光能、以簡單有機(jī)物(有機(jī)酸、醇等)為供氫體同化CO2的微生物類群稱為光能有機(jī)營養(yǎng)型碳源——CO2能源——光

例：RhodospirillumCO2+2CH3CHOHCH3(CH2O)+2CH3COCH3+H2O

2、光能有機(jī)異養(yǎng)型微生物

光能異養(yǎng)型：能利用光能、以簡單有273、化能無機(jī)自養(yǎng)型微生物

化能自養(yǎng)型：能通過氧化無機(jī)物獲得能量并能以CO2為主要或唯一碳源的微生物稱為化能無機(jī)營養(yǎng)型微生物，或稱為化能自養(yǎng)型微生物。碳源——CO2能源——來自氧化某種還原態(tài)無機(jī)物例：2NH3+2O22HNO2+4H++能量CO2+4H+(CH2O)+H2O3、化能無機(jī)自養(yǎng)型微生物

化能自養(yǎng)型：能通過氧化無機(jī)物獲得284、化能有機(jī)異養(yǎng)型微生物

凡以有機(jī)物為碳源、能源和供氫體的微生物稱為化能有機(jī)營養(yǎng)型微生物，也稱化能異養(yǎng)型微生物。碳源——有機(jī)物能源——有機(jī)物可分為：

寄生型微生物——寄生于活的生物體腐生型微生物——以死亡的生物有機(jī)體為營養(yǎng)原料自然界中絕大部分的微生物為化能有機(jī)營養(yǎng)型微生物4、化能有機(jī)異養(yǎng)型微生物

凡以有機(jī)物為碳源、能源和供氫29四種營養(yǎng)類型的對(duì)比營養(yǎng)類型電子供體碳源能源例樣光能無機(jī)自養(yǎng)型H2,H2S,S,H2OCO2光能紅硫細(xì)菌，藍(lán)細(xì)菌，藻類光能有機(jī)異養(yǎng)型有機(jī)物有機(jī)物光能紅螺細(xì)菌化能無機(jī)自養(yǎng)型H2,H2S,Fe2+,NH3或NO2-CO2化學(xué)能（無機(jī)物氧化）氫細(xì)菌,硫桿菌,硝化細(xì)菌,大多數(shù)產(chǎn)甲烷菌化能有機(jī)異養(yǎng)型有機(jī)物有機(jī)物化學(xué)能（有機(jī)物氧化）大多數(shù)微生物，原生動(dòng)物四種營養(yǎng)類型的對(duì)比營養(yǎng)類型電子供體碳源能源例30不同營養(yǎng)類型之間的界限并非絕對(duì)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；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(huì)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)型微生物微生物營養(yǎng)類型的可變性無疑有利于提高其對(duì)環(huán)境條件變化的適應(yīng)能力不同營養(yǎng)類型之間的界限并非絕對(duì)異養(yǎng)型微生物并非絕對(duì)不能利用C31Section3微生物吸收營養(yǎng)物質(zhì)的方式Section3微生物吸收營養(yǎng)物質(zhì)的方式321、單純擴(kuò)散物質(zhì)擴(kuò)散的動(dòng)力:膜內(nèi)外的濃度差特點(diǎn)：

不消耗能量不發(fā)生化學(xué)變化非特異性。僅依膜上小孔的大小和形狀對(duì)被擴(kuò)散的物質(zhì)分子的大小和形狀具有選擇性被運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)是小分子量和脂溶性物，水，氣體、甘油和某些離子1、單純擴(kuò)散物質(zhì)擴(kuò)散的動(dòng)力:膜內(nèi)外的濃度差332、促進(jìn)擴(kuò)散借助膜上的載體蛋白，具有高度的立體專一性。載體蛋白能促進(jìn)物質(zhì)運(yùn)輸，但不能進(jìn)行逆濃度梯度運(yùn)輸。特點(diǎn)：

