微生物的營養(yǎng)要求本文檔共49頁；當前第1頁；編輯于星期二\1點45分營養(yǎng)（nutrition）：指生物體從外界環(huán)境中攝取對其生命活動必需的能量和物質，以滿足正常生長和繁殖需要的一種最基本的生理功能。營養(yǎng)物質（nutrient）：指具有營養(yǎng)功能的物質，那些能夠滿足微生物機體生長、繁殖和完成各種生理活動所需的物質。在微生物學中，它還包括非常規(guī)物質形式的光輻射能在內。營養(yǎng)為一切生命活動提供必需的物質基礎！有了營養(yǎng)，微生物才能進一步代謝生長和繁殖，并可能為人們提供各種有益的代謝產物。微生物的營養(yǎng)物可為它們的正常生命活動提供結構物質、能量、代謝調節(jié)物質和必要的生理環(huán)境。本文檔共49頁；當前第2頁；編輯于星期二\1點45分一、微生物細胞的化學組成二、微生物的營養(yǎng)構成三、微生物的營養(yǎng)類型微生物們需要吃什么？本文檔共49頁；當前第3頁；編輯于星期二\1點45分細胞化學元素組成主要元素：碳、氫、氧、氮、磷、硫、鉀、鎂、鈣、鐵等；微量元素：鋅、錳、鈉、氯、鉬、硒、鈷、銅、鎢、鎳、硼等。一、微生物細胞的化學組成

1、化學元素構成微生物細胞的物質基礎是各種化學元素！占細菌細胞干重的97%本文檔共49頁；當前第4頁；編輯于星期二\1點45分組成微生物細胞的各類化學元素的比例常因微生物種類的不同而不同Eg.細菌、酵母菌和真菌的碳、氫、氧、氮、磷、硫六種元素的含量就有差別。元素細菌酵母菌真菌碳～50～50～48氮～15～12～5

氫～8

～7～7

氧～20～31

～40

磷

～3────硫～1────

微生物細胞中幾種主要元素的含量（干重%）本文檔共49頁；當前第5頁；編輯于星期二\1點45分硫細菌(sulfurbacteria)、鐵細菌(ironbacteria)和海洋細菌(marinebacteria)相對于其他細菌則含有較多的硫、鐵和鈉、氯等元素,硅藻(Diatom)需要硅酸來構建富含(SiO2)n的細胞壁。本文檔共49頁；當前第6頁；編輯于星期二\1點45分微生物細胞水：70%-90%干物質有機物蛋白質、糖、脂、核酸、維生素以及它們的降解產物和一些代謝產物等物質

無機物細胞中與有機物質結合或單獨存在的無機鹽等物質2、化學成分及其分析各種化學元素主要以有機物、無機物和水的形式存在于細胞中。本文檔共49頁；當前第7頁；編輯于星期二\1點45分細胞濕重(wetweight)與干重(dryweight)之差為細胞含水量，常以百分率表示：（濕重-干重）/濕重×100%。水是細胞維持正常生命活動所必不可少的，一般可占細胞重量的70~90%。濕重：將細胞外表面所吸附的水份除去后稱量所得重量。一般以單位培養(yǎng)液中所含細胞重量表示（克/升或毫克/毫升）。干重：采用高溫（105℃）烘干、低溫真空干燥和紅外線快速烘干等方法將細胞干燥至恒重即為～。本文檔共49頁；當前第8頁；編輯于星期二\1點45分二、營養(yǎng)物質及其生理功能微生物對營養(yǎng)的要求無論是在元素水平上還是在營養(yǎng)要素水平上，都與動物和植物十分接近。它們之間存在著“營養(yǎng)上的統(tǒng)一性”。在元素水平上都需20種左右，其中以碳、氫、氧、氮、磷、硫6種元素為主；在營養(yǎng)要素水平上則主要為碳源、氮源、能源、生長因子、無機鹽和水六大類。本文檔共49頁；當前第9頁；編輯于星期二\1點45分1、碳源（carbonsource）（1）定義:凡能供給微生物碳素營養(yǎng)的物質，稱為碳源。（2）功能：是各種代謝產物和細胞內部物質碳價結構的重要來源；并能為微生物（異養(yǎng)微生物）提供維持生命活動所需的能源。微生物細胞含碳量約占干重的50％，除水分外，碳源是需要量最大的營養(yǎng)物，又稱之為大量營養(yǎng)物。本文檔共49頁；當前第10頁；編輯于星期二\1點45分本文檔共49頁；當前第11頁；編輯于星期二\1點45分能被微生物用作碳源的物質種類極其廣泛。簡單的無機含碳化合物：CO2、NaHCO3、CaCO3等。比較復雜的有機物:烴類、醇、羧酸、脂肪酸、糖及其衍生物、雜環(huán)化合物、氨基酸、核苷酸等。復雜的有機大分子：蛋白質、脂質、核酸等。復雜的天然含碳物質：牛肉膏、蛋白胨、花生餅粉、糖蜜、石油等。酚、氰化物等有毒物質：可以被少數微生物用作碳源。凡以無機碳源作主要碳源的微生物，則是種類較少的自養(yǎng)微生物。凡必須利用有機碳源的微生物，就是為數眾多的異養(yǎng)微生物。對一切異養(yǎng)微生物來說，其碳源同時又兼作能源，這種碳源稱為雙功能營養(yǎng)物。碳源譜有機碳無機碳本文檔共49頁；當前第12頁；編輯于星期二\1點45分在微生物工業(yè)發(fā)酵中最常用的碳源主要是葡萄糖、玉米淀粉、廢糖蜜、甘薯、麩皮和米糠等。本文檔共49頁；當前第13頁；編輯于星期二\1點45分單糖＞雙糖和多糖己糖＞戊糖葡萄糖、果糖＞甘露糖、半乳糖淀粉＞纖維素或幾丁質等純多糖純多糖＞瓊脂等雜多糖

