微生物营养和培养基

微生物营养和培养基微生物的营养（或营养作用，nutrition）：指微生物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（或营养，nutrient）：能满足微生物生命活动的具有营养功能的物质。

微生物学的营养物包括光能（非物质形式的能源）化学成分水平：碳水化合物、蛋白质、核酸、脂质、维生素、抗生素、无机盐。

营养要素水平:碳源、氮源、无机盐、生长因子、水、能源。

微生物种类不同，各种元素的需要量不同微生物细胞的化学元素组成也常随菌龄及培养时间的不同而在一定范围内发生变化；幼龄的比老龄的含氮量高，在氮源丰富的培养基上生长的细胞比氮源相对贫乏的培养基上生长的细胞含氮量高。

碳源微生物细胞的含碳量50%左右功能：①细胞中的碳素来源；②提供微生物生长发育所需的能量。

对一切异养微生物来说，其碳源同时又兼作能源，因此，这种碳源又称双功能营养物。

碳源谱：微生物可利用的碳源范围。

包括有机碳和无机碳微生物的碳源谱很广，但对某一具体菌株的碳源谱有其特殊性。

如洋葱假单胞菌和产甲烷细菌。

异养微生物：凡必须利用有机碳源的微生物自养微生物：以无机碳源作为主要碳源的微生物微生物不同，利用上述含碳化合物的能力不同，如假单胞菌属中的某些种可以利用90种以上的不同类型的碳源物质；而某些甲基营养型细菌只能利用甲醇或甲烷等一碳化合物进行生长。

可以用作洋葱假单胞菌唯一碳源的化合物有:碳水化合物及其衍生物：19种脂肪酸：11种二羧酸：9种其它有机酸：12种伯醇：3种氨基酸：12种其它氮化合物：13种无氮环状化合物：9种糖类是最好的碳源，尤其是葡萄糖。

其次是醇类、有机酸、脂类等发酵工业常用的碳源山芋粉、马铃薯、甜薯干、玉米粉、麸皮、废糖蜜、植物淀粉等。

氮源的主要功能：提供合成原生质和细胞其他结构的氮素来源，一般不提供能量，但硝化细菌是利用铵盐或硝酸盐作为氮源和能源无机氮源：铵态氮、硝态氮、氮气等；多数微生物均可利用。

有机氮源：尿素、氨基酸、蛋白质等。

多数寄生和部分腐生性的微生物必需有机氮源；尿素分解为铵离子、蛋白质水解为氨基酸或无机氮才能被利用。

迟效氮源：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。

迟效氮源有利于代谢产物的形成。

速效氮源：无机氮源或以蛋白质降解产物形式存在的有机氮源可以直接被菌体吸收利用。

速效氮源常有利于机体的生长。

氨基酸自养型微生物：不需要以氨基酸作氮源，能把尿素、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的微生物。

氨基酸异养型微生物：需要从外界吸收现成的氨基酸作氮源的微生物。

发酵工业生产上常用的氮源：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、玉米浆等。

实验室常用的氮源：碳酸铵、硝酸盐、硫酸铵、尿素、蛋白胨、牛肉膏、酵母膏等。

微生物利用氮源的能力差异很大固氮微生物若以无机氮为唯一氮源培养微生物时，培养基会表现出生理酸性或生理碱性，即微生物只选择性地利用了氮源的一部分，剩余的基团造成溶液酸碱性变化。

例如，（NH4）2SO4；KNO3作为氮源时pH有所变化；而NH4NO3中，NH4+和NO3-被利用的速度几乎一致，pH不发生变化。

无机盐①构成细胞的组成成分；②作为酶的组成成分；③维持酶的活性；④调节细胞的渗透压、氢离子浓度和氧化还原电位；⑤作为某些自氧菌的能源。

大量元素：凡是生长所需浓度在10-3~10-4 mol/L范围内的元素。

如K、Ca、Na、Mg、S、P 、 Fe 等；微量元素：所需浓度在10-6 ~10-8 mol/L范围内的元素。

如Mn、Cu、Zn、Co、Mo等。

不同微生物对以上各种元素的需求量各不相同。

Fe介于大量元素和微量元素之间。

配制培养基适当添加K2HPO4、MgSO4，补充大量，微量元素：生长因子是一类对微生物正常代谢必不可少，且微生物本身又不能自行合成的有机物。

培养基中需要添加 狭义的生长因子——维生素广义——维生素碱基、卟啉及其衍生物、甾醇、胺类、直链脂肪酸、氨基酸；功能：构成细胞成分、调节代谢、维持生命的正常活动。

微生物在生长过程中不能自已合成的生长繁殖必需的需要量较少的外界加入的有机物不同微生物合成氨基酸的能力差异很大有的细菌能自己合成所需的全部氨基酸，不需从外界补充；有的细菌合成能力极弱，如肠膜明串珠菌需要从外界补充17种氨基酸和维生素才能生长。

