微生物的营养要求一
4 微生物的营养
基团移位 有 快 由稀至浓
内部浓度高
运送速度
溶质运送方向
平衡时内外浓度
相等
无特异性 不需要
相等
特异性 不需要
运送分子 能量消耗
运送前后溶质分子
特异性 需要
特异性 需要
不变
无 无竞争性 无
不变
有 有竞争性 有
不变
有 有竞争性 有
改变
有 有竞争性 有
载体饱和性 与溶质类似物 运送抑制剂
•单纯扩散：溶质分子通过细胞膜上的小孔由高浓度 向低浓度扩散。 •促进扩散：物质在膜渗透酶帮助下顺浓度梯度快速 扩散运送。
第六章 微生物的营养
一、微生物的营养
• 营养（nutrition）：指生物体从外部环境摄取
其生命活动所必需的能量和物质，以满足其
生长和繁殖需要的一种生理功能。
• 营养物（nutrient）：指具有营养功能的物质， 在微生物学中，常常还包括光能这种非物质形
式的能源在内。微生物的营养物可为它们正常
生命活动提供结构物质、能量、代谢调节物质
微生物的营养类型
营养类型
光能自养型 （光能无机营养型） 光能异养型 （光能有机营养型） 化能自养型 （化能无机营养型） 化能异养型 （化能有机营养型）
能源
光 光 无机物* （还原态） 有机物
氢供体
无机物 有机物 无机物 有机物
基本碳源
CO2 CO2及简单 有机物 CO2 有机物
实例
蓝细菌 藻类 红螺菌科 铁细菌 氢细菌
6、水
• 微生物细胞的重要组成成分，其含量可达70～
95%（细菌～80%，酵母～75%，霉菌～ 85%）。 • 水的类型：自由水、结合水。 • 水的功能：优良的溶剂；细胞内进行各种生化 反应的媒介；维持生物大分子结构的稳定，参 与某些重要的生物化学反应。
微生物的营养
3、培养：倒置培养皿，于37℃恒温箱中培养2-3天。
防止培养基冷凝后形成的 水珠滴落在培养基上，
不利于菌落的形成
4、纯化和保藏：选择小型且呈灰白色的单个菌落，用 划线法接种在斜面培养基上培养，培养后冷藏在冰箱中 保存。
1、配制培养基：黄豆浸泡，制作豆浆。用奶粉泡 牛奶。 豆浆和牛奶混合，采用巴氏消毒法消毒，获得 液体培养基。 杀灭试管 2、接种：点燃酒精灯，打开菌种封口后将试管口在 口的杂菌 火焰上烧一下，并将试管口置于火焰附近，然后灼烧 接种环，将接种环于菌种试管培养基无菌落处冷却后 刮取菌种，接种到培养基中。 3、培养：37℃发酵8-10小时。
6）牛肉膏中含有生长因子。 （ √ ）
现有酸奶一瓶、奶粉一袋、黄豆一 袋，如何制作豆奶酸奶？要求用酸 奶中乳酸菌进行发酵。
1、配制培养基：用奶粉泡牛奶，加入1%的琼脂，制 成固体培养基，高压灭菌处理。 2、接种：在超净工作台上，点燃酒精灯，用酒精消 毒手，打开酸奶包装，将接种环灼烧，在酸奶中蘸一 下，用划线法接种在固体培养基上。
2、根据用途分
如，牛肉膏蛋白胨培养基 选择培养基——能通过缺少某种物质或某种特定的反 应选择出特定微生物的具有选择作用的培养基。
通用培养基——满足多种微生物的营养需求的培养基。
选择培养基
加入青霉素等抗生素的培养基 选择出----导入了目的基因的受体细胞 青霉菌、酵母菌等真菌 不加氮源的无氮培养基 选择出----自生固氮菌 加入伊红和美蓝染料的培养基 选择出----大肠杆菌（有金属光泽的紫黑色的菌落） 加入高浓度食盐的培养基 选择出----金黄色葡萄球菌 不加含碳有机物的无碳培养基 选择出----自养型微生物
2.氮源
凡提供微生物生长繁殖所需要氮元素的 营养源，称为氮源。
第二节微生物对营养物质的吸收(精)
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类型
浓度 梯度 顺 顺 逆 逆
能量 需要 否 否 是 是
载体 平衡点 渗透酶 无 有 有 有 不改变 不改变 改变 改变
实例
单纯 扩散
促进 扩散 主动 运输 基团 转移
水
气体分子 金属离子
氨基酸 大部分 物质
糖类
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第三节 微生物的营养类型
一、概述
微生物对营养物质的利用，就其总体 而言，地球上几乎没有一种有机物不被他 们所利用，但就某一种而言，他们所需要 的营养物却有一定范围。 根据微生物对碳源的要求是无机碳化合物 还是有机化合物可以把微生物分为自养型 微生物和异养型微生物两大类。
