1、第四章第四章 微生物的營養微生物的營養 營養物質是微生物生存的物質基礎，而營養是營養物質是微生物生存的物質基礎，而營養是微生物維持和延續其生命形式的一種生理過程。微生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（nutrient） :能夠滿足機體生長、繁殖能夠滿足機體生長、繁殖和完成各種生理活動所需要的物質和完成各種生理活動所需要的物質.營養（或叫營養作用，營養（或叫營養作用，nutrition ） :微生物獲得微生物獲得和利用營養物質的過程。和利用營養物質的過程。第一節微生物的營養六要第一節微生物的營養六要素素一、微生物的化學組成一、微生物的化學組成主要元素主要元素：碳、氫、氧、

2、氮、磷、硫、鉀、鎂、鈣等碳、氫、氧、氮、磷、硫、鉀、鎂、鈣等微量元素：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% 二、微生物的營養要素二、微生物的營養要素六要素六要素：碳源碳源、氮源、能源、生長因子、無機鹽和水、氮源、能源、生長因子、無機鹽和水 營養物質按照它們在機體中的生理作用不同，可以營養物質按照它們在機體中的生理作用不同，可以將它們區分成六大類。將它們區分成六大類。1.碳源（碳源（carbon source）在微生物生長過程中能為微生物提供碳素來源的物質在微生物生長過程中能為微生物提供碳素來源的物質碳源譜碳源譜有機碳有機碳無機

3、碳無機碳異養微生物異養微生物自養微生物自養微生物 微生物不同，利用上述含碳化合物的能力不同，如假微生物不同，利用上述含碳化合物的能力不同，如假單胞菌屬中的某些種可以利用單胞菌屬中的某些種可以利用90種以上的不同類型的種以上的不同類型的碳源物質；而某些甲基營養型細菌只能利用甲醇或甲碳源物質；而某些甲基營養型細菌只能利用甲醇或甲烷等一碳化合物進行生長。烷等一碳化合物進行生長。無機含碳化合物：無機含碳化合物：如如CO2和碳酸鹽等。和碳酸鹽等。有機含碳化合物：有機含碳化合物：糖與糖的衍生物、脂類、醇類。糖與糖的衍生物、脂類、醇類。有機酸、烴類、芳香族化合物以及各種含氮的化合有機酸、烴類、芳香族化合物以

4、及各種含氮的化合物。物。目前在微生物工業發酵中所利用的碳源物質主要是目前在微生物工業發酵中所利用的碳源物質主要是單糖、淀粉、麩皮、米糠等。單糖、淀粉、麩皮、米糠等。表表41微生物的碳源譜微生物的碳源譜類型元素水平 化合物水平 培養基原料水平有機碳CHONX復雜蛋白質、核酸等牛肉膏、蛋白胨、花生餅粉等CHON多數氨基酸、簡單蛋白質等一般氨基酸、明膠等CHO糖、有機酸、醇、脂類等葡萄糖、蔗糖、各種淀粉、糖蜜等CH烴類天然氣、石油及其不同餾份、石蠟油等無機碳C(?)COCO2CO2COXNaHCO3NaHCO3、CaCO3、白堊等對于為數眾多的化能異養微生物來說，碳源是兼有對于為數眾多的化能異養微生

5、物來說，碳源是兼有能源功能營養物。能源功能營養物。 碳源物質的功能：碳源物質的功能：構成細胞物質；為機體提供整個生構成細胞物質；為機體提供整個生理活動理活動所需要的能量（異養微生物）。所需要的能量（異養微生物）。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(nitrogen source) 氮源譜氮源譜有機氮有機氮無機氮無機氮NH3銨鹽銨鹽硝酸鹽硝酸鹽N2蛋白質蛋白質核酸核酸氨基酸氨基酸尿素尿素表表42 微生物的氮源譜微生物的氮源譜類型 元素水平化合物水平培養基原料水平有機氮NCHOX復雜蛋白質

