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第第 四四 章章微微 生生 物物 的的 营营 养养微生物的特点：微生物的特点：食谱广、胃口大食谱广、胃口大营养物质：那些可以满足微生物机体生长、繁衍和完成各种营养物质：那些可以满足微生物机体生长、繁衍和完成各种 生理活动所需的物质生理活动所需的物质营养：微生物获得和利用营养物质的过程营养：微生物获得和利用营养物质的过程营养物质是微生物生存的物质根底，而营养是生物维营养物质是微生物生存的物质根底，而营养是生物维持和延续其生命方式的一种生理过程。持和延续其生命方式的一种生理过程。微生物营养主要阐明营养物质在生命活动中的生理功能微生物营养主要阐明营养物质在生命活动中的生理功能及微生物细胞从外界环境摄取营养物的详细机制。及微生物细胞从外界环境摄取营养物的详细机制。微生物的营养物微生物的营养物Nutrient)Nutrient)的功能的功能供物：提供置换与增生细胞的构造物质；供物：提供置换与增生细胞的构造物质；供能：供应生命活动的能量；供能：供应生命活动的能量；调理：提供各种代谢调理物；调理：提供各种代谢调理物；确保良好的生理环境等。确保良好的生理环境等。研讨微生物营养的重要性研讨微生物营养的重要性研讨的根底研讨的根底：是开发和研讨微生物的根底；：是开发和研讨微生物的根底；设计的根据：挑选微生物的实际根据；设计的根据：挑选微生物的实际根据；实际的必需：为消费实际提供经济、节约实际的必需：为消费实际提供经济、节约 和高效益的运用培育基。和高效益的运用培育基。本章内容：本章内容：第一节第一节 微生物的营养要求微生物的营养要求微生物们需求吃什么？微生物们需求吃什么？第三节第三节 营养物质进入细胞营养物质进入细胞微生物们是怎样吃东西的微生物们是怎样吃东西的第二节第二节 培育基培育基如何给微生物们做饭如何给微生物们做饭第一节第一节 微生物的营养要求微生物的营养要求一一 微生物细胞的化学组成微生物细胞的化学组成 二二 营养物质及其生理功能营养物质及其生理功能 三三 微生物的营养类型微生物的营养类型(nutritional types)一一.微生物细胞的化学组成微生物细胞的化学组成 主要元素：C、H、O、N、S、P(97)化学元素 微量元素:Zn、Mn、Na、Cl、Co、Cu 化学元素比例因菌种、培育条件等有所不同，如：幼龄菌含N高，硫细菌较多S，铁细菌较多Fe，等。微生物、动物、植物之间存在微生物、动物、植物之间存在“营养上的一致性营养上的一致性化学成分及其分析化学成分及其分析 v化学元素组成：有机物、无机物和水化学元素组成：有机物、无机物和水7090v有机物分析有机物分析:v1化学法直接抽提，定性定量分析；化学法直接抽提，定性定量分析；v2破碎细胞得亚显微构造，再分析。破碎细胞得亚显微构造，再分析。无机物分析无机物分析无机物指与有机物结合或单独存在的无机盐等物质；无机物指与有机物结合或单独存在的无机盐等物质；分析：分析：干细胞高温炉干细胞高温炉550熄灭得到的灰分，分析其熄灭得到的灰分，分析其中各种无机元素含量。中各种无机元素含量。水分：水分：细胞外表水分吸干后的分量为湿重；采用低温真空细胞外表水分吸干后的分量为湿重；采用低温真空枯燥、红外快速烘干方法烘干至恒重为干重。枯燥、红外快速烘干方法烘干至恒重为干重。二二 营养物质及其生理功能营养物质及其生理功能 v碳源碳源 Carbon sourcev氮源氮源 Nitrogen sourcev无机盐无机盐 Mineral sourcev生长因子生长因子 Growth sourcev水水 Water1.碳源碳源 source of carbon 碳源碳源carbon source凡是提供微生物营凡是提供微生物营养所需的碳元素碳架的营养源。养所需的碳元素碳架的营养源。碳源物质的功能：碳源物质的功能：A.构成细胞物质；构成细胞物质；B.为机体提供整个生理活动所需求为机体提供整个生理活动所需求的能量异养微生物；的能量异养微生物；类类型型元素水平元素水平 化合物水平化合物水平 培养基原料水平培养基原料水平有有机机碳碳CHONX复杂蛋白质、核酸复杂蛋白质、核酸等等牛肉膏、蛋白胨、花生牛肉膏、蛋白胨、花生饼粉等饼粉等CHON多数氨基酸、简单多数氨基酸、简单蛋白质等蛋白质等一般氨基酸、明胶等一般氨基酸、明胶等CHO糖、有机酸、醇、糖、有机酸、醇、脂类等脂类等葡萄糖、蔗糖、各种淀葡萄糖、蔗糖、各种淀粉、糖蜜等粉、糖蜜等CH烃类烃类天然气、石油及其不同天然气、石油及其不同馏份、石蜡油等馏份、石蜡油等无无机机碳碳C(?)COCO2CO2COXNaHCO3NaHCO3、CaCO3、白、白垩等垩等微生物的碳源谱微生物的碳源谱微生物利用碳源的特点微生物利用碳源的特点工业发酵常用糖蜜、淀粉、玉米粉等作为碳源。工业发酵常用糖蜜、淀粉、玉米粉等作为碳源。不同菌种利用碳源才干不同，如：假单孢菌属中的不同菌种利用碳源才干不同，如：假单孢菌属中的一些能利用一些能利用90多种碳源；甲基营养型只利用甲醇、多种碳源；甲基营养型只利用甲醇、甲烷等一碳化合物为能源物质。甲烷等一碳化合物为能源物质。异养微生物：必需利用有机碳源的微生物；异养微生物：必需利用有机碳源的微生物；自养微生物：凡以无机碳源作主要碳源的微生物。自养微生物：凡以无机碳源作主要碳源的微生物。氮源氮源Source of nitrogen：为微生物生长繁衍：为微生物生长繁衍等提供所需氮元素的营养物等提供所需氮元素的营养物,是构成蛋白质与核酸的是构成蛋白质与核酸的主要元素。主要元素。氮源物质的主要作用：合成细胞物质中含氮物质；氮源物质的主要作用：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。