细菌在新陈代谢的过程中需要的营养物质主要有：水、无机盐、碳素营养源、氮素营养源、生长因子。
2.1.2.1 水
水是细菌的主要组成部分，它在细胞中主要以两种形式存在：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。能被细菌加以利用的是含量在80%左右的游离水。
水的主要生理作用是：①组成细胞的主要成分；②保证细胞内外的各种生物化学反应在溶液中顺利进行；③有助于营养物质的溶解和吸收。
2.1.2.2 无机盐
细菌体内的无机盐主要是硫酸盐、碳酸盐、磷酸盐和氯化物。这些无机盐中含有细菌生长必不可少的硫、磷和金属元素如钙、镁、铁、钠、钾等。
无机盐的主要生理作用是：①组成细胞的主要成分；②酶的组成部分；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作为自养菌的能源。
1.磷
磷在细胞的矿物质元素中含量最高。细菌需要的磷主要来自无机磷化合物。磷对细菌的生长、繁殖、代谢起着非常重要的作用：①磷是合成核酸、蛋白质、磷脂及其他含磷化合物的重要元素；②磷是构成一些重要的辅酶NAD、NADP、CoA等的重要原料；③磷酸盐是磷酸缓冲溶液的重要组成成分，调节环境中的pH值；④磷在糖代谢磷酸化过程中起关键作用。
2.硫
硫主要来源于
，作用后被还原为—SH。硫是蛋白质中一些氨基酸的组成成分。H2S、S、
是好氧硫细菌的能源。
3.镁
细菌需要的镁主要是硫酸镁和其他的镁盐。镁是己糖磷酸化酶、异柠檬酸脱氢酶、肽酶、羧化酶和固氮酶的激活剂，是光合细菌菌绿素和藻类叶绿素的重要组成部分。镁在细胞中还起着稳定核糖体、细胞质膜和核酸的作用。一般来说，细菌的类型不同，对镁的需求也不同。例如革兰氏阳性菌比阴性菌对镁的需求量大。缺镁会使细胞的核糖体和细胞质膜遭到破坏而降低稳定性，使细菌生长缓慢或停止生长。
4.铁
铁是一些酶如过氧化物酶、细胞色素氧化酶及细胞色素的组成部分。铁细菌在氧化铁的过程中获得能量，把铁作为它的能源。铁在细胞色素和铁氧化还原蛋白的氧化还原反应中充当电子载体的作用。不同的细菌对铁的需求量不同：污水处理中的活性污泥需铁量是2mg/L，厌氧菌的需铁量为0.62mg/L。
缺铁会影响细胞分裂。在污水处理过程中如果缺铁会引起活性污泥丝状膨胀，导致二沉池沉淀效果不理想，影响出水水质。
5.钾
钾是细菌的重要阳离子，它不参与细胞结构的物质组成，许多酶都需要钾作为激活剂。
6.钙
钙是细菌的重要阳离子，是细菌芽孢的重要组分。它是蛋白酶的激活剂。它对细菌芽孢的耐热性和细胞壁稳定性起作用。
7.微量元素
细菌正常的生长发育除了以上几种元素以外，还要有生长发育过程中必须的微量元素。细菌对微量元素的需求量很小，极微量就可以刺激微生物的生命活动。过量的微量元素就能引起细菌中毒。所以，在配制培养基时，水里的微量元素已经够了，一般不需要再加入微量元素。
单独一种微量元素超标，其毒性大于两种以上超标元素，因为微量元素之间有协同作用和拮抗作用。
2.1.2.3 碳素营养源
所有能供给细菌碳素营养的物质，称为碳源。碳是细胞组成中需要量最大的元素。碳元素通过在细菌体内的复杂化学变化，为细菌提供整个生理生活所需要的能量和合成细胞物质。细菌能够利用的碳源有很多，从简单的无机碳化合物到复杂的有机碳化合物都可以作为碳源。光合细菌以无机碳作为主要碳源；大部分细菌以有机碳作为碳源。也有一些细菌既可以利用无机碳也可以利用有机碳，如氢细菌属、发硫菌属、反硝化硫杆菌等。