6、、核酸等牛肉膏、酵母膏、餅粕粉、蠶蛹粉等NCHO尿素、一般氨基酸、簡單蛋白質等尿素、蛋白胨、明膠等無機氮NHNH3、銨鹽等(NH4)2SO4等NO硝酸鹽等KNO3等NN2空氣實驗室常用的無機氮源實驗室常用的無機氮源有碳酸銨、硝酸鹽、硫酸銨、尿素、有碳酸銨、硝酸鹽、硫酸銨、尿素、蛋白胨、牛肉膏、酵母膏等。蛋白胨、牛肉膏、酵母膏等。生產上常用的氮源生產上常用的氮源有硝酸鹽、銨鹽、尿素、氨以及蛋白含量有硝酸鹽、銨鹽、尿素、氨以及蛋白含量較高的魚粉、蠶蛹粉、黃豆餅粉、花生餅份、玉米漿等。較高的魚粉、蠶蛹粉、黃豆餅粉、花生餅份、玉米漿等。 氨基酸自養型生物：氨基酸自養型生物：能利用尿素、銨鹽、硝酸鹽甚至

7、氮能利用尿素、銨鹽、硝酸鹽甚至氮氣的生物氣的生物.多數微生物可以利用無機含氮化合物作為氮源，多數微生物可以利用無機含氮化合物作為氮源，也可以利用有機含氮化合物作為氮源。也可以利用有機含氮化合物作為氮源。氨基酸自異養型生物：氨基酸自異養型生物：但有些微生物沒有將無機氮合成有但有些微生物沒有將無機氮合成有機氮的能力，它們不能把尿素、銨鹽等這些無機氮源自行機氮的能力，它們不能把尿素、銨鹽等這些無機氮源自行合成他們生長所需的氨基酸，而需要從外界吸收現成的氨合成他們生長所需的氨基酸，而需要從外界吸收現成的氨基酸作為氮源才能生長，這類微生物叫做氨基酸異養型微基酸作為氮源才能生長，這類微生物叫做氨基酸異養型

8、微生物，也叫營養缺陷型。生物，也叫營養缺陷型。按氮源的不同生物可分為：按氮源的不同生物可分為：氮源物質的主要作用氮源物質的主要作用是合成細胞物質中含氮物質，是合成細胞物質中含氮物質，少數自養細菌能利用銨鹽、硝酸鹽作為機體生長的少數自養細菌能利用銨鹽、硝酸鹽作為機體生長的氮源與能源，某些厭氧細菌在厭氧與糖類物質缺乏氮源與能源，某些厭氧細菌在厭氧與糖類物質缺乏的條件下，也可以利用氨基酸作為能源物質。的條件下，也可以利用氨基酸作為能源物質。3.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能源：能為微生物的生命活動提供最初能量來源營養物或輻射能物或輻射能能源譜能源譜化學物質化學物質輻射能輻射

9、能化能異養微生物的能源化能異養微生物的能源有機物有機物無機物無機物化能自養微生物的能源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光能自養和光能異養微生物的能源化能自養微生物的能源物質化能自養微生物的能源物質都是一些還原態的無機都是一些還原態的無機物質，例如：物質，例如：NH4+、NO2-、S、H2S、H2、Fe2+ 等，能利用這些物質作為能源的全部是細菌，如：等，能利用這些物質作為能源的全部是細菌，如：硝酸細菌、亞硝酸菌、硫化細菌、硫細菌、鐵細菌、硝酸細菌、亞硝酸菌、硫化細菌、硫細菌、鐵細菌、硫細菌、氫細菌和鐵細菌等。這些無機養料常常是硫細菌、氫細菌和鐵細菌等。這些無機養料常常是雙功能

10、的（如：雙功能的（如： NH4+ 既是硝酸細菌的能源，又是既是硝酸細菌的能源，又是它的氮源。）它的氮源。） 有機營養物有機營養物常有雙功能或三功能作用，既是異常有雙功能或三功能作用，既是異養微生物的能源，又是它們的碳源或氮源。養微生物的能源，又是它們的碳源或氮源。 輻射能是單功能的，只為光能微生物提供能源。輻射能是單功能的，只為光能微生物提供能源。4.生長因子生長因子（growth factor）生長因子：那些微生物生長所必需而且需要量很小，生長因子：那些微生物生長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滿足機體生但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

