打印第4章級(jí)微生物的營(yíng)養(yǎng)(10級(jí))課件

1、 第四章 微生物的營(yíng)養(yǎng)Microbial NutritionThe whole of nature, as has been said, is a conjugation of the verb to eat, in the active and passive. William Ralph Inge 微生物的特點(diǎn)：食譜廣（纖維素、木質(zhì)素、幾丁質(zhì)、角蛋白、石油、甲醇、甲烷、天然氣、塑料、酚類、氰化物、各種有機(jī)物均可被微生物作為糧食。）胃口大（消耗自身重量2000倍食物的時(shí)間: 大腸桿菌1小時(shí)；人500年（按400斤/年計(jì)算） ）營(yíng)養(yǎng)物質(zhì) (nutrient) ：那些能夠滿足微生物機(jī)體生長(zhǎng)、繁殖

2、 和完成各種生理活動(dòng)所需的物質(zhì)。營(yíng)養(yǎng) (nutrition) ：微生物獲得和利用營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的過(guò)程。營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)是微生物生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，而營(yíng)養(yǎng)是生物維持和延續(xù)其生命形式的一種生理過(guò)程。（參見(jiàn)P78；P75） Chapter Outline 第一節(jié) 微生物的營(yíng)養(yǎng)要求（微生物們需要吃什么，吃多少食譜？）第三節(jié) 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞（微生物們是怎樣吃東西的？）第二節(jié) 培養(yǎng)基（如何給微生物們做飯？）第一節(jié) 微生物的營(yíng)養(yǎng)要求二、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及其生理功能微生物與動(dòng)植物營(yíng)養(yǎng)要素的比較 生物類型營(yíng)養(yǎng)要素 動(dòng)物（異養(yǎng)） 植物 （自養(yǎng)） 微生物 異養(yǎng) 自養(yǎng) 碳源糖類、脂肪CO2 糖、醇、有機(jī)酸等CO2、碳酸鹽等氮源蛋白質(zhì)及其降解

3、物無(wú)機(jī)氮化物 蛋白質(zhì)及其降解物、 有機(jī)或無(wú)機(jī)氮化物、氮無(wú)機(jī)氮化物、氮無(wú)機(jī)鹽無(wú)機(jī)鹽無(wú)機(jī)鹽無(wú)機(jī)鹽無(wú)機(jī)鹽生長(zhǎng)因子維生素不需要外源加入一部分需要維生素、氨基酸、嘌呤、嘧啶不需要外源加入水分水水水水能源同碳源利用日光能同碳源 氧化無(wú)機(jī)物或 利用日光能第一節(jié) 微生物的營(yíng)養(yǎng)要求二、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及其生理功能根據(jù)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在機(jī)體中生理功能的不同?？蓪⑺鼈兎譃樘荚础⒌?、無(wú)機(jī)鹽、生長(zhǎng)因子和水五大類。（有些教材或文獻(xiàn)還把“能源”作為微生物的營(yíng)養(yǎng)要素之一，加上上述五類合稱為微生物的六大營(yíng)養(yǎng)要素。）（參見(jiàn)P80；P76）二、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及其生理功能（一） 碳源（carbon source） 3、碳源譜微生物利用的碳源物質(zhì)主要有糖

4、類、有機(jī)酸、醇、脂類、烴、CO2 及碳酸鹽等。（見(jiàn)P80或P77的表4-2）碳源譜有機(jī)碳無(wú)機(jī)碳異養(yǎng)微生物自養(yǎng)微生物（一） 碳源（carbon source）二、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及其生理功能二、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及其生理功能（二） 氮源（ nitrogen source ） 1、定義是指在微生物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中為微生物提供氮素來(lái)源的物質(zhì)。 2、功能構(gòu)成細(xì)胞自身的細(xì)胞物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、核酸等；形成代謝產(chǎn)物，如谷氨酸等；一般不作為能源，只有少數(shù)自養(yǎng)微生物能利用銨鹽、硝酸鹽同時(shí)作為氮源與能源。蛋白質(zhì)及其不同程度的降解產(chǎn)物（胨、肽、氨基酸等）、銨鹽、硝酸鹽、分子氮、嘌呤、嘧啶、脲、胺、酰胺、氰化物等。（見(jiàn)P78或P78的表4

5、-3） 3、氮源譜（參見(jiàn)P81；P77）二、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及其生理功能（四） 無(wú)機(jī)鹽（inorganic salt） 1、定義無(wú)機(jī)鹽或礦質(zhì)元素主要可為微生物的生命活動(dòng)提供除碳、氮源之外的各種重要元素。 2、功能（見(jiàn)P82或 P79 的表4-4和表4-5） 微生物生長(zhǎng)所需的無(wú)機(jī)鹽一般有磷酸鹽、硫酸鹽、氯化物 以及含有鈉、鉀、鈣、鎂、鐵的金屬元素的化合物。（參見(jiàn)P82；P78）無(wú)機(jī)鹽大量元素微量元素特殊功能一般功能細(xì)胞內(nèi)一般分子成分（P、S、Ca、Mg、Fe等）化能自養(yǎng)菌的能源（S0、Fe2+、 NH4+、 NO2- 等）無(wú)氧呼吸時(shí)的氫受體（NO3- 、SO42- 等）生理調(diào)節(jié)物質(zhì)滲透壓的維持（Na+等

