第四章微生物營養(yǎng)和培育基微生物細胞的化學(xué)組成微生物的營養(yǎng)要素微生物的營養(yǎng)類型微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收方式培育基一、微生物細胞的化學(xué)組成〔一〕化學(xué)元素(chemicalelement):大量元素(macroelement):碳、氫、氧、氮、磷、硫、鉀、鎂、鈣、鐵〔其中前六種占細菌細胞干重的97%〕。微量元素(traceelement):鋅、錳、鈉、氯、鉬、硒、鈷、銅、鎢、鎳、硼。第一節(jié)微生物細胞的化學(xué)組成表4—1微生物細胞中幾種主要元素的含量〔干重的百分數(shù)〕元素細菌酵母菌霉菌碳5049.847.9氮1512.45.2氫86.76.7氧2031.140.2磷3——硫1——微生物細胞物質(zhì)中灰分元素含量的百分比灰分元素固氮菌酵母菌霉菌P2O5SO3K2ONa2OMgOCaOFe2O3SiO2CuO4.950.292.410.070.820.890.08----3.540.0392.34--0.4280.3830.0350.093--4.850.112.811.120.380.190.160.04--〔二〕元素在細胞內(nèi)存在方式：上述元素主要以水、有機物、無機鹽的方式存在于細胞中：1．有機物：蛋白質(zhì)、糖、脂類、核酸、維生素及其降解產(chǎn)物.2．無機物：1)參與有機物組成，2)單獨存在于細胞質(zhì)內(nèi)以無機鹽的方式存在.3、水：約占細胞總重70%～90%，以游離水和結(jié)合水兩種方式存在游離水：干重法可測得；結(jié)合水：不易蒸發(fā)、不凍結(jié)、也不能浸透,占水總量的17%—28%?！踩澄⑸锛毎瘜W(xué)組成含量的變化此組成可因菌種的種類、菌齡、培育基組成、培育條件、分析方法等而有所不同。表4—2微生物細胞的化學(xué)組成主要成分細菌酵母菌霉菌水分75~8570~8085~90（占細胞鮮重的%）蛋白質(zhì)50~8032~7514~15占細碳水化合物12~2827~637~40胞干脂肪5~202~154~40重的核酸10~206~81%無機鹽2~303.8~76~12營養(yǎng)物〔nutrient〕：那些可以滿足機體生長、繁衍和完成各種生理活動所需求的物質(zhì)通常稱為微生物的營養(yǎng)物質(zhì)。

營養(yǎng)〔或叫營養(yǎng)作用，nutrition〕：微生物獲得與利用營養(yǎng)物質(zhì)的過程通常稱為營養(yǎng)。第二節(jié)微生物的營養(yǎng)要素生物類型營養(yǎng)要素動物（異養(yǎng)）微生物綠色植物（自養(yǎng)）異養(yǎng)自養(yǎng)碳源糖類脂肪糖、醇、有機酸等二氧化碳、碳酸鹽等二氧化碳、碳酸鹽氮源蛋白質(zhì)或其降解物蛋白質(zhì)或其降解物有機或無機氮化物、氮無機氮化物、氮無機氮化物能源與碳同與碳同氧化無機物或利用日光能利用日光能生長因子維生素一部分需要維生素等不需要不需要無機元素?zé)o機鹽無機鹽無機鹽無機鹽水分水水水水表4-3微生物和動物、植物營養(yǎng)要素的比較一、碳源〔Carbonsource〕◆定義：凡可被用來構(gòu)成細胞物質(zhì)或代謝產(chǎn)物中碳素來源的營養(yǎng)物質(zhì)?！艄δ埽禾峁┖铣杉毎镔|(zhì)及代謝物的原料;并為整個生理活動提供所需求能源〔異養(yǎng)微生物〕。◆種類:無機含碳化合物：如CO2和碳酸鹽等。有機含碳化合物：糖與糖的衍生物〔多糖：如淀粉、麩皮、米糠等；飴糖；單糖〕,脂類、醇類。有機酸、烴類、芳香族化合物以及各種含氮的化合物。類型元素水平化合物水平培養(yǎng)基原料水平有機碳C·H·O·N·X復(fù)雜蛋白質(zhì)、核酸等牛肉膏、蛋白胨、花生餅粉等C·H·O·N多數(shù)氨基酸、簡單蛋白質(zhì)等一般氨基酸、明膠等C·H·O糖、有機酸、醇、脂類等葡萄糖、蔗糖、各種淀粉、糖蜜等C·H烴類天然氣、石油及其不同餾份、石蠟油等無機碳C(?)——C·OCO2CO2C·O·XNaHCO3NaHCO3、CaCO3、白堊等表4—4微生物的碳源譜1.異養(yǎng)微生物：凡必需利用有機碳源的微生物2.自養(yǎng)微生物：凡以無機碳源作為主要碳源的微生物3.碳源的利用順序：C.H.O(糖類>醇類、有機酸和脂類，單糖>雙糖和多糖，己糖>戊糖，葡萄糖、果糖>甘露糖、半乳糖，淀粉>纖維素、幾丁質(zhì)，純多糖>雜多糖)4.雙功能營養(yǎng)物：對一切異常微生物來說，其碳源同時又兼作能源。可以用作洋蔥假單胞菌獨一碳源的化合物有:碳水化合物及其衍生物：19種脂肪酸：11種二羧酸：9種其它有機酸：12種伯醇：3種氨基酸：12種其它氮化合物：13種無氮環(huán)狀化合物：9種微生物不同，利用上述含碳化合物的才干不同，如假單胞菌屬中的某些種可以利用90種以上的不同類型的碳源物質(zhì)；而某些甲基營養(yǎng)型細菌只能利用甲醇或甲烷等一碳化合物進展生長。微生物工業(yè)發(fā)酵中用做碳源的原料傳統(tǒng)種類：糖類〔單糖，飴糖〕、 淀粉〔玉米粉、山芋粉、野生植物 淀粉等〕、麩皮、各種米糠等代糧發(fā)酵：纖維素、石油、CO2、H2氮源(nitrogensource)凡是提供微生物營養(yǎng)所需的氮元素的營養(yǎng)源，稱為氮源。