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华中农业大学微生物笔记讲义这份资料最重要的是让所有的考生有一个公平的竞争机会！我找来了三份学生的笔记发现并不是很全面，学生多知识点都是划在书上的，所以我找来了导师的课件和备课的教案，有些东西都是从教案上复制的，又加上了学生的笔记然后经过我的整理并做成了电子版。我们学校的教学并不拘泥于课本，老师讲课的备课教案也是参考了多本教材和资料，笔记也许整理的不全面，但相信会给您一定的指导！我们专业的这些课其实很简单，主要靠思考和理解并多做题目，我当时复习的时候几乎把课本都背过了，然后再做题目就很简单了，因为很多东西已经在你的脑子里了。 华农 亢同学 第一章 绪 论一、微生物(microbe,microorganism)1、定义：肉眼看不见的一类微小生物的总称。或 个体微小、形态结构简单的单细胞、多细胞或非细胞生物。2、种类： 1969 whittaker五界系统：动物界、植物界、原生生物界、真菌界、原核生物界 第六界：病毒界 Whittack与Margulis的三原界 1978。3、特点1）个体微小：以nm或um计2）分布广：有生命的地方就有微生物的存在3）在局部环境中数量多4）易变异 5）代谢能力强 6）繁殖快：E.coli在最适条件下，20分钟可以繁殖1代。二、微生物学(microbiology)1、概念：是研究微生物生命活动规律的学科，是生物学的分支学科之一。它是研究各类微小生物，如细菌、放线菌、真菌、病毒、立克次氏体、枝原体、衣原体、原生动物以及藻类等的形态、生理、生物化学、分类、生态及其应用的科学。 微生物学发展简史 1）感性认识时期： 中国利用微生物进行酿酒的历史，可以追溯到4000多年前的龙山文化时期。 殷商时代的甲骨文中刻有“酒”字。 北魏贾思勰的齐民要术中，列有谷物制曲，酿酒、制酱、造醋和腌菜等方法。 在古希腊留下来的石刻上，记有酿酒的操作过程。 中国在春秋战国时期，就已经利用微生物分解有机物质的作用，进行沤粪积肥。 公元二世纪的神农本草经中,有白僵蚕治病的记载。公元六世纪的左传中,有用麦曲治腹泻病的记载。在10世纪的医宗金鉴中，有关于种痘方法的记载。2)微生物形态学时期 17世纪，荷兰人列文虎克用自制的简单显微镜(可放大160260倍)观察牙垢、雨水、井水和植物浸液后，发现其中有许多运动着的“微小动物”，并用文字和图画科学地记载了人类最早看见的“微小动物”细菌的不同形态(球状、杆状和螺旋状等)。 过了不久，意大利植物学家米凯利也用简单的显微镜观察了真菌的形态。3)微生物生理学时期 微生物学的研究从19世纪60年代开始进入生理学阶段。法国科学家Louis Pasteur (1822-1895)对微生物生理学的研究为现代微生物学奠定了基础。他论证酒和醋的酿造以及一些物质的腐败都是由一定种类的微生物引起的发酵过程，并不是发酵或腐败产生微生物；他认为发酵是微生物在没有空气的环境中的呼吸作用，而酒的变质则是有害微生物生长的结果；他进一步证明不同微生物种类各有独特的代谢机能，各自需要不同的生活条件并引起不同的作用；他提出了防止酒变质的加热灭菌法，后来被人称为巴斯德灭菌法，使用这一方法可使新生产的葡萄酒和啤酒长期保存。 后来，他开始研究人、禽、畜的传染病(狂犬病、炭疽病和鸡霍乱等)，创立了病原微生物是传染病因的正确理论，和应用菌苗接种预防传染病的方法。巴斯德在微生物学各方面的科学研究成果，促进了医学、发酵工业和农业的发展。 1796年，英国人琴纳发明了牛痘苗，为免疫学的发展奠定了基础。4)微生物分子生物学时期 1953年，沃森和克里克提出了DNA分子的双螺旋结构模型和核酸半保留复制学说。 富兰克尔-康拉特等通过烟草花叶病毒重组试验，证明核糖核酸(RNA)是遗传信息的载体，为奠定分子生物学基础起了重要作用。其后，又相继发现转运核糖核酸(tRNA)的作用机制、基因三联密码的论说、病毒的细微结构和感染增殖过程、生物固氮机制等微生物学中的重要理论，展示了微生物学广阔的应用前景。 微生物分子生物学 生物信息学 微生物分子生态学在微生物学的发展过程中，按照研究内容和目的的不同，相继建立了许多分支学科：研究微生物基本性状的有关基础理论的有微生物形态学、微生物分类学、微生物生理学、微生物遗传学和微生物生态学；研究微生物各个类群的有细菌学、真菌学、藻类学、原生动物学、病毒学等；研究在实践中应用微生物的有医学微生物学、工业微生物学、农业微生物学、食品微生物学、乳品微生物学、石油微生物学、土壤微生物学、水的微生物学饲料微生物学、环境微生物学、免疫学等。