第五章_微生物的营养和生长
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第五章
微生物的营养和生长
5. 1 微生物的营养 5. 2 微生物的生长 5. 3 微生物生长的控制
5.1 微生物的营养
营养和营养物质： 微生物在生长过程中不断从外界环境中获得所需要
的各种物质，合成自身的细胞物质并提供机体进行各种 生理活动所需要的能量。
这些能被微生物吸收并加以利用的物质是 营养物质 （nutrient）, 〖是那些能够满足机体生长、繁殖和完成 各种生理活动所需要的物质。〗
（二）氮源：
凡是可以被微生物用来构成细胞物质或代谢产物中氮素来源 的物质，通称氮源。
蛋白质
｛ 有机氮
核酸 氨基酸
｛ 氮源谱
尿素
｛ 无机氮
NH3 铵盐 硝酸盐
N2
能被微生物用作氮源的物质有蛋白质或它们不同 程度的降解产物（如：胨、肽、氨基酸等）、铵盐、硝酸盐、亚 硝酸盐以及分子态氮。
目前，在实验室或工业生产中常用的用的氮源物质有：碳酸 铵、硫酸铵、硝酸盐、尿素、氨；
5.1.1 微生物的六大营养要素： 5.1.1.1 微生物的化学组成：
碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙、钠、铁、锰、锌 等等。
主要元素：碳、氢、氧、氮、磷、硫
占细菌细胞干重的97% 微量元素：锌、锰、氯、钼、硒、钴、铜等
这些元素主要以水、有机物和无机盐的形式存在于细胞中。 组成微生物细胞的这些化学物质分别来源于它们的营养物质。
所以，没有特殊原因，在配制培养基时没有另外加入微量 元素的必要。
（五）生长因子：
通常是指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。
根据生长因子的化学结构与它们在机体内的生理作用，可以 分为： 维生素； 氨基酸； 嘌呤或嘧啶碱基。
维生素大部分是构成酶的辅基或辅酶，是酶活性所需要的成 分。
6ug 0.5ng 1.5ug 0-4ug 0.025ug
（六） 水：
水在机体中的生理作用：
1. 水是微生物细胞的重要组成成分，占生活细胞总量的90 ％左右；是维持细胞正常形态的重要因素。
2. 机体内的一系列生理生化反应都离不开水； 3. 营养物质的吸收与代谢产物的分泌都是通过水来完成的； 4.由于水的比热高，又是热的良好导体，故能有效地控制细 胞内温度的变化。
嘌呤或嘧啶碱基一般是构成某些酶的辅酶或辅基或构成核酸 的组成成分。
在一些情况下，培养基中一种氨基酸的含量过高， 也会导致其他所需氨基酸的吸收不好，因此，氨基酸的含量 要控制在一定浓度范围内，避免氨基酸之间因浓度不协调所产生 的不良作用。
微生物
生长因子 需要量（ml-1）
III型肺炎链球菌（Streptococcus pneumoniae）胆碱 金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus） 硫胺素 白喉棒杆菌（Cornebacterium diphtherriae） B-丙氨酸 破伤风梭状芽孢杆菌（Clostridium tetani） 尿嘧啶 肠膜状串珠菌（Leuconostoc mesenteroides） 吡哆醛
微生物不同，利用这些含碳化合物的能力也不同。如：产生胞 外淀粉酶的微生物才利用淀粉。
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。实验室主要利用葡萄糖、蔗糖和可溶性淀粉等等。
组成细胞物质、代谢产物，供给一些微生物能量。
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。
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。
锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼 等。
（10-6 ～ 10-8 mol/L） 单盐毒害：微量元素中有许多是重金属元素，如果它们过量会
对机体的正常代谢产生毒害作用，而且单独一种微量元素过量产 生的毒害作用更大，称作单盐毒害作用。
养物质。
5.1.2.1 光能自养型（光能无机自养型）：
利用光作为生活所需要的能量来源，以CO2为碳源， 以无机物 如硫代硫酸钠、H2S等为供氢体，还原CO2合成细胞
有机物的一类微生物。