6、）酶的激活劑（Mg2+等）pH的穩(wěn)定特殊分子結(jié)構(gòu)成分（Co、Mo等）酶的激活劑（Cu2+、Mn2+ 、 Zn2+ 等）無(wú)機(jī)鹽的生理功能表解（所需濃度為 10-4 10-3mol/L）（所需濃度為 10-8 10-6mol/L）二、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及其生理功能（二）水 1、功能 水是細(xì)胞的組成成分； 起到溶劑與運(yùn)輸介質(zhì)的作用； 參與細(xì)胞內(nèi)一系列化學(xué)反應(yīng)； 控制細(xì)胞內(nèi)溫度的變化； 保持細(xì)胞正常形態(tài)； 通過(guò)水合作用與脫水作用控制由多亞基組成的結(jié)構(gòu)。（參見(jiàn)P83；P80）二、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及其生理功能（二）水 2、水活度值水活度值（water activity, aw）是指在一定的溫度和壓力條件下，溶液的蒸汽壓力與

7、同樣條件下純水蒸汽壓力之比，即： aw=Pw / P0 式中：Pw溶液蒸氣壓力 P0純水蒸氣壓力 （見(jiàn)表4-7）w（參見(jiàn)P84；P80）w表4-7 幾類微生物生長(zhǎng)最適w 為了表示微生物生長(zhǎng)與水的關(guān)系，有時(shí)也常用相對(duì)濕度（RH) 的概念（ w 100= RH ）；通常也用測(cè)定蒸氣相中相對(duì)濕度的方法得知溶液或物質(zhì)的水活度。微生物w一般細(xì)菌0.91酵母菌0.88霉菌0.80嗜鹽細(xì)菌0.76嗜鹽真菌0.65嗜高滲酵母0.60（二）水 2、水活度值表 五大類營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的生理作用種類碳源氮源無(wú)機(jī)鹽生長(zhǎng)因子水生理作用1、提供碳素,構(gòu)成有機(jī)分子骨架，碳源物質(zhì)通常也提供氫元素和氧元素2、能量（CO2不能提供能量）

8、1、提供氮素,合成含氮物質(zhì)2、一般不作為能源（少數(shù)自養(yǎng)菌能用作能源）1、酶活性中心組分2、穩(wěn)定生物大分子及細(xì)胞結(jié)構(gòu)3、調(diào)節(jié)滲透壓4、控制氧化還原電位5、某些微生物能源物質(zhì)1、維生素、嘌呤和嘧啶作為酶的輔基或輔酶2、提供某些微生物不能合成的氨基酸3、嘌呤和嘧啶用于合成核苷、核苷酸及核酸1、溶劑與運(yùn)輸介質(zhì)2、參與生化反應(yīng)3、維持生物大分子結(jié)構(gòu)4、熱導(dǎo)體5、維持細(xì)胞形態(tài)6、控制多亞基結(jié)構(gòu)的裝配與解離二、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及其生理功能第一節(jié) 微生物的營(yíng)養(yǎng)要求三、微生物的營(yíng)養(yǎng)類型 微生物營(yíng)養(yǎng)類型()劃分依據(jù) 營(yíng)養(yǎng)類型 特 點(diǎn) 碳 源 自養(yǎng)型 (autotrophs) 以CO2 為唯一或主要碳源 異養(yǎng)型 (hete

9、rotrophs) 以有機(jī)物為碳源 能 源 光能營(yíng)養(yǎng)型 (phototrophs) 以光為能源 化能營(yíng)養(yǎng)型 (chemotrophs) 以有機(jī)物或無(wú)機(jī)物氧化釋放的化學(xué)能為能源 電子供體 無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)型 (lithotrophs) 以還原性無(wú)機(jī)物為電子供體 有機(jī)營(yíng)養(yǎng)型 (organotrophs) 以有機(jī)物為電子供體 （參見(jiàn)P84；P81）第一節(jié) 微生物的營(yíng)養(yǎng)要求三、微生物的營(yíng)養(yǎng)類型微生物的營(yíng)養(yǎng)類型()營(yíng)養(yǎng)類型電子供體碳源能源光能無(wú)機(jī)自養(yǎng)型無(wú)機(jī)物（H2、H2S、S或H2O）CO2光能光能有機(jī)異養(yǎng)型有機(jī)物 有機(jī)物（也可利用CO2）光能化能無(wú)機(jī)自養(yǎng)型 無(wú)機(jī)物（H2、H2S、 Fe2+、 NH3 或 NO

10、2-）CO2 化學(xué)能（無(wú)機(jī)物氧化）化能有機(jī)異養(yǎng)型有機(jī)物 有機(jī)物 化學(xué)能（有機(jī)物氧化）（參見(jiàn)P84；P82）第一節(jié) 微生物的營(yíng)養(yǎng)要求三、微生物的營(yíng)養(yǎng)類型2光能有機(jī)異養(yǎng)型（光能異養(yǎng)型） 不能以CO2為主要或唯一的碳源； 以有機(jī)物作為供氫體，利用光能將CO2還原為細(xì)胞物質(zhì)； 在生長(zhǎng)時(shí)大多數(shù)需要外源的生長(zhǎng)因子。例如，紅螺菌屬中的一些細(xì)菌能利用異丙醇作為供氫體，將CO2還原成細(xì)胞物質(zhì)，同時(shí)積累丙酮。CHOH + CO2H3CH3C2光能光合色素2 CH3C0CH3 + CH2O + H2O第一節(jié) 微生物的營(yíng)養(yǎng)要求三、微生物的營(yíng)養(yǎng)類型光能無(wú)機(jī)自養(yǎng)型和光能有機(jī)異養(yǎng)型微生物可利用光能生長(zhǎng)，在地球早期生態(tài)環(huán)境的