需要特異性的載體蛋白不消耗能量可加快運(yùn)輸速度，但不能逆濃度運(yùn)輸2、促進(jìn)擴(kuò)散借助膜上的載體蛋白，具有高度的立體專343、主動(dòng)運(yùn)送有特異性的載體蛋白參與需要消耗能量可以逆濃度梯度運(yùn)輸微生物的主要物質(zhì)運(yùn)輸方式3、主動(dòng)運(yùn)送有特異性的載體蛋白參與354、基團(tuán)移位是指一類既需特異性載體蛋白的參與，又耗能的一種物質(zhì)運(yùn)送方式。其特點(diǎn)是溶質(zhì)在運(yùn)送前后還會(huì)發(fā)生分子結(jié)構(gòu)的變化，因此不同于一般的主動(dòng)運(yùn)送。4、基團(tuán)移位是指一類既需特異性載體蛋白的參與，又耗能的一種物36

葡萄糖通過基團(tuán)移位

運(yùn)輸過程的化學(xué)反應(yīng)

1）PEP+HPr酶I磷酸~HPr+丙酮酸

2）磷酸~HPr+葡萄糖酶II6-磷酸葡萄糖+HPr葡萄糖通過基團(tuán)移位

運(yùn)輸過程的37基團(tuán)轉(zhuǎn)位運(yùn)輸葡萄糖示意圖基團(tuán)轉(zhuǎn)位運(yùn)輸葡萄糖示意圖38基團(tuán)移位示意圖基團(tuán)移位示意圖39

Section4

Culturemedium是人工配制的適合于不同微生物生長繁殖或積累代謝產(chǎn)物用的混合營養(yǎng)料。培養(yǎng)基約有數(shù)千種。Section4

