第五章微生物的營養(yǎng)演示文稿

第五章微生物的營養(yǎng)演示文稿當前第1頁\共有84頁\編于星期五\22點

你認識到了嗎了解、認識了各種微生物的形態(tài)和繁殖特點，就為進一步認識、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，學習微生物的營養(yǎng)和培養(yǎng)基知識，是實現(xiàn)認識、利用和研究微生物的必要基礎(chǔ)。？。。。當前第2頁\共有84頁\編于星期五\22點教學提示:掌握微生物營養(yǎng)要素及碳源譜、氮源譜中主要的培養(yǎng)基原料；了解微生物的營養(yǎng)類型、營養(yǎng)物質(zhì)輸送方式；著重掌握培養(yǎng)基的有關(guān)知識，包括配制方法和注意事項；要求能領(lǐng)悟培養(yǎng)基的設(shè)計與微生物純培養(yǎng)技術(shù)之間的重要關(guān)系。當前第3頁\共有84頁\編于星期五\22點——營養(yǎng)是生命活動的起點，是必需的物質(zhì)基礎(chǔ)。微生物的營養(yǎng)過程為其生命活動提供了物質(zhì)、能量、代謝調(diào)節(jié)物和必要的生理環(huán)境的保障。營養(yǎng)(nutrition)：生物體從外部環(huán)境中攝取生命活動必需的物質(zhì)和能量，以滿足正常生長、繁殖和各種生理活動之所需。廣義地說，營養(yǎng)是微生物獲得和利用營養(yǎng)物的過程，是微生物維持和延續(xù)其生命形式的一種基本生理過程。營養(yǎng)物(nitrient)：具有營養(yǎng)功能的物質(zhì)和能量（指光能——對微生物來說）當前第4頁\共有84頁\編于星期五\22點第一節(jié)微生物的營養(yǎng)要求細胞化學元素組成大量元素：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、動物、微生物之間存在著“營養(yǎng)上的統(tǒng)一性”一、微生物細胞的化學組成微生物細胞水70%-90%干物質(zhì)無機物有機物：蛋白質(zhì)、脂、糖、核酸等當前第5頁\共有84頁\編于星期五\22點二、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”當前第6頁\共有84頁\編于星期五\22點1、碳源在微生物生長繁殖過程中，能為其提供碳素營養(yǎng)來源的物質(zhì)稱碳源。即，是用來構(gòu)建菌體物質(zhì)中或代謝產(chǎn)物中的碳素骨架的營養(yǎng)物質(zhì)。碳源譜有機碳無機碳異養(yǎng)微生物自養(yǎng)微生物微生物利用的碳源物質(zhì)主要有糖類、有機酸、醇類、脂類、烴類、和蛋白質(zhì)、氨基酸、核酸以及CO2、碳酸鹽等等。從微生物的整體來看，可利用的碳源物質(zhì)的范圍稱碳源譜。當前第7頁\共有84頁\編于星期五\22點可以無機碳源提供主要碳素營養(yǎng)的——自養(yǎng)微生物（較少）自然界中，利用有機碳源的微生物種類占絕大多數(shù)。其中必須以有機碳源提供碳素營養(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。從某種角度來說，世界上存在的所有有機物，幾乎沒有微生物不能利用的??！

——微生物的生物多樣性當前第8頁\共有84頁\編于星期五\22點對大多數(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;

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.當前第9頁\共有84頁\編于星期五\22點注意：“碳源譜廣泛”是針對整個微生物界來說的，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、無機鹽等多種營養(yǎng)成分。當前第10頁\共有84頁\編于星期五\22點在微生物生長繁殖過程中，能為其提供氮素營養(yǎng)來源的物質(zhì)稱氮源。即，是用來滿足菌體物質(zhì)中或代謝產(chǎn)物中的氮素需要的營養(yǎng)物質(zhì)。2、氮源氮源譜｛有機氮無機氮N.H,N.ONH3銨鹽（NH4+）硝酸鹽N2｛｛蛋白質(zhì)核酸氨基酸尿素當前第11頁\共有84頁\編于星期五\22點一般而言，能利用有機氮的也以利用無機氮

