第四章微生物的营养和培养基 ●第一节微生物的六种营养要素 ●第二节微生物的营养类型 ●第三节营养物质的跨膜运输 ●第四节培养基
第四章 微生物的营养和培养基 ⚫ 第一节 微生物的六种营养要素 ⚫ 第二节 微生物的营养类型 ⚫ 第三节 营养物质的跨膜运输 ⚫ 第四节 培养基
第一节微生物的六种营养要素 营养〔或营养作用, nutrition):是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(或营养, nutrient):则指具有营养功能的物质。在微生物 学中,常也包括光能这种非物质形式的能源。 微生物细胞的化学组成:碳、氢、氧、氨、硫、磷、钙、 镁、钾、氯及多种微量元素。 营养物质:不论从元素水平还是从营养要素水平看,微生 物的营养与摄食型的动物(包括人类)和光和自养型的 植物非常相似,他们之间存在着“营养上的统一性′ 也有六种营养要素。见表4-1
第一节 微生物的六种营养要素 营养（或营养作用，nutrition）：是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（或营养，nutrient）：则指具有营养功能的物质。在微生物 学中，常也包括光能这种非物质形式的能源。 微生物细胞的化学组成：碳、氢、氧、氮、硫、磷、钙、 镁、钾、氯及多种微量元素。 营养物质：不论从元素水平还是从营养要素水平看，微生 物的营养与摄食型的动物（包括人类）和光和自养型的 植物非常相似，他们之间存在着“营养上的统一性” 。 也有六种营养要素。见表4-1
表4-1:微生物和动物、植物营养要素的比较 微生物 生物类型动物 绿色植物 营养要素(异养) (自养) 异养 自养 碳源 糖类、脂糖、醇、有机酸等 氧化碳、碳酸 氧化碳、碳 肪 盐等 酸盐等 氮源 蛋白质或蛋白质或其降解物、无机氮化合物、 其降解物有机氮化合物、无机 无机氮化合物 氮化合物、氮 能源 与碳源相 同 与碳源相同 氧化无机物或利用日光能 利用日光能 生长因子 维生素 部分需要维生素 不需要 不需要 无机元素 无机盐 无机盐 无机盐 无机盐 水分 水 水 水
生物类型 营养要素 动物 （异养） 微生物 绿色植物 （自养） 异养 自养 碳源 糖类、脂 肪 糖、醇、有机酸等 二氧化碳、碳酸 盐等 二氧化碳、碳 酸盐等 氮源 蛋白质或 其降解物 蛋白质或其降解物、 有机氮化合物、无机 氮化合物、氮 无机氮化合物、 氮 无机氮化合物 能源 与碳源相 同 与碳源相同 氧化无机物或 利用日光能 利用日光能 生长因子 维生素 部分需要维生素 不需要 不需要 无机元素 无机盐 无机盐 无机盐 无机盐 水分 水 水 水 水 表4-1：微生物和动物、植物营养要素的比较
、碳源( carbon source 碳源是一切能提供微生物营养所需的碳元素的营养源,兼作 能源。碳源是需要量最大的营养物(大量营养物) 表4-2微生物的碳源谱 类型 元素水平 化合物水平 培养基原料水平 C·HO·NX 复杂蛋白质、核酸等 牛肉膏、蛋白胨、花生饼粉等 有机碳 C·HON 多数氨基酸,简单蛋白质 般氨基酸、明胶等 C·0 糖、有机酸、醇、脂等 葡萄糖、蔗糖、各种淀粉、糖蜜等 C·H 烃类 天然气、石油及其不同馏分、石蜡油等 C(?) 无机碳 CO CO CO·X NaHCo3、CaCO3等 Nahco3、CaCO3、白垩等
一、碳源(carbon source) 碳源是一切能提供微生物营养所需的碳元素的营养源，兼作 能源。碳源是需要量最大的营养物（大量营养物）。 表4-2 微生物的碳源谱 类型 元素水平 化合物水平 培养基原料水平 有 机 碳 C•H•O•N•X 复杂蛋白质、核酸等 牛肉膏、蛋白胨、花生饼粉等 C•H•O•N 多数氨基酸，简单蛋白质 一般氨基酸、明胶等 C•H•O 糖、有机酸、醇、脂等 葡萄糖、蔗糖、各种淀粉、糖蜜等 C•H 烃类 天然气、石油及其不同馏分、石蜡油等 无 机 碳 C（？） —— —— C•O CO2 CO2 C•O•X NaHCO3、CaCO3等 NaHCO3、CaCO3、白垩等
