微生物的營(yíng)養(yǎng)

26三月2024微生物的營(yíng)養(yǎng)分子千重百分含量分子數(shù)不同種類全部大分子蛋白質(zhì)多糖脂類DNARNA全部單體氨基酸及其前體糖類及其前體核苷酸及其前提無(wú)機(jī)離子全部965559.13.120.53.50.520.511002461000023500004300220000002.1255501350~100~50~20018~2500~1850241~660原核生物細(xì)胞的化學(xué)物質(zhì)組成3/26/20242微生物細(xì)胞的化學(xué)元素組成大量元素(macroelement):碳、氫、氧、氮、磷、硫、鉀、鎂、鈣、鐵微量元素(traceelement):鋅、錳、鈉、氯、鉬、硒、鈷、銅、鎢、鎳、硼。

表：微生物細(xì)胞中幾種主要元素的含量（干重％）元素細(xì)菌酵母菌真菌元素細(xì)菌酵母菌霉菌碳－50－50－48鈉0.5－1.00.01－0.10.02－0.05氮－15－12－5鈣0.01－1.50.1－0.30.1－1.4氫－8－7－7鎂0.1－0.50.1－0.50.1－0.5氧－20－31－40氯化物0.5－－磷－3－3.54－4.85鐵0.02－0.20.01－0.50.1－0.2硫－1－0.039－0.11化學(xué)元素水平

注意：組成比例因種而異；組成隨菌齡以及培養(yǎng)條件的不同在一定范圍內(nèi)發(fā)生變化。占細(xì)菌細(xì)胞干重的97%3/26/20243營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)是微生物生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，而營(yíng)養(yǎng)是微生物維持和延續(xù)其生命形式的一種生理過(guò)程。營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（nutrient）:外界環(huán)境中可為細(xì)胞提供結(jié)構(gòu)組成、能量、代謝調(diào)節(jié)物質(zhì)和良好生理環(huán)境的化學(xué)物質(zhì)稱之或稱為養(yǎng)料。營(yíng)養(yǎng)（nutrition）:細(xì)胞從外界環(huán)境中攝取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，使其在生長(zhǎng)過(guò)程中獲取生命活動(dòng)所需的能量及其結(jié)構(gòu)物質(zhì)的生理過(guò)程。營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的作用：

形成結(jié)構(gòu)——參與細(xì)胞組成；

提供能量——機(jī)體進(jìn)行各種生理活動(dòng)所需的能量；

調(diào)節(jié)作用——構(gòu)成酶的活性成分和物質(zhì)運(yùn)輸系統(tǒng)；

良好生理環(huán)境——水有利于生物大分子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定3/26/20244第一節(jié)微生物的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及其功能微生物和其他生物的營(yíng)養(yǎng)統(tǒng)一性

3/26/20245微生物的六大營(yíng)養(yǎng)要素——碳源及其功能◆定義：凡可被用來(lái)構(gòu)成細(xì)胞物質(zhì)或代謝產(chǎn)物中碳素來(lái)源的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。◆功能：提供合成細(xì)胞物質(zhì)及代謝物的原料;為整個(gè)生理活動(dòng)提供所需要能源（異養(yǎng)微生物）；類型元素水平化合物水平培養(yǎng)基原料水平有機(jī)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(jiǎn)單蛋白質(zhì)等一般氨基酸、明膠等C·H·O糖、有機(jī)酸、醇、脂類等葡萄糖、蔗糖、各種淀粉、糖蜜等C·H烴類天然氣、石油及其不同餾份、石蠟油等無(wú)機(jī)碳C(?)——C·OCO2CO2C·O·XNaHCO3NaHCO3、CaCO3、等微生物的碳源譜3/26/20246注意：1.對(duì)整個(gè)微生物界來(lái)說(shuō)，微生物的碳源是非常廣泛的。2.不同的微生物對(duì)碳源的利用能力不同，其碳源譜也有所差異。3.在有機(jī)碳中，C·H·O·N和C·H·O·N·X類雖然可以利用，但通常做氮源使用。4.對(duì)異養(yǎng)微生物來(lái)說(shuō)，其碳源同時(shí)又充作能源——雙功能營(yíng)養(yǎng)物。微生物工業(yè)發(fā)酵中用做碳源的原料傳統(tǒng)種類：糖類（單糖，飴糖） 淀粉（玉米粉、山芋粉、野生植物、淀粉等） 麩皮 各種米糠等代糧發(fā)酵：纖維素、石油、CO2、或者工業(yè)的副產(chǎn)品如糖蜜微生物的六大營(yíng)養(yǎng)要素——碳源及其功能3/26/20247◆能源：指能為微生物的生命活動(dòng)提供最初能量來(lái)源的營(yíng)養(yǎng)物或輻射能。