的条件下，也可以利用氨基酸作为能源物质。2.氮源氮源Source of nitrogen 微生物的氮源谱微生物的氮源谱类类型型 元素水平元素水平化合物水平化合物水平培养基原料水平培养基原料水平有有机机氮氮NCHOX复杂蛋白质、核酸等复杂蛋白质、核酸等牛肉膏、酵母膏、牛肉膏、酵母膏、饼粕粉、蚕蛹粉等饼粕粉、蚕蛹粉等NCHO尿素、一般氨基酸、简单尿素、一般氨基酸、简单蛋白质等蛋白质等尿素、蛋白胨、明尿素、蛋白胨、明胶等胶等无无机机氮氮NHNH3、铵盐等、铵盐等(NH4)2SO4等等NO硝酸盐等硝酸盐等KNO3等等NN2空气空气迟效氮源：蛋白质必需经过水解之后降解成胨、肽、迟效氮源：蛋白质必需经过水解之后降解成胨、肽、氨基酸等才干被机体利用，这种氮源叫。氨基酸等才干被机体利用，这种氮源叫。速效氮源：无机氮源或以蛋白质降解产物方式存在速效氮源：无机氮源或以蛋白质降解产物方式存在的有机氮源可以直接被菌体吸收利用，这种氮源叫做的有机氮源可以直接被菌体吸收利用，这种氮源叫做速效氮源。速效氮源。速效氮源，通常是有利于机体的生长，迟效氮源有速效氮源，通常是有利于机体的生长，迟效氮源有利于代谢产物的构成。利于代谢产物的构成。实验室常用的氮源：碳酸铵、硝酸盐、硫酸铵、尿实验室常用的氮源：碳酸铵、硝酸盐、硫酸铵、尿素、蛋白胨、牛肉膏、酵母膏等。素、蛋白胨、牛肉膏、酵母膏等。消费上常用的氮源：硝酸盐、铵盐、尿素、氨以及消费上常用的氮源：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、蛋白含量较高的鱼粉、蚕蛹粉、黄豆饼粉、花生饼份、玉米浆等。玉米浆等。v生理酸性盐：以生理酸性盐：以(NH4)2SO4为氮源，为氮源，NH4被吸被吸收，会导致培育基收，会导致培育基pH下降；下降；v生理碱性盐：生理碱性盐：KNO3为氮源，为氮源，NO3被吸收，会被吸收，会导致培育基导致培育基pH上升。上升。3.无机盐无机盐 inorganic salt大量元素：凡生长所需浓度在大量元素：凡生长所需浓度在 10-310-4mol/L 的元素；包括的元素；包括P、S、K、Mg、Ca、Na和和Fe等。等。微量元素：微量元素：而生长所需浓度在而生长所需浓度在 10-610-8mol/L 的元素；包括的元素；包括Cu、Zn、Mn、Mo和和 Co等。等。定义：为微生物提供除碳、氮以外的各种重要定义：为微生物提供除碳、氮以外的各种重要生物必需元素营养物的统称。生物必需元素营养物的统称。类类 型型无机盐功能无机盐功能参与微生物中氨基酸和酶的组成；参与微生物中氨基酸和酶的组成；维持生物大分子和细胞构造的稳定性，调理维持生物大分子和细胞构造的稳定性，调理并维持细胞的浸透与平衡；并维持细胞的浸透与平衡；酶的激活剂；酶的激活剂；控制细胞的氧化复原电位；控制细胞的氧化复原电位；作为某些微生物生长的能源。作为某些微生物生长的能源。无机盐的提供方式无机盐的提供方式v大量元素：参与有关化学试剂，如K2HPO4及MgSO4等v微量元素：为普通化学试剂中含之及天然成分中杂质等生长因子：指那些微生物生长所必需而且需求量很生长因子：指那些微生物生长所必需而且需求量很少，本身不能合成或合成量不能满足机体生长需求少，本身不能合成或合成量不能满足机体生长需求的有机化合物。的有机化合物。分类：维生素、氨基酸、嘌呤和嘧啶；分类：维生素、氨基酸、嘌呤和嘧啶；维生素辅酶维生素辅酶；缺乏合成某种缺乏合成某种aa才干补充才干补充aa。如：肠膜明。如：肠膜明串珠菌需串珠菌需17种种aa；嘌呤和嘧啶辅酶及合成核苷等嘌呤和嘧啶辅酶及合成核苷等。4.生长因子生长因子growth factor维生素及其生功能维生素及其生功能维生素类物质为微生物的狭义生长因子维生素类物质为微生物的狭义生长因子维生素类维生素类 转移的对象转移的对象 代代 谢谢 功功 能能B1硫胺素硫胺素 乙醛基乙醛基 脱羧酶、转醛酶、脱羧酶、转醛酶、转酮酶的辅基转酮酶的辅基B2核黄素核黄素 氢、电子氢、电子 FMN和和FAD的前的前体等体等B5烟酸烟酸 氢、电子氢、电子 NAD和和NADP的的前体等前体等B6吡哆醇吡哆醇 氨基氨基 转氨、脱羧酶辅转氨、脱羧酶辅基等基等B12维生素维生素 羧基、甲基羧基、甲基 钴酰胺辅酶钴酰胺辅酶,参与参与一碳基传送等一碳基传送等泛酸泛酸 酰基酰基 辅酶辅酶A的前体等的前体等叶酸叶酸 甲基甲基 参与一碳基转递参与一碳基转递等等生物素生物素(H)羧基羧基 羧化酶的辅羧化酶的辅基基,CO2固定中作用固定中作用生长因子提供生长因子提供 在配制培育基时，普通可用生长因子含量丰富在配制培育基时，普通可用生长因子含量丰富的天然物质作原料，以保证微生物对它们的需的天然物质作原料，以保证微生物对它们的需求，如酵母膏、玉米浆、肝浸汁、麦芽汁或新求，如酵母膏、玉米浆、肝浸汁、麦芽汁或新颖动、植物组织液等。颖动、植物组织液等。维生素类维生素类 11 种种氨基酸类氨基酸类 18 种种酵酵母母膏膏玉玉米米浆浆氨基酸类氨基酸类 15 种种维生素类维生素类 5 种种水分是生物细胞的主要化学成分，其重要的生理功能水分是生物细胞的主要化学成分，其重要的生理功能表如今以下几个方面：表如今以下几个方面：1溶剂和运输介质，营养物质吸收及代谢物分泌溶剂和运输介质，营养物质吸收及代谢物分泌;2参与细胞内的生化反响参与细胞内的生化反响;3维持维持Pr、核酸稳定天然构象、核酸稳定天然构象;4热的良好导体，控制细胞内温度变化热的良好导体，控制细胞内温度变化;5维持细胞本身正常形状维持细胞本身正常形状;6控制酶、微管、鞭毛等多亚基构造组装和解离控制酶、微管、鞭毛等多亚基构造组装和解离.5.水水水活度值水活度值w：一定温度、压力下溶液蒸汽压：一定温度、压力下溶液蒸汽压力与同样条件下纯水压力比。在天然环境中，微生力与同样条件下纯水压力比。