三、微生物与食品 发酵食品：发酵香肠、发酵饮料、发酵豆制品、甜酒 发酵调味品：味精、酒、醋、酱油 食品添加剂：抗生素、多糖、食品色素、食用香精 食品的腐败： 微生物毒素：黄曲霉毒素复习思考题微生物之间有什么共同点？简述微生物与人类进化文明的关系？简述微生物与人类社会的可持续发展的关系。三、四章 微生物形态、结构与分类1原核微生物的形态、大小；细胞的基本结构（革兰氏染色的原理与用途）与特殊构造（与食品工业关系）繁殖与菌落（培养）特征：1.1细菌的形态和大小三种基本形态：球状、杆状、螺旋状，分别称球菌、杆菌和螺旋菌大小：单位、表示方式、测量工具、测量方法1.2细菌细胞的结构：着重掌握细菌细胞的结构、概念、特点、成分与功能基本结构：1、细胞壁(结构与成分；革兰氏染色的原理) 2、细胞膜（中间体、类囊体、载色体等膜状结构） 3、细胞质（核糖体；细胞内贮藏物的成分、功能及应用） 4、细胞核（细菌染色体；质粒的概念、特点、种类及应用） 特殊结构：1、伴胞晶体 2、菌毛 3、荚膜 4、芽孢 5、鞭毛（一）、细胞核1、细胞核为原核：没有成型的细胞核。染色体细菌染色体、拟核。组成：没有组蛋白、DNA双螺旋结构。细菌的遗传物质。2、质粒(plasmid) 概念：共价闭合环状的双链DNA分子，位于细胞质中，是染色体外的遗传物质。 附加体：整合在细菌染色体上的质粒。 细菌的非必须结构。 控制的是一些次要性状。 种类：结瘤质粒、接合质粒、抗药性质粒、降解性质粒 特性：可转移性、可消除性、耐碱性、可重组性、可整合性。 用途：基因工程的载体。（二）、细胞质 位于细胞膜内的无色透明的粘稠的胶状物质。 核蛋白体：70S 颗粒状内含物： A、糖原与淀粉：碳素与能源贮藏物。 B、聚-羟基丁酸（PHB）：碳素与能源贮藏物。 生物塑料 C、异染粒：偏磷酸盐，兰色-紫红色，磷素贮藏物。 迂回刚螺菌。 D、硫滴与硫粒： 硫素贮藏物。 E、磁粒：铁素贮藏物。 Fe3O4 F、蓝藻素颗粒：氮素贮藏物。 蓝绿细菌。（三）、细胞膜 概念：典型的单位膜，外侧紧贴于细胞壁，内侧包围细胞质的一层成分和结构与其它生物相似、柔软而富弹性的半透膜。 功能： 1、屏障，维持渗透压； 2、能量代谢场所； 3、传递信息，控制内外物质交换； 4、参与细胞壁的合成：类脂与肽聚糖合成有关； 5、鞭毛着生点并为其供能量。 中间体（细菌中间体）：细菌细胞膜向细胞质内凹陷折叠而成的袋状、管状和颗粒状结构。是细菌能量代谢的场所。 又称拟线粒体。 类囊体：蓝细菌光合作用场所； 载色体：光合细菌光合作用场所；（四）、细胞壁（Cell wall）1、 细胞壁是细菌细胞膜外面具有一定硬度和韧性的壁套结构。是一层较厚（580nm）、质量均匀的网状结构，。细胞壁坚韧而有弹性。1884 Gram 差别染色法 革兰氏染色法阳性、阴性 主要是细胞壁结构与成分的不同。2、 肽聚糖（Peptidoglycan）,又称粘肽(Mucopetide)。肽聚糖是由N-乙酰葡萄糖胺和N-乙酰胞壁酸两种氨基糖经-1.4糖苷键连接间隔排列形成的多糖支架。在N-乙酰胞壁酸分子上连接四肽侧链，肽链之间再由肽桥或肽链联系起来，组成一个机械性很强的网状结构。各种细菌细胞壁的肽聚糖支架均相同，在四肽侧链的组成及其连接方式随菌种而异。（五）细菌的特殊结构1、芽胞（spore) 概念：某些细菌生长到一定阶段时，由原生质体失水浓缩而成的休眠体。 功能：是细菌的休眠体，而不是繁殖体。 类型：端生、中生 比菌体小、比菌体大 特点：含水量低（40%左右）、着色能力差 耐热的原因： 含水量低、含吡啶二羧酸钙（DPA-Ca）、含双层壁、含小分子量的酶2、荚膜 概念：有些细菌生活到一定营养条件下向细胞外表面分泌的一层松散透明、粘稠状、黏液状或胶质状的物质，具有明显的外缘。成分：主要为多糖，也有的为多肽。功能： 1）提高细菌对干燥的抵抗力 2）增强致病菌的致病力 3）C素和能源的贮藏物质 4）具半抗原性3、鞭毛 概念：着生于细菌细胞表面的从细胞膜上伸出的细长而呈波形弯曲的丝状物，是细菌的运动器官。 亚显微结构：鞭毛丝、鞭毛钩、基体 成分：鞭毛蛋白 种类：周生（E.coli)、偏单生、两端单生、偏单端丛生、两端丛生 功能：运动器官、H抗原 球菌一般无鞭毛；弧菌与螺菌一般有鞭毛；杆菌有的有，有的无。 运动性的检测方法：鞭毛染色、悬滴法、半固体穿刺培养 其他运动方式：螺旋体借轴丝伸缩运动；兰细菌和粘细菌借黏液滑行。4、菌毛 成分：蛋白质 功能：性菌毛（F菌毛）、某些噬菌体的吸附与浸染位点（I菌毛）1.3细菌的繁殖细菌主要是以二分分裂方式进行无性繁殖。