◆微生物的能源譜能源譜化學(xué)物質(zhì)（化能營(yíng)養(yǎng)型）輻射能（光能營(yíng)養(yǎng)型）：光能自養(yǎng)和異養(yǎng)微生物的能源有機(jī)物：化能異養(yǎng)微生物的能源（同碳源）無(wú)機(jī)物：化能自養(yǎng)微生物的能源（不同碳源）◆種類化能自養(yǎng)微生物：還原態(tài)的無(wú)機(jī)物質(zhì)，如NH4+、NO2-、S、H2S、H2和Fe2+等單功能營(yíng)養(yǎng)物：輻射能（能源）雙功能營(yíng)養(yǎng)物：還原態(tài)的NH4＋（能源、氮源）三功能營(yíng)養(yǎng)物：氨基酸類（能源、碳源、氮源）微生物的六大營(yíng)養(yǎng)要素——能源及其功能3/26/20248◆氮源：凡用來(lái)構(gòu)成菌體物質(zhì)或代謝產(chǎn)物中氮素來(lái)源的營(yíng)養(yǎng)源。◆種類：無(wú)機(jī)氮：銨鹽、硝酸鹽、亞硝酸鹽、氨、N2等；有機(jī)氮：蛋白質(zhì)及其降解產(chǎn)物（如胨、肽、氨基酸等）、牛肉膏、魚粉、花生餅粉、黃豆餅粉、玉米漿、尿素等◆功能：1）提供合成細(xì)胞中含氮物，如蛋白質(zhì)、核酸，以及含氮代謝物等的原料；2）少數(shù)細(xì)菌可以利用銨鹽、硝酸鹽等氮源為能源。3）對(duì)于異氧微生物，含有N·C·H·O·X的有機(jī)化合物具有碳源、能源和氮源3重功能；類型元素水平化合物水平培養(yǎng)基原料水平有機(jī)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、一般氨基酸、簡(jiǎn)單蛋白質(zhì)等尿素、蛋白胨、明膠等無(wú)機(jī)氮N·HNH3、銨鹽等(NH4)2SO4等N·O硝酸鹽等KNO3等NN2空氣微生物的氮源譜微生物的六大營(yíng)養(yǎng)要素——氮源及其功能3/26/20249

◆實(shí)驗(yàn)室常用的氮源：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)上常用的氮源：硝酸鹽、銨鹽、尿素、氨以及蛋白含量較高的魚粉、蠶蛹粉、黃豆餅粉、花生餅份、玉米漿等?！暨t效氮源：蛋白氮必須通過(guò)水解之后降解成胨、肽、氨基酸等才能被機(jī)體利用?！羲傩У矗簾o(wú)機(jī)氮源或以蛋白質(zhì)降解產(chǎn)物形式存在的有機(jī)氮源可以直接被菌體吸收利用?！?/p>

速效氮源：通常是有利于機(jī)體的生長(zhǎng)，遲效氮源有利于代謝產(chǎn)物的形成。◆氨基酸自養(yǎng)型生物：一部分微生物能把尿素、銨鹽、硝酸鹽甚至氮?dú)獾群?jiǎn)單氮源合成所需要的一切氨基酸?！舭被岙愷B(yǎng)型生物：需要從外界吸收氨基酸作為氮源的生物。微生物的六大營(yíng)養(yǎng)要素——氮源及其功能3/26/202410

