第十一章微生物第三节微生物的营养

第十一章微生物

第三节微生物的营养

一、微生物的营养

(一)微生物元素构成

1.微生物细胞化学组成：与其他生物的大体相同，也是由C、H、O、N、P、以及其他元素组成，其中C、H、O、N占细胞干重的90%以上。

2.化学组成特点：分析下表可以看出微生物与其他生物在化学组成的统一性以及不同微生物化学组成的差异性。C、H、O、N、P、S在不同微生物体内含量

(二)微生物的五大营养物质：组成微生物的化学元素分别来自微生物生长所需的营养物质，营养物质按照它们在机体中的生理作用，将它们区分为碳源、氮源、生长因子、水和无机盐。各类营养物质都有一定的功能，不同代谢类型的生物所需营养物质、类型不同。

1.碳源

1)概念：凡能为微生物提供所需碳元素的营养物质。

2)来源：无机碳源，如CO2、NaHCO3等；有机碳源，如糖类（纤维素、淀粉、葡萄糖、麦芽糖等）、脂肪酸、花生粉饼、石油等。最常用的是糖类尤其是葡萄糖。自养微生物以CO2或碳酸盐为唯一碳源进行代谢生长；异养微生物必须以有机物作为碳源进行代谢生长。

3)作用：主要用于构成微生物的细胞物质和一些代谢产物；异养微生物的主要能源物质。

4)说明：不同种类的微生物，对碳源需要差别大。如甲基营养菌只利用甲醇、甲烷，假单胞菌则能利用90多种含碳化合物。

5)应用：利用某些微生物碳源的特殊性可以解决以下实际问题：利用某些细菌、放线菌、酵母菌以石油作为碳源的原理，消除石油污染。运用某些细菌可以分解、利用氰化物、酚等有毒物质的原理处理有害物质。研宄开发以纤维素、石油、CO2作为碳源和能源的工业微生物，解决工业发酵用粮与人们日常用粮的矛盾。

2.氮源

1)概念：凡能为微生物提供所需氮元素的营养物质。氮源是蛋白质及其不同程度的降解产物，如蛋白胨（多肽混合物）、氨基酸，以及铵盐、硝酸盐、嘌呤、

嘧啶、尿素、胺、分子氮等。

2)来源：无机氮源，如N2、氨、铵盐、硝酸盐等；有机氮源，如尿素、牛肉膏、蛋白胨、氨基酸等。最常用的氮源是铵盐和硝酸盐。

①异养微生物含C、H、O、N的化合物既是碳源，又是氮源。

②各种微生物的氮源是不同的：对于许多微生物来说，既可利用无机含氮化合物作为氮源，也可利用有机含氮化合物作为氮源。固氮微生物可以利用氮气作为氮源进行生长。铵盐、硝酸盐等既可作为微生物最常用的氮源，也可作为某些化能自养微生物的能源物质（如硝化细菌）。

③自生固氮菌的碳源和氮源分别是有机碳和氮气。自养微生物与异养微生物类型的划分主要是依靠能以CO2作为生长的主要或惟一碳源，而不决定于氮源，例如异养微生物最常用的氮源之一是无机氮源中的铵盐和硝酸盐。

3)作用：主要用于合成蛋白质、核酸以及含氮的代谢产物。

3.生长因子：生长因子是微生物生长不可缺少的微量的有机物，但不能用简单的碳、氮源自行合成的有机物，主要包括维生素、氨基酸、碱基、甾醇、胺类、C4〜C6脂肪酸等。

(1)生长因子鉴定：微生物在含有碳源、氮源、水、无机盐的培养基中不能生长或生长极差，但当补充生长因子后，微生物就生长良好，可以证明某种物质是某种微生物的生长因子。

(2)微生物需要补充外源生长因子的原因：往往是由于缺乏合成这些物质所需的酶，或合成能力有限。一些天然物质如酵母膏、牛肉膏、动植物组织提取液等，可以为微生物提供生长因子。

(3)生长因子虽是一种重要的营养要素，但它与碳源、氮源和能源不同，并非任何一种微生物都需从外界吸收。如生长因子自养型微生物包括多数真菌、放线菌和不少细菌（大肠杆菌）等都不需外界提供生长因子；生长因子异养型微生物则需补充多种生长因子，如乳酸菌、各种动物致病菌、原生动物和支原体等。

4.无机盐

1)概念：无机盐主要为微生物提供除碳、氮以外的各种重要元素，包括P、S、K、Mg、Ca、Na和Fe 等大量元素和Cu、Zn、Mn、Mo和Co等微量元素。2)作用：无机盐的生理功能十分重要，主要作为细胞的分子成分、渗透压的维持、酶的激活剂、稳定pH值等作用。

5.水：水在生物体内的含量很高，在低等生物尤其是微生物体内含量更高，如细菌体内占80%，酵母菌占75%，霉菌占85%。水不仅是最优良的溶剂，而且可维持生物大分子结构的稳定。

(三）微生物与动植物所需营养物质的比较

1.营养物质的概念：营养物质是指维持机体生命活动、保证发育、生殖所需的外源物质。

2.各类生物营养物质比较

A.人及动物：营养物质包括水、无机盐、糖类、脂质、蛋白质、维生素、膳食纤维七类。

B.植物：营养物质包括矿质元素、水、CO2等三类。

C.微生物：水、无机盐、碳源、氮源、生长因子五类。

3.微生物所需的无机盐与植物所需的矿质元素有差别：比如NH4+，在微生物是氮源，在植物是矿质元素。CO32-对植物是矿质元素，对异养型微生物是无机盐，对自养型生物可以是碳源。人及动物所需的无机盐中，没有氮，他们所需要的氮主要来自蛋白质等。

4.不同生物微量有机物：维生素是人需要的微量有机物，生长因子是微生物需要的微量有机物。维生素在人体内是维持新陈代谢和某些生理功能的必不可少的物质，大多是酶的组成的部分。生长因子在微生物中也是酶的组成成分，如氨基酸和维生素；有些还是核酸的组成部分，如碱基。

典例1酵母菌培养液常含有一定浓度的葡萄糖，但当葡萄糖浓度过高时，反而抑制微生物的生长，原因是（）。

A.碳源供应太充足

B.细胞会发生质壁分离

C.改变了酵母菌的pH值

D.葡萄糖不是酵母菌的原料

典例2反刍动物能以富含纤维素的草料为食，是因为它们有特殊的器官一一瘤胃，瘤胃中生活着许多微生物，其中有一些微生物能分解纤维素，反刍动物胃内这些分解纤维素的微生物的代谢类型最可能是（）。

A.自养需氧型

B.异养厌氧型

C.异养需氧型

D.自养厌氧型

典例3某研宄小组利用能检测气压变化的密闭装置来探究微生物的呼吸作用，实验设计如下。关闭活栓后，U形管右管液面高度变化反映瓶中气体体积变化。实验开始时将右管液面高度调至参考点，实验中定时记录右管液面高度相对于参考点的变化（忽略其他原因引起的容积变化)。下列有关说法不正确的是（）。

A.甲组右管液面变化，表示的是微生物呼吸消耗的O2量

B.乙组右管液面变化，表示的是微生物呼吸释放的CO2量和消耗的O2量之间的差值