微生物的营养学习教案

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1、会计学1微生物的营养微生物的营养(yngyng)第一页，共86页。？。第1页/共85页第二页，共86页。第2页/共85页第三页，共86页。第3页/共85页第四页，共86页。一、微生物细胞(xbo)的化学组成微生物细胞微生物细胞水水70%-90%70%-90%干物质干物质无机物无机物有机物：蛋白质、脂、糖、核酸等有机物：蛋白质、脂、糖、核酸等第4页/共85页第五页，共86页。二、微生物的营养二、微生物的营养(yngyng)(yngyng)要素要素: :营养六要素营养六要素(yo s)：碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水：碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水按照营养物质在菌体中的生理作用按照

2、营养物质在菌体中的生理作用(zuyng)的不同，可以将它们分的不同，可以将它们分成六大类。成六大类。无论从元素水平还是营养要素水平，微生物的营养要求与摄无论从元素水平还是营养要素水平，微生物的营养要求与摄食型的动物（含人类）和光合自养型的植物都十分接近。食型的动物（含人类）和光合自养型的植物都十分接近。生物之间存在生物之间存在“营养上的统一性营养上的统一性”第5页/共85页第六页，共86页。1 1 、碳源、碳源在微生物生长繁殖过程中，能为其提供碳素营养来源的物在微生物生长繁殖过程中，能为其提供碳素营养来源的物质称碳源。即，是用来构建菌体物质中或代谢产物质称碳源。即，是用来构建菌体物质中或代谢产

3、物(chnw)中的碳素骨架的营养物质。中的碳素骨架的营养物质。碳源谱碳源谱有机有机(yuj)(yuj)碳碳无机无机(wj)(wj)碳碳异养微生物异养微生物自养微生物自养微生物微生物利用的碳源物质主要有糖类、有机酸、醇类、脂类、烃类、和蛋微生物利用的碳源物质主要有糖类、有机酸、醇类、脂类、烃类、和蛋白质、氨基酸、核酸以及白质、氨基酸、核酸以及COCO2 2、碳酸盐等等。碳酸盐等等。 从微生物的整体来看，可利用的碳源物质的范围称从微生物的整体来看，可利用的碳源物质的范围称碳源谱碳源谱。第6页/共85页第七页，共86页。可以可以(ky)无机碳源提供主要碳素营养的无机碳源提供主要碳素营养的自养微生物（

4、较少）自养微生物（较少）自然界中，利用有机碳源的微生物种类占绝大多数。其中自然界中，利用有机碳源的微生物种类占绝大多数。其中(qzhng)必须以有机碳源提供碳素营养的必须以有机碳源提供碳素营养的异养微生物（绝异养微生物（绝大多数）；大多数）；从整体上看，微生物是自然界中碳源谱最广的生命形式。从整体上看，微生物是自然界中碳源谱最广的生命形式。从某种角度来说，世界上存在的所有有机物，几乎没有从某种角度来说，世界上存在的所有有机物，几乎没有(mi yu)微生物不能利用的！微生物不能利用的！ 微生物的生物多样性微生物的生物多样性第7页/共85页第八页，共86页。第8页/共85页第九页，共86页。第9页

5、/共85页第十页，共86页。在微生物生长在微生物生长(shngzhng)繁殖过程中，能为其提供氮素营繁殖过程中，能为其提供氮素营养来源的物质称氮源。即，是用来满足菌体物质中或代谢产物养来源的物质称氮源。即，是用来满足菌体物质中或代谢产物中的氮素需要的营养物质。中的氮素需要的营养物质。2 2 、 氮源氮源氮源谱氮源谱有机有机(yuj)(yuj)氮氮无机无机(wj)(wj)氮氮NHNH3 3铵盐（铵盐（NHNH4 4+ +）硝酸盐硝酸盐N N2 2蛋白质蛋白质核酸核酸氨基酸氨基酸尿素尿素第10页/共85页第十一页，共86页。第11页/共85页第十二页，共86页。氨基酸自养型生物：不需要氨基酸做氮源

6、，能利用尿素、铵盐、硝酸盐甚至氨基酸自养型生物：不需要氨基酸做氮源，能利用尿素、铵盐、硝酸盐甚至(shnzh)氮气等自行合成所需氨基酸的生物氮气等自行合成所需氨基酸的生物氨基酸异养型生物：需要从外界氨基酸异养型生物：需要从外界(wiji)吸收现成的氨基酸做吸收现成的氨基酸做氮源才能满足需要的氮源才能满足需要的按对氨基酸的需要按对氨基酸的需要(xyo)的不同，可将微生物生物分为：的不同，可将微生物生物分为：第12页/共85页第十三页，共86页。3 3、能源、能源(nngyun)(nngyun)能为微生物的生命活动提供最初能量能为微生物的生命活动提供最初能量(nngling)来源的营养物或来源的营

7、养物或辐射能，称能源。辐射能，称能源。能源能源(nngyun)谱谱化学物质化学物质辐射能辐射能化能异养微生物的能源化能异养微生物的能源有机物有机物无机物无机物化能自养微生物的能源化能自养微生物的能源光能自养和光能异养微生物的能源光能自养和光能异养微生物的能源单功能营养物：如光能单功能营养物：如光能多功能营养物：如铵盐、氨基酸等多功能营养物：如铵盐、氨基酸等第13页/共85页第十四页，共86页。4 4、生长因子、生长因子微生物生长所必需的、但其自身不能合成微生物生长所必需的、但其自身不能合成(hchng)(hchng)或合成或合成(hchng)(hchng)量不足以满足机体生长需要的、需要量很小

8、的有机化量不足以满足机体生长需要的、需要量很小的有机化合物合物. . 微微 生生 物物 生长因子生长因子 需要量（需要量（ /ml /ml）IIIIII型肺炎链球菌（型肺炎链球菌（Streptococcus pneumoniaeStreptococcus pneumoniae） 胆碱胆碱 6 ug 6 ug 金黄色葡萄球菌（金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureusStaphylococcus aureus） 硫胺素硫胺素 ng ng白喉白喉(bihu)(bihu)棒杆菌（棒杆菌（Cornebacterium diphtherriaeCornebacterium diphthe

