微生物复习知识点

第一章 微生物的特点: 1. 小（个体微小） m 级：普通细菌（光镜，电镜） nm 级：病毒（电镜） 少数较大，肉眼可 见 2. 简（结构简单）单细胞 简单多细胞 非细胞 3. 低（进化地位低）(1) 非细胞：病毒，类病毒，朊病毒 (2)原核类：普通细菌，放线菌，蓝细菌 ，支 原体，立克次氏体，衣原体 (3) 真核类：真菌（酵母菌，霉菌，蕈菌） 单细胞藻类，原生动物 4. 比表面积大 5. 分布广，种类多 6. 代谢类型多样 7. 生长和繁殖快 8. 易变异 微生物在生物界中的地位: 1969 年 Whittaker 五界系统： 原核生物界、原生生物界、菌物界、植物界和动物界 1977 年-1990 年 Woese 细胞生命三域学说： 细菌域 古菌域 真核生物域 微生物学的研究内容:微生物的形态结构、生理生化、遗传变异、进化、分类、生态、应用 微生物学的分支学科 : 基础微生物学 应用微生物学 一. 我国古代对微生物的利用 饮食：8000 年前，制曲酿酒工艺 2500 年前，制酱、酿醋 农业：春秋战国，有机肥制作 医药：种痘防天花；中药 二. 微生物的发现:1676 年，荷兰 Leeuwenhoek 自制显微镜，微生物世界 三. 微生物学的奠基时期 1. Pasteur (1822-1895)法国微生物学家、化学家 近代微生物学的奠基人 法兰西学院院士“进入科学王国 的最完美无缺的人” 主要贡献 : （1）否定 “自生说 ” ，证实发酵由微生物引起（ 2）传染病 是微菌在生物体内发展的结果 免疫学 预防接种（3）建立“巴氏消毒法” Pasteur 的曲颈瓶试验 2. Koch 1）确定了炭疽病、结核病等传染病的病原菌 2）提出了柯赫氏法则 3）建立和改进了微生物学的研究技术 和方法 Koch 的助手 Petri 设计玻璃培养皿 Koch 的助手 Hesse 用洋菜作固体培养基的支撑物 五. 现代微生物学 微生物学、生物化学、遗传学、分子生物学、计算机科学的综合现代微生物学 重大理论问题的突破： 1. 1941 年，Beadle 和 Tatum 研究粗糙脉孢霉的营养缺陷株 ，提出了 “一基因一酶”假说。 2. 1944 年 Avery 在研究细菌的转化因子时发现了 DNA 的作用，揭露了遗传基因的化学本质。 3. 1953 年，Watson 和 Crick 发现了 DNA 的双螺旋结构，大大促进分子遗传学的发展。 4.1961 年 Jacob 和 Monod 提出了大肠杆菌乳糖代谢调控的操纵子学说 微生物代谢调控方式。 5. 1965 年，Nirenberg 破译 DNA 碱基组成的三联密码，揭示了生物同一性的本质。 6. 1973 年，Cohen 等，不同的质粒 DNA 体外重组，转化大肠杆菌成功（基因工程） 7.人干扰素、人白介素 2、人集落刺激因子、重组人乙型肝炎疫苗、基因工程幼畜腹泻疫苗等多种基因工 程药物和疫苗进入生产或临床试用阶段。 8. DNA 序列分析，DNA 分子杂交，Pr 生物合成，PCR 技术迅速发展 9. “生命三域学说” 的提出 10. 微生物基因组的研究 1995 年，美国，流感嗜血杆菌（Haemophilus influenzae）的全基因组序列。 。 。 。 第二章 微生物的纯培养和显微技术 培养物：在人为规定的条件下培养、繁殖得到的微生物群体。 纯培养物：只有一种微生物的培养物。 B：显微技术： 包括显微标本的制作、观察、测定、记录及分析等方面的内容。 无菌技术：在分离、转接及培养纯培养(物) 时防止其被其他微生物污染同时也不污染周围环境的技术。 常用的无菌技术 ：高压蒸气灭菌、高温干热灭菌、超净工作台、棉塞 二、用固体培养基分离纯培养 菌落：单个微生物在适宜的固体培养基表面或内部生长、繁殖到一定程度形成的肉眼可见、有一定形态结 构的子细胞生长群体。 菌苔：当固体培养基表面众多菌落连成一片时，便成为菌苔。 菌落或菌苔是对微生物进行分类和鉴定的重要依据。 用固体培养基分离纯培养技术 ：稀释倒平板法 、涂布平板法 、平板划线分离法 、稀释摇管法 （用于 分离严格厌氧菌。 ） 用液体培养基分离纯培养： 稀释法：经高度稀释后，同一个稀释度的试管中大多数（95%以上）表现不生长，很可能得到的是纯培养。 单细胞（单孢子）分离 ： 单细胞分离：采取显微分离法从混杂群体中直接分离单个细胞或单个个体进行培养以获得纯培养。 选择培养、富集培养：富集条件：物理、化学和生物等。 菌种保藏：就是根据菌种特性及保藏目的的不同，给微生物菌株以特定的条件，使其存活而得以延续。 菌种保藏方法：连续转接、改变条件（干燥、低温、缺氧、缺乏营养等） 在需要时再通过提供适宜的生长条件使保藏物恢复活力。 1、传代培养保藏 是微生物保存的基本方法。 琼脂斜面、半固体琼脂柱和液体培养等。 橡皮塞封口或用石蜡覆盖。 放置低温保存。 2、冷冻保藏 代谢作用停止。 会有损伤：低温会使细胞内水分形成冰晶，从而引起细胞（尤其是细胞膜）的损伤。 速冻及快速解冻可减少损伤；还可加一些保护剂，如 0.5%左右的甘油或二甲亚砜可透入细胞，并通过降 低强烈的脱水作用而保护细胞。 3、干燥保藏法 沙土管保存和冷冻真空干燥保藏是最常用的二种微生物干燥保藏技术。 