微生物的營養(yǎng)和培養(yǎng)基食品微生物學(xué)江南大學(xué)

微生物的營養(yǎng)和培養(yǎng)基食品微生物學(xué)江南大學(xué)第1頁/共101頁1第四章

微生物的營養(yǎng)和培養(yǎng)基第2頁/共101頁zhsun@2微生物的營養(yǎng)營養(yǎng)(nutrition)：生物體從外部環(huán)境中攝取其生命活動所必需的能量和物質(zhì)，以滿足其生長和繁殖需要的一種生理過程。營養(yǎng)物(nutrient)：指具有營養(yǎng)功能的物質(zhì)。營養(yǎng)物質(zhì)的特點：

1.能滿足微生物細胞生理的需要。

2.構(gòu)成微生物細胞組成。

3.外源性。第3頁/共101頁zhsun@3本章主要內(nèi)容(4學(xué)時)

第一節(jié)微生物細胞的化學(xué)組成第二節(jié)微生物的六種營養(yǎng)要素第三節(jié)微生物的營養(yǎng)類型第四節(jié)營養(yǎng)物質(zhì)進入細胞的方式第五節(jié)培養(yǎng)基第4頁/共101頁zhsun@4

第一節(jié)微生物細胞的化學(xué)組成各種生物細胞的化學(xué)元素組成都基本相似，但在化學(xué)組成的質(zhì)和量上，各類生物細胞都有各自獨有的特點，不同種類的微生物之間有一定的差異。微生物細胞的化學(xué)組成往往隨微生物種類、菌齡、培養(yǎng)基和檢測方法的組成而不同。第5頁/共101頁zhsun@5

水70~90%組成微生物蛋白質(zhì)細胞的物質(zhì)碳水化合物干物質(zhì)脂肪核酸礦物質(zhì)第6頁/共101頁zhsun@6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第7頁/共101頁zhsun@7一、水分水分是微生物細胞中含量最高的物質(zhì)（主要成分）。細胞的平均含水量細菌75~85%，酵母菌：70~80%，霉菌85~95%。影響含水量的因素：微生物的種類微生物所處的環(huán)境條件如：酵母菌在20℃時含水量91%，而43℃時含74%。細胞本身的生理狀態(tài)有關(guān)。芽孢含40%，霉菌孢子38%，有些曲霉的分生孢子只有20%。第8頁/共101頁zhsun@8細胞內(nèi)水的形式游離水：以游離的狀態(tài)存在，微生物可利用。干重法可測得結(jié)合水：以結(jié)合的狀態(tài)存在。這部分與其他物質(zhì)結(jié)合在一起不易揮發(fā)；0℃下不凍結(jié)；不具流動性、滲透性；不能被細胞利用。營養(yǎng)體的游離水和結(jié)合水的比例為4：1，芽孢和孢子結(jié)合水的比例高于其他細胞，故芽孢有較強的抗逆性。第9頁/共101頁zhsun@9二、干物質(zhì)微生物細胞去除水分后即為干物質(zhì)。其元素組成基本上為C、H、O、N、P、S、K、Na、Mg、Ca、Fe、Mn、Cu、Co、Zn、Mo等組成。物質(zhì)組成：占細胞干重99%的蛋白質(zhì)、核酸、類脂和糖類等大分子有機物，占細胞干重1%的小分子無機物和各種離子，第10頁/共101頁zhsun@101.蛋白質(zhì)(protein)——約占細胞干物質(zhì)的14~80%一般細菌、酵母菌細胞的蛋白質(zhì)含量>霉菌。蛋白質(zhì)種類：每個細菌細胞約有3000種不同的蛋白質(zhì)分子。簡單蛋白質(zhì)：清蛋白、球蛋白蛋白質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu)復(fù)合蛋白質(zhì)：核蛋白、脂蛋白、糖蛋白在微生物細胞中核蛋白含量特別高，可占蛋白總量的1/3~1/2。第11頁/共101頁zhsun@112.核酸（NucleicAcids）微生物的細胞除病毒外都含有兩種核酸：DNA和RNA。含量：細菌、酵母菌>霉菌。細菌的RNA占干重的20%，DNA占干重的3~4%。霉菌占干重的1%。同一種微生物中，RNA的含量常隨生長時期的變化而變化，DNA的含量卻是恒定的，因而用DNA堿基比例或GC百分比值作為分類鑒定的指標。第12頁/共101頁zhsun@123.碳水化合物(Carbohydrate)微生物細胞中含有單糖、雙糖和多糖，主要以多糖的形式存在。單糖主要是己糖和戊糖。多糖有莢膜多糖、纖維素、淀粉、糖原等不同種類。第13頁/共101頁zhsun@134.脂類(lipoid)種類：脂肪、磷脂、固醇和蠟。存在狀態(tài)：細胞中游離的狀態(tài)存在或與蛋白質(zhì)等結(jié)合。存在于細胞壁、細胞膜、細胞質(zhì)中。磷脂：構(gòu)成細胞的膜系統(tǒng)，蠟：主要在某些微生物的細胞壁或分生孢子的表面，含量很少，具有保護作用。固醇：主要在酵母菌的細胞膜上。第14頁/共101頁zhsun@14脂肪的含量：與菌種和培養(yǎng)條件有密切關(guān)系。如含糖量較高的培養(yǎng)基可促進脂肪的大量累積，在含氮量高而缺糖的培養(yǎng)基上，脂肪的積累就少。第15頁/共101頁zhsun@155.無機鹽類無機元素約占細胞干重的10%左右，包括P、S、Mg、Fe、K、Na等。一般以磷的含量為最高，約占全部灰分的40%左右。這些無機元素在細胞中除少數(shù)以游離的狀態(tài)存在，大部分以無機鹽的形式存在或結(jié)合于有機物質(zhì)中。第16頁/共101頁zhsun@166.其它除上述一些主要物質(zhì)外，有些微生物的細胞中還含有維生素、抗生素、色素、毒素等。第17頁/共101頁zhsun@17第二節(jié)微生物的六種營養(yǎng)要素碳源（carbonsource）