但也有少数靠出芽繁殖或者劈裂繁殖。1.4群体形态：菌落概念、描述方式、类型（表面菌落、深层菌落、菌苔）；液体净置培养特征1.5原核微生物的分类:分类单元、依据、方法及两本手册1.6放线菌：放线菌的形态特征、菌落特点、繁殖特点、应用1.7蓝细菌：细胞构造和形态特点、营养特点、应用1.8古细菌:特点、种类、与其它生物的区别1.9原核细胞和真核细胞的比较1.10 代表类群的特点与应用螺旋体;大肠杆菌；假单胞菌;醋酸细菌;立克次氏体;衣原体;支原体;兰细菌;化能自养菌;光合细菌；球菌;芽孢细菌;放线菌;乳酸菌；极端嗜盐菌;甲烷产生菌等2真核微生物的形态、大小、细胞结构、繁殖方式，培养特征:2.1真菌：是一类不含叶绿素，形态多样，分布广泛，单细胞或者多细胞的真核微生物2.2细胞构造1)具有典型真核细胞特征2)自然界中的真菌除酵母菌为单细胞外，大多数真菌由菌丝组成。菌丝是一根管状的细丝，外面由细胞壁包被，里面充满原生质；有无隔菌丝和有隔菌丝之分；假菌丝2.3菌丝的特异化：吸器、假根、菌核、菌索以及子实体等2.4繁殖：包括无性繁殖和有性繁殖无性繁殖：除菌丝繁殖、裂殖、出芽繁殖外，主要以无性孢子繁殖，包括厚垣孢子、节孢子、分生孢子、孢囊孢子、游动孢子等有性繁殖：过程；卵孢子、接合孢子、子囊孢子和担孢子的产生结构及过程2.5真菌的分类马丁系统：将真菌分为三纲一类，隶属于植物界下的菌藻植物门中的真菌亚门：藻状菌纲、子囊菌纲、担子菌纲、半知菌类安氏系统：真菌独立为界，分为黏菌门和真菌门。真菌门下分五个亚门：鞭毛菌亚门、接合菌亚门、子囊菌亚门、担子菌亚门、半知菌亚门2.6真菌的代表类群1)单细胞真菌酵母菌2)常见霉菌的形态特征及应用根霉属、毛霉属、曲霉属、青霉属、镰刀霉、伞菌3非细胞型微生物的形态、大小、结构、繁殖方式。噬菌体与食品业关系。3.1概念病毒是没有细胞构造，活细胞内专性寄生的实体，在寄主内表现生命特征，在寄主外表现大分子特征。3.2特点:没有细胞结构；活细胞内专性寄生；只有DNA或RNA一种核酸；复制方式进行增殖；能够通过细菌过滤器；具有侵染能力3.3形态、结构、化学组成及功能化学组成：主要是蛋白质和核酸，也有的有脂类和多糖衣壳粒：由一种或几种多肽折叠而形成的蛋白质亚单位，是病毒的最小形态单位衣壳：衣壳粒包围在核心或基因组的周围，构成病毒粒子的衣壳。它是病毒粒子的支架和抗原成分，对抗原具有保护作用核衣壳：包括核髓和衣壳病毒的包含体：GV、CPV、NPV3.4噬菌体：感染细菌和放线菌的病毒3.5烈（毒）性噬菌体：在短期内连续完成吸附、侵入、增殖、成熟（装配）、裂解五个过程而实现繁殖的噬菌体噬菌斑：将噬菌体与敏感细菌混合培养在营养琼脂中，由于噬菌体的裂解，在琼脂上形成的透明空斑3.6毒性噬菌体(烈性噬菌体)的侵染循环3.7温和噬菌体：吸附和侵入细胞后，将其DNA整合到寄主核酸分子中并随寄主细胞的复制而复制，一般不进行增殖和裂解寄主细胞的噬菌体几个概念：原噬菌体；溶源性细菌；溶源性；自发裂解；诱导裂解；溶源细胞复愈；噬菌体；P1型噬菌体3.8两类噬菌体的应用或危害3.9亚病毒：类病毒和朊病毒3.10 病毒的分类3.11 病毒与人类的关系4微生物的分类单位、分类依据、命名。分类单元：界(kingdom)、门(phylum)、纲(class)、目(order)、科(family)、属(genus ) 、种(species)。 种是分类中的最基本单位，是由一群具有高度表型相似性的个体组成，而且它又和其它类群具明显差异。 Bergey氏细菌鉴定手册（已出第九版） Bergey氏系统细菌学手册 命名：1753年 瑞典 林奈 的双名法 属名（名词，首字母大写）+种名（形容词，首字母小写），如 Bacillus subtilis（枯草芽孢杆菌）复习思考题1 简述原核微生物和真核微生物的主要区别？2 试述细菌革兰氏染色的原理和结果？3 简述细胞壁的主要功能？4 简述革兰氏阳性细菌和阴性细菌在细胞壁的结构和化学组成上的异同点，并指出与此相关的主要特性？5 简述磷壁酸的主要生理功能？6 简述脂多糖的主要生理功能？7 比较青霉素和溶菌酶在制备细菌原生质体中的作用原理？8 什么是缺壁细菌，试简述四类缺壁细菌的形成、特点及实践意义？9 简述细胞质膜的主要功能？10细菌芽孢有何特性，为何会具有这些特性？11简述荚膜的主要功能？12描述蓝细菌的形态特征和繁殖方式？13试述链霉菌的形态特征和繁殖方式？14比较立克次体、支原体、衣原体与病毒？15简述古细菌和真细菌的主要差异？