碳源主要功能:一是提供细胞物质中的碳素来源;二是提 供微生物生长发育过程中所需的能量。“双功能营养物”。 对碳源的分析: 1)把微生物作为一个整体来看,微生物的碳源谱很广,但对某个 具体的菌株来说,其碳源谱有其特殊性。 (2)微生物所能利用的碳源有有机碳源和无机碳源,凡必须利用有 机碳源的微生物,为异养微生物;凡能利用无机碳源的微生物是自养微 生物。 (3)多数微生物以有机化合物作为碳源和能源,对异养微生物来说最 适碳源是CHo型,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。 (4)针对某一种具体微生物来看,其具体碳源利用范围很悬殊。 5)在发酵工业中,常用的碳素原料主要有:山芋粉、玉米粉、麸皮、 废糖蜜、野生植物淀粉等
•碳源主要功能：一是提供细胞物质中的碳素来源；二是提 供微生物生长发育过程中所需的能量。“双功能营养物” 。 •对碳源的分析： （1） 把微生物作为一个整体来看，微生物的碳源谱很广，但对某一个 具体的菌株来说，其碳源谱有其特殊性。 （2） 微生物所能利用的碳源有有机碳源和无机碳源，凡必须利用有 机碳源的微生物，为异养微生物；凡能利用无机碳源的微生物是自养微 生物。 （3）多数微生物以有机化合物作为碳源和能源，对异养微生物来说最 适碳源是CHO型，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。 （4）针对某一种具体微生物来看，其具体碳源利用范围很悬殊。 （5）在发酵工业中，常用的碳素原料主要有：山芋粉、玉米粉、麸皮、 废糖蜜、野生植物淀粉等
氮源( nitrogen source) 凡能提供微生物生长繁殖所需氮元素的营养源,称为氮源。 注意C/N对微生物生长的影响。微生物的氮源谱见表42° 表4-3:微生物的氮源谱 类型元素水平 化合物水平 培养基原料水平 NCHO.X复杂蛋白质、核酸等 牛肉膏、酵母膏、饼粕粉、蚕蛹粉 机 氮N·CHO 尿素、一般氨基酸,简单蛋白质 等 尿素、蛋白胨、明胶等 NH NH3、铵盐等 (NH4)2SO4等 机NO 硝酸盐等 KNO等 氮 空气
二、氮源(nitrogen source)： 凡能提供微生物生长繁殖所需氮元素的营养源，称为氮源。 注意C/N对微生物生长的影响。微生物的氮源谱见表4-3。 类型 元素水平 化合物水平 培养基原料水平 有 机 氮 N•C•H•O• X 复杂蛋白质、核酸等 牛肉膏、酵母膏、饼粕粉、蚕蛹粉 等 N• C•H•O 尿素、一般氨基酸，简单蛋白质 等 尿素、蛋白胨、明胶等 无 机 氮 N•H NH3、铵盐等 （NH4）2SO4等 N•O 硝酸盐等 KNO3等 N N2 空气 表4-3：微生物的氮源谱
氮源的主要功能:是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 为氮源和能源的。 对氮源的分析 (1)从微生物所能利用的氮源种类来看 氨基酸自养型生物:所有绿色植物和很多的微生物 氨基酸异养型生物:所有的动物和大量的异养微生物 (2)氮源种类:无机氮:铵态氮、硝态氮、氮气等 有机氮源:尿素、氨基酸、蛋白质等 (3)实验室和发酵工业生产中,常用的氮源有铵盐、硝酸 盐、生肉膏、蛋白胨、酵母膏、鱼粉、蚕蛹粉、豆饼粉、花 生饼粉等
氮源的主要功能：是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 为氮源和能源的。 对氮源的分析： （1）从微生物所能利用的氮源种类来看： •氨基酸自养型生物:所有绿色植物和很多的微生物 •氨基酸异养型生物:所有的动物和大量的异养微生物 （2）氮源种类： 无机氮：铵态氮、硝态氮、氮气等； 有机氮源：尿素、氨基酸、蛋白质等。 （3）实验室和发酵工业生产中，常用的氮源有铵盐、硝酸 盐、牛肉膏、蛋白胨、酵母膏、鱼粉、蚕蛹粉、豆饼粉、花 生饼粉等
