1、1會計學A微生物的營養微生物的營養 微生物細胞化學組成微生物細胞化學組成 主要成分主要成分 細菌細菌 酵母菌酵母菌 霉菌霉菌 水分水分 7585 7080 8590（占細胞鮮重的（占細胞鮮重的%） 蛋白質蛋白質 5080 3275 1415 占占 細細 碳水化合物碳水化合物 1228 2763 740 胞胞 干干 脂肪脂肪 520 215 440 重重 的的 核酸核酸 1020 6 8 1 % 無機鹽無機鹽 230 3.87 612微生物的五大營養要素及其生理功能微生物的五大營養要素及其生理功能凡能構成微生物細胞或代謝產物中碳架來源的營養物質都稱為碳 源 。碳源(carbon source)碳

2、源功能碳源種類碳源功能碳源種類類類型型元素水平元素水平 化合物水平化合物水平 培養基原料水平培養基原料水平有有機機碳碳CHONX復雜蛋白質、核酸等復雜蛋白質、核酸等牛肉膏、蛋白胨、花生餅牛肉膏、蛋白胨、花生餅粉等粉等CHON多數氨基酸、簡單蛋白多數氨基酸、簡單蛋白質等質等一般氨基酸、明膠等一般氨基酸、明膠等CHO糖、有機酸、醇、脂類糖、有機酸、醇、脂類等等葡萄糖、蔗糖、各種淀粉、葡萄糖、蔗糖、各種淀粉、糖蜜等糖蜜等CH烴類烴類天然氣、石油及其不同餾天然氣、石油及其不同餾份、石蠟油等份、石蠟油等無無機機碳碳C(?)COCO2CO2COXNaHCO3NaHCO3、CaCO3、等、等微生物的碳源譜微

3、生物的碳源譜微生物工業發酵中用做碳源的原料微生物工業發酵中用做碳源的原料n傳統種類：糖類（單糖，飴糖）淀粉（玉米粉、山芋粉、野生植物淀粉等） 麩皮 各種米糠等n代糧發酵：纖維素、石油、CO2、H2可以用作洋蔥假單胞菌唯一碳源的化合物有可以用作洋蔥假單胞菌唯一碳源的化合物有:碳水化合物及其衍生物：19種脂肪酸：11種二羧酸：9種其它有機酸：12種伯醇：3種氨基酸：12種其它氮化合物：13種無氮環狀化合物：9種微生物不同，利用上述含碳化合物的能力不同，如假單胞菌微生物不同，利用上述含碳化合物的能力不同，如假單胞菌屬中的某些種可以利用屬中的某些種可以利用90種以上的不同類型的碳源物質；而種以上的不同

4、類型的碳源物質；而某些甲基營養型細菌只能利用甲醇或甲烷等一碳化合物進行某些甲基營養型細菌只能利用甲醇或甲烷等一碳化合物進行生長。生長。 氮源(nitrogin source)氮源功能氮源種類氮源功能氮源功能氮源種類氮源種類類類型型 元素水平元素水平化合物水平化合物水平培養基原料水平培養基原料水平有有機機氮氮NCHOX復雜蛋白質、核酸等復雜蛋白質、核酸等牛肉膏、酵母膏、餅粕牛肉膏、酵母膏、餅粕粉、蠶蛹粉等粉、蠶蛹粉等NCHO尿素、一般氨基酸、簡單蛋白尿素、一般氨基酸、簡單蛋白質等質等尿素、蛋白胨、明膠等尿素、蛋白胨、明膠等無無機機氮氮NHNH3、銨鹽等、銨鹽等(NH4)2SO4等等NO硝酸鹽等硝

5、酸鹽等KNO3等等NN2空氣空氣微生物的氮源譜微生物的氮源譜定義：為微生物細胞生長提供碳、氮源以外的多種重定義：為微生物細胞生長提供碳、氮源以外的多種重要元素（包括大量元素和微量元素）的物質，多以無要元素（包括大量元素和微量元素）的物質，多以無機鹽的形式共給。機鹽的形式共給。大量元素：大量元素：P、S、K、Mg、Ca、Na、Fe （微生物生（微生物生長所需濃度在長所需濃度在10-310-4mol/L）微量元素：微量元素：Cu、Zn、Mn、Mo、Co （微生物生長所（微生物生長所需濃度在需濃度在10-610-8mol/L） 一般微生物生長所需要的無機鹽有：硫酸鹽、磷酸鹽、氯化物以及含有鈉、鉀、鎂

