矿产资源微生物技术-2微生物学基础2

1、矿产资源微生物技术矿产资源微生物技术Microbiological Techniques of Microbiological Techniques of Mineral ResourcesMineral Resources1、微生物的概念 Concept2、生物的分类 Classification3、微生物的分类单位 Classification Unit4、原核生物Procaryote与真核生物Eucaryote的概念5、微生物的命名 Domination6、微生物技术 Microbiological Technology7、微生物资源及其特殊性 Microbiological Resou

2、rces上节回顾爱滋病毒爱滋病毒（无细胞结构）（无细胞结构）大肠杆菌（原核微生物）大肠杆菌（原核微生物）蘑菇（真核生物）蘑菇（真核生物）2-1 原核微生物 原核微生物包括：蓝藻门（蓝绿细菌门）、细菌门中的所有生物。本节重点介绍细菌门：包括细菌、放线菌、蓝绿细菌主要介绍：细菌的大小、形态、细胞结构、培养特征、物理化学特性。2-1 原核微生物Procaryote 细菌：是一类细胞细短（直径约0.5m，长度约0.5-5m）、结构简单、胞壁坚韧、多以二分裂方式繁殖和水生性较强的原核生物。应用：工业上：各种氨基酸、核苷酸、有机酸等的发酵生产；农业上：杀虫菌剂、沼气发酵、污水处理等；医药上：菌苗、类毒素、

3、医用酶类等；冶金上：微生物浸矿、探矿、金属富集等。2-1-1 细菌 一、形态和大小（Shape and Size） 二、细胞结构及其生理功能（Structure and Physiological Function ） 三、细菌的培养特性（Cultural Property） 四、细菌的物理化学性质（Physical and Chemical Properties ）原核微生物Procaryote 一、细菌的个体形态及大小 1、细菌的个体形态球状-球菌 Coccus杆状-杆菌 Rod螺旋状-螺旋菌 Helical spiral 常见度：杆菌 球菌 螺旋菌细菌个体形态的多样性主要是由于细菌分裂后

4、细胞的排列方式不同所致。肺炎双球菌（Diplococcus pneumoniae）八叠球菌（Sarcina ureae）乳酸链球菌（Streptococcus lactis）金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）尿素小球菌（Micrococcus ureae）四联球菌（Micrococcus tetragenus）炭疽芽孢杆菌鼠疫杆菌螺旋菌霍乱弧菌 除了上述3种基本形态外，在水生环境、潮湿土壤以及活性污泥中还普遍存在丝状菌，这种菌的分类特征是丝状体。常见的丝状菌有球衣菌属、纤发菌属、发硫菌属、贝日阿托菌属、亮发菌属等。 在正常生长条件下，细菌的形态是相对稳定的。然而，培养

5、基的化学组成、浓度、pH值以及培养温度和培养时间等因素的变化，常常会引起细菌的形态改变，或者死亡，或者细胞破碎，或者出现畸形。还有少数细菌是多形态的，有周期性的发育史。破碎的磷癌细胞红细胞畸形 2、细菌的大小 微生物微生物 大小近似值大小近似值 m m 细胞的特性细胞的特性病毒virus 0.01m0.25m 非细胞的细菌bacteriums 0.1m10m 原核生物 ( Procaryote) 真菌fungi(fungus) 2m1 m 真核生物 (Eucaryote)原生动物protozoon 2m1 mm 真核生物藻类Some algae (alga) 1m几米 真核生物球菌的大小用直径

6、表示 0.5m2.0m杆菌和弧菌的大小用其宽度和长度来表示 0.5m1.0m1.0m5.0m螺旋菌则用其宽度和弯曲长度表示 0.25m1.70m2.00m60.00mExamples 细菌的大小除了因菌种而异外，还随菌龄而有所变化。二、 细胞结构及其生理功能细菌的细胞结构：一般结构（所有细菌都具备的结构）：（1）细胞壁；（2）细胞质膜；（3）细胞质及内含物；（4）细胞核。特殊结构（有的细菌有，而有的细菌没有的结构）：（1）荚膜；（2）黏液层；（3）菌胶团；（4）衣鞘等。（1）细胞壁（cell wall）细胞壁的定义：是包在细胞表面最外层的、具有坚韧而略带弹性的薄膜。细胞壁重量占细胞总重的百分比

7、：10-25细胞壁的化学组成和结构： 肽聚糖、磷壁酸、脂多糖、蛋白质、脂肪细胞壁的生理功能： 1）维持细菌外形，保护细菌免受渗透压的破坏； 2）协助鞭毛运动，为鞭毛提供可靠的支点； 3）阻挡对细菌有害的物质进入菌体，维持菌体内外离子平衡，参与细胞正常分裂； 4）与细菌的致病性、抗原性、对噬菌体与药物的敏感性及革兰氏染色特性等密切相关。革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌：1）革兰阳性菌：细胞壁较厚，约20nm80nm。肽聚糖含量丰富，有15层50层，每层厚度1nm，约占细胞壁干重的50%80%。此外，尚有大量特殊组分磷壁酸。磷壁酸抗原性很强，是革兰阳性菌的重要表面抗原；在调节离子通过粘肽层中起作用；也可

8、能与某些酶的活性有关；某些细菌的磷壁酸，能粘附在人类细胞表面，其作用类似菌毛，可能与致病性有关。2）革兰阴性菌 ：细胞壁较薄（10nm15nm）,但结构比较复杂。除含有1层2层肽聚糖（约占细胞壁干重的5%20%）外，尚有特殊组分外膜（约占细胞壁干重的80%）。外膜位于肽聚糖层的外侧，由脂蛋白、脂质双层、脂多糖三部分组成。革兰染色法是由丹麦医生C. Gram于1884年创立，其操作简单，分初染、媒染、脱色和复染4步。两种细菌经结晶紫溶液初染后，分别染上了紫色，经碘酒媒染，结晶紫与碘分子形成一个分子量较大的染色较牢固的复合物。接着用95乙醇脱色。这时凡巳染上的紫色易被乙醇洗脱者，则又成为无色的菌体

