微生物学营养.pptx

第四章第四章 微生物的营养和培养基微生物的营养和培养基第四章第四章 微生物营养微生物营养第一节第一节微生物细胞的化学组成微生物细胞的化学组成第二节第二节微生物的营养要素微生物的营养要素第三节第三节微生物的营养类型微生物的营养类型第四节第四节微生物对营养物质的吸收方式微生物对营养物质的吸收方式第五节第五节培养基培养基其化学组成与其他高等动植物一样，细胞也是大量其化学组成与其他高等动植物一样，细胞也是大量元素碳、氢、氧、氮、磷、硫（这六种元素占细菌元素碳、氢、氧、氮、磷、硫（这六种元素占细菌细胞干重的细胞干重的97，）和微量元素铁、锰、锌等构成。，）和微量元素铁、锰、锌等构成。这些元素以有机物质，水和无机物质的形式存在于这些元素以有机物质，水和无机物质的形式存在于细胞中。细胞中。v有机物主要有蛋白质、糖、脂、核酸、维生素及它有机物主要有蛋白质、糖、脂、核酸、维生素及它们的降解产物、代谢产物等；们的降解产物、代谢产物等；v无机物则是单独存在于细胞原生质内的无机盐等灰无机物则是单独存在于细胞原生质内的无机盐等灰分物质，参与有机物组成；分物质，参与有机物组成；v水是细胞中的一种主要成分，可占细胞干重的水是细胞中的一种主要成分，可占细胞干重的90以上：细菌以上：细菌80%左右、酵母菌左右、酵母菌75%左右、霉菌左右、霉菌85%左右；霉菌孢子含水约左右；霉菌孢子含水约39%、细菌芽孢核心部分的、细菌芽孢核心部分的含水量低于含水量低于30%。第一节第一节 微生物细胞的化学组成微生物细胞的化学组成微生物细胞中几种主要元素的含量微生物细胞中几种主要元素的含量（细胞干重的百分数）（细胞干重的百分数）元素元素细菌细菌酵母菌酵母菌霉菌霉菌碳碳5049.847.9氮氮1512.45.2氢氢86.76.7氧氧2031.140.2微生物细胞的化学组成微生物细胞的化学组成主要成分主要成分细菌细菌酵母菌酵母菌霉菌霉菌水分水分758570808590（占细胞鲜重的（占细胞鲜重的%）蛋白质蛋白质508032751415占占细细碳水化合物碳水化合物12282763740胞胞干干脂肪脂肪520215440重重的的核酸核酸1020681%无机盐无机盐2303.87612 第二节第二节 微生物的营养要素微生物的营养要素营养物（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。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，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。微生物获得与利用营养物质的过程通常称为营养。微生物细胞也和其他高等生物细胞一样，在元素水微生物细胞也和其他高等生物细胞一样，在元素水平都需要平都需要20种左右，且以种左右，且以C、H、O、N、S、P六种六种元素为主；在营养要素水平上都在六大类的范围内：元素为主；在营养要素水平上都在六大类的范围内：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、碳源（一、碳源（carbon source）凡是提供微生物营养所需的碳元素（碳架）的营养源，凡是提供微生物营养所需的碳元素（碳架）的营养源，称为碳源。可分为有机碳源和无机碳源。碳源是微生物需要称为碳源。可分为有机碳源和无机碳源。碳源是微生物需要量最大的营养物，又称大量营养物。量最大的营养物，又称大量营养物。碳碳源源物物质质的的功功能能 构构成成细细胞胞物物质质；为为机机体体提提供供整整个个生生理活动所需要的能量（异养微生物）。理活动所需要的能量（异养微生物）。微生物的碳源谱微生物的碳源谱 微生物可利用的碳源范围微生物可利用的碳源范围。无机含碳化合物：如无机含碳化合物：如CO2和碳酸盐等。和碳酸盐等。有有机机含含碳碳化化合合物物：糖糖与与糖糖的的衍衍生生物物、脂脂类类、醇醇类类。有有机机酸、烃类、芳香族化合物以及各种含氮的化合物。酸、烃类、芳香族化合物以及各种含氮的化合物。微微生生物物不不同同，利利用用上上述述含含碳碳化化合合物物的的能能力力不不同同，如如假假单单胞胞菌菌属属中中的的某某些些种种可可以以利利用用90种种以以上上的的不不同同类类型型的的碳碳源源物物质质；而而某某些些甲甲基基营营养养型型细细菌菌只只能能利利用用甲甲醇醇或或甲甲烷烷等等一一碳碳化化合合物物进进行生长。