氮源物質(zhì)的主要作用是合成細胞物質(zhì)中含氮物質(zhì)，少數(shù)自養(yǎng)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(zhì)缺乏的條件下，也可以利用氨基酸作為能源物質(zhì)。二、氮源表4—5微生物的氮源譜類型元素水平化合物水平培養(yǎng)基原料水平有機氮N·C·H·O·X復(fù)雜蛋白質(zhì)、核酸等牛肉膏、酵母膏、餅粕粉、蠶蛹粉等N·C·H·O尿素、一般氨基酸、簡單蛋白質(zhì)等尿素、蛋白胨、明膠等無機氮N·HNH3、銨鹽等(NH4)2SO4等N·O硝酸鹽等KNO3等NN2空氣1.氮源的利用順序:N.C.H.O或N.C.H.O.X>N.H>N.O>N2.氨基酸自養(yǎng)型微生物：不需求以氨基酸作氮源，能把尿素、銨鹽、硝酸鹽甚至氮氣等簡單氮源自行合成所需求的一切氨基酸的微生物。3.氨基酸異養(yǎng)型微生物：需求從外界吸收現(xiàn)成的氨基酸作氮源的微生物。遲效氮源：蛋白氮必需經(jīng)過水解之后降解成胨、肽、氨基酸等才干被機體利用。速效氮源：無機氮源或以蛋白質(zhì)降解產(chǎn)物方式存在的有機氮源可以直接被菌體吸收利用。速效氮源，通常是有利于機體的生長，遲效氮源有利于代謝產(chǎn)物的構(gòu)成。實驗室常用的氮源有碳酸銨、硝酸鹽、硫酸銨、尿素、蛋白胨、牛肉膏、酵母膏等。消費上常用的氮源：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。多數(shù)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。但有些微生物沒有將無機氮合成有機氮的才干，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，而需求從外界吸收現(xiàn)成的氨基酸作為氮源才干生長，這類微生物叫做氨基酸異養(yǎng)型微生物，也叫營養(yǎng)缺陷型。氮源的種類

能源：指能為微生物的生命活動提供最初能量來源的營養(yǎng)物或輻射能。微生物的能源譜：

有機物：化能異養(yǎng)微生物的能源〔同碳源〕化學(xué)物質(zhì)能源譜：無機物：化能自養(yǎng)微生物的能源〔不同于碳源〕

輻射能：光能自養(yǎng)和光能異養(yǎng)微生物的能源

3、能源化能自養(yǎng)微生物的能源物質(zhì)：都是一些復(fù)原態(tài)的無機物質(zhì)，例如：NH4+、NO2-、S、H2S、H2、Fe2+等，能利用這些物質(zhì)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、硫細菌、氫細菌和鐵細菌等。這些無機養(yǎng)料經(jīng)常是雙功能的〔如：NH4+既是硝酸細菌的能源，又是它的氮源?！秤袡C營養(yǎng)物常有雙功能或三功能作用，既是異養(yǎng)微生物的能源，又是它們的碳源或氮源。光輻射能：是單功能的，只為光能微生物提供能源。復(fù)原態(tài)的NH4:是雙功能營養(yǎng)物〔能源、氮源〕氨基酸：三功能營養(yǎng)物〔碳源、氮源、能源〕生長因子〔growthfactor〕：是一類對微生物正常代謝必不可少且不能用簡單的碳源或氮源自行合成的有機物。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、胺類、脂肪酸等等。各種維生素、氨基酸、嘌呤和嘧啶〔堿基〕的生理功能見教材。缺乏合成生長因子才干的微生物稱為“營養(yǎng)缺陷型〞微生物。四、生長因子〔growthfactor〕根據(jù)微生物對生長因子的需求存在差別，可分為：1.野生型(wildtype)和原養(yǎng)型不需求生長因子而能在根底培育基上生長的菌株2.營養(yǎng)缺陷型(auxotroph)由于自發(fā)或誘發(fā)突變等緣由從野生型菌株產(chǎn)生的需求提供特定生長素物質(zhì)才干生長的菌株1.生長因子自養(yǎng)型微生物:不需求從外界吸收任何生長因子就能正常生長的微生物(如E.coli,多數(shù)真菌、紡線菌、細菌)。2.生長因子異養(yǎng)型微生物：需求從外界吸收多種生長因子才干維持正常生長的微生物〔如乳酸菌、支原體和原生動物等〕。3.生長因子過量合成的微生物：在其代謝活動中，可以大量合成分泌某些維生素等生長因子的微生物〔如阿舒假囊酵母、鏈霉菌、被孢霉等〕。根據(jù)微生物對生長因子的需求分：無機鹽：是微生物生長必不可少的一類營養(yǎng)物質(zhì)，它們?yōu)闄C體生長提供多種重要的生理功能〔見以下圖〕，包括大量元素和微量元素。大量元素：P、S、K、Mg、Ca、Na、Fe等?！参⑸锷L所需濃度在10-3－10-4mol/L〕微量元素：Cu、Zn、Mn、Mo、Co等。〔微生物生長所需濃度在10-6－10-8mol/L〕普通微生物生長所需求的無機鹽有：硫酸鹽、磷酸鹽、氯化物以及含有鈉、鉀、鎂、鐵等金屬元素的化合物。