微生物生理学课件

微生物生理学MicrobialPhysiology郝勃haobo@微生物生理学郝勃1Chapter1IntroductiontoMicrobialPhysiology1-1微生物生理学的定义与内容1-3微生物生理学的发展史概要：以名人及其贡献为里程碑定义:微生物生理学是微生物学的分支学科，着重研究微生物生命活动的规律以及与周围环境的关系MainContents:微生物生物化学1-4

课程的考试与计分方法1-5如何学习本课程？1-2微生物代谢概论Chapter11-1微生物生理学的定义与内容1-321.1.1MainContentsChapter1RegulationofProkaryoticGeneExpressionChapter2CellStructureandFunctionChapter3GeneralPathwaysofCarbohydrateMetabolismChapter4EnergyProductionandMetaboliteTransportChapter5MetabolismofSubstratesotherthanGlucoseChapter6FermentationPathwayChapter7PhotosynthesisandInorganicMetabolismChapter8LipidsandSterolsChapter9NitrogenMetabolismChapter10BiosynthesisandMetabolismofAminoAcidsChapter11SecondaryMetabolismofMicrobes1.1.1MainContents31.1.2MainTopics

ofMicrobialPhysiology1.1.24微生物生理学课件5微生物生理学课件6微生物生理学课件7Fig.1-4CapsulesofStreptococcuspneumoniaeFig.1-4CapsulesofStrepto8微生物生理学课件9Fig.1-5Microbialappendages（P6）(a)FlagellaofSamonellatyphimuriumFig.1-5Microbialappendage10Fig.1-5Microbialappendages（P6）(b)PiliofEscherichiacoliFig.1-5Microbialappendage11Fig.1-15MaturesporeofClostridiumbotulinum(肉毒梭菌).Shownisawall-defined,multilayeredexporium(E),anelectron-denseoutercoatlayer,athickinnercoat(C)andalessdensecortex(CX).Thedarklystainedribosomes(R)andnucleoidareas(N)areclearlydifferentiatedinthesporeinterior.Barequals0.2μm.Fromp19ofthetext.

Fig.1-15MaturesporeofClo12微生物生理学课件13微生物生理学课件14微生物生理学课件15From

p14ofthetext,Fig.1-10thewholenetworkofmetabolismwouldbeputin…From16微生物生理学课件17微生物生理学课件18微生物生理学课件19微生物生理学课件20微生物生理学课件21微生物生理学课件22微生物生理学课件23微生物生理学课件24微生物生理学课件251.1.3微生物的营养类型1.1.3微生物的营养类型26微生物营养:指微生物获得与利用营养物质的过程无机营养型微生物:以CO2作唯一碳源,不需要有机养料的微生物有机营养型微生物:只以适宜的有机化合物作为营养物质的微生物光能无机营养型:以日光为能源,以CO2为碳源合成细胞有机物的营养类型

光能有机营养型：以日光为能源，以外源有机物为碳源和供氢体合成细胞内物质的营养类型化能无机营养型:通过以氧化无机物释放出的能量还原CO2成为细胞有机物的营养类型化能有机营养型:用有机物分解时释放出的能量将有机物分解的中间产物合成新的有机物的营养类型概念微生物营养:指微生物获得与利用营养物质的过程概念27表1-1微生物营养类型营养类型能源碳源代表类群自养型光能无机营养光CO2蓝细菌、绿色硫细菌、嗜盐细菌化能无机营养无机物CO2硝化细菌、硫化细菌异养型光能有机营养光有机物与CO2红螺菌化能有机营养有机物有机物进一步分为腐生菌和寄生菌表1-1微生物营养类型营养类28

1、光能无机营养型（光能自养型）photolithoautotroph（１）不产氧光合作用代表菌种：绿硫菌、紫硫菌

CO2+2H2S（CH2O）+H2O+2S（２）产氧光合作用代表菌种：蓝细菌、藻类

CO2+H2O（CH2O）+O2（３）嗜盐古细菌以紫膜进行特殊的光能转化1、光能无机营养型（光能自养型）29

２、光能有机营养型（光能异养型）photoorganoheterotroph

在以二氧化碳为主要碳源时，需要以有机物作为供氢体，利用光能将二氧化碳还原成细胞物质，它们的细胞中含有光合色素，生长时大多需要外源的生长因子，例如红螺菌（Rhodospirillum）CO2+2CH3CHOHCH3（CH2O）+H2O+2CH3COCH3

3、化能无机营养型（化能自养型）Chemolithoautotroph化能自养型化能自养菌还原CO2而需要的ATP和还原力[H]是通过氧化无机底物（NH4+、NO2-、H2S、H2和Fe2+等）来实现的。２、光能有机营养型（光能异养型）photoorgan30化能自养细菌的能量代谢主要有三个特点：

