微生物的营养与培养基
营养物质: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.（结构物质、能量、代谢调节物质和生理环境等）
营养:微生物获得和利用营养物质的生理过程。
营养物质是微生物生存的物质基础，而营养是微生物维持和延续其生命形式的一种生理过程。
第一节 微生物的营养六要素 一、微生物的化学组成
主要元素：碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙等 占细菌细胞干重的97% 微量元素：锌、锰、氯、钼、硒、钴、铜等 二、微生物的营养要素
营养物质按照它们在机体中的生理作用不同，可以将它们区分成六大类。 六要素：碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水 1.碳源 (carbon source )
在微生物生长过程中能为微生物提供碳素来源的物质 有机碳 异氧微生物
碳源谱
无机碳 自养微生物
微生物利用的碳源物质主要有糖类、有机酸、醇、脂类、烃、CO2及碳酸盐等。 对于为数众多的化能异养微生物来说，碳源是兼有能源功能营养物。
目前在微生物工业发酵中所利用的碳源物质主要是单糖、淀粉、麸皮、米糠等。 表 微生物利用的碳源物质 种类 糖 碳源物质 葡萄糖、果糖、麦芽糖、蔗糖、淀粉、半乳糖、乳糖、甘露糖、纤维二糖、纤维素、半纤维素、甲壳素、木质素等 备注 单糖优于双糖，己糖优于戊糖，淀粉优于纤维素，纯多糖优于杂多糖。 有机酸 糖酸、乳酸、柠檬酸、延胡索与糖类比效果较差，有机酸较酸、低级脂肪酸、高级脂肪酸、难进入细胞，进入细胞后会导氨基酸等 致pH下降。当环境中缺乏碳源物质时，氨基酸可被微生物作为碳源利用。 乙醇 脂肪、磷脂 天然气、石油、石油馏分、石蜡油等 在低浓度条件下被某些酵母菌和醋酸菌利用。 主要利用脂肪，在特定条件下将磷脂分解为甘油和脂肪酸而加以利用。 利用烃的微生物细胞表面有一种由糖脂组成的特殊吸收系统，可将难溶的烃充分乳化后吸收利用。 为自养微生物所利用。 醇 脂 烃 CO2 CO2 碳酸盐 其他 NaHCO3、CaCO3、白垩等 芳香族化合物、氰化物 蛋白质、肋、核酸等 为自养微生物所利用 利用这些物质的微生物在环境保护方面有重要作用。 当环境中缺乏碳源物质时，可被微生物作为碳源而降解利用。 2.氮源(nitrogen source)
凡是能被用来构成菌体物质中或代谢产物中氮素来源的营养物质称为氮源。 有机氮 蛋白质
核酸
氨基酸 铵盐作为氮源时会导致培养基pH值 尿素
下降，称为生理酸性盐。 氮源谱 而以硝酸盐作为氮源时培养基pH值 NH3
会升高，称为生理碱性盐。 铵盐
无机氮 硝酸盐 N2 按氮源的不同生物可分为：
氨基酸自养型生物：能利用尿素、铵盐、硝酸盐甚至氮气的生物 氨基酸异养型生物：从外界吸收现成的氨基酸作为氮源的微生物
常用的蛋白质类氮源包括蛋白胨、鱼粉、蚕蛹、黄豆饼粉、玉米浆、牛肉浸膏、酵母浸膏等 速效性氮源： 迟效性氮源：
如玉米浆相对于豆饼粉，NH 4+相对于NO 3- 为速效氮源。 表 微生物利用的氮源物质 种类 蛋白质类 氮源物质 蛋白质及其不同程度降解产物(胨、肽、氨基酸等) 备注 大分子蛋白质难进入细胞，一些真菌和少数细菌能分泌胞外蛋白酶，将大分子蛋白质降解利用，而多数细菌只能利用相对分子质量较小其降解产物 容易被微生物吸收利用 容易被微生物吸收利用 固氮微生物可利用，但当环境中有化合态氮源时，固氮微生物就失去固氮能力 氨及铵盐 硝酸盐 分子氮 其他 NH3、(NH4)2SO4等 KNO3等 N2 嘌呤、嘧啶、脲、胺、酰胺、大肠杆菌不能以嘧啶作为唯一氮源，在氮限量氰化物 的葡萄糖培养基上生长时，可通过诱导作用先 合成分解嘧啶的酶，然后再分解并利用嘧啶可不同程度地被微生物作为氮源加以利用 3.能源(energy source)