Culturemedium是人工配40一、選用和設(shè)計(jì)培養(yǎng)基的原則和方法目的明確營養(yǎng)協(xié)調(diào)理化條件適宜經(jīng)濟(jì)節(jié)約一、選用和設(shè)計(jì)培養(yǎng)基的原則和方法目的明確營養(yǎng)協(xié)調(diào)理化條件適宜411.目的明確根據(jù)不同的微生物的營養(yǎng)要求配制針對(duì)強(qiáng)的培養(yǎng)基。培養(yǎng)化能自養(yǎng)型的氧化硫桿菌的培養(yǎng)基組成為：S10gMgSO4.7H2O0.5g(NH4)2SO40.4gFeSO40.01gH2PO44gCaCl20.25gH2O1000ml培養(yǎng)化能異養(yǎng)的大腸桿菌一種培養(yǎng)基是由下列化學(xué)成分組成：葡萄糖5gNH4H2PO41gNaCl5gMgSO4.7H2O0.2gK2HPO41gH2O1000ml1.目的明確根據(jù)不同的微生物的營養(yǎng)要求配制針對(duì)強(qiáng)的培養(yǎng)基。培42常見的培養(yǎng)四大類微生物的培養(yǎng)基細(xì)菌（牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基）：牛肉膏3g蛋白胨10gNaCl5gH2O1000ml放線菌（高氏1號(hào)）淀粉20gK2HPO40.5gNaCl0.5gMgSO4.7H2O0.5gKNO31gFeSO40.01gH2O1000ml酵母菌(麥芽汁培養(yǎng)基)干麥芽粉加四倍水，在50℃--60℃保溫糖化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，沙布過濾，調(diào)PH為6.0。霉菌（查氏合成培養(yǎng)基）NaNO33gK2HPO41gKCl0.5gMgSO4.7H2O0.5gFeSO40.01g蔗糖30gH2O1000ml常見的培養(yǎng)四大類微生物的培養(yǎng)基細(xì)菌（牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基）：放432.營養(yǎng)協(xié)調(diào)培養(yǎng)基中營養(yǎng)物質(zhì)濃度合適時(shí)微生物才能生長良好，營養(yǎng)物質(zhì)濃度過低時(shí)不能滿足微生物正常生長所需，濃度過高時(shí)則可能對(duì)微生物生長起抑制作用。培養(yǎng)基中各營養(yǎng)物質(zhì)之間的濃度配比也直接影響微生物的生長繁殖和代謝產(chǎn)物的形成和積累，其中碳氮比（C/N）的影響較大。碳氮比指培養(yǎng)基中碳元素與氮元素的物質(zhì)的量比值，有時(shí)也指培養(yǎng)基中還原糖與粗蛋白之比。例如，在利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸的過程中，培養(yǎng)基碳氮比為4/1時(shí)，菌體量繁殖，谷氨酸積累少；當(dāng)培養(yǎng)基碳氮比為3/1時(shí)，菌體繁殖受到抑制，谷氨酸產(chǎn)量則大量增加。2.營養(yǎng)協(xié)調(diào)培養(yǎng)基中營養(yǎng)物質(zhì)濃度合適時(shí)微生物才能生長良好443.理化條件適宜pH水活度氧化還原電位3.理化條件適宜pH水活度氧化還原電位45a.pH培養(yǎng)基的pH必須控制在一定的范圍內(nèi)，以滿足不同類型微生物的生長繁殖或產(chǎn)生代謝產(chǎn)物。通常培養(yǎng)條件：細(xì)菌pH7.0~8.0放線菌：pH7.5~8.5酵母菌pH3.8~6.0霉菌：pH4.0~5.8范圍內(nèi)生長為了維持培養(yǎng)基pH的相對(duì)恒定，通常在培養(yǎng)基中加入pH緩沖劑，或在進(jìn)行工業(yè)發(fā)酵時(shí)補(bǔ)加酸、堿。a.pH培養(yǎng)基的pH必須控制在一定的范圍內(nèi)，以滿足不同類46b.水活度在天然環(huán)境中，微生物可實(shí)際利用的自由水或游離水的含量，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：αw=Pw/Pow式中Pw代表溶液蒸汽壓力,POw代表純水蒸汽壓力。純水αw為1.00,溶液中溶質(zhì)越多,αw越小微生物一般在αw為0.60～0.99的條件下生長,αw過低時(shí),微生物生長的遲緩期延長,生長速率和總生長量減少。微生物不同，其生長的最適αw不同。b.水活度在天然環(huán)境中，微生物可實(shí)際利用的自由水或游離水的47c.氧化還原電位氧化還原電位又稱氧化還原電勢(shì)（redoxpotential），是度量某氧化還原系統(tǒng)中的還原劑釋放電子或氧化劑接受電子趨勢(shì)的一種指標(biāo)，其單位是V（伏）或mV（毫伏）。不同類型微生物生長對(duì)氧化還原電位的要求不同好氧性微生物：+0.1伏以上時(shí)可正常生長,以+0.3～+0.4伏為宜；厭氧性微生物：低于+0.1伏條件下生長；兼性厭氧微生物：+0.1伏以上時(shí)進(jìn)行好氧呼吸,+0.1伏以下時(shí)進(jìn)行發(fā)酵。c.氧化還原電位氧化還原電位又稱氧化還原電勢(shì)（redox484.經(jīng)濟(jì)節(jié)約以粗代精以野代家以廢代好以國代進(jìn)以簡代繁以氮代朊以烴代糧以纖代糖4.經(jīng)濟(jì)節(jié)約以粗代精以野代家以廢代好以國代進(jìn)以簡代繁以氮代49二、培養(yǎng)基的類型及應(yīng)用培養(yǎng)基種類繁多，根據(jù)其成分、物理狀態(tài)和用途可將培養(yǎng)分成多種類型。按成分不同劃分天然培養(yǎng)基合成培養(yǎng)基含用化學(xué)成分還不清楚或化學(xué)成分不恒定的天然有機(jī)物牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基、麥芽汁培養(yǎng)基化學(xué)成分完全了解的物質(zhì)配制而成的培養(yǎng)基高氏1號(hào)培養(yǎng)基、查氏培養(yǎng)基二、培養(yǎng)基的類型及應(yīng)用培養(yǎng)基種類繁多，根據(jù)其成分、物理狀50按物理狀態(tài)不同劃分固體培養(yǎng)基液體培養(yǎng)基在液體培養(yǎng)基中加入一定量凝固劑，使其成為固體狀態(tài)，瓊脂含量一般為1.5%-2.0%瓊脂含量一般為0.2%-0.7%不加任何凝固劑半固體培養(yǎng)基固體培養(yǎng)基常用來進(jìn)行微生物的分離、鑒定、活菌計(jì)數(shù)及菌種保藏觀察微生物的運(yùn)動(dòng)特征、分類鑒定及噬菌體效價(jià)滴定大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)及在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行微生物的基礎(chǔ)理論和應(yīng)用方面的研究按物理狀態(tài)不同劃分固體培養(yǎng)基液體培養(yǎng)基在液體培養(yǎng)基中加入一定51補(bǔ)充：（1）理想的凝固劑需具備的條件：A、不被所培養(yǎng)的微生物分解利用；B、在微生物生長的溫度范圍內(nèi)保持固體狀態(tài)；C、凝固點(diǎn)溫度不能太低，否則不利于微生物的生長。D、對(duì)所培養(yǎng)的微生物無毒害作用。E、在滅菌過程中不會(huì)被破壞。F、透明度好，粘著力強(qiáng)；G、配制方便且價(jià)格低廉。補(bǔ)充：（1）理想的凝固劑需具備的條件：52補(bǔ)充：（2）常用的凝固劑A、瓊脂：由藻類（石花菜）中提取的一種高度分支的復(fù)雜多糖。B、明膠：是由膠原蛋白制備得到的產(chǎn)物。但凝固點(diǎn)太低，且某些細(xì)菌和許多真菌能分離液化明膠，目前較少用之。C、硅膠：是由無機(jī)的硅酸鈉（Na2SiO3)補(bǔ)鹽酸及硫酸中和時(shí)凝聚而成的膠體，它不含有有機(jī)物，適合配制分離與培養(yǎng)自養(yǎng)型微生物的培養(yǎng)基。補(bǔ)充：（2）常用的凝固劑53按用途不同劃分基礎(chǔ)培養(yǎng)基鑒別培養(yǎng)基含有一般微生物生長繁殖所需的基本營養(yǎng)物質(zhì)的培養(yǎng)基用來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)基用于鑒別不同類型微生物的培養(yǎng)基選擇培養(yǎng)基在基礎(chǔ)培養(yǎng)基中加入某些特殊營養(yǎng)物質(zhì)制成的一類營養(yǎng)豐富的培養(yǎng)基微生物產(chǎn)生某種代謝產(chǎn)物，與培養(yǎng)基中的特殊化學(xué)物質(zhì)發(fā)生特定的化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生明顯的特征變化牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基是最常用的基礎(chǔ)培養(yǎng)基加富培養(yǎng)基特殊營養(yǎng)物質(zhì)包括血液、血清、酵母浸膏、動(dòng)植物組織液等在培養(yǎng)基中加入相應(yīng)的特殊營養(yǎng)物質(zhì)或化學(xué)物質(zhì)，抑制不需要的微生物的生長，有利于所需微生物的生長按用途不同劃分基礎(chǔ)培養(yǎng)基鑒別培養(yǎng)基含有一般微生物生長繁殖所需54TheendTheend55第一部分Importantmembersofmicrobialfamily第一部分56第二部分

