第四章微生物營(yíng)養(yǎng)和培養(yǎng)基

第四章微生物的營(yíng)養(yǎng)和培養(yǎng)基基本概念營(yíng)養(yǎng)（nutrition）——生物體從外部環(huán)境中攝取對(duì)其生命活動(dòng)必須的能量和物質(zhì)，以滿足正常生長(zhǎng)和繁殖需要的一種最基本的生理功能。營(yíng)養(yǎng)物（nutrient）——具有營(yíng)養(yǎng)功能的物質(zhì)。營(yíng)養(yǎng)物提供生命活動(dòng)的能量、結(jié)構(gòu)物質(zhì)、代謝調(diào)節(jié)物質(zhì)和良好的生理環(huán)境。部分微生物可利用非物質(zhì)形式（傳統(tǒng)意義）的能源光能。本章的主要內(nèi)容第一節(jié)微生物的6類營(yíng)養(yǎng)要素第二節(jié)微生物的營(yíng)養(yǎng)類型第三節(jié)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的方式第四節(jié)培養(yǎng)基第一節(jié)微生物的6類營(yíng)養(yǎng)要素一、細(xì)胞化學(xué)組成二、主要營(yíng)養(yǎng)要素及其功能一、細(xì)胞化學(xué)組成整個(gè)生物界大體相同，主要是C、H、O、N（占干重90－97%），C約占50%；此外為各種無機(jī)元素，由這些元素再組成化合物。按營(yíng)養(yǎng)元素的需要量分（2大類）：

大量元素有碳、氮、氫、氧、磷、硫、鉀、鎂、鈣、鐵（需要量在10-4mol/L以上）

微量元素有鋅、錳、鈉、氯、鉬、硒、鈷、銅、鎢、鎳、硼等（需要量在10-4mol/L以下）10種大量元素來源與生理功能元素來源在代謝中的功能C各種有機(jī)物、CO2構(gòu)成細(xì)胞物質(zhì)的主要成分OO2、H2O、各種有機(jī)物、CO2構(gòu)成細(xì)胞物質(zhì)的主要成分HH2、H2O、各種有機(jī)物構(gòu)成細(xì)胞物質(zhì)的主要成分NNH4+、NO2-、N2、各種有機(jī)物構(gòu)成細(xì)胞物質(zhì)的主要成分SSO42-，HS-、S、S2O32-、各種有機(jī)硫化物構(gòu)成含硫氨基酸、硫胺素、輔酶A、生物素、硫辛酸等PHPO42-磷脂、核苷酸、核酸等KK+細(xì)胞內(nèi)主要的無機(jī)陽(yáng)離子，某些酶的輔因子，構(gòu)成物質(zhì)運(yùn)輸系統(tǒng)MgMg2+許多酶（如激酶）的輔因子，存在于細(xì)胞壁和細(xì)胞膜中，維持細(xì)胞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定CaCa2+某些酶的輔因子，存在于胞外酶（如淀粉酶、蛋白酶）中，是芽孢內(nèi)的重要元素FeFe2+、Fe3+構(gòu)成細(xì)胞色素、鐵氧還蛋白、鐵硫蛋白的成分、某些脫水酶的輔因子微量元素來源與生理功能元素來源在代謝中的功能ZnZn2+參與醇脫氫酶、堿性磷酸酯酶、醛縮酶、RNA聚合酶或DNA聚合酶的活動(dòng)MnMn2+參與細(xì)菌超氧化歧化酶的活動(dòng)，也是某些酶（PEP脫羧酶、檸檬酸合成酶）的輔助因子NaNa+耐高鹽細(xì)菌所需ClCl-耐高鹽細(xì)菌所需MoMoO42+參與硝酸鹽還原酶、固氮酶和甲酸脫氫酶的活動(dòng)SeSeO32-參與甘氨酸還原酶和甲酸脫氫酶的活動(dòng)CoCo2+參與帶輔酶B12的一些酶（如谷氨酸變位酶和甲基丙二酰-COA變位酶）的活動(dòng)CuCu2+參與細(xì)胞色素氧化酶和加氧酶的活動(dòng)WWO42-參與甲酸脫氫酶的活動(dòng)NiNi2+參與脲酶的活動(dòng)，氫-氧化細(xì)菌在自養(yǎng)生長(zhǎng)時(shí)也需要Ni微生物細(xì)胞中六種主要元素的

相對(duì)含量（%干重）元素細(xì)菌酵母菌霉菌碳5049.847.9氮157.55.2氫86.76.7氧2031.140.2磷31.51.2硫10.30.2合計(jì)9796.9101.4存在方式有機(jī)物——蛋白質(zhì)、糖、脂類、核酸、維生素、降解產(chǎn)物、代謝中間產(chǎn)物無機(jī)鹽——灰分水——

