微生物的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)

作物生產(chǎn)技術(shù)專業(yè)/教學(xué)資源庫(kù)微生物細(xì)胞的化學(xué)組成和營(yíng)養(yǎng)要求一、微生物細(xì)胞的化學(xué)組成微生物細(xì)胞水（70%-90%）干物質(zhì)有機(jī)物

無(wú)機(jī)物（鹽）微生物、動(dòng)物、植物之間存在“營(yíng)養(yǎng)上的統(tǒng)一性”蛋白質(zhì)、多糖、脂、核酸、維生素、有機(jī)酸等及其降解產(chǎn)物這些化學(xué)元素都來(lái)自胞外環(huán)境。微生物細(xì)胞利用這些化學(xué)元素物質(zhì)制造其細(xì)胞物質(zhì)和組分，并進(jìn)一步將它們組織成為細(xì)胞結(jié)構(gòu)。細(xì)胞化學(xué)元素組成：主要元素：碳、氫、氧、氮、磷、硫、鉀、鎂、鈣、鐵；微量元素：鋅、錳、鈉、氯、鉬、硒、鈷、銅、鎢、鎳、硼等。營(yíng)養(yǎng)：

微生物在其生長(zhǎng)過(guò)程中獲取生命活動(dòng)所需的能量和結(jié)構(gòu)物質(zhì)的生理過(guò)程。營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)：

外界環(huán)境可為細(xì)胞提供結(jié)構(gòu)組分、能量、代謝調(diào)節(jié)物質(zhì)和良好生長(zhǎng)環(huán)境的化學(xué)物質(zhì)。

營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)是微生物生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，而營(yíng)養(yǎng)是生物維持和延續(xù)其生命形式的一種生理過(guò)程。概念區(qū)分：二、微生物的營(yíng)養(yǎng)要素及其生理功能

碳源，氮源，能源，生長(zhǎng)因子，無(wú)機(jī)鹽，水營(yíng)養(yǎng)要素的功能：1）構(gòu)成細(xì)胞結(jié)構(gòu)組分和代謝產(chǎn)物的原料；2）提供能量；3）調(diào)節(jié)新陳代謝。微生物的6大營(yíng)養(yǎng)要素：微生物與動(dòng)植物營(yíng)養(yǎng)要素的比較1、水功能：（1）營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)或代謝廢物運(yùn)輸?shù)谋貍湮镔|(zhì)；（2）直接作為反應(yīng)物或產(chǎn)物參與體內(nèi)多種生化反應(yīng)；（3）水還是許多有機(jī)物中氫和氧的來(lái)源，例如烷烴分解過(guò)程；（4）許多酶促反應(yīng)必須在水溶液中才能進(jìn)行；（5）水分子之間形成的氫鍵使得水成為一種很好的溫度緩沖劑。（6）水是熱的良導(dǎo)體，有利于散熱，不致于因代謝產(chǎn)熱而使細(xì)胞局部溫度上升；（7）作為活細(xì)胞中含量最高的成分，水對(duì)于維持細(xì)胞自身形狀以及生物大分子的天然結(jié)構(gòu)起著重要的作用。水在細(xì)胞中有兩種存在形式：結(jié)合水和游離水。不同生物及不同細(xì)胞結(jié)構(gòu)中游離水的含量比較

游離水的含量可用水活度aw（Wateractivity）表示。水活度：在相同溫度和壓力下，體系中溶液的水的蒸汽壓與純水的水蒸汽壓之比。微生物能在aw=0.63～0.99的條件下生長(zhǎng)。特定微生物對(duì)aw的要求是一定的。

人體平均60%

海蟄約96%

霉菌孢子約39%幾種生物的孢子皮層約70%游離水含量

細(xì)菌芽孢微生物核心極低細(xì)菌約80%

營(yíng)養(yǎng)體酵母約75%

霉菌約85%定義：凡是可以作為微生物細(xì)胞結(jié)構(gòu)或代謝產(chǎn)物中碳架來(lái)源的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)功能:構(gòu)成細(xì)胞成分（需要量最大的元素，50%）；形成代謝產(chǎn)物和儲(chǔ)藏物；為異養(yǎng)型微生物提供能源。2.碳源（carbonsource）碳源譜：無(wú)機(jī)碳有機(jī)碳C.H.O型C.H.O.N型糖、有機(jī)酸、醇、脂類等（葡萄糖、蔗糖、淀粉、糖蜜等）氨基酸、簡(jiǎn)單蛋白質(zhì)（氨基酸，明膠等）C.H型烴類（天然氣、石油、石蠟油等）C.H.O.N.X型復(fù)雜蛋白質(zhì)、核酸等（牛肉膏、蛋白胨、花生餅粉等）C.O型CO2C.O.X型NaHCO3CaCO3