氮源（nitrogensource）能源（energysource）生長因子（growthfactor）無機元素（mineralsalts）水（water）

第18頁/共101頁zhsun@18一、碳源凡可被用來構(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)。碳源功能C素構(gòu)成細胞及代謝產(chǎn)物的骨架細胞干物質(zhì)中的碳約占50%，碳的需求最大C素是大多數(shù)微生物代謝所需的能量來源第19頁/共101頁zhsun@19微生物的碳源譜類型元素水平

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、等第20頁/共101頁zhsun@20第21頁/共101頁zhsun@21碳源的種類:無機含碳化合物：如CO2和碳酸鹽等。只能被自養(yǎng)微生物利用有機含碳化合物：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。第22頁/共101頁zhsun@22眾多碳源中，對異養(yǎng)微生物來說最好（適）的碳源是糖類（CHO）。幾乎所有的異養(yǎng)微生物都能利用葡萄糖和果糖單糖優(yōu)于雙糖，已糖優(yōu)于戊糖葡萄糖、蔗糖：微生物培養(yǎng)的主要碳源淀粉（大多數(shù)微生物）纖維素（少數(shù)微生物）酚、氰化物有機毒物（少數(shù)，諾卡氏菌）第23頁/共101頁zhsun@23在設(shè)計時盡量不要將CHONX和CHON當作碳源用。不同微生物利用碳源的能力不同廣泛地利用不同類型的碳源：假單孢菌屬碳源范圍極狹窄：甲烷氧化菌，纖維素分解菌第24頁/共101頁zhsun@24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第25頁/共101頁zhsun@25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)型細菌只能利用甲醇或甲烷等一碳化合物進行生長。第26頁/共101頁zhsun@26二、氮源(nitroginsource)構(gòu)成微生物細胞物質(zhì)如蛋白質(zhì)、核酸或代謝產(chǎn)物中氮元素氮源一般不做能源，少數(shù)硝化細菌利用銨鹽，亞硝酸鹽作氮源,同時也作能源。凡是可以構(gòu)成微生物細胞和代謝產(chǎn)物中氮素來源的營養(yǎng)物質(zhì)都稱為氮源。氮源功能第27頁/共101頁zhsun@27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空氣第28頁/共101頁zhsun@28第29頁/共101頁zhsun@29氮源的種類分子態(tài)氮：固氮微生物以分子氮為唯一氮源

無機氮：銨鹽、硝酸鹽、亞硝酸鹽、尿素、氨等；硝酸鹽、銨鹽幾乎所有微生物能利用

有機氮：蛋白質(zhì)及其降解產(chǎn)物

a.速效性氮源：實驗室常用牛肉膏、蛋白質(zhì)、酵母膏做氮源b.遲效性氮源：生產(chǎn)用玉米漿、豆餅、葵花餅、花生餅等。

第30頁/共101頁zhsun@30

能利用空氣中分子N2作為氮源的微生物稱作固氮微生物。有固氮能力的微生物主要是原核微生物固氮微生物可將分子態(tài)N轉(zhuǎn)化為氨態(tài)氮再轉(zhuǎn)化為氨基酸。當基質(zhì)中含有無機N或有機N時，固氮微生物細胞的固氮酶系統(tǒng)被抑制，固氮微生物轉(zhuǎn)而利用基質(zhì)中的有機含N化合物作為N源。A.分子態(tài)氮——N2第31頁/共101頁zhsun@31B.無機N:

