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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。
微生物生长所需的营养物质
【微生物生长所需的营养物质】
微生物的生长和繁殖受环境中的营养物质的制约。
营养物质一般可分为以下三类：
1、必需营养素：指微生物能在体内合成的有机物，它们是微生物自身维持正常代谢过程的必要物质，叫必需营养素。
这类营养素主要包括氮,磷,硫,钾,钙,钠,镁,氯,铁等。
2、缺乏营养素：微生物不能在体内合成，但生长过程中必须依赖的有机物，叫缺乏营养素。
这类营养素主要有维生素、各种氨基酸、特定有机酸、各种有机酮等。
3、光源营养素：微生物生长和繁殖过程中不仅需要氢、氧、碳等有机物，而且还需要一定数量的能量，这种能量可以通过吸收光能来补充。
根据营养物质的不同性质，微生物的分类也有所体现，如自养微生物（厌氧菌、厌氧芽孢杆菌）只需依赖其体内形成的谷胱甘肽作为氧源；光合微生物（叶绿体藻类）需要多种营养元素和光能作为能量源。
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微生物需要的六大营养物质微生物是一类微小的生物体，主要包括细菌、真菌和病毒等。
它们在自然界中广泛存在，对生物圈的平衡和生态系统的稳定起着重要的作用。
微生物的生长和繁殖需要六大营养物质，包括碳源、氮源、磷源、硫源、微量元素和水。
下面将分别介绍这六大营养物质对微生物的重要性。
一、碳源：碳是微生物体内重要的结构组分，也是微生物生长和繁殖的重要能源。
微生物通过代谢途径将有机物氧化为二氧化碳释放出能量，并将碳原子用于合成细胞组分，如蛋白质、核酸和脂类等。
碳源的种类和浓度对微生物生长有重要影响。
常见的碳源包括葡萄糖、果糖、麦芽糖等单糖，以及淀粉、纤维素等复合碳水化合物。
二、氮源：氮是微生物体内蛋白质和核酸等生物大分子的组成元素，也是微生物生长的重要营养物质之一。
微生物通过吸收和利用氮源合成蛋白质和核酸，并参与能量代谢过程。
常见的氮源包括无机氮化物（如硝酸盐、铵盐）和有机氮化物（如氨基酸、蛋白质等）。
三、磷源：磷是微生物体内核酸、脂质和磷酸化合物的重要组成元素，也是能量转移和转化的关键物质。
微生物通过吸收和利用磷源合成核酸和磷酸化合物，并参与细胞代谢过程。
常见的磷源包括磷酸盐和有机磷化合物等。
四、硫源：硫是微生物体内硫酸盐、硫酸氢盐和硫酸基的重要组成元素，也是微生物生长和代谢的重要营养物质之一。
微生物通过吸收和利用硫源合成硫酸盐、硫酸氢盐和硫酸基等化合物，并参与细胞代谢过程。
常见的硫源包括硫酸盐、硫酸氢盐和含硫氨基酸等。
五、微量元素：微生物生长和代谢需要多种微量元素的参与，包括铁、锰、锌、铜、钴、钼等。
这些微量元素在微生物体内作为酶的辅因子参与细胞代谢和酶催化反应，对微生物的生长和繁殖具有重要影响。
六、水：水是微生物生命活动的基本条件，也是微生物生长和代谢的重要溶剂。
水可以作为微生物体内各种化学反应的介质，参与细胞代谢和物质转运。
微生物通过吸收和利用水中的溶解氧和溶解营养物进行生长和繁殖。
微生物的生长和繁殖离不开碳源、氮源、磷源、硫源、微量元素和水这六大营养物质的供应。
微生物的营养与培养一、微生物的营养微生物的营养是指微生物从环境中吸收营养物质并加以利用的过程。
微生物同其他生物一样都是具有生命的，需要从它的生活环境中吸收所需的各种的营养物质来合成细胞物质和提供机体进行各种生理代谢所需的能量，使机体能进行生长与繁殖。
（一）微生物的营养要素细胞的组成：有蛋白质、核酸、碳水化合物、脂类和矿物质等。
微生物的基本营养1.碳源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物质通称碳源。
