工业微生物课件

微生物在醫藥方面的應用

一、疫苗（vaccine）疫苗是由病原微生物本身製備而成的抗製劑，廣義的疫苗包括細菌、病毒和立克次體等病原微生物製成的疫苗，注射後使機體產生抗體或致敏淋巴細胞，達到特異性免疫的效果。為了便於區別，習慣上將細菌、螺旋體、支原體等製成的製品稱為菌苗（bacterialvaccine），狹義地將病毒、立克次體和衣原體制品統稱為疫苗。第一節生物製品1．死菌（疫）苗（killidvacine）通常是將人工培養的病原微生物用物理方法（如加熱）或化學方法（如甲醛處理）殺死製成，使其失去毒力，而保留其抗原性。這種菌（疫）苗的特點是不能在體內繁殖，維持抗原刺激的時間短，產生免疫力不高，所以接種量要大。對人體的副作用也很大，有時還會引起機體發熱、全身或局部腫痛等反應。常須以小劑量作多次注射。但它容易保存，保存期長。製備死菌（疫）苗的菌種一般選用抗原性高且毒性強的菌株。常見的死菌（疫）苗有百日咳、傷寒、副傷寒、霍亂、流行性乙型腦炎和斑疹傷寒、狂犬疫苗等。第一節生物製品2．活菌（疫）苗（livevaccine）

用失去毒力或減弱毒力但仍保持抗原性的病原體突變株製成。這類菌（疫）苗有卡介菌（預防結核病的菌苗）、炭疽菌苗、牛痘疫苗、鼠疫菌苗、脊髓灰質炎疫苗以及麻疹苗等。活菌（疫）苗比死菌（疫）苗更有效，因為接種後，它在體內能生長繁殖一定時間，刺激機體產生免疫力。只需一次接種，用量小，免疫力保持時間久，副作用小，但難保存，易失效。製備活菌（疫）苗所用菌株的來源有兩種，一是從具有免疫力的帶菌機體中選擇弱毒株（如鼠疫活疫苗）；二是用人工培養法使病原體變異以降低毒力（如麻疹疫苗、卡介苗）。製備活疫苗所用菌株，其無毒或減毒性狀必須很穩定，即使反復進入易感機體也不會恢復毒力，否則就不能用於製備活疫苗。第一節生物製品3．自身疫苗是從患者病灶中分離的病原菌製成的死菌苗，作多次皮下注射後，可治療那些反復發作並經抗生素治療無效的慢性細菌性感染疾病。如葡萄球菌引起的慢性化膿性感染、大腸桿菌引起的慢性腎炎等。第一節生物製品4．亞單位疫苗每一種病原微生物均有多種性質不同的抗原成分，其中只有一小部分能使機體產生有保護性的免疫力。因此，整體微生物製成的疫苗有很多無效成分，副作用也強。若將有效成分提出來製成疫苗，既可提高免疫效果，又可減少副作用，此種疫苗稱作亞單位疫苗。如腺病毒的衣殼亞單位疫苗、乙型肝炎的表面抗原亞單位疫苗以及大腸桿菌菌毛亞單位疫苗等。亞單位疫苗效果好，又無毒副作用，是疫苗的發展方向之一。第一節生物製品5．化學疫苗用化學方法提取微生物體內有效免疫成分而製成的疫苗，其成分一般比亞單位疫苗更簡單，例如肺炎鏈球菌的莢臘多糖或腦膜炎球菌的莢膜多糖都可製成多糖化學疫苗。6．合成疫苗用人工合成的肽抗原與適當載體和佐劑配合而成的疫苗，稱為合成疫苗。例如人工合成的白喉毒素的14肽以及流感病毒血凝素的18肽等加上適當載體和佐劑後，都可製成合成疫苗。第一節生物製品7．基因工程疫苗這是一類通過DNA重組技術獲得的新型疫苗，又稱DNA重組疫苗。利用基因工程新技術已獲得了一系列有實用價值的疫苗。如編碼HBSAg基因插入釀酒酵母基因組中表達成功的DAN重組乙型肝炎疫苗等。DNA重組疫苗可用於治療癌症等疑難病症。8．抗獨特型疫苗抗體分子（Ab1）作為抗原時可產生抗抗體（Ab2），若此Ab2是針對Ab1的獨特型決定簇，則稱為抗獨型抗體。抗獨特型抗體可能在構象上模擬原始抗原（與Ab1對應的抗原），因此可作為原始抗原的替代物，刺激機體產生抗原始抗原的免疫應答，又避免了原始抗原的致病性。第一節生物製品9．核酸疫苗用病原體一段具有保護效應的核酸片段異入體內，通過在體內的表達激發機體產生抗感染免疫，稱為核酸疫苗，又稱基因疫苗或DNA疫苗。比傳統疫苗安全，比亞單位疫苗製備簡單，是疫苗研製的重點之一。第一節生物製品二、類毒素用0.3%～0.4%的甲醛處理外毒素，可使外毒素脫毒。但仍保持其抗原性，這種經脫毒處理的外毒素叫類毒素。注射類毒素可使機體產生對應外毒素的抗體（即抗毒素），故可預防該病發生。最常用的類毒素有白喉類毒素和破傷風類毒素。類毒素可與死疫苗聯合使用。三、免疫血清含有特異抗體的血清叫免疫血清。利用免疫血清對人體進行人工被動免疫，可使機體立即獲得免疫力以達到治療或緊急預防的目的。但因抗體非自身產生，耗完後就無補充，所以其免疫時間甚短（僅維持2-3周）。第一節生物製品1．抗毒素如白喉抗毒素或破傷風抗毒素等，通常是馬的免疫血清製品。抗毒素可中和相應外毒素的毒性，主要用於由外毒素所致疾病的治療或應急預防。

2．胎盤球蛋白及血清球蛋白胎盤球蛋白是從健康產婦的胎盤中提取的丙種球蛋白，血清丙種球蛋白是從血清中提取的，主要用於預防麻疹和傳染性肝炎等。第一節生物製品第二節

抗生素

表8-1常見抗生素第二節

抗生素

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抗生素

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抗生素

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抗生素

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抗生素

由於抗生素的大量使用，病原微生物的抗藥性隨之增強。近年來，通過抗生素的化學改造，研製出新的衍生物，即半合成抗生素。利用基因工程技術可以大大提高微生物的抗生素生產能力。基因重組既可能採用傳統的接合、轉導、轉化及原生原體融合等方法，也可以通過現代基因工程技術對基因進行直接操縱。例如，通過重組DNA技術增加微生物中編碼某種影響抗生素合成的關鍵酶的基因劑量，就可以提高這種酶的表達量，提高抗生素的產量。利用現代基因工程技術還可以改善抗生素的組分、改進抗生素生產工藝、產生雜合抗生素等。此外，由於對抗癌抗生素的研製，使抗生素的生產迅速發展。第二節

抗生素

在目前市售的50多種抗生素中，由放線菌產生的有40種，由細菌和黴菌產生的分別有6種和5種。作為抗生素研究對象的微生物，首先是放線菌，其次是黴菌和細菌。進行抗生素的生產，首先要進行生產菌的分離、篩選，找出生產能力高的菌株，一般以土壤作為分離對象；再按生產目的進行抗菌性試驗。例如，研究抗癌抗生素時，需將培養液注射入小白鼠的吉田肉癌或艾氏腹水癌中，觀察腹水腫癌細胞數量和形態的變化、體重的變化以及延長壽命的效果等，判斷培養液中有沒有抗癌物質。經抗菌試驗的菌液，需經提取、精製、鑒定才能確定其理化和生物學性質，確定是否是新的抗生素，最後還要經過毒性試驗和動物治療，藥理和臨床試驗。農用抗生素必須由盆栽試驗到大田試驗的長期而大規模的試驗。第二節

抗生素

二、常見抗生素的種類及生產菌1．β內醯胺抗生素它們屬於氨基酸肽類抗生素，青黴素及頭孢黴素是天然的β內醯胺抗生素，是臨床上最為重要的化學治療劑，幾乎無毒性，有較廣的抗菌譜。另還有肽類或縮肽類抗生素，如桿菌肽A、瑞斯托菌素（A，B）、萬古黴素、放線菌素、多粘菌素等。它們有較廣的抗菌譜，但毒性較大，常限制使用。

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抗生素

青黴素的生產菌主要是產黃青黴系列菌及點青黴，另還發現有不整齊青黴、灰褐青黴菌、赤跡青黴菌、螢光青黴菌及玫瑰青黴菌、黃麴黴菌及巨大麯黴菌、黑麯黴菌、構巢麯黴菌、黃柄白麯黴菌、米麯黴菌、寄生麯黴菌。此外，鬚髮蘚黴、絮狀表皮蘚黴、頭孢黴、翅孢殼黴、桃色擬青黴及鏈黴菌都能產生青黴素。

