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微生物的营养要素(也称营养因子)分别来自微生物生长所处环境中的营养物质,按照它们在机体中的生理作用不同,区分成碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水等 6 类。
1、碳源
凡能提供微生物营养所需的碳元素(碳架)的营养源,称为碳源carbonsource)。如把微生物作为一个整体来看,其可利用的碳源范围即碳源谱是极广的,见下表1-1。
表1-1 微生物的碳源:
类 型 | 构成元素 | 化合物 | 培养基原料 |
有 | C.H.O.N.X | 复杂蛋白质,核酸等 | 牛肉膏,蛋白胨,花生饼粉等 |
无 | C.O | CO2 | CO2 |
工业发酵生产中所供给的碳源,大多数来自植物体,如山芋粉、玉米粉、麸皮、米糠、糖蜜等,其成分以碳源为主,但也包含其他营养成分。实验室中,常用于微生物培养基的碳源主要有葡萄糖、果糖、蔗糖、淀粉、甘露醇、甘油和有机酸等。
2、氮源
凡能提供微生物生长繁殖所需氮元素的营养源,称为氮源(nitrogensource)。微生物作为一个总体,能利用的氮源种类即氮源谱也是十分广泛,有机与无机含氮化合物及分子态氮,均可被相应的微生物用作氮源。
工业发酵中利用的有机含氮化合物,主要来源于动物、植物及微生物体,例如鱼粉、黄豆饼粉、花生饼粉、麸皮、玉米浆、酵母膏、酵母粉、发酵废液及废物中的菌体等。大多数微生物能利用无机含氮化合物,如铵盐、硝酸盐和亚硝酸盐等,但仅有固氮微生物可利用分子态氮作氮源。蛋白胨和肉汤中含有的肽、多种氨基酸和少量的铵盐及硝酸盐,一般能满足各类细菌生长的需要。因此,铵盐、硝酸盐、蛋白胨和肉汤等是实验室培养微生物常用的氮源。
3、能源( energy source )
能为微生物的生命活动提供最初能量来源的物质称为能源。微生物能利用的能源种类因种不同而异,主要是一些无机物、有机物或光。
能作化能自养微生物能源的物质都是一些还原态的无机物质,例如NH4+、N03—、S、H2 S和Fe2+等,能氧化利用这些物质的微生物都是细菌,例如硝酸细菌、亚硝酸细菌、硫化细菌、硫细菌、氢细菌和铁细菌等。
4. 生长因子 ( growth factor )
维生素 | 代谢功能 | 微生物的需要量 |
硫胺素 (维生素B1) | 焦磷酸硫胺素是脱羧酶,转醛酶,转酮酶的辅基,与氧化脱羧和酮基转移有关 | 金黄色葡萄球菌需要0.5mg/ml |
核黄素 (维生素B2) | 黄素核苷酸(FMN和FAD)的前体,黄素蛋白的辅基,与氢的转移有关 | 多数微生物能自己合成,少数细菌如乳酸菌,丙酸菌等需要补给 |
烟 酸 | NAD和NADP的前体,为脱氢酶的辅酶,与氢的转移有关 | 多数微生物需要,弱氧化醋酸杆菌约需3ng/ml |
对氨基苯甲酸 | 叶酸的前体,与一碳基团的转移有关 | 乳酸菌等需要,弱氧化醋酸杆菌约需0.1ng/ml |
吡哆醇 (维生素B6) | 磷酸吡哆醛氨基酸消旋酸,转氨酶与脱羧酶的辅基,与氨基酸消旋,脱羧,转氨有关 | 乳酸菌和几种真菌需要.肠膜明串珠菌需要25mg/l |
泛酸 | 辅酶A的前体,乙酰载体的辅基,与酰基转移有关 | 乳酸菌等多种细菌和酵母菌需要,多数丝状真菌能合成 |
叶 酸 | 辐酶F(四氢叶酸)与核酸合成有关 | 乳酸菌,丙酸细菌等需要 |
生物素 (维生素H) | 多种羧化酶的辅基,在CO2固定,氨基酸和脂肪酸合成及糖代谢中起作用,油酸可部分代替生物素的作用 | 乳酸菌等多种细菌需要,干酪乳杆菌约需1ng/ml |
维生素B12 | 钴酰胺辅酶,与甲硫氨酸和胸腺嘧啶核坩酸的合成和异构化有关 | 菌普遍需要,真菌,防线菌大多能自己合成 |
元素 | 化学物质 | 生理功能 |
P | KH2PO4,K2HPO4 | 核酸,磷酸和辅酶的成分 |
S | MgSO4 | 含硫氨基酸(半胱氨酸,甲硫氨酸等)的成分含硫维生素(生物素,硫胺素等)的成分 |
K | KH2PO4,K2HPO4 | 某些酶(果糖激酶,磷酸丙酮酸转磷酸酶等)的辅因子;维持电位差和渗透压 |
Na | NaCL | 维持渗透压,某些细菌和蓝细菌所需 |
Ca | Ca(NO3)2,CaCL2 | 某些胞外酶的稳定剂,蛋白酶等的辅因子;细菌形成芽孢和某些真菌形成孢子所需 |
Mg | MgSO4 | 固氨酶等的辅因子;叶绿素等的成分 |
Fe | FeSO4 | 细胞色素的成分;合成叶绿素;白喉毒素和氯高铁血红素 |
Mn | MnSO4 | 超氧化物歧化酶,氨肽酶和L-阿拉伯糖异构酶等的辅因子 |
Cu | CuSO4 | 氧化酶,酷氨酸酶的辅因子 |
Co | COSO4 | 维生素B12复合物的成分;肽酶的辅因子 |
Zn | ZnSO4 | 碱性磷酸酶以及多种脱羧酶,肽酶和脱氢酶的辅因子 |
Mo | (NH4)2MoO4 | 固氮酶和同化型及异化型硝酸盐还原酶的成分 |
a w = | p |
—————————— | |
p o |
溶 液 | a w |
30% 葡萄糖溶液 1% 葡萄糖 +20% 甘油 1% 葡萄糖 +40% 蔗糖 饱和氯化钠溶液 饱和氯化钙溶液 饱和氯化镁溶液 | 0.964 0.955 0.964 0.78 0.30 0.30 |
微 生 物 | a w |
一般细菌 酵 母 菌 霉 菌 嗜盐细菌 嗜盐真菌 嗜高渗酵母 | 0.91 0.88 0.80 0.76 0.65 0.60 |
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