微生物的营养与生长

  微生物同其他生物一样．新陈代谢是其生命基本特征之一。通过代谢，微生物与外部环境进行物质和能量的交换。微生物从外部环境中摄取其生命活动必需的能量和物质，以满足正常生长和繁殖需要的过程称为营养。营养是生命活动的起点，为一切生命活动提供了必需的物质基础，并可能为人类提供各种有益的代谢产物。

2．2．1微生物的六大类营养物质

微生物细胞含有80％左右的水分和20％左右的干物质，它主要是由C、H、O和N等元素组成，约占全部干物质的90％～97％，此外还含有各种无机矿物质，依次为P、K、Mg、Ca、S、Na及微量元素。这些化学组成基本决定了微生物生长所需的营养物质类型。另外某些微生物分泌的代谢产物的化学成分可能会影响到微生物的生长，如一些抗生素和维生素生产中应额外添加某些无机元素，一些抗生素、氨基酸含有大量氮元素，在发酵生产时就必须适量添加。

2．2．1．1水

微生物细胞的含水量很高，细菌、酵母菌和霉菌的营养体分别含水80％、75％和85％左右。水是微生物细胞的重要组成部分。同时，水是微生物进行代谢活动的介质，可保证几乎一切生化反应的进行，维持生物大分子结构的稳定性。有时还直接参与了一部分生化反应．如蓝细菌等少数微生物利用水中的氢还原C0₂以合成糖类。微生物离开了水就不能进行生命活动。但有些情况下，由于水与溶质或其他分子结合而不能被微生物利用，这种状态的水称为“结合水”，而只有“游离水”才可以被微生物所利用。

2．2．1．2碳源

微生物细胞含碳量约占干重的50％，因此除水分外需要量最大的营养要素是碳。一切能满足微生物生长繁殖所需碳元素的营养物，称为碳源。把所有微生物作为一整体考察，其可利用的碳源范围包括糖类、醇类、有机酸、氨基酸、蛋白质、脂类、烃类以及二氧化碳或碳酸盐类等。其中二氧化碳或碳酸盐类是无机碳，其余均为有机碳。微生物的碳源谱虽广，但最广泛利用的是糖类，其次是有机酸类、醇类和脂类等。少数微生物能利用酚、氰化物等有毒物质作为碳源，可用于治理“三废”。针对某一具体微生物来说，碳源差异极大，例如洋葱伯克雷尔德氏菌(Burkholderia cepacia)可利用的碳源竞有90种之多，而一些甲烷氧化菌仅能利用甲烷和甲醇两种。

异养微生物虽然能利用各种有机碳源，但有些生长在动物的血液、组织和肠道中的致病微生物，还需要提供少量C0₂才能正常生长。对于一切异养微生物来说，碳源物质通过机体内一些复杂的化学反应，最终用于构成细胞物质或为机体提供完成整个生理活动所需的能量，所以往往兼作能源物质。

2．2．1．3氮源

细胞的干物质中氮含量仅次于碳和氧，它是构成微生物细胞中核酸和蛋白质的重要元素。凡能够提供微生物生长繁殖所需要氮元素的营养源，统称氮源。从分子态的氮到复杂的含氮化合物都能被微生物作为氮源利用，包括NH ₃、铵盐、硝酸盐、N ₂等无机氮源和蛋白质、尿素、氨基酸、核酸等有机氮源。但对于不同类型的微生物，其氮源可利用范围差异较大。工业生产常用的氮源有黄豆饼粉、花生饼粉、蛋白胨、牛肉膏、玉米浆、蚕蛹粉等，但在生产不同的发酵产物时所采用的氮源也是有差异的。

除少数微生物在只含无机氮源的培养基中不能生长外，能利用无机氮源的微生物，一般也能利用有机氮源。有机氮源中的氮往往是蛋白质或其降解产物，微生物需要通过自身分泌的胞外蛋白水解酶将蛋白质降解后加以利用。因此，以蛋白质形式存在的有机氮源被称为“迟效性氮源”，而无机氮源或是以蛋白质降解产物形式存在的有机氮源则称为“速效氮源”。

固氮微生物能利用分子态氮合成自己需要的氨基酸和蛋白质，当但固氮微生物以无机氮或有机氮作为氮源时，便失去了固氮能力。固氮微生物主要是原核微生物，包括与植物共生的固氮菌以及蓝细菌、固氮细菌等自生固氮菌。

2．2．1.4矿质营养

微生物的生命活动中，除了需要碳源、氮源和能源之外，还需要其他元素，例如硫、磷、钠、钾、镁、钙、铁等元素，还需要某些微量的金属元素，诸如钴、锌、钼、镍、钨、铜等。上述元素大多是以盐的形式来提供给微生物的，因此被称为无机盐或矿质营养。这些无机盐是组成生命物质的必要成分，或是维持正常生命活动必需的，有些则是用于促进或抑制某磐物质的产生。主要矿质元素的来源和功能见表2．4。

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