第五章 微生物的营养和培养基

对人类有毒的物质Eg. 酚、氰化物等
某些微生物Eg. 诺卡氏菌和一些霉菌等
美味佳肴
微生物清除三废
（3）CO2
最廉价的、用之不尽的碳源，是自养微生物 唯一或主要的碳源。
Eg. 生长在动物血液、组织和肠道中的致病细菌 （沙门氏菌 、李斯特菌等）
（4）纤维素
纤维素是由葡萄糖以β－1,4糖苷链组成的， 在自然界中资源丰富，但大多数动物和人不能直 接利用，而某些微生物可用其作为碳源来生产发
微生物学
第五章 微生物的营养 和培养基
食谱广、胃口大 ——微生物特点之一
营养（nutrition）：指生物体从外部环境中摄取对其
生命活动必需的能量和物质，以满足正常生长和繁殖需
要的一种最基本的生理功能。
摄取 生物有机体 吸收 利用 营养物质
营养为一切生命活动提供了必需的物质基础！
营养物（nutrient）：指具有营养功能的物质，那些
微生物对维生素的需要量一般是1～5mg／ml
b.氨基酸
氨基酸是蛋白质合成的基本单位，在大多数情况 下可被微生物吸收利用；少数情况下微生物虽需要氨
基酸作为生长因子，但氨基酸不能透过细胞膜，而能
够吸收利用小肽。 在培养基中一种氨基酸的含量过高，会抑制细胞 对其他氨基酸的摄取，此现象称氨基酸不平衡。 微生物对氨基酸的需要量一般是20mg／ml
能够满足微生物机体生长、繁殖和完成各种生理活动 所需的物质。 在微生物学中，它还包括非常规物质形式的光辐
射能在内。
微生物的营养物可为它们的正常生命活动 提供结构物质、能量、代谢调节物质 和必要的生理环境。
本章内容：
第一节 微生物的6类营养要素 第二节 微生物的营养类型
微生物们需要吃什么？
第三节 营养物质进入细胞
有机碳
凡必须利用有机碳源的微生物，就 是为数众多的异养微生物。
碳 源 谱
无机碳
凡以无机碳源作主要碳源的微生物，
则是种类较少的自养微生物。
对一切异养微生物来说，其碳源同时又兼作
能源，这种碳源称为双功能营养物
（difunctional nutrient）。
2. 种类
微生物的碳源物质很多，有糖类及其衍生物、 有机酸类、醇类、脂类、烃类、蛋白质及其降解 产物等。
不同种类的微生物对碳源的利用能力也不一样！
Eg. 假单胞杆菌属的一些菌能利用90多种不同的碳源物质。 甲烷氧化菌只能利用甲烷和甲醇作碳源。
（1）糖
单糖＞双糖和多糖
己糖＞ 戊糖
葡萄糖、果糖＞ 甘露糖、半乳糖 淀粉＞ 纤维素或几丁质等纯多糖 纯多糖＞ 琼脂等杂多糖
葡萄糖可作为大多数微生物的碳源！
（2）酚、氰化物等有毒物质
单功能营养物
Eg.光辐射能（能源）
双功能营养物
Eg.还原态的无机物NH4+ （氮源、能源）
三功能营养物
Eg.氨基酸类（碳源、氮源、能源）
（四）生长因子（growth factor） 1. 定义
是一类调节微生物正常代谢所必需，但不 能用简单的碳、氮源自行合成的需要量很小 的一类有机物。
各种微生物与生长因子的关系可分以下几类：
因子。
在配制微生物培养基时，一般可用生长因子含量丰富 的天然物质作原料以保证微生物对它们的需要。 Eg.如果配制的是天然培养基，则可加入 酵母膏（yeast extract）、 玉米浆（cornsteep liquor，一种浸制玉米以制取淀粉后
产生的副产品）、
肝浸液（liver infusion）、 麦芽汁（malt extract）、 其他新鲜的动、植物的汁液； 如果配制的是组合培养基，则可加入复合维生素溶液。
常以百分率表示：湿重-干重/湿重×100% 。
湿重：将细胞外表面所吸附的水份除去后称量所得重量，
一般以单位培养液中所含细胞重量表示
温（105℃）烘干、低温真空干燥和红外线
3. 生长因子的微生物分析法
微生物分析法就是利用营养缺陷型的生长量
和其所必需的生长因子的浓度在一定范围内呈正 比的关系来测定的。 优点：特异性强，灵敏度高，
Eg. 维生素在毫微克／ml 以下的浓度均可测定。
（五）无机盐（mineral salts）
1. 定义
无机盐（mineral salts）或矿质元素主要可为 微生物提供除碳、氮源以外的各种重要元素。
•
微生物的首选无机盐营养补充成分：MgSO4、 KH2PO4、NaH2PO4、K2HPO4、H3PO4，后四种可以搭 配成缓冲对，调节pH值，不致出现培养基pH变化 过大。
•
分离固氮菌时，需加Mo；分离Vb12产生菌谢 氏丙酸杆菌时需加Co。其余在细菌培养时不需加 微量元素，因在培养过程中污染的无机盐已够用 了。
物（macronutrients）。
碳源谱（spectrum of carbon sources）：
如把微生物作为一个整体来看，其可利用的 碳源范围即碳源谱。
从元素水平、化合物水平直至培养基原料水平来
