微生物的营养生命科学学院微生物的特点：
食谱广、胃口大营养物质,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营养,微生物获得和利用营养物质的过程营养物质是微生物生存的物质基础，而营养是生物维持和延续其生命形式的一种生理过程。
（参见 P75）
本章内容：
第一节，微生物的营养要求
（微生物们需要吃什么？）
第三节，营养物质进入细胞
（微生物们是怎样吃东西的）
第二节，培养基
（如何给微生物们做饭）
第一节 微生物的营养要求思考题：微生物都需要哪些营养物质，这些营养物质各自的功能如何？
一、二内容自学！
第一节 微生物的营养要求三,微生物的营养类型微生物营养类型的分类标准：
生长所需要的营养物质
（碳源）
自养型：以 CO2为唯一或主要碳源异养型：以有机物为主要碳源生长过程中能量的来源
（能源）
光能型：生长所需的能量来自于光源化能型：生长所需的能量来自于有机物氧化释放的化学能光能自养型：以光为能源，不依赖任何有机物即可正常生长光能异养型：以光为能源，但生长需要一定的有机营养化能自养型：以无机物的氧化获得能量，生长不依赖有机营养物化能异养型：以有机物的氧化获得能量，生长依赖于有机营养物质第一节 微生物的营养要求三、微生物的营养类型划分依据 营养类型 特点碳源 自养型 ( au t ot roph s) 以 CO
2
为唯一或主要碳源异养型 ( h e t e rot roph s) 以有机物为碳源能源 光能营养型 ( ph ot ot roph s) 以光为能源化能营养型 ( c h e m ot roph s ) 以有机物氧化释放的化学能为能源电子供体 无机营养型 ( l i t h ot roph s) 以还原性无机物为电子供体有机营养型 ( o rgan ot roph s) 以有机物为电子供体微生物营养类型 (Ⅰ)
（参见 P81）
第一节 微生物的营养要求三、微生物的营养类型微生物的营养类型 (Ⅱ)
营养类型 电子供体 碳源 能源 举例光能无机自养型
（光能自养型）
H
2
,H
2
S,S 或 H
2
O CO 2 光能 着色细菌、蓝细菌、藻类光能有机异养型
（光能异养型）
有机物 有机物 光能 红螺细菌化能无机自养型
（化能自养型）
H
2
,H
2
S,Fe
2+
、
NH
3
或 NO
2
-
CO
2 化学能
( 无机物氧化 )
氢细菌、硫杆菌、亚硝化单胞菌 属 (Ni tr oso mon as ),甲烷杆菌属
(Methanobac terium),醋 杆菌属 (Ac eto b act er)
化能有机异养型
（化能异养型）
有机物 有机物 化学能
（有机物氧化 )
假单胞菌属、芽孢杆菌属、
乳酸菌属、真菌、原生动物
（参见 P82）
据供氢体无机型：通过氧化无机物来还原 CO2进行细胞生长有机型：以有机物为供氢体来部分还原 CO2进行细胞生长三、微生物的营养类型
1,光能无机自养型（光能自养型）
能以 CO2为主要唯一或主要碳源；
进行光合作用获取生长所需要的能量；
以无机物如 H2,H2S,S等作为供氢体或电子供体，
使 CO2还原为细胞物质；
例如，藻类及蓝细菌等和植物一样，以水为电子供体（供氢体），
进行产氧型的光合作用，合成细胞物质。而红硫细菌，以 H2S为电子供体，产生细胞物质，并伴随硫元素的产生。
CO2+ 2H2S 光能光合色素 [ CH2O] + 2S+ H2O
第一节 微生物的营养要求三、微生物的营养类型
2,光能有机异养型（光能异养型）微生物不能以 CO2为主要或唯一的碳源；
以有机物作为供氢体，利用光能将 CO2还原为细胞物质；
在生长时大多数需要外源的生长因子；
例如，红螺菌属中的一些细菌能利用异丙醇作为供氢体，
将 CO2还原成细胞物质，同时积累丙酮。
CHOH + CO2
H3C
H3C
2
光能光合色素
2 CH3C0CH3 +[ CH2O] + H2O
第一节 微生物的营养要求三、微生物的营养类型
3,化能无机自养型（化能自养型）微生物生长所需要的能量来自无机物氧化过程中放出的化学能；
以 CO2或碳酸盐作为唯一或主要碳源进行生长时，利用 H2,H2S、
Fe2+,NH3或 NO2-等作为电子供体使 CO2还原成细胞物质。
化能无机自养型只存在于微生物中，可在完全无机及无光的环境中生长。
它们广泛分布于土壤及水环境中,参与地球物质循环；
例如，硝化细菌、氢细菌、铁细菌等。
第一节 微生物的营养要求三、微生物的营养类型
4,化能有机异养型（化能异养型）微生物生长所需要的能量均来自有机物氧化过程中放出的化学能；
生长所需要的碳源主要是一些有机化合物，
如淀粉、糖类、纤维素、有机酸等。
有机物通常既是碳源也是能源；
大多数细菌、真菌、原生动物都是化能有机异养型微生物；
所有致病微生物均为化能有机异养型微生物；
（参见 P81）
第一节 微生物的营养要求三、微生物的营养类型
4,化能有机异养型（化能异养型）微生物腐生型 (metatrophy)：
可利用无生命的有机物 (如动植物尸体和残体 )作为碳源；
寄生型 (paratrophy)：
寄生在活的寄主机体内吸取营养物质,离开寄主就不能生存；
在腐生型和寄生型之间还存在中间类型：
兼性腐生型 (facultive metatrophy)；
兼性寄生型 (facultive paratrophy)；
（参见 P82）
根据它们所用的有机物的特性，将其又分为如下两类三、微生物的营养类型不同营养类型之间的界限并非绝对（ P82）：
