微生物的营养与生长

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