構(gòu)成微生物細(xì)胞的組成成分；調(diào)解微生物細(xì)胞的滲透壓，pH值和氧化還原電位；有些無(wú)機(jī)鹽如S、Fe還可做為自養(yǎng)微生物的能源；構(gòu)成酶活性基的組成成分，維持酶活性。Mg、Ca、K是多種酶的激活劑?！魺o(wú)機(jī)鹽功能◆定義：為微生物細(xì)胞生長(zhǎng)提供碳、氮源以外的多種重要元素（包括大量元素和微量元素）的物質(zhì)，多以無(wú)機(jī)鹽的形式共給。大量元素：P、S、K、Mg、Ca、Na、Fe（微生物生長(zhǎng)所需濃度在10-3~10-4mol/L）微量元素：Cu、Zn、Mn、Mo、Co（微生物生長(zhǎng)所需濃度在10-6~10-8mol/L）◆

種類：一般微生物生長(zhǎng)所需要的無(wú)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。微生物的六大營(yíng)養(yǎng)要素——無(wú)機(jī)鹽及其功能3/26/202411無(wú)機(jī)鹽的來(lái)源和功能3/26/202412◆生長(zhǎng)因子：:是一類對(duì)微生物正常生活所不可缺少而需要量又不大，但微生物自身不能用簡(jiǎn)單的碳源或氮源合成，或合成量不足以滿足機(jī)體生長(zhǎng)需要的有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。不同微生物需求的生長(zhǎng)因子的種類和數(shù)量不同。◆種類：狹義：維生素廣義：維生素、氨基酸、堿基、卟啉及其衍生物、甾醇、胺類、分支或直鏈脂肪酸生長(zhǎng)因子自養(yǎng)型微生物不需要從外界吸收任何生長(zhǎng)因子多數(shù)真菌、放線菌和一些細(xì)菌生長(zhǎng)因子異養(yǎng)型微生物需要從外界吸收多種生長(zhǎng)因子乳酸菌、動(dòng)物致病菌、支原體等生長(zhǎng)因子過(guò)量合成微生物少數(shù)微生物在其代謝活動(dòng)中，能合成并大量分泌某些維生素等阿舒假囊酵母產(chǎn)B2、謝氏丙酸桿菌和產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)B12微生物對(duì)生長(zhǎng)因子的需要與否分為三種類型◆生長(zhǎng)因子的提供方式：維生素混合液或者一些天然物質(zhì)原料（酵母膏、玉米漿、肝浸液、麥芽汁或者其他動(dòng)物、植物的汁液等）微生物的六大營(yíng)養(yǎng)要素——生長(zhǎng)因子及其功能3/26/202413微生物細(xì)胞含水約占細(xì)胞鮮重70－90％，水作用是多方面的?！羲墓δ?/p>