异养型微生物并非绝对不能利用 CO2；
自养型微生物也并非不能利用有机物进行生长；
有些微生物在不同生长条件下生长时,其营养类型也会发生改变；
例如紫色非硫细菌 (purple nonsulphur bacteria)：
没有有机物时，同化 CO2,为 自养型微生物；
有机物存在时，利用有机物进行生长，为 异养型微生物 ；
光照和厌氧条件下，利用光能生长，为 光能营养型微生物；
黑暗与好氧条件下，依靠有机物氧化产生的化学能生长，
为 化能营养型微生物；
微生物营养类型的可变性无疑有利于提高其对环境条件变化的适应能力第二节 培养基培养基几乎是一切对微生物进行研究和利用工作的基础培养基（ medium）是人工配制的，适合微生物生长繁殖或产生代谢产物的营养基质 。
任何培养基都应该具备微生物生长所需要六大营养要素：
碳源、氮源、无机盐、能源、生长因子、水
（参见 P82）
任何培养基一旦配成，必须立即进行灭菌处理 （参见 P85） ；
常规高压蒸汽灭菌：
1.05kg/cm2,121.3℃ 15-30分钟； 0.56kg/cm2,112.6℃ 15-30分钟某些成分进行分别灭菌；
过滤除菌；
一、配制培养基的原则在微生物学研究和生长实践中，配置合适的培养基是一项最基本的要求。
1、选择适宜的营养物质培养不同的微生物必须采用不同的培养条件；
培养目的不同，原料的选择和配比不同；实验室的常用培养基：
细菌,牛肉膏蛋白胨培养基（或简称普通肉汤培养基）；
放线菌：高氏 1号合成培养基培养；
酵母菌：麦芽汁培养基；
霉菌,查氏合成培养基；
实验室一般培养：普通常用培养基；
遗传研究：成分清楚的合成培养基；
生理、代谢研究：选用相应的培养基配方；
例如枯草芽孢杆菌：
一般培养：肉汤培养基或 LB培养基；
自然转化：基础培养基；
观察芽孢：生孢子培养基；
产蛋白酶：以玉米粉、黄豆饼粉为主的产酶培养基；
（参见 P82）
一、配制培养基的原则
2、营养物质浓度及配比合适营养物质的浓度适宜；
营养物质之间的配比适宜；高浓度糖类物质、无机盐、重金属离子等不仅不能维持和促进微生物的生长，反而起到抑制或杀菌作用。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 (或 )代谢产物的形成和积累，其中碳氮比 (C/N)的影响较大。
发酵生产谷氨酸时：
碳氮比为 4/1时，菌体大量繁殖，谷氨酸积累少；
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。
（参见 P84）
一、配制培养基的原则
3、物理化学条件适宜
pH；
水活度；
氧化还原电位；
3、物理化学条件适宜
1） pH
培养基的 pH必须控制在一定的范围内，以满足不同类型微生物的生长繁殖或产生代谢产物。
通常培养条件：
细菌与放线菌,pH7~7.5
酵母菌和霉菌,pH4.5~6范围内生长为了维持培养基 pH的相对恒定，通常在培养基中加入 pH缓冲剂，
或在进行工业发酵时补加酸、碱。
3、物理化学条件适宜
2） 水活度 （参见 P80）
在天然环境中，微生物可实际利用的自由水或游离水的含量，
一般用在一定的温度和压力条件下,溶液的蒸汽压力与同样条件下纯水蒸汽压力之比表示，即：
α w=Pw/Pow
式中 Pw代表溶液蒸汽压力,POw代表纯水蒸汽压力。
纯水 α w为 1.00,溶液中溶质越多,α w越小 。
微生物一般在 α w为 0.60～ 0.99的条件下生长,α w过低时,
微生物生长的迟缓期延长,比生长速率和总生长量减少。
微生物不同，其生长的最适 α w不同。
3、物理化学条件适宜
2） 水活度 （参见 P80）
3、物理化学条件适宜
3）氧化还原电位 （参见 P85）
氧化还原电位又称氧化还原电势（ redox potential），是度量某氧化还原系统中的还原剂释放电子或氧化剂接受电子趋势的一种指标，其单位是 V（伏）或 mV（毫伏）。
就向微生物与 pH的关系一样，不同类型微生物生长对氧化还原电位 (Ф )的要求不同好氧性微生物,+0.1伏以上时可正常生长,以 +0.3～ +0.4伏为宜；
厌氧性微生物：低于 +0.1伏条件下生长；
兼性厌氧微生物,+0.1伏以上时进行好氧呼吸,
+0.1伏以下时进行发酵。
3、物理化学条件适宜
3）氧化还原电位 （参见 P85）
氧化还原电位与氧分压和 pH有关,也受某些微生物代谢产物的影响增加通气量 (如振荡培养、搅拌 )提高培养基的氧分压，或加入氧化剂，从而增加 Ф 值；
在培养基中加入抗坏血酸（ 0.1%）、硫化氢 (0.025%)、半胱氨酸
(<0.05%)、谷胱甘肽、二硫苏糖醇、庖肉等还原性物质可降低 Ф 值。
培养基中加入氧化还原指示剂刃天青可对氧化还原电位进行间接测定
3、物理化学条件适宜
3）氧化还原电位氧化还原电位与氧分压和 pH有关,也受某些微生物代谢产物的影响一、配制培养基的原则
4,经济节约 （参见 P85）
配制培养基时应尽量利用廉价且易于获得的原料作为培养基成份,
特别是在发酵工业中,以降低生产成本。
以粗代精 以,野,代,家,
以废代好 以简代繁以烃代粮 以纤代糖以无机氮代蛋白对微生物来说，各种粗原料营养更加完全，效果更好。
而且在经济上也节约。
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质的野生植物，可以部分取代粮食用于工业发酵的碳源。