第五章 微生物的营养与生长微生物细胞的化学组成：和其他生物一样，微生物细胞是由C、H、O、N、S、P等大量元素和K、Na、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn、Mo、Co等微量元素组成，其中C、H、O、N、S、P约占细胞干重的97%，以水、无机盐和有机物存在。 微生物细胞的化学组成不是一成不变的，随种类、年龄、培养基成分等不同而在一定程度上变化。如： 幼龄菌比老龄菌含N量高； 硫细菌比其他细菌含硫量高； N源丰富的培养基上生长的菌含氮量要比贫N培养基上生长的菌高。 不同微生物并不是需要同样的化学成分。1.营养物质及其生理作用:碳源、氮源、生长因子、无机盐、水分2.碳源:定义、种类及其功能概念：凡是能够被微生物用来构成细胞物质或代谢产物中碳素来源的营养物质，都称为碳源。碳源是组成微生物细胞的主要元素，也是异养微生物生命活动的能源。 碳素养料在微生物细胞中含量最稳定,约占细胞干重的50%。 可作为培养基的碳源物质很多，最常用的碳源为葡萄糖，因为能利用葡萄糖的微生物最多，其他糖类如蔗糖、麦芽糖、甘露醇、淀粉、纤维素，以及蛋白质、脂肪、有机酸、醇类、烃等都可作为培养不同微生物时选择使用的碳源。自养型的微生物以CO2作为碳素营养在细胞内合成有机物质，故不需要向它们提供现成的有机碳化物作为碳素营养。3.氮源:定义、种类及其功能概念： 凡是能够被微生物利用来构成菌体物质或代谢产物中氮素来源的营养物质,都称为氮源。氮素是组成细胞蛋白质的主要成分,也是构成所有微生物细胞的基本物质。 某些固氮细菌可利用分子态氮素,其他微生物都需要化合态氮作为氮素养料。 化合态氮有无机氮和有机氮两类,无机氮有铵盐、硝酸盐等。 大多数真菌利用铵盐以及硝酸盐；许多细菌能利用铵盐,但对硝酸盐则不利用。 有机氮有蛋白胨、牛肉膏或牛肉浸汁、各种氨基酸等,此外,豆芽汁、酵母膏等也是常用的有机氮源。4.无机盐:定义、种类及其功能磷、硫、钾、钙、镁、铁等，一般采用含有这些元素的盐类即可。当用天然的植物性或动物性物质制备培养基时，往往不必加这些盐或只加一部分，因为它们本身含有这些元素。除某些特殊生物的特殊需要外，一般在配制培养基时，不加微量元素，因为在营养物质及天然水中已含有一些可供微生物的微量元素。 生理功能： 1、参与酶的组成：辅助因子或辅酶； 2、维持细胞结构的稳定性：Mg2+与核糖体； 3、微生物生长的能源物质：Fe2+，S； 4、控制细胞的氧化还原电位； 5、调节和控制细胞的渗透压平衡。5.生长因子:定义、种类及其功能概念：是一类需要量很少却能够促进微生物生长的小分子有机物质的总称。 核苷类（嘌呤、嘧啶）； 维生素； 氨基酸 野生型（wild type）:不需生长素而能够在基础培养基上生长的菌株。 营养缺陷型（auxotroph）：自发或诱导突变后需要特定生长物质才能生长的菌株。常用于遗传和代谢的研究工作中。6.水分:功能维持细胞的膨压和作为生化反应的溶剂。 a.水是构成微生物细胞的重要物质，其含量约占微生物细胞的70%-90%。细菌75%-85%，酵母菌70-90%，丝状真菌85-90%，芽胞50%左右。 b.溶剂：生化反应、物质的吸收。 c.比热大。 d.供氢体。 一般情况下，配制培养基时，可用自来水、井水等天然水，但在测定微生物某些生理特性、合成产物数量以及其他要求精确性高的试验时，则必须采用蒸馏水甚至重馏水，以保证结果的准确。7.微生物的营养类型:依据碳源、供氢体、能源的不同可分为光能自养型、光能异养型、化能自养型、化能异养型四种营养型8.四种营养类型的概念、反应式、代表菌及特点1）、光能自养型(photolithotroph) 1、概念：又称光能无机营养型，以光能为能源，以水或者还原态的无机物作为He供体来同化CO2为细胞成分的营养类型。 2、类型 a产氧光合作用 反应式： CO2 +H2OCH2On+O2 光、叶绿素 代表菌：兰细菌、藻类b不产氧的光合作用2）、光能异养型概念： 又称光能有机营养型，以光能为能源，以小分子有机物作为He供体来同化CO2为细胞成分的营养类型。反应式：nCO2 +nCH3CHOHCH3 CH2On+CH3COCH3+H2O代表菌：红螺菌属（Rhodospirillum）3）、化能自养型概念：又称化能无机营养型，以氧化还原态的无机物为能源(NH4+、H2S、Fe 2 +、H2)来同化CO2为细胞成分的营养类型。代表菌：1、硝化细菌将NH4+转化为NO3-，释放能量。2、硫化细菌将H2S转化为SO42-，释放能量。