微生物學基礎單元五微生物的營養和培養基項目一微生物的營養

1基本概念營養物質：可被微生物利用作為分解代謝和合成代謝的一切物質；營養物質的作用：參與細胞組成；構成酶的活性成分與物質運輸系統；提供機體進行各種生理活動所需要的能量。一、微生物的六種營養要素

２微生物細胞的元素組成主要元素：碳、氫、氧、氮、磷、硫；

作用：a)C、H、O、N是生命體最基本的組成元素；b)S是蛋白質的重要組成元素；c)P是組成核酸和ATP不可缺少的元素；d)6種占細胞干質量的97%;微量元素：鉀、鎂、鈣、鐵、鋅、錳、鈉、氯、鉬、硒、鈷、銅、鎢、鎳、硼等；微生物細胞利用這些化學元素物質制造其細胞物質和組分，并進一步將它們組織成為細胞結構。一、微生物的六種營養要素

２微生物細胞的元素組成微生物細胞中幾種主要元素的含量（干重的百分數）：一、微生物的六種營養要素

元素細菌酵母菌霉菌

碳5049.847.9

氮1512.45.2

氫86.76.7

氧2031.140.2

磷3—

—

硫1—

—

３微生物細胞的化學組成化學組成：一、微生物的六種營養要素

３微生物細胞的化學組成化學組成比例：細胞的化學組成也是配制微生物培養基的主要依據；一、微生物的六種營養要素

主要成分細菌酵母菌霉菌水分75~8570~8085~90（占細胞鮮重的%）蛋白質50~8032~7514~15占細碳水化合物12~2827~637~40胞干脂肪5~202~154~40重的核酸10~206~81%無機鹽2~303.8~76~12

４微生物的6大營養要素概述６大營養要素：碳源，氮源，能源，無機鹽，生長因子，水；營養要素的功能：構成細胞結構組分和代謝產物的原料；提供能量；調節新陳代謝；無論從元素水平還是營養要素水平，微生物的營養要求與攝食型的動物（含人類）和光合自養型的植物都十分接近；生物之間存在“營養上的統一性”。一、微生物的六種營養要素

５微生物6大營養要素－碳源碳源（carbonsource）：凡是提供微生物營養所需的碳元素（碳架）的營養源，稱為碳源；碳源譜：從微生物的整體來看，可利用的碳源物質的范圍稱碳源譜；碳源作用：構成細胞成分（需要量最大的元素，50%）；為異養型微生物提供能源；形成代謝產物和儲藏物。一、微生物的六種營養要素

５微生物6大營養要素－碳源碳源譜：從微生物的整體來看，可利用的碳源物質的范圍稱碳源譜；一、微生物的六種營養要素

５微生物6大營養要素－碳源微生物碳源特點：根據微生物利用有機碳或無機碳，可將微生物分為：異養微生物（有機碳）、自養微生物（無機碳）；碳源譜廣（微生物>>植物>動物）；最適碳源：C.H.O型，糖類（異養微生物）；最適碳源：糖>醇>有機酸>脂類最適糖類：單糖>雙糖>多糖最適單糖：已糖>戊糖最適多糖：淀粉>纖維素>木質素、幾丁質一、微生物的六種營養要素

５微生物6大營養要素－碳源微生物碳源特點：微生物對碳源利用具有選擇性，如葡萄糖（速效碳源）和乳糖（遲效碳源）混合存在時，首先利用葡萄糖；酚、氰化物等物質對人類有毒，卻是某些微生物如諾卡氏菌和一些霉菌等美味佳肴；異養微生物：碳源也是能源（雙功能營養物）；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90種以上的不同類型的碳源物質；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生長。一、微生物的六種營養要素

５微生物6大營養要素－碳源實驗室配制微生物培養基常用碳源：葡萄糖、蔗糖、可溶性淀粉；微生物工業發酵中用做碳源的原料：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；代糧發酵：纖維素、石油、CO2、H2；一、微生物的六種營養要素

６微生物6大營養要素－氮源氮源：凡是提供微生物營養所需的氮元素的營養源，稱為氮源；功能：a.構成細胞組分（需要量僅次于碳源，~12%），提供微生物合成蛋白質的原料；b.構成代謝產物；c.某些自養菌的能源（如硝化細菌：氨和亞硝酸鹽兼氮源和能源）；