以工农业生产中易污染环境的废弃物作为培养微生物的原料。
例如，糖蜜 (制糖工业中含有蔗糖的废液 )、乳清 (乳制品工业中含有乳糖的废液 )、豆制品工业废液及黑废液 (造纸工业中含有戊糖和己糖的亚硫酸纸浆 )等都可作为培养基的原料。
工业上的甲烷发酵主要利用废水、废渣作原料,
在我国农村，已推广利用粪便及禾草为原料发酵生产甲烷作为燃料。
另外,大量的农副产品或制品，如麸皮、米糠、玉米浆、酵母浸膏、
酒糟、豆饼、花生饼、蛋白胨等都是常用的发酵工业原料。
某制药厂改进链霉素发酵液中的原有配方，设法减去 30-50%的黄豆饼粉,25%的葡萄糖和 20%硫酸铵，结果反而提高了产量。以石油或天然气副产品代替糖质原料来培养微生物。
生产石油蛋白将石油产品转化成一些产值更高的高级醇、脂肪酸、环烷酸等化工产品和若干合成物；
对石油产品的品质进行改良，如脱硫、脱蜡等。
开发利用纤维素这种世界上含量最丰富的可再生资源。将大量的纤维素农副产品转变为优质饲料、工业发酵原料、燃料及人类的食品及饮料。
以大气氮、铵盐、硝酸盐或尿素等一类非蛋白质或非氨基酸廉价原料用作发酵培养基的原料，让微生物转化成菌体蛋白质或含氮的发酵产物供人们利用。
一、配制培养基的原则
5 灭菌处理任何培养基一旦配成，必须立即进行灭菌处理常规高压蒸汽灭菌：
1.05kg/cm2,121.3℃ 15-30分钟； 0.56kg/cm2,112.6℃ 15-30分钟某些成分进行分别灭菌；
过滤除菌；
第二节 培养基二,培养基的种类及应用
1．按成份不同划分天然培养基 (complex medium)
以化学成分还不清楚或化学成分不恒定的天然有机物组成合成培养基 (synthetic medium)
是由化学成份完全了解的物质配制而成的培养基，也称化学限定培养基 (chemically defined medium)
营养物质 来源 主要成份牛肉浸膏 瘦牛肉组织浸出汁浓缩而 富含水溶性碳水化合物、有机成的膏状物质 氮化合物、维生素、盐等蛋白胨 将肉、酪素或明胶用酸或 富含有机氮化合物、也含有一蛋白酶水解后干燥而成的 些维生素和碳水化合物粉末状物质酵母浸膏 酵母细胞的水溶性提取物 富含 B 类维生素,也含有有机氮浓缩而成的膏状物质 化合物和碳水化合物天然培养基成本较低，经济实用，但重复性较差合成培养基成本较高，但成分精确，重复性强。
第二节 培养基二,培养基的类型及应用
2．根据物理状态划分培养基中凝固剂（琼脂）
的有无及含量的多少固体培养基（ 1.5%-2.5%）
半固体培养基（ 0.2%-0.7%）
液体培养基固体培养基用于微生物分类、鉴定、记数及菌种保藏半固体培养基用于观察细菌的运动、鉴定及噬菌体的效价测定液体培养基用于大规模的工业生产及实验室进行理论代谢研究二,培养基的类型及应用
3．按用途划分
1）基础培养基 (minimum medium)
在一定条件下含有某种微生物生长繁殖所需的基本营养物质的培养基，
也称为基本培养基。
终体积（ ml ） 250 500 1000
（ NH 4 ） 2 SO 4 2g 4g 8g
K 2 H P O 4 14g 28g 56g
KH 2 PO 4 6g 12g 24g
柠檬酸钠 · 2H 2 O 1g 2g 4g
终体积 5 m l 50 m l 100 m l 200 m l
2% M g 2 SO 4 · 7H 2 O
（ 100 ×）
50? l 500? l 1 m l 2 m l
25% 葡萄糖
（ 50 ×）
100? l 1 m l 2 m l 4 m l
基本盐溶液
（ 4 ×）
1.2 5 m l 12,5 m l 25 m l 50 m l
水 3.6 m l 36 m l 72 m l 144 m l
氨基酸 ( 50? g/ m l ) * 25? l 250? l 500? l 1 m l
氨基酸 ( 20? g/ m l ) 10? l 100? l 200? l 400? l
2）完全培养基 (complete medium)
在一定条件下含有某种微生物生长繁殖所需的所有营养物质的培养基牛肉膏蛋白胨培养基就是枯草芽孢杆菌等的完全培养基二,培养基的类型及应用
3．按用途划分
3）加富培养基和富集培养基 (enrichment medium)
在普通培养基（如肉汤蛋白胨培养基）中加入某些特殊营养物质制成的一类营养丰富的培养基。
这些特殊营养物质包括 血液、血清、酵母浸膏、动植物组织液 等。
用来培养营养要求比较苛刻的异养型微生物，如培养百日咳博德氏菌 (Bordetella pertussis)需要含有血液的加富培养基。
根据待分离微生物的特点设计的培养基，用于从环境中富集和分离某种微生物。
（目的微生物在这种培养基中较其他微生物生长速度快，并逐渐富集而占优势，从而容易达到分离该种微生物的目的。）
（参见 P88） 二,培养基的类型及应用3．按用途划分
4）鉴别培养基 (differential medium)
用于鉴别不同类型微生物的培养基特定的化学反应，产生明显的特征性变化，
根据这种特征性变化,可将该种微生物与其他微生物区分开来。
4）鉴别培养基 (differential medium)
培养基名称 加入化学物质 微生物代谢产物 培养基特征性变化 主要用途酪素培养基 酪素 胞外蛋白酶 蛋白水解圈 鉴别产蛋白酶菌株明胶培养基 明胶 胞外蛋白酶 明胶液化 鉴别产蛋白酶菌株油脂培养基 食用油,土温,胞外脂肪酶 由淡 红色变成深红色 鉴别产脂肪酶菌株中性红指示剂淀粉培养基 可溶性淀粉 胞外淀粉酶 淀粉水解圈 鉴别产淀粉酶菌株
