微生物的營養(yǎng)類型

關(guān)于微生物的營養(yǎng)類型第1頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三營養(yǎng)類型第2頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三光能自養(yǎng)型微生物以C02作為唯一碳源或主要碳源，并利用光能，以無機(jī)物如硫化氫、硫代硫酸鈉或其他無機(jī)硫化物作為供氫體將CO2還原成細(xì)胞物質(zhì)，同時產(chǎn)生元素硫光能CO2＋H2S[CH2O]+2S+H2O

光合色素

光能自養(yǎng)型微生物包括藍(lán)細(xì)菌（含葉綠素）、紅硫細(xì)菌和綠硫細(xì)菌等少數(shù)微生物（含細(xì)菌葉綠素），由于含有光合色素，因而能使先能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能（ATP），供機(jī)體直接利用。第3頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三光能異養(yǎng)型微生物以CO2為主要碳源或唯一碳源，以有機(jī)物（如異丙醇）作為供氫體，利用光能將CO2還原成細(xì)胞物質(zhì)，紅螺菌屬中的一些細(xì)菌屬于此種營養(yǎng)類型。

光能

2(H3C)2CHOH+CO22CH3COCH3+[CH2O]+H2O

光合色素光能異養(yǎng)型細(xì)菌在生長時大多數(shù)采要外源的生長因子第4頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三利用光能，以簡單有機(jī)物（醇、有機(jī)酸）為供氫體同化CO2

CH3

│

光能CO2+2CH2-CHOH----→[CH2O]+2CH3COCH3+H2O

菌綠素例：紅螺菌屬（Rhodospirillum）光能異養(yǎng)型微生物第5頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三化能自養(yǎng)型微生物以CO2或碳酸鹽作為唯一或主要碳源，以無機(jī)物氧化釋放的化學(xué)能為能源,，利用電子供體如氫氣、硫化氫、二價(jià)鐵離子或亞硝酸鹽等使CO2還原成細(xì)胞物質(zhì)。這類微生物主要有硫化細(xì)菌、硝化細(xì)菌、氫細(xì)菌與鐵細(xì)菌。它們在自然界物質(zhì)轉(zhuǎn)換過程中起著重要的作用。第6頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三通過氧化無機(jī)物取得能量，并以CO2為唯一或主要碳源1.硝化細(xì)菌:亞硝化細(xì)菌

2NH4++3O2→2NO2-+2H2O+4H++132Kcal硝化細(xì)菌

NO2-+1/2O2

→NO3-+18.1Kcal三、化能無機(jī)營養(yǎng)型第7頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三2.硫化細(xì)菌:通過氧化還原態(tài)的無機(jī)硫化物（H2S、S、S2O32-

、SO32-）獲得能量（硫桿菌屬，硫微螺菌屬）

H2S+1/2O2

→S+H2O+50.1KcalS+11/2O2+H2O→H2SO4+149.8Kcal第8頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三3.鐵細(xì)菌：氧化Fe2+為Fe3+獲取能量并同化

CO22Fe2++1/2O2+2H+→2Fe3++H2O+21.2Kcal4.氫細(xì)菌：具有氫化酶，從氫的氧化獲取能量，同化CO2H2+1/2O2→H2O+56.7Kcal第9頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三化能異養(yǎng)型微生物多數(shù)微生物屬于化能異養(yǎng)型，其生長所需要能量和碳源通常來自同一種有機(jī)物。根據(jù)化能異養(yǎng)型微生物利用有機(jī)物的特性，又可以將其分為下列兩種類型：腐生型微生物：利用無生命活性的有機(jī)物作為生長的碳源。寄生型微生物：寄生在生活的細(xì)胞內(nèi)，從寄生體內(nèi)獲得生長所需要的營養(yǎng)物質(zhì)。存在于寄生與腐生之間的中間過渡類型微生物，稱為兼性腐生型或兼性寄生型。第10頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三Majornutritionaltypesofmicroorganisms

NutritionalTypeEnergySourceCarbonSourceExamplesPhotoautotrophsLightCO2Cyanobacteria,somePurpleandGreenBacteriaPhotoheterotrophsLightOrganiccompoundsSomePurpleandGreenBacteriaChemoautotrophsorLithotrophs(Lithoautotrophs)Inorganiccompounds,e.g.H2,NH3,NO2,H2SCO2AfewBacteriaandmanyArchaeaChemoheterotrophsorHeterotrophsOrganiccompoundsOrganiccompoundsMostBacteria,someArchaea