是細(xì)胞中生化反應(yīng)的良好介質(zhì)；營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和代謝產(chǎn)物都必須溶解在水里，才能被吸收或排出體（細(xì)胞）外；水的比熱高，能有效的吸收代謝過(guò)程中放出的熱量，不致使細(xì)胞的溫度驟然上升；維持細(xì)胞的膨壓（控制細(xì)胞形態(tài)）；有利于生物大分子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定；◆水在細(xì)胞中有兩種存在形式：結(jié)合水和游離水，結(jié)合水沒(méi)有流動(dòng)性和溶解力，所以微生物不能利用它。微生物的六大營(yíng)養(yǎng)要素——水及其功能3/26/202414幾種生物的游離水含量人體：~60%海蟄：~96%微生物孢子營(yíng)養(yǎng)體霉菌孢子：~39%細(xì)菌芽孢：皮層：~70%核心：極低細(xì)菌：~80%酵母：~75%霉菌：~85%◆不同細(xì)胞及不同細(xì)胞結(jié)構(gòu)中游離水的含量有較大差別水的可利用性常用水活度aW表示：在相同溫度和壓力下，體系中溶液或物質(zhì)上面空氣的蒸汽壓與純水蒸汽壓之比。aW=P溶液/P純水微生物生長(zhǎng)所需的水活度為0?63~0?993/26/202415六大營(yíng)養(yǎng)要素及其生理作用種類碳源氮源無(wú)機(jī)鹽生長(zhǎng)因子水能源生理作用提供碳源構(gòu)成有機(jī)分子的骨架，碳源物質(zhì)通常也提供氫元素和氧元素能源(二氧化碳不提供能源)提供氮元素合成含氮物質(zhì)一般不作為能源(少數(shù)自養(yǎng)菌能用作能源)酶活性中心組分穩(wěn)定生物大分子及細(xì)胞結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)滲透壓控制氧化還原電位某些微生物能源物質(zhì)維生素、嘌呤和嘧啶作為酶的輔基和輔酶提供某些微生物不能合成的氨基酸嘌呤和嘧啶用于合成核苷、核苷酸及核酸溶劑與運(yùn)輸介質(zhì)參與生化反應(yīng)熱導(dǎo)體維持細(xì)胞形態(tài)控制多亞基結(jié)構(gòu)的裝配與解離生命活動(dòng)能量單功能營(yíng)養(yǎng)物（輻射能）雙功能營(yíng)養(yǎng)物（能源、氮源）三功能營(yíng)養(yǎng)物（能源、碳源、氮源）3/26/202416第二節(jié)微生物的營(yíng)養(yǎng)類型營(yíng)養(yǎng)類型：根據(jù)微生物生長(zhǎng)所需要的主要營(yíng)養(yǎng)物即能源和碳源、氮源不同而劃分的微生物的類型。微生物營(yíng)養(yǎng)類型的分類分類標(biāo)準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)類型特點(diǎn)以能源分光能營(yíng)養(yǎng)型、化能營(yíng)養(yǎng)型、以光為能源以有機(jī)物氧化釋放的化學(xué)能為能源以氫供體分無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)型有機(jī)營(yíng)養(yǎng)型還原性無(wú)機(jī)物為電子供體以有機(jī)物為電子供體以碳源分自養(yǎng)型異養(yǎng)型以CO2為唯一或主要碳源以有機(jī)物為主要碳源以合成氨基酸的能力分氨基酸自養(yǎng)型氨基酸異養(yǎng)型以生長(zhǎng)因子分原養(yǎng)型或野生型營(yíng)養(yǎng)缺陷型取得死或活的有機(jī)物分寄生、腐生3/26/202417雖然劃分微生物營(yíng)養(yǎng)類型的標(biāo)準(zhǔn)和角度各種各樣，但通常都是根據(jù)能源、氫供體和碳源來(lái)劃分。微生物的主要營(yíng)養(yǎng)類型主要營(yíng)養(yǎng)類型能源氫/電子供體碳源代表性微生物光能無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)型光無(wú)機(jī)物二氧化碳藻類、紫硫細(xì)菌、綠硫細(xì)菌、藍(lán)細(xì)菌光能有機(jī)營(yíng)養(yǎng)型光有機(jī)物有機(jī)物紫色非硫細(xì)菌、綠色非硫細(xì)菌化能無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)型化學(xué)能無(wú)機(jī)物二氧化碳硫氧化細(xì)菌、氫細(xì)菌、硝化細(xì)菌、鐵細(xì)菌化能有機(jī)營(yíng)養(yǎng)型化學(xué)能有機(jī)物有機(jī)物原生動(dòng)物。真菌。大多數(shù)非光合細(xì)菌3/26/202418微生物的營(yíng)養(yǎng)類型——光能無(wú)機(jī)自養(yǎng)型碳源：以C02作為唯一碳源或主要碳源能源：利用光能電子供體：以無(wú)機(jī)物如水、硫化氫、硫代硫酸鈉或其他無(wú)機(jī)硫化物作為氫供體將CO2還原成細(xì)胞物質(zhì)，同時(shí)產(chǎn)生元素硫