H 2 S 试验培养基 醋酸铅 H 2 S 产生黑色沉淀 鉴别产 H 2 S 菌株糖发酵培养基 溴甲酚紫 乳酸、醋酸、丙酸等 由紫色变成黄色 鉴别 肠道细菌远藤氏培养基 碱性复红、亚硫酸钠 酸、乙醛 带金属光泽深红色菌落 鉴别水中大肠菌群伊红美蓝培养基 伊红、美蓝 酸 带金属光泽深紫色菌落 鉴别水中大肠菌群伊红和美蓝二种苯胺染料可抑制 G+细菌 和一些难培养的 G— 细菌 。
在低酸度时，这二种染料结合形成沉淀，起着产酸指示剂的作用。
试样中的多种肠道菌会在 EMB培养基上产生相互易区分的特征菌落
，因而易于辨。例如大肠杆菌强烈分解乳糖而产生大量的混合酸，
菌体呈酸性，菌落被染成深紫色，从菌落表面的反射光中还可看到绿色金属闪光。
（参见 P88） 二,培养基的类型及应用3．按用途划分
5）选择培养基 (selective medium)
用于将某种或某类微生物从混杂的微生物群体中分离出来的培养基,
根据不同种类微生物的特殊营养需求或对某种化学物质的敏感性不同，在培养基中 加入相应的特殊营养物质或化学物质，抑制不需要的微生物的生长,有利于所需微生物的生长。
5）选择培养基 (selective medium)
5）选择培养基 (selective medium)
第三节 营养物质进入细胞
（参见 P90）
一,扩散 (diffusion)
二、促进扩散 (facilitated diffusion)
三,主动运输 (active transport)
四,膜泡运输 (memberane vesicle transport)
第三节 营养物质进入细胞
（参见 P90）一,扩散 (diffusion)
一,扩散 (diffusion)
简单的物质扩散，动力、被运载的营养物质的变化、载体特异性、耗能、运载速度等物质跨膜扩散的能力和速率与该物质的性质有关,分子量小、
脂溶性、极性小的物质易通过扩散进出细胞。
扩散并不是微生物细胞吸收营养物质的主要方式,水是唯一可以通过扩散自由通过原生质膜的分子,脂肪酸、乙醇、甘油、
苯、一些气体分子 (O2,CO2)及某些氨基酸在一定程度上也可通过扩散进出细胞。
（参见 P91）二,促进扩散 (facilitated diffusion)
通过促进扩散进行跨膜运输的物质需要借助与载体 (carrier)
的作用才能进入细胞 (图 4-1)，而且每种载体只运输相应的物质，具有较高的专一性。
与扩散比较，有自己运载的特异性载体只影响物质的运输速率，并不改变该物质在膜内外形成的动态平衡状态； 这种性质都类似于酶的作用特征，因此载体蛋白也称为透过酶； 透过酶大都是诱导酶,只有在环境中存在机体生长所需的营养物质时，相应的透过酶才合成。
比较两种扩散形式被动扩散促进扩散动力来源细胞内外物质浓度差细胞内外物质浓度差溶质运载方向由高浓度到低浓度由高浓度到低浓度需要能量情况不需要不需要被动扩散促进扩散运载物质的特异性无有需要蛋白情况不需要需要速度慢快前后溶质分子不变不变第三节 营养物质进入细胞
（参见 P92）三、主动运输 (active transport)
在物质运输过程中需要消耗能量可以进行逆浓度运输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运输物质所需能量来源：
好氧型微生物与兼性厌氧微生物直接利用呼吸能；
厌氧型微生物利用化学能 (ATP)；
光合微生物利用光能；
嗜盐细菌通过紫膜 (purple membrane)利用光能；
（参见 P92）三、主动运输 (active transport)
1、初级主动运输 (primary active transport)
通过耗能，来建立细胞内外质子浓度差，进行质子外排
（参见 P92）
三、主动运输 (active transport)
2、次级主动运输 (secondary active transport)
同向运输 (symport)
逆向运输 (antiport)
单向运输 (uniport)
为什么被称为,次级主动运输？
在初级主动运输的基础上，质子浓度差消失时，偶联一些物质的运输
（参见 P93）
三、主动运输 (active transport)
3、基团转位 (group translocation)
基团转位主要存在于厌氧型和兼性厌氧型细菌中，主要用于糖的运输。脂肪酸、核苷、碱基等也可通过这种方式运输。
有一个复杂的运输系统来完成物质的运输；
物质在运输过程中发生化学变化；细胞膜对这些变化了的物质具有高度的选择性。
三、主动运输 (active transport)
4,Na+,K+-ATP酶 (Na+,K+-ATPase)系统通过 ATP酶水解 ATP而获能，使酶蛋白载体发生构象变化在膜内外对 Na+,K+亲合力的变化，结果使细胞内
[Na+]降低，而 [K+]上升。
四、膜泡运输 (memberane vesicle transport)
膜泡运输主要存在于原生动物中，特别是变形虫 (amoeba)，
为这类微生物的一种营养物质的运输方式 )。
把你对下列培养基的认识填入表中成分 所属要素 成分 所属要素葡萄糖 MgSO4
KH2PO4 链霉素
Na2HPO4 （ NH4） 2SO4
尿素 水酵母膏 FeSO4
按其用途看属何种培养基？
按其物理状态看呢？
配制培养基的目的是什么？