11、物長需要的有機化合物 主要包括維生素、氨基酸、嘌呤和嘧啶（堿基）及其衍生物，主要包括維生素、氨基酸、嘌呤和嘧啶（堿基）及其衍生物，此外還有甾醇、此外還有甾醇、 胺類、脂肪酸等等。胺類、脂肪酸等等。 缺乏合成生長因子能力的微生物稱為缺乏合成生長因子能力的微生物稱為“營養缺陷型營養缺陷型”微生微生物。物。 5.礦質元素礦質元素(無機鹽無機鹽) 是微生物生長必不可少的一類營養物質，它們為機是微生物生長必不可少的一類營養物質，它們為機體生長提供多種重要的生理功能。體生長提供多種重要的生理功能。作用作用參與微生物中氨基酸和酶的組成；參與微生物中氨基酸和酶的組成；調節微生物的原生質膠體狀態，維持調節微生物

12、的原生質膠體狀態，維持細胞的滲透與平衡細胞的滲透與平衡酶的激活劑。酶的激活劑。微量元素微量元素: 通常需要量在通常需要量在10-6-10-8mol/L：鋅、錳、鈉、氯、鉬鋅、錳、鈉、氯、鉬、硒、鈷、銅、鎢、鎳、硼等。、硒、鈷、銅、鎢、鎳、硼等。 根據微生物對礦質元素需要量大小可以把它分成根據微生物對礦質元素需要量大小可以把它分成大量元素：大量元素：Na、K、Mg、Ca、S、P等。等。6.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

13、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；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異養型生物異養型生物自養型生物自養型生物生長所需要的營養物質生長所需要的營養物質生物生長過程中能量的來源生物生長過程中能量的來源光能營養型光能營養型化能營養型化能營養型劃劃分分依依據據 營營養養類類型型 特特點點碳碳源源 自自養養型型(autotrophs) 以以CO2 為為唯唯一一或或主主要要碳碳源源 異異養養型型(heterotrophs) 以以有有機機物物為為碳碳源源能能源源 光光能能營營養養型型(photo

14、trophs) 以以光光為為能能源源 化化能能營營養養型型(chemotrophs) 以以有有機機物物氧氧化化釋釋放放的的化化學學能能為為能能源源電電子子供供體體 無無機機營營養養型型(lithotrophs) 以以還還原原性性無無機機物物為為電電子子供供體體 有有機機營營養養型型(organotrophs) 以以有有機機物物為為電電子子供供體體根據能源、電子供體及碳源性質的不同根據能源、電子供體及碳源性質的不同，可將微生物分為：可將微生物分為：光能無機自養型光能無機自養型(photolithoautotrphy)光能有機異養型光能有機異養型(photoorganoheterotrphy)化能

15、無機自養型化能無機自養型(chemolithoautotrphy)化能有機自養型化能有機自養型(chemoorganoheterotrophy)1 1光能無機自養型（光能自養型）光能無機自養型（光能自養型）能以能以CO2為唯一或主要碳源；為唯一或主要碳源；進行光合作用獲取生長所需要的能量；進行光合作用獲取生長所需要的能量；以無機物如以無機物如H2、H2S、S等作為供氫體或電子供體，等作為供氫體或電子供體，使使CO2還原為細胞物質；還原為細胞物質；例如，藻類及藍細菌等和植物一樣，以水為電子供體（供氫體），例如，藻類及藍細菌等和植物一樣，以水為電子供體（供氫體），進行產氧型的光合作用，合成細胞物質

16、。而紅硫細菌，以進行產氧型的光合作用，合成細胞物質。而紅硫細菌，以H2S為為電子供體，產生細胞物質，并伴隨硫元素的產生。電子供體，產生細胞物質，并伴隨硫元素的產生。CO2+ + 2H2S光能光能光合色素光合色素 CH2O + 2S+ + 2S+ H2O2 2光能有機異養型（光能異養型）光能有機異養型（光能異養型）不能以不能以CO2為主要或唯一的碳源；為主要或唯一的碳源；以有機物作為供氫體，利用光能將以有機物作為供氫體，利用光能將CO2還原為細胞物質；還原為細胞物質；在生長時大多數需要外源的生長因子；在生長時大多數需要外源的生長因子；例如，紅螺菌屬中的一些細菌能利用異丙醇作為供氫體，將例如，紅螺