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抗生素

頭孢黴素的生產菌主要是頭孢黴菌，也可由頂頭孢黴、利波曼氏、鏈黴菌產生。桿菌肽A由枯草桿菌地衣形芽孢桿菌生產，對很多革蘭氏陽性菌有抗性，並可抑制細胞反常增長，也可作為食物添加劑，但對腎臟有毒性。瑞斯托菌素A和B由諾卡氏菌生產，對革蘭氏陽性菌、結核分枝桿菌、棒狀桿菌等有作用，但毒性很強，能使白細胞、血小板減少，因此限制使用。第二節

抗生素

萬古黴素由東方鏈黴菌生產，對金黃色葡萄球菌、肺炎球菌等有作用，但能引起血栓性靜脈炎。放線菌素由各種鏈黴菌產生，有抗腫瘤作用，但對肝、腎有毒。多粘菌素（B1、B2）的生產菌主要是多粘芽孢桿菌，對革蘭氏陽性菌有強烈作用，特別是對大腸桿菌。另外多粘黴素E1、E2對嗜血桿菌、銅綠色極毛桿菌有作用。第二節

抗生素

2．氨基糖苷類抗生素它們基本上是由氨基糖、放線菌胺或去氧放線菌胺一起組成的物質，主要有鏈黴素、雙氫鏈黴素、卡那黴素A，B，C、托普黴素、新黴素B，C等。是對革蘭氏陽性、陰性細菌有作用的廣譜抗生素，但不能口服，並對腎和聽覺有毒性。鏈黴素、雙氫鏈黴素的生產菌主要是灰色鏈黴菌；卡那黴素A，B，C的生產菌主要是卡那黴素鏈黴菌；托普黴素的生產菌主要是黑暗鏈黴菌；新黴素B，C的生產菌主要是弗氏鏈黴菌。第二節

抗生素

3．大環內脂抗生素它們是由內脂環通過葡萄糖苷鍵與糖連接的物質，主要有紅黴素、株晶白黴素、竹桃黴素、螺旋黴素等。對革蘭氏陽性菌和某些革蘭氏陰性菌有作用。紅黴素的生產菌主要是紅黴素鏈黴菌；株晶白黴素的生產菌主要是北裏鏈黴菌；竹桃黴素的生產菌主要抗生鏈黴菌；螺旋黴素的主要生產菌是產二素鏈黴菌。它們可用於治療，也可用於動物飼料添加劑。第二節

抗生素

4．多烯烴抗生素這類抗生素有的具內脂環，如：制黴菌素、匹馬黴素、制酵母菌素、哈黴素等；有些沒有內脂環，如：煙麯黴素。主要對真菌和酵母菌有作用，常用於治療真菌的感染。制黴菌素的主要生產菌是諾爾斯鏈黴菌；匹馬黴素的主要生產菌是Streptomycesalbulus、S.natalensis、S.gilveosporus、恰塔努加鏈黴菌；制酵母菌素的主要生產菌是制酵母菌鏈黴素；哈黴素的主要生產菌是S.primprina。煙麯黴素的主要生產菌是煙麯黴，能有效治療阿米巴痢疾。第二節

抗生素

5．四環素四環素是具全氫並四苯骨架結構的物質，主要有四環素、土黴素、金黴素、強力黴素；屬於廣譜抗生素。四環素的主要生產菌是抗生素鏈黴菌、金色鏈黴菌。金黴素的主要生產菌是金黴素鏈黴菌，用於治療葡萄糖球菌及腸道球菌的感染。土黴素的主要生產菌是黽裂鏈黴菌，特別用於治療結核病、阿米巴痢疾、梅毒、蟯蟲病。第二節

抗生素

6．芳香族抗生素它們是含有芳香族基本結構的一類抗生素，主要有氯黴素、灰黃黴素、新生黴素。氯黴素的主要生產菌是委內瑞拉鏈黴菌和依州鏈黴菌，它對革蘭氏陽性細菌、革蘭氏陰性菌及立克氏體有抗菌作用，特別是對腸道寄生細菌（如：沙門氏菌）有抗菌作用。灰黃黴素可由多種產青黴素的種生產，如：灰黃青黴、黑青黴、展開青黴、金氏青黴、瑞氏青黴。是一種有效的抗真菌抗生素，但對細菌無作用。新生黴素可由白鏈黴菌、渾球鏈黴菌及亞熱帶鏈黴菌生產，對革蘭氏陽性細菌、革蘭氏陰性菌有作用，特別對白喉棒狀桿菌、嗜血桿菌、胸膜肺炎雙球菌有作用。第二節

抗生素

7．其他重要的抗生素利福黴素的主要生產菌是地中海鏈黴菌，對革蘭氏陽性菌、革蘭氏陰性菌有作用，它能抑制真核生物RNA的合成，對DNA病毒及一些衣原體有作用。利福平可通過利福黴素化學轉化方法製備。對分枝桿菌有特效。梭鏈孢酸（福西丁酸）的生產菌主要是Fusioliumcoccineum，對葡萄球菌、梭狀芽孢桿菌、奈氏球菌、白喉棒狀桿菌、結核分支桿菌有效。可抑制蛋白質合成。第二節

抗生素

絲裂黴素（特別是絲裂黴素C）的生產菌主要是頭狀鏈黴菌、金色鏈黴菌、輪絲鏈黴菌，對革蘭氏陽性細菌、革蘭氏陰性細菌、分支桿菌有較強的作用。特別有抗癌作用，抑制DNA的合成，是一種抗腫瘤抗生素。道諾黴素、道諾紅黴素的生產菌主要是波賽鏈黴菌、天藍淡紅鏈黴菌，對革蘭氏陽性細菌有弱的作用，能抑制RNA的形成，有抗分裂的作用，是一種抗腫瘤抗生素。第二節

抗生素

光神黴素的生產菌主要是田無鏈黴菌，對革蘭氏陽性細菌有作用，能抑制RNA的形成，有抗分裂的作用，有強烈毒性。是一種抗腫瘤抗生素。鏈脲黴素的生產菌主要是不產色鏈黴菌，對革蘭氏陽性細菌、革蘭氏陰性細菌有作用，能有限的抗有絲分裂，但易誘發糖尿病。是一種抗惡性胰島細胞瘤的抗生素。第二節

抗生素

博來黴素（主要有博來黴素A2、B2）的生產菌主要是輪枝鏈黴菌，對革蘭氏陽性細菌、革蘭氏陰性細菌有作用，有很好的抗有絲分裂作用，能抑制RNA的形成，是一種抗腫瘤抗生素。鏈黑黴素的主要生產菌是團片鏈黴菌，是一種廣譜抗生素，能抗有絲分裂，抑制DNA的形成，有強毒性。是一種抗腫瘤抗生素。第三節

微生物在醫藥方面的其他應用

一、葡萄糖酐及其他多糖葡萄糖酐又稱葡聚糖，是葡萄糖的聚合物。它是腸膜明串珠菌和葡聚糖明串珠菌在含蔗糖的培養基中發酵生成原葡聚糖，然後用葡聚糖酶分解為醫用葡聚糖。工業上生產葡聚糖酶的微生物主要是產絲真菌，特別是繩狀青黴和產紫青黴。生產葡聚糖的培養基必須含氮量低，其組成的蔗糖、蛋白腖和生長因素（如酵母膏）等。細菌將蔗糖分解為果糖和葡萄糖，僅利用果糖，並將葡萄糖以a-1.6糖苷鍵聯結成相對分子品質達數百萬的葡萄糖聚合物，稱為粗右旋糖酐，再經酸水解和不同濃度乙醇沉澱，分步取出相對分子品質不同的右旋糖酐。各種規格的右旋糖酐由於相對分子品質不同，其生物效應也不同，目前常用的有低分子右糖酐和中分子右旋糖酐。第三節

微生物在醫藥方面的其他應用

低相對分子品質右旋糖酐可維持血液滲透壓和擴充血容量，葡聚糖相對分子品質為75000時其滲透壓與血液等值，沒有毒性，又有良好的膠體性的滲透壓，輸入血管後可迅速補充血容量。其次是改善微循環，相對分子品質較小者可使已經聚集的紅細胞解聚。這可能與改變血液膠體狀態和紅細胞表面電荷有關，同時也使血液粘度減低。它還有抗血栓作用，右旋糖酐可包繞在血小板表面和覆蓋在受損傷的血管內膜上，抑制血小板的粘附和聚集。葡聚糖相對分子品質太小（4萬以下），從腎臟排出速度太快，相對分子品質太大（30萬以上）會瀦留在體內，有潛在危險。相對分子品質適中的可用於臨床治療。第三節

微生物在醫藥方面的其他應用

右旋葡萄糖酐主要在醫療方面用來替代血漿，用於創傷失血或其他應急情況。用於臨床治療的葡萄糖酐不得含有機溶媒，一般為6%～10%的水溶液，其中含有0.9%氯化鈉或5%葡萄糖，須經高壓蒸汽滅菌。每批製品使用前須抽樣進行熱原、毒性和無菌等檢驗。第三節

