1、2021/3/141 營養物質是微生物生存的物質基礎營養物質是微生物生存的物質基礎,而營養是微生而營養是微生物維持和延續其生命形式的一種生理過程。物維持和延續其生命形式的一種生理過程。營養物質營養物質:能夠滿足機體生長、繁殖和完成各種能夠滿足機體生長、繁殖和完成各種生理活動所需要的物質生理活動所需要的物質.營營 養養:微生物獲得和利用營養物質的過程。微生物獲得和利用營養物質的過程。2021/3/1422021/3/143 營養物質按照它們在機體中的生理作用不同營養物質按照它們在機體中的生理作用不同,可以將它們區分可以將它們區分成六大類。成六大類。2021/3/144主要元素:碳、氫、氧、氮、磷

2、、硫、鉀、鎂、鈣等碳、氫、氧、氮、磷、硫、鉀、鎂、鈣等微量元素:鋅、錳、氯、鉬、硒、鈷、銅等鋅、錳、氯、鉬、硒、鈷、銅等占細菌細胞干重的占細菌細胞干重的97%第一節微生物的營養物質第一節微生物的營養物質一、微生物細胞的化學組成一、微生物細胞的化學組成構成微生物細胞的物質基礎是各種化學元素構成微生物細胞的物質基礎是各種化學元素!2021/3/1452021/3/1462021/3/1472021/3/148組成微生物細胞的各類化學元素的比例常組成微生物細胞的各類化學元素的比例常因微生物種類的不同而不同。因微生物種類的不同而不同。不僅如此不僅如此,微生物細胞的化學元素組成也微生物細胞的化學元素組成

3、也常隨菌齡及培養條件的不同而在一定范圍常隨菌齡及培養條件的不同而在一定范圍內發生變化。內發生變化。2021/3/149營養物質主要功用營養物質主要功用:供給微生物合成細供給微生物合成細胞物質的原料胞物質的原料;用以產生能量用以產生能量;有的營養有的營養物如維生素主要用于調節新陳代謝。物如維生素主要用于調節新陳代謝。2021/3/14101.碳源碳源凡是能提供微生物細胞物質和代謝產物中碳素來源的營養物稱凡是能提供微生物細胞物質和代謝產物中碳素來源的營養物稱為碳源。為碳源。（1）定義）定義2021/3/14112021/3/14122021/3/14132021/3/14142021/3/1415

4、2021/3/14162021/3/14172021/3/14182021/3/14192021/3/14202021/3/1421凡是能被用來構成菌體物質中或代謝產物中氮素來源凡是能被用來構成菌體物質中或代謝產物中氮素來源的營養物質稱為氮源。的營養物質稱為氮源。1.氮源氮源氮是組成微生物蛋白質、酶和核酸的成分。氮是組成微生物蛋白質、酶和核酸的成分。 2021/3/1422氮源譜氮源譜有機氮無機氮NH3銨鹽硝酸鹽N2蛋白質核酸氨基酸尿素2021/3/14232021/3/1424氨基酸自養型生物氨基酸自養型生物:一部分微生物是不需要利用氨基酸作一部分微生物是不需要利用氨基酸作為氮源的為氮源的,

5、但能把尿素、銨鹽、硝酸鹽甚至氮氣等簡單氮但能把尿素、銨鹽、硝酸鹽甚至氮氣等簡單氮源自行合成自身所需要氨基酸。源自行合成自身所需要氨基酸。氨基酸異養型生物氨基酸異養型生物:反之反之,凡需要從外界吸收現成的氨基凡需要從外界吸收現成的氨基酸作為氮源的微生物。酸作為氮源的微生物。常用的蛋白質類氮源包括蛋白胨、魚粉、蠶蛹、黃豆餅常用的蛋白質類氮源包括蛋白胨、魚粉、蠶蛹、黃豆餅粉、玉米漿、牛肉浸膏、酵母浸膏等粉、玉米漿、牛肉浸膏、酵母浸膏等按氮源的不同按氮源的不同,生物可分為生物可分為:2021/3/14253.能源能源能源能源:能為微生物的生命活動提供最初能量來源營養物能為微生物的生命活動提供最初能量來