注：此培养基的 PH为 4.5
食谱广、胃口大营养物质,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营养,微生物获得和利用营养物质的过程营养物质是微生物生存的物质基础，而营养是生物维持和延续其生命形式的一种生理过程。
（参见 P75）
本章内容：
第一节，微生物的营养要求
（微生物们需要吃什么？）
第三节，营养物质进入细胞
（微生物们是怎样吃东西的）
第二节，培养基
（如何给微生物们做饭）
第一节 微生物的营养要求思考题：微生物都需要哪些营养物质，这些营养物质各自的功能如何？
一、二内容自学！
第一节 微生物的营养要求三,微生物的营养类型微生物营养类型的分类标准：
生长所需要的营养物质
（碳源）
自养型：以 CO2为唯一或主要碳源异养型：以有机物为主要碳源生长过程中能量的来源
（能源）
光能型：生长所需的能量来自于光源化能型：生长所需的能量来自于有机物氧化释放的化学能光能自养型：以光为能源，不依赖任何有机物即可正常生长光能异养型：以光为能源，但生长需要一定的有机营养化能自养型：以无机物的氧化获得能量，生长不依赖有机营养物化能异养型：以有机物的氧化获得能量，生长依赖于有机营养物质第一节 微生物的营养要求三、微生物的营养类型划分依据 营养类型 特点碳源 自养型 ( au t ot roph s) 以 CO
2
为唯一或主要碳源异养型 ( h e t e rot roph s) 以有机物为碳源能源 光能营养型 ( ph ot ot roph s) 以光为能源化能营养型 ( c h e m ot roph s ) 以有机物氧化释放的化学能为能源电子供体 无机营养型 ( l i t h ot roph s) 以还原性无机物为电子供体有机营养型 ( o rgan ot roph s) 以有机物为电子供体微生物营养类型 (Ⅰ)
（参见 P81）
第一节 微生物的营养要求三、微生物的营养类型微生物的营养类型 (Ⅱ)
营养类型 电子供体 碳源 能源 举例光能无机自养型
（光能自养型）
H
2
,H
2
S,S 或 H
2
O CO 2 光能 着色细菌、蓝细菌、藻类光能有机异养型
（光能异养型）
有机物 有机物 光能 红螺细菌化能无机自养型
（化能自养型）
H
2
,H
2
S,Fe
2+
、
NH
3
或 NO
2
-
CO
2 化学能
( 无机物氧化 )
氢细菌、硫杆菌、亚硝化单胞菌 属 (Ni tr oso mon as ),甲烷杆菌属
(Methanobac terium),醋 杆菌属 (Ac eto b act er)
化能有机异养型
（化能异养型）
有机物 有机物 化学能
（有机物氧化 )
假单胞菌属、芽孢杆菌属、
乳酸菌属、真菌、原生动物
（参见 P82）
据供氢体无机型：通过氧化无机物来还原 CO2进行细胞生长有机型：以有机物为供氢体来部分还原 CO2进行细胞生长三、微生物的营养类型
1,光能无机自养型（光能自养型）
能以 CO2为主要唯一或主要碳源；
进行光合作用获取生长所需要的能量；
以无机物如 H2,H2S,S等作为供氢体或电子供体，
使 CO2还原为细胞物质；
例如，藻类及蓝细菌等和植物一样，以水为电子供体（供氢体），
进行产氧型的光合作用，合成细胞物质。而红硫细菌，以 H2S为电子供体，产生细胞物质，并伴随硫元素的产生。
CO2+ 2H2S 光能光合色素 [ CH2O] + 2S+ H2O
第一节 微生物的营养要求三、微生物的营养类型
2,光能有机异养型（光能异养型）微生物不能以 CO2为主要或唯一的碳源；
以有机物作为供氢体，利用光能将 CO2还原为细胞物质；
在生长时大多数需要外源的生长因子；
例如，红螺菌属中的一些细菌能利用异丙醇作为供氢体，
将 CO2还原成细胞物质，同时积累丙酮。
CHOH + CO2
H3C
H3C
2
光能光合色素
2 CH3C0CH3 +[ CH2O] + H2O
第一节 微生物的营养要求三、微生物的营养类型
3,化能无机自养型（化能自养型）微生物生长所需要的能量来自无机物氧化过程中放出的化学能；
以 CO2或碳酸盐作为唯一或主要碳源进行生长时，利用 H2,H2S、
Fe2+,NH3或 NO2-等作为电子供体使 CO2还原成细胞物质。
化能无机自养型只存在于微生物中，可在完全无机及无光的环境中生长。
它们广泛分布于土壤及水环境中,参与地球物质循环；
例如，硝化细菌、氢细菌、铁细菌等。
第一节 微生物的营养要求三、微生物的营养类型
4,化能有机异养型（化能异养型）微生物生长所需要的能量均来自有机物氧化过程中放出的化学能；
生长所需要的碳源主要是一些有机化合物，
如淀粉、糖类、纤维素、有机酸等。
有机物通常既是碳源也是能源；
大多数细菌、真菌、原生动物都是化能有机异养型微生物；
所有致病微生物均为化能有机异养型微生物；
（参见 P81）
第一节 微生物的营养要求三、微生物的营养类型
4,化能有机异养型（化能异养型）微生物腐生型 (metatrophy)：
可利用无生命的有机物 (如动植物尸体和残体 )作为碳源；
寄生型 (paratrophy)：
寄生在活的寄主机体内吸取营养物质,离开寄主就不能生存；
在腐生型和寄生型之间还存在中间类型：
兼性腐生型 (facultive metatrophy)；
兼性寄生型 (facultive paratrophy)；
（参见 P82）
根据它们所用的有机物的特性，将其又分为如下两类三、微生物的营养类型不同营养类型之间的界限并非绝对（ P82）：
