细菌与其他生物细胞一样，需要从外界环境中不断摄取营养物质，合成自身细胞成分并获得能量，不断排出废物，完成新陈代谢，从而进行生长繁殖。

1）细菌的化学组成

细菌的化学组成及其特点如图4.1所示：

图4.1　细菌的化学组成及其特点

2）细菌的营养物质

细菌的营养需要主要包括水、碳源、氮源、无机盐和生长因子五大类。

（1）水

水是细菌生长所必需的。水能起到溶剂和运输介质的作用，营养物质的吸收与代谢产物的分泌都必须以水为介质才能完成；参与细胞内的一系列化学反应；维持蛋白质核酸等生物大分子稳定的天然构象；细胞中大量的水有利于对细菌代谢过程中产生的热量及时吸收并散发到环境中，有效地调节细菌及其周围环境的温度。此外，水还是细菌细胞内某些结构的成分。高渗环境中细菌脱水时，其代谢受到抑制，生长速度变慢。

（2）碳源

碳源是在细菌生长过程中为细菌提供碳素来源的物质。细菌能利用的碳源包括各种糖、有机酸、脂、醇、烃、二氧化碳和碳酸盐等。细菌利用碳源具有选择性，糖类是细菌较容易利用的碳源，但细菌对不同糖类的利用也有差别。例如，在以葡萄糖和半乳糖为碳源的培养基中，大肠杆菌首先利用葡萄糖，然后利用半乳糖，前者称为大肠杆菌的速效碳源，后者称为迟效碳源。碳源物质在细胞内经过一系列复杂的化学变化后成为细菌自身的细胞物质（如糖类、脂、蛋白质等）和代谢产物。绝大部分碳源物质也是细菌主要的能量来源。不同种类细菌利用碳源的能力有差别，有的细菌能广泛利用各种类型的碳源，而有些细菌可利用的碳源比较少，可利用这些特性来进行生化反应鉴定细菌的种属。

（3）氮源

氮源是在细菌生长过程中为细菌提供氮素来源的物质。氮源主要用来合成细胞中的含氮物质，一般不作为能源，只有少数自养细菌能利用铵盐、硝酸盐同时作为氮源和能源。细菌能够利用的氮源包括蛋白质和其降解产物（胨、肽、氨基酸等）、铵盐、硝酸盐、分子氮、嘌呤、嘧啶、脲、胺、酰胺、氰化物等。细菌培养基中常用的氮源有蛋白胨、牛肉膏、酵母膏、牛肉汁等。细菌对碳源有选择性，腐生型细菌、肠道菌、动植物致病菌等可利用铵盐或硝酸盐作为氮源。例如，大肠杆菌、产气肠杆菌、枯草芽胞杆菌等均可利用硫酸铵和硝酸铵作为氮源，放线菌可以利用硝酸钾作为氮源，绝大多数的病原菌，只能利用氨基酸来合成蛋白质。一般细菌不能直接利用蛋白质和蛋白胨，只有少数腐败菌能分泌大量的蛋白分解酶，能直接利用蛋白质。

（4）无机盐

无机盐在机体中的生理功能主要是作为酶活性中心的组成部分，维持生物大分子和细胞结构的稳定性，调节并维持细胞的渗透压平衡，控制细胞的氧化还原电位和作为某些细菌生长的能源物质等。细菌对无机盐的需要量很少，需要浓度为10-4～10-3mol/L的元素为常量元素，包括P，S，K，Mg，Ca，Na，Fe等；需要浓度为10-8～10-6mol/L的元素为微量元素，包括Co，Zn，Mo，Cu等。

（5）生长因子

生长因子指那些细菌生长所必需且需要量很小，但细菌自身不能合成或合成量不足以满足机体生长需要的有机化合物。生长因子既不是碳源和氮源，也不能作为能源使用。在细菌的代谢过程中，主要起辅酶或辅基作用。广义的生长因子包括维生素、氨基酸、嘌呤或嘧啶碱基、卟啉及其衍生物、胺类或脂肪酸等；狭义的生长因子一般指维生素。通常在培养基中加入酵母膏、牛肉膏等已含有一般细菌所需的生长因子，有些细菌、支原体等则需在培养基中特别加入血清、维生素、嘌呤、嘧啶等生长因子。

3）细菌的营养类型(www.daowen.com)

