微生物的生長與代謝(1)ppt課件

1、環(huán)境微生物學環(huán)境微生物學環(huán)境與公共衛(wèi)生學院環(huán)境與公共衛(wèi)生學院1.第一節(jié)第一節(jié) 微生物的營養(yǎng)與營養(yǎng)類型（微生物的營養(yǎng)與營養(yǎng)類型（3 3個學時）個學時）第二節(jié)第二節(jié) 微生物的代謝（部分自學）微生物的代謝（部分自學）第三節(jié)第三節(jié) 境微生物的生長繁殖（境微生物的生長繁殖（3 3個學時）個學時）第四節(jié)第四節(jié) 環(huán)境因素對微生物生長的影響環(huán)境因素對微生物生長的影響(3(3個學時個學時) )第第3 3章章 微生物的生長與代謝微生物的生長與代謝2第一節(jié)第一節(jié) 微生物的營養(yǎng)與微生物的營養(yǎng)與 營養(yǎng)類型營養(yǎng)類型3. 細胞從外界環(huán)境中攝取化學物質，使其在生細胞從外界環(huán)境中攝取化學物質，使其在生長過程中獲取生命活動所需的

2、能量及其結構長過程中獲取生命活動所需的能量及其結構物質的生理過程稱為物質的生理過程稱為營養(yǎng)或營養(yǎng)作用營養(yǎng)或營養(yǎng)作用。4一、微生物的化學組成與營養(yǎng)物質一、微生物的化學組成與營養(yǎng)物質 從微生物細胞的組成來看，都是含有碳、氫、氮和各種礦從微生物細胞的組成來看，都是含有碳、氫、氮和各種礦質元素，由這些元素組成細胞中有機和無機成分，其中主質元素，由這些元素組成細胞中有機和無機成分，其中主要是水分、蛋白質、碳水化合物、脂肪、核酸和無機鹽。要是水分、蛋白質、碳水化合物、脂肪、核酸和無機鹽。 微生物細胞中水分含量最多，干物質中碳、氮、氫、氧四微生物細胞中水分含量最多，干物質中碳、氮、氫、氧四種元素約占種元素約

3、占90909797，還有礦質元素磷、鐵、銅、錳等。，還有礦質元素磷、鐵、銅、錳等。5 微生物細胞化學組成成分析表明，與其他高等動植微生物細胞化學組成成分析表明，與其他高等動植物細胞一樣，細胞也是物細胞一樣，細胞也是大量元素大量元素碳、氫、氧、氮、磷、碳、氫、氧、氮、磷、硫（這六種元素占細菌細胞干重的硫（這六種元素占細菌細胞干重的97）和）和微量元素微量元素鐵、錳、鋅等構成。鐵、錳、鋅等構成。6 微生物細胞的化學組成微生物細胞的化學組成 主要成分主要成分 細菌細菌 酵母菌酵母菌 霉菌霉菌 水分水分 7585 7080 8590（占細胞鮮重的（占細胞鮮重的%） 蛋白質蛋白質 5080 3275 1

4、415 占占 細細 碳水化合物碳水化合物 1228 2763 740 胞胞 干干 脂肪脂肪 520 215 440 重重 的的 核酸核酸 1020 6 8 1 % 無機鹽無機鹽 230 3.87 6127 組成微生物細胞的各類化學元素的比例常因微生組成微生物細胞的各類化學元素的比例常因微生物種類的不同而不同。物種類的不同而不同。 微生物細胞的化學元素組成也常隨菌齡及培養(yǎng)條微生物細胞的化學元素組成也常隨菌齡及培養(yǎng)條件的不同而在一定范圍內發(fā)生變化。件的不同而在一定范圍內發(fā)生變化。81 1 、碳源、碳源 凡是構成微生物細胞和代謝產物中凡是構成微生物細胞和代謝產物中碳架來源碳架來源的的營養(yǎng)物稱為碳源。

5、營養(yǎng)物稱為碳源。 碳源既是微生物的組成成分，又是微生物的能碳源既是微生物的組成成分，又是微生物的能量來源。微生物可以利用的碳源范圍極廣，分量來源。微生物可以利用的碳源范圍極廣，分為有機碳源和無機碳源兩大類，糖類是最廣泛為有機碳源和無機碳源兩大類，糖類是最廣泛利用的碳源。利用的碳源。9 碳源物質在細胞內經過一系列復雜的化學變化碳源物質在細胞內經過一系列復雜的化學變化后成為微生物自身的細胞物質后成為微生物自身的細胞物質( (如碳水化合物、如碳水化合物、脂、蛋白質等脂、蛋白質等) )和代謝產物，碳可占一般細菌和代謝產物，碳可占一般細菌細胞干重的一半。細胞干重的一半。102、氮源：、氮源： 凡是能提供

6、微生物生長繁殖所需氮元素的營養(yǎng)凡是能提供微生物生長繁殖所需氮元素的營養(yǎng)源，稱為氮源。源，稱為氮源。 氮是組成微生物蛋白質、酶和核酸的成分。氮是組成微生物蛋白質、酶和核酸的成分。 能利用的氮源種類十分廣泛?？諝庵蟹肿討B(tài)的能利用的氮源種類十分廣泛?？諝庵蟹肿討B(tài)的氮、無機和有機氮。氮、無機和有機氮。11 氮源這類物質主要用來合成細胞中的含氮物質，氮源這類物質主要用來合成細胞中的含氮物質，一般不作為能源，只有少數自養(yǎng)微生物能利用一般不作為能源，只有少數自養(yǎng)微生物能利用銨鹽、硝酸鹽同時作為氮源與能源。銨鹽、硝酸鹽同時作為氮源與能源。 不同種類的微生物對氮源的需要也不盡相同。不同種類的微生物對氮源的需要也

