微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座

微生物細(xì)胞化學(xué)組成成份析表明，與其它高等動植物細(xì)胞一樣，細(xì)胞也是主要元素碳、氫、氧、氮、磷、硫（這六種元素占細(xì)菌細(xì)胞干重97％）和少許元素鐵、錳、鋅等組成。微生物細(xì)胞中這些元素主要以蛋白質(zhì)、糖、脂、核酸、維生素及它們降解產(chǎn)物、代謝產(chǎn)物等有機物質(zhì)，水和無機鹽等無機物質(zhì)形式存在。水是細(xì)胞中一個主要成份，普通可占細(xì)胞總重70％以上。1微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第1頁微生物細(xì)胞化學(xué)組成主要成份細(xì)菌酵母菌霉菌水分75~8570~8085~90（占細(xì)胞鮮重%）蛋白質(zhì)50~8032~7514~15占細(xì)碳水化合物12~2827~637~40胞干脂肪5~202~154~40重核酸10~206~81%無機鹽2~303.8~76~122微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第2頁微生物和動物、植物營養(yǎng)要素比較生物類型營養(yǎng)要素

動物（異養(yǎng)）微生物

綠色植物（自養(yǎng)）異養(yǎng)自養(yǎng)碳源糖類脂肪糖、醇、有機酸等二氧化碳、碳酸鹽等二氧化碳、碳酸鹽氮源蛋白質(zhì)或其降解物蛋白質(zhì)或其降解物有機或無機氮化物、氮無機氮化物、氮無機氮化物能源與碳同與碳同氧化無機物或利用日光能利用日光能生長因子維生素一部分需要維生素等不需要不需要無機元素?zé)o機鹽無機鹽無機鹽無機鹽水分水水水水微生物、動物、植物之間存在“營養(yǎng)上統(tǒng)一性”3微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第3頁組成微生物細(xì)胞各類化學(xué)元素百分比常因微生物種類不一樣而不一樣Eg.細(xì)菌、酵母菌和真菌碳、氫、氧、氮、磷、硫六種元素含量就有差異。

硫細(xì)菌(sulfurbacteria)、鐵細(xì)菌(ironbacteria)和海洋細(xì)菌(marinebacteria)相對于其它細(xì)菌則含有較多硫、鐵和鈉、氯等元素,硅藻(Diatom)需要硅酸來構(gòu)建富含(SiO2)n細(xì)胞壁。4微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第4頁

營養(yǎng)物質(zhì)是微生物生存物質(zhì)基礎(chǔ)，而營養(yǎng)是微生物維持和延續(xù)其生命形式一個生理過程。營養(yǎng)物質(zhì)(nutrient):能夠滿足機體生長、繁殖和完成各種生理活動所需要物質(zhì).營養(yǎng)(nutrition):微生物取得和利用營養(yǎng)物質(zhì)過程。5微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第5頁微生物營養(yǎng)要素

六要素：碳源、氮源、能源、生長因子、無機鹽和水

營養(yǎng)物質(zhì)按照它們在機體中生理作用不一樣，能夠?qū)⑺鼈儏^(qū)分成六大類。第一節(jié)微生物營養(yǎng)六要素（微生物需要吃什么？）6微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第6頁碳源物質(zhì)功效：1.碳素化合物是組成機體中有機物分子骨架2.碳素化合物是大多數(shù)異養(yǎng)微生物能源3.組成微生物代謝產(chǎn)物分子骨架1.碳源(carbonsource)碳源譜｛有機碳無機碳異養(yǎng)微生物自養(yǎng)微生物在微生物生長過程中能為微生物提供碳素起源物質(zhì)7微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第7頁微生物碳源譜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(fù)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)等普通氨基酸、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、石油及其不一樣餾份、石蠟油等無機碳C(?)——C·OCO2CO2C·O·XNaHCO3NaHCO3、CaCO3、白堊等微生物利用:

糖類＞有機酸類＞醇類＞脂類8微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第8頁單糖＞雙糖和多糖己糖＞戊糖葡萄糖、果糖＞甘露糖、半乳糖淀粉＞纖維素或幾丁質(zhì)等純多糖純多糖＞瓊脂等雜多糖