五、無機鹽細胞內(nèi)普通分子成分〔P、S、Ca、Ma、Fe等〕普通功能浸透壓的維持〔Na+等〕生理調(diào)理物質(zhì)酶的激活劑〔Ma2+等〕大量元素pH的穩(wěn)定無化能自養(yǎng)菌的能源〔S、Fe2+、NH4+、NO2-等〕機特殊功能鹽無氧呼吸時的氫受體〔NO3-、SO42-等〕酶的激活劑〔Cu2+、Mn2+、Zn2+等〕微量元素特殊分子構(gòu)呵斥分〔Co、Mo等〕無機鹽的生理功能無機元素的來源和功能元素 人為提供方式生理功能P KH2PO4、K2HPO4 核酸、磷酸和輔酶的成分S MgSO4 含硫氨基酸、含硫維生素成分K KH2PO4、K2HPO4 酶的輔因子、維持電位差和浸透壓Na NaCl 維持浸透壓、某些細菌和藍細菌需求Ca Ca(NO3)2、CaCl2 胞外酶穩(wěn)定劑、蛋白酶輔因子、細菌芽孢和真菌孢子構(gòu)成Mg MgSO4 固氮酶輔因子、葉綠素成分Fe FeSO4 Cyt成分；合成葉綠素、白喉毒素和氯高鐵血紅素所需 Mn MnSO4 超氧化物歧化酶、氨肽酶、L-阿拉伯糖異構(gòu)酶等的輔因子Cu CuSO4 氧化酶、酪氨酸酶的輔因子Co CoSO4 VB12復(fù)合物的成分、肽酶的輔因子Zn ZnSO4 堿性磷酸酶、脫氫酶、肽酶、脫羧酶輔因子Mo (NH4)6Mo7O24 固氮酶和同化型及異化型硝酸鹽復(fù)原酶的成分水分：水分是生物細胞的主要化學(xué)成分，其重要的生理功能表如今以下幾個方面：1.細胞的構(gòu)成成分2.良好的溶劑，一系列生理生化反響的反響介質(zhì)3.參與許多生理生化反響4.有效地控制細胞內(nèi)的溫度變化六、水幾種生物的游離水含量人體：60%海蟄：96%微生物孢子營養(yǎng)體霉菌孢子：~39%細菌芽孢：皮層：~70%中心：極低細菌：~80%酵母：~75%霉菌：~85%◆水在細胞中有兩種存在方式：結(jié)合水和游離水.◆不同細胞及不同細胞構(gòu)造中游離水的含量有較大差別：根據(jù)生長所需求的營養(yǎng)物質(zhì)的性質(zhì)，可將生物分成兩種根本的營養(yǎng)類型異養(yǎng)型生物：在生長時需求以復(fù)雜的有機物質(zhì)作為營養(yǎng)物質(zhì)自養(yǎng)型生物：在生長時能以簡單的無機物質(zhì)作為營養(yǎng)物質(zhì)動物屬于異養(yǎng)型生物，植物，而微生物既有異養(yǎng)型的也有自養(yǎng)型的，大多數(shù)微生物屬于異養(yǎng)型生物，少數(shù)微生物屬于自養(yǎng)型生物。根據(jù)生長時能量的來源不同，又可將生物分成兩種類型化能營養(yǎng)型生物：依托化合物氧化釋放的能量進展生長光能營養(yǎng)型生物：依托光能進展生長動物和大部分微生物屬于化能營養(yǎng)型生物，它們從物質(zhì)的氧化過程中獲得能量。植物和少部分微生物屬于光能營養(yǎng)型生物第三節(jié)微生物的營養(yǎng)類型分類標準營養(yǎng)類型1.以能源分光能營養(yǎng)型（phototroph）化能營養(yǎng)型（chemotroph）2.以氫供體分無機營養(yǎng)型（lithotroph）有機營養(yǎng)型(organotroph)3.以碳源分自養(yǎng)型(autotroph)異樣型(heterotroph)4.以合成氨基酸能力分氨基酸自養(yǎng)型(aminoacidautotroph)氨基酸異養(yǎng)型(aminoacidheterotroph)5.以生長因子分原養(yǎng)型(prototroph)或野生型(wildtype)營養(yǎng)缺陷型(auxotroph)6.以取食方式分滲透營養(yǎng)型(osmotroph)吞噬營養(yǎng)型(phagotroph)7.以取得死或活有機物分寄生(saprophytism)腐生(parasitism)微生物營養(yǎng)類型的分類營養(yǎng)類型營養(yǎng)類型能源氫供體基本碳源實例光能無機營養(yǎng)型（光能自養(yǎng)型）光無機物 CO2藍細菌,紫硫細菌,綠硫細菌,藻類光能有機營養(yǎng)型（光能異養(yǎng)型）光有機物CO2及簡單有機物紅螺菌科的細菌（紫色無硫細菌）化能無機營養(yǎng)型（化能自養(yǎng)型）無機物無機物CO2硝化細菌,硫化細 菌,鐵細菌,氫細菌,硫磺細菌等化能有機營養(yǎng)型（化能異養(yǎng)型）有機物 有機物有機物絕大多數(shù)細菌和 全部真核微生物光能自養(yǎng)型微生物：以C02作為獨一碳源或主要碳源，并利用光能，以無機物如硫化氫、硫代硫酸鈉或其他無機硫化物作為供氫體將CO2復(fù)原成細胞物質(zhì)，同時產(chǎn)生元素硫光能CO2＋H2S[CH2O]+2S+H2O光合色素光能自養(yǎng)型微生物包括藍細菌〔含葉綠素〕、紅硫細菌和綠硫細菌等少數(shù)微生物〔含細菌葉綠素〕，由于含有光合色素，因此能使先能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能〔ATP〕，供機體直接利用。一、光能自養(yǎng)型微生物光能異養(yǎng)型微生物：以CO2為主要碳源或獨一碳源，以有機物〔如異丙醇〕作為供氫體，利用光能將CO2復(fù)原成細胞物質(zhì)，紅螺菌屬中的一些細菌屬于此種營養(yǎng)類型。光能2(H3C)2CHOH+CO22CH3COCH3+[CH2O]+H2O光合色素光能異養(yǎng)型細菌在生長時大多數(shù)采要外源的生長因子二、光能異養(yǎng)型微生物利用光能，以簡單有機物〔醇、有機酸〕為供氫體同化CO2CH3│光能CO2+2CH2-CHOH----→[CH2O]+2CH3COCH3+H2O菌綠素例：紅螺菌屬〔Rhodospirillum〕光能異養(yǎng)型微生物紅螺菌化能自養(yǎng)型微生物：以CO2或碳酸鹽作為獨一或主要碳源，以無機物氧化釋放的化學(xué)能為能源,，利用電子供體如氫氣、硫化氫、二價鐵離子或亞硝酸鹽等使CO2復(fù)原成細胞物質(zhì)。這類微生物主要有硫化細菌、硝化細菌、氫細菌與鐵細菌。