能源( energy source): 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。 能源谱: 1、化学物质(化能营养型) 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) 2、辐射能(光能营养型) 光能自养和光能异养微生物的能源 能源的分析: (1)化能自养型的微生物,其利用的能源物质是一些还原态的 无机物质,如NH4+、NO2、S、H2S、H2、Fe2+等。 (2)单功能营养物:能源如光辐射能 双功能营养物:还原态的无机物N 三功能营养物:氨基酸
三、能源（energy source)： 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。 能源谱: 1、化学物质 (化能营养型) 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） 2、辐射能(光能营养型)： 光能自养和光能异养微生物的能源 能源的分析： （1）化能自养型的微生物，其利用的能源物质是一些还原态的 无机物质，如NH4 + 、NO2 -、S、H2S、H2、Fe2+ 等。 （2）单功能营养物：能源 如光辐射能 • 双功能营养物：还原态的无机物N • 三功能营养物：氨基酸
四、生长因子( growth factor) 生长因子:是一类对微生物正常代谢必不可少,且不能用 简单的碳源或氮源自行合成的有机物 广义的生长因子除维生素外,还包括碱基、卟啉及其衍生 物、甾醇、胺类、C4C的分支或直链脂肪酸,以及需要 量较大的氨基酸; 而狭义的生长因子就是指维生素。见表4-4
四、生长因子（growth factor)： 生长因子：是一类对微生物正常代谢必不可少，且不能用 简单的碳源或氮源自行合成的有机物。 广义的生长因子除维生素外，还包括碱基、卟啉及其衍生 物、甾醇、胺类、C4~C8的分支或直链脂肪酸，以及需要 量较大的氨基酸； 而狭义的生长因子就是指维生素。见表4－4
表4-4:维生素的生理功能 维生素 转移的对象 代谢功能 硫胺素(B1) 乙醛基 焦磷酸硫胺素是脱羧酶、转醛酶、转酮酶的辅基,与α-酮酸的氧化脱羧和 酮基转移有关 核黄素(B2) 氢、电子 黄素核苷酸M和FAD的前体,他们构成黄素蛋白的辅基,转移氢 烟酸(B) 氢、电子 NAD和NwDP的前体,是脱氢酶的辅酶,参与递氢过程及氧化还原反应 吡哆醇(B) 氨基 磷酸吡哆醛是氨基酸消旋酶、转氨酶与脱羧酶的辅基,参与氨基酸的消旋 脱羧和转氨 泛酸 酰基 辅酶A的前体,乙酰载体的辅基,转移酰基,参与糖和脂肪酸的合成 叶酸 甲基 即辅酶F(四氢叶酸〕,参与一碳基的转移,与合成嘌呤、嘧啶、 核苷酸、丝氨酸和甲硫氨酸有关 生物素(H) 羧基 各种羧化酶的辅基,在Q2固定、氨基酸和脂肪酸合成及糖代谢中起作用 维生素B12 羧基,甲基钴酰胺辅酶,参与一碳基传递,与甲硫氨酸和胸苷酸的合成和异构化有关
维生素 转移的对象 代谢功能 硫胺素（B1） 乙醛基 焦磷酸硫胺素是脱羧酶、转醛酶、转酮酶的辅基，与α-酮酸的氧化脱羧和 酮基转移有关 核黄素（B2） 氢、电子 黄素核苷酸FMN和FAD的前体，他们构成黄素蛋白的辅基，转移氢 烟酸（B5） 氢、电子 NAD和NADP的前体，是脱氢酶的辅酶，参与递氢过程及氧化还原反应 吡哆醇（B6） 氨基 磷酸吡哆醛是氨基酸消旋酶、转氨酶与脱羧酶的辅基，参与氨基酸的消旋、 脱羧和转氨 泛酸 酰基 辅酶A的前体，乙酰载体的辅基，转移酰基，参与糖和脂肪酸的合成 叶酸 甲基 即辅酶F（四氢叶酸），参与一碳基的转移，与合成嘌呤、嘧啶、 核苷酸、丝氨酸和甲硫氨酸有关 生物素（H） 羧基 各种羧化酶的辅基，在CO2固定、氨基酸和脂肪酸合成及糖代谢中起作用 维生素B12 羧基，甲基 钴酰胺辅酶，参与一碳基传递，与甲硫氨酸和胸苷酸的合成和异构化有关 表4-4：维生素的生理功能