微生物的營養(yǎng)

1、第,四,章,微,生,物,的,營,養(yǎng),教學(xué)重點(diǎn),微生物的營養(yǎng)物質(zhì),微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收方式,培養(yǎng)基配制原則和方法、培養(yǎng)基的類型和應(yīng)用,瓊脂的優(yōu)點(diǎn),營養(yǎng)物質(zhì)：,微生物為了生存就必須從,環(huán)境中吸取各種物質(zhì)以合成細(xì)胞物質(zhì)、提,供能量以及在新陳代謝中起調(diào)節(jié)作用。這,些物質(zhì)就稱為營養(yǎng)物質(zhì)。,營養(yǎng)的概念,：有機(jī)體吸取和利用營養(yǎng),物質(zhì)的過程。,第一節(jié),微生物的營養(yǎng)要求,第二節(jié),微生物的營養(yǎng)類型,第三節(jié),營養(yǎng)物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸,第四節(jié),培養(yǎng)基,第一節(jié),微生物的營養(yǎng)要求,一、微生物細(xì)胞的化學(xué)組成,二、營養(yǎng)物質(zhì)及其生理功能,三、微生物的營養(yǎng)類型,一、,微生物細(xì)胞的化學(xué)組成,（一）化學(xué)元素,(chemical,elem

2、ent):,大量元素,(macroelement),:,碳、氫、氧、,氮、磷、硫、鉀、鎂、鈣、鐵（其中前六種占,細(xì)菌細(xì)胞干重的,97%,）。,微量元素,(trace,element):,鋅、錳、鈉、,氯、鉬、硒、鈷、銅、鎢、鎳,、硼。,（二）元素在細(xì)胞內(nèi)存在形式：,上述元素主要以水、有機(jī)物、無機(jī)鹽的形式存在于細(xì),胞中：,1,有機(jī)物：蛋白質(zhì)、糖、脂類、核酸、,維生素及其降解產(chǎn)物,.,2,無機(jī)物：,1),參與有機(jī)物組成，,2),單獨(dú)存在于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)以無機(jī)鹽的形式存在,.,3,、水：約占細(xì)胞總重,70%,90%,，以游離水和結(jié)合水,兩種形式存在：,游離水：干重法可測得；,結(jié)合水：不易蒸發(fā)、不凍結(jié)、也不

3、能滲透,占水總量的,17%,28%,。,（三）微生物細(xì)胞化學(xué)組成含量的變化,主要成分,細(xì)菌,酵母菌,霉菌,水分,7585 7080 8590,（占細(xì)胞鮮重的,%,）,蛋白質(zhì),5080 3275 1415,占,細(xì),碳水化合物,1228 2763 740,胞,干,脂肪,520 215 440,重,的,核酸,1020 6 8 1,%,無機(jī)鹽,230 3.87 612,表,4,2,微生物細(xì)胞的化學(xué)組成,此組成可因菌種的種類、菌齡、培養(yǎng)基組成、培,養(yǎng)條件、分析方法等而有所不同。,分析細(xì)胞有機(jī)、無機(jī)成分的方式,有機(jī)成分：,1.,化學(xué)法直接抽提,-,定性、定量分析,2.,破碎細(xì)胞，獲得亞細(xì)胞結(jié)構(gòu),-,化學(xué)分

4、析,無機(jī)成分：,細(xì)胞,-550,-,灰分,-,定性、定量分析,碳源,氮源,六大營養(yǎng)要素,能源,無機(jī)鹽,生長因子,水,二、營養(yǎng)物質(zhì)及其生理功能,一、碳源（,Carbon source,）,定義：,凡可被用來構(gòu)成細(xì)胞物質(zhì)或代謝,產(chǎn)物中碳素來源的營養(yǎng)物質(zhì)。,功能：,提供合成細(xì)胞物質(zhì)及代謝物的原料,;,并為,整個(gè)生理活動(dòng)提供所需要能源（異養(yǎng)微生物）。,種類,:,無機(jī)含碳化合物：如,CO,2,和碳酸鹽等。,有機(jī)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(jī)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(jī),碳