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。真核藻類和藍(lán)細(xì)菌紫硫細(xì)菌和綠硫細(xì)菌3/26/202419微生物的營(yíng)養(yǎng)類型——光能有機(jī)異養(yǎng)型碳源：不能以CO2為主要碳源或唯一碳源；能源：利用光能電子供體：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(yíng)養(yǎng)類型。光能異養(yǎng)型細(xì)菌在生長(zhǎng)時(shí)大多數(shù)采要外源的生長(zhǎng)因子。紅螺菌科的細(xì)菌以光為能源，二氧化碳為碳源，并需要異丙醇為供氫體，同時(shí)積累丙酮3/26/202420微生物的營(yíng)養(yǎng)類型——化有無(wú)機(jī)自養(yǎng)型以CO2或碳酸鹽作為唯一或主要碳源，以無(wú)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)。

2NH4++3O2→2NO2-+2H2O+4H++132Kcal

NO2-+1/2O2→NO3-+18.1Kcal亞硝化細(xì)菌硝化細(xì)菌H2S+1/2O2→S+H2O+50.1KcalS+11/2O2+H2O→H2SO4+149.8Kcal硫化細(xì)菌:（硫桿菌屬，硫微螺菌屬）

2Fe2++1/2O2+2H+→2Fe3++H2O+21.2Kcal鐵細(xì)菌H2+1/2O2→H2O+56.7Kcal氫細(xì)菌：具有氫化酶，從氫的氧化獲取能量，同化CO2化能無(wú)機(jī)自養(yǎng)型只存在于微生物中，可在完全無(wú)機(jī)及無(wú)光的環(huán)境中生長(zhǎng)。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)；3/26/202421生長(zhǎng)所需的能量來(lái)自有機(jī)物氧化過(guò)程放出的化學(xué)能，生長(zhǎng)所需要的碳源主要是一些有機(jī)化合物，如淀粉、糖類、纖維素、有機(jī)酸等。多數(shù)微生物屬于化能異養(yǎng)型，其生長(zhǎng)所需要能源和碳源通常來(lái)自同一種有機(jī)物。微生物的營(yíng)養(yǎng)類型——化能有機(jī)異養(yǎng)型根據(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(wú)生命活性的有機(jī)物作為生長(zhǎng)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(zhǎng)所需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。存在于寄生與腐生之間的中間過(guò)渡類型微生物，稱為兼性腐生型或兼性寄生型。如結(jié)核桿地菌、痢疾桿菌就是兼性寄生菌。3/26/202422不同營(yíng)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(zhǎng)；有些微生物在不同生長(zhǎng)條件下生長(zhǎng)時(shí),其營(yíng)養(yǎng)類型也會(huì)發(fā)生改變；例如紫色非硫細(xì)菌(purplenonsulphurbacteria)：沒(méi)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(zhǎng)，為異養(yǎng)型微生物；光照和厭氧條件下，利用光能生長(zhǎng)，為光能營(yíng)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(zhǎng)，為化能營(yíng)養(yǎng)型微生物微生物營(yíng)養(yǎng)類型的可變性無(wú)疑有利于提高其對(duì)環(huán)境條件變化的適應(yīng)能力3/26/202423第三節(jié)物質(zhì)進(jìn)出微生物細(xì)胞的方式

◆

營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的過(guò)程叫運(yùn)輸。營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)只有進(jìn)入細(xì)胞后才能參與微生物細(xì)胞內(nèi)的生命活動(dòng)。

