第五章微生物營養(yǎng)與培養(yǎng)基1營養(yǎng)(nutrition)：生物體從外部環(huán)境中攝取對其生命活動必須的能量和物質(zhì)，以滿足正常生長和繁殖需要的一種最基本的生理功能。營養(yǎng)物(nutrient)：具有營養(yǎng)功能的物質(zhì)。

營養(yǎng)物提供生命活動的結(jié)構(gòu)物質(zhì)、能量、代謝調(diào)節(jié)物質(zhì)和良好的生理環(huán)境。一些微生物可利用非物質(zhì)形式的能源光能。

2元素大量元素：碳、氫、氧、氮、磷、硫其他元素：鉀、鈉、鈣、鎂、鐵、錳、銅、鈷、鋅、鉬等存在方式有機(jī)物：蛋白質(zhì)、糖、類脂、核酸、維生素、降解產(chǎn)物、代謝中間產(chǎn)物無機(jī)鹽灰分水—細(xì)胞濕重的70%~90%3一般生物能利用的，微生物能利用；一般生物不能利用的，微生物也能利用；對一般生物有害的，微生物還能利用。微生物是雜食性的：4一、微生物的營養(yǎng)物及其功能

碳源（Carbonsource）氮源（Nitrogensource)能源（Energysource)生長因子（Growthfactor)無機(jī)鹽(Inorganicsalt)水(Water)六種營養(yǎng)要素

5參與微生物細(xì)胞的組成提供微生物機(jī)體進(jìn)行各種生理活動所需的能量形成微生物代謝產(chǎn)物的來源功能:營養(yǎng)物質(zhì)是微生物新陳代謝和一切生命活動的物質(zhì)基礎(chǔ)，失去這個基礎(chǔ)，生命也就停止。6（一）碳源(carbonsource)

提供微生物營養(yǎng)所需碳元素的營養(yǎng)源。有機(jī)碳源：蛋白質(zhì)，核酸，淀粉，葡萄糖等無機(jī)碳源：CO2,

Na2CO3

,CaCO3等7糖類：葡萄糖，果糖，麥芽糖，蔗糖，淀粉，半乳糖，乳糖，甘露糖，纖維二糖，纖維素，半纖維素，甲殼素，木質(zhì)素，等有機(jī)酸：乳酸，檸檬酸，延胡索酸，低級脂肪酸，高級脂肪酸，氨基酸，等醇類：乙醇，等脂類：脂肪，磷脂，等

烴類：天然氣，石油，石油餾分，石蠟油，等CO2碳酸鹽：NaHCO3,CaCO3,白堊，等其他：芳香族化合物，氰化物，蛋白質(zhì)，肽，核酸微生物可利用的碳源(化合物分類)淀粉8能為微生物的生命活動提供最初能量來源的化學(xué)物質(zhì)（鍵能）或輻射能（離子的波長和頻率）。（二）能源(energysource)異養(yǎng)微生物的碳源同時也是能源無機(jī)物：化能自養(yǎng)微生物的能源能源譜化學(xué)物質(zhì)輻射能：光能自養(yǎng)和光能異養(yǎng)微生物的能源有機(jī)物：化能異養(yǎng)微生物的能源9有機(jī)氮源：蛋白胨、黃豆粉、玉米漿無機(jī)氮源：NH4NO3、(NH4)2SO4

氣態(tài)氮源：大氣N2（三）氮源(nitrogensource)凡能提供微生物營養(yǎng)所需氮元素的營養(yǎng)源。

氮源一般不作能源。蛋白胨是是將肉、蛋白質(zhì)（酪素）或明膠用酸、堿或蛋白酶水解后干燥而成的外觀呈淡黃色的粉劑，具有肉香的特殊氣息。動物性蛋白胨：胰胨（tryptone）、肉胨、骨胨植物性蛋白胨：大豆蛋白胨（soypeptone）10單功能：輻射能雙功能：還原態(tài)無機(jī)養(yǎng)料，如NH4+既是硝酸鹽細(xì)菌的能源，又是氮源三功能：N·C·H·O類營養(yǎng)物質(zhì)常是異養(yǎng)微生物的能源，碳源兼氮源，如大部分復(fù)雜的天然有機(jī)物：花生餅粉、玉米漿等