微生物种类繁多，根据所需碳源、能源的不同，可将细菌分为自养菌和异养菌。

（1）自养菌

自养菌具有完善的酶系统，能利用简单的无机物作为营养，如利用二氧化碳、碳酸盐作为唯一碳源，利用氨、氨盐、硝酸盐或亚硝酸盐等作为氮源。自养菌能氧化某些无机物（如NH3、H2 S等）以获得能量的称为化能自养菌，如硝化菌、硫杆菌；利用太阳能作为能量来源的称为光能自养菌，如光合细菌。

（2）异养菌

异养菌合成能力较差，必须以有机物如糖类、醇类和有机酸等作为碳源才能生长，不能利用无机碳。异养菌绝大多数是从氧化有机物获得能量，称为化能异养菌。少数细菌体内含有细菌叶绿素，能利用光合作用获得能量，称为光能异养菌，如红假单胞菌。根据化能异养型微生物利用的有机物性质的不同，又可将它们分为腐生型和寄生型两类，前者可利用无生命的有机物（如动植物尸体和残体）作为碳源，后者则寄生在活的寄主机体内吸取营养物质，离开寄主就不能生存。所有的病原菌都是异养菌，大部分属寄生菌。

4）细菌摄取营养物质的方式

细菌没有特殊的摄食和排泄器官，营养物质的吸收是通过细菌半透性的细胞壁和细胞膜进行的。细胞壁只对大颗粒的物质起到阻挡作用，在物质进入细胞中的作用不大，而细胞膜具有高度选择通透性，在营养物质进入与代谢产物的排出过程中起着重要的作用。一般认为营养物质进入细胞主要有4种方式：单纯扩散、促进扩散、主动运输、基团移位。

（1）单纯扩散

单纯扩散是指在无载体蛋白参与下，物质顺浓度梯度以扩散方式进入细胞的一种物质运送方式。单纯扩散是非特异性的，物质在扩散过程中，既不与膜上的各类分子发生反应，自身分子结构也不发生变化，是一种最简单的物质跨膜运输方式。扩散过程中动力来自于细胞膜内外的浓度差，因此不需要消耗能量。单纯扩散并不是微生物细胞吸收营养物质的主要方式，水是唯一可以通过扩散自由通过原生质膜的分子，脂肪酸、乙醇、甘油、苯、一些气体分子及某些氨基酸在一定程度上也可通过扩散进出细胞。

（2）促进扩散

促进扩散是指物质借助存在于细胞膜上的特异性载体蛋白，顺浓度梯度进入细胞的一种物质运送方式。促进扩散也是一种被动的物质跨膜运输方式，在这个过程中不消耗能量，参与运输的物质本身的分子结构不发生变化，不能进行逆浓度运输，运输速率与膜内外物质的浓度差成正比。

促进扩散与简单扩散的主要区别在于通过促进扩散进行跨膜运输的物质需要借助于载体的作用才能进入细胞，而且每种载体只运输相应的物质，具有较高的专一性。参与促进扩散的载体主要是一些蛋白质。通过促进扩散进入细胞的营养物质主要有氨基酸、单糖、维生素及无机盐等。一般细菌通过专一的载体蛋白运输相应的物质，但也有细菌对同一物质的运输由一种以上的载体蛋白来完成。

（3）主动运输

主动运输是指通过细胞膜上特异性载体蛋白构型变化，同时消耗能量，使膜外低浓度物质进入膜内，且被运输的物质不发生化学变化的一种物质运送方式，是细菌吸收营养物质的主要方式。在主动运输过程中，运输物质所需能量来源因微生物不同而不同，好氧型与兼性厌氧细菌直接利用呼吸能，厌氧型细菌利用化学能，光合微生物利用光能，载体蛋白通过构象变化而改变与被运输物质之间的亲和力大小，使两者之间发生可逆性结合与分离，从而完成相应物质的跨膜运输。通过这种方式运输的物质主要有丙氨酸、丝氨酸、甘氨酸、谷氨酸、半乳糖、岩藻糖、蜜二糖、阿拉伯糖、乳酸、葡萄糖醛酸及某些阴离子。

（4）基团转位

基团转位是指被运输的物质在膜内受到化学修饰，并将营养物的转运与代谢相结合，更为有效地利用能力。除了营养物质在运输过程中发生了化学变化之外，该过程与主动运输方式相同。基团转位主要存在于厌氧型和兼性厌氧型细菌中，主要用于糖的运输，脂肪酸、核苷、碱基等也可通过这种方式运输。