一、微生物的六種營養要素

６微生物6大營養要素－氮源微生物的氮源譜：一、微生物的六種營養要素

類型元素水平化合物水平培養基原料水平有機氮N·C·H·O·X復雜蛋白質、核酸等牛肉膏、酵母膏、餅粕粉、蠶蛹粉等N·C·H·O尿素、一般氨基酸、簡單蛋白質等尿素、蛋白胨、明膠等無機氮N·HNH3、銨鹽等(NH4)2SO4等N·O硝酸鹽等KNO3等NN2空氣

６微生物6大營養要素－氮源實驗室常用的氮源：有碳酸銨、硝酸鹽、硫酸銨、胰酪蛋白、尿素、蛋白胨、牛肉膏、酵母膏等；生產上常用的氮源：有硝酸鹽、銨鹽、尿素、氨以及蛋白含量較高的魚粉、蠶蛹粉、黃豆餅粉、花生餅份、玉米漿、麩皮等；

一、微生物的六種營養要素

６微生物6大營養要素－氮源微生物利用氮源的特點：氮源主要不提供能量(除硝化細菌等少數外)；最適氮源：NHCO>NH>NO>N2；遲效氮源：蛋白氮必須通過水解之后降解成胨、肽、氨基酸等才能被機體利用，有利于代謝產物的形成；速效氮源：無機氮源或以蛋白質降解產物形式存在的有機氮源可以直接被菌體吸收利用，有利于機體的生長；氨基酸異養型微生物（營養缺陷型）：有些微生物沒有將無機氮合成有機氮的能力，它們不能把尿素、銨鹽等這些無機氮源自行合成他們生長所需的氨基酸，而需要從外界吸收現成的氨基酸作為氮源才能生長。一、微生物的六種營養要素

７微生物6大營養要素－能源微生物的能源：指能為微生物的生命活動提供最初能量來源的營養物或輻射能；微生物的能源譜：如下；一、微生物的六種營養要素

能源譜｛化學物質輻射能｛化能異養微生物的能源（同碳源）有機物無機物化能自養微生物的能源（不同于碳源）光能自養和光能異養微生物的能源

７微生物6大營養要素－能源微生物能源的特點：化能自養微生物的能源物質：都是一些還原態的無機物質，例如：NH4+、NO2-、S、H2S、H2、Fe2+等，氧化后產生能源供細菌細胞使用；能利用這些物質作為能源的全部是細菌，如：硝酸細菌、亞硝酸菌、硫化細菌、硫細菌、鐵細菌、硫細菌、氫細菌和鐵細菌等；這些無機養料常常是雙功能的（如：NH4+既是硝酸細菌的能源，又是它的氮源）。單功能營養物：如輻射能，只為光能微生物提供能源；雙功能營養物：葡萄糖(C源，能源)；NH4+是硝酸細菌的能源和氮源；三功能營養物：有機營養物常有三功能作用，既是異養微生物的能源，又是它們的碳源或氮源；一、微生物的六種營養要素

８微生物6大營養要素－無機鹽概念：是微生物生長必不可少的一類營養物質，它們為機體生長提供多種重要的生理功能，包括大量元素和微量元素；大量元素：P、S、K、Mg、Na、Ca等（生長所需濃度10-3~10-4mol/L）；微量元素：Fe、Zn、Mn、Mo、Co、Cu、Ni等（生長所需濃度10-6~10-8mol/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、鐵等金屬元素的化合物；配制培養基時，大量元素一般首選K2HPO4、MgSO4等，可同時提供4種大量元素；常用天然水、自來水來配制培養基以提供各種微量元素。一、微生物的六種營養要素

８微生物6大營養要素－無機鹽無機鹽的生理功能：一、微生物的六種營養要素

８微生物6大營養要素－無機鹽各種無機鹽的具體生理功能：一、微生物的六種營養要素

９微生物6大營養要素－生長因子概念：是一類對微生物正常生活所不可缺少而需要量又不大的物質；微生物自身不能用簡單的碳源或氮源合成，或合成量不足以滿足機體生長需要的有機營養物質；需外界加入的；不同微生物需求的生長因子的種類和數量不同；缺乏合成生長因子能力的微生物稱為“營養缺陷型”微生物；一、微生物的六種營養要素

９微生物6大營養要素－生長因子微生物所需生長因子主要包括：維生素、氨基酸、嘌呤和嘧啶（堿基）及其衍生物，此外還有甾醇、胺類、脂肪酸等；微生物所需的生長因子會隨著培養條件的變化而變化，前體物質、通氣量、PH、溫度等都會對其產生影響；微生物所需生長因子的作用：作為輔酶或輔基參與代謝；核酸和蛋白質的成分；一、微生物的六種營養要素

９微生物6大營養要素－生長因子有些微生物缺乏合成維生素的能力，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；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“氨基酸缺陷型”；一、微生物的六種營養要素

