1、n微生物细胞的化学组成微生物细胞的化学组成n微生物的营养物质及其生理功能微生物的营养物质及其生理功能n微生物的营养类型微生物的营养类型n微生物对营养物质的吸收方式微生物对营养物质的吸收方式n微生物的人工培养微生物的人工培养 元素元素 细菌细菌 酵母菌酵母菌 霉菌霉菌 碳碳 50 49.8 47.9 氮氮 15 12.4 5.2 氢氢 8 6.7 6.7 氧氧 20 31.1 40.2 磷磷 3 硫硫 1 微生物细胞的组成元素微生物细胞的组成元素 微生物细胞化学组成微生物细胞化学组成 主要成分主要成分 细菌细菌 酵母菌酵母菌 霉菌霉菌 水分水分 7585 7080 8590（占细胞鲜重的（占细胞
2、鲜重的%） 蛋白质蛋白质 5080 3275 1415 占占 细细 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 % 无机盐无机盐 230 3.87 612n碳源碳源n氮源氮源n水水n无机盐无机盐n生长因子生长因子微生物的五大营养要素及其生理功能微生物的五大营养要素及其生理功能凡能构成微生物细胞或代谢产物中碳架来源的营养物质都称为碳 源 。碳源(carbon source)碳源功能碳源种类C素构成细胞及代谢产物的骨架 C素是大多数微生物代谢所需的能量来源 碳源功能无机C源：CO2、碳酸盐，只能被自养微
3、生物利用有机C源：各种糖类，其次是有机酸、醇类、 脂类和烃类化合物 碳源种类类类型型元素水平元素水平 化合物水平化合物水平 培养基原料水平培养基原料水平有有机机碳碳CHONX复杂蛋白质、核酸等复杂蛋白质、核酸等牛肉膏、蛋白胨、花生饼牛肉膏、蛋白胨、花生饼粉等粉等CHON多数氨基酸、简单蛋白多数氨基酸、简单蛋白质等质等一般氨基酸、明胶等一般氨基酸、明胶等CHO糖、有机酸、醇、脂类糖、有机酸、醇、脂类等等葡萄糖、蔗糖、各种淀粉、葡萄糖、蔗糖、各种淀粉、糖蜜等糖蜜等CH烃类烃类天然气、石油及其不同馏天然气、石油及其不同馏份、石蜡油等份、石蜡油等无无机机碳碳C(?)COCO2CO2COXNaHCO3N
4、aHCO3、CaCO3、等、等微生物的碳源谱微生物的碳源谱微生物工业发酵中用做碳源的原料微生物工业发酵中用做碳源的原料n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n代粮发酵：纤维素、石油、CO2、H2可以用作洋葱假单胞菌唯一碳源的化合物有可以用作洋葱假单胞菌唯一碳源的化合物有:碳水化合物及其衍生物：19种脂肪酸：11种二羧酸：9种其它有机酸：12种伯醇：3种氨基酸：12种其它氮化合物：13种无氮环状化合物：9种微生物不同，利用上述含碳化合物的能力不同，如假单胞菌微生物不同，利用上述含碳化合物的能力不同，如假单胞菌属中的某些种可以利用属中的某些种可以利用
5、90种以上的不同类型的碳源物质；而种以上的不同类型的碳源物质；而某些甲基营养型细菌只能利用甲醇或甲烷等一碳化合物进行某些甲基营养型细菌只能利用甲醇或甲烷等一碳化合物进行生长。生长。 凡是可以构成微生物细胞和代谢产物中氮素来源的营养物质都称为氮源。氮源(nitrogin source)氮源功能氮源种类 为微生物提供合成细胞物质代谢产物为微生物提供合成细胞物质代谢产物的原料，氮源一般不做能源，只有硝化细的原料，氮源一般不做能源，只有硝化细菌利用铵盐，亚硝酸盐作氮源菌利用铵盐，亚硝酸盐作氮源,同时也作能同时也作能源。同时也做能源。源。同时也做能源。氮源功能氮源功能分子态氮：固氮微生物以分子氮为唯一氮
