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1、 微生物的营养与培养基营养物质: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.（结构物质、能量、代谢调节物质和生理环境等）营养:微生物获得和利用营养物质的生理过程。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 微生物的营养六要素一、 微生物的化学组成主要元素：碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙等 占细菌细胞干重的97%微量元素：锌、锰、氯、钼、硒、钴、铜等二、 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，可以将它们区分成六大类。六要素：碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水1. 碳源 (carbon source )在微生物生长过
2、程中能为微生物提供碳素来源的物质 有机碳 异氧微生物碳源谱 无机碳 自养微生物微生物利用的碳源物质主要有糖类、有机酸、醇、脂类、烃、CO2及碳酸盐等。对于为数众多的化能异养微生物来说，碳源是兼有能源功能营养物。 目前在微生物工业发酵中所利用的碳源物质主要是单糖、淀粉、麸皮、米糠等。表 微生物利用的碳源物质种类碳源物质备注糖葡萄糖、果糖、麦芽糖、蔗糖、淀粉、半乳糖、乳糖、甘露糖、纤维二糖、纤维素、半纤维素、甲壳素、木质素等单糖优于双糖，己糖优于戊糖，淀粉优于纤维素，纯多糖优于杂多糖。有机酸糖酸、乳酸、柠檬酸、延胡索酸、低级脂肪酸、高级脂肪酸、氨基酸等与糖类比效果较差，有机酸较难进入细胞，进入细胞
3、后会导致pH下降。当环境中缺乏碳源物质时，氨基酸可被微生物作为碳源利用。醇乙醇在低浓度条件下被某些酵母菌和醋酸菌利用。脂脂肪、磷脂主要利用脂肪，在特定条件下将磷脂分解为甘油和脂肪酸而加以利用。烃天然气、石油、石油馏分、石蜡油等利用烃的微生物细胞表面有一种由糖脂组成的特殊吸收系统，可将难溶的烃充分乳化后吸收利用。CO2CO2为自养微生物所利用。碳酸盐NaHCO3、CaCO3、白垩等为自养微生物所利用其他芳香族化合物、氰化物蛋白质、肋、核酸等利用这些物质的微生物在环境保护方面有重要作用。当环境中缺乏碳源物质时，可被微生物作为碳源而降解利用。2. 氮源(nitrogen source)凡是能被用来构
4、成菌体物质中或代谢产物中氮素来源的营养物质称为氮源。 有机氮 蛋白质 核酸铵盐作为氮源时会导致培养基pH值下降，称为生理酸性盐。而以硝酸盐作为氮源时培养基pH值会升高，称为生理碱性盐。 氨基酸 尿素氮源谱 NH3 铵盐 无机氮 硝酸盐 N2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：从外界吸收现成的氨基酸作为氮源的微生物常用的蛋白质类氮源包括蛋白胨、鱼粉、蚕蛹、黄豆饼粉、玉米浆、牛肉浸膏、酵母浸膏等速效性氮源：迟效性氮源：如玉米浆相对于豆饼粉，NH 4+相对于NO 3- 为速效氮源。表 微生物利用的氮源物质种类氮源物质备注蛋白质类蛋白质及其
5、不同程度降解产物(胨、肽、氨基酸等)大分子蛋白质难进入细胞，一些真菌和少数细菌能分泌胞外蛋白酶，将大分子蛋白质降解利用，而多数细菌只能利用相对分子质量较小其降解产物氨及铵盐NH3、(NH4)2SO4等容易被微生物吸收利用硝酸盐KNO3等容易被微生物吸收利用分子氮N2固氮微生物可利用，但当环境中有化合态氮源时，固氮微生物就失去固氮能力其他嘌呤、嘧啶、脲、胺、酰胺、氰化物大肠杆菌不能以嘧啶作为唯一氮源，在氮限量的葡萄糖培养基上生长时，可通过诱导作用先合成分解嘧啶的酶，然后再分解并利用嘧啶可不同程度地被微生物作为氮源加以利用3. 能源(energy source)能源：能为微生物的生命活动提供最初能