沙土管保存 ：将菌种接种至斜面，培养至长出大量的孢子后，洗下孢子制备孢子悬浮液，加入无菌沙土 试管中，减压干燥，直至将水分抽干，最后用石蜡、橡胶塞等封闭管口，置冰箱保存。 此法主要适用于产孢子的微生物，如芽孢杆菌、放线菌等，保藏时间相对较长。 冷冻真空干燥保藏 将加有保护剂的细胞样品预先冷冻，使其冻结，然后在真空下通过水的升华作用除去水分。达到干燥的样 品可在真空或惰性气体的密闭环境中置低温保存，从而使微生物处于干燥、缺氧及低温的状态，生命活动 处于休眠，可以达到长期保藏的目的。 微生物的保藏 保藏期间微生物不死亡、不污染、不会因变异而丢失重要的生物学性状。 许多国家都设有相应的菌种保藏机构：中国微生物菌种保藏委员会 、 美国典型菌种保藏中心 、 世界 菌种保藏联合会等 。 一、显微镜的种类及原理 普通光学显微镜、暗视野显微镜、相差显微镜、荧光显微镜、透射电子显微镜、扫描电子显微镜、扫描隧 道显微镜 分辨率：重要性能参数。 显微镜物象是否清楚不仅决定于放大倍数，还与显微镜的分辨率（resolution）有关。 分辨率是指显微镜（或人的眼睛距目标 25cm 处）能分辨物体最小间隔的能力。 分辨率的大小决定于光的波长和镜口角以及介质的折射率。 1、活体观察 （1）压滴法：将菌悬液滴于载玻片上，加盖盖玻片后立即进行显微镜观察。 （2）悬滴法：在盖玻片中央加一小滴菌悬液后反转置于特制的凹载玻片上后进行显微镜观察，为防止液 滴蒸发变干，一般还应在盖玻片四周加封凡士林。 （3）菌丝埋片法：将无菌的小块玻璃纸铺于平板表面，涂布放线菌或霉菌孢子悬液，经培养，取下玻璃 纸置于载玻片上，用显微镜对菌丝的形态进行观察。 2、染色观察 固定的目的：杀死细菌。使菌体粘附于坡片上。增加细菌对染料的亲和力。 常用的方法有酒精灯火焰加热和化学固定二种。 细菌菌落：菌落较小，圆形，光滑，较湿润，透明、半透明或不透明，质地均匀，大多易挑取。 孢子丝： 当气生菌丝生长发育到一定阶段，气生菌丝上分化出的可形成孢子的菌丝。 孢子丝的形状及在气生菌丝上排列的方式随种而异。 放线菌的菌落：菌落质地硬而致密，菌落小而不广泛延伸。菌落表面呈紧密的绒状或坚实、干燥多皱。接 种针难以挑取，有时可挑碎，有时可将整个菌落挑起。 1、霉菌即丝状真菌，指菌丝发达而不产生大型肉质子实体的真菌。 菌丝有分枝与不分枝、无隔菌丝（根霉、毛霉）与有隔菌丝（青霉、曲霉）之分。 霉菌菌落：菌落通常较大，干燥，不透明，质地疏松，呈绒毛状、蛛网状、棉絮状或毡毯状，由于不同的 真菌孢子含有不同的色素，所以菌落表面可呈不同的颜色，且菌落中央与边缘、正面与反面的颜色、构造 常不同 。 霉菌作用：在发酵工业上广泛用来生产酒精、抗生素（青霉素、灰黄霉素） 、有机酸（柠檬酸、葡萄糖酸） 、 维生素等。 在农业上用于饲料发酵、植物生长激素（赤霉素） 、杀虫农药（白僵菌剂）等。 另外，霉菌也是造成物品霉变的主要原因。 2、酵母菌 酵母菌是一群以芽殖或裂殖来进行无性繁殖的单细胞真菌，以此与霉菌相区别。极少数种可产生子囊孢子 进行有性繁殖。 酵母菌在酿造、食品、医药工业等方面占有重要地位。酵母菌细胞蛋白质含量高达细胞干重的 50%以上， 并含有人体必需的氨基酸，所以酵母菌可以成为食品和饲料的重要补充。 腐生型酵母菌能使食品和其他原料腐败变质；白假丝酵母（白色念珠菌）可引起皮肤、粘膜、呼吸道及泌 尿系统等多种疾病，新型隐球酵母还能引起慢性脑膜炎、肺炎等疾病。 三、藻类 藻类是指除苔藓植物和维管束植物以外，基本上有叶绿素，可进行光合作用，并伴随放出氧气的一大类真 核生物。个体大小差异很大。 水华、赤潮 四、原生动物 原生动物是一类缺少真正细胞壁，细胞通常无色，具有运动能力，并进行吞噬营养的单细胞真核生物。 原生动物在海水、淡水中大量存在，它们也与各种动植物在不同组织水平上形成共同体，有些对宿主无害， 有些对宿主有利，有些对宿主有害。也有一些原生动物能引起人类疾病。 第三章 一. 细胞壁 细胞最外层厚实、坚韧而有弹性的结构，主要由肽聚糖构成。 观察方法：1）鉴别染色 2）质壁分离 3）切片电镜观察 细胞壁功能：1）固定外形，提高机械强度；2）阻止大分子物质（如酶、抗生素）通过； 3）协助细胞的生长、分裂和鞭毛运动；4）决定细菌的抗原性、致病性和对噬菌体的敏感性。 两种不同的细胞壁： 革兰氏染色反应 染色步骤：（1）结晶紫 初染（2 碘液 媒染 （3）乙醇 脱色 （4）复红/沙黄 复染 染色结果： G+细菌 紫红色 G- 细菌 红色 一）革兰氏阳性细菌的细胞壁 厚：2080nm 主要成分：肽聚糖、 磷壁酸 1. 肽聚糖 1）组成：（1）双糖单位（2）四肽侧链（L-Ala、D-Glu、L-Lys 、 D-Ala） （3）肽桥（Gly） 作用：形成坚硬而有弹性的三维空间网络 2. 磷壁酸 G+细菌特有 分为壁磷壁酸、膜磷壁酸 1）组成： 为磷酸甘油或磷酸核糖醇多聚体的衍生物 2）作用：提高 Mg 2+浓度和酶的活性；作为某些噬菌体的吸附位点；表面抗原；纵向加强肽聚糖的结 构 二）革兰氏阴性细菌的细胞壁 结构和主要成分：肽聚糖和外膜 1. 革兰氏阴性细菌肽聚糖 少数几层 有双糖单位、四肽侧链 (L-Lys3 DAP 3 ) ， 甲四肽的 D-Ala4-乙四肽中的 DAP3 连接 2. 