04 第四章 微生物的营养和培养基.ppt

第1页：第四章 微生物营养和培养基

• 第四章微生物营养和培养基
• 微生物细胞的化学组成
• 微生物的营养要素
• 微生物的营养类型
• 微生物对营养物质的吸收方式
• 培养基

第2页：一、微生物细胞

• 一、微生物细胞的化学组成（一）化学元素(chemicalelement):大量元素(macroelement):碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙、铁（其中前六种占细菌细胞干重的97%）
• 微量元素(traceelement):锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼
• 第一节微生物细胞的化学组成

第3页：表4—1 微生物细胞中几种主要元素的含量

表4—1 微生物细胞中几种主要元素的含量（干重的百分数）

第4页：微生物细胞物质中灰分元素

微生物细胞物质中灰分元素含量的百分比灰分元素固氮菌酵母菌霉菌P2O5SO3K2ONa2OMgOCaOFe2O3SiO2CuO4.950.292.410.070.820.890.08----3.540.0392.34--0.4280.3830.0350.093--4.850.112.811.120.380.190.160.04--

第5页：（二）元素在细胞内存在形式

（二）元素在细胞内存在形式

上述元素主要以水、有机物、无机盐的形式存在于细胞中：1．有机物：蛋白质、糖、脂类、核酸、维生素及其降解产物. 2．无机物：1)参与有机物组成，2)单独存在于细胞质内以无机盐的形式存在. 3、水：约占细胞总重70%～90%，以游离水和结合水两种形式存在游离水：干重法可测得；结合水：不易蒸发、不冻结、也不能渗透,占水总量的17%—28% 。

第6页：（三）微生物细胞化学组成

（三）微生物细胞化学组成含量的变化此组成可因菌种的种类、菌龄、培养基组成、培养条件、分析方法等而有所不同。

第7页：表4—2 微生物细胞的化学组成

表4—2 微生物细胞的化学组成

注：水分为占细胞鲜重的百分数，其余成分为占细胞干重的百分数。

第8页：营养物（nutrient）

• 营养物（nutrient）：那些能够满足机体生长、繁殖和完成各种生理活动所需要的物质通常称为微生物的营养物质
• 营养（或叫营养作用，nutrition ）：微生物获得与利用营养物质的过程通常称为营养
• 第二节微生物的营养要素

第9页：微生物和动物、植物营养要素的比较

表4-3 微生物和动物、植物营养要素的比较

第10页：一、碳源

◆功能

提供合成细胞物质及代谢物的原料;并为整个生理活动提供所需要能源（异养微生物）

◆种类

无机含碳化合物：如CO2和碳酸盐等

有机含碳化合物

糖与糖的衍生物（多糖：如淀粉、麸皮、米糠等

第11页：表4—4 微生物的碳源谱

表4—4 微生物的碳源谱

第12页：1 .异养微生物

1 .异养微生物

凡必须利用有机碳源的微生物

2.自养微生物

凡以无机碳源作为主要碳源的微生物

3.碳源的利用顺序

C.H.O(糖类>醇类、有机酸和脂类，单糖>双糖和多糖，己糖>戊糖，葡萄糖、果糖>甘露糖、半乳糖，淀粉>纤维素、几丁质，纯多糖>杂多糖)

4.双功能营养物

对一切异样微生物来说，其碳源同时又兼作能源

第13页：可以用作洋葱假单胞菌唯一碳源

可以用作洋葱假单胞菌唯一碳源的化合物有:碳水化合物及其衍生物：19种脂肪酸：11种二羧酸：9种其它有机酸：12种伯醇：3种氨基酸：12种其它氮化合物：13种无氮环状化合物：9种微生物不同，利用上述含碳化合物的能力不同，如假单胞菌属中的某些种可以利用90种以上的不同类型的碳源物质；而某些甲基营养型细菌只能利用甲醇或甲烷等一碳化合物进行生长。

第14页：微生物工业发酵中用做碳源

微生物工业发酵中用做碳源的原料传统种类：糖类（单糖，饴糖）、淀粉（玉米粉、山芋粉、野生植物淀粉等）、麸皮、各种米糠等代粮发酵：纤维素、石油、CO2、H2

第15页：氮源

• 氮源(nitrogen source) 凡是提供微生物营养所需的氮元素的营养源，称为氮源
• 氮源物质的主要作用是合成细胞物质中含氮物质，少数自养细菌能利用铵盐、硝酸盐作为机体生长的氮源与能源，某些厌氧细菌在厌氧与糖类物质缺乏的条件下，也可以利用氨基酸作为能源物质
• 二、氮源