5、,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(jī)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(jī),碳,C(?),C,O,CO,2,CO,2,C,O,X,NaHCO,3,NaHCO,3,、,CaCO,3,、等,微生物的碳源譜,1.,微生物的碳源大大超過動(dòng)、植物,特點(diǎn),：,2.,根據(jù)微生物利用碳源是有機(jī)物與,無機(jī)物分兩大類：,利用有機(jī)碳的為異養(yǎng)微生物,利用無機(jī)碳的為自養(yǎng)微生物,4.,不同的微生物，其碳源利用范圍差,別很大,3.,最

6、適的碳源為：“,CHO,”,類,5.,對異養(yǎng)菌：碳源,=,能源,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、,CO,2,、,H,2,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,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(xì)菌只能利用甲醇或甲烷等一碳化,合物進(jìn)行生長。,定義：,凡用來構(gòu)成菌體物質(zhì)或代謝產(chǎn)物中氮素來,源的營養(yǎng)源。,種類,：無機(jī)氮：銨鹽、硝酸鹽、亞硝酸鹽、尿素,氨、,N,2,等；,有機(jī)氮：蛋白質(zhì)及其降解產(chǎn)物（如胨、肽、,氨基酸等）、牛肉膏、

7、魚粉、花,生餅粉、黃豆餅粉、玉米漿等。,功能：,1,）提供合成細(xì)胞中含氮物,如蛋白質(zhì)、,核酸,以及含氮代謝物等的原料；,2,）少數(shù)細(xì)菌可以銨鹽、硝酸鹽等,氮源為能源。,二、氮源（,Nitrogen source,）,類,型,元素水平,化合物水平,培養(yǎng)基原料水平,有,機(jī),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(jī),氮,N,H,NH,3,、銨鹽等,(NH4),2,SO,4,等,N,O,硝酸鹽等,KNO,3,等,N,N,2,空氣,微生物的氮源譜,1.,微生物的氮源大大超過植物、動(dòng)物,

8、3.,氨基酸自養(yǎng)微生物,特點(diǎn),：,非氨基酸,（環(huán)境）,2.,最適的氮源序?yàn)椋?CHON NH NO,N,合成,氨基酸,（本身）,三、能源,能為微生物提供最初能量來源的營養(yǎng)物或,輻射能。,培養(yǎng)微生物時(shí)注意是否需要光照。,四、無機(jī)鹽（,inorganic salt,）,定義：,為微生物細(xì)胞生長提供碳、氮源以外的多種,重要元素（包括大量元素和微量元素）的物質(zhì)，多以無,機(jī)鹽的形式共給。,分類：,大量元素：,P,、,S,、,K,、,Mg,、,Ca,、,Na,、,Fe,（微生物生長所需濃度在,10-310-,4mol/L,）,微量元素：,Cu,、,Zn,、,Mn,、,Mo,、,Co,（微生物,生長,所需濃

9、度在,10,-6,10,-8,mol/L,）,功能,無,機(jī),鹽,大量,元素,微量,元素,一般功能,特殊功能,維持滲透壓,生理調(diào)節(jié)物質(zhì),酶的激活劑,pH,的穩(wěn)定,化能自養(yǎng)菌的能源,(,S,、,Fe,2+,、,NH,4,+,、,NO,2,-,),無氧呼吸時(shí)的氫受體,(,NO,3,-,、,SO,4,2-,),細(xì)胞內(nèi)一般分子成分,(,如,P,，,S,，,Ca,，,Mg,，,Fe,等,),酶的激活劑（,Cu2+,、,Mn2+,、,Zn2+,等）,特殊分子結(jié)構(gòu)成分（,Co,、,Mo,等）,五、生長因子（,growth factor,）,定義,:,是一類對微生物正常生活所不可缺少,而需要量又不大，但微生物自