能源：能为微生物的生命活动提供最初能量来源营养物或辐射能
有机物 化能异养微生物的能源 化学物质 能源谱 无机物 化能自养微生物的能源
辐射能 光能自养和光能异养微生物的能源 单功能营养物、双功能营养物、多功能营养物 4.生长因子(growth factor) 生长因子：那些微生物生长所必需而且需要量很小，但微生物自身不能合成的或合成量不足以满足机体生长需要的有机化合物 生 物 生长因子 需要量 微 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（ml-1 (vitamin)、氨基酸与嘌呤与嘧啶三大类。 型肺炎链球菌（Streptococcus pneumoniae） 胆碱 6ug III 维生素在机体中所起的作用主要是作为酶的辅基或辅酶参与新陈代谢；Staphylococcus aureus） 硫胺素 0.5ng 金黄色葡萄球菌（ 有些微生物自身缺乏合成某些氨基酸的能力，因此必须在培养基中补充这些氨基酸或含白喉棒杆菌（Cornebacterium diphtherriae） B-丙氨酸 1.5ug 有这些氨基酸的小肽类物质，微生物才能正常生长； 破伤风梭状芽孢杆菌（Clostridium tetani） 尿嘧啶 0-4ug 嘌呤与嘧啶作为生长因子在微生物机体内的作用主要是作为酶的辅酶或辅基，以及用来肠膜状串珠菌（Leuconostoc mesenteroides） 吡哆醛 0.025ug 合成核苷、核苷酸和核酸。 维生素及其在代谢中的作用 表化合物 对氨基苯甲酸 生物素 辅酶M 叶酸 泛酸 硫辛酸 尼克酸 吡哆素(B6) 核黄素(B2) 钴胺素(B12) 硫胺素(B1) 维生素K 氧肟酸 代谢中的作用 四氢叶酸的前体，一碳单位转移的辅酶 催化羧化反应的酶的辅酶 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 生长因子自养型微生物； 生长因子异养型微生物； 生长因子过量合成型微生物； 5.无机盐(inorganic salt)
参与微生物中氨基酸和酶的组成；
作用 调节微生物的原生质胶体状态，维持细胞的渗透与平衡 酶的激活剂。
根据微生物对矿质元素需要量大小可以把它分成
大量元素：Na、K、Mg、Ca、S、P等。通常需要量在10-3--10-4mol/L： 微量元素是指那些在微生物生长过程中起重要作用，而机体对这些元素的需要量极其微 小的元素，通常需要量在10-6--10-8 mol /L：锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等。
6.水（water）
生理功能主要有
①起到溶剂与运输介质的作用； ②参与细胞内一系列化学反应；
③维持蛋白质、核酸等生物大分子稳定的天然构象； ④热的良好导体；
⑤通过水合作用与脱水作用控制由多亚基组成的结构 第二节 微生物的营养类型
生长所需要的营养物质 自养型生物 异养型生物 生物生长过程中能量的来源 光能营养型 化能营养型
根据碳源、能源及电子供体性质的不同，可将微生物分为： 光能无机自养型(photolithoautotrphy) 光能有机异养型(photoorganoheterotrphy) 化能无机自养型(chemolithoautotrphy)
化能有机自养型(chemoorganoheterotrophy) 1．光能无机自养型（光能自养型）
能以CO2为主要唯一或主要碳源； 进行光合作用获取生长所需要的能量；