9、(A)。反之，则仍为紫色的菌体(B)。最后，再用红色染料-番红复染。结果B菌仍保持最初染上的紫色，而A菌则被复染而显红色，B菌称为革兰阳性菌，简称G+菌，A菌则称为革兰阴性菌，简称G-菌。细菌细胞壁的化学组成细 菌 壁厚 肽聚糖()磷壁酸脂多糖 蛋白质() 脂肪()革兰氏阳性菌20804090+-约2014革兰氏阴性菌101510-+约601122细胞质膜的定义：位于细胞壁内侧的包围着细胞质的一层柔软而又富有弹性的半透性薄膜。细胞质膜重量占细胞总重的百分比：10细胞质膜的结构：含有6070的蛋白质、3040脂类和2左右的多糖。所含的脂类是磷脂，由磷酸、甘油、脂肪酸和含氮碱组成。细胞质膜的生理功

10、能： 1）控制细胞内外物质(营养物质和代谢废物)的运送与交换； 2）维持细胞内正常渗透压的屏障； 3）合成细胞壁各种组分和荚膜等大分子的场所； 4）进行氧化磷酸化或光合磷酸化的产能基地； 5）许多酶和电子传递链的所在部位； 6）鞭毛的着生点和提供其运动所需的能量等。（2）细胞质膜（cell membrane）磷脂、蛋白质、多糖（3）细胞质及内含物细胞质的定义：是指细胞质膜以内除了核物质(核区)以外的无色透明的粘稠复杂胶体，又称为原生质，由蛋白质、核酸、脂类、多糖、无机盐和水组成。细胞质的内含物： 核糖体：是分散在细胞质中的亚微颗粒，是合成蛋白质的部位，它由核糖核酸(RNA)和蛋白质组成，其中R

11、NA约占60，蛋白质约占40，其直径约为20nm。 内含颗粒：是在细菌生长期间，由于营养物质过剩而形成的一些颗粒贮藏物，包括异染粒、聚-羟基丁酸、硫粒、肝糖、淀粉粒。 气泡：仅在某些特殊菌种（如紫色光合细菌和蓝绿细菌）体内存在，尤其是专性好氧的嗜盐细菌，体内的气泡最多。 气泡调节自身的浮力：在浓盐水中氧气较少时，气泡使细菌漂浮在水表面而接触空气，以便吸收所需的氧气。（4）细胞核没有核膜、核仁；由脱氧核糖核酸（DNA）纤维组成；只有细菌染色体；似核结构一般呈球状、棒状或哑铃状，在分裂时还可能呈其他形状；携带者细菌的全部遗传信息，功能是决定遗传性状和传递遗传性状，是重要的遗传物质。细胞的特殊结构荚

12、膜黏液层菌胶团芽孢鞭毛衣鞘荚膜荚膜荚膜荚膜黏液层菌胶团芽孢芽孢鞭毛鞭毛鞭毛衣鞘The Third part.The cultural characteristics of Bacteria 细菌的培养特征 细菌在不同状态(固体、半固体、液体)的培养基上生长时，会表现出不同的培养特征。 培养基：利用人工方法将适合微生物生长繁殖或积累代谢产物的各种营养物质混合配置而成的营养基质，主要用于微生物的分离、培养、鉴定、菌种保藏或积累代谢产物等方面。Several kinds of cultural media液体培养基 liquid culture medium 固体培养基 Solid culture

13、medium 半液体（半固体）培养基 Semi-Liquid or Semi-Solid culture medium 基础培养基 culture medium选择培养基 selective medium 鉴别培养基 differential medium加富培养基 enrichment medium按形态（Form）分类：按用途（Purpose）分类：The Components of No. 2 culture mediaThe Components of No. 2 culture media The Components of No. 2 Culture media Beef grea

14、se 3 g， peptone 10 g， sodium chloride 5 g， distilled water 1 L，（agar 1520 g ） pH=7.0-7.2。 9K培养基组成T.f菌的9K培养基组成： 44.2g/L FeSO4.7H2O, 3.0g/L (NH4)2SO4, 0.1g/L KCl, 0.5g/L K2HPO4, 0.5g/L MgSO4.7H2O, 0.01g/L Ca(NO3)2 1 mL H2SO4（5mol/L）菌落 velum菌落以稀释平板法和平板划线法将呈单个的细菌接种到固体培养基平板上，再给予合适的培养条件。细菌便能迅速生长繁殖。由于受固体表面

15、和深度的限制，细菌不能自由扩散生长，繁殖起来的细菌群体聚集在一起，形成一个由无数个细菌组成的、肉眼可见的群体、称为菌落。 Several kinds ofthe velum characteristics of bacteriarough velum粗糙型菌落光球型菌落Photosphere velumFlat culture media and the velum菌苔 lawn 菌苔将细菌接种在琼脂斜面培养基上，会在接种线上长成一片密集的细菌群落。 在明胶培养基中的生长特征细菌在半固体琼脂培养基中的培养特征细菌在液体培养基中的培养特征1一絮状，2一环状，3一菌膜，4一膜状细菌的培养特征bri

16、ef summary在平板培养基上菌落特征在斜面培养基上菌苔特征在明胶培养基中穿刺生长特征细菌在半固体培养基中的培养特征细菌在液体培养基中的培养特征细菌培养特征是分类依据之一。四、细菌的物理化学性质1. 细菌的染色原理2. 细菌的表面电荷 3. 细菌悬液的稳定性4. 细菌的多相胶体性质5. 细菌的密度和自重 6. 细菌的渗透压 1. 细菌的染色 dyeing（1）细菌的染色原理 基于带有相反电荷的菌体表面和染料离子，因静电吸引而彼此结合在一起，从而进行染色。 （2）碱性染料和酸性染料 常用的碱性染料（+）有结晶紫、龙胆紫、复红、蕃红、美蓝、甲基紫、中性红、孔雀绿等；常用的酸性染料（-）有酸性晶