第16页：表4—5 微生物的氮源谱

表4—5 微生物的氮源谱

第17页：1.氮源的利用顺序

1.氮源的利用顺序

N.C.H.O或N.C.H.O .X>N.H>N.O>N

2.氨基酸自养型微生物

不需要以氨基酸作氮源，能把尿素、铵盐、硝酸盐甚至氮气等简单氮源自行合成所需要的一切氨基酸的微生物

3.氨基酸异养型微生物

需要从外界吸收现成的氨基酸作氮源的微生物

第18页：迟效氮源

• 迟效氮源：蛋白氮必须通过水解之后降解成胨、肽、氨基酸等才能被机体利用
• 速效氮源：无机氮源或以蛋白质降解产物形式存在的有机氮源可以直接被菌体吸收利用
• 速效氮源，通常是有利于机体的生长，迟效氮源有利于代谢产物的形成
• 实验室常用的氮源有碳酸铵、硝酸盐、硫酸铵、尿素、蛋白胨、牛肉膏、酵母膏等
• 生产上常用的氮源：有硝酸盐、铵盐、尿素、氨以及蛋白含量较高的鱼粉、蚕蛹粉、黄豆饼粉、花生饼份、玉米浆等
• 多数微生物可以利用无机含氮化合物作为氮源，也可以利用有机含氮化合物作为氮源
• 但有些微生物没有将无机氮合成有机氮的能力，它们不能把尿素、铵盐等这些无机氮源自行合成他们生长所需的氨基酸，而需要从外界吸收现成的氨基酸作为氮源才能生长，这类微生物叫做氨基酸异养型微生物，也叫营养缺陷型
• 氮源的种类

第19页：能源

能源

指能为微生物的生命活动提供最初能量来源的营养物或辐射能。微生物的能源谱：有机物：化能异养微生物的能源（同碳源）化学物质能源谱：无机物：化能自养微生物的能源（不同于碳源）辐射能：光能自养和光能异养微生物的能源3、能源

第20页：化能自养微生物的能源物质

化能自养微生物的能源物质

都是一些还原态的无机物质，例如：NH4+、NO2-、S、H2S、H2、Fe2+ 等，能利用这些物质作为能源的全部是细菌，如：硝酸细菌、亚硝酸菌、硫化细菌、硫细菌、铁细菌、硫细菌、氢细菌和铁细菌等

光辐射能

是单功能的，只为光能微生物提供能源

还原态的NH4

是双功能营养物（能源、氮源）氨基酸：三功能营养物（碳源、氮源、能源）

第21页：生长因子（growth factor）

• 生长因子（growth factor）：是一类对微生物正常代谢必不可少且不能用简单的碳源或氮源自行合成的有机物
• 主要包括维生素、氨基酸、嘌呤和嘧啶（碱基）及其衍生物，此外还有甾醇、胺类、脂肪酸等等
• 各种维生素、氨基酸、嘌呤和嘧啶（碱基）的生理功能见教材
• 缺乏合成生长因子能力的微生物称为“营养缺陷型”微生物
• 四、生长因子（growth factor）

第22页：根据微生物对生长因子

• 根据微生物对生长因子的需要存在差异，可分为：
• 1. 野生型(wild type)和原养型不需要生长因子而能在基础培养基上生长的菌株
• 2. 营养缺陷型(auxotroph)由于自发或诱发突变等原因从野生型菌株产生的需要提供特定生长素物质才能生长的菌株

第23页：1.生长因子自养型微生物

1.生长因子自养型微生物

不需要从外界吸收任何生长因子就能正常生长的微生物(如E.coli,多数真菌、纺线菌、细菌)

2.生长因子异养型微生物

需要从外界吸收多种生长因子才能维持正常生长的微生物（如乳酸菌、支原体和原生动物等）

3.生长因子过量合成的微生物

在其代谢活动中，能够大量合成分泌某些维生素等生长因子的微生物（如阿舒假囊酵母、链霉菌、被孢霉等）。根据微生物对生长因子的需要分：

第24页：无机盐

无机盐

是微生物生长必不可少的一类营养物质，它们为机体生长提供多种重要的生理功能（见下图），包括大量元素和微量元素

大量元素

P、S、K、Mg、Ca、Na、Fe等

第25页：细胞内一般分子成分

细胞内一般分子成分（P、S、Ca、Ma 、Fe等）一般功能渗透压的维持（Na+等）生理调节物质酶的激活剂（M a2+等）大量元素pH的稳定无化能自养菌的能源（S、Fe2+、NH4+、NO2-等）机特殊功能盐无氧呼吸时的氢受体（NO3-、SO42-等）酶的激活剂（Cu2+、Mn2+、Zn2+等）微量元素特殊分子结构成分（Co、Mo等）无机盐的生理功能

第26页：无机元素的来源和功

无机元素的来源和功能

第27页：水分

• 水分
• 1. 细胞的构成成分
• 2.良好的溶剂，一系列生理生化反应的反应介质
• 3.参与许多生理生化反应
• 4. 有效地控制细胞内的温度变化六、水

第28页：几种生物的游离水

几种生物的游离水含量人体

60%海蛰：96%微生物孢子营养体霉菌孢子：~39%细菌芽孢：皮层：~70%核心：极低细菌：~80%酵母：~75%霉菌：~85%◆水在细胞中有两种存在形式：结合水和游离水. ◆不同细胞及不同细胞结构中游离水的含量有较大差别：