細(xì)胞濕重的70%~90%營(yíng)養(yǎng)物的生理功能①參與細(xì)胞結(jié)構(gòu)或細(xì)胞物質(zhì)（也包括代謝產(chǎn)物）的組成；②構(gòu)成酶活性基團(tuán)或組成物質(zhì)的運(yùn)輸系統(tǒng)；③通過代謝為機(jī)體完成各種生理活動(dòng)提供所需要的能量。相關(guān)說明——微生物是雜食性的

（適應(yīng)性非常廣）一般生物能利用的，微生物能利用；一般生物不能利用的，微生物也能利用；對(duì)一般生物有害的，微生物還能利用。二、主要營(yíng)養(yǎng)要素及其功能1、碳源2、氮源3、能源4、生長(zhǎng)因子5、無機(jī)鹽6、水1、碳源（Carbonsource）

一切能滿足微生物生長(zhǎng)繁殖所需碳元素的營(yíng)養(yǎng)物。有機(jī)碳源：葡萄糖、淀粉、蛋白質(zhì)、核酸等無機(jī)碳源：CO2

、Na2CO3

、CaCO3等異養(yǎng)微生物：必須利用有機(jī)碳源自養(yǎng)微生物：能利用無機(jī)碳源（CO2）雙功能營(yíng)養(yǎng)物：對(duì)一切異養(yǎng)微生物來說，其碳源同時(shí)雙兼作能源。功能：生物合成的碳架、能量微生物的碳源譜微生物可利用的碳源（化合物分類）糖類：葡萄糖、果糖、麥芽糖、蔗糖、淀粉、半乳糖、乳糖、甘露糖、纖維二糖、纖維素、半纖維素、甲殼素、木質(zhì)素等有機(jī)酸：乳酸、檸檬酸、延胡索酸、低級(jí)脂肪酸、高級(jí)脂肪酸、氨基酸等醇類：乙醇等脂類：脂肪、磷脂等烴類：天然氣、石油、石油餾分、石蠟油等CO2碳酸鹽：NaHCO3、CaCO3、白堊等其他：芳香族化合物、氰化物、蛋白質(zhì)、肽、核酸等2、氮源凡能提供微生物生長(zhǎng)繁殖所需氮元素的營(yíng)養(yǎng)源，稱為氮源，一般不作能源。有機(jī)氮源：蛋白胨、黃豆粉、玉米漿無機(jī)氮源：NH4NO3、（NH4）2SO4氣態(tài)氮源：大氣N2能把非氨基酸類的簡(jiǎn)單氮源（例如尿素、銨鹽、硝酸鹽和氮?dú)猓┳孕泻铣伤枰囊磺邪被?，可稱為“氨基酸自養(yǎng)型生物”；凡需要從外界吸收現(xiàn)成的氨基酸作氮源的微生物，則可稱“氨基酸異養(yǎng)型生物”。

微生物的氮源譜3、能源能為微生物的生命活動(dòng)提供最初能量來源的營(yíng)養(yǎng)物或輻射能。獲得的方式：底物水平磷酸化、氧化磷酸化、光合磷酸化異養(yǎng)微生物的碳源同時(shí)也是能源（脫氫氧化）；化能自養(yǎng)微生物獲得能源的獨(dú)特性——氧化還原態(tài)的無機(jī)物——亞硝酸細(xì)菌、硝酸細(xì)菌、硫化細(xì)菌、硫細(xì)菌、氫細(xì)菌和鐵細(xì)菌（后面有所介紹）多功能營(yíng)養(yǎng)物一種營(yíng)養(yǎng)物具有一種以上營(yíng)養(yǎng)要素的功能（功能多樣）單功能：輻射能雙功能：還原態(tài)無機(jī)養(yǎng)料，如NH4+既是硝酸鹽細(xì)菌的能源，又是氮源；三功能：N