微生物在醫藥方面的其他應用

二、干擾素干擾素（inteferonIFN）是人體細胞分泌的一種活性蛋白質，具有廣泛的抗病毒、抗腫瘤和免疫調節活性，是人體防禦系統的重要組成部分。現已臨床用於人類癌症治療，如骨瘤、乳瘤等。根據其分子結構和抗原性的差異分為α、β、γ、ω4種類型。早期，干擾素是用病毒誘導人體白細胞產生的，產量低，價格貴，遠遠不能滿足需要。現在工業生產干擾素是利用基因工程技術培育大腸桿菌，通過工業發酵進行生產。發酵產物再經提取、純化後，產品不含雜蛋白，效價、活性、純度、無菌試驗、安全毒性試驗、熱源質試驗等均符合標準。第三節

微生物在醫藥方面的其他應用

三、核苷酸微生物發酵生產核苷酸主要用作食品風味強化劑。核苷、核苷酸及其衍生物的另一個重要用途是作為臨床治療藥物。嘌呤類似物8-氮鳥嘌呤和6-巰基嘌呤具有與抗生素類似的功能，可以抑制癌細胞的生長；9-β-D-阿拉伯呋喃糖基腺苷聚肌胞可治療皰疹；S-腺苷蛋氨酸及其鹽類用於治療帕金森氏症、失眠，並具有鎮痛、消炎作用。肌苷已用於治療心臟病。環腺苷單磷可治療糖尿病、氣喘、癌症等。第三節

微生物在醫藥方面的其他應用

目前，工業上主要通過核酸的酶法水解生產核苷酸。RNA的來源很廣，可由酵母菌、郝氏棒狀桿菌、芽孢桿菌的許多種生產。但主要由產朊假絲酵母生產。DNA可通過黃色葡萄球菌、枯草桿菌、簡單節桿菌及假單孢菌生產。工業上生產核酸水解酶的微生物主要有桔青黴、米麯黴和各種鏈黴菌，如：金色鏈黴菌、白灰鏈黴菌、天藍色鏈黴菌、灰黃鏈黴菌、紫色鏈黴菌。米麯黴產生的酶可水解核酸成3，-核苷酸，包括3，-IMP、核苷和嘌呤堿基。桔青黴和鏈黴菌產生的酶可水解核酸成5，-單核苷酸。第三節

微生物在醫藥方面的其他應用

有些核苷及核苷酸產品用直接發酵法生產，如肌苷5，-IMP、5，-GMP等。肌苷5，-IMP的直接生產菌主要是枯草桿菌、產氨短桿菌，簡單的棒狀桿菌也可形成肌苷。5，-GMP的直接發酵生產可用枯草桿菌、巨大芽孢桿菌和短小芽孢桿菌的需要嘌呤的突變株先生產5，-磷酸核糖-1-焦磷酸鹽（PRPP），然後發酵生成5，-GMP和巰基肌苷酸。第三節

微生物在醫藥方面的其他應用

四、維生素

維生素是生物生長代謝所必需的微量有機物。維生素的純品和一些富含維生素的製劑可防治維生素缺乏症，許多微生物含有豐富的維生素，如酵母菌含有豐富的B族維生素，大腸桿菌可在腸道中產生B2、B12、BK

等許多維生素。在自然界，微生物是某些微生素的唯一來源。目前已利用各種新技術選育出合成維生素的高產菌株，並且用於工業化生產。例如棉阿囊黴生產維生素B2，用謝氏酸桿菌生產維生素B12，用生黑葡萄糖桿菌生產維生素C。用球形紅假單胞菌得到的屬間原生質體融合菌株，使B12的產量由每升0.2～2.5mg達到135mg，提高34～375倍。近年來已發明了從抗生素及有機酸工業廢液（如鏈黴素、慶大黴不發酵廢液）中提取維生素的新技術。第三節

微生物在醫藥方面的其他應用

1．β胡蘿蔔素（VA）和類胡蘿蔔素

β胡蘿蔔素的工業生產菌主要是三孢布拉黴，而有些擲孢酵母及圓酵母的種也能產生。類胡蘿蔔素的工業生產菌主要是膠紅酵母短桿菌、黃細菌、梅玖鏈黴菌。2．維生素B2（核黃素）維生素B2是一種水溶性的維生素，在工業生產上主要有三種類型的微生物可以產生：a.乙丁梭狀芽孢桿菌；b.假絲酵母屬的類球形德巴利酵母、無名球擬酵母、季也蒙畢赤酵母；c.棉病囊菌及阿氏假囊酵母。第三節

微生物在醫藥方面的其他應用

3．類鈷啉類（維生素B12群）能合成維生素B12的微生物有許多種，在工業上主要採用巨大芽孢桿菌、菲得力丙酸桿菌、舒氏丙酸桿菌、脫氮假單孢菌、鏈黴菌屬、紅色魚精蛋白桿菌、簡單棒狀桿菌。4．L-抗壞血酸（維生素C）L-抗壞血酸是一種脂溶性物質，可阻止人體壞血病。常用的工業生產是由醋酸桿菌將山梨醇氧化為山梨糖，或用鐮刀黴將D-5-酮基葡萄糖酸化成L-艾杜酸，再用米氏假單孢菌氧化為L-2-酮基古龍酸，也可用點青黴、斜臥青黴、產黃青黴、斑點青黴及藍棕青黴將葡萄糖形成D-阿拉伯抗壞血酸。我國利用基因工程技術構建了生產維生素C的基因工程菌，使生產工藝大大簡化，只需一種菌一步發酵即可完成。實現了維生素C生產一步發酵新工藝。我國維生素C一步發酵工藝水準居世界領先地位。第三節

微生物在醫藥方面的其他應用

5．麥角甾醇（原維生素D2）

麥角甾醇可來自一些高等真菌，毛黴、青黴、麯黴、啤酒酵母及假絲酵母。而工業上主要由啤酒酵母、熱帶假絲酵母生產。6．生物素（維生素H）

目前主要由化學方法生產，已經進行研究的微生物有啤酒酵母、產黃青黴、鏈黴菌、短桿菌、谷氨酸棒狀桿菌、假單孢菌，它們都可產生一定量的生物素。第三節

微生物在醫藥方面的其他應用

五、甾體類藥物甾體化合物的氧化、還原、羥基化等反應是製造甾體激素必不可少的步驟。採用有機化學的方法，步驟繁，副產物多，收率低。由於酶具有高度專一性，可以在甾體化合物的特定位置上一次完成反應，現已用固定化菌體和固定化酶生產各種甾體激素，如由11-去氧-17-羥化皮質酮生產皮質醇（氫化可的松），由皮質醇轉化為氫化潑尼松、可的松、羥基可的松和脫氫可的松等。第三節

微生物在醫藥方面的其他應用

用於生產甾體激素的微生物有新月彎孢黴、簡單棒桿菌、簡單節桿菌或球形分枝桿菌等。基因工程技術為利用微生物生產藥物開闢了新途徑。利用基因工程技術，可以創造出前所未有的微生物類型。用於生產藥物的“工程菌”種類不斷增多，如利用基因工程菌可生產生長激素釋放抑制因數、胰島素、生長激素、干擾素、白細胞介素和胸腺素等。可以預料，凡是人體內的多肽類生理活性物質在不久的將來都可通過基因工程的途徑來獲得。第三節

微生物在醫藥方面的其他應用

六、疾病的診斷1．形態學診斷形態學診斷主要從鑒定微生物的形態來診斷疾病。這是臨床上常用的診斷方法，如常見的消化道疾病、泌尿系統感染、生殖系統感染、上呼吸道感染都可利用鑒定生物的形態來確診。鑒定的方法有不染色標本鏡檢法和染色標本鏡檢法。另外也可根據被檢微生物的特性採用特殊的檢查方法，形態學診斷快捷，結果較準確，特別有利於臨床的快速確診。第三節

微生物在醫藥方面的其他應用

2．免疫學診斷免疫學方法的特異性及敏感性強，已被廣泛用於臨床診斷，用已知抗體檢測抗原或用已知抗原檢測抗體是臨床診斷的重要工具。由於抗原體反應具有一般理化反應所沒有的特異性和敏感性，因此它不僅在許多感染性疾病的診斷上廣泛應用，而且對早期懷孕、變態反應性疾病、自身免疫疾病及某些腫瘤的診斷上也很重要。抗原抗體反應用於診斷感染性疾病，若檢測抗體，一般宜採取早期和恢復期兩份血清，結合病理注意抗體效價的變化。由於方法的不斷改進，檢測抗原的試驗發展迅速，將在早期診斷上發揮更大的作用。第三節

微生物在醫藥方面的其他應用

3．氣相色譜法診斷採用氣相色譜技術診斷疾病的理論根據是病原體在其生長環境中常形成獨特的代謝產物。只要在臨床標本中有毫微克或微微克的這種獨特的代謝物存在，即可產生其特性的色譜圖型，便可迅速做出診斷，例如用氣相色譜法可檢驗引起尿道感染和關節炎的淋球菌、葡萄球菌和鏈球菌的存在。第三節