11、演化過(guò)程中起重要作用。第一節(jié) 微生物的營(yíng)養(yǎng)要求三、微生物的營(yíng)養(yǎng)類型4化能有機(jī)異養(yǎng)型（化能異養(yǎng)型） 生長(zhǎng)所需要的能量均來(lái)自有機(jī)物氧化過(guò)程中放出的化學(xué)能； 生長(zhǎng)所需要的碳源主要是一些有機(jī)化合物， 如糖類、淀粉、纖維素、有機(jī)酸等。有機(jī)物通常既是碳源也是能源；大多數(shù)細(xì)菌、真菌、原生動(dòng)物都是化能有機(jī)異養(yǎng)型微生物；所有致病微生物均為化能有機(jī)異養(yǎng)型微生物。（參見(jiàn)P85；P81）第一節(jié) 微生物的營(yíng)養(yǎng)要求三、微生物的營(yíng)養(yǎng)類型4化能有機(jī)異養(yǎng)型（化能異養(yǎng)型）可利用無(wú)生命的有機(jī)物(如動(dòng)植物尸體和殘?bào)w)作為碳源；寄生在活的寄主機(jī)體內(nèi)吸取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),離開(kāi)寄主就不能生存；在腐生型和寄生型之間還存在中間類型： 兼性腐生型(fa

12、cultive metatrophy)； 兼性寄生型(facultive paratrophy)；腐生型(metatrophy)：寄生型(paratrophy)：（參見(jiàn)P85；P81）三、微生物的營(yíng)養(yǎng)類型不同營(yíng)養(yǎng)類型之間的界限并非絕對(duì)（ P85；P82）：異養(yǎng)型微生物并非絕對(duì)不能利用CO2；自養(yǎng)型微生物也并非不能利用有機(jī)物進(jìn)行生長(zhǎng)；有些微生物在不同生長(zhǎng)條件下生長(zhǎng)時(shí),其營(yíng)養(yǎng)類型也會(huì)發(fā)生改變；例如紫色非硫細(xì)菌(purple nonsulphur bacteria)： 沒(méi)有有機(jī)物時(shí)，同化CO2， 為自養(yǎng)型微生物； 有機(jī)物存在時(shí)，利用有機(jī)物進(jìn)行生長(zhǎng)，為異養(yǎng)型微生物； 光照和厭氧條件下，利用光能生長(zhǎng)，為

13、光能營(yíng)養(yǎng)型微生物； 黑暗與好氧條件下，依靠有機(jī)物氧化產(chǎn)生的化學(xué)能生長(zhǎng)， 為化能營(yíng)養(yǎng)型微生物；微生物營(yíng)養(yǎng)類型的可變性無(wú)疑有利于提高其對(duì)環(huán)境條件變化的適應(yīng)能力三、微生物的營(yíng)養(yǎng)類型第一節(jié) 微生物的營(yíng)養(yǎng)要求5營(yíng)養(yǎng)缺陷型 某些菌株發(fā)生突變(自然突變或人工誘變)后，失去合成某種(或某些)對(duì)該菌株生長(zhǎng)必不可少的物質(zhì)(通常是生長(zhǎng)因子如氨基酸、維生素)的能力，必須從外界環(huán)境獲得該物質(zhì)才能生長(zhǎng)繁殖，這種突變型菌株稱為營(yíng)養(yǎng)缺陷型(auxotroph) 。 養(yǎng)缺陷型菌株經(jīng)常用來(lái)進(jìn)行微生物遺傳學(xué)方面的研究。（見(jiàn)P85；P82）第二節(jié) 培養(yǎng)基培養(yǎng)基幾乎是一切對(duì)微生物進(jìn)行研究和利用工作的基礎(chǔ)培養(yǎng)基（medium）是人工配制

14、的，適合微生物生長(zhǎng)繁殖或產(chǎn)生代謝產(chǎn)物的營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)。任何培養(yǎng)基都應(yīng)該具備微生物生長(zhǎng)所需要六大營(yíng)養(yǎng)要素：碳源、氮源、無(wú)機(jī)鹽、能源、生長(zhǎng)因子、水（參見(jiàn)P85；P82）任何培養(yǎng)基一旦配成，必須立即進(jìn)行滅菌處理。常規(guī)高壓蒸汽滅菌： 1.05kg/cm2，121.315-30min；0.56kg/cm2，112.615-30min某些成分進(jìn)行分別滅菌；過(guò)濾除菌。第二節(jié) 培養(yǎng)基（參見(jiàn)P85；P82）一、選用和設(shè)計(jì)培養(yǎng)基的原則和方法在微生物學(xué)研究和生長(zhǎng)實(shí)踐中, 配置合適的培養(yǎng)基是一項(xiàng)最基本的要求。 1、選擇適宜的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì) 2、營(yíng)養(yǎng)物的濃度及配比合適 3、物理、化學(xué)條件適宜 4、經(jīng)濟(jì)節(jié)約 5、精心設(shè)計(jì)、試驗(yàn)比較一