與微生物相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)

微生物的營養(yǎng)與代謝微生物的生長與環(huán)境條件微生物的遺傳與變異微生物的生態(tài)第二部分

與微生物相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)微生物的營養(yǎng)與代謝57Chapter4

MicrobialNutrition微生物的營養(yǎng)

Chapter4MicrobialNutrition58Section1MicrobialnutritionSection1Microbialnutrition59一、ConceptNutrient(營養(yǎng)物)：凡能夠滿足機(jī)體生長、繁殖和完成種種生理活動(dòng)所需要的物質(zhì)通常稱為微生物的營養(yǎng)物。

Nutrition(營養(yǎng))：微生物獲得與利用營養(yǎng)物質(zhì)的過程通常稱為營養(yǎng)。一、ConceptNutrient(營養(yǎng)物)：凡能夠滿足機(jī)60二、Functionofnutrient參與微生物細(xì)胞的組成提供微生物機(jī)體進(jìn)行各種生理活動(dòng)所需的能量形成微生物代謝產(chǎn)物的來源

營養(yǎng)物質(zhì)是微生物新陳代謝和一切生命活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，失去這個(gè)基礎(chǔ)，生命也就停止二、Functionofnutrient參與微生物細(xì)胞的61三、Chemicalcomposition(一)微生物細(xì)胞的元素組成(二)微生物細(xì)胞中的物質(zhì)組成三、Chemicalcomposition(一)微生物細(xì)胞62(一)微生物細(xì)胞的元素組成干物質(zhì)的元素組成主要元素：碳、氫、氧、氮、磷、硫（97%）微量元素：鉀、鈉、鈣、鎂、鐵、錳、銅、鈷、鋅、鉬等(一)微生物細(xì)胞的元素組成63表3.1微生物細(xì)胞中主要元素含量(占干重%)表3.1微生物細(xì)胞中主要元素含量(占干重%)64(二)微生物細(xì)胞中的物質(zhì)組成有機(jī)物：蛋白質(zhì)、糖、脂、核酸、維生素?zé)o機(jī)鹽灰分水——細(xì)胞干重的70%~90%