·C·H·O類營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（含氮有機(jī)物）常是異養(yǎng)微生物的能源、碳源兼氮源4、生長(zhǎng)因子生長(zhǎng)因子——是一類調(diào)節(jié)微生物正常代謝所必需的，但不能用簡(jiǎn)單的碳源、氮源自行全合成的有機(jī)物（不能自行合成、具調(diào)節(jié)功能）。狹義的一般僅指維生素；廣義的生長(zhǎng)因子除了維生素外，還包括堿基、卟啉及其衍生物、甾醇、胺類、C4~C6的分支或直鏈脂肪酸，有時(shí)還包括氨基酸營(yíng)養(yǎng)缺陷突變株所需要的氨基酸在內(nèi)。對(duì)于不同的微生物所需的生長(zhǎng)因子是不同的（具體問題具體分析）。維生素與有關(guān)化合物在代謝中的作用化合物在代謝中的作用對(duì)氨基苯甲酸四氫葉酸前體，一碳單位轉(zhuǎn)移酶的輔酶生物素催化羧化反應(yīng)的酶（即羧化酶）的輔酶輔酶M甲烷形成中的輔酶葉酸構(gòu)成一碳單位轉(zhuǎn)移酶的輔酶氯高鐵血紅素細(xì)胞色素的前體硫辛酸丙酮酸脫氫酶復(fù)合物的輔基尼克酸NAD、NADP的前體，它們是許多脫氫酶的輔基吡哆醇（B6）磷酸吡哆醛是轉(zhuǎn)氨酶、氨基酸脫氨酶的輔基核黃素（B2）FMN和FAD的前體，黃素蛋白的輔基B12催化分子重排反應(yīng)的酶的輔基（谷氨酸變位酶）硫胺素（B1）硫胺素焦磷酸脫羧酶、轉(zhuǎn)醛醇酶和轉(zhuǎn)酮醇酶的輔酶維生素K甲醌類的前體、起電子載體的作用（如延胡索酸還原酶）若干細(xì)菌所需要的維生素維生素微生物的種硫胺素（B1）Bacillusanthracis（炭疽芽孢桿菌）核黃素Clostridiumtetani（破傷風(fēng)梭菌）煙酸Brucellaabortus（流產(chǎn)布魯氏桿菌）吡哆酸（B6）Lactobacillusspp.（各種乳酸桿菌）生物素Leuconostocmesenteroides（腸膜狀明串珠菌）泛酸Proteusmorganii（摩氏變形桿菌）葉酸Leuconostocdextranicum（葡聚糖明串珠菌）鈷胺酸（B12）Lactobacillusspp.維生素KBacteroidesmelaninogenicus（產(chǎn)黑素?cái)M桿菌）部分維生素的生理功能維生素轉(zhuǎn)移的對(duì)象代謝功能硫胺素（B1）乙醛基焦磷酸硫胺素是脫羧酶、轉(zhuǎn)醛酶、轉(zhuǎn)酮酶的輔基，與α-酮酸的氧化脫羧和酮基轉(zhuǎn)移有關(guān)吡哆醇（B6）氨基磷酸吡哆醛是氨基酸消旋酶、轉(zhuǎn)氨酶與脫羧酶的輔基，參與氨基酸的消旋、脫羧和轉(zhuǎn)氨葉酸甲基即輔酶F（四氫葉酸），參與一碳基的轉(zhuǎn)移，與合成嘌呤、嘧啶、核甘酸、絲氨酸和甲硫氨酸有關(guān)維生素B12羧基，甲基鈷酰胺輔酶，參與一碳基的轉(zhuǎn)移，與甲硫氨酸和胸苷酸有關(guān)（1）生長(zhǎng)因子自養(yǎng)型微生物（auxoautotrophs）多數(shù)真菌、放線菌和不少細(xì)菌，如大腸桿菌（E.coli）等，都是不需要外界提供的生長(zhǎng)因子自養(yǎng)型微生物。（2）生長(zhǎng)因子異養(yǎng)型微生物（auxoheterotrophs）它們需要多種生長(zhǎng)因子，例如一般的乳酸菌都需要多種維生素。根瘤菌生長(zhǎng)需要生物素，每mL培養(yǎng)液中只需要0.006mg，就有顯著的促進(jìn)生長(zhǎng)作用。（3）生長(zhǎng)因子過量合成型微生物有些微生物在其代謝活動(dòng)中，會(huì)分泌出大量的維生素等生長(zhǎng)因子，因而可以作為維生素等的生產(chǎn)菌。例如生產(chǎn)維生素B2的阿舒假囊酵母（Eremotheciumashbya）或棉阿舒囊霉（Ashbyagossypii），產(chǎn)維生素B12的謝氏丙酸桿菌（Propionibacteriumshermanii）及某些鏈霉菌（Streptomycesspp.）等。（4）營(yíng)養(yǎng)缺陷型微生物（nutritionaldeficiency）某些微生物的正常生長(zhǎng)需要適量的一種或幾種氨基酸、維生素、堿基（嘌呤或嘧啶）。凡是不能合成上述各類物質(zhì)中任何一種，而需外源供給才能正常生長(zhǎng)的，稱為營(yíng)養(yǎng)缺陷型微生物，如前面提及的乳酸菌、根瘤菌也同屬于營(yíng)養(yǎng)缺陷型微生物。反之則稱為野生營(yíng)養(yǎng)型微生物，即凡是以葡萄糖或其他有機(jī)化合物為唯一碳源和能源，以無機(jī)氮為唯一氮源，即能滿足碳、氮營(yíng)養(yǎng)需要的化能有機(jī)營(yíng)養(yǎng)型微生物，稱為野生營(yíng)養(yǎng)型微生物。生長(zhǎng)因子的來源：酵母膏、牛肉膏、玉米漿、肝浸液、麥芽汁或其他新鮮的動(dòng)植物組織浸出液等物質(zhì)。5、無機(jī)鹽主要可為微生物提供碳源、氮源以外的各種重要元素；所需濃度在10-3-10-4mol/L的元素為大量元素——P、S、K、Mg、Na、Fe；所需濃度在10-6-10-8mol/L的元素為微量元素——Cu、Zn、Mn、Mo、Co、Ni、Sn、Se等。無機(jī)鹽的營(yíng)養(yǎng)功能6、水存在狀態(tài)：游離態(tài)（溶劑）和結(jié)合態(tài)（結(jié)構(gòu)組成）生理功能：①細(xì)胞組成成分（70~90%）②生化反應(yīng)溶劑（酶催化需要）③化學(xué)、生理反應(yīng)介質(zhì)④物質(zhì)運(yùn)輸媒體⑤調(diào)節(jié)細(xì)胞溫度⑥維持細(xì)胞的滲透壓幾種生物的游離水含量第二節(jié)微生物的營(yíng)養(yǎng)類型營(yíng)養(yǎng)類型——指根據(jù)微生物生長(zhǎng)所需要的主要營(yíng)養(yǎng)要素即能源和碳源的不同，而劃分的微生物類型；劃分方法較多；常以能源、氫供體和基本碳源的需要?jiǎng)澐郑ㄋ念悾Ｎ⑸餇I(yíng)養(yǎng)類型的分類微生物的營(yíng)養(yǎng)類型

