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1、第五章第五章微生物的营养微生物的营养v微生物的营养（或营养作用，微生物的营养（或营养作用，nutrition）：）：指微生物从外部环境摄取其生命活动所必需指微生物从外部环境摄取其生命活动所必需的能量和物质，以满足其生长和繁殖需要的的能量和物质，以满足其生长和繁殖需要的一种生理功能。一种生理功能。v营养物（或营养，营养物（或营养，nutrient）：）：能满足微生物能满足微生物生命活动的具有营养功能的物质。生命活动的具有营养功能的物质。微生物学的营养物包括光能微生物学的营养物包括光能（非物质形式的能源）（非物质形式的能源）v化学成分水平：化学成分水平：碳水化合物、蛋白质、核酸、碳水化合物、蛋白质
2、、核酸、脂质、维生素、抗生素、无机盐。脂质、维生素、抗生素、无机盐。v营养要素水平营养要素水平:碳源、氮源、无机盐、生长因碳源、氮源、无机盐、生长因子、水、能源。子、水、能源。微生物细胞的化学组成微生物细胞的化学组成 主要成分主要成分 细菌细菌 酵母菌酵母菌 霉菌霉菌 水分水分 7585 7080 8590（占细胞鲜重的（占细胞鲜重的%）蛋白质蛋白质 5080 3275 1415 占占 细细 碳水化合物碳水化合物 1228 2763 740 胞胞 干干 脂肪脂肪 520 215 440 重重 的的 核酸核酸 1020 6 8 1%无机盐无机盐 230 3.87 612第一节第一节 微生物细胞的
3、营养要素微生物细胞的营养要素一、微生物细胞的化学组成一、微生物细胞的化学组成v“营养上的统一性营养上的统一性”v大量元素大量元素(macroelement):需要量需要量10-4mol/L，碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙、铁（其中碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙、铁（其中前六种占细菌细胞干重的前六种占细菌细胞干重的97%）。）。v微量元素微量元素(trace element):需要量需要量10-4mol/L，锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼。、硼。微生物种类不同，各种元素的需要量不同微生物种类不同，各种元素的需要量不同v微生物细胞的化学元素
4、组成也常微生物细胞的化学元素组成也常随菌龄及培随菌龄及培养时间的不同养时间的不同而在一定范围内发生变化；而在一定范围内发生变化；v幼龄幼龄的比老龄的含氮量高，在的比老龄的含氮量高，在氮源丰富氮源丰富的培的培养基上生长的细胞比氮源相对贫乏的培养基养基上生长的细胞比氮源相对贫乏的培养基上生长的细胞含氮量高。上生长的细胞含氮量高。一、碳源一、碳源v微生物细胞的含碳量微生物细胞的含碳量50%左右左右v功能：功能：细胞中的碳素来源；细胞中的碳素来源；提供微生物生长发育所需的能量。提供微生物生长发育所需的能量。v对一切异养微生物来说，其对一切异养微生物来说，其碳源碳源同时又兼作同时又兼作能源能源，因此，这
5、种碳源又称，因此，这种碳源又称双功能营养物双功能营养物。类型类型 元素水平元素水平 化合物水平化合物水平 培养基原料水平培养基原料水平有机有机碳碳CHONX 复杂蛋白质、核酸复杂蛋白质、核酸等等牛肉膏、蛋白胨、花生牛肉膏、蛋白胨、花生饼粉等饼粉等CHON多数氨基酸、简单多数氨基酸、简单蛋白质等蛋白质等一般氨基酸、明胶等一般氨基酸、明胶等CHO糖、有机酸、醇、糖、有机酸、醇、脂类等脂类等葡萄糖、蔗糖、各种淀葡萄糖、蔗糖、各种淀粉、糖蜜等粉、糖蜜等CH烃类烃类天然气、石油及其不同天然气、石油及其不同馏份、石蜡油等馏份、石蜡油等无机无机碳碳C(?)COCO2CO2COXNaHCO3NaHCO3、Ca