在天然环境中，微生物可实践利用的自在水或游离水的含量。物可实践利用的自在水或游离水的含量。微生物普通在微生物普通在0.600.99生长，生长，w过低微生物生过低微生物生长的延缓期延伸，比生长速率和总生长量减少。长的延缓期延伸，比生长速率和总生长量减少。普通细菌的比酵母和霉菌高，嗜盐菌较低普通细菌的比酵母和霉菌高，嗜盐菌较低0.76。几类微生物生长最适几类微生物生长最适w微生物微生物 w w一般细菌一般细菌0.910.91酵母菌酵母菌0.880.88霉菌霉菌0.800.80嗜盐细菌嗜盐细菌0.760.76嗜盐真菌嗜盐真菌0.650.65嗜高渗酵母嗜高渗酵母0.600.60三三 微生物的营养类型微生物的营养类型根据生长所需求的营养物质的性质，可将生物分成两类根据生长所需求的营养物质的性质，可将生物分成两类:异养型生物：在生长时需求以复杂的有机物质作为营养异养型生物：在生长时需求以复杂的有机物质作为营养物质物质 自养型生物：在生长时能以简单的无机物质作为营养物自养型生物：在生长时能以简单的无机物质作为营养物质质 大多数微生物属于异养型生物，少数微生物属于自养型生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。物。根据生长时能量的来源不同，又可将生物分成两种类型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：依托化合物氧化释放的能量进展生长化能营养型生物：依托化合物氧化释放的能量进展生长;光能营养型生物：依托光能进展生长光能营养型生物：依托光能进展生长;植物和少部分微生物属于光能营养型生物。植物和少部分微生物属于光能营养型生物。划分依据划分依据营养类型营养类型特点特点碳源碳源自养型自养型以以CO2为唯一或主要碳源为唯一或主要碳源异养型异养型有机物有机物能源能源光能营养型光能营养型光为能源光为能源化能营养型化能营养型有机物氧化的化学能有机物氧化的化学能电子供体电子供体无机营养型无机营养型还原无机物为还原无机物为电子电子供体供体有机营养型有机营养型有机物为有机物为电子电子供体供体微生物营养类型微生物营养类型 光能光能 CO2H2S CH2O+2S+H2O 光合色素光合色素光能自养型微生物光能自养型微生物以以CO2作为独一碳源或主要碳源，并利用光能，以作为独一碳源或主要碳源，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为供氢体将CO2复原成细胞物质，同时产生元素硫。复原成细胞物质，同时产生元素硫。光能自养型微生物包括蓝细菌含叶绿素、红硫细菌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，因此能使光能转变成化学能光合色素，因此能使光能转变成化学能ATP，供机，供机体直接利用。体直接利用。光能光能 2(H3C)2CHOH+CO2 2CH3COCH3+CH2O+H2O 光合色素光合色素光能异养型微生物光能异养型微生物以有机物为主要碳源或独一碳源，以有机物异丙醇以有机物为主要碳源或独一碳源，以有机物异丙醇作为供氢体，利用光能将作为供氢体，利用光能将CO2复原成细胞物质，红螺复原成细胞物质，红螺菌属中的一些细菌属于此种营养类型。菌属中的一些细菌属于此种营养类型。光能异养型细菌在生长时大多数需求外源的生长因子光能异养型细菌在生长时大多数需求外源的生长因子 以以CO2或碳酸盐作为独一或主要碳源，以无机物氧或碳酸盐作为独一或主要碳源，以无机物氧化释放的化学能为能源化释放的化学能为能源,利用电子供体如氢气、硫化利用电子供体如氢气、硫化氢、二价铁离子或亚硝酸盐等使氢、二价铁离子或亚硝酸盐等使CO2复原成细胞物复原成细胞物质；质；这类微生物主要有硫化细菌、硝化细菌、氢细菌与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铁细菌。它们在自然界物质转换过程中起着重要的作用。作用。化能自养型微生物化能自养型微生物 多数微生物属于化能异养型，其生长所需求能量和多数微生物属于化能异养型，其生长所需求能量和碳源通常来自同一种有机物。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，又可以将其分为以下两种类型：将其分为以下两种类型：腐生型微生物：利用无生命活性的有机物作为腐生型微生物：利用无生命活性的有机物作为生长的碳源。生长的碳源。寄生型微生物：寄生在生活的细胞内，从寄生寄生型微生物：寄生在生活的细胞内，从寄生体内获得生长所需求的营养物质。体内获得生长所需求的营养物质。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。为兼性腐生型或兼性寄生型。化能异养型微生物化能异养型微生物微生物营养类型不是一成不变的，在一定条件微生物营养类型不是一成不变的，在一定条件下会转化的。如：紫色非硫细菌没有有机物时下会转化的。如：紫色非硫细菌没有有机物时可以同化可以同化CO2，有机物，有机物 存在又是异养型。存在又是异养型。营养缺陷型：突变后失去合成某种对该菌株必营养缺陷型：突变后失去合成某种对该菌株必不可少的物质的才干，为不可少的物质的才干，为 原养型：相应的野生型为原养型：相应的野生型为 第二节第二节 培育基培育基culture medium一一 选用和设计培育基的原那么和方法选用和设计培育基的原那么和方法 二二 培育基的类型及运用培育基的类型及运用第二节第二节 培育基培育基它是进展科学研讨，发酵消费微生物制品等的根底。它是进展科学研讨，发酵消费微生物制品等的根底。培育基培育基medium是人工配制的，适宜微生物生长繁衍或是人工配制的，适宜微生物生长繁衍或产生代谢产物的营养基质。