微生物微生物的营养和培养基
微生物学(周德庆版)第四章 微生物的营养和培养基
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50
2．鉴别性培养基（differential medium） 培养基中加能与某一菌的无色代谢产物发
生显色反应的指示剂，从而用肉眼就能使 该菌菌落与外形相似的它种菌落相区分的 培养基，就称鉴别性培养基。
丙酮酸+P-HPr
HPr是一种低分子量的可溶性蛋白，结合在 细胞膜上，具有高能磷酸载体的作用。
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2、糖被磷酸化后运入膜内
膜外环境中的糖先与外膜表面的酶2结合，再
被转运到内膜表面。这时，糖被P-HPr上的
磷酸激活，并通过酶2的作用将糖-磷酸释放
到细胞内。
酶2
P-HPr+糖 糖-P +HPr
28
29
以纤代糖 以国代进
42
二、4 种方法
生态模拟 参阅文献 精心设计 试验比较
43
二、培养基的种类
培养基种类繁多，根据其成分、物理状态和用
途可将培养分成多种类型。
一类利用动、植物或微生物体或其提取物制
（
成的培养基，是一类营养成分复杂,难以说
一 ）
天然培养基
出其确切成分的培养基。
按
牛肉膏蛋白胨培养基、麦芽汁培养基
(NH4)2SO4, NH4NO3等 KNO3等 空气
7
按氮源的不同生物可分为： 氨基酸自养型生物：能利用尿素、铵盐、硝酸盐甚至氮 气的生物 氨基酸异养型生物：现成氨基酸
8
3.能源 能源：能为微生物的生命活动提供最初能量来源营养 物或辐射能，称为能源。
无机物：化能自养菌的能源：NH4+、NO2-、S、H、H2S、Fe2+等。 单功能营养物、双功能营养物、三功能营养物
第四章 微生物的营养和培养及
第四章 微生物的营养与培养基目的要求：通过本章的课堂教学，使学生了解微生物营养类型的特点及多样性，以及根据不同微生物各自的营养要求，配制相应的培养基对微生物培养的理论知识，为今后对微生物的研究与利用打下基础。
教学内容：1、微生物的6类营养要素2、微生物的营养类型3、营养物质进入细胞的方式单纯扩散(simple diffusion)促进扩散(facilitated diffusion)主动运输(active transport)基团移位(group translocation)4、培养基(media)配制的原则5、培养基的种类重点内容：微生物 营养类型营养物质进入细胞的方式培养基(media)配制的原则及主要培养基类型营养（nutrition）：微生物CUN 从外部环境中摄取对其生命活动必须的能量和物质，以满足其生长和繁殖等生理活动的过程。
营养物质（nutrient）：那些能够满足机体生长、繁殖和完成各种生理活动所需要的物质称为营养物质。
营养物质是微生物生存的物质基础，而营养是微生物维持和延续其生命形式的一种生理过程。
第一节 微生物的六种营养要素一、微生物细胞的化学组成细胞化学元素组成：主要元素: 包括碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙、铁等，碳、氢、氧、氮、磷、硫等微量元素: 包括锌、锰、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等。
微生物细胞组成：有机物、无机物和水。
有机物：主要包括蛋白质、糖、脂、核酸、维生素以及它们的降解产物和一些代谢产物等物质。
无机物：是指与有机物相结构或单独存在于细胞中的无机盐(inorganic salt)等物质。
水：细胞维持正常生命活动所不可少的，一般可占细胞重量的70%-90%。
二、微生物的营养要素营养物质按照它们在机体中的生理作用不同，可以将它们区分成碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水。
1、碳源：在微生物生长过程中能满足微生物生长繁殖所需碳元素的营养物质称为碳源。
碳源物质在细胞内经过一系列复杂的化学变化后成为微生物自身的细胞物质（如糖类、脂类、蛋白质等）和代谢产物，同时绝大部分碳源物质在细胞内生化反应过程中还能为机体提供维持生命活动所需的能源，因此碳源物质通常也是能源物质。
yd第四章 微生物的营养和培养基
生长因子是一类调节微生物正常代谢必不可少，但素、AA、碱基等。其主要功能是参与合成核酸和辅酶，如嘌呤和嘧啶。提供生 长因子的物质包括酵母膏、玉米浆、麦芽汁、复合维生素等营养物质。 五、无机盐
以 CO2 或碳酸盐作为唯一或主要碳源，以氧化无机物释放的化学能为能源，利用电子供 体如氢气、硫化氢、二价铁离子或亚硝酸盐等使 CO2 还原成细胞物质。这类微生物主要有硫 化细菌、硝化细菌、氢细菌与铁细菌。它们在自然界物质转换过程中起着重要的作用。 三、光能有机营养型以 CO2 和简单有机物为基本碳源，以有机物（如异丙醇）作为供氢体， 利用光能将 CO2 还原成细胞物质。红螺菌属中的一些细菌属于此种营养类型。四、化能有机 营养型
