第五章-微生物的营养和生长.pptx

第五章第五章_ _微生物的营养和生长微生物的营养和生长第五章第五章微生物的营养和生长5.1 微生物的营养5.2 微生物的生长5.3 微生物生长的控制5.1 5.1 微生物的营养微生物的营养 营养和营养物质：营养和营养物质：微生物在生长过程中不断从外界环境中获得所需要微生物在生长过程中不断从外界环境中获得所需要的各种物质，合成自身的细胞物质并提供机体进行各种的各种物质，合成自身的细胞物质并提供机体进行各种生理活动所需要的能量。生理活动所需要的能量。这些能被微生物吸收并加以利用的物质是这些能被微生物吸收并加以利用的物质是 营养物质营养物质（nutrient）,是那些能够满足机体生长、繁殖和完成是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。各种生理活动所需要的物质。而微生物获得与利用营养物质的过程，称为而微生物获得与利用营养物质的过程，称为营养营养（nutrition）。营养物质是微生物生存的物质基础，而营养物质是微生物生存的物质基础，而营养是微生物维持和延续其生命形式的一种生理过程。营养是微生物维持和延续其生命形式的一种生理过程。营养物质的作用：营养物质的作用：组成微生物细胞所需的物质；组成微生物细胞所需的物质；构成细胞代谢过程中酶的活性中心，调节代谢，构成细胞代谢过程中酶的活性中心，调节代谢，构成物质运输系统；构成物质运输系统；提供微生物各种活动的能量；提供微生物各种活动的能量；形成微生物的代谢产物。形成微生物的代谢产物。5.1.1 5.1.1 微生物的六大营养要素：微生物的六大营养要素：5.1.1.1 5.1.1.1 微生物的化学组成：微生物的化学组成：碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙、钠、铁、锰、锌碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙、钠、铁、锰、锌等等。等等。主要元素：碳、氢、氧、氮、磷、硫主要元素：碳、氢、氧、氮、磷、硫占细菌细胞干重的占细菌细胞干重的97%97%这些元素主要以水、有机物和无机盐的形式存在于细胞中。这些元素主要以水、有机物和无机盐的形式存在于细胞中。组成微生物细胞的这些化学物质分别来源于它们的营养物质。组成微生物细胞的这些化学物质分别来源于它们的营养物质。微量元素：锌、锰、氯、钼、硒、钴、铜等微量元素：锌、锰、氯、钼、硒、钴、铜等5.1.1.2 5.1.1.2 微生物的营养物质及功能：微生物的营养物质及功能：营养物质按照它们在机体中的生理作用不同，可以将它们区分营养物质按照它们在机体中的生理作用不同，可以将它们区分成六大类。成六大类。六要素六要素：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（一）（一）碳源：碳源：凡是可以被微生物用来构成细胞物质或代谢产物中碳素来源的凡是可以被微生物用来构成细胞物质或代谢产物中碳素来源的物质，通称碳源。物质，通称碳源。碳源谱碳源谱有机碳有机碳无机碳无机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、微生物利用的碳源物质主要有糖类、有机酸、醇、脂类、烃、醇、脂类、烃、COCO2 2及碳酸盐等。及碳酸盐等。微生物不同，利用这些含碳化合物的能力也不同。如：产生微生物不同，利用这些含碳化合物的能力也不同。如：产生胞外淀粉酶的微生物才利用淀粉。胞外淀粉酶的微生物才利用淀粉。目前在微生物工业发酵中所利用的碳源物质主要是单糖、目前在微生物工业发酵中所利用的碳源物质主要是单糖、淀粉、麸皮、米糠等。实验室主要利用葡萄糖、蔗糖和可溶性淀淀粉、麸皮、米糠等。实验室主要利用葡萄糖、蔗糖和可溶性淀粉等等。粉等等。组成细胞物质、代谢产物，供给一些微生物能量。组成细胞物质、代谢产物，供给一些微生物能量。对于为数众多的化能异养微生物来说，对于为数众多的化能异养微生物来说，碳源是兼有碳源是兼有 能源能源 功能营养物。功能营养物。（二）（二）氮源：氮源：凡是可以被微生物用来构成细胞物质或代谢产物中氮素来源的凡是可以被微生物用来构成细胞物质或代谢产物中氮素来源的物质，通称氮源。物质，通称氮源。