17、红、刚果红、曙红等。（3）经验之谈 在通常的培养条件下，细菌带负电，而碱性染料带正电，因而在研究工作中大都采用碱性染料染色。 细菌的染色方法 细菌的染色方法可归结为简单染色法和复合染色法两大类。 简单染色法只用一种染料染菌体，目的仅仅是为了增加反差，便于观察。 复合染色法简称复染法，它是用两种或两种以上的染料染色，以鉴别不同性质的细菌，所以又叫鉴别染色法。主要的复染法有革兰氏染色法和抗酸性染色法两种，前者是微生物尤其是细菌分类鉴定的主要染色方法，在研究工作中广为应用，而后者则多在医学上采用。Gram dyeing method 丹麦的细菌学家克里斯琴革兰氏(Christain Gram)于18

18、84年创造的。其染色步骤是： （1）用接种环取少量细菌在干净的载玻片上涂布、固定； （2）用草酸铵结晶紫染色； （3）用碘碘化钾溶液处理； （4）用乙醇脱色； （5）用蕃红液复染。如果细菌到步骤（5）后仍呈紫色者称为革兰氏阳性菌；如细菌到步骤（5）后呈红色者称为革兰氏阴性菌革兰氏染色后的细菌照片革兰氏阳性菌革兰氏阳性菌革兰氏阴性菌革兰氏阴性菌The Sketch map of the cell wall革兰氏阳性菌革兰氏阳性菌革兰氏阴性菌革兰氏阴性菌masculinefeminine肽聚糖肽聚糖脂多糖脂多糖磷壁酸磷壁酸为什么革兰氏阳性菌在革兰氏染色法中呈紫色，而革兰氏阴性菌呈红色？ 细菌细胞壁

19、的化学组成： 细 菌 壁厚 肽聚糖 磷壁酸 脂多糖 蛋白质 脂肪 革兰氏 阳性菌 2080 4090 + _ 约20 14 革兰氏 阴性菌 1015 10 _ + 约60 1122由细菌细胞壁的化学组成可知：革兰氏阳性菌细胞壁厚且脂类物质含量极低 ，乙醇不能进入细胞壁内部将草酸胺结晶紫、碘-碘化钾复合物提取出来，而革兰氏阴性菌细胞壁薄且脂类物质含量高 ，乙醇将细胞壁中的脂类物质溶解，进入细胞壁内部，将草酸胺结晶紫、碘-碘化钾复合物脱色，下一个步骤再用蕃红染成红色。2.细菌的表面电荷 Charge细菌体内的蛋白质是由多种氨基酸组成的，这些氨基酸按一定的排列顺序由肽键连接组成。 氨基酸是一种两性电

20、解质，它在碱性溶液中带负电，在酸性溶液中带正电，即： R R NH2-C- COOH 十NaOH NH2- C - COO十Na十H2O H H R R NH2-C- COOH十HCl NH3+- C - COOH十Cl-H2O H H羧基电离氨基电离细菌的等电点isoelectric point 定义：在某一pH值的溶液中，氨基酸呈电中性，此时细菌表面所带的正电荷和负电荷相等，这个pH值即是细菌的等电点。 为什么大多数情况下细菌都是带负电的？实验测定：根据细菌在不同pH值条件下对一定染料的着色性，或根据细菌对阴、阳离子的亲和性，或者根据细菌在不同pH值电场中的泳动方向(电泳法)来测定。革兰氏

21、阳性菌的等电点为pH23，革兰氏阴性菌的等电点为pH45。 当pH在大于以上等电点时，细菌表面是带负电的。 -0.6-0.4-0.200.20.413579pH电位/ mV草分枝杆菌苦味诺卡氏菌3.细菌悬液的稳定性决定细菌悬浮液稳定性的不是细菌本身的性质，而是菌体解离层的R型(粗糙型)和S型(光滑型)的型别。R型具有强电解质，悬浮液不稳定，易发生凝聚现象。S型悬浮液则很稳定，只有当电解质的浓度很高时才发生凝聚现象。若把细菌看作一种胶粒，则R型菌起疏水性胶粒的作用，S型菌起亲水性胶粒的作用。当它们吸附在固体表面时，将会改变固体颗粒的表面疏水程度（浮选药剂）。 Suspention stabili

22、ty4.细菌的多相胶体性质细菌的细胞中含有多种蛋白质，它们的成分和功能各不相同，因而常常把细胞质称为多相胶体。其中某一相吸引某一组化学物质进行生化反应时，另一相又吸收另一组物质。所以，在细菌的细胞中可以同时进行几种性质不同的生化反应。 Multiphase colloid5.细菌的密度和自重 Density细菌的密度与菌体所含的物质有关: 蛋白质的密度为1.5 g/cm3； 糖的密度为1.41.6 g/cm3； 核酸的密度为2.0 g/cm3； 无机盐的密度为2.5 g/cm3； 脂类的密度小于1.0 g/cm3； 整个菌体的密度在l.071.09 g/cm3之间。 由于细菌的化学组成随环境而

23、变化，所以细菌的密度也因菌龄和生长环境的不同而异。细菌的自重通常将群体细菌的自重除以细菌的数目，求得每个细菌的自重。一般来说，单个细菌的自重约为110911010 mg。6.细菌的渗透压 Penetrate pressure渗透压阻止水分子通过半渗透膜进入水溶液的压力。如果用半渗透膜将两种浓度不同的水溶液隔开，低浓度溶液中的水分子就会透过半透性膜进入高浓度溶液，从而使高浓度溶液一侧的液面升高，当两液面的高度差产生的压力足以阻止水继续通过半渗透膜时，渗透即停止，这个压力就是通常所说的渗透压。 细菌的渗透压细菌体内，磷酸盐、磷酸脂、嘌呤、嘧啶等以高度浓缩的状态存在，细菌的细胞质膜又是一种半渗透膜，