葡萄糖可作為大多數微生物的碳源！糖本文檔共49頁；當前第14頁；編輯于星期二\1點45分酚、氰化物等有毒物質對人類有毒的物質Eg.酚、氰化物等某些微生物Eg.諾卡氏菌和一些霉菌等美味佳肴微生物清除三廢本文檔共49頁；當前第15頁；編輯于星期二\1點45分CO2最廉價的、用之不盡的碳源，是自養(yǎng)微生物唯一或主要的碳源。Eg.生長在動物血液、組織和腸道中的致病細菌（沙門氏菌、李斯特菌等）本文檔共49頁；當前第16頁；編輯于星期二\1點45分纖維素

纖維素是由葡萄糖以β－1,4糖苷鏈組成的，在自然界中資源豐富，但大多數動物和人不能直接利用，而某些微生物可用其作為碳源來生產發(fā)酵產品。本文檔共49頁；當前第17頁；編輯于星期二\1點45分烴類烴類化合物也能被微生物用作碳源，且微生物氧化烴類的許多中間產物和最終產物均是重要的工業(yè)原料。

清除石油污染本文檔共49頁；當前第18頁；編輯于星期二\1點45分不同種類微生物利用碳源物質具有選擇性，利用能力有差異。Eg.假單胞桿菌屬的一些菌能利用90多種不同的碳源物質。

甲烷氧化菌只能利用甲烷和甲醇作碳源。本文檔共49頁；當前第19頁；編輯于星期二\1點45分2、氮源（nitrogensource）

（1）定義凡能提供微生物生長繁殖所需氮元素的營養(yǎng)物質，稱為氮源。氮是構成重要生命物質蛋白質和核酸等的主要元素，氮占細胞干重的12％～15％，也是微生物的主要營養(yǎng)物。本文檔共49頁；當前第20頁；編輯于星期二\1點45分（2）功能氮源物質一般不提供能量，但也有例外：化能自養(yǎng)細菌中的亞硝化細菌和硝化細菌能從NH3和NO2-的氧化過程中獲得能量，所以對于他們來說，NH3和NO2-是兼有氮源與能源的雙功能營養(yǎng)物質。提供合成細胞中的含氮物質（如蛋白質、核酸）及含氮代謝物等的原料。本文檔共49頁；當前第21頁；編輯于星期二\1點45分本文檔共49頁；當前第22頁；編輯于星期二\1點45分微生物能利用的氮源無機氮分子氮有機氮本文檔共49頁；當前第23頁；編輯于星期二\1點45分主要是蛋白質及其不同程度的降解產物(氨基酸、尿素等)，以及嘌呤和嘧啶等。a.有機氮實驗室常用的有機氮源有：牛肉膏、蛋白胨、酵母膏、魚粉、蠶蛹粉、黃豆餅粉和花生餅粉等。牛肉膏是用新鮮牛肉經過剔除脂肪、消化、過濾、濃縮而得到的一種棕黃色至棕褐色的膏狀物。由蛋白質經酸,堿或蛋白酶分解后而形成的細菌的培養(yǎng)基，也可治療消化道疾病酵母膏是以新鮮酵母乳液經酶解、分離、濃縮得到的純天然制品，富含均衡的各種人體必需氨基酸、B族維生素、核甘酸、多肽及微量元素，是各種微生物所必需的營養(yǎng)物質本文檔共49頁；當前第24頁；編輯于星期二\1點45分b.無機氮主要包括硝酸鹽、銨鹽、氨等。