9、rriae） B- B-丙氨酸丙氨酸 ug ug破伤风梭状芽孢杆菌（破伤风梭状芽孢杆菌（Clostridium tetaniClostridium tetani） 尿嘧啶尿嘧啶 0-4ug 0-4ug肠膜状串珠菌（肠膜状串珠菌（Leuconostoc mesenteroidesLeuconostoc mesenteroides） 吡哆醛吡哆醛 ug ug第14页/共85页第十五页，共86页。配制培养基时，常使用配制培养基时，常使用(shyng)(shyng)生长因子丰富的天然物质生长因子丰富的天然物质制备物作为补充生长因子的培养基成分。制备物作为补充生长因子的培养基成分。如：酵母膏、玉米浆、麦

10、芽汁、肝浸液等。如：酵母膏、玉米浆、麦芽汁、肝浸液等。第15页/共85页第十六页，共86页。5 5、矿质元素、矿质元素(yun s)(yun s)参与参与(cny)微生物中氨基酸和酶的组成；微生物中氨基酸和酶的组成；调节调节(tioji)微生物的原生质胶体状态，维持细胞的渗透与微生物的原生质胶体状态，维持细胞的渗透与平衡平衡酶的激活剂酶的激活剂除除C C、H H、O O外的元素，有时又称无机盐，其基本作用：外的元素，有时又称无机盐，其基本作用：第16页/共85页第十七页，共86页。微量元素微量元素指那些在微生物生长过程中起重要作用指那些在微生物生长过程中起重要作用(zuyng)(zuyng)，

11、而机体对这些元素的需要量极其微小的元素，需，而机体对这些元素的需要量极其微小的元素，需要量通常在要量通常在10-6-10-8mol/L10-6-10-8mol/L，如：锌、锰、钠、氯、钼、硒，如：锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等。、钴、铜、钨、镍、硼等。 根据微生物对矿质元素根据微生物对矿质元素(yun s)需要量的大小，可分为：需要量的大小，可分为：大量元素：大量元素：NaNa、K K、MgMg、CaCa、S S、P P等。等。第17页/共85页第十八页，共86页。6 6、水、水生理功能主要生理功能主要(zhyo)有：有：起到溶剂与运输起到溶剂与运输(ynsh)介质的作用介质的作

12、用；参与细胞参与细胞(xbo)内一系列化学反应；内一系列化学反应；维持蛋白质、核酸等生物大分子稳定的天然构象；维持蛋白质、核酸等生物大分子稳定的天然构象；通过水合作用与脱水作用控制由多亚基组成的结构通过水合作用与脱水作用控制由多亚基组成的结构. .高比热、高汽化热等，以保证微生物的生命活动；高比热、高汽化热等，以保证微生物的生命活动；微生物细胞含水量很高，细菌、酵母和霉菌菌体分别是微生物细胞含水量很高，细菌、酵母和霉菌菌体分别是80%80%、75%75%和和85%85%，而霉菌孢子含水，而霉菌孢子含水39%39%，细菌芽孢含水很低，约为，细菌芽孢含水很低，约为30%30%左右。左右。第18页/

13、共85页第十九页，共86页。第二节微生物的营养第二节微生物的营养(yngyng)类型类型异养型生物异养型生物(shngw)自养自养(z yn)型生物型生物生长所需要的营养物质生长所需要的营养物质生长过程中能量的来源生长过程中能量的来源光能营养型光能营养型化能营养型化能营养型根据微生物生长所需要的根据微生物生长所需要的主要营养要素即碳源和能源主要营养要素即碳源和能源的不同的不同，可以将微生物划分为不同的营养类型：，可以将微生物划分为不同的营养类型：第19页/共85页第二十页，共86页。根据碳源、能源及电子供体性质的不同根据碳源、能源及电子供体性质的不同(b tn)，可将，可将微生物分为：微生物分

14、为：光能无机光能无机(wj)(wj)自养型自养型(photolithoautotrophy)(photolithoautotrophy)光能有机光能有机(yuj)(yuj)异养型异养型(photoorganoheterotrophy)(photoorganoheterotrophy)化能无机自养型化能无机自养型( (chemolithoautotrophy)chemolithoautotrophy)化能有机异养型化能有机异养型( (chemoorganoheterotrophy)chemoorganoheterotrophy)第20页/共85页第二十一页，共86页。1 1光能无机光能无机(wj

15、)(wj)自养型（光能自养型）自养型（光能自养型）能以能以CO2CO2为唯一为唯一(wi y)(wi y)或主要碳源；或主要碳源；进行光合作用获取生长进行光合作用获取生长(shngzhng)所需要的能量；所需要的能量；以无机物如以无机物如H H2 2O O、H H2 2、H H2 2S S、S S等作为供氢体或电子供体，使等作为供氢体或电子供体，使COCO2 2还还原为构成细胞物质的有机物；原为构成细胞物质的有机物；例如，藻类及蓝细菌等和植物一样，以水为电子供体（供氢体），进行产氧型的例如，藻类及蓝细菌等和植物一样，以水为电子供体（供氢体），进行产氧型的光合作用，合成细胞物质。而红硫细菌，以光

16、合作用，合成细胞物质。而红硫细菌，以H H2 2S S为电子供体，产生细胞物质，为电子供体，产生细胞物质，并伴随硫元素的产生。并伴随硫元素的产生。COCO2 2+ 2H+ 2H2 2S S+ +H H2 2O O光能光能光合色素光合色素 CHCH2 2O + 2S+ HO + 2S+ H2 2O O第21页/共85页第二十二页，共86页。第22页/共85页第二十三页，共86页。4 4C CH H3 3O OH H+ 2+ 2COCO2 2光能（光能（ATP）光合色素光合色素(s s)66CHCH2 2O + HO + H2 2O O光能无机自养型与光能有机异养型微生物可利用光能进行光能无机自养