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二、营养吸收方式
1.被动扩散（单纯扩散）
利用浓度差，从高向低扩散，不消耗能 量，非特异性（无选择性），速度慢。
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2.促进扩散
利用浓度差，不消耗能量，多见于真核生物。 有一种载体像渡船一样运输，可大大加快速度， 这种载体是一种蛋白质，称为透过酶/渗透酶。
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3.主动运输
光合色素 光
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三、化能自养型微生物 Chemoautotrophs
这一类微生物有氧化一些无机 物（H2S,FeCO3,NH4+,NO3-）的能力， 利用氧化无机物时产生的能量（化 学能），把二氧化碳 CO2 或可溶性 的碳酸盐 CO32-还原成有机碳化物。
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这些微生物仅限一些细菌：氢 细菌，硫细菌，铁细菌，氨细菌和 亚硝酸细菌共五类。 他们在产能过程中，需要大量 氧气，所以所有的化能自养型微生 物均为好氧菌。
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一、营养物质与营养
《微生物学》微生物的营养
图6-1 单纯扩散
（二）促进扩散
图6-2 促进扩散
促进扩散（facilitated diffusion） 指溶质必须在细胞膜上的底物特异 载体蛋白的协助下，不消耗能量的 扩散运输方式，多见于真核生物， 原核生物中少见（图6-2）。促进扩 散与单纯扩散同属于被动扩散，是 不耗能的跨膜运输方式，所以也不 能进行逆浓度运输，但扩散效率较 快，其原因则是有特异载体蛋白的 参与。
（2） 合成培养基 合成培养基（synthetic medium），也称为化学限定培养基（chemically defined medium），是营养成分 背景完全清晰的培养基，由高纯化学试剂配制而成。 （3） 半合成培养基 半合成培养基（semisynthetic medium）是由部分天然材料和部分化学试剂配制的培养基，如马铃薯蔗 糖培养基（干净削皮的马铃薯200g，蔗糖20g）。
（二）微生物的营养物质及生理功能
4．无机盐
无机盐（mineral salt）或矿质元素主要可为微生物的生长提供除碳源和氮源外的各种重要 元素，是微生物生命活动不可缺少的物质。
在配制微生物培养基时，对大量元素来说，首选无机盐是K2HPO4和MgSO4，可同时提供 多种需要量大的元素。同时，许多微量元素是重金属，不能过量，否则可能产生毒害作用， 但是在部分生物中，特别是真菌，会对某些重金属元素富集，这在重金属污染处理中具有重 要意义。
氧化还原电位（redox potential）又称氧化还原势，是衡量某氧化还原系统中氧化剂接受电子或还原剂释放电子趋势 的一种指标。 6. 原料易得
从经济角度考虑，在配制培养基时应尽量利用廉价且来源方便的原料。
（三）培养基设计的方法
1. 查阅文献，借鉴经验 设计培养基时，首先应该根据实验目的查阅文献，收集已发表的培养基配方，根据实验要求进行筛 选。 2. 生态模拟 凡有某种微生物大量生长繁殖的环境，一定存在着该微生物所必要的营养及赖以生存的其他条件。 3. 营养需求，科学组合 根据微生物的营养需求，通过不同因素实验考察的优化方法确定最优配方。 4. 试验比较，优化配方 初步设计的适合某种微生物生长的培养基配方，还必须经具体试验和比较后才能最后确定符合实 际要求的培养基。
微生物的营养需求
甲烷氧化菌只能利用甲烷和甲醇
酿酒酵母能利用葡萄糖，但不同利用淀粉
根据微生物碳源不同进行分类鉴定研究
氮源（Nitrogen source）
概念：提供微生物生长繁殖所需要的氮素营养 物质 功能：氮是构成重要生物大分子如蛋白质、核 酸等主要及重要元素，氮占细胞干重的 12%-15%，也是微生物的主要营养物质 一般不提供能量 特殊：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，氮源和能源
