1、第四章 微生物的營養n營養：細胞從外界環境中攝取化學物質，使其營養：細胞從外界環境中攝取化學物質，使其在生長過程中獲取生命活動所需的能量及其結在生長過程中獲取生命活動所需的能量及其結構物質的生理過程。構物質的生理過程。n營養物質：凡能滿足微生物生長、繁殖和完成營養物質：凡能滿足微生物生長、繁殖和完成各種生理活動所需要的物質各種生理活動所需要的物質 第一節第一節 微生物的營養物質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 水（水（70%-90%）微生物細胞微生物細胞 無機物無機物 干物質干物質 有機物有機物1.1.化學組成化學組成:C:C、H H、O O、N N、S S、P

2、 P六種元素六種元素;K;K、NaNa、MgMg、CaCa、FeFe、MnMn；CuCu；CoCoZnZn、MoMo為輔。為輔。2 2微生物所需要的元素：微生物所需要的元素：主要元素：主要元素：C C、H H、O O、N N、S S、P KP K、NaNa、MgMg、CaCa、FeFe等等 微量元素：微量元素：MnMn、CuCu、CoCo、ClCl、NiNi、BeBe、MuMu等等n微生物細胞的化學組成也不是絕對不變的，往微生物細胞的化學組成也不是絕對不變的，往往與菌齡、培養條件、環境及生理特性有關。往與菌齡、培養條件、環境及生理特性有關。二、微生物的營養物質及其生理功能二、微生物的營養物質及

3、其生理功能n微生物的營養物質按其在機體中的生理作用可微生物的營養物質按其在機體中的生理作用可分為六大營養物質。分為六大營養物質。1.水分水分n生理作用生理作用n組成成分組成成分n生理生化反應生理生化反應n好溶劑好溶劑n比熱高，是熱的良導體比熱高，是熱的良導體n微生物細胞的含水量因其種類、生活條件、菌微生物細胞的含水量因其種類、生活條件、菌齡不同而有差異齡不同而有差異2.碳源碳源n碳元素是微生物細胞需要量最大的元素碳元素是微生物細胞需要量最大的元素n概念：凡能為微生物提供碳素營養的物質。概念：凡能為微生物提供碳素營養的物質。n功能：功能：n構成細胞物質構成細胞物質n提供能量提供能量能源物質能源物

4、質n碳源種類碳源種類 碳源種類多樣，從無機碳源種類多樣，從無機有機有機n自養型微生物：以自養型微生物：以COCO2 2為主要碳源或唯一碳源為主要碳源或唯一碳源 光能自養型：能量來源是光能（藍細菌）光能自養型：能量來源是光能（藍細菌） 化能異養型：利用無機物氧化（硝化細菌）化能異養型：利用無機物氧化（硝化細菌）n自養型的微生物碳源和能源來自不同物質自養型的微生物碳源和能源來自不同物質n異養型微生物碳源來自于有機物異養型微生物碳源來自于有機物同時是能同時是能源源n主要碳源是葡萄糖、果糖、蔗糖、麥芽糖和淀主要碳源是葡萄糖、果糖、蔗糖、麥芽糖和淀粉。其中最常用的是粉。其中最常用的是葡萄糖葡萄糖。其次是

5、有機酸、。其次是有機酸、醇和脂類。醇和脂類。n生產實踐中：常用農副產品和工業廢棄物為碳生產實踐中：常用農副產品和工業廢棄物為碳源，如玉米粉、米糠、麩皮、馬鈴薯、醬渣等源，如玉米粉、米糠、麩皮、馬鈴薯、醬渣等三三.氮源氮源n氮主要是組成核酸和蛋白質的重要元素氮主要是組成核酸和蛋白質的重要元素n概念：凡能為微生物提供氮素營養的物質概念：凡能為微生物提供氮素營養的物質n氮源種類：氮源種類： 無機氮源：無機氮源：NH4+NH4+、氨鹽、硝酸鹽、氨鹽、硝酸鹽 有機氮源：尿素、氨基酸、嘌呤、嘧啶等有機氮源：尿素、氨基酸、嘌呤、嘧啶等 實驗室常用：碳酸氨、硝酸鹽、牛肉膏、酵母膏、實驗室常用：碳酸氨、硝酸鹽、