17、型与光能有机异养型微生物可利用光能进行进行生长，在地球早期生态环境演变中起着非常重要的作用进行生长，在地球早期生态环境演变中起着非常重要的作用碳源和供氢体碳源和供氢体第23页/共85页第二十四页，共86页。不能以不能以CO2CO2为主要为主要(zhyo)(zhyo)或唯一的碳源；或唯一的碳源；以有机物作为供氢体，利用光能将以有机物作为供氢体，利用光能将CO2CO2还原为细胞还原为细胞(xbo)(xbo)物质；物质；在生长在生长(shngzhng)(shngzhng)时大多数需要外源的生长时大多数需要外源的生长(shngzhng)(shngzhng)因子；因子；例如，红螺菌属中的一些细菌能利用异

18、丙醇作为供氢体，将例如，红螺菌属中的一些细菌能利用异丙醇作为供氢体，将COCO2 2还原成还原成细胞物质，同时积累丙酮。细胞物质，同时积累丙酮。CHOH + COCHOH + CO2 2H H3 3C CH H3 3C C2 2光光 能能 光合色素光合色素2 2 CHCH3 3C0CHC0CH3 3 + CH + CH2 2O + HO + H2 2O O第24页/共85页第二十五页，共86页。3 3化能无机化能无机(wj)(wj)自养型（化能自养型）自养型（化能自养型）生长所需要的能量来自无机物氧化过程生长所需要的能量来自无机物氧化过程(guchng)(guchng)中放出的中放出的化学能；

19、化学能；以以CO2CO2或碳酸盐作为唯一或主要碳源进行生长时，利用或碳酸盐作为唯一或主要碳源进行生长时，利用H2H2、H2SH2S、Fe2+Fe2+、NH3NH3或或NO2-NO2-等作为电子等作为电子(dinz)(dinz)供体使供体使CO2CO2还原成细胞物质。还原成细胞物质。化能无机自养型只存在于微生物中，可在完全无机及无光的环化能无机自养型只存在于微生物中，可在完全无机及无光的环境中生长。它们广泛分布于土壤及水环境中境中生长。它们广泛分布于土壤及水环境中, ,参与地球物质循环参与地球物质循环；第25页/共85页第二十六页，共86页。铁细菌(xjn)铁氧化铁氧化(ynghu)细菌：细菌：

20、Fe2+ + O2 Fe3+ +ATP亚硝化细菌：亚硝化细菌：NHNH2 2 + O + O2 2 NONO2 2- - +ATP +ATP硝化细菌：硝化细菌： NONO2 2 + O + O2 2 NONO3 3- - +ATP +ATP硫化细菌：硫化细菌：H H2 2S S（S S）+ O+ O2 2 SOSO4 4- - +ATP +ATP第26页/共85页第二十七页，共86页。4 4化能有机化能有机(yuj)(yuj)异养型（化能异养型）异养型（化能异养型）生长所需要生长所需要(xyo)(xyo)的能量均来自有机物氧化过程中放出的化学能；的能量均来自有机物氧化过程中放出的化学能；生长所

21、需要的碳源主要是一些有机化合物，如淀粉生长所需要的碳源主要是一些有机化合物，如淀粉(dinfn)(dinfn)、糖类、糖类、纤维素、有机酸等。纤维素、有机酸等。有机物通常既是碳源也是能源；有机物通常既是碳源也是能源；大多数细菌、真菌、原生动物都是化能有机异养型微生物；大多数细菌、真菌、原生动物都是化能有机异养型微生物；所有致病微生物均为化能有机异养型微生物；所有致病微生物均为化能有机异养型微生物；第27页/共85页第二十八页，共86页。不同营养类型之间的界限不同营养类型之间的界限(jixin)并非是绝对的并非是绝对的异养型微生物并非绝对异养型微生物并非绝对(judu)(judu)不能利用不能利

22、用CO2CO2；自养型微生物也并非不能利用有机物进行自养型微生物也并非不能利用有机物进行(jnxng)生长；生长；有些微生物在不同生长条件下生长时有些微生物在不同生长条件下生长时, ,其营养类型也会发生改变其营养类型也会发生改变: :例如紫色非硫细菌例如紫色非硫细菌( (purple nonsulphur bacteria)purple nonsulphur bacteria)： 没有有机物时，同化没有有机物时，同化COCO2 2， 为自养型微生物；为自养型微生物； 有机物存在时，利用有机物进行生长，为异养型微生物；有机物存在时，利用有机物进行生长，为异养型微生物； 光照和厌氧条件下，利用光能

23、生长，为光能营养型微生物；光照和厌氧条件下，利用光能生长，为光能营养型微生物； 黑暗与有氧条件下，依靠有机物氧化产生的化学能生长，为黑暗与有氧条件下，依靠有机物氧化产生的化学能生长，为 化能营养型微生物化能营养型微生物微生物营养类型的可变性无疑有利于提高其对环境变化的适应能力微生物营养类型的可变性无疑有利于提高其对环境变化的适应能力第28页/共85页第二十九页，共86页。第三节营养物质进入细胞第三节营养物质进入细胞(xbo)的的方式方式营养物质能否进入细胞营养物质能否进入细胞(xbo)取决于三个方面的因素：取决于三个方面的因素：营养物质本身的性质营养物质本身的性质(xngzh)(xngzh)（

24、相对分子量、质量、溶解性、电负性（相对分子量、质量、溶解性、电负性等等; ;微生物所处的环境（温度、微生物所处的环境（温度、pHpH等）；等）；微生物细胞的透过屏障（原生质膜、细胞壁、荚膜等）。微生物细胞的透过屏障（原生质膜、细胞壁、荚膜等）。除原生动物外，各种微生物都是通过细胞膜的渗透和选择性吸收作用而除原生动物外，各种微生物都是通过细胞膜的渗透和选择性吸收作用而从外界吸收营养物质的。从外界吸收营养物质的。第29页/共85页第三十页，共86页。根据物质根据物质(wzh)(wzh)运输过程的特点，可将微生物营养物质运输过程的特点，可将微生物营养物质(wzh)(wzh)的的运输方式分为：运输方式