行生长。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、核酸等复杂蛋白质、核酸等牛肉膏、蛋白胨、花生饼粉牛肉膏、蛋白胨、花生饼粉等等CHON多数氨基酸、简单蛋白多数氨基酸、简单蛋白质等质等一般氨基酸、明胶等一般氨基酸、明胶等CHO糖、有机酸、醇、脂类糖、有机酸、醇、脂类等等葡萄糖、蔗糖、各种淀粉、葡萄糖、蔗糖、各种淀粉、糖蜜等糖蜜等CH烃类烃类天然气、石油及其不同馏份、天然气、石油及其不同馏份、石蜡油等石蜡油等无无机机碳碳C(?)COCO2CO2COXNaHCO3NaHCO3、CaCO3、白垩等、白垩等微生物的碳源谱微生物的碳源谱微生物依据碳源谱的分类微生物依据碳源谱的分类（1）异养微生物）异养微生物凡必须利用有机碳源的微生物为异养微生物。凡必须利用有机碳源的微生物为异养微生物。有些种类尤其是生长在动物血液、组织和肠道中的致有些种类尤其是生长在动物血液、组织和肠道中的致病菌，还须提供少量病菌，还须提供少量CO2作碳源才能满足其正常生作碳源才能满足其正常生长。长。（2）自养微生物）自养微生物凡以无机碳源为主要碳源的微生物为自养微生物。凡以无机碳源为主要碳源的微生物为自养微生物。二、氮源二、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。可分凡是提供微生物营养所需的氮元素的营养源，称为氮源。可分为有机氮源和无机氮源两类。为有机氮源和无机氮源两类。氮源物质的主要作用氮源物质的主要作用 是合成细胞是合成细胞 中含氮物质，少数中含氮物质，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。酸作为能源物质。微生物的氮源谱微生物的氮源谱 微生物能利用的氮源范围即氮源谱。微生物能利用的氮源范围即氮源谱。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、饼牛肉膏、酵母膏、饼粕粉、蚕蛹粉等粕粉、蚕蛹粉等NCHO尿素、一般氨基酸、简单蛋尿素、一般氨基酸、简单蛋白质等白质等尿素、蛋白胨、明胶尿素、蛋白胨、明胶等等无无机机氮氮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 微生物依据氮源谱的分类微生物依据氮源谱的分类（1）氨基酸自养型微生物）氨基酸自养型微生物 一部分微生物不需要氨基酸作氮源，它们能把尿素、铵一部分微生物不需要氨基酸作氮源，它们能把尿素、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。这样的微生物叫做氨基酸自养型微生物。酸。这样的微生物叫做氨基酸自养型微生物。人们可利用氨基酸自养型微生物将尿素、铵盐、硝酸盐甚人们可利用氨基酸自养型微生物将尿素、铵盐、硝酸盐甚至氮气等廉价氮源转化成菌体蛋白（至氮气等廉价氮源转化成菌体蛋白（SCP或食用菌等）或含或食用菌等）或含氮的代谢产物。氮的代谢产物。（2）氨基酸异养型微生物）氨基酸异养型微生物 凡需要从外界吸收现成的氨基酸做氮源的微生物叫做氨凡需要从外界吸收现成的氨基酸做氮源的微生物叫做氨基酸异养型微生物。基酸异养型微生物。三、能源三、能源 能为微生物的生命活动提供最初能量来源的营养物或辐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。微生物所能利用的能源范围叫能源谱。分为化学物质和射能。微生物所能利用的能源范围叫能源谱。分为化学物质和辐射能两类。辐射能两类。微生物的能源谱：微生物的能源谱：有机物：化能异养微生物的能源（同碳源）有机物：化能异养微生物的能源（同碳源）化学物质化学物质 能源谱：能源谱：无机物：化能自养微生物的能源（不同于碳源）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辐射能：光能自养和光能异养微生物的能源 由于各种异养微生物的能源就是其碳源，因此微生物的由于各种异养微生物的能源就是其碳源，因此微生物的能源谱较简单。能源谱较简单。微生物依据能源谱的分类微生物依据能源谱的分类（1）化能营养型微生物）化能营养型微生物以化学物质作为最初能量来源的微生物叫化能营养以化学物质作为最初能量来源的微生物叫化能营养型微生物。