6、、鐵等金屬元素的化合物。無機鹽功能無機鹽功能無機鹽大量元素微量元素一般功能特殊功能酶的激活劑（Cu2+、Mn2+、Zn2+等）特殊分子結構成分（Co、Mo等）維持滲透壓生理調節物質酶的激活劑pH的穩定化能自養菌的能源(S、Fe2+、NH4+、NO2-)無氧呼吸時的氫受體(NO3-、SO42-)細胞內一般分子成分(如P，S，Ca，Mg，Fe等)元素元素人為提供形式人為提供形式生生理理功功 能能PKH2PO4、 K2HPO4核酸、磷酸和輔酶的成分核酸、磷酸和輔酶的成分SMgSO4含硫氨基酸、含硫維生素成分含硫氨基酸、含硫維生素成分KKH2PO4、 K2HPO4酶的輔因子、維持電位差和滲透壓酶的輔因

7、子、維持電位差和滲透壓NaNaCl維持滲透壓、某些細菌和藍細菌需要維持滲透壓、某些細菌和藍細菌需要CaCa(NO3)2、 CaCl2胞外酶穩定劑、蛋白酶輔因子、細菌芽孢和真胞外酶穩定劑、蛋白酶輔因子、細菌芽孢和真菌孢子形成菌孢子形成MgMgSO4固氮酶輔因子、葉綠素成分固氮酶輔因子、葉綠素成分FeFeSO4Cyt 成分；合成葉綠素、白喉毒素和氯高鐵血成分；合成葉綠素、白喉毒素和氯高鐵血紅素所需紅素所需MnMnSO4超超 氧化物歧化酶、氨肽酶、氧化物歧化酶、氨肽酶、L-阿拉伯糖異構酶阿拉伯糖異構酶等的輔因子等的輔因子CuCuSO4氧化酶、酪氨酸酶的輔因子氧化酶、酪氨酸酶的輔因子CoCoSO4VB

8、12復合物的成分、肽酶的輔因子復合物的成分、肽酶的輔因子ZnZnSO4堿性磷酸酶、脫氫酶、肽酶、脫羧酶輔因子堿性磷酸酶、脫氫酶、肽酶、脫羧酶輔因子Mo(NH4)6Mo7O24固氮酶和同化型及異化型硝酸鹽還原酶的成分固氮酶和同化型及異化型硝酸鹽還原酶的成分無機鹽種類無機鹽種類生長因素（生長因素（growth factorgrowth factor） 缺乏合成生長因子能力的微生物稱為缺乏合成生長因子能力的微生物稱為“營養缺營養缺陷型陷型”微生物。微生物。 最早發現的生長因子是維生素，目前已經發現許多維生最早發現的生長因子是維生素，目前已經發現許多維生素都能起生長因子的作用。維生素大部分是構成酶的輔

9、基或素都能起生長因子的作用。維生素大部分是構成酶的輔基或輔酶，需要量很少，但是缺少維生素微生物不能正常生長。輔酶，需要量很少，但是缺少維生素微生物不能正常生長。 有些微生物缺乏或喪失合成某種或某些氨基酸的酶，所有些微生物缺乏或喪失合成某種或某些氨基酸的酶，所以不能合成生長所必需的氨基酸，這類微生物被稱為以不能合成生長所必需的氨基酸，這類微生物被稱為“氨基氨基酸缺陷型酸缺陷型”。例如：腸膜明串珠菌（例如：腸膜明串珠菌（leuconostoc mesenteroidesleuconostoc mesenteroides）常常）常常需要由外源供給多種氨基酸才能生長。需要由外源供給多種氨基酸才能生長。

10、 另外有些微生物生長還需要其它特殊的成分，例如某些另外有些微生物生長還需要其它特殊的成分，例如某些乳酸桿菌生長需要核苷；某些酵母菌和真菌生長需要肌醇；乳酸桿菌生長需要核苷；某些酵母菌和真菌生長需要肌醇；某些肺炎球菌生長需要膽堿等。某些肺炎球菌生長需要膽堿等。根據微生物對生長因子的需要存在差異，可根據微生物對生長因子的需要存在差異，可分為：分為：1. 野生型野生型(wild type) 原養型原養型 不需要生長因子而能在基礎培養基上生長的不需要生長因子而能在基礎培養基上生長的菌株菌株2. 營養缺陷型營養缺陷型(auxotroph) 由于自發或誘發突變等原因從野生型菌株產由于自發或誘發突變等原因從