3、铁细菌Fe2+转化为Fe3+，释放能量。4、氢细菌将H2转化为H2O，释放能量。 释放的能量供这些细菌来固定CO2。4）、化能异养型 概念：又称化能有机营养型，以有机物为碳源和能源的营养类型。反应式：代表菌：绝大多数细菌，全部的放线菌、真菌、原生动物以及病毒都属于此类型。此营养类型又分为：腐生型、寄生型和兼性寄生型。9.微生物对营养物质的吸收:简单扩散、促进扩散、主动运输及基团转位的特点及差异10.培养基:概念、配制培养基的原则、过程、培养基的类型（按来源分、按物理状态分、按用途分）、微生物的培养方法、琼脂11.生长的概念生长的概念：Growth may be generally defined as a steady increase in all of the chemical components of an organism. Growth usually results in an increase in the size of a cell and frequently results in cell division12.微生物生长量的测定:计数板直接测数染色涂片计数法比浊法稀释平板测数法液体稀释培养测数法干重法、含氮量测定法、DNA测定法13.生长曲线:概念及四个阶段(特点及相应的应用)、世代时间将少量单细胞纯培养接种到恒定容积的液体培养基中培养，定时取样计数，以培养时间为横坐标，细菌数的对数为纵坐标所绘制出的S形曲线，叫细菌生长曲线。分为滞留适应期、对数生长期、稳定期、衰老期14.连续培养与批量培养15.同步培养16.灭菌、消毒及防腐的概念与方法17.理化因子对微生物生长和代谢的影响1）温度：微生物生长温度范围：每种微生物细胞都有一的生长温度范围。根据各种微生物所适应的最适生长温度通常把微生物分为专性嗜冷微生物、兼性嗜冷微生物、嗜中温微生物、嗜热微生物、嗜高温微生物五种类型2）致死温度：单位时间（通常10分钟）内杀死微生物的最低温度，可决定灭菌温度。致死时间3)水分活度：概念、在食品加工中的应用4)渗透压：在食品加工中的应用5)化学药剂6)pH：7)O28)UV9）辐射复习思考题1 为什么微生物的营养类型多种多样，而动植物营养类型则相对单一？2 采取什么方法能分离到能分解并利用苯作为碳源和能源物质的细菌纯培养物？3 与促进扩散相比，微生物通过主动运输吸收营养物质的优点是什么？4 什么叫微生物的营养类型，试以能源为主、碳源为辅对微生物的营养类型进行分类？5 什么叫自养微生物，它们有几种生理类型？6 什么叫生长因子，它包括哪几类化合物？7 什么叫(aw)，它对微生物的生命活动有何影响？8 什么是选择性培养基，试举一例并分析其中的原理？9 什么是鉴别性培养基，试举例分析其鉴别作用和原理？10. 什么叫碳氮比？11何为固体培养基，它有何用途？12试分析影响微生物生长的主要环境因素及它们影响微生物生长繁殖的机理？13细菌的生长繁殖与高等动植物有哪些异同，与丝状真菌又有哪些异同？14测定微生物生长有何意义，常用微生物生长测定方法有哪些？15控制微生物生长繁殖的主要方法及原理有哪些？16细菌耐药性机理是哪些，如何避免抗药性的产生？17试举例说明日常生活中的防腐、消毒和灭菌及其原理？18细菌肥料是由相关的不同微生物组成的一个菌群并通过混合培养得到的一种产品。活菌数的多少是质量好坏的一个重要指标之一。但在质量检查中，有时数据相差很大。请分析产生这种现象的原因及如何克服？19何为纯培养物的典型生长曲线，它可分为几期？20什么叫生长速率常数（R），什么叫生长代谢（G），它们如何计算？21什么叫连续培养，有何优点？12目前一般认为氧对厌氧菌毒害的机制是什么？23微生物培养过程中pH变化的规律如何，如何调整？24微生物培养装置的类型和发展有哪些规律？25实验室中培养厌氧菌的技术有哪些？26试列表比较灭菌、消毒、防腐和化疗的异同，并各举若干实例？27试以磺胺及其增效剂TMF为例，说明化学治疗剂的作用机制？第六章 微生物的代谢代谢：细胞生命活动的全部化学转化的总和。能量代谢物质代谢分解代谢合成代谢 1、 ATP的产生方式： 底物水平磷酸化； 氧化磷酸化；光合磷酸化: 蓝细菌 光合细菌 嗜盐细菌2、根据最终电子受体性质不同，微生物产生能量有3种方式：（1）.发酵作用(fermentation)广义的发酵作用:一切利用微生物或酶制剂进行的生产过程。生理发酵作用：在无氧条件下，厌氧或兼性厌氧微生物以内源中间产物做电子受体，通过底物水平磷酸化产生ATP的过程。 是厌氧菌获得能量的主要方式。 