但是，能利用無機氮的不一定能利用有機氮。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(有機氮源)，“N.H”型氮源(無機氮源，如NH4+)次之。在論及微生物培養(yǎng)基成分時，最常用的有機氮源是牛肉膏、蛋白胨、酵母膏及餅粕粉（黃豆餅、花生麩）蠶蛹粉、魚粉等當前第12頁\共有84頁\編于星期五\22點氨基酸自養(yǎng)型生物：不需要氨基酸做氮源，能利用尿素、銨鹽、硝酸鹽甚至氮氣等自行合成所需氨基酸的生物氨基酸異養(yǎng)型生物：需要從外界吸收現(xiàn)成的氨基酸做氮源才能滿足需要的按對氨基酸的需要的不同，可將微生物生物分為：當前第13頁\共有84頁\編于星期五\22點3、能源能為微生物的生命活動提供最初能量來源的營養(yǎng)物或輻射能，稱能源。能源譜｛化學物質(zhì)輻射能｛化能異養(yǎng)微生物的能源有機物無機物化能自養(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養(yǎng)物：如光能多功能營養(yǎng)物：如銨鹽、氨基酸等當前第14頁\共有84頁\編于星期五\22點4、生長因子微生物生長所必需的、但其自身不能合成或合成量不足以滿足機體生長需要的、需要量很小的有機化合物.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 破傷風梭狀芽孢桿菌（Clostridiumtetani）

尿嘧啶 0-4ug 腸膜狀串珠菌（Leuconostocmesenteroides）

吡哆醛 0.025ug當前第15頁\共有84頁\編于星期五\22點廣義的生長因子——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因子——僅指維生素

生長因子自養(yǎng)型微生物：多數(shù)真菌、放線菌和不少細菌生長因子異養(yǎng)型微生物：乳酸菌、營養(yǎng)缺陷型突變株及致病菌等生長因子過量合成的微生物：可用其生產(chǎn)有關(guān)的生長因子（如維生素），如阿舒假囊酵母生產(chǎn)B2，費氏丙酸桿菌發(fā)酵生產(chǎn)VB12等。配制培養(yǎng)基時，常使用生長因子豐富的天然物質(zhì)制備物作為補充生長因子的培養(yǎng)基成分。如：酵母膏、玉米漿、麥芽汁、肝浸液等。當前第16頁\共有84頁\編于星期五\22點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)，維持細胞的滲透與平衡酶的激活劑除C、H、O外的元素，有時又稱無機鹽，其基本作用：當前第17頁\共有84頁\編于星期五\22點配制培養(yǎng)基時，大量元素一般首選K2HPO4、MgSO4等，可同時提供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.微量元素——指那些在微生物生長過程中起重要作用，而機體對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、鈷、銅、鎢、鎳、硼等。根據(jù)微生物對礦質(zhì)元素需要量的大小，可分為：大量元素：Na、K、Mg、Ca、S、P等。當前第18頁\共有84頁\編于星期五\22點6、水生理功能主要有：①起到溶劑與運輸介質(zhì)的作用；②參與細胞內(nèi)一系列化學反應(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；微生物細胞含水量很高，細菌、酵母和霉菌菌體分別是80%、75%和85%，而霉菌孢子含水39%，細菌芽孢含水很低，約為30%左右。當前第19頁\共有84頁\編于星期五\22點第二節(jié)微生物的營養(yǎng)類型異養(yǎng)型生物自養(yǎng)型生物生長所需要的營養(yǎng)物質(zhì)生長過程中能量的來源光能營養(yǎng)型化能營養(yǎng)型根據(jù)微生物生長所需要的主要營養(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養(yǎng)類型：當前第20頁\共有84頁\編于星期五\22點根據(jù)碳源、能源及電子供體性質(zhì)的不同，可將微生物分為：光能無機自養(yǎng)型(photolithoautotrophy)光能有機異養(yǎng)型(photoorganoheterotrophy)化能無機自養(yǎng)型(chemolithoautotrophy)化能有機異養(yǎng)型(chemoorganoheterotrophy)當前第21頁\共有84頁\編于星期五\22點1．光能無機自養(yǎng)型（光能自養(yǎng)型）能以CO2為唯一或主要碳源；進行光合作用獲取生長所需要的能量；以無機物如H2O、H2、H2S、S等作為供氫體或電子供體，使CO2還原為構(gòu)成細胞物質(zhì)的有機物；例如，藻類及藍細菌等和植物一樣，以水為電子供體（供氫體），進行產(chǎn)氧型的光合作用，合成細胞物質(zhì)。而紅硫細菌，以H2S為電子供體，產(chǎn)生細胞物質(zhì)，并伴隨硫元素的產(chǎn)生。CO2+2H2S+H2O光能光合色素[CH2O]+2S+H2O當前第22頁\共有84頁\編于星期五\22點當前第23頁\共有84頁\編于星期五\22點2、光能有機營養(yǎng)型（光能自養(yǎng)型）紫色非硫細菌4CH3OH+2CO2光能（ATP）光合色素6[CH2O]+H2O光能無機自養(yǎng)型與光能有機異養(yǎng)型微生物可利用光能進行進行生長，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當前第24頁\共有84頁\編于星期五\22點不能以CO2為主要或唯一的碳源；以有機物作為供氫體，利用光能將CO2還原為細胞物質(zhì)；在生長時大多數(shù)需要外源的生長因子；例如，紅螺菌屬中的一些細菌能利用異丙醇作為供氫體，將CO2還原成細胞物質(zhì)，同時積累丙酮。CHOH+CO2H3CH3C2光能