水是微生物及一切生物細(xì)胞中含量最多的成分。微生物細(xì)胞的含水量隨種類和生長期而異。通常情況下，細(xì)菌含水量為細(xì)胞鮮重的75%～85%，酵母菌為70%～85%，絲狀真菌為85%～90%，細(xì)菌芽孢和霉菌孢子的含水量約為40%。(二)微生物細(xì)胞中的物質(zhì)組成有機(jī)物：蛋白質(zhì)、糖、脂、核酸、維65四、Nutrient營養(yǎng)物質(zhì)按照它們?cè)跈C(jī)體中的生理作用不同，可以將它們區(qū)分成六大類。1.Sourceofcarbon（碳源）2.SourceofNitrogen（氮源)3.Inorganicsalt（無機(jī)鹽）4.Growthfactor（生長因子)5.Water（水分）6.Energysource（能源)四、Nutrient營養(yǎng)物質(zhì)按照它們?cè)跈C(jī)體661、Sourceofcarbon一切能滿足微生物生長繁殖所需要C元素的營養(yǎng)物稱為碳源。碳源譜｛有機(jī)碳無機(jī)碳異養(yǎng)微生物自養(yǎng)微生物1、Sourceofcarbon一切能滿足67微生物課件05微生物的營養(yǎng)和培養(yǎng)基68●實(shí)驗(yàn)室配制微生物培養(yǎng)基常用碳源

葡萄糖、蔗糖、可溶性淀粉●工業(yè)生產(chǎn)常用的碳源

淀粉、糖、麩皮、米糠等對(duì)于為數(shù)眾多的化能異養(yǎng)微生物來說，碳源是兼有能源功能營養(yǎng)物。

●實(shí)驗(yàn)室配制微生物培養(yǎng)基常用碳源●工業(yè)生產(chǎn)常用的碳源對(duì)于為692.

SourceofNitrogen凡提供微生物生長繁殖所需要氮元素的營養(yǎng)源，稱為氮源。氮源譜｛有機(jī)氮無機(jī)氮NH3銨鹽硝酸鹽N2｛｛蛋白質(zhì)核酸氨基酸尿素2.SourceofNitrogen凡提供微70微生物課件05微生物的營養(yǎng)和培養(yǎng)基71●實(shí)驗(yàn)室配制微生物培養(yǎng)基常用氮源蛋白胨、牛肉浸膏、酵母浸膏、尿素、銨鹽、硝酸鹽●工業(yè)生產(chǎn)常用的氮源尿素、玉米漿、魚粉、蠶蛹、黃豆餅、花生餅等●實(shí)驗(yàn)室配制微生物培養(yǎng)基常用氮源●工業(yè)生產(chǎn)常用的氮源72

3、SourceofEnergy

為微生物生命活動(dòng)提供最初能量來源的營養(yǎng)物質(zhì)和輻射能稱為能源。

化能異養(yǎng)微生物：有機(jī)物（同碳源）化學(xué)物質(zhì)化能自養(yǎng)微生物：還原態(tài)無機(jī)物能源譜

（不同碳源）—NH4+,NO2-,S,H2S,H2,Fe2+等

光能：光能自養(yǎng)和光能異養(yǎng)微生物3、SourceofEnergy

73通常指那些微生物生長所必需而且需要量很小，但微生物自身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。