6、牛肉膏、酵母膏、 蛋白胨、胰酪蛋白等蛋白胨、胰酪蛋白等 生產實踐：豆餅粉、花生餅粉、蠶蛹粉、玉米漿等生產實踐：豆餅粉、花生餅粉、蠶蛹粉、玉米漿等4.無機鹽無機鹽n礦質元素的化合物為無機鹽，在微生物的生命活動中礦質元素的化合物為無機鹽，在微生物的生命活動中起著十分重要的作用。起著十分重要的作用。n主要功能：構成細胞組分和能量轉移（磷、硫）主要功能：構成細胞組分和能量轉移（磷、硫）n作為酶的組成成分或激活劑（如鐵、鎂）作為酶的組成成分或激活劑（如鐵、鎂）n調節酸堿度、細胞透性、滲透壓等（如鉀、鈉、鈣）調節酸堿度、細胞透性、滲透壓等（如鉀、鈉、鈣）n作為某些自養菌的能源作為某些自養菌的能源n微生物對

7、無機鹽的需求量很小，微生物對無機鹽的需求量很小，n大量元素：凡生長所需濃度在大量元素：凡生長所需濃度在1010-3-3-10-10-4-4mol/Lmol/L的元素，如的元素，如P P、S S、K K、CaCa、MgMgn微量元素：微量元素：1010-5-5-10-10-8-8mol/L,Comol/L,Co、ZnZn、CuCu、MoMo、NiNi、MnMn5.5.能源能源n概念：凡能提供最初能量來源的營養物質或輻概念：凡能提供最初能量來源的營養物質或輻射能射能 化學物質化學物質微生物能源譜微生物能源譜 輻射能輻射能 （化能營養型）（化能營養型）（光能營養型）（光能營養型）有機物：化能異養微生

8、物能源同碳源有機物：化能異養微生物能源同碳源無機物：化能自養微生物能源不同于碳源無機物：化能自養微生物能源不同于碳源n雙功能營養物：還原態的氮，糖類雙功能營養物：還原態的氮，糖類n三功能營養物：氨基酸三功能營養物：氨基酸n單功能營養物：如日光能單功能營養物：如日光能6.6.生長因子生長因子n概念：微生物生長必不可少而需求量極微的有概念：微生物生長必不可少而需求量極微的有機物質稱為生長因子機物質稱為生長因子n一般指氨基酸、堿基、維生素、卟啉及衍生物、一般指氨基酸、堿基、維生素、卟啉及衍生物、固醇、胺類等固醇、胺類等n生長因子一般是酶的組成部分或活性基團，還生長因子一般是酶的組成部分或活性基團，還

9、有調節代謝和促進生長的作用。有調節代謝和促進生長的作用。n根據微生物對生長因子是否需要，可分根據微生物對生長因子是否需要，可分n生長因子自養型微生物生長因子自養型微生物n生長因子異養型微生物生長因子異養型微生物n生長因子過量合成型微生物生長因子過量合成型微生物第三節 培養基定義：定義：人工配制的、適合于不同微生物生長繁人工配制的、適合于不同微生物生長繁殖或積累代謝產物用的營養基質。殖或積累代謝產物用的營養基質。特點：任何培養基都應具備微生物所需要的六特點：任何培養基都應具備微生物所需要的六大營養要素，且應比例適當。所以一旦配成必大營養要素，且應比例適當。所以一旦配成必須立即滅菌。須立即滅菌。用

10、途：促使微生物生長；積累代謝產物；分用途：促使微生物生長；積累代謝產物；分離微生物菌種；鑒定微生物種類；微生物細離微生物菌種；鑒定微生物種類；微生物細胞計數；菌種保藏；制備微生物制品胞計數；菌種保藏；制備微生物制品一、培養基的配制原則一、培養基的配制原則（一）營養適宜（一）營養適宜（二）營養協調（二）營養協調（三）酸堿度適當（三）酸堿度適當（四）調節氧或二氧化碳濃度（四）調節氧或二氧化碳濃度（五）用料經濟（五）用料經濟最后應滅菌處理最后應滅菌處理即根據不同微生物的營養需要配制不同的培養基。即根據不同微生物的營養需要配制不同的培養基。 不同營養類型的微生物，其對營養物的需求差異不同營養類型的微生

