第三章 微生物的营养 本章基本理论知识 1．了解微生物的细胞化学组成. 2．掌握微生物的营养要素及其功能。 3．掌握微生物吸收营养物质四种方式的性质和特点。 4．掌握微生物四大营养类型的划分依据及其微生物种类。 微生物同其他生物一样都是具有生命的，微生物细胞 直接同生活环境接触并不停地从外界环境吸收适当的 营养物质，在细胞内合成新的细胞物质和贮藏物质， 并储存能量，微生物从环境中吸收营养物质并加以利 用的过程即称为微生物的营养（nutrition）
第三章 微生物的营养 本章基本理论知识 1．了解微生物的细胞化学组成. 2．掌握微生物的营养要素及其功能。 3．掌握微生物吸收营养物质四种方式的性质和特点。 4．掌握微生物四大营养类型的划分依据及其微生物种类。 微生物同其他生物一样都是具有生命的，微生物细胞 直接同生活环境接触并不停地从外界环境吸收适当的 营养物质，在细胞内合成新的细胞物质和贮藏物质， 并储存能量，微生物从环境中吸收营养物质并加以利 用的过程即称为微生物的营养（nutrition）
第一节 微生物细胞的化学组成和营养要素 营养物质是微生物构成菌体细胞的基本原料， 也是获得能量以及维持其它代谢机能必须的 物质基础。微生物吸收何种营养物质取决于 微生物细胞的化学组成
第一节 微生物细胞的化学组成和营养要素 营养物质是微生物构成菌体细胞的基本原料， 也是获得能量以及维持其它代谢机能必须的 物质基础。微生物吸收何种营养物质取决于 微生物细胞的化学组成
一、微生物细胞的化学组成 分析微生物细胞的化学成分，发现微生物细胞与其他生物细胞的 化学组成并没有本质上的差异。微生物细胞平均含水分80％左右。 其余20％左右为干物质，在干物质中有蛋白质、核酸、碳水化合 物、脂类和矿物质等。这些干物质是由碳、氢、氧、氮、磷、硫、 钾、钙、镁、铁等主要化学元素组成，其中碳、氢、氧、氮是组 成有机物质的四大元素，大约占干物质的90％～97％。其余的3 ％～10％是矿物质元素，这些矿质元素对微生物的生长也起着重 要的作用。 有机元素(占干物质中的%) 微生物种类 C N H O 细菌/ Bacteria 酵母/ Yeast 霉菌/ Mold 50 49.8 47.9 15 12.4 5.2 8 6.7 6.7 20 31.1 40.2
一、微生物细胞的化学组成 分析微生物细胞的化学成分，发现微生物细胞与其他生物细胞的 化学组成并没有本质上的差异。微生物细胞平均含水分80％左右。 其余20％左右为干物质，在干物质中有蛋白质、核酸、碳水化合 物、脂类和矿物质等。这些干物质是由碳、氢、氧、氮、磷、硫、 钾、钙、镁、铁等主要化学元素组成，其中碳、氢、氧、氮是组 成有机物质的四大元素，大约占干物质的90％～97％。其余的3 ％～10％是矿物质元素，这些矿质元素对微生物的生长也起着重 要的作用。 有机元素(占干物质中的%) 微生物种类 C N H O 细菌/ Bacteria 酵母/ Yeast 霉菌/ Mold 50 49.8 47.9 15 12.4 5.2 8 6.7 6.7 20 31.1 40.2
