重點：1.微生物的6大類營養要素、營養型別、營養物質進入細胞的方式
2.培養基的概念及其分類和各自的功能
幾個概念：
1.微生物的營養物質：凡是能滿足微生物機體生長、繁殖和完成各種生理活動所需要的物質，都稱為微生物的營養物質。
2.營養：微生物獲得和利用營養物質的過程稱為營養。
★3.培養基：人工配製的，適合微生物生長繁殖或產生代謝產物用的混合營養料稱為培養基。
第一節微生物的六類營養要素
微生物有六類營養要素：
★碳源、氮源、能源、無機鹽、生長因子和水。
一、 碳源
概念：凡是能夠提供微生物細胞物質和代謝產物中碳素**的營養物質稱為碳源。
有機碳源不僅用於構成微生物的細胞物質和代謝產物，而且為微生物生命活動提供能量。
微生物能夠利用的碳源種類：
簡單的無機含碳化合物：co2和碳酸鹽等
各種複雜的有機物：醣類及其衍生物、脂類、醇類、有機酸、烴類、芳香族化合物等
不同的微生物利用碳源物質的範圍不同：
有的能廣泛利用各種型別的碳源，如假單胞菌屬的有些種可利用90種以上的碳源；
有的微生物能利用的碳源範圍極其狹窄，如甲烷氧化菌僅能利用甲烷和甲醇兩種有機物，某些纖維素分解菌只能利用纖維素。
不同營養型別的微生物利用不同的碳源：
異養型微生物以有機物作為碳源和能源，其中醣類，其葡萄糖是微生物最好的碳源。其次是醇類、有機酸類和脂類等。
在醣類中，單醣優於雙醣，己糖優於戊糖，澱粉優於纖維素，純多醣優於雜多醣和其他聚合物。
有些微生物能利用酚、氰化物、農藥等有毒的碳素化合物，常用於處理「三廢」，消除汙染，並生產單細胞蛋白等。
自養型微生物利用co2作為唯一碳源或主要碳源，將co2逐步合成細胞物質和代謝產物。這類微生物在同化co2的過程中需要日光提供能量，或者從無機物的氧化過程中獲得能量。
實驗室內常用的碳源主要有葡萄糖、蔗糖、澱粉、甘露醇、有機酸等。
工業發酵中利用碳源主要是醣類物質如飴糖、玉公尺粉、甘薯粉、野生植物澱粉，以及麩皮、公尺糠、酒糟、廢糖蜜、造紙廠的亞硫酸廢液等。
為解決工業發酵用糧與人們食用糧、畜禽飼料用糧的矛盾，目前以纖維素、石油、c02等作為碳源的代糧發酵的研究工作，取得了顯著成效。
二、氮源
概念：成微生物細胞物質和代謝產物中氮素**的營養物質稱為氮源。
主要用於合成細胞物質及代謝產物中的含氮化合物，一般不提供能量。只有少數自養細菌，如硝化細菌能利用銨鹽、硝酸鹽作為氮源和能源。
微生物能夠利用的氮源種類：
有分子態氮、氨、銨鹽和硝酸鹽等無機含氮化合物；
尿素、氨基酸、嘌呤和嘧啶等有機含氮化合物。
不同的微生物在氮源的利用上的差別：
固氮微生物能以分子態氮作為唯一氮源，也能利用化合態的有機氮和無機氮。
大多數微生物都利用較簡單的化合態氮，如銨鹽、硝酸鹽、氨基酸等，尤其是銨鹽，幾乎可以被所有微生物吸收利用。
蛋白質需要經微生物產生並分泌到胞外的蛋白酶水解後才能被吸收利用。
有些寄生性微生物只能利用活體中的有機氮化物作氮源。
實驗室中常用的氮源：
碳酸銨、硫酸銨、硝酸鹽、尿素及牛肉膏、蛋白腖、酵母膏、多肽、氨基酸等。
工業發酵中常用氮源：魚粉、蠶蛹粉、黃豆餅粉、玉公尺漿、酵母粉等。
速效性氮源：氮化物中的氮主要是蛋白質的降解產物，都可以被菌體直接吸收利用，稱為速效性氮源。如：
銨鹽、硝酸鹽、尿素等氮化物中的氮是水溶性的，玉公尺漿、牛肉膏、蛋白腖、醇母膏等有機氮化物中的氮。
遲效性氮源：餅粕中氮主要以蛋白質的形式存在，屬遲效性氮源。
速效性氮源有利於菌體的生長，遲效性氮源有利於代謝產物的形成。
工業發酵中，將速效性氮源與遲效性氮源按一定的比例製成混合氮源加入培養基，以控制微生物的生長時期與代謝產物形成期的長短，提高產量。
很多微生物能將非氨基酸類的簡單氮源如尿素、銨鹽、硝酸鹽、氮氣等合成所需要的各種氨基酸和蛋白質，利用它們可生產大量的菌體蛋白和氨基酸等含氮的化合物。