主要指NO-3和NH4+。如碳酸銨、硫酸銨、尿素、硝酸鹽等。只有銨鹽才能直接進入有機分子中，硝酸鹽必須先還原成NH4+后才能用于生物合成，許多細菌不能利用NO-3

，一般應(yīng)用NH4+

作無機N，且其雖能利用無機N，但不如有機N普遍；真菌大多數(shù)既可利用NO-3也可利用NH4+

。當利用無機N作為唯一N源時培養(yǎng)基可能出現(xiàn)生理堿性或生理酸性。無機氮源或以蛋白質(zhì)降解產(chǎn)物形式存在的有機氮源可以直接被菌體吸收利用，這種氮源叫做速效氮源第32頁/共101頁zhsun@32生理酸式鹽和生理堿式鹽

(NH4)2SO4 2NH4++SO42-

入胞 pHK+（Na+）+NO3-

入胞 pHKNO3NaNO3NH4NO3 NH4+(先入胞)+NO3-(后入胞)第33頁/共101頁zhsun@33C.有機N氨基酸、蛋白胨等是許多微生物良好的有機N源，但其不能直接透過細胞質(zhì)膜，只有能分泌蛋白酶的微生物把蛋白質(zhì)分解成小分子后才能被吸收利用。即使能利用速度也非常慢，故被稱為遲效性氮源。速效氮源，通常有利于機體的生長，遲效氮源有利于代謝產(chǎn)物的形成。第34頁/共101頁zhsun@34

培養(yǎng)基中可作為氮源的物質(zhì)：細菌：牛肉膏、蛋白胨放線菌：KNO3

酵母菌：酵母膏霉菌：NaNO3工業(yè)上常用魚粉、玉米粉、黃豆餅粉、麩皮、尿素。第35頁/共101頁zhsun@35

三、能源（energysource）

化學(xué)物質(zhì)

有機物能無機物：NH+4、NO2-、S、源H2S、H2

輻射能能為微生物生命活動提供最初能量來源的營養(yǎng)物或輻射能。第36頁/共101頁zhsun@36一種營養(yǎng)物通常具有一種以上的功能。一般輻射能是單功能的。還原態(tài)無機氧化物是雙功能的有機物常有雙功能或三功能。第37頁/共101頁zhsun@37化能自養(yǎng)微生物的能源還原態(tài)的無機物

NH4+,NO2,S,H2S,H2,Fe等化能自養(yǎng)微生物

原核生物亞硝酸鹽細菌硝酸細菌硫化細菌硫細菌氫細菌鐵細菌第38頁/共101頁zhsun@38四、生長因子種類：廣義上：指維生素、堿基、卟啉及其衍生物、甾醇、胺類C4~C6的脂肪酸和氨基酸，狹義上：指維生素。功能：構(gòu)成細胞的組成成分，如嘌呤、嘧啶；調(diào)節(jié)代謝，維持生命的正?；顒樱缇S生素（輔酶）是一類對微生物正常代謝必不可少，需要量不大的且不能用簡單的碳源和氮源自行合成的有機物。第39頁/共101頁zhsun@39

并非所有的微生物都必須從外界吸收生長因子。各種微生物所需的生長因子是不同的，生長因子自養(yǎng)型（不需要從外界吸收任何生長因子）真菌、放線菌、細菌E.coli生長因子異養(yǎng)型（有的需要多種，有的僅需一種）如產(chǎn)谷氨酸的短桿菌，需要添加生物素才能使菌體生長良好。生長因子過量合成型微生物（不但不需要反而在細胞內(nèi)能積累維生素）如腸道微生物能在腸道內(nèi)分泌大量的維生素，供機體吸收。第40頁/共101頁zhsun@40生長因子來源：在科研和生產(chǎn)中：酵母膏、玉米漿、蔬菜汁、肝臟浸出汁、小牛血清、麩皮、米糠等組合培養(yǎng)基可加入維生素復(fù)合液，在天然培養(yǎng)基中可采用麩皮、米糠、肉湯等，第41頁/共101頁zhsun@41