7、不盡相同。 微生物培養(yǎng)時最常用的有機氮源是牛肉膏、酵微生物培養(yǎng)時最常用的有機氮源是牛肉膏、酵母膏等，蛋白胨（部分水解蛋白質）是許多微母膏等，蛋白胨（部分水解蛋白質）是許多微生物良好的氮源。生物良好的氮源。12 從微生物所能利用的氮源種類來看，存在著一個明顯從微生物所能利用的氮源種類來看，存在著一個明顯的界限：的界限：v 一部分微生物是不需要利用氨基酸作氮源的，它們能一部分微生物是不需要利用氨基酸作氮源的，它們能把尿素、銨鹽甚至氮氣等簡單氮源自行合成所需要的把尿素、銨鹽甚至氮氣等簡單氮源自行合成所需要的一切氨基酸，稱為一切氨基酸，稱為氨基酸自養(yǎng)型生物氨基酸自養(yǎng)型生物。v 凡需要從外界吸收現成的氨

8、基酸作氮源的微生物就是凡需要從外界吸收現成的氨基酸作氮源的微生物就是氨基酸異養(yǎng)型生物氨基酸異養(yǎng)型生物。133、無機鹽、無機鹽主要元素主要元素(10(10-3-31010-4-4mol/L)mol/L)包括磷、硫、鉀、鎂、鈣、鈉等。包括磷、硫、鉀、鎂、鈣、鈉等。微量元素微量元素(10(10-6-61010-8-8mol/L)mol/L)包括鋅、錳、氯、鉬、硒、鈷、銅、鎢等。包括鋅、錳、氯、鉬、硒、鈷、銅、鎢等。培養(yǎng)基時，首選加入磷酸氫二鉀和硫酸鎂，基本時可以同時提供培養(yǎng)基時，首選加入磷酸氫二鉀和硫酸鎂，基本時可以同時提供4 4種需種需要量最大的元素。要量最大的元素。144、生長因子、生長因子 生

9、長因子生長因子通常指那些微生物生長所必需且需要量很小通常指那些微生物生長所必需且需要量很小, ,而而且微生物自身不能合成或合成量不足以滿足機體生長需且微生物自身不能合成或合成量不足以滿足機體生長需要的有機化合物。要的有機化合物。 根據生長因子的化學結構和它們在機體中的生理功能的根據生長因子的化學結構和它們在機體中的生理功能的不同不同, ,可將生長因子分為可將生長因子分為維生素維生素(vitamin)(vitamin)、氨基酸與嘌、氨基酸與嘌呤及嘧啶呤及嘧啶三大類。三大類。 生長因子可以從酵母膏、玉米漿、麥芽汁、血液或血清生長因子可以從酵母膏、玉米漿、麥芽汁、血液或血清中獲得。中獲得。155 5

10、、水、水 水是細胞維持正常生命活動所必不可少的，一般可占細水是細胞維持正常生命活動所必不可少的，一般可占細胞重量的胞重量的707090%90%。 在微生物各種各樣的生理活動中必須有水參加才能進行。在微生物各種各樣的生理活動中必須有水參加才能進行。16 水是一種最優(yōu)良的溶劑，可保證幾乎一切生物化學反水是一種最優(yōu)良的溶劑，可保證幾乎一切生物化學反應的進行；應的進行； 水可維持各種生物大分子結構的穩(wěn)定性，并參與某些水可維持各種生物大分子結構的穩(wěn)定性，并參與某些重要的生物化學反應；重要的生物化學反應； 水還有許多優(yōu)良的物理性質，諸如高比熱、高汽化熱、水還有許多優(yōu)良的物理性質，諸如高比熱、高汽化熱、高沸

11、點以及固態(tài)時密度小于液態(tài)等，都是保證生命活高沸點以及固態(tài)時密度小于液態(tài)等，都是保證生命活動十分重要的特性。動十分重要的特性。17 培養(yǎng)基培養(yǎng)基是人工配制的適合于不同微生物生是人工配制的適合于不同微生物生長繁殖或積累代謝產物營養(yǎng)基質。長繁殖或積累代謝產物營養(yǎng)基質。 1819 1.1.合成培養(yǎng)基合成培養(yǎng)基：由已知化學藥品配成由已知化學藥品配成, ,成分和濃成分和濃度都已完全知道度都已完全知道, ,每一次配制也基本恒定。這種培養(yǎng)每一次配制也基本恒定。這種培養(yǎng)基成分精確，重復性強，多用于實驗室基成分精確，重復性強，多用于實驗室, ,費用較高。費用較高。如：如：高氏一號培養(yǎng)基（淀粉硝酸鹽培養(yǎng)基）放線菌高

12、氏一號培養(yǎng)基（淀粉硝酸鹽培養(yǎng)基）放線菌 察氏培養(yǎng)基（蔗糖硝酸鹽培養(yǎng)基）真菌察氏培養(yǎng)基（蔗糖硝酸鹽培養(yǎng)基）真菌202.2.天然培養(yǎng)基天然培養(yǎng)基: : 化學成分不完全了解或化學化學成分不完全了解或化學成分不恒定的天然有機物配制的培養(yǎng)基。如動成分不恒定的天然有機物配制的培養(yǎng)基。如動植物汁液植物汁液, ,土壤浸出液土壤浸出液, , 等配制成培養(yǎng)基。配等配制成培養(yǎng)基。配制方便，經濟。制方便，經濟。如：牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基細菌如：牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基細菌 麥芽汁培養(yǎng)基酵母菌麥芽汁培養(yǎng)基酵母菌21 牛肉膏牛肉膏 瘦牛肉組織浸出汁濃縮而成的膏狀物瘦牛肉組織浸出汁濃縮而成的膏狀物質，富含水溶性碳水化合物，有機氮化合

13、物，質，富含水溶性碳水化合物，有機氮化合物，維生素，鹽等。維生素，鹽等。 蛋白胨蛋白胨 將肉，酪素或明膠用酸或蛋白酶水解將肉，酪素或明膠用酸或蛋白酶水解后干燥而成的粉末狀物質，富含有機氮化合物，后干燥而成的粉末狀物質，富含有機氮化合物，也含有一些維生素和碳水化合物。也含有一些維生素和碳水化合物。 酵母膏酵母膏 酵母細胞的水溶性提取物濃縮而成的酵母細胞的水溶性提取物濃縮而成的膏狀物質膏狀物質 ，富含類維生素，也含有有機氮化，富含類維生素，也含有有機氮化合物和碳水化合物。合物和碳水化合物。22 3.3.半合成培養(yǎng)基半合成培養(yǎng)基: :由成分已知的物質和由成分已知的物質和成分未知的天然物質配制而成的培