6、源 无机态氮：硝酸盐、铵盐几乎所有微生物能利用 有机态氮：蛋白质及其降解产物 a速性氮源：实验室常用牛肉膏、蛋白 质、酵母膏做氮源 b迟速性氮源：生产用玉米浆、豆 饼、葵花饼、花生饼等。 氮源种类氮源种类类类型型 元素水平元素水平化合物水平化合物水平培养基原料水平培养基原料水平有有机机氮氮NCHOX复杂蛋白质、核酸等复杂蛋白质、核酸等牛肉膏、酵母膏、饼粕牛肉膏、酵母膏、饼粕粉、蚕蛹粉等粉、蚕蛹粉等NCHO尿素、一般氨基酸、简单蛋白尿素、一般氨基酸、简单蛋白质等质等尿素、蛋白胨、明胶等尿素、蛋白胨、明胶等无无机机氮氮NHNH3、铵盐等、铵盐等(NH4)2SO4等等NO硝酸盐等硝酸盐等KNO3等等
7、NN2空气空气微生物的氮源谱微生物的氮源谱定义：为微生物细胞生长提供碳、氮源以外的多种重定义：为微生物细胞生长提供碳、氮源以外的多种重要元素（包括大量元素和微量元素）的物质，多以无要元素（包括大量元素和微量元素）的物质，多以无机盐的形式共给。机盐的形式共给。大量元素：大量元素：P、S、K、Mg、Ca、Na、Fe （微生物生（微生物生长所需浓度在长所需浓度在10-310-4mol/L）微量元素：微量元素：Cu、Zn、Mn、Mo、Co （微生物生长所（微生物生长所需浓度在需浓度在10-610-8mol/L） 一般微生物生长所需要的无机盐有：硫酸盐、磷酸盐、氯化物以及含有钠、钾、镁、铁等金属元素的化
8、合物。无机盐功能无机盐功能无机盐大量元素微量元素一般功能特殊功能酶的激活剂（Cu2+、Mn2+、Zn2+等）特殊分子结构成分（Co、Mo等）维持渗透压生理调节物质酶的激活剂pH的稳定化能自养菌的能源(S、Fe2+、NH4+、NO2-)无氧呼吸时的氢受体(NO3-、SO42-)细胞内一般分子成分(如P，S，Ca，Mg，Fe等)元素元素人为提供形式人为提供形式生生理理功功 能能PKH2PO4、 K2HPO4核酸、磷酸和辅酶的成分核酸、磷酸和辅酶的成分SMgSO4含硫氨基酸、含硫维生素成分含硫氨基酸、含硫维生素成分KKH2PO4、 K2HPO4酶的辅因子、维持电位差和渗透压酶的辅因子、维持电位差和渗
9、透压NaNaCl维持渗透压、某些细菌和蓝细菌需要维持渗透压、某些细菌和蓝细菌需要CaCa(NO3)2、 CaCl2胞外酶稳定剂、蛋白酶辅因子、细菌芽孢和真胞外酶稳定剂、蛋白酶辅因子、细菌芽孢和真菌孢子形成菌孢子形成MgMgSO4固氮酶辅因子、叶绿素成分固氮酶辅因子、叶绿素成分FeFeSO4Cyt 成分；合成叶绿素、白喉毒素和氯高铁血成分；合成叶绿素、白喉毒素和氯高铁血红素所需红素所需MnMnSO4超超 氧化物歧化酶、氨肽酶、氧化物歧化酶、氨肽酶、L-阿拉伯糖异构酶阿拉伯糖异构酶等的辅因子等的辅因子CuCuSO4氧化酶、酪氨酸酶的辅因子氧化酶、酪氨酸酶的辅因子CoCoSO4VB12复合物的成分、