①无机底物的氧化直接与呼吸链发生联系。由脱氢酶或氧化还原酶催化的无机底物脱氢或脱电子后，直接进入呼吸链传递。这与异养微生物葡萄糖氧化要经过EMP和TCA等途径的复杂代谢过程不同。

②呼吸链的组分更为多样化，氢或电子可从任一组分进入呼吸链。③产能效率即P／O比一般要比异养微生物更低。化能自养细菌的能量代谢主要有三个特点：31４、化能有机营养型(化能异养型,Chemorganoheterotroph)

从有机物氧化过程中获得能量，并以有机物作为主要碳源进行生长。又可根据它们利用有机物的特性分为腐生菌和寄生菌，以及它们之间的过渡类型。４、化能有机营养型32上述营养型的划分不是绝对的，在它们中间存在着很多过渡类型。例如：氢单胞菌，在完全是无机养料的环境中，通过氢和氧化获得能量，同化二氧化碳，营自养生活；当环境中有有机物时，直接利用有机物碳架物质而营异养生活。又如：红螺菌，在光照下能利用光能生长，在暗处有氧条件下，可通过氧化有机物获得能量，实现生长，表现为化能营养型。为避免混乱，一般认为依据营养型分类以最简单的营养条件为根据，即光能营养型先于化能营养型，自养型先于异养型。上述营养型的划分不是绝对的，在它们中间存在着很多过渡33EscherichiacoliSalmonellatyphiStaphylococcusaureusLeuconostocparamesenteroidesBasicNutritionGlucose/NH4+/K+/Mn2+/Fe2+/SO42+/PO43+/Cl-RequiedbyallformaximumgrowthindefinedmediumAdditionalRequirementsNoneTryptophanNicotinicacidThiamine10aminoacidsNicotinicacidThiaminePantothenatePyridoxalRiboflavinCobalaminBiotin/Folatep-AminobezoateGuanine/Uracil16AminoacidSodiumacetateToween80Tab.1-2NutritionalRequirementsofSomeOrganotrophsEscherichiacoliSalmonellatyp341.代谢的基本概念以及代谢的微生物特点2.研究微生物代谢的常用方法1-2微生物代谢概论2.1静息细胞：定义与获得方法

2.3放射性同位素示踪：twotricks

2.2Warburg压力计:用于气体的测定

2.4代谢途径阻断突变株：auxotroph&idiotroph(naught)mutant1.代谢的基本概念以及代谢的微生物特点2.研究微生物代351.2.1代谢的基本概念以及代谢的微生物特点1.代谢的基本概念①代谢：分解代谢与合成代谢②代谢途径：中间产物与中产物，直线代谢途径与分枝代谢途径，两向代谢途径③代谢的生理功能：初级代谢与次级代谢2.代谢的微生物特点①代谢速率快②代谢的多样性③代谢研究的易操作性1.2.1代谢的基本概念以及代谢的微生物特点1.代谢的362.1静息细胞：定义与获得方法静息细胞：在人工培养条件中内源性营养物质消耗殆尽的微生物细胞静息细胞应用：研究微生物对于外源性（营养）物质的利用静息细胞的获得举例：斜面摇瓶培养收集细胞无菌水中摇瓶静息细胞2.1静息细胞：定义与获得方法静息细胞：在人工培养条件中372种同位素示踪方法1.同位素竞争法A*BCA2.逐次标记法2种同位素示踪方法1.同位素竞争法38Fig1-24:Warburgrespirator1.2.2研究微生物代谢的常用方法Fig1-24:Warburgrespirator1.39图1-25以E.coli的营养缺陷型突变株确认色氨酸生物合成途径中间产物的实验操作左为生长实验，培养基中加入4种生长因子（表1—3）；右为互补实验，在培养基中加入微量的蛋白胨M1M2WM31-22-33-1图1-25以E.coli的营养缺陷型突变株确认色氨酸40

