第二节 微生物的营养、代谢和生长

微生物在生命活动的过程中，需要不断地从外界吸收营养物质，通过新陈代谢(简称代谢)，获取能量并合成自身的组成物质，以维持正常的生长和繁殖①。

一 微生物的营养

微生物的种类繁多，对营养物质的需要也各不相同。在生产实际和科学研究中，常常要人工培养某一种微生物，因此，必须了解微生物所需要的营养物质。

微生物需要的营养物质及功能

通过对多种微生物细胞的化学组成的分析，可以对微生物所需要的营养物质有一个大致了解。微生物细胞的化学组成与其他生物的大体相同，也是由C、H、O、N、P、S以及其他元素组成，其中C、H、O、N占细胞干重的90％以上，这些元素最终来自外界环境中的各种无机和有机化合物。这里将这些化合物归纳成碳源、氮源、生长因子、无机盐和水这五大类营养要素物质。

自养型和异养型微生物分别能利用哪类碳源物质？参考答案

碳源 凡是能为微生物提供所需碳元素的营养物质，就叫做碳源。在自然界，从CO₂、NaHCO₃等含碳无机物，到糖类、脂肪酸等含碳有机物，甚至花生粉饼、石油等成分复杂的天然物质，都可以作为微生物的碳源。其中，糖类是最常用的碳源，尤其是葡萄糖。碳源主要用于构成微生物的细胞物质和一些代谢产物，有些碳源还是异养微生物的主要能源物质，因此微生物对碳源的需要量最大。但不同种类的微生物，对碳源的需要情况却差别很大。例如，甲基营养细菌只能利用甲醇、甲烷作碳源，而某些细菌(如假单胞菌)却能利用九十多种含碳化合物。

氮源 凡是能为微生物提供所需氮元素的营养物质，就叫做氮源。可以作为微生物氮源的营养物质很多，有分子态氮、氨、铵盐、硝酸盐、尿素、牛肉膏和蛋白胨等。其中铵盐、硝酸盐等是最常用的氮源。氮源主要用于合成蛋白质、核酸以及含氮的代谢产物。对于异养微生物来说，含C、H、O、N的化合物既是碳源，又是氮源。

哪些微生物能够利用分子态氮？氮源能否为微生物提供能量？参考答案

生长因子 生长因子是指微生物生长不可缺少的微量有机物，主要包括维生素、氨基酸和碱基等，它们一般是酶、核酸等的组成成分。有些微生物不需要补充生长因子，如大肠杆菌；而有些微生物则必须补充生长因子才能正常生长，如乳酸杆菌就需要补充多种维生素和氨基酸。

除碳源、氮源和生长因子以外，无机盐和水也是微生物不可缺少的营养物质。那么，怎样根据某种微生物所需的营养物质，配制成适合这种微生物生长的培养基呢？

培养基的配制原则

在配制培养基时，要注意以下几点：首先，应当根据不同种类微生物的营养需要选择不同的原料配制培养基。例如，自养型微生物能够自己合成所需的有机物，它们的培养基可由简单的无机物组成，而异养型微生物的培养基至少要含有一种有机物。其次，不同种类的微生物对各种营养物质的需要量不同，配制培养基时要注意各种营养物质的浓度和比例。例如，蔗糖是多种微生物的主要营养物质，但是高浓度的蔗糖反而会抑制微生物的生长。又如，在谷氨酸生产中，当培养基中的碳源和氮源的比为4∶1时，菌体大量生长而合成谷氨酸少；当碳源与氮源比为3∶1时，菌体的繁殖受抑制，但谷氨酸合成量大增。第三，各种微生物所要求的最适pH不同，因此，培养基的pH要适宜。

