凡是微生物生长所需浓度在10-3-10-4mol/L范围内的元素，可称为宏量元素，例如P、S、K、Mg、Ca、Na和Fe等；所需浓度在10-6-10-8mol/L范围内的元素称为微量元素，如Cu、Zn、Mn、Mo和Co等。Fe实际上介于宏量元素和微量元素之间，故放于两者都可。微生物生长发育和生物合成过程中需要这些元素，作为其生理活性物质或生理活性作用的调节物。这些物质一般在低浓度时对微生物生长和产物合成有促进作用，在高浓度时常表现出明显的抑制作用。

培养基中，P、S、K、Mg、Ca、Na和Cl等常以盐的形式加入，而Cu、Zn、Mn、Mo和Co等元素用量很少，除了合成培养基，一般在复合培养基中不再单独加入或视情况加入，因为复合培养基的天然原料如黄豆饼粉、棉籽饼粉、蛋白胨均含有微量元素。

宏量元素：

1、磷

它是核酸和磷脂的成分，组成高能磷酸化合物（如ATP）及许多酶的活性基。磷酸根在能量代谢中起调节作用，能促进微生物的生长，在一定范围内，磷酸盐对培养基pH的变化起缓冲作用。但磷过多时，许多产物的合成受到抑制。在抗生素生产中对磷酸盐浓度的承受限度比生长繁殖过程低，必须严格控制。

2、硫

存在于细胞的蛋白质中，是含硫氨基酸的组成成分和某些辅酶的活性基，如辅酶A、生物素、硫辛酸、谷胱甘肽等。作为矿质元素，其重要性仅次于磷。微生物从环境中以硫酸根的形式吸收硫，进入细胞后被还原利用，许多微生物还以S2O3-作为唯一的能源和硫源。少数微生物失去还原硫酸盐的能力，需要供给还原型的硫化物（如H2S和半胱氨酸）才能生长。在含硫产物的生产培养基中需要加入硫酸钠或硫代硫酸钠等含硫化合物作为硫源。

3、镁

镁除了组成某些细胞的叶绿素成分外，并不参与任何细胞结构物质的组成，只是以离子状态激活许多酶的反应（如己糖激酶、柠檬酸脱氢酶、羧化酶等），其激活作用有时可被Mn2+代替。镁离子不但影响基质的氧化，还影响蛋白质的合成。镁常以硫酸镁的形式加入培养基中，但在碱性溶液中会生成氢氧化镁沉淀，因此配制时需注意。

4、钾

钾不参与细胞结构物质的组成，但它是许多酶的激活剂，可以促进糖类的代谢，控制原生质的胶态和细胞质膜的通透性，钾在细胞内积累的浓度往往要比培养基中的浓度高得多。

5、钠

钠可能与维持渗透压有关。在嗜盐微生物中可能有以下作用：

1） 维持细胞内的渗透压；

2） 吸收营养物质，如一种嗜盐杆菌吸收谷氨酸，另一种海生的假单胞均吸收糖和氨基酸均需钠离子的参与。

6、钙

钙不参与微生物的细胞结构，而以离子状态存在于细胞中，控制细胞的生理状态，如调节质膜的透性，激活某些酶（如蛋白酶），对一些阳离子的毒性有拮抗作用。常用的碳酸钙不溶于水，中和代谢过程中产生的酸，调节培养液中pH。

7、铁

铁是细胞色素、细胞色素氧化酶和过氧化酶的成分，因此铁是菌体有氧氧化不可缺少的元素。一些天然原料中也含有铁，一般发酵培养基中不再加入含铁化合物。

微量元素：

微量元素与酶的活动密切有关，或者是作为酶的活性基的成分，或作为酶的激活剂。它们的生理功能见表1。

表1  微量元素的生理功能

锌	多种脱氢酶、碱性磷酸酶和醛缩酶等的活性基，存在于RNA聚合酶和DNA聚合酶中
锰	多种酶的激活剂，存在于过氧化物歧化酶、磷酸烯醇式脱羧酶、柠檬酸合成酶中
铜	多酚氧化酶和抗坏血酸氧化酶的活性基
钴	存在于谷氨酸变位酶中
钼	参与硝酸盐还原酶和固氮酶的结构
硒	存在于甘氨酸还原酶、甲酸脱氧酶中
镍	存在于脲酶中，为细菌的生长所必须

培养液无机盐中各类元素参与微生物的生长繁殖和产物合成，不同的微生物和同一微生物在不同的生长阶段对这些元素的需求量均不同。过量的微量元素会起毒害作用，特别是只有单一微量元素存在时，毒害更严重。各种微量元素之间应有恰当的比例关系。在实际生产中需要通过实验确定菌种对各种无机盐的最适需求量，以稳定或提高产量。

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