微生物的营养与培养基
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
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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
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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。
培养基的作用
培养基的作用
培养基是用于细菌、真菌、细胞等微生物的生长和繁殖的基质。
培养基的作用主要有以下几个方面：
1. 提供营养物质：培养基中含有各种微生物所需的营养物质，包括碳源、氮源、矿物质、维生素等。
这些营养物质是微生物生长和繁殖所必需的，可供微生物吸收利用。
2. 提供水分：培养基中含有适量的水分，使微生物能够吸收到所需的水分，维持细胞内部的水分平衡。
3. 提供稳定的pH值：培养基中含有缓冲液或缓冲体系，可以
调节培养基的酸碱度，使微生物能够在适宜的pH条件下生长。
4. 提供适宜的温度：培养基可以被加热或冷却，以提供适宜的温度条件。
不同的微生物对温度有不同的要求，培养基可以根据微生物的特点来提供适宜的温度。
5. 提供适宜的气氛：某些微生物需要特定的气氛来生长，如需氧气的微生物需要提供氧气气氛，而厌氧微生物则需要提供无氧气条件。
培养基可以根据微生物的需求提供适宜的气氛。
6. 促进微生物的生长和繁殖：培养基中的营养物质可以为微生物提供所需的能量和物质基础，促进微生物的生长和繁殖。
7. 提供可观察的指标：培养基中可以添加某些指标物质，如酶底物、染色剂等，来观察微生物的代谢活性、生长特点等。
通
过对这些指标的观察，可以了解微生物的生长状态和代谢活性。
总之，培养基是为微生物生长和繁殖提供营养和环境的基质。
它可以提供微生物所需的营养物质、水分、适宜的pH值、温
度和气氛条件，促进微生物的生长和繁殖。
通过对培养基中的指标物质的观察，可以了解微生物的生长特点和代谢活性。
培养基是微生物学研究和实验的基础，对于微生物的培养和研究具有重要的意义。
微生物的营养和培养基练习题及答案
第六章微生物的营养和培养基一．填空1、培养基应具备微生物生长所需要的六大营养要素是碳源、氮源、能源、无机盐、生长因子和水。
2．碳源物对微生物的功能是提供碳素来源和能量来源，微生物可用的碳源物质主要有糖类、有机酸、脂类、烃、CO2及碳酸盐__等。
３．微生物利用的氮源物质主要有蛋白质、铵盐、硝酸盐、分子氮、酰胺等，而常用的速效Ｎ源如玉米粉，它有利于菌体生长；迟效Ｎ源如黄豆饼粉、花生饼粉，它有利于代谢产物的形成。
４．无机盐对微生物的生理功能是作为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、调节并维持细胞的渗透压平衡和控制细胞的氧化还原电位和作为某些微生物生长的能源物质等。
５．微生物的营养类型可分为光能无机自养型、光能有机异养型、化能无机自养型和化能有机异养型。
微生物类型的可变性有利于提高微生物对环境条件变化的适应能力_。
６．生长因子主要包括维生素、氨基酸和嘌呤及嘧啶，它们对微生物所起的作用是作为酶的辅基或辅酶参与新陈代谢、维持微生物正常生长、为合成核苷、核苷酸和核酸提供原料。
７．在微生物研究和生长实践中，选用和设计培养基的最基本要求是选择适宜的营养物质、营养物的浓度及配比合适、物理、化学条件适宜、经济节约和精心设计、试验比较。
８．液体培养基中加入CaCO３的目的通常是为了调节培养基的pH值。
９．营养物质进入细胞的方式有单纯扩散、促进扩散、主动运输和基团移位，而金黄色葡萄球菌是通过主动运输方式运输乳糖，大肠杆菌又是通过基团移位方式运输嘌呤和嘧啶的。
10．影响营养物质进入细胞的主要因素是营养物质本身、微生物所处的环境和微生物细胞的透过屏障。
11．实验室常用的有机氮源有蛋白胨和牛肉膏等，无机氮源有硫酸铵和硝酸钠等。
为节约成本，工厂中常用豆饼粉等作为有机氮源。
12．培养基按用途分可分为基础培养基、增殖培养基、鉴别培养基和选择培养基四种类型。
