第五章微生物的營養類型第一節微生物的營養類型

根據生長所需要的營養物質的性質（碳源），可將生物分成兩種基本的營養類型異養型生物:生長時需要以復雜的有機物質作為營養物質的生物。自養型生物:生長時能以簡單的無機物質作為營養物質的生物。動物屬于異養型生物，植物屬于自養型的生物。

而微生物既有異養型的也有自養型的，大多數微生物屬于異養型生物，少數微生物屬于自養型生物。根據生長時能量的來源不同，又可將生物分成為：化能營養型生物：依靠化合物氧化釋放的能量進行生長的生物。光能營養型生物：依靠光能進行生長的生物。

動物和大部分微生物屬于化能營養型生物，它們從物質的氧化過程中獲得能量。植物和少數微生物屬于光能營養型生物。

微生物的營養類型營養類型能源氫供體基本碳源實例光能無機營養型光無機物CO2藍細菌,紫硫細菌,（光能自養型）綠硫細菌,藻類光能有機營養型光有機物CO2及簡紅螺菌科的細菌（光能異養型）單有機物（紫色無硫細菌）化能無機營養型無機物CO2硝化細菌,硫化細菌,鐵細菌,氫細菌,硫磺細菌等（化能自養型）化能有機營養型有機物有機物有機物絕大多數細菌和（化能異養型）全部真核微生物無機物第二節培養基(medium)定義：應科研或生產的需要，由人工配制的，適合于不同微生物生長繁殖或積累代謝產物用的營養基質（混合養料）統稱為培養基。廣義上說，凡是支持微生物生長繁殖的介質或材料均可作為微生物的培養基。特點：任何培養基都應具備微生物所需要的五大營養要素，且應比例適當。所以一旦配成必須立即滅菌。用途：促使微生物生長；積累代謝產物；分離微生物菌種；鑒定微生物種類；微生物細胞計數；菌種保藏；制備微生物制品。1、培養基的配制原則＊培養基組分應適合微生物的營養特點（目的明確）＊營養物的濃度與比例應恰當（營養協調）＊物理化學條件適宜（條件適宜）＊根據培養目的選擇原料及其來源（經濟節約）●培養基組分應適合微生物的營養特點

即根據不同微生物的營養需要配制不同的培養基。不同營養類型的微生物，其對營養物的需求差異很大。如自養型微生物的培養基完全可以由簡單的無機物質組成。異養型生物的培養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菌的特點。

按微生物的主要類群來說，它們所需要的培養基成分也不同：

細菌：牛肉膏蛋白胨培養基

LB(Luria-Bertani)

放線菌：高氏一號培養基

真菌：查氏合成培養基

PDA(Potato-Dextrose-Agar)

酵母菌：麥芽汁當對試驗菌營養需求特點不清楚的時候，可以采用‘生長譜’法進行測定。●營養物的濃度與比例應恰當●濃度過高——對微生物的生長起抑制作用；濃度過小——不能滿足微生物生長的需要。●碳氮比（C/N）直接影響微生物生長與繁殖及代謝物的形成與積累，故常作為考察培養基組成時的一個重要指標。

●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

碳源中的碳原子的mol數氮源中所含的氮原子的mol數C/N比值=例：谷氨酸生產中

C/N＝4/1時，菌體大量繁殖，谷氨酸積累少；C/N＝3/1時，菌體生長受抑制，而谷氨酸大量增加。一般培養基C/N為100/0.5~2谷氨酸發酵培養基 為100/11~21放線菌蛋白酶培養為100/10~20●物理化學條件適宜

（1）pH:

各類微生物的最適生長pH值各不相同：

細菌：7.0~8.0 放線菌：7.5~8.5酵母菌：3.8~6.0

霉菌：4.0~5.8菌根菌：5.5~7.5

在微生物的生長和代謝過程中，由于營養物質的利用和代謝產物的形成與積累，培養基的初始pH值會發生改變，為了維持培養基pH值的相對恒定，通常采用下列兩種方式：內源調節：在培養基里加一些緩沖劑或不溶性的碳酸鹽；調節培養基的碳氮比。外源調節：按實際需要不斷向發酵液流加酸或堿液例如：控制培養基的pH值☆磷酸緩沖液：pH值從6.0~7.6之間K2HPO4+HClKH2PO4+KClKH2PO4+KOHK2HPO4+H2O☆加入CaCO3：

CO32–HCO3–H2CO3CO2+H2O+H+–H–+H+–H–☆培養基中所含氨基酸、肽、蛋白質等物質也可起到緩沖作用。（2）滲透壓和aw滲透壓 等滲溶液 適宜微生物生長 高滲溶液 細胞發生質壁分離 低滲溶液 細胞吸水膨脹，直至破裂大多數微生物適合在等滲的環境下生長，而有的菌能在3mol/LNaCl的高滲溶液中生長。能在高鹽環境（2.8~6.2/LNaCl）生長的微生物常被稱為嗜鹽微生物。2、根據培養基的應用目的選擇原料及其來源(1)是培養菌體，還是積累代謝產物？(2)是實驗室種子培養，還是大規模發酵？(3)代謝產物是初級代謝產物，還是次級代謝產物？☆用于培養菌體種子的培養基營養應豐富，氮源含量宜高（碳氮比低）；☆用于大量生產代謝產物的培養基其氮源一般應比種子培養基稍低，（但若發酵產物是含氮化合物時，有時還應提高培養基的氮源含量）；若代謝產物是次級代謝產物時要考慮是否加入特殊元素或特定的代謝產物；☆當所設計的是大規模發酵用的培養基時，應重視培養基中各成份的來源和價格，應選擇來源廣泛、價格低廉的原料，提倡以粗代精，以廢代好。生態模擬調查所培養菌的生態條件，查看“嗜好”，對“癥”下料——初級天然培養基。查閱文獻查閱、分析文獻，調查前人的工作資料，借鑒別人的經驗，以便從中得到啟發設計有自己特色的培養基配方。精心設計借助優選法或正交試驗設計法等方法。3、設計培養基的方法實驗比較：