10、身不能用簡單的,碳源或氮源合成，或合成量不足以滿足機(jī)體生,長需要的有機(jī)營養(yǎng)物質(zhì)。不同微生物需求的生,長因子的種類和數(shù)量不同。,缺乏合成生長因子能力的微生物,稱為“,營養(yǎng)缺陷型,”微生物。,最早發(fā)現(xiàn)的生長因子是維生素，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)許多維生,素都能起生長因子的作用。維生素大部分是構(gòu)成酶的輔基,或輔酶，需要量很少，但是缺少維生素微生物不能正常生,長。,有些微生物缺乏或喪失合成某種或某些氨基酸的酶，所,以不能合成生長所必需的氨基酸，這類微生物被稱為,“,氨基酸缺陷型,”。,例如：腸膜明串珠菌（,leuconostoc mesenteroides,）,常常需要由外源供給多種氨基酸才能生長。,另外有些微生

11、物生長還需要其它特殊的成分，,例如某些乳酸桿菌生長需要核苷；某些酵母菌和,真菌生長需要肌醇；某些肺炎球菌生長需要膽堿等。,分類：,?,維生素,?,氨基酸,?,嘌呤或嘧啶堿基,微生物對生長因子的需要：,需要,大需,小需,不需要：,E.coli,分泌,丙酸桿菌：,B12,阿氏假束酵母：,B2,如,何,提,供？,水的生理功能：,(1),直接參與一些反應(yīng)。如藍(lán)細(xì)菌。,(2),作為機(jī)體內(nèi)一系列生理生化反應(yīng)的介質(zhì)。,(3),營養(yǎng)物質(zhì)的吸收、代謝產(chǎn)物的排泄都,需通過水。,(4),由于水的比熱高，又是良好的熱導(dǎo),體，所以它能有效地吸收代謝釋放的熱量，,并將熱量迅速地散發(fā)出去，從而有效地控,制細(xì)胞的溫度。,六、

12、水（,water,）,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(xì)菌芽孢：,皮層：,70%,核心：極低,細(xì)菌：,80%,酵母：,75%,霉菌：,85%,水在細(xì)胞中有兩種存在形式：結(jié)合水和游離水,.,不同細(xì)胞及不同細(xì)胞結(jié)構(gòu)中游離水的含量有較,大差別：,微生物對水的需要程度（水對微生物生長的影,響）常用環(huán)境（或基質(zhì)）中的,水活度值（,water,activity,?,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（材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：

13、,?,w,=,?,/,?,o,?,表示溶液的蒸汽壓,?,o,表示純水的蒸汽壓,在,?,w,為,0.600.99,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(dāng)?shù)?變化程度。即微生物不同，其,生長的最適,?,w,亦不同。,幾類微生物生長最適,?,w,微生物,?,w,一般細(xì)菌,0.91,酵母菌,0.88,霉菌,0.80,噬鹽細(xì)菌,0.70,噬鹽真菌,0.65,嗜高滲酵母,0.60,第二節(jié),微生物的營養(yǎng)類型,根據(jù)生長所需要的營養(yǎng)物質(zhì)的性質(zhì)（碳,源）,可將生物分成兩種基本的營養(yǎng)類型,:,異養(yǎng)型生物：,在生長時(shí)需要以復(fù)雜的有機(jī),質(zhì)作為營養(yǎng)物質(zhì)。,自

14、養(yǎng)型生物：,在生長時(shí)能以簡單的無機(jī)物,質(zhì)作為營養(yǎng)物質(zhì)。,動(dòng)物屬于異養(yǎng)型生物，植物屬于自養(yǎng)型,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(shí)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：,依靠化合物氧化釋放的能,量進(jìn)行生長。,光能營養(yǎng)型生物：,依靠光能進(jìn)行生長。,動(dòng)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。,營養(yǎng)類型,能源,氫供體,基本碳源,實(shí),例,光能無機(jī)營養(yǎng)型,光,無機(jī)物,CO,2,藍(lán)細(xì)菌,紫硫細(xì)菌,（光能自養(yǎng)型）,綠硫細(xì)菌,藻類,光能有機(jī)營養(yǎng)型,光,