17、菌屬中的一些細菌能利用異丙醇作為供氫體，將CO2還原成細胞物質，同時積累丙酮。還原成細胞物質，同時積累丙酮。CHOH +CHOH + CO2H H3 3C CH H3 3C C2光能光能光合色素光合色素2 2 CHCH3 3C0CHC0CH3 3 + + CH2O + + H2O3 3化能無機自養型（化能自養型）化能無機自養型（化能自養型）生長所需要的能量來自無機物氧化過程中放出的化學能；生長所需要的能量來自無機物氧化過程中放出的化學能；以以CO2或碳酸鹽作為唯一或主要碳源進行生長時，利用或碳酸鹽作為唯一或主要碳源進行生長時，利用H2、H2S、Fe2+、NH3或或NONO2 2- -等作為電子

18、供體使等作為電子供體使CO2還原還原成細胞物質。成細胞物質。化能無機自養型只存在于微生物中，可在完全無機及無化能無機自養型只存在于微生物中，可在完全無機及無光的環境中生長。它們廣泛分布于土壤及水環境中光的環境中生長。它們廣泛分布于土壤及水環境中, ,參參與地球物質循環；與地球物質循環；4 4化能有機異養型（化能異養型）化能有機異養型（化能異養型）生長所需要的能量均來自有機物氧化過程中放出的化學能；生長所需要的能量均來自有機物氧化過程中放出的化學能；生長所需要的碳源主要是一些有機化合物，如淀粉、生長所需要的碳源主要是一些有機化合物，如淀粉、糖類、纖維素、有機酸等。糖類、纖維素、有機酸等。有機物通

19、常既是碳源也是能源；有機物通常既是碳源也是能源；大多數細菌、真菌、原生動物都是化能有機異養型微生物；大多數細菌、真菌、原生動物都是化能有機異養型微生物；所有致病微生物均為化能有機異養型微生物；所有致病微生物均為化能有機異養型微生物；不同營養類型之間的界限并非絕對不同營養類型之間的界限并非絕對異養型微生物并非絕對不能利用異養型微生物并非絕對不能利用CO2；自養型微生物也并非不能利用有機物進行生長；自養型微生物也并非不能利用有機物進行生長；有些微生物在不同生長條件下生長時有些微生物在不同生長條件下生長時,其營養類型也會發生改變；其營養類型也會發生改變；例如紫色非硫細菌例如紫色非硫細菌(purple

20、 nonsulphur bacteria)：沒有有機物時，同化沒有有機物時，同化CO2， 為為自養型微生物；自養型微生物；有機物存在時，利用有機物進行生長，為有機物存在時，利用有機物進行生長，為異養型微生物異養型微生物；光照和厭氧條件下，利用光能生長，為光照和厭氧條件下，利用光能生長，為光能營養型微生物；光能營養型微生物；黑暗與好氧條件下，依靠有機物氧化產生的化學能生長，為黑暗與好氧條件下，依靠有機物氧化產生的化學能生長，為化能營養型微生化能營養型微生物物微生物營養類型的可變性無疑有利于提高其對環境條件變化的適應能力微生物營養類型的可變性無疑有利于提高其對環境條件變化的適應能力 微生物的營養類

21、型微生物的營養類型()()營營 養養 類類 型型電電 子子 供供 體體碳碳 源源能能 源源舉舉 例例光光 能能 無無 機機 自自 養養 型型（ 光光 能能 自自 養養 型型 ）H2、 H2S 、 S 或 H2OC O2光 能著 色 細 菌 、 藍 細 菌 、 藻 類光光 能能 有有 機機 異異 養養 型型（ 光光 能能 異異 養養 型型 ）有 機 物有 機 物光 能紅 螺 細 菌化化 能能 無無 機機 自自 養養 型型（ 化化 能能 自自 養養 型型 ）H2、 H2S 、 F e2+、N H3或 NO2-C O2化 學 能(無 機 物 氧 化 )氫 細 菌 、 硫 桿 菌 、 亞 硝 化 單胞

