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6微生物的营养
6.1 微生物的营养要求
微生物的特点：食谱广、胃口大
一、微生物细胞的化学组成 微生物细胞：水：70%-90%；
干物质：无机物（盐）
有机物：蛋白质、糖、脂、核酸、维生素等及其降解产物
细胞化学元素组成：
主要元素：碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙、铁等
微量元素：锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等。 微生物、动物、植物之间存在“营养上的统一性”
二、营养物质及其生理功能
碳源 氮源 无机盐 水
生长因子
1. 碳源(carbon source)：凡是可以作为微生物细胞结构或代谢产物中碳架来源的营养物质。 功能：构成细胞物质；能源
有机碳化物：C·H·O·N·X 复杂蛋白质,核酸（牛肉膏、蛋白胨、花生饼粉等）
C·H·O·N 多数氨基酸,简单蛋白质（一般氨基酸、明胶等） C·H·O 糖,有机酸,醇,脂（葡萄糖、蔗糖、各种淀粉、糖蜜等常用碳源） C·H 烃（天然气、石油及其不同馏份、石蜡油等）
无机碳化物 C·O CO2(真菌一般不利用CO2)
C·O·X NaHCO3, CaCO3
五大营养要素 细菌在葡萄糖、乳糖混合培养基中的二次生长现象（双峰生长）
? 葡萄糖效应 (P251)
当培养基中存在葡萄糖时，其他碳源的利用会严格受到抑制，直到葡萄糖完全消耗为止。
Jacob和 Monod首次研究了葡萄糖效应，提出了操纵子概念，由此获得了诺贝尔奖。他们的工
作开创了原核基因调控的时代。
微生物工业发酵中用做碳源的原料
? 传统种类：糖类（单糖，饴糖）、淀粉（玉米粉、山芋粉、野生植物等）、麸皮、麦芽、糖蜜、各
种米糠等
? 代粮发酵：纤维素、CO2
2. 氮源(nitrogen source) ：凡是可以作为微生物细胞结构或代谢产物中氮元素来源的营养物质。功能：构
成细胞物质；少数作能源
氮源 有机氮化物 N·C·H·O·X 复杂蛋白质,核酸（牛肉膏、酵母膏、饼粕粉、蚕蛹粉等）
N·C·H·O 尿素,氨基酸,简单蛋白质（尿素、蛋白胨、明胶等）
无机氮化物 N·H NH3, NH4+ （(NH4)2SO4等）
N·O NO3? （KNO3）等
N N2 空气（固氮原核微生物）
? 工业常用氮源：玉米浆，花生粉，黄豆粉等
生理酸性盐：如（NH4）2SO3 生理碱性盐：如KNO3
速效氮源：蛋白胨、铵盐、硝酸盐、玉米浆等 → 菌体生长 迟效氮源：花生粉，黄豆粉等→ 代谢产物生成
3. 无机盐：为M的生命活动提供除碳、氮源之外的各种重要元素。
配制培养基时，一般首选K2HPO4和MgSO4补充大量元素。
元素人为提供形式生理功能 PKH2PO4、K2HPO4核酸、磷酸和辅酶的成分 SMgSO4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 NaNaCl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
菌孢子形成
MgMgSO4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 红素所需 MnMnSO4超氧化物歧化酶、氨肽酶、L-阿拉伯糖异构酶等的辅因子
CuCuSO4氧化酶、酪氨酸酶的辅因子 CoCoSO4VB12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
Mo(NH4)6Mo7O24固氮酶和同化型及异化型硝酸盐还原酶的成分
4.生长因子(growth factor)： 微生物正常代谢必不可少,而且不能用简单的碳源或氮源自身合成或合成量不足的有机化合物.
氨基酸→蛋白质，细胞壁等的主要成分 嘌呤和嘧啶→核酸和辅酶的组成成分
维生素→构成酶的辅酶或辅基，是酶活性所需成分（最早发现的生长因子）
配制培养基时，通常加入酵母膏、玉米浆、麦芽汁或动植物组织浸出液以补充生长因子
例：某些微生物对生长因子的需求具有较高的专一性，可利用它们通过“微生物分析”(microbiological assay)对样品中维生素或氨基酸进行定量。设计实验利用某微生物对某一样品中维生素B12的含量进行分析。 （1）将缺乏维生素B12但含有过量其它营养物质的培养基分装于一系列试管，分别定量接入用于测定的微生物；
（2）在这些试管中分别补加不同量的维生素B12标准样品及待测样品，在适宜条件下培养； （3）以微生物生长量（如测定OD600值）对标准样品的量作图，获得标准曲线；
（4）测定含待测样品试管中微生物生长量，对照标准曲线，计算待测样品中维生素B12的含量。
5.水：
水活度为在一定的温度条件下，溶液的蒸汽压与纯水的蒸汽压之比。 即：?w=?/ ?o ? 表示溶液的蒸汽压，?o表示纯水的蒸汽压。 ?w为0.60-0.99的环境条件均有微生物生长
三、微生物的营养类型
（根据碳源和能源划分） 营养类型 主要碳源 能源 电子供体 举例 光能自养型 CO2 光 无机物 兰细菌、紫硫细菌、绿硫细菌等 化能自养型 CO2 无机物 无机物 硝化细菌、硫细菌、铁细菌、氢细菌等 光能异养型 有机物 光 有机物 红螺菌等 化能异养型 有机物 有机物 有机物 绝大多数细菌和全部真核微生物 ? 自养微生物与异养微生物的主要区别：
自养微生物：可利用CO2（碳酸盐）作唯一或主要碳源且同化CO2 （碳酸盐）为细胞结构物质，所需能量来自光或无机物的氧化，但也不能说它们绝对不能利用有机物；
异养微生物：可以固定CO2 ，但其主要的碳源来自有机物，不能在完全无机的环境中生长，合成反应所需能量来自有机物的氧化或光能。
? 微生物营养类型的可变性
6.2 培养基
培养基（medium）是人工配制的，适合微生物生长繁殖或产生代谢产物的营养基质。
一 配制培养基的原则 1、目的明确
细菌 → 牛肉膏蛋白胨培养基 (NA) LB培养基
放线菌 → 高氏一号培养基 酵母菌 → 麦芽汁培养基 霉菌 → 查氏培养基
真菌 → 马铃薯培养基 (PDA)
2、营养协调
碳氮比(C/N)：碳源与氮源含量之比。（碳源中碳原子摩尔数与氮源中氮原子摩尔数之比）。碳氮比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要指标
? 例：微生物发酵生产谷氨酸： C/N为4/1时，菌体大量繁殖，谷氨酸积累少； C/N为3/1时，菌
体繁殖受到抑制，谷氨酸大量积累
3、理化适宜 （1）pH：
通常培养条件：细菌与放线菌：pH 7~7.5 酵母菌和霉菌：pH 4.5~6 ? pH变化的原因：
? 糖类→发酵、氧化→有机酸→变酸 ? 脂肪→水解→有机酸→变酸
? (NH4)2SO4 → 吸收NH4＋→ H2SO4 →变酸 ? 蛋白质→脱羧→胺类→变碱
? NaNO3 →吸收NO3－→NaOH →变碱
内在调节：K2HPO4和KH2PO4是常用的缓冲剂 不溶性CaCO3作为备用碱
外源调节：不断流加酸液或碱液
（2）O2：
? 好 氧： 振荡、通气、搅拌；加氧化剂
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