外膜 1) 脂多糖 G-细菌 外膜层特有： (1) 类脂 A（lipid A） 细菌内毒素 不同 G-细菌骨架一致 (2) 核心多糖 有属特异性 (3) O-特异侧链： 由 35 个单糖单位所构成的多糖链、 菌体抗原，有种特异性。 2) 脂蛋白：成分与细胞质膜上的脂蛋白相似 连接外膜层和肽聚糖 3. 外膜蛋白 孔蛋白 亲水性，低分子物质进出细胞壁的通道 分为非特异性孔蛋白、 特异性孔蛋白 4. 周质空间：G -细菌 外膜与细胞膜之间的狭窄空间 含有许多参与代谢的蛋白： 水解酶、合成酶 ，结合蛋白（运输养料） ，受体蛋白（趋化性） G+与 G-细菌细胞壁的主要区别 区别点 G+细菌 G-细菌 结构层次 厚度/nm 肽聚糖 磷壁酸 脂多糖 脂蛋白 蛋白质 青霉素作用 溶菌酶作用 单层 2080 4090交联高 + - - +或- 敏感 敏感 内壁层 18 510交联低 - - +或- - 外壁层 810 - - + + + 不敏感 不敏感 革兰氏染色反应的机制： 细胞壁化学成分的差异 G+细菌：壁厚、肽聚糖层次多、交联紧密、无类脂 脱色时失水网孔缩小，初染的结晶紫-碘复合物留在壁内（紫色） ，复染后呈紫红色。 G- 细菌：壁薄、肽聚糖层次少、交联疏松，有类脂外膜 脱色时类脂外膜迅速溶解，薄而松散的肽聚糖层不能阻挡结晶紫-碘复合物的溶出，脱色后退为无色， 复染后呈现红色。 三）古菌细胞壁 1. 假肽聚糖细胞壁 聚糖骨架： N-乙酰葡糖胺+ N- 乙酰塔罗糖胺糖醛酸 （-1,3 糖苷键） 三肽侧链： L-Glu、 L-Ala、 L-Lys 肽桥：L-Glu 2. 独特多糖细胞壁 3. 硫酸化多糖细胞壁 4. 糖蛋白细胞壁 5. 蛋白质细胞壁 二. 细胞壁以内的构造 (原生质体 ) 一）细胞质膜：位于细胞壁内侧，包围着细胞质，柔软、脆弱、富有弹性的半透膜。 质壁分离、鉴别 染色或原生质体破裂 超薄切片电子显微镜观察 化学组成和结构 1）磷脂 磷酸甘油脂的双分子层、磷酸端亲水的头部、烃端疏水的尾部 磷酸上的 R 基团因物种而异；脂肪酸的链长和饱和度也因物种和生长温度而异 2）蛋白质 周边蛋白：在膜的表面，亲水性（改变 pH，离子强度等可分离） 跨膜蛋白:镶嵌于磷脂双层中，疏水性（需用表面活性剂或有机溶剂等剧烈条件才能分离） 2. 功能 1）选择性运送物质；2）维持细胞内正常渗透压；3）含磷酸化酶系，是原核细胞产能场所；4） 合成细胞壁和糖被组分的基地；5）着生鞭毛基体的部位。 古菌的细胞膜结构特点：1）聚异戊二烯甘油醚类脂 2）醚键 双分子层膜 3）单分子层膜（更牢固） 单 双分子层膜 4）甘油 3C 上有独特的 R 基团，如磷酸酯基 5）膜上含有独特脂类，如菌红素 二）细胞质及其内含物 细胞质 ：细胞质膜包围的除核区以外的一切半透明、胶状及小颗粒状物质的总称。 内含物：细胞质内形状较大的颗粒状结构。 细胞质组分：核糖体、酶、中间代谢物、营养物、质粒等。 核糖体：核糖核酸+蛋白质 内含物组分 1. 颗粒性贮藏物 聚 -羟基丁酸 糖原和淀粉 异染粒 （磷源、能源） 藻青 素 （氮源、能源） 硫滴和硫粒 3. 磁小体：某些趋磁细菌中存在的多面体结构，成分为 Fe3O4 ，有膜包裹。 功能： 趋磁导向 4. 气泡 某些水生细菌含有 蛋白质组成的圆形或梭形结构 贮存气体 功能：运动工具 三）核区：指原核生物所特有的无核膜包裹、无固定形态的原始细胞核。 环状双螺旋 DNA 一个细胞正常只含一个核区，有时多个 功能：携带细菌的绝大多数遗传信息，是生长发育、新陈代谢、遗传变异的控制中心。 质粒：细菌染色体以外的遗传物质，能独立复制，为共价闭合环状的双螺旋 DNA。在细胞内的拷贝数多 少不一 分子量小：110 6 10010 6Da 基因少：几个到上百个 genes 功能：携带细菌的部分非必需遗传信息，执行某些特殊的功能，常可转移到其他细菌并具有重组性。 四）特殊的休眠构造 1. 芽孢：某些细菌在生长发育后期，能在细胞内部形成一个圆形、椭圆形或圆柱形的壁厚、含水量低、 抗逆性强的高度折光的休眠体，称为芽孢。 抵抗热、紫外线、电离辐射、干燥、化学药品， 存活时间长，产生芽胞的大都是革兰阳性菌：如芽孢杆菌属、梭菌属、生孢八叠球菌属等 1）芽孢的形态：芽胞的形状、大小、位置和表面特征等具有重要的分类鉴别意义。 2）芽孢的结构五部分：（1）孢外壁：脂蛋白 （2） 芽孢衣：蛋白（30-60干重） （3）皮层：特殊肽聚糖、DPA-Ca （4） 核心壁：类似细胞质膜 (5) 核心：含芽孢壁、芽 孢质膜、芽孢质和核区等 4）芽孢的萌发： 活化 出芽 生长 芽孢出芽时，壁薄或不完整，出现很强的感受态 7）伴孢晶体： 少数芽孢杆菌在形成芽孢时，芽孢旁产生菱形或双锥形的碱溶性蛋白晶体，称为伴孢晶体。 （1）可毒杀 200 多种昆虫（生物农药） （2 细菌分类鉴定的重要指标（3）有助于细菌长期保藏（4）有助 于芽孢菌的筛选（5）衡量消毒灭菌手段的重要指标 ： 肉毒梭菌（肉品灭菌的指标）破伤风梭菌、产气 荚膜梭菌（外科手术灭菌指标） 嗜热脂肪芽孢杆菌（工业发酵灭菌的指标） 特点：不溶于水，对 蛋白酶类不敏感； 易溶于碱性溶剂。 2. 