10、肽酶的辅因子复合物的成分、肽酶的辅因子ZnZnSO4碱性磷酸酶、脱氢酶、肽酶、脱羧酶辅因子碱性磷酸酶、脱氢酶、肽酶、脱羧酶辅因子Mo(NH4)6Mo7O24固氮酶和同化型及异化型硝酸盐还原酶的成分固氮酶和同化型及异化型硝酸盐还原酶的成分 构成微生物细胞以C、H、O、N、P、S六种元素为主，约占细胞干重的95以上； Ca、K 、Mg、Fe为大量元素，以无机盐阳离子形式被吸收，配培养基进要加磷酸盐、硫酸盐。 Zn、Mn、Co、Mo等微量元素，在微生物培养中有0.1PPM就可以了，自来水原料中以够用，不需另加。无机盐种类无机盐种类 定义定义: 是一类对微生物正常生活所不可缺少而需要是一类对微生物正常
11、生活所不可缺少而需要量又不大，但微生物自身不能用简单的碳源或氮量又不大，但微生物自身不能用简单的碳源或氮源合成，或合成量不足以满足机体生长需要的有源合成，或合成量不足以满足机体生长需要的有机营养物质。不同微生物需求的生长因子的种类机营养物质。不同微生物需求的生长因子的种类和数量不同。和数量不同。生长因素（生长因素（growth factorgrowth factor） 缺乏合成生长因子能力的微生物称为缺乏合成生长因子能力的微生物称为“营养缺营养缺陷型陷型”微生物。微生物。 最早发现的生长因子是维生素，目前已经发现许多维生最早发现的生长因子是维生素，目前已经发现许多维生素都能起生长因子的作用。维
12、生素大部分是构成酶的辅基或素都能起生长因子的作用。维生素大部分是构成酶的辅基或辅酶，需要量很少，但是缺少维生素微生物不能正常生长。辅酶，需要量很少，但是缺少维生素微生物不能正常生长。 有些微生物缺乏或丧失合成某种或某些氨基酸的酶，所有些微生物缺乏或丧失合成某种或某些氨基酸的酶，所以不能合成生长所必需的氨基酸，这类微生物被称为以不能合成生长所必需的氨基酸，这类微生物被称为“氨基氨基酸缺陷型酸缺陷型”。例如：肠膜明串珠菌（例如：肠膜明串珠菌（leuconostoc mesenteroidesleuconostoc mesenteroides）常常）常常需要由外源供给多种氨基酸才能生长。需要由外源供
13、给多种氨基酸才能生长。 另外有些微生物生长还需要其它特殊的成分，例如某些另外有些微生物生长还需要其它特殊的成分，例如某些乳酸杆菌生长需要核苷；某些酵母菌和真菌生长需要肌醇；乳酸杆菌生长需要核苷；某些酵母菌和真菌生长需要肌醇；某些肺炎球菌生长需要胆碱等。某些肺炎球菌生长需要胆碱等。根据微生物对生长因子的需要存在差异，可根据微生物对生长因子的需要存在差异，可分为：分为：1. 野生型野生型(wild type) 原养型原养型 不需要生长因子而能在基础培养基上生长的不需要生长因子而能在基础培养基上生长的菌株菌株2. 营养缺陷型营养缺陷型(auxotroph) 由于自发或诱发突变等原因从野生型菌株产由于
14、自发或诱发突变等原因从野生型菌株产生的需要提供特定生长素物质才能生长的菌株生的需要提供特定生长素物质才能生长的菌株水水 微生物细胞含水约占细胞鲜重的7090， 水作用是多方面的。水的功能水活度的表示方法v 是细胞中生化反应的良好介质；营养 物质和代谢产物都必须溶解在水里，才能被吸收或排出体（细胞）外。v 水的比热高，能有效的吸收代谢过程中放出的热量，不致使细胞的温度骤然上升。v 维持细胞的膨压（控制细胞形态）。水的功能水的功能几种生物的游离水含量人体：60%海蛰：96%微生物孢子营养体霉菌孢子：39%细菌芽孢：皮层：70%核心：极低细菌：80%酵母：75%霉菌：85%水在细胞中有两种存在形式：