一種營養(yǎng)物具有一種以上營養(yǎng)要素的功能11無機(jī)鹽的生理功能無機(jī)鹽大量元素微量元素一般功能特殊功能細(xì)胞內(nèi)一般分子成分(P、S、Ca、Mg、Fe等)生理調(diào)節(jié)物質(zhì)滲透壓的維持(Na+等)酶的激活劑(Mg等)pH的穩(wěn)定化能自養(yǎng)菌的能源(S、Fe2+、NH4+、NO2-等)無氧呼吸時的氫受體(NO3-、SO42-等)酶的激活劑(Cu2+、Mn2+、Zn2+等)特殊分子結(jié)構(gòu)成分(Co、Mo等)固氮酶12一類對微生物正常代謝必不可少且又不能從簡單的碳源，氮源自行合成的、所需極微量的有機(jī)物。培養(yǎng)基中生長因子來源：酵母膏、玉米漿、麥芽汁等。(五)生長因子(growthfactor)

作用：細(xì)胞重要化學(xué)物質(zhì)，輔酶或酶活化所需。狹義：維生素廣義：維生素、氨基酸、堿基、脂肪酸等13生理作用：細(xì)胞組成成分生化反應(yīng)溶劑化學(xué)、生理反應(yīng)介質(zhì)物質(zhì)運輸媒體調(diào)節(jié)細(xì)胞溫度維持細(xì)胞的滲透壓（六）水存在狀態(tài)：游離態(tài)（溶劑）和結(jié)合態(tài)（結(jié)構(gòu)組成）14

水的可利用性用水活度(wateractivity,aw)表示aw：在天然環(huán)境中，微生物可實際利用的自由水量。aw

=P/Po

P:溶液的蒸汽壓

Po:純水的蒸汽壓水活度需等滲適宜。微生物適宜生長的aw為0.6～0.998之間。在常溫常壓下，純水的aw為1.00在同溫同壓，某溶液的飽和蒸汽壓與純水的飽和蒸汽壓之比。15依碳源不同：異養(yǎng)型(heterotrophs):不能以CO2為主要或唯一碳源自養(yǎng)型(autotrophs):能以CO2為主要或唯一碳源第二節(jié)微生物營養(yǎng)類型依能源不同：光能營養(yǎng)型(phototrophs):光反應(yīng)產(chǎn)能化能營養(yǎng)型(chemotrophs):物質(zhì)氧化產(chǎn)能依生長因子的不同：原養(yǎng)型(prototroph)或野生型(wildtype)

營養(yǎng)缺陷型(auxotroph)16微生物的營養(yǎng)類型

營養(yǎng)類型能源碳源實例光能自養(yǎng)型光能CO2藍(lán)細(xì)菌紫硫細(xì)菌綠硫細(xì)菌藻類光能異養(yǎng)型光能CO2及簡單有機(jī)物紅螺細(xì)菌化能自養(yǎng)型無機(jī)物CO2硝化細(xì)菌硫化細(xì)菌鐵細(xì)菌氫細(xì)菌化能異養(yǎng)型有機(jī)物有機(jī)物絕大多數(shù)微生物，原生動物17寄生型(parasitism)——寄生于活的生物體腐生型(saprophytism)——寄生于死亡的生物有機(jī)體化能異養(yǎng)型營養(yǎng)類型劃分不是絕對的，不同生活條件下，可相互轉(zhuǎn)變。異養(yǎng)微生物：至少需提供一種大量有機(jī)物才能滿足其正常要求的微生物，即其碳源必須是有機(jī)物，氫供體是有機(jī)物；能源則可以利用氧化有機(jī)物或吸收日光能而獲得。自養(yǎng)微生物：能利用無機(jī)碳源異養(yǎng)微生物：必須利用有機(jī)碳源18第三節(jié)細(xì)胞對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收

營養(yǎng)物質(zhì)的吸收與代謝產(chǎn)物的分泌，涉及到物質(zhì)的運輸、營養(yǎng)物吸收至胞內(nèi)被利用、代謝物分泌到胞外以免積累，這就是物質(zhì)運輸過程。在營養(yǎng)物質(zhì)運送方面，細(xì)胞壁僅簡單地排阻分子量過大(>600Da)的溶質(zhì)進(jìn)入,而具有磷脂雙分子層和嵌合蛋白分子的細(xì)胞膜則是控制營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入和排除的主要屏障。