碳源通常也是机体生长的能源。
能作为微生物生长的碳源的种类极其广泛，既有简单的无机含碳化合物CO2和碳酸盐等，也有复杂的天然的有机含碳化合物，它们是糖和糖的衍生物、脂类、醇类、有机酸、烃类、芳香族化合物以及各种含碳的化合物。
但是微生物不同，利用这些含碳化合物的能力也不相同。
目前在微生物发酵工业中，常根据不同微生物的需要，利用各种农副产品如玉米粉、米糠、麦麸、马铃薯、甘薯以及各种野生植物的淀粉，作为微生物生产廉价的碳源。
2．氮源微生物细胞中大约含氮5%—15%，它是微生物细胞蛋白质和核酸的主要成分。
微生物利用它在细胞内合成氨基酸，并进一步合成蛋白质、核酸等细胞成分。
因此，氮素对微生物的生长发育有着重要的意义。
无机氮源一般不用作能源，只有少数化能自养细菌能利用铵盐、硝酸盐作为机体生长的氮源与能源。
对于许多微生物来说，通常可以利用无机含氮化合物作为氮源，也可以利用有机含氮化合物作为氮源。
许多腐生型细菌、肠道菌、动植物致病菌一般都能利用铵盐或硝酸盐作为氮源。
例如大肠杆菌、产气杆菌、枯草杆菌、铜绿假单胞菌等都可以利用硫酸铵、硝酸铵作为氮源，放线菌可以利用硝酸钾作为氮源，霉菌可以利用硝酸钠作为氮源等。
在实验室和发酵工业中，常用的有机氮源有牛肉膏、蛋白胨、酵母膏、鱼粉、蚕蛹粉、黄豆饼粉、花生饼粉、玉米浆等。
3．无机盐无机盐是微生物生长必不可少的一类营养物质，也是构成微生物细胞结构物质不可缺少的级成成分。
微生物的营养1．微生物的营养要求微生物生长繁殖所需的营养物质主要有水、碳源、氮源、无机盐和生长因子等。
水：水是各种生物细胞必需的。
水是良好的溶剂，微生物的新陈代谢过程中的一切生化反应都离不开水的作用。
碳源：碳源是合成菌体成分的原料，也是微生物获取能量的主要来源。
整体上看来，微生物可以利用的碳源范围极广，从大类上说，可以分为有机碳源和无机碳源两大类，凡必须利用有机碳源的微生物就是异养微生物，凡能利用无机碳源的微生物就是自养微生物。
糖类是最广泛利用的碳源。
氮源：氮源主要是供给合成菌体结构的原料，很少作为能源利用。
与碳源相似，微生物作为一个整体来说，能利用的碳源种类十分广泛。
某些微生物（如固氮菌）能利用空气中分子态的氮或利用无机氮化物如铵盐、硝酸盐合成有机氮化物。
多数致病菌则必须供给蛋白胨、氨基酸等有机氮化物才能生长。
无机盐类：无机盐主要可为微生物提供除碳、氮以外的各种重要元素。
微生物需要的无机盐类很多，主要有P、S、K、Na、Ca、Mg、Fe等，其主要功能为构成菌体成分；调节渗透压；作为某些酶的成分，并能激活酶的活性等。
生长因子：有些微生物虽然供给它适合的碳源氮源和无机盐类，仍不能生长，还要供给一定量的所谓“生长因子”。
其种类很多，主要是B族维生素的化合物等。
生长因子可以从酵母浸出液、血液或血清中获得。
2．微生物的营养类型根据微生物对碳源的要求不同，可将其分为自养菌和异养菌两大营养类型。
凡能利用无机碳合成菌体内有机碳化物的，叫自养菌；不能利用无机碳而需要有机碳才能合成菌体内有机碳化物的，为异养菌。
根据其生命活动所需能量的来源不同，可分为光能营养菌和化能营养菌。
前者是从光线中获得能量，后者则从化学物质氧化中取得能量。
因此，根据微生物所需的碳源和能源不同，可将微生物分为光能自养菌、光能异养菌、化能自养菌、化能异养菌等四类。
如表所示：微生物的营养类型3．营养物质的运输：外界环境的营养物质只有被微生物吸收到细胞内，才能被微生物分解与利用，微生物生长过程中产生的一些代谢产物也必须分泌到细胞外，在这两个过程中，细胞膜起着重要作用。
简述微生物生长所需要的营养物质及其功能如下：
微生物生长所需要的营养物质主要有水、碳源、氮源、无机盐、生长因子和能源。
1.水：水是微生物的重要组成部分，在代谢中占有重要地位。
水