葡萄糖可作為大多數(shù)微生物碳源?。?）糖9微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第9頁（2）酚、氰化物等有毒物質(zhì)對人類有毒物質(zhì)Eg.酚、氰化物等一些微生物Eg.諾卡氏菌和一些霉菌等美味佳肴微生物去除三廢10微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第10頁（3）CO2最廉價、用之不盡碳源，是自養(yǎng)微生物唯一或主要碳源。Eg.生長在動物血液、組織和腸道中致病細(xì)菌（沙門氏菌、李斯特菌等）11微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第11頁（4）纖維素纖維素是由葡萄糖以β－1,4糖苷鏈組成，在自然界中資源豐富，但大多數(shù)動物和人不能直接利用，而一些微生物可用其作為碳源來生產(chǎn)發(fā)酵產(chǎn)品。（5）烴類烴類化合物也能被微生物用作碳源，且微生物氧化烴類許多中間產(chǎn)物和最終產(chǎn)物均是主要工業(yè)原料。

去除石油污染12微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第12頁當(dāng)前在微生物工業(yè)發(fā)酵中所利用碳源物質(zhì)主要是：單糖、淀粉、麩皮、米糠等。對于異養(yǎng)微生物來說，碳源是兼有能源功效營養(yǎng)物，這種碳源稱為雙功效營養(yǎng)物。微生物利用碳源物質(zhì)主要有糖類、有機酸、醇、脂類、烴、CO2及碳酸鹽等。微生物不一樣，利用上述含碳化合物能力不一樣，如假單胞菌屬中一些種能夠利用90種以上不一樣類型碳源物質(zhì)；而一些甲基營養(yǎng)型細(xì)菌只能利用甲醇或甲烷等一碳化合物進行生長。

13微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第13頁氮源：凡能提供微生物生長繁殖所需氮元素營養(yǎng)源。2.氮源(nitrogensource)氮源物質(zhì)主要作用:1）提供合成細(xì)胞中含氮物，如蛋白質(zhì)、核酸，以及含氮代謝物等原料。2）少數(shù)細(xì)菌能夠銨鹽、硝酸鹽等氮源為能源。14微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第14頁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(fù)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、普通氨基酸、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空氣微生物氮源譜最慣用有機氮源:N·C·H·O·X類型15微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第15頁試驗室慣用氮源有碳酸銨、硝酸鹽、硫酸銨、尿素、蛋白胨、牛肉膏、酵母膏等。生產(chǎn)上慣用氮源

硝酸鹽、銨鹽、尿素、氨以及蛋白含量較高魚粉、蠶蛹粉、黃豆餅粉、花生餅份、玉米漿等。

16微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第16頁速效氮源

無機氮源或以蛋白質(zhì)降解產(chǎn)物形式存在有機氮源能夠直接快速被菌體吸收利用，這種氮源~。通常是有利于機體生長，用于發(fā)酵前期。遲效氮源

蛋白氮必須經(jīng)過水解之后降解成胨、肽、氨基酸等才能被機體利用,這么氮源為遲效氮源。有利于代謝產(chǎn)物形成。用于發(fā)酵后期。17微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第17頁分解利用陽離子化合物如:以(NH4)2SO4

作N源,會過剩SO42-,而使pH下降，生理酸性鹽：微生物對某鹽陽離子吸收量大于陰離子時,造成溶液pH值下降，這種鹽成為~分解利用陰離子化合物如：NaNO3和KNO3,會過剩Na+

或K+而使pH上升。生理堿性鹽：微生物對某鹽陰離子吸收量大于陽離子時,造成溶液pH值上升，這種鹽成為~18微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第18頁(NH4)2SO4 2NH4++SO42-

入胞 pHK+（Na+）+NO3-

入胞 pHKNO3NaNO319微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第19頁氨基酸自養(yǎng)型生物：能利用尿素、銨鹽、硝酸鹽甚至氮氣等簡單氮源來自行合成所要一切氨基酸生物慣用蛋白質(zhì)類氮源包含蛋白胨、魚粉、蠶蛹、黃豆餅粉、玉米漿、牛肉浸膏、酵母浸膏等.按氮源不一樣生物可分為：氨基酸異養(yǎng)型生物：需要從外界吸收現(xiàn)成氨基酸作為氮源微生物多數(shù)微生物能夠利用無機含氮化合物作為氮源，也能夠利用有機含氮化合物作為氮源。20微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第20頁3.能源(energysource)能源：能為微生物生命活動提供最初能量起源營養(yǎng)物或輻射能｛能源譜｛化學(xué)物質(zhì)輻射能化能異養(yǎng)微生物能源有機物無機物化能自養(yǎng)微生物能源光能自養(yǎng)和光能異養(yǎng)微生物能源21微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第21頁化能自養(yǎng)微生物能源物質(zhì)都是一些還原態(tài)無機物質(zhì),如：NH4+、NO2-、S、H2S、H2、Fe2+