氮源谱氮源谱有机氮有机氮无机氮无机氮NH3铵盐铵盐硝酸盐硝酸盐N2蛋白质蛋白质核酸核酸氨基酸氨基酸尿素尿素 能被微生物用作氮源的物质有蛋白质或它们不同能被微生物用作氮源的物质有蛋白质或它们不同程度的降解产物（如：胨、肽、氨基酸等）、铵盐、硝酸盐、亚程度的降解产物（如：胨、肽、氨基酸等）、铵盐、硝酸盐、亚硝酸盐以及分子态氮。硝酸盐以及分子态氮。目前，在实验室或工业生产中常用的用的氮源物质有：碳目前，在实验室或工业生产中常用的用的氮源物质有：碳酸铵、硫酸铵、硝酸盐、尿素、氨；酸铵、硫酸铵、硝酸盐、尿素、氨；有机氮源包括：蛋白胨、鱼粉、蚕蛹粉、黄豆饼粉、花生有机氮源包括：蛋白胨、鱼粉、蚕蛹粉、黄豆饼粉、花生饼粉、玉米浆、牛肉浸膏、酵母浸膏等。饼粉、玉米浆、牛肉浸膏、酵母浸膏等。速效氮源：有利于机体生长速效氮源：有利于机体生长 迟效氮源：有利于代谢产物的形成迟效氮源：有利于代谢产物的形成 氮源一般不能作为能源。氮源一般不能作为能源。（三）（三）能源：能源：能为微生物生命活动提供能量来源的营养物或辐射能，称为能能为微生物生命活动提供能量来源的营养物或辐射能，称为能源。源。能源谱能源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（四）（四）无机盐：无机盐：能为微生物生长提供必须的金属元素。能为微生物生长提供必须的金属元素。其作用：其作用：参与微生物中酶的组成；参与微生物中酶的组成；作为酶的激活剂；作为酶的激活剂；控制细胞的氧化还原电位，维持细胞的渗透压平衡；控制细胞的氧化还原电位，维持细胞的渗透压平衡；作为某些微生物生长的能源物质。作为某些微生物生长的能源物质。大量元素：大量元素：NaNa、K K、Mg Mg、Ca Ca、S S、P P 等等。（1010-3-3 10 10-4 -4 mol/Lmol/L）微量元素微量元素:是指那些在微生物生长过程中起重要作用，而是指那些在微生物生长过程中起重要作用，而机体对这些元素的需要量极其微小的元素。机体对这些元素的需要量极其微小的元素。锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼 等。等。（1010-6-6 10 10-8-8 mol/Lmol/L）单盐毒害：单盐毒害：微量元素中有许多是重金属元素，如果它们过量会微量元素中有许多是重金属元素，如果它们过量会对机体的正常代谢产生毒害作用，而且单独一种微量元素过量产对机体的正常代谢产生毒害作用，而且单独一种微量元素过量产生的毒害作用更大，称作单盐毒害作用。生的毒害作用更大，称作单盐毒害作用。所以，没有特殊原因，在配制培养基时没有另外加入微量所以，没有特殊原因，在配制培养基时没有另外加入微量元素的必要。元素的必要。（五）（五）生长因子：生长因子：通常是指那些微生物生长所必需而且需要量很小，但微通常是指那些微生物生长所必需而且需要量很小，但微生物自身不能合成的或合成量不足以满足机体生长需要的有机化生物自身不能合成的或合成量不足以满足机体生长需要的有机化合物。合物。根据生长因子的化学结构与它们在机体内的生理作用，根据生长因子的化学结构与它们在机体内的生理作用，可以分为：可以分为：维生素；维生素；氨基酸；氨基酸；嘌呤或嘧啶碱基。嘌呤或嘧啶碱基。维生素大部分是构成酶的辅基或辅酶，是酶活性所需要维生素大部分是构成酶的辅基或辅酶，是酶活性所需要的成分。的成分。嘌呤或嘧啶碱基一般是构成某些酶的辅酶或辅基或构成嘌呤或嘧啶碱基一般是构成某些酶的辅酶或辅基或构成核酸的组成成分。核酸的组成成分。在一些情况下，培养基中一种氨基酸的含量过高，在一些情况下，培养基中一种氨基酸的含量过高，也会导致其他所需氨基酸的吸收不好，因此，氨基酸的含量也会导致其他所需氨基酸的吸收不好，因此，氨基酸的含量要控制在一定浓度范围内，避免氨基酸之间因浓度不协调所产生要控制在一定浓度范围内，避免氨基酸之间因浓度不协调所产生的不良作用。的不良作用。微微 生生 物物 生长因子生长因子 需要量（需要量（ml-1）IIIIII型肺炎链球菌（型肺炎链球菌（Streptococcus pneumoniaeStreptococcus pneumoniae）胆碱）胆碱 6ug 6ug金黄色葡萄球菌（金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureusStaphylococcus aureus）硫胺素硫胺素 0.5ng 0.5ng白喉棒杆菌（白喉棒杆菌（Cornebacterium diphtherriaeCornebacterium diphtherriae）B-B-丙氨酸丙氨酸 1.5ug 1.5ug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 0.025ug 0.025ug（六）（六）水：水：水在机体中的生理作用：水在机体中的生理作用：1.1.