细菌的其他休眠构造 孢囊：某些固氮菌等在缺乏营养的条件下，由细胞外壁加厚、细胞失水而形成一种抗干旱但不抗热的球 形休眠体。 抵抗：干旱、机械损伤、紫外线 如：棕色固氮菌 三. 细胞壁以外的构造 一）糖被： 包被于某些细菌细胞壁外的一层厚度不定的胶状物质。 成分：多糖、多肽、蛋白质 2. 糖 被的类型：1）荚膜、微荚膜 。有外缘，附着稳定 2）粘液层。无明显外缘，结构松散并能向环境基质扩 散 3）菌胶团。 包裹在细胞群上。 3. 糖被的作用：1）保护作用 2）贮藏养料 3）透性屏障 4）表面附着 5）信息识别 6）堆积代谢废物 4. 价值：（1） 制备生化试剂 ： 肠膜明串珠菌 ：蔗糖葡聚糖荚膜右旋糖苷（代血浆） （2） 污水处理： 动胶菌 ： 吸附、分解、沉降有害物质 1. 鞭毛： 生长在某些细菌体表的长丝状、波形弯曲的蛋白质附属物，具有运动功能。 球菌：一般无 杆菌：有/无 弧菌和螺旋菌：大多有 趋避运动 化学趋避运动或趋化作用:细菌对某化学物质敏感,通过运动聚集于该物质的高浓度区域或低浓度区域. 菌毛长在细菌体表的纤细、中空、短直、数量较多的蛋白质类附属物,具有使菌体附着于物体表面的功 能 .性毛构造和成分与菌毛相同，但比菌毛长而粗，数量仅一至少数几根。其功能是向受体菌传递遗传物质。 一. 蓝细菌：光合细菌 分布广泛：各种水环境，土壤，岩石，树干 “垫状体”、 “水华” 、 “地衣”、 “红萍” 作用：岩石风化、土壤形成、固氮。结构特征：含色素：叶绿素 a，-胡萝卜素，藻胆色素 糖原 异形胞：丝状体蓝细菌中，有的细胞稍大，色浅，厚壁，含大量糖脂，氧气透入缓慢，缺乏光系统 II， 这样的细胞称为异形孢，是蓝细菌的固氮场所 。 静息孢子：丝状体细胞链中间或末端的形大、色深、壁厚的休眠细胞，胞内有贮藏性物质，具有抗干旱 或冷冻的能力。 繁殖方式：二分裂、复分裂、连锁体断裂；芽殖 粘细菌 能产生子实体的滑行细菌，具有复杂的行为模式和生活周期 1. 生活周期两个阶段：营养细胞和子实体 2. 专性好氧、化能有机营养：微生物尸体、土壤表层、树皮、堆肥；有些能分解纤维素、几丁质、脂类 黄色粘球菌生活周期： 营养细胞（生长、聚集、细胞堆）子实体（含粘孢子 ）发芽，生长 营养细 胞 三. 支原体 1）细胞小，能通过细菌过滤器 2）无细胞壁，细胞形态多变 3）可人工培养，但条件要求 苛刻 4）在固体培养基上生长缓慢，形成“煎鸡蛋” 样菌落 5）分布于土壤、污水、温泉等环境及动物体内 6）腐生、共生、寄生，少数致病 立克次氏体 1）球状、杆状，随寄主和发育阶段表现出多形态 2）大多为专性活细胞寄生 3）可用鸡胚 or 动物细胞来培养 寄生过程有 2 个阶段： 初生宿主（节肢动物）终末宿主（人畜） 五. 衣原体 ：个体微小，球形、椭圆 专性寄生菌：仅在脊椎动物细胞内生活 独特生活周期：有 2 种细胞类型 真核微生物：凡是细胞核具有核膜；能进行有丝分裂；细胞质中存在线粒体或同时存在叶绿体等细胞器 的微小生物。 真核生物与原核生物的区别* 比较项目 真核生物 原核生物 细胞大小 较大 较小 细胞壁（若有） 纤维素，几丁质等 肽聚糖等 细胞膜 有甾醇 无甾醇（除支原体） 细胞质 有功能特化的细胞器 无细胞器，但有核糖体 细胞核 有核膜、核仁，染色体数常1 ， 进行有丝分裂和减数分裂 无核膜、核仁，染色体数常为 1， 不进行有丝分裂和减数分裂 繁殖方式 有性、无性 无性 遗传重组方式 有性生殖、准性生殖等 转化、转导、接合等 厌氧生活 罕见 常见 化能自养 无 有些有 一. 细胞壁 含多糖、蛋白质、脂类等成分。纤维素 （低等真菌）多糖 、几丁质 （高等真菌） 葡聚糖（酵母 菌） 1. 酿酒酵母： 3 层： 表面：甘露聚糖 中间：蛋白质 里面：葡聚糖 二. 鞭毛 1）尾鞭式鞭毛： 细丝状，尖端越细 2）茸鞭式鞭毛： 羽毛状，侧生细毛 着生于中央或一 端 三. 细胞质膜 结构和功能与原核生物的类似，有少数差异 五. 细胞基质和细胞器 1. 细胞基质：在真核细胞质中，除细胞器以外的胶状溶液。它含有细胞骨架和酶等蛋白质、各种内含物 和中间代谢物。细胞骨架：由微管、肌动蛋白丝和中间丝构成的细胞支架。 2. 内质网和核糖体：功能：合成和运送蛋白质 3. 高尔基体功能：对蛋白质原进行酶切加工 合成、分 泌糖蛋白、脂蛋白 4. 溶酶体：含酸性水解酶，消化功能 5. 微体：过氧化物酶体：分解过氧化物，氧化脂 肪酸 6. 线粒体：功能：氧化磷酸化，产 ATP （动力车间）有单独的线粒体基因组 7. 叶绿体功能：光合 作用 （食品车间）有单独的叶绿体基因组 第四章 营养物质:能够满足机体生长、繁殖和完成各种生理活动所需要的物质 营养:微生物获得和利用营养物质的过程 微生物的营养要素：六要素：碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水 1. 碳源 在微生物生长过程中能为微生物提供碳素来源的物质 微生物利用的碳源物质主要有:糖类、有机酸、醇、脂类、烃、CO2 及碳酸盐等。 工业发酵常用碳源：单糖、淀粉、麸皮、米糠等。 2. 氮源 ：在微生物生长过程中能为微生物提供氮素来源的物质 按氮源的不同，生物可分为：1）氨基酸自养型：能利用尿素、铵盐、硝酸盐甚至氮气的微生物。2）氨基 酸异养型：只能利用有机氮源的微生物。 