微生物的营养要求

辐射能：
光合细菌 的能源
能源为氨根离子、亚硝酸根离子等还原 态无机化合物，而碳源是二氧化碳。
4、生长因子（growth factor）
是一类调节微生物正常代谢所必需，但不 能自行合成的需要量很小的一类有机物。
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、氨基酸、嘌呤和嘧啶3大类。
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、酵母菌和真菌的碳、氢、氧、氮、磷、硫 六种元素的含量就有差别。
微生物细胞中几种主要元素的含量（干重%）
元素
细菌
酵母菌
真菌
碳
～50
～50
～48
氮
～15
～12
～5
氢
～8
～7
～7
氧
～20
～31
～40
磷
～3
──
──
硫
～1
──
──
硫细菌(sulfur bacteria)、铁细菌(iron bacteria) 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。
硝酸盐也能被大部分微生物利用，但吸收后 需被还原成NH4+才能进入合成代谢。
3、能源（energy source）
能为微生物生命活动提供最初能量来源的营养物或辐射能， 称为能源。
绝大多数微生 物的能源物质
不仅提供微生物细胞的碳素和碳架， 而且还提供微生物生命活动所需的能 量。
能源
化学物质
有机物：化能异养微生物的能源（同碳源）。 无机物：化能自养微生物的能源（不同于碳源）。
有机氮 微生物能利用的氮源 无机氮
分子氮
a.有机氮
主要是蛋白质及其不同程度的降解产物(氨基酸、尿 素等)，以及嘌呤和嘧啶等。
牛肉膏是用新鲜牛肉经过剔除 脂肪、消化、过滤、浓缩而得 到的一种棕黄色至棕褐色的膏 状物。
由蛋白质经酸,碱或蛋 白酶分解后而形成的 细菌的培养基，也可 治疗消化道疾病
实验室常用的有机氮源有：
烃类
烃类化合物也能被微生物用作碳源，且微生物氧 化烃类的许多中间产物和最终产物均是重要的工 业原料。
清除石油污染
不同种类微生物利用碳源物质具有选择性， 利用能力有差异。
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。
、 2 氮源（nitrogen source）
2、化学成分及其分析
各种化学元素主要以有机物、无机物和水的形式存在于细胞中。
无机物
微
干物质 细胞中与有机物质结合或单独存在的无机盐等物质
生
有机物
物 细
蛋白质、糖、脂、核酸、维生素以及
胞
它们的降解产物和一些代谢产物等物质
水：70%-90%
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%。
量
元 Na
NaCl氯化钠
维持渗透压；某些细菌和蓝细菌所需
素
Ca
Ca(NO3)2 硝酸钙 某些胞外酶的稳定剂、蛋白酶等的辅因子； CaCl2 氯化钙 细菌形成芽孢和某些真菌形成孢子所需
Mg MgSO4 硫酸镁 固氮酶等的辅因子；叶绿素等的成分
细胞色素的成分；合成叶绿素、白喉毒素和
Fe
FeSO4 硫酸铁
一、微生物细胞的化学组成 二、微生物的营养构成 三、微生物的营养类型
微生物们需要吃什么？
一、微生物细胞的化学组成
1、化学元素 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
占细菌细胞 干重的97%
主要元素：碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙、铁等； 微量元素：锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等。
在微生物工业发酵中最常用的碳源主要是 葡萄糖、玉米淀粉、废糖蜜、甘薯、 麸皮和米糠等。
ຫໍສະໝຸດ Baidu
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！
酚、氰化物等有毒物质
对人类有毒的物质Eg. 酚、氰化物等
细胞湿重(wet weight)与干重(dry weight)之差为细胞含水量， 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 （克/升或毫克/毫升）。