離子化合物：弱快強(qiáng)慢（極性）

通透性與吸收是不同概念

一般大分子先水解為小分子，再吸收脂溶性物質(zhì)：易透過19一、單純擴(kuò)散/自由擴(kuò)散(simplediffusion)依靠胞內(nèi)外溶液濃度差，順濃度梯度運輸；不消耗代謝能，無特異性；運輸氧、水、二氧化碳、甘油、乙醇、某些氨基酸等小分子；親脂性分子從高濃度到低濃度的擴(kuò)散來運輸，利用細(xì)胞膜的通透性，細(xì)胞膜是一道屏障。

20二、促進(jìn)擴(kuò)散(facilitateddiffusion)利用膜內(nèi)、膜外被運輸物質(zhì)和載體蛋白的親和力的不同。特點：需要特異性的載體蛋白順濃度梯度運輸不消耗能量運輸硫酸根、磷酸根、糖（真核）載體蛋白(carrierprotein)，即透性酶（大多為誘導(dǎo)酶），有底物特異性，每種載體蛋白運輸相應(yīng)的物質(zhì)。載體蛋白可加快運輸速度，但不能逆濃度運輸。21單純擴(kuò)散、促進(jìn)擴(kuò)散、主動運輸：被運輸?shù)娜苜|(zhì)分子不發(fā)生改變。

3、主動運輸(activetransport)特點：是微生物吸收營養(yǎng)的主要方式可逆濃度梯度運輸，耗能需載體蛋白，有特異性運輸有機(jī)離子、無機(jī)離子、氨基酸、乳糖等糖類

需要特異性載體蛋白需要能量來改變載體蛋白的構(gòu)象親和力改變→蛋白構(gòu)象改變→耗能質(zhì)子動勢=質(zhì)子化學(xué)梯度+膜電位梯度22特點：屬主動運輸類型溶質(zhì)分子發(fā)生化學(xué)修飾定向磷酸化需復(fù)雜的運輸酶系參與運輸葡萄糖、果糖、甘露糖、嘌呤、核苷、脂肪酸等能量來源PEP4、基團(tuán)轉(zhuǎn)位(grouptranslocation)膜對大多數(shù)磷酸化合物具有高度的不滲透性。每輸入一個葡萄糖分子，就要消耗一個ATP的能量。23主要依賴磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)和磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)(PTS)。PEP+HPrEI丙酮酸+P-HPrP-HPr+糖EII糖-P+HPr1.熱穩(wěn)定性載體蛋白(heatstablecarrierprotein,HPr)的激活

2.糖磷酸化后運入膜內(nèi)

24培養(yǎng)基(medium，culturemedium)：是一種人工配制的、適合微生物生長繁殖或產(chǎn)生代謝產(chǎn)物用的混合養(yǎng)料。第四節(jié)培養(yǎng)基25（一）五個原則

1、目的明確（根據(jù)不同微生物的營養(yǎng)需要配制不同的培養(yǎng)基）

培養(yǎng)什么微生物、獲得什么產(chǎn)物、用途二、選擇和配制培養(yǎng)基的原則和方法2、營養(yǎng)協(xié)調(diào)

營養(yǎng)協(xié)調(diào)(注意營養(yǎng)物的濃度和配比，特別是碳氮比C/N比)26C/N比:微生物培養(yǎng)基中所含的碳源中的碳原子與氮源中氮原子的摩爾數(shù)之比。不是簡單的某碳源的重量與氮源的重量之比。因為，不同種類的碳源和氮源，其中含碳量和含氮量差別很大。一般培養(yǎng)基的C/N比為100/0.5～2。以含氮量來看：NH3(82%)>CO(NH2)2(46%)>NH4NO3(35%)>(NH4)2CO3(29.2%)>(NH4)2SO4(21%)27

pH

滲透壓和水活度氧化還原電位3、物理化學(xué)條件適宜:28細(xì)菌:pH7.0~8.0

放線菌：pH7.0~8.5

酵母菌:pH3.8~6.0

霉菌：pH4.0~6.0pH：微生物有最佳生長pH微生物在生長過程中培養(yǎng)基pH值可能發(fā)生的變化：在含糖基質(zhì)上生長,會產(chǎn)酸而使pH下降，在分解蛋白質(zhì)和氨基酸時,會產(chǎn)NH3而使pH上升，以(NH4)2SO4