常用的蛋白质类氮源包括蛋白胨、鱼粉、蚕蛹、黄豆饼粉、玉米浆、牛肉浸膏、酵母浸膏等 3. 能源：能为微生物的生命活动提供最初能量来源的营养物或辐射能。 4. 生长因子：微生物生长所必需而且需要量很小，但微生物自身不能合成的或合成量不足以满足机体生 长需要，必修从外界加入的有机化合物。 5. 无机盐 作用：参与微生物中氨基酸和酶的组成； 调节微生物的原生质胶体状态，维持细胞的渗透 与平衡； 酶的激活剂 6. 水生理功能主要有：起到溶剂与运输介质的作用；参与细胞内一系列化学反应； 维持蛋白质、核酸等生物大分子稳定的天然构象良好的热导体控制 多亚基细胞结构的组装与解离。 微生物的营养类型： 生长所需要的营养物质 ：自养型生物 异养型生物 生物生长过程中能量的来源：光能营养型 化能营养型 根据碳源、能源及电子供体性质的不同，可将微生物分为： 光能无机自养型：利用光能进行光合作用获取生长所需要的能量；能以 CO2 为主要唯一或主要碳源；以 无机物如 H2、H2S、S 等作为供氢体或电子供体，使 CO2 还原为细胞物质； 光能 CO2+ 2H2S 光合色素 CH2O + 2S+ H2O 光能有机异养型：不能以 CO2 为主要或唯一的碳源； 以有机物作为供氢体，利用光能将 CO2 还原为细胞物质 在生长时大多数需要外源的生长因子； 化能无机自养型：生长所需要的能量来自无机物氧化过程中放出的化学能 以 CO2 或碳酸盐作为唯一或主要碳源进行生长时，利用 H2、H2S、Fe2+ 、NH3 或 NO2-等作为电子供体 使 CO2 还原成细胞物质。 化能无机自养型只存在于微生物中，可在完全无机及无光的环境中生长。它们广泛分布于土壤及水环境中,参 与地球物质循环。 化能有机异养型：生长所需要的能量均来自有机物氧化过程中放出的化学能 生长所需要的碳源主要是一些有机化合物，如淀粉、糖类、纤维素、有机酸等。 有机物通常既是碳源也是能源 大多数细菌、真菌、原生动物都是化能有机异养型微生物 所有致病微生物均为化能有机异养型微生物； 微生物的四种营养类型各有何特点？ 培养基是人工配制的,适合微生物生长繁殖或产生代谢产物的营养基质。 任何培养基都应该具备微生物生长所需要六大营养要素：碳、氮、能源 无机盐 生长因子 水 选用和设计培养基的原则和方法 1、选择适宜的营养物质 2、营养物的浓度及配比合适 3、物理、化学条 件适宜：pH 水活度 氧化还原电位 4、经济节约 ：以粗代精、以“野” 代“家”、以废代好、以简代繁、以 烃代粮、以纤代糖、以无机氮代蛋白 5、灭菌处理：常规高压蒸汽灭菌：121.315-30 分钟 112.6 15-30 分钟 6、精心设计、试验比较 培养基的类型：1按成份不同划分（1）天然培养基（2）合成培养基 2根据物理状态划分（1）固体培养基：固体培养基常用来进行微生物的分离、鉴定、活菌计数及菌种保 藏 琼脂含量一般为 1.5%-2.0%（2）半固体培养基：观察微生物的运动特征、分类鉴定及噬菌体效价 滴定 琼脂含量一般为 0.2%-0.7% （3）液体培养基：大规模工业生产及实验室内微生物基础理论和应用 方面的研究 不加任何凝固剂 3、按用途划分 1）基础培养基：在一定条件下含有某种微生物生长繁殖所需的基本营养物质的培养基,也 称为基本培养基 2）完全培养基： 在一定条件下含有某种微生物生长繁殖所需的所有营养物质的 培养基. 3)加富培养基： 在普通培养基中加入某些特殊营养物质制成的一类营养丰富的培养基。 这些特殊营养物 质包括血液、血清、酵母浸膏、动植物组织液、特殊碳源等 4）鉴别培养基：用于鉴别不同类型微生物的 培养基特定的化学反应,产生明显的特征性变化， 根据这种特征性变化,可将该种微生物与其他微生物 区分开来。5）选择培养基：用于将某种或某类微生物从混杂的微生物群体中分离出来的培养基. 根据不同种类微生物的特殊营养需求或对某种化学物质的敏感性不同,在培养基中加入相应的特殊营养 物质或化学物质,抑制不需要的微生物的生长,有利于所需微生物的生长。 营养物质进入细胞：扩散、促进扩散、主动运输、膜泡运输 扩散：物质跨膜扩散的能力和速率与该物质的性质有关,分子量小、脂溶性强、极性小的物 质易通过扩散进出细胞。 水、脂肪酸、乙醇、甘油、苯、气体分子(O2、CO2)及某些氨基酸.主动运输： 初级 次级主动运输：逆向、同向、单向运输 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。 膜泡运输主要存在于原生动物中,特别是变形虫 扩散、促进扩散、主动运输、膜泡运输四种营养运输方式的比较 比较项目 扩散 促进扩散 主动运输 基团移位 特异载体蛋白 无 有 有 有 运送速度 慢 快 快 快 溶质运送方向 由浓至稀 由浓至稀 由稀至浓 由稀至浓 平衡时内外浓度内外相等 内外相等 内部高 内部高 运送分子 无特异性 特异性 特异性 特异性 能量消耗 不需要 不需要 需要 需要 运送前后溶质分子不变 不变 不变 改变 载体饱和效应 无 有 有 有 与溶质类似物 无竞争性 有竞争性 有竞争性 有竞争性 运送抑制剂 无 有 有 有 运送对象举例 水、O2 糖、SO42- 氨基酸、维生素 葡萄糖 第五章 代谢：生物体内所进行的全部生化反应的总称 分为分解代谢-产能代谢 和合成代谢- 耗能代谢 微生物产能代谢是指物质在生物体内经过一系列连续的氧化还原反应，逐步分解并释放能量的过程，又称 生物氧化。 