产生代谢产物的营养基质。任何培育基都应该具备微生物生长所需求六大营养要素：任何培育基都应该具备微生物生长所需求六大营养要素：碳源、氮源、无机盐、能源、生长因子、水碳源、氮源、无机盐、能源、生长因子、水任何培育基一旦配成，必需立刻进展灭菌处置任何培育基一旦配成，必需立刻进展灭菌处置在微生物学研讨和生长实际中，配置适宜的培育基是一项最根本的要求。在微生物学研讨和生长实际中，配置适宜的培育基是一项最根本的要求。1、选择适宜的营养物质、选择适宜的营养物质v首先思索不同微生物营养需求，如：自养、异养首先思索不同微生物营养需求，如：自养、异养 v细菌普通用牛肉膏、蛋白胨培育基；细菌普通用牛肉膏、蛋白胨培育基；v放线菌高氏放线菌高氏1号合成培育基；号合成培育基；v酵母菌麦芽汁培育基；酵母菌麦芽汁培育基；v 霉菌用查氏一号培育基；霉菌用查氏一号培育基；2、营养物质浓度及配比适宜、营养物质浓度及配比适宜浓度适宜时，微生物才干生长良好；浓度过低，浓度适宜时，微生物才干生长良好；浓度过低，不能满足生长需求；糖、无机盐、金属离子浓度不能满足生长需求；糖、无机盐、金属离子浓度过高，会抑制菌的生长。过高，会抑制菌的生长。培育基的碳氮比培育基的碳氮比C/NC/N严厉定义：培育基中所含碳源中碳原子的摩尔严厉定义：培育基中所含碳源中碳原子的摩尔数数 与氮源中氮原子与氮源中氮原子的摩尔数之比。的摩尔数之比。广义所指：所配发酵培育液中主要含碳物原料广义所指：所配发酵培育液中主要含碳物原料量量 与主要含氮与主要含氮物原料量之比。物原料量之比。作种子培育的发酵液其作种子培育的发酵液其C/N较低较低vGlu发酵时发酵时C:N为为4:1时菌体大量生长；时菌体大量生长；v3:1时时Glu大量积累。大量积累。v各种原料物，即使是纯试剂，纯是相对的各种原料物，即使是纯试剂，纯是相对的v 其各自的含氮、碳原子的摩尔数差别很大。其各自的含氮、碳原子的摩尔数差别很大。v 五种常用五种常用 N H3 82%v 氮源物的氮量：氮源物的氮量：尿尿 素素46%v 硝酸铵硝酸铵35%v 碳酸铵碳酸铵29%v 硫酸铵硫酸铵21%。普通，真菌要普通，真菌要C/N较高的培育基似动物的较高的培育基似动物的“素食；素食；而细菌那么要而细菌那么要C/N较低的培育基似动物的较低的培育基似动物的“荤食；荤食；微生物的最低水活度微生物的最低水活度 aw aw微生物生长繁衍微生物生长繁衍aw范围广范围广 0.6 0.998间间细菌：细菌：普通为普通为 aw 0.90-0.98 嗜盐菌嗜盐菌 aw 0.75酵母菌：高渗酵母酵母菌：高渗酵母 aw 0.61-0.65霉菌：霉菌：普通为普通为 aw 0.80-0.87 耐旱霉菌耐旱霉菌 aw 0.60-0.75 浸透压与等渗培育液浸透压与等渗培育液等渗培育液：微生物在等渗等渗培育液：微生物在等渗(胞内外溶质的浸胞内外溶质的浸透压相近透压相近)培育液中生长繁衍最正培育液中生长繁衍最正确。确。高渗溶液：在高渗高渗溶液：在高渗(胞外溶质的浸透压胞外溶质的浸透压 胞内胞内)溶液中溶液中 会使细菌等细胞发生质壁分会使细菌等细胞发生质壁分别景象；别景象；低渗溶液：在低渗低渗溶液：在低渗(胞外溶质的浸透压胞外溶质的浸透压胞内胞内)溶液中溶液中 会使细胞吸水膨胀、缺壁细会使细胞吸水膨胀、缺壁细胞会破裂。胞会破裂。3、控制、控制pH条件条件培育基的培育基的pH必需控制在一定的范围内，以满足不同类型必需控制在一定的范围内，以满足不同类型微生物的生长繁衍或产生代谢产物。微生物的生长繁衍或产生代谢产物。通常培育条件：通常培育条件：细菌与放线菌：细菌与放线菌：pH77.5酵母菌和霉菌：酵母菌和霉菌：pH4.56范围内生长范围内生长为了维持培育基为了维持培育基pH的相对恒定，通常在培育基中参与的相对恒定，通常在培育基中参与pH缓冲剂，缓冲剂，或在进展工业发酵时补加酸、碱。或在进展工业发酵时补加酸、碱。纯培育中纯培育中pHpH的调控法的调控法 外源调理外源调理:直接加酸或加碱来调理，培育液的直接加酸或加碱来调理，培育液的pH值。值。内源调理内源调理:缓冲液或备用碱缓冲液或备用碱,在配制培在配制培育基时参与育基时参与.K2HPO4KH2PO4缓冲体系：缓冲体系：6.4-7.2；CaCO3；氧化复原电位又称氧化复原电势氧化复原电位又称氧化复原电势redox potential，是度量，是度量某氧化复原系统中的复原剂释放电子或氧化剂接受电子趋势某氧化复原系统中的复原剂释放电子或氧化剂接受电子趋势的一种目的，其单位是的一种目的，其单位是V伏或伏或mV毫伏。毫伏。就向微生物与就向微生物与pH的关系一样，不同类型微生物生长对的关系一样，不同类型微生物生长对氧化复原电位氧化复原电位()的要求不同的要求不同好氧性微生物：好氧性微生物：+0.1伏以上时可正常生长伏以上时可正常生长,以以+0.3+0.4伏为宜；伏为宜；厌氧性微生物：低于厌氧性微生物：低于+0.1伏条件下生长；伏条件下生长；兼性厌氧微生物：兼性厌氧微生物：+0.1伏以上时进展好氧呼吸伏以上时进展好氧呼吸,+0.1伏以下时进展发酵。伏以下时进展发酵。4、控制氧化复原电位、控制氧化复原电位 氧化复原电位与氧分压和氧化复原电位与氧分压和pHpH有关有关,也受某些微生物代谢产物的影响也受某些微生物代谢产物的影响添加通气量添加通气量(如振荡培育、搅拌如振荡培育、搅拌)提高培育基的氧分压，或参与提高培育基的氧分压，或参与氧化剂，从而添加氧化剂，从而添加值；值；在培育基中参与抗坏血酸在培育基中参与抗坏血酸0.1%0.1%、硫化氢、硫化氢(0.025%)(0.025%)、半胱氨酸、半胱氨酸(0.05%)(0.05%)、谷胱甘肽、二硫苏糖醇、庖肉等复原性物质可降低、谷胱甘肽、二硫苏糖醇、庖肉等复原性物质可降低值。值。