微生物在醫藥方面的其他應用

4．放謝元素測量法診斷微生物利用培養基中含有14C的底物，產生含有14C的CO2，通過測量培養基中放射性強度的增長與否，以確定標本中有無細菌存在，此法可用於監測、檢查血培養中微生物的生長、無菌試驗、致病性奈氏球菌鑒定、分枝桿菌的檢測和藥敏試驗等。此法還可用於食品和水中細菌的快速檢測及菌尿症的快速診斷等方面。第三節

微生物在醫藥方面的其他應用

5．阻抗測量法診斷阻抗測量法是測定微生物培養物中惰性底物代謝成電活性物質。不同微生物在培養基中可產生具有特徵性的阻抗曲線（阻抗對時間），根據此特徵性的阻抗曲線可進行疾病診斷。此法已用於微生物的鑒定、菌血症和菌尿症的快速診斷及藥敏試驗。此外，還有生物發光法診斷等多種技術。用微生物學方法協助診斷疾病，為疾病的早期診斷、治療提供了依據，贏得了時間。因此，它已成為臨床上疾病診斷的一種重要手段，而且應用越來越廣。第三節

微生物在醫藥方面的其他應用

工業微生物的特徵與分類

第一節細菌一、細菌的形態和大小細菌（Bacteria）有四種基本形態：球狀、杆狀、螺旋狀和絲狀，分別稱為球菌、桿菌、螺旋菌和絲狀菌。（一）球菌球菌（圖2-1）直徑為0.5～2μm，根據其分裂方向及分裂後的排列方式可分為單球菌、雙球菌、鏈球菌、四聯球菌、八疊球菌和葡萄球菌。第一節細菌（二）桿菌桿菌長1～8μm，寬0.5～1.0μm，根據分裂後是否相連或排列方式，分為單桿菌、雙桿菌和鏈桿菌。單桿菌中很長的稱為長桿菌，較短的稱為短桿菌。桿菌的兩端或一端形狀一般為鈍圓，但也有平截的，還有兩端略尖的。有的桿菌能產芽孢稱為芽孢桿菌，如枯草芽孢桿菌。（三）螺旋菌螺旋菌長（菌體兩端間的距離）為5～50μm，寬0.5～5μm。根據菌體彎曲程度不同又分為螺旋菌和弧菌。弧菌菌體只有一個彎曲且不滿一圈，呈弧形或逗號形，如脫硫弧菌。螺旋菌菌體呈多次彎曲，回轉成螺旋狀，如紫硫螺旋菌。（四）絲狀菌在水生環境、潮濕土壤和污水生物處理中，常有一些絲狀菌，細胞排列成絲狀，其外包圍有透明的衣鞘，如浮游球衣菌、泉發菌(原鐵細菌)、纖發菌、發硫菌、貝日阿托氏菌、亮發菌等。

第一節細菌圖2-1細菌的各種形態A—球菌；B—桿菌；C—

弧菌；D—螺旋菌；E—絲狀菌第一節細菌除上述四種形態外，人們還發現了細胞呈星形和方形的細菌。在正常生長條件下，不同種的細菌形態是相對穩定的。但如果培養的時間、溫度、pH以及培養基的組成與濃度等環境條件的改變，均能引起細菌形態的改變。

二、細菌細胞的結構細菌的細胞結構見圖2-2。幾乎所有細菌都具有細胞壁、細胞膜、細胞質、細胞核物質等基本結構。部分細菌還有特殊結構，如芽孢、鞭毛、莢膜等。圖2-2細菌細胞結構模式圖

第一節細菌第一節細菌（一）基本結構1.細胞壁細胞壁（cellwall）是包圍在菌體最外層的、較堅韌而富有彈性的薄膜。其重量約占細胞幹重的10%～25%。（1）細胞壁的功能

細胞壁的主要功能有：維持細菌的細胞外形；保護細胞免受滲透裂解；阻止大分子物質進入細胞；為鞭毛提供支點，使鞭毛運動。（2）細胞壁的結構與革蘭氏染色

經革蘭氏染色可把細菌分為革蘭氏陽性菌（G+）和革蘭氏陰性菌（G-）兩大類，前者染色後呈藍紫色，後者染色後呈紅色。革蘭氏染色是重要的細菌鑒別法。第一節細菌①

G+和G－細菌細胞壁的結構和組成的區別：G+細菌的細胞壁厚，結構簡單，其化學組成以肽聚糖為主，75%的肽聚糖亞單位縱橫交錯連接，形成緻密的網格結構。除肽聚糖外，還含有磷壁酸和少量的脂肪。G－細菌的細胞壁很薄，其結構較複雜，分為內壁層和外壁層。內壁層僅貼細胞膜，由肽聚糖組成，僅10%的肽聚糖彼此交織連接，網格結構疏鬆。外壁層又分為三層：最外層為脂多糖層，中間為磷脂層，內層為脂蛋白層。脂多糖是G－細菌的主要成分。G+和G－細菌細胞壁的組成和結構見表2-1和圖2-3。第一節細菌表2-1G+和G－細菌細胞壁化學組成及結構比較

第一節細菌圖2-3細菌細胞壁的結構圖A—G+細菌細胞壁；B—G－細菌細胞壁；C—G－細菌細胞壁的圖解第一節細菌

②

革蘭染色的原理：一般認為革蘭染色的過程中，細菌細胞內形成了一種不溶性的深紫色的結晶紫—碘的複合物，這種複合物可被乙醇從G－細菌中浸出，但不易從G+細菌中浸出。這是由於G+細菌細胞壁較厚，肽聚糖含量較高，網格結構緊密，含脂量又低，當它們被乙醇脫色時，肽聚糖網孔由於縮水會明顯收縮，從而阻止了結晶紫—碘複合物的逸出，故菌體呈藍紫色。而G－細菌細胞壁薄，肽聚糖含量低，且網格結構疏鬆，故遇乙醇後，其網孔不易收縮，加上G－細菌的脂類含量高，當乙醇脫色時，脂類物質溶解，細胞壁透性增大，因此，結晶紫—碘的複合物就容易被浸出，故菌體呈紅色。第一節細菌2.細胞膜細胞膜（cellmembrane）又稱細胞質膜、原生質膜或質膜，是緊貼在細胞壁內側而包圍細胞質的一層柔軟而富有彈性的半透性薄膜。其化學組成主要是蛋白質（60%～70%）和磷脂（30%～40%）。（1）細胞膜的結構

細胞膜的結構如圖2-4，它是由磷脂呈雙層平行排列，親水基（頭部）排列在膜的內外兩個表面，疏水基（尾部）排列在膜的內側，從而形成一個磷脂雙分子層。據目前所知，磷脂雙分子層通常呈液態，蛋白質無規則地結合在膜的表面或鑲嵌其間。這些蛋白質可在磷脂雙分子層液體中作側向運動，從而使膜結構具有流動性。第一節細菌圖2-4細胞膜結構模式圖

第一節細菌（2）細胞膜的功能

細胞膜的功能主要為：a.控制細胞內外物質（營養物質和代謝廢物）的運送、交換；b.是細胞壁合成的場所。細胞膜上有合成細胞壁和形成橫隔膜組分的各種酶類；c.細胞膜上有琥珀酸脫氫酶、NADH脫氫酶、細胞色素氧化酶、電子傳遞系統、氧化磷酸化酶及ATP酶，因此細胞膜是物質代謝和能量代謝的重要部位；d.由細胞膜內褶形成的間體（mesosome）上有細胞色素及有關的呼吸酶系，因此可能是呼吸作用電子傳遞系統的中心；e.為鞭毛提供附著點。細胞膜上有鞭毛基粒，鞭毛由此長出。第一節細菌3.核質體核質體（nucleusbody）是原核生物所特有的無核膜結構的原始細胞核，又稱原始核(primitiveformnucleus)或擬核(nucleoid)。它是由一條大型環狀的雙鏈DNA分子高度折疊纏繞而成。以大腸桿菌為例，菌體長度僅為1～2μm，而其DNA長度可達1100μm。核物質是負載細菌遺傳資訊的物質基礎，其功能是決定遺傳性狀和傳遞遺傳物質。第一節細菌4.細胞質及內含物細胞質（cytoplasm）是細胞膜以內、除核物質以外的無色透明的粘稠膠體。化學成分為蛋白質、核酸、脂類、多糖、無機鹽和水。幼齡菌的細胞質稠密、均勻，富含核糖核酸（RNA），嗜鹼性強，易被鹼性染料著染，且著色均勻；老齡菌因缺乏營養，RNA被細菌用作N源、P源而降低含量，使細胞著色不均勻，故可通過染色是否均勻來判斷細菌的生長階段。細胞質中含有核糖體、氣泡和其他顆粒狀內含物。第一節細菌（1）核糖體（ribosome）