第29页：根据生长

• 根据生长所需要的营养物质的性质，可将生物分成两种基本的营养类型异养型生物：在生长时需要以复杂的有机物质作为营养物质自养型生物：在生长时能以简单的无机物质作为营养物质动物属于异养型生物，植物，而微生物既有异养型的也有自养型的，大多数微生物属于异养型生物，少数微生物属于自养型生物
• 根据生长时能量的来源不同，又可将生物分成两种类型化能营养型生物：依靠化合物氧化释放的能量进行生长光能营养型生物：依靠光能进行生长动物和大部分微生物属于化能营养型生物，它们从物质的氧化过程中获得能量
• 植物和少部分微生物属于光能营养型生物第三节微生物的营养类型

第30页：分类标准营养类型

• 分类标准营养类型
• 1.以能源分光能营养型（phototroph）化能营养型（chemotroph）
• 2.以氢供体分无机营养型（lithotroph）有机营养型(organotroph)
• 3.以碳源分自养型(autotroph)异样型(heterotroph)
• 4.以合成氨基酸能力分氨基酸自养型(amino acid autotroph)氨基酸异养型(amino acid heterotroph)
• 5.以生长因子分原养型(prototroph)或野生型(wild type)营养缺陷型(auxotroph)
• 6.以取食方式分渗透营养型(osmotroph)吞噬营养型(phagotroph)
• 7.以取得死或活有机物分寄生(saprophytism)腐生(parasitism)微生物营养类型的分类

第31页：营养类型

营养类型营养类型能源氢供体基本碳源实例光能无机营养型（光能自养型）光无机物CO2蓝细菌,紫硫细菌,绿硫细菌, 藻类光能有机营养型（光能异养型）光有机物CO2及简单有机物红螺菌科的细菌（紫色无硫细菌）化能无机营养型（化能自养型）无机物无机物CO2硝化细菌,硫化细菌,铁细菌,氢细菌,硫磺细菌等化能有机营养型（化能异养型）有机物有机物有机物绝大多数细菌和全部真核微生物

第32页：光能自养型微生物

光能自养型微生物

以C02作为唯一碳源或主要碳源，并利用光能，以无机物如硫化氢、硫代硫酸钠或其他无机硫化物作为供氢体将CO2还原成细胞物质，同时产生元素硫光能CO2＋H2S[CH2O]+2S+H2O光合色素光能自养型微生物包括蓝细菌（含叶绿素）、红硫细菌和绿硫细菌等少数微生物（含细菌叶绿素），由于含有光合色素，因而能使先能转变成化学能（ATP），供机体直接利用。一、光能自养型微生物

第33页：光能异养型微生物

光能异养型微生物

以CO2为主要碳源或唯一碳源，以有机物（如异丙醇）作为供氢体，利用光能将CO2还原成细胞物质，红螺菌属中的一些细菌属于此种营养类型。光能2(H3C)2CHOH+CO22CH3COCH3+[CH2O]+H2O光合色素光能异养型细菌在生长时大多数采要外源的生长因子二、光能异养型微生物

第34页：利用光

利用光能，以简单有机物（醇、有机酸）为供氢体同化CO2CH3│光能CO2+2CH2-CHOH----→[CH2O]+2CH3COCH3+H2O菌绿素例：红螺菌属（Rhodospirillum）光能异养型微生物红螺菌

第35页：化能自养型微生物

• 化能自养型微生物：以CO2或碳酸盐作为唯一或主要碳源，以无机物氧化释放的化学能为能源,，利用电子供体如氢气、硫化氢、二价铁离子或亚硝酸盐等使CO2还原成细胞物质
• 这类微生物主要有硫化细菌、硝化细菌、氢细菌与铁细菌
• 它们在自然界物质转换过程中起着重要的作用
• 三、化能自养型微生物

第36页：通过氧化无机物取得

通过氧化无机物取得能量，并以CO2为唯一或主要碳源1. 硝化细菌:亚硝化细菌2NH4+ +3O2→2NO2-+2H2O + 4H++132Kcal硝化细菌NO2-+1/2O2→NO3-+18.1 Kcal

第37页：2.硫化细菌

2. 硫化细菌

通过氧化还原态的无机硫化物（H2S、S、S2O32-、SO32-）获得能量（硫杆菌属，硫微螺菌属）H2S + 1/2O2→S +H2O + 50.1 KcalS + 1 1/2O2+H2O → H2SO4+149.8 Kcal

第38页：3.铁细菌

• 3. 铁细菌：氧化Fe2+为Fe3+获取能量并同化CO22Fe2++1/2O2+2H+ →2Fe3++H2O+21.2 Kcal
• 4. 氢细菌：具有氢化酶，从氢的氧化获取能量，同化CO2H2+ 1/2 O2 →H2O + 56.7 Kcal