水是微生物细胞的重要组成成分，占生活细胞总量的水是微生物细胞的重要组成成分，占生活细胞总量的9090左右；是维持细胞正常形态的重要因素。左右；是维持细胞正常形态的重要因素。2.2.机体内的一系列生理生化反应都离不开水；机体内的一系列生理生化反应都离不开水；3.3.营养物质的吸收与代谢产物的分泌都是通过水来完成营养物质的吸收与代谢产物的分泌都是通过水来完成的；的；4.4.由于水的比热高，又是热的良好导体，故能有效地控由于水的比热高，又是热的良好导体，故能有效地控制细胞内温度的变化。制细胞内温度的变化。5.1.2 5.1.2 微生物的营养类型：微生物的营养类型：自养型微生物自养型微生物异养型微生物异养型微生物生长所需要的营养物质生长所需要的营养物质生物生长过程中能量的来源生物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光能自养型光能自养型：以光为能源，不依赖任何有机物即可正常生长。以光为能源，不依赖任何有机物即可正常生长。光能异养型：光能异养型：以光为能源，但生长需要一定的有机营养物。以光为能源，但生长需要一定的有机营养物。化能自养型：化能自养型：以无机物的氧化获得能量，生长不依赖有机营以无机物的氧化获得能量，生长不依赖有机营 养物。养物。化能异养型：化能异养型：以有机物的氧化获得能量，生长依赖于有机营以有机物的氧化获得能量，生长依赖于有机营 养物质。养物质。5.1.2.1 5.1.2.1 光能自养型（光能无机自养型）：光能自养型（光能无机自养型）：利用利用光光作为生活所需要的能量来源，以作为生活所需要的能量来源，以COCO2 2为碳源，为碳源，以以无机物无机物 如硫代硫酸钠、如硫代硫酸钠、H H2 2S S等为供氢体等为供氢体，还原，还原COCO2 2合成细胞有机合成细胞有机物的一类微生物。物的一类微生物。例如：藻类及蓝细菌等和植物一样，以水为电子供体（供例如：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。氢体），进行产氧型的光合作用，合成细胞物质。COCO2 22H2H2 2O O光能光能叶绿素叶绿素CHCH2 2OOO O2 2 除蓝细菌外，其他光能自养微生物光合作用是在除蓝细菌外，其他光能自养微生物光合作用是在无氧环境无氧环境下进行，为细菌型光合作用（严格厌氧）。下进行，为细菌型光合作用（严格厌氧）。5.1.2.2 5.1.2.2 光能异养型（光能有机异养型）：光能异养型（光能有机异养型）：利用利用光光作为生活所需要的能量来源，以作为生活所需要的能量来源，以有机化合物有机化合物作作为为供氢体供氢体，还原，还原COCO2 2合成细胞有机物的一类微生物。合成细胞有机物的一类微生物。COCO2 22H2H2 2S S光能光能细菌光合色素细菌光合色素CHCH2 2OO2S2SH H2 2O O 例如：例如：绿硫细菌，以绿硫细菌，以H H2 2S S为电子供体，产生细胞物为电子供体，产生细胞物质，并伴随硫元素的产生。质，并伴随硫元素的产生。不能以不能以COCO2 2作为唯一碳源。作为唯一碳源。例如，红螺菌属中的一些细菌能利用异丙醇作为例如，红螺菌属中的一些细菌能利用异丙醇作为供氢体，将供氢体，将COCO2 2还原成细胞物质，同时积累丙酮。还原成细胞物质，同时积累丙酮。CHOHCHOHCOCO2 2H H3 3C CH H3 3C C2 2光能光能光合色素光合色素2 CH2 CH3 3C0CHC0CH3 3CHCH2 2OOH H2 2O O5.1.2.3 5.1.2.3 化能自养型（化能无机自养型）：化能自养型（化能无机自养型）：以以COCO2 2或碳酸盐或碳酸盐作为碳源，利用作为碳源，利用无机化合物氧化无机化合物氧化所所产生的化学能为能源，还原产生的化学能为能源，还原COCO2 2合成细胞物质的一类微生物。合成细胞物质的一类微生物。化能自养微生物一般为好氧性的。化能自养微生物一般为好氧性的。