型微生物。（2）光能营养型微生物）光能营养型微生物以光这种辐射能作为最初能量来源的微生物叫光能以光这种辐射能作为最初能量来源的微生物叫光能营养型微生物。营养型微生物。微生物营养物功能的多重性微生物营养物功能的多重性（1）单功能营养物）单功能营养物辐射能是单功能的，只为光能微生物提供能源。辐射能是单功能的，只为光能微生物提供能源。（2）双功能营养物）双功能营养物 对一切异养微生物来说，其碳源又兼作能源，这种对一切异养微生物来说，其碳源又兼作能源，这种碳源（营养物）称双功能营养物。化能自养微生物碳源（营养物）称双功能营养物。化能自养微生物的能源物质无机养料常常是双功能的（如：的能源物质无机养料常常是双功能的（如：NH4+既既是硝酸细菌的能源，又是它的氮源。）是硝酸细菌的能源，又是它的氮源。）（3）多功能营养物）多功能营养物有机营养物常有双功能或三功能作用，既是异养微有机营养物常有双功能或三功能作用，既是异养微生物的能源，又是它们的碳源或氮源。生物的能源，又是它们的碳源或氮源。四、生长因子四、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。碳源或氮源自行合成的有机物。微生物的生长因子谱：微生物的生长因子谱：狭义一般指维生素。广义除维生素外，还包括碱基、狭义一般指维生素。广义除维生素外，还包括碱基、卟啉及其衍生物、甾醇、胺类、卟啉及其衍生物、甾醇、胺类、C4C6的分支或直链的分支或直链脂肪酸以及需要量较大的氨基酸。脂肪酸以及需要量较大的氨基酸。由于它没有能源、碳源和氮源等结构材料的功能，需由于它没有能源、碳源和氮源等结构材料的功能，需要量一般很少。要量一般很少。缺乏合成生长因子能力的微生物称为缺乏合成生长因子能力的微生物称为“营养缺陷营养缺陷型型”微生物。微生物。生长因子的功能生长因子的功能既不构成细胞主要物质，也不是能源物质，但有重要既不构成细胞主要物质，也不是能源物质，但有重要生理功能。生理功能。（1）构成酶的辅基或辅酶的成分，在代谢调节中起）构成酶的辅基或辅酶的成分，在代谢调节中起重要作用。重要作用。（2）构成核酸的组成部分。）构成核酸的组成部分。微生物依据对生长因子需要的分类微生物依据对生长因子需要的分类（1）生长因子自养型微生物）生长因子自养型微生物不不需需要要从从外外界界吸吸收收任任何何生生长长因因子子的的微微生生物物叫叫生生长长因因子自养型微生物。子自养型微生物。（2）生长因子异养型微生物）生长因子异养型微生物需需要要从从外外界界吸吸收收多多种种生生长长因因子子才才能能维维持持正正常常生生长长的的微生物叫生长因子异养型微生物。微生物叫生长因子异养型微生物。（3）生长因子过量合成微生物）生长因子过量合成微生物少少数数微微生生物物在在其其代代谢谢活活动动中中，能能合合成成并并分分泌泌大大量量的的维维生生素素等等生生长长因因子子，这这样样的的微微生生物物叫叫生生长长因因子子过过量量合成微生物。合成微生物。五、无机盐五、无机盐 是微生物生长必不可少的一类营养物质，可是微生物生长必不可少的一类营养物质，可为微生物提供除碳、氮以外的各种重要元素的无为微生物提供除碳、氮以外的各种重要元素的无机盐。包括大量元素和微量元素。机盐。包括大量元素和微量元素。大量元素：大量元素：P、S、K、Mg、Ca、Na、Fe等。等。（微生物生长所需浓度在（微生物生长所需浓度在10-310-4mol/L）微量元素：微量元素：Cu、Zn、Mn、Mo、Co等。等。（微生物生长所需浓度在（微生物生长所需浓度在10-610-8mol/L）一一般般微微生生物物生生长长所所需需要要的的无无机机盐盐有有：硫硫酸酸盐盐、磷磷酸酸盐盐、氯氯化化物物以以及及含含有有钠钠、钾钾、镁镁、铁铁等等金金属属元元素的化合物。素的化合物。