24、所以使细菌体内都具有一定的渗透压。通常革兰氏阳性菌的渗透压约为22.5 Mpa；革兰氏阴性菌的渗透压约为0.50.6 MPa。 当细菌在渗透压等于其体内渗透压的溶液(如0.50.85 NaCl溶液)中生长时，形态和大小都保持正常，且长势良好。这种溶液称为等渗透溶液或生理盐水。当细菌在渗透压低于其体内渗透压的溶液(低渗透液，如0.01 NaCl溶液)中生长时，溶液中的水分子大量渗入细菌体内，使其细胞发生膨胀，严重时会导致细胞破裂。当细菌在渗透压高于其体内渗透压的溶液(高渗溶液，如20 NaCl溶液)中生长时，菌体内的水分子大量渗到体外溶液中，致使细胞因失水而发生质壁分离、甚至会造成细菌死亡的严重

25、后果。 细菌的渗透压小结描述细菌的几个方面 一、细菌的大小、形态；* 二、细菌的细胞结构； 三、细菌的培养特征；*四、细菌的物理化学特性。细菌结构示意图随堂练习题1(1)简述细菌常见的个体形态及其大小范围，举例说明。(2)简述细菌细胞的结构特征及其生理功能。(3)写出培养基的分类及分类依据及目的。(4)如何描述细菌的培养特征？(5)Write out the composition of the cultural medium of Nocardia spp. (6)Write out the composition of the cultural medium of T.f. 2-2 放线菌

26、放线菌在固体培养基上呈辐射状（菌丝状）生长，故得名放线菌；放线菌都是革兰氏阳性菌；主要以孢子繁殖，是陆生性强的原核生物。放线菌的形态是纤细且长短不等的菌丝组成，菌丝是单细胞并有分枝。 放线菌的细胞一般呈分枝丝状，因此，过去曾认为它是“介于细菌与真菌之间的微生物”。随着电子显微镜的广泛应用和一系列其他技术的发展，越来越多的证据表明，放线菌是一类具有丝状分枝的细菌。主要根据为：1. 有原核；2. 菌丝直径与细菌相近；3. 细胞壁的主要成分是肽聚糖；4. 有的放线菌产生有鞭毛的孢子，其鞭毛类型也与细菌的相同；5. 放线菌菌体的形状与细菌的相似；6. 最适生长的pH值与多数细菌的生长pH值极近，一般呈

27、微碱性；7. DNA重组的方式与细菌的相同；8. 凡细菌所敏感的抗生素，放线菌也同样敏感。2-2 放线菌放线菌大量存在于土壤中。它们中绝大多数是腐生菌，能将动植物的尸体腐烂、“吃”光，然后转化成有利于植物生长的营养物质，在自然界物质循环中立下了不朽的功勋。 放线菌组成放线菌的菌丝体包括： 营养菌丝(基内菌丝) 气生菌丝 孢子丝生殖方式放线菌菌丝灰色链霉菌的直形孢子链放线菌孢子链绿色产色链霉菌的螺旋形孢子链产生抗生素的放线菌菌落链孢囊菌属的形态同一孢子丝上分化有孢子，其形状、大小有时不一致。因此孢子的形状和大小不能作为区分种的唯一依据，而必须结合孢子的表面来进行区分。孢囊与孢囊孢子及游动孢子：孢

28、囊发育于基内菌丝或气生菌丝，通常近似圆形，孢囊内形成的孢子有球形、椭圆形或杆状。具有鞭毛能游动的称为游动孢子，没有鞭毛不能游动的称为孢囊孢子。游动孢子的鞭毛单生，或两个生在一起，或多数丛生或周生。放线菌孢子常具有色素，呈白、灰、黄、橙黄、红、蓝、绿等颜色。成熟的孢子堆，其颜色在一定培养基与培养条件下比较稳定。因此，颜色是鉴定此类菌种的重要特征之一。放线菌的繁殖 A-分生孢子（凝聚分裂）; B-分生孢子（横隔分裂）; C-孢囊孢子形成过程 放线菌的应用链霉菌属（Streptomyces）1. 生产多种重要的抗生素链霉素：氨基糖苷类抗生素，用于治疗细菌性感染卡那霉素：氨基糖苷类广普抗生素，用于治疗

29、肠道感染等林可霉素：又称洁霉素，用于治疗呼吸道感染、皮肤软组织感染等2. 生产多种酶类葡萄糖异构酶：生产高果糖浆溶菌酶：用于消炎、抗菌、抗感染抗胰酶：一直食道癌和乳癌的发生、抑止烧伤疼痛和水泡形成3. 生产各种酶类抑止剂淀粉酶抑止剂：抑止淀粉酶，治疗糖尿病、肥胖症、高血脂症等亮肤酶抑止剂：抑止胰酶，有抑止肌肉营养失调症的作用放线菌的应用诺卡氏菌属（Nocardia）1. 生产氨基糖苷类抗生素及其他抗生素利福霉素：用于治疗结核分枝杆菌感染和革兰氏阳性菌所致的胆道感染、脑膜炎、麻风病和沙眼。2. 春日霉素：产生菌是星状诺卡菌，用于农业抗生素3. 其他应用：石油脱腊、烃类发酵、污水处理2-3 蓝绿细

30、菌蓝绿细菌：原来称为蓝藻或蓝绿藻，以前在植物学和藻类学中把它分类为蓝藻门。由于这类微生物的细胞结构简单，只具有原始核，没有叶绿素体，所以在1974年出版的伯杰细菌鉴定手册(第8版)中，把蓝藻纳入了原核生物界，定名为蓝色光合菌门，这一门的细菌统称为蓝绿细菌。形态：球状、杆状、长丝状大小：最小直径为0.5-1m，最大直径可达60m，巨颤蓝绿细菌（Oscillatoria princeps）是迄今已知的最大的原核生物。结构：外表常具有胶质外套，使多个菌体或菌丝集成一团。没有鞭毛，但能借助于黏液在固体基质表面滑行。蓝细菌的运动有趋光性和趋化性。内含气泡。蓝细菌（蓝藻）蓝细菌（蓝藻）蓝绿细菌蓝绿细菌含有