6、CO3、白白垩等垩等微生物的碳源谱微生物的碳源谱v碳源谱：碳源谱：微生物可利用的碳源范围。包括有微生物可利用的碳源范围。包括有机碳和无机碳机碳和无机碳v微生物的碳源谱很广，但对某一具体菌株的微生物的碳源谱很广，但对某一具体菌株的碳源谱有其特殊性。如洋葱假单胞菌和产甲碳源谱有其特殊性。如洋葱假单胞菌和产甲烷细菌。烷细菌。v异养微生物：异养微生物：凡必须利用有机碳源的微生物凡必须利用有机碳源的微生物自养微生物：自养微生物：以无机碳源作为以无机碳源作为主要碳源主要碳源的微的微 生物生物v微生物不同，利用上述含碳化合物的能力不同，如微生物不同，利用上述含碳化合物的能力不同，如假单胞菌属中的某些种可以利
7、用假单胞菌属中的某些种可以利用90种以上的不同类种以上的不同类型的碳源物质；而某些甲基营养型细菌只能利用甲型的碳源物质；而某些甲基营养型细菌只能利用甲醇或甲烷等一碳化合物进行生长。醇或甲烷等一碳化合物进行生长。可以用作洋葱假单胞菌唯一碳源的化合物有可以用作洋葱假单胞菌唯一碳源的化合物有:碳水化合物及其衍生物：碳水化合物及其衍生物：19种种 脂肪酸：脂肪酸：11种种二羧酸：二羧酸：9种种 其它有机酸：其它有机酸：12种种伯醇：伯醇：3种种 氨基酸：氨基酸：12种种其它氮化合物：其它氮化合物：13种种 无氮环状化合物：无氮环状化合物：9种种v糖类糖类是最好的碳源，尤其是是最好的碳源，尤其是葡萄糖葡
8、萄糖。v其次是醇类、有机酸、脂类等其次是醇类、有机酸、脂类等v发酵工业常用的碳源山芋粉、马铃薯、发酵工业常用的碳源山芋粉、马铃薯、甜薯干、玉米粉、麸皮、废糖蜜、植物甜薯干、玉米粉、麸皮、废糖蜜、植物淀粉等。淀粉等。二、氮源二、氮源(nitrogen source)微生物的氮源谱微生物的氮源谱类类型型 元素水平元素水平化合物水平化合物水平培养基原料水平培养基原料水平有有机机氮氮NCHOX复杂蛋白质、核酸等复杂蛋白质、核酸等牛肉膏、酵母膏、牛肉膏、酵母膏、饼粕粉、蚕蛹粉等饼粕粉、蚕蛹粉等NCHO尿素、一般氨基酸、简尿素、一般氨基酸、简单蛋白质等单蛋白质等尿素、蛋白胨、明尿素、蛋白胨、明胶等胶等无无
9、机机氮氮NHNH3、铵盐等铵盐等(NH4)2SO4等等NO硝酸盐等硝酸盐等KNO3等等NN2空气空气v氮源的主要功能：氮源的主要功能：提供合成原生质和细胞其他结构的氮素来源，提供合成原生质和细胞其他结构的氮素来源，一般不提供能量，一般不提供能量，但硝化细菌是利用铵盐或硝酸盐作为氮源和能源但硝化细菌是利用铵盐或硝酸盐作为氮源和能源v无机氮源：无机氮源：铵态氮、硝态氮、氮气等；多数微铵态氮、硝态氮、氮气等；多数微生物均可利用。生物均可利用。v有机氮源：有机氮源：尿素、氨基酸、蛋白质等。多数寄尿素、氨基酸、蛋白质等。多数寄生和部分腐生性的微生物必需有机氮源；尿素生和部分腐生性的微生物必需有机氮源；尿
10、素分解为铵离子、蛋白质水解为氨基酸或无机氮分解为铵离子、蛋白质水解为氨基酸或无机氮才能被利用。才能被利用。v迟效氮源：迟效氮源：蛋白氮必须通过水解之后降解成蛋白氮必须通过水解之后降解成胨、肽、氨基酸等才能被机体利用。迟效氮胨、肽、氨基酸等才能被机体利用。迟效氮源有利于代谢产物的形成。源有利于代谢产物的形成。v速效氮源：速效氮源：无机氮源或以蛋白质降解产物形无机氮源或以蛋白质降解产物形式存在的有机氮源可以直接被菌体吸收利用。式存在的有机氮源可以直接被菌体吸收利用。速效氮源常有利于机体的生长。速效氮源常有利于机体的生长。v氨基酸自养型微生物：氨基酸自养型微生物：不需要以氨基酸不需要以氨基酸作氮源，
11、能把尿素、铵盐、硝酸盐甚至作氮源，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氮气等简单氮源自行合成所需要的一切氨基酸的微生物。氨基酸的微生物。v氨基酸异养型微生物：氨基酸异养型微生物：需要从外界吸收需要从外界吸收现成的氨基酸作氮源的微生物。现成的氨基酸作氮源的微生物。v发酵工业发酵工业生产上常用的氮源：生产上常用的氮源：硝酸盐、铵盐、硝酸盐、铵盐、尿素、氨以及蛋白含量较高的鱼粉、蚕蛹粉、尿素、氨以及蛋白含量较高的鱼粉、蚕蛹粉、黄豆饼粉、花生饼份、玉米浆等。黄豆饼粉、花生饼份、玉米浆等。v实验室常用的氮源：实验室常用的氮源：碳酸铵、硝酸盐、硫酸碳酸铵、硝酸盐、硫酸铵、尿素、蛋白