生长因子菌株对氨基苯甲酸邻氨基苯甲酸吲哚色氨酸W++++M1-+++M2--++M3---+表1—3

E.coli营养缺陷性突变株M1、M2、M3和野生株W在不同的补充培养基中的生长（+）或不长（-）1.2.2研究微生物代谢的常用方法生长因子对41年代学者发现意义1696AntonyLeeuvanhock第一次（报道）在自制显微镜下观察到微生物开创对新的生命类型的研究1857-1865？LouisPasteur①打破微生物自然发生说②厌氧微生物③酿酒中不同微生物导致不同的发酵将微生物与其生命活动有机联系1890？Winogradsky硫细菌的生活方式自养营养型1888M.W.BeijerinckAzobacter&Cyanobacteria生物固氮1900Büchner酵母胞外产酒精的反应微生物化学1961Jacob&MonodOperontheory代谢调节Sofarscientists在重要杂志上的相关报道全方位表1-4著名学者对微生物生理的贡献年代学者发现意义421-4课程的考试与计分方法计分平时期终考试10010901-4课程的考试与计分方法计分平时期终43主要参考书1.AlbertG.Moat,JohnW.FosterandMichaelP.Spector,MicrobialPhysiology(4thEdition)Wiley-Liss,Inc.,NewYork,2002.2.李季伦主编，微生物生理学，北京：中国农业出版社，1994年3.卫扬保，微生物生理学，武汉：武汉大学出版社，1991年。4.李铭亮，微生物生理学，台北：芸轩图书出版社，2002年5.杨生玉等主编，微生物生理学，北京：化学工业出版社，2007年主要参考书1.AlbertG.Moat,JohnW441-5如何学习本课程？建议：1提高认识，高度重视2听讲3研读教材课件4勤与任课老师交流5适当参考其他教材6总结考试经验1-5如何学习本课程？建议：45微生物生理学MicrobialPhysiology郝勃haobo@微生物生理学郝勃46Chapter1IntroductiontoMicrobialPhysiology1-1微生物生理学的定义与内容1-3微生物生理学的发展史概要：以名人及其贡献为里程碑定义:微生物生理学是微生物学的分支学科，着重研究微生物生命活动的规律以及与周围环境的关系MainContents:微生物生物化学1-4

课程的考试与计分方法1-5如何学习本课程？1-2微生物代谢概论Chapter11-1微生物生理学的定义与内容1-3471.1.1MainContentsChapter1RegulationofProkaryoticGeneExpressionChapter2CellStructureandFunctionChapter3GeneralPathwaysofCarbohydrateMetabolismChapter4EnergyProductionandMetaboliteTransportChapter5MetabolismofSubstratesotherthanGlucoseChapter6FermentationPathwayChapter7PhotosynthesisandInorganicMetabolismChapter8LipidsandSterolsChapter9NitrogenMetabolismChapter10BiosynthesisandMetabolismofAminoAcidsChapter11SecondaryMetabolismofMicrobes1.1.1MainContents481.1.2MainTopics

ofMicrobialPhysiology1.1.249微生物生理学课件50微生物生理学课件51微生物生理学课件52Fig.1-4CapsulesofStreptococcuspneumoniaeFig.1-4CapsulesofStrepto53微生物生理学课件54Fig.1-5Microbialappendages（P6）(a)FlagellaofSamonellatyphimuriumFig.1-5Microbialappendage55Fig.1-5Microbialappendages（P6）(b)PiliofEscherichiacoliFig.1-5Microbialappendage56Fig.1-15MaturesporeofClostridiumbotulinum(肉毒梭菌).Shownisawall-defined,multilayeredexporium(E),anelectron-denseoutercoatlayer,athickinnercoat(C)andalessdensecortex(CX).Thedarklystainedribosomes(R)andnucleoidareas(N)areclearlydifferentiatedinthesporeinterior.Barequals0.2μm.Fromp19ofthetext.

Fig.1-15MaturesporeofClo57微生物生理学课件58微生物生理学课件59微生物生理学课件60From

p14ofthetext,Fig.1-10thewholenetworkofmetabolismwouldbeputin…From61微生物生理学课件62微生物生理学课件63微生物生理学课件64微生物生理学课件65微生物生理学课件66微生物生理学课件67微生物生理学课件68微生物生理学课件69微生物生理学课件701.1.3微生物的营养类型1.1.3微生物的营养类型71微生物营养:指微生物获得与利用营养物质的过程无机营养型微生物:以CO2作唯一碳源,不需要有机养料的微生物有机营养型微生物:只以适宜的有机化合物作为营养物质的微生物光能无机营养型:以日光为能源,以CO2为碳源合成细胞有机物的营养类型

光能有机营养型：以日光为能源，以外源有机物为碳源和供氢体合成细胞内物质的营养类型化能无机营养型:通过以氧化无机物释放出的能量还原CO2成为细胞有机物的营养类型化能有机营养型:用有机物分解时释放出的能量将有机物分解的中间产物合成新的有机物的营养类型概念微生物营养:指微生物获得与利用营养物质的过程概念72表1-1微生物营养类型营养类型能源碳源代表类群自养型光能无机营养光CO2蓝细菌、绿色硫细菌、嗜盐细菌化能无机营养无机物CO2硝化细菌、硫化细菌异养型光能有机营养光有机物与CO2红螺菌化能有机营养有机物有机物进一步分为腐生菌和寄生菌表1-1微生物营养类型营养类73

