1、微生物学一、纯培养和显微技术无菌技术 用于分离、培养微生物的器具事先不含任何微生物； 在转接、培养微生物时防止其它微生物的污染，其自身也不污染环境； 稀释倒平板法：操作较麻烦，对好氧菌、热敏感菌效果不好！涂布平板法：使用较多的常规方法，但有时涂布不均匀！选择培养分离：1、抑制大多数其它微生物的生长；2、使待分离的微生物生长更快；使待分离的微生物在群落中的数量上升，方便用稀释法对其进行纯化。3、使待分离的微生物生长“突出” ；直接挑取待分离的微生物的菌落获得纯培养。二、微生物类群与形态古生菌在进化谱系上与真细菌及真核生物相互并列，且与后者关系更近，而其细胞构造却与真细菌较为接近，同属于原核生物。
2、球菌细胞个体呈球形或椭圆形，不同种的球菌在细胞分裂时会形成不同的空间排列方式，常被作为分类依据。杆状细菌的排列方式常因生长阶段和培养条件而发生变化，一般不作为分类依据。弧菌：菌体只有一个弯曲，其程度不足一圈，形似“C”字或逗号，鞭毛偏端生。螺旋菌：菌体回转如螺旋，螺旋数目和螺距大小因种而异。鞭毛二端生。细胞壁坚韧，菌体较硬。螺旋体菌：菌体柔软，用于运动的类似鞭毛的轴丝位于细胞外鞘内。柄杆菌：细胞上有柄（stalk） 、菌丝（hyphae ） 、附器（appendages）等细胞质伸出物，细胞呈杆状或梭状，并有特征性的细柄。一般生活在淡水中固形物的表面，其异常形态使得菌体的表面积与体积之比增加，
3、能有效地吸收有限的营养物；德国科学家 H. N. Schulz 等 1999 年在纳米比亚海岸的海底沉积物中发现的一种硫磺细菌（ sulfur bacterium） ，其大小可达 0.75 mm，Thiomargarita namibiensis，-“ 纳米比亚硫磺珍珠”。其体积比E . fishelsoni 还大 100 倍。该菌细胞内约 98的空间都被一个胞液内富含硝酸盐的液泡所占据，而厚度在 0.5-2.0 mm、充满硫粒的细胞质层则环绕在液泡的周围。该细胞质层非常薄，其厚度类同于大多数细菌，足以保证适当的扩散速率。液泡中的硝酸盐则被用作硫氧化的电子受体，以产生能量。一种真核微生物 Na
4、nochlorumeukaryotum，直径仅有 1 2 mm，但它却是真正的真核生物，拥有一个核，一个叶绿体和一个线粒体。证实（研究）细胞壁存在的方法：（1）细菌超薄切片的电镜直接观察；（2）适当的质、壁染色，可以在光学显微镜下看到细胞壁；（3）机械法破裂细胞后，分离得到纯的细胞壁；（4）制备原生质体，观察细胞形态的变化；脂多糖的主要功能：1）LPS 结构的多变，决定了革兰氏阴性细菌细胞表面抗原决定簇的多样性；根据 LPS 抗原性的测定，沙门氏菌属(Salmonella)的抗原型多达 2107 种。这种 O-特异侧链种类的变化，一方面可使细菌躲避宿主免疫系统攻击，保持感染成功。另一方面，也使
5、我们可以用灵敏的血清学方法对病原菌进行鉴定，在传染病的诊断中有其重要意义。2）LPS 负电荷较强，与磷壁酸相似，也有吸附 Mg2+、Ca2+等阳离子以提高其在细胞表面浓度的作用，对细胞膜结构起稳定作用。3）类脂 A 是革兰氏阴性细菌致病物质 内毒素的物质基础；4）具有控制某些物质进出细胞的部分选择性屏障功能；5）许多噬菌体在细胞表面的吸附受体；周质空间是进出细胞的物质的重要中转站和反应场所。在周质空间中，存在着多种周质蛋白（periplasmic proteins） ，包括水解酶类、合成酶类、结合蛋白和受体蛋白特殊细胞壁的细菌：某些分枝杆菌和诺卡氏菌的细胞壁主要由一类被称为霉菌酸（Mycoli
6、c acid）的枝链羟基脂质组成，后者被认为与这些细菌感染能力有关。由磷脂分子形成的双分子膜中加入甾醇类物质可以提高膜的稳定性：真核生物细胞膜中一般含有胆固醇等甾醇，含量为 5%-25%。原核生物与真核生物的最大区别就是其细胞膜中一般不含胆固醇，而是含有 hopanoid（藿烷类化合物） 。单由磷脂分子形成的膜是不稳定的，但如果在其中加入甾醇类物质就可以提高膜的稳定性（已有实验室证据） ，而真核生物细胞膜中就含有胆固醇，其含量在 5%-25%。而原核生物与真核生物的最大区别就是其细胞膜中一般不含胆固醇等甾醇，而是含有 hopanoid 类甾醇，其作用被认为也是稳定细胞膜的结构。而这种含有 ho