25、分为： 单纯单纯(dnchn)(dnchn)扩散扩散 促进促进(cjn)(cjn)扩散扩散 主动运输主动运输 基团转移基团转移第30页/共85页第三十一页，共86页。1 1单纯扩散单纯扩散(kusn)(kusn)（自由扩散（自由扩散(kusn)(kusn)、简单扩散、简单扩散(kusn)(kusn)）原生质膜是一种半透性膜，营养物质通过原生质膜上的小孔，通过物理原生质膜是一种半透性膜，营养物质通过原生质膜上的小孔，通过物理(wl)(wl)扩散方式由高浓度的胞外环境向低浓度的胞内进行扩散。扩散方式由高浓度的胞外环境向低浓度的胞内进行扩散。 特点特点(tdin)(tdin)不消耗能量；不需要载体；

26、不消耗能量；不需要载体；不能逆浓度运输；不能逆浓度运输；运输速率与膜内外运输速率与膜内外物质的浓度差成正比；物质的浓度差成正比；物质在扩散过程中没有发生任何变化；物质在扩散过程中没有发生任何变化；第31页/共85页第三十二页，共86页。特征特征(tzhng)：顺浓度梯度运输顺浓度梯度运输(ynsh)1.不需要不需要(xyo)载体载体2.不需要消耗能量不需要消耗能量3.单纯扩散单纯扩散如：水、氧气、二氧化碳、甘油、乙醇等。如：水、氧气、二氧化碳、甘油、乙醇等。物质通过简单的扩散作用进出细胞物质通过简单的扩散作用进出细胞. .胞外胞外胞内胞内蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质o2o2o2o2o2o2o2o2

27、o2o2o2o2o2第32页/共85页第三十三页，共86页。2 2促进促进(cjn)(cjn)扩散扩散 特点特点(tdin) (tdin) 不消耗不消耗(xioho)(xioho)能量能量需要载体需要载体参与参与不能进行逆浓度运输不能进行逆浓度运输运输速率与膜内外物质的浓度差成正比运输速率与膜内外物质的浓度差成正比参与参与运输的物质的分子结构不发生本身变化，但运运输的物质的分子结构不发生本身变化，但运输速度加快输速度加快细胞外溶质借助于细胞膜上的载体蛋白（酶）的协助，向胞内运细胞外溶质借助于细胞膜上的载体蛋白（酶）的协助，向胞内运送的方式送的方式, ,。第33页/共85页第三十四页，共86页。

28、 通过促进扩散进入细胞的营养物质主要有氨基酸、单糖、维生素及无机盐等。一般微生物通过专一的载体蛋白运输相应(xingyng)的物质，但也有微生物对同一物质的运输由一种以上的载体蛋白来完成。 第34页/共85页第三十五页，共86页。特征(tzhng)：顺浓度梯度运输顺浓度梯度运输(ynsh)1.需要载体需要载体(zit)参与参与2.不需要消耗能量不需要消耗能量3.促进扩散促进扩散葡葡葡葡葡葡进出细胞的物质借助载体蛋白的扩散进出细胞的物质借助载体蛋白的扩散 。葡葡胞外胞外胞内胞内葡葡葡葡葡葡葡葡葡葡葡葡葡葡葡葡葡葡葡葡蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质第35页/共85页第三十六页，共86页。3 3主动主动(

29、zhdng)(zhdng)运输运输它的一个重要特点是物质运输过程中需要消耗能量和载体，而且可它的一个重要特点是物质运输过程中需要消耗能量和载体，而且可以进行逆浓度以进行逆浓度(nngd)运输。用于各种离子和一些糖类的运输。运输。用于各种离子和一些糖类的运输。主动运输是广泛主动运输是广泛(gungfn)存在于微生物中的一种主要的物质运输存在于微生物中的一种主要的物质运输方式。方式。第36页/共85页第三十七页，共86页。主动主动(zhdng)运输运输特征特征(tzhng)：逆浓度梯度运输逆浓度梯度运输(ynsh)1.需要载体需要载体2.需要消耗能量需要消耗能量3.物质逆浓度梯度进出细胞的运输物质

30、逆浓度梯度进出细胞的运输如：如：Na+ Na+ 、K+K+、Ca2+Ca2+等离子通过细胞膜；葡萄糖等离子通过细胞膜；葡萄糖、氨基酸通过小肠上皮细胞、氨基酸通过小肠上皮细胞。K+K+K+K+ADP+Pi ATP胞外胞外胞内胞内能能量量K+K+K+K+K+K+K+K+蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质第37页/共85页第三十八页，共86页。第38页/共85页第三十九页，共86页。4 4基团基团(j (j tun)tun)移位移位 基团移位是另一种类型的主动运输，它与主动运输的不同之处在于基团移位是另一种类型的主动运输，它与主动运输的不同之处在于它有一个复杂的运输系统它有一个复杂的运输系统(酶系统酶系统)来

31、完成物质的运输。来完成物质的运输。 其特点是：需要能量其特点是：需要能量(nngling)，需要载体，可以逆浓度运输，而，需要载体，可以逆浓度运输，而且物质结构在运输过程中会发生化学变化。且物质结构在运输过程中会发生化学变化。基团基团(j tun)(j tun)移位主要存在于厌氧型和兼性厌氧型细胞中，主要移位主要存在于厌氧型和兼性厌氧型细胞中，主要用于各种糖类的运输，脂肪酸、核苷酸、碱基等也可以通过这种方用于各种糖类的运输，脂肪酸、核苷酸、碱基等也可以通过这种方式运输。式运输。第39页/共85页第四十页，共86页。G+PEP 1-P-G+G+PEP 1-P-G+丙酮酸丙酮酸HPrE1、E2第4

32、0页/共85页第四十一页，共86页。比较项目比较项目 单纯扩散单纯扩散 促进扩散促进扩散 主动运输主动运输 基团移位基团移位特异特异(ty)(ty)载体蛋白载体蛋白 无无 有有 有有 有有运送速度运送速度 慢慢 快快 快快 快快溶质运送方向溶质运送方向 由浓至稀由浓至稀 由浓至稀由浓至稀 由稀至浓由稀至浓由稀至浓由稀至浓平衡时内外浓度内外相等平衡时内外浓度内外相等 内外相等内外相等 内部高内部高内部高内部高运送分子运送分子 无特异无特异(ty)(ty)性性 特异特异(ty)(ty)性性 特异特异(ty)(ty)性性特特异异(ty)(ty)性性能量消耗能量消耗 不需要不需要 需要需要 需要需要需