6、源營養物或輻射能或輻射能能源譜能源譜化學物質輻射能化能異養微生物的能源有機物無機物化能自養微生物的能源光能自養和光能異養微生物的能源2021/3/14262021/3/1427在配制培養基時在配制培養基時, ,首選加入磷酸氫二鉀首選加入磷酸氫二鉀和硫酸鎂和硫酸鎂, ,基本可以同時提供基本可以同時提供4 4種需要量種需要量最大的元素。最大的元素。2021/3/14285.生長因子生長因子生長因子生長因子:那些微生物生長所必需而且需要量很小那些微生物生長所必需而且需要量很小,但但微生物自身不能合成的或合成量不足以滿足機體生長微生物自身不能合成的或合成量不足以滿足機體生長需要的有機化合物需要的有機化

7、合物 根據生長因子的化學結構和它們在機體中的生理根據生長因子的化學結構和它們在機體中的生理功能的不同功能的不同, ,可將生長因子分為維生素可將生長因子分為維生素(vitamin)(vitamin)、氨基酸與嘌呤及嘧啶三大類。氨基酸與嘌呤及嘧啶三大類。生長因子可以從酵母膏、玉米漿、麥芽汁、血液生長因子可以從酵母膏、玉米漿、麥芽汁、血液或血清中獲得。或血清中獲得。2021/3/14292021/3/1430微微 生生 物物 生長因子生長因子 需要量（需要量（ml-1III型肺炎鏈球菌（型肺炎鏈球菌（Streptococcus pneumoniae）膽堿膽堿 6ug金黃色葡萄球菌（金黃色葡萄球菌（S

8、taphylococcus aureus）硫胺素硫胺素 0.5ng白喉棒桿菌（白喉棒桿菌（Cornebacterium diphtherriae）B-丙氨酸丙氨酸 1.5ug破傷風梭狀芽孢桿菌（破傷風梭狀芽孢桿菌（Clostridium tetani）尿嘧啶尿嘧啶 0-4ug腸膜狀串珠菌（腸膜狀串珠菌（Leuconostoc mesenteroides）吡哆醛吡哆醛 0.025ug2021/3/14312021/3/14322021/3/14332021/3/14342021/3/14356.水水生理功能主要有生理功能主要有起到溶劑與運輸介質的作用起到溶劑與運輸介質的作用;參與細胞內一系列化學

9、反應參與細胞內一系列化學反應;維持蛋白質、核酸等生物大分子穩定的天然構象維持蛋白質、核酸等生物大分子穩定的天然構象;通過水合作用與脫水作用控制由多亞基組成的結構通過水合作用與脫水作用控制由多亞基組成的結構熱的良好導體熱的良好導體;2021/3/1436第二節微生物的營養營養類型第二節微生物的營養營養類型2021/3/14372021/3/14382021/3/14392021/3/14402021/3/14412021/3/14422021/3/14432021/3/14442021/3/14452021/3/14462021/3/14472021/3/14482021/3/14492021/

10、3/14502021/3/1451第三節營養物質進入細胞的方式第三節營養物質進入細胞的方式營養物質能否進入細胞取決于三個方面的因素營養物質能否進入細胞取決于三個方面的因素:營養物質本身的性質（相對分子量、質量、溶解性、營養物質本身的性質（相對分子量、質量、溶解性、電負性等電負性等微生物所處的環境（溫度、微生物所處的環境（溫度、PHPH等）等）; ;微生物細胞的透過屏障（原生質膜、細胞壁、莢微生物細胞的透過屏障（原生質膜、細胞壁、莢膜等）。膜等）。2021/3/1452根據物質運輸過程的特點根據物質運輸過程的特點,可將物質的運輸方式分為可將物質的運輸方式分為自由擴散自由擴散促進擴散促進擴散主動運