无机盐的生理功能无机盐的生理功能 细胞内一般分子成分（细胞内一般分子成分（P、S、Ca、Ma、Fe等）等）一般功能一般功能 渗透压的维持（渗透压的维持（Na+等）等）生理调节物质生理调节物质 酶的激活剂（酶的激活剂（M g2+等）等）大量元素大量元素 pH的稳定的稳定无无 化能自养菌的能源（化能自养菌的能源（S、Fe2+、NH4+、NO2-等）等）机机 特殊功能特殊功能 盐盐 无氧呼吸时的氢受体（无氧呼吸时的氢受体（NO3-、SO42-等）等）酶的激活剂（酶的激活剂（Cu2+、Mn2+、Zn2+等）等）微量元素微量元素 特殊分子结构成分（特殊分子结构成分（Co、Mo等）等）无机元素的来源和功能元素元素人为提供形式人为提供形式生生 理理 功功 能能PKH2PO4、K2HPO4核酸、磷酸和辅酶的成分核酸、磷酸和辅酶的成分SMgSO4含硫氨基酸、含硫维生素成分含硫氨基酸、含硫维生素成分KKH2PO4、K2HPO4酶的辅因子、维持电位差和渗透压酶的辅因子、维持电位差和渗透压NaNaCl维持渗透压、某些细菌和蓝细菌需要维持渗透压、某些细菌和蓝细菌需要CaCa(NO3)2、CaCl2胞外酶稳定剂、蛋白酶辅因子、细菌芽孢和胞外酶稳定剂、蛋白酶辅因子、细菌芽孢和 真菌孢子形成真菌孢子形成MgMgSO4固氮酶辅因子、叶绿素成分固氮酶辅因子、叶绿素成分FeFeSO4Cyt成分；合成叶绿素、白喉毒素和氯高铁血红素所需成分；合成叶绿素、白喉毒素和氯高铁血红素所需MnMnSO4超氧化物歧化酶、氨肽酶、超氧化物歧化酶、氨肽酶、L-阿拉伯糖异构酶等的辅因子阿拉伯糖异构酶等的辅因子CuCuSO4氧化酶、酪氨酸酶的辅因子氧化酶、酪氨酸酶的辅因子ZnZnSO4碱性磷酸酶、脱氢酶、肽酶、脱羧酶辅因子碱性磷酸酶、脱氢酶、肽酶、脱羧酶辅因子Mo(NH4)6Mo7O24固氮酶和同化型及异化型硝酸盐还原酶的成分固氮酶和同化型及异化型硝酸盐还原酶的成分六、水分六、水分水分是生物细胞的主要化学成分，其重要的生水分是生物细胞的主要化学成分，其重要的生理功能表现在下列几个方面：理功能表现在下列几个方面：1、细胞的构成成分。、细胞的构成成分。2、一系列生理生化反应的反应介质、一系列生理生化反应的反应介质,参与许多参与许多生理生化反应。生理生化反应。3、维持细胞的膨压（控制细胞形态）。、维持细胞的膨压（控制细胞形态）。4、水的比热高，能有效的吸收代谢过程中放、水的比热高，能有效的吸收代谢过程中放出的热量，不致使细胞的温度骤然上升。有效出的热量，不致使细胞的温度骤然上升。有效地控制细胞内的温度变化。地控制细胞内的温度变化。5、维持各种生物大分子结构的稳定性。、维持各种生物大分子结构的稳定性。自养微生物自养微生物 光能自养微生物（光无机营养型）光能自养微生物（光无机营养型）化能自养微生物（化能无机营养型化能自养微生物（化能无机营养型)异养微生物异养微生物 光能异养微生物（光能有机营养型）光能异养微生物（光能有机营养型）化能异养微生物（化能有机营养型）化能异养微生物（化能有机营养型）第三节第三节 微生物的营养类型微生物的营养类型根据生长所需要的营养物质的性质，可将微生物分根据生长所需要的营养物质的性质，可将微生物分成两种基本的营养类型：成两种基本的营养类型：根据生长所需的碳源分为两种类型：根据生长所需的碳源分为两种类型：异养型生物：异养型生物：在生长时需要以复杂的有机物质作为营在生长时需要以复杂的有机物质作为营养物质。养物质。自养型生物：自养型生物：在生长时能以简单的无机物质作为营养在生长时能以简单的无机物质作为营养物质。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。生物。根据生长时能量的来源不同，又可将生物分成两根据生长时能量的来源不同，又可将生物分成两种类型：种类型：化能营养型生物：依化能营养型生物：依靠化合物氧化释放的能量进行生靠化合物氧化释放的能量进行生长。长。光能营养型生物：光能营养型生物：依靠光能进行生长。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。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。营养类型营养类型能源能源 氢供体氢供体基本碳源基本碳源实实例例光能无机营养型光能无机营养型(光能自养型光能自养型)光光无机物无机物CO2蓝细菌蓝细菌,紫硫细菌紫硫细菌,绿硫绿硫细菌细菌,藻类藻类光能有机营养型光能有机营养型(光能异养型光能异养型)光光有机物有机物CO2及简单及简单有机物有机物红螺菌科的细菌红螺菌科的细菌(即紫即紫色无硫细菌色无硫细菌)化能无机营养型化能无机营养型(化能自养型化能自养型)无机无机物物无机物无机物CO2硝化细菌硝化细菌,硫化细菌硫化细菌,铁铁细菌细菌,氢细菌氢细菌,硫磺细菌硫磺细菌等等化能有机营养型化能有机营养型(化能异养型化能异养型)有机有机物物有机物有机物有机物有机物绝大多数细菌和全部绝大多数细菌和全部真核微生物真核微生物微生物的营养类型第四节第四节营养物质进入细胞的方式营养物质进入细胞的方式 除原生动物外，其他各大类有细胞的微生物除原生动物外，其他各大类有细胞的微生物都是通过细胞膜的渗透和选择吸收作用从外界吸都是通过细胞膜的渗透和选择吸收作用从外界吸收营养物的。