生物氧化的功能：产能（ATP） 、产H和小分子中间代谢物. 呼吸作用与发酵作用的根本区别：电子载体不是将电子直接传递给底物降解的中间产物，而是交给电子传 递系统，逐步释放出能量后再交给最终电子受体。 异养微生物的生物氧化（1）发酵（2）呼吸：有氧、无氧呼吸 发酵：有机物氧化释放的电子直接交给本身未完全氧化的某种中间产物,同时释放能量并产生各种不同的 代谢产物。 糖酵解：生物体内葡萄糖被降解成丙酮酸的过程 糖酵解是发酵的基础 主要有四种途径：EMP 途径、HM 途径、ED 途径、磷酸解 酮酶途径。 (1) EMP 途径 C6H12O6+2NAD+2ADP+2Pi2CH3COCOOH+2NADH +H+ +2ATP 许多需氧菌、兼性厌氧菌和专性厌氧菌都具有该途径 糖酵解的生理功能：1）ATP 能量 2）NADH + H+ 有氧呼吸时生成 ATP， 无氧发酵时提供还原力 3）磷酸化中间产物脂类等合成 4）丙酮酸氨基酸等合成 （2）HM 途径 因在己糖单磷酸基础上开始分解，故称己糖单磷酸途径； HM 途径产生磷酸戊糖、甘油醛- 3-磷酸等产物，且甘油醛- 3-磷酸可进入 EMP 途径，又称磷酸戊糖支 路。 G-6-P 甘油醛-3- 磷酸+3CO2 +6NADPH 大多数需氧菌、兼性厌氧菌都具有该途径 HM 途径的生理功能： 1）产生 NADPH，提供能量或还原力 2）多种中间代谢产物，如 5-P 核酮糖等，为生物合成提供前体物质。 （3）ED 途径：葡萄糖降解生成丙酮酸和 3-P 甘油醛的途径 ED 途径：在 G- 细菌中分布较广 如嗜糖假单胞菌 1 葡萄糖2 丙酮酸+1NADPH+1NADH +1ATP （4）磷酸解酮酶途径：戊糖磷酸解酮酶途径、己糖磷酸解酮酶途径 异型乳酸发酵菌 2、呼吸作用微生物在降解底物的过程中,将释放出的电子交给 NAD（P）+、FAD 或 FMN 等电子载体,再 经电子传递系统传给外源电子受体,从而生成水或其它还原型产物并释放出能量的过程, （1）有氧呼吸：以分子氧作为最终电子受体 无氧条件下发酵 成 各种发酵产物 葡萄糖在糖酵解下丙酮酸 有氧下 进行三羧酸循环被彻底氧化生成 CO2 和水, 释放大量能量 （2）无氧呼吸：以氧化型物质作为最终电子受体 某些厌氧和兼性厌氧微生物 无氧呼吸的最终电子受体是 NO3-、NO2-、SO42-、S2O32-、CO2 等氧化物。 也需要细胞色素等电子传递体,也能产生较多的能量用于生命活动 生成的能量不如有氧呼吸产生的多 呼吸作用与发酵作用的根本区别：电子载体不是将电子直接传递给底物降解的中间产物，而是交给电子传 递系统，逐步释放出能量后再交给最终电子受体。 鬼火的生物学解释：在无氧条件下，某些微生物在没有氧、氮或硫作为呼吸作用的最终电子受体时，可以 磷酸盐代替，其结果是生成磷化氢(易燃气体) 。 当墓地尸体（有机物）腐败变质时，经常会发生这种情况。 磷化氢燃烧 自养微生物的生物氧化：以无机物为电子供体从光或无机物的氧化获得能量以 CO2 为唯一或主要碳源合 成细胞物质 自养微生物 化能有机异养型：ATP 和还原力均来自对有机物的生物氧化 化能无机自养型：ATP 和还原力均来自对无机物的生物氧化 1、 氨的氧化 NH3、亚硝酸(NO2-)等无机氮化物可以被某些化能自养细菌用作能源. 亚硝化细菌: 将氨氧化为亚硝酸并获得能量. 硝化细菌: 将亚硝氧化为硝酸并获得能量. 2、 硫的氧化 俄国著名微生物学家 Winogradsky 的杰出贡献：发现了化能无机自养型微生物 硫细菌能够利用一种或多种还原态的硫化合物(硫化物、元素硫、硫代硫酸盐、多硫酸盐和亚硫酸盐) 作能 源。和硝化细菌一样, 硫细菌也通过电子的逆呼吸链传递来生成还原力。 3、铁的氧化 嗜酸性的氧化亚铁硫杆菌 亚铁(Fe2+)只有在酸性条件(pH 低于 3.0)下才能保持可溶解性和化学稳定； *当 pH 大于 4-5,亚铁 (Fe2+)很容易被 O2 氧化成高价铁(Fe3+)。 氧化亚铁硫杆菌 在富含 FeS2 的煤矿中繁殖 ,产生大量的硫酸和 Fe(OH)3,从而造成严重的环境污染。 它的生长只需要 FeS2 及空气中的 O2 和 CO2, 因此防止其破坏性大量繁殖的唯一可行的方法是封闭矿山, 使环境恢复到原来的无氧状态。 4、 氢的氧化 能以氢为电子供体,以 O2 为电子受体,以 CO2 为唯一碳源进行生长的细菌被称为氢细菌。 氢的氧化可通过电子和氢离子在呼吸链上的传递产生 ATP 和用于细胞合成代谢所需要的还原力。 氢细菌都是一些呈革兰氏阴性的兼性化能自养菌.它们能利用分子氢氧化产生的能量同化 CO2 ,也能利用 其它有机物生长。 产甲烷菌和产乙酸菌能以 CO2 或碳酸盐为电子受体和碳源进行生长。 化能自养微生物以无机物作为能源,一般产能效率低,生长慢,但从生态学角度看,它们所利用的能源物质是一 般化能异养生物所不能利用的,因此它们与产能效率高、生长快的化能异养微生物之间并不存在生存竞争. 