微生物第四章营养

培养基原料水平
牛肉膏、蛋白胨、花生饼粉 等 一般氨基酸、明胶等
C· O H·
C· H 无 机 碳 C(?) C· O
糖、有机酸、醇、脂类 等
烃类 — CO2
葡萄糖、蔗糖、各种淀粉、 糖蜜等
天然气、石油及其不同馏份、 石蜡油等 — CO2
C· X O·
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NaHCO3
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NaHCO3、CaCO3、等
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2.无机盐的作用：
一般功能
大量 元素 无 机 盐 微量 元素
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细胞内一般分子成分(如P，S， Ca，Mg，Fe等) 维持渗透压 生理调节物质 酶的激活剂 pH的稳定
化 能 自 养 菌 的 能 源 (S 、 Fe2+ 、 NH4+、NO2-) 特殊功能 无 氧 呼 吸 时 的 氢 受 体 (NO3- 、 SO42-) 酶的激活剂（Cu2+、Mn2+、Zn2+等） 特殊分子结构成分（Co、Mo等）
◆功能：提供合成细胞物质及代谢物的原 料;大多数微生物是以有机碳化合物作为碳源 和能源,双功能营养物。 但利用二氧化碳的微生物碳源和能源为 分别不同物质。
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微生物的碳源谱
类 型
有 机 碳
元素水平
C· O· X H· N· C· O· H· N
化合物水平
复杂蛋白质、核酸等 多数氨基酸、简单蛋白 质等
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◆水在细胞中有两种存在形式： 结合水和游离水. ◆不同细胞及不同细胞结构中游离水的含量有较大 差别：
人体：~60% 几种生物的 海蛰：~96% 霉菌孢子：~39% 游离水含量 孢子 皮层：~70% 细菌芽孢： 核心：极低 微生物 细菌：~80% 营养体 酵母：~75% 霉菌：~85%
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☆培养基中所含氨基酸、肽、蛋白质等物质也可起到缓冲作用。
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（2）渗透压
渗透压 等渗溶液 适宜微生物生长
高渗溶液 细胞发生质壁分离
低渗溶液 细胞吸水膨胀，直至破裂
大多数微生物适合在等渗的环境下生长
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（3）氧化还原电势(redox poyential)
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3.无机元素的来源和功能P82
元素 P S K Na Ca Mg Fe Mn Cu Co Zn Mo 人为提供形式 生 理 功 能 K H 2 P O 4、 K 2 H P O 4 核 酸 、 磷 酸 和 辅 酶 的 成 分 M gSO 4 N aC l C a (N O 3 ) 2 、 C a C l 2 M gSO 4 F eS O 4 M nSO4 CuSO 4 C oSO 4 ZnSO 4 (N H 4 ) 6 M o 7 O 24 含硫氨基酸、含硫维生素成分 K H 2 P O 4、 K 2 H P O 4 酶 的 辅 因 子 、 维 持 电 位 差 和 渗 透 压 维持渗透压、某些细菌和蓝细菌需要 胞外酶稳定剂、蛋白酶辅因子、细菌芽孢和真 菌孢子形成 固氮酶辅因子、叶绿素成分 C y t成 分 ； 合 成 叶 绿 素 、 白 喉 毒 素 和 氯 高 铁 血 红素所需 超 氧 化 物 歧 化 酶 、 氨 肽 酶 、 L -阿 拉 伯 糖 异 构 酶 等的辅因子 氧化酶、酪氨酸酶的辅因子 V B 1 2复 合 物 的 成 分 、 肽 酶 的 辅 因 子 碱性磷酸酶、脱氢酶、肽酶、脱羧酶辅因子 固氮酶和同化型及异化型硝酸盐还原酶的成分
各种微生物对培养基的氧化还原电势的要求：
好氧微生物：+0.3~+0.4V,(在>0.1V以上的环境中均 能生长). 厌氧微生物：只能在+0.1V以下生长
兼性厌氧微生物：+0.1V以上呼吸、+0.1V以下发酵
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（四）选择原料及其来源
☆用于培养菌体种子的培养基营养应丰富，氮源含量 宜高（碳氮比低）； ☆用于大量生产代谢产物的培养基其氮源一般应比种 子培养基稍低；若代谢产物是次级代谢产物时要考虑 是否加入特殊元素或特定的代谢产物； ☆当所设计的是大规模发酵用的培养基时，应重视培 养基中各成份的来源和价格，应选择来源广泛、价格 低廉 的原料，提倡以粗代精，以废代好。
大多数微生物可利用无机氮化合物:铵盐,硝酸盐,
但利用的较多的是NH4-N, 利用NO3-N则要适当的浓度,
高浓度易产生毒害。
易吸收的小分子蛋白质降解物形式，叫速效氮源， 有利于菌体生长；而大分子蛋白质形式存在的氮源，进 一步降解为小分子的氨基酸后才能被微生物利用，叫迟 效氮源，有利于代谢产物的形成。
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◆微生物对水的需要程度常用环境（或基质）中的水 活度值（water activity, w）表示。所谓w就是水的 有效浓度。