15、、選用和設(shè)計(jì)培養(yǎng)基的原則和方法1、選擇適宜的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)培養(yǎng)不同的微生物必須采用不同的培養(yǎng)條件；培養(yǎng)目的不同，原料的選擇和配比不同；實(shí)驗(yàn)室一般培養(yǎng)：普通常用培養(yǎng)基；遺傳研究：成分清楚的合成培養(yǎng)基；生理、代謝研究：選用相應(yīng)的培養(yǎng)基配方（參見(jiàn)P85；P82）實(shí)驗(yàn)室的常用培養(yǎng)基：細(xì)菌： 牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基（或簡(jiǎn)稱普通肉湯培養(yǎng)基）；放線菌：高氏1號(hào)合成培養(yǎng)基；酵母菌：麥芽汁培養(yǎng)基；霉菌： 查氏合成培養(yǎng)基例如枯草芽孢桿菌：一般培養(yǎng)：肉湯培養(yǎng)基或LB培養(yǎng)基；自然轉(zhuǎn)化：基礎(chǔ)培養(yǎng)基；觀察芽孢：生孢子培養(yǎng)基；產(chǎn)蛋白酶：以玉米粉、黃豆餅粉為主的產(chǎn)酶培養(yǎng)基一、選用和設(shè)計(jì)培養(yǎng)基的原則和方法2、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度及配比合適營(yíng)養(yǎng)物

16、質(zhì)之間的配比適宜高濃度糖類物質(zhì)、無(wú)機(jī)鹽、重金屬離子等不僅不能維持和促進(jìn)微生物的生長(zhǎng)，反而起到抑制或殺菌作用。（參見(jiàn)P87；P84）營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的濃度適宜發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸時(shí)：碳氮比為4/1時(shí)，菌體大量繁殖，谷氨酸積累少；碳氮比為3/1時(shí)，菌體繁殖受到抑制，谷氨酸產(chǎn)量則大量增加。一、選用和設(shè)計(jì)培養(yǎng)基的原則和方法3、物理化學(xué)條件適宜pH；水活度；氧化還原電位3、物理化學(xué)條件適宜1）pH培養(yǎng)基的pH必須控制在一定的范圍內(nèi)，以滿足不同類型微生物的生長(zhǎng)繁殖或產(chǎn)生代謝產(chǎn)物。通常培養(yǎng)條件： 細(xì)菌與放線菌：pH7.07.5 酵母菌和霉菌：pH4.56.0范圍內(nèi)生長(zhǎng)為了維持培養(yǎng)基pH的相對(duì)恒定，通常在培養(yǎng)基中加入pH緩

17、沖劑，或在進(jìn)行工業(yè)發(fā)酵時(shí)補(bǔ)加酸、堿。3、物理化學(xué)條件適宜2）水活度（參見(jiàn)P84；P80）在天然環(huán)境中，微生物可實(shí)際利用的自由水或游離水的含量，一般用在一定的溫度和壓力條件下,溶液的蒸汽壓力與同樣條件下純水蒸汽壓力之比表示。純水w為1.00,溶液中溶質(zhì)越多, w越小。微生物一般在w為0.600.99的條件下生長(zhǎng), w過(guò)低時(shí),微生物生長(zhǎng)的遲緩期延長(zhǎng),比生長(zhǎng)速率和總生長(zhǎng)量減少。微生物不同，其生長(zhǎng)的最適w不同。3、物理化學(xué)條件適宜2）水活度3、物理化學(xué)條件適宜3）氧化還原電位（參見(jiàn)P87；P85）氧化還原電位又稱氧化還原電勢(shì)（redox potential），是度量某氧化還原系統(tǒng)中的還原劑釋放電子或氧

18、化劑接受電子趨勢(shì)的一種指標(biāo)，其單位是V（伏）或mV（毫伏）。就像微生物與pH的關(guān)系一樣，不同類型微生物生長(zhǎng)對(duì)氧化還原電位()的要求不同好氧性微生物：+0.1V以上時(shí)可正常生長(zhǎng),以+0.3+0.4V為宜；厭氧性微生物：低于+0.1V條件下生長(zhǎng)；兼性厭氧微生物：+0.1V以上時(shí)進(jìn)行好氧呼吸, +0.1V以下時(shí)進(jìn)行發(fā)酵。3、物理化學(xué)條件適宜3）氧化還原電位氧化還原電位與氧分壓和pH有關(guān),也受某些微生物代謝產(chǎn)物的影響增加通氣量(如振蕩培養(yǎng)、攪拌)提高培養(yǎng)基的氧分壓，或加入氧化劑，從而增加值；在培養(yǎng)基中加入抗壞血酸（0.1%）、硫化氫(0.025%)、半胱氨酸(0.05%)、谷胱甘肽、二硫蘇糖醇、庖肉等