14、養(yǎng)基成分未知的天然物質配制而成的培養(yǎng)基, ,如如PDAPDA培養(yǎng)基。培養(yǎng)基。如：如：馬鈴薯蔗糖培養(yǎng)基真菌馬鈴薯蔗糖培養(yǎng)基真菌23A.A. 固體培養(yǎng)基固體培養(yǎng)基: :在液體培養(yǎng)基中加入凝固劑在液體培養(yǎng)基中加入凝固劑( (如如1.5-2.0%1.5-2.0%瓊脂瓊脂) )。固體培養(yǎng)基為微生物的生長提供了一個營養(yǎng)表面固體培養(yǎng)基為微生物的生長提供了一個營養(yǎng)表面, ,在這個表在這個表面生長微生物可形成單個菌落面生長微生物可形成單個菌落, ,用于微生物的分離用于微生物的分離, ,鑒定鑒定, ,計計數數, ,保管。保管。B.B. 半固體培養(yǎng)基半固體培養(yǎng)基: :在液體培養(yǎng)基上加進一定凝固劑在液體培養(yǎng)基上加進一

15、定凝固劑, ,在液體培在液體培養(yǎng)基中如加養(yǎng)基中如加0.5%0.5%瓊脂瓊脂, ,可以用來觀察細胞運動的特征可以用來觀察細胞運動的特征, ,鑒定鑒定菌種菌種, ,測定抗菌素的效價等。測定抗菌素的效價等。C.C. 液體培養(yǎng)基液體培養(yǎng)基: :配制后不加任何凝固劑。配制后不加任何凝固劑。D.D. 脫水培養(yǎng)基：脫水培養(yǎng)基：指含有除水分以外的一切成分的商品培養(yǎng)基，指含有除水分以外的一切成分的商品培養(yǎng)基，使用時只要加入適量水分并加以滅菌即可，其成分精確且使用時只要加入適量水分并加以滅菌即可，其成分精確且使用方便。使用方便。 24常用的凝固劑有瓊脂常用的凝固劑有瓊脂(agar)(agar)、明膠、明膠(gel

16、atin)(gelatin)和硅膠和硅膠(silica gel)(silica gel)?；瘜W化學成分成分營養(yǎng)營養(yǎng)價值價值分解分解性性融化融化溫度溫度凝固凝固溫度溫度常用常用濃度濃度透明透明度度黏黏著著力力耐加耐加壓滅壓滅菌菌瓊瓊脂脂聚半乳聚半乳糖的硫糖的硫酸酯酸酯無無罕見罕見約約9696約約40401.5%1.5%2%2%高高強強強強明明膠膠蛋白質蛋白質作氮作氮源源極易極易約約2525約約20205%5%12%12%高高強強弱弱 25粘液型菌落粘液型菌落菌膜菌沉淀均勻渾濁均勻渾濁對照固體培養(yǎng)基固體培養(yǎng)基液體培養(yǎng)基液體培養(yǎng)基半固體培養(yǎng)基半固體培養(yǎng)基26基礎培養(yǎng)基：基礎培養(yǎng)基：滿足一般微生物生長

17、繁殖所需要的營養(yǎng)物質。滿足一般微生物生長繁殖所需要的營養(yǎng)物質。牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基是最常用的基礎培養(yǎng)基。牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基是最常用的基礎培養(yǎng)基。 加富培養(yǎng)基加富培養(yǎng)基: :在自然界中各種微生物通常是混雜在一起的，在自然界中各種微生物通常是混雜在一起的，了解了某一些微生物的營養(yǎng)要求，配制適合這種微生物生長了解了某一些微生物的營養(yǎng)要求，配制適合這種微生物生長而不適合其他微生物生長的培養(yǎng)基，就達到了從自然界中分而不適合其他微生物生長的培養(yǎng)基，就達到了從自然界中分離這種微生物的目的，這種培養(yǎng)基就稱為加富培養(yǎng)基。一般離這種微生物的目的，這種培養(yǎng)基就稱為加富培養(yǎng)基。一般常加入血、血清或動植物提取液等。常加入

18、血、血清或動植物提取液等。27選擇性培養(yǎng)基選擇性培養(yǎng)基: :根據不同的微生物對營養(yǎng)的特殊根據不同的微生物對營養(yǎng)的特殊要求要求, ,或對物理化學條件的抗性而設計的培養(yǎng)基或對物理化學條件的抗性而設計的培養(yǎng)基, ,利用這一類培養(yǎng)基可以把需要微生物從混雜的其利用這一類培養(yǎng)基可以把需要微生物從混雜的其他微生物分離和確定。他微生物分離和確定。“取其所抗取其所抗”鑒別培養(yǎng)基鑒別培養(yǎng)基: :在培養(yǎng)基中加入某種特殊化學物質在培養(yǎng)基中加入某種特殊化學物質, ,某種微生物在培養(yǎng)基中生長后能產生某種代謝產某種微生物在培養(yǎng)基中生長后能產生某種代謝產物物, ,而這種代謝產物可以與培養(yǎng)基中的特殊化學而這種代謝產物可以與培養(yǎng)