第11頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三自養(yǎng)微生物：不依賴任何有機(jī)營養(yǎng)物即可正常生活的微生物異養(yǎng)微生物：至少需要提供一種大量有機(jī)物才能滿足其正常營養(yǎng)要求的微生物（即其碳源必須是有機(jī)物，供氫體是有機(jī)物，能源可以是氧化有機(jī)物活利用日光能）關(guān)于營養(yǎng)類型的定義：第12頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三第四節(jié)培養(yǎng)基(medium)定義：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）。特點(diǎn)：任何培養(yǎng)基都應(yīng)具備微生物所需要的五大營養(yǎng)要素，且應(yīng)比例適當(dāng)。所以一旦配成必須立即滅菌。用途：促使微生物生長；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；制備微生物制品第13頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三一、培養(yǎng)基的配制原則（一）培養(yǎng)基組分應(yīng)適合微生物的營養(yǎng)特點(diǎn)（目的明確）（二）營養(yǎng)物的濃度與比例應(yīng)恰當(dāng)（營養(yǎng)協(xié)調(diào)）（三）物理化學(xué)條件適宜（條件適宜）（四）根據(jù)培養(yǎng)目的選擇原料及其來源（經(jīng)濟(jì)節(jié)約）第14頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三（一）培養(yǎng)基組分應(yīng)適合微生物的營養(yǎng)特點(diǎn)

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(jī)物質(zhì)組成。異養(yǎng)做生物的培養(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)。

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(xì)菌：牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基

LB(Luria-Bertani)

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)

酵母菌；麥芽汁當(dāng)對試驗(yàn)菌營養(yǎng)需求特點(diǎn)不清楚的時候，可以采用‘生長譜’法進(jìn)行測定。第15頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三（二）營養(yǎng)物的濃度與比例應(yīng)恰當(dāng)●濃度過高——微生物的生長起抑制作用，濃度過小——不能滿足微生物生長的需要?！裉嫉龋–/N）直接影響微生物生長與繁殖及代謝物的形成與積累，故常作為考察培養(yǎng)基組成時的一個重要指標(biāo)；

●速效性氮（或碳）源與遲效性氮（或碳）源的比例

●各種金屬離子間的比例

碳源中的碳原子的mol數(shù)氮源中所含的氮原子的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。第16頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三（三）物理化學(xué)條件適宜

（1）pH:

各類微生物的最適生長pH值各不相同：

細(xì)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)基的碳氮比。外源調(diào)節(jié)：按實(shí)際需要不斷向發(fā)酵液流加酸或堿液第17頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三（三）物理化學(xué)條件適宜（續(xù)）☆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)也可起到緩沖作用。第18頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三（2）滲透壓和aw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)微生物適合在等滲的環(huán)境下生長，而有的菌如Staphylococcusaureus則能在3mol/LNaCl的高滲溶液中生長。能在高鹽環(huán)境（2.8~6.2/LNaCl）生長的微生物常被稱為嗜鹽微生物（Halophiles）。第19頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三第20頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三（3）氧化還原電勢(redoxpoyential)各種微生物對培養(yǎng)基的氧化還原電勢的要求：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)酵培養(yǎng)基是多氧化還原偶的復(fù)雜電化學(xué)系統(tǒng)，測出的Eh值僅代表其綜合結(jié)果。對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。第21頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三（四）根據(jù)培養(yǎng)基的應(yīng)用目的選擇原料及其來源該培養(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(dāng)所設(shè)計(jì)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(jià)格，應(yīng)選擇來源廣泛、價(jià)格低廉的原料，提倡以粗代精，以廢代好。第22頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三1.生態(tài)模擬調(diào)查所培養(yǎng)菌的生態(tài)條件，查看“嗜好”，對“癥”下料———初級天然培養(yǎng)基.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)基配方.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.二、設(shè)計(jì)培養(yǎng)基的方法第23頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三二、設(shè)計(jì)培養(yǎng)基的方法（續(xù)）4、實(shí)驗(yàn)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(yàn)放大到大型生產(chǎn)條件的比較

pH和溫度試驗(yàn)◆附1：配置培養(yǎng)基時應(yīng)注意的幾個問題及解決方法：1、沉淀2、膠體強(qiáng)度的破壞3、褐色物質(zhì)的形成4、pH發(fā)生變化第24頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三高壓蒸氣滅菌一般培養(yǎng)基:

1.05Kg/cm2,121.3℃,15-30min

含糖培養(yǎng)基:

0.56Kg/cm2,112.6℃,15-30min

過濾滅菌,分別滅菌,間歇滅菌的應(yīng)用附2：培養(yǎng)基的滅菌第25頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三附圖：過濾滅菌第26頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三附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：

紫外光化學(xué)藥物熏蒸（苯酚；高錳酸鉀+甲醛）第27頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三三、培養(yǎng)基的類型及其應(yīng)用★-1根據(jù)所培養(yǎng)微生物的微生物類群來分①細(xì)菌培養(yǎng)基②放線菌培養(yǎng)基③霉菌培養(yǎng)基★-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(jì)的培養(yǎng)基，特點(diǎn)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(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，原料應(yīng)價(jià)廉易得，還應(yīng)有利于下游的分離提取。第28頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三★-1細(xì)菌培養(yǎng)基——營養(yǎng)肉湯（nutrientbroth)：牛肉膏3g；水1000ml；蛋白胨5g；pH7.2~7.4放線菌培養(yǎng)基——高氏1號：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30g;KCl0.5g;MgSO4.H2O0.5g;FeSO40.5g水1000ml;K2HPO41g;NaNO33g;pH6.7酵母菌培養(yǎng)基——麥芽汁培養(yǎng)基

第29頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三味精生產(chǎn)菌北京棒狀桿菌AS1299的一級種子（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：以水解糖3%代替葡萄糖3%，其他成分相同。第30頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三★-3按對培養(yǎng)基成分的了解程度來分

①天然培養(yǎng)基(complexmedium)：也稱作chemicallyundefinedmedium。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)上用來大規(guī)模地培養(yǎng)微生物和生產(chǎn)微生物產(chǎn)品。

②合成（組合）培養(yǎng)基(syntheticmedium)：也稱作chemicallydefinedmedium.