三、能源
概念：能源是指能為微生物的生命活動提供最初能量**的營養物質或輻射能。
化能異養型微生物的能源即碳源；
化能自養型微生物的能源為nh4+、no2－、s、h2s、h2、fe2＋等還原態的無機化合物；
光能營養型微生物的能源是輻射能。
微生物的能源譜
一種營養物常有一種以上營養要素的功能。
單功能營養物：輻射能僅供給能源，是單功能的；
雙功能營養物：還原態無機養分如nh4＋、no2－ 是雙功能的，既作能源又是氮源，
三功能營養物：同時作能源、氮源、碳源。
四、無機鹽
主要功能：
①構成細胞的組成成分；
②參與酶的組成；
③作為酶的啟用劑；
④調節細胞滲透壓，ph值和氧化還原電位；
⑤作為某些自氧微生物的能源和無氧呼吸時的氫受體。
大量元素：微生物對它們的需要濃度在10-3～10-4mol／l，稱為大量元素。
微量元素：微生物對其需要濃度在10-6～10-8mol／l，稱為微量元素。如銅、鋅、錳、鉬、鈷和鎳等元素。
（一）磷
細胞內礦質元素中磷的含量為最高，磷是合成核酸、磷脂、一些重要的輔酶(nad，nadp，coa等)及高能磷酸化合物的重要原料。
磷酸鹽還是磷酸緩衝液的組成成分，對環境中的ph起著重要的調節作用。
微生物所需的磷主要來自無機磷化合物如k2hpo4、kh2po4等。
（二）硫
硫是蛋白質中某些氨基酸(如胱氨酸、半胱氨酸、甲硫氨酸等)的組成成分，是輔酶因子(如coa、生物素和硫胺素等)的組成成分，也是穀胱甘肽的組成成分。
h2s、s、s2o32-等無機硫化物還是某些自養菌的能源物質。
微生物從含硫無機鹽或有機硫化物中得到硫。一般人為的提供形式為mgso4。微生物從環境中攝取so42-，再還原成-sh。
（三）鎂
鎂是一些酶(如己糖激酶、異檸檬酸脫氫酶、羧化酶和固氮酶)的啟用劑，是光合細菌菌綠素的組成成分。鎂還起到穩定核醣體、細胞膜和核酸的作用。
缺乏鎂，就會導致核醣體和細胞膜的穩定性降低，從而影響機體的正常生長。
微生物可以利用硫酸鎂或其他鎂鹽。
（四）鉀
鉀不參與細胞結構物質的組成，但它是細胞中重要的陽離子之一。它是許多酶(如果糖激酶)的啟用劑，也與細胞質膠體特性和細胞膜透性有關。鉀在胞內的濃度比胞外高許多倍。
各種水溶性鉀鹽如k2hpo4、kh2po4可作為鉀源。
（五）鈣
鈣一般不參與微生物的細胞結構物質(除細菌芽孢外)，但也是細胞內重要的陽離子之一。
鈣是某些酶(如蛋白酶)的啟用劑，還參與細胞膜通透性的調節。它在細菌芽孢耐熱性和細胞壁穩定性方面起著關鍵的作用。
各種水溶性的鈣鹽如cacl2及ca(no3)2等都是微生物的鈣元素**。
（六）鈉
鈉也是細胞內的重要陽離子之一，它與細胞的滲透壓調節有關。
鈉在細胞內的濃度低，細胞外濃度高。
對嗜鹽菌來說，鈉除了維持細胞的滲透壓(嗜鹽菌放入低滲溶液即會崩潰)外，還與營養物的吸收有關，如一些嗜鹽菌吸收葡萄糖需要na+的幫助。
（七）微量元素
微量元素往往參與酶蛋白的組成或者作為酶的啟用劑。
如：鐵是過氧化氫酶、過氧化物酶、細胞色素和細胞色素氧化酶的組成元素，也是鐵細菌的能源；
銅是多酚氧化酶和抗壞血酸氧化酶的成分，鋅是乙醇脫氫酶和乳酸脫氫酶的活性基；
鈷參與維生素b12的組成；
鉬參與硝酸還原酶和固氮酶的組成；
錳是多種酶的啟用劑，有時可以代替mg2+起啟用劑作用。
在配製培養基時，補充大量元素：新增有關化學試劑，其中首選：k2hpo4和mgso4，它們可提供四種需要量很大的元素：k、p、s和mg。
微量元素不必另行加入，因為在一些化學試劑、天然水和天然培養基組分中都以雜質等狀態存在，在玻璃器皿等實驗用品上也有少量存在。
如果要配製研究營養代謝的精細培養基時，所用的玻璃器皿是硬質材料、試劑又是高純度的，應根據需要加入必要的微量元素。