微生物的营养物质及其作用
什么是营养（nutrition）
微生物从环境中摄取营养物质的过程
什么是营养物（nutrient ）
满足微生物生殖繁殖的化学物质
为什么微生物需要营养
微生物需要哪些营养物质？
微生物细胞中含有
干物质：无机物：与有机物结合或单独存在的无机盐类物质 有机物：蛋白质、糖类、脂类、核酸、维生素及 降解产物和一些代谢产物等 水：70%-90%
生长因子（growth factor）
概念：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少的一类有机化合物 常见生长因子及功能 对氨基苯甲酸：四氢叶酸的前体，一碳化合物转移 的辅酶 生物素：催化羧化反应的酶的辅酶 泛酸：辅酶A的前体 硫辛酸：丙酮酸脱氢酶复合体的辅基 核黄素：黄素单磷酸（FMN）和FAD的前体，是黄 素蛋白的辅基
1. 微生物的营养需求
大量元素 （Macronutrients ） C, H, O, N, P and S 微量元素 （Trace Elements ）
浓度在10-8-10-6范围 碳水化合物
脂类（lipids ） 蛋白质（Proteins ）
核酸（nucleic acids）
微生物的营养
微生物的营养1．微生物的营养要求微生物生长繁殖所需的营养物质主要有水、碳源、氮源、无机盐和生长因子等。
水：水是各种生物细胞必需的。
水是良好的溶剂，微生物的新陈代谢过程中的一切生化反应都离不开水的作用。
碳源：碳源是合成菌体成分的原料，也是微生物获取能量的主要来源。
整体上看来，微生物可以利用的碳源范围极广，从大类上说，可以分为有机碳源和无机碳源两大类，凡必须利用有机碳源的微生物就是异养微生物，凡能利用无机碳源的微生物就是自养微生物。
糖类是最广泛利用的碳源。
氮源：氮源主要是供给合成菌体结构的原料，很少作为能源利用。
与碳源相似，微生物作为一个整体来说，能利用的碳源种类十分广泛。
某些微生物（如固氮菌）能利用空气中分子态的氮或利用无机氮化物如铵盐、硝酸盐合成有机氮化物。
多数致病菌则必须供给蛋白胨、氨基酸等有机氮化物才能生长。
无机盐类：无机盐主要可为微生物提供除碳、氮以外的各种重要元素。
微生物需要的无机盐类很多，主要有P、S、K、Na、Ca、Mg、Fe等，其主要功能为构成菌体成分；调节渗透压；作为某些酶的成分，并能激活酶的活性等。
生长因子：有些微生物虽然供给它适合的碳源氮源和无机盐类，仍不能生长，还要供给一定量的所谓“生长因子”。
其种类很多，主要是B族维生素的化合物等。
生长因子可以从酵母浸出液、血液或血清中获得。
2．微生物的营养类型根据微生物对碳源的要求不同，可将其分为自养菌和异养菌两大营养类型。
凡能利用无机碳合成菌体内有机碳化物的，叫自养菌；不能利用无机碳而需要有机碳才能合成菌体内有机碳化物的，为异养菌。
根据其生命活动所需能量的来源不同，可分为光能营养菌和化能营养菌。
前者是从光线中获得能量，后者则从化学物质氧化中取得能量。
因此，根据微生物所需的碳源和能源不同，可将微生物分为光能自养菌、光能异养菌、化能自养菌、化能异养菌等四类。
如表所示：微生物的营养类型3．营养物质的运输：外界环境的营养物质只有被微生物吸收到细胞内，才能被微生物分解与利用，微生物生长过程中产生的一些代谢产物也必须分泌到细胞外，在这两个过程中，细胞膜起着重要作用。
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。
微生物生长所需要的营养物质
微生物生长所需要的营养物质微生物是一类非常微小的生物体，包括细菌、真菌、病毒等。
它们的生长繁殖需要一定的营养物质。
本文将介绍微生物生长所需要的营养物质，包括碳源、氮源、磷源、微量元素等。
1. 碳源：碳是微生物生长的基本元素，也是微生物合成有机物的主要来源。
微生物可以利用有机碳和无机碳作为碳源。
有机碳包括葡萄糖、果糖、蔗糖等，无机碳则包括二氧化碳等。
不同微生物对碳源的利用能力不同，有些微生物只能利用有机碳，而有些微生物则能利用无机碳进行光合作用。
2. 氮源：氮是微生物合成蛋白质和核酸的重要元素。
微生物可以利用无机氮和有机氮作为氮源。
常见的无机氮源包括氨、硝酸盐等，有机氮源则包括氨基酸、蛋白质等。