其过程可用一通式表示：其过程可用一通式表示：无机物无机物 O O2 2氧化物氧化物 能量能量COCO2 2 4 4H HCHCH2 2O O H H2 2O O注供氢体可来于注供氢体可来于 H H2 2、H H2 2S S、FeFe2+2+、NONO2 2 化能无机自养型只存在于微生物中，可在完全无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,参与地球物质循环；参与地球物质循环；5.1.2.4 5.1.2.4 化能异养型（化能有机异养型）：化能异养型（化能有机异养型）：以以有机碳化合物有机碳化合物（如淀粉.糖类.纤维素.有机酸等）作为碳源，利用作为碳源，利用有机化合物氧化有机化合物氧化所产生的化学能为能源的一所产生的化学能为能源的一类微生物。类微生物。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；腐生型腐生型(metatrophy)(metatrophy)：可利用无生命的有机物可利用无生命的有机物(如动植物尸体和残体如动植物尸体和残体)作为碳源；作为碳源；寄生型寄生型(paratrophy)(paratrophy)：寄生在活的寄主体内吸取营养物质寄生在活的寄主体内吸取营养物质,离开寄主就不能生存。离开寄主就不能生存。在腐生型和寄生型之间还存在中间类型：在腐生型和寄生型之间还存在中间类型：兼性腐生型兼性腐生型(facultive metatrophy)(facultive metatrophy)；兼性寄生型兼性寄生型(facultive paratrophy)(facultive paratrophy)；不同营养类型之间的界限并非绝对：不同营养类型之间的界限并非绝对：异养型微生物并非绝对不能利用异养型微生物并非绝对不能利用COCO2 2；自养型微生物也并非不能利用有机物进行生长；自养型微生物也并非不能利用有机物进行生长；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其营养类型也会发生改变改变 微生物营养类型的可变性无疑有利于提高其对环境微生物营养类型的可变性无疑有利于提高其对环境条件变化的适应能力条件变化的适应能力例如：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，为异养型微生有机物存在时，利用有机物进行生长，为异养型微生物；物；光照和厌氧条件下，利用光能生长，为光能营养型微光照和厌氧条件下，利用光能生长，为光能营养型微生物；生物；黑暗与好氧条件下，依靠有机物氧化产生的化学能生黑暗与好氧条件下，依靠有机物氧化产生的化学能生长，为化能营养型微生物；长，为化能营养型微生物；5.1.3 5.1.3 营养物质进入细胞的方式：营养物质进入细胞的方式：根据物质运输过程的特点根据物质运输过程的特点，可将物质的运输方式分为：可将物质的运输方式分为：自由扩散自由扩散 促进扩散促进扩散 主动运输主动运输 基团转移基团转移5.1.3.1 5.1.3.1 自由扩散：自由扩散：原生质膜是一种半透性膜，营养物质通过原生质膜上的小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，由高浓度的胞外环境向低浓度的胞内进行扩散。孔，由高浓度的胞外环境向低浓度的胞内进行扩散。物质在扩散过程中没有发生任何反应；物质在扩散过程中没有发生任何反应；不消耗能量；不能逆浓度运输；不消耗能量；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。可以通过扩散自由通过原生质膜的分子：可以通过扩散自由通过原生质膜的分子：水，水，一些脂溶性小分子：脂肪酸、乙醇、甘油等，一些脂溶性小分子：脂肪酸、乙醇、甘油等，一些气体（一些气体（O2O2、CO2CO2），），某些氨基酸在一定程度上也可通过自由扩散进出细胞。某些氨基酸在一定程度上也可通过自由扩散进出细胞。影响自由扩散的因素：影响自由扩散的因素：物质的分子大小，极性大小，溶解性，膜物质的分子大小，极性大小，溶解性，膜PH，温度等。，温度等。5.1.3.2 5.1.3.2 促进扩散：促进扩散：特点：特点：在扩散过程中在扩散过程中需要载体需要载体参与。但参与运输的物质本参与。但参与运输的物质本身的分子结构不发生变化。身的分子结构不发生变化。被运输的物质具有高度的被运输的物质具有高度的立体专一性立体专一性。不消耗能量；不能逆浓度运输。