特點(diǎn)1）根據(jù)微生物利用有機(jī)碳或無(wú)機(jī)碳，可將微生物分為：異養(yǎng)微生物：有機(jī)碳自養(yǎng)微生物：無(wú)機(jī)碳2）碳源譜廣（微生物>>植物>動(dòng)物）；3）最適碳源：C.H.O型，糖類（異養(yǎng)微生物）糖>有機(jī)酸，醇>脂單糖>雙糖>多糖（淀粉>纖維素,木質(zhì)素,幾丁質(zhì)）己糖>戊糖葡萄糖，果糖>甘露糖，半乳糖4）微生物對(duì)碳源利用具有選擇性混合存在葡萄糖：首先利用（速效碳源）乳糖：后利用（遲效碳源）5）不同微生物，其碳源譜不同（利用碳源物質(zhì)的能力有差別）洋蔥假單胞菌：90種以上甲烷菌：甲醇和甲烷6）異養(yǎng)微生物：碳源=能源（雙功能營(yíng)養(yǎng)物）

選擇碳源原則1）根據(jù)微生物的生理機(jī)能選擇；

2）考慮經(jīng)濟(jì)效益，防止降格使用定義：凡是構(gòu)成微生物細(xì)胞物質(zhì)或代謝產(chǎn)物中氮元素來(lái)源的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)

。功能構(gòu)成細(xì)胞組分（需要量?jī)H次于碳源，~12%）；構(gòu)成代謝產(chǎn)物；某些自養(yǎng)菌的能源（如硝化細(xì)菌：氨和亞硝酸鹽兼氮源和能源）氮源譜無(wú)機(jī)氮N.H，N.O，N有機(jī)氮N.C.H.ON.C.H.O.X尿素、氨基酸、蛋白胨，明膠復(fù)雜蛋白質(zhì)、核酸（牛肉膏、蛋白胨、酵母膏、魚粉、餅粉、蠶蛹粉、玉米漿等）硫酸胺、硝酸鉀、氨、氮?dú)?.氮源（nitrogensource）生理酸性鹽:當(dāng)以（NH4）2SO4為唯一氮源時(shí)，NH4＋被利用后，培養(yǎng)基的pH下降，稱為“生理酸性鹽”；生理堿性鹽:當(dāng)以KNO3為氮源時(shí)，NO3－被利用后，培養(yǎng)基的pH上升，稱為“生理堿性鹽”。

利用NH4NO3為氮源，可以避免pH急劇升降，但是，NH4＋的吸收快，NO3—的吸收滯后，所以，培養(yǎng)基pH會(huì)先降后升?！鞍被嶙责B(yǎng)型生物”（Aminoacidautotroph）:凡是能將非氨基酸類的簡(jiǎn)單氮源（例如尿素、銨鹽、硝酸鹽和氮?dú)猓┳孕泻铣缮L(zhǎng)代謝所需要的一切氨基酸的微生物?！鞍被岙愷B(yǎng)型生物”（Aminoacidheterotroph）:凡需要從外界吸收現(xiàn)成氨基酸作氮源的微生物。

所有的動(dòng)物和大量異養(yǎng)微生物是氨基酸異養(yǎng)型的，而所有綠色植物和很多微生物是氨基酸自養(yǎng)型的。遲效性氮源:不能直接被菌體利用的氮源。反之則被稱為“速效性氮源”。

氮源一般只提供合成細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞中其他結(jié)構(gòu)的原料，不作為能源。只有少量細(xì)菌，如硝化細(xì)菌能利用銨鹽、硝酸鹽作氮源和能源。某些梭菌對(duì)糖的利用不活躍，可以利用氨基酸為唯一的能源。宏量元素：P、S、K、Mg、Na、Ca等（10-3~10-4mol/L）；微量元素：Fe、Zn、Mn、Mo、Co、Cu、Ni等（10-6~10-8mol/L）其中：Fe是介于微量元素和宏量元素之間的元素。功能①構(gòu)成細(xì)胞的組成成分；②作為酶的活性中心；③維持酶的活性；④調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓，氫離子濃度和氧化還原電位；⑤作為某些自養(yǎng)菌的能源。