15、有機(jī)物,CO,2,及簡,紅螺菌科的細(xì)菌,（光能異養(yǎng)型）,單有機(jī)物,（紫色無硫細(xì)菌）,化能無機(jī)營養(yǎng)型無機(jī)物,*,無機(jī)物,CO,2,硝化細(xì)菌,硫化細(xì),（化能自養(yǎng)型）,菌,鐵細(xì)菌,氫細(xì)菌,硫磺細(xì)菌等,化能有機(jī)營養(yǎng)型,有機(jī)物,有機(jī)物,有機(jī)物,絕大多數(shù)細(xì)菌和,（化能異養(yǎng)型）,全部真核微生物,營養(yǎng)類型,以,C0,2,作為唯一碳源或主要碳源，并利用,光能,，以,無機(jī)物,如硫化氫、硫代硫酸鈉或其他無機(jī)硫化物作為,供氫體將,CO,2,還原成細(xì)胞物質(zhì)，同時(shí)產(chǎn)生元素硫。,光能,CO,2,H,2,S,CH,2,O,+2S+H,2,O,光合色素,光能自養(yǎng)型微生物包括藍(lán)細(xì)菌（含葉綠素）、紅,硫細(xì)菌和綠硫細(xì)菌等少數(shù)微生物（

16、含細(xì)菌葉綠素）,由于含有光合色素，因而能使先能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能,（,ATP,），供機(jī)體直接利用。,一、,光能自養(yǎng)型微生物,二、,光能異養(yǎng)型微生物,以,CO,2,為主要碳源或唯一碳源，以,有機(jī)物,（如,異丙醇）作為供氫體，利用,光能,將,CO,2,還原成細(xì)胞,物質(zhì)，紅螺菌屬中的一些細(xì)菌屬于此種營養(yǎng)類型。,光能,2(H3C),2,CHOH+CO,2,2CH,3,COCH,3,+,CH,2,O,+H,2,O,光合色素,例：紅螺菌屬（,Rhodospirillum,）,光能異養(yǎng)型細(xì)菌在生長時(shí)大多數(shù)采要外源的,生長因子。,三、化能自養(yǎng)型微生物,以,CO,2,或碳酸鹽作為唯一或主要碳源，以,無機(jī),物,氧化釋放

17、的化學(xué)能為能源,，利用電子供體如,氫,氣、硫化氫、二價(jià)鐵離子或亞硝酸鹽,等使,CO,2,還,原成細(xì)胞物質(zhì)。,這類微生物主要有硫化細(xì)菌、硝化細(xì)菌、氫細(xì),菌與鐵細(xì)菌。它們在自然界物質(zhì)轉(zhuǎn)換,過程中起著重要的作用。,1.,硝化細(xì)菌,:,(1),亞硝化細(xì)菌,2NH,4,+,+3O,2,2NO,2,-,+2H,2,O + 4H,+,+132Kcal,(2),硝化細(xì)菌,NO,2,-,+1/2O,2,NO,3,-,+18.1 Kcal,2.,硫化細(xì)菌,:,通過氧化還原態(tài)的無機(jī),硫化物（,H,2,S,、,S,、,S,2,O,3,2-,、,SO,3,2-,）獲得能,量（硫桿菌屬，硫微螺菌屬）,H,2,S + 1/