（能源、氫供體和碳源不同劃分）營(yíng)養(yǎng)類型能源氫供體基本碳源實(shí)例光能無機(jī)營(yíng)養(yǎng)型（光能自養(yǎng)型）光無機(jī)物CO2藍(lán)細(xì)菌、紫硫細(xì)菌、綠硫細(xì)菌、藻類光能有機(jī)營(yíng)養(yǎng)型（光能異養(yǎng)型）光有機(jī)物CO2及簡(jiǎn)單有機(jī)物紅螺菌科的細(xì)菌（即紫色無硫細(xì)菌）化能無機(jī)營(yíng)養(yǎng)型（化能自養(yǎng)型）無機(jī)物*無機(jī)物CO2硝化細(xì)菌、硫化細(xì)菌、鐵細(xì)菌、氫細(xì)菌、硫黃細(xì)菌等化能有機(jī)營(yíng)養(yǎng)型（化能異養(yǎng)型）有機(jī)物有機(jī)物有機(jī)物絕大多數(shù)細(xì)菌和全部真核微生物*NH4+、NO2-、S0、H2S、H2、Fe2+等

針對(duì)營(yíng)養(yǎng)類型的幾個(gè)概念寄生型（Parasitism）

——寄生于活的生物體；腐生型（Saprophytism）

——寄生于死亡的生物有機(jī)體；自養(yǎng)微生物：不依賴于任何有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物即可正常生活的微生物。異養(yǎng)微生物：至少需提供一種大量有機(jī)物才能滿足其正常要求的微生物，即其碳源必須是有機(jī)物，氫供體是有機(jī)物，能源則可以利用氧化有機(jī)物或吸收日光能而獲得。營(yíng)養(yǎng)類型劃分不是絕對(duì)的，不同生活條件下，可相互轉(zhuǎn)變（兼性）。第三節(jié)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的方式營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收與代謝產(chǎn)物的分泌，涉及到物質(zhì)的運(yùn)輸（雙向）:營(yíng)養(yǎng)物吸收至胞內(nèi)被利用；代謝物分泌到胞外以免積累，這就是物質(zhì)運(yùn)輸過程。在營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)運(yùn)送方面，細(xì)胞壁僅簡(jiǎn)單地排阻分子量過大（>600Da）的溶質(zhì)進(jìn)入，而具有磷脂雙分子層和嵌合蛋白分子的細(xì)胞膜則是控制營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入和排除的主要屏障。關(guān)于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)運(yùn)輸?shù)膸讉€(gè)問題首先清楚細(xì)胞膜的性質(zhì)（脂質(zhì)、疏水）。一般大分子先水解為小分子，再吸收；脂溶性物質(zhì)——易透過；離子化合物——弱快強(qiáng)慢（極性）；通透性（無阻礙、無選擇性）與吸收（有選擇性）是不同概念；細(xì)胞膜運(yùn)輸方式一般認(rèn)為，細(xì)胞膜以四種方式控制物質(zhì)的運(yùn)送，即單純擴(kuò)散、促進(jìn)擴(kuò)散、主動(dòng)運(yùn)送和基團(tuán)移位，其中尤以主動(dòng)運(yùn)送為最重要（？）。1、單純（被動(dòng)）擴(kuò)散——指營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)高濃度部位向低濃度部位運(yùn)動(dòng)的過程；2、促進(jìn)擴(kuò)散——指營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在載體蛋白（透過酶）協(xié)助下進(jìn)行擴(kuò)散的運(yùn)輸方式；3、主動(dòng)運(yùn)送（輸）——指可將溶質(zhì)分子進(jìn)行逆濃度梯度運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)輸方式；4、基團(tuán)轉(zhuǎn)（移）位（PTS—磷酸烯醇式丙酮酸：糖磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)）——許多原核生物在進(jìn)行跨膜運(yùn)輸時(shí)，被運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)發(fā)生化學(xué)變化。物質(zhì)運(yùn)輸?shù)?種方式促進(jìn)擴(kuò)散模型單純擴(kuò)散和促進(jìn)擴(kuò)散被動(dòng)擴(kuò)散濃度梯度促進(jìn)擴(kuò)散運(yùn)輸速度主動(dòng)運(yùn)輸模型主動(dòng)運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)