这类微生物以有机化合物为碳源，利用有机化合物氧化过程中产生的化学能为能源，以 有机物作为供氢体进行生长的微生物，称为化能异养微生物。多数微生物属于化能异养型， 其生长所需要能源和碳源通常来自同一种有机物。其中，化能异养型又依据所利用的有机物 特性，分为腐生型和寄生型。
营养类型的划分不是绝对的，不同生活条件下，可相互转变。 4.3 营养物进入细胞的方式 一、单纯扩散（simple diffusion）
1. 热稳载体蛋白(HPr)的激活。HPr 是一种低分子量的可溶性蛋白，结合在细胞膜上， 具有高能磷酸载体的作用。细胞内高能化合物磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）的磷酸基团通过酶 1 的作用把 HPr 激活。
2. 糖经磷酸化后运入细胞膜内。膜外环境中的糖先与外膜表面的酶 2 结合，再被转运 到内膜表面。这时，糖被 P-HPr 上的磷酸激活，并通过酶 2 的作用将糖-磷酸释放到细胞内。 酶 2 是一种结合于细胞膜上的蛋白，它对底物具有特异性选择作用，因此细胞膜上可诱导出 一系列与底物分子相应的酶 2。 4. 4 培养基（medium）
微生物第四章总结
3. 半组合培养基 又称半合成培养基，指一类主要以化学试剂配制，同时还加有某种或某些天然成分的培养基。如：马铃薯蔗糖培养基。
（2）渗透压和水活度
渗透压：是某水溶液中一个可用压力来度量的物化指标，它表示两种不同浓度的溶液间若被一个半透膜隔开时，稀溶液中的水分子会因水势的推动而透过隔膜流向浓溶液，直至两边水分子的进出达到平衡为止。
水活度：即aw，表示在天然或人为环境中，微生物可实际利用的自由水或游离水的含量。其定量涵义为：在同温同压下，某溶液的蒸汽压（P）与纯水蒸汽压（P0）之比。因此水活度也等于该溶液的百分相对湿度值（ERH），各种微生物生长繁殖范围的水活度在0.998-0.60之间。
氮源：凡能提供微生物生长繁殖所需氮元素的营养源。
氮源谱：把微生物作为一个整体观察，它们能利用的氮源范围。其谱详见P84
异养微生物对氮源的利用顺序是：N.C.H.O或N.C.H.O.X优于N.H优于N.O优于N类。
氨基酸自养型生物：一部分微生物是不需要利用氨基酸作为氮源，它们能把尿素，铵盐，硝酸盐甚至氮气等简单氮源自行合成所需要的一切氨基酸。
三，主动运送
主动运送：指一类须提供能量通过细胞膜上特异性载体蛋白构象的变化，而使膜外环境中低浓度的溶质运入膜内的一种运送方式。
四，基因移位
基因移位： 指一类既需特异性载体蛋白的参与，又需耗能的一种物质运送方式，其特点是溶质在运送前后还会发生分子结构变化。基因移位主要用于运送各类糖类，核苷酸，丁酸和腺嘌呤等物质。
第4章 微生物的营养与培养基
基团移位
基团转移运输特点：（p93）
需要磷酸酶系统进行催化
被运输的物质发生化学变化，被磷酸化 需要能量
4 种运送方式 总结
浓度梯度 单纯扩散 促进扩散 主动运输 高 高 低 低 低 高 能量 不需 不需 需 载体 不需 需 需 动力 浓度差 浓度差 能量
基团移位
低
高
需
需
能量
4种运送营养方式的比较
促进扩散 （p93）
①不消耗能量 ②参与运输的物质本身的分子结构不发生变化
特 点
③不能进行逆浓度运输
④运输速率与膜内外物质的浓度差成正比 ⑤需要载体参与
图4 主动运输示意图
三、主动运输特点
被运送的物质可逆 浓度梯度进入细胞 内 消耗能量，必需有 能量参加。 有膜载体参加，膜 载体发生构型变化 被运送物质不发生 任何变化。
葡萄糖 5g
1g
NH4H2PO4 1g NaCl 5g MgSO4.7H2O 0.2g K2HPO4
H2O 1000ml
2. 营养协调 （p96）
培养基中营养物质浓度合适时微生物才能生长良好，营养物质浓度 过低时不能满足微生物正常生长所需，浓度过高时则可能对微生物生长 起抑制作用。 培养基中各营养物质之间的浓度配比直接影响微生物的生长繁殖 和代谢产物的形成和积累，碳氮比（C/N）的影响较大。 碳氮比：培养基中碳元素与氮元素的物质的量比值，有时也指培养 基中还原糖与粗蛋白之比。
单功能营养物：如辐射能 双功能营养物：NH4+是硝酸细菌的能源和氮源 三功能营养物：如”N.C.H.O”是异养微生物的能源、碳源及氮 源。
第二节 微生物的营养类型
营养类型 碳源 能源 代表菌 蓝细菌 绿硫细菌 藻类 红螺菌科 硝化细菌 硫化细菌 绝大多数细菌 全部真核微生物
高中生物知识点：微生物需要的营养及选择培养基
高中生物知识点：微生物需要的营养及选择培养
基