考察碳源，可见其数目是逐级扩大的甚至可多到无法
计算。
微生物的碳源谱
类 元素水平 型 C· O· X H· N· 有 机 C· O· H· N 碳 C· O H· C· H 无 C(?) 机 C· O 碳 C· X O· 化合物水平 复杂蛋白质、核酸等 多数氨基酸、简单蛋白 质等 糖、有机酸、醇、脂类 等 烃类 — CO2 NaHCO3 培养基原料水平 牛肉膏、蛋白胨、花生饼 粉等 一般氨基酸、明胶等 葡萄糖、蔗糖、各种淀粉、 糖蜜等 天然气、石油及其不同馏 份、石蜡油等 — CO2 NaHCO3、CaCO3、等
在元素水平上都需20种左右， 且以碳、氢、氧、氮、硫、磷6种元素为主；
在营养要素水平上则都在六大类的范围内，
即碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水。
微生物、动物、植物之间存在“营养上的统一性”
（一）碳源（carbon source）
1. 定义
一切能满足微生物生长繁殖所需碳元素的 营养物，称为碳源。 微生物细胞含碳量约占干重的50％，除水分外， 碳源是需要量最大的营养物，又称之为大量营养
和海洋细菌(marine bacteria)相对于其他细菌则含有 较多的硫、铁和钠、氯等元素, 硅藻(Diatom)需要硅 酸来构建富含(SiO2)n的细胞壁。
2. 化学成分及其分析
微 生 物 细 胞
水：70%-90%
无机物（盐）
干物质
有机物
蛋白质、糖、脂、核酸、维生素等 及其降解产物
二、微生物的6类营养要素
（6）维持细胞内环境稳定和维持生物大分子结构稳定。
（七）气体 1. 氧气 需氧微生物的能量代谢需要氧气的存 在，微生物发酵中给氧的方法有搅拌、振
荡，通气等。
2. CO2
CO2是自养微生物的碳源，也常被异养微 生物用于固定延长碳链。 Eg. 丙酮酸羧化为草酰乙酸 有些生长在动物体内的致病菌生长需要少量 的CO2，在培养时要提供10％的CO2 （V/V），可 用CO2培养箱。
占细菌细胞 干重的97%
主要元素：碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、钠、镁、钙、铁等； 微量元素：锌、锰、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等。
组成微生物细胞的各类化学元素的比例 常因微生物种类的不同而不同 Eg. 细菌、酵母菌和霉菌的碳、氢、氧、氮、磷、硫 六种元素的含量就有差别。
硫细菌(sulfur bacteria)、铁细菌(iron bacteria)
（1）生长因子自养型微生物（auxoautotrophs） 它们不需要从外界吸收任何生长因子，多数真菌、 放线菌和不少细菌，如E．coli（大肠杆菌）等都属这类。 （2）生长因子异养型微生物（auxoheterotrophs） 它们需要从外界吸收多种生长因子才能维持正常生长， 如各种乳酸菌、动物致病菌、支原体和原生动物等。 （3）生长因子过量合成微生物 少数微生物在其代谢活动中，能合成并分泌出大量
微生物细胞中几种主要元素的含量（干重%）
元素 碳 细菌 ～50 酵母菌 ～50 霉菌 ～48
氮
氢 氧
～15
～8 ～20
～12
～7 ～31
～5
～7 ～40
磷
硫
～3
～1
──
──
──
──
back1
水是细胞维持正常生命活动所必不可少的， 一般可占细胞重量的70~90%。 细胞湿重(wet weight)与干重(dry weight)之差为细胞含水量，
的维生素等生长因子，可作为有关维生素的生产菌种。
2. 种类
广义的生长因子：
维生素、碱基、卟啉及其衍生物、甾醇、胺类、 C4～C6的分枝或直链脂肪酸，以及需要量较大的氨 基酸；
狭义的生长因子：
一般仅指维生素。
a.维生素
维生素作为一些酶的辅酶， Eg. 维生素B6（吡哆醛）， 磷酸吡哆醛是一些转氨酶和氨基酸脱羧酶的辅酶。
（六）水
微生物细胞中水占70～90％，
水是地球上整个生命系统存在和发展的必要条件！
水在生物体内的作用
（1）水是细胞的重要组成成分。
（2）水直接参与代谢反应，许多反应都涉及脱水和水合。
（3）水是活细胞中各种生化反应的介质。 （4）营养物质、代谢产物都必须溶于水中才能被运输。 （5）水比热高、气化热高、沸点高，又是热的良导体，可 调节细胞的温度。
微生物们是怎样吃东西的？
第四节 培养基
如何给微生物们做饭？
第一节 微生物的6类 营养要素
微生物的6类营养要素
碳、氢、氧、氮、硫、磷
碳源、氮源、能源、 生长因子、无机盐和水
一、微生物细胞的化学组成
1. 化学元素（chemical element）
构成微生物细胞的物质基础是各种化学元素！ 细胞化学元素组成
的营养物或辐射能，称为能源。