不消耗能量；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。一般微生物通过专一的载体蛋白运输相应的物质，但也一般微生物通过专一的载体蛋白运输相应的物质，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。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。通过促进扩散进入细胞的营养物质主要有氨基酸、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。单糖、维生素及无机盐等。5.1.3.3 5.1.3.3 主动运输：主动运输：特点：特点：在主动运输过程中需要在主动运输过程中需要载体载体参与。载体蛋白构型变化参与。载体蛋白构型变化引起载体蛋白与被运输物质的亲和力变化。引起载体蛋白与被运输物质的亲和力变化。被运输的物质具有高度的被运输的物质具有高度的立体专一性立体专一性。需要需要消耗能量消耗能量，可以进行逆浓度运输。，可以进行逆浓度运输。运输速率与膜内外物质的浓度无关。运输速率与膜内外物质的浓度无关。5.1.3.4 5.1.3.4 基基团转位：团转位：基团移位是另一种类型的主动运输，它有一个复杂基团移位是另一种类型的主动运输，它有一个复杂的运输系统来完成物质的运输，而物质在运输过程中要发生化学变的运输系统来完成物质的运输，而物质在运输过程中要发生化学变化。化。基团转位主要存在于厌氧型和兼性厌氧型细胞中，主要用于基团转位主要存在于厌氧型和兼性厌氧型细胞中，主要用于糖的运输，脂肪酸、核苷、碱基等也可以通过这种方式运输。糖的运输，脂肪酸、核苷、碱基等也可以通过这种方式运输。大肠杆菌摄入葡萄糖为例：大肠杆菌摄入葡萄糖为例：基团转位又称为磷酸烯醇式丙酮酸基团转位又称为磷酸烯醇式丙酮酸-磷酸糖转移酶运输系统磷酸糖转移酶运输系统（PTSPTS），通常由五种蛋白质组成，包括酶），通常由五种蛋白质组成，包括酶I I、酶、酶IIII（包括（包括a a、b b、c c三种亚基）和一种低相对分子量的热稳定三种亚基）和一种低相对分子量的热稳定可溶性蛋白质（可溶性蛋白质（HPrHPr）。）。运送步骤运送步骤:(1)(1)热稳载体蛋白热稳载体蛋白(HPr)HPr)的激活的激活 细胞内高能化合物细胞内高能化合物磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸（PEPPEP）的磷酸基团把的磷酸基团把HPrHPr激活。激活。酶酶1 1 PEP+HPr PEP+HPr 丙酮酸丙酮酸+P-HPrP-HPr HPr HPr是结合在细胞膜上，具有高能磷酸载体的作用。是结合在细胞膜上，具有高能磷酸载体的作用。(2)(2)、糖被磷酸化后运入膜内、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膜外环境中的糖先与外膜表面的酶2 2结合，再被转运到内膜结合，再被转运到内膜表面。这时，糖被表面。这时，糖被P-HPrP-HPr上的磷酸激活，并通过酶上的磷酸激活，并通过酶2 2的作用将的作用将糖糖-磷酸磷酸释放到细胞内。释放到细胞内。酶酶2 2 P-HPr+P-HPr+糖糖 糖糖-P+HPrP+HPr 酶酶2 2是一种结合于细胞膜上的蛋白，它对底物具有特异性选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2 2。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载体蛋白特异载体蛋白 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 无特异性无特异性 特异性特异性 特异性特异性特异性特异性能量消耗能量消耗 不需要不需要 不需要不需要 需要需要需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、O O2 2 糖、糖、SOSO4 42-2-氨基酸、乳糖氨基酸、乳糖 葡萄糖葡萄糖 嘌呤嘌呤5.1.4 5.1.4 培养基培养基 ：培养基培养基是人工配制的，适合微生物生长繁殖或产是人工配制的，适合微生物生长繁殖或产生、积累代谢产物的营养基质。生、积累代谢产物的营养基质。培养基几乎是一切对微生物进行研究和利用工作的基础。