微生物的营养物质
大学微生物复习--第4章 微生物的营养和代谢1
几种微生物生长的最适aw值
微生物 一般细菌 酵母菌 霉菌 嗜盐细菌 嗜盐真菌 嗜高渗酵母菌
aw
0.91 0.88 0.80 0.76 0.65 0.60
17
二、微生物吸收营养物质的方式
1. 简单扩散
物质运输的动力: 膜内外的浓度差 特点：
A. 不消耗能量
B. 不发生化学变化 C. 非特异性。
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微生物在厌养条件下的发酵过程的前部反应
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酵母菌的乙醇发酵
C6H12O6 + 2ADP + 2 H3PO4 2CH3CH2OH + 2 ATP + 2CO2+2H2O
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乳酸细菌的正型乳酸发酵
C6H12O6 + 2ADP + 2Pi
2CH3CHOHCOOH + 2ATP + 2H2O
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（二）呼 吸
葡萄糖，果糖，半乳糖，甘露糖 麦芽糖，蔗糖，乳糖，纤维二糖 淀粉，纤维素，半纤维素，甲壳素
4
有机酸：
乳酸，柠檬酸，延胡索酸，低级脂肪酸，高 级脂肪酸，氨基酸
醇类：
乙醇、甲醇
脂类：
脂肪，磷脂
5
烃类： 天然气，石油，石油馏分，石蜡油 CO2： CO2 碳酸盐： NaHCO3, CaCO3, 其他： 芳香族化合物，氰化物，蛋白质，肽， 核酸
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1. 适宜营养物质的选择
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2. 营养物质浓度及配比合适（C/N） 碳氮比（C/N）：培养基中碳元素/氮元素 物质的量比值或还原糖与粗蛋白之比。
谷氨酸发酵生产： C/N=4时菌体大量繁殖，Glu积累少； C/N=3时菌体繁殖受抑，Glu大量积累。
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3. 控 制 pH 条 件 细菌: pH7.0~8.0
微生物需要的六大营养物质
微生物需要的六大营养物质
微生物需要的六大营养物质是：
1.碳源（Carbon Source）：微生物需要碳作为构建细胞的主要元素。
它可以从有机物（如葡萄糖、脂肪酸等）或无机物（如二氧化碳）中获取。
2.氮源（Nitrogen Source）：微生物需要氮来合成蛋白质和核酸等生物分子。
常见的氮源包括氨、硝酸盐、氨基酸等。
3.磷源（Phosphorus Source）：微生物需要磷来合成核酸、脂类和能量储存分子（如ATP）。
磷通常以无机磷酸盐的形式存在，如磷酸二氢钾、磷酸二氢铵等。
4.硫源（Sulfur Source）：微生物需要硫来合成氨基酸中的硫氨基酸，如半胱氨酸和甲硫氨酸。
常见的硫源包括硫酸盐和硫酸氢盐。
5.微量元素（Trace Elements）：微生物需要微量元素作为辅酶、酶和催化剂的组成部分。
常见的微量元素包括铁、锌、镁、钴、铜、锰等。
6.水（Water）：水是微生物生存和代谢所必需的，它在细胞中扮演溶剂、反应物和反应产物的角色。
这些营养物质是微生物生长和代谢所必需的，缺乏其中任何一种都可能限制微生物的生长。
不同类型的微生物对这些营养物质的需求量和比例有所不同，因此在培养微生物时需要提供适当的培养基来满足其营养需求。