11、輸主動運輸基團轉移基團轉移2021/3/14531 1自由擴散自由擴散原生質膜是一種半透性膜原生質膜是一種半透性膜, ,營養物質通過原生質營養物質通過原生質膜上的小孔膜上的小孔, ,由高濃度的胞外環境向低濃度的胞內進由高濃度的胞外環境向低濃度的胞內進行擴散。行擴散。特點特點物質在擴散過程中沒有發生任何反應物質在擴散過程中沒有發生任何反應; ;不消耗能量不消耗能量; ;不能逆濃度運輸不能逆濃度運輸; ;運輸速率與膜內外物質的濃度差成正比運輸速率與膜內外物質的濃度差成正比2021/3/1454水是唯一可以通過擴散自由通過原生質膜的分子水是唯一可以通過擴散自由通過原生質膜的分子, ,脂脂肪酸、乙醇、

12、甘油、一些氣體（肪酸、乙醇、甘油、一些氣體（O2O2、CO2CO2）及某些氨及某些氨基酸在一定程度上也可通過自由擴散進出細胞。基酸在一定程度上也可通過自由擴散進出細胞。 2021/3/14552 2協助擴散協助擴散特特點點不消耗能量不消耗能量參與運輸的物質本身的分子結構不發生變化參與運輸的物質本身的分子結構不發生變化不能進行逆濃度運輸。不能進行逆濃度運輸。運輸速率與膜內外物質的濃度差成正比運輸速率與膜內外物質的濃度差成正比需要細胞膜上的載體蛋白（透過酶）參與需要細胞膜上的載體蛋白（透過酶）參與被運輸物質與載體蛋白有高度的特異性被運輸物質與載體蛋白有高度的特異性2021/3/1456 通過促進擴

13、散進入細胞的營養物質主要有氨基通過促進擴散進入細胞的營養物質主要有氨基酸、單糖、維生素及無機鹽等。一般微生物通過專一酸、單糖、維生素及無機鹽等。一般微生物通過專一的載體蛋白運輸相應的物質的載體蛋白運輸相應的物質,但也有微生物對同一物但也有微生物對同一物質的運輸由一種以上的載體蛋白來完成。質的運輸由一種以上的載體蛋白來完成。 2021/3/14573 3主動運輸主動運輸2021/3/14582021/3/14592021/3/1460基團轉位又稱為磷酸烯醇式丙酮酸基團轉位又稱為磷酸烯醇式丙酮酸-磷酸糖轉移酶運輸磷酸糖轉移酶運輸系統（系統（PTS）,PTS 通常由五種蛋白質組成通常由五種蛋白質組成

14、,包括酶包括酶I、酶酶II（包包括括a、b、c三三種亞基）和一種低相對分子量的熱穩定蛋白質種亞基）和一種低相對分子量的熱穩定蛋白質（HPr）。）。4 4基團移位基團移位基團移位是另一種類型的主動運輸基團移位是另一種類型的主動運輸,它與主動運輸相比它與主動運輸相比,營營養物質在運輸過程中發生了化學變化（糖在運輸的過程中發生養物質在運輸過程中發生了化學變化（糖在運輸的過程中發生了磷酸化）。其余特點與主動運輸相同。了磷酸化）。其余特點與主動運輸相同。PEP-P + HPr HPr-p + 丙酮酸丙酮酸 P - HPr +糖糖糖糖-P +HPr2021/3/1461基團轉移主要存在于厭氧型和兼性厭氧型

15、細胞中基團轉移主要存在于厭氧型和兼性厭氧型細胞中,主要用于糖的運輸主要用于糖的運輸,脂肪酸、核苷、堿基等也可以通過脂肪酸、核苷、堿基等也可以通過這種方式運輸。這種方式運輸。2021/3/14622021/3/1463每輸入一分子葡萄糖要消耗一個每輸入一分子葡萄糖要消耗一個ATPATP2021/3/1464比較項目比較項目 單純擴散單純擴散 促進擴散促進擴散 主動運輸主動運輸 基團移位基團移位特異載體蛋白特異載體蛋白 無無 有有 有有 有有運送速度運送速度 慢慢 快快 快快 快快溶質運送方向溶質運送方向 由濃至稀由濃至稀 由濃至稀由濃至稀 由稀至濃由稀至濃由稀至濃由稀至濃平衡時內外濃度平衡時內外