培育基中参与氧化复原指示剂刃天青可对氧化复原电位进展间接测定培育基中参与氧化复原指示剂刃天青可对氧化复原电位进展间接测定经济节约原那么经济节约原那么 以粗代精、以粗代精、以野代家；以野代家；以废代好、以废代好、以简代繁；以简代繁；以纤代糖、以纤代糖、以烃代粮；以烃代粮；以氮代朊、以氮代朊、以国代进。以国代进。5、原料来源的选择、原料来源的选择 6、灭菌处置、灭菌处置v培育基高压蒸汽培育基高压蒸汽101.3Pa，121.3，1530；v不耐热的如：含不耐热的如：含G的的0.56kg/cm2，112.6 1530；v对糖要求较高的可用过滤除菌或间歇灭菌；对糖要求较高的可用过滤除菌或间歇灭菌；v防止沉淀可加防止沉淀可加EDTA，或进展分消。，或进展分消。v泡沫中的空气层构成隔热层使菌难杀死，加消泡泡沫中的空气层构成隔热层使菌难杀死，加消泡剂或延伸灭菌时间剂或延伸灭菌时间 二二 培育基的类型和运用培育基的类型和运用v培育基的名目繁多，种类各异。培育基的名目繁多，种类各异。v可按对培育基成分的了解程度、运用的功能、可按对培育基成分的了解程度、运用的功能、培育的对象及培育基的外观物理形状等分为培育的对象及培育基的外观物理形状等分为假设干类。假设干类。天然培育基天然培育基complex medium LB和麦芽汁培育基等，本钱低，实验室和工业运用广和麦芽汁培育基等，本钱低，实验室和工业运用广 合成培育基合成培育基synthetic medium 化学成分了解，如：高氏化学成分了解，如：高氏号和查氏培育基，反复性号和查氏培育基，反复性好、本钱高、微生物在上面生长较慢，适于实验室进好、本钱高、微生物在上面生长较慢，适于实验室进展营养需求、代谢、分类、菌种选育、遗传分析等展营养需求、代谢、分类、菌种选育、遗传分析等1.按成分划分按成分划分 2.以培育基的物理形状分以培育基的物理形状分固体培育基：在液体培育基中参与凝固剂，制备而成；固体培育基：在液体培育基中参与凝固剂，制备而成；半固体培育基：在液中参与少量凝固剂而制备成呈半固半固体培育基：在液中参与少量凝固剂而制备成呈半固体培育基。体培育基。0.20.7琼脂含量琼脂含量 液体培育基：液体培育基：不含凝固剂，以水质为主体的、不含凝固剂，以水质为主体的、组分均组分均匀、用途广泛的一类培育基。匀、用途广泛的一类培育基。凝固剂凝固剂好的凝固剂：不被利用分解；生长温度范围为固好的凝固剂：不被利用分解；生长温度范围为固体；凝固点温度不能太低；无毒；灭菌不会破坏；体；凝固点温度不能太低；无毒；灭菌不会破坏；透明及粘着力强；配制方便；廉价；等透明及粘着力强；配制方便；廉价；等 常用的：琼脂、明胶、硅胶常用的：琼脂、明胶、硅胶v琼脂是石花菜提取的复杂多糖；琼脂是石花菜提取的复杂多糖；v明胶是胶原蛋白制备的，但凝固点较低，某些菌产明胶是胶原蛋白制备的，但凝固点较低，某些菌产蛋白酶或胶原酶水解明胶，较少蛋白酶或胶原酶水解明胶，较少 用；用；v硅胶硅酸盐被酸中和时凝聚成的胶体，适宜自养型。硅胶硅酸盐被酸中和时凝聚成的胶体，适宜自养型。v天然固体基质如：马铃薯块、麸皮。天然固体基质如：马铃薯块、麸皮。固体培育基用途：固体培育基用途：分别、鉴定、活菌计数、菌种保藏等分别、鉴定、活菌计数、菌种保藏等 琼脂与明胶假设干特性的比较琼脂与明胶假设干特性的比较工程工程 琼脂琼脂 明胶明胶化学成分化学成分 聚半乳糖的硫酸酯聚半乳糖的硫酸酯 蛋白质蛋白质营养价值营养价值 无无 作氮源作氮源分解性分解性 稀有稀有 极易极易融化温度融化温度 96度度 25度度凝固温度凝固温度 40度度 20度度常用浓度常用浓度 0.62.0%5.012%透明度透明度 高高 高高粘着力粘着力 强强 强强耐加压灭菌耐加压灭菌 强强 弱弱 3.3.按用途划分按用途划分根底、加富、鉴别、选择培育基等根底、加富、鉴别、选择培育基等 1 根底培育基根底培育基minimum medium)大多数微生物根本营养要求差不多。大多数微生物根本营养要求差不多。根底培育基含普通微生物生长时所需的根本营养物质。根底培育基含普通微生物生长时所需的根本营养物质。牛肉膏蛋白胨培育基是最常用的。牛肉膏蛋白胨培育基是最常用的。2加富培育基加富培育基enrichment medium)在根底培育基添加特殊营养物质，如：血清、动植物在根底培育基添加特殊营养物质，如：血清、动植物组织组织 液、酵母浸膏等。液、酵母浸膏等。用于培育苛刻的异养微生物及富集分别某种微生物。用于培育苛刻的异养微生物及富集分别某种微生物。3鉴别培育基鉴别培育基differential medium)加某种化学物质，发生特殊化学反响，产生特征变化；加某种化学物质，发生特殊化学反响，产生特征变化；如：明胶培育基鉴别能否产蛋白酶；伊红美蓝培育如：明胶培育基鉴别能否产蛋白酶；伊红美蓝培育基用于鉴别水中大肠菌群等基用于鉴别水中大肠菌群等 鉴别培育基鉴别培育基differential mediumEMBEMB培育基的功能培育基的功能vEMB：为：为 一种一种 伊红美蓝乳糖培育基伊红美蓝乳糖培育基 v Eosin Methylene Blue。v用途用途：用于大肠杆菌检验及：用于大肠杆菌检验及v 遗传学研讨中遗传学研讨中 E.coli 的鉴别等。的鉴别等。v功能功能：多种肠道菌能在：多种肠道菌能在EMB上上v 产生相互易分的特征菌落，产生相互易分的特征菌落，故起着选择与鉴别等多重功能。故起着选择与鉴别等多重功能。伊红和美蓝二种苯胺染料可抑制伊红和美蓝二种苯胺染料可抑制G+细菌和一些难培育的细菌和一些难培育的G细菌。细菌。在低酸度时，这二种染料结合构成沉淀，起着产酸指示剂的作用。在低酸度时，这二种染料结合构成沉淀，起着产酸指示剂的作用。试样中的多种肠道菌会在试样中的多种肠道菌会在EMB培育基上产生相互易区分的特征菌落，因此易于培育基上产生相互易区分的特征菌落，因此易于区分。