它們在自然界物質(zhì)轉(zhuǎn)換過程中起著重要的作用。三、化能自養(yǎng)型微生物經(jīng)過氧化無機物獲得能量，并以CO2為獨一或主要碳源1.硝化細菌:亞硝化細菌2NH4++3O2→2NO2-+2H2O+4H++132Kcal硝化細菌NO2-+1/2O2→NO3-+18.1Kcal2.硫化細菌:經(jīng)過氧化復(fù)原態(tài)的無機硫化物〔H2S、S、S2O32-、SO32-〕獲得能量〔硫桿菌屬，硫微螺菌屬〕H2S+1/2O2→S+H2O+50.1KcalS+11/2O2+H2O→H2SO4+149.8Kcal3.鐵細菌：氧化Fe2+為Fe3+獲取能量并同化CO22Fe2++1/2O2+2H+→2Fe3++H2O+21.2Kcal4.氫細菌：具有氫化酶，從氫的氧化獲取能量，同化CO2H2+1/2O2→H2O+56.7Kcal硝化細菌鐵細菌多數(shù)微生物屬于化能異養(yǎng)型，其生長所需求能量和碳源通常來自同一種有機物。根據(jù)化能異養(yǎng)型微生物利用有機物的特性，又可以將其分為以下兩種類型：腐生型微生物：利用無生命活性的有機物作為生長的碳源。寄生型微生物：寄生在生活的細胞內(nèi)，從寄生體內(nèi)獲得生長所需求的營養(yǎng)物質(zhì)。存在于寄生與腐生之間的中間過渡類型微生物，稱為兼性腐生型或兼性寄生型。四、化能異養(yǎng)型微生物肺炎鏈球菌幽門螺旋菌第四節(jié)微生物吸收營養(yǎng)物質(zhì)的方式單純分散促進分散自動運輸基團移位1、單純分散(simplediffusionorpassivediffusion)被保送的物質(zhì)，靠細胞內(nèi)外濃度為動力，以透析或分散的方式從高濃度區(qū)向低濃度區(qū)的分散。1、單純分散(simplediffusionorpassivediffusion)特點：①分散是非特異性的營養(yǎng)物質(zhì)吸收方式：如營養(yǎng)物質(zhì)經(jīng)過細胞膜中的含水小孔，由高濃度的胞外環(huán)境向低濃度的胞內(nèi)分散；②在分散過程中營養(yǎng)物質(zhì)的構(gòu)造不發(fā)生變化：即既不與膜上的分子發(fā)生反響，本身的分子構(gòu)造也不發(fā)生變化；③物質(zhì)運輸?shù)乃俾瘦^慢：速率與胞內(nèi)外營養(yǎng)物質(zhì)的濃度差有關(guān)，即隨細胞膜內(nèi)外該物質(zhì)濃度差的降低而減小，直到胞內(nèi)外物質(zhì)濃度一樣；④不需求載體參與；分散是一個不需求代謝能的運輸方式，因此，物質(zhì)不能進展逆濃度運輸。⑤可運送的養(yǎng)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(yǎng)物質(zhì)。smosisflowstowardshighsaltconcentrations單純分散方式圖細胞膜外細胞膜內(nèi)細胞膜三營養(yǎng)物在運送過程中，經(jīng)過與細胞膜上特異載體蛋白〔也稱作透過酶permease〕的可逆性結(jié)合來加快其傳送速度，但不耗費能量的一類分散性運送方式。2.促進分散(facilitateddiffusion/transport)2.促進分散(facilitateddiffusion)特點：在促進分散過程中營養(yǎng)物質(zhì)本身在分子構(gòu)造上也不會發(fā)生變化不耗費代謝能量，故不能進展逆濃度運輸運輸?shù)乃俾视砂麅?nèi)外該物質(zhì)的濃度差決議需求細胞膜上的載體蛋白〔透過酶〕參與物質(zhì)運輸被運輸?shù)奈镔|(zhì)與載體蛋白有高度的特異性養(yǎng)料濃度過高時,與載體蛋白出現(xiàn)飽和效應(yīng)促進分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(zhì)的吸收和代謝產(chǎn)物的分泌是經(jīng)過這種方式完成的。Embededprotein:Proteinsthatactascarriersaretoolargetomoveacrossthemembrane.Theyaretransmembraneproteins.Theycyclebetweentwoconformationsinwhichasolutebindingsiteisaccessibleononesideofthemembraneortheother.促進分散方式圖細胞膜細胞膜外細胞膜內(nèi)恢復(fù)原構(gòu)象移位再循環(huán)結(jié)合構(gòu)象改動oractiveansport3.自動運輸(Activetransport)在代謝能的推進下，經(jīng)過膜上特殊載體蛋白構(gòu)象的變化，逆養(yǎng)料濃度梯度吸收營養(yǎng)物質(zhì)的過程。自動運輸(Activetransport)特點：物質(zhì)在自動運輸?shù)倪^程中需求耗費代謝能可以進展逆濃度運輸?shù)倪\輸方式需求載體蛋白參與對被運輸?shù)奈镔|(zhì)有高度的立體專注性被運輸?shù)奈镔|(zhì)在轉(zhuǎn)移的過程中不發(fā)生任何化學(xué)變化不同的微生物在自動運輸過程中所需的能量的來源不同，好氧微生物中直接來自呼吸能，厭氧微生物主要來自化學(xué)能，光合微生物中那么主要來自光能。自動運輸是微生物吸收營養(yǎng)物質(zhì)的主要方式。

Comparisonofpassiveandactivetransport.