等，能利用這些物質(zhì)作為能源全部是細(xì)菌,（硝酸細(xì)菌、亞硝酸菌、硫化細(xì)菌、硫細(xì)菌、鐵細(xì)菌、硫細(xì)菌、氫細(xì)菌和鐵細(xì)菌等）這些無機養(yǎng)料經(jīng)常是雙功效,為雙功效營養(yǎng)物（如：NH4+既是硝酸細(xì)菌能源，又是它氮源。）

氨基酸類有三種功效作用（能源，碳源，氮源），為三功效營養(yǎng)物輻射能是單功效,只為光能微生物提供能源,為單功效營養(yǎng)物22微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第22頁4.生長因子(growthfactor)生長因子：一類對微生物正常代謝必不可少且又不能從簡單碳源，氮源自行合成、所需極微量有機物。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(fēng)梭狀芽孢桿菌（Clostridiumtetani） 尿嘧啶 0-4ug 腸膜狀串珠菌（Leuconostocmesenteroides） 吡哆醛 0.025ug23微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第23頁廣義生長因子包含：氨基酸、嘌呤、嘧啶堿及其衍生物、甾醇一些脂肪酸等狹義生長因子：維生素生長因子功效：提供微生物細(xì)胞主要化學(xué)物質(zhì)(蛋白質(zhì),脂質(zhì),核酸)，輔因子組分和參加代謝24微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第24頁a.維生素維生素作為一些酶輔酶，Eg.維生素B6（吡哆醛），磷酸吡哆醛是一些轉(zhuǎn)氨酶和氨基酸脫羧酶輔酶。微生物對維生素需要量普通是1～5mg／ml25微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第25頁b.氨基酸氨基酸是蛋白質(zhì)合成基本單位，在大多數(shù)情況下可被微生物吸收利用；少數(shù)情況下微生物雖需要氨基酸作為生長因子，但氨基酸不能透過細(xì)胞膜，而能夠吸收利用小肽。在培養(yǎng)基中一個氨基酸含量過高，會抑制細(xì)胞對其它氨基酸攝取，此現(xiàn)象稱氨基酸不平衡。微生物對氨基酸需要量普通是20mg／ml26微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第26頁c.堿基堿基是核酸、核苷酸及一些輔酶組分；普通情況下，核苷酸不能用作生長因子，因為它不能透過細(xì)胞膜。微生物對堿基需要量普通是10～20mg／ml27微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第27頁d.其它生長因子有些微生物生長需要一些很特殊物質(zhì)，也稱生長因子。Eg.流感嗜血桿菌一定要在含紅細(xì)胞培養(yǎng)基上生長，因為它需要卟啉環(huán)作生長因子。

厭氧條件下生長啤酒酵母需要甾醇作為生長因子。28微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第28頁在配制微生物培養(yǎng)基時，普通可用生長因子含量豐富天然物質(zhì)作原料以確保微生物對它們需要。Eg.假如配制是天然培養(yǎng)基，則可加入酵母膏（yeastextract）、玉米漿（cornsteepliquor，一個浸制玉米以制取淀粉后產(chǎn)生副產(chǎn)品）、肝浸液（liverinfusion）、麥芽汁（maltextract）、其它新鮮動、植物汁液；假如配制是組合培養(yǎng)基，則可加入復(fù)合維生素溶液。29微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第29頁生長因子自養(yǎng)型微生物：不需要從外加吸收任何生長因子，真菌、放線菌和不少細(xì)菌屬于這類生長因子異養(yǎng)型微生物：需要從外加吸收任何生長因子才能維持正常生長，乳酸菌、動物致病菌、支原體和原生動物等從外界吸收任何生長因子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大量分泌一些維生素等生長因子。能夠作為相關(guān)維生素生產(chǎn)菌種。30微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第30頁5.無機鹽(mineralsalts)微量元素：通常需要量在10-6--10-8mol/L鋅、錳、氯、鉬、硒、鈷、銅、鎢、鎳、硼等。依據(jù)微生物對礦質(zhì)元素需要量大小能夠把它分成大量元素：濃度在10-3-10-4mol/L