微生物生長因子需要量（ml-1）III型肺炎鏈球菌

膽堿 6ug 金黃色葡萄球菌

硫胺素 0.5ng 白喉棒桿菌

β-丙氨酸1.5ug 破傷風梭狀芽孢桿菌尿嘧啶 0-4ug 腸膜狀串珠菌

吡哆醛 0.025ug

９微生物6大營養要素－生長因子根據微生物對生長因子的需要的不同，可分為三種類型：生長因子自養型微生物：能自行合成不需要從外界吸取，如大多數真菌、放線菌和不少細菌；生長因子異養型微生物：喪失合成能力或合成能力有限，必須從外界吸取才能維持正常的生長，如乳酸菌、動物至病菌、支原體、原生動物；生長因子過量合成微生物：能合成并分泌某些維生素等生長因子，可用于維生素等生產菌；一、微生物的六種營養要素

９微生物6大營養要素－生長因子如何為微生物生長提供生長因子？通過天然培養基和半合成培養基提供：酵母膏（19種氨基酸，維生素）、玉米漿（20種氨基酸，6種維生素）、肝浸汁、麥芽汁；通過合成培養基提供：添加配制的維生素復合液。一、微生物的六種營養要素

10微生物6大營養要素－水水分是生物細胞的主要化學成分，其重要的生理功能表現在下列幾個方面：細胞的構成成分；一系列生理生化反應的反應介質，參與許多生理生化反應；有效地控制細胞內的溫度變化；起到溶劑與運輸介質的作用；維持蛋白質、核酸等生物大分子穩定的天然構象；一、微生物的六種營養要素

10微生物6大營養要素－水水在細胞中有兩種存在形式：結合水和游離水；不同細胞及細胞結構中游離水的含量有較大差別：一、微生物的六種營養要素

10微生物6大營養要素－水游離水的含量可用水活度aw（Wateractivity）表示；水活度定義：一定的溫度條件下，溶液的蒸汽壓（材料上部蒸氣相中水濃度）與純水的蒸汽壓（即純水上部蒸氣相中水濃度）之比，

w=/o；（表示溶液的蒸汽壓；o表示純水的蒸汽壓）；微生物在w為0.63-0.99的環境條件下生長，特定微生物對

w的要求是一定的；一、微生物的六種營養要素

幾類微生物生長最適

w微生物

w一般細菌0.91酵母0.88霉菌0.80噬鹽細菌0.70噬鹽真菌0.65嗜高滲酵母0.60微生物學基礎單元五微生物的營養和培養基項目一微生物的營養

1營養類型分類按碳源的不同分類：動物屬于異養型生物，植物屬于自養型，而微生物既有異養型的也有自養型的，大多數微生物屬于異養型生物，少數微生物屬于自養型生物。二、微生物的營養類型

項目一微生物的營養

1營養類型分類按能源的不同分類：動物和大部分微生物屬于化能營養型生物，它們從物質的氧化過程中獲得能量，植物和少部分微生物屬于光能營養型生物二、微生物的營養類型

1營養類型分類按氫供體的不同分類：氫供體指氧化還原反應中脫去氫被氧化的那個物質，即還原劑，由于脫氫實際上是脫下一個質子和一個電子(氫=質子+電子)，故也可統稱為供電子體；供氫體不一定含有氫，只要是還原劑，都可以叫氫供體；二、微生物的營養類型

２四種基本營養類型按微生物所利用碳源、能源的不同，可分為四種基本營養類型：光能自養型（光能無機營養型）光能異養型（光能有機營養型）化能自養型（化能無機營養型）化能異養型（化能有機營養型）二、微生物的營養類型

３光能自養型（光能無機營養型）碳源：以C02作為唯一碳源或主要碳源；能源：光能；氫供體：無機物（如H2、H2S、S等），使CO2還原為細胞物質；光能自養型微生物包括：

產氧光合作用類：藻類、藍細菌（含葉綠素）與高等植物一樣，以水為供氫體（電子供體），進行產氧型的光合作用，能使光能轉變成化學能（ATP），并合成細胞物質；

二、微生物的營養類型

３光能自養型（光能無機營養型）光能自養型微生物包括：

產氧光合作用類：藻類、藍細菌（含葉綠素）；不產氧光合作用類：紫硫細菌、綠硫細菌（含菌綠素）；光合作用時以H2S、S等還原態硫化物為供氫體，產生細胞物質，并伴隨硫元素的產生。二、微生物的營養類型