自動運輸方式圖細胞膜細胞膜外細胞膜內(nèi)恢復(fù)原構(gòu)象移位再循環(huán)結(jié)合構(gòu)象改動ADP+PiATPNa+-K+-ATP酶系統(tǒng)Na+-K+-ATPase是存在于原生質(zhì)膜上的一種重要離子通道蛋白功能：利用ATP能量將Na+由細胞內(nèi)“泵〞出胞外，并將K+“泵〞入胞內(nèi)。該酶由大小兩個亞基組成〔MW:12萬，5.5萬〕作用步驟:1.ATP酶(E)在細胞內(nèi)側(cè)與3個Na+結(jié)合，同時耗費能量；2.磷酸化ATP酶(E+)構(gòu)象變化將Na+排除胞外，并與2個K+結(jié)合；3.K+激發(fā)E+脫磷酸化恢復(fù)為E，同時將K+運入細胞?；蜣D(zhuǎn)位是一種特殊的自動運輸，與普通的自動運輸相比，營養(yǎng)物質(zhì)在運輸?shù)倪^程中發(fā)生了化學(xué)變化〔糖在運輸?shù)倪^程中發(fā)生了磷酸化〕。其他特點與自動運輸一樣?；蜣D(zhuǎn)位主要存在于厭氧和兼性厭氧型細菌中，也主要是用于單〔或雙〕糖與糖的衍生物，以及核苷與脂肪散的運輸。4.基團轉(zhuǎn)位(Grouptranslocation)在酶Ⅰ的作用下HPr被激活在酶Ⅱ的作用下P-HPr將磷酸轉(zhuǎn)移給糖運送機制:是依托磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng),即磷酸烯醇式丙酮酸-己糖磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng).運送步驟:1.熱穩(wěn)載體蛋白(HPr)的激活細胞內(nèi)高能化合物磷酸烯醇式丙酮酸〔PEP〕的磷酸基團把HPr激活。酶ⅠPEP+HPr丙酮酸+P-HPrHPr是一種低分子量的可溶性蛋白，結(jié)合在細胞膜上，具有高能磷酸載體的作用。2、糖被磷酸化后運入膜內(nèi)膜外環(huán)境中的糖先與外膜外表的酶Ⅱ結(jié)合，再被轉(zhuǎn)運到內(nèi)膜外表。這時，糖被P-HPr上的磷酸激活，并經(jīng)過酶Ⅱ的作用將糖-磷酸釋放到細胞內(nèi)。酶ⅡP-HPr+糖糖-P+HPr酶Ⅱ是一種結(jié)合于細胞膜上的蛋白，它對底物具有特異性選擇作用，因此細胞膜上可誘導(dǎo)出一系列與底物分子相應(yīng)的酶Ⅱ?；鶊F移位方式圖細胞膜外細胞膜內(nèi)SSSS細胞膜Enz2cEnz2bEnz2cEnz2aSSHPrP~PHPr~Enz1+PEP丙酮酸四種運輸營養(yǎng)物質(zhì)方式的比較比較項目單純擴散促進擴散主動運輸基團轉(zhuǎn)位特異載體蛋白運輸速度物質(zhì)運輸方向胞內(nèi)外濃度運輸分子能量消耗運輸后物質(zhì)的結(jié)構(gòu)載體飽和效應(yīng)與溶質(zhì)類似物運送抑制劑運送對象舉例無慢由濃至稀相等無特異性不需要不變無無競爭性無H2O、CO2、O2、甘油、乙醇、鹽類有快由濃至稀相等特異性不需要不變有有競爭性有SO42-、PO43-、糖有快由稀至濃胞內(nèi)濃度高特異性需要不變有有競爭性有氨基酸、乳糖等糖類，Na+、Ca2+等無機粒子有快由稀至濃胞內(nèi)濃度高特異性需要改變有有競爭性有葡萄糖、果糖、甘露糖、嘌呤、核苷、脂肪酸5.膜泡運輸原生動物吸收營養(yǎng)物質(zhì)的方式，有胞吞和胞飲兩種類型SpecialCases1.

Endocytosis2.

