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第66章 微生物的食物和营养

第二篇第三十章微生物的食物和营养

和其他生物一样,微生物也要“吃喝”,也就是吸收营养。夏天的时候,一

杯牛奶暴露在空气中,只要几个小时就会发酸或发臭了,取一滴牛奶放在显微镜

下观察,我们就可以看到很多球菌或杆菌在里面快活地享受着美餐。所以,牛奶

不仅是营养丰富的人类食品,对微生物也不例外,因为它含有微生物生长繁殖所

必需的营养要素。

其实微生物所需要的营养和人的需要没有本质差别。

微生物需要的营养要素有六大类,即碳源、氮源、能源、生长

因子、无机盐和水。

碳源

能提供微生物需要的含碳元素的物质叫做碳

源,在自然界中,除了纯粹的石墨和金刚石等天然的碳元素以外,

淀粉、蛋白质、脂肪、天然气、石油和石灰石等含碳物质,几乎都

可以作为微生物的碳源。

氮源

氮源是指那些能提供微生物需要的含氮元素的物质,天然的

蛋白质和核酸、氨基酸、尿素、空气中的氮气都可以作为微生物

的氮源。

能源

能源是能为微生物生命活动提供基本能量的营养物质。应该指出,自然

界的营养物质,经常同时可为微生物提供多种营养源,例如,淀粉

既可以提供碳源,又能提供能源;蛋白质既可提供碳源,又可以提

供氮源,还可以提供能源;至于空气中的氮气,则只能提供氮源,而

太阳光只能提供能源。

生长因子

生长因子是生物生命活动不可缺少,但又是某些生物不能靠自

身产生的有机化合物,它们一般需要量很少,人类需要的维生

素就是生长因子。不过,有些微生物并不需要从外界获得生长因

子,例如,大肠杆菌、多数真菌和放线菌;有些细菌则必需生长因

子,例如,酸奶中的乳酸细菌需要多种生长因子;还有些微生物不

仅不需要外界提供生长因子,还会大量产生生长因子,并且分泌到

环境中。利用这个特性,人类可以通过培养这类微生物来生产维生

素。例如,维生素B2(核黄素)就是通过培养酵母菌生产的。

无机盐

像其他生物一样,微生物的生命活动除了需要碳、氢、氧、氮

等化学元素外,还需要其他元素,例如磷、硫、钠、钾、镁、钙、

铁等,我们把它们归在无机盐类中,这就是微生物需要的第五类

营养要素。这些无机盐中,有的是组成生命物质的必要成分,有的

是维持正常生命活动的要素,还有的则可以促进或抑制某些物

质的产生。

第六类营养要素——水,大家都容易理解它的重要性,因为生

命离不开水。像大多数生物一样,微生物的细胞中70%~80%是水。

除了微生物中的蓝细菌可以用水中的氢元素作为还原二氧化碳的营

养物质外,大多数微生物需要水的作用是同其他生物一样的,是以

水为溶剂,作为细胞内外物质交换的媒介。水还可以维持生命大分

子如蛋白质和核酸的分子结构的稳定性,从而保证了微生物正常的

生命活动。

生物有两大营养类型,即自养型和异养型。植物依靠太阳光可

以把二氧化碳和水变成粮食和各种各样的有机物质,这些生物可以

不依赖任何有生命的物质而独立生活,这种营养方式就是自养;动

物要靠摄食其他动物或采食植物来生活,所以其营养方式是异养。

在腌咸鱼时,我们常常可以看到紫红色的斑点,这些斑点是细

菌长成的菌落。这些细菌专喜欢生长在很浓的盐上,甚至在晒盐的

场地上也可以找到它们,所以人们称它们为嗜盐细菌。这些细菌也

是自养细菌。

有些微生物不需要来自生物的任何营养物质,即不需要有机化

合物作营养。根据自养微生物的能源需求,微生物又分为光能自养

微生物和化能自养微生物。光能自养微生物和高等植物一样,可以

由太阳光来提供能源。高等植物能利用光能,是因为它们含有叶绿

素,自养细菌也有类似叶绿素的结构物。但是,微生物还具有另外

几种利用光能的类似结构。嗜盐菌没有叶绿素,但有一种叫做紫膜

的结构,它们像暖气片一样分布在嗜盐菌的细胞膜上,其中主要是

一种叫细菌视紫红质的蛋白质,因为它们和人眼视网膜中的视紫红

质类似,都具有转化光能进行生命活动的功能。科学家们正在设法

了解紫膜转化光能的原理。可以预料,一旦了解清楚了紫膜的结构,

很可能就能用人工制造出高效利用光能的装置,还可能设计出利用

光能使海水变成能饮用的淡水的高效机器。

另外一类化能自养微生物主要是细菌。它们不是利用光能,而

是利用无机化合物的化学变化产生的能量进行生命活动。例如,科

学家在10 000米深的海底发现了大量的硫细菌,那里是

一片漆黑的,可是硫细菌却可以利用从地壳中冒出的硫化

氢气体作能源,以海底的二氧化碳为碳源进行生命活动。

已经发现的绝大多数微生物都需要来自生物的营养物质,即需

要有机化合物作营养,这些微生物都是异养微生物。也就是说,它

们要靠其他生物提供营养。

异养微生物也有靠光作为能源的和由化合物分解获得能源的两

类。其中利用光作为能源的,细胞内都有类似植物叶绿素的结构,

称为细菌叶绿素;细胞呈绿色、红色或紫色,称作绿色细菌、紫色

细菌或红色细菌。至于靠分解有机化合物获得能源的异养微生物,

则是微生物中的大多数。在它们的培养基中,必须提供有机化合物

作为碳源,有的甚至必须提供像牛奶、牛肉或大豆等有丰富营养的

物质,它们才能正常生活。