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微生物生长繁殖需要哪些营养要素?各有何功能?


来源:澳门葡京      发布时间:2020-01-24 04:10     点击率:

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  微生物需要的营养素有碳源、氮源、无机盐、生长因子和水。各营养素的功能如下:

  微生物对碳素化合物的需求是极为广泛的,根据碳素的来源不同,可将碳源物质分为无机碳源物质和有机碳源物质。糖类是较好的碳源,尤其是单糖(葡萄糖,果糖),双糖(蔗糖,麦芽糖,乳糖),绝大多数微生物都能利用。

  氮素对微生物的生长发育有着重要的意义,微生物利用它在细胞内合成氨基酸和碱基,进而合成蛋白质,核酸等细胞成分,以及含氮的代谢产物。

  3、无机盐其主要功能是:构成细胞的组成成分、作为酶的组成成分、 维持酶的活性、调节细胞的渗透压、氢离子浓度和氧化还原电位以及作为某些自氧菌的能源。

  5、游离水的主要功能:作为细胞吸收营养物质和排出代谢产物的溶剂及生化反应的介质、一定量的水分又是维持细胞渗透压的必要条件、由于水的比热高又是热的良导体,能有效地调节细胞内的温度。

  分析微生物细胞的化学成分,发现微生物细胞与其他生物细胞的化学组成并没有本质上的差异。微生物细胞平均含水分80%左右。其余20%左右为干物质。在干物质中有蛋白质,核酸,碳水化合物,脂类和矿物质等。

  这些干物质是由碳,氢,氧,氮,磷,硫,钾,钙,镁,铁等主要化学元素组成,其中碳,氢,氧,氮是组成有机物质的四大元素,大约占干物质的90%~97%。其余的3%~10%是矿物质元素,这些矿质元素对微生物的生长也起着重要的作用。

  在营养要素水平上则主要为碳源、氮源、能源、生长因子、矿质元素和水六大类。

  碳是微生物细胞需要量最大的元素,占细胞干重的50%。能提供微生物营养所需碳素或碳架的营养物质称为碳源。能被微生物用作碳源的物质种类极其广泛。简单的无机含碳化合物、比较复杂的有机物、复杂的有机大分子,乃至复杂的天然含碳物质都可以被不同的微生物利用。

  氮源的主要功能是提供细胞原生质和其他结构物质中的氮素,一般不作为能源使用。但化能自养细菌中的亚硝化细菌和硝化细菌能从NH和NO的氧化过程中获得能量。

  所以对于它们来说,NH和NO是兼有氮源和能源的双功能营养物质。对于异养微生物而言,含有C、H、O、N的有机物是具有碳源、能源和氮源的多功能营养物质。

  能源是提供微生物生命活动所需能量的物质。绝大多数微生物的能源物质是化学物质,只有光合细菌利用光作为能源。对于绝大多数细菌和全部真核微生物来说,它们所利用的有机碳源在被微生物细胞分解代谢的过程中不仅提供微生物细胞的碳素和碳架。

  而且还提供微生物生命活动所需的能量。有的微生物所需的能源与碳源不同。如光能自养微生物的能源是光,而碳源为CO;化能自养微生物的能源为NH、NO、S、H和Fe等还原态无机化合物,而碳源是CO。

  它们的生理功能包括:是微生物细胞化学组成中的重要元素之一,如P和S分别为核酸与含硫氨基酸的重要组成元素:与酶的组成和活力有关,如Fe是细胞色素氧化酶的必要组分。

  Mg、Cu和Zn等是许多酶的激活剂:调节和维持微生物的渗透压、氢离子浓度和氧化还原电位等生长条件,如Na和K有调节细胞渗透压的作用。

  由磷酸盐组成的缓冲剂能保持微生物生长过程中pH值的稳定:谷胱甘肽可降低氧化还原电位, 作为某些化能自养细菌的能源物质;作为呼吸链末端的氢受体。

  能提供生长因子的天然物质有酵母膏、蛋白胨、麦芽汁、玉米浆、动植物组织或细胞浸液以及微生物生长环境的提取液等。

  多数真菌、放线菌和部分细菌在其生长过程中不需要从环境中获取任何生长因子。而有的微生物需要从环境中获取一种或几种生长因子才能维持正常生长,如乳酸细菌补充需要多种维生素、氨基酸和碱基。

  实际上水本身并不是营养物质,但水是微生物营养中不可缺少的一种物质。因为水是微生物细胞的主要化学成分;水是营养物质和代谢产物的良好溶剂,营养物质与代谢产物都是通过溶解于水中而进出细胞的。

  水是细胞中各种生物化学反应得以进行的介质,并参与许多生化反应:水还可维持各种生物大分子结构的稳定性;此外,水的比热高,汽化热高,是热的良好导体,能有效地吸收代谢过程中产生的热量并将热迅速散发出体外,这保证了细胞内的温度不会剧烈变化。

  微生物的营养物质有六大类要素,即水、碳源、氮源、无机盐、生长因子和能源:

  水是微生物的重要组成部分,在代谢中占有重要地位。水在细胞中有两种存在形式:结合水和游离水。结合水与溶质或其他分子结合在一起,很难加以利用。游离水(或称为非结合水)则可以被微生物利用。

  微生物细胞中的结合态水约束于原生质的胶体系统之中,成为细胞物质的组成成份,是微生物细胞生活的必要条件.游离水是细胞吸收营养物质和排出代谢产物的溶剂及生化反应的介质;一定量的水分又是维持细胞渗透压的必要条件。