培养基几乎是一切对微生物进行研究和利用工作的基础。5.1.4.1 5.1.4.1 配制培养基的原则：配制培养基的原则：（一）根据不同微生物的营养要求选择适宜的营养物：（一）根据不同微生物的营养要求选择适宜的营养物：任何培养基都应该具备微生物生长所需要六大营养要素：任何培养基都应该具备微生物生长所需要六大营养要素：碳源、氮源、无机盐、能源、生长因子和水。碳源、氮源、无机盐、能源、生长因子和水。1.根据微生物的营养类型：根据微生物的营养类型：培养化能自养型的氧化硫杆培养化能自养型的氧化硫杆菌的培养基组成为：菌的培养基组成为：S 10g S 10g MgSOMgSO4 4.7H.7H2 2O 0.5g O 0.5g （NHNH4 4)2 2SOSO4 4 0.4g 0.4g FeSO FeSO4 4 0.01g 0.01g H H2 2POPO4 4 4g 4g CaCl CaCl2 2 0.25g 0.25g H H2 2O 1000mlO 1000ml 培养化能异养的大肠杆菌培养化能异养的大肠杆菌一种培养基是由下列化学成一种培养基是由下列化学成分组成：分组成：葡萄糖葡萄糖 5g 5g NHNH4 4H H2 2POPO4 4 1g 1g NaCl 5g NaCl 5g MgSOMgSO4 4.7H2O 0.2g.7H2O 0.2g K K2 2HPOHPO4 4 1g 1g H H2 2O 1000mlO 1000ml 有些化能自养菌在有机物的培养基上不生长。（硅胶而不用琼脂）有些化能自养菌在有机物的培养基上不生长。（硅胶而不用琼脂）2.根据微生物的种类：根据微生物的种类：细菌（牛肉膏蛋白胨培养基）：细菌（牛肉膏蛋白胨培养基）：牛肉膏牛肉膏 3g 3g 蛋白胨蛋白胨 10g 10g NaCl 5g NaCl 5g H H2 2O 1000ml O 1000ml PH:7.0 PH:7.07.27.2放线菌（高氏放线菌（高氏1 1号）：号）：淀粉淀粉 20g 20g K K2 2HPOHPO4 4 0.5g 0.5g NaCl 0.5g NaCl 0.5g MgSO MgSO4 4.7H.7H2 2O 0.5g O 0.5g KNO KNO3 3 1g 1g FeSO FeSO4 4 0.01g 0.01g H H2 2O 1000mlO 1000ml PH:7.0PH:7.07.27.2酵母菌酵母菌(麦芽汁培养基麦芽汁培养基)干干麦麦芽芽粉粉加加四四倍倍水水，在在50-6050-60保保温温糖糖化化3-43-4小小时时，用用碘碘液液试试验验检检查查至至糖糖化化完完全全为为止止，调调整整糖糖液液浓浓度度为为1010，煮煮沸沸后后，沙沙布过滤，调布过滤，调PHPH为为6.46.4。酵母菌酵母菌(葡萄糖醋酸盐培养基葡萄糖醋酸盐培养基)葡萄糖葡萄糖 1 g 1 g KCl 1.8 g KCl 1.8 g 酵母浸膏酵母浸膏 2.5 g 2.5 g 醋酸钠醋酸钠 8.2 g 8.2 g H H2 2O 1000ml 113 O 1000ml 113 灭菌灭菌20min20min。霉菌（查氏合成培养基）：霉菌（查氏合成培养基）：NaNO NaNO3 3 3g 3g K K2 2HPOHPO4 4 1g 1g KCl 0.5g KCl 0.5g MgSO MgSO4 4.7H.7H2 2O 0.5gO 0.5g FeSO FeSO4 4 0.01g 0.01g 蔗糖蔗糖 30g 30g H H2 2O 1000mlO 1000ml PH:PH:自然自然（二）注意各种营养物质的浓度与配比：（二）注意各种营养物质的浓度与配比：微生物生长所需要的营养物质往往是在浓度合适的条件下微生物生长所需要的营养物质往往是在浓度合适的条件下才表现出良好作用。营养物质浓度过低时不能满足微生物正常生才表现出良好作用。营养物质浓度过低时不能满足微生物正常生长所需，浓度过高时则可能对微生物生长起抑制作用。长所需，浓度过高时则可能对微生物生长起抑制作用。培养基中各种营养物质之间的浓度比也直接影响微生物的培养基中各种营养物质之间的浓度比也直接影响微生物的生长、繁殖生长、繁殖 或或 代谢产物的形成与积累。其中碳氮比（代谢产物的形成与积累。其中碳氮比（C/N）的影）的影响较大。响较大。碳氮比（碳氮比（C/N）：指培养基中碳元素与氮元素的物质的量比值，：指培养基中碳元素与氮元素的物质的量比值，有时也指培养基中还原糖与粗蛋白之比。有时也指培养基中还原糖与粗蛋白之比。