31、叶绿素a，(吸收光波波长680685nm)、脂环族类胡萝卜素(吸收光波波长450550nm)、藻胆素(吸收光波波长550650nm)及藻胆蛋白体(含异藻蓝素、藻蓝素及藻红素)，可以进行放氧性的光合作用、吸收二氧化碳、无机盐和水，合成有机物供自身营养。蓝绿细菌呈蓝、绿、红等多种颜色，并可以随光照条件的变化而改变颜色。在大多数蓝绿细菌中，藻蓝素占优势，细胞呈特殊的蓝色，蓝细菌由此得名。蓝绿细菌的分类色球藻纲和藻殖段纲色球藻纲为单细胞个体或群体，细胞以分裂繁殖，群体种类在细胞壁外分泌果胶类物质，构成胶质鞘膜，彼此融合形成较大的胶团(球状或块状)。它包括色球藻属、微囊藻属、腔球藻属、管孢藻属及皮果藻属

32、。蓝绿细菌的分类藻殖段纲的菌体为丝状体，形成异形胞和殖段体，亦称为连锁体。它包括颤藻属、念球藻属、筒孢藻属、胶须藻属、鱼腥藻属及单歧藻属。色球藻纲中的微囊藻属和腔球藻属，以及藻殖段纲中的鱼腥藻属在富营养化水体中形成“水华”。蓝绿细菌的繁殖方式蓝细菌的主要繁殖方式是裂殖。有些蓝细茵可以通过分裂，在母细胞内形成多个球形的小细胞，称为小孢子。母细胞破裂后，释放出小孢子，后者再形成营养细胞。有些蓝细菌可在顶端以不对称的缢缩分裂形式形成小的单细胞，称为外生孢子，由外生孢子长成营养细胞。丝状蓝细菌则可通过无规则的丝状体断裂进行繁殖，有些丝状蓝细菌的营养细胞能分化形成大而壁厚的体眠细胞，称为静息孢子(aki

33、nete)。静息孢子比一般营养细胞大，常含色素，并有贮藏性物质，能抗干燥和低温，可渡过不良环境。当条件适宜时，静息孢子可以萌发而形成新的菌丝体。An Example草分枝杆菌原核生物界细菌门真细菌纲放线菌目分枝杆菌科草分枝杆菌属Mycobacterium phleiMycobacterium phlei菌菌 对重金属对重金属Pb Pb 2+2+、Zn Zn 2+2+ 、Ni Ni 2+2+ 、Cu Cu 2+2+ 的吸附规律研究的吸附规律研究 朱一民 魏德洲（东北大学 资源与土木工程学院， 辽宁 沈阳 110004）摘摘 要要：本文研究了Mycobacterium phlei菌株分别对水相中重

34、金属离子Pb2+、Zn2+、Ni2+、Cu2+的吸附规律。结果表明，Mycobacterium phlei菌株对水相中的这四种重金属离子均有一定的吸附作用；吸附过程均在10分钟内就达到平衡；pH对吸附过程影响较大，在pH=3.0-4.0时，Mycobacterium phlei菌对这四种金属离子吸附效果最好；温度升高对Pb 2+、Ni 2+和Cu 2+的吸附过程不利，但Mycobacterium phlei菌对Zn2+ 的吸附则是一个吸热过程。 关键词：关键词：Mycobacterium phlei菌株、重金属离子、微生物吸附3.1.1 3.1.1 草分枝杆菌草分枝杆菌草分枝杆菌，属原核生物界

35、，细菌门，真细菌纲，放线菌目（Actinomycetales），分枝杆菌科（Mycobacteriaceae）， 草分枝杆菌属（Mycobacterium）51。按照第二章第2.2.1节的方法，将草分枝杆菌培养5天，按第2.2.13节的方法，将细菌细胞固定、脱水、喷金后拍扫描电镜图片，见图3-1。由图3-1可知，草分枝杆菌细胞形态为杆状，宽度400 nm，长度0.52.0 m。草分枝杆菌草分枝杆菌草分枝杆菌生长曲线 00.10.20.30.40.50.6020406080100 120 140 160生长时间/h每百毫升细菌重量gThe Velum of Mycobacterium phlei

36、基本常识 （1）放线菌在土壤中分布最多，大多数生活在含水量较低、有机质丰富和微碱性的土壤中。多数情况下，泥土中散发出的“泥腥味”就是由放线菌中链霉菌产生的土腥素造成的。 （2）放线菌大都好氧，属于化能异养。放线菌能像真菌那样形成分枝菌丝，并在菌丝末端产生外生的分生孢子，有些种类甚至形成孢子囊，因而曾被误认是真菌。 （3）放线菌是抗生素的主要产生菌。现已发现和分离出的由放线菌产生的抗生素多达4000多种，其中，有50多种抗生素已经广泛地得到应用，如链霉素、红霉素、金霉素、卡那霉素、氯霉素和庆大霉素等用于临床治疗人的多种疾病，井冈霉素、庆丰霉素等用于农业生产。与化学性农药相比，农用抗生素对环境没有

37、污染，不仅能有效地防治植物病虫害，而且具有一定的植物生长调节剂的作用能够刺激植物的生长。 .简述革兰氏染色步骤 2. 简述细菌的染色原理 3. 为什么大多数情况下细菌的表面电荷是负的？ 4. 何谓革兰氏阳性菌？何谓革兰氏阴性菌？ 随堂练习题23 Physiology of Microorganisms3-1、 Enzyme（酶） of Microorganisms3-2、 Nutrition （营养）of Microorganisms3-3、 Metabolism （代谢）of Microorganisms 微生物的生理主要包括微生物的营养和产能代谢两个方面，而微生物的营养和产能代谢又都是在微