微生物需要的生長因子，它們的作用及含有該類因子的原料生長因子作用含有原料維生素B1（硫胺素）作為脫羧酶的輔酶米糠、麥芽、酵母菌體。大豆維生素B2（核黃素）作為氫和電子的傳遞體小麥、玉米漿維生素B6（吡哆醇）作為脫羧酶和轉(zhuǎn)氨酶的輔酶青霉菌菌絲、酵母菌體、米糠、小麥、玉米和玉米漿煙酰胺作為氫的傳遞體青霉菌菌絲、小麥、肝臟、大豆、甜菜、酵母浸出物泛酸作為酰基的傳遞體甜菜糖蜜、青霉菌菌絲、玉米漿、糖蜜酵母浸出物、棉子餅粉維生素B12異構(gòu)酶、脫氫酶和甲基化霉的輔酶肝臟、菌絲體、肉類和青儲飼料葉酸作為甲基傳遞體青霉菌菌絲、菠菜、肝臟生物素作為CO2的傳遞體（轉(zhuǎn)羧基）玉米漿、青霉菌菌絲α-硫辛酸作為氧化脫羧酶的輔酶酵母浸出物、肝臟肌醇多數(shù)酵母菌的生長因子玉米漿、糖蜜、棉子餅粉和酒糟膽堿甲基供體和參與脂代謝啤酒花、大豆、蛋黃、酒糟血紅素電子傳遞體血液第42頁/共101頁zhsun@42五、無機鹽（mineralsalts）生理功能構(gòu)成微生物細胞的組成成分作為酶活性中心的組成部分維持生物大分子和細胞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、調(diào)節(jié)并維持細胞的滲透壓平衡控制細胞的氧化還原電位某些微生物生長的能源物質(zhì)微生物生長必不可少的一類營養(yǎng)物質(zhì)，為微生物提供除碳、氮源以外的各種重要元素第43頁/共101頁zhsun@43微生物需要的無機鹽一般包括硫酸鹽、磷酸鹽、氯化物、含鉀、鈉、鎂、鐵等的化合物。大量元素：P、S、K、Mg、Ca、Na、Fe等，生長時所需的濃度在10-3~10-4mol/L范圍內(nèi)，微量元素：Cu、Zn、Mn、Mo和Co等，所需濃度在10-6~10-8mol/L。配制培養(yǎng)基時，一般加入K2HPO4及MgSO4即可，其它在化學(xué)試劑、水等材料中存在，無需另加。第44頁/共101頁zhsun@44

無機元素（除碳、氮源外）的來源和功能元素人為提供形式生理功能大

量

元

素PKH2PO4

磷酸二氫鉀

K2HPO4

磷酸氫二鉀核酸、磷酸和輔酶的成分S

MgSO4硫酸銨含硫氨基酸（半胱氨酸、甲硫氨酸等）和含硫維生素（生物素、硫胺素等）的成分KKH2PO4磷酸二氫鉀

K2HPO4磷酸氫二鉀某些酶（果糖激酶、磷酸丙酮酸轉(zhuǎn)磷酸酶等）的輔因子；維持電位差和滲透壓NaNaCl氯化鈉維持滲透壓；某些細菌和藍細菌所需CaCa(NO3)2

硝酸鈣

CaCl2

氯化鈣某些胞外酶的穩(wěn)定劑、蛋白酶等的輔因子；細菌形成芽孢和某些真菌形成孢子所需MgMgSO4硫酸鎂固氮酶等的輔因子；葉綠素等的成分FeFeSO4硫酸鐵細胞色素的成分；合成葉綠素、白喉毒素和氧高鐵血紅素所需微

量

原

素MnMnSO4硫酸錳超氧化物歧化酶、氨肽酶和L-阿拉伯糖異構(gòu)酶等的輔因子CuCuSO4硫酸銅氧化酶、酪氨酸酶的輔因子CoCoSO4硫酸鈷維生素B12復(fù)合物的成分；肽酶的輔因子ZnZnSO4硫酸鋅堿性磷酸酶以及多種脫氫酶、肽酶和脫羧酶的輔因子Mo(NH4)6Mo7O24鉬酸銨固氮酶和同化型及異化型硝酸鹽還原酶的成分第45頁/共101頁zhsun@456.水水是微生物生長所必不可少的。生理功能：起到溶劑與運輸介質(zhì)的作用，營養(yǎng)物質(zhì)的吸收與代謝產(chǎn)物的分泌必須以水為介質(zhì)才能完成；參與細胞內(nèi)一系列化學(xué)反應(yīng)；維持蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子穩(wěn)定的天然構(gòu)象；微生物所能利用的是游離水第46頁/共101頁zhsun@46