细胞膜运送营养物质有四种方式：收营养物的。细胞膜运送营养物质有四种方式：一、单纯扩散一、单纯扩散二、促进扩散二、促进扩散三、主动运送三、主动运送四、基团移位四、基团移位1、单纯扩散、单纯扩散(simple diffusion)又称被动扩散（又称被动扩散（passive diffusion）。）。细细胞胞膜膜在在无无载载体体蛋蛋白白的的参参与与下下，单单纯纯依依靠靠物物理理扩扩散散方方式式让让膜膜外外高高浓浓度度的的小小分分子子、非非电电离离分分子子尤尤其其是是亲亲水水性性分分子子被动通过的一种物质运送方式。被动通过的一种物质运送方式。特点：特点：（1）不通过膜上载体蛋白）不通过膜上载体蛋白（2）不消耗能量）不消耗能量（3）不能逆浓度梯度运送）不能逆浓度梯度运送（4）物物质质在在运运送送的的过过程程中中既既不不与与膜膜上上的的分分子子发发生生反反应，本身的结构也不发生变化应，本身的结构也不发生变化（5）运送的物质无特异性，种类不多。）运送的物质无特异性，种类不多。主主要要为为：H2O、O2、CO2、乙乙醇醇、甘甘油油、无无机机盐盐、代代谢抑制剂和某些氨基酸分子。谢抑制剂和某些氨基酸分子。单纯扩散模式图单纯扩散模式图细胞膜外细胞膜外细胞膜内细胞膜内细胞膜细胞膜三三指溶质在运送过程中，必须借助存在于细胞膜上的底物特指溶质在运送过程中，必须借助存在于细胞膜上的底物特异载体蛋白的协助，但不消耗能量的一种扩散性运送方式。异载体蛋白的协助，但不消耗能量的一种扩散性运送方式。2、促进扩散、促进扩散(facilitated diffusion/transport)特点特点（1）通过膜上载体蛋白的构象变化，把膜外高浓度溶质扩散通过膜上载体蛋白的构象变化，把膜外高浓度溶质扩散到膜内到膜内（2）不消耗能量不消耗能量（3）不能逆浓度梯度运送不能逆浓度梯度运送（4）物质在运送的过程中既不与膜上的分子发生反应，本身物质在运送的过程中既不与膜上的分子发生反应，本身的结构也不发生变化的结构也不发生变化（5）运送的物质有特异性（运送的物质有特异性（SO42-、PO43-、糖（真核生物）、糖（真核生物）促进扩散的运输方式多见于真核微生物中，例如通常在厌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。这种方式完成的。促进扩散模式图促进扩散模式图细胞膜细胞膜细胞膜外细胞膜外细胞膜内细胞膜内恢复原构象移位再循环结合构象改变3、主动运输、主动运输(Active transport)一一类类必必须须提提供供能能量量并并通通过过细细胞胞膜膜上上特特异异性性载载体体蛋蛋白白构构象象的的变变化化，而而使使膜膜外外环环境境中中低低浓浓度度的的溶溶质质运运入膜内的一种运送方式。入膜内的一种运送方式。主动运输是微生物吸收营养物质的主要方式。主动运输是微生物吸收营养物质的主要方式。运运送送的的对对象象有有：氨氨基基酸酸、乳乳糖糖等等糖糖类类、Na+、Ca2+等无机离子。等无机离子。特点：特点：物质在主动运输的过程中物质在主动运输的过程中（1）通通过过膜膜上上载载体体蛋蛋白白的的构构象象变变化化把把膜膜上上溶溶质质扩扩散散到膜内到膜内（2）消耗能量消耗能量（3）能逆浓度梯度运送能逆浓度梯度运送（4）物物质质在在运运送送的的过过程程中中既既不不与与膜膜上上的的分分子子发发生生反反应，本身的结构也不发生变化应，本身的结构也不发生变化（5）运送的物质有特异性运送的物质有特异性 主动运输模式图主动运输模式图细胞膜细胞膜细胞膜外细胞膜外细胞膜内细胞膜内恢复原构象移位再循环结合构象改变ADP+PiATP 一一类类需需载载体体蛋蛋白白的的参参与与，又又需需耗耗能能的的一一种种物物质质运运送方式，溶质在运送过程中还会发生分子结构的变化。送方式，溶质在运送过程中还会发生分子结构的变化。基团移位主要存在于厌氧和兼性厌氧型细菌中。