高中生物知识点：微生物需要的营养及选择培养基一、微生物需要的营养物质及功能
㈠特殊微生物的特殊碳源
异养微生物：有机碳源
自养微生物：无机碳源
假单孢杆菌：石油烃
甲烷氧化菌：甲烷和甲醇
㈡特殊生物的特殊碳源
固氮微生物：N2
反硝化细菌：NO3—
硝化细菌：NH3，还作为能源物质。
㈢生长因子
生物素是黄色短杆菌和谷氨酸棒状菌的生长因子，是一种维生素。
二、选择培养基
根据微生物的结构或代谢特点，在培养基中加入或减去某种物质，从而达淘汰选择的目的。
1、无氮源培养基：选择培养自生固氮微生物，如：圆褐固氮菌。
2、无碳源培养基：选择培养自养微生物，如：硝化细菌。
3、供氧培养：淘汰厌氧微生物。
4、隔氧培养：淘汰好氧微生物。
5、加入氨基嘌吟的动物细胞培养基：选择杂交瘤细胞。
6、含高浓度食盐培养基：选择培养金黄色葡萄球菌。
7、含抗生素培养基：淘汰细菌，选择培养真菌。
8、用甲醇作碳源：选择培养甲烷氧化菌。
9、用某种石油烃作碳源：选择培养假单孢杆菌。
微生物学 微生物的营养与培养基
能源：能为微生物生命活动提供最初能量来源的营养物或辐射能
（四）生长因子（growth factor）：
定义:是一类对微生物正常生长所不可缺少、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。不同微生 物需求的生长因子的种类和数量不同。
categories: Growth factors are organized into three categories:
铵盐
氨基酸
入胞
细胞物质
蛋白胨
硝酸盐NO3
豆饼 蚕蛹粉
诱导酶
诱导酶
NH4+
分解 入胞
细胞物质
（三）能源（Energy source）：
化学物质
有机物：化能异养微生物的能源 (同碳源)
能 源
（化能自养型） 无机物：化能自养微生物的能源 (不同于碳源)
谱
（光辐能射营能养型）：光能自养和光能异养微生物的能源
菌、氢细菌、硫磺细菌等
化能有机营养型 有机物 有机物 有机物 绝大多数原核生物，全部真
（化能异养型） * NH4+、NO2-、S0、H2S、H2、Fe2+等。
菌和原生动物
光能异养型微生物
利用光能，以简单有机物（醇、有机酸） 为供氢体同化CO2
CH3 │ 光能 CO2+2CH2-CHOH----→[CH2O]+2CH3COCH3+H2O
pH的稳定
无
化 能 自 养 菌 的 能 源 ( S、Fe2+、
机 盐
特殊功能
NH4+、NO2-) 无 氧 呼 吸 时 的 氢 受 体 ( NO3-、
SO42-)
第四章微生物的营养和培养基
第四章微生物的营养和培养基微生物的营养：为了满足其生长和繁殖的的需要微生物从外界摄取其生命活动所必须的能量和物质，以满足其生长和繁殖需要的一种生理功能。
即获得与利用营养物质的功能。
微生物的营养物质：能够满足微生物的生长繁殖和完成其各种生理活动所需要的物质称为微生物的营养物质。
即具有营养功能的物质。
微生物的营养物质可为它们正常的生命活动提供结构物质（大分子碳架）、能量、代谢调解物质和良好的生理环境。
微生物的营养物质来源除无机、有机物质外，还包括光能这种非物质形式的能源。
第一节微生物的六类营养要素1 微生物的营养要求2 微生物的六类营养要素一微生物的营养要求（一）微生物细胞的化学组成微生物细胞由C、H、O、N、S、P、Mg、K、Na、Ca、Fe、Mn、Cu、Co、Mo、Zn等化学元素组成，且以C、H、O、N、S、P六种元素为主，占细菌细胞干重的97%。
微生物细胞中的这些元素主要以水、有机物和无机盐的形式存在于细胞中。
有机物主要为：蛋白质、糖、脂、核酸、维生素及它们的降解物与一些代谢产物等物质组成。
无机物则是：参与有机物组成或单独存在于细胞原生质内的无机盐等灰分物质中。
水是细胞的一种主要成分，一般占微生物营养体重量的百分比：细菌80%左右、酵母菌75%左右、霉菌85%左右；霉菌孢子含水约39%、细菌芽孢核心部分的含水量低于30%。
细胞内的有机物、无机物和水等共同赋予细胞的遗传连续性、透性和生化活性。
（二）微生物的营养要求微生物细胞也和其他高等生物细胞一样，在元素水平都需要20种左右，且以C、H、O、N、S、P六种元素为主；在营养要素水平上都在六大类的范围内：碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水。
二微生物的六类营养要素（一）碳源1 碳源（carbon source）一切能满足微生物生长繁殖所需碳元素的营养物，称为碳源。
碳源是微生物需要量最大的营养物，又称大量营养物。
2 微生物的碳源谱微生物可利用的碳源范围即碳源谱。
微生物的营养与培养基
第一节 微生物的营养