不同培養基配方的選擇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小型試驗放大到大型生產條件的比較

pH和溫度試驗◆附1：配置培養基時應注意的幾個問題及解決方法：＊沉淀＊膠體強度的破壞＊褐色物質的形成＊

pH發生變化高壓蒸氣滅菌一般培養基:

0.5Kg/cm2,120℃,15-30min

含糖培養基:0.5

kg/cm2,115－118℃,20-25min

過濾滅菌,分別滅菌,間歇滅菌的應用。◆附2：培養基的滅菌

過濾滅菌◆附3：器皿的滅菌及無菌室的消毒器皿的滅菌：

干熱空氣：160℃，2h無菌室的消毒：

紫外光化學藥物熏蒸（苯酚；高錳酸鉀+甲醛）4、培養基的類型及其應用★-1

根據所培養微生物的類群來分:①細菌培養基②放線菌培養基③真菌培養基★-2根據培養目的來分:

①種子培養基—是為保證發酵生產獲得大量優質種子而設計的培養基，特點是營養較豐富，氮源比例較高。有時為使菌種能迅速適應后面的發酵條件，還有意識地加入發酵培養基的基質。

②發酵培養基—用于生產預定發酵產物，一般以碳為主要元素，碳源含量往往高于種子培養基。大規模生產時，原料應價廉易得，還應有利于產物的分離提取。細菌培養基—營養肉湯（nutrientbroth)：

牛肉膏3g；水1000ml；蛋白胨5g；pH7.2~7.4放線菌培養基—高氏1號：可溶性淀粉20g；KNO31g;K2HPO41g

MgSO40.5gNaCl1g;FeSO4?7H2O0.5g水1000ml;pH7.2~7.4霉菌培養基—查氏（zapek)培養基

蔗糖30g;KCl0.5g;MgSO4.H2O0.5g;FeSO40.5g水1000ml;K2HPO41g;NaNO33g;pH6.7大多數真菌培養基——馬丁氏培養基；

酵母菌培養基——麥芽汁培養基；

菌根菌——Pach、MMN、MRD、MMA。

★-3按對培養基成分的了解程度來分

①天然培養基：利用化學成分還不完全清楚或不恒定的天然物質，（如肉湯、蛋白胨、麥芽汁、酵母汁、豆芽汁、玉米粉、牛奶、血清等）制成的培養基，天然培養基比較經濟，除實驗室經常使用外，更適宜于在生產上用來大規模地培養微生物和生產微生物產品。

②合成（組合）培養基：由化學成分完全了解的物質配制而成的培養基，該類培養基的組成成分精確、清楚，重復性強，但微生物生長較慢，且價格昂貴，故一般適于在實驗室范圍內在微生物營養需要、代謝、分類鑒定、生物測定以及菌種選育、遺傳分析等方面的研究工作。如高氏培養基、查氏培養基等。③半組合培養基：在合成培養基的基礎上添加些天然成份，以更有效地滿足微生物對營養物的需要，如馬鈴薯蔗糖培養基。★-4按制備后培養基外觀的物理狀態來分

③液體培養基：液體培養基不含任何凝固劑，菌體與培養基充分接觸，操作方便，常用于大規模的工業生產以及在實驗室進行微生物生理代謝等基本理論的研究工作。可據培養后的濁度判斷微生物的生長程度。

①固體培養基：天然固體營養基質制成的培養基，或液體培養基中加入一定量凝固劑（瓊脂1.5～2％)而呈固體狀態的培養基。為微生物的生長提供營養表面。常用于微生物的分離、純化、計數等方面的研究。可依使用目的不同而制成斜面、平板等形式。

②半固體培養基：在液體培養基中加入0.2-0.7％的瓊脂構成的培養基。常用來觀察細菌運動的特征，以進行菌種鑒定等方面的實驗工作。

＊不被微生物分解、利用、液化；＊不因消毒滅菌而被破壞；＊在微生物的生長溫度內保持固態；＊凝固點的溫度對微生物無害；＊透明度好，粘著力強。理想凝固劑應具備的條件：常用凝固劑瓊脂與明膠的比較比較內容瓊脂明膠常用濃度1.5~2%5~12%熔點9625凝固點4020pH微酸酸性灰分（％）1614~15氧化鈣（％）1.150氧化鎂（％）0.770氯（％）0.418.3生物可能利用能力大多數微生物不利用大多數微生物能利用瓊脂：石花菜中提取的高度分支的復雜多糖明膠：膠原蛋白制備產物★-5按特殊用途劃分①基礎培養基:

是含有一般微生物生長繁殖所需的基本營養物質的培養基；另外基礎培養基也可作為一些特殊培養基的基礎成分（如制備糖發酵培養基時）。

②選擇性培養基：是根據某種或某一類群微生物的特殊營養需要，或對某種化合物的敏感性不同而設計出來的一類培養基。利用這種培養基可用來將某種或某類微生物從混雜的微生物群