19、還原性物質(zhì)可降低值。培養(yǎng)基中加入氧化還原指示劑刃天青可對(duì)氧化還原電位進(jìn)行間接測(cè)定。有氧時(shí)呈紫色或粉紅色，無(wú)氧時(shí)呈無(wú)色（培養(yǎng)基的顏色），它是較為理想的氧化還原電位指示劑和培養(yǎng)嚴(yán)格厭氧菌不可缺少的。 （參見(jiàn)P87；P85）氧化還原電位的測(cè)定：1、電位計(jì) 2、氧化還原指示劑3、物理化學(xué)條件適宜3）氧化還原電位氧化還原電位與氧分壓和pH有關(guān),也受某些微生物代謝產(chǎn)物的影響金霉素鏈霉菌 (Streptomyces aureofaciens)以粗代精對(duì)微生物來(lái)說(shuō)，各種粗原料營(yíng)養(yǎng)更加完全，效果更好。而且在經(jīng)濟(jì)上也節(jié)約。4、經(jīng)濟(jì)節(jié)約（參見(jiàn)P88；P85）一、選用和設(shè)計(jì)培養(yǎng)基的原則和方法配制培養(yǎng)基時(shí)應(yīng)盡量利用廉價(jià)

20、且易于獲得的原料作為培養(yǎng)基成份,特別是在發(fā)酵工業(yè)中,以降低生產(chǎn)成本。以“野”代“家”以野生植物原料代替栽培植物原料，如木薯、橡子、薯芋等都是富含淀粉質(zhì)的野生植物，可以部分取代糧食用于工業(yè)發(fā)酵的碳源。以簡(jiǎn)代繁某制藥廠改進(jìn)鏈霉素發(fā)酵液中的原有配方，設(shè)法減去30-50%的黃豆餅粉、25%的葡萄糖和20%硫酸銨，結(jié)果反而提高了產(chǎn)量。以工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中易污染環(huán)境的廢棄物作為培養(yǎng)微生物的原料。例如，糖蜜(制糖工業(yè)中含有蔗糖的廢液)、乳清(乳制品工業(yè)中含有乳糖的廢液)、豆制品工業(yè)廢液及黑廢液(造紙工業(yè)中含有戊糖和己糖的亞硫酸紙漿)等都可作為培養(yǎng)基的原料。工業(yè)上的甲烷發(fā)酵主要利用廢水、廢渣作原料,在我國(guó)農(nóng)村,已推

21、廣利用糞便及禾草為原料發(fā)酵生產(chǎn)甲烷作為燃料。另外,大量的農(nóng)副產(chǎn)品或制品，如麩皮、米糠、玉米漿、酵母浸膏、酒糟、豆餅、花生餅、蛋白胨等都是常用的發(fā)酵工業(yè)原料。以廢代好以大氣氮、銨鹽、硝酸鹽或尿素等一類非蛋白質(zhì)或非氨基酸廉價(jià)原料用作發(fā)酵培養(yǎng)基的原料，讓微生物轉(zhuǎn)化成菌體蛋白質(zhì)或含氮的發(fā)酵產(chǎn)物供人們利用。以無(wú)機(jī)氮代蛋白開(kāi)發(fā)利用纖維素這種世界上含量最豐富的可再生資源。將大量的纖維素農(nóng)副產(chǎn)品轉(zhuǎn)變?yōu)閮?yōu)質(zhì)飼料、工業(yè)發(fā)酵原料、燃料及人類的食品及飲料。以纖代糖以石油或天然氣副產(chǎn)品代替糖質(zhì)原料來(lái)培養(yǎng)微生物。除了生產(chǎn)石油蛋白外,還可以將石油產(chǎn)品轉(zhuǎn)化成一些產(chǎn)值更高的高級(jí)醇、脂肪酸、環(huán)烷酸等化工產(chǎn)品和若干合成物,以及對(duì)石

22、油產(chǎn)品的品質(zhì)進(jìn)行改良,如脫硫、脫蠟等。 以烴代糧一、選用和設(shè)計(jì)培養(yǎng)基的原則和方法5、精心設(shè)計(jì)、試驗(yàn)比較進(jìn)行生態(tài)模擬，研究某種微生物的培養(yǎng)條件；文獻(xiàn)查閱，設(shè)計(jì)特定微生物的培養(yǎng)基配方；試驗(yàn)比較，確定特定微生物的最佳培養(yǎng)條件。第二節(jié) 培養(yǎng)基二、培養(yǎng)基的類型及應(yīng)用1按培養(yǎng)對(duì)象劃分 細(xì)菌培養(yǎng)基 放線菌培養(yǎng)基 酵母菌培養(yǎng)基 霉菌培養(yǎng)基 等等培養(yǎng)基種類繁多，可根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)劃分類型。 常見(jiàn)的培養(yǎng)四大類微生物的培養(yǎng)基細(xì)菌（牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基）(NA,NB)： 牛肉膏 5g； 蛋白胨 10g；NaCl 5g；H2O 1000mL放線菌（高氏1號(hào)培養(yǎng)基，Gauzes Medium No.1）： 淀粉 20g； K

23、2HPO4 0.5g；NaCl 0.5g；MgSO47H2O 0.5g； KNO3 1g； FeSO4 0.01g； H2O 1000mL酵母菌（麥芽汁培養(yǎng)基）：干麥芽粉加四倍水，在50-60保溫糖化3-4h，用碘液試驗(yàn)檢查至糖化完全為止。煮沸后，沙布過(guò)濾，將濾液稀釋到5-6波美度（ Be），調(diào) pH為6.0。霉菌（查氏合成培養(yǎng)基, Czapeks medium ）： NaNO3 2g； K2HPO4 1g； KCl 0.5g； MgSO47H2O 0.5g； FeSO4 0.01g； 蔗糖 30g； H2O 1000mL二、培養(yǎng)基的類型及應(yīng)用1按培養(yǎng)對(duì)象劃分第二節(jié) 培養(yǎng)基（參見(jiàn)P88；P86