銨鹽是絕大部分微生物的有效氮源，吸收后能被直接利用；

硝酸鹽也能被大部分微生物利用，但吸收后需被還原成NH4+才能進入合成代謝。本文檔共49頁；當前第25頁；編輯于星期二\1點45分3、能源（energysource）

能為微生物生命活動提供最初能量來源的營養(yǎng)物或輻射能，稱為能源。能源無機物：化能自養(yǎng)微生物的能源（不同于碳源）。輻射能：化學物質有機物：化能異養(yǎng)微生物的能源（同碳源）。絕大多數微生物的能源物質光合細菌的能源不僅提供微生物細胞的碳素和碳架，而且還提供微生物生命活動所需的能量。能源為氨根離子、亞硝酸根離子等還原態(tài)無機化合物，而碳源是二氧化碳。本文檔共49頁；當前第26頁；編輯于星期二\1點45分4、生長因子（growthfactor）

是一類調節(jié)微生物正常代謝所必需，但不能自行合成的需要量很小的一類有機物。本文檔共49頁；當前第27頁；編輯于星期二\1點45分根據生長因子的化學結構和它們在機體中的生理功能的不同可將生長因子分為：維生素、氨基酸、嘌呤和嘧啶3大類。主要功能：提供微生物細胞所需的化學物質（蛋白質、核酸、脂質）、作為酶的輔酶或輔基參與新陳代謝。本文檔共49頁；當前第28頁；編輯于星期二\1點45分

化合物代謝中的作用對氨基苯甲酸四氫葉酸的前體，一碳單位轉移的輔酶生物素催化羧化反應的酶的輔酶輔酶M甲烷形成中的輔酶葉酸四氫葉酸包括在一碳單位轉移輔酶中泛酸輔酶A的前體硫辛酸丙酮酸脫氫酶復合物的輔基尼克酸NAD、NADP的前體，它們是許多脫氫酶的輔酶吡哆素(B6)參與氨基酸和酮酶的轉化核黃素(B2)黃素單磷酸(FMN)和FAD的前體，它們是黃素蛋白的輔基鉆胺素(B12)輔酶B12包括在重排反應里(為谷氨酸變位酶)硫胺素(B1)硫胺素焦磷酸脫羧酶、轉醛醇酶和轉酮醇酶的輔基維生素K甲基酮類的前體，起電子載體作用(如延胡索酸還原酶)氧肟酸促進鐵的溶解性和向細胞中的轉移生長因子在代謝中的作用本文檔共49頁；當前第29頁；編輯于星期二\1點45分不同微生物需求的生長因子的種類和數量不同。能提供生長因子的天然物質有：酵母膏、蛋白胨、麥芽汁、玉米漿（一種浸制玉米以制取淀粉后產生的副產品）、動植物組織或細胞浸液以及微生物生長環(huán)境的提取液。本文檔共49頁；當前第30頁；編輯于星期二\1點45分

無機鹽是微生物生長必不可少的一類營養(yǎng)物質，包括磷酸鹽、硫酸鹽、氯化物以及含有鈉、鉀、鈣、鎂、鐵等金屬元素的化合物。5、無機鹽（mineralsalts）大量元素微量元素無機鹽構成細胞結構物質的組成。調解滲透壓，PH值和氧化還原電位。有些無機鹽如S、Fe還可做為自養(yǎng)微生物的能源。構成酶活性基的組成成分，維持酶活性。Mg、Ca、K是多種酶的激活劑。本文檔共49頁；當前第31頁；編輯于星期二\1點45分（1）常量元素（macroelements）凡是生長所需濃度在10-4～10-3mol／L（培養(yǎng)基中含量）范圍內的元素，可稱為常量元素，例如P、S、K、Mg、Ca、Na和Fe等。本文檔共49頁；當前第32頁；編輯于星期二\1點45分元素人為提供形式生理功能大