（二）微生物的营养物质 微生物的营养物质种类繁多，自然界中也有成千上万 种物质可被不同微生物利用，微生物生长所需要的营养物 质主要是以有机物和无机物的形式提供的，小部分由气体 物质供给。根据营养物质在机体中的性质和作用可分为： 碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水。
第一节 微生物农药
第一节 微生物农药
二、微生物杀菌剂 近二十年来，人们发现了许多可以通过拮抗作用抑制 植物病原菌生长的细菌和放线菌，它们都能产生抗生素， 可制备成微生物杀菌剂。这类抗生素大部分具有内吸性能、 高效、选择性强、有治疗和保护作用、生物降解快、无公 害、对人畜安全等优点，其缺点是药效不稳定、成本高、 持效期短(易被土壤微生物及紫外线分解)、易出现抗药性 菌株 (高度选择性所致)等。在农业上作为杀菌剂应用的 抗生素主要有灭瘟素、井冈霉素、春雷霉素、多氧霉素、 庆丰霉素和放线菌酮等。其产生菌和防治范围见表11-1。
绿僵菌也是一种真菌杀虫剂，其杀虫谱、致病机制和生产方式均 与白僵菌相似，对斜纹夜蛾、棉铃虫、地老虎和金龟子等害虫的防治 效果较好。
第一节 微生物农药
3．病毒杀虫剂 昆虫病毒之所以被用来防治害虫，主要原因是因为昆 虫病毒具有高度特异性的宿主范围，也就是说，一种昆虫 病毒只对一种或几种特定的昆虫有致命性。这样一来，就 不会对人、畜和作物造成危害。而且，昆虫病毒可以在土 壤中保存，并随着风等自然因素扩散，而造成病毒流行， 可以有效扩大杀虫的范围。此外，和传统的化学杀虫剂相 比，昆虫病毒杀虫剂可以避免传统的化学杀虫剂对自然环 境的破坏。当然，昆虫病毒杀虫剂也有其局限性，如杀虫 范围窄，一种杀虫剂仅针对一种或少数几种害虫有效；杀 虫慢，需几天或十多天才见效；容易受环境温度、阳光、 气候的影响，毒力较低等。
微生物的营养和培养基--培养基
f).碳源过多，易形成较低的pH；碳源不足，易引起菌体的衰老
一、培养基
２ 培养基配制原则
➢ 条件适宜：物理化学条件适宜； ➢ pH条件适宜：各类微生物的最适生长pH值各不相同；
➢在微生物的生长和代谢过程中，培养基的初始pH值会发生改变； ➢为了维持培养基pH的相对恒定，通常在培养基中加入pH缓冲剂，或在进行 工业发酵时补加酸、碱。
微生物学基础
单元五 微生物的营养和培养基
项目二 微生物的培养基
一、培养基
1 培养基概述 ➢ 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物质（混合养料）； ➢ 特点：具备微生物所需要的五大营养要素（碳源、 氮源、能源、无机盐、生长因子、水），且应比例 适当；一旦配成必须立即灭菌； ➢ 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。
一、培养基
２
培养基配制原则
➢ 经济节约：根据培养目的选择原料及其来源； ➢ 培养目的：a).是培养菌体还是积累代谢产物？ 培养菌体时：氮源含量宜高（碳氮比低） b).是实验室种子培养还是大规模发酵？ 种子培养时：精；规模发酵时：粗
c).代谢产物是初级代谢产物还是次级代谢产物？
次级代谢产物时：要加入特殊元素；
一、培养基
２ 培养基配制原则
➢ 目的明确：培养基组分满足微生物的需要； ➢ 营养协调：营养物的浓度与比例应恰当； ➢ 条件适宜：物理化学条件适宜（pH、渗透压、水活度aw、氧化还原电势）； ➢ 经济节约：根据培养目的选择原料及其来源。
微生物营养和培养基
微生物营养和培养基微生物的营养（或营养作用，nutrition）：指微生物从外部环境摄取其生命活动所必需的能量和物质，以满足其生长和繁殖需要的一种生理功能。
营养物（或营养，nutrient）：能满足微生物生命活动的具有营养功能的物质。
微生物学的营养物包括光能（非物质形式的能源）化学成分水平：碳水化合物、蛋白质、核酸、脂质、维生素、抗生素、无机盐。
营养要素水平:碳源、氮源、无机盐、生长因子、水、能源。
微生物种类不同，各种元素的需要量不同微生物细胞的化学元素组成也常随菌龄及培养时间的不同而在一定范围内发生变化；幼龄的比老龄的含氮量高，在氮源丰富的培养基上生长的细胞比氮源相对贫乏的培养基上生长的细胞含氮量高。
碳源微生物细胞的含碳量50%左右功能：①细胞中的碳素来源；②提供微生物生长发育所需的能量。
对一切异养微生物来说，其碳源同时又兼作能源，因此，这种碳源又称双功能营养物。
碳源谱：微生物可利用的碳源范围。
包括有机碳和无机碳微生物的碳源谱很广，但对某一具体菌株的碳源谱有其特殊性。
如洋葱假单胞菌和产甲烷细菌。
异养微生物：凡必须利用有机碳源的微生物自养微生物：以无机碳源作为主要碳源的微生物微生物不同，利用上述含碳化合物的能力不同，如假单胞菌属中的某些种可以利用90种以上的不同类型的碳源物质；而某些甲基营养型细菌只能利用甲醇或甲烷等一碳化合物进行生长。