◆影響營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的因素主要有三個(gè)：

1）營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)本身的性質(zhì)，如相對(duì)分子質(zhì)量、溶解性、電負(fù)性、極性等都影響營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的難易程度；2）微生物所處的環(huán)境，如溫度、pH、離子強(qiáng)度等；3）微生物細(xì)胞的通透屏障，主要是黏液層、細(xì)胞壁和細(xì)胞膜等結(jié)構(gòu)。疏水性分子苯、氧氣、氮?dú)獠粠щ姾傻男〉臉O性分子脲、甘油、水、二氧化碳不帶電荷的大的極性分子葡萄糖、蔗糖離子H＋,Na+,K+,Cl,HCO3-,Ca2+,Mg2+內(nèi)外人工磷脂雙分子層膜對(duì)不同類型分子的相對(duì)透性3/26/202424特點(diǎn)：①擴(kuò)散是非特異性的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收方式：如營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)通過(guò)細(xì)胞膜中的含水小孔，由高濃度的胞外環(huán)境向低濃度的胞內(nèi)擴(kuò)散；②在擴(kuò)散過(guò)程中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化：即既不與膜上的分子發(fā)生反應(yīng)，同時(shí)本身的分子結(jié)構(gòu)也不發(fā)生變化；③物質(zhì)運(yùn)輸?shù)乃俾瘦^慢：速率與胞內(nèi)外營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的濃度差有關(guān)，即隨細(xì)胞膜內(nèi)外該物質(zhì)濃度差的降低而減小，直到胞內(nèi)外物質(zhì)濃度相同；④不需要載體參與；擴(kuò)散是一個(gè)不需要代謝能的運(yùn)輸方式：因此，物質(zhì)不能進(jìn)行逆濃度運(yùn)輸。營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的方式——單純擴(kuò)散⑤可運(yùn)送的養(yǎng)料有限：限于水、溶于水的氣體，及分子量小，脂溶性、極性小的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。3/26/202425

單純擴(kuò)散模式圖細(xì)胞膜外細(xì)胞膜內(nèi)細(xì)胞膜3/26/202426營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的方式——促進(jìn)擴(kuò)散營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)通過(guò)與細(xì)胞膜上載體蛋白（也稱作透過(guò)酶permease）的可逆性結(jié)合來(lái)加快其傳遞速度◆特點(diǎn)：

營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)本身在分子結(jié)構(gòu)上也不會(huì)發(fā)生變化；不耗能，不能進(jìn)行逆濃度運(yùn)輸；運(yùn)輸?shù)乃俾视砂麅?nèi)外該物質(zhì)的濃度差決定需要細(xì)胞膜上的載體蛋白參與物質(zhì)運(yùn)輸；運(yùn)輸速率有飽和效應(yīng)；促進(jìn)擴(kuò)散的運(yùn)輸方式多見(jiàn)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(guò)這種方式完成的。3/26/202427通過(guò)促進(jìn)擴(kuò)散進(jìn)入細(xì)胞的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)主要有氨基酸、單糖、維生素及無(wú)機(jī)鹽等。一般微生物通過(guò)專一的載體蛋白運(yùn)輸相應(yīng)的物質(zhì)，但也有微生物對(duì)同一物質(zhì)的運(yùn)輸由一種以上的載體蛋白來(lái)完成。3/26/202428營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的方式——主動(dòng)運(yùn)輸在代謝能的推動(dòng)下，通過(guò)膜上特殊載體蛋白營(yíng)養(yǎng)料濃度梯度吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的過(guò)程◆特點(diǎn)：物質(zhì)在主動(dòng)運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中需要消耗代謝能；可以進(jìn)行逆濃度運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)輸方式；需要載體蛋白參與，對(duì)被運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)有高度的立體專一性被運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)在轉(zhuǎn)移的過(guò)程中不發(fā)生任何化學(xué)變化◆能量來(lái)源：不同的微生物在主動(dòng)運(yùn)輸過(guò)程中所需的能量的來(lái)源不同，好氧微生物中直接來(lái)自呼吸能，厭氧微生物主要來(lái)自化學(xué)能，光合微生物中則主要來(lái)自光能。主動(dòng)運(yùn)輸是微生物吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的主要方式。3/26/202429