是微生物吸收營(yíng)養(yǎng)的主要方式；可逆濃度梯度運(yùn)輸，耗能；需載體蛋白，有特異性；運(yùn)輸有機(jī)分子、無機(jī)離子、氨基酸、乳糖等糖類；特異性載體蛋白需要能量來改變載體蛋白的構(gòu)象；內(nèi)外親和力改變→蛋白構(gòu)象改變→耗能。主動(dòng)運(yùn)送類型（能量的來源）

和生理意義2種類型：ATP型質(zhì)子動(dòng)勢(shì)型主動(dòng)運(yùn)送的生理意義——提高細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)濃度（解決了環(huán)境中營(yíng)養(yǎng)物濃度低于細(xì)胞內(nèi)濃度的矛盾）基團(tuán)轉(zhuǎn)（移）位——PTSPTS的主要過程：①酶Ⅰ磷酸化（存在于細(xì)胞質(zhì)中）；②熱穩(wěn)載體蛋白（HPr，低分子質(zhì)量，存在于細(xì)胞質(zhì)中）的激活（磷酸化）；③酶Ⅱ磷酸化（結(jié)構(gòu)多變，3亞基構(gòu)成——EⅡA、EⅡB、EⅡC）少數(shù)微生物存在酶Ⅲ；酶Ⅱ（酶Ⅲ）具有特異性。④糖經(jīng)磷酸化而運(yùn)入細(xì)胞膜內(nèi)。被運(yùn)輸物質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變（膜內(nèi)外）。主要依賴磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）和磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)（PTS）PEP+HPrEI丙酮酸+P-HPrP-HPr+糖EII糖-P+HPr1.熱穩(wěn)定性載體蛋白（Heatstablecarrierprotein，HPr）的激活

2.糖磷酸化后運(yùn)入膜內(nèi)

基團(tuán)移位的模型（甘露醇和葡萄糖）基團(tuán)移位的特點(diǎn)屬主動(dòng)運(yùn)輸類型（特殊）；運(yùn)輸前后溶質(zhì)分子發(fā)生化學(xué)修飾——定向磷酸化；——分子改變需復(fù)雜的運(yùn)輸酶系參與；運(yùn)輸葡萄糖、果糖、甘露糖、嘌呤、核苷、脂肪酸等。基團(tuán)移位的意義所在節(jié)約ATP——針對(duì)厭氧或兼性厭氧菌；減少反應(yīng)的步驟——糖運(yùn)送的磷酸化。4種運(yùn)送營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)方式的比較比較項(xiàng)目單純擴(kuò)散促進(jìn)擴(kuò)散主動(dòng)運(yùn)輸基團(tuán)轉(zhuǎn)位特異載體蛋白無有有有運(yùn)送速度慢快快快溶質(zhì)運(yùn)送方向由濃至稀由濃至稀由稀至濃由稀至濃平衡時(shí)內(nèi)外濃度內(nèi)外相等內(nèi)外相等內(nèi)部濃度高得多內(nèi)部濃度高得多運(yùn)送分子無特異性特異性特異性特異性能量消耗不需要不需要需要需要運(yùn)送前后溶質(zhì)分子不變不變不變改變載體飽和效應(yīng)無有有有與溶質(zhì)類似物無競(jìng)爭(zhēng)性有競(jìng)爭(zhēng)性有競(jìng)爭(zhēng)性有競(jìng)爭(zhēng)性運(yùn)送抑制劑無有有有運(yùn)送對(duì)象舉例H2O、CO2、O2、甘油、乙醇、少數(shù)氨基酸、鹽類、代謝抑制劑SO42-、PO43-、糖（真核生物）氨基酸、乳糖等糖類，Na+、Ca2+等無機(jī)離子葡萄糖、果糖、甘露糖、嘌呤、核苷、脂肪酸等4種運(yùn)送營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)方式第四節(jié)培養(yǎng)基培養(yǎng)基（medium或culturemedium）是一種人工配制的、適合微生物生長(zhǎng)繁殖或產(chǎn)生代謝產(chǎn)物用的混合養(yǎng)料。功能：滿足生長(zhǎng)繁殖；積累代謝產(chǎn)物。一、選用和設(shè)計(jì)培養(yǎng)基的原則