由化學(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)基的組成成分精確、清楚，重復(fù)性強(qiáng)，但微生物生長較慢，且價(jià)格昂貴，故一般適于在實(shí)驗(yàn)室范圍內(nèi)他有關(guān)研生物營養(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.③半組合培養(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)基第31頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三★-4按制備后培養(yǎng)基外觀的物理狀態(tài)來分③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)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?？蓳?jù)培養(yǎng)后的濁度判斷微生物的生長程度.①固體培養(yǎng)基(solidmedium)：天然固體營養(yǎng)基質(zhì)制成的培養(yǎng)基，或液體培養(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(jì)數(shù)等方面的研究。可依使用目的不同而制成斜面、平板等形式.②半固體培養(yǎng)基(semi-solidmedium)：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。常用來觀察細(xì)菌運(yùn)動的特征，以進(jìn)行菌種鑒定和噬菌體效價(jià)滴定等方面的實(shí)驗(yàn)工作。

第32頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三1.不被微生物分解、利用、液化；2.不因消毒滅菌而被破壞；3.在微生物的生長溫度內(nèi)保持固態(tài)；4.凝固點(diǎn)的溫度對微生物無害；5.透明度好，粘著力強(qiáng)理想凝固劑應(yīng)具備的條件第33頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三第34頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三第35頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三★-5按特殊用途劃分①基礎(chǔ)培養(yǎng)基(minimummedium):是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；另外基礎(chǔ)培養(yǎng)基也可作為一些特殊培養(yǎng)基的基礎(chǔ)成分（如制備糖發(fā)酵培養(yǎng)基時）.②選擇性培養(yǎng)基(selectivemedium)：是根據(jù)某種或某一類群微生物的特殊營養(yǎng)需要，或?qū)δ撤N化合物的敏感性不同而設(shè)計(jì)出來的一類培養(yǎng)基。利用這種培養(yǎng)基可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.③鑒別性培養(yǎng)基(differentialmedium)：用于鑒別不同類型微生物的培養(yǎng)基，在普通培養(yǎng)基中加入能與某種代謝產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)的指示劑或化學(xué)藥品，從而產(chǎn)生某種明顯的特征性變化，以區(qū)別不同的微生物，例：伊紅美蘭乳糖培養(yǎng)基（EosinMethyleneBlue）④加富培養(yǎng)基(enrichedmedium)：在普通培養(yǎng)基中加入某些特殊的營養(yǎng)物，如血、血清、動、植物組織液或其他營養(yǎng)物質(zhì)（或生長因子）的一類營養(yǎng)豐富的培養(yǎng)基。用來培養(yǎng)營養(yǎng)要求苛刻的微生物，或用以富集（數(shù)量上占優(yōu)勢）和分離某中微生物.第36頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三TYPESOFCULTUREMEDIA

TYPEPURPOSEChemicallydefinedGrowthofchemoautotrophsandphotoautotrophs,andmicrobiologicalassays.

Complex

Growthofmostchemoheterotrophicorganisms.

Selective

Suppressionofunwantedmicrobes;encouragingdesiredmicrobes.

Differential

Differentiationofcoloniesofdesiredmicrobesfromothers.

Enrichment

Similartoselectivemediabutdesignedtoincreasenumbersofdesiredmicrobestodetectablelevels.

第37頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三

Table4a.MinimalmediumforthegrowthofBacillusmegaterium.Anexampleofachemically-definedmediumforgrowthofaheterotrophicbacterium.

ComponentAmountFunctionofcomponentsucrose10.0gCandenergysourceK2HPO42.5gpHbuffer;PandKsourceKH2PO42.5gpHbuffer;PandKsource(NH4)2HPO41.0gpHbuffer;NandPsourceMgSO47H2O0.20gSandMg++sourceFeSO47H2O0.01gFe++sourceMnSO47H2O0.007gMn++Sourcewater985mlpH7.0第38頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三Table4b.DefinedmediumforthegrowthofThiobacillusthiooxidans,alithoautotrophicbacterium.

ComponentAmountFunctionofcomponentNH4Cl0.52gNsourceKH2PO40.28gPandKsourceMgSO47H2O0.25gSandMg++sourceCaCl22H2O0.07gCa++sourceElementalSulfur1.56gEnergysourceCO25%*Csourcewater1000mlpH3.0*Aeratemediumintermittentlywithaircontaining5%CO2.

第39頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三Table5a.ComplexmediumforthegrowthoffastidiousbacteriaComponentAmountFunctionofcomponentBeefextract1.5gS