第39页：硝化细菌铁

硝化细菌铁细菌

第40页：多数微生物

• 多数微生物属于化能异养型，其生长所需要能量和碳源通常来自同一种有机物
• 根据化能异养型微生物利用有机物的特性，又可以将其分为下列两种类型：腐生型微生物：利用无生命活性的有机物作为生长的碳源
• 寄生型微生物：寄生在生活的细胞内，从寄生体内获得生长所需要的营养物质
• 存在于寄生与腐生之间的中间过渡类型微生物，称为兼性腐生型或兼性寄生型
• 四、化能异养型微生物

第41页：微生物吸收营养物质显微图

第42页：第四节 微生物吸收营养物质

• 第四节微生物吸收营养物质的方式
• 单纯扩散
• 促进扩散
• 主动运输
• 基团移位

第43页：1、单纯扩散

1、单纯扩散(simple diffusion or passive diffusion)被输送的物质，靠细胞内外浓度为动力，以透析或扩散的形式从高浓度区向低浓度区的扩散。

第44页：1、单纯扩散

• 1、单纯扩散(simple diffusion or passive diffusion)特点：
• ①扩散是非特异性的营养物质吸收方式：如营养物质通过细胞膜中的含水小孔，由高浓度的胞外环境向低浓度的胞内扩散；
• ②在扩散过程中营养物质的结构不发生变化：即既不与膜上的分子发生反应，本身的分子结构也不发生变化；
• ③物质运输的速率较慢：速率与胞内外营养物质的浓度差有关，即随细胞膜内外该物质浓度差的降低而减小，直到胞内外物质浓度相同；
• ④不需要载体参与；扩散是一个不需要代谢能的运输方式，因此，物质不能进行逆浓度运输
• ⑤可运送的养料有限：限于水、溶于水的气体，及分子量小，脂溶性、极性小的营养物质

第45页：•smosis

•smosis flowstowardshighsaltconcentrations

第46页：单纯扩散模式图细胞膜外

单纯扩散模式图细胞膜外细胞膜内细胞膜

第47页：三营养物在运送过程

三营养物在运送过程中，通过与细胞膜上特异载体蛋白（也称作透过酶permease）的可逆性结合来加快其传递速度，但不消耗能量的一类扩散性运送方式。2.促进扩散(facilitated diffusion/transport)

第48页：2.促进扩散

• 2.促进扩散(facilitated diffusion)特点：在促进扩散过程中
• 营养物质本身在分子结构上也不会发生变化
• 不消耗代谢能量，故不能进行逆浓度运输
• 运输的速率由胞内外该物质的浓度差决定
• 需要细胞膜上的载体蛋白（透过酶）参与物质运输
• 被运输的物质与载体蛋白有高度的特异性
• 养料浓度过高时, 与载体蛋白出现饱和效应促进扩散的运输方式多见于真核微生物中，例如通常在厌氧生活的酵母菌中，某些物质的吸收和代谢产物的分泌是通过这种方式完成的

第49页：Embeded protein

Embeded protein:

第50页：微生物吸收营养物质的方式结构图

第51页：Proteinsthat act as carriersare

Proteinsthat act as carriersare too large to move across the membrane. They are transmembrane proteins. They cycle between two conformationsin which a solute binding site is accessible on one side of the membrane or the other.

第52页：促进扩散模式图细胞膜

促进扩散模式图细胞膜细胞膜外细胞膜内恢复原构象移位再循环结合构象改变

第53页：or active ansport

or active ansport

第54页：3.主动运输

3.主动运输(Active transport)在代谢能的推动下，通过膜上特殊载体蛋白构象的变化，逆养料浓度梯度吸收营养物质的过程。

第55页：主动运输

• 主动运输(Active transport)特点：物质在主动运输的过程中
• 需要消耗代谢能
• 可以进行逆浓度运输的运输方式
• 需要载体蛋白参与
• 对被运输的物质有高度的立体专一性
• 被运输的物质在转移的过程中不发生任何化学变化不同的微生物在主动运输过程中所需的能量的来源不同，好氧微生物中直接来自呼吸能，厌氧微生物主要来自化学能，光合微生物中则主要来自光能。主动运输是微生物吸收营养物质的主要方式

第56页：Comparison of passive and active

Comparison of passive and active transport.

第57页：主动运输模式图细胞膜组成图

第58页：主动运输模式图细胞膜

主动运输模式图细胞膜细胞膜外细胞膜内恢复原构象移位再循环结合构象改变ADP+PiATP

第59页：Na+-K+-ATP酶系统Na+-K+

Na+-K+-ATP酶系统Na+-K+-ATPase是存在于原生质膜上的一种重要离子通道蛋白功能：利用ATP能量将Na+由细胞内“泵”出胞外，并将K+“泵”入胞内。该酶由大小两个亚基组成（MW: 12万，5.5万）

第60页：作用步骤

• 作用步骤:
• 1. ATP酶(E)在细胞内侧与3个Na+结合，同时消耗能量；
• 2. 磷酸化ATP酶(E+)构象变化将Na+排除胞外，并与2个K+结合；
• 3. K+激发E+脱磷酸化恢复为E，同时将K+运入细胞