18、2 O,2,S +H,2,O + 50.1 Kcal,S + 1 1/2 O,2,+H,2,O H,2,SO,4,+149.8,Kcal,3.,鐵細(xì)菌：,氧化,Fe,2+,為,Fe,3+,獲取能量并同化,CO,2,2Fe,2+,+1/2O,2,+2H,+,2Fe,3+,+H,2,O+21.2 Kcal,4.,氫細(xì)菌：,具有氫化酶，從氫的氧化獲取能,量，同化,CO,2,H,2,+ 1/2 O,2,H,2,O + 56.7 Kcal,四、化能異養(yǎng)型微生物,多數(shù)微生物屬于化能異養(yǎng)型，其生長所需要,能量,和碳源通常來自同一種有機(jī)物。,根據(jù)化能異養(yǎng)型微生物利用有機(jī)物的特性,又可,以將其分為下列兩種類型：

19、,腐生型微生物：,利用無生命活性的有機(jī)物作為生長的,碳源。,寄生型微生物：,寄生在生活的細(xì)胞內(nèi)，從寄生,體內(nèi)獲得生長所需要的營養(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。,自養(yǎng)微生物：,不依賴任何有機(jī)營養(yǎng)物即,可正常生活的微生物。,異養(yǎng)微生物：,至少需要提供一種大量有,機(jī)物才能滿足其正常營養(yǎng)要求的微生物（即,其碳源必須是有機(jī)物，供氫體是有機(jī)物，能,源可以是氧化有機(jī)物活利用日光能）。,關(guān)于營養(yǎng)類型的定義,第三節(jié),微生物吸收營養(yǎng)物質(zhì)的方式,?,smosis,flows,towards,high,salt,concentrations,單純擴(kuò)散模式圖,細(xì)胞

20、膜外,細(xì)胞膜內(nèi),細(xì)胞膜,單純擴(kuò)散,營養(yǎng)物通過與細(xì)胞膜上載體蛋白,（也稱作透過酶,permease,）,的可逆性結(jié),合來加快其傳遞速度。,促進(jìn)擴(kuò)散,(facilitated diffusion/transport),特點(diǎn)：,?,不消耗代謝能量，故不能進(jìn)行逆濃度運(yùn)輸。,?,運(yùn)輸?shù)乃俾视砂麅?nèi)外該物質(zhì)的濃度差決定。,?,需要細(xì)胞膜上的載體蛋白（透過酶）參與物質(zhì),運(yùn)輸。,?,被運(yùn)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(shí),與載體蛋白出現(xiàn)飽和效應(yīng)。,促進(jìn)擴(kuò)散的運(yùn)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)物的分泌是通過這種方式完成的。,Proteins,t

21、hat act as,carriers,are too large,to move across the,membrane. They are,transmembrane,proteins. They cycle,between,two,conformations,in,which a solute,binding site is,accessible on one,side of the membrane,or the other.,促進(jìn)擴(kuò)散模式圖,細(xì)胞膜,細(xì)胞膜外,細(xì)胞膜內(nèi),恢復(fù)原,構(gòu)象,移位,再,循,環(huán),結(jié),合,構(gòu),象,改,變,在代謝能的推動(dòng)下，通過膜上特殊載,體蛋白逆養(yǎng)料濃度梯度吸收營

22、養(yǎng)物質(zhì)的,過程。,主動(dòng)運(yùn)輸,(Active transport),特點(diǎn)：,物質(zhì)在主動(dòng)運(yùn)輸?shù)倪^程中物質(zhì)在主動(dòng)運(yùn)輸?shù)倪^程中需,要消耗代謝能。,可以進(jìn)行逆濃度運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)輸方式。,需要載體蛋白參與。,對被運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)有高度的立體專一性。,被運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)在轉(zhuǎn)移的過程中不發(fā)生任何化學(xué)變化。,不同的微生物在主動(dòng)運(yùn)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，光合微生物中則主要來自光能,。,主動(dòng)運(yùn)輸是微生物吸收營養(yǎng)物質(zhì)的主要方式。,主動(dòng)運(yùn)輸模式圖,細(xì)胞膜,細(xì)胞膜外,細(xì)胞膜內(nèi),恢復(fù)原,構(gòu)象,移,位,再,循,環(huán),結(jié),合,構(gòu),象,改,變,ADP+Pi,ATP,Na,+,-K,+,