15、水在细胞中有两种存在形式： 结合水和游离水结合水和游离水. 不同细胞及不同细胞结构中游离水的含量有较大不同细胞及不同细胞结构中游离水的含量有较大差别：差别： 微生物可利用的水用水活度来表示（微生物可利用的水用水活度来表示（Qw），），Qw是指在相是指在相同的温度和压力下，溶液中水的蒸气压和纯水的蒸气压的比同的温度和压力下，溶液中水的蒸气压和纯水的蒸气压的比即即 an=P溶液溶液/P纯水纯水 在在 w为为0.600.99的环境条件均有微生物生长，但对某种的环境条件均有微生物生长，但对某种微生物而言，它对微生物而言，它对 w的要求是一定的，微生物对水的需求有的要求是一定的，微生物对水的需求有相当的
16、变化程度。即微生物不同，其相当的变化程度。即微生物不同，其生长的最适生长的最适 w亦不同。亦不同。 水活度的表示方法水活度的表示方法 几类微生物生长最适几类微生物生长最适 waw：水分活度（水分活度（water activity）各种微生物生长的水分活度：各种微生物生长的水分活度：0.60.99之间之间aw=PP0细菌细菌酵母菌酵母菌霉菌霉菌微生物微生物生长的生长的最低最低aw一般：一般：0.900.98嗜盐菌：嗜盐菌：0.75（约（约5.5mol/LNaCl）一般一般 ：0.870.91高渗酵母：高渗酵母：0.610.65（0.1V以上的环境中均能生长以上的环境中均能生长厌氧微生物：只能在厌
17、氧微生物：只能在+0.1V以下生长以下生长兼性厌氧微生物：兼性厌氧微生物：+0.1V以上呼吸、以上呼吸、+0.1V以下发酵以下发酵v培养基是多培养基是多氧化还原偶氧化还原偶的复杂电化学系统，测出的的复杂电化学系统，测出的Eh值仅代表其综合结果。对微生物影响最大的是：分值仅代表其综合结果。对微生物影响最大的是：分子氧和分子氢的浓度子氧和分子氢的浓度v培养基中常用的还原剂：巯基乙酸、抗坏血酸、硫培养基中常用的还原剂：巯基乙酸、抗坏血酸、硫化氢、半胱氨酸、谷胱甘肽、二硫苏糖醇等。化氢、半胱氨酸、谷胱甘肽、二硫苏糖醇等。浓度过高浓度过高微生物的生长起抑制作用，微生物的生长起抑制作用， 浓度过小浓度过小
18、不能满足微生物生长的需要。不能满足微生物生长的需要。碳氮比（碳氮比（C/N）直接影响微生物生长与繁殖及代谢物直接影响微生物生长与繁殖及代谢物的形成与积累，故常作为考察培养基组成时的一个重的形成与积累，故常作为考察培养基组成时的一个重要指标；要指标； 速效性氮（或碳）源与迟效性氮（或碳）源的比例速效性氮（或碳）源与迟效性氮（或碳）源的比例 各种金属离子间的比例各种金属离子间的比例 碳源中的碳原子的碳源中的碳原子的mol数数氮源中所含的氮原子的氮源中所含的氮原子的mol数数C/N比值比值=例：谷氨酸生产中例：谷氨酸生产中 C/N 4/1时，菌体大量繁殖，谷氨酸积累少；时，菌体大量繁殖，谷氨酸积累少；C/N3/1 时，菌体生长受抑制，而谷氨酸大量增加。时，菌体生长受抑制，而谷氨酸大量增加。