光合色素2CH3C0CH3+[CH2O]+H2O當前第25頁\共有84頁\編于星期五\22點3．化能無機自養(yǎng)型（化能自養(yǎng)型）生長所需要的能量來自無機物氧化過程中放出的化學能；以CO2或碳酸鹽作為唯一或主要碳源進行生長時，利用H2、H2S、Fe2+、NH3或NO2-等作為電子供體使CO2還原成細胞物質(zhì)?；軣o機自養(yǎng)型只存在于微生物中，可在完全無機及無光的環(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)；當前第26頁\共有84頁\編于星期五\22點氫氧化細菌：H2+O2H2O+ATP鐵細菌鐵氧化細菌：Fe2++O2Fe3++ATP亞硝化細菌：NH2+O2NO2-+ATP硝化細菌：NO2+O2NO3-+ATP硫化細菌：H2S（S）+O2SO4-+ATP當前第27頁\共有84頁\編于星期五\22點4．化能有機異養(yǎng)型（化能異養(yǎng)型）生長所需要的能量均來自有機物氧化過程中放出的化學能；生長所需要的碳源主要是一些有機化合物，如淀粉、糖類、纖維素、有機酸等。有機物通常既是碳源也是能源；大多數(shù)細菌、真菌、原生動物都是化能有機異養(yǎng)型微生物；所有致病微生物均為化能有機異養(yǎng)型微生物；當前第28頁\共有84頁\編于星期五\22點不同營養(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物進行生長；有些微生物在不同生長條件下生長時,其營養(yǎng)類型也會發(fā)生改變:例如紫色非硫細菌(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；黑暗與有氧條件下，依靠有機物氧化產(chǎn)生的化學能生長，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)能力當前第29頁\共有84頁\編于星期五\22點第三節(jié)營養(yǎng)物質(zhì)進入細胞的方式營養(yǎng)物質(zhì)能否進入細胞取決于三個方面的因素：①營養(yǎng)物質(zhì)本身的性質(zhì)（相對分子量、質(zhì)量、溶解性、電負性等;②微生物所處的環(huán)境（溫度、pH等）；③微生物細胞的透過屏障（原生質(zhì)膜、細胞壁、莢膜等）。除原生動物外，各種微生物都是通過細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。當前第30頁\共有84頁\編于星期五\22點根據(jù)物質(zhì)運輸過程的特點，可將微生物營養(yǎng)物質(zhì)的運輸方式分為：單純擴散促進擴散主動運輸基團轉(zhuǎn)移當前第31頁\共有84頁\編于星期五\22點1．單純擴散（自由擴散、簡單擴散）