二、微生物的营养物质及其生理功能 通过了解微生物的化学组成，可见微生物在新陈代谢活动中， 必须吸收充足的水分以及构成细胞物质的碳源和氮以及钙、镁、 钾、铁等多种多样的矿质无素和一些必须的生长辅助因子，才 能 正 常 地 生 长 发 育 。 （一）水分 水分是微生物细胞的主要组成成分，大约占鲜重的70％～90％。 不同种类微生物细胞含水量不同。同种微生物处于发育的不同时 期或不同的环境其水分含量也有差异，幼龄菌含水量较多，衰老 和休眠体含水量较少。微生物所含水分以游离水和结合水两种状 态存在，两者的生理作用不同。结合水不具有一般水的特性，不 能流动，不易蒸发，不冻结，不能作为溶剂，也不能渗透。游离 水则与之相反，具有一般水的特性，能流动，容易从细胞中排出， 并能作为溶剂，帮助水溶性物质进出细胞。微生物细胞游离态的 水同结合态的比例为4∶1。 微生物细胞中的结合态水约束于原生质的胶体系统之中，成为 细胞物质的组成成份，是微生物细胞生活的必要条件。游离水是 细胞吸收营养物质和排出代谢产物的溶剂及生化反应的介质；一 定量的水分又是维持细胞渗透压的必要条件。由于水的比热高又 是热的良导体，能有效地调节细胞内的温度。微生物如果缺乏水 分，则会影响代谢作用的进行。 （二）碳源物质 凡是可以被微生物利用，构成细胞代谢产物碳素来源的物质，统 称为碳源物质。碳源物质通过细胞内的一系列化学变化，被微生物 用于合成各代谢产物。微生物对碳素化合物的需求是极为广泛的， 根据碳素的来源不同，可将碳源物质分为无机碳源物质和有机碳源 物质。糖类是较好的碳源，尤其是单糖（葡萄糖、果糖）、双糖 （蔗糖、麦芽糖、乳糖），绝大多数微生物都能利用。此外，简单 的有机酸、氨基酸、醇、醛、酚等含碳化合物也能被许多微生物利 用。所以我们在制作培养基时常加入葡萄糖、蔗糖作为碳源。淀粉、 果胶、纤维素等，这些有机物质在细胞内分解代谢提供小分子碳架 外，还产生能量供合成代谢需要的能量，所以部分碳源物质既是碳 源物质，同时又是能源物质。 在微生物发酵工业中，常根据不同微生物的需要，利用各种农副 产品如玉米粉、米糠、麦麸、马铃薯、甘薯以及各种野生植物的淀 粉，作为微生物生产廉价的碳源。这类碳源往往包含了几种营养要 素。 （三）氮源物质 微生物细胞中大约含氮5％～13％，它是微生物细胞蛋白蛋和核酸的 主要成分。氮素对微生物的生长发育有着重要的意义，微生物利用 它在细胞内合成氨基酸和碱基，进而合成蛋白质、核酸等细胞成分， 以及含氮的代谢产物。无机的氮源物质一般不提供能量，只有极少 数的化能自养型细菌如硝化细菌可利用铵态氮和硝态氮在提供氮源 的同时，通过氧化产生代谢能。 微生物营养上要求的氮素物质可以分为三个类型： 1．空气中分子态氮 只有少数具有固氮能力的微生物（如自生固氮 菌、根瘤菌）能利用。 2．无机氮化合物 如铵态氮（NH4 +）、硝态氮（NO3 -）和简单的有 机氮化物（如尿素），绝大多数微生物可以利用。 3．有机氮化合物 大多数寄生性微生物和一部分腐生性微生物需以 有机氮化合物（蛋白质、氨基酸）为必需的氮素营养。 在实验室和发酵工业生产中，我们常常以铵盐、硝酸盐、牛肉膏、 蛋白胨、酵母膏、鱼粉、血粉、蚕蛹粉、豆饼粉、花生饼粉作为微 生物的氮源。 （四）无机元素 微生物细胞中的矿物元素约占干重的3％～10％左右，它是微生物 细胞结构物质不可缺少的组成成分和微生物生长不可缺少的营养物 质。许多无机矿物质元素构成酶的活性基团或酶的激活剂；并具有 调节细胞的渗透压，调节酸碱度和氧化还原电位以及能量的转移等 作用。微生物需要的无机矿质元素分为常量元素和微量元素。 常量矿质元素是磷、硫、钾、钠、钙、镁、铁等。