24、）2按成份不同劃分1）天然培養(yǎng)基(complex medium)以化學(xué)成分還不清楚或化學(xué)成分不恒定的天然有機(jī)物組成營(yíng)養(yǎng)物質(zhì) 來(lái) 源 主要成份牛肉浸膏 瘦牛肉組織浸出汁濃縮而 富含水溶性碳水化合物、有機(jī) 成的膏狀物質(zhì) 氮化合物、維生素、鹽等蛋白胨 將肉、酪素或明膠用酸或 富含有機(jī)氮化合物、也含有一 蛋白酶水解后干燥而成的 些維生素和碳水化合物 粉末狀物質(zhì)酵母浸膏 酵母細(xì)胞的水溶性提取物 富含B類維生素,也含有有機(jī)氮 濃縮而成的膏狀物質(zhì) 化合物和碳水化合物優(yōu)點(diǎn):營(yíng)養(yǎng)豐富、配制方便、價(jià)格低廉。缺點(diǎn)：成分復(fù)雜、不清楚、不穩(wěn)定。用途: 實(shí)驗(yàn)室常規(guī)菌種培養(yǎng) 尤其適合工業(yè)大規(guī)模發(fā)酵生產(chǎn)2）合成培養(yǎng)基(syn

25、thetic medium)放線菌（高氏1號(hào)培養(yǎng)基）： 淀粉 20g； K2HPO4 0.5g；NaCl 0.5g；MgSO4.7H2O 0.5g； KNO3 1g； FeSO4 0.01g； H2O 1000mL霉菌（查氏合成培養(yǎng)基）： NaNO3 2g； K2HPO4 1g； KCl 0.5g； MgSO4.7H2O 0.5g； FeSO4 0.01g； 蔗糖 30g； H2O 1000mL由化學(xué)成份完全了解的物質(zhì)配制而成的培養(yǎng)基，也稱化學(xué)限定培養(yǎng)基(chemically defined medium)第二節(jié) 培養(yǎng)基（參見(jiàn)P89；P86）二、培養(yǎng)基的類型及應(yīng)用3根據(jù)物理狀態(tài)劃分1）固體培養(yǎng)

26、基2）半固體培養(yǎng)基3）液體培養(yǎng)基瓊脂 (agar)常用, 用量為1.5%2%, 適用絕大多數(shù)微生物明膠目前已較少采用 （見(jiàn)表4-12）硅膠適合配制分離與培養(yǎng)自養(yǎng)型微生物的培養(yǎng)基 一些由天然固體基質(zhì)配成的培養(yǎng)基也屬于固體培養(yǎng)基瓊脂含量一般為0.2%-0.7%。常用來(lái)觀察微生物的運(yùn)動(dòng)特征、分類鑒定及噬菌體效價(jià)滴定等。未加凝固劑呈液態(tài)的培養(yǎng)基。常用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)以及在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行微生物的基礎(chǔ)理論和應(yīng)用方面的研究。第二節(jié) 培養(yǎng)基（參見(jiàn)P91；P86）二、培養(yǎng)基的類型及應(yīng)用4按用途劃分 1）基礎(chǔ)培養(yǎng)基; 2）加富培養(yǎng)基和富集培養(yǎng)基； 3）鑒別培養(yǎng)基； 4）選擇培養(yǎng)基第二節(jié) 培養(yǎng)基（參見(jiàn)P91；P86）二

27、、培養(yǎng)基的類型及應(yīng)用4按用途劃分1）基礎(chǔ)培養(yǎng)基(minimum medium)含有一般微生物生長(zhǎng)繁殖所需的基本營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的培養(yǎng)基，也稱為基本培養(yǎng)基。含牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基是細(xì)菌最常用的基礎(chǔ)培養(yǎng)基。對(duì)基礎(chǔ)培養(yǎng)基的定義具有相對(duì)性，如在遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)中所用的培養(yǎng)基：野生型（參見(jiàn)P91；P87）二、培養(yǎng)基的類型及應(yīng)用4按用途劃分2）加富培養(yǎng)基 (enrichment medium)在普通培養(yǎng)基（如肉湯蛋白胨培養(yǎng)基）中加入某些特殊營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)制成的一類營(yíng)養(yǎng)豐富的培養(yǎng)基。這些特殊營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)包括血液、血清、酵母浸膏、動(dòng)植物組織液等。用來(lái)培養(yǎng)營(yíng)養(yǎng)要求比較苛刻的異養(yǎng)型微生物，如培養(yǎng)百日咳博德氏菌(Bordetella per

28、tussis)需要含有血液的加富培養(yǎng)基。根據(jù)待分離微生物的特點(diǎn)設(shè)計(jì)的培養(yǎng)基，用于從環(huán)境中富集和分離某種微生物。（目的微生物在這種培養(yǎng)基中較其他微生物生長(zhǎng)速度快，并逐漸富集而占優(yōu)勢(shì)，從而容易達(dá)到分離該種微生物的目的。）富集培養(yǎng)基(enrichment medium)（參見(jiàn)P91；P88）二、培養(yǎng)基的類型及應(yīng)用4按用途劃分3）鑒別培養(yǎng)基(differential medium)4）選擇培養(yǎng)基(selective medium)用于鑒別不同類型微生物的培養(yǎng)基特定的化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生明顯的特征性變化，根據(jù)這種特征性變化,可將該種微生物與其他微生物區(qū)分開(kāi)來(lái)。用于將某種或某類微生物從混雜的微生物群體中分離出來(lái)