和方法（一）4個(gè)原則：目的明確、營(yíng)養(yǎng)協(xié)調(diào)、理化適宜、經(jīng)濟(jì)節(jié)約（二）4種方法生態(tài)模擬、參閱文獻(xiàn)、精心設(shè)計(jì)、試驗(yàn)比較1、目的明確根據(jù)不同微生物的營(yíng)養(yǎng)需要配制不同的培養(yǎng)基——培養(yǎng)什么微生物、獲得什么產(chǎn)物、有什么用途。2、營(yíng)養(yǎng)協(xié)調(diào)細(xì)胞組成元素的穩(wěn)定性；生長(zhǎng)繁殖過程中的消耗量；產(chǎn)物積累時(shí)需要消耗的營(yíng)養(yǎng)元素。微生物細(xì)胞中各種有機(jī)物和元素的含量（%干重）營(yíng)養(yǎng)要素需要量的一般規(guī)律在大多數(shù)化能異養(yǎng)菌的培養(yǎng)基中，各營(yíng)養(yǎng)要素間在量上的比例大體符合以下十倍序列的遞減規(guī)律。要素：H2O＞C+能源＞N源＞P、S＞K、Mg＞生長(zhǎng)因子含量：～10-1～10-2～10-3～10-4～10-5～10-6碳氮比（C/N）：微生物培養(yǎng)基中所含的碳源中的碳原子與氮源中氮原子的摩爾數(shù)之比。不是簡(jiǎn)單的某碳源的重量與氮源的重量之比。因?yàn)椋煌N類的碳源和氮源，其中含碳量和含氮量差別很大。以含氮量來看：NH3(82%)>CO(NH2)2(46%)>NH4NO3(35%)>(NH4)2CO3(29.2%)>(NH4)2SO4(21%)

。一般培養(yǎng)基的C/N比為100/0.5～2。3、理化適宜指培養(yǎng)基的pH值、滲透壓、水活度和氧化還原電勢(shì)等物理化學(xué)條件較為適宜。（1）pH（2）滲透壓和水活度（3）氧化還原電勢(shì)（1）pH四大類群微生物最佳生長(zhǎng)pH值（一般情況）：細(xì)菌：pH7.0~8.0，近中性，偏堿；放線菌：pH7.0~8.5，弱堿性；酵母菌：pH3.8~6.0，酸性；霉菌：pH4.0~6.0，偏酸性。微生物在生長(zhǎng)過程中培養(yǎng)基pH值可能發(fā)生的變化在含糖基質(zhì)上生長(zhǎng)，會(huì)產(chǎn)酸而使pH下降；在分解蛋白質(zhì)和氨基酸時(shí)，會(huì)產(chǎn)NH3而使pH上升；以(NH4)2SO4

作N源，會(huì)過剩SO42-，而使pH下降，分解利用陽(yáng)離子化合物如：NaNO3，會(huì)過剩Na+

而使pH上升。維持培養(yǎng)基pH的方法使用緩沖系統(tǒng)（磷酸鹽）：

——K2HPO4/Na2HPO4，KH2PO4/NaH2PO4采用“備用堿”：CaCO3

、NaHCO3采用弱酸鹽：檸檬酸鹽、乳酸鹽等采用外加酸堿——NaOH、液氨、鹽酸、硫酸等——外源調(diào)節(jié)（實(shí)驗(yàn)室中不容易達(dá)到）。（2）滲透壓和水活度滲透壓（Osmoticpressure）：高濃度溶液向低濃度溶液滲透時(shí)，其溶質(zhì)分子所產(chǎn)生的壓力。滲透壓對(duì)細(xì)胞的作用：高滲溶液會(huì)導(dǎo)致微生物細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離；低滲溶液會(huì)導(dǎo)致微生物細(xì)胞吸水膨脹甚至破裂。水活度（wateractivity，aw）