能量转换 包括化能营养型（底物水平磷酸化、氧化磷酸化） 光能营养型（光合磷酸化） 1、底物水平磷酸化 物质在生物氧化过程中,常生成一些含有高能键的化合物,而这些化合物可直接偶联 ATP 或 GTP 的合成。 光合磷酸化 光能转变为化学能的过程 光合磷酸化和氧化磷酸化一样都是通过电子传递系统产生 ATP （1）光合色素：叶绿素、菌绿素、类胡萝卜素和藻胆素 （2）光合单位：光合系统分布于两个系统，分别称为“光合系统 I”和“光合系统 II”。每个系统即为一个光 合单位。 （3）光合磷酸化 细菌叶绿素具有和植物叶绿素相类似的化学结构,二者的区别在于侧链基团的不同,以及由此而导致的光吸 收特性的差异。 光能营养型生物不产氧：原核生物:光合细菌 产氧：原核生物:蓝细菌 真核生物:藻类及其它绿色植物 （1）环式光合磷酸化 光合细菌主要通过环式光合磷酸化作用产生 ATP 利用还原态的 H2 、H2S 等作为还原 CO2 的氢供体,进行不产氧的光合作用通过电子的逆向传递产生还原 力电子传递的过程中造成了质子的跨膜移动,为 ATP 的合成提供了能量。 （2）非环式光合磷酸化 产氧型光合作用(绿色植物、蓝细菌 ) 非环式光合磷酸化的反应式： 2NADP+2ADP2Pi2H2O 2NADPH2H+ 2ATPO2 （3）嗜盐菌紫膜的光合作用 嗜盐菌细胞膜分为红色部分（红膜） （主要含细胞色素和黄素蛋白等用于氧化磷酸化。 ）和 紫色部分（紫膜） （主要由细菌视紫红质组成，用于光合磷酸化。 ） 紫膜的光合磷酸化是迄今为止所发现的最简单的光合磷酸化反应 第二节 微生物的耗能代谢 营养运输 运动 生物发光 一. 细胞物质的合成 合成代谢：三要素 利用产能代谢产生的能量、还原力和中间产物以及从外界吸收的小分子物质，合成复杂的细胞物质的过 程。 （同化作用） 1. 自养微生物 CO2 的固定：将空气中的 CO2 同化为细胞有机物的过程 1）卡尔文循环（Calvin cycle） 6CO2 + 18ATP +12NADPH + 12H+ + 12H2O C 6H12O6 +18ADP +12NADP+ +18Pi 2）还原性三羧酸循环 每循环一周掺入 2 个 CO2 ，还原成乙酰 CoA 2. 异养微生物二碳化合物的同化 TCA 中有机酸的消耗 回补反应： 能补充兼用代谢途径中因合成代谢而消耗的中间代谢产物的反应。 （1）乙醛酸循环 乙酸草酰乙酸 （2）甘油酸途径： 甘氨酸、乙醇酸、草酸 3-P-甘油酸 EMP TCA 四碳二羧酸 3. 生物固氮：微生物将分子态氮（N2）还原为氨（ NH3 ）的过程。 生物固氮 固氮酶、能量、还原力、电子传递体、氮气 N2 + 8e- + 8H+ nATP 2NH 3+ H2 + nADP + nPi 产能代谢 铁氧还蛋白 Fe 蛋白MoFe 蛋白 4. 氨基酸的合成 1）氨基化作用：微生物经硝酸盐同化还原 or 生物固氮 or 直接吸收的 NH3，使 -酮酸氨基化，生成相应 的氨基酸。 2）转氨基作用：在转氨酶的作用下，将一种氨基酸的氨基转移给酮酸，生成新的氨基酸。 3）前体转化：由糖代谢的中间产物经一系列生化反应而合成。 5. 蛋白质的合成 蛋白质合成的条件 （1）模板：mRNA（2 氨基酸携带者：tRNA（3 合成场所：rRNA+Pr核糖体（A 位，P 位） 蛋白质合成的过程 1）起始 起始密码子 AUG、GUG（酵母菌只是 AUG） 起始氨基酸：（甲酰）甲硫氨酰-tRNA，P 位 起始因子 2）延伸 进位：密码子决定相应的 AA-tRNA，A 位 肽合成：P 位上的氨基酸或肽链转移到 A 位点的 AA 上 移位：核糖体沿 mRNA 向下移动一个密码子，将 A 位点上带有肽链的 tRNA 移到 P 位，A 位空出 延伸因子 3）终止 终止密码子：UGA、UAA 、UAG 肽链与连接它的最后一个 tRNA 断开，释放肽链 终止因子 6. 核苷酸的合成 戊糖、碱基、磷酸 嘌呤核苷酸，嘧啶核苷酸 1）由小分子化合物起始合成：CO 2、NH 3、甲酸、天门冬氨酸、甘氨酸、谷氨酰氨等 2）吸收环境中现成的嘌呤、嘧啶或核苷而组成相应的核苷酸 核苷单磷酸 核苷二磷酸 核苷三磷酸 核酸 7. 核酸的合成 DNA 的合成：DNA 双链 半保留复制，5 3 ，半不连续，引物，酶 复制方式： 1） 式：环状 DNA（细菌染色体 DNA） ，一点解开，双向复制，如 2）滚环式：环状 DNA（质粒、病毒等） ，一条链断开，两条链各为模板，同时复制，如 3）线状方式：真核生物和某些病毒的线状 DNA，在某（几）个位点解开，形成复制泡，双向复制 RNA 的合成：以 DNA 为模板，转录，5 3，连续单链，引物，酶等 RNA 的加工：原核生物的某些 tRNA 真核生物的 mRNA 和 rRNA 第三节 微生物代谢的调节 一. 酶活性调节 一定数量的酶，通过其分子构像或分子结构的改变来调节其催化反应的速率。 1. 变构调节 2. 共价修饰：在修饰酶的催化下，小分子有机物向某种酶的添加或解离过程。 如糖原合成酶的（去）磷酸化，可调节酶的活性 二. 分支代谢途径调节 同功酶调节 协同反馈抑制 累积反馈抑制 顺序反馈抑制 三. 酶合成的调节 1. 酶的诱导 诱导（induction） 底物存在时诱导酶才合成 多见于分解代谢 2. 