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。
《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。
微生物营养物质的种类和功能
微生物营养物质的种类和功能微生物是一类极小的生物体，它们广泛存在于地球上的各种环境中。
微生物的营养物质包括碳源、氮源、能量源、无机盐等。
这些营养物质在微生物的生长和代谢过程中起着重要的作用。
下面将介绍一些常见的微生物营养物质的种类和功能。
1.碳源：微生物需要碳来合成生物大分子，如蛋白质、核酸和多糖等。
常见的碳源包括有机碳源（如葡萄糖、乳糖、麦芽糖等）和无机碳源（如二氧化碳）。
2.氮源：微生物需要氮来构建氨基酸、核酸和其他含氮有机物。
常见的氮源包括无机氮源（如铵盐、硝酸盐）、有机氮源（如氨基酸、脲等）和氨气。
3.能量源：微生物通过摄取和代谢能量源来获取能量。
常见的能量源包括有机能量源（如葡萄糖、乳糖等）和无机能量源（如硫化物、氢气等）。
4.矿物质和无机盐：微生物需要一定的矿物质和无机盐来维持正常的生长和代谢。
常见的矿物质和无机盐包括钠、钙、钾、镁、铁、锌、锰等。
除了以上介绍的常见微生物营养物质，还有一些特殊的营养物质在微生物的生长和代谢中起重要的作用，例如：1.维生素：微生物需要维生素来维持正常的生长和代谢。
维生素是一类必需的有机化合物，常见的维生素包括维生素B族、维生素C、维生素D等。
微生物可以通过自身合成维生素，也可以从外部环境中吸收维生素。
2.氧化还原剂：微生物代谢过程中的氧化还原反应需要一定的氧化还原剂参与。
常见的氧化还原剂包括NAD+、NADP+等辅酶。
微生物通过合适的营养物质的摄取和代谢来维持正常的生长和代谢。
不同微生物对营养物质的要求有所不同，有些微生物可以利用多种营养物质，而有些微生物只能利用特定的营养物质。
此外，一些微生物还具有自养作用，可以利用太阳能或化学反应来合成有机物，称为光合微生物和化能微生物。
总之，微生物的营养物质种类繁多，它们在微生物的生长和代谢中起着不可替代的作用。
微生物通过合适的营养物质的摄取和代谢来维持正常的生物学功能。
了解微生物对营养物质的需求，有助于我们更好地理解微生物的生活方式，进而应用于农业、医学和环境等领域的研究与应用。
微生物的营养
一、微生物细胞的化学组成
（一） 细胞化学元素组成：整个生物界大体相同，主要 是C、H、O、N（占干重90－97%），C占约50%， C/N一般是5:1。
主要元素：碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙、 铁等；
微量元素：锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、钨、 镍、硼等。
微生物细胞中几种主要元素的含量 （干重的％）
➢ 有些微生物需要从外界吸收现成的氨基酸作为 氮源才能生长，这类微生物叫做氨基酸异养型 生物，也叫营养缺陷型。
3、能源
➢ 定义：能为微生物的生命活动提供最初能量来源的营养物 或辐射能。
➢ 种类： （1）化学物质： 有机物——化能异养微生物的能源（同碳源）； 无机物——化能自养微生物的能源（不同于碳源），如
类 元素水平 型
化合物水平
培养基原料水平
C·H·O·N·X 复杂蛋白质、核酸等 牛肉膏、蛋白胨、花生饼
有
粉等
机 C·H·O·N 多数氨基酸、简单蛋白 一般氨基酸、明胶等
碳
质等
C·H·O
糖、有机酸、醇、脂类 葡萄糖、蔗糖、各种淀粉、
等
糖蜜等
C·H
烃类
天然气、石油及其不同馏 份、石蜡油等
无 C(?)