33、要需要运送前后溶质分子不变运送前后溶质分子不变 不变不变 不变不变改变改变载体饱和效应载体饱和效应无无 有有 有有 有有与溶质类似物与溶质类似物 无竞争性无竞争性有竞争性有竞争性 有竞争性有竞争性 有竞争性有竞争性运送抑制剂运送抑制剂 无无 有有 有有 有有运送对象举例运送对象举例 水、水、O2 O2 糖、糖、SO42-SO42-氨基酸、乳糖氨基酸、乳糖 葡萄糖葡萄糖 嘌呤嘌呤四种四种(s zhn)(s zhn)运送营养方式的比较运送营养方式的比较第41页/共85页第四十二页，共86页。小分子小分子(fnz)及离子及离子被动被动(bidng)运输运输主动运输主动运输单纯扩散单纯扩散促进扩散促进

34、扩散顺浓度梯度顺浓度梯度载体蛋白载体蛋白分子物质分子物质基团基团移位移位物质跨膜运输方式物质跨膜运输方式能量能量第42页/共85页第四十三页，共86页。第四节培养基第四节培养基培养基几乎是一切对微生物进行培养基几乎是一切对微生物进行(jnxng)研究和利用工作的基础研究和利用工作的基础任何任何(rnh)(rnh)培养基都应该具备微生物所需要六大营养要素（碳源培养基都应该具备微生物所需要六大营养要素（碳源、氮源、无机盐、能源、生长因子、水）且比例适当、氮源、无机盐、能源、生长因子、水）且比例适当. .任何培养基一旦配成，必须任何培养基一旦配成，必须立即立即进行灭菌处理进行灭菌处理: :常用高压蒸

35、汽灭菌：常用高压蒸汽灭菌： kg/cmkg/cm2 2, 121.3, 15-20min, 121.3, 15-20min； kg/cmkg/cm2 2, 112.6, 15-30min;, 112.6, 15-30min;第43页/共85页第四十四页，共86页。第44页/共85页第四十五页，共86页。培养基组分应适合微生物的营养特点（目的明确）培养基组分应适合微生物的营养特点（目的明确）营养物的浓度与比例应恰当营养物的浓度与比例应恰当(qidng)(qidng)（营养协调）（营养协调）物理化学条件适宜（条件适宜）物理化学条件适宜（条件适宜）根据培养目的来选择不同来源的原料（经济节约）根据培养

36、目的来选择不同来源的原料（经济节约）第45页/共85页第四十六页，共86页。 即根据不同微生物的营养需要配制不同的培养基。即根据不同微生物的营养需要配制不同的培养基。 不同营养类型的微生物，其对营养物的需求差异很大。如：不同营养类型的微生物，其对营养物的需求差异很大。如： 自养型微生物的培养基完全可以（或应该）由简单的无机物质组成。自养型微生物的培养基完全可以（或应该）由简单的无机物质组成。 异养型微生物的培养基至少需要含有一种有机物质，但有机物的种类需适异养型微生物的培养基至少需要含有一种有机物质，但有机物的种类需适应所培养菌的特点。应所培养菌的特点。 按微生物的主要类群来说，它们所需要的培

37、养基成分也不同按微生物的主要类群来说，它们所需要的培养基成分也不同: 细菌：牛肉细菌：牛肉(ni ru)膏蛋白胨培养基、膏蛋白胨培养基、LB (Luria-Bertani)培养基培养基 放线菌：高氏一号培养基放线菌：高氏一号培养基 真菌：查氏合成培养基、真菌：查氏合成培养基、PDA(Potato-Dextrose-Agar)培养基培养基 酵母菌：酵母菌： 麦芽汁培养基麦芽汁培养基 当对当对“试验菌试验菌”营养需求特点不清楚的时候，可以采用生长谱法进行测定营养需求特点不清楚的时候，可以采用生长谱法进行测定。第46页/共85页第四十七页，共86页。浓度过高浓度过高微生物的生长受到抑制；微生物的生长

38、受到抑制； 浓度过小浓度过小不能满足微生物生长的需要；不能满足微生物生长的需要；碳氮比（碳氮比（C/NC/N）直接影响微生物生长与繁殖及代谢产物的形成与积累）直接影响微生物生长与繁殖及代谢产物的形成与积累(jli)(jli)，故常作为考察培养基组成时的一个重要指标，故常作为考察培养基组成时的一个重要指标 碳源中所含碳原子碳源中所含碳原子(yunz)的的mol数数 氮源中所含氮原子氮源中所含氮原子(yunz)的的mol数数C/N比值比值=例：谷氨酸生产中例：谷氨酸生产中 C/N C/N 4/14/1时，菌体大量繁殖，谷氨酸积累少；时，菌体大量繁殖，谷氨酸积累少；C/NC/N3/1 3/1 时，菌

39、体生长受抑制，而谷氨酸大量增加。时，菌体生长受抑制，而谷氨酸大量增加。注：注：C/NC/N比有时也指培养基中还原糖与粗蛋白两种成分含量之比）比有时也指培养基中还原糖与粗蛋白两种成分含量之比）第47页/共85页第四十八页，共86页。1.3.1 pH: 1.3.1 pH: 各类微生物的最适生长各类微生物的最适生长pHpH值各不相同：值各不相同： 细细 菌：菌： 放线菌：放线菌：- - 酵母菌：酵母菌：6.06.0 霉霉 菌：菌： 在微生物的生长和代谢过程中，由于营养物质的利在微生物的生长和代谢过程中，由于营养物质的利用和代谢产物的形成与积累，培养基的初始用和代谢产物的形成与积累，培养基的初始pHp

40、H值会发生值会发生改变，为了维持培养基改变，为了维持培养基pHpH值的相对恒定，通常采用下列值的相对恒定，通常采用下列两种方式：两种方式：内源调节内源调节(tioji)(tioji)：在培养基里加一些缓冲剂或不溶性的碳酸盐；调节在培养基里加一些缓冲剂或不溶性的碳酸盐；调节(tioji)(tioji)培养基合适的碳氮比。培养基合适的碳氮比。外源调节外源调节(tioji)(tioji)：按实际需要不断向发酵液中流加酸液或碱液按实际需要不断向发酵液中流加酸液或碱液第48页/共85页第四十九页，共86页。 磷酸缓冲液：磷酸缓冲液：pHpH值从值从6.06.07.67.6之间之间K2HPO4+HCl K