不同微生物对氮源的利用能力不同，有些微生物能利用无机氮源进行氨化作用，将无机氮转化为有机氮；而有些微生物则能利用有机氮源直接进行合成。
3. 磷源：磷是微生物合成核酸和磷脂的重要元素。
微生物可以利用无机磷和有机磷作为磷源。
常见的无机磷源包括磷酸盐等，有机磷源则包括核苷酸、磷脂等。
磷的浓度对微生物生长有一定的限制，过高或过低的磷浓度都会影响微生物的生长。
4. 微量元素：微生物生长还需要一些微量元素，如铁、锌、锰等。
这些微量元素在微生物体内起着催化剂的作用，参与多种酶的活性。
微生物对微量元素的需求量较小，但缺乏时会影响微生物的生长和代谢。
除了上述主要的营养物质外，微生物还需要适宜的温度、pH值、氧气浓度等环境条件来保证其正常生长。
不同微生物对这些条件的要求也不尽相同。
总结起来，微生物生长所需要的营养物质包括碳源、氮源、磷源、微量元素等。
合理提供这些营养物质可以促进微生物的生长繁殖，有助于微生物的应用和研究。
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微生物、动物、植物之间存在“营养上的统一性”
4.微生物细胞的化学组分特点
(1)、不同的微生物细胞化学组分不同
（2）、同一种微生物在不同的生长阶段，其化学组分也有差异
5.微生物细胞中几种主要元素的含量（干重%）
元素
细菌
酵母菌
其它真菌
碳
氮
氢
氧
磷
硫
～50
为微生物提供碳素来源的物质。
1、功能
（1、构成微生物细胞物质，如糖、蛋白质、核酸等
（2、形成代谢产物，如酒精、乳酸等
（3、提供生命活动的能源
2、可作碳源的物质（P80表4－2）
糖类，蛋白质，有机酸，醇类，脂类，烃，CO2，碳酸盐等
同一微生物对不同碳源的利用差别－速效碳源和迟效碳源
如葡萄糖和半乳糖同时存在于培养基中时，大肠杆菌先利用葡萄糖（速效碳源），再利用半乳糖（迟效碳源）
、
§1微生物的营养要求P75
营养：微生物摄取和利用营养物质的过程。
营养物质：能满足微生物生长、繁殖和进行各种生理活动需要的物质。
2.细胞化合物的组成：
糖类、脂类、蛋白质、水、无机盐、生长因子、核酸
微生物、动物、植物之间存在“营养上的统一性”
3.化学元素组成：
主要元素：碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙、铁
～15
～8
～20
～3
～1
～50
～12
～7
～31
----
----
～48
～5
～7
～40
----
----
二、营养物质及其生理功能P76
1.根据营养物质在机体中的生理功能不同进行分类
五大类（武大）：碳源、氮源、水、无机盐、生长因子
六大类（周德庆）:碳源、氮源、水、无机盐、生长因子、能源
1、碳源(carbon source)
3、异养微生物氮的利用顺序
C.H.O.N> C.H.O.N.x >N.H > N.O
培养基中最常用的有机氮源：牛肉膏、蛋白胨、酵母膏
3、速效氮源和迟效氮源
实例：土霉素发酵生产中添加的玉米浆和花生饼粉
玉米浆：以较易吸收的蛋白质降解产物形式存在，易被利用（速效氮源）
花生饼粉：以大分子蛋白质形式存在，不易被利用（迟效氮源）
不同微生物的碳源谱相差很大
双功能营养物异养微生物的碳源兼作能源
2、氮源(nitrogin source)
为微生物提供氮素来源的物质。
1、功能ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
（1、构成微生物含氮物质，如蛋白质、核酸等
（2、形成代谢产物，如谷氨酸等
(3、一般不做能源
2、可作氮源的物质（P81表4－3）
蛋白质及其降解物（胨、肽、氨基酸）、硝酸盐、氨盐、N2、尿素、嘌呤、嘧啶、氰化物等
3、无机盐（mineral salts
大量元素：Ca、K、Mg、Fe等生长所需浓度在10－3-10－4mol/l
微量元素:Zn、Cu、Mn、Co、Mo等生长所需浓度在10－6-10－8mol/l
发酵生产中的作用不同：前者有利于菌体生长，后者有利于代谢产物形成保持适当的比例，协调菌体生长期和产物形成期，提高土霉素的产量
4、生理酸性盐与生理碱性盐：
以(NH4)2SO4等氨盐作为氮源培养微生物时，由于NH4+被吸收，会导致培养基的pH下降，因而将其称为生理酸性盐；
以NO3-为氮源培养微生物时，由于NO3-被吸收，会导致培养基pH升高，因而将其称为生理碱性盐。