23、-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(xì)胞內(nèi)“泵”出胞,外,并將,K,+,“,泵”入胞內(nèi)。,作用步驟,:,1. ATP,酶,(E),在細(xì)胞內(nèi)側(cè)與,3,個(gè),Na,+,結(jié)合,同時(shí)消耗能量,;,2.,磷酸化,ATP,酶,(E,+,),構(gòu)象變化將,Na,+,排除胞外,并與,2,個(gè),K,+,結(jié)合,;,3. K,+,激發(fā),E,+,脫磷酸化恢復(fù)為,E,同時(shí)將,K,+,運(yùn)入細(xì)胞,.,基因轉(zhuǎn)位是一種特殊的主動(dòng)運(yùn)輸，與普,通的主動(dòng)運(yùn)輸相比，營養(yǎng)物質(zhì)在運(yùn)輸?shù)倪^程,中發(fā)生了化學(xué)變化（糖在運(yùn)輸?shù)倪^程中發(fā)生,了磷酸化

24、）。其余特點(diǎn)與主動(dòng)運(yùn)輸相同。,基因轉(zhuǎn)位主要存在于厭氧和兼性厭氧型,細(xì)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(yùn)輸。,基團(tuán)轉(zhuǎn)位,(Group translocation),在酶的作用,下,HPr,被激活,在酶的作用下,P-HPr,將磷酸轉(zhuǎn)移給糖,運(yùn)送機(jī)制,:,是依靠磷酸轉(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(yùn)送步驟,:,1.,熱穩(wěn)載體蛋白,(HPr),的激活,細(xì)胞內(nèi)高能化合物磷酸烯醇式丙酮酸（,PEP,）的磷,酸基團(tuán)把,HPr,激活。,酶,PEP+HPr,丙酮酸,+P-HPr,HPr,是一種低分子量的可溶性蛋白，結(jié)合在細(xì)胞膜上，,具有高能磷酸載體的

25、作用。,2,、糖被磷酸化后運(yùn)入膜內(nèi),膜外環(huán)境中的糖先與外膜表面的酶,2,結(jié)合，再,被轉(zhuǎn)運(yùn)到內(nèi)膜表面。這時(shí)，糖被,P-HPr,上的磷,酸激活，并通過酶,2,的作用將,糖,-,磷酸,釋放到細(xì),胞內(nèi)。,酶,P-HPr+,糖,糖,-P +HPr,酶,2,是一種結(jié)合于細(xì)胞膜上的蛋白，它對,底物具有特異性選擇作用，因此細(xì)胞膜上可,誘導(dǎo)出一系列與底物分子相應(yīng)的酶,2,。,四種運(yùn)輸營養(yǎng)物質(zhì)方式的比較,比較項(xiàng)目,單純擴(kuò)散,促進(jìn)擴(kuò)散,主動(dòng)運(yùn)輸,基團(tuán)轉(zhuǎn)位,特異載體蛋白,運(yùn)輸速度,物質(zhì)運(yùn)輸方向,胞內(nèi)外濃度,運(yùn)輸分子,能量消耗,運(yùn)輸后物質(zhì)的,結(jié)構(gòu),無,慢,由濃至稀,相等,無特異性,不需要,不變,有,快,由濃至稀,相等,