可以用作洋葱假单胞菌唯一碳源的化合物有:碳水化合物及其衍生物：19种脂肪酸：11种二羧酸：9种其它有机酸：12种伯醇：3种氨基酸：12种其它氮化合物：13种无氮环状化合物：9种糖类是最好的碳源，尤其是葡萄糖。
其次是醇类、有机酸、脂类等发酵工业常用的碳源山芋粉、马铃薯、甜薯干、玉米粉、麸皮、废糖蜜、植物淀粉等。
氮源的主要功能：提供合成原生质和细胞其他结构的氮素来源，一般不提供能量，但硝化细菌是利用铵盐或硝酸盐作为氮源和能源无机氮源：铵态氮、硝态氮、氮气等；多数微生物均可利用。
微生物的营养和培养基
第一节 微生物的6大类营养要素
三、能源（energy）
能为微生物生命活动提供最初能量来源的营 养物或辐射能。由于各种异养微生物的能 源就是其碳源，因此，它们的能源就显得 十分简单。
第一节 微生物的6大类营养要素
三、能源（energy）
单功能营养物：光辐射能； 双功能营养物：还原态的无机物NH4+（能源、 氮源）； 三功能营养物：氨基酸（碳源、氮源和能源）
四、基团移位（group translocation）
第四节 培养基
培养基（medium，复数为media；或culture medium）指由人工配制的、适合微生物生长繁殖 或产生代谢产物用的混合营养料。任何培养基都 应具备微生物生长所需要的六大营养要素，且其 间的比例是合适的。 绝大多数微生物都可在人工培养基上生长，只有 少数称作难养菌（fastidious microorganisms）的寄 生或共生微生物，例如类支原体、类立克次氏体 和少数寄生真菌等，至今还不能在人工培养基上 生长。
四、基团移位（group translocation）
指一类既需特异性载体蛋白的参与，又需耗能的 一种物质运送方式。其特点是溶质在运送前后还 会发生分子结构的变化，因此不同于一般的主动 热稳载 运送。 体蛋白 基团移位主要用于运送各种糖类(葡萄糖、果糖、 甘露糖和N-乙酰葡糖胺等)、核苷酸、丁酸和腺嘌 呤等物质。其运送机制在E.coli中研究得较为清楚， 主要靠磷酸转移酶系统，即磷酸烯醇式丙酮酸-己 糖磷酸转移酶系统进行。此系统由24种蛋白组成， 运送某一具体糖至少有4种蛋白参与。其特点是每 输入一个葡萄糖分子，就要消耗一个ATP的能量。
第一节 微生物的6大类营养要素
微生物学：第四章微生物的营养与培养基
微 生 物
生长因子 需要量（ml-1
胆碱
硫胺素 B-丙氨酸
III型肺炎链球菌（Streptococcus pneumoniae）
金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus） 白喉棒杆菌（Cornebacterium diphtherriae）
6ug
0.5ng 1.5ug
破伤风梭状芽孢杆菌（Clostridium tetani）
氮源
氮源谱
｛ ｛ ｛
有机氮 无机氮
蛋白质 核酸 氨基酸 尿素
NH3 铵盐 硝酸盐 N2
按氮源的不同，生物可分为：
氨基酸自养型生物：能利用尿素、铵盐、硝酸盐甚至氮 气的生物
氨基酸异养型生物：不能利用尿素、铵盐、硝酸盐甚至氮 气的生物
常用的蛋白质类氮源包括蛋白胨、鱼粉、蚕蛹、黄豆饼 粉、玉米浆、牛肉浸膏、酵母浸膏等
④热的良好导体；
⑤通过水合作用与脱水作用控制由多亚基组成的结构
第二节
生长所需要的碳源
微生物的营养类型
自养型生物
异养型生物
光能营养型
生物生长过程中能量的来源
划分依据 碳源 能源 电子供体 营养类型 自养型(autotrophs) 异养型(heterotrophs) 光能营养型(phototrophs) 化能营养型(chemotrophs) 无机营养型(lithotrophs) 有机营养型(organotrophs)
碳源谱
｛
有机碳 无机碳
异养微生物
自养微生物
微生物利用的碳源物质主要有糖类、有机酸、醇、 脂类、烃、CO2及碳酸盐等。糖类是最广泛利用的碳源。
对于为数众多的化能异养微生物来说，碳源是兼有 能源功能营养物。
五、微生物的营养和培养基
第五章微生物的营养和培养基营养（nutrition）：指生物体从外部环境中摄取对其生命活动必需的能量和物质，以满足正常生长和繁殖需要的一种最基本的生理功能。
营养物（nutrient）：指具有营养功能的物质，那些能够满足微生物机体生长、繁殖和完成各种生理活动所需的物质。
在微生物学中，它还包括非常规物质形式的光辐射能在内。
第一节微生物的6类营养要素——碳、氢、氧、氮、硫、磷——碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水一、微生物细胞的化学组成1. 化学元素（chemical element）主要元素：碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙、铁等；微量元素：锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等。