二．是非题１．在固体培养基中，琼脂的浓度一般为0.5—1.0%．（×）２．ＥＭＢ培养基中，伊红美蓝的作用是促进大肠杆菌的生长．（×）３．碳源对配制任何微生物的培养基都是必不可少的．（×）4．被动扩散是微生物细胞吸收营养物质的主要方式（×）5．主动运输是广泛存在于微生物中的一种主要的物质运输方式。
微生物营养与培养基习题及答案
第五章微生物营养习题及参考答案一、名词解释1．生长因子：2．选择培养基(seclected media)：3．基础培养基4．合成培养基5．化能异养微生物6．化能自养微生物7．光能自养微生物8．光能异养微生物9.单纯扩散10.促进扩散11.主动运输12.基团移位13.pH的内源调节14.渗透压15.水活度二、填空题1．微生物生长繁殖所需六大营养要素是、、、、和等。
2．碳源物质为微生物提供和，碳源物质主要有、、、、等。
3．生长因子主要包括、和，其主要作用是、。
4．根据，微生物可分为自养型和异养型。
5．根据，微生物可分为光能营养型和化能营养型。
6．根据，微生物可分为无机营养型和有机营养型。
7．根据碳源、能源和电子供体性质的不同，微生物的营养类型可分为、、和。
8．按用途划分，培养基可分为、、和等4种类型。
9．常用的培养基凝固剂有、和。
10．营养物质进入细胞的方式有、、和。
三、选择题（4个答案选1）1．下列物质可用作生长因子的是（）。
A.葡萄糖B.纤维素C.NaGlD.叶酸2．大肠杆菌属于（）型的微生物。
A.光能无机自养B.光能有机异养C.化能无机自养D.化能有机异养3．硝化细菌属于（）型的微生物。
A.光能无机自养B.光能有机异养C.化能无机自养D.化能有机异养4．某种细菌可利用无机物为电子供体而有贾稀为碳源，属于（）型的微生物。
A.兼养型B.异养型C.自养型D.原养型5、化能无机自养微生物可利用（）为电子供体。
A.CO2 B.H2C.O2D.H2O6．用来分离产胞外蛋白酶菌株的酪素培养基是一种（）。
A.基础培养基B.加富培养基C.选择培养基D.鉴别培养基7、固体培养基中琼脂含量一般为（）。
8．用来分离固氮菌的培养基中缺乏氮源，这种培养基是一种（）。
A.基础培养基B.加富培养基C.选择培养基D.鉴别培养基9．水分子可通过（）进入细胞。
A.主动运输B.扩散C.促进扩散D.基团转位10．被运输物质进入细胞前后物质结构发生变化的是（）。
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
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。
微生物的营养及培养基概述 培养基的类型及配制原则
人工配制的适合于不同微生物生长繁殖或积累代谢产物的营养 基质。它是进行科学研究，发酵生产微生物制品等的基础 。
培养基的类型 培养基的配制原则
培养基的类型
按照化学组成分为
天然培养基
例：马铃薯、 淀粉等
合成培养基
例：高氏1号培 养基
半合成培养基
例：马铃薯蔗 糖培养基
按照物理状态分
液体培养基 不添加琼脂
➢ 注意各种营养物质的浓度与配比 营养物的浓度：在一般情况下，浓度合适的营养物质才
对微生物表现出良好作用，浓度大时对微生物生长起抑制 作用，浓度小时不能满足微生物生长的需要。
各营养物质之间的浓度比：培养基中各营养物质之间的 浓度比直接影响微生物的生长与繁殖和（或）代谢产物的 形成与积累，尤其是碳氮比（C／N）（碳氮比一般指培 养基中元素碳与元素氮的比值，有时也指培养基中还原糖 与粗蛋白两种成分含量之比）的影响更为明显。例如在微 生物的谷氨酸发酵中，培养基的C／ N为4：l时，菌体大量 繁殖，谷氨酸积累少；当C／N为3：1时，菌体繁殖受到抑 制，而谷氨酸大量增加。
➢ 控制培养基的PH值 各类微生物生长的最适pH各不相同，细菌与放线菌生长
的pH在7—7.5之间，酵母菌与霉菌生长的pH值在4-5之间。 在微生物的生长和代谢过程中，由于营养物质的利用和代 谢产物的形成与积累，常会改变培养基的pH值，为了维持 培养基pH值的相对恒定，通常采用下列两种方式：
内源调节：在培养基里加一些缓冲剂或不溶性的碳酸盐； 调节培养基的碳氮比。
固体培养基
琼脂添加量： 1.5%-2.0%
.8%
根据用途划分
加富培养基 作用：菌种分 离筛选
鉴别培养基
例如：用于显 色反应
选择培养基
微生物
基团转位：细菌PTS运输系统。图中显示两种PTS。PTS系统由磷酸烯醇式 丙酮酸(PEP)、酶I(EI)、低分子热稳定蛋白(HPr)和酶Ⅱ(EⅡ)组成。
基团移位特点
