Các chất dinh dưỡng đối với vi sinh vật là các chất được vi sinh vật hấp thụ từ mơi trường xung quanh và được sử dụng làm nguyên liệu để cung cấp cho các quá trình sinh tổng hợp các thành phần của tế bào hoặc để cung cấp cho các quá trình traođổi năng lượng.
Thành phần hĩa học của tế bào vi sinh vật quyết định nhu cầu dinh dưỡng của chúng. Thành phần hĩa học của tế bào vi sinh vật chứa các nguyên tố đa lượng và các nguyên tố vi lượng.
Nước chiếm 70–90% khối lượng tếbào vi sinh vật. Tất cảcác phảnứng xảy
Ví dụminh họa: Ở vi khuẩn, lượng nước thường là 70 – 85%.Ở nấm mốc,
lượng nước trong tế bào thường là 85–90%.
Muối khống chiếm khoảng 2 – 5% trọng lượng khơ của tế bào vi sinh vật.
Chúng thường tồn tại dưới dạng các muối sulphate, phosphate, carbonate, clorua…
Trong tế bào vi sinh vật, các muối khống thường ở dạng các ion như: Mg2+, Ca2+, Na+, K+, HPO42-, SO42-, HCO3-, Cl-…
Các chất hữu cơ trong tếbào vi sinh vật chủyếu cấu tạo bởi các nguyên tốC,
H, O, N, P, S… Các nguyên tố C, H, O, N đã chiếm 90– 97% trọng lượng khơ của tế bào. Đĩ là các nguyên tố chính để tạo nên các phân tử quan trọng trong tế bào
như: protein, nucleic acid, lipid, hydratcarbon.
1.1. Nguồn dinh dưỡng carbon của vi sinh vật:
Tùy vào nguồn dinh dưỡng carbon mà người ta chia vi sinh vật thành các nhĩm:
- Tự dưỡng carbon: nguồn C là CO2.
- Dị dưỡng carbon: nguồn C là chất hữu cơ.
Tùy nhĩm vi sinh vật mà nguồn carbon được cung cấp cĩ thể là chất vơ cơ hoặc chất hữu cơ. Giá trị dinh dưỡng và khả năng hấp thụ các nguồn dinh dưỡng
carbon khác nhau phụthuộc vào 2 yếu tố:
- Thành phần hĩa học, tính chất của nguồn dinh dưỡng. - Đặc điểm sinh lý của từng loại vi sinh vật.
Nhiều chất dinh dưỡng hữu cơ khơng tan được trong nước hoặc cĩ khối
lượng phân tửlớn, vi sinh vật phải tiết ra các enzyme thủy phân (amylase, cellulase,
protenase, lipase…) để chuyển hĩa các chất dinh dưỡng này thành các hợp chất dễ hấp thụ (đường, amino acid, axít béo…).
1.2. Nguồn dinh dưỡng nitơ của vi sinh vật:
Nguồn dinh dưỡng nitơ dễ hấp thụ nhất đối với vi sinh vật là NH3 và NH4+. Nguồn nitơ cĩ dự trữ nhiều nhất trong tự nhiên là nguồn khí nitơ tự do (N2) trong khí quyển. Phần lớn vi sinh vật khơng cĩ khả năng đồng hĩa N2 trong khơng khí. Tuy nhiên, cĩ những vi sinh vật cĩ thểchuyển hĩa N2 thành NH3nhờhoạt động xúc tác của enzyme nitrogenase. Người ta gọi những vi sinh vật này là vi sinh vật cố
Vi sinh vật cũng cĩ khả năng đồng hĩa nitơ trong các chất dinh dưỡng hữu
cơ. Các chất dinh dưỡng này vừa là nguồn carbon, vừa là nguồn nitơ cung cấp cho
vi sinh vật.
Ví dụ minh họa: nguồn nitơ hữu cơ thường được sử dụng để nuơi cấy vi sinh vật là peptone loại chếphẩm thủy phân khơng triệt đểcủa một nguồn protein.
Đối với nhu cầu về amino acid, cĩ những vi sinh vật khơng cần địi hỏi phải
được cung cấp bất kỳloại amino acid nào, chúng cĩ khả năng tổng hợp ra tồn bộ các amino acid mà chúng cần thiết từ NH4+ và các chất hữu cơ khơng chứa nitơ.