41、H2PO4+KClKH2PO4+KOH K2HPO4+H2O加入加入CaCO3：CO32 HCO3 H2CO3 CO2+H2O+H+H+H+H培养基中所含氨基酸、肽、蛋白质等物质也可起到培养基中所含氨基酸、肽、蛋白质等物质也可起到 一定的缓冲作用。一定的缓冲作用。第49页/共85页第五十页，共86页。渗透压：由溶液中所含分子或离子的质点渗透压：由溶液中所含分子或离子的质点(zhdin)(zhdin)数决数决定的，由定的，由2 2种不同浓度的溶液产生的。溶液的质点种不同浓度的溶液产生的。溶液的质点(zhdin)(zhdin)数越多，产生的渗透压就越大。数越多，产生的渗透压就越大。 等渗溶液等渗溶

42、液 适宜微生物生长适宜微生物生长 高渗溶液高渗溶液 细胞发生质壁分离细胞发生质壁分离 低渗溶液低渗溶液 细胞吸水膨胀，直至破裂细胞吸水膨胀，直至破裂大多数微生物适合在等渗的环境下生长。大多数微生物适合在等渗的环境下生长。而有的细菌如而有的细菌如Staphylococcus aureusStaphylococcus aureus则能在则能在3mol/L NaCl3mol/L NaCl的的高渗溶液高渗溶液(rngy)(rngy)中生长。中生长。能在高盐环境（能在高盐环境（NaClNaCl）生长的微生物常被称为嗜盐微生物（）生长的微生物常被称为嗜盐微生物（HalophilesHalophiles）。

43、）。第50页/共85页第五十一页，共86页。水活度水活度在人为或天然环境中，微生物可实际利用的自由水或游离水的含量在人为或天然环境中，微生物可实际利用的自由水或游离水的含量. . 一般用：在一定的温度和压力条件下一般用：在一定的温度和压力条件下, ,溶液的蒸汽压力与同样溶液的蒸汽压力与同样(tngyng)(tngyng)条件下纯水蒸汽压力之比表示，即：条件下纯水蒸汽压力之比表示，即： aw=Pw/Pow aw=Pw/Pow式中式中PwPw代表溶液蒸汽压力代表溶液蒸汽压力, P0w, P0w代表纯水蒸汽压力。代表纯水蒸汽压力。纯水纯水awaw为。为。 溶液中溶质越多溶液中溶质越多, aw, aw

44、越小。越小。微生物一般在微生物一般在awaw为的条件下生长为的条件下生长awaw过低时过低时, ,微生物生长的迟缓期延长微生物生长的迟缓期延长, ,比生长速率和总生长量减少比生长速率和总生长量减少(jinsho)(jinsho)微生物不同，其生长的最适微生物不同，其生长的最适awaw不同。不同。第51页/共85页第五十二页，共86页。aw：水水分分活活度度（water activity）各各种种微微生生物物生生长长的的水水分分活活度度：0.60.99之之间间aw=PP0细细菌菌酵酵母母菌菌霉霉菌菌微微生生物物生生长长的的最最低低aw一一般般：0.900.98嗜嗜盐盐菌菌：0.75（约约5.5m

45、ol/LNaCl）一一般般 ：0.870.91高高渗渗酵酵母母：0.610.65（饱饱和和蔗蔗糖糖液液）Saccharomyces rouxii(鲁鲁氏氏酵酵母母)：0.60一一般般：0.800.87耐耐旱旱菌菌：0.650.75Xeromyces bisporus（双双孢孢旱旱霉霉）：0.60第52页/共85页第五十三页，共86页。是度量系统中还原剂释放电子或氧化剂接受是度量系统中还原剂释放电子或氧化剂接受(jishu)(jishu)电电子趋势的指标，以子趋势的指标，以EhEh表示，其单位是表示，其单位是V V（伏）或（伏）或mVmV（毫伏）（毫伏）各种微生物对培养基的氧化还原电势的要求不同

46、：各种微生物对培养基的氧化还原电势的要求不同：好氧微生物：好氧微生物：+0.3+0.4V,(+0.3+0.4V,(在以上的环境中均能生长在以上的环境中均能生长) )厌氧微生物：只能在以下生长厌氧微生物：只能在以下生长兼性厌氧微生物：以上呼吸、以下发酵兼性厌氧微生物：以上呼吸、以下发酵培养基是多氧化还原偶的复杂电化学系统，测出的培养基是多氧化还原偶的复杂电化学系统，测出的EhEh值仅值仅代表其综合结果。代表其综合结果。对微生物影响最大的是：分子氧和分子氢的浓度对微生物影响最大的是：分子氧和分子氢的浓度培养基中常用的还原剂：巯基乙酸、抗坏血酸、硫化氢、培养基中常用的还原剂：巯基乙酸、抗坏血酸、硫化

47、氢、半胱氨酸、谷胱甘肽、二硫苏糖醇等。半胱氨酸、谷胱甘肽、二硫苏糖醇等。第53页/共85页第五十四页，共86页。该培养该培养(piyng)基的应用目的，即：基的应用目的，即： 是培养是培养(piyng)菌体还是积累代谢产物？菌体还是积累代谢产物？ 是实验室种子培养是实验室种子培养(piyng)还是大规模发酵？还是大规模发酵？ 代谢产物是初级代谢产物还是次级代谢产物？代谢产物是初级代谢产物还是次级代谢产物？ 用于培养菌体、种子的培养基营养应丰富，氮源含量宜高（碳氮比低）；用于培养菌体、种子的培养基营养应丰富，氮源含量宜高（碳氮比低）；用于大量生产代谢产物的培养基其氮源一般应比种子培养基稍低，（但