19、基中的特殊化學物質發(fā)生特定的化學反應物質發(fā)生特定的化學反應, ,產生明顯的特征性變產生明顯的特征性變化化, ,根據這種特征性變化根據這種特征性變化, ,可將該種微生物與其他可將該種微生物與其他微生物區(qū)分開來。微生物區(qū)分開來。28 最常見的鑒別性培養(yǎng)基是最常見的鑒別性培養(yǎng)基是，即，即EMBEMB培養(yǎng)基。它在飲用水、牛奶的大腸培養(yǎng)基。它在飲用水、牛奶的大腸菌群數等細菌學檢查和大腸桿菌的遺傳學研菌群數等細菌學檢查和大腸桿菌的遺傳學研究工作中有著重要的用途。究工作中有著重要的用途。29用于鑒別不同類型微生物的培養(yǎng)基，在培養(yǎng)基中加入某用于鑒別不同類型微生物的培養(yǎng)基，在培養(yǎng)基中加入某種特殊化學物質，某種微

20、生物在培養(yǎng)基中生長后能產生種特殊化學物質，某種微生物在培養(yǎng)基中生長后能產生某種代謝產物，而這種代謝產物可以與培養(yǎng)基中的特殊某種代謝產物，而這種代謝產物可以與培養(yǎng)基中的特殊化學物質發(fā)生特定的化學反應，產生明顯的特征性變化，化學物質發(fā)生特定的化學反應，產生明顯的特征性變化，根據這種特征性變化，可將該種微生物與其他微生物區(qū)根據這種特征性變化，可將該種微生物與其他微生物區(qū)分開來。分開來。3031二、培養(yǎng)基的配制原則二、培養(yǎng)基的配制原則（一）培養(yǎng)基組分滿足微生物的需要（目的明確）（一）培養(yǎng)基組分滿足微生物的需要（目的明確）（二）營養(yǎng)物的濃度與比例應恰當（營養(yǎng)協調）（二）營養(yǎng)物的濃度與比例應恰當（營養(yǎng)協調

21、）（三）物理化學條件適宜（條件適宜）（三）物理化學條件適宜（條件適宜）（四）根據培養(yǎng)目的選擇原料及其來源（經濟節(jié)約）（四）根據培養(yǎng)目的選擇原料及其來源（經濟節(jié)約）32（一）培養(yǎng)基組分滿足微生物的需要（一）培養(yǎng)基組分滿足微生物的需要即根據不同微生物的營養(yǎng)需要配制不同的培養(yǎng)基。即根據不同微生物的營養(yǎng)需要配制不同的培養(yǎng)基。 不同營養(yǎng)類型的微生物，其對營養(yǎng)物的需求不同營養(yǎng)類型的微生物，其對營養(yǎng)物的需求差異很大。如自養(yǎng)型微生物的培養(yǎng)基完全可以（或差異很大。如自養(yǎng)型微生物的培養(yǎng)基完全可以（或應該）由簡單的無機物質組成。異養(yǎng)做生物的培養(yǎng)應該）由簡單的無機物質組成。異養(yǎng)做生物的培養(yǎng)基至少需要含有一種有機物質，

22、但有機物的種類需基至少需要含有一種有機物質，但有機物的種類需適應所培養(yǎng)菌的特點。適應所培養(yǎng)菌的特點。33 按微生物的主要類群來說，它們所需要的培養(yǎng)按微生物的主要類群來說，它們所需要的培養(yǎng)基成分也不同：基成分也不同： 細菌：細菌： 牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基 放線菌：放線菌： 高氏一號培養(yǎng)基高氏一號培養(yǎng)基 真菌：真菌： 查氏合成培養(yǎng)基查氏合成培養(yǎng)基 酵母菌：酵母菌： 麥芽汁麥芽汁 當對試驗菌營養(yǎng)需求特點不清楚的時候，可以當對試驗菌營養(yǎng)需求特點不清楚的時候，可以采用采用生長譜生長譜法進行測定。法進行測定。34（二）營養(yǎng)物的濃度與比例應恰當（二）營養(yǎng)物的濃度與比例應恰當 濃度過高濃度過高微

23、生物的生長起抑制作用，微生物的生長起抑制作用， 濃度過小濃度過小不能滿足微生物生長的需要。不能滿足微生物生長的需要。 碳氮比（碳氮比（C/NC/N）直接影響微生物生長與繁殖及代）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)基組成時的謝物的形成與積累，故常作為考察培養(yǎng)基組成時的一個重要指標。一個重要指標。C/NC/N比值比值= =碳源中的碳原子的碳源中的碳原子的molmol數數氮源中所含的氮原子的氮源中所含的氮原子的molmol數數35 應注意各營養(yǎng)物質之間的濃度比；培養(yǎng)基中各營應注意各營養(yǎng)物質之間的濃度比；培養(yǎng)基中各營養(yǎng)物質之間的濃度比直接影響微生物的生長與繁養(yǎng)物質之間的濃度

24、比直接影響微生物的生長與繁殖和（或）代謝產物的形成與積累，尤其是碳氮殖和（或）代謝產物的形成與積累，尤其是碳氮比（比（C CN N）的影響更為明顯。）的影響更為明顯。例：在谷氨酸生產中例：在谷氨酸生產中 C/N C/N 4/14/1時，菌體大量繁殖，谷氨酸積累少；時，菌體大量繁殖，谷氨酸積累少； C/N C/N 3/1 3/1 時，菌體生長受抑制，而谷氨酸大時，菌體生長受抑制，而谷氨酸大量增加。量增加。36 還應注意：速效性氮（或碳）源與遲效性氮還應注意：速效性氮（或碳）源與遲效性氮（或碳）源的比例；各種金屬離子間的比例（影（或碳）源的比例；各種金屬離子間的比例（影響營養(yǎng)物質的滲透和其他代謝活

25、動）。響營養(yǎng)物質的滲透和其他代謝活動）。 培養(yǎng)基中各種元素的比例需要平衡。培養(yǎng)基中各種元素的比例需要平衡。37（三）物理化學條件適宜（三）物理化學條件適宜1、pH:各類微生物的最適生長各類微生物的最適生長pH值各不相同：值各不相同：細細 菌：菌：7.08.0 放線菌：放線菌：7.58.5酵母菌：酵母菌：3.86.0 霉霉 菌：菌：4.05.8 在微生物的生長和代謝過程中，由于營養(yǎng)物質在微生物的生長和代謝過程中，由于營養(yǎng)物質的利用和代謝產物的形成與積累，培養(yǎng)基的初始的利用和代謝產物的形成與積累，培養(yǎng)基的初始pH值會發(fā)生改變。值會發(fā)生改變。38 為了維持培養(yǎng)基為了維持培養(yǎng)基pHpH值的相對恒定，通

