第四章 沈萍 微生物营养

元素水平 C·H·O·N·X HONX C·H·O·N HON C·H·O HO C·H H
复杂蛋白质、 复杂蛋白质、核酸 等 多数氨基酸、 多数氨基酸、简单 蛋白质等 有机酸、 糖、有机酸、醇、 脂类等 烃类 — CO2 NaHCO3
无 机 碳
C(?) C·O O C·O·X OX
碳源功能 • C素构成细胞及代谢产物的骨架 • C素是大多数微生物代谢所需的能量来源 碳源种类 • 无机C源：CO2、碳酸盐，只能被自养微生物 无机C 碳酸盐， 利用 • 有机C源：各种糖类，其次是有机酸、醇类、 有机C 各种糖类，其次是有机酸、醇类、 脂类和烃类化合物
实验室常用的无机氮源有碳酸铵、硝酸盐、 实验室常用的无机氮源有碳酸铵、硝酸盐、硫酸 尿素、蛋白胨、牛肉膏、酵母膏等。 铵、尿素、蛋白胨、牛肉膏、酵母膏等。生产上常 用的氮源有硝酸盐、铵盐、尿素、 用的氮源有硝酸盐、铵盐、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 较高的鱼粉、蚕蛹粉、黄豆饼粉、花生饼份、 浆等。 浆等。 蛋白氮必须通过水解之后降解成胨、肽、氨基酸 蛋白氮必须通过水解之后降解成胨、 等才能被机体利用，这种氮源叫迟效氮源 迟效氮源。 等才能被机体利用，这种氮源叫迟效氮源。 无机氮源或以蛋白质降解产物形式存在的有机氮 源可直接被菌体吸收利用，这种氮源叫做速效氮源 速效氮源。 源可直接被菌体吸收利用，这种氮源叫做速效氮源。 速效氮源，通常有利于机体的生长，迟效氮源有 速效氮源，通常有利于机体的生长，迟效氮源有 有利于机体的生长 利于代谢产物的形成。 利于代谢产物的形成。
二氧化碳 无机氮化物
能源 生长因子 无机元素 水分
与碳源同 维生素 无机盐 水
氧化无机物或利用日 光能 不需要 无机盐 水
利用日光能 不需要 无机盐 水
（一）、碳源（Carbon source） ）、碳源（ source） 碳源
◆定义：凡可被用来构成细胞物质或代谢产物 定义：
中碳素来源的营养物质。 中碳素来源的营养物质。
（二）氮源（Nitrogen source ）：
凡用来构成菌体物质或代谢产物中氮素来源的营养源。 凡用来构成菌体物质或代谢产物中氮素来源的营养源。 种类：无机氮： 种类：无机氮： 铵盐、硝酸盐、亚硝酸盐、尿素、 铵盐、硝酸盐、亚硝酸盐、尿素、 氨N2等； 有机氮： 有机氮： 蛋白质及其降解产物（如胨、 氨基酸等）、 蛋白质及其降解产物（如胨、肽、 氨基酸等）、 牛肉膏、鱼粉、花生饼粉、黄豆饼粉、 牛肉膏、鱼粉、花生饼粉、黄豆饼粉、玉米浆等 功能： 提供合成细胞中含氮物，如蛋白质、 功能： 1）提供合成细胞中含氮物，如蛋白质、核酸 以及含氮代谢物等的原料。 以及含氮代谢物等的原料。 2）少数细菌可以铵盐、硝酸盐等氮源为能源。 少数细菌可以铵盐、硝酸盐等氮源为能源。 铵盐 氮源为能源
（三）元素在细胞内存在形式： 元素在细胞内存在形式：
