微生物营养

1、微生物的营养物质

微生物的营养：微生物在生长过程中，需要不断从外界环境中吸收物质，并加以利用，以获得能量和合成细胞物质。

可以被微生物吸收和利用的物质就是微生物的营养物质。

根据其性质和作用可将其营养物质划分为：碳素营养物质、氮素营养物质、矿质养料、生长因子、水分。

（1）碳素营养物质（碳源）：微生物细胞中含碳量约战细胞干重的50%。

无机化合物：CO2和碳酸盐

碳素的功能：（1）组成有机分子的碳架；（2）为细胞提供能量

（2）氮素营养物质（氮源）：细菌、酵母细胞的含氮量约占细胞干重的7%-13%，霉菌含氮量约占细胞干重的5%。

氮源物质主要有：分子氮：N2(固氮微生物的氮源)、无机氮化物：铵盐: NH4+、硝酸盐:：NO3－、有机氮化物：牛肉膏、蛋白胨、尿素、酪素、玉米浆、豆饼等。

组成有机分子：如蛋白质和核酸

（3）矿质养料：微生物需要的矿质养料分为大量元素和微量元素。

大量元素包括：Na、K、Mg、Ca、Fe、P、S等

微量元素包括：Cu、Mn、Zn、Se等

矿质营养的功能：（1）构成微生物细胞的各种组分（2）调节微生物细胞的渗透压

（3）某些元素，如S、Fe可作为自养微生物的能源。

（4）生长因子：不能合成一种或几种微量的有机化合物，必须由外源供给才能进行生长繁殖。包括氨基酸（用于蛋白质的合成）、碱基（核酸合成必须的成分）、维生素（构成酶的辅基或辅酶，酶活性所必须的成分）。

野生型（原养型）：从自然界直接分离获得的微生物。

营养缺陷型：必须从外界获得物质才能生长繁殖。

营养缺陷型种类：（1）缺少合成氨基酸能力的微生物称为氨基酸缺陷型（2）缺少合成维生素能力的微生物称为维生素缺陷型（3）缺少合成碱基能力的微生物称为嘧啶或嘌呤缺陷型。

在同一种微生物中会有不同的营养缺陷型

（5）水分：微生物细胞的含水量较高，约占细胞细胞鲜重的70%-90%。

水在微生物中起着重要的功能：（1）细胞的重要组成成分（2）生化反应的介质（3）营养物质和代谢产物的良好溶剂（4）水的比热高，热的传导性好，能有效地吸收代谢过程中放出的热，并将吸收的热散发出去，避免导致细胞内温度陡然升高（5）维持细胞的膨压。

水的活度：在相同的温度和压力下，溶液中水的蒸汽压和纯水的蒸汽压之比，即

aw= P溶液/ P纯水

纯水的aw=1,当水中有溶质时，水的活度变小。

微生物生长需要的水的活度在0.63-0.99。

当环境中的aw值低于微生物生长需要时，微生物的生长受阻，甚至停止生长。

细菌生长需要的aw值>霉菌>盐细菌>耐旱真菌

2、微生物的营养类型

自然界生物的营养类型包括：异养型：以复杂的有机物作为营养物质，动物属此；

自养型：以简单的无机物作为营养物质，植物属此。微生物兼有上面两种类型。

微生物的营养类型：光能无机营养型；光能有机营养型；化能无机营养型；化能有机营养型。

（1）光能无机营养型（光能自养型）：以光能为能源，以CO2或碳酸盐为唯一或主要的

碳源。

在微生物中，这种营养方式又分为两类：

（2）光能有机营养型（光能异养型）：（1）不能以CO2为唯一的碳源（2）简单的有机物作供H体，才能将CO2同化为有机物。

（3）化能无机营养型（化能自养型）：

特点：通过氧化还原态的无机物如H2、H2S、Fe2+、NH3或NO2－等释放出的化学能来同化CO2,可以CO2或碳酸盐作为唯一或主要碳源。

（4）化能有机营养型（化能异养型）：能量来自于有机物的氧化。碳源和供氢体：有机物。

按营养来源可分为腐生型：动植物及微生物尸体的分解者；寄生营养型：寄生在活的宿主体内，依靠寄主获得能量和营养进行生长或繁殖，如病毒。

微生物营养类型是可变的。

3、微生物对营养物质的吸收

对物质的运输过程发生在细胞膜。细胞膜上有着专门用于物质运输的特殊结构—载体蛋白。

大多数微生物（如真菌、细菌和放线菌）运输物质的方式是渗透作用。

渗透作用有以下四种方式：被动扩散、协助扩散、主动运输、基团转位。

原生动物运输物质的方式：膜泡运输：吞噬作用、胞饮作用、外排作用。

（1）简单扩散：又称作扩散或被动扩散，被输送的物质靠细胞内外的浓度梯度差为动力，溶质分子从高浓度区域向低浓度区域扩散，直到两边的浓度相等。

特点：运输的物质为小分子简单物质如水、CO2,、O2、乙醇和某些氨基酸分子

（2）协助扩散：以物质的浓度梯度为动力，不消耗能量，运输过程中细胞质膜上的载体蛋白与营养物质进行可逆性结合，从而协助养料的运输。多见于真核生物，运输的物质有：甘油、脂肪酸、单糖、维生素、无机盐。

特点：（1）物质运输方向是从高浓度一方向低浓度方扩散，不需要消耗能量（2）载体蛋白与营养物质专性结合（3）运输速度具有饱和性

（3）主动运输：是微生物吸收营养物质的主要方式，在细胞上载体蛋白与养料结合后，可以逆浓度梯度运输养料的方式。

特点：（1）运输方向逆浓度梯度进行（2）运输过程需要载体蛋白，消耗能量（3）对运输的物质有专一性。

运输的物质：乳糖、半乳糖、阿拉伯糖、氨基酸、核苷、多种阳离子等。

（4）基团转位：又称作基团转移或基团转运，主要存在于厌氧型和兼性厌氧型细菌中。主要用于糖的运输、脂肪酸、核苷、碱基。

大肠杆菌对葡萄糖的吸收主要依靠磷酸转移酶系统(PTS) ，PTS通常由5种蛋白质组成，包括酶Ⅰ、酶Ⅱ(包括a、b和c三个亚基)和一种低相对分子质量的热稳定蛋白质(HPr) 。

（5）膜泡运输：膜泡运输通过细胞膜的内吞和外排完成对大分子颗粒或流体物质的跨膜运输。

细胞内吞的是固体颗粒状物质称为吞噬作用，是原生动物获取营养物质的主要方式。；吞入的是液体或极小的颗粒则称为胞饮作用。

膜泡运输的过程分为五个时期：吸附期、膜伸展期、膜泡迅速形成期、附着膜泡形成期、膜泡释放期。