Ngược lại, cĩ những vi sinh vật cần phải được cung cấp một hoặc nhiều amino acid
mà chúng cần thiết cho sự tăng trưởng, chúng khơng cĩ khả năng tựtổng hợp ra các amino acid này. Ngồi ra, cĩ những vi sinh vật vẫn phát triển được trên mơi trường khơng chứa các amino acid, nhưng nếu cĩ sựhiện diện của một sốamino acid thì sự phát triển của chúng được tăng cường hơn rất nhiều.
1.3. Nguồn dinh dưỡng khống của vi sinh vật:
Khi sửdụng các mơi trường tự nhiên để nuơi cấy vi sinh vật, người ta khơng cần bổ sung thêm các nguyên tố khống. Trong nguyên liệu dùng làm các mơi
trường này (khoai tây, nước thịt, sữa, huyết thanh, giá đậu…) thường chứa đủ các nguyên tốkhống cần thiết đối với vi sinh vật.
Khi làm các mơi trường tổng hợp (nguyên liệu là các hĩa chất), người ta phải
bổ sung thêm các nguyên tố khống cần thiết. Những nguyên tố khống mà vi sinh vật cần được cung cấp với số lượng lớn được gọi là các nguyên tố đa lượng, cịn những nguyên tố khống mà vi sinh vật chỉ cần liều lượng rất nhỏ được gọi là các nguyên tố vi lượng.
P thường chiếm tỉ lệ cao nhất trong số các nguyên tố khống của tế bào vi sinh vật. P tham gia cấu tạo của nhiều hợp chất quan trọng trong tế bào như: nucleic
acid, phospholipid, các coenzyme, các vitamin…
S cũng là một nguyên tố khống quan trọng trong tế bào vi sinh vật. S hiện diện trong một số amino acid, các vitamin…
Fe là nguyên tố cần thiết để giúp vi sinh vật tổng hợp một số enzyme chứa Fe.
Mg cũng rất cần thiết đối với vi sinh vật, chúng tham gia nhiều phản ứng được xúc tác bởi enzyme xảy ra trong tếbào vi sinh vật.
Ca rất cần thiết đối với sự hình thành các cấu trúc khơng gian ổn định của
nhiều bào quan như: ribosome, ti thể, nhân…
Zn cĩ vai trị đáng kể trong việc hoạt hĩa các enzyme trong tế bào vi sinh vật.
Mn tham gia thành phần của một số enzyme hơ hấp. Mn cũng đĩng vai trị quan trọng trong việc hoạt hĩa một sốenzyme trong tếbào.
Hàm lượng Na, Cl đặc biệt cao trong tế bào vi sinh vật ưa mặn, sống trong biển, đất vùng ven biển hoặc sống trên các thực phẩm ướp mặn…
1.4. Nhu cầu vềchất sinh trưởng của vi sinh vật:
Đặc điểm của mơi trường sống ảnh hưởng đến khả năng tổng hợp chất sinh trưởng của vi sinh vật. Do đĩ, mơi trường sống cĩ thểgĩp phần quyết định nhu cầu của vi sinh vật đối với các chất sinh trưởng.
Ví dụ minh họa: khi vi sinh vật sống lâu trong mơi trường thiếu các chất
sinh trưởng, chúng sẽdần tạo ra được khả năng tự tổng hợp ra các chất sinh trưởng mà chúng cần thiết.
Cùng một lồi vi sinh vật nhưng nếu nuơi cấy trong các điều kiện khác nhau cũng cĩ các nhu cầu khác nhau vềchất sinh trưởng.
Ví dụ minh họa: nấm mốc Mucor rouxii cần biotin và thiamin khi phát triển
trong điều kiện kỵ khí. Tuy nhiên, trong điều kiện hiếu khí, chúng cĩ khả năng tự
tổng hợp ra các chất sinh trưởng này.
Điều kiện pH và nhiệt độcủa mơi trường cũng cĩ thể ảnh hưởng đến nhu cầu về chất sinh trưởng của vi sinh vật. Sự hiện diện của một số chất dinh dưỡng khác cĩ khi cũng ảnh hưởng đến nhu cầu vềchất sinh trưởng của vi sinh vật.
Ví dụ minh họa: cung cấp β-alanin cĩ thể đáp ứng nhu cầu về axít pantotenic của một sốvi sinh vật.