7、panoid 类甾醇被认为与地球上化石燃料的形成有很大关联。化石燃料之所以形成，是由于有机物沉积到底下深处后被微生物所作用而氧化成二氧化碳，然后在高温和厌氧的条件下，形成石油和煤炭。据认为，地下沉积物中碳的总量为 1016 吨。现在已有越来越多的证据表明，这些沉积到地下形成化石燃料的有机物有 90%以上都是来自细菌。其实验证据是 90%的石油等的前体物质是 kerogen（油原，或称油母岩质） ，而研究表明，从 kerogen 主要是由细菌特有的hopanoid 类甾醇所组成。显然是微生物活动分解动植物的遗体后的结果。目前估计，在地下沉积物中细菌特有的 hopanoid 类甾醇的含量高达 10
8、11-12 吨，与目前地球上存在的活的生物（living organisms）体内含有的有机碳的含量相当（也是 1011-12 吨） 。因此，hopanoid 被认为是地球上含量最丰富的有机分子。硫粒：很多化能自养菌在进行产能代谢或生物合成时，常涉及对还原性的硫化物如 H2S，硫代硫酸盐等的氧化。在环境中还原性硫素丰富时，常在细胞内以折光性很强的硫粒的形式积累硫元素。当环境中环境中还原性硫缺乏时，可被细菌重新利用。不同种类细菌的膜在其结构和功能方面存在很大差异。这种差异非常巨大且具有特征性，因此膜化学可被用于对细菌进行鉴定。微生物储藏物的特点及生理功能： 不同微生物其储藏性内含物不同。例如厌气
9、性梭状芽孢杆菌只含 PHB，大肠杆菌只储藏糖原，但有些光合细菌二者兼有。 微生物合理利用营养物质的一种调节方式。当环境中缺乏能源而碳源丰富时，细胞内就储藏较多的碳源类内含物，甚至达到细胞干重的 50%，如果把这样的细胞移入有氮的培养基时，这些储藏物将被作为碳源和能源而用于合成反应。 储藏物以多聚体的形式存在，有利于维持细胞内环境的平衡，避免不适合的 pH，渗透压等的危害。例如羟基丁酸分子呈酸性，而当其聚合成聚-羟丁酸（ PHB）就成为中性脂肪酸了，这样便能维持细胞内中性环境，避免菌体内酸性增高。 储藏物在细菌细胞中大量积累，是重要的自然资源。 气泡的膜只含蛋白质而无磷脂。二种蛋白质相互交连，形
10、成一个坚硬的结构，可耐受一定的压力。膜的外表面亲水，而内侧绝对疏水，故气泡只能透气而不能透过水和溶质。 将蓝细菌培养在一个严密地塞紧瓶塞的瓶子里，细菌会在水面漂浮。但如果用锤子敲击瓶塞，则原来漂浮的细菌就会沉到瓶底。通过对实验前后细菌的检测表明，突然增加的压力破坏了气泡，从而使微生物失去了浮力。细菌芽孢的特点：整个生物界中抗逆性最强的生命体，是否能消灭芽孢是衡量各种消毒灭菌手段的最重要的指标。芽孢是细菌的休眠体，在适宜的条件下可以重新转变成为营养态细胞；产芽孢细菌的保藏多用其芽孢。芽孢的有无、形态、大小和着生位置是细菌分类和鉴定中的重要指标。芽孢与营养细胞相比化学组成存在较大差异，容易在光学显
11、微镜下观察。 （相差显微镜直接观察；芽孢染色）细菌糖被的特点：（1）主要成分是多糖、多肽或蛋白质，尤以多糖居多。经特殊的荚膜染色，特别是负染色（又称背景染色）后 可在光学显微镜清楚地观察到它的存在。（2）产生糖被是微生物的一种遗传特性，其菌落特征及血清学反应是是细菌分类鉴定的指标之一。（3）荚膜等并非细胞生活的必要结构，但它对细菌在环境中的生存有利。 （详见 P 57-58）（4）细菌糖被与人类的科学研究和生产实践有密切的关系。 （详见 P58）细菌的趋避运动：鞭毛的功能是运动，这是原核生物实现其趋性（taxis）即趋向性的最有效方式。 （参见 P60）化学趋避运动或趋化作用（chemotax
12、is）：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。光趋避运动或趋光性（phototaxis）：有的细菌能区别不同波长的光而集中在一定波长光区内。趋磁运动或趋磁性（magnetotaxis） ，趋磁细菌根据磁场方向进行分布。放线菌的形态与结构：单细胞，大多由分枝发达的菌丝组成；菌丝直径与杆菌类似，约 1mm；细胞壁组成与细菌类似，革兰氏染色阳性（少数阴性） ；细胞的结构与细菌基本相同，按形态和功能可分为营养菌丝、气生菌丝和孢子丝三种。1、养菌丝：匍匐生长于培养基内，吸收营养，也称基内菌丝。2、气生菌丝：营养菌丝发育到一定阶段，伸向空间形成气生菌丝，3、孢子丝：气生菌丝发