11、野生型菌株產生的需要提供特定生長素物質才能生長的菌株生的需要提供特定生長素物質才能生長的菌株水水水的功能水活度的表示方法水的功能水的功能幾種生物的游離水含量人體：60%海蟄：96%微生物孢子營養體霉菌孢子：39%細菌芽孢：皮層：70%核心：極低細菌：80%酵母：75%霉菌：85%水在細胞中有兩種存在形式：水在細胞中有兩種存在形式： 結合水和游離水結合水和游離水. 不同細胞及不同細胞結構中游離水的含量有較大不同細胞及不同細胞結構中游離水的含量有較大差別：差別：水活度的表示方法水活度的表示方法 幾類微生物生長最適幾類微生物生長最適 waw：水分活度（水分活度（water activity）各種微生

12、物生長的水分活度：各種微生物生長的水分活度：0.60.99之間之間aw=PP0細菌細菌酵母菌酵母菌霉菌霉菌微生物微生物生長的生長的最低最低aw一般：一般：0.900.98嗜鹽菌：嗜鹽菌：0.75（約（約5.5mol/LNaCl）一般一般 ：0.870.91高滲酵母：高滲酵母：0.610.65（0.1V以上的環境中均能生長以上的環境中均能生長厭氧微生物：只能在厭氧微生物：只能在+0.1V以下生長以下生長兼性厭氧微生物：兼性厭氧微生物：+0.1V以上呼吸、以上呼吸、+0.1V以下發酵以下發酵v培養基是多培養基是多氧化還原偶氧化還原偶的復雜電化學系統，測出的的復雜電化學系統，測出的Eh值僅代表其綜合

13、結果。對微生物影響最大的是：分值僅代表其綜合結果。對微生物影響最大的是：分子氧和分子氫的濃度子氧和分子氫的濃度v培養基中常用的還原劑：巰基乙酸、抗壞血酸、硫培養基中常用的還原劑：巰基乙酸、抗壞血酸、硫化氫、半胱氨酸、谷胱甘肽、二硫蘇糖醇等。化氫、半胱氨酸、谷胱甘肽、二硫蘇糖醇等。濃度過高濃度過高微生物的生長起抑制作用，微生物的生長起抑制作用， 濃度過小濃度過小不能滿足微生物生長的需要。不能滿足微生物生長的需要。碳氮比（碳氮比（C/N）直接影響微生物生長與繁殖及代謝物直接影響微生物生長與繁殖及代謝物的形成與積累，故常作為考察培養基組成時的一個重的形成與積累，故常作為考察培養基組成時的一個重要指標

14、；要指標； 速效性氮（或碳）源與遲效性氮（或碳）源的比例速效性氮（或碳）源與遲效性氮（或碳）源的比例 各種金屬離子間的比例各種金屬離子間的比例 碳源中的碳原子的碳源中的碳原子的mol數數氮源中所含的氮原子的氮源中所含的氮原子的mol數數C/N比值比值=例：谷氨酸生產中例：谷氨酸生產中 C/N 4/1時，菌體大量繁殖，谷氨酸積累少；時，菌體大量繁殖，谷氨酸積累少；C/N3/1 時，菌體生長受抑制，而谷氨酸大量增加。時，菌體生長受抑制，而谷氨酸大量增加。氮源功能氮源功能運送機制運送機制: :是依靠磷酸轉移酶系統是依靠磷酸轉移酶系統, ,即磷酸烯醇即磷酸烯醇式丙酮酸式丙酮酸- -己糖磷酸轉移酶系統己

15、糖磷酸轉移酶系統. .運送步驟運送步驟: :1.1.熱穩載體蛋白熱穩載體蛋白( (HPr)HPr)的激活的激活 細胞內高能化合物磷酸烯醇式丙酮酸（細胞內高能化合物磷酸烯醇式丙酮酸（PEPPEP）的磷的磷酸基團把酸基團把HPrHPr激活。激活。 酶酶1 1 PEP+HPr PEP+HPr 丙酮酸丙酮酸+ +P-HPrP-HPrHPrHPr是一種低分子量的可溶性蛋白，結合在細胞膜上，是一種低分子量的可溶性蛋白，結合在細胞膜上，具有高能磷酸載體的作用。具有高能磷酸載體的作用。伊紅美蘭乳糖培養基伊紅美蘭乳糖培養基(Eosin Methylene blue)蛋白胨蛋白胨10g乳糖乳糖5gK2HPO42g伊紅伊紅Y0.4g美蘭美蘭0.065g水水1000mlpH=7.2等滲溶液等滲溶液適宜微生物生長適宜微生物生