  碳在细胞的干物质中约占50%,所以微生物对碳的需求最大。凡是作为微生物细胞结构或代谢产物中碳架来源的营养物质,称为碳源。

  大多数微生物是异养型,以有机化合物为碳源。能够利用的碳源种类很多,其中糖类是最好的碳源。异养微生物将碳源在体内经一系列复杂的化学反应,最终用于构成细胞物质,或为机体提供生理活动所需的能量。所以,碳源往往也是能源物质。

  氮是组成核酸和蛋白质的重要元素,氮对微生物的生长发育有着重要作用。从分子态的N2到复杂的含氮化合物都能够被不同微生物所利用,而不同类型的微生物能够利用的氮源差异较大。

  无机盐也是微生物生长所不可缺少的营养物质。常量矿质元素是磷,硫,钾,钠,钙,镁,铁等.磷,硫的需要量很大,磷是微生物细胞中许多含磷细胞成分,如核酸,核蛋白,磷脂,三磷酸腺苷(ATP),辅酶的重要元素。

  功能: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 调节细胞的渗透压、氢离子浓度和氧化还原电位;⑤ 作为某些自氧菌的能源。

  生长因子可定义为:某些微生物本身不能从普通的碳源、氮源合成,需要额外少量加入才能满足需要的有机物质,包括氨基酸、维生素、嘌呤、嘧啶及其衍生物,有时也包括一些脂肪酸及其他膜成分。

  生长因子是微生物维持正常生命活动所不可缺少的,微量的特殊有机营养物,这些物质在微生物自身不能合成,必须在培养基中加入。缺少这些生长因子就会影响各种酶的活性,新陈代谢就不能正常进行。

  生长因子:指一类调节微生物正常代谢所必需,但不能用简单的碳、氮源自行合成的有机物。

  水是微生物的重要组成部分,在代谢中占有重要地位.水在细胞中有两种存在形式:结合水和游离水.结合水与溶质或其他分子结合在一起,很难加以利用.游离水(或称为非结合水)则可以被微生物利用.

  碳在细胞的干物质中约占50%,所以微生物对碳的需求最大.凡是作为微生物细胞结构或代谢产物中碳架来源的营养物质,称为碳源.

  作为微生物营养的碳源物质种类很多,从简单的无机物(CO2、碳酸盐)到复杂的有机含碳化合物(糖、糖的衍生物、脂类、醇类、有机酸、芳香化合物及各种含碳化合物等).但不同微生物利用碳源的能力不同,假单孢菌属可利用90种以上的碳源,甲烷氧化菌仅利用两种有机物:甲烷和甲醇,某些纤维素分解菌只能利用纤维素.

  大多数微生物是异养型,以有机化合物为碳源.能够利用的碳源种类很多,其中糖类是最好的碳源.

  异养微生物将碳源在体内经一系列复杂的化学反应,最终用于构成细胞物质,或为机体提供生理活动所需的能量.所以,碳源往往也是能源物质.

  自养菌以CO2、碳酸盐为唯一或主要的碳源是被彻底氧化的物质,其转化成细胞成分是一个还原过程.因此,这类微生物同时需要从光或其他无机物氧化获得能量.这类微生物的碳源和能源分别属于不同物质.

  凡是构成微生物细胞的物质或代谢产物中氮元素来源的营养物质,称为氮源.细胞干物质中氮的含量仅次于碳和氧.氮是组成核酸和蛋白质的重要元素,氮对微生物的生长发育有着重要作用.从分子态的N2到复杂的含氮化合物都能够被不同微生物所利用,而不同类型的微生物能够利用的氮源差异较大.

  固氮微生物能利用分子态N2合成自己需要的氨基酸和蛋白质,也能利用无机氮和有机氮化物,但在这种情况下,它们便失去了固氮能力.此外,有些光合细菌、蓝藻和真菌也有固氮作用.

  许多腐生细菌和动植物的病原菌不能固氮,一般利用铵盐或其他含氮盐作氮源.硝酸盐必须先还原为NH+4后,才能用于生物合成.以无机氮化物为唯一氮源的微生物都能利用铵盐,但它们并不都能利用硝酸盐.

  有机氮源有蛋白胨、牛肉膏、酵母膏、玉米浆等,工业上能够用黄豆饼粉、花生饼粉和鱼粉等作为氮源.有机氮源中的氮往往是蛋白质或其降解产物.

  氮源一般只提供合成细胞质和细胞中其他结构的原料,不作为能源.只有少数细菌,如硝化细菌利用铵盐、硝酸盐作氮源和能源.

  磷、硫、钾、钠、钙、镁等盐参与细胞结构组成,并与能量转移、细胞透性调节功能有关.微生物对它们的需求量较大(10-4~10-3 mol/L),称为“宏量元素”.没有它们,微生物就无法生长.铁、锰、铜、钴、锌、钼等盐一般是酶的辅因子,需求量不大(10-8~10-6 mol/L),所以,称为“微量元素”.不同微生物对以上各种元素的需求量各不相同.铁元素介于宏量和微量元素之间.

  在配制培养基时,可通过添加有关化学试剂来补充宏量元素,其中首选是K2HPO4和MgSO4,它们可提供需要量很大的元素:K、P、S和Mg.微量元素在一些化学试剂、天然水和天然培养基组分中都以杂质等状态存在,在玻璃器皿等实验用品上也有少量存在,所以,不必另行加入.

  一些异养型微生物在一般碳源、氮源和无机盐的培养基中培养不能生长或生长较差.当在培养基中加入某些组织(或细胞)提取液时,这些微生物就生长良好,说明这些组织或细胞中含有这些微生物生长所必须的营养因子,这些因子称为生长因子.

  生长因子可定义为:某些微生物本身不能从普通的碳源、氮源合成,需要额外少量加入才能满足需要的有机物质,包括氨基酸、维生素、嘌呤、嘧啶及其衍生物,有时也包括一些脂肪酸及其他膜成分%A

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