磷、硫的需要 量很大，磷是微生物细胞中许多含磷细胞成分，如核酸、核蛋白、 磷脂、三磷酸腺苷（ATP）、辅酶的重要元素。硫是细胞中含硫氨基 酸及生物素、硫胺素等辅酶的重要组成成分。钾、钠、镁是细胞中 某些酶的活性基团，并具有调节和控制细胞质的胶体状态、细胞质 膜的通透性和细胞代谢活动的功能。 微量元素有钼、锌、锰、钴、铜、硼、碘、镍、溴、钒等，一般 在培养基中含有0.1mg/L或更少就可以满足需要。 (五) 生长因子 生长因子是微生物维持正常生命活动所不可缺少的、微量的特殊 有机营养物，这些物质在微生物自身不能合成，必须在培养基中加 入。缺少这些生长因子就会影响各种酶的活性，新陈代谢就不能正 常进行。 生长因子是指维生素、氨基酸、嘌呤、嘧啶等特殊有机营养物。 而狭义的生长因子仅指维生素。这些微量营养物质被微生物吸收后， 一般不被分解，而是直接参与或调节代谢反应。 在自然界中自养型细菌和大多数腐生细菌、霉菌都能自己合成许 多生长辅助物质，不需要另外供给就能正常生长发育
二、微生物的营养物质及其生理功能 通过了解微生物的化学组成，可见微生物在新陈代谢活动中， 必须吸收充足的水分以及构成细胞物质的碳源和氮以及钙、镁、 钾、铁等多种多样的矿质无素和一些必须的生长辅助因子，才 能 正 常 地 生 长 发 育 。 （一）水分 水分是微生物细胞的主要组成成分，大约占鲜重的70％～90％。 不同种类微生物细胞含水量不同。同种微生物处于发育的不同时 期或不同的环境其水分含量也有差异，幼龄菌含水量较多，衰老 和休眠体含水量较少。微生物所含水分以游离水和结合水两种状 态存在，两者的生理作用不同。结合水不具有一般水的特性，不 能流动，不易蒸发，不冻结，不能作为溶剂，也不能渗透。游离 水则与之相反，具有一般水的特性，能流动，容易从细胞中排出， 并能作为溶剂，帮助水溶性物质进出细胞。微生物细胞游离态的 水同结合态的比例为4∶1。 微生物细胞中的结合态水约束于原生质的胶体系统之中，成为 细胞物质的组成成份，是微生物细胞生活的必要条件。游离水是 细胞吸收营养物质和排出代谢产物的溶剂及生化反应的介质；一 定量的水分又是维持细胞渗透压的必要条件。由于水的比热高又 是热的良导体，能有效地调节细胞内的温度。微生物如果缺乏水 分，则会影响代谢作用的进行。 （二）碳源物质 凡是可以被微生物利用，构成细胞代谢产物碳素来源的物质，统 称为碳源物质。碳源物质通过细胞内的一系列化学变化，被微生物 用于合成各代谢产物。微生物对碳素化合物的需求是极为广泛的， 根据碳素的来源不同，可将碳源物质分为无机碳源物质和有机碳源 物质。糖类是较好的碳源，尤其是单糖（葡萄糖、果糖）、双糖 （蔗糖、麦芽糖、乳糖），绝大多数微生物都能利用。此外，简单 的有机酸、氨基酸、醇、醛、酚等含碳化合物也能被许多微生物利 用。所以我们在制作培养基时常加入葡萄糖、蔗糖作为碳源。淀粉、 果胶、纤维素等，这些有机物质在细胞内分解代谢提供小分子碳架 外，还产生能量供合成代谢需要的能量，所以部分碳源物质既是碳 源物质，同时又是能源物质。 在微生物发酵工业中，常根据不同微生物的需要，利用各种农副 产品如玉米粉、米糠、麦麸、马铃薯、甘薯以及各种野生植物的淀 粉，作为微生物生产廉价的碳源。这类碳源往往包含了几种营养要 素。 （三）氮源物质 微生物细胞中大约含氮5％～13％，它是微生物细胞蛋白蛋和核酸的 主要成分。氮素对微生物的生长发育有着重要的意义，微生物利用 它在细胞内合成氨基酸和碱基，进而合成蛋白质、核酸等细胞成分， 以及含氮的代谢产物。