第二章微生物的营养

营养要素
动物 （异养） 糖类脂肪
微生物 异养 糖、醇、有机酸等 自养
绿色植物 （自养）
碳源
二氧化碳、碳酸 二氧化碳、碳 盐等 酸盐 无机氮化物、氮 无机氮化物
氮源
蛋白质或其 降解物
蛋白质或其降解物 有机或无机氮化物、氮
能源
与碳同
与碳同
氧化无机物或利 利用日光能 用日光能
不需要 无机盐 水 不需要 无机盐 水
碳源物质的功能：构成细胞物质； 为机体提供整个生理活动所需要的 能量（异养微生物）。。
微生物的碳源谱
无机含碳化合物：如CO2和碳酸盐等。 有机含碳化合物：糖与糖的衍生物、 脂类、醇类。有机酸、烃类、芳香族化合 物以及各种含氮的化合物。 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 利用90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醇或甲烷 等一碳化合物进行生长。
有机营养物常有双功能或三功 能作用，既是异养微生物的能源， 又是它们的碳源或氮源。 辐射能是单功能的，只为光能 微生物提供能源。

4、无机盐 是微生物生长必不可少的一类营 养物质，它们为机体生长提供多种重要的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 理功能，包括大量元素和微量元素。
大量元素：P、S、K、Mg、Ca、Na、Fe 等。 （微生物生长所需浓度在10-3~10-4mol/L）

假单胞菌属
微生物的碳源谱
类 型 元素水平 C· O· X H· N· 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 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
有 机 碳
C· O· H· N C· O H·
2、光能异养型微生物 以CO2 为主要碳源或唯一碳源，以 有机物（如异丙醇）作为供氢体，利用 光能将CO2 还原成细胞物质，红螺菌属 中的一些细菌属于此种营养类型。
光能

2(H3C)2CHOH+CO2
光合色素 2CH3COCH3+[CH2O]+H2O
光能异养型细菌在生长时大多数需要外源 的生长因子。 例：利用红螺菌来净化高浓度有机废水。
微量元素：Cu、Zn、Mn、Mo、Co等。 （微生物生长所需浓度在10-6~10-8mol/L）
一般微生物生长所需要的无机盐有： 硫酸盐、磷酸盐、氯化物以及含有钠、 钾、镁、铁等金属元素的化合物。 例：计算高氏一号培养基和查氏培养 基中Fe元素的摩尔浓度。判定它属于 哪一类元素。

无机盐的生理功能
维生素的生理功能
维生素 硫胺素(B1) 转移的对象 乙醛基 代谢功能 焦磷酸硫胺素是脱羧酶、转醛酶、 转酮酶的辅基，与－酮酸的氧 化脱羧和酮基转移有关 磷酸吡哆醛是氨基酸消旋酶、转 氨酶与脱羧酶的辅基，参与氨基 酸的消旋、脱羧和转氨 即辅酶F(四氢叶酸)，参与一碳 基的转移，与合成嘌呤、嘧啶、 核甘酸、丝氨酸和甲硫氨酸有关 钴酰胺辅酶，参与一碳基的转移， 与甲硫氨酸和胸苷酸有关
C· H
无 机 碳 C(?) C· O C· X O·
烃类
— CO2 NaHCO3
天然气、石油及其不同馏份、 石蜡油等
— CO2 NaHCO3、CaCO3、白垩等
速效碳源和迟效碳源
二次生长现象：当培养基中同时含
有速效碳源（或氮源）和迟效碳源 （或氮源）时，微生物在生长过程 中先利用完速效碳源（或氮源）后， 再利用迟效碳源（或氮源）而出现 两次生长的现象，称为二次生长现 象。


细菌冶金 ——用化能自养型微生物来开矿冶金。是 开采贫矿和尾矿的有效方法。
4、化能异养型微生物 多数微生物属于化能异养型，其生 长所需要能量和碳源通常来自同一种有 机物。 根据化能异养型微生物利用有机物 的特性，又可以将其分为下列两种类型 ：腐生型微生物和寄生型微生物。

