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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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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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
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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
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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。
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。
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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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