第五节 培养基
特点
• 任何培养基具备微生物生长所需的六大 元素，且其比例合适 • 培养基配制后要立即灭菌 • 除少数难养菌，绝大多数微生物都可在 培养基上生长
光能有机营养型微生物－红螺菌科细菌 （紫色无硫细菌）
异丙醇 特点： • 不能以二氧化碳作为唯一碳源 • 利用光能
丙酮
• 以简单的有机物（有机酸、醇）作为氢供体同化二氧化碳
化能无机营养型－硝化细菌等
化能有机营养型－绝大多数微生物
不同营养类型之间的界限并非绝对： •异养型微生物并非绝对不能利用CO2；
3、无机盐的营养功能
六、水
水的功能
• 为最优良的溶剂，保证几乎一切生化反 应的进行； • 维持各种生物大分子结构的稳定性； • 参与某些重要的生化反应； • 具有许多优良的物理性质：高比热、高 汽化热、高沸点、固态时密度小于液态 等，这些特性对保证生命活动十分重要；
水的可利用性－用水活度表示
单糖 > 双糖 > 多糖
（2）自养微生物的碳源选择 二氧化碳、简单碳酸盐
产甲烷菌：仅能利用CO2和少数1C或2C化合物 甲烷氧化菌：仅能利用甲烷、甲醇两种碳源
（3）假单胞菌：可利用90种以上碳源
4、双功能营养物
• 对于异养微生物来说，其碳源同时又作 为能源物质。
工业生产中常用的碳源
• • • • • 糖蜜 甜薯干 马铃薯 玉米粉 红糖
载体蛋白（carrier proteins）——通透酶（permease）性质； 介导被动运输与主动运输。 通道蛋白（channel proteins）——具有离子选择 性，转运速率高； 离子通道是门控的；只介导被动 运输
微生物营养与培养基
微生物
生长因子 需要量（ml-1
III型肺炎链球菌（Streptococcus pneumoniae） 胆碱
6ug
金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）
硫胺素 0.5ng
白喉棒杆菌（Cornebacterium diphtherriae） B-丙氨酸 1.5ug
破伤风梭状芽孢杆菌（Clostridium tetani）
培养基中各营养物质之间的浓度配比也直接影响微生物 的生长繁殖和代谢产物的形成和积累，其中碳氮比（C/N）的 影响较大。
碳氮比指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。
例如，在利用微生物发酵生产谷氨酸的过程中，培 养基碳氮比为4/1时，菌体量繁殖，谷氨酸积累少； 当培养基碳氮比为3/1时，菌体繁殖受到抑制，谷氨 酸产量则大量增加。
特异载体蛋白 无
有
有
有
运送速度
慢
快
快
快
溶质运送方向 由浓至稀 由浓至稀 由稀至浓 由稀至浓
平衡时内外浓度 内外相等 内外相等 内部高 内部高
运送分子
无特异性 特异性
特异性 特异性
能量消耗
不需要 需要
需要
需要
运送前后溶质 分子不变 不变
不变
改变
载体饱和效应
无
有
有
有
与溶质类似物 无竞争性 有竞争性 有竞争性 有竞争性
组成微生物细胞的各类化学元素的比例常 因微生物种类的不同而不同。
不仅如此，微生物细胞的化学元素组成也 常随菌龄及培养条件的不同而在一定范围 内发生变化。
营养物质主要功用：①供给微生物合成细 胞物质的原料；②用以产生能量；③有的 营养物如维生素主要用于调节新陈代谢。
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
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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微生物的营养与培养基
二、常用设计方法
1）参照文献进行适当修改 2）试验比较 ----单因子比较选择出主要C、N源、
无机 盐等 ----正交试验确定适宜的浓度
微生物的营养与培养基
三、培养基的种类
1、按对培养基成分： 天然培养基、组合培养基、半组合培养基。
2、按培养基的物理状态： 固体培养基、半固体培养基、 液体培养基。
3、接培养基的功能划分：
微生物的营养与培养基
●选择性培养基（selected medium）
根据微生物对某些化学物质敏感性的不同，在 培养基中加入这些物质，抑制了某些微生物的生 长而利于所分离微生物的生长，从而达到分离或 鉴别微生物的目的培养基。