在细胞中有两种存在形式：结合水和游离水。
结合水与溶质或其他分子结合在一起，很难加以利用。
游离水（或称为非结合水）则可以被微生物利用。
2.碳源：凡是作为微生物细胞结构或代谢产物中碳架来源的营养
物质，称为碳源。
3.氮源：凡是可被微生物利用，为细胞代谢产物提供氮元素的营
养物质，称为氮源。
4.无机盐：许多无机元素构成酶的活性基因或酶的激活剂，并且
具有调节细胞渗透压、调节酸碱度和氧化还原电位以及能量的转移等作用。
5.生长因子：是某些微生物维持正常生命活动不可缺少的特殊有
机营养物质，这些物质在某些微生物自身不能合成，必须在培养基中加入，主要是指一些维生素、氨基酸、嘌呤、嘧啶等特殊有机营养物。
第四章微生物的培养与生长所有生物为了生存都必须不断地从外界环境中吸收所需的各种物质从中获得原料和能量以便合成新的细胞物质，生物所需的这些物质称之为营养物质。
生物吸收利用营养物质的过程一般称为营养。
营养物质是生物进行一切生命活动的物质基础，失去这个基础，一切生物都无法生存，微生物也不例外。
可见，营养对微生物的重要性。
第一节微生物的营养一、微生物细胞的化学组成分析微生物细胞化学组成是了解微生物营养物质的基础。
主要成分：C、H、N、O和无机成分。
其中主要是水分、蛋白质、碳水化合物、脂肪、核酸和无机盐。
水分占90-97，其余占3-10%。
二、营养物质及其生理功能微生物所需的营养物质，主要包括碳素化合物、氮素化合物、水分、无机盐类和生长素。
这些物质对微生物的生命活动主要有三方面的作用：（1）、供给微生物合成细胞物质的原料；（2）、合成代谢和生命活动所需的能量；（3）、调节新陈代谢。
（一）、碳源碳源主要用来供给菌体生命活动所需的能量，构成军菌体细胞及代谢产物。
常用的碳源有：糖类、脂肪和某些有机酸、部分醇类。
在某些特殊情况（如碳源贫乏），蛋白质水解产物或氨基酸等也可以被某些菌种作为碳源使用。
由于菌种所含煤系统并不完全相同，所以，各种菌能利用的碳源亦不相同。
葡萄糖、麦芽糖、乳糖等单糖和双糖是绝大部分细菌、酵母菌、放线菌及霉菌可利用的碳源，大多数霉菌、放线菌和部分细菌可直接利用糊精和淀粉作为碳源。
（二）、氮源氮源主要用来构成菌体细胞物质（如氨基酸、核酸、蛋白质）和含氮代谢产物。
常用的氮源可分为两类：有机氮源和无机氮源。
黄豆饼粉、花生饼粉、棉籽饼粉、玉米浆、蛋白胨、鱼粉等属于有机氮源；氨水、硫酸铵、尿素、硝酸钠、硝酸铵和磷酸氢二铵等为无机氮源。
（三）、水水是微生物体内外的溶媒，只有通过水，微生物所需要的营养物质才能进入细胞，也只有通过水其代谢产物才能排出体外。
另外，水也可以直接参加代谢作用，如蛋白质、碳水化合物和脂肪的水解作用都是在水参与下才能进行的。
（四）、无机盐无机盐也是微生物生长所必不可少的营养物，其中又可分为主要元素和微量元素两大类。
主要元素微生物需要量大，有P、S、Mg、K、Ca、Na等，它们参与细胞结构物质的组成，有调节细胞质pH值和氧化还原电位的作用，有能量转移、控制原生质胶体和细胞透性的作用。
微量元素有Fe、Cu、Zn、Mn、Co等，它们的需要量虽然极微，但往往强烈地刺激微生物的生命活动。
它们或是酶活性基的组成成分或酶的激活剂。
（五）、生长因子有些微生物在含有碳源、氮源、无机盐的培养基中仍不能正常生长，如在培养基中加入某种组织（或细胞）提取液时，则微生物生长良好，说明这种组织中含有某些微生物生长所需的生长因子。
凡是微生物生长所不可缺少的微量有机物都称为生长因子。
包括维生素、氨基酸、嘌呤、嘧啶及其衍生物。
这些物质之所以称之为生长因子，是由于某些微生物自己不能合成之，必须由外界提供。
它不是一切微生物所必需的。
第一类是不需要外源供给的微生物，像自养型细菌和广泛分布的一些腐生性细菌和霉菌，它们自己可以合成这些物质，以满足自身的需要。