ExocytosisTherearefourtypesofcarrier-mediatedtransportsystemsinprocaryotes.Thecarrierisaprotein(orgroupofproteins)thatfunctioninthepassageofasmallmoleculefromonesideofamembranetoanother.Atransportsystemmaybeasingletransmembranousproteinthatformsachannelthatadmitspassageofaspecificsolute.Oratransportsystemmaybeacoordinatedsystemofproteinsthatbindsandsequentiallypassesasmallmoleculethroughmembrane.Transportsystemshavethepropertyofspecificityforthesolutetransported.Sometransportsystemstransportasinglesolutewiththesamespecificityandkineticsasanenzyme.Sometransportsystemswilltransport(structurally)relatedmolecules,althoughatreducedefficiencycomparedtotheirprimarysubstrate.Mosttransportsystemstransportspecificsugars,aminoacids,anionsorcationsthatareofnutritionalvaluetothebacterium.Figure12.Transportprocessesinbacterialcells.Solutesenterorexitfrombacterialcellsbymeansofoneofthreeprocesses:uniport,symport(alsocalledcotransport)andantiport(alsocalledexchangediffusion).Transportsystems(Figure13below)operatebyoneoranotheroftheseprocesses.第五節(jié)培育基

培育基(medium):是人工配制的適宜于不同微生物生長繁衍或積累代謝產(chǎn)物的營養(yǎng)基質(zhì)。它是進展科學(xué)研討，發(fā)酵消費微生物制品等的根底。第五節(jié)培育基(medium)定義：應(yīng)科研或消費的需求，由人工配制的、適宜于不同微生物生長繁衍或積累代謝產(chǎn)物用的營養(yǎng)基質(zhì)〔混合養(yǎng)料〕。特點：任何培育基都應(yīng)具備微生物所需求的六大營養(yǎng)要素，且應(yīng)比例適當。所以一旦配成必需立刻滅菌。用途：促使微生物生長；積累代謝產(chǎn)物；分別微生物菌種；鑒定微生物種類；微生物細胞計數(shù)；菌種保藏；制備微生物制品一、選用和設(shè)計培育基的原那么和方法〔一〕培育基組分應(yīng)適宜微生物的營養(yǎng)特點〔目的明確〕〔二〕營養(yǎng)物的濃度與比例應(yīng)恰當〔營養(yǎng)協(xié)調(diào)〕〔三〕物理化學(xué)條件適宜〔理化適宜〕〔四〕根據(jù)培育目的選擇原料及其來源〔經(jīng)濟節(jié)約〕〔一〕培育基組分應(yīng)適宜微生物的營養(yǎng)特點即根據(jù)不同微生物的營養(yǎng)需求配制不同的培育基。不同營養(yǎng)類型的微生物，其對營養(yǎng)物的需求差別很大。如自養(yǎng)型微生物的培育基完全可以〔或應(yīng)該〕由簡單的無機物質(zhì)組成。異養(yǎng)做生物的培育基至少需求含有一種有機物質(zhì)，但有機物的種類需順應(yīng)所培育菌的特點。按微生物的主要類群來說，它們所需求的培育基成分也不同：細菌：牛肉膏蛋白胨培育基LB(Luria-Bertani)放線菌：高氏一號培育基真菌：查氏合成培育基PDA(Potato-Dextrose-Agar)酵母菌：麥芽汁、豆芽汁當對實驗菌營養(yǎng)需求特點不清楚的時候，可以采用‘生長譜’法進展測定?！捕碃I養(yǎng)物的濃度與比例應(yīng)恰當●濃度過高——微生物的生長起抑制造用，濃度過小——不能滿足微生物生長的需求?！裉嫉取睠/N〕直接影響微生物生長與繁衍及代謝物的構(gòu)成與積累，故常作為調(diào)查培育基組成時的一個重要目的；●速效性氮〔或碳〕源與遲效性氮〔或碳〕源的比例●各種金屬離子間的比例碳源中的碳原子的mol數(shù)氮源中所含的氮原子的mol數(shù)C/N比值=例：谷氨酸消費中C/N＝4/1時，菌體大量繁衍，谷氨酸積累少；C/N＝3/1時，菌體生長受抑制，而谷氨酸大量添加?！踩澄锢砘瘜W(xué)條件適宜〔1〕pH:各類微生物的最適生長pH值各不一樣：細菌：7.0~8.0 放線菌：7.5~8.5 酵母菌：3.8~6.0 霉菌：4.0~5.8在微生物的生長和代謝過程中，由于營養(yǎng)物質(zhì)的利用和代謝產(chǎn)物的構(gòu)成與積累，培育基的初始pH值會發(fā)生改動，為了維持培育基pH值的相對恒定，通常采用以下兩種方式：內(nèi)源調(diào)理：在培育基里加一些緩沖劑或不溶性的碳酸鹽；調(diào)理培育基的碳氮比。外源調(diào)理：按實踐需求不斷向發(fā)酵液流加酸或堿液☆磷酸緩沖液：pH值從6.0~7.6之間K2HPO4+HClKH2PO4+KClKH2PO4+KOHK2HPO4+H2O☆參與CaCO3： CO32–HCO3–H2CO3CO2+H2O+H+–H–+H+–H–☆培育基中所含氨基酸、肽、蛋白質(zhì)等物質(zhì)也可起到緩沖作用。