6、量来源营养物或辐射能 有机物 化能异养微生物的能源 化学物质 能源谱 无机物 化能自养微生物的能源 辐射能 光能自养和光能异养微生物的能源单功能营养物、双功能营养物、多功能营养物4. 生长因子(growth factor)生长因子：那些微生物生长所必需而且需要量很小，但微生物自身不能合成的或合成量不足以满足机体生长需要的有机化合物 微 生 物 生长因子 需要量（ml-1III型肺炎链球菌（Streptococcus pneumoniae）胆碱 6ug金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）硫胺素 0.5ng白喉棒杆菌（Cornebacterium diphtherriae）
7、B-丙氨酸 1.5ug破伤风梭状芽孢杆菌（Clostridium tetani）尿嘧啶 0-4ug肠膜状串珠菌（Leuconostoc mesenteroides）吡哆醛 0.025ug 根据生长因子的化学结构和它们在机体中的生理功能的不同，可将生长因子分为维生素(vitamin)、氨基酸与嘌呤与嘧啶三大类。 维生素在机体中所起的作用主要是作为酶的辅基或辅酶参与新陈代谢； 有些微生物自身缺乏合成某些氨基酸的能力，因此必须在培养基中补充这些氨基酸或含有这些氨基酸的小肽类物质，微生物才能正常生长；嘌呤与嘧啶作为生长因子在微生物机体内的作用主要是作为酶的辅酶或辅基，以及用来合成核苷、核苷酸和核酸。表
8、 维生素及其在代谢中的作用化合物代谢中的作用对氨基苯甲酸四氢叶酸的前体，一碳单位转移的辅酶生物素催化羧化反应的酶的辅酶辅酶M甲烷形成中的辅酶叶酸四氢叶酸包括在一碳单位转移辅酶中泛酸辅酶A的前体硫辛酸丙酮酸脱氢酶复合物的辅基尼克酸NAD、NADP的前体，它们是许多脱氢酶的辅酶吡哆素(B6)参与氨基酸和酮酶的转化核黄素(B2)黄素单磷酸(FMN)和FAD的前体，它们是黄素蛋白的辅基钴胺素(B12)辅酶B12包括在重排反应里(为谷氨酸变位酶)硫胺素(B1)硫胺素焦磷酸脱羧酶、转醛醇酶和转酮醇酶的辅基维生素K甲基酮类的前体，起电子载体作用(如延胡索酸还原酶)氧肟酸促进铁的溶解性和向细胞中的转移 生长因
9、子自养型微生物； 生长因子异养型微生物； 生长因子过量合成型微生物；5. 无机盐(inorganic salt) 参与微生物中氨基酸和酶的组成； 作用 调节微生物的原生质胶体状态，维持细胞的渗透与平衡 酶的激活剂。根据微生物对矿质元素需要量大小可以把它分成大量元素：Na、K、Mg、Ca、S、P等。通常需要量在10-3-10-4mol/L：微量元素是指那些在微生物生长过程中起重要作用，而机体对这些元素的需要量极其微 小的元素，通常需要量在10-6-10-8 mol /L：锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等。6. 水（water）生理功能主要有起到溶剂与运输介质的作用；参与细胞内一系列化
10、学反应；维持蛋白质、核酸等生物大分子稳定的天然构象；热的良好导体；通过水合作用与脱水作用控制由多亚基组成的结构第二节微生物的营养类型生长所需要的营养物质 自养型生物 异养型生物生物生长过程中能量的来源 光能营养型 化能营养型根据碳源、能源及电子供体性质的不同，可将微生物分为： 光能无机自养型(photolithoautotrphy) 光能有机异养型(photoorganoheterotrphy) 化能无机自养型(chemolithoautotrphy) 化能有机自养型(chemoorganoheterotrophy)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
11、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。 光能 CO2+ 2H2S 光和色素 CH2O + 2S+ H2O2 光能有机异养型（光能异养型） 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。 H3C 光能 2 CHOH + C
12、O2 2 CH3C0CH3 + CH2O + H2O H3C 光和色素3 化能无机自养型（化能自养型） 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；4 化能有机异养型（化能异养型） 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；不同营养类型之间的界限并非绝对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)：
