微生物的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及其主要功能有哪些？
小楊 / 2024-02-01 08:57:08
百歐博偉生物：通過對(duì)微生物細(xì)胞化學(xué)組成和代謝產(chǎn)物的化學(xué)成分分析，我們可以大致地看出微生物在生長(zhǎng)繁殖過程中所需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。這些營(yíng)養(yǎng)物一般包括碳素化合物、氮素化合物、無機(jī)鹽類、維生素和水分等。下面分別介紹。
一、碳源
凡可構(gòu)成微生物細(xì)胞和代謝產(chǎn)物中碳架來源的物質(zhì)稱為碳源。它的作用有兩點(diǎn)：
①提供細(xì)胞物質(zhì)中的碳素來源。
②提供微生物生長(zhǎng)繁殖過程中所需要的能量。
正因?yàn)樘妓赜须p重作用，所以在微生物的營(yíng)養(yǎng)需要中，對(duì)碳的需要量最大。
碳源的種類很多，從簡(jiǎn)單的無機(jī)碳化合物，如CO2，到復(fù)雜的有機(jī)碳化合物，如糖類、醇類、有機(jī)酸、蛋白質(zhì)及其分解產(chǎn)物、脂肪和烴類等，都可以被不同的微生物所利用。大多數(shù)微生物是以有機(jī)碳化合物作為碳源和能源，而糖類則是最好的碳源，特別是葡萄糖。有些微生物能利用烴類化合物如石油作為碳源；有些微生物能分解許多極毒物質(zhì)，如氰化物、酚等，它們正被人類用來消除“三廢 ”；有些微生物能利用CO2或碳酸鹽作為唯一或主要的碳源 。在生產(chǎn)實(shí)踐中，發(fā)酵工業(yè)所需要 的碳素原料主要是 山芋粉、玉米粉、麩皮、廢糖蜜、野生植物淀粉等。為了節(jié)約糧食、物盡其用、化廢為寶，已經(jīng)開展利用豆腐水、發(fā)酵廢液、醬渣、酒糟、石油等作為微生物碳源 的研究，有些已取得了顯著的成績(jī)。
二、氮源
凡是構(gòu)成微生物細(xì)胞物質(zhì)或代謝產(chǎn)物中氮素來源的物質(zhì)，稱為氮源。氮源的主要功能是提供合成細(xì)胞物質(zhì)和代謝產(chǎn)物中的氮素來源，一般不作為能量提供，但硝化細(xì)菌是利用銨鹽或硝酸鹽作為氮源和能源的。
氮源的范圍很廣。無機(jī)氮源如銨鹽、硝酸鹽、氮?dú)獾?，有機(jī)氮源如蛋白質(zhì)及各種分解產(chǎn)物、尿素、嘌呤堿、嘧啶堿等。在生產(chǎn)實(shí)踐中，常用作氮源的有魚粉、蠶蛹粉、各種餅粉、玉米漿等；在實(shí)驗(yàn)室中，常用蛋 白胨、牛肉膏、酵母浸出汁等。一般地說，蛋白質(zhì)不是微生物的良好氮源，因?yàn)榈?白質(zhì)必須首先經(jīng)過菌體的胞外酶水解后才能被利用。
微生物利用氮源的能力表現(xiàn)出很大的差異。大多數(shù)微生物只能利用銨鹽、其他含氮鹽、有機(jī)含氮化合物作為氮源，而有些少數(shù)固氮微生物則能利用分子態(tài)氮作為氮源合成自己的氨基酸、蛋 白質(zhì)。這就是生物固氮作用。
三、能源
凡是能提供微生物生命活動(dòng)過程中需要的能量來源的物質(zhì)，稱為能源。顧名思義，能源的功能是為微生物的生命活動(dòng)提供能量。
能源因微生物種類不同而有所差別。對(duì)異養(yǎng)微生物而言，碳源就是能源，只在少數(shù)情況下，氮源充當(dāng)能源或利用日光作為能源。對(duì)自氧微生物而言，光能自養(yǎng)菌需要日光作為能源，化能 自養(yǎng)菌則氧化無機(jī)物而獲得能量。
四、無機(jī)鹽
無機(jī)鹽也是微生物生長(zhǎng)過程中不可缺少的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。它在微生物生命活動(dòng)過程中起著重要的作用，主要表現(xiàn)在：
①構(gòu)成細(xì)胞組成成分，如磷是核酸的組成元素之一。
②作為酶的組成成分或酶的激活劑，如鐵是過氧化氫酶、細(xì)胞色素氧化酶的組成成分，鈣是蛋白酶的激活劑。
③調(diào)節(jié)微生物生長(zhǎng)的物化條件，如細(xì)胞滲透壓、氫離子濃度、氧化還原電位等。磷酸鹽就是重要的緩沖劑。