29、的培養(yǎng)基根據(jù)不同種類微生物的特殊營(yíng)養(yǎng)需求或?qū)δ撤N化學(xué)物質(zhì)的敏感性不同, 在培養(yǎng)基中加入相應(yīng)的特殊營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)或化學(xué)物質(zhì)，抑制不需要的微生物的生長(zhǎng)，有利于所需微生物的生長(zhǎng)。鑒別培養(yǎng)基選擇培養(yǎng)基3）鑒別培養(yǎng)基(differential medium)表 一些鑒別培養(yǎng)基（參見(jiàn) P91；P88 表4-13）3）鑒別培養(yǎng)基(differential medium)麥康凱 (Maconkey)培養(yǎng)基的鑒別作用3）鑒別培養(yǎng)基(differential medium)伊紅和美藍(lán)二種苯胺染料可抑制G+細(xì)菌和一些難培養(yǎng)的G細(xì)菌。在低酸度時(shí)，這二種染料結(jié)合形成沉淀，起著產(chǎn)酸指示劑的作用。試樣中的多種腸道菌會(huì)在EMB培養(yǎng)

30、基上產(chǎn)生相互易區(qū)分的特征菌落，因而易于辨。例如大腸桿菌強(qiáng)烈分解乳糖而產(chǎn)生大量的混合酸，菌體呈酸性，菌落被染成深紫色，從菌落表面的反射光中還可看到綠色金屬閃光。大腸桿菌銅綠色假單胞菌4）選擇培養(yǎng)基(selective medium)4）選擇培養(yǎng)基(selective medium)二、培養(yǎng)基的類型及應(yīng)用5按用于生產(chǎn)的目的劃分 1）種子培養(yǎng)基(seed medium) 2）發(fā)酵培養(yǎng)基(fermentation medium) 為了保證發(fā)酵工業(yè)獲得大量?jī)?yōu)質(zhì)菌種而設(shè)計(jì)的培養(yǎng)基。特點(diǎn)：營(yíng)養(yǎng)較為豐富、全面、氮源比例較高； 在較短的時(shí)間內(nèi)提供大量?jī)?yōu)質(zhì)的菌種。為使生產(chǎn)菌種能夠大量生長(zhǎng)并能累積大量目的代謝產(chǎn)物而

31、設(shè)計(jì)的培養(yǎng)基。特點(diǎn)：用量特別大；原料來(lái)源廣泛，成本較低；成分一般比 較粗略，碳源的比例較大。 第三節(jié) 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞（參見(jiàn)P93；P90）營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)能否被微生物利用取決于這些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)能否進(jìn)入微生物細(xì)胞。影響營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的主要因素有 3 個(gè)：1、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)本身的性質(zhì)：如分子、分子量、溶解性、電負(fù)性、極性等。2、微生物所處的環(huán)境：如溫度、pH、周圍的化學(xué)物質(zhì)等。3、細(xì)胞的通透屏障：如原生質(zhì)膜、細(xì)胞壁、糖被等。第三節(jié) 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞（參見(jiàn)P94；P90）一、擴(kuò)散(diffusion)二、促進(jìn)擴(kuò)散(facilitated diffusion)三、主動(dòng)運(yùn)輸(active transport)四、膜泡

32、運(yùn)輸(memberane vesicle transport)第三節(jié) 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞（參見(jiàn)P94；P90）一、擴(kuò)散(diffusion)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)穿透原生質(zhì)膜，由高濃度的胞外（內(nèi)）環(huán)境向低濃度的胞內(nèi)（外）進(jìn)行擴(kuò)散。特點(diǎn)：是非特異性的，是一種最簡(jiǎn)單的、被動(dòng)的物質(zhì)跨膜運(yùn)輸方式，為純粹的物理學(xué)過(guò)程，擴(kuò)散的動(dòng)力來(lái)自濃度差。細(xì)胞膜外細(xì)胞膜內(nèi)細(xì)胞膜第三節(jié) 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞（參見(jiàn)P90）一、擴(kuò)散(diffusion)物質(zhì)跨膜擴(kuò)散的能力和速率與該物質(zhì)的性質(zhì)有關(guān),分子量小、脂溶性、極性小的物質(zhì)易通過(guò)擴(kuò)散進(jìn)出細(xì)胞。擴(kuò)散并不是微生物細(xì)胞吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的主要方式,水是唯一可以通過(guò)擴(kuò)散自由通過(guò)原生質(zhì)膜的分子,脂肪酸、乙醇