基团移位主要存在于厌氧和兼性厌氧型细菌中。此此系系统统由由24种种蛋蛋白白组组成成，运运送送一一种种糖糖至至少少4种种蛋蛋白白参参与与；每每输输入入一一个个葡葡萄萄糖糖分分子子要要消消耗耗一一个个ATP的的能能量。量。4、基团移位、基团移位(Grouptranslocation)特点特点（1）通过膜上载体蛋白把膜上溶质扩散到膜内通过膜上载体蛋白把膜上溶质扩散到膜内（2）消耗能量消耗能量（3）能逆浓度梯度运送能逆浓度梯度运送（4）物物质质在在运运送送的的过过程程与与膜膜上上的的分分子子发发生生反反应应，本本身的结构发生变化身的结构发生变化（5）运运送送的的物物质质有有特特异异性性，主主要要用用于于运运送送各各种种糖糖类类、核苷酸、丁酸和腺嘌呤等核苷酸、丁酸和腺嘌呤等在酶在酶的作用下的作用下HPr被激活被激活在酶在酶的作用下的作用下P-HPr将磷酸转移给糖将磷酸转移给糖运送机制运送机制:是依靠磷酸转移酶系统是依靠磷酸转移酶系统,即磷酸烯醇即磷酸烯醇式丙酮酸式丙酮酸-己糖磷酸转移酶系统己糖磷酸转移酶系统.运送步骤运送步骤:分两步进行。分两步进行。1.1.热稳载体蛋白热稳载体蛋白(HPr)HPr)的激活的激活 细胞内高能化合物磷酸烯醇式丙酮酸（细胞内高能化合物磷酸烯醇式丙酮酸（PEPPEP）的磷的磷酸基团酸基团通过酶通过酶的作用把的作用把HPrHPr激活。激活。酶酶1 1 PEP+HPr PEP+HPr 丙酮酸丙酮酸+P-HPrP-HPrHPr是一种低分子量的可溶性蛋白，结合在细胞膜上，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。具有高能磷酸载体的作用。酶酶 是一种可溶性细胞质蛋白。是一种可溶性细胞质蛋白。HPr和酶和酶在磷酸转移酶系统中，均无底物特异性。在磷酸转移酶系统中，均无底物特异性。基团移位基团移位模式图模式图2 2、糖被磷酸化后运入膜内、糖被磷酸化后运入膜内（1）膜外环境中的糖先与膜外表面上的底物特异蛋白）膜外环境中的糖先与膜外表面上的底物特异蛋白酶酶c结合；结合；（2）糖分子被由糖分子被由PHPr 酶酶a 酶酶b 逐级传递来的逐级传递来的磷酸基团激活；磷酸基团激活；HPrP+G GP+HPr 3）通过酶通过酶c再把这一磷酸糖释放到细胞质中再把这一磷酸糖释放到细胞质中酶酶是一种结合于细胞膜上的蛋白，它对底物具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列与底物分子相应的酶 。酶酶 基团移位基团移位模式图模式图细胞膜外细胞膜外细胞膜内细胞膜内S SS SS SS S细胞膜细胞膜Enz2Enz2Enz2Enz2Enz2Enz2Enz2Enz2S SS SHPrHPrP P P PHPrHPr Enz1+Enz1+PEP PEP丙酮酸丙酮酸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结运输后物质的结构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第五节第五节 培养基培养基 培养基培养基是人工配制的、适合于微生物生长繁殖或积是人工配制的、适合于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微生物制品等的基础。任任何何培培养养基基都都应应具具备备微微生生物物生生长长所所需需要要的的六六大大类类营营养养要要素，且其间比例是合适的。素，且其间比例是合适的。难难养养菌菌：不不能能在在人人工工培培养养基基上上生生长长的的菌菌。为为少少数数寄寄生生或或共生菌，如：类支原体、类立克次氏体、少数寄生真菌。共生菌，如：类支原体、类立克次氏体、少数寄生真菌。制制作作培培养养基基时时应应尽尽快快配配制制并并灭灭菌菌，否否则则会会杂杂菌菌丛丛生生，并并破坏固有的成分和性质。破坏固有的成分和性质。一、选用和设计培养基的原则和方法一、选用和设计培养基的原则和方法（一）（一）四个原则四个原则1目的明确目的明确2营养协调营养协调3理化适宜理化适宜4经济节约经济节约1 1、目的明确、目的明确拟拟培培养养何何菌菌、获获何何产产物物、实实验验室室研研究究还还是是大大生生产产用用等等。等等。