元素

Na、K、Mg、Ca、S、P等。無機鹽：為微生物細(xì)胞生長提供碳、氮源以外各種主要元素（包含大量元素和微量元素）物質(zhì)，多以無機鹽形式供給。31微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第31頁無機鹽大量元素微量元素普通功效特殊功效細(xì)胞內(nèi)普通分子成份(P、S、Ca、Mg、Fe等)生理調(diào)整物質(zhì)滲透壓維持(Na+等)酶激活劑(Mg等)pH穩(wěn)定化能自養(yǎng)菌能源(S、Fe2+、NH4+、MO2-等)

無氧呼吸時氫受體(NO3-、SO42-等)酶激活劑(Cu2+、Mn2+、Zn2+等)特殊分子結(jié)組成份(Co、Mo等)普通微生物生長所需要無機鹽有：硫酸鹽、磷酸鹽、氯化物以及含有鈉、鉀、鎂、鐵等金屬元素化合物。32微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第32頁元素人為提供形式生理功能大

量

元

素PKH2PO4

磷酸二氫鉀

K2HPO4

磷酸氫二鉀核酸、磷酸和輔酶成份SMgSO4硫酸銨含硫氨基酸（半胱氨酸、甲硫氨酸等）和含硫維生素（生物素、硫胺素等）成份KKH2PO4磷酸二氫鉀

K2HPO4磷酸氫二鉀一些酶（果糖激酶、磷酸丙酮酸轉(zhuǎn)磷酸酶等）輔因子；維持電位差和滲透壓NaNaCl氯化鈉維持滲透壓；一些細(xì)菌和藍細(xì)菌所需CaCa(NO3)2

硝酸鈣

CaCl2

氯化鈣一些胞外酶穩(wěn)定劑、蛋白酶等輔因子；細(xì)菌形成芽孢和一些真菌形成孢子所需MgMgSO4硫酸鎂固氮酶等輔因子；葉綠素等成份FeFeSO4硫酸鐵細(xì)胞色素成份；合成葉綠素、白喉毒素和氧高鐵血紅素所需33微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第33頁元素人為提供形式生理功能微

量

元

素MnMnSO4硫酸錳超氧化物歧化酶、氨肽酶和L-阿拉伯糖異構(gòu)酶等輔因子CuCuSO4硫酸銅氧化酶、酪氨酸酶輔因子CoCoSO4硫酸鈷維生素B12復(fù)合物成份；肽酶輔因子ZnZnSO4硫酸鋅堿性磷酸酶以及各種脫氫酶、肽酶和脫羧酶輔因子Mo(NH4)6Mo7O24鉬酸銨固氮酶和同化型及異化型硝酸鹽還原酶成份34微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第34頁6.水(water)生理功效主要有:①起到溶劑與運輸介質(zhì)作用；②參加細(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)定天然構(gòu)象；⑤經(jīng)過水合作用與脫水作用控制由多亞基組成結(jié)構(gòu)④熱良好導(dǎo)體；存在狀態(tài)：游離態(tài)（溶劑）和結(jié)合態(tài)（結(jié)構(gòu)組成）35微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第35頁第二節(jié)微生物營養(yǎng)營養(yǎng)類型異養(yǎng)型生物自養(yǎng)型生物生長所需要碳源生物生長過程中能量起源光能營養(yǎng)型化能營養(yǎng)型36微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第36頁依據(jù)碳源、能源及電子供體性質(zhì)不一樣，可將微生物分為：光能無機自養(yǎng)型(photo-litho-autotrophy)光能有機異養(yǎng)型(photo-organo-heterotrophy)化能無機自養(yǎng)型(chemo-litho-autotrophy)化能有機自養(yǎng)型(chemo-organo-heterotrophy)37微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第37頁1．光能無機自養(yǎng)型（光能自養(yǎng)型）碳源—

CO2能源—

光能氫供體—H2O和H2S、Na2SO3等無機硫化物CO2+H2O→[CH2O]+O22CO2+H2S+2H2O→2[CH2O]+H2SO4CO2+2H2S→[CH2O]+H2O+2S舉例：藍細(xì)菌、藻類、紫硫細(xì)菌、綠硫細(xì)菌38微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第38頁2．光能有機異養(yǎng)型（光能異養(yǎng)型）碳源—CO2及簡單有機物能源—光能氫供體—有機物CH3CO2