例如，在利用微生物发酵生产谷氨酸的过程中，培例如，在利用微生物发酵生产谷氨酸的过程中，培养基碳氮比为养基碳氮比为4/14/1时，菌体量繁殖，谷氨酸积累少；时，菌体量繁殖，谷氨酸积累少；当培养基碳氮比为当培养基碳氮比为3/13/1时，菌体繁殖受到抑制，谷氨时，菌体繁殖受到抑制，谷氨酸产量则大量增加。酸产量则大量增加。（三）将培养基的（三）将培养基的 PHPH 控制在一定的范围内：控制在一定的范围内：1.1.通常培养条件：通常培养条件：细菌与放线菌：细菌与放线菌：pH 7 pH 77.57.5 酵母菌和霉菌：酵母菌和霉菌：pH 4.5 pH 4.56 6 范围内生长范围内生长 2.2.为了维持培养基为了维持培养基pHpH的相对恒定，通常在培养基中加入的相对恒定，通常在培养基中加入pH pH 缓冲剂，或在进行工业发酵时补加酸、碱。缓冲剂，或在进行工业发酵时补加酸、碱。例如：由一氢和二氢磷酸盐（如：例如：由一氢和二氢磷酸盐（如：K K2 2HPOHPO4 4 和和 KHKH2 2POPO4 4 ）组）组成的混合物是常用的缓冲剂。一般可将成的混合物是常用的缓冲剂。一般可将PH PH 调到（调到（6.46.47.27.2）。）。如果微生物大量产酸，磷酸盐很难起调节作用时，只有靠不溶性如果微生物大量产酸，磷酸盐很难起调节作用时，只有靠不溶性碳酸盐来调节。碳酸盐来调节。（四）控制培养基的氧化还原电位：（四）控制培养基的氧化还原电位：氧化还原电位又称氧化还原电势（氧化还原电位又称氧化还原电势（redox potentialredox potential），），是度量某氧化还原系统中的还原剂释放电子或氧化剂接受电子趋是度量某氧化还原系统中的还原剂释放电子或氧化剂接受电子趋势的一种指标，其单位是势的一种指标，其单位是V V（伏）或（伏）或mVmV（毫伏）。（毫伏）。不同类型微生物生长对氧化还原电位的要求不同：不同类型微生物生长对氧化还原电位的要求不同：好好 氧氧 性性 微生物微生物：+0.1 +0.1伏以上时可正常生长伏以上时可正常生长,以以+0.3+0.3+0.4+0.4伏为宜；伏为宜；厌厌 氧氧 性性 微生物微生物：低于低于+0.1+0.1伏条件下生长；伏条件下生长；兼性厌氧兼性厌氧 微生物微生物：+0.1 +0.1伏以上时进行好氧呼吸伏以上时进行好氧呼吸,+0.1 +0.1伏以下时进行发酵。伏以下时进行发酵。（五）原料的选择要考虑经济原则：（五）原料的选择要考虑经济原则：在配制培养基时应尽量考虑利用廉价而且易于获得的原在配制培养基时应尽量考虑利用廉价而且易于获得的原料。特别是发酵工业。料。特别是发酵工业。以粗代精以粗代精以氮代朊以氮代朊以纤代糖以纤代糖以废代好以废代好以烃代粮以烃代粮以简代繁以简代繁任何培养基一旦配成，必须立即进行灭菌处理任何培养基一旦配成，必须立即进行灭菌处理常规高压蒸汽灭菌：常规高压蒸汽灭菌：1.05 kg/cm 1.05 kg/cm2 2(103 kPa),121.3 20(103 kPa),121.3 20分钟；分钟；0.56 kg/cm 0.56 kg/cm2 2(54.9 kPa),112.6 30(54.9 kPa),112.6 30分钟。分钟。5.1.4.2 5.1.4.2 培养基的类型及应用：培养基的类型及应用：（一）根据营养物质的来源不同划分：（一）根据营养物质的来源不同划分：1.天然培养基：天然培养基：利用动植物或微生物或其提取物配制的培养基，含有化学利用动植物或微生物或其提取物配制的培养基，含有化学成分还不清楚或化学成分不恒定的天然有机物。成分还不清楚或化学成分不恒定的天然有机物。常用的有机营养物质包括：牛肉（浸）膏、蛋白胨、酵母常用的有机营养物质包括：牛肉（浸）膏、蛋白胨、酵母（浸）膏、豆芽汁、麦芽汁、玉米粉、血清、牛奶、土壤浸液等（浸）膏、豆芽汁、麦芽汁、玉米粉、血清、牛奶、土壤浸液等等。等。2.合成培养基：合成培养基：是由化学成分完全了解的物质配制而成的培养基。是由化学成分完全了解的物质配制而成的培养基。与天然培养基相比，成本较高，适合实验室研究用。与天然培养基相比，成本较高，适合实验室研究用。微生物在其中生长速度较慢。微生物在其中生长速度较慢。（二）根据物理状态不同划分：（二）根据物理状态不同划分：1.固体培养基：固体培养基：在液体培养基中添加了一定凝固剂的培养基。在液体培养基中添加了一定凝固剂的培养基。琼脂含量一琼脂含量一般为般为 1.5%2.0%。