◆基團(tuán)轉(zhuǎn)位：是在研究糖的運(yùn)輸時(shí)發(fā)現(xiàn)的一種主動(dòng)運(yùn)輸方式?！暨\(yùn)輸過(guò)程中需要能量，被運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)發(fā)生化學(xué)變化的運(yùn)輸叫基團(tuán)移位?！粼S多糖就是靠基團(tuán)移位進(jìn)行運(yùn)輸?shù)?。◆這種運(yùn)輸方式是微生物通過(guò)磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)運(yùn)輸營(yíng)養(yǎng)物的。

最著名的基團(tuán)轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)是磷酸烯醇式丙酮酸：糖磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)（PTS）：PTS通常由五種蛋白質(zhì)組成，包括酶Ⅰ、酶Ⅱ（包括a、b、c三種亞基）和一種低相對(duì)分子量的熱穩(wěn)定蛋白質(zhì)（HPr）。營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的方式——基團(tuán)轉(zhuǎn)位PEP+HPr→HPr-p+丙酮酸P-HPr+葡萄糖→葡萄糖-P+HPrEⅠEⅡ3/26/202430基團(tuán)轉(zhuǎn)移主要存在于厭氧型和兼性厭氧型細(xì)胞中，主要用于糖的運(yùn)輸，脂肪酸、核苷、堿基等也可以通過(guò)這種方式運(yùn)輸。3/26/202431GroupTranslocation3/26/202432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)移位特異載體蛋白無(wú) 有 有 有 運(yùn)送速度 慢 快 快 快 溶質(zhì)運(yùn)送方向由濃至稀由濃至稀 由稀至濃 由稀至濃平衡時(shí)內(nèi)外濃度內(nèi)外相等 內(nèi)外相等 內(nèi)部高 內(nèi)部高 運(yùn)送分子 無(wú)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(yùn)送前后溶質(zhì)分子不變 不變 不變 改變 載體飽和效應(yīng) 無(wú) 有 有 有 與溶質(zhì)類似物無(wú)競(jìng)爭(zhēng)性 有競(jìng)爭(zhēng)性 有競(jìng)爭(zhēng)性 有競(jìng)爭(zhēng)性 運(yùn)送抑制劑 無(wú) 有 有 有 運(yùn)送對(duì)象舉例水、O2單糖\aa\鹽乳糖\離子葡萄糖\嘌呤四種運(yùn)送營(yíng)養(yǎng)方式的比較3/26/202433第四節(jié)培養(yǎng)基培養(yǎng)基：一種人工配制的、適合微生物生長(zhǎng)繁殖或產(chǎn)生代謝產(chǎn)物、或者用于其他目的的混合養(yǎng)料。特點(diǎn)：任何培養(yǎng)基都應(yīng)具備微生物所需要的六大營(yíng)養(yǎng)要素，且應(yīng)比例適當(dāng)。一旦配成必須立即滅菌。用途：促使微生物生長(zhǎng)；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3/26/202434制備培養(yǎng)基的基本原則——有的放矢有的放矢：根據(jù)培養(yǎng)的對(duì)象和目的，如培養(yǎng)何物，獲何產(chǎn)物，用于實(shí)驗(yàn)室還是大規(guī)模生產(chǎn)以及做種子培養(yǎng)用還是發(fā)酵用等來(lái)制備培養(yǎng)基。常見(jiàn)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10g、NaCl5g、H2O1000ml放線菌（高氏1號(hào)）：淀粉20g、K2HPO40.5g、NaCl0.5g、MgSO4.7H2O0.5g、KNO31g、FeSO40.01g、H2O1000ml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(guò)濾，調(diào)pH為6.0。霉菌（查氏合成培養(yǎng)基）：NaNO33g、K2HPO41g、KCl0.5g、MgSO4.7H2O0.5g、FeSO40.01g、蔗糖30g、H2O1000ml3/26/202435根據(jù)微生物營(yíng)養(yǎng)類型配制培養(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：S10gMgSO4.7H2O0.5gNH4)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5gNH4H2PO41gNaCl5gMgSO4.7H2O0.2gK2HPO41gH2O1000ml3/26/202436根據(jù)培養(yǎng)目的配制培養(yǎng)基該培養(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(jí)代謝產(chǎn)物還是次級(jí)代謝產(chǎn)物？