+2CH3CHOH→(CH2O)+2CH3COCH3+H2O舉例：紅螺菌屬（Rhodospirillum）39微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第39頁3．化能無機自養(yǎng)型（化能自養(yǎng)型）碳源—CO2能源—還原態(tài)無機物氫供體—無機物2NH3+2O2→2HNO2+4H++能量CO2+4H++能量→(CH2O)+H2O舉例：氫細(xì)菌、硫細(xì)菌、硝化細(xì)菌40微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第40頁4．化能有機異養(yǎng)型（化能異養(yǎng)型）碳源—有機物能源—有機物氫供體—有機物舉例：自然界中絕大部分微生物幾乎全部致病微生物均為?型微生物；幾乎全部致病微生物均為化能有機異養(yǎng)型微生物41微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第41頁可利用無生命有機物(如動植物尸體和殘體)作為碳源；腐生型(metatrophy)：寄生型(paratrophy)：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)；寄生在活寄主機體內(nèi)吸收營養(yǎng)物質(zhì),離開寄主就不能生存；42微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第42頁不一樣營養(yǎng)類型之間界限并非絕對異養(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物進行生長；有些微生物在不一樣生長條件下生長時,其營養(yǎng)類型也會發(fā)生改變；比如紫色非硫細(xì)菌(purplenonsulphurbacteria)：沒有有機物時，同化CO2，

為自養(yǎng)型微生物；有機物存在時，利用有機物進行生長，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，依靠有機物氧化產(chǎn)生化學(xué)能生長，為化能營養(yǎng)型微生物微生物營養(yǎng)類型可變性無疑有利于提升其對環(huán)境條件改變適應(yīng)能力43微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第43頁

一些菌株發(fā)生突變(自然突變或人工誘變)后，失去合成某種(或一些)對該菌株生長必不可少物質(zhì)(通常是生長因子如氨基酸、維生素)能力，必須從外界環(huán)境取得該物質(zhì)才能生長繁殖，這種突變型菌株稱為營養(yǎng)缺點型(auxotroph)，對應(yīng)從自然界分離能在基本培養(yǎng)基上生長稱為野生型(wildtype).注：營養(yǎng)缺點型菌株經(jīng)慣用來進行微生物遺傳學(xué)方面研究。5、營養(yǎng)缺點型(auxotroph)44微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第44頁第三節(jié)營養(yǎng)物質(zhì)進入細(xì)胞方式營養(yǎng)物質(zhì)能否進入細(xì)胞取決于三個方面原因：①營養(yǎng)物質(zhì)本身性質(zhì)（相對分子量、質(zhì)量、溶解性、電負(fù)性等②微生物所處環(huán)境（溫度、PH等）；③微生物細(xì)胞透過屏障（原生質(zhì)膜、細(xì)胞壁、莢膜等）。45微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第45頁依據(jù)物質(zhì)運輸過程特點,將物質(zhì)運輸方式分為

單純擴散(simplediffusion)促進擴散(facilitateddiffusion)主動運輸(activetransport)基團移位(grouptranslocation)46微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第46頁1．單純擴散原生質(zhì)膜是一個半透性膜，營養(yǎng)物質(zhì)經(jīng)過原生質(zhì)膜上小孔，由高濃度胞外環(huán)境向低濃度胞內(nèi)進行擴散。特點①物質(zhì)在擴散過程中沒有發(fā)生任何反應(yīng)；②不消耗能量；不能逆濃度運輸；③運輸速率與膜內(nèi)外物質(zhì)濃度差成正比47微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第47頁水是唯一能夠經(jīng)過擴散自由經(jīng)過原生質(zhì)膜分子，脂肪酸、乙醇、甘油、一些氣體（O2、CO2）及一些氨基酸在一定程度上也可經(jīng)過自由擴散進出細(xì)胞。

單純擴散模式圖細(xì)胞膜外細(xì)胞膜內(nèi)細(xì)胞膜48微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第48頁2．促進擴散特點①不消耗能量②參加運輸物質(zhì)本身分子結(jié)構(gòu)不發(fā)生改變③不能進行逆濃度運輸④運輸速率與膜內(nèi)外物質(zhì)濃度差成正比⑤需要載體參加49微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第49頁