48、若发酵产物用于大量生产代谢产物的培养基其氮源一般应比种子培养基稍低，（但若发酵产物是含氮化合物时，有时还应提高培养基的氮源含量）；若代谢产物是次级代谢产物时是含氮化合物时，有时还应提高培养基的氮源含量）；若代谢产物是次级代谢产物时要考虑是否加入特殊元素或特定的代谢产物；要考虑是否加入特殊元素或特定的代谢产物；当所设计的是大规模发酵用的培养基时，应重视当所设计的是大规模发酵用的培养基时，应重视(zhngsh)培养基中各成份的来源和培养基中各成份的来源和价格，应选择来源广泛、价格低廉价格，应选择来源广泛、价格低廉 的原料，提倡以粗代精，以废代好。的原料，提倡以粗代精，以废代好。第54页/共85页第

49、五十五页，共86页。以粗代精以粗代精以野代家以野代家以废代好以废代好以国代进以国代进以简代繁以简代繁以氮代朊以氮代朊以烃代粮以烃代粮以纤代糖以纤代糖第55页/共85页第五十六页，共86页。2.1 2.1 生态模拟生态模拟 调查所培养菌的生态条件，查看其调查所培养菌的生态条件，查看其“嗜好嗜好”，对，对“症症”下料下料初级天然培养基初级天然培养基. .2.2 2.2 查阅文献查阅文献 查阅、分析文献，调查前人的工作资料，借鉴人家的经验，以便从中得到启发设计有自己特色的培养基配方查阅、分析文献，调查前人的工作资料，借鉴人家的经验，以便从中得到启发设计有自己特色的培养基配方. .2.3 2.3 精心

50、设计精心设计 借助借助(jizh)(jizh)优选法或正交试验设计法等方法优选法或正交试验设计法等方法. .第56页/共85页第五十七页，共86页。2.4 试验比较试验比较 *不同培养基配方的选择比较不同培养基配方的选择比较 *单种成分来源和数量的比较单种成分来源和数量的比较 *几种几种(j zhn)成分浓度比例调配的比较成分浓度比例调配的比较 *小型试验放大到大型生产条件的比较小型试验放大到大型生产条件的比较 *pH和温度试验和温度试验第57页/共85页第五十八页，共86页。附附1：培养基配制时应注意的几个培养基配制时应注意的几个(j )问题问题：1、沉淀、沉淀2、琼脂胶体强度、琼脂胶体强度

51、(qingd)的的破坏破坏3、褐色物质的形成、褐色物质的形成4、pH发生变化发生变化第58页/共85页第五十九页，共86页。高压蒸气灭菌高压蒸气灭菌 一般培养基一般培养基: 1.05 Kg/cm2, 121.3, 15-20 min 含糖培养基含糖培养基: 0.56 Kg/cm2, 112.6 , 20-30 min 过滤灭菌过滤灭菌分别灭菌分别灭菌间歇间歇(jin xi)灭菌的应用灭菌的应用第59页/共85页第六十页，共86页。第60页/共85页第六十一页，共86页。器皿的灭菌：器皿的灭菌： 干热空气：干热空气： 160 160， 2 2 小时小时无菌室的消毒无菌室的消毒(xio d)(xi

52、o d)： 紫外线紫外线 化学药物熏蒸（苯酚；高锰酸钾化学药物熏蒸（苯酚；高锰酸钾+ +甲醛）甲醛）第61页/共85页第六十二页，共86页。培养基的种类(zhngli)第62页/共85页第六十三页，共86页。3.1 根据根据(gnj)微生物的类群来分微生物的类群来分细菌培养基细菌培养基 放线菌培养基放线菌培养基 酵母菌培养基酵母菌培养基 霉菌培养基等。霉菌培养基等。3.2 3.2 根据培养根据培养(piyng)(piyng)目的来分目的来分 种子培养种子培养(piyng)(piyng)基基(seed culture medium)(seed culture medium)是为保证发酵生产获得大

53、量优质种子而设计的培养是为保证发酵生产获得大量优质种子而设计的培养(piyng)(piyng)基。基。特点是营养较丰富，氮源比例较高。有时为使菌种能迅速适应后面的发酵条件，还有意识地加入发酵培养特点是营养较丰富，氮源比例较高。有时为使菌种能迅速适应后面的发酵条件，还有意识地加入发酵培养(piyng)(piyng)基的基质。基的基质。 发酵培养发酵培养(piyng)(piyng)基基(fermentation medium)(fermentation medium)用于生产预定发酵产物，一般以碳为主要元素，碳源含量往往高于种子培养用于生产预定发酵产物，一般以碳为主要元素，碳源含量往往高于种子培养

54、(piyng)(piyng)基。大规模生产时，原料应价廉易得，还应有利于下游的分离提取。基。大规模生产时，原料应价廉易得，还应有利于下游的分离提取。第63页/共85页第六十四页，共86页。细菌培养基细菌培养基营养肉汤（营养肉汤（nutrient broth)： 牛肉膏牛肉膏 3g； 水水 1000ml； 蛋白胨蛋白胨 5g ； NaCl 5g ; 放线菌培养基放线菌培养基高氏高氏1号（淀粉号（淀粉(dinfn)硝酸盐培养基）：硝酸盐培养基）： 可溶性淀粉可溶性淀粉(dinfn) 20g； KNO3 1g; K2HPO4 1g MgSO4 0.5g NaCl 1g; FeSO47H2 水水 10

55、00ml; 霉菌培养基霉菌培养基查氏（查氏（zapek)培养基（蔗糖硝酸盐培养基）：培养基（蔗糖硝酸盐培养基）： 蔗糖蔗糖 30g; NaNO3 3g; MgSO4.H2O 0.5g; KCl 0.5g; K2HPO4 1g; FeSO4 0.5g 水水 1000ml; 酵母菌酵母菌麦芽汁培养基麦芽汁培养基干麦芽粉加干麦芽粉加4 4倍水，在倍水，在50-6050-60糖化糖化3-43-4小时，用碘液试验小时，用碘液试验(shyn)(shyn)检查至糖化完全为止，调整糖液浓度为检查至糖化完全为止，调整糖液浓度为1010。巴林，煮沸。巴林，煮沸后，纱布过滤，调后，纱布过滤，调pHpH为。为。第64