22、 菌 屬 (Nitrosomonas)、 甲烷桿菌屬(Methanobacterium)、醋桿菌 屬 (Acetobacter)化化 能能 有有 機機 異異 養養 型型（ 化化 能能 異異 養養 型型 ）有 機 物有 機 物化 學 能（ 有 機 物 氧 化 )假 單 胞 菌 屬 、 芽 孢 桿 菌 屬 、乳 酸 菌 屬 、 真 菌 、 原 生 動 物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

23、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）。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輸主動運輸基團轉移基團轉移1 1自由擴散自由擴散擴散是非特異性的營養物質吸收方式擴散是非特異性的營養物質吸收方式，原生質膜原生質膜是一種半透性膜，營養物質通過原生質膜上的小孔，是一種半透性膜，營養物質通過原生質膜上的小孔，由高濃度的胞外環境向低濃度的胞內進行擴散。由高濃度的胞外環境向低濃度的胞內進行擴散

24、。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，脂肪酸、乙醇、甘油、一些氣體（脂肪酸、乙醇、甘油、一些氣體（O2O2、CO2CO2）及某些及某些氨基酸在一定程度上也可通過自由擴散進出細胞。氨基酸在一定程度上也可通過自由擴散進出細胞。 2 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

25、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載體參與需要載體參與 通過促進擴散進入細胞的營養物質主要有氨基酸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的、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，但也有微生物對同一物質載體蛋白運輸相應的物質，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。的運輸由一種以上的載體蛋白來完成。 促進擴散的運輸方式多見于真核微生物中，例如通常促進擴散的運輸方式多見于真核微生物中，例如通常在厭氧生活的酵母菌中，某些物質的吸收和代謝

26、產物在厭氧生活的酵母菌中，某些物質的吸收和代謝產物的分泌是通過這種方式完成的。的分泌是通過這種方式完成的。3 3主動運輸主動運輸它的一個重要特點是物質運輸過程中需要消耗能量和它的一個重要特點是物質運輸過程中需要消耗能量和載體，而且可以進行逆濃度運輸載體，而且可以進行逆濃度運輸。主動運輸是廣泛存在于微生物中的一種主要的物主動運輸是廣泛存在于微生物中的一種主要的物質運輸方式。質運輸方式。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，包括酶通常由五種蛋白質組成，包括酶I、酶酶II（包括包括a、b、

27、c三三種亞基）和一種低相對分子量的熱穩定蛋白種亞基）和一種低相對分子量的熱穩定蛋白質（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，它與主動運輸方式的基團移位是另一種類型的主動運輸，它與主動運輸方式的不同之處在于它有一個復雜的運輸系統來完成物質的運輸，而不同之處在于它有一個復雜的運輸系統來完成物質的運輸，而物質在運輸過程中發生化學變化。物質在運輸過程中發生化學變化。PEP-P + HPr HPr-p + 丙酮酸丙酮酸 P - HPr +糖糖糖糖-P +HPr基團轉移主要存在于厭氧型和兼性厭氧型細胞中，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，脂肪酸

28、、核苷、堿基等也可以通主要用于糖的運輸，脂肪酸、核苷、堿基等也可以通過這種方式運輸。過這種方式運輸。5 5、膜泡運輸、膜泡運輸(memberane vesicle transport) 膜泡運輸主要存在于原生動物中膜泡運輸主要存在于原生動物中,特別是變特別是變形蟲形蟲(amoeba),為這類微生物的一種營養物質為這類微生物的一種營養物質的運輸方式的運輸方式)。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

29、由稀至濃由稀至濃由稀至濃由稀至濃平衡時內外濃度內外相等平衡時內外濃度內外相等 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 不需要不需要不需要不需要 需要需要需要需要運送前后溶質分子不變運送前后溶質分子不變 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、乳糖氨基酸、

30、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運送營養方式的比較第四節營養基第四節營養基概念：概念：培養基是人工配制的，適合微生物生長繁殖或培養基是人工配制的，適合微生物生長繁殖或產生代謝產物的營養基質。產生代謝產物的營養基質。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，必須立即進行滅菌處理任何培養基一旦配成，必須立即進行滅菌處理；常規高壓蒸