◆定义：水活度为在一定的温度条件下，溶液的蒸汽 压与同样条件下纯水的蒸汽压之比，
即：w=/ o 表示溶液的蒸汽压 o表示纯水的蒸汽压
◆在w为0.60~0.99的环境条件均有微生物生长，但微生物不同， 其生长的最适w亦不同。
浓度过小——不能满足微生物生长的需要。 ●碳氮比（C/N）直接影响微生物生长与繁殖及代谢物的形 成与积累，故常作为考察培养基组成时的一个重要指标； 碳源中的碳原子的mol数
C/N比值=
氮源中所含的氮原子的mol数
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（三）物理化学条件适宜
（1）pH: 各类微生物的最适生长pH值各不相同： 细 菌：7.0~8.0 放线菌：7.5~8.5
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（一）培养基组分应适合微生物的营养特点
即根据不同微生物的营养需要配制不同的培养
基。
如自养型微生物的培养基可以由简单的无机物质组成。 异养型微生物的培养基至少需要含有一种有机物质。
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（二）营养物的浓度与比例应恰当
●浓度过高——微生物的生长起抑制作用，
鲜肉（家畜） 蔗糖饱和液 奶粉
w
0.97 0.76 0.2
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三、微生物的营养类型
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基本类型(以碳源、能源及电子供体性质不同划分)
营养类型 光能无机营养型 (光能自养) 能源 光 碳源 CO2 电子供体 H2、H2S、S或 H 2O 有机物 实例
蓝细菌、着色 细菌(紫硫细菌、 绿硫细菌) 红螺菌科的细 菌(紫色无硫细 菌)
（三）微生物细胞化学组成含量的变化
此组成可因菌种的种类、菌龄、培养基组成、培养条件、 分析方法等而有所不同。
表4—2 微生物细胞的化学组成 主要成分 细菌 酵母菌 霉菌
水分 （占细胞鲜重的%） 蛋白质 占 细 碳水化合物 胞 干 脂肪 重 的 核酸 % 无机盐
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75~85
50~80
培养基原料水平 牛肉膏、酵母膏、饼 粕粉、蚕蛹粉等 尿素、蛋白胨、明胶 等
N· H· C· O
尿素、一般氨基酸、简单蛋白 质等
N· H
无 机 氮
NH3、铵盐等 硝酸盐等
N2
(NH4)2SO4等 KNO3等
空气
N· O
N
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微生物利用氮源途径
N2 (N2)固氮微生物 ———— NH4—N → 蛋白质 固氮酶
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（五）水（water）
微生物细胞中含量达70－90%，水的生理功能：
1.
微生物机体重要组分
2.
3.
生理生化反应的媒介，起到溶剂与运输介质的作用
调节微生物细胞温度
4.
5.
水维持细胞膨压，保持正常形态
维持蛋白质、核酸等生物大分子的稳定的天然构象。
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（二）氮源（Nitrogen source ）：
凡用来构成菌体物质或代谢产物中氮素来 源的营养源。
功能： 1）提供合成细胞中含氮物； 2）少数细菌可以利用铵盐、硝酸盐等氮源为能 源。
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微生物的氮源谱
类 型 有 机 氮
元素水平 N· H· X C· O·
化合物水平 复杂蛋白质、核酸等
第四章、微生物的营养 Microbial Nutrition
第一节、微生物的营养要求
Nutritional Requirements of Microbial Cells
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一、 微生物细胞的化学组成
（一）化学元素(chemical element):
大量元素(macroelement):碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、 镁、钙、铁（其中前六种占细菌细胞干重的97%）。 微量元素(trace element): 锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、 铜、钨、镍 、硼。
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（四）生长因子（growth factor）：
1.定义:是一类对微生物正常生活所不可缺少而需要量又不 大，但微生物自身不能用简单的碳源或氮源合成，或合成 量不足以满足机体生长需要的有机营养物质。 ①维生素(E):是辅酶的组成结构; ②氨基酸:供给微生物必需的本身又不能合成的某些氨基 酸,如缺陷型微生物 ③碱基(嘧啶、嘌呤):构成核酸和辅酶 ④末知成分
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第二节 培养基(medium)
定义：由人工配制的、适合于不同微生物生长繁殖 或积累代谢产物用的营养基质（混合养料）。
用途：促使微生物生长；积累代谢产物；分离微生 物菌种；鉴定微生物种类；微生物细胞计数；菌种 保藏；制备微生物制品