异养型微生物并非绝对不能利用 CO2；
自养型微生物也并非不能利用有机物进行生长；
有些微生物在不同生长条件下生长时,其营养类型也会发生改变；
例如紫色非硫细菌 (purple nonsulphur bacteria)：
没有有机物时，同化 CO2,为 自养型微生物；
有机物存在时，利用有机物进行生长，为 异养型微生物 ；
光照和厌氧条件下，利用光能生长，为 光能营养型微生物；
黑暗与好氧条件下，依靠有机物氧化产生的化学能生长，
为 化能营养型微生物；
微生物营养类型的可变性无疑有利于提高其对环境条件变化的适应能力第二节 培养基培养基几乎是一切对微生物进行研究和利用工作的基础培养基（ medium）是人工配制的，适合微生物生长繁殖或产生代谢产物的营养基质 。
任何培养基都应该具备微生物生长所需要六大营养要素：
碳源、氮源、无机盐、能源、生长因子、水
（参见 P82）
任何培养基一旦配成，必须立即进行灭菌处理 （参见 P85） ；
常规高压蒸汽灭菌：
1.05kg/cm2,121.3℃ 15-30分钟； 0.56kg/cm2,112.6℃ 15-30分钟某些成分进行分别灭菌；
过滤除菌；
一、配制培养基的原则在微生物学研究和生长实践中，配置合适的培养基是一项最基本的要求。
1、选择适宜的营养物质培养不同的微生物必须采用不同的培养条件；
培养目的不同，原料的选择和配比不同；实验室的常用培养基：
细菌,牛肉膏蛋白胨培养基（或简称普通肉汤培养基）；
放线菌：高氏 1号合成培养基培养；
酵母菌：麦芽汁培养基；
霉菌,查氏合成培养基；
实验室一般培养：普通常用培养基；
遗传研究：成分清楚的合成培养基；
生理、代谢研究：选用相应的培养基配方；
例如枯草芽孢杆菌：
一般培养：肉汤培养基或 LB培养基；
自然转化：基础培养基；
观察芽孢：生孢子培养基；
产蛋白酶：以玉米粉、黄豆饼粉为主的产酶培养基；
（参见 P82）
一、配制培养基的原则
2、营养物质浓度及配比合适营养物质的浓度适宜；
营养物质之间的配比适宜；高浓度糖类物质、无机盐、重金属离子等不仅不能维持和促进微生物的生长，反而起到抑制或杀菌作用。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 (或 )代谢产物的形成和积累，其中碳氮比 (C/N)的影响较大。
发酵生产谷氨酸时：
碳氮比为 4/1时，菌体大量繁殖，谷氨酸积累少；
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。
（参见 P84）
一、配制培养基的原则
3、物理化学条件适宜
pH；
水活度；
氧化还原电位；
3、物理化学条件适宜
1） pH
培养基的 pH必须控制在一定的范围内，以满足不同类型微生物的生长繁殖或产生代谢产物。
通常培养条件：
细菌与放线菌,pH7~7.5
酵母菌和霉菌,pH4.5~6范围内生长为了维持培养基 pH的相对恒定，通常在培养基中加入 pH缓冲剂，
或在进行工业发酵时补加酸、碱。
3、物理化学条件适宜
2） 水活度 （参见 P80）
在天然环境中，微生物可实际利用的自由水或游离水的含量，
一般用在一定的温度和压力条件下,溶液的蒸汽压力与同样条件下纯水蒸汽压力之比表示，即：
α w=Pw/Pow
式中 Pw代表溶液蒸汽压力,POw代表纯水蒸汽压力。
纯水 α w为 1.00,溶液中溶质越多,α w越小 。
微生物一般在 α w为 0.60～ 0.99的条件下生长,α w过低时,
微生物生长的迟缓期延长,比生长速率和总生长量减少。
微生物不同，其生长的最适 α w不同。
3、物理化学条件适宜
2） 水活度 （参见 P80）
3、物理化学条件适宜
3）氧化还原电位 （参见 P85）
氧化还原电位又称氧化还原电势（ redox potential），是度量某氧化还原系统中的还原剂释放电子或氧化剂接受电子趋势的一种指标，其单位是 V（伏）或 mV（毫伏）。
就向微生物与 pH的关系一样，不同类型微生物生长对氧化还原电位 (Ф )的要求不同好氧性微生物,+0.1伏以上时可正常生长,以 +0.3～ +0.4伏为宜；
厌氧性微生物：低于 +0.1伏条件下生长；
兼性厌氧微生物,+0.1伏以上时进行好氧呼吸,
+0.1伏以下时进行发酵。
3、物理化学条件适宜
3）氧化还原电位 （参见 P85）
氧化还原电位与氧分压和 pH有关,也受某些微生物代谢产物的影响增加通气量 (如振荡培养、搅拌 )提高培养基的氧分压，或加入氧化剂，从而增加 Ф 值；
在培养基中加入抗坏血酸（ 0.1%）、硫化氢 (0.025%)、半胱氨酸
(<0.05%)、谷胱甘肽、二硫苏糖醇、庖肉等还原性物质可降低 Ф 值。
培养基中加入氧化还原指示剂刃天青可对氧化还原电位进行间接测定
3、物理化学条件适宜
3）氧化还原电位氧化还原电位与氧分压和 pH有关,也受某些微生物代谢产物的影响一、配制培养基的原则
4,经济节约 （参见 P85）
配制培养基时应尽量利用廉价且易于获得的原料作为培养基成份,
特别是在发酵工业中,以降低生产成本。
以粗代精 以,野,代,家,
以废代好 以简代繁以烃代粮 以纤代糖以无机氮代蛋白对微生物来说，各种粗原料营养更加完全，效果更好。
而且在经济上也节约。
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质的野生植物，可以部分取代粮食用于工业发酵的碳源。