无机的氮源物质一般不提供能量，只有极少 数的化能自养型细菌如硝化细菌可利用铵态氮和硝态氮在提供氮源 的同时，通过氧化产生代谢能。 微生物营养上要求的氮素物质可以分为三个类型： 1．空气中分子态氮 只有少数具有固氮能力的微生物（如自生固氮 菌、根瘤菌）能利用。 2．无机氮化合物 如铵态氮（NH4 +）、硝态氮（NO3 -）和简单的有 机氮化物（如尿素），绝大多数微生物可以利用。 3．有机氮化合物 大多数寄生性微生物和一部分腐生性微生物需以 有机氮化合物（蛋白质、氨基酸）为必需的氮素营养。 在实验室和发酵工业生产中，我们常常以铵盐、硝酸盐、牛肉膏、 蛋白胨、酵母膏、鱼粉、血粉、蚕蛹粉、豆饼粉、花生饼粉作为微 生物的氮源。 （四）无机元素 微生物细胞中的矿物元素约占干重的3％～10％左右，它是微生物 细胞结构物质不可缺少的组成成分和微生物生长不可缺少的营养物 质。许多无机矿物质元素构成酶的活性基团或酶的激活剂；并具有 调节细胞的渗透压，调节酸碱度和氧化还原电位以及能量的转移等 作用。微生物需要的无机矿质元素分为常量元素和微量元素。 常量矿质元素是磷、硫、钾、钠、钙、镁、铁等。磷、硫的需要 量很大，磷是微生物细胞中许多含磷细胞成分，如核酸、核蛋白、 磷脂、三磷酸腺苷（ATP）、辅酶的重要元素。硫是细胞中含硫氨基 酸及生物素、硫胺素等辅酶的重要组成成分。钾、钠、镁是细胞中 某些酶的活性基团，并具有调节和控制细胞质的胶体状态、细胞质 膜的通透性和细胞代谢活动的功能。 微量元素有钼、锌、锰、钴、铜、硼、碘、镍、溴、钒等，一般 在培养基中含有0.1mg/L或更少就可以满足需要。 (五) 生长因子 生长因子是微生物维持正常生命活动所不可缺少的、微量的特殊 有机营养物，这些物质在微生物自身不能合成，必须在培养基中加 入。缺少这些生长因子就会影响各种酶的活性，新陈代谢就不能正 常进行。 生长因子是指维生素、氨基酸、嘌呤、嘧啶等特殊有机营养物。 而狭义的生长因子仅指维生素。这些微量营养物质被微生物吸收后， 一般不被分解，而是直接参与或调节代谢反应。 在自然界中自养型细菌和大多数腐生细菌、霉菌都能自己合成许 多生长辅助物质，不需要另外供给就能正常生长发育
第二节 微生物对营养物质的吸收 微生物不象动物那样具有专门的摄食器官，也不象植物那样 具有根系吸收营养和水分，它们对营养物质的吸收是借助生物膜 的半渗透性及其结构特点以几种不同的方式来吸收营养物质和水 分的。如果营养物质是大分子的蛋白质、多糖、脂肪，微生物则 分泌出相应的酶（这类在细胞内产生，分泌到细胞发挥作用的酶 称为胞外酶）将大分子降解成小分子后，再吸收利用。 各种物质对细胞质膜的透性不一样，就目前对细胞膜结构及其 传递系统的研究，认为营养物质主要以以下几种方式透过细胞膜
第二节 微生物对营养物质的吸收 微生物不象动物那样具有专门的摄食器官，也不象植物那样 具有根系吸收营养和水分，它们对营养物质的吸收是借助生物膜 的半渗透性及其结构特点以几种不同的方式来吸收营养物质和水 分的。如果营养物质是大分子的蛋白质、多糖、脂肪，微生物则 分泌出相应的酶（这类在细胞内产生，分泌到细胞发挥作用的酶 称为胞外酶）将大分子降解成小分子后，再吸收利用。 各种物质对细胞质膜的透性不一样，就目前对细胞膜结构及其 传递系统的研究，认为营养物质主要以以下几种方式透过细胞膜