狹義：維生素廣義：維生素、氨基酸、嘌呤及嘧啶4.Growthfactor(生長因子)通常指那些微生物生長所必需而且需要量很小，但微生物745.Inorganicsalt凡生長所需濃度在10-3～10-4mo1/L范圍內(nèi)的元素稱為大量元素，包括P、S、K、Na、Ca、Mg、Fe；凡生長所需濃度需濃度為10-6～10-8mo1/L范圍內(nèi)的元素，稱為微量元素，包括Cu、Zn、Mn、Mo、Co、B等10種。5.Inorganicsalt凡生長所需濃度在10-3～1756、Water功能1.是微生物細(xì)胞的重要組成部分，使原生質(zhì)保持溶膠狀態(tài)，物質(zhì)溶劑和運(yùn)輸介質(zhì)的作用，保證代謝正常進(jìn)行2.是物質(zhì)代謝的原料3.有效控制細(xì)胞內(nèi)的溫度變化6、Water功能76微生物與動(dòng)植物營養(yǎng)要素的比較微生物與動(dòng)植物營養(yǎng)要素的比較77Section2、Nutritionaltypes1.光能無機(jī)自養(yǎng)型微生物2.光能有機(jī)異養(yǎng)型微生物3.化能無機(jī)自養(yǎng)型微生物4.化能有機(jī)異養(yǎng)型微生物老虎：食肉動(dòng)物羊：食草動(dòng)物豬：雜食動(dòng)物

異養(yǎng)型：有機(jī)碳碳源：自養(yǎng)型：無機(jī)碳

光能營養(yǎng)型：太陽光能能源：化能營養(yǎng)型：化合物氧化無機(jī)營養(yǎng)型：還原性無機(jī)物電子供體有機(jī)營養(yǎng)型：有機(jī)物Section2、Nutritionaltypes781、光能無機(jī)自養(yǎng)型(photolithotroph)

也稱光能自養(yǎng)型，是一類具有光合色素、能利用光能并以水或還原態(tài)無機(jī)物為供氫體同化CO2的微生物。

碳源——CO2為唯一或主要碳源能源——光能例：CO2+H2O[CH2O]+O22CO2+H2S+2H2O2[CH2O]+H2SO4CO2+2H2SCH2O]+H2O+2S藻類和藍(lán)細(xì)菌1、光能無機(jī)自養(yǎng)型(photolithotroph)

79（1）產(chǎn)氧光合作用

----藻類和藍(lán)細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)含有葉綠素，能與高等植物一樣利用光能分解水產(chǎn)生氧氣并還原CO2為有機(jī)碳化物，其反應(yīng)通式為：光能

CO2+H2O----------［CH2O］+O2↑葉綠素

藻類的葉綠體中含有葉綠素a和類胡蘿卜素，其它光合色素隨類群而異。藻類多數(shù)水生，只要環(huán)境中有光照、少量氮素和無機(jī)鹽就能生長（1）產(chǎn)氧光合作用

----藻類和藍(lán)細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)含有葉綠素80（2）不產(chǎn)氧光合作用

----光合細(xì)菌(紫色細(xì)菌和綠色細(xì)菌)與藍(lán)細(xì)菌不同，細(xì)胞內(nèi)含有類似于葉綠素的菌綠素，但不能進(jìn)行以H2O為供氫體的非環(huán)式光合磷酸化作用，也不產(chǎn)生氧氣。光合細(xì)菌吸收光能，以還原態(tài)無機(jī)硫化物(H2S、S或S2O3-2等)為氫或電子供體同化CO2，代表性反應(yīng)為：光能

CO2+2H2S-----------[CH2O］+H2O+2S

葉綠素光合細(xì)菌分為紫色細(xì)菌和綠色細(xì)菌兩大類群。（2）不產(chǎn)氧光合作用

----光合細(xì)菌(紫色細(xì)菌和綠色細(xì)812、光能有機(jī)異養(yǎng)型微生物

光能異養(yǎng)型：能利用光能、以簡單有機(jī)物(有機(jī)酸、醇等)為供氫體同化CO2的微生物類群稱為光能有機(jī)營養(yǎng)型碳源——CO2能源——光

例：RhodospirillumCO2+2CH3CHOHCH3(CH2O)+2CH3COCH3+H2O

2、光能有機(jī)異養(yǎng)型微生物

光能異養(yǎng)型：能利用光能、以簡單有823、化能無機(jī)自養(yǎng)型微生物

化能自養(yǎng)型：能通過氧化無機(jī)物獲得能量并能以CO2為主要或唯一碳源的微生物稱為化能無機(jī)營養(yǎng)型微生物，或稱為化能自養(yǎng)型微生物。碳源——CO2能源——來自氧化某種還原態(tài)無機(jī)物例：2NH3+2O22HNO2+4H++能量CO2+4H+(CH2O)+H2O3、化能無機(jī)自養(yǎng)型微生物