12、胨、牛肉膏、酵母膏等。铵、尿素、蛋白胨、牛肉膏、酵母膏等。v微生物利用氮源的能力差异很大微生物利用氮源的能力差异很大v固氮微生物固氮微生物功能：功能：v 构成细胞的组成成分；构成细胞的组成成分；v 作为酶的组成成分；作为酶的组成成分；v 维持酶的活性；维持酶的活性；v 调节细胞的渗透压、氢离子浓度调节细胞的渗透压、氢离子浓度和氧化还原电位；和氧化还原电位；v 作为某些自氧菌的能源。作为某些自氧菌的能源。三、无机盐三、无机盐 细胞内一般分子成分（细胞内一般分子成分（P、S、Ca、Ma、Fe等）等）一般功能一般功能 渗透压的维持（渗透压的维持（Na+等）等）生理调节物质生理调节物质 酶的激活剂（酶
13、的激活剂（M a2+等）等）大量元素大量元素 pH的稳定的稳定无无 化能自养菌的能源（化能自养菌的能源（S、Fe2+、NH4+、NO2-等）等）机机 特殊功能特殊功能 盐盐 无氧呼吸时的氢受体（无氧呼吸时的氢受体（NO3-、SO42-等）等）酶的激活剂（酶的激活剂（Cu2+、Mn2+、Zn2+等）等）微量元素微量元素 特殊分子结构成分（特殊分子结构成分（Co、Mo等）等）无机盐的生理功能无机盐的生理功能v大量元素：大量元素：凡是生长所需浓度在凡是生长所需浓度在10-310-4 mol/L范围内的元素。如范围内的元素。如K、Ca、Na、Mg、S、P、Fe等；等；v微量元素微量元素：所需浓度在：所
14、需浓度在10-6 10-8 mol/L范围范围内的元素。如内的元素。如Mn、Cu、Zn、Co、Mo等。等。v不同微生物对以上各种元素的需求量各不相同。不同微生物对以上各种元素的需求量各不相同。vFe介于大量元素和微量元素之间。介于大量元素和微量元素之间。v配制培养基适当添加配制培养基适当添加K2HPO4、MgSO4，补充补充大量，微量元素：大量，微量元素：无机元素的来源和功能无机元素的来源和功能元素元素人为提供形式人为提供形式 生生 理理 功功 能能PKH2PO4、K2HPO4核酸、磷酸和辅酶的成分核酸、磷酸和辅酶的成分SMgSO4含硫氨基酸、含硫维生素成分含硫氨基酸、含硫维生素成分KKH2P
15、O4、K2HPO4酶的辅因子、维持电位差和渗透压酶的辅因子、维持电位差和渗透压NaNaCl维持渗透压、某些细菌和蓝细菌需要维持渗透压、某些细菌和蓝细菌需要CaCa(NO3)2、CaCl2胞外酶稳定剂、蛋白酶辅因子、细菌芽孢和真菌孢胞外酶稳定剂、蛋白酶辅因子、细菌芽孢和真菌孢子形成子形成MgMgSO4固氮酶辅因子、叶绿素成分固氮酶辅因子、叶绿素成分FeFeSO4Cyt成分；合成叶绿素、白喉毒素和氯高铁血红素成分；合成叶绿素、白喉毒素和氯高铁血红素所需所需MnMnSO4超超氧化物歧化酶、氨肽酶、氧化物歧化酶、氨肽酶、L-阿拉伯糖异构酶等的阿拉伯糖异构酶等的辅因子辅因子CuCuSO4氧化酶、酪氨酸酶
16、的辅因子氧化酶、酪氨酸酶的辅因子CoCoSO4VB12复合物的成分、肽酶的辅因子复合物的成分、肽酶的辅因子ZnZnSO4碱性磷酸酶、脱氢酶、肽酶、脱羧酶辅因子碱性磷酸酶、脱氢酶、肽酶、脱羧酶辅因子Mo(NH4)6Mo7O24固氮酶和同化型及异化型硝酸盐还原酶的成分固氮酶和同化型及异化型硝酸盐还原酶的成分四、生长因子（四、生长因子（growth factor)growth factor)v是一类对微生物正常代谢必不可少，且微生物本身是一类对微生物正常代谢必不可少，且微生物本身又不能自行合成的有机物。又不能自行合成的有机物。培养基中需要添加培养基中需要添加v狭义的生长因子狭义的生长因子维生素维生素v广义广义维生素碱基、卟啉及其衍生物、甾醇、胺维生素碱基、卟啉及其衍生物、甾醇、胺类、直链脂肪酸、氨基酸；类、直链脂肪酸、氨基酸；v功能：构成细胞成分、调节代谢、维持生命的正常功能：构成细胞成分、调节代谢、维持生命的正常活动。活动。维生素的生理功能维生素的生理功能 不同微生物合成氨基酸的能力差异很大不同微生物合成氨基酸的能力差异很大v有的细菌能自己合成所需的全部氨基酸，不需有的细菌能自己合成所需的