經(jīng)過促進擴散進入細(xì)胞營養(yǎng)物質(zhì)主要有氨基酸、單糖、維生素及無機鹽等。普通微生物經(jīng)過專一載體蛋白運輸對應(yīng)物質(zhì)，但也有微生物對同一物質(zhì)運輸由一個以上載體蛋白來完成。促進擴散模式圖細(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)合結(jié)合構(gòu)象改變胞外細(xì)胞膜胞內(nèi)50微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第50頁51微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第51頁3．主動運輸它一個主要特點是物質(zhì)運輸過程中需要消耗能量和載體，而且能夠進行逆濃度運輸。是廣泛存在于微生物中一個主要物質(zhì)運輸方式。細(xì)胞膜細(xì)胞膜外細(xì)胞膜內(nèi)主動運輸模式圖恢復(fù)原構(gòu)象移位再循環(huán)結(jié)合構(gòu)象改變ADP+PiATP52微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第52頁基團轉(zhuǎn)位又稱為磷酸烯醇式丙酮酸--磷酸糖轉(zhuǎn)移酶運輸系統(tǒng)（PTS），PTS通常由五種蛋白質(zhì)組成，包含酶I、酶II（包含a、b、c三種亞基）和一個低相對分子量熱穩(wěn)定蛋白質(zhì)（HPr）。4．基團移位

基團移位是另一個類型主動運輸，它與主動運輸方式不一樣之處于于它有一個復(fù)雜運輸系統(tǒng)來完成物質(zhì)運輸，而物質(zhì)在運輸過程中發(fā)生化學(xué)改變。PEP+HPrHPr-P+丙酮酸HPr-P+糖→糖-P+HPr53微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第53頁

基團轉(zhuǎn)移主要存在于厭氧型和兼性厭氧型細(xì)胞中，主要用于糖運輸，脂肪酸、核苷、堿基等也能夠經(jīng)過這種方式運輸。運輸某一詳細(xì)糖最少有4種蛋白參加，消耗一個ATP，兩步進行：1）熱穩(wěn)載體蛋白激活；2）糖分子被磷酸激活→磷酸糖→細(xì)胞質(zhì)中54微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第54頁在酶Ⅰ作用下HPr被激活在酶Ⅱ作用下P-HPr將磷酸轉(zhuǎn)移給糖55微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第55頁比較項目單純擴散 促進擴散主動運輸基團移位載體蛋白無 有 有 有 溶質(zhì)運輸方向由濃至稀由濃至稀 由稀至濃 由稀至濃能量消耗 不需要 需要需要 需要運輸前后溶質(zhì)分子

不變 不變 不變 改變運輸速度 慢 快 快 快平衡時內(nèi)外濃度內(nèi)外相等 內(nèi)外相等 內(nèi)部高 內(nèi)部高運輸分子 無特異性 特異性 特異性 特異性載體飽和效應(yīng) 無 有 有 有 與溶質(zhì)類似物無競爭性 有競爭性 有競爭性 有競爭性運輸抑制劑 無 有 有 有 運輸對象舉例水、O2

糖、SO42-氨基酸、乳糖葡萄糖\嘌呤四種運輸營養(yǎng)方式比較56微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第56頁膜泡運輸(membranevesicletransport)胞吞作用胞飲作用57微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第57頁第四節(jié)培養(yǎng)基(medium)培養(yǎng)基:人工配制，適合微生物生長繁殖或產(chǎn)生代謝產(chǎn)物營養(yǎng)基質(zhì)。培養(yǎng)基幾乎是一切對微生物進行研究和利用工作基礎(chǔ).用途：促使微生物生長；積累代謝產(chǎn)物；分離微生物菌種；判定微生物種類；微生物細(xì)胞計數(shù)；菌種保藏；制備微生物制品。任何培養(yǎng)基都應(yīng)該具備微生物生長所需要六大營養(yǎng)要素：碳源、氮源、無機鹽、能源、生長因子、水任何培養(yǎng)基一旦配成，必須馬上進行滅菌處理；常規(guī)高壓蒸汽滅菌：