化能自養(yǎng)型：能通過氧化無機(jī)物獲得834、化能有機(jī)異養(yǎng)型微生物

凡以有機(jī)物為碳源、能源和供氫體的微生物稱為化能有機(jī)營養(yǎng)型微生物，也稱化能異養(yǎng)型微生物。碳源——有機(jī)物能源——有機(jī)物可分為：

寄生型微生物——寄生于活的生物體腐生型微生物——以死亡的生物有機(jī)體為營養(yǎng)原料自然界中絕大部分的微生物為化能有機(jī)營養(yǎng)型微生物4、化能有機(jī)異養(yǎng)型微生物

凡以有機(jī)物為碳源、能源和供氫84四種營養(yǎng)類型的對(duì)比營養(yǎng)類型電子供體碳源能源例樣光能無機(jī)自養(yǎng)型H2,H2S,S,H2OCO2光能紅硫細(xì)菌，藍(lán)細(xì)菌，藻類光能有機(jī)異養(yǎng)型有機(jī)物有機(jī)物光能紅螺細(xì)菌化能無機(jī)自養(yǎng)型H2,H2S,Fe2+,NH3或NO2-CO2化學(xué)能（無機(jī)物氧化）氫細(xì)菌,硫桿菌,硝化細(xì)菌,大多數(shù)產(chǎn)甲烷菌化能有機(jī)異養(yǎng)型有機(jī)物有機(jī)物化學(xué)能（有機(jī)物氧化）大多數(shù)微生物，原生動(dòng)物四種營養(yǎng)類型的對(duì)比營養(yǎng)類型電子供體碳源能源例85不同營養(yǎng)類型之間的界限并非絕對(duì)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；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(huì)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)型微生物微生物營養(yǎng)類型的可變性無疑有利于提高其對(duì)環(huán)境條件變化的適應(yīng)能力不同營養(yǎng)類型之間的界限并非絕對(duì)異養(yǎng)型微生物并非絕對(duì)不能利用C86Section3微生物吸收營養(yǎng)物質(zhì)的方式Section3微生物吸收營養(yǎng)物質(zhì)的方式871、單純擴(kuò)散物質(zhì)擴(kuò)散的動(dòng)力:膜內(nèi)外的濃度差特點(diǎn)：

不消耗能量不發(fā)生化學(xué)變化非特異性。僅依膜上小孔的大小和形狀對(duì)被擴(kuò)散的物質(zhì)分子的大小和形狀具有選擇性被運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)是小分子量和脂溶性物，水，氣體、甘油和某些離子1、單純擴(kuò)散物質(zhì)擴(kuò)散的動(dòng)力:膜內(nèi)外的濃度差882、促進(jìn)擴(kuò)散借助膜上的載體蛋白，具有高度的立體專一性。載體蛋白能促進(jìn)物質(zhì)運(yùn)輸，但不能進(jìn)行逆濃度梯度運(yùn)輸。特點(diǎn)：

需要特異性的載體蛋白不消耗能量可加快運(yùn)輸速度，但不能逆濃度運(yùn)輸2、促進(jìn)擴(kuò)散借助膜上的載體蛋白，具有高度的立體專893、主動(dòng)運(yùn)送有特異性的載體蛋白參與需要消耗能量可以逆濃度梯度運(yùn)輸微生物的主要物質(zhì)運(yùn)輸方式3、主動(dòng)運(yùn)送有特異性的載體蛋白參與904、基團(tuán)移位是指一類既需特異性載體蛋白的參與，又耗能的一種物質(zhì)運(yùn)送方式。其特點(diǎn)是溶質(zhì)在運(yùn)送前后還會(huì)發(fā)生分子結(jié)構(gòu)的變化，因此不同于一般的主動(dòng)運(yùn)送。4、基團(tuán)移位是指一類既需特異性載體蛋白的參與，又耗能的一種物91

葡萄糖通過基團(tuán)移位

運(yùn)輸過程的化學(xué)反應(yīng)