为什么培养基中的营养物质浓度过高会抑制微生物的生长？参考答案

培养基的种类

培养基的种类很多。根据物理性质的不同，可以将培养基分为液体培养基、半固体培养基和固体培养基。固体和半固体培养基需加入凝固剂，如琼脂。根据用途的不同，可以将培养基分为选择培养基、鉴别培养基等。选择培养基是在培养基中加入某种化学物质，以抑制不需要的微生物的生长，促进所需要的微生物的生长。例如，当需要酵母菌和霉菌时，可以在培养基中加入青霉素，以抑制细菌、放线菌的生长，从而分离到酵母菌和霉菌。又如，在培养基中加入高浓度的食盐可以抑制多种细菌的生长，但不影响金黄色葡萄球菌的生长，从而可以将该菌分离出来。

鉴别培养基是根据微生物的代谢特点，在培养基中加入某种指示剂或化学药品配制而成的，用以鉴别不同种类的微生物。例如，在培养基中加入伊红和美蓝，可以用来鉴别饮用水和乳制品中是否存在大肠杆菌等细菌：如果有大肠杆菌，其代谢产物就与伊红和美蓝结合，使菌落呈深紫色，并带有金属光泽。自然界中的微生物都是混杂地生活在一起的，给研究和应用带来了很大困难。19世纪后期，著名的德国细菌学家科赫发明了固体培养基，尤其是用琼脂作凝固剂的固体培养基，成功地解决了这一问题。科赫将微生物样品稀释后，用针尖沾取少量的稀释菌液在固体培养基上划线，由于微生物在固体培养基上的生长部位固定，不久培养基的表面就会长出多种菌落。科赫推断相同特征的菌落来自同一个种，于是，就挑选某一种菌落的微生物，经过几次相同的培养过程后，就得到了纯种。应用固体培养基，科赫分离出了炭疽芽孢杆菌、霍乱弧菌、结核杆菌等。1905年，科赫因结核杆菌的研究成果而获诺贝尔生理学及医学奖。

一、填充题

1．微生物所需要的营养物质可以归纳成______、______、______、______和______五大类。

2．常用的碳源有______，它们的作用是______；常用的氮源有______，它们的作用是______。

二、选择题

1．在下列物质中，不能用作异养微生物碳源的是： [ ]

A．含碳无机物； B．蛋白胨； C．含碳有机物； D．石油、花生粉饼等天然物质。

2．可以作为硝化细菌碳源、氮源及能量来源的物质依次是： [ ]

A．含碳有机物、氨、光； B．含碳无机物、氮、氮；

C．含碳有机物、氨、氨； D．含碳无机物、氨、氨。

三、简答题

1．培养异养型的微生物时，应当怎样选择原料并配制培养基？

2．举例说明什么是选择培养基和鉴别培养基，它们的作用是什么？参考答案

检查自来水中的大肠杆菌是否超标

自来水如果被含人畜粪便的生活污水污染，就可能引起肠道传染病，如细菌性痢疾等。人们常用大肠杆菌作为判断水是否被粪便污染的指示菌。我国规定1000mL自来水中的大肠杆菌数不超过3个。1．将漏斗、醋酸纤维素滤膜、三角瓶、抽滤瓶、培养皿、镊子置于灭菌锅中，在98kPa下灭菌20min。2．用火焰烧灼自来水龙头3min，然后打开水龙头放水5min，再用无菌的三角瓶接取1000 mL 水样，盖好瓶塞。3．在培养皿中加入事先制备好的伊红-美蓝培养基15mL，冷凝后待用。4．将漏斗和抽滤瓶固定好，用镊子夹住滤膜边缘，使粗糙面向上放在漏斗上。将水样倒入漏斗中，边抽滤、边加水。5．滤完以后，用镊子将附有细菌的滤膜取出，放在培养基上，使滤膜与培养基完全贴紧，不能有气泡。6．按上述步骤制作样品三份。然后，将培养皿放在37℃条件下培养20h。7．滤膜上出现的深紫色菌落即为大肠杆菌菌群，并且菌落的数目就表示1000mL自来水中的大肠杆菌数。取三份样品的平均数。根据实验结果，得出结论。