☆用于培養(yǎng)菌體種子的培養(yǎng)基營(yíng)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(shí)，有時(shí)還應(yīng)提高培養(yǎng)基的氮源含量）；若代謝產(chǎn)物是次級(jí)代謝產(chǎn)物時(shí)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(shí)，應(yīng)重視培養(yǎng)基中各成份的來(lái)源和價(jià)格，應(yīng)選擇來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉的原料，提倡以粗代精，以廢代好，以野代家，以纖代糖。3/26/202437制備培養(yǎng)基的基本原則——營(yíng)養(yǎng)協(xié)調(diào)營(yíng)養(yǎng)協(xié)調(diào)：培養(yǎng)基除應(yīng)含有維持微生物最適生長(zhǎng)所必需的一切營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，最重要的是營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的濃度和配比要合適?！駶舛冗^(guò)高——微生物的生長(zhǎng)起抑制作用，濃度過(guò)小——不能滿足微生物生長(zhǎng)的需要。●碳氮比（C/N）直接影響微生物生長(zhǎng)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(shí)的一個(gè)重要指標(biāo)；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(shí)，菌體大量繁殖，谷氨酸積累少；C/N＝3/1時(shí)，菌體生長(zhǎng)受抑制，而谷氨酸大量增加。

●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3/26/202438制備培養(yǎng)基的基本原則——條件適宜微生物生長(zhǎng)除營(yíng)養(yǎng)要素以外，還受pH、氧氣、滲透壓等物理化學(xué)因素的影響，而微生物的生長(zhǎng)反過(guò)來(lái)又會(huì)影響環(huán)境條件。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(zhǎng)繁殖或產(chǎn)生代謝產(chǎn)物。各類微生物的最適生長(zhǎng)pH值各不相同：

細(xì)菌：7.0~8.0放線菌：7.5~8.酵母菌：3.8~6.0 霉菌：4.0~5.8在微生物的生長(zhǎng)和代謝過(guò)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，培養(yǎng)基的初始pH值會(huì)發(fā)生改變，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。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3/26/202439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。☆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。3/26/202440滲透壓等滲溶液 適宜微生物生長(zhǎng)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(zhǎng)，而有的菌如Staphylococcusaureus則能在3mol/LNaCl的高滲溶液中生長(zhǎng)。能在高鹽環(huán)境（2.8~6.2/LNaCl）生長(zhǎng)的微生物常被稱為嗜鹽微生物（Halophiles）。3/26/202441氧化還原電勢(shì)各種微生物對(duì)培養(yǎng)基的氧化還原電勢(shì)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(zhǎng)).厭氧微生物：只能在低于+0.1V以下生長(zhǎng)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(cè)出的Eh值僅代表其綜合結(jié)果。對(duì)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。3/26/2024423/26/202443以粗代精以野代家以廢代好以國(guó)代進(jìn)以簡(jiǎn)代繁以氮代朊以烴代糧以纖代糖制備培養(yǎng)基的基本原則——經(jīng)濟(jì)節(jié)約3/26/202444培養(yǎng)基的種類及其應(yīng)用培養(yǎng)基根據(jù)培養(yǎng)基的功能區(qū)分根據(jù)對(duì)培養(yǎng)基成分的了解程度劃分根據(jù)配制后培養(yǎng)基的物理狀態(tài)區(qū)分根據(jù)所培養(yǎng)的微生物的類群和營(yíng)養(yǎng)類型劃分細(xì)菌、放線菌、酵母菌、霉菌自養(yǎng)微生物、異養(yǎng)微生物、