1）PEP+HPr酶I磷酸~HPr+丙酮酸

2）磷酸~HPr+葡萄糖酶II6-磷酸葡萄糖+HPr葡萄糖通過基團(tuán)移位

運(yùn)輸過程的92基團(tuán)轉(zhuǎn)位運(yùn)輸葡萄糖示意圖基團(tuán)轉(zhuǎn)位運(yùn)輸葡萄糖示意圖93基團(tuán)移位示意圖基團(tuán)移位示意圖94

Section4

Culturemedium是人工配制的適合于不同微生物生長繁殖或積累代謝產(chǎn)物用的混合營養(yǎng)料。培養(yǎng)基約有數(shù)千種。Section4

Culturemedium是人工配95一、選用和設(shè)計(jì)培養(yǎng)基的原則和方法目的明確營養(yǎng)協(xié)調(diào)理化條件適宜經(jīng)濟(jì)節(jié)約一、選用和設(shè)計(jì)培養(yǎng)基的原則和方法目的明確營養(yǎng)協(xié)調(diào)理化條件適宜961.目的明確根據(jù)不同的微生物的營養(yǎng)要求配制針對(duì)強(qiáng)的培養(yǎng)基。培養(yǎng)化能自養(yǎng)型的氧化硫桿菌的培養(yǎng)基組成為：S10gMgSO4.7H2O0.5g(NH4)2SO40.4gFeSO40.01gH2PO44gCaCl20.25gH2O1000ml培養(yǎng)化能異養(yǎng)的大腸桿菌一種培養(yǎng)基是由下列化學(xué)成分組成：葡萄糖5gNH4H2PO41gNaCl5gMgSO4.7H2O0.2gK2HPO41gH2O1000ml1.目的明確根據(jù)不同的微生物的營養(yǎng)要求配制針對(duì)強(qiáng)的培養(yǎng)基。培97常見的培養(yǎng)四大類微生物的培養(yǎng)基細(xì)菌（牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基）：牛肉膏3g蛋白胨10gNaCl5gH2O1000ml放線菌（高氏1號(hào)）淀粉20gK2HPO40.5gNaCl0.5gMgSO4.7H2O0.5gKNO31gFeSO40.01gH2O1000ml酵母菌(麥芽汁培養(yǎng)基)干麥芽粉加四倍水，在50℃--60℃保溫糖化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，沙布過濾，調(diào)PH為6.0。霉菌（查氏合成培養(yǎng)基）NaNO33gK2HPO41gKCl0.5gMgSO4.7H2O0.5gFeSO40.01g蔗糖30gH2O1000ml常見的培養(yǎng)四大類微生物的培養(yǎng)基細(xì)菌（牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基）：放982.營養(yǎng)協(xié)調(diào)培養(yǎng)基中營養(yǎng)物質(zhì)濃度合適時(shí)微生物才能生長良好，營養(yǎng)物質(zhì)濃度過低時(shí)不能滿足微生物正常生長所需，濃度過高時(shí)則可能對(duì)微生物生長起抑制作用。培養(yǎng)基中各營養(yǎng)物質(zhì)之間的濃度配比也直接影響微生物的生長繁殖和代謝產(chǎn)物的形成和積累，其中碳氮比（C/N）的影響較大。碳氮比指培養(yǎng)基中碳元素與氮元素的物質(zhì)的量比值，有時(shí)也指培養(yǎng)基中還原糖與粗蛋白之比。例如，在利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸的過程中，培養(yǎng)基碳氮比為4/1時(shí)，菌體量繁殖，谷氨酸積累少；當(dāng)培養(yǎng)基碳氮比為3/1時(shí)，菌體繁殖受到抑制，谷氨酸產(chǎn)量則大量增加。2.營養(yǎng)協(xié)調(diào)培養(yǎng)基中營養(yǎng)物質(zhì)濃度合適時(shí)微生物才能生長良好993.理化條件適宜pH水活度氧化還原電位3.理化條件適宜pH水活度氧化還原電位100a.pH培養(yǎng)基的pH必須控制在一定的范圍內(nèi)，以滿足不同類型微生物的生長繁殖或產(chǎn)生代謝產(chǎn)物。通常培養(yǎng)條件：細(xì)菌pH7.0~8.0放線菌：pH7.5~8