38、生物酶的参与下进行的。一、 Enzyme（酶）of Microorganisms 酶的组成 Composition 酶的活性中心 Active center 酶的分类与命名 Classification and Domination 酶的催化特性及活力单位 Catalysis characteristic and Activity unit 酶是生物催化剂，细胞内物质的转化反应都是由酶执行的。一种代谢物转化为另一种代谢物的每一步反应都归因于一种特定的酶。1、酶的组成 酶有酶有单成分酶单成分酶和和双成分酶或全酶双成分酶或全酶之分之分单成分酶 = 酶蛋白 (如水解酶)全 酶 = 酶蛋白 + 有机物

39、 (如脱氢酶)全 酶 = 酶蛋白 + 有机物 + 金属离子 (如丙酮酸脱羧酶)全 酶 = 酶蛋白 + 金属离子(Fe2+) (如细胞色素氧化酶) 辅基或辅酶辅基或辅酶 透析法分不开透析法分不开 透析法能分开透析法能分开(与酶蛋白结合牢固与酶蛋白结合牢固) (与酶蛋白结合不牢固与酶蛋白结合不牢固)holoenzymeSimple enzyme生物素(辅酶)：B族维生素，微生物的生长因子辅酶和辅基铁卟啉(辅基)： Fe2+ Fe3+ + e 传递电子辅酶A： SH受酰和脱酰，参与转酰基反应NAD(辅酶I)和NADP(辅酶II)：电子传递体系,传递氢FMN(黄素单核苷酸)和FAD(黄素腺嘌呤二核苷酸

40、)(辅基)： 传递氢，并参与传递电子磷酸腺苷及其他核苷酸类(辅酶)：PP储存或转移能量 此外，还有辅酶Q或叫泛醌(CoQ)、硫辛酸(L)和焦磷酸硫胺素(TPP)、磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺、四氢叶酸或叫辅酶F(THFA)、金属离子、辅酶M等等。烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(磷酸)2、酶的活性中心 Active Center 酶的活性中心是指酶蛋白分子中与底物（被氧化或还原的物质）结合、并直接起催化作用的小部分氨基酸区域。所有酶的活性中心都是由几个氨基酸组成的。酶的活性中心分为结合部位和催化部位，结合部位与底物结合，催化部位加速生物化学反应。 3、酶的分类与命名依据催化的反应类型： 水解酶催化大分子有机物的

41、水解反应。 氧化还原酶催化底物进行氧化还原反应。 例如： 氧化酶 CH3CH2OH+O2 = CH3CHO + H2O2 2CH3CH2OH+O2 = 2CH3CHO +2H2O 转移酶催化底物中的某种基团转移到另一物质上的化学反应。 异构酶催化同分异构分子内部基团的重新排列。 裂解酶催化有机物裂解为几个小分子有机物的反应。 合成酶催化底物的合成反应。 根据酶所催化的反应和底物来命名。常用的方法是在底物的名称后面加上酶字，例如作用于尿的酶称为尿酶，作用于蔗糖的酶称为蔗糖酶，作用于精氨酸的酶称为精氨酸酶等等。有时在底物名称的前面还加上酶的来源，例如胃蛋白酶等。 另一方面，国际生物化学协会酶命名委

42、员会还制定了一套完整的酶命名规则，其中包括酶的系统命名及4个数字的分类编号，但由于过于复杂，许多名称尚未得到普遍使用。酶的命名蛋白酶葡萄糖氧化酶4、酶的催化特性及活力单位酶的催化特性可归纳为： 酶可以加速生物化学反应，缩短反应达到平衡的时间，但不能改变平衡点。酶在参与反应前后，其性质和数量不发生任何变化； 酶的催化作用具有专一性，一种酶只能催化一种或一类化学反应，生成一定的产物； 酶的催化作用在常温、常压和接近中性的水溶液中即可发生，不需要特殊条件； 酶是蛋白质，接触高温、强酸、强碱或重金属离子（如Hg2、Ag、Cu2等）时，都能使酶丧失活性； 酶的催化效率特别高，是一般化学催化剂的数千倍到上

43、百亿倍。例如，过氧化氢酶对H2O2分解反应的催化效率是Fe3+的100亿倍。 酶的活力单位 * 在一定的条件下，酶所催化的化学反应的反应速度称为酶的活力。反应速度通常用单位时间内底物的减少量或产物的增加量表示。* 单位：用国际单位（u）表示，即在25、最适宜pH值、最适宜的缓冲溶液和最佳底物浓度下，每分钟能使1mol底物转化的酶的量定为1个酶活力单位。在固定条件下，1mg酶或1mL酶液所具有的酶活力叫做酶比活力。* 如1mg青霉素活力为1667u。该值越大，活力越大。二、 微生物的营养 (nutrition) 微生物从外界环境中不断地摄取营养物质，经过一系列生物化学反应，转变成细胞的组分，同时

44、产生一些废物排泄到体外，这一过程称为新陈代谢（metabolism）。新陈代谢异化作用(分解代谢)同化作用(合成代谢)物质分物质分解反应解反应物质合物质合成反应成反应将营养物质和细胞物质分解，同时放出能量将营养物质转变为机体的组成部分，吸收能量catabolismanabolism同化作用同化作用异化作用异化作用微生物的化学组成 (Chemical Composition) 水70%90%干物质干物质有机物无机物有机物蛋白质核酸糖类脂类，占干物质质量的90%-97%； 蛋白质由C、H、O、N、S组成， 核酸由C、H、O、N、P组成， 糖类和脂类由C、H、O组成， C、H、O、N是所有生物体的有

45、机元素。无机物P、S、K、Na、Ca、Mg、Fe、Cl 微量的Cu、Mn、Zn、B、Mo、Co、Ni等。干物质的化学组成The composition of dry substance元素细菌酵母菌根霉菌C50.449.847.9H6.786.76.7O30.5231.140.16N12.312.45.24几种微生物的有机元素含量（占干物质%） 根据表中的分析数据可以写出微生物的化学组成实验式，例如，细菌和酵母菌的化学组成实验式为C5H8O2N，霉菌的化学组成实验式为C12H18O7N。应该指出的是，微生物的化学组成实验式不是分子式，它仅表示组成微生物有机体的各种元素之间的原子个数比例关系，在