〔2〕浸透壓和aw浸透壓 等滲溶液 適宜微生物生長高滲溶液 細胞發(fā)生質(zhì)壁分別低滲溶液 細胞吸水膨脹，直至破裂大多數(shù)微生物適宜在等滲的環(huán)境下生長，而有的菌如Staphylococcusaureus那么能在3mol/LNaCl的高滲溶液中生長。能在高鹽環(huán)境〔2.8~6.2/LNaCl〕生長的微生物常被稱為嗜鹽微生物〔Halophiles〕?！粑⑸飳λ男枨蟪潭取菜畬ξ⑸锷L的影響〕常用環(huán)境〔或基質(zhì)〕中的水活度值〔wateractivity,w〕表示。所謂w就是水的有效濃度。◆定義：水活度為在一定的溫度條件下，溶液的蒸汽壓〔資料上部蒸氣相中水濃度〕與純水的蒸汽壓〔即純水上部蒸氣相中水濃度〕之比，即：w=/o表示溶液的蒸汽壓o表示純水的蒸汽壓◆在w為0.60~0.99的環(huán)境條件均有微生物生長，但對某種微生物而言，它對w的要求是一定的，微生物對水的需求有相當?shù)淖兓潭取＜次⑸锊煌?，其生長的最適w亦不同。表4-7幾類微生物生長最適w微生物

w一般細菌0.91酵母菌0.88霉菌0.80噬鹽細菌0.70噬鹽真菌0.65嗜高滲酵母0.60◆為了表示微生物生長與水的關(guān)系，有時也常用相對濕度〔RH)的概念〔w×100=RH〕；通常也用測定蒸氣相中相對濕度的方法得知溶液或物質(zhì)的水活度?！?〕氧化復(fù)原電勢(redoxpoyential)是度量某氧化復(fù)原系統(tǒng)中復(fù)原劑釋放電子或氧化劑接受電子趨勢的一種目的。各種微生物對培育基的氧化復(fù)原電勢的要求：好氧微生物：+0.3~+0.4V,(在>0.1V以上的環(huán)境中均能生長).厭氧微生物：只能在+0.1V以下生長兼性厭氧微生物：+0.1V以上呼吸、+0.1V以下發(fā)酵培育基是多氧化復(fù)原偶的復(fù)雜電化學(xué)系統(tǒng)，測出的Eh值僅代表其綜合結(jié)果。對微生物影響最大的是：分子氧和分子氫的濃度培育基中常用的復(fù)原劑：巰基乙酸、抗壞血酸、硫化氫、半胱氨酸、谷胱甘肽、二硫蘇糖醇等?！菜摹掣鶕?jù)培育基的運用目的選擇原料及其來源該培育基的運用目的：是培育菌體還是積累代謝產(chǎn)物？是實驗室種子培育還是大規(guī)模發(fā)酵？代謝產(chǎn)物是初級代謝產(chǎn)物還是次級代謝產(chǎn)物？☆用于培育菌體種子的培育基營養(yǎng)應(yīng)豐富，氮源含量宜高〔碳氮比低〕；☆用于大量消費代謝產(chǎn)物的培育基其氮源普通應(yīng)比種子培育基稍低，〔但假設(shè)發(fā)酵產(chǎn)物是含氮化合物時，有時還應(yīng)提高培育基的氮源含量〕；假設(shè)代謝產(chǎn)物是次級代謝產(chǎn)物時要思索能否參與特殊元素或特定的代謝產(chǎn)物；☆當所設(shè)計的是大規(guī)模發(fā)酵用的培育基時，應(yīng)注重培育基中各成份的來源和價錢，應(yīng)選擇來源廣泛、價錢低廉的原料，提倡以粗代精，以廢代好。配制培育基時，應(yīng)盡量思索利用價廉并且易于獲得的原料作為培育基的成分，特別是在工業(yè)發(fā)酵中，培育基用量很大，更應(yīng)該思索到這一點，以便降低產(chǎn)品本錢。1.以粗代精2.以野代家3.以廢代好4.以簡代繁5.以氮代朊6.以纖代糖7.以烴代糧8.以國代進4.經(jīng)濟節(jié)約1.生態(tài)模擬調(diào)查所培育菌的生態(tài)條件，查看“嗜好〞，對“癥〞下料———初級天然培育基.2.查閱文獻查閱、分析文獻，調(diào)查前人的任務(wù)資料，自創(chuàng)人家的閱歷，以便從中得到啟發(fā)設(shè)計有本人特征的培育基配方.3.精心設(shè)計借助優(yōu)選法或正交實驗設(shè)計法等方法.二、設(shè)計培育基的方法4、實驗比較：不同培育基配方的選擇比較單種成分來源和數(shù)量的比較幾種成分濃度比例調(diào)配的比較小型實驗放大到大型消費條件的比較pH和溫度實驗◆附1：配置培育基時應(yīng)留意的幾個問題及處理方法：1、沉淀2、膠體強度的破壞3、褐色物質(zhì)的構(gòu)成4、pH發(fā)生變化高壓蒸氣滅菌普通培育基:1.05Kg/cm2,121.3℃,15-30min含糖培育基:0.56Kg/cm2,112.6℃,15-30min

過濾滅菌，分別滅菌，間歇滅菌的運用附2：培育基的滅菌附圖：過濾滅菌附3：器皿的滅菌及無菌室的消毒器皿的滅菌：干熱空氣：160℃，2小時無菌室的消毒：紫外光化學(xué)藥物熏蒸〔苯酚；高錳酸鉀+甲醛〕三、培育基的類型及其運用★-1根據(jù)所培育微生物的微生物類群來分①細菌培育基②放線菌培育基③霉菌培育基★-2根據(jù)培育目的來分①種子培育基(seedculturemedium)———是為保證發(fā)酵消費獲得大量優(yōu)質(zhì)種子而設(shè)計的培育基，特點是營養(yǎng)較豐富，氮源比例較高。有時為使菌種能迅速順應(yīng)后面的發(fā)酵條件，還有認識地參與發(fā)酵培育基的基質(zhì)。②發(fā)酵培育基(fermentationmedium)——用于消費預(yù)定發(fā)酵產(chǎn)物，普通以碳為主要元素，碳源含量往往高于種子培育基。大規(guī)模消費時，原料應(yīng)價廉易得，還應(yīng)有利于下游的分別提取?！?1細菌培育基——營養(yǎng)肉湯〔nutrientbroth)：牛肉膏3g；蛋白胨5g；水1000ml；pH7.2~7.4放線菌培育基——高氏1號：可溶性淀粉20g；KNO31g;K2HPO41g；MgSO40.5g；NaCl1g;FeSO4?7H2O0.5g；水1000ml;pH7.2~7.4霉菌培育基——查氏〔zapek)培育基：蔗糖30g;KCl0.5g;MgSO4.H2O0.5g;FeSO40.5g；水1000ml;K2HPO41g;NaNO33g;pH6.7酵母菌培育基——麥芽汁培育基味精消費菌北京棒狀桿菌AS1299的一級種子〔用搖床培育〕培育基配方：葡萄糖3%玉米漿2.5~3.5%尿素0.3~0.5%K2HPO40.1~0.2%MgSO40.05%二級種子〔1200升發(fā)酵罐〕培育基配方：以水解糖3%替代葡萄糖3%，其他成分一樣。