根根据据不不同同微微生生物物的的营营养养需需要要配配制制不不同同的的培培养养基基，如如自自养养型型微微生生物物的的培培养养基基完完全全可可以以（或或应应该该）由由简简单单的的无无机机物物质质组组成成。异异养养微微生生物物的的培培养养基基至至少少需需要要含含有有一一种有机物质。种有机物质。按按微微生生物物的的主主要要类类群群来来说说，又又有有细细菌菌、放放线线菌菌、酵酵母母菌菌和和霉霉菌菌之之分分。它它们们所所需需要要的的培培养养基基成成分分也也不不同同，分分别别称称为为牛牛肉肉膏膏蛋蛋白白胨胨培培养养基基，高高氏氏1号号合合成成培培养养基基，麦芽汁培养基，查氏合成培养基麦芽汁培养基，查氏合成培养基。2 2 、营养协调、营养协调微生物细胞内各成分间有一较稳定的比例。对微生物微生物细胞内各成分间有一较稳定的比例。对微生物细胞组成元素的调查分析是设计培养基时的重要参考细胞组成元素的调查分析是设计培养基时的重要参考依据。依据。（1）化能异养菌的培养基中各营养要素间的比例：）化能异养菌的培养基中各营养要素间的比例：各营养要素间在量上的比例大体符合十倍序列的递减规律。各营养要素间在量上的比例大体符合十倍序列的递减规律。要素：要素：H2O C+能源能源 N源源 P、S KMg 生长因子生长因子含量：含量：10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6（2）营养物对微生物生长的影响）营养物对微生物生长的影响 培养基中各营养物质之间的浓度比会直接影响培养基中各营养物质之间的浓度比会直接影响微生物的生长和繁殖，或影响代谢产物的形成和积微生物的生长和繁殖，或影响代谢产物的形成和积累。浓度合适的条件下才表现出良好的作用，在浓累。浓度合适的条件下才表现出良好的作用，在浓度大时会对微生物的生长起抑制作用（如糖类、重度大时会对微生物的生长起抑制作用（如糖类、重金属离子等在浓度大时抑菌或杀菌），浓度小时不金属离子等在浓度大时抑菌或杀菌），浓度小时不能满足微生物生长的需要。能满足微生物生长的需要。其中以培养基中的其中以培养基中的C/N更为明显。更为明显。碳氮比（碳氮比（C/N）在微生物的培养基中所含的碳源中在微生物的培养基中所含的碳源中的碳原子摩尔数与氮源中氮原子摩尔数之比。的碳原子摩尔数与氮源中氮原子摩尔数之比。配配制制培培养养基基时时要要注注意意C源源与与N源源之之间间的的相相对对比比例例，有重要意义。有重要意义。C/N的的高高低低直直接接影影响响各各类类微微生生物物的的生生长长和和繁繁殖殖。一一般般来来说说，真真菌菌需需C/N比比较较高高的的培培养养基基，细细菌菌尤尤其其是是动动物病原菌需物病原菌需C/N比较低的培养基。比较低的培养基。味味精精生生产产中中常常用用控控制制C/N以以满满足足菌菌体体大大量量繁繁殖殖（C/N=4/1），并满足谷氨酸的高产，并满足谷氨酸的高产（C/N=3/1）。3 3、理化适宜、理化适宜 指指培培养养基基的的pH值值、渗渗透透压压、水水活活度度和和氧氧化化还还原势等物理化学条件较为适宜。原势等物理化学条件较为适宜。（1 1）pHpH1）各类微生物生长适宜的各类微生物生长适宜的pH范围范围细菌：细菌：7.08.0；放线菌：放线菌：7.58.5；酵母菌：酵母菌：3.86.0；霉菌：霉菌：4.05.8；藻类：藻类：6.07.0；原生动物：原生动物：6.08.0。但但对对某某一一具具体体微微生生物物的的物物种种来来说说，其其生生长长的的最最适适pH范范围围常常可可突突破破此此界界限限，其其中中一一些些嗜嗜极极菌菌更为突出。更为突出。2）培养基）培养基pH值的控制调节值的控制调节 在在微微生生物物的的生生长长和和代代谢谢过过程程中中，由由于于营营养养物物质质的的利利用用和和代代谢谢产产物物的的形形成成与与积积累累，常常会会改改变变培培养养基基的的pH值值，为为了了维维持持培培养养基基pH值值的的相相对对恒恒定定，通常采用下列两种方式：通常采用下列两种方式：内内源源调调节节：在在培培养养基基里里加加一一些些缓缓冲冲剂剂或或不不溶溶性性的的碳酸盐；调节培养基的碳氮比。碳酸盐；调节培养基的碳氮比。内源调节方式有两种：内源调节方式有两种：借磷酸缓冲液进行调整借磷酸缓冲液进行调整 以以CaCO3或或NaHCO3作作“备用碱备用碱”进行调整进行调整外源调节：外源调节：按实际需要流加酸或碱液。按实际需要流加酸或碱液。