核糖體是由約60%的RNA和40%的蛋白質組成的以核蛋白的形式存在的一種顆粒狀結構，是合成蛋白質的場所。高速離心時，細菌核糖體沉降係數為70S，由大（50S）、小（30S）兩個亞基組成。真核生物細胞質中核糖體的沉降係數為80S。鏈黴素、四環素、氯黴素都對70S的核糖體起作用，對80S的核糖體沒有影響。所以這些抗生素可用來防治由細菌引起的疾病，並在一定濃度範圍內對人體無害。

（2）氣泡（gasvacuole）

在許多光合細菌和水細菌的細胞內，常含有為數眾多的充滿氣體的小泡囊，稱為氣泡。氣泡由厚僅2nm的蛋白質膜所包圍，具有調節細胞比重以使其漂浮在合適水層中的作用。紫色光合細菌和一些藍細菌含有氣泡，藉以調節浮力。專性好氧的鹽桿菌屬體內含有很多氣泡，在含鹽量高的水中可借助氣泡浮到水面吸收氧氣。第一節細菌第一節細菌（3）貯藏顆粒細菌生長到成熟階段，當某些營養物過剩時，就會形成一些貯藏顆粒，如異染粒、聚β-羥基丁酸、硫粒、肝糖粒、澱粉粒等，當營養缺乏時，這些貯藏顆粒又被分解利用。①異染粒(volutin)是無機偏磷酸的聚合物。用藍色染料（如甲苯胺、甲烯藍）染色後不呈藍色而呈紫色，故稱異染粒。其功能是貯藏磷元素和能量，並可降低滲透壓。②聚β-羥基丁酸（poly-β-hydryoxybutyricacid,簡稱PHB）是β-羥基丁酸的直鏈聚合物，不溶於水，易被脂溶性染料（如蘇丹黑）著色，光學顯微鏡下清楚可見，具有貯藏能量、碳源和降低細胞內滲透壓的作用。第一節細菌③肝糖粒（glycogen）和澱粉粒

兩者均能用碘染色，前者染成紅褐色，後者染成藍色，可在光學顯微鏡下看到。兩者的功能都是貯藏碳源和能量。④

硫粒（sulfurgranule）硫磺細菌如貝日阿托氏菌、發硫菌等能利用H2S作為能源，氧化H2S為硫粒積累在菌體內。當外界缺乏H2S時，可氧化體內硫粒為SO42-而獲得能量。硫粒折光性很強，在光學顯微鏡下易觀察到。第一節細菌（二）特殊結構1.莢膜莢膜（capsule）是某些細菌分泌於細胞壁表面的一層粘液狀物質。其化學組成因種而異，主要是水和多糖。莢膜不易著色，可用負染法（也稱襯托法）染色。先用染料使菌體著色（如用番紅或孔雀綠將菌體染成紅色或綠色），然後用黑色素將背景塗黑，即可襯托出菌體和背景之間的透明區，這個透明區就是莢膜（圖2-5）。第一節細菌圖2-5細菌的莢膜A—模式圖；B—細菌負染後相差顯微鏡圖片

第一節細菌莢膜有幾種類型：具有一定外形，厚約200nm，相對穩定地附著於細胞壁外的稱為莢膜或大莢膜（macrocapsule）；厚度在200nm以下的稱為微莢膜（microcapsule）；無明顯邊緣，疏鬆地向周圍環境擴散的稱為粘液層。有些細菌的莢膜物質可互相融合，連成一體，組成共同的莢膜，其中包含多個菌體，稱為菌膠團。菌膠團的形狀有球形、蘑菇形、橢圓形、分枝狀、垂絲狀及不規則狀（圖2-6），在活性污泥中常見。第一節細菌圖2-6菌膠團的幾種形態第一節細菌莢膜的主要功能有：a.保護細胞免受乾燥的影響，對一些致病菌來說，則可保護它們免受宿主細胞的吞噬；b.是細胞外碳源和能源的貯藏物質，當營養缺乏時可被利用；c.具有生物吸附作用，在污水生物處理中有利於污染物在細菌表面的吸附；d.是細菌分類鑒定的依據之一。第一節細菌2.鞭毛鞭毛（flagella）是某些細菌長在體表的細長並呈波狀彎曲的絲狀物。鞭毛易脫落，非常纖細，其直徑僅為10～20nm，長度往往超過菌體的若干倍，經特殊染色法可在光學顯微鏡下觀察到。鞭毛的數目為一根至數十根，具有運動的功能。不同細菌鞭毛的著生位置不同（圖2-7），有一端單生、兩端單生、一端叢生、兩端叢生及周生，端生的還有極端生和亞極端生。鞭毛的數目和著生方式是細菌分類的重要依據。第一節細菌

圖2-7細菌鞭毛的著生位置A—桿菌：①極端生；②亞極端生；③兩端單生；④兩端叢生；⑤周生B—弧菌：①單根端生；②兩端叢生；③一端叢生第一節細菌3.線毛線毛（

pilus或fimbria）又稱傘毛、菌毛或纖毛。線毛是長在細菌體表的一種纖細、中空，短直而又數量較多的蛋白質附屬物。線毛直徑7～9nm，內徑2～2.5nm，長度2～20nm，每個菌體約有250～300根。它們比鞭毛更細、更短，而且又直又硬，數量很多。線毛只有在電子顯微鏡下才能看到，見圖2-8。線毛在革蘭氏陰性菌，尤其是腸道細菌和某些假單胞菌屬菌株的細胞表面很常見，少數革蘭氏陽性菌也有線毛。與鞭毛相似，線毛也由蛋白質組成。但是線毛不具有運動功能，因此常見於非運動細菌。第一節細菌圖2-8細菌的線毛與鞭毛的電鏡圖第一節細菌4.芽孢某些細菌生長到一定階段，在細胞內會形成一個圓形或橢圓形的、抗逆性極強的休眠體，稱為芽孢（spore）（圖2-9）。芽孢壁厚，含水量極低，由於一個細胞僅形成一個芽孢，故它無繁殖功能。能否形成芽孢，芽孢的大小、形狀以及在菌體中的位置，是細菌分類的重要依據。能產生芽孢的細菌主要是芽孢桿菌屬和梭狀芽孢桿菌屬的種類。前者的芽孢位於細胞中間，大小接近其菌體的直徑；後者的芽孢也位於細胞的中間，但直徑大於菌體，使菌體呈梭狀。此外，脫硫腸狀菌屬、芽孢八疊球菌屬和芽孢弧菌屬的細菌也能形成芽孢。第一節細菌圖2-9細菌芽孢的各種類型­A—芽孢的模式圖；B—芽孢在光學顯微鏡下的形態及其在胞內的位置[（a）—近中央；（b）—末端；（c）—中央]第一節細菌三、細菌的繁殖（一）無性繁殖無性繁殖是指不經兩性細胞的配合便產生新的個體的一種生殖方式。細菌細胞一般進行無性繁殖。細胞經過橫分裂由一個細胞分裂為兩個細胞，這樣的無性繁殖稱為裂殖。裂殖後形成的子細胞如大小相等，稱為同形裂殖；在陳舊的培養中，偶爾會出現裂殖後，子細胞大小不等現象，稱為異形裂殖。第一節細菌細胞進行分裂時，首先是菌體伸長，核質體分裂，菌體中部的細胞膜以橫切方向形成隔膜，使細胞分裂成兩部分，細胞壁向內生長，把橫隔膜分為兩層，形成子細胞的細胞壁，然後子細胞分離形成兩個菌體。細菌由一個母細胞可分裂為兩個子細胞，根據分裂方向及分裂後子細胞排列的狀態不同，可形成各種形狀的群體。細菌繁殖速率一般很快，但繁殖一代所需的時間也因菌種不同而各異。如大腸桿菌約20min可繁殖一代，而分枝桿菌則需幾小時。環境因素對細菌的繁殖很重要，只有在最適宜的條件下，細菌的繁殖速度才最快。第一節細菌（二）有性繁殖除無性繁殖外，經電子顯微鏡觀察及遺傳學研究，已驗證細菌存在著有性接合。不過細菌的有性接合頻率很低，大量普遍地仍以無性的二分分裂方式進行繁殖。第一節細菌四、細菌的培養特徵（一）細菌在固體培養基上的培養特徵細菌在固體培養基上的培養特徵即菌落特徵。所謂菌落，是由一個細菌繁殖的具有一定形態特徵的子細菌群體。不同細菌的菌落特徵不同，因此菌落特徵是細菌分類鑒定的依據之一。可以從菌落的表面形狀(圓形、不規則形、假根狀)、隆起形狀(扁平、臺狀、臍狀、乳頭狀等)、邊緣情況(整齊、波狀、裂葉狀、鋸齒狀)、表面狀況(光滑、皺褶、龜裂狀、同心環狀)、表面光澤(閃光、金屬光澤、無光澤)、質地(硬、軟、粘、脆、油脂狀、膜狀)以及菌落的大小、顏色、透明程度等方面進行觀察描述（圖2-10）。第一節細菌