31、汽滅菌：常規高壓蒸汽滅菌： 1.05kg/cm2,121.315-30分鐘；分鐘；0.56kg/cm2,112.615-30分鐘分鐘一、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1.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。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 g NaClNaCl 5g H 5g H2 2O

32、 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 g K2HPO4 0.5g NaClNaCl 0.5g MgSO4.7H2O 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，在干麥芽粉加四倍水，在50-6050-60保溫糖化保溫糖化3-43-4小時，用碘液小時，用碘液試驗檢查至糖化完全為止，調整糖液濃度為試驗檢查至糖化完全為止，調整糖液濃度

33、為1010。巴林，煮沸。巴林，煮沸后，沙布過濾，調后，沙布過濾，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 N a N O 3 3 g K 2 H P O 4 1 g K C lK C l 0 . 5 g 0 . 5 g MgSO4.7H2O 0.5gFeSO4 0.01g MgSO4.7H2O 0.5gFeSO4 0.01g 蔗糖蔗糖 30 30g H2O g H2O 1000ml1000ml2.營養協調營養協調碳氮比指培養基中碳元素與氮元素的物質的量比值，有時也碳氮比指培養基中碳元素與氮元素的物質的量比

34、值，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，在利用微生物發酵生產谷氨酸的過程中，培例如，在利用微生物發酵生產谷氨酸的過程中，培養基碳氮比為養基碳氮比為4/1時，菌體量繁殖，谷氨酸積累少；時，菌體量繁殖，谷氨酸積累少；當培養基碳氮比為當培養基碳氮比為3/1時，菌體繁殖受到抑制，谷氨時，菌體繁殖受到抑制，谷氨酸產量則大量增加。酸產量則大量增加。3.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a. pH 培養基的培養基的pH必須控制在一定的范圍內，以必須控制在一定的范圍內，以滿足不同類型微生物的生長繁殖或產生代謝產物。滿足不同類型微生物的生長繁殖或

35、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，通常在培養基中加入的相對恒定，通常在培養基中加入pH緩沖劑，或在進行工業發酵時補加酸、堿。緩沖劑，或在進行工業發酵時補加酸、堿。b. 水活度水活度在天然環境中，微生物可實際利用的自由水或游離水的含量，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，一般用在一定的溫度和壓力條件下一般用在一定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，即：件下純水蒸汽壓力之比

36、表示，即：w=Pw/w=Pw/P 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，其生長的最適微生物不同，其生長的最適ww不同。不同。c. 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

37、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，其單位是的一種指標，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；伏為宜；厭氧性微生物：低于厭氧性微生物：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

38、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。4. 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對微生物來說對微生物來說, ,各種粗原料營養更加完全各種粗原料營養更加完全, ,效果更好效果更好. .而且在經濟上也節約。而且在經濟上也節約。以大氣氮、銨鹽、硝酸鹽或尿素等一類非以大氣氮、銨鹽、硝酸鹽或尿素等一類非蛋白質或非氨基酸廉價原料用作發酵培養蛋白質或非氨基酸廉價原料用作發酵培養基的原料讓微生物轉化成菌體蛋白質或含基的原料讓微生物轉化成菌體

39、蛋白質或含氮的發酵產物供人們利用。氮的發酵產物供人們利用。以粗代精以粗代精以氮代朊以氮代朊以野生植物原料代替栽培植物原料以野生植物原料代替栽培植物原料, ,如木薯如木薯橡子、薯芋等都是富含淀粉質的野生植物橡子、薯芋等都是富含淀粉質的野生植物, ,可以部分取代糧食用于工業發酵的碳源。可以部分取代糧食用于工業發酵的碳源。以野代家以野代家以纖代糖以纖代糖開發利用纖維素這種世界上含量最豐富的可開發利用纖維素這種世界上含量最豐富的可再生資源再生資源. .將大量的纖維素農副產品轉變為優將大量的纖維素農副產品轉變為優質飼料質飼料,工業發酵原料工業發酵原料, ,燃料燃料, ,人類的食品及飲料人類的食品及飲料以