1）酒精发酵： 巴斯德效应：有氧条件下，酵母菌的酒精发酵作用下降，糖的利用下降，酵母菌进行有氧呼吸。 2）乳酸发酵：（2）.呼吸作用 即有氧呼吸:在有氧条件下，好氧或兼性厌氧微生物将化合物氧化脱下的氢或电子经呼吸链传递给氧气，通过氧化磷酸化产生ATP的过程。（3）.无氧呼吸:在无氧条件下，厌氧或兼性厌氧微生物以外源无机物做电子受体，通过电子传递磷酸化产生ATP的过程。 碳酸呼吸: 硫酸呼吸: 硝酸呼吸: 3、能量的消耗1）、生物合成消耗2）、生命活动消耗3）、生物发光4）、放热4、己糖的分解1）EMP途径：糖酵解是厌氧微生物获取能量的主要方式。2）PP途径：磷酸戊糖途径3）ED途径2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸KDPG在KDPG醛缩酶的作用下分解为丙酮酸和3-磷酸甘油醛。运动假单胞菌5、丙酮酸代谢 1） 乙醇发酵（酒精发酵）：无氧条件下，酵母菌将葡萄糖分解产生乙醇的过程。 酒的酿制过程。 酒变酸的生化本质：醋酸菌将乙醇转化为醋酸的过程。 能够产生酒精的微生物比较多，细菌中的运动假单胞菌已用于工业生产酒精。根霉也能够产生少量酒精。 2）乳酸发酵：无氧条件下，乳酸细菌发酵糖产生乳酸的过程。正型乳酸发酵：乳酸菌在无氧条件下分解一分子葡萄糖产生2分子乳酸的过程。 酸奶制作：常用菌种为保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌。 异型乳酸发酵：乳酸菌在无氧条件下分解一分子葡萄糖产生1分子乳酸和1分子醋酸、乙醇以及CO2的过程。 丁酸发酵：6、微生物合成代谢与分解代谢的区别：1）、酶系不同2）、分解代谢是产能的，而合成代谢是耗能的3）、在真核生物中合成代谢与分解代谢发生在不同的细胞区域内，而原核生物细胞结构上没有分区，分解和合成主要是由不同的酶来催化完成。复习思考题1 什么是微生物的新陈代谢，分解代谢和合成代谢有何差别与联系？2 什么是生物氧化？3在化能异养微生物的生物氧化中，其基质脱氢和产能途径主要有哪几类？3 试述EMP途径、HMP途径在微生物生命活动中的重要性？4 什么是呼吸，呼吸链由哪些组成？5 什么是氧化磷酸化作用，试用化学渗透学说解释微生物细胞中ATP的产生？6 什么叫无氧呼吸（厌氧呼吸），比较呼吸、无氧呼吸和发酵的异同点？7 什么叫Stickland反应？8 在化能自养细菌中，亚硝化细菌和硝化细菌是如何获得其生命活动所需的ATP和还原力H的？10. 什么叫循环光合磷酸化，什么叫非循环光合磷酸化？11试述嗜盐菌紫膜光合作用的基本原理？12简单说明自养微生物固定CO2的卡尔文循环？13简述细菌细胞壁上的肽聚糖的合成途径，哪些化学因子可抑制其合成？14青霉素为何只能抑制代谢旺盛的细菌，其抑制机理如何？15什么叫次级代谢，次级代谢途径与初级代谢途径之间有何联系？16微生物代谢调节有何特点，它们调节代谢的主要方式有哪两类？17微生物代谢调节在发酵工业中有何重要性？18胃八叠球菌和运动发酵单孢菌产生乙醇的方式有什么不同？19一酵母突变株的糖酵解途径中，从乙醛到乙醇的途径被阻断，它不能在无氧条件下的葡萄糖平板上生长，但可能在有氧条件下的葡萄糖平板上存活。试解释这一现象？20光合细菌共分几类，细菌的光合作用与绿色植物的光合作用之间有什么不同？21与高等动植物相比，微生物代谢的多样性表现在哪些方面？第七章 微生物遗传变异与菌种选育遗传：亲代将其特性传递给子代的特性变异：子代具有改变亲代遗传形状的特性以微生物为材料进行遗传变异研究的优势：1 微生物结构简单，容易提纯， 2 繁殖速度快，容易得到后代。 3 遗传形状容易表现，变异容易识别，检出突变体。第 一 节 微生物的遗传一、遗传的物质基础1、肺炎双球菌的转化实验 Griffith2、噬菌体感染实验 Hershey E.coli(T2)3、TMV病毒拆建实验二、微生物的遗传物质1、存在方式 真核微生物(Eukaryotes)： Chromosome: DNA结合组蛋白构成染色体（99%） 叶绿体、线粒体中的DNA（1%） 原核微生物(Prokaryotes) 细菌染色体:一条裸露的双链DNA分子 质粒(Plasmid) 约占0.5-3% 病毒(Virus) DNA或RNA，单链或双链三、基因概念：遗传的最小功能单位。是一段具特定碱基顺序DNA片段基因表达： DNA RNA 蛋白质基因调节：操纵子学说四 微生物基因组结构基因组（P197）存在于细胞或病毒中的所有基因。通常指全部一套基因。是基因及非基因的DNA序列的总称。