人體平均60%

海蜇96%

霉菌孢子39%

孢子 細菌芽孢皮層70%

核心極低

細菌80%

營養(yǎng)體酵母75%

霉菌85%微生物幾種生物的游離水含量第47頁/共101頁zhsun@47水活度的表示方法微生物可利用的水用水活度來表示（Qw）水活度值是指在一定的溫度和壓力條件下，溶液的蒸氣壓力與同樣條件下純水蒸氣壓力之比，即w＝Pw／P0w式中Pw代表溶液蒸氣壓力，P0w代表純水蒸氣壓力。純水w為1.00，溶液中溶質(zhì)越多，w越小。第48頁/共101頁zhsun@48微生物一般在w為0.60-0.99的條件下生長，w過低時，微生物生長的遲緩期延長，比生長速率和總生長量減少細菌水活度較高為0.8，酵母菌次之，耐旱的微生物水活度為0.6，細菌生長最適w較酵母菌和霉菌高，而嗜鹽微生物生長最適w則較低。第49頁/共101頁zhsun@49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嗜鹽細菌0.76嗜鹽真菌0.65嗜高滲酵母0.60第50頁/共101頁zhsun@50第二節(jié)微生物的營養(yǎng)類型第51頁/共101頁zhsun@51以前，科學(xué)家認為生物只有兩種營養(yǎng)類型（1）以植物為代表的自養(yǎng)型，完全靠無機養(yǎng)料生存。（2）以動物為代表的異養(yǎng)型，需要有機養(yǎng)料。碳CO2

自養(yǎng)型（無機營養(yǎng)型）源有機碳異養(yǎng)型（有機營養(yǎng)型）能光化學(xué)反應(yīng)光能型源化合物氧化還原反應(yīng)化能型（無機能、有機能）上述類型兩兩交叉形成以下四種營養(yǎng)類型

第52頁/共101頁zhsun@52微生物營養(yǎng)類型的分類

分類標準營養(yǎng)類型以能源分光能營養(yǎng)型、化能營養(yǎng)型以氫供體分無機營養(yǎng)型、有機營養(yǎng)型以碳源分自養(yǎng)型、異養(yǎng)型以合成氨基酸能力分氨基酸自養(yǎng)型、氨基酸異養(yǎng)型以生長因子分原養(yǎng)型或野生型、營養(yǎng)缺陷型以取食方式分滲透營養(yǎng)型、吞噬營養(yǎng)型以取得死或活有機物分腐生、寄生第53頁/共101頁zhsun@53根據(jù)細菌對碳源利用情況的差異，

可將細菌分為1．自養(yǎng)菌（autotrophicbacteria）：此類細菌能利用二氧化碳或碳酸鹽作為唯一碳源，不依賴任何有機營養(yǎng)物即可正常生活。第54頁/共101頁zhsun@542．異養(yǎng)菌（heterotrophicbacteria）：需要利用有機物質(zhì)碳作為營養(yǎng)和能源的細菌，需要提供一種大量有機物才能滿足其正常營養(yǎng)要求。異養(yǎng)菌又可以分為兩類：（1）腐生菌（saprophytes）：有些異養(yǎng)菌能從無生命的有機物質(zhì)中攝取營養(yǎng)。（2）寄生菌（parasites）：有些異養(yǎng)菌寄生于活的動植物體內(nèi)，從宿主體內(nèi)的有機物質(zhì)中獲得營養(yǎng)和能量，第55頁/共101頁zhsun@55四大類營養(yǎng)類型（以能源、碳源分）

營養(yǎng)類型供氫體主要碳源能源代表菌光能自養(yǎng)型無機物CO2（CO32-）光著色細菌光能異養(yǎng)型有機物CO2、簡單有機物光紅螺細菌化能自養(yǎng)型無機物CO2（CO32-）無機物硝化細菌化能異養(yǎng)型有機物有機物有機物絕大多數(shù)細菌、全部真核微生物

第56頁/共101頁.cn561.光能自養(yǎng)型以C02作為唯一碳源或主要碳源，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還原成細胞物質(zhì)，同時產(chǎn)生元素硫以綠色細菌和紫色細菌為主要類群，包括藻類和某些原核微生物(如蘭細菌),在光照下能同化CO2合成細胞自己的有機物質(zhì)。一般含有光合色素（細菌葉綠素和類胡蘿卜素）。如綠硫細菌

CO2+2H2S

細菌葉綠素[CH2O]+2S+2H2O

細菌的光合作用與高等綠色植物相似，但不放出氧氣。光能自養(yǎng)微生物—念珠藍細菌的電鏡照片依靠光能進行生長第57頁/共101頁zhsun@572.光能異養(yǎng)型以CO2為主要碳源或唯一碳源，以有機物（如異丙醇）作為供氫體，利用光能將CO2還原成細胞物質(zhì)，如紅螺菌科的假單胞菌屬中的菌。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以光為能源，以有機碳化合物（甲酸、乙酸、甲醇、異丙醇等）作為碳源和氫供體進行光合作用而生長繁殖的微生物。它們需要有機化合物，所以不同于利用無機化合物二氧化碳作為唯一碳源的自養(yǎng)型光合細菌。