33、、甘油、苯、一些氣體分子(O2、CO2)及某些氨基酸在一定程度上也可通過(guò)擴(kuò)散進(jìn)出細(xì)胞。（甘油）（色氨酸）第三節(jié) 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞（參見(jiàn)P94；P91）二、促進(jìn)擴(kuò)散(facilitated diffusion)被動(dòng)的物質(zhì)跨膜運(yùn)輸方式物質(zhì)運(yùn)輸過(guò)程中不消耗能量不能進(jìn)行逆濃度運(yùn)輸運(yùn)輸速率與膜內(nèi)外物質(zhì)的濃度差成正比。特點(diǎn)： 通過(guò)促進(jìn)擴(kuò)散進(jìn)行跨膜運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)需要借助與載體蛋白的作用才能進(jìn)入細(xì)胞； 每種載體只運(yùn)輸相應(yīng)的物質(zhì)，具有較高的專一性； 促進(jìn)擴(kuò)散的速率比單純擴(kuò)散快。與擴(kuò)散相同點(diǎn)第三節(jié) 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞（參見(jiàn)P94；P91）二、促進(jìn)擴(kuò)散(facilitated diffusion)載體蛋白只影響物質(zhì)的運(yùn)輸

34、速率，并不改變?cè)撐镔|(zhì)在膜內(nèi)外形成的動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)；這種性質(zhì)都類似于酶的作用特征，因此載體蛋白也稱為透過(guò)酶；透過(guò)酶大都是誘導(dǎo)酶，只有在環(huán)境中存在機(jī)體生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)時(shí)，相應(yīng)的透過(guò)酶才合成。通過(guò)促進(jìn)擴(kuò)散進(jìn)入細(xì)胞的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)主要有氨基酸、單糖、維生素及無(wú)機(jī)鹽等。第三節(jié) 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞（參見(jiàn)P95；P92）三、主動(dòng)運(yùn)輸(active transport)在物質(zhì)運(yùn)輸過(guò)程中需要消耗能量可以進(jìn)行逆濃度運(yùn)輸主動(dòng)運(yùn)輸是廣泛存在于微生物中的一種主要的物質(zhì)運(yùn)輸方式運(yùn)輸過(guò)程需要載體蛋白載體蛋白具有專一性與促進(jìn)擴(kuò)散的相同點(diǎn)與前兩種擴(kuò)散的不同點(diǎn)第三節(jié) 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞（參見(jiàn)P95；P92）三、主動(dòng)運(yùn)輸(active tr

35、ansport) 好氧型微生物與兼性厭氧微生物直接利用呼吸能質(zhì)子勢(shì)； 厭氧型微生物利用化學(xué)能（ATP）； 光合微生物通過(guò)光合色素利用光能； 嗜鹽細(xì)菌通過(guò)紫膜（purple membrane）利用光能。主動(dòng)運(yùn)輸所需能量來(lái)源：第三節(jié) 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞（參見(jiàn)P95；P92）三、主動(dòng)運(yùn)輸(active transport)1、初級(jí)主動(dòng)運(yùn)輸(primary active transport)是由電子傳遞系統(tǒng)、ATP酶或細(xì)菌嗜紫紅質(zhì)引起的質(zhì)子運(yùn)輸方式（即是一種質(zhì)子的主動(dòng)運(yùn)輸方式）。呼吸能、化學(xué)能和光能的消耗，引起胞內(nèi)質(zhì)子（或其他離子）外排，導(dǎo)致原生質(zhì)膜內(nèi)外建立質(zhì)子濃度差，使膜處于充能狀態(tài)，即形成能化膜（e

36、nergized membrane）。第三節(jié) 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞（參見(jiàn)P95；P92）三、主動(dòng)運(yùn)輸(active transport)1、初級(jí)主動(dòng)運(yùn)輸(primary active transport)第三節(jié) 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞（參見(jiàn)P95；P92）三、主動(dòng)運(yùn)輸(active transport)1、初級(jí)主動(dòng)運(yùn)輸(primary active transport)第三節(jié) 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞（參見(jiàn)P95；P92）三、主動(dòng)運(yùn)輸(active transport)2、次級(jí)主動(dòng)運(yùn)輸(secondary active transport)為什么被稱為：次級(jí)主動(dòng)運(yùn)輸？通過(guò)同向運(yùn)輸?shù)挠心承┌被?丙氨酸、絲氨酸、

37、甘氨酸、谷氨酸)、某些糖（半乳糖、巖藻糖、蜜二糖、阿拉伯糖、乳糖）、葡萄糖醛酸及某些陰離子(如HPO42-、HSO4 -)等。通過(guò)初級(jí)主動(dòng)運(yùn)輸建立的能化膜在質(zhì)子濃度差（或電勢(shì)差）消失的過(guò)程中，往往偶聯(lián)其他物質(zhì)的運(yùn)輸（如某些氨基酸、糖和無(wú)機(jī)離子等） ，包括三種方式。同向運(yùn)輸(symport)逆向運(yùn)輸(antiport)單向運(yùn)輸(uniport)第三節(jié) 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞三、主動(dòng)運(yùn)輸(active transport)3、Na+,K+-ATP酶(Na+,K+-ATPase)系統(tǒng)原生質(zhì)膜上的一種重要的離子通道蛋白Na+,K+-ATP酶。該酶利用ATP的能量將Na+由細(xì)胞內(nèi)“泵”出胞外，并將K+ “泵”入胞內(nèi)。該酶有大小兩個(gè)亞基組成，大亞基可被磷酸化，常將該酶稱為“Na+,K+-泵”。（參見(jiàn)P97；P93-94）第三節(jié) 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞三、主動(dòng)運(yùn)輸(active transport)3、Na+,K+-ATP酶(Na+,K+-ATPase)系統(tǒng)Active Transport: The Sodium-Potassium Pump Three sodium ions from inside the cell first bind to the transport protein. T