第二类是缺乏自制一种或两种能力的微生物，如金黄色葡萄球菌需要硫胺素，根瘤菌需要生物素。
这类微生物中有些种类，当外界供给所需要的前体物质，亦能满足需要。
第三类为对多种维生素、氨基酸、碱基都缺乏合成能力的微生物，在培养基中提供水解蛋白质和织物组织液才能生长（如麦芽汁、酵母汁）。
维生素作为酶的活性基团起催化作用。
氨基酸是组成蛋白质的结构物质，嘌呤、嘧啶是合成核苷酸的主要物质。
三、微生物的营养类型由于各种微生物的生活环境和对物质的利用能力不同，它们对营养的需要和代谢方式也不尽相同，根据微生物所需要的营养和能量的不同，尤其是碳素营养来源的不同，可把它们分成自养微生物和异养微生物两大类。
自养型微生物：能利用简单的无机物作为营养物质进行生长繁殖，能以CO2或碳酸盐为碳源，以氨或硝酸盐为氮源，在体内合成有机物，不需要外界供给有机物。
异养型微生物：只能用现成的有机物作为碳源，如单糖、双糖、淀粉、纤维素、有机酸等，另外，根据能量来源不同，又可分为两种类型。
即光能营养型和化能营养型。
光能营养型能利用光能。
化能营养型是来自物质氧化过程释放的能量。
根据碳素来源和能量来源可分四种类型。
（1）、光能自养型：这类微生物利用日光作为其生活所需的能源，利用CO2作为碳源，以无机物为供氢体来还原CO2,合成细胞有机物质。
如蓝细菌（光合细菌）。
（2）、光能异养型：有少数微生物种类具有光合色素，能利用光能把CO2还原为碳水化合物，但必须以某种有机物为CO2同化中的供氢体。
如红螺菌属利用丙醇作为供氢体，积累丙酮。
（3）、化能自养型：能利用氧化无机物时产生的能量，把CO2还原成有机碳水化合物。
如硝化细菌、铁细菌等。
（4）、化能异养型：能源来自有机物的氧化或发酵产生的化学能，以有机物为碳源，以有机或无机氮为氮源。
这类微生物的种类最多。
四、微生物对营养物质的吸收方式微生物对营养物质的吸收取决于细胞膜的结构和生物功能。
细胞膜是一层具有高度选择性的半透膜，控制营养物质及代谢产物的进出细胞。
细胞膜上有丰富的酶，这些酶与物质的吸收和排泄有关。
微生物对营养物质吸收的机制有四种：1、被动扩散：由高浓度向低浓度扩散。
2、助长扩散：有载体蛋白参加。
3、主动运输：从低浓度向高浓度扩散，需要能量和载体蛋白。
4、基因转移：通过磷酸化转移。
五、培养基微生物的生长和繁殖需要一定的营养物质，根据微生物对营养物质的需要，经过人工配制适合比同微生物生长、繁殖或积累代谢产物的营养基质就成为培养基。
培养基的主要用途为：促使微生物生长与繁殖，用于微生物纯种分离、鉴定和制造微生物制品等。
（一）、培养基的类型由于各种微生物所需要的营养物不同，所以培养基的种类也有很多种，估计可有数千种之多，但大致可以分为以下几类。
1、根据营养物质来分（1）、合成培养基：是由已知化学成分及数量的化学药品配制而成的。
这种培养基成分精确，重复性强。
但价格高，一般多用于实验室内供研究有关微生物的营养、代谢、分离和鉴定生物制品及选育菌种用。
（2）、天然培养基：采用化学成分还不十分清楚或化学成分不恒定的天然有机物，可用组织提取液等。
如牛肉膏、酵母膏、麦芽汁、蛋白胨、牛奶、血清等。
玉米粉、马铃薯配制方便、经济，运用于实验室和生产。
（3）、半合成培养基：在天然有机物的基础上，加入一些化学药品，以补充无机盐成分，使其更能充分满足生长需要。
该培养基是使用最多的培养基。
2、根据培养基物理性状分（1）、固体培养基：在液体培养基中加入2%琼脂，成为固体状，用于菌种保藏、分离、菌落特征观察、计数等。
（2）、液体培养基：一般用于生产。
（3）、半固体培养基：加入0.35%-0.40%琼脂。
3、根据培养基的用途来分（1）、基础培养基：满足一般微生物生长需要的营养物质。
（2）、加富培养基：在培养基中加入额外的营养物质，使某些微生物在其中生长，而不适合其它微生物生长。