干重：采用高温（105℃）烘干、低温真空干燥和红外
线快速烘干等方法将细胞干燥至恒重即为～。
（1）定义: 凡能供给微生物碳素营养的物质，称为碳源。 （2）功能：是各种代谢产物和细胞内部物质碳价结构的重要 来源；并能为微生物（异养微生物）提供维持生命活动所需的 能源。
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，又称之为大量营养物。
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
3.化能无机营养型（化能自养型）
这类微生物利用无机物氧化过程中释放出的化学能作为它们 生长所需的能量。 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。 属于这类微生物的类群有硫化细菌、硝化细菌、氢细菌与 铁细菌等。例如氢细菌：
光能有机营养型细菌在生长时通常需要外源的生长因子。
这类微生物能利用有机物迅 速繁殖，常用于污水处理。
例如，红螺菌属中的一些细菌就是这一营养类型的代表： 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+CO2 H3C
光合色素
2 CH3C0CH3 + [CH2O] +H2O
主要功能：提供微生物细胞所需的化学物 质（蛋白质、核酸、脂质）、作为酶的辅 酶或辅基参与新陈代谢。
化合物
生长因子在代谢中的作用
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 叶酸 泛酸 硫辛酸 尼克酸 吡哆素(B6) 核黄素(B2) 钻胺素(B12) 硫胺素(B1) 维生素K 氧肟酸
甲烷形成中的辅酶 四氢叶酸包括在一碳单位转移辅酶中 辅酶A的前体 丙酮酸脱氢酶复合物的辅基 NAD、NADP的前体，它们是许多脱氢酶的辅酶 参与氨基酸和酮酶的转化 黄素单磷酸(FMN)和FAD的前体，它们是黄素蛋白的辅基 辅酶B12包括在重排反应里(为谷氨酸变位酶) 硫胺素焦磷酸脱羧酶、转醛醇酶和转酮醇酶的辅基 甲基酮类的前体，起电子载体作用(如延胡索酸还原酶) 促进铁的溶解性和向细胞中的转移
碳
微生物。对一切异养微生物来说，其碳源同时又兼作
源
能源，这种碳源称为双功能营养物。
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。
能被微生物用作碳源的物质种类极其广泛。
简单的无机含碳化合物：CO2、NaHCO3、CaCO3等。 比较复杂的有机物:烃类、醇、羧酸、脂肪酸、糖及其衍生物、杂环化合物、 氨基酸、核苷酸等。 复杂的有机大分子：蛋白质、脂质、核酸等。 复杂的天然含碳物质：牛肉膏、蛋白胨、花生饼粉、糖蜜、石油等。 酚、氰化物等有毒物质：可以被少数微生物用作碳源。
牛肉膏、蛋白胨、酵母膏、鱼粉、
蚕蛹粉、黄豆饼粉和花生饼粉等。
酵母膏是以新鲜酵母乳液经酶解、分离、浓 缩得到的纯天然制品，富含均衡的各种人体 必需氨基酸、B族维生素、核甘酸、多肽及 微量元素，是各种微生物所必需的营养物质
b.无机氮
主要包括硝酸盐、铵盐、氨等。
铵盐是绝大部分微生物的有效氮源，吸收后 能被直接利用；
ü构成细胞结构物质的组成。 ü调解渗透压，PH值和氧化还原电位。 ü有些无机盐如S、Fe还可做为自养微生物的能源。 ü构成酶活性基的组成成分，维持酶活性。Mg、Ca、K是多 种酶的激活剂。
无机盐
大量元素 微量元素
（1）常量元素（macroelements）
凡是生长所需浓度在10-4～10-3mol／L （培养基中含量）
二、营养物质及其生理功能
微生物对营养的要求无论是在元素水平上还 是在营养要素水平上，都与动物和植物十分 接近。它们之间存在着“营养上的统一性”。
在元素水平上都需20种左右，其中以碳、氢、氧、 氮、磷、硫6种元素为主；
在营养要素水平上则主要为碳源、氮源、能源、 生长因子、无机盐和水六大类。
1、碳源（carbon source）
由于微生物种类繁多，其营养类型比较复杂， 划分微生物营养类型的标准或角度各种各样。 但通常根据碳源、能源及供氢体的不同，将微 生物划分为光能自养型、光能异养型、化能自 养型及化能异养型四种营养类型。