46、培养微生物时，可根据其化学组成实验式按一定的比例供给营养。微生物的营养及营养类型1、 微生物需要的营养物质有：水碳素营养源 碳架和能源，无机碳化合物CO2、复杂的天然有机碳化合物氮素营养源 N2、NH3、CO(NH2)2、(NH4)2SO4、 NH4NO3、KNO3、NaNO3、 氨基酸和蛋白质无机盐 硫酸盐、碳酸盐、碳酸氢盐、氯化物等生长因素 2、微生物的营养类型 （1）根据微生物对各种碳源的同化能力不同，可以把它们分为无机营养型和有机营养型两类。 无机营养型无机营养型微生物具有完备的酶系统，合成有机物的能力很强，能利用CO2和CO32-中的碳作为唯碳源，利用光能或化学能在细胞内合成复杂的有

47、机物，以构成自身的细胞质，不需要外界供给现成的有机碳化合物，所以称为自养型微生物。 如藻类、光合细菌等都属于无机营养型。 有机营养型有机营养型微生物的酶系统不很完备，它们只能利用有机碳化合物作为碳源，所以又称为异养型微生物。 大部分细菌、放线菌、酵母菌、霉菌等属于有机营养型。 2、微生物的营养类型（2）根据能量的来源，微生物也可分为光能型和化能型两种。光能型以光为能量来源；如以阳光(或灯光)作能源，依靠体内的光合作用色素将CO2和H2O或H2S合成为有机物，构成自身的细胞物质。常见的光能型微生物有蓝绿细菌、绿硫细菌、紫色硫细菌等。 化能型以化学能为能量来源；化能型微生物不具有色素，不能进行光合

48、作用，合成有机物所需要的能量是通过氧化磷酸化产生的ATP（三磷酸腺苷）来提供。常见的化能自养型微生物有硝化细菌、好氧的硫细菌和铁细菌等。 四种不同的营养类型 分类依据根据对能源的需求根据对碳源的需求典型例子光能自养型光能进行光合作用以CO2、无机碳酸盐为碳源藻类、光合细菌、高等绿色植物光能异养型光能进行光合作用以有机物：淀粉、糖类等为碳源红螺菌属、红假单胞菌属等 很少！化能自养型无机物氧化产生的化学能以CO2、无机碳酸盐为碳源硝化细菌、硫化细菌、铁细菌、氢细菌、产甲烷菌等。化能异养型有机物氧化产生的化学能以有机物：淀粉、糖类等为碳源大多数细菌、全部真菌和原生动物。 种类数量最多！3、微生物的培

49、养基 culture medium 微生物的培养基是指培养微生物时，根据各种微生物的营养需要，将水、碳源、氮源、无机盐和生长因素按一定比例配制成的微生物营养物。 配制方法： 配制培养基时，首先按配方称取各种营养物质，取所需要量的蒸馏水(去离子水或自来水，视实验要求而定)加入容器中，然后将培养基的成分按照缓冲化合物，无机元素、微量元素、维生素及其它生长因素的顺序逐加入，待每一种成分完全溶解后方可加入下一种成分，否则会导致沉淀物形成。 为了避免产生金属沉淀物，可加入适量的EDTA(乙二胺四乙酸)或NTA(氮川三乙酸)等整合剂，与金属离子络合，使其保持溶解状态。EDTA的常用浓度为0.0l%。待全部

50、营养物质都溶解后，用l0%的NaOH或HCl调整pH值。由于在微生物的培养过程中会产生有机酸、CO2和NH3等，因而会引起培养基pH值的改变。加入缓冲化合物的目的，就是要保持培养基pH值稳定。常用的缓冲化合物有K2HPO4、KH2PO4、Na2CO3、NaHCO3等。调好pH值后，置高压蒸汽灭菌锅内灭菌20min30min，备用。 培养基的分类 classification固体培养基 （1.5-3.0凝固剂）半固体（液体）培养基 （0.2-0.5凝固剂）液体培养基 （不放凝固剂）1 1）基础培养基 一般的微生物均能在此培养基中生长。2 2）选择培养基 利用微生物对各种化学物质敏感程度的差异，在

51、培养基中加入胆汁酸盐、金属盐类、酸、碱或抗菌素等，抑制不需要的微生物，并使所要分离的微生物生长繁殖的培养基。3 3）鉴别培养基 根据不同种类的微生物对培养基中某一成分的分解能力不同，使各个菌落通过指示剂显示出不同的颜色，这种起鉴别和区分不同种类微生物的培养基，叫做鉴别培养基。4 4）加富(富集)培养基 用特别物质或成分配制成的培养基，称为加富培养基或富集培养基。所用的特别物质有植物(青草或干草)提取液、动物组织提取液、土壤浸出液、血和血清等。培养基的分类 classification三、 微生物的产能代谢能量来源微生物的生命活动需要能量微生物如何获得能量呢？这些能量是如何利用的呢？ 微生物的产

52、能代谢 metabolism 代谢发生在生命细胞中物质的化学转变过程。 生物代谢过程中，细胞从环境中摄取能源与营养物质，同时将代谢产物排泄到外界环境中，这是一个“吐故纳新”的过程，故又称为新陈代谢。 代谢分解代谢（异化作用）合成代谢（同化作用）。 （产生能量） （消耗能量） 产能代谢与能量有关的代谢叫产能代谢。微生物获取能源的途径（1）通过细胞中的光合色素，由光能中获取能量。（2）通过生物的氧化还原反应所产生的化学能来获取能量。（3）无论由何种形式获得能量能量都以化学键能储存于 三磷酸腺苷（ATP） 三磷酸腺苷 adenosine triphophate分子结构特点：ATP中的磷酸之间的焦磷酸