26、常采用值的相對恒定，通常采用下列兩種方式：下列兩種方式： 內源調節(jié)：在培養(yǎng)基里加一些緩沖劑或不溶內源調節(jié)：在培養(yǎng)基里加一些緩沖劑或不溶性的碳酸鹽；調節(jié)培養(yǎng)基的碳氮比。性的碳酸鹽；調節(jié)培養(yǎng)基的碳氮比。 外源調節(jié)：按實際需要不斷向發(fā)酵液流加酸外源調節(jié)：按實際需要不斷向發(fā)酵液流加酸或堿液。或堿液。39 磷酸緩沖液：磷酸緩沖液：pHpH值從值從6.07.66.07.6之間之間K K2 2HPOHPO4 4+HCl KH+HCl KH2 2POPO4 4+KCl+KClKHKH2 2POPO4 4+KOH K+KOH K2 2HPOHPO4 4+H+H2 2O O 加入加入CaCOCaCO3 3：COC

27、O3 32 2 HCO HCO3 3 H H2 2COCO3 3 COCO2 2+H+H2 2O O+H+H+ +H H+H+H+ +H H培養(yǎng)基中所含氨基酸、肽、蛋白質等物質也可起到緩沖作用。培養(yǎng)基中所含氨基酸、肽、蛋白質等物質也可起到緩沖作用。40 2 2、滲透壓和、滲透壓和a aw w滲透壓滲透壓等滲溶液等滲溶液適宜微生物生長適宜微生物生長高滲溶液高滲溶液細胞發(fā)生質壁分離細胞發(fā)生質壁分離低滲溶液低滲溶液細胞吸水膨脹，直至破裂細胞吸水膨脹，直至破裂41aw：水分活度（水分活度（water activity）各種微生物生長的水分活度：各種微生物生長的水分活度：0.60.99之間之間aw=PP

28、0細菌細菌酵母菌酵母菌霉菌霉菌微生物微生物生長的生長的最低最低aw一般：一般：0.900.98嗜鹽菌：嗜鹽菌：0.75（約（約5.5mol/LNaCl）一般一般 ：0.870.91高滲酵母：高滲酵母：0.610.65（0.1V0.1V以上的環(huán)境中均以上的環(huán)境中均能生長能生長) )；厭氧微生物：只能在；厭氧微生物：只能在+0.1V+0.1V以下生長；兼性厭氧以下生長；兼性厭氧微生物：微生物：+0.1V+0.1V以上呼吸、以上呼吸、+0.1V+0.1V以下發(fā)酵以下發(fā)酵 培養(yǎng)基是多氧化還原偶的復雜電化學系統(tǒng)，測出的培養(yǎng)基是多氧化還原偶的復雜電化學系統(tǒng)，測出的E Eh h值僅代表其綜合結果。值僅代表其

29、綜合結果。 對微生物影響最大的是：分子氧和分子氫的濃度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。化氫、半胱氨酸、谷胱甘肽、二硫蘇糖醇等。43（四）根據培養(yǎng)基的應用目的選擇原料及其來源（四）根據培養(yǎng)基的應用目的選擇原料及其來源該培養(yǎng)基的應用目的，即：該培養(yǎng)基的應用目的，即： 是培養(yǎng)菌體還是積累代謝產物？是培養(yǎng)菌體還是積累代謝產物？ 是實驗室種子培養(yǎng)還是大規(guī)模發(fā)酵？是實驗室種子培養(yǎng)還是大規(guī)模發(fā)酵？ 代謝產物是初級代謝產物還是次級代謝產物？代謝產物是初級代謝產物還是次級代

30、謝產物？44 用于培養(yǎng)菌體種子的培養(yǎng)基營養(yǎng)應豐富，氮用于培養(yǎng)菌體種子的培養(yǎng)基營養(yǎng)應豐富，氮源含量宜高（碳氮比低）；源含量宜高（碳氮比低）； 用于大量生產代謝產物的培養(yǎng)基其氮源一般用于大量生產代謝產物的培養(yǎng)基其氮源一般應比種子培養(yǎng)基稍低，（但若發(fā)酵產物是含氮化應比種子培養(yǎng)基稍低，（但若發(fā)酵產物是含氮化合物時，有時還應提高培養(yǎng)基的氮源含量）；若合物時，有時還應提高培養(yǎng)基的氮源含量）；若代謝產物是次級代謝產物時要考慮是否加入特殊代謝產物是次級代謝產物時要考慮是否加入特殊元素或特定的代謝產物；元素或特定的代謝產物； 當所設計的是大規(guī)模發(fā)酵用的培養(yǎng)基時，應當所設計的是大規(guī)模發(fā)酵用的培養(yǎng)基時，應重視培養(yǎng)基

31、中各成份的來源和價格，應選擇來源重視培養(yǎng)基中各成份的來源和價格，應選擇來源廣泛、價格低廉廣泛、價格低廉 的原料，提倡以粗代精，以廢的原料，提倡以粗代精，以廢代好。代好。45三、設計培養(yǎng)基的方法三、設計培養(yǎng)基的方法1.1.生態(tài)模擬：生態(tài)模擬： 調查所培養(yǎng)菌的生態(tài)條件，查看調查所培養(yǎng)菌的生態(tài)條件，查看“嗜嗜好好”，對，對“癥癥”下料下料初級天然培養(yǎng)基。初級天然培養(yǎng)基。2.2.查閱文獻：查閱、分析文獻，調查前人的工作資料，查閱文獻：查閱、分析文獻，調查前人的工作資料，借鑒人家的經驗，以便從中得到啟發(fā)設計有自己特借鑒人家的經驗，以便從中得到啟發(fā)設計有自己特色的培養(yǎng)基配方。色的培養(yǎng)基配方。3.3.精心設