1.光能无机营养型（光能自养型）
利用光作为能源，以CO2为唯一碳源或主要碳源，以还原态 无机物（如水、硫化氢、硫代硫酸钠等）作为供氢体或电子 供体，使CO2还原成细胞物质，并且伴随元素氧（硫）的释 放。
（1）定义
凡能提供微生物生长繁殖所需氮元素的营养
物质，称为氮源。
氮是构成重要生命物质蛋白质和核酸等的主要 元素，氮占细胞干重的12％～15％，也是微生物 的主要营养物。
（2）功能
提供合成细胞中的含氮物质（如蛋白质、核酸）及含 氮代谢物等的原料。
氮源物质一般不提供能量，但也有例外： 化能自养细菌中的亚硝化细菌和硝化细菌能从NH3和 NO2-的氧化过程中获得能量，所以对于他们来说， NH3和NO2-是兼有氮源与能源的双功能营养物质。
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
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）
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 酵产品。
藻类和蓝细菌与高等植物一 样，以水为供氢体（电子供 体），进行产氧型的光合作 用，合成细胞物质。
光合细菌细胞内含菌绿素， 光合作用以H2S、S等还原态 硫化物为供氢体，产生细胞 物质，并伴随硫元素的产生。
2.光能有机营养型（光能异养型）
这类微生物不以CO2作为唯一碳源或主要碳源，需以简 单有机物作为供氢体，利用光能将CO2还原成细胞物质。
不同微生物需求的生长因子的种类和数量不同。
能提供生长因子的天然物质有：
酵母膏、蛋白胨、麦芽汁、玉米浆（一种浸制玉米以制 取淀粉后产生的副产品）、动植物组织或细胞浸液以及 微生物生长环境的提取液。
5、无机盐（mineral salts）
无机盐是微生物生长必不可少的一类营养物质，包括磷酸盐、硫 酸盐、氯化物以及含有钠、钾、钙、镁、铁等金属元素的化合物。
即：w=w/wo w表示溶液蒸汽压力 wo表示纯水蒸汽压力
溶液中溶质越多，w越小。微生物生长所需的水活度通常在 0.63－0.99之间。
微生物
一般细菌 酵母菌 霉菌 噬盐细菌 噬盐真菌 嗜高渗酵母
几类微生物生长最适w
w 0.91 0.88 0.80 0.76 0.65 0.60
三、微生物的营养类型
氧高铁血红素所需
（2）微量元素（ microelements ）
凡所需浓度在10-8～10-6mol／L（培养基中含量）范
围内的元素，则称为微量元素，
如Cu、Zn、Mn、Mo、Co等。
元素
人为提供形式
生理功能
Mn
Cu
微 量 Co 元 素
Zn
MnSO4 硫酸锰 CuSO4 硫酸铜 CoSO4 硫酸钴 ZnSO4 硫酸锌
水在微生物细胞内的生理功能 （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）维持蛋白质、核酸等生物大分子稳定的天然构象。
（4）水的比热高，是热的良好导体，能有效地吸收代谢过程中产 生的热并及时地将热迅速散发出体外，从而有效地控制细胞内温度 的变化；
微生物生长环境中水的有效性常以水活度值（aw）表示，水 活度值是指在一定的温度和压力条件下，溶液的蒸气压力与 同样条件下纯水蒸气压力之比，
范围内的元素，可称为常量元素，
例如P、S、K、Mg、Ca、Na和Fe等。
元素
人为提供形式
生理功能
P
KH2PO4 磷酸二氢钾 K2HPO4 磷酸氢二钾
核酸、磷酸和辅酶的成分
含硫氨基酸（半胱氨酸、甲硫氨酸等）和含
S
MgSO4 硫酸镁 硫维生素（生物素、硫胺素等）的成分
大
K
KH2PO4 磷酸二氢钾 某些酶（果糖激酶、磷酸丙酮酸转磷酸酶等） K2HPO4 磷酸氢二钾 的辅因子；维持电位差和渗透压
超氧化物歧化酶、氨肽酶和L-阿拉伯 糖异构酶等的辅因子 氧化酶、酪氨酸酶的辅因子
维生素B12的成分
碱性磷酸酶以及多种脱氢酶、肽酶和 脱羧酶的辅因子
固氮酶和同化型及异化型硝酸盐还原 Mo (NH4)6Mo7O24 钼酸铵 酶的成分
6、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！