第四章 微生物营养与代谢调控
• 第一节 微生物营养与营养类型 • 第二节 营养物质进入细胞的方式 • 第三节 微生物的能量代谢 • 第四节 微生物的分解代谢 • 第五节 微生物的代谢调节
第一节 微生物营养与营养类型
•营养物 (或营养素，nutrient) 指满足机体生长、繁殖和生理活动的物质。
微量元素：所需浓度在10-6-10-8M 的元素。
包括：锌、锰、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等。
在配制培养基时，首选加入K2HPO4和MgSO4，基本可以同
时提供4种需要量最大的元素。
无机盐的生理功能
细胞内一般分子成分 (P、S、Ca、Mg、Fe等)
大量元素 无机盐
一般功能
渗透压的维持 (Na+等) 生理调节物质 酶的激活剂 (Mg2+等)
•营养（或叫营养作用，nutrition ） 获取和利用营养物质的过程。
•营养物质主要功用：
• ①供给微生物合成细胞物质的原料； • ②用以产生能量； • ③调节新陈代谢。
一、微生物细胞的化学组成
化学元素
大量元素C、H、O、N、S、P(97％) 微量元素 Zn、Mn、Na、Cl、Co、 Cu
元素 碳 氮 氢 氧 磷 硫
特殊功能
pH的稳定 化能自养菌的能源 (S、Fe2+、NH4+、MO2-等)
无氧呼吸时的氢受体(NO3-、SO42-等) 酶的激活剂 (Cu2+、Mn2+、Zn2+等)
微量元素
特殊分子结构成分 (Co、Mo等)
无机元素的来源和功能
元素 人为提供形式
生理功能
P KH2PO4、K2HPO4 核酸、磷酸和辅酶的成分
▼迟效性氮源：（利于代谢物积累）
饼粕等中氮主要以蛋白质形式存在属于迟效性 氮源。
工业发酵中通常将速效性氮源与迟效性氮源 按一定比例制成混合氮源使用
根据所能利用的氮源种类将微生物分为：
①氨基酸自养型生物：
不需要利用氨基酸作氮源，它们能把尿素、铵盐
甚至氮气等简单氮源自行合成所需要的一切氨基酸。 ②氨基酸异养型生物：
▼按对生长因子需求将微生物分为： ◆生长因子自养型微生物：
多数真菌、放线菌、部分细菌等。
◆ 生长因子异养型微生物：
乳酸菌、动物致病菌、支原体、原生动物、 营养缺陷型微生物突变株等等
◆ 生长因子过量合成型微生物
5.无机盐
大量元素：所需浓度在10-3-10-4M 的元素。
包括：磷、硫、钾、镁、钙、钠等。
生长
氮源
因子
合成含氮物质
无机盐
构成细胞物质 提供能量
维持细菌的代 谢、繁殖源自提供能量构成细胞的组成成分； 作为酶的组成成分；
维持酶的活性； 调节细胞渗透压； 作为某些自养菌的能源。
Mn MnSO4
超氧化物歧化酶、氨肽酶、L-阿拉伯糖异构酶 等的辅因子
Cu CuSO4 Co CoSO4 Zn ZnSO4 Mo (NH4)6Mo7O24
氧化酶、酪氨酸酶的辅因子 VB12复合物的成分、肽酶的辅因子 碱性磷酸酶、脱氢酶、肽酶、脱羧酶辅因子 固氮酶和同化型及异化型硝酸盐还原酶的成分
无机盐主要功能是： ①构成细胞的组成成分； ②作为酶的组成成分； ③维持酶的活性； ④调节细胞渗透压； ⑤作为某些自养菌的能源。
硝酸盐细菌的能源，又是氮源； 三功能能源：N ·C ·H ·O类营养物质常是异
养微生物的能源，碳源兼氮源
4.生长因子
生长因子：一类对微生物正常代谢必不可少且又不能从 简单的碳源，氮源自行合成的、所需极微量的有机物。
作用：辅酶或酶活化所需。 培养基中生长因子来源：
酵母膏、玉米浆、麦芽汁等：
狭义：维生素 广义：维生素、氨基酸、碱基(嘌呤、嘧啶)、脂肪酸等
碳源
能源+碳源
有机碳源
异养微生物
（双功能营养物）
无机碳源
自养微生物
微生物工业发酵中用做碳源的原料
传统种类：糖类（单糖、双糖、饴糖） 淀粉（玉米粉、山芋粉、野生植物淀粉等） 麸皮 各种米糠等
代粮发酵：纤维素、石油、CO2、H2
2.氮源
凡是能提供微生物生长繁殖所需氮元素的营养源，称 为氮源。氮是微生物蛋白质、酶和核酸的组成成分。占细 胞干重12%～15% 。
细菌
50 12
7 31
3 1
酵母菌
50 12
7 31 — —
霉菌
48 5 7 40 — —
微生物细胞中几种主要元素的含量（干重％）
微生物细胞的化学组成
• 二、微生物生长繁殖的营养要素 及其生理作用
1.碳源
凡是构成微生物细胞和代谢产物中碳架来源 的营养物称为碳源。
碳源既是微生物的组成成分，又是微生物的 能量来源。碳占微生物细胞干重50%左右。
氮源一般不作为能源，只有少数自养微生物能利用铵 盐、硝酸盐同时作为氮源与能源。 实验室常用氮源： (NH4)2CO3、(NH4)2SO4 、尿素、牛肉膏、酵母膏、蛋白胨、 多肽、氨基酸等；
工业发酵中常用的氮源 鱼粉、蚕蛹粉、黄豆粉、玉米浆、酵母粉等。
▼速效性氮源：（利于菌体生长）
铵盐、硝酸盐、尿素等氮化物中的氮是水溶性 的，玉米浆、牛肉膏、蛋白胨、酵母膏等有机氮 物中的氮主要是蛋白质降解产物，都可以被菌体 直接吸收利用，称为速效性氮。
S MgSO4
含硫氨基酸、含硫维生素成分
K KH2PO4、K2HPO4 酶的辅因子、维持电位差和渗透压
Na NaCl
维持渗透压、某些细菌和蓝细菌需要
Ca Ca(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
Mg MgSO4 Fe FeSO4
固氮酶辅因子、叶绿素成分
Cyt成分；合成叶绿素、白喉毒素和氯高铁血 红素所需
6.水
存在状态： ①游离态（溶剂） ②结合态（结构组成）
生理作用： ①细胞组成成分 ②生化反应溶剂 ③化学、生理反应介质 ④物质运输媒体 ⑤调节细胞温度 ⑥维持细胞的渗透压
微生物生长的营养物质
细胞的组成成分
提供细胞代谢的介质
直接参与代谢过程 降低细胞内温度
水
碳源
维持生物大分子的 天然构象
营养物质
需要从外界吸收现成的氨基酸作氮源的微生物。
3.能源
能为微生物的生命活动提供最初能量来源的 化学物质或辐射能。
异养微生物的碳源同时也是能源
有机物：化能异养微生物的能源 化学物质
能源谱
无机物：化能自养微生物的能源 (NH4+、NO2- 、S、H2S、Fe2+等)
辐射能：光能自养和光能异养微生物的能源
单功能能源：辐射能； 双功能能源：还原态无机养料，如NH4+、既是