1.05kg/cm2,121.3℃15-30分鐘；0.56kg/cm2,112.6℃15-30分鐘58微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第58頁一、選取和設(shè)計培養(yǎng)基標(biāo)準(zhǔn)和方法目標(biāo)明確營養(yǎng)協(xié)調(diào)理化條件適宜經(jīng)濟節(jié)約59微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第59頁1.目標(biāo)明確依據(jù)不一樣微生物營養(yǎng)要求配制針對強培養(yǎng)基。培養(yǎng)化能自養(yǎng)型氧化硫桿菌培養(yǎng)基組成為：S10gMgSO4.7H2O0.5g(NH4)2SO40.4gFeSO40.01gH2PO44gCaCl20.25gH2O1000ml培養(yǎng)化能異養(yǎng)大腸桿菌一個培養(yǎng)基是由以下化學(xué)成份組成：葡萄糖5gNH4H2PO41gNaCl5gMgSO4.7H2O0.2gK2HPO41gH2O1000ml60微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第60頁常見培養(yǎng)四大類微生物培養(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）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，用碘液試驗檢驗至糖化完全為止，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）蔗糖30gNaNO33gK2HPO41gKCl0.5gMgSO4.7H2O0.5gFeSO40.01gH2O1000ml61微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第61頁1）分離細(xì)菌時，在培養(yǎng)基中加入濃度為50U/ml制霉菌素，能夠抑制霉菌和酵母菌生長。2）分離放線菌時，在樣品中加入0.05%十二烷基磺酸鈉（SDS）不但能夠抑制細(xì)菌生長，還能激活放線菌孢子萌發(fā)。加入氟哌酸（5mg/L）+制霉菌素（50mg/L）+青霉素（0.8mg/L）也能夠有效地抑制細(xì)菌和真菌，而不影響放線菌生長。3）分離霉菌和酵母菌時，在培養(yǎng)基中加入青霉素、鏈霉素和四環(huán)素各30U/ml，能夠抑制細(xì)菌和放線菌生長。4）分離根霉和毛霉時，因為這些微生物菌絲易蔓延成片，難以得到純化菌落，通常在培養(yǎng)基中添加0.1%去氧膽酸鈉或山梨醇預(yù)防菌絲蔓延，使菌落長得小而緊密。62微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第62頁2.營養(yǎng)協(xié)調(diào)培養(yǎng)基中營養(yǎng)物質(zhì)濃度適當(dāng)時微生物才能生長良好，營養(yǎng)物質(zhì)濃度過低時不能滿足微生物正常生長所需，濃度過高時則可能對微生物生長起抑制作用。培養(yǎng)基中各營養(yǎng)物質(zhì)之間濃度配比也直接影響微生物生長繁殖和代謝產(chǎn)物形成和積累，其中碳氮比（C/N）影響較大。碳氮比指培養(yǎng)基中碳元素與氮元素物質(zhì)量比值，有時也指培養(yǎng)基中還原糖與粗蛋白之比。比如，在利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸過程中，培養(yǎng)基碳氮比為100/2時，菌體量繁殖，谷氨酸積累少；當(dāng)培養(yǎng)基碳氮比為100/12時，菌體繁殖受到抑制，谷氨酸產(chǎn)量則大量增加。63微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第63頁64微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第64頁3.理化條件適宜pH滲透壓和水活度氧化還原電位65微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第65頁a.pH培養(yǎng)基pH必須控制在一定范圍內(nèi)，以滿足不一樣類型微生物生長繁殖或產(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為了維持培養(yǎng)基pH相對恒定，通常在培養(yǎng)基中加入pH緩沖劑，或在進行工業(yè)發(fā)酵時補加酸、堿。66微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第66頁慣用pH緩沖劑67微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第67頁維持培養(yǎng)基pH值相對恒定兩種方式：內(nèi)源調(diào)整：在培養(yǎng)基里加一些緩沖劑或不溶性碳酸鹽，這種經(jīng)過培養(yǎng)基內(nèi)在成份所起調(diào)整作用外源調(diào)整：按實際需要不停向發(fā)酵液流加酸或堿液使用磷酸緩沖劑：

K2HPO4/Na2HPO4,H2PO4/NaH2PO4

采取“備用堿”：CaCO3

、CaHCO3

、NaHCO3

采取弱酸鹽：檸檬酸鹽、乳酸鹽等采取NaOH或HCL68微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第68頁滲透壓