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，通過物理擴散方式由高濃度的胞外環(huán)境向低濃度的胞內(nèi)進行擴散。特點①不消耗能量；不需要載體；③不能逆濃度運輸；運輸速率與膜內(nèi)外物質(zhì)的濃度差成正比；②物質(zhì)在擴散過程中沒有發(fā)生任何變化；當前第32頁\共有84頁\編于星期五\22點特征：順濃度梯度運輸1.不需要載體2.不需要消耗能量3.單純擴散如：水、氧氣、二氧化碳、甘油、乙醇等?！镔|(zhì)通過簡單的擴散作用進出細胞.胞外胞內(nèi)蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)o2o2o2o2o2o2o2o2o2o2o2o2o2當前第33頁\共有84頁\編于星期五\22點2．促進擴散特點①不消耗能量②需要載體參與③不能進行逆濃度運輸④運輸速率與膜內(nèi)外物質(zhì)的濃度差成正比⑤參與運輸?shù)奈镔|(zhì)的分子結(jié)構(gòu)不發(fā)生本身變化，但運輸速度加快細胞外溶質(zhì)借助于細胞膜上的載體蛋白（酶）的協(xié)助，向胞內(nèi)運送的方式,。當前第34頁\共有84頁\編于星期五\22點

通過促進擴散進入細胞的營養(yǎng)物質(zhì)主要有氨基酸、單糖、維生素及無機鹽等。一般微生物通過專一的載體蛋白運輸相應(yīng)的物質(zhì)，但也有微生物對同一物質(zhì)的運輸由一種以上的載體蛋白來完成。當前第35頁\共有84頁\編于星期五\22點特征：順濃度梯度運輸1.需要載體參與2.不需要消耗能量3.促進擴散葡葡葡——進出細胞的物質(zhì)借助載體蛋白的擴散。葡胞外胞內(nèi)葡葡葡葡葡葡葡葡葡葡蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)當前第36頁\共有84頁\編于星期五\22點3．主動運輸它的一個重要特點是物質(zhì)運輸過程中需要消耗能量和載體，而且可以進行逆濃度運輸。用于各種離子和一些糖類的運輸。主動運輸是廣泛存在于微生物中的一種主要的物質(zhì)運輸方式。當前第37頁\共有84頁\編于星期五\22點主動運輸特征：逆濃度梯度運輸1.需要載體2.需要消耗能量3.——物質(zhì)逆濃度梯度進出細胞的運輸如：Na+、K+、Ca2+等離子通過細胞膜；葡萄糖、氨基酸通過小腸上皮細胞。K+K+K+K+ADP+Pi

ATP胞外胞內(nèi)能量K+K+K+K+K+K+K+K+蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)當前第38頁\共有84頁\編于星期五\22點與促進擴散相比,主動運輸有何重要意義?最關(guān)鍵的是，微生物通過主動運輸可以從各種環(huán)境中吸收到營養(yǎng)物質(zhì)，從而對提高其環(huán)境的適應(yīng)性具有重要作用。當前第39頁\共有84頁\編于星期五\22點4．基團移位

基團移位是另一種類型的主動運輸，它與主動運輸?shù)牟煌幵谟谒幸粋€復雜的運輸系統(tǒng)(酶系統(tǒng))來完成物質(zhì)的運輸。其特點是：需要能量，需要載體，可以逆濃度運輸，而且物質(zhì)結(jié)構(gòu)在運輸過程中會發(fā)生化學變化?；鶊F移位主要存在于厭氧型和兼性厭氧型細胞中，主要用于各種糖類的運輸，脂肪酸、核苷酸、堿基等也可以通過這種方式運輸。當前第40頁\共有84頁\編于星期五\22點G+PEP1-P-G+丙酮酸HPrE1、E2當前第41頁\共有84頁\編于星期五\22點比較項目單純擴散 促進擴散主動運輸基團移位特異載體蛋白無 有 有 有 運送速度 慢 快 快 快 溶質(zhì)運送方向由濃至稀由濃至稀 由稀至濃 由稀至濃平衡時內(nèi)外濃度內(nèi)外相等 內(nèi)外相等 內(nèi)部高 內(nèi)部高 運送分子 無特異性 特異性 特異性 特異性 能量消耗 不需要 需要 需要 需要 運送前后溶質(zhì)分子不變 不變 不變 改變 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 運送抑制劑 無 有 有 有 運送對象舉例水、O2