①天然培育基(complexmedium)：也稱作chemicallyundefinedmedium。利用化學(xué)成分還不完全清楚或不恒定的天然物質(zhì)，〔如肉湯、蛋白胨、麥芽汁、酵母汁、豆芽汁、玉米粉、牛奶、血清等〕制成的培育基，天然培育基比較經(jīng)濟，除實驗室經(jīng)常運用外，更適宜于在消費上用來大規(guī)模地培育微生物和消費微生物產(chǎn)品。★-3按對培育基成分的了解程度來分②合成〔組合〕培育基(syntheticmedium)：也稱作chemicallydefinedmedium.由化學(xué)成分完全了解的物質(zhì)配制而成的培育基，該類培育基的組成成分準確、清楚，反復(fù)性強，但微生物生長較慢，且價錢昂貴，故普通適于在實驗室范圍內(nèi)他有關(guān)研生物營養(yǎng)需求、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討任務(wù)。如高氏培育基、察氏培育基等.③半組合培育基(semi-definedmedium)：在合成培育基的根底上添加些天然成份，以更有效地滿足微生物對營養(yǎng)物的需求.如馬鈴薯蔗糖培育基液體培育基(liquidmedium)：液體培育基不含任何凝固劑，菌體與培育基充分接觸，操作方便，常用于大規(guī)模的工業(yè)消費以及在實驗室進展微生物生理代謝等根本實際的研討任務(wù)?？蓳?jù)培育后的濁度判別微生物的生長程度.★-4按制備后培育基外觀的物理形狀來分②固體培育基(solidmedium)：天然固體營養(yǎng)基質(zhì)制成的培育基，或液體培育基中參與一定量凝固劑〔瓊脂1.5～2％)而呈固體形狀的培育基。為微生物的生長提供營養(yǎng)外表。常用于微生物的分別、純化、計數(shù)等方面的研討?？梢肋\用目的不同而制成斜面、平板等方式.〔1〕固化培育基：1％－2％瓊脂或5％－10％明膠〔2〕非可逆性固化培育基：血清培育基或無機硅膠培育基〔3〕天然固態(tài)培育基〔4〕濾膜：醋酸纖維薄膜③半固體培育基(semi-solidmedium)：在液體培育基中參與0.2-0.7％的瓊脂構(gòu)成的培育基。常用來察看細菌運動的特征，以進展菌種鑒定和噬菌體效價滴定等方面的實驗任務(wù)。4.脫水培育基：脫水商品培育基或預(yù)制枯燥培育基1.不被微生物分解、利用、液化；2.不因消毒滅菌而被破壞；3.在微生物的生長溫度內(nèi)堅持固態(tài)；4.凝固點的溫度對微生物無害；5.透明度好，粘著力強理想凝固劑應(yīng)具備的條件①根底培育基(minimummedium):是含有普通微生物生長繁衍所需的根本營養(yǎng)物質(zhì)的培育基；另外根底培育基也可作為一些特殊培育基的根底成分〔如制備糖發(fā)酵培育基時〕.②選擇性培育基(selectivemedium)：是根據(jù)某種或某一類群微生物的特殊營養(yǎng)需求，或?qū)δ撤N化合物的敏感性不同而設(shè)計出來的一類培育基。利用這種培育基可用來將某種或某類微生物從混雜的微生物群體中分別出來.★-5按特殊用途劃分③鑒別性培育基(differentialmedium)：用于鑒別不同類型微生物的培育基，在普通培育基中參與能與某種代謝產(chǎn)物發(fā)生反響的指示劑或化學(xué)藥品，從而產(chǎn)生某種明顯的特征性變化，以區(qū)別不同的微生物，例：伊紅美蘭乳糖培育基〔EosinMethyleneBlue〕④加富培育基(enrichedmedium)：在普通培育基中參與某些特殊的營養(yǎng)物，如血、血清、動、植物組織液或其他營養(yǎng)物質(zhì)〔或生長因子〕的一類營養(yǎng)豐富的培育基。用來培育營養(yǎng)要求苛刻的微生物，或用以富集〔數(shù)量上占優(yōu)勢〕和分別某中微生物.TYPESOFCULTUREMEDIATYPEPURPOSEChemicallydefinedGrowthofchemoautotrophsandphotoautotrophs,andmicrobiologicalassays.ComplexGrowthofmostchemoheterotrophicorganisms.SelectiveSuppressionofunwantedmicrobes;encouragingdesiredmicrobes.DifferentialDifferentiationofcoloniesofdesiredmicrobesfromothers.EnrichmentSimilartoselectivemediabutdesignedtoincreasenumbersofdesiredmicrobestodetectablelevels.

Table4a.MinimalmediumforthegrowthofBacillusmegaterium.Anexampleofachemically-definedmediumforgrowthofaheterotrophicbacterium.

ComponentAmountFunctionofcomponentsucrose10.0gCandenergysourceK2HPO42.5gpHbuffer;PandKsourceKH2PO42.5gpHbuffer;PandKsource(NH4)2HPO41.0gpHbuffer;NandPsourceMgSO47H2O0.20gSandMg++sourceFeSO47H2O0.01gFe++sourceMnSO47H2O0.007gMn++Sourcewater985mlpH7.0Table4b.D