—
—
➢ 实验室常用的氮源
碳酸铵、硝酸盐、硫酸铵、胰酪蛋白、尿素、蛋白胨、 牛肉膏、酵母膏等。
➢ 生产上常用的氮源
硝酸盐、铵盐、尿素、氨以及蛋白含量较高的鱼粉、 蚕蛹粉、黄豆饼粉、花生饼份、玉米浆、麸皮等。
➢ 不需要利用氨基酸作为氮源，能利用尿素、铵 盐、硝酸盐甚至氮气等简单氮源自行合成所需 要的一切氨基酸，这种微生物称为氨基酸自养 型生物。
NH4+，NO2-，S，H2S，H2和Fe2+等，这类微生物主要有 硫化细菌、硝化细菌、氢细菌与铁细菌，在自然界物质转 换过程中起着重要的作用。
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）
第五章微生物的营养
有机氮
氮源
无机氮
作用：合成细胞中的含氮物质；提供生理活动所需的能量。
在缺糖条件下，某些厌氧细菌能以氨基酸为能源物质：三功能营 养物 = 氮源 + 碳源 + 能源
按对氮源的要求不同，微生物可分为：
固氮微生物
利用空气中的N2合成自身所需的氨基酸及蛋白质 代表：根瘤菌、固氮蓝菌、固氮菌
渗透压与等渗培养液
渗透压：恰好能阻止渗透发生的施加于溶液液面上方的额外 压强称为渗透压。与溶液中不能通过半透膜的微粒数目和 温度有关。 指溶液中溶质 微粒对水的吸 引力
半透膜只允许 溶剂通过而不 允许溶质通过。 细胞膜
渗透压与等渗培养液
等渗：胞内外溶质的渗透压相近。 高渗：胞外溶质的渗透压 >胞内。 低渗：胞外溶质的渗透压<胞内。
（2）根据物理状态分类 1）液体培养基 定义：不加凝固剂的的液态培养基。 用途：大规模工业生产及在实验室用于不需要挑选 单克隆的大规模养菌。水处理中的废水即可以看作 液体培养基。
2）半固体培养基 定义：液体培养基中加入0.2-0.7%的凝固剂形成的 培养基。 用途：常用于观察细菌的运动、厌氧菌的分离和菌 种鉴定等。
化能自养型 无机物 （化能无机营养型）
无机物
无机碳
化能异养型 有机物 （化能有机营养型）
有机物
有机碳
绝大多数细菌和全部 真核微生物
以供氢体分：
无机营养型：以无机物为氢供体。 有机营养型：以有机物为供氢体。 以生长因子的需求分： 原养型或野生型：不需要从外界吸收任何生长因子。 营养缺陷型：需要从外界吸收一种或几种生长因子。 以取食方式分： 渗透营养型：通过细胞膜的渗透和选择吸收作用从外界吸收营 养物质。
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营养物质：微生物为了生存就必须从环境中吸取各种物质以合成细胞物质、提供能量以及在新陈代谢中起调节作用。
这些物质就称为营养物质。
营养的概念：有机体吸取和利用营养物质的过程。
营养物质（nutrient）：
能够满足微生物机体生长、繁殖和完成各种生理活动所需的物质
营养（nutrition）:
微生物获得和利用营养物质的过程
凡用来构成菌体物质或代谢产物中氮素来源的营养源。
种类：无机氮：铵盐、硝酸盐、亚硝酸盐、
尿素、氨、N2等；
有机氮：蛋白质及其降解产物（如胨、肽、
氨基酸等）、牛肉膏、鱼粉、花生饼粉、
黄豆饼粉、玉米浆等
功能：
1）提供合成细胞中含氮物，如蛋白质、核酸，以及含氮代谢物等的原料；
2）少数细菌可以铵盐、硝酸盐等氮源为能源。
以蛋白质形式存在的氮源不能被微生物直接吸收利用，必须通过微生物分泌的胞外蛋白水解酶将蛋白质分解之后才能被利用。
在黄豆饼粉、花生饼粉里所含的氮则主要是以蛋白质的形式存在，这种蛋白氮必须通过水解之后降解成胨、肽、氨基酸等才能被机体利用，这种氮源叫迟效氮源。
而无机氮源或以蛋白质降解产物形式存在的有机氮源叫做速效氮源，例如硫酸铵中的氮以还原态氮形式存在，可以直接被菌体吸收利用，蛋白质的降解产物特别是氨基酸直接可以通过转氨作用等方式被机体利用。
速效氮源，通常是有利于机体的生长，迟效氮源有利于代谢产物的形成。
在工业发酵过程中，往往是将速效氮源与迟效氮源按一定的比例制成混合氮源加到培养基里，以控制微生物的生长时期与代谢产物形成期的长短，达到提高产量的目的。
而无机氮源或以蛋白质降解产物形式存在的有机氮源叫做速效氮源，例如硫酸铵中的氮以还原态氮形式存在，可以直接被菌体吸收利用，蛋白质的降解产物特别是氨基酸直接可以通过转氨作用等方式被机体利用。
速效氮源，通常是有利于机体的生长，迟效氮源有利于代谢产物的形成。
在工业发酵过程中，往往是将速效氮源与迟效氮源按一定的比例制成混合氮源加到培养基里，以控制微生物的生长时期与代谢产物形成期的长短，达到提高产量的目的。