——反映了水的可利用性在天然環(huán)境中，微生物可實(shí)際利用的自由水或游離水含量。定量含義——指在一定的溫度和壓力條件下，溶液中的蒸汽壓力與同樣條件下純水的蒸汽壓力之比（相對(duì)濕度）。微生物生長(zhǎng)所要求的aw值通常在0.60~0.99之間變動(dòng)水活度的計(jì)算及表示幾種溶液的水活度值溶液aw30%葡萄糖溶液0.9641%葡萄糖+20%甘油0.9551%葡萄糖+40%蔗糖0.964飽和氯化鈉溶液0.78飽和氯化鈣溶液0.30飽和氯化鎂溶液0.30飽和氯化鋰溶液0.11幾大類群微生物生長(zhǎng)的最低aw若干食物的aw值降低食品的水份含量，實(shí)際是降低其水活度（aw），從而抑制微生物的生長(zhǎng)繁殖（抑制微生物腐敗），達(dá)到長(zhǎng)期保存和保鮮的目的。（3）氧化還原電勢(shì)（redoxpotential）又稱氧化還原電位，是度量某氧化還原系統(tǒng)中的還原劑釋放電子或氧化劑接受電子趨勢(shì)的一種指標(biāo)，其單位是V（伏）或mV（毫伏）。（+0.1V或100mv）好氧微生物：＞+0.1V，一般+0.3~+0.4V；厭氧微生物：+0.1V以下；兼性微生物：+0.1V以上好氧呼吸；+0.1V以下進(jìn)行發(fā)酵。

4、經(jīng)濟(jì)節(jié)約經(jīng)濟(jì)節(jié)約原則：以粗代精、以野代家、以廢代好、以簡(jiǎn)代繁、以氮代朊、以纖代糖、以烴代糧、以國(guó)代進(jìn)原料來源要廣泛；原料要易處理，處理成本要低；原料處理后，廢物、廢液、廢氣要少?！杀竞怂?。（二）4種方法1、生態(tài)模擬2、參閱文獻(xiàn)3、精心設(shè)計(jì)4、試驗(yàn)比較1、生態(tài)模擬在自然條件下，凡有某微生物大量生長(zhǎng)繁殖的環(huán)境，則可認(rèn)為該處一定具備該微生物生長(zhǎng)繁殖所必需的營(yíng)養(yǎng)和其他條件。因此，就可以模擬該天然基質(zhì)或直接取用該天然基質(zhì)（經(jīng)過滅菌）來培養(yǎng)相應(yīng)的微生物。在實(shí)踐中，的確可以利用生態(tài)模擬的辦法來配制各類“初級(jí)的”天然培養(yǎng)基。例如，可用肉湯、魚汁來培養(yǎng)多種細(xì)菌；用水果汁來培養(yǎng)各種酵母菌；用潤(rùn)濕的麩皮、米糠來培養(yǎng)多種霉菌；用米飯或面包來培養(yǎng)根霉；用肥土來培養(yǎng)放線菌；以及用玉米芯來培養(yǎng)脈孢菌（Neurosporaspp.），等等。2、參閱文獻(xiàn)一個(gè)科學(xué)工作者決不能事事都依靠直接經(jīng)驗(yàn)。多查閱、分析和利用一切文獻(xiàn)資料上的對(duì)自己直接或間接有關(guān)的信息，對(duì)設(shè)計(jì)有自己特色的培養(yǎng)基配方有著重要的參考價(jià)值。3、精心設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)、試驗(yàn)新配方時(shí)，常常要進(jìn)行各項(xiàng)因素的比較或反復(fù)試驗(yàn)，因此，工作量是很大的。為了提高工作效率，應(yīng)努力借助優(yōu)選法或正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法等行之有效的數(shù)學(xué)工具。4、試驗(yàn)比較要設(shè)計(jì)一種優(yōu)化的培養(yǎng)基，在上述三個(gè)方法的基礎(chǔ)上，最終還得通過實(shí)際試驗(yàn)和比較來加以確定。試驗(yàn)的規(guī)模一般都遵循由定性到定量、由小而大地逐步擴(kuò)大的原則。例如，可先在培養(yǎng)皿上作生長(zhǎng)譜試驗(yàn)（auxanographicmethod），然后進(jìn)行搖瓶培養(yǎng)試驗(yàn)，再進(jìn)行臺(tái)式發(fā)酵罐試驗(yàn)，最后才擴(kuò)大到試驗(yàn)型發(fā)酵罐和生產(chǎn)型發(fā)酵罐的規(guī)模。二、培養(yǎng)基的種類（一）按對(duì)培養(yǎng)基成分的了解作分類（二）按培養(yǎng)基外觀的物理狀態(tài)作分類（三）按培養(yǎng)基對(duì)微生物的功能作分類（一）按對(duì)培養(yǎng)基成分的了解作

分類1、天然培養(yǎng)基2、組合培養(yǎng)基3、半組合培養(yǎng)基1、天然培養(yǎng)基

(complexmedium；undefinedmedium)指一些利用動(dòng)、植物或微生物體或其提取物制成的培養(yǎng)基，人們無法確切知道其中的成分及含量（PDA培養(yǎng)基）。常用成分：牛肉膏、蛋白胨、酵母浸出物等。