固体培养基常用来进行微生物的分离、鉴固体培养基常用来进行微生物的分离、鉴定、活菌计数及菌种保藏定、活菌计数及菌种保藏。常用的凝固剂包括：常用的凝固剂包括：琼脂、明胶、硅胶琼脂、明胶、硅胶。理想的凝固剂应具备的条件：理想的凝固剂应具备的条件：a.所培养的微生物不利用；所培养的微生物不利用；b.对微生物无毒害；对微生物无毒害；c.在微生物生长的温度范围内保持固体状态；在微生物生长的温度范围内保持固体状态；d.透明度好，黏着力强；透明度好，黏着力强；e.廉价，方便配制。廉价，方便配制。2.半固体培养基：半固体培养基：琼脂含量一般为琼脂含量一般为 0.2%0.7%。常用来进行微生物的运动。常用来进行微生物的运动性观察、分类鉴定和噬菌体效价滴定等。性观察、分类鉴定和噬菌体效价滴定等。3.液体培养基：液体培养基：不加任何凝固剂。大规模工业生产及在实验室进行微生物不加任何凝固剂。大规模工业生产及在实验室进行微生物的基础理论和应用方面的研究的基础理论和应用方面的研究 时常用。时常用。（三）根据用途不同划分：（三）根据用途不同划分：1.基础培养基：基础培养基：基础基础 培养基是含有一般微生物生长、繁殖所需的基本营培养基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。养物质的培养基。2.加富培养基加富培养基 （分离、增殖）（分离、增殖）根据某种或某一类微生物的特殊营养要求，向基础培养基根据某种或某一类微生物的特殊营养要求，向基础培养基中加入这种或这类微生物所需的特殊营养物质，配制成富集这种中加入这种或这类微生物所需的特殊营养物质，配制成富集这种或这类微生物的培养基。或这类微生物的培养基。3.选择培养基选择培养基 （分离）（分离）根据某种或某一类微生物的特殊营养要求或对某种化学物根据某种或某一类微生物的特殊营养要求或对某种化学物质的敏感性不同而配制的培养基，抑制不需要的微生物生长，选质的敏感性不同而配制的培养基，抑制不需要的微生物生长，选择出所需的微生物。择出所需的微生物。4.鉴别培养基鉴别培养基 （分离、鉴别）（分离、鉴别）用于鉴别不同类型微生物的培养基。用于鉴别不同类型微生物的培养基。在培养基中添加的特殊化学物质，使之可与微生物生长后在培养基中添加的特殊化学物质，使之可与微生物生长后产生某种代谢产物发生特定的化学反应，从而产生明显的特征性产生某种代谢产物发生特定的化学反应，从而产生明显的特征性变化。变化。5.2 5.2 微生物的生长：微生物的生长：生长生长：微生物在适宜的环境条件下，不断的吸收营养物微生物在适宜的环境条件下，不断的吸收营养物质，并按照自己的代谢方式进行新陈代谢，如果同化作质，并按照自己的代谢方式进行新陈代谢，如果同化作用大于异化作用，则细胞原生质的总量不断增多，细胞用大于异化作用，则细胞原生质的总量不断增多，细胞体积得以增大的过程，称为微生物的生长。体积得以增大的过程，称为微生物的生长。繁殖繁殖:生物产生和它相似的新一代，或说个体数目增加的生物产生和它相似的新一代，或说个体数目增加的过程，称为繁殖。过程，称为繁殖。生长是一个逐步发生的量变过程，生长是一个逐步发生的量变过程，繁殖是一个产生新的生命个体的繁殖是一个产生新的生命个体的质变质变过程。过程。单细胞微生物的生长伴随着细胞增多，生长和繁单细胞微生物的生长伴随着细胞增多，生长和繁殖几乎可说是同步的；殖几乎可说是同步的；多细胞微生物细胞增多而个体数目不增加，只是生长而不多细胞微生物细胞增多而个体数目不增加，只是生长而不是繁殖。是繁殖。5.2.1 5.2.1 微生物生长的测定：微生物生长的测定：测定微生物的生长通常都是测其群体的生长。以细胞增多测定微生物的生长通常都是测其群体的生长。以细胞增多的量来表示。的量来表示。可以：可以：评价培养条件、营养物质等对微生物生长的影响；评价培养条件、营养物质等对微生物生长的影响；评价不同的抗菌物质对微生物产生抑制评价不同的抗菌物质对微生物产生抑制(或杀死或杀死)作用的效作用的效果；果；客观地反映微生物生长的规律；客观地反映微生物生长的规律；5.2.1.1 5.2.1.1 个体计数法：个体计数法：（1 1）直接法：直接在显微镜下观察并计数。）直接法：直接在显微镜下观察并计数。是所有细胞的总数（包括死细胞）。是所有细胞的总数（包括死细胞）。a.a.比例计数法；比例计数法；b.b.血球计数板法。血球计数板法。缺点：缺点：不能区分死菌与活菌；不能区分死菌与活菌；不适于对运动