光能異養(yǎng)菌—紫色非硫菌

光能2(H3C)2CHOH+CO22CH3COCH3+[CH2O]+H2O

光合色素第58頁/共101頁zhsun@58

3.化能自養(yǎng)型氫細菌、硫細菌、鐵細菌、氨細菌和亞硝酸細菌，能利用無機物NH3、NO2-、S、Fe2+、H2等氧化時釋放的能量，把CO2中的C合成細胞有機物碳架中的碳。如鐵細菌

2FeCO3+3H2O+1/2O22Fe（OH）3+2CO2+能量

CO2+H2O[CH2O]+O2

這類細菌在產(chǎn)能時需要大量的氧氣參加，故所有的化能自養(yǎng)菌均為好氧菌。

產(chǎn)甲烷細菌第59頁/共101頁zhsun@594.化能異養(yǎng)型以有機化合物為C源，利用其有機物氧化過程中氧化磷酸化提供的ATP而生長。碳源和能源不分開。有機物既是能源又是碳源包括原生動物、酵母菌、放線菌、霉菌和大多數(shù)的細菌。蘇云金芽孢桿菌[CH2O]有機酸+能量分解第60頁/共101頁zhsun@60根據(jù)化能異養(yǎng)型微生物利用有機物的特性，又可以將其分為下列兩種類型：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。第61頁/共101頁zhsun@61四大類微生物的營養(yǎng)類型1.細菌：根據(jù)各種細菌對能量和C源的利用能力，可分為四種營養(yǎng)類型。2.酵母菌：屬化能異養(yǎng)型。其碳源有：糖、有機酸、醛、甘油、石油。但不能利用淀粉。3.霉菌：化能異養(yǎng)型。大多數(shù)霉菌都可將單、雙糖、多糖作為良好的碳源，而且能將脂肪作為碳源利用，能分解脂肪的霉菌較細菌多。4.放線菌：化能異養(yǎng)型。第62頁/共101頁zhsun@62第三節(jié)物質(zhì)的運輸

第63頁/共101頁zhsun@63一、影響微生物吸收營養(yǎng)的因素1.細胞內(nèi)外的營養(yǎng)物質(zhì)的濃度差。濃度差越大，越有利于細胞的吸收。2.營養(yǎng)物質(zhì)的特性。⑴分子量小，溶解度大的比分子量大，溶解度小的物質(zhì)更容易被機體吸收。一般復(fù)雜的有機大分子胞外酶簡單的小分子進入細胞。

⑵脂溶性化合物較水溶性物質(zhì)更易進入。⑶不易電離的化合物較易電離的化合物更易進入第64頁/共101頁zhsun@64

3.細胞質(zhì)膜的通透性微生物的表面結(jié)構(gòu)--莢膜、粘液層、細胞壁和原生質(zhì)膜都會影響物質(zhì)的運輸。莢膜、粘液層是一層疏松的結(jié)構(gòu)，對物質(zhì)運輸?shù)挠绊懖淮?。細胞壁對物質(zhì)的運輸有一定的影響。細菌：巨大芽孢桿菌的細胞壁允許分子量<50,000物質(zhì)通過許多G+允許分子量<10,000的物質(zhì)通過真菌、酵母菌允許分子量約4,000~5,000的物質(zhì)通過第65頁/共101頁zhsun@65故與通透性有關(guān)的僅僅是細胞質(zhì)膜.細胞膜的通透性的大小，最直接決定營養(yǎng)物能否進入細胞內(nèi)。當營養(yǎng)物的電荷與膜上的電荷相反時，小孔的表面全部張開，通透性增加。細胞幼齡時膜通透性較大；當細胞受損或死亡時，膜的選擇性受到破壞，菌體的內(nèi)含物容易從內(nèi)滲出。其它物化條件，如pH、溫度、有毒物質(zhì)都會影響細胞膜的通透性。第66頁/共101頁zhsun@66物質(zhì)在運輸中涉及到⑴載體⑵能量⑶物質(zhì)本身的化學(xué)變化。根據(jù)這幾點可將物質(zhì)運輸?shù)姆绞椒譃?.簡單擴散

(simplediffusion)2.促進擴散（facilitateddiffusion）3.主動運輸（activetransport）4.基團轉(zhuǎn)位（grouptranslocation）二、物質(zhì)運輸?shù)姆绞降?7頁/共101頁zhsun@67

第68頁/共101頁zhsun@682.促進擴散

（facilitateddiffusion）第69頁/共101頁zhsun@69特點順濃度梯度的物質(zhì)輸送載體蛋白對被輸送物質(zhì)的高度立體專一性載體蛋白（滲透酶（Permease）、移位（Translocase）、移位蛋白（TranslocatorProtein）），一般為誘導(dǎo)酶輸送物質(zhì)