優(yōu)點(diǎn)：取材方便、營(yíng)養(yǎng)豐富、種類多樣、配制方便。2、組合培養(yǎng)基

（Definedmedium）又稱合成培養(yǎng)基或綜合培養(yǎng)基（Syntheticmedium），是一類用多種高純化學(xué)試劑配制成的、各成分（包括微量元素）的量都確切知道的培養(yǎng)基（察氏培養(yǎng)基）。較昂貴，一般用于研究工作（代謝、遺傳分析）。優(yōu)點(diǎn)：組份精確、重復(fù)性好。3、半合成培養(yǎng)基

（Semi-definedmedium）指一類主要以化學(xué)試劑配制，同時(shí)還加有某種或某些天然成分的培養(yǎng)基。既含有天然成分又含有純化學(xué)試劑。嚴(yán)格地講，凡含有未經(jīng)特殊處理的瓊脂的任何組合培養(yǎng)基，實(shí)質(zhì)上都只能看作是一種半組合培養(yǎng)基。（二）按培養(yǎng)基外觀的物理狀態(tài)作分類1、液體培養(yǎng)基2、固體培養(yǎng)基3、半固體培養(yǎng)基4、脫水培養(yǎng)基1、液體培養(yǎng)基一類呈液體狀態(tài)的培養(yǎng)基。用途：大規(guī)模培養(yǎng)微生物，研究生理代謝等——用途廣泛。2、固體培養(yǎng)基（solidmedium）一類外觀呈固體狀態(tài)的培養(yǎng)基，根據(jù)固態(tài)的性質(zhì)分為：（1）固化培養(yǎng)基——瓊脂、明膠（2）非可逆性固化培養(yǎng)基——血清、硅膠（3）天然固態(tài)培養(yǎng)基——天然基質(zhì)（4）濾膜——醋酸纖維——微孔用途：菌種分離、鑒定、計(jì)數(shù)、保藏、生物檢定等等。瓊脂與明膠若干特性的比較化學(xué)成分營(yíng)養(yǎng)價(jià)值分解性融化溫度凝固溫度常用濃度透明度粘著力耐加壓滅菌瓊脂聚半乳糖硫酸酯無罕見~96℃~40℃1.5~2.0%高強(qiáng)強(qiáng)明膠蛋白質(zhì)（多肽）作氮源極易~25℃~20℃5~12%高強(qiáng)弱3、半固體培養(yǎng)基指在液體培養(yǎng)基中加入少量的凝固劑而配制成的半固體狀態(tài)培養(yǎng)基。0.5~1.0%瓊脂。用途：觀察細(xì)菌的運(yùn)動(dòng)、菌種保藏、厭氧菌的分離培養(yǎng)和計(jì)數(shù)、測(cè)定噬菌體效價(jià)（雙層平板法）等4、脫水培養(yǎng)基

（dehydratedculturemedia）又稱脫水商品培養(yǎng)基、預(yù)制干燥培養(yǎng)基。指含有除水以外的一切成分的商品培養(yǎng)基，使用時(shí)只要加入適量水分并加以滅菌即可。優(yōu)點(diǎn)：成分精確，重現(xiàn)性好，使用方便。生物檢測(cè)經(jīng)常在使用。（三）按培養(yǎng)基對(duì)微生物的功能作分類1、選擇性培養(yǎng)基2、鑒別性培養(yǎng)基1、選擇性培養(yǎng)基根據(jù)某種微生物的特殊營(yíng)養(yǎng)要求或其對(duì)某化學(xué)、物理因素的抗性而設(shè)計(jì)的培養(yǎng)基，具有使混合菌樣中的劣勢(shì)菌變成優(yōu)勢(shì)菌，從而提高該菌的篩選效率。設(shè)計(jì)原理：①投其所好——加富性選擇培養(yǎng)基②取其所抗——抑制性選擇培養(yǎng)基幾個(gè)常見選擇性培養(yǎng)基（1）酵母富集培養(yǎng)基葡萄糖5％，尿素0.1％，（NH4）2SO40.1％，KH2PO40.25％，Na2HPO40.05％，MgSO4·7H2O0.1％，F(xiàn)eSO4·7H2O0.01％，酵母膏0.05％，孟加拉紅1／3萬，pH=4.5。（2）Ashby無氮培養(yǎng)基（富集自生固氮菌用）甘露醇1％，KH2PO40.02％，MgSO4·7H2O0.02％，NaCl0.02％，CaSO4·2H2O0.01％，CaCO30.5％。（3）Martin培養(yǎng)基（富集土壤真菌用）葡萄糖1％，蛋白胨0.5％，KH2PO40.1％，MgSO4·7H2O0.05％，瓊脂2％，孟加拉紅1／3萬，鏈霉素30μg／ml，金霉素2μg／ml。（4）含糖酵母膏