上述元素主要以水、有机物、无机盐的形式存在于细胞中： 上述元素主要以水、有机物、无机盐的形式存在于细胞中： 有机物：蛋白质、 脂类、核酸、 1．有机物：蛋白质、糖、脂类、核酸、 维生素及其降解产 物。 无机物：1)参与有机物组成 参与有机物组成。 2．无机物：1)参与有机物组成。 2)单独存在于细胞质内以无机盐的形式存在 单独存在于细胞质内以无机盐的形式存在. 2)单独存在于细胞质内以无机盐的形式存在. 3、水：约占细胞总重70%～90%，以游离水和结合水两种形式 约占细胞总重70%～90%， 70% 存在 游离水：干重法可测得； 游离水：干重法可测得； 结合水：不易蒸发、不冻结、也不能渗透, 结合水：不易蒸发、不冻结、也不能渗透, 占水总量的17% 17%—28% 占水总量的17% 28% 。
• 3．掌握微生物吸收营养物质四种方式的性 质和特点。 质和特点。 • 4．掌握微生物四大营养类型的划分依据及 其微生物种类。 其微生物种类。
第一节 微生物的营养要求 一、微生物细胞的化学组成 二、微生物的营养物质及其生理功能 三、微生物的营养类型 第二节 培养基 一、选用和设计培养的原则和方法 二、培养基的类型及应用 第三节 营养物质进入细胞
营养物质及其生理功能
微生物与动植物营养要素的比较
动物 异养） （异养） 碳源 氮源
糖类、脂肪 蛋白质及其降解物
微生物
异养 糖、醇、有机酸等 蛋白质及其降解 物、有机氮化物、 无机氮化物、氮 与碳源同 有些需要维生素等 生长因子 无机盐 水 自养 二氧化碳、碳酸盐等 无机氮化物、氮
绿色植物 自养） （自养）
无机元素的来源和功能
元素 P S K Na Ca 人为提供形式 KH2PO4、K2HPO4 MgSO4 KH2PO4、K2HPO4 NaCl Ca(NO3)2、CaCl2 生 理 功 能 核酸、磷酸和辅酶的成分 含硫氨基酸、含硫维生素成分 酶的辅因子、维持电位差和渗透压 维持渗透压、某些细菌和蓝细菌需要 胞外酶稳定剂、蛋白酶辅因子、细菌芽孢和 真菌孢子形成 Mg Fe Mn Cu Zn Mo MgSO4 FeSO4 MnSO4 CuSO4 ZnSO4 (NH4)6Mo7O24 固氮酶辅因子、叶绿素成分 Cyt成分；合成叶绿素、白喉毒素和氯高铁血红素所需 超氧化物歧化酶、氨肽酶、L-阿拉伯糖异构酶等的辅因子 氧化酶、酪氨酸酶的辅因子 碱性磷酸酶、脱氢酶、肽酶、脱羧酶辅因子 固氮酶和同化型及异化型硝酸盐还原酶的成分
（三）无机盐（inorganic salt) 无机盐（
定义：为微生物细胞生长提供碳、 定义：为微生物细胞生长提供碳、氮源以外的多种 重要元素（包括大量元素和微量元素）的物质， 重要元素（包括大量元素和微量元素）的物质，多 以无机盐的形式供给。 以无机盐的形式供给。 大量元素： 大量元素：P、S、K、Mg、Ca、Na、Fe （微生物生 Mg、Ca、Na、 长所需浓度在10-3~10-4mol/L） 长所需浓度在10 mol/L） 微量元素：Cu、Zn、Mn、Mo、 微量元素：Cu、Zn、Mn、Mo、Co （微生物生长所 mol/L） 需浓度在10 需浓度在10-6~10-8mol/L） 一般微生物生长所需要的无机盐有：硫酸盐、 一般微生物生长所需要的无机盐有：硫酸盐、 磷酸盐、氯化物以及含有钠、 磷酸盐、氯化物以及含有钠、钾、镁、铁等金属 元素的化合物。 元素的化合物。
元素 碳 氮 氢 氧 磷 硫
细菌 50 15 8 20 3 1
酵母菌 49.8 12.4 6.7 31.1 — —
霉菌 47.9 5.2 6.7 40.2 — —
（二）微生物细胞的化学成分及分析