11、物，其對營養物的需求差異很大很大 如自養型微生物的培養基由簡單的無機物質組成如自養型微生物的培養基由簡單的無機物質組成 異養做生物的培養基至少需要含有一種有機物異養做生物的培養基至少需要含有一種有機物質，有機物的種類需適應所培養菌的特點。質，有機物的種類需適應所培養菌的特點。（一）營養適宜（一）營養適宜按微生物的主要類群來說，它們所需按微生物的主要類群來說，它們所需要的培養基成分也不同要的培養基成分也不同： 細菌：細菌： 牛肉膏蛋白胨培養基牛肉膏蛋白胨培養基 放線菌：放線菌： 高氏一號培養基高氏一號培養基 真菌：真菌： 查氏合成培養基查氏合成培養基 酵母菌；酵母菌； 麥芽汁培養基麥芽汁培養基（

12、二）營養協調（二）營養協調濃度過高濃度過高微生物的生長起抑制作用，微生物的生長起抑制作用， 濃度過小濃度過小不能滿足微生物生長的需要。不能滿足微生物生長的需要。碳氮比（碳氮比（C/N）直接影響微生物生長與繁殖）直接影響微生物生長與繁殖及代謝物的形成與積累，故常作為考察培養基及代謝物的形成與積累，故常作為考察培養基組成時的一個重要指標；一般真菌需組成時的一個重要指標；一般真菌需C/N較高，較高，細菌需細菌需C/N較低些較低些 C/N太小，微生物會因氮源過多而徒長，不太小，微生物會因氮源過多而徒長，不利于代謝產物的積累利于代謝產物的積累 各種金屬離子間的比例各種金屬離子間的比例 （1）pH: 各類

13、微生物的最適生長各類微生物的最適生長pHpH值各不相同：值各不相同： 細細 菌：菌：7.08.0 放線菌：放線菌：7.58.5 酵母菌：酵母菌：3.86.0 霉霉 菌：菌：4.05.8 在微生物的生長和代謝過程中，由于營養物質的利用在微生物的生長和代謝過程中，由于營養物質的利用和代謝產物的形成與積累，培養基的初始和代謝產物的形成與積累，培養基的初始pHpH值會發生改變，值會發生改變，為了維持培養基為了維持培養基pHpH值的相對恒定，通常采用下列兩種方式：值的相對恒定，通常采用下列兩種方式：調節：在培養基里加一些緩沖劑（磷酸二氫鉀或磷酸氫二調節：在培養基里加一些緩沖劑（磷酸二氫鉀或磷酸氫二鉀）或

14、不溶性的碳酸鹽（碳酸鈣）鉀）或不溶性的碳酸鹽（碳酸鈣）（三）酸堿度適當（三）酸堿度適當（四）調節氧和二氧化碳濃度（四）調節氧和二氧化碳濃度好氧菌：表面培養；通風培養好氧菌：表面培養；通風培養厭氧菌：配制培養基時常加入一些還原劑或其他厭氧菌：配制培養基時常加入一些還原劑或其他除氧方法除氧方法（五）用料經濟（五）用料經濟 該培養基的應用目的該培養基的應用目的，即：n是培養菌體還是積累代謝產物？是培養菌體還是積累代謝產物？n是實驗室種子培養還是大規模發酵？是實驗室種子培養還是大規模發酵？n代謝產物是初級代謝產物還是次級代謝產物？代謝產物是初級代謝產物還是次級代謝產物？用于用于培養菌體培養菌體的培養基

15、營養應豐富，氮源含量宜的培養基營養應豐富，氮源含量宜高（碳氮比低）；高（碳氮比低）；用于大量生產用于大量生產代謝產物代謝產物的培養基其氮源一般應比的培養基其氮源一般應比種子培養基稍低；若代謝產物是種子培養基稍低；若代謝產物是次級代謝產物次級代謝產物時要時要考慮是否加入特殊元素或特定的代謝產物；考慮是否加入特殊元素或特定的代謝產物；當所設計的是當所設計的是大規模發酵大規模發酵用的培養基時，應重視用的培養基時，應重視培養基中各成份的來源和價格，應選擇來源廣泛、培養基中各成份的來源和價格，應選擇來源廣泛、價格低廉的原料，提倡以粗代精，以廢代好。價格低廉的原料，提倡以粗代精，以廢代好。二、培養基配制的

16、方法二、培養基配制的方法1. 生態模擬2. 參閱文獻3. 精心設計4. 試驗比較 定性 定量、小 大、實驗室 工廠三、培養基的類型及其應用三、培養基的類型及其應用根據所培養微生物的微生物類群來分根據所培養微生物的微生物類群來分 細菌培養基細菌培養基 放線菌培養基放線菌培養基 霉菌培養基霉菌培養基根據培養目的來分根據培養目的來分 種子培養基種子培養基是為保證發酵生產獲得大量優是為保證發酵生產獲得大量優質種子而設計的培養基，特點是營養較豐富，氮源質種子而設計的培養基，特點是營養較豐富，氮源比例較高。有時為使菌種能迅速適應后面的發酵條比例較高。有時為使菌種能迅速適應后面的發酵條件，還有意識地加入發酵