包括结构基因、调控序列及功能尚未知的DNA序列微生物基因组较小。（P197）第 二 节 微生物的变异（Variation）一、Gene Recombination基本过程(一).原核微生物的基因重组转导、转化、接合、溶原转变 (二).真核微生物的基因重组有性杂交准性生殖(三).应用：原生质体融合基因工程1 原核微生物的基因重组 (1) 转化（transformation）(2) 转导(transduction)(3) 溶原转变(lysogenic conversion)（4）接合（conjunction）(二) 真核微生物的基因重组A.有性杂交（sexual hybridization）:指性细胞间的接合和随之发生的染色体重组，并产生新遗传型后代的一种育种技术。凡能产生有性孢子的酵母和霉菌，原则上都可应用与高等动、植物杂交育种相似的有性杂交方法进行育种。B.准性生殖 (Parasexual hybridization)类似有性生殖，而比它更原始的生殖方式。它可使同种生物两个不同菌株的体细胞发生融合，且不以减数分裂的方式而导致低频率的基因重组并产生重组子。常见与某些真菌，尤其是半知菌中。特点：重组体细胞在形态生理上与营养体细胞没有不同，而且不产生在特殊囊器中。虽导致基因重组，但染色体交换和染色体减少是不规则和不协调的。 过程（三）原生质体融合protoplast fusion通过人工或自然的方法使两个亲缘关系相近获相远的细胞原生质体发生融合从而发生核融合核基因重组。原生质体制备融合核配双交换重组筛选及性能测定(四).基因工程 gene engineering是在基因水平上的遗传工程，它是用人工的方法将所需要的某外源DNA提取出来，在离体条件下适当的工具酶进行切割后，把它作为载体的DNA分子连接起来，然后与载体一起导入某一更易生长繁殖的受体细胞中，以让外源DNA在其中“安家落户”，进行正常的复制和表达，从而获得新物种的一种崭新的技育种术。二、突变（Mutation）：生物的遗传性突然发生变异并影响生物正常遗传的现象。1、突变机制：染色体数目变化 点突变(point mutation) 染色体畸变(chromosomalaberration2、突变的特点自发性原因与结果不相对应性稀有性 突变率（mutation ratio）10-6-10-9独立性可诱变性：10-105倍稳定性可逆性3、突变的表现型（phenotype）形态突变型：突变的菌体发生形态可见的变化 细胞大小、形状、鞭毛、纤毛、孢子、芽孢、荚膜、菌落、噬菌斑生化突变型：形态上不一定有可见变化，但原有特定生化功能改变或丧失，通过生化方法可以检测到。 底物的利用、营养需求、抗性、抗原性、产物生成量如营养缺陷型和抗性突变型致死突变型条件致死突变型4、基因突变理论的应用A、自发突变与定向培育定向培育：特定环境下长期处理某一微生物培养物，同时不断移种传代，以达到积累和选择合适的自发突变体的古老育种方法。卡介苗：法Calmette;Guerin 牛型结核分支杆菌连续传代230代，经23年于1923年获得的显著减毒的菌株。炭疽杆菌：Pasteur 从污水中分离转化污染物的微生物从污染噬菌体的发酵液中分离抗噬菌体菌株B、诱变育种mutation breeding利用理化诱变剂处理均匀分散的微生物细胞群促进其突变率大幅度提高；然后采用简便、快速、高效筛选方法从中筛选少数符合育种目的的突变株以供生产和科研用。物理诱变剂：UV、x-ray、激光化学诱变剂： 烷化剂： 亚硝基胍（NTG）、氮芥等 亚硝酸：使碱基氧化脱氨基 羟胺：作用于G，使修饰后与A配对 碱基类似物：5-BU，5-FU，8-NG，2-AP 移码突变的诱变剂：丫叮橙镶入碱基第三节 菌种保藏一、菌种退化及复壮1、菌种退化：Degeneration生产菌株的负向突变。表现性状：细胞和菌落形态变化、生长速度、产孢子能力、产酶能力、发酵产物、寄生能力、抗性原因：基因突变分离现象2、复壮： 狭义：通过纯种分离和性能测定等方法从已发生衰退后的菌种群体中找到尚未衰退的少数个体加以纯化，以恢复该菌原有的典型形状。是一种消极措施。 广义：在菌种生产性能尚未衰退前就经常有意识的进行纯种分离工作以期使生产性能逐步有所提高。是一种利用正向突变不断进行选种的工作。3、复壮方法：A纯种分离B通过寄主体进行复壮：接种到相应的寄主体内，通过寄主体的作用提高菌株活性。如长期人工繁殖的杀螟杆菌毒力减退，杀虫率减低，可用退化的菌株感染青虫的幼虫，再从死虫中分离毒力教强的菌株。C淘汰已衰退的个体。用理化因素处理杀死生活力不强的个体，剩下健壮的个体。 