★五、生長因子
概念：生長因子通常是指那些微生物生長所必需而且需求量很小，但微生物自身不能合成或合成量不足以滿足機體生長需要的有機化合物。
廣義的生長因子包括：維生素、氨基酸、嘌呤或嘧啶鹼基、卟啉及其衍生物、甾醇、胺類或脂肪酸；
狹義的生長因子：一般僅指維生素。
自養型微生物和某些異養型微生物（如大腸桿菌）不需要外源生長因子也能生長。
生長因子自養型微生物：無須從外界吸收任何生長因子的微生物。
生長因子異養型微生物：必須從外界吸收多種生長因子才能維持正常生長的微生物。
生長因子過量合成型微生物：在代謝過程中分泌大量生長因子的微生物。
同種微生物所需的生長因子也會隨環境條件的變化而改變：培養基中是否有前體物質、通氣條件、ph和溫度等條件都會影響微生物對生長因子的需求。
能提供生長因子的天然物質：
酵母膏、蛋白腖、麥芽汁、玉公尺漿、動植物組織或細胞浸液以及微生物生長環境的提取液等。
六、水功能：
水是微生物細胞的重要組成成分；
水是營養物質和代謝產物的良好溶劑，營養物質與代謝產物都是通過溶解和分解在水中而進出細胞的；
水是細胞中各種生物化學反應得以進行的介質，並參與許多生物化學反應；
水的比熱高，汽化熱高，又是良好的熱導體，因此能有效地吸收代謝釋放的熱量，並將熱量迅速地散發出去，從而控制細胞內的溫度；
水還有利於生物大分子結構的穩定。
水在細胞中有兩種存在形式：
結合水和游離水。
結合水與溶質或其他分子結合在一起，很難被微生物利用。游離水則可以被微生物利用。
★游離水的含量可用水的活度αw表示。
概念：水活度為在相同溫度、壓力下，體系中溶液的水的蒸汽壓與純水的蒸汽壓之比，即：
式中 p ——溶液中水的蒸汽壓
p0——純水的蒸汽壓
純水的αw為1.00，當含有溶質後，αw小於1.00。
微生物能在αw=0.63～0.99的培養條件下生長。
對某種微生物而言，它對αw的要求是一定的，並且不決定於溶質的性質。
當培養基的αw值降到該微生物的最適值以下時，會影響微生物的生長和最終的菌體收穫量。
第二節微生物的營養型別
營養型別：是指根據微生物生長所需要的主要營養要素即碳源和能源的不同，而劃分的微生物型別。
通常根據微生物對能源、氫供體和基本碳源的需要來區分。
★ 微生物營養的型別
*nh4+、no2－、s、h2s、h2、fe2+等。
第四章微生物營養
一 填空題 1 微生物生長繁殖所需六大營養要素是 和等。2 碳源物質為微生物提供和碳源物質主要有 等。3 生長因子主要包括和 其主要作用是 4 根據 微生物可分為自養型和異養型。5 根據 微生物可分為光能營養型和化能營養型。6 根據 微生物可分為無機營養型和有機營養型。7 根據碳源 能源和電子供體性...
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一 實驗目的與內容 1.實驗目的 2.實驗內容 二 實驗原理 簡略 培養基高壓蒸汽滅菌是利用高壓蒸汽產生的高於100 的高溫 以及熱蒸汽的穿透能力，導致菌體蛋白質凝固變性而達到滅菌的目的。本實驗通過配製適用於一般細菌 放線菌和真菌的三種培養基來了解和掌握配製培養基的基本原理和方法。如高氏1號培養基中...
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一 選擇題 1 種植大豆 花生等豆科植物時，不需要施加氮肥的原因是a 植物根中有根瘤菌b 植物的根可以製造氮肥c 空氣中有氮氣d 土壤中有較多的氮肥 2 下列選項中，對自然界的物質迴圈起重要作用的是a 寄生菌類b 光合細菌c 腐生菌類d 有芙膜的細菌3 人們常常通過種植豆科植物來提高土壤肥力，因為豆...