糖、SO42-氨基酸、乳糖葡萄糖\嘌呤四種運送營養(yǎng)方式的比較當前第42頁\共有84頁\編于星期五\22點知識總結(jié)：小分子及離子被動運輸主動運輸單純擴散促進擴散順濃度梯度載體蛋白分子物質(zhì)基團移位物質(zhì)跨膜運輸方式能量當前第43頁\共有84頁\編于星期五\22點第四節(jié)培養(yǎng)基培養(yǎng)基:應(yīng)科研或生產(chǎn)的需要，由人工配制的、適合于不同微生物生長繁殖或積累代謝產(chǎn)物用的營養(yǎng)基質(zhì)（混合養(yǎng)料）。培養(yǎng)基幾乎是一切對微生物進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養(yǎng)要素（碳源、氮源、無機鹽、能源、生長因子、水）且比例適當.任何培養(yǎng)基一旦配成，必須立即進行滅菌處理:常用高壓蒸汽滅菌：

1.05kg/cm2,121.3℃,15-20min；

0.56kg/cm2,112.6℃,15-30min;當前第44頁\共有84頁\編于星期五\22點絕大多數(shù)微生物都可以在人工培養(yǎng)基上生長，除少數(shù)嚴格寄生或共生的微生物外。

另外，有一種觀點，認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；微生物細胞計數(shù)；菌種保藏；制備微生物制品當前第45頁\共有84頁\編于星期五\22點1培養(yǎng)基的配制原則培養(yǎng)基組分應(yīng)適合微生物的營養(yǎng)特點（目的明確）營養(yǎng)物的濃度與比例應(yīng)恰當（營養(yǎng)協(xié)調(diào)）物理化學條件適宜（條件適宜）根據(jù)培養(yǎng)目的來選擇不同來源的原料（經(jīng)濟節(jié)約）當前第46頁\共有84頁\編于星期五\22點1.1培養(yǎng)基組分應(yīng)適合微生物營養(yǎng)特點（目的明確）

即根據(jù)不同微生物的營養(yǎng)需要配制不同的培養(yǎng)基。不同營養(yǎng)類型的微生物，其對營養(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）由簡單的無機物質(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物質(zhì)，但有機物的種類需適應(yīng)所培養(yǎng)菌的特點。按微生物的主要類群來說，它們所需要的培養(yǎng)基成分也不同:

細菌：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)基當對“試驗菌”營養(yǎng)需求特點不清楚的時候，可以采用生長譜法進行測定。當前第47頁\共有84頁\編于星期五\22點1.2營養(yǎng)物的濃度與比例應(yīng)恰當（營養(yǎng)協(xié)調(diào)）●濃度過高——微生物的生長受到抑制；濃度過小——不能滿足微生物生長的需要；●碳氮比（C/N）直接影響微生物生長與繁殖及代謝產(chǎn)物的形成與積累，故常作為考察培養(yǎng)基組成時的一個重要指標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/N比值=例：谷氨酸生產(chǎn)中

C/N＝4/1時，菌體大量繁殖，谷氨酸積累少；C/N＝3/1時，菌體生長受抑制，而谷氨酸大量增加。注：C/N比有時也指培養(yǎng)基中還原糖與粗蛋白兩種成分含量之比）當前第48頁\共有84頁\編于星期五\22點

1.3物理化學條件適宜（條件適宜）1.3.1pH:各類微生物的最適生長pH值各不相同：細菌：7.0—8.0

放線菌：7.5-8.5

酵母菌：3.8—6.0 霉菌：4.0—5.8

在微生物的生長和代謝過程中，由于營養(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值會發(fā)生改變，為了維持培養(yǎng)基pH值的相對恒定，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)基合適的碳氮比。外源調(diào)節(jié)：按實際需要不斷向發(fā)酵液中流加酸液或堿液當前第49頁\共有84頁\編于星期五\22點☆磷酸緩沖液：pH值從6.0—7.6之間K2HPO4+HClKH2PO4+KClKH2PO4+KOHK2HPO4+H2O☆加入CaCO3：