13、育到一定阶段，其上可分化出形成孢子的菌丝，即孢子丝，又称产孢丝或繁殖菌丝。其形状和排列方式因种而异，常被作为对放线菌进行分类的依据。立克次氏体：1）某些性质与病毒相近a 、专性活细胞寄生物，除五日热（战壕热）立克次氏体（Rickettsia wolhynica）外均不能在人工培基上生长繁殖。这是因为它们体内酶系不完全，一些必需的养料需从宿主细胞获得；细胞膜比一般细菌的膜疏松，营养物质较易通过，细胞内物质也容易漏出。这种可透性膜，一方面使它们有可能容易从宿主细胞获得大分子物质，另一方面也决定了它们一旦离开宿主细胞则易死亡）b、大小介于病毒与一般细菌之间，除伯氏立克次氏体（Rickettsia b
14、urneti）外，均不能通过细菌过滤器（球状体：0.2-0.5 mm；杆状体：0.3-0.5 x 0.3-2 mm；）2）由于长期适应的结果，立克次氏体形成了一种必须从一种宿主传至另一宿主的特殊生活方式，它们几乎都有自己的天然动物宿主，主要以节肢动物（虱、蜱、螨等）为媒介，寄生在它们的消化道表皮细胞中，然后通过节肢动物叮咬和排泄物传播给人和其他动物。有的立克次氏体能引起人类的流行性斑疹伤寒、恙虫热、Q 热等严重疾病，而且立克次氏体大多是人兽共患病原体。对热、干燥、光照、脱水及普通化学试剂的抗性均差，离开宿主仅能存活数小时至数日，但如随节肢动物粪便排出，在空气中自然干燥后，其抗性变得相当强。有的
15、可在室温保持毒力二年左右。支原体：1）无细胞壁，只有细胞膜，细胞形态多变；2）个体很小，能通过细菌过滤器，曾被认为是最小的可独立生活的细胞型生物。3）可进行人工培养，但营养要求苛刻，菌落微小，呈典型的“油煎荷包蛋”；4）一些支原体能引起人类、牲畜、家禽和作物的病害疾病，如肺炎支原体；应用活组织细胞培养病毒或体外组织细胞培养时，常被支原体污染。衣原体：1）细胞结构与细菌类似；具有类似的细胞壁，细胞壁内也含有胞壁酸、二氨基庚二酸等。核糖体也是由30S 和 50S 二个亚基组成。2）细胞呈球形或椭圆形，直径为 0.2-0.3 mm，能通过细菌滤器；3）专性活细胞内寄生；衣原体有一定的代谢活性，能进行
16、有限的大分子合成，但缺乏产生能量的系统，必须依赖宿主获得 ATP，因此又被称为“能量寄生型生物”4）在宿主细胞内生长繁殖具有独特的生活周期，即存在原体和始体两种形态。具有感染性的原体通过胞饮作用进入宿主细胞，被宿主细胞膜包围形成空泡，原体逐渐增大成为始体。始体无感染性，但能在空泡中以二分裂方式反复繁殖，形成大量新的原体，积聚于细胞质内成为各种形状的包涵体（inclusion body） ，宿主细胞破裂，释放出的原体则感染新的细胞。5）衣原体广泛寄生于人类、哺乳动物及鸟类，少数致病，如沙眼衣原体是类砂眼的病原体，甚至引起结膜炎、角膜炎、角膜血管翳等临床症状，成为致盲的重要原因。1956 年，我国
17、微生物学家汤飞凡等应用鸡胚卵黄囊接种法，在国际上首先成功地分离培养出沙眼衣原体。现衣原体可用多种细胞培养。 衣原体不耐热，60 度 10 分钟即被灭活，但它不怕低温，冷冻干燥可保藏多年。对红霉素、氯霉素、四环素敏感。 粘细菌生活史：1、营养细胞：杆状、柔软、缺乏坚硬的细胞壁，无鞭毛，产生粘液，可在固体表面作“滑行”运动，以分类方式进行繁殖。2、子实体：营养细胞发育到一定阶段，在适宜的条件下彼此向对方移动，在一定位置聚集成团，形成形态各，肉眼可见的子实体。单个子实体中可能含有 109 个或更多由某些营养细胞转变而成的休眠结构，称为拈孢子（mycospore ） 。能形成子实体是粘细菌区别于其它原
18、核微生物的最主要标志。而在营养生长阶段如果有足够的养料就不形成子实体，当营养耗尽时，营养细胞群就开始形成子实体。子实体干燥后，可借助风力、水力等到处传播，遇到适宜的环境又萌发成为营养细胞。蛭弧菌特性：1、鞭毛多为偏端单生；2、生活方式多样：寄生、兼性寄生，极少数腐生。一般认为后者为突变株；3、可能成为防治有害细菌的一种有力武器。蓝细菌特性：1）分布极广；2）形态差异极大；有球状、杆状和丝状体，个体直径一般为 3-10 mm，有的可达 60 mm。当许多个体聚集在一起，可形成肉眼可见的、很大的群体。若繁茂生长，可使水的颜色随菌体颜色而变化。3）细胞中含有叶绿素 a，进行产氧型光合作用。它被认为是