32、計：借助優(yōu)選法或正交試驗設計法等方法。精心設計：借助優(yōu)選法或正交試驗設計法等方法。464 4、實驗比較：、實驗比較： 不同培養(yǎng)基配方的選擇比較不同培養(yǎng)基配方的選擇比較 單種成分來源和數量的比較單種成分來源和數量的比較 幾種成分濃度比例調配的比較幾種成分濃度比例調配的比較 小型試驗放大到大型生產條件的比較小型試驗放大到大型生產條件的比較 pHpH和溫度試驗和溫度試驗47配置培養(yǎng)基時應注意的幾個問題及解決方法：配置培養(yǎng)基時應注意的幾個問題及解決方法：1 1、沉淀、沉淀2 2、膠體強度的破壞、膠體強度的破壞3 3、褐色物質的形成、褐色物質的形成4 4、pHpH發(fā)生變化發(fā)生變化48 培養(yǎng)基的滅菌培養(yǎng)基

33、的滅菌 高壓蒸氣滅菌高壓蒸氣滅菌一般培養(yǎng)基一般培養(yǎng)基: 1.05 Kg/cm: 1.05 Kg/cm2 2, 121.3, 15-30 min, 121.3, 15-30 min含糖培養(yǎng)基含糖培養(yǎng)基:0.56 Kg/cm:0.56 Kg/cm2 2, 112.6 , 15-30 min, 112.6 , 15-30 min過濾滅菌過濾滅菌, , 分別滅菌分別滅菌, , 間歇滅菌的應用間歇滅菌的應用器皿的滅菌：干熱空氣：器皿的滅菌：干熱空氣： 160160， 2 2 小時小時無菌室的消毒：紫外光；化學藥物熏蒸（苯酚；無菌室的消毒：紫外光；化學藥物熏蒸（苯酚；高錳酸鉀高錳酸鉀+ +甲醛）甲醛）49

34、 根據微生物對碳源的要求不同，可將其分為自根據微生物對碳源的要求不同，可將其分為自養(yǎng)菌和異養(yǎng)菌兩大營養(yǎng)類型。養(yǎng)菌和異養(yǎng)菌兩大營養(yǎng)類型。 凡能利用無機碳合成菌體內有機碳化物的，叫凡能利用無機碳合成菌體內有機碳化物的，叫自養(yǎng)菌自養(yǎng)菌；不能利用無機碳而需要有機碳才能合成菌；不能利用無機碳而需要有機碳才能合成菌體內有機碳化物的，為體內有機碳化物的，為異養(yǎng)菌異養(yǎng)菌。 根據其生命活動所需能量的來源不同，可分為根據其生命活動所需能量的來源不同，可分為光能營養(yǎng)菌光能營養(yǎng)菌和和化能營養(yǎng)菌化能營養(yǎng)菌。前者是從光線中獲得能。前者是從光線中獲得能量，后者則從化學物質氧化中取得能量。量，后者則從化學物質氧化中取得能量。

35、 因此，根據微生物所需的碳源和能源不同，可因此，根據微生物所需的碳源和能源不同，可將微生物分為將微生物分為光能自養(yǎng)菌、光能異養(yǎng)菌、化能自養(yǎng)光能自養(yǎng)菌、光能異養(yǎng)菌、化能自養(yǎng)菌、化能異養(yǎng)菌等菌、化能異養(yǎng)菌等四類。四類。50根據碳源、能源及電子供體性質的不同可分為根據碳源、能源及電子供體性質的不同可分為: :光能自養(yǎng)型光能自養(yǎng)型: : 以光為能源，以以光為能源，以COCO2 2 為唯一或主要碳源為唯一或主要碳源, ,不不依賴任依賴任 何有機物即可正常生長何有機物即可正常生長光能異養(yǎng)型光能異養(yǎng)型: : 以光為能源，但生長需要一定的有機營養(yǎng)以光為能源，但生長需要一定的有機營養(yǎng). . 化能自養(yǎng)型化能自養(yǎng)型

36、: :以無機物的氧化獲得能量，生長不依賴有機以無機物的氧化獲得能量，生長不依賴有機營養(yǎng)物營養(yǎng)物化能異養(yǎng)型化能異養(yǎng)型: :以有機物的氧化獲得能量，生長依賴于有機以有機物的氧化獲得能量，生長依賴于有機營養(yǎng)物質營養(yǎng)物質 光能自養(yǎng)型和光能異養(yǎng)型微生物可利用光能生長，光能自養(yǎng)型和光能異養(yǎng)型微生物可利用光能生長，在地球早期生態(tài)環(huán)境的演化過程中起重要作用在地球早期生態(tài)環(huán)境的演化過程中起重要作用51微生物的營養(yǎng)類型微生物的營養(yǎng)類型 營養(yǎng)類型營養(yǎng)類型 二氧化碳二氧化碳 光能光能 藍細菌藍細菌 有機物有機物 光能光能 紅螺細菌紅螺細菌 二氧化碳二氧化碳 無機物無機物 硫桿菌硫桿菌 有機物有機物 有機物有機物 大腸

37、桿菌大腸桿菌 52 1 1、光能自養(yǎng)型微生物、光能自養(yǎng)型微生物 以以C0C02 2作為唯一碳源或主要碳源，并利用光能，以無機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物如硫化氫、硫代硫酸鈉或其他無機硫化物作為供氫體將將COCO2 2還原成細胞物質，同時產生元素硫還原成細胞物質，同時產生元素硫 光能光能 COCO2 2H H2 2S CHS CH2 2O+2S+HO+2S+H2 2O O 光合色素光合色素 光能自養(yǎng)型微生物包括藍細菌（含葉綠素）、紅硫細菌光能自養(yǎng)型微生物包括藍細菌（含葉綠素）、紅硫細菌和綠硫細菌等少數微生物（含細菌葉綠素），由于含有