第61页：基因转位图示

第62页：基因转位

• 基因转位是一种特殊的主动运输，与普通的主动运输相比，营养物质在运输的过程中发生了化学变化（糖在运输的过程中发生了磷酸化）
• 其余特点与主动运输相同
• 基因转位主要存在于厌氧和兼性厌氧型细菌中，也主要是用于单（或双）糖与糖的衍生物，以及核苷与脂肪散的运输
• 4.基团转位(Group translocation)

第63页：在酶Ⅰ的作用下HPr被激活

在酶Ⅰ的作用下HPr被激活在酶Ⅱ的作用下P-HPr将磷酸转移给糖

第64页：运送机制

运送机制

是依靠磷酸转移酶系统,即磷酸烯醇式丙酮酸-己糖磷酸转移酶系统.运送步骤:1.热稳载体蛋白(HPr)的激活细胞内高能化合物磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）的磷酸基团把HPr激活。酶ⅠPEP+HPr 丙酮酸+P-HPrHPr是一种低分子量的可溶性蛋白，结合在细胞膜上，具有高能磷酸载体的作用。

第65页：2、糖被磷酸化后运入膜内膜外环境

• 2、糖被磷酸化后运入膜内膜外环境中的糖先与外膜表面的酶Ⅱ结合，再被转运到内膜表面
• 这时，糖被P-HPr上的磷酸激活，并通过酶Ⅱ的作用将糖-磷酸释放到细胞内
• 酶ⅡP-HPr+糖糖-P +HPr酶Ⅱ是一种结合于细胞膜上的蛋白，它对底物具有特异性选择作用，因此细胞膜上可诱导出一系列与底物分子相应的酶Ⅱ

第66页：基团移位模式图细胞膜外

基团移位模式图细胞膜外细胞膜内SSSS细胞膜Enz2cEnz2bEnz2cEnz2aSSHPrP~PHPr~Enz1+PEP丙酮酸

第67页：四种运输营养物质方式的比较

• 四种运输营养物质方式的比较
• 2、O
• 2、甘油、乙醇、盐类有快由浓至稀相等特异性不需要不变有有竞争性有SO42-、PO43-、糖有快由稀至浓胞内浓度高特异性需要不变有有竞争性有氨基酸、乳糖等糖类，Na+、Ca2+等无机粒子有快由稀至浓胞内浓度高特异性需要改变有有竞争性有葡萄糖、果糖、甘露糖、嘌呤、核苷、脂肪酸

第68页：5.膜泡运输

• 5.膜泡运输
• 原生动物吸收营养物质的方式，有胞吞和胞饮两种类型

第69页：Special Cases

• Special Cases
• 1.Endocytosis
• 2.Exocytosis

第70页：There are four types of

There are four types of carrier-mediated transport systems in procaryotes. The carrier is a protein (or group of proteins) that function in the passage of a small molecule from one side of a membrane to another. A transport system may be a single transmembranous protein that forms a channel that admits passage of a specific solute. Or a transport system may be a coordinated system of proteins that binds and sequentially passes a small molecule through membrane. Transport systems have the property of specificity for the solute transported. Some transport systems transport a single solute with the same specificity and kinetics as an enzyme. Some transport systems will transport (structurally) related molecules, although at reduced efficiency compared to their primary substrate. Most transport systems transport specific sugars, amino acids, anions or cations that are of nutritional value to the bacterium.

第71页：Figure 12. Transport processes in

Figure 12. Transport processes in bacterial cells. Solutes enter or exit from bacterial cells by means of one of three processes: uniport, symport (also called cotransport) and antiport (also called exchange diffusion). Transport systems (Figure 13 below) operate by one or another of these processes.

第72页：培养基概览图

第73页：第五节 培养基

第五节培养基培养基(medium):是人工配制的适合于不同微生物生长繁殖或积累代谢产物的营养基质。它是进行科学研究，发酵生产微生物制品等的基础。

第74页：第五节 培养基(medium)定义

• 第五节培养基(medium)定义：应科研或生产的需要，由人工配制的、适合于不同微生物生长繁殖或积累代谢产物用的营养基质（混合养料）
• 特点：任何培养基都应具备微生物所需要的六大营养要素，且应比例适当
• 所以一旦配成必须立即灭菌
• 用途：促使微生物生长
• 积累代谢产物
• 分离微生物菌种
• 鉴定微生物种类
• 微生物细胞计数
• 菌种保藏
• 制备微生物制品

第75页：一、选用和设计培养基

一、选用和设计培养基的原则和方法（一）培养基组分应适合微生物的营养特点（目的明确）（二）营养物的浓度与比例应恰当（营养协调）（三）物理化学条件适宜（理化适宜）（四）根据培养目的选择原料及其来源（经济节约）

第76页：（一）培养基组分

• （一）培养基组分应适合微生物的营养特点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
• 异养做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
• 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：牛肉膏蛋白胨培养基LB(Luria-Bertani)放线菌：高氏一号培养基真菌：查氏合成培养基PDA (Potato-Dextrose-Agar)酵母菌：麦芽汁、豆芽汁当对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