细菌种类不同，碳源也不同，利用碳的能力也不同。例如蓝细菌主要靠光合作用获得能量，所以以CO2作为主要碳源，而硝化细菌则利用无机物氧化放出化学能。有些细菌利用碳的能力范围很窄；有些细菌则可以在石蜡或者塑料上生长；还有一些细菌可以分解和利用像氰化物和酚类这些有毒的含碳化合物，这部分细菌在污水水处理方面有着特殊的意义。(www.xing528.com)
2.1.2.4 氮素营养源
所有能供给细菌氮素营养的物质称为氮源。氮在细菌中的干重含量仅次于碳和氧，是构成核酸和蛋白质的重要元素，因此，氮对于细菌的生理过程很重要。能被细菌利用的氮有无机氮和有机氮两类。无机氮主要是氮气、铵盐和硝酸盐；有机氮主要是尿素、氨基酸和蛋白质等。
根据细菌对氮源的要求不同，将细菌分为四类。
1.固氮细菌
利用空气中的氮分子合成自身的氨基酸和蛋白质，如固氮菌、根瘤菌和蓝藻。
2.利用无机氮作为氮源的细菌
如硝化细菌和亚硝化细菌，就是利用氨、硝酸盐和亚硝酸盐为氮源。
3.利用氨基酸作为氮源的细菌
如乳酸细菌和丙酸细菌，必须供给现成的氨基酸才能生长繁殖。
4.分解蛋白质产生氮合成蛋白质
氨化细菌和一些腐败细菌，它们有分解蛋白质的能力，产生氨基酸进而合成蛋白质。
实验室里制作培养基时可以使用的氮源物质有牛肉膏、蛋白胨和硝酸盐等。
2.1.2.5 生长因子
自养型的细菌不依赖外源有机物质，只需要无机物质就能合成全部细胞物质；大部分异养细菌除需要有机碳源外，在无机氮源或其他矿物质的环境中也能够生长。但是，另外一些异养细菌在一般碳源、氮源和无机盐的培养基中不能生长或生长较差。当往培养基中加入某些组织提取液时，细菌就能生长良好。这些组织细胞中含有细菌生长所必需的营养因子，这些因子就称为生长因子。
不同的细菌需要的生长因子也不同。一般包括维生素C、B族维生素、氨基酸、嘌呤和嘧啶及其衍生物、卟啉及其衍生物、固醇、胺类以及脂肪酸等类脂。
1.维生素
维生素是一些细菌生长和代谢所必需的、微量的小分子有机化合物。它们的特点是：机体不能合成，必须从食物中获得；细菌对它的需要量较低；它是必不可少的代谢调节物质，大多数是酶的辅助因子；不同细菌需要的维生素种类不同，有的细菌可以自行合成维生素。
2.氨基酸
氨基酸是组成蛋白质的主要成分，细菌的细胞壁合成需要D-氨基酸，所以，如果细菌缺乏合成氨基酸的能力，就需要补充这种氨基酸。有时培养基中一种氨基酸的含量太高会抑制其他氨基酸的摄取，因此在实验室配制培养基时要注意氨基酸的浓度控制，避免他们之间的互相抑制。
3.碱基
碱基包含嘌呤和嘧啶碱。主要功能是通过一系列的催化、脱水和环化，最后合成相应的核酸和一些辅酶。
4.脂肪酸等类脂
某些细菌不能合成脂肪酸等类脂，必须从外界摄取长链脂肪酸用于构建细胞膜。另外，有些细菌还需要如固醇、胆碱和肌醇等类脂，用于组成细胞膜。
生长因子的主要功能是提供辅酶和辅基以及参与新陈代谢。有很多细菌自身能合成生长因子，不需要从外界吸收；有些细菌丧失了合成生长因子的能力，或者合成有限，必须从外界吸取才能维持正常的生理代谢，如乳酸菌需要多种维生素、氨基酸、嘌呤和嘧啶等。
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