D.诱变：如高剂量的紫外线和低剂量的化学诱变剂（NTG等）联合处理。 4、防止衰退的方法：控制传代次数；创造良好的培养条件；对菌种进行有效的保藏；利用不同类型的细胞进行传代：有性孢子优于无性孢子优于菌丝体。 二、菌种保藏方法人工创造条件使微生物的处于代谢不活泼、生长繁殖受到一直的休眠状态。菌种是国家或实验室的重要资源，菌种保藏机构的任务是广泛收集生产和科研菌种，将其妥善保藏，使之不死、不衰、不乱和便于交换。方法：低温、干燥、缺氧环境。 复习思考题1为什么证明核酸是遗传物质基础的3个经典实验都选用微生物作实验材料？2变量试验、涂布试验与影印平板实验法之所以都能有力地证明突变是自然发生的，研究者在实验设计上主要抓住了什么关键问题与实验步骤？3在筛选营养缺陷型时，抗生素法为何能“浓缩”营养缺陷型突变株？4诱变育种应把握的主要原则有哪些？5菌种衰退的原因是什么，如何区分衰退、饰变与杂菌污染？6什么是原生质体融合，其基本操作程序如何？7简述原核微生物基因重组的主要方式及其特点？8什么是基因工程，基因工程的目的是什么简述其基本操作过程？9简述质粒的特性、功能和种类？10简述微生物所具有的DNA损伤修复系统特点，比较不同修复系统的异同？第八章 微生物生态学1 微生物生态学基本概念微生物生态学是研究微生物与环境间相互作用的规律及其适应机理的学科。一方面，微生物生长依赖环境，生态条件的差异造就了不同的生态系统，其特点、稳态、活动强度不同。另一方面，微生物生长改变环境，保证物种转化的动态平衡，使环境自净。2、微生物在自然界的分布2.1土壤：微生物的大本营2.2水体中的微生物2.3空气：至85km的高空2.4食品上一、粮食原生性微生物区系：以种子分泌物为生，不损害种子，与腐败菌拮抗如草生假单胞菌。是粮食储存状况优良的标志。次生性微生物区系：通过各种途径侵害粮食，使变质或产生毒素。共150多种毒素如黄曲霉素B1，280抗性强，诱导肿瘤。制造低温、缺氧、干燥条件二、鱼、肉、乳、果、蔬.3 生物地球化学循环3.1 碳素循环一、碳素循环一般途径二.微生物对纤维素的分解-葡萄糖高聚物，每个纤维素分子含1400-10000个葡萄糖基（1-4糖苷键）。1微生物分解途径2分解纤维素的微生物好氧细菌粘细菌、镰状纤维菌和纤维弧菌厌氧细菌产纤维二糖芽孢梭菌、无芽孢厌氧分解菌及嗜热纤维芽孢梭菌。放 线 菌链霉菌属。真 菌青霉菌、曲霉、镰刀霉、木霉及毛霉。三. 微生物对半纤维素的分解存在于植物细胞壁的杂多糖、造纸废水和人造纤维废水中含半纤维素。分解过程1.分解菌：分解纤维素的微生物大多数能分解半纤维素。许多芽孢杆菌、假单胞菌、节细菌及放线菌能分解半纤维素。霉菌有根霉、曲霉、小克银汉霉、青霉及镰刀霉。2.分解途径：四.微生物对果胶(pectin)类物质的分解果胶类物质主要是以半乳糖醛酸为主要组成的高分子聚合物，在存在与植物细胞壁及细胞间层中可占到植物残体干重的15%-30%。降解果胶类物质的微生物中，好氧细菌有芽孢杆菌、软腐欧氏菌等，厌氧细菌费氏浸麻菌等、真菌有青酶、曲霉、毛酶、根酶等。降解过程：五.微生物对淀粉(starch)的分解淀粉是植物细胞中的储藏性多糖物质，在粮食加工、食品、纺织、印染废水中常含有大量的淀粉。1.淀粉分解菌：分解淀粉的微生物有细菌、放线菌、真菌。其中以细菌和真菌的分解能力较强。2.微生物对淀粉的分解途径：六.微生物对石油的降解石油是含有烷烃、环烷烃、芳香烃及少量非烃化合物的复杂混合物。石油污染主要出现在采油区和石油运输事故现场以及石化行业的工业废水中。1石油成分的生物降解性A链长度 链中等长度（C10-C24）链很长的（C24以上）短链 B链结构 直链 支链 不饱和 饱和 烷烃 芳烃 C.链末端有季碳原子（四周都与C相连）的烃以及多环芳烃极难降解2降解石油的微生物降解石油的微生物很多，据报道有200多种细 菌 假单胞菌、棒杆菌属、微球菌属、产碱杆菌属放线菌 诺卡氏菌酵母菌 假丝酵母霉 菌 青霉属、曲霉属藻 类 蓝藻和绿藻3石油的降解机理A链烷烃的降解B无支链环烷烃的降解C芳香烃：芳香烃普遍具有生物毒性，但在低浓度范围内它们可以不同程度的被微生物分解。3.2 氮素循环一.固氮作用： 固氮微生物：固氮细菌和蓝藻产物：NH4+和氮化合物二、氨化作用： 氨化微生物：蛋白质分解细菌和真菌产物：NH4+、NH3三、硝化作用：氨硝化微生物：亚硝化细菌、硝化细菌产物：NO3- NO2-四、反硝化作用：反硝化微生物：反硝化细菌产物：N2 3.3 微生物与硫素循环 硫是生命物质所必需的元素，它是一些必