量

元

素PKH2PO4

磷酸二氫鉀

K2HPO4

磷酸氫二鉀核酸、磷酸和輔酶的成分SMgSO4硫酸鎂含硫氨基酸（半胱氨酸、甲硫氨酸等）和含硫維生素（生物素、硫胺素等）的成分KKH2PO4磷酸二氫鉀

K2HPO4磷酸氫二鉀某些酶（果糖激酶、磷酸丙酮酸轉磷酸酶等）的輔因子；維持電位差和滲透壓NaNaCl氯化鈉維持滲透壓；某些細菌和藍細菌所需CaCa(NO3)2

硝酸鈣

CaCl2

氯化鈣某些胞外酶的穩(wěn)定劑、蛋白酶等的輔因子；細菌形成芽孢和某些真菌形成孢子所需MgMgSO4硫酸鎂固氮酶等的輔因子；葉綠素等的成分FeFeSO4硫酸鐵細胞色素的成分；合成葉綠素、白喉毒素和氧高鐵血紅素所需本文檔共49頁；當前第33頁；編輯于星期二\1點45分凡所需濃度在10-8～10-6mol／L（培養(yǎng)基中含量）范圍內的元素，則稱為微量元素，如Cu、Zn、Mn、Mo、Co等。（2）微量元素（microelements）本文檔共49頁；當前第34頁；編輯于星期二\1點45分元素人為提供形式生理功能微

量

元

素MnMnSO4硫酸錳超氧化物歧化酶、氨肽酶和L-阿拉伯糖異構酶等的輔因子CuCuSO4硫酸銅氧化酶、酪氨酸酶的輔因子CoCoSO4硫酸鈷維生素B12的成分ZnZnSO4硫酸鋅堿性磷酸酶以及多種脫氫酶、肽酶和脫羧酶的輔因子Mo(NH4)6Mo7O24鉬酸銨固氮酶和同化型及異化型硝酸鹽還原酶的成分本文檔共49頁；當前第35頁；編輯于星期二\1點45分6、水微生物細胞中水占70～90％，水是地球上整個生命系統(tǒng)存在和發(fā)展的必要條件！本文檔共49頁；當前第36頁；編輯于星期二\1點45分水在微生物細胞內的生理功能（1）水是細胞的重要組成成分。（2）水直接參與代謝反應，許多反應都涉及脫水和水合。（3）維持蛋白質、核酸等生物大分子穩(wěn)定的天然構象。（4）水的比熱高，是熱的良好導體，能有效地吸收代謝過程中產生的熱并及時地將熱迅速散發(fā)出體外，從而有效地控制細胞內溫度的變化；本文檔共49頁；當前第37頁；編輯于星期二\1點45分微生物生長環(huán)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溫度和壓力條件下，溶液的蒸氣壓力與同樣條件下純水蒸氣壓力之比，即：w=w/wow表示溶液蒸汽壓力

wo表示純水蒸汽壓力溶液中溶質越多，w越小。微生物生長所需的水活度通常在0.63－0.99之間。本文檔共49頁；當前第38頁；編輯于星期二\1點45分幾類微生物生長最適w

微生物

w一般細菌0.91酵母菌0.88霉菌0.80噬鹽細菌0.76噬鹽真菌0.65嗜高滲酵母0.60本文檔共49頁；當前第39頁；編輯于星期二\1點45分三、微生物的營養(yǎng)類型由于微生物種類繁多，其營養(yǎng)類型比較復雜，劃分微生物營養(yǎng)類型的標準或角度各種各樣。但通常根據碳源、能源及供氫體的不同，將微生物劃分為光能自養(yǎng)型、光能異養(yǎng)型、化能自養(yǎng)型及化能異養(yǎng)型四種營養(yǎng)類型。本文檔共49頁；當前第40頁；編輯于星期二\1點45分本文檔共49頁；當前第41頁；編輯于星期二\1點45分1.光能無機營養(yǎng)型（光能自養(yǎng)型）利用光作為能源，以CO2為唯一碳源或主要碳源，以還原態(tài)無機物（如水、硫化氫、硫代硫酸鈉等）作為供氫體或電子供體，使CO2還原成細胞物質，并且伴隨元素氧（硫）的釋放。光合細菌細胞內含菌綠素，光合作用以H2S、S等還原態(tài)硫化物為供氫體，產生細胞物質，并伴隨硫元素的產生。藻類和藍細菌與高等植物一樣，以水為供氫體（電子供體），進行產氧型的光合作用，合成細胞物質。本文檔共49頁；當前第42頁；編輯于星期二\1點45分這類微生物不以CO2作為唯一碳源或主要碳源，需以簡單有機物作為供氫體，利用光能將CO2還原成細胞物質。光能有機營養(yǎng)型細菌在生長時通常需要外源的生長因子。2.光能有機營養(yǎng)型（光能異養(yǎng)型）這類微生物能利用有機物迅速繁殖，常用于污水處理。本文檔共49頁；當前第43頁；編輯于星期二\1點45分例如，紅螺菌屬中的一些細菌就是這一營養(yǎng)類型的代表：能利用異丙醇作為供氫體，將CO2還原成細胞物質，同時積累丙酮。CHOH+CO2H3CH3C2光能光合色素2CH3C0CH3+