19、地球上生命进化过程中第一个产氧的光合生物，对地球上从无氧到有氧的转变、真核生物的进化起着里程碑式的作用。4）具有原核生物的典型细胞结构：细胞核无核膜，也不进行有丝分裂，细胞壁含胞壁酸和二氨基庚二酸，革兰氏染色阴性。5）营养极为简单，不需要维生素，以硝酸盐或氨作为氮源，多数能固氮，其异形细胞（heterocyst）是进行固氮的场所。6）分泌粘液层、荚膜或形成鞘衣，因此具有强的抗干旱能力。7）无鞭毛，但能在固体表面滑行，进行光趋避运动。8）许多种类细胞质中有气泡，使菌体漂浮，保持在光线最充足的地方，以利光合作用。古生菌：1977 年，Carl Woese 以 16S rRNA 序列比较为依据，提出
20、的独立于真细菌和真核生物之外的生命的第三种形式。在分类地位上与真细菌和真核生物并列为三域（Domain） ，并且在进化谱系上更接近真核生物。在细胞构造上与真细菌较为接近，同属原核生物。多生活于一些生存条件十分恶劣的极端环境中，例如高温、高盐、高酸等。真菌：一类低等真核生物1、具有细胞核，进行有丝分裂；2、细胞质中含有线粒体但没有叶绿体，不进行光合作用，无根、茎、叶的分化；3、以产生有性孢子和无性孢子二种形式进行繁殖；4、营养方式为化能有机营养（异养） 、好氧；5、不运动（仅少数种类的游动孢子有 1-2 根鞭毛） ；6、种类繁多，形态各异、大小悬殊，细胞结构多样；霉菌：“丝状真菌”的统称，不是分
21、类学上的名词。霉菌菌体均由分枝或不分枝的菌丝（hypha）构成。许多菌丝交织在一起，称为菌丝体（mycelium ） 。霉菌在自然界分布极广，土壤、水域、空气、动植物体内外均有它们的踪迹。常在潮湿的气候下大量生长繁殖，长出肉眼可见的丝状、绒状或蛛网状的菌丝体，有较强的陆生（可能因为好氧，在液体中生活不好） 。它们同人类的生产、生活关系密切，是人类实践活动中最早认识和利用的一类微生物。食物、工农业制品的霉变（据统计全世界平均每年由于霉变而不能食（饲）用的谷物约占 2%，这是一笔相当惊人的经济损失。有用物品的生产（如风味食品、酒精、抗生素（青霉素、灰黄霉素） 、有机酸（柠檬酸、葡萄糖酸、延胡索酸等
22、） 、酶制剂（淀粉酶、果胶酶、纤维素酶等） 、维生素、甾体激素等。在农业上用于饲料发酵、植物生长刺激素（赤霉素） 、杀虫农药（白僵菌剂）等）引起动植物疾病，可引起约 3 万种植物病害，是植物传染性病害的主要病原微生物，例如，我国在1950 年发生的麦锈病和 1974 年发生的稻瘟病，使小麦和水稻分别减产了 60 亿公斤；霉菌可引起多种人及动物的皮肤疾病及其他一些深层病变，如既可侵害皮肤、粘膜，又可侵害肌肉、骨骼、内脏，如可引起肺炎，此外，一些被霉菌感染的食品也可使人得病，如大米、花生中黄曲霉素、黄米毒素等均可引起动物致癌）腐生型霉菌在自然界物质转化中也有十分重要的作用；菌丝的特化：1）菌环：菌
23、丝交织成套状2）菌网：菌丝交织成网状捕虫菌目（Zoopagales）这是在长期的自然进化中形成的特化结构，主要功能是用于吸收营养物质。这些生长在土壤中真菌是捕食者，形成的特异菌丝构成巧妙的网，可以捕捉小型原生动物或无脊椎动物，捕获物死后，菌丝伸入体内吸收营养。3）附枝：匍匐菌丝、假根（类似树根，吸收营养） ，功能是固着和吸收营养，例如根霉（Rhizopus）匍匐枝和基质接触处分化出来的根状结构。4）附着枝：若干寄生真菌由菌丝细胞生出 1-2 个细胞的短枝，以将菌丝附着于宿主上，这种特殊的结构即附着。5）吸器：一些专性寄生真菌从菌丝上分化出来的旁枝，侵入细胞内分化成指状、球状或丝状，用以吸收细胞
24、内的营养。为吸收菌丝，进入藻类或植物细胞，二者共生。6）附着胞，许多植物寄生真菌在其芽管或老菌丝顶端发生膨大，并分泌粘性物，借以牢固地粘附在宿主的表面，这一结构就是附着胞，附着胞上再形成纤细的针状感染菌丝，以侵入宿主的角质层而吸取营养。7）菌核：是一种休眠的菌丝组织。由菌丝密集地交织在一起，其外层教坚硬、色深，内层疏松，大多呈白色。有些寄生性真菌与宿主共同形成假菌核。例如冬虫夏草。8）子座：菌丝交织成垫状、壳状等，在子座外或内可形成繁殖器官。霉菌菌落的特点：由粗而长的分枝状菌丝组成，菌落疏松，呈绒毛状、絮状或蜘蛛网状，比细菌菌落大几倍到几十倍，有的没有固定大小。各种霉菌，在一定培养基上形成的菌