極性大的分子，真核微生物對糖的吸收第70頁/共101頁zhsun@70

3.主動運輸

（activetransport）主動運輸過程中，運輸物質(zhì)所需要的能量來源因微生物不同而不同，好氧型微生物與兼性厭氧微生物直接利用呼吸能，厭氧型微生物利用化學(xué)能（ATP），光合微生物利用光能，噬鹽細菌通過紫膜利用光能。第71頁/共101頁zhsun@71特點微生物吸收營養(yǎng)的主要機制借助特異性載體蛋白在供能情況下進行逆濃度梯度運送：貧養(yǎng)菌（寡養(yǎng)菌，Oligophyte）運送物質(zhì)

氨基酸、某些糖（乳糖、葡萄糖、蜜二糖等）、Na+、K+、有機離子等第72頁/共101頁zhsun@72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

4.基團轉(zhuǎn)位

（grouptranslocation）基團轉(zhuǎn)位：主要存在于厭氧型和兼性厭氧型細菌中，主要用于糖的運輸，脂肪酸、核苷、堿基等也可通過這種方式運輸?shù)?3頁/共101頁zhsun@73特點被輸送的基質(zhì)分子在膜內(nèi)經(jīng)歷了共價的改變，以被修飾的形式（磷酸化）進入細胞質(zhì)的輸送機制需能量（磷酸烯醇式丙酮酸上的高能鍵）、特異性載體（磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)）輸送物質(zhì)

葡萄糖、果糖、甘露糖、N－乙酰葡萄糖胺、核苷酸、脂肪酸等第74頁/共101頁zhsun@74第四節(jié)培養(yǎng)基（medium）第75頁/共101頁zhsun@75

定義：指人工配制的適合微生物生長繁殖或積累代謝產(chǎn)物的營養(yǎng)基質(zhì)。不同微生物、不同的營養(yǎng)要求有不同的培養(yǎng)基特點：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。所以一旦配成必須立即滅菌。第76頁/共101頁zhsun@76一、培養(yǎng)基的配制原則培養(yǎng)基組分應(yīng)適合微生物的營養(yǎng)特點（目的明確）自養(yǎng)微生物：培養(yǎng)基成分是無機物異養(yǎng)型微生物：培養(yǎng)基成分必須含有機物營養(yǎng)物的濃度與比例應(yīng)恰當（營養(yǎng)協(xié)調(diào)）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。物理化學(xué)條件適宜（條件適宜）根據(jù)培養(yǎng)目的選擇原料及其來源（經(jīng)濟節(jié)約）第77頁/共101頁zhsun@77

1.明確目的首先明確培養(yǎng)自養(yǎng)菌，還是異養(yǎng)菌。其次是科研，還是生產(chǎn)。實驗室一般不過多計算成本；生產(chǎn)上使用要考慮是種子培養(yǎng)基還是發(fā)酵培養(yǎng)基第78頁/共101頁zhsun@782.營養(yǎng)要協(xié)調(diào)某種物質(zhì)適合微生物需要，并非濃度越高越好。過低不能滿足微生物生長的需要；過多輕則造成浪費，重則抑制微生物生長。微生物對各種營養(yǎng)要素數(shù)量的一般要求比例為：水>C>N>P>S>其它元素>生長因子要注意碳氮比（C/N）C/N：培養(yǎng)基中元素碳的量與元素氮的比值，有時也指培養(yǎng)基中還原糖的含量與粗蛋白含量的比值。代謝產(chǎn)物含碳量較高的培養(yǎng)基的C/N比要大于代謝產(chǎn)物含氮量高的培養(yǎng)基。如一般發(fā)酵工業(yè)中的C/N為100：0.5~2，而Glu發(fā)酵培養(yǎng)基的C/N為100：11~21。

第79頁/共101頁zhsun@79

3.理化條件要適宜pH值各大類微生物對pH的要求不同。原核微生物的pH為中性至微堿性（pH7.0~7.6之間），真核微生物喜歡偏酸性的環(huán)境（pH在4.5~6.5之間）。同時還要考慮到在代謝過程由于菌體的代謝而引起的pH的變化，通常在培養(yǎng)基中加入一些緩沖劑（K2HPO4、KH2PO4），以維持pH的恒定。滲透壓等滲氧化還原電位第80頁/共101頁zhsun@80二、培養(yǎng)基的類型培養(yǎng)不同營養(yǎng)類型和營養(yǎng)要求的微生物要采用不同的培養(yǎng)基。1.按培養(yǎng)基組成物質(zhì)的化學(xué)成分分2.按培養(yǎng)基的物理狀態(tài)來分3.按培養(yǎng)基的功能來分4.按培養(yǎng)基的用途分5.根據(jù)所培養(yǎng)微生物的微生物類群來分第81頁/共101頁zhsun@811.按培養(yǎng)基組成物質(zhì)的化學(xué)成分分⑴天然培養(yǎng)基指利用各種動、植物或微生物原料，其成分難以確定。如肉湯培養(yǎng)基：牛肉膏3g，蛋白胨5g，水1000ml。常用原料有：牛肉膏、麥芽汁、蛋白胨、酵母膏、麩皮、牛奶、馬鈴薯、血清等。天然培養(yǎng)基營養(yǎng)豐富，微生物生長旺盛，來源廣泛，配制方便，但穩(wěn)定性較差。第82頁/共101頁zhsun@82