Eg. 细菌、酵母菌和真菌的碳、氢、氧、氮、磷、硫六种元素的含量就有差别。
硫细菌(sulfur bacteria)、铁细菌(iron bacteria)和海洋细菌(marine bacteria)相对于其他细菌则含有较多的硫、铁和钠、氯等元素, 硅藻(Diatom)需要硅酸来构建富含(SiO2)n的细胞壁。
二、微生物的6类营养要素在元素水平上都需20种左右，且以碳、氢、氧、氮、硫、磷6种元素为主；在营养要素水平上则都在六大类的范围内，即碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水。
微生物、动物、植物之间存在“营养上的统一性”（一）碳源（carbon source）1. 定义一切能满足微生物生长繁殖所需碳元素的营养物，称为碳源。
微生物细胞含碳量约占干重的50％，除水分外，碳源是需要量最大的营养物，又称之为大量营养物（macronutrients）。
碳源谱（spectrum of carbon sources）：宝贵的氮源———“C.H.O.N”和“C.H.O.N.X”型，——尽量避免将之作为廉价的碳源使用。
异养微生物在元素水平上的最适碳源———“C.H.O”型微生物能利用的碳源类型大大超过了动物界或植物界所能利用的碳化合物。
微生物的营养与培养基
原理
培养基性质
细胞的全能性
固体培养基
细胞增殖
液体培养基 细胞株、细胞系 获得细胞或细胞 分泌蛋白
培养基特有成分
培养结果 培养目的
蔗糖
植物激素 葡萄糖 动物血清
植物体 快速繁殖、培育 无病毒植株
微生物的营养与培养基
一、微生物的营养
（一）水
功能：
(1) 是微生物细胞的重要组成成分，占微生物体湿重的70%∼90%，
合成培养基
放线菌 淀粉 20g K2HPO4 0.5g 0.01g H2O 1000ml
化学成分完全了解的物质配制而 成的培养基
MgSO4.7H2O 0.5g KNO3 1g FeSO4
NaCl 0.5g
在液体培养基中加入一定量凝固 剂，使其成为固体状态，琼脂含 量一般为1.5%-2.0%
2 、 按 物 理 性 质 分 类
伊红美蓝乳糖培养基（EMB培养基）
蛋白胨 乳糖 伊红γ 美蓝 磷酸氢二钾 (K2HPO4) 琼脂 10.0 10.0 0.4 0.065 2.0 15.0
(g)
当大肠杆菌分 解乳糖产酸时 细菌带正电荷 被染成红色， 再与美蓝结合 形成紫黑色菌 落，并带有绿 色金属光泽。
质控菌株 大肠杆菌 大肠杆菌 JM109 大肠杆菌 DH5 α 金黄色葡萄球菌 沙门氏菌
（四）无机盐
构成细胞的结构成分 酶活性中心的组成部分 维持生物大分子和细胞结构的稳定性
作用
调节微生物的原生质胶体状态，维持细胞的渗透平衡
控制细胞的氧化还原电位 作为某些微生物的能源物质
（五）生长因子
生长因子：微生物生长所必需而且需要量很小，但自身不能合
成的或合成量不足以满足机体生长需要的有机化合物
第四章 微生物的营养与培养基
N.CHO
N.H N.O N
按氮源的不同生物可分为：
氨基酸自养型生物：能利用尿素、铵盐、 硝酸盐甚至氮气的生物
氨基酸异养型生物：现成氨基酸
3.能源 能源：能为微生物的生命活动提供最初能量来源营养 物或辐射能，称为能源。
无机物：化能自养菌的能源：NH4+、NO2-、S、H、H2S、 Fe2+等。
4.生长因子 生长因子：是一类调节微生物正常代谢必须，且不能 用简单的碳源或氮源自行合成的有机物。需要量一般 很少。
生产上常用的氮源：硝酸盐、铵盐、尿素、 氨以及蛋白含量较高的鱼粉、蚕蛹粉、黄 豆饼粉、花生饼份、玉米浆等 实验室培养微生物常用的氮源：铵盐、硝酸 盐、蛋白胨和肉汤等
微生物的氮源谱
类型 有 机 氮 无 机 氮 元素 N.CHO.X 化合物 复杂蛋白质, 核酸等 尿素,氨基酸 ,简单蛋白质 等 NH3,NH4+ 等 NO3-1 N2 培养基原料 牛肉膏,酵母 膏,饼粉及蚕 蛹粉等 尿素,蛋白胨, 明胶等 (NH4)2SO4, NH4NO3等 KNO3等 空气
2、糖被磷酸化后运入膜内
膜外环境中的糖先与外膜表面的酶2结合，再 被转运到内膜表面。这时，糖被P-HPr上的磷 酸激活，并通过酶2的作用将糖-磷酸释放到 细胞内。 酶2 P-HPr+糖 糖-P +HPr
细胞膜外
S S S
Enz2
细胞膜
S
Enz2
细胞膜内
~
HPr
P
Enz1+ PEP 丙酮酸
Enz2
☆加入CaCO3： +H+ +H+ CO32 – HCO3 – H2CO3 – – –H –H
CO2+H2O
微生物的营养和培养基--微生物的六种营养要素
一、微生物的六种营养要素