25、落大小、形状、颜色等相对稳定，所以菌落特征也为分类依据之一。霉菌的繁殖方式：1）无性孢子繁殖不经两性细胞配合，只是营养细胞的分裂或营养菌丝的分化（切割）而形成新个体的过程。无性孢子有：厚垣孢子、节孢子、分生孢子、孢囊孢子等。2）有性孢子繁殖两个性细胞结合产生新个体的过程：a）质配：两个性细胞结合，细胞质融合，成为双核细胞，每个核均含单倍染色体（n+n） 。b）核配：两个核融合，成为二倍体接合子核，此时核的染色体数是二倍（2n） 。c）减数分裂：具有双倍体的细胞核经过减数分裂，核中的染色体数目又恢复到单倍体状态。霉菌有性孢子繁殖的特点：a）不如无性繁殖那么经常与普遍，在自然条件下较多，在一般培养
26、基上不常见。b）方式因菌种不同而异，有的两条营养菌丝就可以直接结合，有的则由特殊的性细胞（性器官）相互交配，形成有性孢子。c）核配后一般立即进行减数分裂，因此菌体染色体数目为单倍，双倍体只限于接合子。d）霉菌的有性繁殖存在同宗配合和异宗配合两种情况。e）霉菌的有性孢子包括接合孢子、卵孢子、子囊孢子等。霉菌的生活史：无性繁殖阶段：菌丝体（营养体）在适宜的条件下产生无性孢子，无性孢子萌发形成新的菌丝体，多次重复。有性繁殖阶段：在发育后期，在一定条件下，在菌丝体上分化出特殊性器官（细胞） ，质配、核配、减数分裂后形成单倍体孢子，再萌发形成新的菌丝体。有一些霉菌，至尽尚未发现其生活史中有有性繁殖阶段，
27、这类真菌称为半知菌。霉菌孢子的特点：霉菌具有极强的繁殖能力，可以通过无性繁殖或有性繁殖方式产生大量新个体。虽然其菌丝体上任一部分的菌丝碎片都能进行繁殖，但在正常自然条件下，它们还主要靠形形色色的无性或有性孢子进行繁殖。霉菌的孢子具有小、轻、干、多以及形态色泽各异、休眠期长和抗逆性强等特点。但与细菌的芽孢却有很大的差别。霉菌孢子形态常有球形、卵形、椭圆形、礼帽形、土星型、肾形、线形、镰刀形等。每个个体所产生孢子数量，经常是成千上万的，有时竟然达到几百亿、几千亿，甚至更多。孢子的这些特点，都有助于真菌在自然界中随机散播和繁殖。对人类的实践来说，孢子的这些特点有利于接种、扩大培养、菌种选育、保藏和鉴
28、定等工作。对人类不利之处则是易于造成污染、霉变和易于传播动植物的真菌疾病。真菌孢子与细菌芽孢的比较项目 霉菌孢子 细菌芽孢大小 大 小数目 一条菌丝或一个细胞产多个 1 个细胞只产 1 个形态 形态、色泽多样 形态简单形成部位 可在细胞内或细胞外形成 只在细胞内形成细胞核 真核 原核功能 最重要的繁殖方式 不是繁殖方式，是抗性构造（休眠方式）抗热性 不强，在 60-70下易杀死 极强，一般 100数十分钟才能杀死产生菌 绝大多数种类可以产生 少数细菌可产生酵母菌的菌落：与细菌菌落类似，但一般较细菌菌落大且厚，表面湿润，粘稠，易被挑起，多为乳白色，少数呈红色。酵母菌的分布及与人类的关系：1、多分
29、布在含糖的偏酸性环境，也称为“糖菌”。2、重要的微生物资源；3、重要的科研模式微生物；4、有些酵母菌具有危害性；酵母菌的繁殖及生活史：1、无性繁殖1）芽殖主要的无性繁殖方式，成熟细胞长出一个小芽，到一定程度后脱离母体继续长成新个体。2）裂殖少数酵母菌可以象细菌一样借细胞横割分裂而繁殖，例如裂殖酵母。2、有性繁殖酵母菌以形成子囊和子囊孢子的形式进行有性繁殖：1）两个性别不同的单倍体细胞靠近，相互接触；2）接触处细胞壁消失，质配；3）核配，形成二倍体核的接合子：A、以二倍体方式进行营养细胞生长繁殖，独立生活；下次有性繁殖前进行减数分裂。B、进行减数分裂，形成 4 个或 8 个子囊孢子，而原有的营养
30、细胞就成为子囊。子囊孢子萌发形成单倍体营养细胞。3、生活史酵母菌单倍体和双倍体细胞均可独立存在，有三种类型：1）营养体只能以单倍体形式存在（核配后立即进行减数分裂）2）营养体只能以双倍体形式存在（核配后不立即进行减数分裂）3）营养体既可以单倍体也可以双倍体形式存在，都可进行出芽繁殖。酵母菌中尚未发现其有性阶段的被称为假酵母三、微生物的营养微生物的营养类型： 1 光能无机自养型（光能自养型）能以 CO2 为主要唯一或主要碳源；进行光合作用获取生长所需要的能量；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；例如：藻类及蓝细菌等和植物一样，以水为电子供体（供氢体
31、） ，进行产氧型的光合作用，合成细胞物质。红硫细菌，以 H2S 为电子供体，产生细胞物质，并伴随硫元素的产生。2光能有机异养型（光能异养型）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；例如，红螺菌属中的一些细菌能利用异丙醇作为供氢体，将 CO2 还原成细胞物质，同时积累丙酮。3化能无机自养型（化能自养型）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-等无机物作为电子供体使 CO2 还原成细胞物质。4化能有机异养