3、化能自养型微生物
以CO2或碳酸盐作为唯一或主要碳源，无 机物氧化释放的化学能为能源,，利用电子供 体如氢气、硫化氢、二价铁离子或亚硝酸盐 等使CO2还原成细胞物质。 这类微生物主要有硫化细菌、硝化细菌、 氢细菌与铁细菌。它们在自然界物质转换过 程中起着重要的作用。
例：氧化亚铁硫杆菌氧化黄铁矿，生成硫 酸和硫酸高铁。硫酸高铁为强氧化剂和溶 剂，可溶解矿物，如铜矿析出铜元素。 Fe2+ Fe3+ +e +Q（能量）
第二章 微生物营养
第一节
微生物细胞的化学组成 第二节 微生物的营养要素 第三节 微生物的营养类型 第四节 微生物对营养物质的吸收方式 第五节 培养基
第一节
微生物细胞的化学组成
由大量元素碳、氢、氧、氮、磷、 硫（这六种元素占细菌细胞干重的97 ％）、钙、镁、钾、铁和微量元素锰、 锌、铜、硼、钴、钼、镍、硒等构成。 微生物细胞中这些元素主要以蛋白 质、糖、脂、核酸、维生素及它们的降 解产物、代谢产物等有机物质，水和无 机盐等无机物质的形式存在。 水是细胞中的一种主要成分，一般可 占细胞干重的90％以上。
细胞内一般分子成分（P、S、Ca、Na 、Fe等） 一般功能 生理调节物质 大量元素 无 机 盐 特殊功能 无氧呼吸时的氢受体（NO3-、SO42-等） 酶的激活剂（Cu2+、Mn2+ 、Zn2+等） 微量元素 渗透压的维持（Na+等） 酶的激活剂（Ca2+等） pH的稳定 化能自养菌的能源（S、Fe2+、NH4+、NO2-等）
3、能源 指能为微生物的生命活动提供最初 能量来源的营养物或辐射能。 微生物的能源谱：
有机物：化能异养微生物的能源（同碳源）
化学物质 能源谱 无机物：化能自养微生物的能源（不同于碳源
辐射能：光能自养和光能异养微生物的能源
化能自养微生物的能源物质都是一些还原 态的无机物质，例如：NH4+、NO2-、S、H2S、 H2、Fe2+ 等，能利用这些物质作为能源的全 部是细菌，如：硝酸细菌、亚硝酸菌、硫化 细菌、硫细菌、铁细菌等。这些无机养料常 常是双功能的（如： NH4+ 既是硝酸细菌的 能源，又是它的氮源。）
在这种营养物扩散处生长繁殖，微生 物生长繁殖之处便会出现圆形菌落圈， 即生长图形，称之。 此法可定性、定量测定微生物对 各种营养物质的需要。
2、 氮源(nitrogen source) 凡是提供微生
物营养所需的氮元素的营养源，称为氮 源。
氮源物质的主要作用是合成细胞物 质中含氮物质，少数自养细菌能利用铵 盐、硝酸盐作为机体生长的氮源与能源， 某些厌氧细菌在厌氧与糖类物质缺乏的 条件下，也可以利用氨基酸作为能源物 质。
微生物的氮源谱
类 型 元素水平 化合物水平 培养基原料水平
N· H· X C· O·
复杂蛋白质、核酸等
有 机 氮
N· H· C· O 尿素、一般氨基酸、简单蛋白质 等
牛肉膏、酵母膏、饼粕 粉、蚕蛹粉等
尿素、蛋白胨、明胶等
N· H
无 机 氮 N· O N
NH3、铵盐等
硝酸盐等 N2
(NH4)2SO4等
KNO3等 空气
实验室常用的氮源有碳酸铵、硝酸盐、 硫酸铵、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、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。
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，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
微生物既有异养型的也有自养型的，大 多数微生物属于异养型生物，少数微生物属
根据生长时能量的来源不同，又可将生物 分成两种类型： 1、化能营养型生物：依靠化合物氧化释放 的能量进行生长。 2、光能营养型生物：依靠光能进行生长。

大部分微生物属于化能营养型生物，它们 从物质的氧化过程中获得能量。少部分微 生物属于光能营养型生物。
特殊分子结构成分（Co、Mo等）
5、生长因子（growth factor） 是一类对微生物正常代谢必不可少 且不能用简单的碳源或氮源自行合成的
有机物。主要包括维生素、氨基酸、嘌
呤和嘧啶（碱基）及其衍生物，此外还 有甾醇、 胺类、脂肪酸等等。
缺乏合成生长因子能力的微生物称
为营养缺陷型”微生物。 生长因子作用：辅酶和酶活化所 需。 培养基中的来源：酵母膏、玉 米浆、麦芽汁等。
吡哆醇(B6)
氨基
叶酸
甲基
维生素B12
羧基，甲基
6、水分： 水分是生物细胞的主要化学成分， 其重要的生理功能表现在： （1）细胞的构成成分。
（2）一系列生理生化反应的反应介质。
（3）参与许多生理生化反应。 （4）有效地控制细胞内的温度变化。
第三节
微生物的营养类型
根据生长所需要的营养物质的性质，可 将生物分成两种基本的营养类型： 1、异养型生物：在生长时需要以复杂的有机 物质作为营养物质。 2、自养型生物：在生长时能以简单的无机物 质作为营养物质。
营养物（nutrient）： 那些能够满足机体生长、繁殖和完 成各种生理活动所需要的物质通常称为 微生物的营养物质。主要分为碳源、氮 源、能源、无机盐、生长因子和水。。 营养（或叫营养作用，nutrition ）： 微生物获得与利用营养物质的过程 通常称为营养。
微生物和动物、植物营养要素的比较
生物类型
1、光能自养型微生物
以C02作为唯一碳源或主要碳源， 并利用光能，以无机物如硫化氢、硫代 硫酸钠或其他无机硫化物作为供氢体将 CO2还原成细胞物质，同时产生元素硫。

光能


CO2＋2H2S
光合色素
[CH2O]+2S+H2O
包括蓝细菌（含叶绿素）、红硫细菌
和绿硫细菌等少数微生物（含细菌叶 绿素），由于含有光合色素，因而能 使光能转变成化学能（ATP）供机体 直接利用。