“营养缺陷型”微生物：缺乏合成生长因子能力的微生物。

生长因子需要量一般很少。

微生物需要的氨基酸量为20～50mg/L。

微生物分类1.生长因子自养型微生物:不需要从外界吸收任何生长因子就能正常生长的微生物(如 E.coli,多数真菌、纺线菌、细菌)。

2.生长因子异养型微生物：需要从外界吸收多种生长因子才能维持正常生长的微生物（如乳酸菌、支原体和原生动物等）。

3.生长因子过量合成的微生物：在其代谢活动中，能够大量合成分泌某些维生素等生长因子的微生物（如阿舒假囊酵母、链霉菌、被孢霉等）。

生长因子谱：维生素氨基酸嘌呤(或嘧啶)提供方式：酵母膏、玉米浆、肝浸出液、麦芽汁、新鲜动植物组织应用用于分析食品、药品等物质中的微量生长因子含量。

当微生物丧失合成某种生长因子的能力时，必须从培养基中取得才能生长。

微生物的生长量与它必需的生长因子的浓度在一定范围内成正比。

水细胞物质的组成成分、生物化学反应的介质、细胞内各种物质的基本溶剂、调节细胞内的温度，保持生活环境温度的恒定。

少数微生物如蓝细菌以水为代谢中间物外，其他微生物都不是利用水作为营养物质。

游离水含量：人体60%、海蜇96%、细菌80%、酵母菌75%、霉菌85%、霉菌孢子39%，细菌芽孢30%细胞的含水量为：（湿重-干重）/湿重× 100%。

水活度：在相同的温度、压力下，溶液中水的蒸汽压和纯水蒸汽压之比。

能源能源：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。

包括：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）；能源物质是一些还原态的无机物质，如NH4+ 、NO22- 、S、H2S、H2、Fe2 + 等。

2.辐射能：光能自养和光能异养微生物的能源。

化能自养微生物的能源物质：一些还原态的无机物质如：NH4+、NO2-、S、H2S、H2、Fe2+ 等，这些无机养料常常是双功能的（如： NH4+ 既是硝酸细菌的能源，又是它的氮源。

） 能利用这些物质作为能源的全部是细菌，如：硝酸细菌、亚硝酸菌、硫化细菌、硫细菌、铁细菌、硫细菌、氢细菌和铁细菌等。

有机营养物常有双功能或三功能作用，既是异养微生物的能源，又是它们的碳源或氮源。

光辐射能：是单功能的，只为光能微生物提供能源。

还原态的NH4:是双功能营养物（能源、氮源）氨基酸：三功能营养物（碳源、氮源、能源）碳源——自养型和异养型。

自养型微生物：能在完全无机的环境中繁殖、生长，具有完备的酶系，能利用CO2或碳酸盐为碳源，以氨或硝酸盐为氮源，合成细胞有机物质。

异养型微生物：需要较为复杂的有机化合物才能生长，主要以有机碳化合物为碳源，氮源为有机或无机物。

通常依据微生物获取能源、碳源、氢或电子供体不同将微生物分为4种营养类型光能无机营养型、光能有机营养型，化能无机营养型和化能有机营养型。

光能无机自养型定义：以CO2作为唯一碳源或主要碳源，并利用光能，以无机物如硫化氢、硫代硫酸钠或其他无机硫化物作为供氢体将CO2还原成细胞物质，同时产生元素硫。

光能CO2＋H2S ----------------- [CH2O]+ 2S+ H2O光合色素包括蓝细菌（含叶绿素）、红硫细菌和绿硫细菌等少数微生物（含细菌叶绿素），由于含有光合色素，因而能使光能转变成化学能（ATP），供机体直接利用。

光能无机异养型定义：不以CO2为主要碳源或唯一碳源，以有机物（如异丙醇）作为供氢体，利用光能将CO2还原成细胞物质，如红螺菌属中的一些细菌。

光能2(H3C) 2CHOH+CO2 ----------------- 2CH3COCH3+[CH2O]+H2O光合色素光能异养型细菌在生长时大多数采要外源的生长因子化能无机自养型CO2或碳酸盐——唯一或主要碳源能量——无机物氧化过程中放出的化学能；H2、H2S、Fe2+、NH3或NO2-等无机物——电子供体，使CO2还原成细胞物质。

化能无机自养型只存在于微生物中，可在完全没有有机物及无光的环境中生长。

它们广泛分布于土壤及水环境中,参与地球物质循环化能自养型微生物以CO2或碳酸盐作为唯一或主要碳源，以无机物氧化释放的化学能为能源，利用电子供体如氢气、硫化氢、二价铁离子或亚硝酸盐等使CO2还原成细胞物质。

这类微生物主要有硝化细菌、硫化细菌、铁细菌与氢细菌。

它们在自然界物质转换过程中起着重要的作用。

化能有机异养型能量——有机物氧化过程中放出的化学能碳源——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。

如多数细菌、真菌、原生动物、致病微生物多数微生物属于化能异养型，其生长所需要能量和碳源通常来自同一种有机物。

根据化能异养型微生物利用有机物的特性，可分为：腐生型微生物：利用无生命活性的有机物作为生长的碳源。

寄生型微生物：寄生在生活的细胞内，从寄生体内获得生长所需要的营养物质。

存在于寄生与腐生之间的中间过渡类型微生物，称为兼性腐生型或兼性寄生型。