56、页/共85页第六十五页，共86页。 如：味精生产如：味精生产(shngchn) 一级种子（北京棒状杆菌，用摇床培养）培养基配方：一级种子（北京棒状杆菌，用摇床培养）培养基配方：葡萄糖葡萄糖 3% 玉米玉米(ym)浆浆 2.53.5%尿素尿素 0.30.5% K2HPO4 0.10.2% MgSO4 0.05%二级种子（二级种子（1200升发酵罐）培养基配方：升发酵罐）培养基配方：以以3-5%淀粉淀粉(dinfn)水解糖代替水解糖代替3%葡萄糖，其他成分同一级种子。葡萄糖，其他成分同一级种子。发酵培养基发酵培养基（50-100t50-100t发酵罐）：基本同二级种子液发酵罐）：基本同二级种子液。

57、第65页/共85页第六十六页，共86页。3.3 3.3 根据对培养基成分的了解程度来分根据对培养基成分的了解程度来分天然培养基天然培养基(complex medium)(complex medium)：也称作：也称作chemically undefined mediumchemically undefined medium。 利用化学成分还不完全清楚或不恒定的天然物质（如肉汤、蛋白胨、麦芽汁、酵母汁、豆芽汁、玉米粉、牛奶、血清等）制成的培养基。利用化学成分还不完全清楚或不恒定的天然物质（如肉汤、蛋白胨、麦芽汁、酵母汁、豆芽汁、玉米粉、牛奶、血清等）制成的培养基。 天然培养基比较经济，除实验室经

58、常使用外，更适宜于在生产上用来天然培养基比较经济，除实验室经常使用外，更适宜于在生产上用来(yn li)(yn li)大规模地培养微生物和生产微生物产品。大规模地培养微生物和生产微生物产品。第66页/共85页第六十七页，共86页。第67页/共85页第六十八页，共86页。第68页/共85页第六十九页，共86页。3.4 3.4 根据培养基的物理状态来分根据培养基的物理状态来分3.4.1 3.4.1 液体培养基液体培养基(liquid medium)(liquid medium)：液体培养基不含任何凝固剂，菌体与培养基充分液体培养基不含任何凝固剂，菌体与培养基充分接触接触(jich)(jich)，操

59、作方便。，操作方便。常用于大规模的工业化生产以及在实验室进行微常用于大规模的工业化生产以及在实验室进行微生物生理代谢等基本理论的研究工作。生物生理代谢等基本理论的研究工作。可根据培养后的可根据培养后的“浊度浊度”判断微生物的生长情况判断微生物的生长情况. .第69页/共85页第七十页，共86页。第70页/共85页第七十一页，共86页。1.1.不被微生物分解、利用、液化；不被微生物分解、利用、液化；2.2.不因消毒灭菌不因消毒灭菌(mi jn)(mi jn)而被破坏；而被破坏；3.3.在微生物的生长温度内保持固态；在微生物的生长温度内保持固态；4.4.凝固点的温度对微生物无害；凝固点的温度对微生

60、物无害；5.5.透明度好，粘着力强透明度好，粘着力强理想理想(lxing)凝固剂应具凝固剂应具备的条件备的条件第71页/共85页第七十二页，共86页。第72页/共85页第七十三页，共86页。半固体培养物的生长半固体培养物的生长(shngzhng)情况：情况：第73页/共85页第七十四页，共86页。液体培养物生长液体培养物生长(shngzhng)情况情况连续连续(linx)液体培养装置示意图液体培养装置示意图第74页/共85页第七十五页，共86页。3.5 3.5 根据培养基用途来分根据培养基用途来分3.5.1 3.5.1 基础培养基基础培养基(minimum medium): (minimum

61、medium): 是含有一般微生物生长繁殖所需的基本营养成分的培养基；是含有一般微生物生长繁殖所需的基本营养成分的培养基； 基础培养基也可作为基础培养基也可作为(zuwi)(zuwi)一些特殊培养基的基础成分（如制备糖发酵一些特殊培养基的基础成分（如制备糖发酵培养基时）培养基时）. .终终体体积积5 ml50 ml100 ml200 ml2% Mg2SO47H2O（100）50 l500 l1 m l2 m l25% 葡葡萄萄糖糖（50）100 l1 m l2 m l4 m l基基本本盐盐溶溶液液（4）1.25 m l12.5 m l25 m l50 m l水水3.6 m l36 m l72

62、m l144 m l氨氨基基酸酸(50 g/ml)*25 l250 l500 l1 m l氨氨基基酸酸(20 g/ml)10 l100 l200 l400 l第75页/共85页第七十六页，共86页。富集富集- -分离微生物：分离微生物： 根据待分离微生物的特点设计培养基根据待分离微生物的特点设计培养基, ,用于从环境用于从环境(hunjng)(hunjng)中富中富集和分离某种微生物集和分离某种微生物 目的微生物在这种培养基中较其他微生物生长速度快目的微生物在这种培养基中较其他微生物生长速度快, ,并逐渐富集并逐渐富集而占优势而占优势, ,从而容易达到分离到该种微生物的目的从而容易达到分离到该

63、种微生物的目的.).)第76页/共85页第七十七页，共86页。第77页/共85页第七十八页，共86页。第78页/共85页第七十九页，共86页。第79页/共85页第八十页，共86页。第80页/共85页第八十一页，共86页。n例如：大肠杆菌(d chnn jn)强烈分解乳糖而产生大量的混合酸, 菌体呈酸性,菌落被染成深紫色，从菌落表面的反射光中还可看到绿色金属闪光。第81页/共85页第八十二页，共86页。第82页/共85页第八十三页，共86页。鉴别(jinbi)性培养的结果第83页/共85页第八十四页，共86页。第84页/共85页第八十五页，共86页。NoImage内容(nirng)总结会计学。掌握微生物营养要素及碳源谱、氮源谱中主要的培养基原料。氨基酸异养型生物：需要从外界吸收现成的氨基酸做。通过水合作用与脱水作用控制由多亚基组成的结构.。高比热、高汽化热等，以保证微生物的生命活动。物理化学条件适宜（条件适宜）。注：C/N比有时也指培养基中还原糖与粗蛋白两种成分含量之比）。微生物不同，其生长的最适aw不同。好氧微生物：+0.3+0.4V,(在以上的环境中均能生长)。试以表解比较(bjio)它们的特点第八十六页，共86页。