圖2-10幾種細菌菌落的特徵縱剖面：1—扁平；2—隆起；3—低凸起；4—高屈起；5—臍狀；6—草帽狀；7—乳頭狀表面結構；形狀及邊緣：8—圓形，邊緣整齊；9—不規則，邊緣波浪；10—不規則，顆粒狀；11—規則，放射狀；12—規則，邊緣整齊，表面光滑；13—規則，邊緣齒狀；14—規則，有同心環，邊緣完整；15—不規則似毛氈狀；16—規則似菌絲狀；17—不規則，捲髮狀，邊緣波狀；18—不規則，絲狀；19—不規則，根狀第一節細菌（二）細菌在半固體培養基中的培養特徵用穿刺接種技術將細菌接種在含0.3%~0.5%瓊脂半固體培養基中培養，可根據細菌的生長狀態判斷細菌的呼吸類型和鞭毛有無，能否運動。如果細菌在培養基的表面及穿刺線的上部生長者為好氧菌。沿整條穿刺線生長者為兼性厭氧菌，在穿刺線底部生長的為厭氧菌。如果只在穿刺線上生長的為無鞭毛、不運動的菌；在穿刺線上及穿刺線周圍擴散生長的為有鞭毛、能運動的細菌（圖2-11）。

第一節細菌

圖2-11細菌在半固體培養基中的生長特徵①—絲狀；②—念珠狀；③—乳頭狀；④—絨毛狀：⑤—樹狀第一節細菌五、工業上常用的細菌（一）枯草芽孢桿菌營養細胞杆狀，大小一般為（0.7～0.8）μm×（2～3）μm)。菌體半圓形，單個或呈短鏈。在細胞中央部位形成芽孢，芽孢為橢圓形，大小約（0.6～0.7）μm×（1.0～1.5）μm（圖2-12）。細胞側生鞭毛，能運動。革蘭氏染色陽性。第一節細菌圖2-12枯草芽孢桿菌第一節細菌在固體培養基上為圓形或不規則形，較厚，呈乳白色。表面粗糙，不透明，邊緣整齊。在水分多的培養基上，菌落易擴散，可能較光滑，薄而透明。在肉汁培養基內，稍渾濁或不渾濁，產生醭。生長溫度為30～39℃，但在50～56℃時尚能生長。最適pH為6.7～7.2。需氧菌。芽孢抗高溫，一般在100℃3h才能殺死。有的芽孢抗高溫能力非常強，在100℃煮沸8h尚能發育生長，故需高溫滅菌才行。枯草芽孢桿菌能液化明膠，腖化牛奶，水解澱粉，在銨鹽溶液中發酵各種糖類生成酸。主要以2,3-丁二醇、羥基丁酮、CO2為主要產物。第一節細菌枯草芽孢桿菌為生芽孢的需氧桿菌。由於芽孢能抗高溫，所以分佈較廣，常存在於枯草、土壤中。一般來說為腐敗菌，例如，在醬油、醬類和白酒制曲時，如果水分含量大，溫度較高，就容易造成枯草芽孢桿菌迅速繁殖。這不但消耗原料蛋白質和澱粉，而且生成刺眼鼻的氨味，造成曲子發粘和異臭，使制曲失敗。此外，枯草芽孢桿菌是工業發酵的重要菌種之一，可用於生產澱粉酶、蛋白酶、5-核苷酸酶、某些氨基酸和核苷。第一節細菌（二）大腸桿菌細胞呈杆狀，大小為0.5μm×（1.0～3.0）μm，有的近似球形，有的則為長杆狀。能運動或不運動，運動者有周身鞭毛。一般無莢膜、無芽孢（圖2-13）。革蘭氏染色陰性。第一節細菌圖2-13大腸桿菌第一節細菌在固體培養基上菌落為白色或黃白色，邊緣整齊、濕潤、光滑、均勻擴展。肉汁培養基中混濁，產生大量灰色沉澱，不產生醭。大腸桿菌能使牛奶迅速產酸凝固，但不腖化、液化明膠；甲基紅陽性；VP陰性；能使葡萄糖和乳酸發酵，產酸、產氣。大腸桿菌能作為宿主供大量的細菌病毒生長繁殖，為詳細研究病毒的性質和複製提供了可能。大腸桿菌也是最早用作基因工程的宿主菌。工業上常將大腸桿菌用於生產谷氨酸脫羧酶、天冬醯胺酶和製備天冬氨酸、蘇氨酸及纈氨酸等。大腸桿菌也是食品和飲用水衛生檢驗的指示菌。第一節細菌（三）乳酸桿菌細胞杆狀至球狀。常生長成鏈，大多不運動，能運動者為周身鞭毛。無芽孢。正常菌落粗糙。革蘭氏染色陽性。常用的德氏乳酸桿菌為杆狀，大小為（0.5～0.8）μm×(2.0～9.0)μm（圖2-14）。在麥芽糖化液內，繁殖特別旺盛。菌體肥壯，產酸力特別強。在固體培養基上，菌落微小；在肉汁培養基內略帶混濁。第一節細菌圖2-14德氏乳酸桿菌第一節細菌乳酸桿菌的生長溫度為45～50℃，能發酵碳水化合物，85%以上的產物為乳酸。厭氧或兼性厭氧。乳酸桿菌可用於食品的保存和調整食品的風味。在食品工業上如乾酪的成熟，乳脂的酸化和醃菜、泡菜等的製作無不與乳酸桿菌有關。在醬油釀造過程中，它也起了良好的作用。第一節細菌（四）北京棒狀桿菌細胞呈短杆狀或小棒狀，有時微彎，兩端鈍圓，不分枝，單個或呈“八”字排列（圖2-15）。無芽孢。不運動。革蘭氏染色陽性。在普通肉汁瓊脂培養基上菌落呈圓形，24h後菌落呈白色，直徑1mm，一周後可達4.5～6.5mm，呈淡黃色，中間隆起，表面濕潤、光滑、有光澤，邊緣整齊。能使葡萄糖、麥芽糖、蔗糖迅速產酸；在海藻糖及肌醇中生長緩慢。能使糊精、半乳糖及木糖弱產酸，但均不產氣。其生長需生物素，硫胺素也能促其生長。好氧或兼性厭氧，26～27℃生長良好，41℃生長弱，55℃會使其死亡。北京棒狀桿菌是我國谷氨酸發酵的主要菌種之一。第一節細菌圖2-15北京棒狀桿菌第一節細菌（五）短桿菌細胞為短而不分枝的直杆狀，一般在（0.5～1.0）μm×（1.0～5.0）μm左右。大多數不具鞭毛。無芽孢。革蘭氏染色陽性。在肉汁培養基上生長良好。有時產生非水溶性色素，呈紅色、橙紅色、黃色或褐色。短桿菌為好氧菌。多數能使葡萄糖發酵產酸，不發酵乳糖。大多數能液化明膠，還原石蕊。短桿菌能使谷氨酸發酵，在利用糖質原料的谷氨酸發酵中，需要生物素作為生長因數。短桿菌屬中的黃色短桿菌和硫殖短桿菌能用於谷氨酸發酵生產。

第二節放線菌

放線菌是具有菌絲、以孢子進行繁殖、革蘭氏染色陽性的一類原核微生物。大多數放線菌為腐生菌，少數為寄生菌。它在自然界中分布極廣，主要習居於含水量較低、有機質豐富和呈鹼性的土壤中。土壤特有的腥味主要是由放線菌所產生的代謝產物引起的。第二節放線菌放線菌能產生大量的、種類繁多的抗生素。據不完全統計，在近萬種抗生素中，約有70%是由放線菌產生的，而鏈黴菌產生的抗生素又占放線菌總數的80%。此外，放線菌在醫藥、衛生、農業生產、食品加工等方面也得到廣泛應用，如由弗氏鏈黴菌產生的蛋白酶在制革工業中用以脫毛，從灰色鏈黴菌的發酵液中提取維生素B12，諾卡氏菌（原放線菌）在石油脫蠟、烴類發酵、處理含氰廢水方面具有實用價值等。但是，少數寄生型放線菌也會引起某些動植物病害，如人畜皮膚病、腦膜炎、肺炎等；馬鈴薯瘡痂病和甜菜瘡痂病等植物病害。放線菌具有特殊的土黴味，易使食品和水變味，失去使用價值。有的放線菌能破壞棉毛織品和紙張等，給生產者帶來巨大經濟損失。第二節放線菌

一、放線菌的形態結構1．放線菌的菌絲放線菌屬單細胞，大多數放線菌菌體由分枝發達的菌絲組成。根據放線菌菌絲的形態和功能不同，可分為營養菌絲、氣生菌絲和孢子絲三種（圖2-16）。第二節放線菌

