第四章 微生物的生长繁殖及其控制
第四章 微生物的生长繁殖及其控制
1.1 微生物的营养要素 1.1.1 微生物细胞的化学组成 微生物细胞 水：70%-90% 干物质 有机物 蛋白质、糖、脂、核酸、维生素等 及其降解产物 无机物（盐） 微生物、动物、植物之间存在“营养上的统一性” 细胞化学元素组成： 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。 1、微生物营养
1.1 微生物的营养要素 1.1.1 微生物细胞的化学组成 微生物细胞 水：70%-90% 干物质 有机物 蛋白质、糖、脂、核酸、维生素等 及其降解产物 无机物（盐） 微生物、动物、植物之间存在“营养上的统一性” 细胞化学元素组成： 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。 1、微生物营养
1.1.2元素在细胞内存在形式： 上述元素主要以水、有机物、无机盐的形式存在于细胞中： ◆有机物：蛋白质、糖、脂类、核酸、 维生素及其降解产物. ◆无机物：1)参与有机物组成， 2)单独存在于细胞质内以无机盐的形式存在. ◆水：约占细胞总重70%～90%，以游离水和结合水两种形式 存在 游离水：干重法可测得； 结合水：不易蒸发、不冻结、也不能渗透, 占水总量的17%—28%
1.1.2元素在细胞内存在形式： 上述元素主要以水、有机物、无机盐的形式存在于细胞中： ◆有机物：蛋白质、糖、脂类、核酸、 维生素及其降解产物. ◆无机物：1)参与有机物组成， 2)单独存在于细胞质内以无机盐的形式存在. ◆水：约占细胞总重70%～90%，以游离水和结合水两种形式 存在 游离水：干重法可测得； 结合水：不易蒸发、不冻结、也不能渗透, 占水总量的17%—28%
1.1.3微生物细胞化学组成含量的变化 主要成分 细菌 酵母菌 霉菌 水分 75~85 70~80 85~90 （占细胞鲜重的%） 蛋白质 50~80 32~75 14~15 占 细 碳水化合物 12~28 27~63 7~40 胞 干 脂肪 5~20 2~15 4~40 重 的 核酸 10~20 6 ~ 8 1 % 无机盐 2~30 3.8~7 6~12 微生物细胞的化学组成 此组成可因菌种的种类、菌龄、培养基组成、培 养条件、分析方法等而有所不同
1.1.3微生物细胞化学组成含量的变化 主要成分 细菌 酵母菌 霉菌 水分 75~85 70~80 85~90 （占细胞鲜重的%） 蛋白质 50~80 32~75 14~15 占 细 碳水化合物 12~28 27~63 7~40 胞 干 脂肪 5~20 2~15 4~40 重 的 核酸 10~20 6 ~ 8 1 % 无机盐 2~30 3.8~7 6~12 微生物细胞的化学组成 此组成可因菌种的种类、菌龄、培养基组成、培 养条件、分析方法等而有所不同
1.2 营养物质及其生理功能 微生物与动植物营养要素的比较 动物 微生物 （异养） 异养 自养 绿色植物 （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 氮源 蛋白质及其降解物 蛋白质及其降解 物、有机氮化物、 无机氮化物、氮 无机氮化物、氮 无机氮化物 能源 与碳源同 与碳源同 氧化无机物或利用日 光能 利用日光能 生长因子 维生素 有些需要维生素等 生长因子 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 微生物生长所需要六大营养要素： 碳源、氮源、无机盐、生长因子、水、能源
1.2 营养物质及其生理功能 微生物与动植物营养要素的比较 动物 微生物 （异养） 异养 自养 绿色植物 （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 氮源 蛋白质及其降解物 蛋白质及其降解 物、有机氮化物、 无机氮化物、氮 无机氮化物、氮 无机氮化物 能源 与碳源同 与碳源同 氧化无机物或利用日 光能 利用日光能 生长因子 维生素 有些需要维生素等 生长因子 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 微生物生长所需要六大营养要素： 碳源、氮源、无机盐、生长因子、水、能源
1.2.1 碳源（Carbon source） ◆定义：凡可被用来构成细胞物质或代谢产 物中碳素来源的营养物质。 ◆功能：提供合成细胞物质及代谢物的原料;并为整个生理 活动提供所需要能源（异养微生物）。 ◆种类: 无机含碳化合物：如CO2和碳酸盐等。 有机含碳化合物：糖与糖的衍生物（多糖：如淀粉、 麸皮、米糠等；饴糖；单糖）,脂类、 醇类。有机酸、烃类、芳香族化合物 以及各种含氮的化合物
1.2.1 碳源（Carbon source） ◆定义：凡可被用来构成细胞物质或代谢产 物中碳素来源的营养物质。 ◆功能：提供合成细胞物质及代谢物的原料;并为整个生理 活动提供所需要能源（异养微生物）。 ◆种类: 无机含碳化合物：如CO2和碳酸盐等。 有机含碳化合物：糖与糖的衍生物（多糖：如淀粉、 麸皮、米糠等；饴糖；单糖）,脂类、 醇类。有机酸、烃类、芳香族化合物 以及各种含氮的化合物
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 白质等 一般氨基酸、明胶等 C·H·O 糖、有机酸、醇、脂 类等 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 份、石蜡油等 无 机 碳 C(?) — — C·O CO2 CO2 C·O·X NaHCO3 NaHCO3、CaCO3、等 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 白质等 一般氨基酸、明胶等 C·H·O 糖、有机酸、醇、脂 类等 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 份、石蜡油等 无 机 碳 C(?) — — C·O CO2 CO2 C·O·X NaHCO3 NaHCO3、CaCO3、等 微生物的碳源谱
微生物工业发酵中用做碳源的原料 传统种类：糖类（单糖，饴糖） 淀粉（玉米粉、山芋粉、野生植物 淀粉等） 麸皮 各种米糠等 代粮发酵：纤维素、石油、CO2、H2
微生物工业发酵中用做碳源的原料 传统种类：糖类（单糖，饴糖） 淀粉（玉米粉、山芋粉、野生植物 淀粉等） 麸皮 各种米糠等 代粮发酵：纤维素、石油、CO2、H2
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。 1.2.2氮源（Nitrogen source ）：
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。 1.2.2氮源（Nitrogen source ）：
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 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 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 微生物的氮源谱