38、和綠硫細菌等少數微生物（含細菌葉綠素），由于含有光合色素，因而能使光能轉變成化學能（光合色素，因而能使光能轉變成化學能（ATPATP），供機），供機體直接利用。體直接利用。53 2 2、光能異養(yǎng)型微生物、光能異養(yǎng)型微生物 以以COCO2 2為主要碳源或唯一碳源，以有機物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（如異丙醇）作為供氫體，利用光能將COCO2 2還原還原成細胞物質，紅螺菌屬中的一些細菌屬于此種成細胞物質，紅螺菌屬中的一些細菌屬于此種營養(yǎng)類型。營養(yǎng)類型。 光能光能 2(H3C)2(H3C)2 2CHOH+COCHOH+CO2 2 2CH 2CH3 3COCHCO

39、CH3 3+CH+CH2 2O+HO+H2 2O O 光合色素光合色素 光能異養(yǎng)型細菌在生長時大多數采要外源光能異養(yǎng)型細菌在生長時大多數采要外源的生長因子的生長因子54 光能異養(yǎng)型微生物光能異養(yǎng)型微生物 利用光能，以簡單有機物（醇、有機酸）利用光能，以簡單有機物（醇、有機酸）為供氫體同化為供氫體同化CO2 CHCH3 3 光能光能COCO2 2+2CH+2CH2 2-CHOH-CH-CHOH-CH2 2O+2CHO+2CH3 3COCHCOCH3 3+H+H2 2O O 菌綠素菌綠素例：紅螺菌屬（例：紅螺菌屬（RhodospirillumRhodospirillum）55 3 3、化能自養(yǎng)型微

40、生物、化能自養(yǎng)型微生物 以以COCO2 2或碳酸鹽作為唯一或主要碳源，以無或碳酸鹽作為唯一或主要碳源，以無機物氧化釋放的化學能為能源機物氧化釋放的化學能為能源, ,，利用電子供，利用電子供體如氫氣、硫化氫、二價鐵離子或亞硝酸鹽等體如氫氣、硫化氫、二價鐵離子或亞硝酸鹽等使使COCO2 2還原成細胞物質。還原成細胞物質。 這類微生物主要有硫化細菌、硝化細菌、這類微生物主要有硫化細菌、硝化細菌、氫細菌與鐵細菌。它們在自然界物質轉換過程氫細菌與鐵細菌。它們在自然界物質轉換過程中起著重要的作用。中起著重要的作用。 56 化能無機營養(yǎng)型化能無機營養(yǎng)型 通過氧化無機物取得能量，并以通過氧化無機物取得能量，并

41、以COCO2 2為唯一或為唯一或主要碳源主要碳源（1 1） 硝化細菌硝化細菌: :亞硝化細菌亞硝化細菌 2NH2NH4 4+ + +3O+3O2 22NO2NO2 2- - +2H+2H2 2O + 4HO + 4H+ +132Kcal+132Kcal硝化細菌硝化細菌 NONO2 2- - +1/2O+1/2O2 2 NO NO3 3- - +18.1 Kcal+18.1 Kcal57（2 2）硫化細菌）硫化細菌: : 通過氧化還原態(tài)的無機通過氧化還原態(tài)的無機硫化物（硫化物（H H2 2S S、S S、 S S2 2O O3 32-2- 、SOSO3 32-2-）獲）獲得能量（硫桿菌屬，硫微螺

42、菌屬）得能量（硫桿菌屬，硫微螺菌屬） H H2 2S + OS + O2 2 S +H S +H2 2O + 50.1 KcalO + 50.1 Kcal S + 1 O S + 1 O2 2+H+H2 2O HO H2 2SOSO4 4+149.8 Kcal+149.8 Kcal121258（3 3）鐵細菌：氧化鐵細菌：氧化Fe2+Fe2+為為Fe3+Fe3+獲取能量并同化獲取能量并同化 CO2CO2 2Fe 2Fe2+2+ O+ O2 2+2H+2H+ + 2Fe2Fe3+3+H+H2 2O+21.2 KcalO+21.2 Kcal（4 4）氫細菌：具有氫化酶，從氫的氧化獲取能氫細菌：具有

43、氫化酶，從氫的氧化獲取能 量，同化量，同化COCO2 2 H H2 2+ O+ O2 2 HH2 2O + 56.7 KcalO + 56.7 Kcal121259 4 4、化能異養(yǎng)型微生物、化能異養(yǎng)型微生物 多數微生物屬于化能異養(yǎng)型，其生長所需要能量多數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物。和碳源通常來自同一種有機物。 根據化能異養(yǎng)型微生物利用有機物的特性，又可以將根據化能異養(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：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腐生型微生物：利用無生命活性的有機物作為生長的碳源。生長的碳源。寄生型微生物

44、：寄生在生活的細胞內，從寄生寄生型微生物：寄生在生活的細胞內，從寄生體內獲得生長所需要的營養(yǎng)物質。體內獲得生長所需要的營養(yǎng)物質。 存在于寄生與腐生之間的中間過渡類型微生物，稱為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。兼性腐生型或兼性寄生型。60關于營養(yǎng)類型的定義：關于營養(yǎng)類型的定義：自養(yǎng)微生物：不依賴任何有機營養(yǎng)物即可正常生自養(yǎng)微生物：不依賴任何有機營養(yǎng)物即可正常生 活的微生物活的微生物異養(yǎng)微生物：至少需要提供一種大量有機物才能異養(yǎng)微生物：至少需要提供一種大量有機物才能 滿足其正常營養(yǎng)要求的微生物（即滿足其正常營養(yǎng)要求的微生物（即 其碳源必須是有機物，供氫體是有其