圖2-16放線菌分化後的菌絲第二節放線菌

（1）營養菌絲

又稱為初級菌絲體或基內菌絲，它生長在培養基內，主要生理功能是吸收營養物。營養菌絲一般無隔膜，直徑0.2～1.2µm，長度差別很大，短的小於100µm，長的可達600µm以上。有的營養菌絲無色，有的則產生水溶性或脂溶性色素而呈現黃、綠、橙、紅、紫、藍、黑等各種顏色。（2）氣生菌絲又稱為二級菌絲體，它是營養菌絲發育到一定時期，長出培養基外並伸向空間的那部分菌絲。它疊生於營養菌絲之上，直徑比營養菌絲粗，約為1～1.4µm，直形或彎曲狀，有分枝。有的氣生菌絲產生色素，鏡檢觀察其顏色較深。第二節放線菌（3）孢子絲當氣生菌絲發育到一定程度，其上分化出可形成孢子的菌絲即為孢子絲，又稱為產孢絲或繁殖菌絲。孢子絲的形態多樣，有直形、波曲、鉤狀、螺旋狀和輪生等多種，是放線菌定種的重要標誌之一。放線菌孢子絲的常見形態見圖2-17。第二節放線菌圖2-17放線菌孢子絲的常見形態第二節放線菌2．放線菌的細胞結構放線菌的菌絲明顯分枝，有分生孢子，在液體、固體培養基中的形態類似黴菌，但是，在結構上，更類似於細菌。具有細胞壁、細胞膜、細胞質和核區，無核膜、核仁和細胞器；放線菌的細胞壁含有肽聚糖、磷壁酸、多糖等高分子物質，不含幾丁質和纖維素；革蘭氏染色陽性。第二節放線菌二、放線菌的繁殖放線菌主要通過形成無性孢子的方式進行繁殖，也可利用菌絲片斷進行繁殖。放線菌生長到一定階段，一部分菌絲形成孢子絲，孢子絲成熟便分化形成許多孢子。孢子呈圓形、橢圓形、杆狀、圓柱狀、瓜子狀、梭狀和半月狀等。同一孢子絲上分化的孢子，其形狀、大小有時也不一致。因此孢子的形狀和大小不能作為區分種的唯一依據，而必須結合孢子的表面來進行區分。通過電子顯微鏡下觀察，可看到孢子表面的結構因種而異，有的光滑、有的呈褶皺狀、刺狀、毛髮狀或鱗片狀。第二節放線菌放線菌的孢子常常帶有顏色，如白、灰、黃、橙黃、紅、藍等顏色。成熟孢子的顏色在一定培養基與培養條件下比較穩定。因此，孢子的顏色也是鑒定此類菌種的重要依據之一。有些放線菌可在菌絲上形成孢子囊，孢子囊內產生橫膈而形成孢子，孢子囊成熟後可釋放出大量孢囊孢子。放線菌產生的無性孢子主要有：分生孢子、節孢子和孢囊孢子（圖2-18）。在液體培養中，放線菌主要靠菌絲斷片來形成新的菌絲體，例如採用液體培養基發酵生產抗生素時，放線菌就是以此方式來繁殖的。第二節放線菌圖2-18放線菌孢子形成

第二節放線菌三、放線菌的菌落特徵放線菌的菌落由菌絲體組成，一般呈圓形、光平或有許多皺褶。在光學顯微鏡下觀察，菌落周圍具有輻射狀菌絲。放線菌的菌落特徵介於黴菌和細菌之間。由於放線菌的氣生菌絲較細，生長緩慢，分枝多而且相互纏繞，故形成的菌落質地緻密，表面呈緊密的絨狀或堅實，乾燥，多皺，菌落小而不蔓延。第二節放線菌

菌落形成隨菌種的不同分為兩類：一類是大量產生分枝的營養菌絲和氣生菌絲的菌種所形成的菌落，如鏈黴菌，營養菌絲伸入基質內，菌落緊貼培養基表面，極堅硬，若用接種鏟來挑取，可將整個菌落自表面挑起而不破碎。有時氣生菌絲體呈同心圓環狀（圖2-19），當孢子絲產生大量孢子並佈滿整個菌落表面後，才形成絮狀，粉狀或顆粒狀的典型放線菌菌落特徵。另一類是不產生大量菌絲的菌種，如諾卡氏菌，這類菌落的黏著力較差，結構呈粉質，用針挑取則粉碎（圖2-20）。由於菌絲和孢子常具有不同的色素，使得菌落的正面、背面常呈現出不同的顏色。第二節放線菌圖2-19鏈黴菌菌落

第二節放線菌圖2-20某種諾卡氏菌菌落與營養菌絲第二節放線菌四、工業中常用的放線菌（一）鏈黴菌屬鏈黴菌屬是放線菌中種類最多、產抗生素最多的一屬。鏈黴菌具有發達的營養菌絲和氣生菌絲，孢子絲和孢子所具有的典型特徵是區分各種鏈黴菌明顯的表觀特徵，產生多種抗生素是這類放線菌最突出的生理特性。該屬的孢子絲呈直形、波浪狀和螺旋狀，孢子絲發育到一定階段可產3～50個孢子，孢子呈球形、橢圓形或杆狀，有的表面光滑，有的表面呈瘤狀、刺狀、毛髮狀或鱗片狀等，成熟時呈現各種顏色。多數腐生型的鏈黴菌生長在含水量較低、通氣較好的土壤中，分解土壤中其他微生物難以利用的有機物，對土壤環境具有高度的適應性，在土壤改良中具有積極意義。第二節放線菌鏈黴菌屬可產生1000多種抗生素，用於臨床的已超過100種，許多著名的常用抗生素都是由鏈黴菌產生的，如鏈黴素、土黴素、井岡黴素、絲裂黴素、博來黴素、制黴菌素和紅黴素等。有些菌種還可以產生蛋白酶，葡萄糖異構酶，個別菌種用於製造微生物肥料，如“5406”抗生菌肥料等。第二節放線菌（二）小單孢菌屬小單孢菌屬的菌絲體纖細（圖2-21），直徑為0.3～0.6，無橫膈膜，不斷裂，菌絲體侵入培養基內，不形成氣生菌絲，只在營養菌絲上長出很多分枝小梗，頂端著生一個孢子。在單軸分枝的孢子梗上產生圓形的單生孢子是該屬最突出的表觀特徵。小單孢菌屬的菌落較鏈黴菌屬的菌落小得多，一般為2～3mm，通常呈橙黃色或紅色，也有黑色、深褐色和藍色等；菌落表面覆蓋著一薄層孢子堆。不少種產生抗生素，如臨床上廣泛使用的慶大黴素就是由該屬中的棘孢小單孢菌產生的。腐生型的小單孢菌具有很強的分解纖維素、幾丁質的能力，是土壤和水體中常見的放線菌。第二節放線菌圖2-21小單孢菌的形態第二節放線菌（三）諾卡氏菌屬諾卡氏菌屬又名原放線菌屬，培養15h至4d的菌絲體產生橫膈膜後可突然斷裂成長短近一致的杆狀或帶叉的杆狀體或球狀體（圖2-22），以此複製成新的多核菌絲體是該屬突出的特點。此屬中的多數種只有營養菌絲，而無氣生菌絲；少數種在營養菌絲表面覆蓋極薄的一層氣生菌絲。第二節放線菌圖2-22諾卡氏菌的形態第二節放線菌諾卡氏菌屬的菌落外形和結構多樣，通常比鏈黴菌菌落小。有的表面多皺，緻密乾燥；有的表面平滑或凸起；有黃、黃綠、紅橙等顏色。諾卡氏菌屬多為好氣性腐生菌，少數為厭氣性寄生菌，能同化各種碳水化合物，有的能利用碳氫化合物和纖維素等。主要分佈於土壤中，一些種能產生抗生素，如對革蘭氏陽性菌有作用的瑞斯托菌素，對結核分枝桿菌和麻風分枝桿菌有特效的利福黴素，對引起植物白葉枯病的細菌以及對原蟲子病毒有作用的間型黴素等。此外，有的諾卡氏菌在石油脫蠟、烴類發酵、處理含氰廢水方面有實用價值。第二節放線菌（四）遊動放線菌屬遊動放線菌屬以營養菌絲為主，有的有氣生菌絲，有的氣生菌絲較少；膈膜或有或無，直徑約0.2～2.6；以孢囊孢子繁殖，孢囊形成於營養菌絲體上或孢囊梗上，孢囊梗為直形或分枝，每分枝頂端形成一至數個孢囊，孢囊通常呈球狀、棒狀或不規則狀，孢囊成熟，釋放出圓形具有鞭毛，能在水中運動的遊動孢子（圖2-23）。多分佈在腐爛植物和土壤中。第二節放線菌圖2-23遊動放線菌的形態A—遊動放線菌孢囊的發育;B—遊動放線菌孢囊孢子成熟並釋放出來第二節放線菌（五）鏈孢囊菌屬鏈孢囊菌屬能形成孢囊和孢囊孢子，有時還可形成螺旋孢子絲，成熟後分裂為分生孢子。此屬菌的營養菌絲體分枝很多，橫隔稀少，直徑0.5～1.2，氣生菌絲體呈叢生、散生或同心環排列。此屬菌約15種以上，其中不少種可產生廣譜抗生素，如粉紅鏈孢囊菌產生的多黴素，可抑制革蘭氏陽性細菌、革蘭氏陰性細菌和病毒等，對腫瘤也有抑制作用；綠灰鏈孢囊菌產生的綠菌素，對細菌、黴菌和酵母菌均有作用；由西伯利亞鏈孢囊菌產生的兩性西伯利亞黴素，對腫瘤有一定療效。第三節酵母菌