３ 微生物细胞的化学组成 ➢ 化学组成比例：细胞的化学组成也是配制微生物培养基的主要依据；
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
75~85 50~80 12~28 5~20 10~20 2~30
➢无论从元素水平还是营养要素水平，微生物的营养要求与摄食型的动物（含人类） 和光合自养型的植物都十分接近；生物之间存在“营养上的统一性”。
一、微生物的六种营养要素
５
微生物6大营养要素－碳源
➢碳源（carbon source）：凡是提供微生物营养所需的碳元素（碳架）的营养源， 称为碳源； ➢碳源谱：从微生物的整体来看，可利用的碳源物质的范围称碳源谱； ➢碳源作用：
一、微生物的六种营养要素
５ 微生物6大营养要素－碳源 ➢实验室配制微生物培养基常用碳源：葡萄糖、 蔗糖、可溶性淀粉；
➢微生物工业发酵中用做碳源的原料： ➢传统种类：糖类（单糖，饴糖）、淀粉（玉米粉、山芋粉、野生植物 淀 粉等）、麸皮、各种米糠等； ➢代粮发酵：纤维素、石油、CO2、H2；
一、微生物的六种营养要素
６ 微生物6大营养要素－氮源
➢实验室常用的氮源：有碳酸铵、硝酸盐、硫酸铵、胰酪蛋白、尿素、蛋白胨、牛肉 膏、酵母膏等；
➢生产上常用的氮源：有硝酸盐、铵盐、尿素、氨以及蛋白含量较高的鱼粉、蚕蛹粉、 黄豆饼粉、花生饼份、玉米浆、麸皮等；
一、微生物的六种营养要素
６
微生物6大营养要素－氮源
➢微生物利用氮源的特点： ➢氮源主要不提供能量(除硝化细菌等少数外)； ➢最适氮源：NHCO>NH>NO>N2； ➢迟效氮源：蛋白氮必须通过水解之后降解成胨、肽、氨基酸等才能被机体 利用，有利于代谢产物的形成； ➢速效氮源：无机氮源或以蛋白质降解产物形式存在的有机氮源可以直接被 菌体吸收利用，有利于机体的生长； ➢氨基酸异养型微生物（营养缺陷型）：有些微生物没有将无机氮合成有机 氮的能力，它们不能把尿素、铵盐等这些无机氮源自行合成他们生长所需的 氨基酸，而需要从外界吸收现成的氨基酸作为氮源才能生长。
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微生物的氮源谱
类型 元素水平 化合物水平
培养基原料水平
N·C·H·O·X 复杂蛋白质、核酸等 牛肉膏、酵母膏、
有机氮
饼粕粉、蚕蛹粉等
N·C·H·O
N·H 无机氮 N·O
N
尿素、一般氨基酸、 简单蛋白质等 NH3、铵盐等 硝酸盐等
N2
尿素、蛋白胨、明 胶等
（NH4）2SO4等
1 6~12
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细胞中几种主要元素的含量（干重百分数）
元素 碳 氮 氢 氧 磷 硫
细菌 50 15 8 20 3 1
酵母 49.8 12.4 6.7 31.1 — —
霉菌 47.9 5.2 6.7 40.2 — —
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二、营养物质及其生理功能 Nutrient and function
一、微生物细胞的化学组成 （Chemical composition of microbial cell）
主要成分 细菌
水分
75~85
蛋白质
50~80
碳水化合物 12~28
脂肪
5~20核酸Fra bibliotek10~20
无机盐
2~30
酵母菌 70~80 32~75 27~63 2~15 6~8 3.8~7
霉菌 85~90 14~15 7~40 4~40
能为微生物生命活动提供最初能量来 源的营养物质或辐射能，称为能源。
能源 谱
化学物质 辐射能
有机物：化能异养微生物的能源 （同碳源）
无机物：化能自养微生物的能源 （不同于碳源）
光能自养和光能异养微生物的能源
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4、生长因子（growth factor）
一类调节微生物正常代谢所必需，但不 能用简单的碳、氮源自行合成的有机物，没 有能源和碳源、氮源等结构材料的功能，需 要量一般很少。
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5、无机盐（mineral salt）
无机盐或矿质元素主要为微生物提供除 碳源和氮源以外的各种重要元素。
大量元素：P、S、K、Mg、Ca、Na、Fe等。 （微生物生长所需浓度在10-3~10-4mol/L）
微量元素：Cu、Zn、Mn、Mo、Co等。 （微生物生长所需浓度在10-6~10-8mol/L）
对一切异养微生物来说，碳源同时 又兼作能源，因此，这种碳源又称双功 能营养物质。