通常加入血、血清、动植物提取液。
（3）、选择培养基：在培养基中加入某些化学药品以抑制不需要的微生物生长，而促进需要的微生物生长，往往加入一些抑菌剂或杀菌剂。
（4）、鉴别培养基；根据微生物能否利用培养基中的某种成分，依靠指示剂的颜色反应，借以鉴别不同种类的微生物。
（二）、培养基配制的原则1、根据微生物的营养要求配制；2、注意营养成分的比例；3、培养基的pH值；4、氧化还原电位。
第二节微生物的生长一、微生物的生长微生物在适宜的环境中，按照自己的代谢方式，不断地吸收营养物质，进行新陈代谢，即进行同化作用和异化作用。
如果同化作用大于异化作用，细胞会增大，细胞的体积逐渐增加，这就是生长。
细胞的生长有一定限度的，当增到一定限度时，细胞就开始分裂，形成两个基本相似的子细胞，子细胞又可重复进行生长和分裂。
细胞分裂形成子细胞，使个体数目增加，这就是分裂。
从生长到繁殖的过程也就是由量变到质变的发展过程，这一质变过程叫发育。
微生物在比较合适的条件下，能正常生长和繁殖。
当环境发生某些变化，此变化超过了微生物能适应忍受的程度时，微生物的生命活动就会受到抑制而发生变异，甚至死亡。
细菌的生长的标志：以群体数目的增加作为生长标志。
因为很难将生长与繁殖分开。
放线菌和霉菌：是以菌丝的伸长和分枝表现为生长的。
对于微生物的应用，不论是在食品和其他方面的应用，主要是利用它的菌体，及其产生的代谢产物和酶类，而这与微生物的生长是密切相关的。
所以了解和掌握微生物的生长特性是很有必要的。
二、微生物的纯培养目的是从混杂状态中纯化分离细菌，是研究利用微生物的基础，通常采用以下方法：1、稀释平板法；2、划线法；3、单细胞分离法；4、选择培养基分离法。
此部分试验指导中也有，在此简单介绍。
三、微生物生长的测定（一）、单细胞的微生物是指细菌和酵母菌等，它们的生长量不是测定细胞大小，而是测定群体增长量。
方法如下：1、全数测定所谓全数测定，即是培养一定时间后测定细胞的总数。
其数量既包括活的细胞，也包括死的细胞。
（1）、计数器法：采用血球计数板。
（2）、染色涂片计数法：取定量菌液将其涂布于1cm2的面积内，染色、镜检、计数。
（3）、比浊法：是测定菌液中细胞数的快速方法，原理是菌液中细胞量越多，浊度越大。
用未知细胞数的菌液和已知细胞数的菌液相比，来求出未知细胞数菌液中的细胞数。
2、活菌计数法：测定活菌数。
（1）稀释平板法：取待测的细胞悬液作一系列的稀释，稀释级数越高，稀释液中含细胞数愈少，也就越易在培养皿上显出单个菌落。
（2）、液体稀释培养法：采用统计学原理进行测定，如大肠菌群的测定，采用此方法。
（二）、多细胞微生物生长的测定以菌丝生长的长度或菌丝增加的重量作为生长指标。
最简单的方法是将酶菌接种在培养皿内固体培养基中央，在一定时间内测定菌落的直径或面积。
对生长速度快的霉菌，可每24h测量一次。
可求出菌丝的平均生长速度。
（三）、细胞物质的测定测量活菌或死菌。
1、干重法：过滤或离心，烘干称重。
2、含氮量法：细胞的蛋白质含量比较稳定。
而氮又是蛋白质的重要组成。
因此，测定微生物细胞的含氮量来表示其生长情况。
四、生长曲线是指细菌等单细胞微生物，以细胞增长数的对数值为纵坐标，以培养时间为横坐标作图时，可以绘出一个曲线，此曲线称为生长曲线。
细菌纯培养的生长曲线：由于细菌各个时期生长繁殖速度不同，所以，生长曲线又可分为延迟期、对数期、稳定期和衰亡期。
（一）、延迟期少量的细菌接种到新鲜培养基后，开始时，细胞一般不立即进行繁殖。
因此，它们的细菌数几乎不增加，甚至还有减少。
生长曲线中的这一段时间称为延迟期。
处于延迟期的细菌体积增长较快，特别是在此期的末期。
延迟期的出现可能是因为细胞在新的环境中，需要合成新的必需的酶、辅酶或某些中间代谢产物，或者为了适应新环境而出现的调整代谢的时间。