16、濃度 內外相等內外相等 內外相等內外相等 內部高內部高內部高內部高運送分子運送分子 無特異性無特異性 特異性特異性 特異性特異性特異性特異性能量消耗能量消耗 不需要不需要 需要需要 需要需要需要需要運送前后溶質運送前后溶質 分子不變分子不變 不變不變 不變不變改變改變載體飽和效應載體飽和效應無無 有有 有有 有有與溶質類似物與溶質類似物 無競爭性無競爭性 有競爭性有競爭性有競爭性有競爭性有競爭性有競爭性運送抑制劑運送抑制劑 無無 有有 有有 有有運送對象舉例運送對象舉例 水、水、O O2 2 糖、糖、SOSO4 42-2-氨基酸氨基酸 乳糖乳糖 葡萄糖葡萄糖 嘌呤嘌呤四種運送營養方式的比較四種

17、運送營養方式的比較2021/3/1465第四節培養基第四節培養基培養基是人工配制的培養基是人工配制的, ,適合微生物生長繁殖或產生代適合微生物生長繁殖或產生代謝產物的營養基質。謝產物的營養基質。培養基幾乎是一切對微生物進行研究和利用工作的基礎培養基幾乎是一切對微生物進行研究和利用工作的基礎任何培養基都應該具備微生物生長所需要六大營養要素任何培養基都應該具備微生物生長所需要六大營養要素: :碳源、氮源、無機鹽、能源、生長因子、水碳源、氮源、無機鹽、能源、生長因子、水任何培養基一旦配成任何培養基一旦配成, ,必須立即進行滅菌處理必須立即進行滅菌處理; ;常規高壓蒸汽滅菌常規高壓蒸汽滅菌: 1.05

18、kg/cm2,121.315-30分鐘分鐘2021/3/1466一、選用和設計培養基的原則和方法一、選用和設計培養基的原則和方法目的明確目的明確營養協調營養協調理化條件適宜理化條件適宜經濟節約經濟節約2021/3/14671.目的明確目的明確根據不同的微生物的營養要求配制針對強的培養基。根據不同的微生物的營養要求配制針對強的培養基。培養化能自養型的氧化硫桿菌的培養基組成為培養化能自養型的氧化硫桿菌的培養基組成為: :S 10g MgSOS 10g MgSO4 4.7H.7H2 2O 0.5g NHO 0.5g NH4 4) )2 2SOSO4 4 0.4g FeSO 0.4g FeSO4 4

19、0.01g H0.01g H2 2POPO4 4 4g CaCl 4g CaCl2 2 0.25g H 0.25g H2 2O 1000mlO 1000ml培養化能異養的大腸桿菌一種培養基是由下列化學成分組成培養化能異養的大腸桿菌一種培養基是由下列化學成分組成: :葡萄糖葡萄糖 5 5g NH4H2PO4 1g NaCl 5g g NH4H2PO4 1g NaCl 5g MgSO4.7H2O 0.2g K2HPO4 1g H2O 1000mlMgSO4.7H2O 0.2g K2HPO4 1g H2O 1000ml2021/3/1468常見的培養四大類微生物的培養基常見的培養四大類微生物的培養基