26、特異性,不需要,不變,有,快,由稀至濃,胞內(nèi)濃度高,特異性,需要,不變,有,快,由稀至濃,胞內(nèi)濃度高,特異性,需要,改變,定義：,應(yīng)科研或生產(chǎn)的需要，由人工配制的、適,合于不同微生物生長繁殖或積累代謝產(chǎn)物用的營,養(yǎng)基質(zhì)（混合養(yǎng)料）。,特點(diǎn)：,任何培養(yǎng)基都應(yīng)具備微生物所需要的五大,營養(yǎng)要素，且應(yīng)比例適當(dāng)。所以一旦配成必須立,即滅菌。,用途：,促使微生物生長；積累代謝產(chǎn)物；分,離微生物菌種；鑒定微生物種類；微生物細(xì),胞計(jì)數(shù)；菌種保藏；制備微生物制品,第四節(jié),培養(yǎng)基,(medium),一、培養(yǎng)基的配制原則,（一）培養(yǎng)基組分應(yīng)適合微生物的營養(yǎng)特點(diǎn),（目的明確）,（二）營養(yǎng)物的濃度與比例應(yīng)恰當(dāng),（營養(yǎng)協(xié)

27、調(diào)）,（三）物理化學(xué)條件適宜,（物化適宜）,（四）根據(jù)培養(yǎng)目的選擇原料及其來源,（經(jīng)濟(jì)節(jié)約）,（一）目的明確,該培養(yǎng)基的應(yīng)用目的，即：,是培養(yǎng)菌體還是積累代謝產(chǎn)物？,是實(shí)驗(yàn)室種子培養(yǎng)還是大規(guī)模發(fā)酵？,是代謝產(chǎn)物是初級代謝產(chǎn)物還是次級,代謝產(chǎn)物？,（一）營養(yǎng)協(xié)調(diào),營養(yǎng)物質(zhì)基本遵循,10,倍遞減關(guān)系：,H,2,0,（,10,-1,）, C,（,10,-2,）, N,（,10,-3,）,（,P,、,S,）,（,10,-4,）, K,、,Mg,（,10,-5,）,生長因,子,（,10,-6,）,濃度,濃度過高,微生物的生長起抑制作用，,濃度過小,不能滿足微生物生長的需要。,配比：,碳氮比（,C/N,）

28、,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(yǎng)基組成時(shí)的,一個(gè)重要指標(biāo)；,例：谷氨酸生產(chǎn)中,C/N,4/1,時(shí)，菌體大量繁殖，谷氨酸積累少；,C/N,3/1,時(shí)，菌體生長受抑制，而谷氨酸大量增加。,（三）物理化學(xué)條件適宜,1,、,pH:,各類微生物的最適生長,pH,值各不相同：,細(xì),菌：,7.08.0,放線菌：,7.58.5,酵母菌：,3.86.0,霉,菌：,4.05.8,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)物的形成與積累，培養(yǎng)基,的初始,pH,值會(huì)發(fā)生改變，為了維持培養(yǎng)基,pH,值的相對恒定，通常采用下列兩種方式：,內(nèi)源調(diào)節(jié),：在培養(yǎng)基里加一些緩沖劑或

29、不溶,性的碳酸鹽；調(diào)節(jié)培養(yǎng)基的碳氮比。,外源調(diào)節(jié),：按實(shí)際需要不斷向發(fā)酵液,添加酸或堿液。,磷酸緩沖液：,pH,值從,6.07.6,之間,K,2,HPO,4,+HCl,KH,2,PO,4,+KCl,KH,2,PO,4,+KOH,K,2,HPO,4,+H,2,O,加入,CaCO,3,：,CO,3,2,HCO,3,H,2,CO,3,CO,2,+H,2,O,+H,+,H,+H,+,H,培養(yǎng)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,、滲透壓和,aw,等滲溶液,適宜微生物生長,滲透壓高,滲溶液,細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離,低滲溶液,細(xì)胞吸水膨脹，直至破裂,大多數(shù)微生物適合在等滲的環(huán)境下生長，,而有