40、廢代好以廢代好 以工農業生產中易污染環境的廢棄物作為培養以工農業生產中易污染環境的廢棄物作為培養微生物的原料微生物的原料. .例如例如, ,糖蜜糖蜜( (制糖工業中含有蔗糖的廢制糖工業中含有蔗糖的廢液液) )乳清乳清( (乳制品工業中含有乳糖的廢液乳制品工業中含有乳糖的廢液) )、豆制品、豆制品工業廢液及黑廢液工業廢液及黑廢液( (造紙工業中含有戊糖和己糖的造紙工業中含有戊糖和己糖的亞硫酸紙漿亞硫酸紙漿) )等都可作為培養基的原料等都可作為培養基的原料. .工業上的甲工業上的甲烷發酵主要利用廢水、廢渣作原料烷發酵主要利用廢水、廢渣作原料, ,在我國農村在我國農村, ,已已推廣利用糞便及禾草為原

41、料發酵生產甲烷作為燃料推廣利用糞便及禾草為原料發酵生產甲烷作為燃料. .另外另外, ,大量的農副產品或制品，如麩皮、米糠、玉大量的農副產品或制品，如麩皮、米糠、玉米漿酵母浸膏、酒糟、豆餅、花生餅、蛋白胨等都米漿酵母浸膏、酒糟、豆餅、花生餅、蛋白胨等都是常用的發酵工業原料。是常用的發酵工業原料。以烴代糧以烴代糧以石油或天然氣副產品代替糖質原料來培以石油或天然氣副產品代替糖質原料來培養微生物。生產石油蛋白將石油產品轉化養微生物。生產石油蛋白將石油產品轉化成一些產值更高的高級醇、脂肪酸、環烷成一些產值更高的高級醇、脂肪酸、環烷酸等化工產品和若干合成物；對石油產品酸等化工產品和若干合成物；對石油產品的

42、品質進行改良，如脫硫、脫蠟等。的品質進行改良，如脫硫、脫蠟等。二、培養基的類型及應用二、培養基的類型及應用培養基種類繁多，根據其成分、物理狀態和用培養基種類繁多，根據其成分、物理狀態和用途可將培養分成多種類型。途可將培養分成多種類型。按成分不同劃分按成分不同劃分天然培養基天然培養基合成培養基合成培養基含用化學成分還不清楚或化含用化學成分還不清楚或化學成分不恒定的天然有機物學成分不恒定的天然有機物牛肉膏蛋白胨培養基、麥芽牛肉膏蛋白胨培養基、麥芽汁培養基汁培養基化學成分完全了解的物質配化學成分完全了解的物質配制而成的培養基制而成的培養基高氏高氏1 1號培養基、查氏培養號培養基、查氏培養基基按物理狀

43、態不同劃分按物理狀態不同劃分固體培養基固體培養基液體培養基液體培養基在液體培養基中加入一定量凝固在液體培養基中加入一定量凝固劑，使其成為固體狀態，瓊脂含劑，使其成為固體狀態，瓊脂含量一般為量一般為1.5%-2.0%1.5%-2.0%瓊脂含量一般為瓊脂含量一般為0.2%-0.7%不加不加任何任何凝固劑凝固劑半固體培養基半固體培養基固體培養基常用來進行微生物的分固體培養基常用來進行微生物的分離、鑒定、活菌計數及菌種保藏離、鑒定、活菌計數及菌種保藏 觀察微生物的運動特征、分類鑒觀察微生物的運動特征、分類鑒定及噬菌體效價滴定定及噬菌體效價滴定 大規模工業生產及在實驗室進行大規模工業生產及在實驗室進行微生物的基礎理論和應用方面的微生物的基礎理論和應用方面的研究研究 按用途不同劃分按用途不同劃分基礎培養基基礎培養基鑒別培養基鑒別培養基含有一般微生物生長繁殖所含有一般微生物生長繁殖所需的基本營養物質的培養基需的基本營養物質的培養基用于鑒別不同類型微生物的培養基用于鑒別不同類型微生物的培養