例如大肠杆菌剧烈分解乳糖而产生大量的混合酸，菌体呈酸性，菌落被区分。例如大肠杆菌剧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，从菌落外表的反射光中还可看到绿色金属闪光。染成深紫色，从菌落外表的反射光中还可看到绿色金属闪光。4 选择培育基选择培育基selective medium)将某种微生物从混合物中分别出，有利于需求菌生长，抑制不将某种微生物从混合物中分别出，有利于需求菌生长，抑制不需求需求 的微生物。的微生物。1.根据某种微生物特殊营养需求设计的类型根据某种微生物特殊营养需求设计的类型 如：以纤维素独一碳源分别分解纤维素的菌如：以纤维素独一碳源分别分解纤维素的菌 2.加某种化学物质，抑制其他微生物生长的类型加某种化学物质，抑制其他微生物生长的类型 如：加如：加10酚抑制细菌、霉菌，分别放线菌；加结晶紫抑制酚抑制细菌、霉菌，分别放线菌；加结晶紫抑制G+，分别，分别G菌；基因工程菌利用此特点，抗生素抗性挑选菌；基因工程菌利用此特点，抗生素抗性挑选重组菌重组菌选择培育基选择培育基selective medium)与加富培育基区别：与加富培育基区别：加富培育基添加所要加富培育基添加所要分别的微生物量，成分别的微生物量，成为优势菌；为优势菌；选择培育基抑制不需选择培育基抑制不需求的微生物，使所需求的微生物，使所需求的为优势菌求的为优势菌.5 其它其它如：分析培育基如：分析培育基assay medium)分析某些化学物分析某些化学物质的浓度及微生物营养要求；质的浓度及微生物营养要求；复原培育基复原培育基reduced medium培育厌氧菌；培育厌氧菌；组织培育物组织培育物tissue-culture medium)培育寄生微培育寄生微生物；等生物；等 第三节第三节 营养物质进入细胞营养物质进入细胞参见P90一、分散一、分散(diffusion)二、促进分散二、促进分散(facilitated diffusion)三、自动运输三、自动运输(active transport)四、膜泡运输四、膜泡运输(memberane vesicle transport)营养物质能否进入细胞取决于三个方面的要素：营养物质能否进入细胞取决于三个方面的要素：营养物质本身的性质相对分子量、质量、溶解性、营养物质本身的性质相对分子量、质量、溶解性、电负性等；电负性等；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、荚微生物细胞的透过屏障原生质膜、细胞壁、荚膜等。膜等。原生质膜是一种半透性膜，营养物质经过原生质膜上原生质膜是一种半透性膜，营养物质经过原生质膜上的小孔，由高浓度的胞外环境向低浓度的胞内进展分的小孔，由高浓度的胞外环境向低浓度的胞内进展分散。是非特异性的营养物质吸收方式。散。是非特异性的营养物质吸收方式。特点特点在分散过程中，营养物质的分子构造不发生变化；在分散过程中，营养物质的分子构造不发生变化；不耗费能量；不能逆浓度运输；不耗费能量；不能逆浓度运输；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一、分散一、分散(diffusion)细胞膜的特性、膜上含水小孔的大小和外形对被细胞膜的特性、膜上含水小孔的大小和外形对被分散的营养物质分子的种类、大小有一定的选择性。分散的营养物质分子的种类、大小有一定的选择性。物质跨膜分散的才干和速率与物质本身的性质有关物质跨膜分散的才干和速率与物质本身的性质有关,分子量小、脂溶性、分子量小、脂溶性、极性小的物质易经过分散进出细胞。极性小的物质易经过分散进出细胞。分散并不是微生物细胞吸收营养物质的主要方式分散并不是微生物细胞吸收营养物质的主要方式,水是独一可以经过分散水是独一可以经过分散自在经过原生质膜的分子自在经过原生质膜的分子,脂肪酸、乙醇、甘油、苯、一些气体分子脂肪酸、乙醇、甘油、苯、一些气体分子(O2(O2、CO2)CO2)及某些氨基酸在一定程度上也可经过分散进出细胞。及某些氨基酸在一定程度上也可经过分散进出细胞。Simple Diffusion,Step 1Simple Diffusion,Step 2二、促进分散二、促进分散(facilitated diffusion)物质运输过程中不耗费能量，故不能进展逆浓度运输；物质运输过程中不耗费能量，故不能进展逆浓度运输；参与运输的物质本身的分子构造不发生变化；参与运输的物质本身的分子构造不发生变化；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。需求膜上的载体蛋白透过酶参与物质运输；需求膜上的载体蛋白透过酶参与物质运输；每种载体只运输相应的物质，具有较高的专注性。每种载体只运输相应的物质，具有较高的专注性。被动的物质跨膜运输方式被动的物质跨膜运输方式特特点点促进分散的运输方式多见于真核微生物中，如：通常在厌氧促进分散的运输方式多见于真核微生物中，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经过生活的酵母菌中，某些物质的吸收和代谢产物的分泌是经过这种方式完成的。这种方式完成的。胞外胞外 膜上膜上 质内质内 物质与载体亲和力物质与载体亲和力在细胞内外不同，在细胞内外不同，使该物质与载体可使该物质与载体可逆结合分别，到达逆结合分别，到达物质运输目的。物质运输目的。溶质分子溶质分子 载体蛋白载体蛋白 质内溶质质内溶质运输过程运输过程载体只影响物质的运输速率，并不改动该物质在膜内外构成的动态平衡形状；载体只影响物质的运输速率，并不改动该物质在膜内外构成的动态平衡形状；这种性质都类似于酶的作用特征，因此载体蛋白也称为透过酶；这种性质都类似于酶的作用特征，因此载体蛋白也称为透过酶；透过酶大都是诱导酶透过酶大都是诱导酶,只需在环境中存在机体生长所需的营养物质时，相应的只需在环境中存在机体生长所需的营养物质时，相应的透过酶才合成。