30、的菌如,Staphylococcus aureus,則能在,3mol/L NaCl,的高滲溶液中生長。能在高鹽,環(huán)境（,2.86.2/L NaCl,）生長的微生物常被,稱為,嗜鹽微生物（,Halophiles,）,。,a,w,：水分活度（,water activity,）,各種微生物生長的水分活度：,0.60.99,之間,a,w,=,P,P,0,細(xì)菌,酵母菌,霉菌,微生物,生長的,最低,a,w,一般：,0.900.98,嗜鹽菌：,0.75,（約,5.5mol/LNaCl,）,一般,：,0.870.91,高滲酵母：,0.610.65,（,飽和蔗糖液）,Saccharomyces rouxii(,

31、魯氏酵母,),：,0.60,一般：,0.800.87,耐旱菌：,0.650.75,Xeromyces bisporus,（雙孢旱霉）：,0.60,3,、氧化還原電勢,(redox,poyential),各種微生物對培養(yǎng)基的氧化還原電勢的要求：,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,對微生物影響最大的是：分子氧和分子氫的濃度。,培養(yǎng)基中常用的還原劑：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。,（四）經(jīng)濟(jì)節(jié)約,以粗代精,以廢

32、代好,以簡代繁,以國代進(jìn),二、設(shè)計(jì)培養(yǎng)基的方法,1.,生態(tài)模擬,調(diào)查所培養(yǎng)菌的生態(tài)條件，查看“嗜好”，,對“癥”下料,初級天然培養(yǎng)基,.,2.,查閱文獻(xiàn),查閱、分析文獻(xiàn)，調(diào)查前人的工作資料，,借鑒人家的經(jīng)驗(yàn)，以便從中得到啟發(fā)設(shè)計(jì)有自己,特色的培養(yǎng)基配方,.,3.,精心設(shè)計(jì),借助優(yōu)選法或正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法等方法,.,4,、實(shí)驗(yàn)比,較：,不同培養(yǎng)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,小型試驗(yàn)放大到大型生產(chǎn)條件的比較,pH,和溫度試驗(yàn),-1,（一）按培養(yǎng)對象分,細(xì)菌培養(yǎng)基,牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基,放線菌培養(yǎng)基,高氏,1,號培養(yǎng)基,霉菌培養(yǎng)基,查氏（,zapek),培養(yǎng)基,酵

33、母菌培養(yǎng)基,麥芽汁培養(yǎng)基,三、培養(yǎng)基的類型及其應(yīng)用,（二）按對培養(yǎng)基成分的了解程度來分,1,、天然培養(yǎng)基,(complex medium),：,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,養(yǎng)基，天然培養(yǎng)基比較經(jīng)濟(jì)，除實(shí)驗(yàn)室經(jīng)常,使用外，更適宜于在生產(chǎn)上用來大規(guī)模地培,養(yǎng)微生物和生產(chǎn)微生物產(chǎn)品。,2,、合成（組合）培養(yǎng)基,(synthetic medium),由化學(xué)成分完全了解的,物質(zhì)配制而成的培養(yǎng)基，,該類培養(yǎng)基的組成成分精確、清楚，重復(fù)性強(qiáng)，但微,生物生長較慢，且價(jià)格昂貴，故一般適于在實(shí)驗(yàn)室范,圍內(nèi)他有關(guān)研生物營養(yǎng)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。,如,高氏培養(yǎng)基、察氏培養(yǎng)基等。,3,、半組合培養(yǎng)基,(semi-defined medium),：,在合,成培養(yǎng)基的基礎(chǔ)上添加些天然成份，以更有效地滿,足微生物對營養(yǎng)物的需要,.,如馬鈴薯蔗糖培養(yǎng)基。,（三）按制備后培養(yǎng)基外觀的物理狀態(tài)來分,1,、固體培養(yǎng)基,(solid medium),：天然固體營養(yǎng)基質(zhì)制,成的培養(yǎng)基，或液體培養(yǎng)基中加入一定量凝固劑,。為,微生物的生長提供營養(yǎng)表面。常用于微生物的分離、,純化、計(jì)數(shù)等方面的研究。,.,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