以工农业生产中易污染环境的废弃物作为培养微生物的原料。
例如，糖蜜 (制糖工业中含有蔗糖的废液 )、乳清 (乳制品工业中含有乳糖的废液 )、豆制品工业废液及黑废液 (造纸工业中含有戊糖和己糖的亚硫酸纸浆 )等都可作为培养基的原料。
工业上的甲烷发酵主要利用废水、废渣作原料,
在我国农村，已推广利用粪便及禾草为原料发酵生产甲烷作为燃料。
另外,大量的农副产品或制品，如麸皮、米糠、玉米浆、酵母浸膏、
酒糟、豆饼、花生饼、蛋白胨等都是常用的发酵工业原料。
某制药厂改进链霉素发酵液中的原有配方，设法减去 30-50%的黄豆饼粉,25%的葡萄糖和 20%硫酸铵，结果反而提高了产量。以石油或天然气副产品代替糖质原料来培养微生物。
生产石油蛋白将石油产品转化成一些产值更高的高级醇、脂肪酸、环烷酸等化工产品和若干合成物；
对石油产品的品质进行改良，如脱硫、脱蜡等。
开发利用纤维素这种世界上含量最丰富的可再生资源。将大量的纤维素农副产品转变为优质饲料、工业发酵原料、燃料及人类的食品及饮料。
以大气氮、铵盐、硝酸盐或尿素等一类非蛋白质或非氨基酸廉价原料用作发酵培养基的原料，让微生物转化成菌体蛋白质或含氮的发酵产物供人们利用。
一、配制培养基的原则
5 灭菌处理任何培养基一旦配成，必须立即进行灭菌处理常规高压蒸汽灭菌：
1.05kg/cm2,121.3℃ 15-30分钟； 0.56kg/cm2,112.6℃ 15-30分钟某些成分进行分别灭菌；
过滤除菌；
第二节 培养基二,培养基的种类及应用
1．按成份不同划分天然培养基 (complex medium)
以化学成分还不清楚或化学成分不恒定的天然有机物组成合成培养基 (synthetic medium)
是由化学成份完全了解的物质配制而成的培养基，也称化学限定培养基 (chemically defined medium)
营养物质 来源 主要成份牛肉浸膏 瘦牛肉组织浸出汁浓缩而 富含水溶性碳水化合物、有机成的膏状物质 氮化合物、维生素、盐等蛋白胨 将肉、酪素或明胶用酸或 富含有机氮化合物、也含有一蛋白酶水解后干燥而成的 些维生素和碳水化合物粉末状物质酵母浸膏 酵母细胞的水溶性提取物 富含 B 类维生素,也含有有机氮浓缩而成的膏状物质 化合物和碳水化合物天然培养基成本较低，经济实用，但重复性较差合成培养基成本较高，但成分精确，重复性强。
第二节 培养基二,培养基的类型及应用
2．根据物理状态划分培养基中凝固剂（琼脂）
的有无及含量的多少固体培养基（ 1.5%-2.5%）
半固体培养基（ 0.2%-0.7%）
液体培养基固体培养基用于微生物分类、鉴定、记数及菌种保藏半固体培养基用于观察细菌的运动、鉴定及噬菌体的效价测定液体培养基用于大规模的工业生产及实验室进行理论代谢研究二,培养基的类型及应用
3．按用途划分
1）基础培养基 (minimum medium)
在一定条件下含有某种微生物生长繁殖所需的基本营养物质的培养基，
也称为基本培养基。
终体积（ ml ） 250 500 1000
（ NH 4 ） 2 SO 4 2g 4g 8g
K 2 H P O 4 14g 28g 56g
KH 2 PO 4 6g 12g 24g
柠檬酸钠 · 2H 2 O 1g 2g 4g
终体积 5 m l 50 m l 100 m l 200 m l
2% M g 2 SO 4 · 7H 2 O
（ 100 ×）
50? l 500? l 1 m l 2 m l
25% 葡萄糖
（ 50 ×）
100? l 1 m l 2 m l 4 m l
基本盐溶液
（ 4 ×）
1.2 5 m l 12,5 m l 25 m l 50 m l
水 3.6 m l 36 m l 72 m l 144 m l
氨基酸 ( 50? g/ m l ) * 25? l 250? l 500? l 1 m l
氨基酸 ( 20? g/ m l ) 10? l 100? l 200? l 400? l
2）完全培养基 (complete medium)
在一定条件下含有某种微生物生长繁殖所需的所有营养物质的培养基牛肉膏蛋白胨培养基就是枯草芽孢杆菌等的完全培养基二,培养基的类型及应用
3．按用途划分
3）加富培养基和富集培养基 (enrichment medium)
在普通培养基（如肉汤蛋白胨培养基）中加入某些特殊营养物质制成的一类营养丰富的培养基。
这些特殊营养物质包括 血液、血清、酵母浸膏、动植物组织液 等。
用来培养营养要求比较苛刻的异养型微生物，如培养百日咳博德氏菌 (Bordetella pertussis)需要含有血液的加富培养基。
根据待分离微生物的特点设计的培养基，用于从环境中富集和分离某种微生物。
（目的微生物在这种培养基中较其他微生物生长速度快，并逐渐富集而占优势，从而容易达到分离该种微生物的目的。）
（参见 P88） 二,培养基的类型及应用3．按用途划分
4）鉴别培养基 (differential medium)
用于鉴别不同类型微生物的培养基特定的化学反应，产生明显的特征性变化，
根据这种特征性变化,可将该种微生物与其他微生物区分开来。
4）鉴别培养基 (differential medium)
培养基名称 加入化学物质 微生物代谢产物 培养基特征性变化 主要用途酪素培养基 酪素 胞外蛋白酶 蛋白水解圈 鉴别产蛋白酶菌株明胶培养基 明胶 胞外蛋白酶 明胶液化 鉴别产蛋白酶菌株油脂培养基 食用油,土温,胞外脂肪酶 由淡 红色变成深红色 鉴别产脂肪酶菌株中性红指示剂淀粉培养基 可溶性淀粉 胞外淀粉酶 淀粉水解圈 鉴别产淀粉酶菌株