1、光能无机营养型（光能自养型）photolithoautotroph（１）不产氧光合作用代表菌种：绿硫菌、紫硫菌

CO2+2H2S（CH2O）+H2O+2S（２）产氧光合作用代表菌种：蓝细菌、藻类

CO2+H2O（CH2O）+O2（３）嗜盐古细菌以紫膜进行特殊的光能转化1、光能无机营养型（光能自养型）74

２、光能有机营养型（光能异养型）photoorganoheterotroph

在以二氧化碳为主要碳源时，需要以有机物作为供氢体，利用光能将二氧化碳还原成细胞物质，它们的细胞中含有光合色素，生长时大多需要外源的生长因子，例如红螺菌（Rhodospirillum）CO2+2CH3CHOHCH3（CH2O）+H2O+2CH3COCH3

3、化能无机营养型（化能自养型）Chemolithoautotroph化能自养型化能自养菌还原CO2而需要的ATP和还原力[H]是通过氧化无机底物（NH4+、NO2-、H2S、H2和Fe2+等）来实现的。２、光能有机营养型（光能异养型）photoorgan75化能自养细菌的能量代谢主要有三个特点：

①无机底物的氧化直接与呼吸链发生联系。由脱氢酶或氧化还原酶催化的无机底物脱氢或脱电子后，直接进入呼吸链传递。这与异养微生物葡萄糖氧化要经过EMP和TCA等途径的复杂代谢过程不同。

②呼吸链的组分更为多样化，氢或电子可从任一组分进入呼吸链。③产能效率即P／O比一般要比异养微生物更低。化能自养细菌的能量代谢主要有三个特点：76４、化能有机营养型(化能异养型,Chemorganoheterotroph)

从有机物氧化过程中获得能量，并以有机物作为主要碳源进行生长。又可根据它们利用有机物的特性分为腐生菌和寄生菌，以及它们之间的过渡类型。４、化能有机营养型77上述营养型的划分不是绝对的，在它们中间存在着很多过渡类型。例如：氢单胞菌，在完全是无机养料的环境中，通过氢和氧化获得能量，同化二氧化碳，营自养生活；当环境中有有机物时，直接利用有机物碳架物质而营异养生活。又如：红螺菌，在光照下能利用光能生长，在暗处有氧条件下，可通过氧化有机物获得能量，实现生长，表现为化能营养型。为避免混乱，一般认为依据营养型分类以最简单的营养条件为根据，即光能营养型先于化能营养型，自养型先于异养型。上述营养型的划分不是绝对的，在它们中间存在着很多过渡78EscherichiacoliSalmonellatyphiStaphylococcusaureusLeuconostocparamesenteroidesBasicNutritionGlucose/NH4+/K+/Mn2+/Fe2+/SO42+/PO43+/Cl-RequiedbyallformaximumgrowthindefinedmediumAdditionalRequirementsNoneTryptophanNicotinicacidThiamine10aminoacidsNicotinicacidThiaminePantothenatePyridoxalRiboflavinCobalaminBiotin/Folatep-AminobezoateGuanine/Uracil16AminoacidSodiumacetateToween80Tab.1-2NutritionalRequirementsofSomeOrganotrophsEscherichiacoliSalmonellatyp791.代谢的基本概念以及代谢的微生物特点2.研究微生物代谢的常用方法1-2微生物代谢概论2.1静息细胞：定义与获得方法

2.3放射性同位素示踪：twotricks

2.2Warburg压力计:用于气体的测定

2.4代谢途径阻断突变株：auxotroph&idiotroph(naught)mutant1.代谢的基本概念以及代谢的微生物特点2.研究微生物代801.2.1代谢的基本概念以及代谢的微生物特点1.代谢的基本概念①代谢：分解代谢与合成代谢②代谢途径：中间产物与中产物，直线代谢途径与分枝代谢途径，两向代谢途径③代谢的生理功能：初级代谢与次级代谢2.代谢的微生物特点①代谢速率快②代谢的多样性③代谢研究的易操作性1.2.1代谢的基本概念以及代谢的微生物特点1.代谢的812.1静息细胞：定义与获得方法静息细胞：在人工培养条件中内源性营养物质消耗殆尽的微生物细胞静息细胞应用：研究微生物对于外源性（营养）物质的利用静息细胞的获得举例：斜面摇瓶培养收集细胞无菌水中摇瓶静息细胞2.1静息细胞：定义与获得方法静息细胞：在人工培养条件中822种同位素示踪方法1.同位素竞争法A*BCA2.逐次标记法2种同位素示踪方法1.同位素竞争法83Fig1-24:Warburgrespirator1.2.2研究微生物代谢的常用方法Fig1-24:Warburgrespirator1.84图1-25以E.co