32、型（化能异养型）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。氧化还原电位：又称氧化还原电势（redox potential） ，是度量某氧化还原系统中的还原剂释放电子或氧化剂接受电子趋势的一种指标，其单位是 V（伏）或 mV（毫伏） 。配制培养基时应尽量利用廉价且易于获得的原料作为培养基成份,特别是在发酵工业中，以降低生产成本。四、微生物的代谢燃烧与生物氧化的比较：比较项目 燃烧 生物氧化反应步骤 一步式快速反应 顺序严格的系列反应条件 激烈 由酶催化，条件温和产能形式 热、光 大部分为 ATP能量利用率 低 高生物
33、氧化的形式包括某物质与氧结合、脱氢或脱电子三种；生物氧化的功能则有产能（ATP） 、产还原力H和产小分子中间代谢物三种；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。能进行硝酸盐呼吸（即能使硝酸盐还原）的细菌被称为硝酸盐还原细菌，主要生活在土壤和水环境中，它们当中有假单胞菌、依氏螺菌、脱氮小球菌等。在土壤及水环境中，由于好氧性机体的呼吸作用，氧被消耗，造成局部的厌氧环境，这时如果环境中有硝酸盐存在，硝酸盐还原细菌就能通过厌氧呼吸进行生活，但如果在有氧条件下，这些菌则是通过有氧呼吸进行生活- 氧的存在可抑制
34、位于细胞膜上的硝酸盐还原酶的活性。这类菌通常也被作为兼性厌氧菌。硝酸盐还原菌的反硝化作用对农业生产及地球物质循环都具有重要意义：1）反硝化作用可使土壤中植物能利用的氮（硝酸盐 NO3-）还原成氮气而消失，从而降低了土壤的肥力，对农业生产不利。克服反硝化作用的有效方法之一是松土，保持土壤的疏松状态，排除过多的水分，保证土壤中有良好的通气条件（此时菌行有氧呼吸）2）反硝化作用在氮素循环中也有重要作用。硝酸盐是一种容易溶解于水的物质，通常通过水从土壤流入水域中。如果没有反硝化作用，硝酸盐将在水中积累，会导致水质变坏与地球上氮素循环的中断。厌氧呼吸的产能较有氧呼吸少，但比发酵多，它使微生物在没有氧的情
35、况下仍然可以通过电子传递和氧化磷酸化来产生 ATP，因此对很多微生物是非常重要的。除氧以外的多种物质可被各种微生物用作最终电子受体，充分体现了微生物代谢类型的多样性。异养微生物和自养微生物在最初能源上尽管存在着巨大的差异，但它们生物氧化的本质却是相同的，即都包括脱氢、递氢和受氢三个阶段，其间经过与磷酸化反应相偶连，就可以产生生命活动所需要的通用能源，ATP。但从具体类型看，自养微生物中的生物氧化与产能的类型很多、途径复杂，有些化能自养菌的生物氧化与产能过程至今还了解很少。不论是化能无机营养型，还是光能无机营养型的微生物，在它们生命活动中最重要的反应就是把 CO2 先还原成CH2O水平的简单有机
36、物，然后再进一步合成复杂的细胞成分。这是一个大量耗能和耗还原力H的过程。在化能无机营养型微生物中，其所需能量 ATP 是通过还原态无机物经过生物氧化产生的，还原力H则一般是通过耗 ATP 的无机氢的逆呼吸链传递而产生的；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。嗜盐菌的细胞膜可分成红色和紫色二部分，前者主要含细胞色素和黄素蛋白等用于氧化磷酸化的呼吸链载体，后者则十分特殊，在膜上呈斑片状（直径约 0.5 m）独立分布，其总面积约占细胞膜的一半，这就是
37、能进行独特光合作用的紫膜。含量占紫膜 75%的是一种称为细菌视紫红质（ bacteriorhodopsin）的蛋白质，它与人眼视网膜上的柱状细胞中所含的一种蛋白质-视野紫红质（ rhodpsin）十分相似，二者都以紫色的视黄醛（retinal ）作为辅基。四种生理类型的微生物在不同光照和氧下的 ATP 合成微生物 ATP 的合成有氧 无氧光照 黑暗 光照 黑暗光合细菌 + 绿藻 + 兼性厌氧菌（E. coli） + + + +盐生盐杆菌 + + + 目前认为，细菌视紫红质与叶绿素相似，在光量子的驱动下，具有质子泵的作用，产生质子的跨膜运输而形成 ATP。嗜盐菌只有在环境中氧浓度很低和有光照的条