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。
而微生物获得与利用营养物质的过程，称为营养 （nutrition）。
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。
营养物质的作用： ①组成微生物细胞所需的物质； ②构成细胞代谢过程中酶的活性中心，调节代谢，构
成物质运输系统； ③提供微生物各种活动的能量； ④形成微生物的代谢产物。
辐射能 光能自养和光能异养微生物的能源
（四）无机盐：
能为微生物生长提供必须的金属元素。 其作用：
参与微生物中酶的组成； 作为酶的激活剂； 控制细胞的氧化还原电位，维持细胞的渗透压平衡； 作为某些微生物生长的能源物质。
大量元素：Na、 K、 Mg、 Ca、 S、 P 等。 （＞10-3 ～ 10-4 mol/L）
有机氮源包括：蛋白胨、鱼粉、蚕蛹粉、黄豆饼粉、花生饼 粉、玉米浆、牛肉浸膏、酵母浸膏等。
速效氮源：有利于机体生长 迟效氮源：有利于代谢产物的形成 氮源一般不能作为能源。
（三）能源：
能为微生物生命活动提供能量来源的营养物或辐射能，称为 能源。
｛ ｛ 能源谱
化学物质
有机物 无机物
化能异养微生物的能源 化能自养微生物的能源
5.1.1.2 微生物的营养物质及功能：
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
（一）碳源：
凡是可以被微生物用来构成细胞物质或代谢产物中碳素来源
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的物质，通称碳源。
｛ 碳源谱
有机碳
无机碳
异养微生物 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。
5.1.2 微生物的营养类型：
生长所需要的营养物质
自养型微生物 异养型微生物
生物生长过程中能量的来源
光能营养型 化能营养型
光能自养型：以光为能源，不依赖任何有机物即可正常生长。 光能异养型：以光为能源，但生长需要一定的有机营养物。 化能自养型：以无机物的氧化获得能量，生长不依赖有机营
养物。 化能异养型：以有机物的氧化获得能量，生长依赖于有机营
微生物的营养和生长
5. 1 微生物的营养 5. 2 微生物的生长 5. 3 微生物生长的控制
5.1 微生物的营养
营养和营养物质： 微生物在生长过程中不断从外界环境中获得所需要
的各种物质，合成自身的细胞物质并提供机体进行各种 生理活动所需要的能量。
这些能被微生物吸收并加以利用的物质是 营养物质 （nutrient）, 〖是那些能够满足机体生长、繁殖和完成 各种生理活动所需要的物质。〗
（二）氮源：
凡是可以被微生物用来构成细胞物质或代谢产物中氮素来源 的物质，通称氮源。
蛋白质
｛ 有机氮
核酸 氨基酸
｛ 氮源谱
尿素
｛ 无机氮
NH3 铵盐 硝酸盐
N2
能被微生物用作氮源的物质有蛋白质或它们不同 程度的降解产物（如：胨、肽、氨基酸等）、铵盐、硝酸盐、亚 硝酸盐以及分子态氮。
目前，在实验室或工业生产中常用的用的氮源物质有：碳酸 铵、硫酸铵、硝酸盐、尿素、氨；
5.1.1 微生物的六大营养要素： 5.1.1.1 微生物的化学组成：
碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙、钠、铁、锰、锌 等等。
主要元素：碳、氢、氧、氮、磷、硫
占细菌细胞干重的97% 微量元素：锌、锰、氯、钼、硒、钴、铜等
这些元素主要以水、有机物和无机盐的形式存在于细胞中。 组成微生物细胞的这些化学物质分别来源于它们的营养物质。
所以，没有特殊原因，在配制培养基时没有另外加入微量 元素的必要。
（五）生长因子：
通常是指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。
根据生长因子的化学结构与它们在机体内的生理作用，可以 分为： 维生素； 氨基酸； 嘌呤或嘧啶碱基。
维生素大部分是构成酶的辅基或辅酶，是酶活性所需要的成 分。
6ug 0.5ng 1.5ug 0-4ug 0.025ug
（六） 水：
水在机体中的生理作用：
1. 水是微生物细胞的重要组成成分，占生活细胞总量的90 ％左右；是维持细胞正常形态的重要因素。