④作為某些自養(yǎng)微生物的能源。
微生物需要的無機(jī)鹽一般包括硫酸鹽、磷酸鹽、氯化物、含鉀、鈉、鎂和鐵等的化合物。從量的角度，可分主要元素和微量元素兩大類。前者一般指磷、硫、鉀、鎂、鈣、鈉和鐵等，后者包括鋅、錳、鉬和鈷等。
現(xiàn)將一些無機(jī)元素的生理作用列于表3。
表3 一些無機(jī)元素的生理作用
元素名稱 占干物質(zhì)百分?jǐn)?shù) 主要的生理作用
磷 3 1、核酸、磷脂、某些輔酶（輔酶I等）的組成成分
2、高能磷酸鍵在能量貯存與傳遞中起重要作用
3、緩沖劑
硫 1 1、蛋白質(zhì)、某些輔酶（輔酶 A 等）的組成成分
2、某些自養(yǎng)微生物的能源
鉀 1 1、細(xì)胞中的主要無機(jī)陽(yáng)離子
2、許多酶的激活劑
3、與原生質(zhì)膠體特性和細(xì)胞膜通透性密切相關(guān)
鎂 0.5 1、細(xì)胞中重要的陽(yáng)離子
2、許多酶（己糖磷酸化酶等）的激活劑
3、細(xì)菌葉綠素的組成成分
鈣 0.5 1、某些酶（如蛋 白酶）的激活劑
2、細(xì)菌芽孢的組成成分
3、降低細(xì)胞膜的通透性，調(diào)節(jié)酸堿度
鐵 0.2 1、細(xì)胞色素、某些酶（如過氧化氫酶）的組成成分
2、影響細(xì)菌毒素的形成
3、鐵細(xì)菌的能源
銅、鈷、錳、鉬、鋅 微量 1、某些酶的組成成分
2、酶的激活劑
3、促進(jìn)固氮作用
五、生長(zhǎng)因子
許多微生物除了需要碳源、氮源、能源和無機(jī)鹽以外，還必須在培養(yǎng)基中添加微量有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)才能生長(zhǎng)或生長(zhǎng)良好。這種微生物本身不能自行合成，但生命活動(dòng)又不可缺少、必須外界添加的特殊營(yíng)養(yǎng)物，稱為生長(zhǎng)因子。從廣義上講，生長(zhǎng)因子包括氨基酸、嘌呤和嘧啶、維生素。從狹義上講，專指維生素。它的作用在于，或者構(gòu)成細(xì)胞的組成成分，如嘌呤、嘧啶構(gòu)成核酸；或者調(diào)節(jié)代謝，維持生命 的正?；顒?dòng)，如許多維生素是各種酶的輔基成分，沒有這些物質(zhì)，酶就失去活力，新陳代謝就無法進(jìn)行。
并不是所有的微生物都需要生長(zhǎng)因子。 自養(yǎng)微生物能自行合成生長(zhǎng)因子，不需要外界補(bǔ)充。根據(jù)是否需要生長(zhǎng)因子情況，異養(yǎng)微生物可分為3種類型：第一種類型的異養(yǎng)微生物需要生長(zhǎng)因子，如產(chǎn)谷氨酸的短桿菌，需要添加生物素才能使菌體生長(zhǎng)良好。第二種類型的異養(yǎng)微生物不但不需要，反而在細(xì)胞內(nèi)能積累某種維生素，如腸道微生物能在腸道內(nèi)分泌 . 族維生素，供機(jī)體吸收。第三種類型的異養(yǎng)微生物可要也可不要生長(zhǎng)因子。
在科研和生產(chǎn)中，應(yīng)用酵母膏、玉米漿、蔬菜汁、肝浸出液等作為生長(zhǎng)因子的來源。如果用天然培養(yǎng)基，如麩皮、米糠、肉湯等本身已含有較豐富的生長(zhǎng)因子，所以不必另外補(bǔ)充生長(zhǎng)因子。
六、水分
水分是微生物細(xì)胞的主要組成成分，一般為70%—90% ，所以微生物細(xì)胞不能脫離水而生存。在代謝過程中，水起著重要的作用。它不僅參與反應(yīng)，而且溶解參與代謝的物質(zhì)，提供反應(yīng)場(chǎng)所，使代謝反應(yīng)得以順利進(jìn)行。微生物所需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，也只有溶解于水后，才能被微生物很好地吸收。此外，由于水具有熱傳快、比熱容高、熱容量大等優(yōu)點(diǎn)，所以它又有利于細(xì)胞溫度的調(diào)節(jié)而保持生活環(huán)境溫度的恒定。
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