（1）加富性Байду номын сангаас择培养基
----牛肉膏蛋白胨培养基
----纤维素培养基
第四章
微生物的营养与培养基
微生物的营养与培养基
内
容
----微生物的6类营养要素
----微生物的营养类型
----营养物质进入细胞的方式
----培养基
微生物的营养与培养基
§1 微生物的6类营养
微生物的营养与培养基
●营养要素 碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水。
1、碳源（Carbon source） ●碳源谱：有机碳源、无机碳源。
微生物的营养与培养基
●四种运送方式的比较
微生物的营养与培养基
§4 培养基
一、培养基的设计原则 1）目标明确（总纲） 2）营养协调 ----6大营养要素的适合比例 ----尤其C/N比
微生物的营养与培养基
3）合适的理化条件
----pH（内源调节、外源调节） ----渗透压 ----水活度（相对湿度） ----氧化还原电位
一、单纯扩散
小分子、非电离分子和亲水性分子单纯通过物 理扩散的方式通过细胞膜进入细胞的一种物质运 送方式，主要为CO2、乙醇、氨基酸的运送。 ----无通过载体蛋白 ----无选择性 ----不耗能
微生物的营养与培养基
二、促进扩散
溶质借助膜上的底物特异载体蛋白（如渗透酶、 移位酶等）的协助，但不消耗能量的一类扩散性运 送方式，包括某些糖、氨基酸和维生素的运送。
微生物的营养与培养基
微生物的营养与培养基
●依据利用碳源情况，微生物营养类型：
——自养型（autotroph）： 以CO2为主要碳源的微生物。
——异养型（heterotroph）： 以有机物为碳源的微生物。
糖（单糖、双糖、多糖）＞有机酸、醇、脂
微生物的营养与培养基
2、氮源（nifrogen source）
微生物的营养与培养基
●利用氮源的种类
----氨基酸自养型 ----氨基酸异养型 （异养微生物）
微生物的营养与培养基
3.能源（energy source） ----化能营养型 ----光能营养型
微生物的营养与培养基
4、生长因子（growth factor）
微生物正常代谢所必需的 微量 有机物，包括维 生素、碱基等。
微生物的营养与培养基
5.无机盐（矿质元素）
微生物的营养与培养基
微生物的营养与培养基
§2 微生物的营养类型
微生物的营养与培养基
●photoheterotrophs
organisms that obtain energy from light but require exogenous organic compound for growth.
●利用质子动力的主动运输
微生物的营养与培养基
四、基团移位
溶质运送过程发生结构变化、同时需要特 殊载体蛋白参与和耗能的一种运送方式。包 括各种糖类、核苷酸和脂肪酸等的运送。 ---通过载体蛋白 ----具选择性 ----耗能 ---逆浓度梯度 ---溶质运送过程结构变化
微生物的营养与培养基
●葡萄糖的基团移位
----阿什贝培养基
微生物的营养与培养基
（2）抑制性选择培养基
在培养基中加入抑制性物质 细菌：庆大霉素、青霉素、链霉素、四环素 G+：胆盐 真菌：制霉菌素、放线菌酮
微生物的营养与培养基
-----General Microbiology (R.L. Stanier)
微生物的营养与培养基
●紫色非硫细菌
有光时:
2nC4H8O2+nCo2→2(C4H6O2) 2+(CH 2 O)n+n H 2O
无光时：
利用有机物进行化能异养生活。
微生物的营养与培养基
§3 营养物质进入细胞的方式
微生物的营养与培养基
----Microbial Ecology, (R.M. Atlas)
Using light as the energy source and an organic compound as principal carbon source. The category includes certain of the purple and green bacteria.
----通过载体蛋白 ----具有选择性 ----不耗能
微生物的营养与培养基
三、主动运送
必须消耗能量、并通过膜上特异载体蛋白的构 象变化使膜外低浓度的溶质运入膜内的一种运送 方式，包括离子某些和简单糖类的运送。
----通过载体蛋白 ----具选择性 ----耗能 ---逆浓度梯度
微生物的营养与培养基