CO32–HCO3–H2CO3CO2+H2O+H+–H–+H+–H–☆培養(yǎng)基中所含氨基酸、肽、蛋白質(zhì)等物質(zhì)也可起到一定的緩沖作用。當前第50頁\共有84頁\編于星期五\22點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 適宜微生物生長高滲溶液 細胞發(fā)生質(zhì)壁分離低滲溶液 細胞吸水膨脹，直至破裂大多數(shù)微生物適合在等滲的環(huán)境下生長。而有的細菌如Staphylococcusaureus則能在3mol/LNaCl的高滲溶液中生長。能在高鹽環(huán)境（2.8~6.2g/LNaCl）生長的微生物常被稱為嗜鹽微生物（Halophiles）。當前第51頁\共有84頁\編于星期五\22點水活度在人為或天然環(huán)境中，微生物可實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：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0.60～0.99的條件下生長aw過低時,微生物生長的遲緩期延長,比生長速率和總生長量減少微生物不同，其生長的最適aw不同。當前第52頁\共有84頁\編于星期五\22點當前第53頁\共有84頁\編于星期五\22點1.3.3氧化還原電勢(redoxpotential)①是度量系統(tǒng)中還原劑釋放電子或氧化劑接受電子趨勢的指標，以Eh表示，其單位是V（伏）或mV（毫伏）②各種微生物對培養(yǎng)基的氧化還原電勢的要求不同：好氧微生物：+0.3~+0.4V,(在>0.1V以上的環(huán)境中均能生長)厭氧微生物：只能在+0.1V以下生長兼性厭氧微生物：+0.1V以上呼吸、+0.1V以下發(fā)酵③培養(yǎng)基是多氧化還原偶的復雜電化學系統(tǒng)，測出的Eh值僅代表其綜合結(jié)果。④對微生物影響最大的是：分子氧和分子氫的濃度⑤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。當前第54頁\共有84頁\編于星期五\22點1.4根據(jù)培養(yǎng)基的應(yīng)用目的選擇原料及其來源（經(jīng)濟節(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？是實驗室種子培養(yǎng)還是大規(guī)模發(fā)酵？代謝產(chǎn)物是初級代謝產(chǎn)物還是次級代謝產(chǎn)物？

☆用于培養(yǎng)菌體、種子的培養(yǎng)基營養(yǎng)應(yīng)豐富，氮源含量宜高（碳氮比低）；☆用于大量生產(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，有時還應(yīng)提高培養(yǎng)基的氮源含量）；若代謝產(chǎn)物是次級代謝產(chǎn)物時要考慮是否加入特殊元素或特定的代謝產(chǎn)物；☆當所設(shè)計的是大規(guī)模發(fā)酵用的培養(yǎng)基時，應(yīng)重視培養(yǎng)基中各成份的來源和價格，應(yīng)選擇來源廣泛、價格低廉的原料，提倡以粗代精，以廢代好。當前第55頁\共有84頁\編于星期五\22點經(jīng)濟節(jié)約原則——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當前第56頁\共有84頁\編于星期五\22點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“癥”下料———初級天然培養(yǎng)基.2.2查閱文獻查閱、分析文獻，調(diào)查前人的工作資料，借鑒人家的經(jīng)驗，以便從中得到啟發(fā)設(shè)計有自己特色的培養(yǎng)基配方.2.3精心設(shè)計借助優(yōu)選法或正交試驗設(shè)計法等方法.

2設(shè)計培養(yǎng)基的方法

當前第57頁\共有84頁\編于星期五\22點2.4試驗比較*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*小型試驗放大到大型生產(chǎn)條件的比較*pH和溫度試驗當前第58頁\共有84頁\編于星期五\22點◆附1：培養(yǎng)基配制時應(yīng)注意的幾個問題：1、沉淀2、瓊脂膠體強度的破壞3、褐色物質(zhì)的形成4、pH發(fā)生變化當前第59頁\共有84頁\編于星期五\22點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/cm2,112.6℃,20-30min

過濾滅菌分別滅菌間歇滅菌的應(yīng)用附2：培養(yǎng)基的滅菌當前第60頁\共有84頁\編于星期五\22點附圖：過濾滅菌當前第61頁\共有84頁\編于星期五\22點附3：器皿的滅菌及無菌室的消毒器皿的滅菌：干熱空氣：160℃，2小時無菌室的消毒：紫外線化學藥物熏蒸（苯酚；高錳酸鉀+甲醛）當前第62頁\共有84頁\編于星期五\22點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)基的種類當前第63頁\共有84頁\編于星期五\22點3.1根據(jù)微生物的類群來分①細菌培養(yǎng)基②放線菌培養(yǎng)基③酵母菌培養(yǎng)基④霉菌培養(yǎng)基等。3.2根據(jù)培養(yǎng)目的來分