透过酶才合成。运输物质主要是：氨基酸、单糖、维生素、无机盐运输物质主要是：氨基酸、单糖、维生素、无机盐 有时对同一物质运输由一种以上载体完成，如：鼠有时对同一物质运输由一种以上载体完成，如：鼠伤寒沙门氏菌四种载体运输伤寒沙门氏菌四种载体运输His；酿酒酵母三种载体；酿酒酵母三种载体运输运输G；而有些载体可以运输几种物质，如：而有些载体可以运输几种物质，如：E.Coli一种载一种载体运输体运输Leu，Ile和和Val，但是亲和力有所不同。，但是亲和力有所不同。有些抗菌素能提高膜的透性促进离子跨膜运输，如：有些抗菌素能提高膜的透性促进离子跨膜运输，如：短杆菌肽短杆菌肽A15个个L,D-aa组成，两个短杆菌肽组成，两个短杆菌肽A在膜构在膜构成含水通道，促进离子运输。成含水通道，促进离子运输。缬氨霉素环状分子，缬氨霉素环状分子，k+可结合在其中心，外周为碳氢可结合在其中心，外周为碳氢 链可以穿过疏水膜，促进链可以穿过疏水膜，促进k+运输。运输。短杆菌肽构成的离子通道短杆菌肽构成的离子通道缬氨霉素缬氨霉素三、自动运输三、自动运输(active transport)在物质运输过程中需求耗费能量在物质运输过程中需求耗费能量可以进展逆浓度运输可以进展逆浓度运输自动运输是广泛存在于微生物中的一种主要的物质运输方式自动运输是广泛存在于微生物中的一种主要的物质运输方式运输物质所需能量来源：运输物质所需能量来源：好氧型微生物与兼性厌氧微生物直接利用呼吸能；好氧型微生物与兼性厌氧微生物直接利用呼吸能；厌氧型微生物利用化学能厌氧型微生物利用化学能(ATP)；光合微生物利用光能；光合微生物利用光能；嗜盐细菌经过紫膜嗜盐细菌经过紫膜(purple membrane)利用光能；利用光能；三、自动运输三、自动运输(active transport)1、初级自动运输、初级自动运输(primary active transport)由电子传送系统、由电子传送系统、ATP酶或细菌嗜紫红质引起的质子酶或细菌嗜紫红质引起的质子运输运输 方式。方式。利用能量，在膜内外建立质子浓度梯度，使膜为能化利用能量，在膜内外建立质子浓度梯度，使膜为能化膜膜 energized membrane。好氧和兼性菌电子在传送链传送中伴随质子外排；厌好氧和兼性菌电子在传送链传送中伴随质子外排；厌氧利用发酵产的氧利用发酵产的ATP，在膜，在膜ATP酶作用下水解伴随质酶作用下水解伴随质子外排；光合菌吸收光能激发的电子传送时伴随质子子外排；光合菌吸收光能激发的电子传送时伴随质子外排；等外排；等三、自动运输三、自动运输(active transport)2、次级自动运输、次级自动运输(secondary active transport)同向运输同向运输(symport)逆向运输逆向运输(antiport)单向运输单向运输(uniport)为什么被称为：次级自动运输？为什么被称为：次级自动运输？Active Transport,Step 1This form of active transport involves both transporter proteins and the energy provided by the hydrolysis of ATP.A specific periplasmic-binding protein carries the substance to be transported to a membrane-spanning transporterActive Transport,Step 2The molecule to be transported across the membrane enters the transporter protein system and a molecule of ATP enters the ATP binding site of the ATP-hydrolyzing proteinActive Transport,Step 3Energy provided by the hydrolysis of ATP into ADP,phosphate,and energy moves the molecule across the membraneThe carrier protein releases the molecule being transported and the transporter system is ready to be used againActive Transport,Step 4UniportersTransport of SubstancesAcross a embrane by AntiportersTransport of Substances Across a Membrane by Symporters三、自动运输三、自动运输(active transport)3、基团转位、基团转位(group translocation)基团转位主要存在于厌氧型和兼性厌氧型细菌中，主要用于糖基团转位主要存在于厌氧型和兼性厌氧型细菌中，主要用于糖的运输。脂肪酸、核苷、碱基等也可经过这种方式运输。的运输。脂肪酸、核苷、碱基等也可经过这种方式运输。