⑵合成培養(yǎng)基是一類化學(xué)成分和數(shù)量完全知道的培養(yǎng)基，用已知化學(xué)成分的化學(xué)額藥品配制而成。如葡萄糖銨鹽培養(yǎng)基：葡萄糖2%，K2HPO40.7%，KH2PO40.3%，MgSO4·7H2O0.01%，（NH4）2SO40.1%，H2O100ml。這類培養(yǎng)基化學(xué)成分精確，重復(fù)性強但價格昂貴，微生物生長緩慢，只適合做科學(xué)研究。⑶半合成培養(yǎng)基這種培養(yǎng)基實驗室和生產(chǎn)實踐中使用最多第83頁/共101頁zhsun@83

2.按培養(yǎng)基的物理狀態(tài)來分⑴液體培養(yǎng)基⑵固體培養(yǎng)基在培養(yǎng)基中加入凝固劑即為固體培養(yǎng)基。常用凝固劑有瓊脂、明膠、硅膠等，以瓊脂最為常用，一般用量為2%。⑶半固體培養(yǎng)基將少量的凝固劑加入液體培養(yǎng)基，即為半固體培養(yǎng)基。瓊脂的用量在0.2~1%之間。主要用于觀察微生物的動力，有時用來保藏菌種。第84頁/共101頁zhsun@84固化劑理想固化劑具備的條件：1）不被微生物液化、分解和利用2）在微生物生長的溫度范圍內(nèi)保持固體狀態(tài)，凝固點溫度對微生物無害3）不會因消毒、滅菌而破壞4）配制方便，價格低，透明性好固化劑：瓊脂、明膠、硅膠第85頁/共101頁zhsun@85瓊脂（Agar）主要組成：瓊脂糖和瓊脂膠兩種多糖來源：石花菜等紅藻加工特性：絕大多數(shù)微生物無法降解瓊脂（極少數(shù)菌除外）瓊脂45℃固化，約100℃才融化滅菌過程中不會被破壞，且價格低廉培養(yǎng)基中的添加量：加0.5%瓊脂，可以獲得半固體培養(yǎng)基加入1.5%-2.0%瓊脂，即成固體培養(yǎng)基加8%瓊脂，則成硬固體培養(yǎng)基第86頁/共101頁zhsun@86明膠（Gelatin）組成：多種氨基酸來源：動物皮、骨、韌帶煮熬特性：被許多微生物作為氮源而利用明膠20℃凝固，28～35℃融化適用面很窄：只能在20-25℃作凝固劑但可用于特殊檢驗第87頁/共101頁zhsun@87硅膠（Silicagel）無機硅酸鈉(Na2SiO3)和硅酸鉀(K2SiO3)與鹽酸和硫酸中和反應(yīng)時凝結(jié)成的膠體特性：完全無機硅膠一旦凝固后，就無法再融化自養(yǎng)菌的研究分離：培養(yǎng)基的固化劑第88頁/共101頁zhsun@883按培養(yǎng)基的功能來分⑴增殖培養(yǎng)基在培養(yǎng)基中加入一些某種微生物特別喜歡的營養(yǎng)物質(zhì)，以增加這種微生物的生長速度，逐漸淘汰其他微生物。如要分離到利用石蠟油進行發(fā)酵的酵母菌，在培養(yǎng)基中加入石蠟油，就可達到目的。此類培養(yǎng)基常用于菌種篩選。第89頁/共101頁zhsun@89⑵選擇培養(yǎng)基在培養(yǎng)基中加入某種物質(zhì)以殺死或抑制不需要的菌種的生長?？股亍种萍毦⒎啪€菌；制霉菌素—抑真菌；結(jié)晶紫、牛膽酸鹽—抑G+細菌鏈霉素—抑制原核生物的生長，某種程度上講，增殖培養(yǎng)基也是一種選擇培養(yǎng)基第90頁/共101頁zhsun@90

⑶鑒別培養(yǎng)基在培養(yǎng)基中加入某種試劑或化學(xué)藥品，使難以區(qū)分的微生物經(jīng)培養(yǎng)后呈現(xiàn)出明顯的差別，因而有助于快速鑒別某種微生物。如用以檢查飲用水和乳制品中是否含有腸道致病菌的伊紅美藍