H 2 S 试验培养基 醋酸铅 H 2 S 产生黑色沉淀 鉴别产 H 2 S 菌株糖发酵培养基 溴甲酚紫 乳酸、醋酸、丙酸等 由紫色变成黄色 鉴别 肠道细菌远藤氏培养基 碱性复红、亚硫酸钠 酸、乙醛 带金属光泽深红色菌落 鉴别水中大肠菌群伊红美蓝培养基 伊红、美蓝 酸 带金属光泽深紫色菌落 鉴别水中大肠菌群伊红和美蓝二种苯胺染料可抑制 G+细菌 和一些难培养的 G— 细菌 。
在低酸度时，这二种染料结合形成沉淀，起着产酸指示剂的作用。
试样中的多种肠道菌会在 EMB培养基上产生相互易区分的特征菌落
，因而易于辨。例如大肠杆菌强烈分解乳糖而产生大量的混合酸，
菌体呈酸性，菌落被染成深紫色，从菌落表面的反射光中还可看到绿色金属闪光。
（参见 P88） 二,培养基的类型及应用3．按用途划分
5）选择培养基 (selective medium)
用于将某种或某类微生物从混杂的微生物群体中分离出来的培养基,
根据不同种类微生物的特殊营养需求或对某种化学物质的敏感性不同，在培养基中 加入相应的特殊营养物质或化学物质，抑制不需要的微生物的生长,有利于所需微生物的生长。
5）选择培养基 (selective medium)
5）选择培养基 (selective medium)
第三节 营养物质进入细胞
（参见 P90）
一,扩散 (diffusion)
二、促进扩散 (facilitated diffusion)
三,主动运输 (active transport)
四,膜泡运输 (memberane vesicle transport)
第三节 营养物质进入细胞
（参见 P90）一,扩散 (diffusion)
一,扩散 (diffusion)
简单的物质扩散，动力、被运载的营养物质的变化、载体特异性、耗能、运载速度等物质跨膜扩散的能力和速率与该物质的性质有关,分子量小、
脂溶性、极性小的物质易通过扩散进出细胞。
扩散并不是微生物细胞吸收营养物质的主要方式,水是唯一可以通过扩散自由通过原生质膜的分子,脂肪酸、乙醇、甘油、
苯、一些气体分子 (O2,CO2)及某些氨基酸在一定程度上也可通过扩散进出细胞。
（参见 P91）二,促进扩散 (facilitated diffusion)
通过促进扩散进行跨膜运输的物质需要借助与载体 (carrier)
的作用才能进入细胞 (图 4-1)，而且每种载体只运输相应的物质，具有较高的专一性。
与扩散比较，有自己运载的特异性载体只影响物质的运输速率，并不改变该物质在膜内外形成的动态平衡状态； 这种性质都类似于酶的作用特征，因此载体蛋白也称为透过酶； 透过酶大都是诱导酶,只有在环境中存在机体生长所需的营养物质时，相应的透过酶才合成。
比较两种扩散形式被动扩散促进扩散动力来源细胞内外物质浓度差细胞内外物质浓度差溶质运载方向由高浓度到低浓度由高浓度到低浓度需要能量情况不需要不需要被动扩散促进扩散运载物质的特异性无有需要蛋白情况不需要需要速度慢快前后溶质分子不变不变第三节 营养物质进入细胞
（参见 P92）三、主动运输 (active transport)
在物质运输过程中需要消耗能量可以进行逆浓度运输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运输物质所需能量来源：
好氧型微生物与兼性厌氧微生物直接利用呼吸能；
厌氧型微生物利用化学能 (ATP)；
光合微生物利用光能；
嗜盐细菌通过紫膜 (purple membrane)利用光能；
（参见 P92）三、主动运输 (active transport)
1、初级主动运输 (primary active transport)
通过耗能，来建立细胞内外质子浓度差，进行质子外排
（参见 P92）
三、主动运输 (active transport)
2、次级主动运输 (secondary active transport)
同向运输 (symport)
逆向运输 (antiport)
单向运输 (uniport)
为什么被称为,次级主动运输？
在初级主动运输的基础上，质子浓度差消失时，偶联一些物质的运输
（参见 P93）
三、主动运输 (active transport)
3、基团转位 (group translocation)
基团转位主要存在于厌氧型和兼性厌氧型细菌中，主要用于糖的运输。脂肪酸、核苷、碱基等也可通过这种方式运输。
有一个复杂的运输系统来完成物质的运输；
物质在运输过程中发生化学变化；细胞膜对这些变化了的物质具有高度的选择性。
三、主动运输 (active transport)
4,Na+,K+-ATP酶 (Na+,K+-ATPase)系统通过 ATP酶水解 ATP而获能，使酶蛋白载体发生构象变化在膜内外对 Na+,K+亲合力的变化，结果使细胞内
[Na+]降低，而 [K+]上升。
四、膜泡运输 (memberane vesicle transport)
膜泡运输主要存在于原生动物中，特别是变形虫 (amoeba)，
为这类微生物的一种营养物质的运输方式 )。
把你对下列培养基的认识填入表中成分 所属要素 成分 所属要素葡萄糖 MgSO4
KH2PO4 链霉素
Na2HPO4 （ NH4） 2SO4
尿素 水酵母膏 FeSO4
按其用途看属何种培养基？
按其物理状态看呢？
配制培养基的目的是什么？
注：此培养基的 PH为 4.5