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2、氮源（nitrogen source）
凡是可以被微生物用来构成细胞物 质或代谢产物中氮素来源的营养物质通 称氮源。
蛋白质及其降解物（胨、肽、氨基酸等） 铵盐、硝酸盐、亚硝酸盐、分子态氮 其它含氮物：嘧啶、嘌呤、脲等
肝脏、菌丝体、肉类和青储饲料
玉米浆、糖蜜、棉子饼粉和酒糟 啤酒花、大豆、蛋黄、酒糟 血液
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生长因子自养型微生物：不需要从外界吸 收任何射干那种因子的微生物。
生长因子异养型微生物：需要从外界吸 收多种生长因子才能维持正常生长的微生物。
生长因子过量合成的微生物：少数微生物 在其代谢活动中能合成并大量分泌某些维生素 等生长因子，可作为有关维生素的生产菌种。
泛酸
维生素B12 肌醇 胆碱
血红素
作为酰基的传递体
异构酶、脱氢酶和甲基化酶的 辅酶 多数酵母菌的生长因子 甲基供体和参与脂代谢 电子传递体
含有原料
米糠、麦芽、酵母菌体、大豆 小麦、玉米浆 青霉菌菌丝、酵母菌体、米糠、 小麦、玉米和玉米浆 青霉菌菌丝、小麦、肝脏、大豆、 甜菜、酵母浸出物 甜菜糖蜜、青霉菌菌丝、玉米浆、 糖蜜酵母浸出物、棉子饼粉
组成微生物细胞的化学元素来自微生 物生长所需的营养物质，它们由相应的有 机物和无机物提供，小部分可以由分子态 的气体物质提供 。
碳源、氮源、能源、无机盐、生长因子、水
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1、碳源（carbon source）
凡是可以被微生物用来构成细胞物质或 代谢产物中碳素来源的营养物质通称碳源。
糖、有机酸、醇、脂 类等
C·H
烃类
C（?） —
牛肉膏、蛋白胨、 花生饼粉等 一般氨基酸、明胶等
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 —
C·O C·O·X
CO2 NaHCO3
CO2
NaHCO3、CaCO3、 白垩等
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凡必须利用有机碳源的微生物是异 养微生物，凡以无机碳源作主要碳源的 微生物是自养微生物。
主要包括维生素、氨基酸和碱基，此外 还有卟啉及其衍生物、甾醇、 胺类、脂肪酸 等。
一些生长因子的作用和来源 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
生长因子
作用
维生素B1（硫胺素） 作为脱羧酶的辅酶
维生素B2（核黄素） 作为氢和电子的传递体
维生素B6（吡哆醇） 作为脱羧酶和转氨酶的辅酶
烟酰胺
作为氢的传递体
KNO3等 空气
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一部分不需要利用氨基酸作氮源，它 们能把尿素、铵盐等这些简单氮源自行合 成他们生长所需的一切氨基酸，称为氨基 酸自养型生物，而需要从外界吸收现成的 氨基酸作为氮源才能生长的微生物叫做氨 基酸异养型微生物。
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3、能源（energy source）
简单的无机含碳化合物：如CO2 、碳酸盐 复杂的有机物：如糖类、有机酸、醇、脂类、烃 类以及各种含氮化合物
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微生物的碳源谱
类型 有机碳 无机碳
元素水平
化合物水平
培养基原料水平
C·H·O·N· 复杂蛋白质、核酸等 X
C·H·O·N 多数氨基酸、简单蛋 白质等
C·H·O
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营养（nutrition）： 是指生物体从外部环境中摄取对其生命
活动必需的能量和物质，以满足正常生长和 繁殖需要的一种最基本的生理功能。
营养物质（nutrient）： 是指具有营养功能的物质，可为生物的
正常生命活动提供结构物质、能量、代谢调 节物和必要的生理环境。
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Chapter 5 — 1- 营养要求（Nutrient requirements）
微生物的营养要求与动物和植物十分 接近，它们之间存在“营养上的统一性”。 在元素水平上都需要20种左右，在营养要 素水平上则都需要6大类营养要素。
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