20、細菌（牛肉膏蛋白胨培養基）細菌（牛肉膏蛋白胨培養基）: :牛肉膏牛肉膏 3 3g g 蛋白胨蛋白胨 10 10g NaCl 5g Hg NaCl 5g H2 2O O 1000ml1000ml放線菌（高氏放線菌（高氏1 1號）號）淀粉淀粉 20 20g K2HPO4 0.5g NaCl 0.5g MgSO4.7H2O g K2HPO4 0.5g NaCl 0.5g MgSO4.7H2O 0.5g KNO3 1g FeSO4 0.01g H2O 1000ml0.5g KNO3 1g FeSO4 0.01g H2O 1000ml酵母菌酵母菌( (麥芽汁培養基麥芽汁培養基) )干麥芽粉加四倍水干麥芽

21、粉加四倍水, ,在在50-6050-60保溫糖化保溫糖化3-43-4小時小時, ,用碘液試用碘液試驗檢查至糖化完全為止驗檢查至糖化完全為止, ,調整糖液濃度為調整糖液濃度為1010。巴林。巴林, ,煮沸后煮沸后, ,沙沙布過濾布過濾, ,調調PHPH為為6.06.0。霉菌（查氏合成培養基）霉菌（查氏合成培養基）N a N O 3 3 g K 2 H P O 4 1 g K C l 0 . 5 g N a N O 3 3 g K 2 H P O 4 1 g K C l 0 . 5 g MgSO4.7H2O 0.5gFeSO4 0.01g MgSO4.7H2O 0.5gFeSO4 0.01g 蔗糖

22、蔗糖 30 30g H2O g H2O 1000ml1000ml2021/3/14692.營養協調營養協調培養基中營養物質濃度合適時微生物才能生長良好培養基中營養物質濃度合適時微生物才能生長良好,營養物營養物質濃度過低時不能滿足微生物正常生長所需質濃度過低時不能滿足微生物正常生長所需,濃度過高時則可能濃度過高時則可能對微生物生長起抑制作用。對微生物生長起抑制作用。培養基中各營養物質之間的濃度配比也直接影響微生物培養基中各營養物質之間的濃度配比也直接影響微生物的生長繁殖和代謝產物的形成和積累的生長繁殖和代謝產物的形成和積累,其中碳氮比（其中碳氮比（C/N）的的影響較大。影響較大。碳氮比指培養基中

23、碳元素與氮元素的物質的量比值碳氮比指培養基中碳元素與氮元素的物質的量比值,有時也有時也指培養基中還原糖與粗蛋白之比。指培養基中還原糖與粗蛋白之比。例如例如,在利用微生物發酵生產谷氨酸的過程中在利用微生物發酵生產谷氨酸的過程中,培養培養基碳氮比為基碳氮比為4/1時時,菌體量繁殖菌體量繁殖,谷氨酸積累少谷氨酸積累少;當培養當培養基碳氮比為基碳氮比為3/1時時,菌體繁殖受到抑制菌體繁殖受到抑制,谷氨酸產量則谷氨酸產量則大量增加。大量增加。2021/3/14703.理化條件適宜理化條件適宜pH水活度水活度氧化還原電位氧化還原電位2021/3/1471a. pH培養基的培養基的pH必須控制在一定的范圍內

24、必須控制在一定的范圍內,以滿足不同類型以滿足不同類型微生物的生長繁殖或產生代謝產物。微生物的生長繁殖或產生代謝產物。通常培養條件通常培養條件:細菌與放線菌細菌與放線菌:pH77.5酵母菌和霉菌酵母菌和霉菌:pH4.56范圍內生長范圍內生長為了維持培養基為了維持培養基pH的相對恒定的相對恒定,通常在培養基中加入通常在培養基中加入pH緩沖劑緩沖劑,或在進行工業發酵時補加酸、堿。或在進行工業發酵時補加酸、堿。2021/3/1472b. 水活度水活度在天然環境中在天然環境中, ,微生物可實際利用的自由水或游離水的含量微生物可實際利用的自由水或游離水的含量, ,一般用在一定的溫度和壓力條件下一般用在一定