（2 2）渗透压和水活度渗透压和水活度1）渗透压渗透压与与微微生生物物细细胞胞渗渗透透压压相相等等的的等等渗渗溶溶液液最最适适微微生生物物的生长的生长;高渗溶液会使细胞发生质壁分离高渗溶液会使细胞发生质壁分离;低低渗渗溶溶液液会会使使细细胞胞吸吸水水膨膨胀胀，对对于于细细胞胞壁壁脆脆弱弱或或缺壁菌会过度膨胀而死亡。缺壁菌会过度膨胀而死亡。大大多多数数微微生生物物适适合合在在等等渗渗的的环环境境下下生生长长，而而有有的的菌菌如如Staphylococcus aureus则则能能在在3mol/L NaCl的的高渗溶液中生长。高渗溶液中生长。能能在在高高盐盐环环境境（2.86.2/L NaCl）生生长长的的微微生生物物常被称为嗜盐微生物（常被称为嗜盐微生物（Halophiles）。）。2）水活度水活度（aW，wateractivity）v在在天天然然和和人人为为环环境境中中，微微生生物物可可实实际际利利用用的的自自由由水水或或游离水的含量游离水的含量。v其其涵涵义义为为：在在同同温温同同压压下下，某某溶溶液液的的蒸蒸汽汽压压与与纯纯水水蒸蒸汽压之比。汽压之比。aW=P/P0v各各种种微微生生物物的的生生长长繁繁殖殖范范围围的的aW值值在在0.9980.60之之间间，不同种类微生物生长繁殖所需要的不同种类微生物生长繁殖所需要的aW值不同。值不同。（3）氧化还原势（氧化还原势（Eh）1）各类微生物生长的）各类微生物生长的Eh值值Eh对对微微生生物物的的生生长长有有明明显显的的影影响响，各各种种微微生生物物生生长长所所要要求求的的Eh不同。不同。一般好氧菌生长一般好氧菌生长Eh的值为的值为+0.3+0.4V；兼兼性性厌厌氧氧菌菌在在+0.1V以以上上时时进进行行好好氧氧呼呼吸吸产产能能，在在+0.1V以以下时进行发酵产能；下时进行发酵产能；而厌氧菌只能生长在而厌氧菌只能生长在+0.1V以下的环境中。以下的环境中。2）培养基的）培养基的Eh值调节值调节在培养基中加入还原性物质能降低在培养基中加入还原性物质能降低Eh值以培养厌氧微生物值以培养厌氧微生物往往培培养养基基中中通通入入空空气气或或加加入入氧氧化化剂剂可可提提高高Eh值值以以培培养养好好氧氧微生物微生物4 经济节约经济节约配配制制培培养养基基时时，应应尽尽量量考考虑虑利利用用价价廉廉并并且且易易于于获获得得的的原原料料作作为为培培养养基基的的成成分分，特特别别是是在在工工业业发发酵酵中中，培培养养基基用用量量很很大大，更更应应该该考考虑虑到到这这一一点点，以以便便降降低低产品成本产品成本。要要注注意意：以以粗粗代代精精、以以“野野”代代“家家”、以以废废代代好好、以以简简代代繁繁、以以氮氮代代朊朊、以以纤纤代代糖糖、以以烃烃代代粮粮、以以“国国”代代“进进”。（二）（二）四种方法四种方法 1 生态模拟生态模拟2参阅文献参阅文献3精心设计精心设计4试验比较试验比较二、培养基的种类二、培养基的种类v按培养基的组成成分分类按培养基的组成成分分类v按培养基的物理状态分类按培养基的物理状态分类v按培养基的功能分类按培养基的功能分类根据所培养微生物的微生物类群来分根据所培养微生物的微生物类群来分细菌培养基细菌培养基营养肉汤（营养肉汤（nutrientbroth)：牛肉膏牛肉膏3g；蛋白胨；蛋白胨5g；水；水1000ml；pH7.27.4放线菌培养基放线菌培养基高氏高氏1号：号：可溶性淀粉可溶性淀粉20g；KNO31g;K2HPO41g；NaCl1g;MgSO40.5g；FeSO47H2O0.5g；水；水1000ml;pH7.27.4霉菌培养基霉菌培养基查氏（查氏（zapek)培养基：培养基：蔗糖蔗糖30g;KCl0.5g;MgSO4.H2O0.5g;K2HPO41g;FeSO40.5g；NaNO33g;水水1000ml;pH6.7酵母菌培养基酵母菌培养基麦芽汁培养基麦芽汁培养基（一）（一）按对培养基成分的了解分按对培养基成分的了解分1天然培养基天然培养基一一类类营营养养成成分分即即复复杂杂又又丰丰富富，且且难难以以说说出出其其确确切切化化学学组组分分的的培培养养基基。指指一一些些利利用用动动、植植物物或或微微生生物物体体，或或其其提提取取物物制制成成的的培培养养基基。例例如如：牛牛肉肉膏膏蛋蛋白白胨培养基（细菌）、麦芽汁培养基（酵母菌）等。胨培养基（细菌）、麦芽汁培养基（酵母菌）等。特特点点：营营养养丰