2. 机体内的一系列生理生化反应都离不开水； 3. 营养物质的吸收与代谢产物的分泌都是通过水来完成的； 4.由于水的比热高，又是热的良好导体，故能有效地控制细 胞内温度的变化。
嘌呤或嘧啶碱基一般是构成某些酶的辅酶或辅基或构成核酸 的组成成分。
在一些情况下，培养基中一种氨基酸的含量过高， 也会导致其他所需氨基酸的吸收不好，因此，氨基酸的含量 要控制在一定浓度范围内，避免氨基酸之间因浓度不协调所产生 的不良作用。
微生物
生长因子 需要量（ml-1）
III型肺炎链球菌（Streptococcus pneumoniae）胆碱 金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus） 硫胺素 白喉棒杆菌（Cornebacterium diphtherriae） B-丙氨酸 破伤风梭状芽孢杆菌（Clostridium tetani） 尿嘧啶 肠膜状串珠菌（Leuconostoc mesenteroides） 吡哆醛
微生物不同，利用这些含碳化合物的能力也不同。如：产生胞 外淀粉酶的微生物才利用淀粉。
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。实验室主要利用葡萄糖、蔗糖和可溶性淀粉等等。
组成细胞物质、代谢产物，供给一些微生物能量。
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。
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。
锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼 等。
（10-6 ～ 10-8 mol/L） 单盐毒害：微量元素中有许多是重金属元素，如果它们过量会
对机体的正常代谢产生毒害作用，而且单独一种微量元素过量产 生的毒害作用更大，称作单盐毒害作用。
养物质。
5.1.2.1 光能自养型（光能无机自养型）：
利用光作为生活所需要的能量来源，以CO2为碳源， 以无机物 如硫代硫酸钠、H2S等为供氢体，还原CO2合成细胞
有机物的一类微生物。
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。
而微生物获得与利用营养物质的过程，称为营养 （nutrition）。
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。
营养物质的作用： ①组成微生物细胞所需的物质； ②构成细胞代谢过程中酶的活性中心，调节代谢，构
成物质运输系统； ③提供微生物各种活动的能量； ④形成微生物的代谢产物。
辐射能 光能自养和光能异养微生物的能源
（四）无机盐：
能为微生物生长提供必须的金属元素。 其作用：
参与微生物中酶的组成； 作为酶的激活剂； 控制细胞的氧化还原电位，维持细胞的渗透压平衡； 作为某些微生物生长的能源物质。
大量元素：Na、 K、 Mg、 Ca、 S、 P 等。 （＞10-3 ～ 10-4 mol/L）
有机氮源包括：蛋白胨、鱼粉、蚕蛹粉、黄豆饼粉、花生饼 粉、玉米浆、牛肉浸膏、酵母浸膏等。
速效氮源：有利于机体生长 迟效氮源：有利于代谢产物的形成 氮源一般不能作为能源。
（三）能源：
能为微生物生命活动提供能量来源的营养物或辐射能，称为 能源。
｛ ｛ 能源谱
化学物质
有机物 无机物
化能异养微生物的能源 化能自养微生物的能源
5.1.1.2 微生物的营养物质及功能：
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
（一）碳源：
凡是可以被微生物用来构成细胞物质或代谢产物中碳素来源
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的物质，通称碳源。
｛ 碳源谱
有机碳
无机碳
异养微生物 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。
5.1.2 微生物的营养类型：
生长所需要的营养物质
自养型微生物 异养型微生物
生物生长过程中能量的来源
光能营养型 化能营养型
光能自养型：以光为能源，不依赖任何有机物即可正常生长。 光能异养型：以光为能源，但生长需要一定的有机营养物。 化能自养型：以无机物的氧化获得能量，生长不依赖有机营
养物。 化能异养型：以有机物的氧化获得能量，生长依赖于有机营