第77页：（二）营养物的浓度与比例

• （二）营养物的浓度与比例应恰当●浓度过高——微生物的生长起抑制作用，浓度过小——不能满足微生物生长的需要
• ●碳氮比（C/N）直接影响微生物生长与繁殖及代谢物的形成与积累，故常作为考察培养基组成时的一个重要指标
• ●速效性氮（或碳）源与迟效性氮（或碳）源的比例●各种金属离子间的比例碳源中的碳原子的mol数氮源中所含的氮原子的mol数C/N比值=例：谷氨酸生产中C/N＝4/1时，菌体大量繁殖，谷氨酸积累少
• C/N＝3/1时，菌体生长受抑制，而谷氨酸大量增加

第78页：（三）物理化学条件适宜（1）pH

• （三）物理化学条件适宜（1）pH:各类微生物的最适生长pH值各不相同：细菌：7.0~8.0放线菌：7.5~8.5酵母菌：3.8~6.0霉菌：4.0~5.8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pH值会发生改变，为了维持培养基pH值的相对恒定，通常采用下列两种方式：内源调节：在培养基里加一些缓冲剂或不溶性的碳酸盐
• 调节培养基的碳氮比
• 外源调节：按实际需要不断向发酵液流加酸或碱液

第79页：磷酸缓冲液

☆磷酸缓冲液

pH值从6.0~7.6之间K2HPO4+HClKH2PO4+KClKH2PO4+KOHK2HPO4+H2O☆加入CaCO3：CO32–HCO3–H2CO3CO2+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缓冲作用。

第80页：（2）渗透压和aw

（2）渗透压和aw渗透压等渗溶液适宜微生物生长高渗溶液细胞发生质壁分离低渗溶液细胞吸水膨胀，直至破裂大多数微生物适合在等渗的环境下生长，而有的菌如Staphylococcus aureus则能在3mol/L NaCl的高渗溶液中生长。能在高盐环境（2.8~6.2/L NaCl）生长的微生物常被称为嗜盐微生物（Halophiles）。

第81页：◆微生物对水

• ◆微生物对水的需要程度（水对微生物生长的影响）常用环境（或基质）中的水活度值（water activity,
• w）表示。所谓
• w就是水的有效浓度。◆定义：水活度为在一定的温度条件下，溶液的蒸汽压（材料上部蒸气相中水浓度）与纯水的蒸汽压（即纯水上部蒸气相中水浓度）之比，即：
• w=
• /
• o
• 表示溶液的蒸汽压
• o表示纯水的蒸汽压◆在
• w为0.60~0.99的环境条件均有微生物生长，但对某种微生物而言，它对
• w的要求是一定的，微生物对水的需求有相当的变化程度。即微生物不同，其生长的最适
• w亦不同

第82页：表4-7几类微生物生长最适、w微生物、w

表4-7 几类微生物生长的最适水活度

为了表示微生物生长与水的关系，有时也常用相对湿度（RH）的概念（aw×100=RH）；通常也用测定蒸气相中相对湿度的方法得知溶液或物质的水活度。

第83页：氧化还原电势照片

第84页：（3）氧化还原电势

• （3）氧化还原电势(redox poyential)是度量某氧化还原系统中还原剂释放电子或氧化剂接受电子趋势的一种指标
• 各种微生物对培养基的氧化还原电势的要求：好氧微生物：+0.3~+0.4V,(在>0.1V以上的环境中均能生长).厌氧微生物：只能在+0.1V以下生长兼性厌氧微生物：+0.1V以上呼吸、+0.1V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Eh值仅代表其综合结果
• 对微生物影响最大的是：分子氧和分子氢的浓度培养基中常用的还原剂：巯基乙酸、抗坏血酸、硫化氢、半胱氨酸、谷胱甘肽、二硫苏糖醇等

第85页：（四）根据培养基

• （四）根据培养基的应用目的选择原料及其来源该培养基的应用目的：是培养菌体还是积累代谢产物？是实验室种子培养还是大规模发酵？代谢产物是初级代谢产物还是次级代谢产物？☆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，应重视培养基中各成份的来源和价格，应选择来源广泛、价格低廉的原料，提倡以粗代精，以废代好

第86页：配制培养基时

• 配制培养基时
• 1.以粗代精
• 2.以野代家
• 3.以废代好
• 4.以简代繁
• 5.以氮代朊
• 6.以纤代糖
• 7.以烃代粮
• 8.以国代进
• 4.经济节约

第87页：1.生态模拟调查所培养菌

1.生态模拟调查所培养菌的生态条件，查看“嗜好”，对“症”下料———初级天然培养基.2.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.3.精心设计借助优选法或正交试验设计法等方法.二、设计培养基的方法

第88页：4、实验比较

• 4、实验比较：不同培养基配方的选择比较单种成分来源和数量的比较几种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pH和温度试验◆附1：配置培养基时应注意的几个问题及解决方法：
• 1、沉淀
• 2、胶体强度的破坏
• 3、褐色物质的形成
• 4、pH发生变化