• 微生物细胞中的各种元素的存在形式：主要以 微生物细胞中的各种元素的存在形式： 存在形式 有机物、 水、有机物、无机物的形式存在于细胞中 • 微生物细胞的化学组成的影响因素：微生物种 微生物细胞的化学组成的影响因素 影响因素： 菌龄、 类、菌龄、培养条件 • 有机物：蛋白质、核酸、维生素及降解产物和 有机物：蛋白质、核酸、 中间代谢产物 • 无机物：细胞中与有机物质结合或单独存在的 无机物： 无机盐 • 水
factor） （四）生长因素（growth factor） 生长因素（
定义: 定义:它是一类对微生物正常生活所不可缺 少而需要量又不大， 少而需要量又不大，但微生物自身不能用简 单的碳源或氮源合成， 单的碳源或氮源合成，或合成量不足以满足 机体生长需要的有机营养物质。 机体生长需要的有机营养物质。不同微生物 需求的生长因子的种类和数量不同。 需求的生长因子的种类和数量不同。
无机盐生理功能
构成微生物细胞的组成成分 调解微生物细胞的渗透压，pH值和氧化还原电位。 值和氧化还原电位。 调解微生物细胞的渗透压，pH值和氧化还原电位 有些无机盐如S Fe还可做为自养微生物的能源 有些无机盐如S、Fe还可做为自养微生物的能源 。 构成酶活性基的组成成分，维持酶活性。Mg、Ca、 构成酶活性基的组成成分，维持酶活性。Mg、Ca、 是多种酶的激活剂。 K是多种酶的激活剂。
第四章
微生物的营养和培养基
• 微生物同其他生物一样都是具有生命的，微生物细胞 本章基本理论知识
直接同生活环境接触并不停地从外界环境吸收适当的 • 1．了解微生物的细胞化学组成. 了解微生物的细胞化学组成. 营养物质，在细胞内合成新的细胞物质和贮藏物质， 并储存能量，微生物从环境中吸收营养物质并加以利 • 2．掌握微生物的营养要素及其功能。 掌握微生物的营养要素及其功能。 用的过程即称为微生物的营养（nutrition）。
氨基酸
如赖AA发酵所用的黄色短杆菌不能合成环丝AA， 如赖AA发酵所用的黄色短杆菌不能合成环丝AA，为 AA发酵所用的黄色短杆菌不能合成环丝AA 环丝AA缺陷型菌株，在培养基中必须添加含环丝AA AA缺陷型菌株 环丝AA缺陷型菌株，在培养基中必须添加含环丝AA 的氮源。 的氮源。 各种菌合成AA的能力有很大差别，一般G 菌强于G 各种菌合成AA的能力有很大差别，一般G－菌强于G＋， AA的能力有很大差别 大肠杆菌自己能合成全部AA AA， 大肠杆菌自己能合成全部AA，沙门氏菌能合成大部 AA，有的菌合成AA能力极弱， AA能力极弱 分AA，有的菌合成AA能力极弱，如肠道串珠菌需从 外界补充19 AA。 19种 外界补充19种AA。
缺乏合成生长因子能力的微生物称为营养缺陷型微生物 缺乏合成生长因子能力的微生物称为营养缺陷型微生物
主要包括： 主要包括：维生素 氨基酸 碱基 维生素
有的微生物自己不能合成维生素，需要外加， 有的微生物自己不能合成维生素，需要外加，主要 族维生素、硫胺素、叶酸、泛酸、核黄素等， 是B族维生素、硫胺素、叶酸、泛酸、核黄素等，如 生产味精需加生物素（ 族中的一种即VH VH）。 生产味精需加生物素（是B族中的一种即VH）。
表
类 型 有 机 碳
微生物的碳源谱
化合物水平 培养基原料水平 牛肉膏、蛋白胨、 牛肉膏、蛋白胨、花 生饼粉等 一般氨基酸、 一般氨基酸、明胶等 葡萄糖、蔗糖、 葡萄糖、蔗糖、各种 淀粉、糖蜜等 淀粉、 天然气、石油及其不 天然气、 同馏份、 同馏份、石蜡油等 — CO2 NaHCO3、CaCO3等