作N源,會過剩SO42-,而使pH下降，分解利用陽離子化合物如：NaNO3,會過剩Na+而使

pH上升。29

維持培養(yǎng)基pH的方法使用磷酸緩沖劑：K2HPO4/Na2HPO4,H2PO4/NaH2PO4采用“備用堿”：CaCO3

、CaHCO3采用弱酸鹽：檸檬酸鹽、乳酸鹽等采用液氨或鹽酸30滲透壓(osmoticpressure):高濃度溶液向低濃度溶液滲透時，其溶質(zhì)分子所產(chǎn)生的壓力。高滲溶液會導(dǎo)致微生物細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離低滲溶液會導(dǎo)致微生物細(xì)胞吸水膨脹甚至破裂314、原料來源的選擇經(jīng)濟(jì)節(jié)約原則:以粗代精、以廢代好、以簡代繁原料來源要廣泛原料要易處理，處理成本要低原料處理后，廢物、廢液、廢氣要少32組合培養(yǎng)基(definedmedium)，或稱合成培養(yǎng)基

(syntheticmedium)是一類用多種高純化學(xué)試劑配制的、各成分（包含微量元素）的量都確切知道的培養(yǎng)基。如培養(yǎng)細(xì)菌所用的葡萄糖銨鹽

培養(yǎng)基，培養(yǎng)放線菌的淀粉硝酸鹽培養(yǎng)基（高氏一號）。一般用于研究工作（代謝、遺傳分析）。優(yōu)點：組份精確、重復(fù)性好。缺點：配制繁瑣，成本較高，培養(yǎng)菌類有限培養(yǎng)基類型依對培養(yǎng)基成分的了解：33培養(yǎng)基類型依對培養(yǎng)基成分的了解：天然培養(yǎng)基(complexmedium,undefinedmedium)，指一些利用動、植物或微生物體或其提取物制成的培養(yǎng)基，成分未知。如培養(yǎng)細(xì)菌所用的肉湯蛋白胨培養(yǎng)基，培養(yǎng)酵母菌的麥芽汁培養(yǎng)基等。

優(yōu)點：取材方便、營養(yǎng)豐富、種類多樣、配制方便缺點：成分不穩(wěn)定，實驗結(jié)果重復(fù)性差34固體培養(yǎng)基(solidmedium)，一般加有凝固劑，凝固劑含量一般為1～2％。作為凝固劑的條件：不被微生物分解利用，生長溫度范圍內(nèi)保持固體狀態(tài)，凝固點溫度對微生物無害，不因滅菌而破壞，透明度好、配制方便、價格低。常用的為瓊脂與明膠。由于固體培養(yǎng)基能提供表面，形成單菌落，因此可用于：菌種分離、鑒定、保藏等。按培養(yǎng)基外觀的物理狀態(tài)：固體、半固體、液體。35培養(yǎng)基固化物瓊脂與明膠的比較化學(xué)成分營養(yǎng)價值分解性融化溫度凝固溫度常用濃度透明度粘著力耐加壓滅菌瓊脂聚半乳糖的硫酸酯無罕見～960C～400C1.5～2%高強(qiáng)強(qiáng)明膠蛋白質(zhì)作氮源極易～250C～200C5～12%高強(qiáng)弱36依功能不同：選擇培養(yǎng)基(Selectedmedium)：：根據(jù)某種微生物的特殊營養(yǎng)要求或其對某化學(xué)、物理因素的抗性而設(shè)計的培養(yǎng)基。功能：混合菌中劣勢菌變成優(yōu)勢菌，從而提高該菌的篩選效率。鑒別培養(yǎng)基(Differentialmedium)：加有能與某一菌的無色代謝產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)的指示劑，從而用肉眼就能使該菌落與外形相似的其他菌落相區(qū)分的培養(yǎng)基。用途：細(xì)菌學(xué)檢驗遺傳研究，37參考文獻(xiàn):1沈萍．微生物學(xué)．北京：高等教育出版社，20002周德慶．微生物教程．第