38、件下才能合成紫膜。这时，通过正常的氧化磷酸化已无法满足其能量需要，转而由紫膜的光合磷酸化来提供。通过紫膜的光能转化而建立的质子梯度除了可驱动 ATP 的合成外，还可为嗜盐菌在高盐环境中建立跨膜的钠离子电化学梯度，并由此完成一系列的生理生化功能。嗜盐菌紫膜光合磷酸化的发现，使经典的叶绿素和细菌叶绿素（菌绿素）所进行的光合磷酸化之外又增添了一种新的光合作用类型。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，这是研究化学渗透作用的一个很好的研究模型。第五、微生物的生长繁殖及其控制采用培养平板计数法要求操作熟练、准确，否则难以得到正确的结果：1）样品充分混匀；2）每支移液管及涂布棒只能接触
39、一个稀释度的菌液；3）同一稀释度三个以上重复,取平均值；4）每个平板上的菌落数目合适，便于准确计数； 一个菌落可能是多个细胞一起形成，所以在科研中一般用菌落形成单位（colony forming units， CFU）来表示，而不是直接表示为细胞数。The most probable number method（液体稀释法）1）未知样品进行十倍稀释；2）取三个连续的稀释度平行接种多支试管并培养；3）长菌的为阳性，未长菌的为阴性；4）查表推算出样品中的微生物数目（统计学原理） ；迟缓期的特点：1）细胞形态变大或增长，例如巨大芽孢杆菌，在迟缓期末，细胞的平均长度比刚接种时长 6 倍。一般来说处于迟
40、缓期的细菌细胞体积最大；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。以上特征说明细胞处于活跃生长中，只是分裂迟缓。在此阶段后期，少数细胞开始分裂，曲线略有上升。对数期到稳定期的转变是细胞重要的分化调节阶段：1）开始储存糖原等内含物；2）形成芽孢或建立自然感受态（芽孢杆菌） ；3）发酵过程积累代谢产物的重要阶段；某些放线菌抗生素的大量形成也在此时期衰亡期特点：1）细菌代谢活性降低；2）细菌衰老并出现自溶；3）产生或释放出一些产物；如氨基酸、转化酶、外肽酶或抗生素等。4）菌体细胞呈现多种形态，有时产生
41、畸形，细胞大小悬殊；有些革兰氏染色反应阳性菌此时会变成阴性反应恒浊连续发酵与单批发酵相比的优点：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；磺胺是叶酸组成部分对氨基苯甲酸的结构类似物磺胺的抑菌作用是因为很多细菌需要自己合成叶酸而生长。磺胺对人体细胞无毒性，因为人缺乏从对氨基苯甲酸合成叶酸的相关酶-二氢叶酸合成酶，不能用外界提供的对氨基苯甲酸自行合成叶酸，而必须直接利用叶酸为生长因子进行生长。青霉素 b-内酰胺环结构与 D-丙氨酸末端结构相似，从而能占据 D-丙氨酸的位置与转肽酶结合，并将酶灭活，肽链之间无法彼此连接，抑制了细胞
42、壁的合成。湿热比干热灭菌更好：1）更易于传递热量；2 ）更易破坏保持蛋白质稳定性的氢键等结构；湿热对一般营养体和孢子的杀灭条件：1）多数细菌和真菌的营养细胞：在 60左右处理 5-10 分钟；2）酵母菌和真菌的孢子：用 80以上温度处理；3）细菌的芽孢：121处理 15 分钟以上；七、病毒1939 年，Max Delbruck & Emory Ellis 对噬菌体（E. coli / bacteriopage）生长特征的测定：1、用噬菌体的稀释液感染高浓度的宿主细胞；2、数分钟后，加入抗噬菌体的抗血清（中和未吸附的噬菌体） ；3、将上述混合物大量稀释，终止抗血清的作用和防止新释放的噬菌体感染其
43、它细胞；4、保温培养并定期检测培养物中的噬菌体效价（对噬菌体含量进行计数） ；5、以感染时间为横坐标，病毒的感染效价为纵坐标，绘制出病毒特征性的繁殖曲线； 有尾噬菌体：注射方式将噬菌体核酸注入细胞1）通过尾部刺突固着于细胞；2）尾部的酶水解细胞壁的肽聚糖，使细胞壁产生小孔；3）尾鞘收缩，核酸通过中空的尾管压入胞内，蛋白质外壳留在胞外； 噬菌体的的溶源性反应：1）早期基因表达，产生 gpcII，gpcro 及 gpcIII，后者可防止宿主的裂解酶对 gpcII 的降解。2）gpcII 的积累促使阻遏蛋白 cI 的表达3）阻遏蛋白 cI 的积累导致噬菌体基因转录的终止，形成原噬菌体。4）早期表达的