第89页：高压蒸气灭菌一般培养基

高压蒸气灭菌一般培养基

1.05 Kg/cm2, 121.3℃, 15-30 min含糖培养基: 0.56 Kg/cm2, 112.6 ℃, 15-30 min过滤灭菌，分别灭菌，间歇灭菌的应用附2：培养基的灭菌

第90页：附图

附图

过滤灭菌

第91页：附3

附3

器皿的灭菌及无菌室的消毒器皿的灭菌：干热空气：160℃，2 小时无菌室的消毒：紫外光化学药物熏蒸（苯酚；高锰酸钾+甲醛）

第92页：三、培养基的类型

• 三、培养基的类型
• ①细菌培养基
• ②放线菌培养基
• ③霉菌培养基★-2 根据培养目的来分
• ①种子培养基(seed culture medium)———是为保证发酵生产获得大量优质种子而设计的培养基，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基的基质
• ②发酵培养基(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93页：1细菌培养基

• 1细菌培养基
• ★-1细菌培养基——营养肉汤（nutrient broth)：牛肉膏3g
• 蛋白胨5g
• 水1000ml
• pH 7.2~7.4放线菌培养基——高氏1号：可溶性淀粉20g
• KNO31g; K2HPO4 1g
• MgSO40.5g
• NaCl 1g; FeSO4•7H2O 0.5g
• 水1000ml; pH 7.2~7.4霉菌培养基——查氏（zapek)培养基：蔗糖30g; KCl 0.5g; MgSO4.H2O 0.5g; FeSO40.5g
• 水1000ml; K2HPO41g; NaNO33g; pH 6.7酵母菌培养基——麦芽汁培养基

第94页：味精生产菌北京棒状杆菌AS

味精生产菌北京棒状杆菌AS1299的一级种子（用摇床培养）培养基配方：葡萄糖3%玉米浆2.5~3.5%尿素0.3~0.5%K2HPO40.1~0.2%MgSO40.05%二级种子（1200升发酵罐）培养基配方：以水解糖3%代替葡萄糖3%，其他成分相同。

第95页：①天然培养基

• ①天然培养基(complex medium)：也称作chemically 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，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大规模地培养微生物和生产微生物产品
• ★-3 按对培养基成分的了解程度来分

第96页：②合成（组合）培养基

②合成（组合）培养基(synthetic medium)：也称作chemically defined medium.由化学成分完全了解的物质配制而成的培养基，该类培养基的组成成分精确、清楚，重复性强，但微生物生长较慢，且价格昂贵，故一般适于在实验室范围内他有关研生物营养需要、代谢、分类鉴定、生物测定以及菌种选育、遗传分析等方面的研究工作。如高氏培养基、察氏培养基等.③半组合培养基(semi-defined medium)：在合成培养基的基础上添加些天然成份，以更有效地满足微生物对营养物的需要.如马铃薯蔗糖培养基

第97页：①液体培养基

①液体培养基(liquid medium)：液体培养基不含任何凝固剂，菌体与培养基充分接触，操作方便，常用于大规模的工业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。可据培养后的浊度判断微生物的生长程度.★-4 按制备后培养基外观的物理状态来分

第98页：②固体培养基(solid medium)

（2）非可逆性固化培养基

血清培养基或无机硅胶培养基

（4）滤膜

醋酸纤维薄膜

第99页：③半固体培养基

• ③半固体培养基(semi-solid medium)：在液体培养基中加入0.2-0.7％的琼脂构成的培养基。常用来观察细菌运动的特征，以进行菌种鉴定和噬菌体效价滴定等方面的实验工作
• 4.脱水培养基：脱水商品培养基或预制干燥培养基

第100页：1.不被微生物分解

• 1.不被微生物分解、利用、液化；
• 2.不因消毒灭菌而被破坏；
• 3.在微生物的生长温度内保持固态；
• 4.凝固点的温度对微生物无害；
• 5.透明度好，粘着力强理想凝固剂应具备的条件

第101页：基础培养基显微图

第102页：不被微生物分解电镜图

第103页：①基础培养基

• ①基础培养基(minimum medium): 是含有一般微生物生长繁殖所需的基本营养物质的培养基
• 另外基础培养基也可作为一些特殊培养基的基础成分（如制备糖发酵培养基时）.②选择性培养基(selective medium)：是根据某种或某一类群微生物的特殊营养需要，或对某种化合物的敏感性不同而设计出来的一类培养基
• 利用这种培养基可用来将某种或某类微生物从混杂的微生物群体中分离出来.★-5 按特殊用途划分

第104页：③鉴别性培养基

• ③鉴别性培养基(differential medium)：用于鉴别不同类型微生物的培养基，在普通培养基中加入能与某种代谢产物发生反应的指示剂或化学药品，从而产生某种明显的特征性变化，以区别不同的微生物，例：伊红美兰乳糖培养基（Eosin Methylene Blue）
• ④加富培养基(enriched medium)：在普通培养基中加入某些特殊的营养物，如血、血清、动、植物组织液或其他营养物质（或生长因子）的一类营养丰富的培养基。用来培养营养要求苛刻的微生物，或用以富集（数量上占优势）和分离某中微生物.