25、的溫度和壓力條件下, ,溶液的蒸汽壓力與同樣條溶液的蒸汽壓力與同樣條件下純水蒸汽壓力之比表示件下純水蒸汽壓力之比表示, ,即即: :w=Pw/Pw=Pw/Po ow w式中式中PwPw代表溶液蒸汽壓力代表溶液蒸汽壓力, , P PO Ow w代表純水蒸汽壓力。代表純水蒸汽壓力。純水純水ww為為1.00,1.00,溶液中溶質越多溶液中溶質越多, , ww越小越小。微生物一般在微生物一般在ww為為0.600.600.990.99的條件下生長的條件下生長, , ww過低時過低時, ,微生物生長的遲緩期延長微生物生長的遲緩期延長, ,比生長速率和總生長量減少。比生長速率和總生長量減少。微生物不同微生物

26、不同, ,其生長的最適其生長的最適ww不同。不同。2021/3/1473c. 氧化還原電位氧化還原電位氧化還原電位又稱氧化還原電勢（氧化還原電位又稱氧化還原電勢（redox potential）,是度量是度量某氧化還原系統中的還原劑釋放電子或氧化劑接受電子趨勢某氧化還原系統中的還原劑釋放電子或氧化劑接受電子趨勢的一種指標的一種指標,其單位是其單位是V（伏）或伏）或mV（毫伏）。毫伏）。不同類型微生物生長對氧化還原電位的要求不同不同類型微生物生長對氧化還原電位的要求不同好氧性微生物好氧性微生物:+0.1+0.1伏以上時可正常生長伏以上時可正常生長, ,以以+0.3+0.3+0.4+0.4伏為宜伏

27、為宜; ;厭氧性微生物厭氧性微生物: :低于低于+0.1+0.1伏條件下生長伏條件下生長; ;兼性厭氧微生物兼性厭氧微生物:+0.1:+0.1伏以上時進行好氧呼吸伏以上時進行好氧呼吸, , +0.1 +0.1伏以下時進行發酵。伏以下時進行發酵。氧化還原電位就是用來反映水溶液中所有物質表現出來的宏觀氧化-還原性。2021/3/14744. 經濟節約經濟節約以粗代精以粗代精以野代家以野代家以廢代好以廢代好以國代進以國代進以簡代繁以簡代繁以氮代朊以氮代朊以烴代糧以烴代糧以纖代糖以纖代糖2021/3/14751.1.天然培養基天然培養基: : 化學成分不完全了解或化學成化學成分不完全了解或化學成分不恒

28、定的天然有機物配制的培養基。如動植分不恒定的天然有機物配制的培養基。如動植物汁液物汁液, ,土壤浸出液土壤浸出液, , 等配制成培養基。配制方等配制成培養基。配制方便便, ,經濟。經濟。如如: :2021/3/1476 2.2.合成培養基合成培養基: : 由已知化學藥品配成由已知化學藥品配成, ,成分成分和濃度都已完全知道和濃度都已完全知道, ,每一次配制也基本恒定。每一次配制也基本恒定。這種培養基成分精確這種培養基成分精確, ,重復性強重復性強, ,多用于實驗室多用于實驗室, ,費用較高。費用較高。如如: :2021/3/1477l牛肉膏牛肉膏 瘦牛肉組織浸出汁濃縮而成的膏瘦牛肉組織浸出汁濃縮而成的膏狀物質狀物質, ,富含水溶性碳水化合物富含水溶性碳水化合物, ,有機氮有機氮化合物化合物, ,維生素維生素, ,鹽等。鹽等。l蛋白胨蛋白胨 將肉將肉, ,酪素或明膠用酸或蛋白酶酪素或明膠用酸或蛋白酶水解后干燥而成的粉末狀物質水解后干燥而成的粉末狀物質, ,富含有機富含有機氮化合物氮化合物, ,也含有一些維生素和碳水化合也含有一些維生素和碳水化合物。物。l酵母膏酵母膏 酵母細胞的水溶性提取物濃縮而酵母細胞的水溶性提取物濃縮而成的膏狀物質成的膏狀物質 , ,富含類維生素富含類維生素, ,也含有有也含有有機氮化合物和碳