44、 gpcro 与 cI 的竞争最终确定 噬菌体是进入溶源状态，还是进入裂解循环。（ gpcro 表达得早，但与基因组的结合能力较 cI 弱）5）阻遏蛋白 cI 的同样可以抑制其它新侵入的 噬菌体的表达，从而使溶源性细菌具有“免疫性”6）阻遏蛋白 cI 在一般情况下通过自身的转录激活保持低水平的表达，但有时种种原因转录水平下降，会偶尔导致溶源性噬菌体进入裂解循环（10-510 - 2） 。7）外界因素如紫外线可引起宿主的染色体的破坏，宿主产生应急反应合成具有 DNA 重组活性的 RecA 蛋白，导致 cI 的被降解，噬菌体进入裂解循环。8）诱发裂解是检查是否存在溶原性细菌的有效方法八、微生物遗传
45、遗传型：是指生物所携带的全部遗传因子及基因，是遗传的物质基础；表型（表现型）：具有一定遗传型的个体，在特定环境条件下通过生长发育所表现出来的形态等生物学特征的总和。表型饰变：同样遗传型的生物，在不同的外界条件下，会呈现不同的表型，但这种表型的差异只与环境有关，表现为暂时性和不可遗传性，并且表现为全部个体的行为！遗传型变异（基因变异、基因突变）：由于环境因素等的影响，导致遗传物质改变，导致生物特性改变，与表型的饰变相比，这种变异是可以遗传的，而由于遗传物质的变异的频率一般很低，所以这种变异也常常表现为群体中极少数个体的行为（突变频率通常 10-6-10-9） 。 基因组（genome）一个物种的
46、单倍体的所有染色体及其所包含的遗传信息的总称。 http:/www.tigr.org/tdb/mdb/mdb.html美国基因组研究所(The Institute for Genomic Research，简称 TIGR)微生物基因组结构的特点：1、原核生物（细菌、古生菌）的基因组1）双链环状的 DNA 分子（单倍体） ，2）基因组上遗传信息具有连续性，大肠杆菌和其它原核生物中基因数基本接近由它的基因组大小所估计的基因数；一般不含内含子，遗传信息是连续的而不是中断的。3）功能相关的结构基因组成操纵子结构操纵子（operon）：功能相关的几个基因前后相连，再加上一个共同的调节基因和一组共同的控制
47、位点（启动子、操作子等）在基因转录时协同动作。4）结构基因的单拷贝及 rRNA 基因的多拷贝，5）.基因组的重复序列少而短；古生菌的基因组在结构上类似于细菌。但是信息传递系统(复制、转录和翻译)则与细菌不同而类似于真核生物。具体内容在微生物遗传学中学习2、真核微生物（啤酒酵母）的基因组1）典型的染色体结构该基因大小为 13.5106bp，分布在 16 条染色体中。象所有其它的真核细胞一样，酵母菌的 DNA 也是与四种主要的组蛋白(H2A、H2B、H3 和 H4)结合构成染色质(chromatin)的 14bp 核小体核心 DNA；染色体DNA 上有着丝粒 (centromere)和端粒(tel
48、omere)，2）没有明显的操纵子结构，3）有间隔区（即非编码区）和内含子序列。而原核生物中非编码区或内含子均非常少，而人类基因组测序后发现了大量的非编码区，被称为基因组上的荒漠，估计只有 5-10%用于编码基因。4）重复序列多质粒的检测：a） 提取所有胞内 DNA 后电镜观察；b） 根据质粒的分子大小和结构特征，通过超速离心或琼脂糖凝胶电泳可将质粒与染色体 DNA 分开c） 对于常用菌，可用质粒所带的某些特点，如抗药性初步判断。 （一般将菌点在相应的抗性平板上，若抗性还在，证明质粒可能还在，否则则可能质粒已经丢失，在实验中经常采用这种方法对含质粒的菌株进行初步检测）c）但这种方法并不保险，因
49、为质粒可能会整和到染色体上，或者细菌由于某种突变而产生抗药性等。 产细菌素的质粒（Bacteriocin production plasmid） 细菌素抗生素 抑制或杀死近缘，甚至同种不同株的细菌。较广的抗菌谱，通过核糖体直接合成的多肽类物质。一般是次级代谢产物编码细菌素的结构基因及相关的基因一般位于质粒或转座子上，一般无直接的结构基因，相关酶的基因多在染色体上。很多细菌能产生能抑制或杀死近缘。甚至同种不同株的细菌的因子（细菌蛋白） ，被称为细菌素，以和抗生素相区别。抗生素一般具有较广的抗菌谱。此外，抗生素一般是微生物的次级代谢产物（通过代谢过程而产生） ，而细菌素一般是直接通过核糖体直接合成的多肽类物质。编码细菌素的结构基因及涉及细菌素运输及发挥作用（processing）的蛋白质、及赋予宿