酵母菌是一類腐生性微生物。不能以二氧化碳為碳源，必須以有機碳化物，主要是葡萄糖等單糖為碳源和能源。因此在自然界分佈於含糖豐富而偏酸的環境中，例如植物，特別是花蜜、樹汁、果實和葉子的表面，以及菜園和果園的土壤中。少數可寄生在動物體內，是人類和動物的病原菌，如白假絲酵母。酵母菌的代謝活動與人類有密切的關係。可用於發酵工業生產食品、單細胞蛋白、食品添加劑、核酸等。第三節酵母菌酵母菌在生活過程中表現出一些生活特性：世代時間短，可在簡單的培養基上生長，單個細胞能完成全部生命活動，能獲得各個生長階段的細胞，使其成為細胞學研究的主要材料，並且在分子生物學和分子遺傳學的研究領域有其重要的價值。目前已清楚部分酵母菌株的細胞核和細胞質基因，並已建立了有關生物學基礎研究的有用模型，在酵母菌生理學、生物化學、遺傳學的研究方面有較大的進展。第三節酵母菌一、酵母菌的形態結構（一）酵母菌的形態和大小大多數酵母菌為單細胞，細胞形態多種多樣，大多呈卵圓形、圓形或圓柱形。長約5～20µm，最長可達50µm，寬約1～5µm，最寬可達10µm以上。比細菌大幾倍至十幾倍。有的酵母菌，如熱帶假絲酵母菌的子細胞與母細胞常連在一起形成鏈狀。

第三節酵母菌（二）酵母菌的細胞結構

酵母菌的細胞結構（圖2-24）與高等生物相類似，屬真核生物，有真正的細胞核，

細胞核有核仁和核膜，DNA與蛋白質結合形成染色體。

細胞質有線粒體（能量代謝的中心）、中心體、核糖體、內質網膜、液泡等細胞器。但不存在高等動、植物中普遍存在的具有分化的高爾基體（Golgiapparatus）。細胞壁的組成成分主要是葡聚糖和甘露聚糖。

第三節酵母菌圖2-24酵母菌的細胞結構第三節酵母菌二、酵母菌的繁殖酵母菌的繁殖有無性繁殖和有性繁殖兩類。無性繁殖主要有芽殖、裂殖和芽裂殖，有性繁殖產生的有性孢子主要有卵孢子（oospore）、接合孢子(zygospore)和子囊孢子（ascospore）。有的酵母菌僅具有無性繁殖，尚未發現有性繁殖階段；有的既具無性繁殖，又具有性繁殖。前者稱為假酵母，後者稱為真酵母。第三節酵母菌(一)無性繁殖1．芽殖芽殖（budding）是酵母菌無性繁殖的主要方式，其過程是：首先在成熟的酵母細胞上長出芽體，芽體生長達最大體積時，通過形成隔壁層與母細胞分離，並可繼續生長成為新個體。在芽體形成的起始階段，水解酶分解細胞壁多糖，引起細胞壁某一特定部位變薄，形成小突起；此時細胞核內DNA複製結束，核延伸成細長的葫蘆狀，一部分進入突起內；與此同時伸長的核分裂，緊接著細胞質也分裂，並分別進入母細胞和芽體內，進一步在芽體的基部第三節酵母菌形成隔壁層，最後隔壁層分離，使子細胞從母細胞中脫落。並同時在母細胞表面留下了脫落的痕跡稱芽痕（budscar）。一個成熟的細胞一生中靠芽殖可產生9～43個子細胞，平均可產24個子細胞。大多數酵母菌可在母細胞的各個方向出芽，形成的子細胞呈圓形、橢圓形或臘腸形，稱為多邊芽殖。有的可在細胞的兩端出芽，稱為兩端芽殖。有的可在3端出芽，細胞呈三角形，但這種情況很少。第三節酵母菌在環境條件適宜、酵母菌生長繁殖迅速時，其芽殖形成的子細胞尚未與母細胞分離，便又在子細胞上長出新芽，從而形成成串的酵母細胞，極像黴菌菌絲，故稱為假菌絲，以示與黴菌菌絲的區別，有些酵母菌可形成極為發達的假菌絲，如假絲酵母。第三節酵母菌2．裂殖裂殖（fission）是少數酵母菌借助於細胞橫分裂而繁殖的方式，如裂殖酵母屬，當細胞長到一定大小後，細胞核便分裂，並在細胞中間產生一隔膜，然後兩個新細胞分開，末端變圓成為兩個單獨的子細胞。但在快速生長時期，細胞分裂而暫不分開，則形成細胞鏈，類似於菌絲。

3．芽裂殖芽裂殖是上述芽殖和裂殖的中間類型。少數酵母菌在一端出芽的同時在芽基處形成隔膜，把母細胞與子細胞分開，這種方式就是芽裂殖，又稱芽裂或半裂殖。還有些酵母菌可形成其他無性孢子，如擲孢子（ballistospore）、厚垣孢子（chlamydospore）、節孢子（arthrospore）、或在小梗上形成孢子等。第三節酵母菌第三節酵母菌（二）有性繁殖酵母菌以形成子囊孢子方式進行有性繁殖（圖2-25）。圖2-25酵母菌不同類型的子囊孢子A—八孢裂殖酵母；B—漢蓀酵母；C—土星漢蓀酵母；D—菜豆針孢酵母；E—蝕精黴第三節酵母菌三、酵母菌的菌落特徵在固體培養基上生長的酵母菌可形成菌落。外形上與細菌菌落極為相似，其特徵為表面濕潤粘稠，與培養基結合不緊密，但比細菌菌落大而厚，顏色也較單調，多數呈乳白色，少數呈紅色、黑色等。不同種類的菌落在形態、質地和邊緣特徵上均表現不同，如菌落光滑或起皺、平整或是突起、邊緣完整或有不規則的毛狀邊緣等。故菌落的特徵亦可作為酵母菌菌種鑒定的依據之一。第三節酵母菌在液體培養基中生長時可使清亮培養液變渾濁，這點與細菌的情況相似，但酵母菌也表現出一定的特徵，如有些種類生長在培養基的底部，並產生沉澱物；有些在液體培養基中均勻生長；有些則生長在液面，產生不同形態的菌醭，具有一定的分類意義。第三節酵母菌四、工業上常用的酵母菌(一)釀酒酵母釀酒酵母是工業上最常見的菌種之一（圖2-26）。按細胞長與寬的比例可將其分三組：圖2-26釀酒酵母形態圖第三節酵母菌①細胞大多為圓形或卵形，長與寬之比1～2。這類酵母除用於釀造飲料和製作麵包外，還用於酒精發酵。其中德國2號和12號最有名，但因其不能耐高濃度鹽類，故只適應於以糖化澱粉為原料生產酒精和白酒。②細胞形狀以卵形和長卵形為主，但有些圓形，長寬之比通常為2。常形成假菌絲，但不發達也不典型。這類酵母主要用於釀造葡萄酒和果酒，也可用於釀造啤酒、蒸餾酒和酵母生產。葡萄酒釀造業稱此為葡萄酒酵母。③大部分細胞長寬之比大於2，它以俗名為臺灣396號酵母為代表。常將其用於糖蜜原料生產酒精。其特點為耐高滲透壓，忍受高濃度鹽類。該酵母原稱魏氏酵母。第三節酵母菌（二）卡爾斯伯酵母卡爾斯伯酵母是丹麥卡爾斯伯啤酒廠分離出來的，它是啤酒釀造中典型的底面酵母。其細胞為圓形或卵圓形，直徑5～10µm。它與釀酒酵母在外形上的區別是部分細胞的細胞壁有一平端。另外溫度對兩類酵母的影響不同。在高溫時，釀酒酵母的生長更快，但在低溫時卡氏酵母生長較快。釀酒酵母繁殖速度最高時的溫度為35.7～39.8℃，而卡氏酵母是31.6～34℃。1970年卡氏酵母已與婁哥酵母和葡萄汁酵母合併為葡萄汁酵母，能發酵棉子糖。第三節酵母菌（三）異常漢遜氏酵母細胞為圓形（直徑4～7µm），橢圓形或臘腸形（2.5～6）µm×（4.5～20）µm，甚至有長達30µm的長細胞。多邊芽殖，發酵液面有白色的醭，培養液混濁，有菌體沉澱於管底。生長在麥芽汁瓊脂斜面上的菌落平坦，乳白色，無光澤，邊緣呈絲狀。在加蓋