17、培養基的基質。件，還有意識地加入發酵培養基的基質。 發酵培養基發酵培養基用于生產預定發酵產物，一般用于生產預定發酵產物，一般以碳為主要元素，碳源含量往往高于種子培養基。以碳為主要元素，碳源含量往往高于種子培養基。大規模生產時，原料應價廉易得，還應有利于下游大規模生產時，原料應價廉易得，還應有利于下游的分離提取。的分離提取。按對培養基成分的了解程度來分按對培養基成分的了解程度來分 天然培養基天然培養基：利用利用化學成分還不完全清楚化學成分還不完全清楚或不恒定或不恒定的天然物質，（如肉湯、蛋白胨、麥的天然物質，（如肉湯、蛋白胨、麥芽汁、酵母汁、豆芽汁、玉米粉、牛奶、血清芽汁、酵母汁、豆芽汁、玉米粉

18、、牛奶、血清等制成的培養基）等制成的培養基） ，天然培養基比較經濟，除，天然培養基比較經濟，除實驗室經常使用外，更適宜于在生產上用來大實驗室經常使用外，更適宜于在生產上用來大規模地培養微生物和生產微生物產品。規模地培養微生物和生產微生物產品。 n組合培養基組合培養基 由化學成分完全了解的物質配由化學成分完全了解的物質配制而成的培養基，該類培養基的制而成的培養基，該類培養基的組成成分精確、組成成分精確、清楚清楚，重復性強，但微生物生長較慢，且價格，重復性強，但微生物生長較慢，且價格昂貴，故一般適于在實驗室范圍內，用于研究昂貴，故一般適于在實驗室范圍內，用于研究微生物營養需要、代謝、分類鑒定、生物

19、測定微生物營養需要、代謝、分類鑒定、生物測定以及菌種選育、遺傳分析等方面的研究工作。以及菌種選育、遺傳分析等方面的研究工作。如高氏培養基、察氏培養基等如高氏培養基、察氏培養基等. .n半組合培養基半組合培養基按制備后培養基外觀的物理狀態來分按制備后培養基外觀的物理狀態來分n固體培養基：固體培養基：天然固體營養基質制成的培養基，天然固體營養基質制成的培養基，或液體培養基中加入一定量凝固劑（瓊脂或液體培養基中加入一定量凝固劑（瓊脂) )而呈固而呈固體狀態的培養基。常用于微生物的分離、純化、體狀態的培養基。常用于微生物的分離、純化、計數等方面的研究。有斜面、平板等形式計數等方面的研究。有斜面、平板等

20、形式. .n半固體培養基：半固體培養基：在液體培養基中加入在液體培養基中加入0.2-0.2-0.70.7的瓊脂構成的培養基。常用來觀察細菌的瓊脂構成的培養基。常用來觀察細菌運動的特征及噬菌體效價滴定等實驗。運動的特征及噬菌體效價滴定等實驗。n 液體培養基：液體培養基：不含任何凝固劑，菌體與培不含任何凝固劑，菌體與培養基充分接觸，常用于大規模的工業生產以及養基充分接觸，常用于大規模的工業生產以及在實驗室進行微生物生理代謝等研究工作。在實驗室進行微生物生理代謝等研究工作。按特殊用途劃分按特殊用途劃分基礎培養基基礎培養基：含一般微生物生長繁殖所需的基：含一般微生物生長繁殖所需的基本營養物質的培養基本

21、營養物質的培養基加富培養基：加富培養基：在基礎培養基中特別加入某種營在基礎培養基中特別加入某種營養物質，只得某種微生物快速生長的培養基稱養物質，只得某種微生物快速生長的培養基稱為為它是根據某一微生物的特殊營養要求而設計的，它是根據某一微生物的特殊營養要求而設計的，不利于其他微生物的生長不利于其他微生物的生長 n 選擇性培養基：選擇性培養基：在基礎培養基中加入某種在基礎培養基中加入某種抑制雜菌生長的抑制劑，以間接促進目標微生抑制雜菌生長的抑制劑，以間接促進目標微生物生長的培養基，稱為物生長的培養基，稱為n這是根據某一種微生物對一些化學及物理因子這是根據某一種微生物對一些化學及物理因子的抗性而設計