４光能異養型（光能有機營養型）碳源：CO2及簡單有機物；能源：光能；氫供體：有機物，通過光能將CO2還原為細胞物質；例：紅螺菌屬中的一些細菌屬于此種營養類型（異丙醇作為供氫體），將CO2還原成細胞物質，同時積累丙酮：光能自養型和光能異養型微生物可利用光能生長，在地球早期生態環境的演化過程中起重要作用；目前在高濃度有機廢水的處理中應用意義重大。二、微生物的營養類型

５化能自養型（化能無機營養型）碳源：CO2或碳酸鹽；能源：無機物氧化釋放的化學能；氫供體：無機物（H2、H2S、Fe2+、NH3或NO2-），使CO2還原成細胞物質；這類微生物主要有硫化細菌、硝化細菌、氫細菌與鐵細菌；它們在自然界物質轉換過程中起著重要的作用。例：硝化細菌通過氧化NH4+、NO2-產生能量。二、微生物的營養類型

５化能自養型（化能無機營養型）硫化細菌：通過氧化還原態的無機硫化物（H2S、S、S2O32-、SO32-）獲得能量（硫桿菌屬，硫微螺菌屬）。二、微生物的營養類型

５化能自養型（化能無機營養型）鐵細菌：氧化Fe2+為Fe3+獲取能量并同化CO2；氫細菌：具有氫化酶，從氫的氧化獲取能量，同化CO2。二、微生物的營養類型

６化能異養型（化能有機營養型）碳源：有機物（如淀粉、糖類、纖維素、有機酸等）；能源：有機物氧化釋放的化學能，有機物通常既是碳源也是能源；氫供體：有機物；大多數細菌、真菌、原生動物都是化能異養型微生物；所有致病微生物均為化能異養型微生物；根據化能異養型微生物利用有機物的特性，又可以將其分為下列類型：腐生型微生物：利用無生命活性的有機物作為生長的碳源；寄生型微生物：寄生在活的細胞內，從寄生體內獲得生長所需要的營養物質；在腐生型和寄生型之間還存在中間類型：兼性腐生型、兼性寄生型。

二、微生物的營養類型

７四種基本營養類型微生物四種基本營養類型對比：二、微生物的營養類型

營養類型電子供體

碳源能源

例樣光能無機營養型（光能自養型）H2,H2S,S,H2OCO2光能紅硫細菌，藍細菌，藻類光能有機營養型（光能異養型）有機物有機物光能紅螺細菌化能無機營養型（化能自養型）H2,H2S,Fe2+，

NH3或NO2-CO2化學能（無機物氧化）氫細菌，硫桿菌，硝化細菌，大多數產甲烷菌化能有機營養型（化能異養型）有機物

有機物化學能（有機物氧化）大多數微生物，原生動物

８關于營養類型的定義自養微生物：不依賴任何有機營養物即可正常生活的微生物；異養微生物：至少需要提供一種有機物才能滿足其正常營養要求的微生物（即其碳源必須是有機物，供氫體是有機物，能源可以是氧化有機物或利用日光能）。二、微生物的營養類型

9營養物質進入細胞的方式細胞膜是控制營養物質進出細胞的主要屏障，具選擇性通透；營養物質能否進入細胞取決于三個方面的因素：營養物質的性質（分子質量，電負性，結構等）；細胞所處的環境（溫度，pH值，滲透壓等）；微生物細胞的透過屏障（原生質膜、細胞壁、莢膜等）；二、微生物的營養類型

9營養物質進入細胞的方式根據物質運輸過程的特點，可將營養物質進入微生物細胞的方式分為：單純擴散(simplediffusion)促進擴散(facilitateddiffusion)主動運輸(activetransport)基團轉移(grouptranslocation)9營養物質進入細胞的方式單純擴散(simplediffusion)：原生質膜是一種半透性膜，營養物質通過原生質膜上的小孔，由高濃度的胞外環境向低濃度的胞內進行擴散；特點：a.非特異性的營養物質吸收方式，以濃度差為動力，高濃度向低濃度擴散；

b.營養物質的結構不發生變化；c.運輸的速率較慢，與濃度差相關；d.屬物理擴散，不需能量，無載體蛋白參與；e.可運送的養料有限：水、脂肪酸、乙醇、甘油、苯、一些氣體分子(O2、CO2)及某些氨基酸（一定程度上）；僅限脂溶性、極性小的營養物質；9營養物質進入細胞的方式促進擴散(facilitateddiffusion)：營養物通過與細胞膜上載體蛋白的可逆性結合來加快其傳遞速度；特點：a.營養物質的結構不發生變