以无机物如H2、H2S、S等作为供氢体或电子供体，使CO2还原为细胞物质； 例如，藻类及蓝细菌等和植物一样，以水为电子供体（供氢体），进行产氧型的光合作用，合成细胞物质。而红硫细菌，以H2S为电子供体，产生细胞物质，并伴随硫元素的产生。 光能
CO2+ 2H2S 光和色素 [ CH2O] + 2S+ H2O 2．光能有机异养型（光能异养型）
不能以CO2为主要或唯一的碳源；
以有机物作为供氢体，利用光能将CO2还原为细胞物质； 在生长时大多数需要外源的生长因子； 例如，红螺菌属中的一些细菌能利用异丙醇作为供氢体，将划分依据 营养类型 特点CO2还原成细胞物质，同时积累丙酮。 H3C 光能 CHOH + CO2 2 CH3C0CH3 +[ CH2O] + H2O 碳源 2 自养型(autotrophs) 以CO2 为唯一或主要碳源 H3C 光和色素 3 ．化能无机自养型（化能自养型） 异养型(heterotrophs) 以有机物为碳源 能源 生长所需要的能量来自无机物氧化过程中放出的化学能； 光能营养型(phototrophs) 以光为能源 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- 以 CO2 化能营养型(chemotrophs) 以有机物氧化释放的化学能为能源等作为电子供体使CO2还原成细胞物质。 电子供体 无机营养型(lithotrophs) 以还原性无机物为电子供体 4 ．化能有机异养型（化能异养型） 化能无机自养型只存在于微生物中，可在完全无机及无光的环境中生长。它们广泛分 有机营养型(organotrophs) 以有机物为电子供体 布于土壤及水环境中,参与地球物质循环； 生长所需要的能量均来自有机物氧化过程中放出的化学能； 生长所需要的碳源主要是一些有机化合物，如淀粉、糖类、纤维素、有机酸等。
有机物通常既是碳源也是能源； 大多数细菌、真菌、原生动物都是化能有机异养型微生物；
所有致病微生物均为化能有机异养型微生物； 不同营养类型之间的界限并非绝对
异养型微生物并非绝对不能利用CO2；
自养型微生物也并非不能利用有机物进行生长；
有些微生物在不同生长条件下生长时,其营养类型也会发生改变；
微生物营养类型的可变性无疑有利于提高其对环境条件变化的适应能力 例如紫色非硫细菌(purple nonsulphur bacteria)： 第三节 营养物质进入细胞的方式 没有有机物时，同化CO2， 为自养型微生物； 营养物质能否进入细胞取决于三个方面的因素： 有机物存在时，利用有机物进行生长，为异养型微生物； ①营养物质本身的性质（相对分子量、质量、溶解性、电负性等 光照和厌氧条件下，利用光能生长，为光能营养型微生物； ②微生物所处的环境（温度、pH等）； 黑暗与好氧条件下，依靠有机物氧化产生的化学能生长，为化能营养型微生物 ③微生物细胞的透过屏障（原生质膜、细胞壁、荚膜等）。 根据物质运输过程的特点，可将物质的运输方式分为
自由扩散（Simple Diffusion） 促进扩散（Facilitated Diffusion） 主动运输（Active Transport） 基团转移（Group Translocation） 1．自由扩散
原生质膜是一种半透性膜，营养物质通过原生质膜上的小孔，由高浓度的胞外环境向低浓度的胞内进行扩散。 特点
①物质在扩散过程中没有发生任何反应； ②不消耗能量；不能逆浓度运输；
③运输速率与膜内外物质的浓度差成正比
水是唯一可以通过扩散自由通过原生质膜的分子，脂肪酸、乙醇、甘油、一些气体（O2、CO2）及某些氨基酸在一定程度上也可通过自由扩散进出细胞。
微生物的营养与培养基