等滲溶液 適宜微生物生長

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)微生物適合在等滲環(huán)境下生長，而有菌如金黃色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)則能在3mol/LNaCl高滲溶液中生長。能在高鹽環(huán)境（2.8~6.2mol/LNaCl）生長微生物常被稱為嗜鹽微生物b.滲透壓和水活度69微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第69頁◆微生物對水需要程度慣用環(huán)境中水活度值（wateractivity,w）表示。所謂w就是水有效濃度。◆定義：水活度是在一定溫度條件下，溶液蒸汽壓（材料上部蒸氣相中水濃度）與純水蒸汽壓（即純水上部蒸氣相中水濃度）之比，即：w

=/o表示溶液蒸汽壓o表示純水蒸汽壓◆在w為0.60~0.99環(huán)境條件都有微生物生長，但對某種微生物而言，它對w要求是一定，微生物對水需求有相當(dāng)改變程度。即微生物不一樣，其生長最適w亦不一樣。水活度70微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第70頁幾類微生物生長最適w

微生物

w普通細(xì)菌0.91酵母菌0.88霉菌0.80嗜鹽細(xì)菌0.70嗜鹽真菌0.65嗜高滲酵母0.60◆為了表示微生物生長與水關(guān)系，有時也慣用相對濕度（RH)

概念（w×100=RH）；通常也用測定蒸氣相中相對濕度方法得知溶液或物質(zhì)水活度。71微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第71頁c.氧化還原電位氧化還原電位又稱氧化還原電勢（redoxpotential），是度量某氧化還原系統(tǒng)中還原劑釋放電子或氧化劑接收電子趨勢一個指標(biāo)，其單位是V（伏）或mV（毫伏）。不一樣類型微生物生長對氧化還原電位要求不一樣好氧性微生物：+0.1伏以上時可正常生長,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伏以上時進行好氧呼吸,+0.1伏以下時進行發(fā)酵。72微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第72頁培養(yǎng)基是多氧化還原偶聯(lián)復(fù)雜電化學(xué)系統(tǒng)，測出Eh值僅代表其綜合結(jié)果。對微生物影響最大是：分子氧和分子氫濃度培養(yǎng)基中慣用還原劑：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。73微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第73頁4.經(jīng)濟節(jié)約以粗代精以野代家以廢代好以國代進以簡代繁以氮代朊以烴代糧以纖代糖74微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第74頁二、培養(yǎng)基種類及應(yīng)用

培養(yǎng)基種類繁多，依據(jù)其成份、物理狀態(tài)和用途可將培養(yǎng)分成各種類型。75微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第75頁（一）依據(jù)微生物種類（二）按培養(yǎng)基成份（三）按培養(yǎng)基物理狀態(tài)（四）按培養(yǎng)用途培養(yǎng)基種類76微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第76頁（一）依據(jù)微生物種類分類

細(xì)菌培養(yǎng)基放線菌培養(yǎng)基霉菌培養(yǎng)基酵母培養(yǎng)基77微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第77頁（二）按培養(yǎng)基成份1.天然培養(yǎng)基

2.合成培養(yǎng)基

3.半合成培養(yǎng)基78微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第78頁1.天然培養(yǎng)基79微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第79頁2.合成培養(yǎng)基80微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第80頁3.半合成培養(yǎng)基81微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第81頁（三）按培養(yǎng)基物理狀態(tài)

1.液體培養(yǎng)基

2.固體培養(yǎng)基

3.半固體培養(yǎng)基4.脫水培養(yǎng)基82微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第82頁1.液體培養(yǎng)基83微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第83頁液體培養(yǎng)基為何適于工業(yè)生產(chǎn)？液體培養(yǎng)基營養(yǎng)物質(zhì)分布均勻，與菌體充分接觸，有利于微生物更加快吸收營養(yǎng)，有利于菌體繁殖、積累產(chǎn)物，因而適于大規(guī)模生產(chǎn)

84微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第84頁2.固體培養(yǎng)基85微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基節(jié)專家講座第85頁理想凝固劑應(yīng)具備以下條件：①不被所培養(yǎng)微生物分解利用；②在微生物生長溫度范圍內(nèi)保持固體狀態(tài)，在培養(yǎng)基中適當(dāng)增加凝固劑來處理這一問題；③凝固劑凝固點溫度不能太低，不然將不利于微生物生長；④凝固劑對所培養(yǎng)微生物無毒害作用；⑤凝固劑在滅菌過程中不會被破壞；⑥透明度好，粘著