酶的阻遏 阻遏：当培养基或环境中存在某种营养物质（产物）时，催化该物质合成的酶类不合成。多见于合成代谢 3. 效应物： 诱导物、辅阻遏物 初级代谢：微生物从外界吸收各种营养物质,通过分解代谢和合成代谢,生成维持生命活动所必需的物质和 能量的过程,称为初级代谢。 次级代谢：指微生物在一定的生长时期，以初级代谢产物为前体，合成一些对微生物的生命活动无明确功 能的物质的过程 次级代谢合成的产物称为次级代谢产物,大多是分子结构比较复杂的化合物。 抗生素、激素、生物碱、毒素、维生素、其他 初级代谢与次级代谢 1、存在范围及产物类型不同 初级代谢是普遍存在于各类生物中的一种基本代谢类型。其代谢系统、代谢途径和代谢产物在各类生物中 基本相同。 次级代谢只存在于某些生物中，并且代谢途径和代谢产物因生物和培养条件而不同。 不同的微生物可产生不同的次级代谢产物 相同的微生物在不同条件下产生不同的次级代谢产物 初级代谢产物是机体生存必需的。关系生长、发育、突变或死亡。 次级代谢产物不是生存所必需的。 某些与机体的分化有一定的关系,并在同其它生物的生存竞争中起重要的作用。 2、对产生者自身的重要性不同 3、同微生物生长过程的关系明显不同 4、对环境条件变化的敏感性或遗传稳定性上明显不同 5、相关酶的专一性不同 6、某些机体内存在的二种既有联系又有区别的代谢类型 初级代谢是基础 提供前体物、能量、中间体。 次级代谢是延伸与发展 避免初级代谢产物过量积累导致毒害作用。 第六章 生长: 生物个体物质有规律、不可逆地增加，导致个体体积扩大的生物学过程。 繁殖: 生物个体生长到一定阶段,通过特定方式产生新的生命个体,即引起生命个体数量增加的生物学过程。 一、生长规律 生长曲线 细菌接种到均匀的液体培养基后,定时取样测定细胞数量,以培养时间为横座标，以细菌数目的对数为纵座 标作图,得到的一条反映细菌在整个培养期间菌数变化规律的曲线。 1、迟缓期：将少量菌种接入新鲜培养基后, 在开始一段时间内菌数不立即增加 , 或增加很少, 生长速度接 近于零。也称延迟期、适应期。 迟缓期的特点:（1）细胞形态变大（2）细胞内 RNA，尤其是 rRNA 含量增高，合成代谢活跃，核糖体、 酶类和 ATP 的合成加快，易产生诱导酶。 （3）对外界不良条件反应敏感。 迟缓期出现的原因: 微生物接种到一个新的环境,暂时缺乏足够的能量和生长因子，种子老化或未充分活化等。 缩短迟缓期的办法:(1)通过遗传学方法改变种的遗传特性使迟缓期缩短；(2) 利用对数生长期的细胞作为种 子；(3)尽量使接种前后所使用的培养基组成不要相差太大；(4)适当扩大接种量 2、对数生长期又称指数生长期：以最大速率生长和分裂，细菌数量呈指数增加。 细菌个体形态、化学组成 和生理特性等均较一致，代谢旺盛、生长迅速、代时稳定。 对数生长期细胞的应用：1）是研究微生物基本代谢的良好材料。2）常在生产上用作种子，使微生物发酵 的迟缓期缩短，提高经济效益。 3、稳定期：细胞重要的分化调节阶段： 储存糖原等细胞质内含物, 形成芽孢或建立自然感受态等，也 是发酵过程积累代谢产物的重要阶段. 生产上常通过补充营养物质(补料) 或取走代谢产物、调节 pH、调节温度、对好氧菌增加通气、搅拌或 振荡等措施延长稳定生长期,以获得更多的菌体物质或积累更多的代谢产物。 4、衰亡期 在细菌个体生长里每个细菌分裂繁殖一代所需的时间为代时 在群体生长里细菌数量增加一倍所需的时间称为倍增时间. 三、主要生长参数 1. 迟缓时间 2. 比生长速率 3. 总生长量 SKsm 四、同步培养：使群体中不同步细胞转变成能同步生长或分裂的群体细胞的培养方法。 通过同步培养方法获得的细胞被称为同步细胞或同步培养物. 机械方法：离心方法、过滤分离法、硝酸纤维素滤膜法（是最经典的获得同步生长的方法） 环境条件控制技术：温度、培养基成份、其他(如光照和黑暗交替培养) 用途：1）研究生理与遗传特性；2）作为工业发酵的种子。 五、连续培养：在微生物的整个培养期间，通过一定的方式使微生物能以恒定的比生长速率生长并能持续 生长下去的一种培养方法。 基本原则:不断补充营养物质 以同样速率移出培养物 控制连续培养的方法：（1）保持恒定的营养物质浓度 （2）保持培养液浊度恒定 (一) 恒化连续培养 使培养液流速保持不变，并使微生物始终在低于其最高生长速率下进行生长繁殖。 恒化连续培养中，需将某种必需的营养物质控制在较低的浓度，以作为限制性因子，而其他营养物均过量。 其限制性因子：氮源，碳源，无机盐 多用于科研 ： 遗传学：突变株分离。生理学：不同条件下的代谢变化。生态学：模拟自然营养条件建立 实验模型 (二) 恒浊连续培养 测定培养物的光密度值自动调节新鲜培养基流入和培养物流出的流速使培养物维持在某一恒定浊度 如果所用培养基中有过量的必需营养物，就可以使菌体维持最高的生长速率。 多用于生产 如：发酵工业：用于菌体及与菌体生长平行的代谢产物的生产. 连续发酵的优点：1）缩短发酵周期，提高设备利用率；2）便于自动控制；3）降低动力消耗及体力劳动 强度；4）产品质量较稳定；缺点：杂菌污染和菌种退化 丝状真菌的生长繁殖： 断裂繁殖 无性孢子繁殖 有性孢子繁殖 （一）无性孢子繁殖：不经过两性细胞的结合，通过营养细胞的分裂或营养菌丝的分化（切割）而形成同