有一个复杂的运输系统来完成物质的运输；有一个复杂的运输系统来完成物质的运输；物质在运输过程中发生化学变化；物质在运输过程中发生化学变化；Group Translocation,Step 1When bacteria use the process of group translocation to transport glucose across their membrane,a high-energy phosphate group from phosphoenolpyruvate(PEP)is transferred to the glucose molecule to form glucose-6-phosphateGroup Translocation,Step 2A high-energy phosphate group from PEP is transferred to the glucose molecule to form glucose-6-phosphate.Group Translocation,Step 3The glucose-6-phosphate is transported across the membrane.Group Translocation,Step 4Once the glucose has been converted to glucose-6-phosphate and transported across the membrane,it can no longer be transported back outGroup TranslocationA high-energy phosphate group from phosphoenolpyruvate(PEP)is transferred by a series of enzymes to glucose.The final enzyme both phosphorylates the glucose and transports it across the membrane as glucose 6-phosphate.三、自动运输三、自动运输(active transport)4、Na+,K+-ATP酶酶(Na+,K+-ATPase)系统系统利用利用ATP将将Na+由由cell内泵出，将内泵出，将K+泵入。泵入。5、ATP结合性盒式转运蛋白系统结合性盒式转运蛋白系统vATP结合性盒式转运蛋白也叫结合性盒式转运蛋白也叫ABC转运蛋白转运蛋白v2个疏水的跨膜域个疏水的跨膜域v -在质膜上构成一个孔在质膜上构成一个孔v2个核苷酸结合构造域个核苷酸结合构造域v -结合结合ATPv溶质结合蛋白溶质结合蛋白v -结合在结合在ABC转运蛋白的跨膜转运蛋白的跨膜域域三、自动运输三、自动运输(active transport)6、铁载体运输、铁载体运输(group translocation)铁载体是一类能与铁载体是一类能与Fe3+构构成复合物并将其运输到胞内成复合物并将其运输到胞内的小分子化合物。的小分子化合物。3个铁载体围绕一个个铁载体围绕一个Fe3+构构成铁成铁-铁载体复合物，与细铁载体复合物，与细胞外表的铁载体受体蛋白结胞外表的铁载体受体蛋白结合，将铁运送至细胞内。合，将铁运送至细胞内。四、膜泡运输四、膜泡运输(memberane vesicle transport)(memberane vesicle transport)膜泡运输主要存在于原生动物中，特别是变形虫膜泡运输主要存在于原生动物中，特别是变形虫(amoeba)(amoeba)，为这类微生物的一种营养物质的运输方式。为这类微生物的一种营养物质的运输方式。胞吞表示图胞吞表示图吸附期吸附期膜伸展期膜伸展期膜泡迅速构成期膜泡迅速构成期膜泡释放期膜泡释放期 附着膜泡构成期附着膜泡构成期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转位基团转位特异载体蛋白特异载体蛋白运输速度运输速度物质运输方向物质运输方向胞内外浓度胞内外浓度运输分子运输分子能量消耗能量消耗运输后物质的运输后物质的结构结构无无慢慢由浓至稀由浓至稀相等相等无特异性无特异性不需要不需要不变不变有有快快由浓至稀由浓至稀相等相等特异性特异性不需要不需要不变不变有有快快由稀至浓由稀至浓胞内浓度高胞内浓度高特异性特异性需要需要不变不变有有快快由稀至浓由稀至浓胞内浓度高胞内浓度高特异性特异性需要需要改变改变小 结 1.营养物质可以根据生理功能的不同，分为碳源、氮营养物质可以根据生理功能的不同，分为碳源、氮源、无机盐、生长因子和水五大类。源、无机盐、生长因子和水五大类。2.根据碳源、能源及电子供体的不同可将微生物划分根据碳源、能源及电子供体的不同可将微生物划分为光能无机自养型、光能有机异养型、化能无机自为光能无机自养型、光能有机异养型、化能无机自养型和化能有机异养型四类。养型和化能有机异养型四类。3.培育基是满足微生物营养需求的营养物质基质。配培育基是满足微生物营养需求的营养物质基质。配制时要选择适宜营养物质并调整其浓度及配比、控制时要选择适宜营养物质并调整其浓度及配比、控制氧化复原电位和制氧化复原电位和pH、利用廉价且容易获得的原料、利用廉价且容易获得的原料及灭菌处置。及灭菌处置。4.培育基主要类型有培育基主要类型有:按化学成份不同分为天然、合按化学成份不同分为天然、合成和半合成培育基成和半合成培育基;按物理形状不同分为固体、半固按物理形状不同分为固体、半固体和液体培育基体和液体培育基;按用途不同分为根底、加富、鉴别、按用途不同分为根底、加富、鉴别、选择、分析、复原和组织培育物培育基等。选择、分析、复原和组织培育物培育基等。5.营养物质进入细胞主要有分散、促进分散、自动运营养物质进入细胞主要有分散、促进分散、自动运输和膜泡运输几种方式。输和膜泡运输几种方式。
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