①種子培養(yǎng)基(seedculturemedium)——是為保證發(fā)酵生產(chǎn)獲得大量優(yōu)質(zhì)種子而設(shè)計的培養(yǎng)基。特點是營養(yǎng)較豐富，氮源比例較高。有時為使菌種能迅速適應(yīng)后面的發(fā)酵條件，還有意識地加入發(fā)酵培養(yǎng)基的基質(zhì)。②發(fā)酵培養(yǎng)基(fermentationmedium)——用于生產(chǎn)預定發(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，原料應(yīng)價廉易得，還應(yīng)有利于下游的分離提取。當前第64頁\共有84頁\編于星期五\22點★-1細菌培養(yǎng)基——營養(yǎng)肉湯（nutrientbroth)：

牛肉膏3g；水1000ml；蛋白胨5g；NaCl5g;

pH7.2~7.4放線菌培養(yǎng)基——高氏1號（淀粉硝酸鹽培養(yǎng)基）：

可溶性淀粉20g；KNO31g;K2HPO41g

MgSO40.5gNaCl1g;FeSO4?7H2O0.5g

水1000ml;pH7.2~7.4霉菌培養(yǎng)基——查氏（zapek)培養(yǎng)基（蔗糖硝酸鹽培養(yǎng)基）：

蔗糖30g;NaNO33g;MgSO4.H2O0.5g;KCl0.5g;K2HPO41g;FeSO40.5g

水1000ml;pH6.7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，用碘液試驗檢查至糖化完全為止，調(diào)整糖液濃度為10。巴林，煮沸后，紗布過濾，調(diào)pH為6.0。當前第65頁\共有84頁\編于星期五\22點如：味精生產(chǎn)

一級種子（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2.5~3.5%尿素0.3~0.5%K2HPO40.1~0.2%MgSO40.05%二級種子（1200升發(fā)酵罐）培養(yǎng)基配方：以3-5%淀粉水解糖代替3%葡萄糖，其他成分同一級種子。發(fā)酵培養(yǎng)基（50-100t發(fā)酵罐）：基本同二級種子液。當前第66頁\共有84頁\編于星期五\22點3.3根據(jù)對培養(yǎng)基成分的了解程度來分天然培養(yǎng)基(complexmedium)：也稱作chemicallyundefinedmedium。利用化學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，除實驗室經(jīng)常使用外，更適宜于在生產(chǎn)上用來大規(guī)模地培養(yǎng)微生物和生產(chǎn)微生物產(chǎn)品。當前第67頁\共有84頁\編于星期五\22點3.3.2合成（組合）培養(yǎng)基(syntheticmedium)：也稱作chemicallydefinedmedium.

由化學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，重復性強，但微生物生長較慢，且價格較貴。故一般適于在實驗室范圍內(nèi)及有關(guān)微生物營養(yǎng)需要、代謝、分類鑒定、生物測定以及菌種選育、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.當前第68頁\共有84頁\編于星期五\22點3.3.3半合成（組合）培養(yǎng)基(semi-definedmedium)：

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營養(yǎng)物的需要.

如馬鈴薯-蔗糖培養(yǎng)基當前第69頁\共有84頁\編于星期五\22點3.4根據(jù)培養(yǎng)基的物理狀態(tài)來分3.4.1液體培養(yǎng)基(liquidmedium)：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)模的工業(yè)化生產(chǎn)以及在實驗室進行微生物生理代謝等基本理論的研究工作?？筛鶕?jù)培養(yǎng)后的“濁度”判斷微生物的生長情況.當前第70頁\共有84頁\編于星期五\22點

3.4.2固體培養(yǎng)基(solidmedium)：天然固體營養(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1.5～2％)而呈固體狀態(tài)的培養(yǎng)基為微生物的生長提供營養(yǎng)表面常用于微生物的分離、純化、計數(shù)、生理測定、育種和菌種保藏等方面的研究?？梢朗褂媚康牟煌瞥尚泵?、平板等形式.當前第71頁\共有84頁\編于星期五\22點

半固體培養(yǎng)基(semi-solidmedium)：