22、的。常用的抑制劑多為染色劑，的抗性而設計的。常用的抑制劑多為染色劑，抗生素等抗生素等n鑒別性培養基：鑒別性培養基：用于鑒別不同類型微用于鑒別不同類型微生物的培養基，常在普通培養基中加入生物的培養基，常在普通培養基中加入能與某種代謝產物發生反應的指示劑或能與某種代謝產物發生反應的指示劑或化學藥品，從而產生某種明顯的特征性化學藥品，從而產生某種明顯的特征性變化，以區別不同的微生物，例：伊紅變化，以區別不同的微生物，例：伊紅美蘭乳糖培養基美蘭乳糖培養基種子和發酵培養基種子和發酵培養基n種子培養基：是使微生物大量繁殖，產種子培養基：是使微生物大量繁殖，產生足夠菌體的培養基。要求營養成分較生足夠菌體的培

23、養基。要求營養成分較豐富，氮源偏高、易被利用等特點豐富，氮源偏高、易被利用等特點n發酵培養基：使微生物積累大量代謝產發酵培養基：使微生物積累大量代謝產物的培養基。要求碳源高些物的培養基。要求碳源高些第二節第二節 微生物的營養類型和吸收方式微生物的營養類型和吸收方式一、微生物的營養類型一、微生物的營養類型n依據微生物所需的碳源及能源不同將其依據微生物所需的碳源及能源不同將其分為四種類型分為四種類型n光能自養型光能自養型n化能自養型化能自養型n光能異養型光能異養型n化能異養型化能異養型 二、微生物對營養物質的吸收二、微生物對營養物質的吸收 除原生動物外,其他各大類有細胞的微生物都是通過細胞膜的滲透

24、和選擇吸收作用而從外界吸收營養物質的.細胞膜運送營養物質有四種方式.即單純擴散、促進擴散、主動運送和基團移位。1.單純擴散 單純擴散又稱被動運輸和自由擴散，指疏水性雙分子層細胞膜在無載體蛋白的參與下，單純依靠物理擴散方式讓許多小分子、非電離分子尤其是親水性分子通過的一種物質運送方式。 1.單純擴散 單純擴散是指物質非特異地從濃度較高一側被動或自由地通過膜向濃度較低一側擴散的過程，其驅動力是細胞膜兩側物質的濃度差，即濃度梯度，不需要由外界提供任何形式的能量。1.單純擴散 當細胞膜兩側的物質濃度梯度消失，單純擴散順應潮流停止。但是由于進入細胞的營養物質不斷被消耗，使細胞始終保持較低的濃度，幫胞外物

25、質能源源不斷地進入細胞 1.單純擴散單純擴散的物質主要是一些氣體（O2、CO2）、水、水溶性小分子（乙醇、甘油）和某些離子（Na+）等。此過程無特異性或選擇性,擴散速度慢。特點：特點： 非特異性非特異性 結構不變結構不變 速率較慢速率較慢 無載體參與無載體參與 不需代謝能：不需代謝能：物質不能進行逆濃度運輸。 可運送的養料有限：可運送的養料有限：限于水、溶于水的氣體，及分子量小，脂溶性、極性小的營養物質。 單純擴散模式圖單純擴散模式圖細胞膜外細胞膜外細胞膜內細胞膜內細胞膜細胞膜2.促進擴散促進擴散營養物通過與細胞膜上載體蛋白的可逆性結合來加快其營養物通過與細胞膜上載體蛋白的可逆性結合來加快其傳

26、遞速度傳遞速度。特點：特點：在促進擴散過程中在促進擴散過程中_ 營養物質本身在分子結構上也不會發生變化營養物質本身在分子結構上也不會發生變化_ 不消耗代謝能量，故不能進行逆濃度運輸不消耗代謝能量，故不能進行逆濃度運輸_ 運輸的速率由胞內外該物質的濃度差決定運輸的速率由胞內外該物質的濃度差決定_ 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_ 被運輸的物質與載體蛋白有高度的特異性被運輸的物質與載體蛋白有高度的特異性_ 養料濃度過高時養料濃度過高時, , 與載體蛋白出現飽和效應與載體蛋白出現飽和效應促進擴散的運輸方式多見于真核微生物中，例如通常在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