53、键具有很高的能量，称为高能磷酸键。用PP表示。 ATPADP磷酸50.2KJMol ATP是生物体内能量利用与储存的主要物质！ 三磷酸腺苷分子结构ATPADP产能代谢过程的实质 essence化学能或光能ADP 磷酸 ATPATP ADP 磷酸 生物可直接利用的能量 微生物的生命活动所需要的能量来自于 产能代谢。 1、产能代谢与呼吸 respire 2、产能代谢类型 category/type1、 产能代谢与呼吸 respiren吸吸入氧气将物质氧化过程。n呼放出二氧化碳发生还原反应， 并将还原产物放出。n呼吸作用的实质就是氧化还原反应！呼吸 respireinhaleexhaleCarbon

54、 dioxide 微生物呼吸作用的实质是氧化与还原的统一过程，在这样的氧化还原反应过程中伴随着能量的产生和转移。所以微生物的呼吸与产能代谢是紧密联系在一起的。1、产能代谢与呼吸 respire 微生物的产能代谢根据最终电子受体的不同而分类。 微生物的呼吸可分为： 发酵 好氧呼吸 无氧呼吸2、 产能代谢类型 category定义:没有氧化剂时，微生物对底物的氧化作用称为发酵。特点 在无外在电子受体（氧化剂）； 底物中有机物发生部分氧化； 产物为低分子有机物； 发酵过程中释放少量能量， 其余的能量保留在最终产物中。 1）发酵 ferment定义:氧化剂为氧气，微生物对底物的氧化称为好氧呼吸(或呼吸

55、作用)。特点 存在外在的最终电子受体分子氧（O2） 底物全部被氧化成CO2和H2O，并产生ATP。 （氧化彻底） 底物氧化释放出的能量，贮存在ATP中。 2）好氧呼吸 aero-respire定义:当外在的氧化剂不是氧分子而是其它无机化合物时，微生物对底物的氧化称为无氧呼吸。特点 无氧呼吸的氧化底物一般为有机物， 最终电子受体（氧化剂）通常是NO2、NO3、SO42、CO32等， 在底物被氧化成CO2的同时，生成ATP，贮存能量。 例如，微生物通过无氧呼吸对葡萄糖、乙酸和乳酸的氧化过程可表示为： C6Hl2O2+4NO3-6CO2+6H2O+2N2+1756kJ 5CH3COOH+8NO3-1

56、0CO2+4N2+6H2O+8OH- 2CH3CHOHCOOH+H2SO42CH3COOH+2CO2+H2S+2H2O3）无氧呼吸 anareorespire微生物呼吸（氧化）作用小结作用类型电子受体环境条件电子供体（作用底物）产物产能水平有氧呼吸无氧呼吸发酵作用氧气无机氧化物有机物有氧条件无氧条件无氧或有氧有机物和无机物有机物和S、S2O32-、H2、H2S等少量无机物有机物H2O、 CO2 、 NH3、SO4 2-、 PO43-H2S、 CO2 、 CH4、H2SCO2 、CO 、NH3、 CH4、H2S、 PH3及各类酸醇酮等有机物最高居中最低2-4 微生物的生长 growth2-4-1

57、 微生物的生长繁殖 growth and reproduction2-4-2 影响微生物生长的环境因素 Environmental influences upon the growth of Microorganisms2-4-1 微生物的生长繁殖 微生物在适宜的环境条件下，不断吸收营养物质，按照自己的代谢方式进行新陈代谢活动。 生长正常情况下，同化作用大于异化作用，微生物的细胞质量不断增长，这叫做生长。 繁殖当细胞个体生长到一定程度时便发生分裂，使得个体数目增加，这就是单细胞微生物的繁殖。 growthreproduction一、研究微生物生长的方法二、微生物生长量的测定方法2-4-1 微生

58、物的生长Research methodmeasuring method链霉菌的生活史 孢子的萌发、生长、发育、繁殖 一、 研究微生物生长的方法细菌的生长曲线 growth curve细菌的生长曲线 growth curve 1、 延滞期延滞期 （LogLog） 将少量微生物接种到某一种培养基中时，它们并不能立即生长繁殖，而需要经过一段适应期，此后它们才能在新的培养基中生长繁殖。通常把这段适应时间称作延滞期。经过这一时期，一部分微生物逐渐适应了新的生活环境，开始生长繁殖；而另一部分却会因环境不适而死亡。 2 2）指数期（）指数期（ExponentialExponential） 指数期也叫对数期，

59、微生物在这时期的生长特点是具有恒定的最大细胞分裂速率或倍增速率。细菌个体的增加呈现出202122 232n的规律。微生物在指数生长期，其个体数目的对数与时间呈直线关系。直线的斜率为分裂速率y的lg2倍。 细菌的生长曲线 3 3）稳定期（）稳定期（StationaryStationary） 由于微生物在指数生长期间，迅速繁殖，消耗了大量的营养物质，致使培养基的浓度逐渐降低，加之代谢产物大量积累对菌体产生毒害，以及pH值、氧化还原电位等环境条件的改变给微生物生长带来的不利影响，使细菌的生长速度逐渐下降，死亡速度不断上升。当两者相等时，微生物的生长达到一个动态平衡点，微生物个体的数目保持恒定。这一时

60、期称为稳定期。到达稳定期时，微生物所合成的生物量称为产量，即接种时的细胞干重与最高干重之差。 细菌的生长曲线 4 4）衰亡期（）衰亡期（DeathDeath） 微生物个体的数目保持恒定段时间以后，由于营养物质缺乏等一些不利因素的影响，而使得微生物死亡的速度渐渐超过其生长速度，活菌体的数目开始明显下降。这一时期称为衰亡期。 细菌的生长曲线二、 测定微生物生长量的方法 1 1、微生物总数的测定、微生物总数的测定 sum total 微生物总数的测定方法主要有： 计数器直接计数法 染色涂片计数法 比例记数法 比浊法 2 2、活菌数的测定活菌数的测定 活菌数的测定方法目前常用的有： 载玻片薄琼脂层培养