4.無(wú)機(jī)鹽（inorganicsalt）(1)磷：合成核酸、磷脂、一些輔酶（NAD，NADP，CoA等）及高能磷酸化合物的重要原料。一般都以K2HPO4和KH2PO4的形式人為地提供。(2)硫:某些氨基酸（如半胱氨酸和蛋氨酸）、輔酶因子（如輔酶A，生物素，硫辛酸和硫胺素）和谷胱甘肽的組成成分。也是某些自養(yǎng)菌的能源物質(zhì)。微生物從含硫化合物中得到硫。一般人為的提供形式為MgSO4。(3)鎂:一些酶（如己糖激酶，異檸檬酸脫氫酶，羧化酶和固氮酶）的激活劑，是光合細(xì)菌菌綠素的組成成分；具有穩(wěn)定核糖體、細(xì)胞膜和核酸的作用。缺乏鎂，細(xì)胞生長(zhǎng)就會(huì)停止。微生物可以利用硫酸鎂或其他鎂鹽。(4)鉀：不參加細(xì)胞結(jié)構(gòu)物質(zhì)的組成，但它是許多酶（如果糖激酶）的激活劑，與原生質(zhì)的膠體特性和細(xì)胞膜的透性有關(guān)。鉀在胞內(nèi)的濃度比胞外高許多倍。各種無(wú)機(jī)鉀鹽，尤其是磷酸鉀鹽（磷酸二氫鉀，磷酸氫二鉀）可作為鉀源。(5)鈣：一般不參與微生物的細(xì)胞結(jié)構(gòu)物質(zhì)（除細(xì)菌芽孢外），但它是某些酶（如蛋白酶類）的激活劑，還參與細(xì)胞膜通透性的調(diào)節(jié)。各種水溶性的鈣鹽，如CaCl2及CaCO3等都是微生物的鈣元素來(lái)源。(6)鈉：與細(xì)胞滲透壓調(diào)節(jié)有關(guān)。胞內(nèi)濃度低，而胞外濃度高。對(duì)嗜鹽菌來(lái)說(shuō)，鈉除了維持細(xì)胞的滲透壓外，還與營(yíng)養(yǎng)物的吸收有關(guān)，如吸收葡萄糖就需要Na＋的幫助。(7)微量元素：與酶活性有關(guān)，或參與酶的組成，或是許多酶的調(diào)節(jié)因子。鐵：過(guò)氧化氫酶、過(guò)氧化物酶、細(xì)胞色素和細(xì)胞色素氧化酶的組成元素，也是鐵細(xì)菌的能源，鐵含量太低會(huì)影響白喉?xiàng)U菌形成白喉毒素；銅：多酚氧化酶和抗壞血酸氧化酶的成分；鋅：醇脫氫酶、乳酸脫氫酶、肽酶和脫羧酶的輔助因子；鈷：參與維生素B12的組成；鉬：參與固氮酶的組成；錳：超氧化物酶的激活劑。

無(wú)機(jī)鹽離子的提供方式常量元素：K2HPO4，MgSO4（提供4種主要元素）微量元素：自來(lái)水，玻璃器皿定義

微生物生長(zhǎng)不可缺少的(自身不能合成或合成量不足以滿足微生物生長(zhǎng)需要的)微量有機(jī)物質(zhì)稱為生長(zhǎng)因子（growthfactor），一般包括維生素、氨基酸及嘌吟、嘧啶等。功能

作為輔酶或輔基參與代謝；核酸和蛋白質(zhì)的成分。5.生長(zhǎng)因子（growthfactor）核黃素：梭菌屬，假絲酵母屬等維生素B12：鏈霉菌屬，丙酸桿菌屬，假單胞菌屬輔酶A：短桿菌屬維生素C：葡萄糖酸桿菌屬，歐文氏菌屬，棒桿菌屬維生素D：酵母屬有些微生物能夠合成大量的維生素，可采用工業(yè)發(fā)酵法生產(chǎn)如何提供生長(zhǎng)因子？天然培養(yǎng)基半合成培養(yǎng)基酵母膏（19種氨基酸，維生素）玉米漿（20種氨基酸，6種維生素）肝浸汁麥芽汁合成培養(yǎng)基添加配制的維生素復(fù)合液生長(zhǎng)因子的微生物學(xué)分析法圖5-1培養(yǎng)基中維生素B12的濃度和需維生素B12微生物生長(zhǎng)間的關(guān)系。培養(yǎng)物的光密度和生長(zhǎng)量成正比

能源譜：

化學(xué)物質(zhì)：化能營(yíng)養(yǎng)型

有機(jī)物：化能異養(yǎng)微生物（能源=碳源）

無(wú)機(jī)物：化能自養(yǎng)微生物

還原態(tài)無(wú)機(jī)物氧化提供能量。（還原態(tài)無(wú)機(jī)物：N