45、碳源必須是有機物，供氫體是有 機物，能源可以是氧化有機物活利機物，能源可以是氧化有機物活利 用日光能）用日光能）61 外界環(huán)境的營養(yǎng)物質只有被微生物吸收到細外界環(huán)境的營養(yǎng)物質只有被微生物吸收到細胞內，才能被微生物分解與利用，微生物生長過胞內，才能被微生物分解與利用，微生物生長過程中產生的一些代謝產物也必須分泌到細胞外，程中產生的一些代謝產物也必須分泌到細胞外，在這兩個過程中，細胞膜起著重要作用。目前一在這兩個過程中，細胞膜起著重要作用。目前一般認為，營養(yǎng)物質主要以般認為，營養(yǎng)物質主要以單純擴散、促進擴單純擴散、促進擴散、主動運輸和基團轉位散、主動運輸和基團轉位四種方式通過微生四種方式通過微生物

46、細胞膜。物細胞膜。62 被輸送的物質，靠細胞內外濃度為動力，以透析被輸送的物質，靠細胞內外濃度為動力，以透析或擴散的形式從高濃度區(qū)向低濃度區(qū)的擴散?；驍U散的形式從高濃度區(qū)向低濃度區(qū)的擴散。特點：特點：擴散是非特異性的營養(yǎng)物質吸收方式：如營養(yǎng)物擴散是非特異性的營養(yǎng)物質吸收方式：如營養(yǎng)物質通過細胞膜中的含水小孔，由高濃度的胞外環(huán)境質通過細胞膜中的含水小孔，由高濃度的胞外環(huán)境向低濃度的胞內擴散；向低濃度的胞內擴散；（1） 單純擴散63在擴散過程中營養(yǎng)物質的結構不發(fā)生變化：即既不與膜在擴散過程中營養(yǎng)物質的結構不發(fā)生變化：即既不與膜上的分子發(fā)生反應，本身的分子結構也不發(fā)生變化；上的分子發(fā)生反應，本身的分

47、子結構也不發(fā)生變化；物質運輸的速率較慢：速率與胞內外營養(yǎng)物質的濃度差物質運輸的速率較慢：速率與胞內外營養(yǎng)物質的濃度差有關，即隨細胞膜內外該物質濃度差的降低而減小，有關，即隨細胞膜內外該物質濃度差的降低而減小，直到胞內外物質濃度相同；直到胞內外物質濃度相同；不需要載體參與；不需要載體參與； 擴散是一個不需要代謝能的運輸方式：因此，物質不能擴散是一個不需要代謝能的運輸方式：因此，物質不能進行逆濃度運輸。進行逆濃度運輸?？蛇\送的養(yǎng)料有限：限于水、溶于水的氣體，及分子量可運送的養(yǎng)料有限：限于水、溶于水的氣體，及分子量小，脂溶性、極性小的營養(yǎng)物質。小，脂溶性、極性小的營養(yǎng)物質。6465 細胞膜外 細胞膜

48、 細胞膜內 單純擴散模式圖單純擴散模式圖66（2）促進擴散 指溶質在運送過程中，必須借助存在于細胞膜指溶質在運送過程中，必須借助存在于細胞膜上的底物特異載體蛋白的協助，但不消耗能量上的底物特異載體蛋白的協助，但不消耗能量的一類擴散性運送方式。的一類擴散性運送方式。6768 促進擴散與被動擴散的主要區(qū)別在于通過促進促進擴散與被動擴散的主要區(qū)別在于通過促進擴散進行跨膜運輸的物質需要借助與載體擴散進行跨膜運輸的物質需要借助與載體(carrier)(carrier)的作用才能進入細胞的作用才能進入細胞. .而且每種載體而且每種載體只運輸相應的物質只運輸相應的物質, ,具有較高的專一性。具有較高的專一性

49、。 69促進擴散模式圖促進擴散模式圖細胞膜細胞膜細胞膜外細胞膜內細胞膜內恢復原構象移位再循環(huán)結合構象改變70（3）主動運輸）主動運輸 指一類須提供能量并通過細胞膜上特異性載體蛋指一類須提供能量并通過細胞膜上特異性載體蛋白構象的變化，而使膜外環(huán)境中低濃度的溶質運白構象的變化，而使膜外環(huán)境中低濃度的溶質運入膜內的一種運送方式。入膜內的一種運送方式。71 ATP ADP + Pi 恢復恢復原構像原構像再循環(huán)再循環(huán)耗能構像耗能構像 改變改變膜上膜外膜內移位移位結合結合12主動運輸特點主動運輸特點：1.1.被運送的物質可被運送的物質可逆濃度梯度進入逆濃度梯度進入細胞內細胞內 2.2.要消耗能量，必要消耗

50、能量，必需有能量參加。需有能量參加。 3.3.有膜載體參加，有膜載體參加，膜載體發(fā)生構型膜載體發(fā)生構型變化。變化。 4.4.被運送物質不發(fā)被運送物質不發(fā)生任何變化。生任何變化。72 細胞膜外 細胞膜 細胞膜內 主動運輸模式圖主動運輸模式圖ADP+PiATP恢復原構象再循環(huán)結合構象改變移位73 NaNa+ +-K-K+ +-ATP-ATP酶系統(tǒng)酶系統(tǒng)NaNa+ +-K-K+ +-ATPase-ATPase是存在于原生質膜上的一種重要離是存在于原生質膜上的一種重要離子通道蛋白子通道蛋白功能功能: :n利用利用ATPATP能量將能量將NaNa+ +由細胞內由細胞內“泵泵”出胞外出胞外, ,并將并將K K+ +“泵泵”入胞內。入胞內。n該酶由大小兩個亞基組成（該酶由大小兩個亞基組成（MW: 12MW: 12萬萬, 5.5, 5.5萬）萬）74（4）基團轉移 指一類既指一類既需特異性載體蛋白的參與，的參與，又需又需耗能的一種物質運送方式，其特點使溶的一種物質運送方式，其特點使溶質在運送前后還會發(fā)生質在運送前后還會發(fā)生分子結構的變化，因此不同于一般的主動運送。因此不同于一般的主動運送。75 運送對象舉例：葡萄糖、果糖、甘露糖、運送對象舉例：葡萄糖、果糖、甘露糖、嘌呤、核苷、脂肪酸等。嘌呤、核苷、脂肪酸等。 運送機制主要靠磷酸轉移酶系統(tǒng)。運送機制主