第105页：TYPES OF CULTURE

TYPES OF CULTURE MEDIATYPEPURPOSEChemically definedGrowth of chemoautotrophs and photoautotrophs, and microbiological assays.ComplexGrowth of most chemoheterotrophic organisms.SelectiveSuppression of unwanted microbes; encouraging desired microbes.DifferentialDifferentiation of colonies of desired microbes from others.EnrichmentSimilar to selective media but designed to increase numbers of desired microbes to detectable levels.

第106页：Table 4a. Minimal medium for

Table 4a. Minimal medium for the growth of Bacillus megaterium. An example of a chemically-defined medium for growth of a heterotrophic bacterium.ComponentAmountFunction of componentsucrose10.0 gC and energy sourceK2HPO42.5 gpH buffer; P and K sourceKH2PO42.5 gpH buffer; P and K source(NH4)2HPO41.0 gpH buffer; N and P sourceMgSO47H2O0.20 gS and Mg++ sourceFeSO47H2O0.01 gFe++sourceMnSO47H2O0.007 gMn++Sourcewater985 mlpH 7.0

第107页：Table 4b. Defined medium for

Table 4b. Defined medium for the growth of Thiobacillus thiooxidans, a lithoautotrophic bacterium.ComponentAmountFunction of componentNH4Cl0.52 gN sourceKH2PO40.28 gP and K sourceMgSO47H2O0.25 gS and Mg++sourceCaCl22H2O0.07 gCa++sourceElemental Sulfur1.56 gEnergy sourceCO25%*C sourcewater1000 mlpH 3.0* Aerate medium intermittently with air containing 5% CO2.

第108页：Table 5a. Complex medium for

Table 5a. Complex medium for the growth of fastidious bacteriaComponentAmountFunction of componentBeef extract1.5 gSource of vitamins and other growth factorsYeast extract3.0 gSource of vitamins and other growth factorsPeptone6.0 gSource of amino acids, N, S, and PGlucose1.0 gC and energy sourceAgar15.0 gInert solidifying agentwater1000 mlpH 6.6

第109页：Table 5b. Selective enrichment

Table 5b. Selective enrichment medium forgrowth of extreme halophiles.ComponentAmountFunction of componentCasamino acids7.5 gSource of amino acids, N, S and PYeast extract10.0 gSource of growth factorsTrisodium citrate3.0 gC and energy sourceKCl2.0 gK+sourceMgSO47 H2O20.0 gS and Mg++ sourceFeCl20.023 gFe++sourceNaCl250 gNa+source for halophiles and inhibitory to nonhalophileswater1000 mlpH 7.4

第110页：伊红美兰乳糖培养基

伊红美兰乳糖培养基(Eosin Methylene blue)蛋白胨10g乳糖5gK2HPO42g伊红Y0.4g美蓝0.065g水1000mlpH=7.2

第111页：G+菌受抑制G-菌

G+菌受抑制G-菌能发酵乳糖产酸不发酵乳糖不产酸，菌落无色透明产酸力强，菌落呈紫绿色金属光泽产酸力弱，菌落棕色EnterbacterKlebsiellaHafniaSarrdiaProteusSalmonellaShigellaE.coli试样EMB在鉴别各种肠道杆菌中的作用：

第112页：EMB(Eosin Methylene Blue)Figure

EMB(Eosin Methylene Blue)Figure 14. Left: Escherichia colicells. Right: E. colicolonies on EMB Agar.

第113页：Media PreparationThe powder is

Media PreparationThe powder is weighed and dissolved in a specified amount of water. pH is checked and adjusted. Then the medium is sterilized at 121º C at 15 lbs/sq. in. pressure for 15 minutes. Heat labile compounds that are to be added to the medium should be sterilized by filtration, and then added to the medium at 50 º C.

第114页：本章小结

• 本章小结
• 1.微生物细胞的化学组成
• 2.微生物生长的六大营养要素
• 3.微生物的营养类型
• 4.微生物吸收营养的主要方式
• 5.设计和配制培养基的原则和方法

第115页：复习题一

• 复习题一
• 1.微生物生长所需要的六种生长要素是什么，试举例说明在某一培养基配方中分别是什么成分，各有什么功能？
• 2.微生物的营养类型可以分为哪几类，试用图表说明他们是如何分类，并举例说明相应的微生物种类
• 3.微生物吸收营养的方式有哪几种，用图表说明这几种运送方式的异同

第116页：4.什么叫基团移位

• 4.什么叫基团移位？试述其分子机制
• 5.什么叫选择性培养基，如何带着某种目的设计一种选择培养基，例如：如何从土壤中分离一株纤维素高产菌株或一株高产多糖的酵母菌株，写出你的具体方法步骤
• 6.什么叫鉴别性培养基？试以EMB培养基为例，分析鉴别作用的原理
• 7.对微生物培养基pH的调节方式有哪些，如何设计细菌发酵培养基来调节发酵过程中的pH变化？