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微生物學(xué)講義主講人 鞠寶2004年9月目錄第一章 緒論一、 微生物與人類(lèi)的關(guān)系二、 微生物科學(xué)三、 微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學(xué)的發(fā)展四、 20世紀(jì)的微生物學(xué)五、 21世紀(jì)的微生物學(xué)展望第二章 微生物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能第一節(jié) 原核微生物的基本結(jié)構(gòu)與特殊結(jié)構(gòu)第二節(jié) 真核微生物的細(xì)胞結(jié)構(gòu)第三章 微生物的營(yíng)養(yǎng)第一節(jié) 微生物的營(yíng)養(yǎng)要求第二節(jié) 培養(yǎng)基第三節(jié) 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞第四章 微生物的代謝第一節(jié) 微生物的能量代謝第二節(jié) 微生物代謝的調(diào)節(jié)第三節(jié) 微生物次級(jí)代謝與次級(jí)代謝產(chǎn)物第五章 微生物的生長(zhǎng)繁殖及其控制第一節(jié) 微生物的分離和純培養(yǎng)生長(zhǎng)第二節(jié) 微生物的群體生長(zhǎng)規(guī)律第三節(jié) 環(huán)境對(duì)微生物生長(zhǎng)的影響第四節(jié) 微生物生長(zhǎng)繁殖的控制第六章 病毒非細(xì)胞型生物第一節(jié) 病毒的概述第二節(jié) 病毒學(xué)研究的基本方法第三節(jié) 病毒的復(fù)制第四節(jié) 病毒與宿主的相互作用第五節(jié) 亞病毒因子第七章 微生物遺傳第一節(jié) 遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)第二節(jié) 微生物的基因組結(jié)構(gòu)第三節(jié) 微生物的遺傳變異第四節(jié) 基因突變與誘變育種第五節(jié) 基因重組第六節(jié) 菌種的保藏與復(fù)壯第八章 微生物基因表達(dá)的調(diào)控第一節(jié) 轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控第二節(jié) 轉(zhuǎn)錄后調(diào)控第九章 微生物與基因工程第一節(jié) 基因工程概述第二節(jié) 微生物與克隆載體第三節(jié) 微生物與基因工程工具酶第四節(jié) 微生物作為克隆載體的宿主第五節(jié) 表達(dá)載體的構(gòu)建第六節(jié) DNA的合成、體外擴(kuò)增和定位誘變第七節(jié) 基因工程的應(yīng)用及其展望 第十章 微生物的生態(tài)第一節(jié) 微生物在自然界物質(zhì)循環(huán)（生物化學(xué)循環(huán)）中的作用第二節(jié) 微生物與環(huán)境保護(hù)第十一章 微生物的進(jìn)化、系統(tǒng)發(fā)育和分類(lèi)鑒定第一節(jié) 進(jìn)化指征的選擇第二節(jié) 微生物的分類(lèi)及命名鑒定第三節(jié) 微生物分類(lèi)鑒定的特征和技術(shù)第一章 緒論一、 微生物與人類(lèi)的關(guān)系人類(lèi)喝的酸奶、酒等發(fā)酵飲料，吃的面包、饅頭甚至呼吸的新鮮空氣都是微生物帶來(lái)的恩惠；而我們所遭受的感冒和其它傳染病等病魔的折磨，則是有害微生物侵蝕了身體所致，但服用或注射抗生素類(lèi)藥物后恢復(fù)健康，又要感謝微生物，因?yàn)檫@類(lèi)藥物是微生物的“奉獻(xiàn)”。微生物是一把雙刃劍：一方面給人類(lèi)帶來(lái)巨大的利益，如：許多微生物產(chǎn)品疫苗、維生素、酶制劑、酒和抗生素等重要產(chǎn)品，物質(zhì)循環(huán)中的重要組成成員以及以基因工程為代表的生物技術(shù)也是微生物對(duì)人類(lèi)做出的又一重大貢獻(xiàn)；另一方面又“殘忍”地給人類(lèi)帶來(lái)巨大災(zāi)難，如：1347年的瘟疫（鼠疫耶森氏菌）幾乎毀滅整個(gè)歐洲，今天的艾滋?。ˋIDS）、癌癥、SARS以及已被人類(lèi)征服了的傳染病（如肺結(jié)核、瘧疾、霍亂等）也有“卷土重來(lái)”之勢(shì)。隨著環(huán)境污染和破壞日益嚴(yán)重，一些以前從未有過(guò)的新疾病（如軍團(tuán)病、埃博拉病毒病、瘋牛病和SARS等）又給人類(lèi)帶來(lái)新的威脅。因此，你未來(lái)的微生物學(xué)家或其他科學(xué)家任重而道遠(yuǎn)。正確地利用微生物的兩面性來(lái)造福人類(lèi)是我們學(xué)習(xí)和應(yīng)用微生物學(xué)的目的，也是義不容辭的責(zé)任。1、 什么是微生物？微生物是一切肉眼所看不到的或者看不清楚的形體微小的單細(xì)胞或個(gè)體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的多細(xì)胞的甚至沒(méi)有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的低等生物的總稱(chēng)。2、 微生物的特點(diǎn)：形體微小 m mm 光鏡下可見(jiàn)、大的肉眼可見(jiàn)（細(xì)胞型） nm 電鏡下可見(jiàn)（細(xì)胞器和非細(xì)胞型病毒） 單細(xì)胞構(gòu)造簡(jiǎn)單 簡(jiǎn)單多細(xì)胞非細(xì)胞型（分子生物） 原核類(lèi)：細(xì)菌、放線菌、支原體、立克次氏體和藍(lán)細(xì)菌等進(jìn)化地位低等 真核類(lèi)：真菌（酵母菌和霉菌）、原生動(dòng)物和顯微藻類(lèi) 非細(xì)胞類(lèi)：病毒、亞病毒（擬病毒、類(lèi)病毒和朊病毒等）二、 微生物科學(xué)1、 研究對(duì)象及分類(lèi)地位研究對(duì)象：無(wú)細(xì)胞結(jié)構(gòu)不能獨(dú)立生活的病毒、亞病毒，具原核細(xì)胞結(jié)構(gòu)的古生菌和真細(xì)菌以及具真核細(xì)胞結(jié)構(gòu)的真菌（酵母菌、霉菌和蕈xun菌）、單細(xì)胞藻類(lèi)和原生動(dòng)物等。分類(lèi)地位：由于微生物的極其多樣性以及獨(dú)特的生物學(xué)特征（個(gè)體小，比表面積大、吸收多、轉(zhuǎn)化快，生長(zhǎng)旺盛、繁殖快，種類(lèi)多、分布廣，易變異、適應(yīng)性強(qiáng)。），使其在整個(gè)生命科學(xué)中占有舉足輕重的地位。無(wú)論是1969年魏塔克Whittaker提出的五界系統(tǒng)，還是1977年卡爾伍斯Karl Woese（2003年格拉夫生物科學(xué)獎(jiǎng)獲得者）提出的三域系統(tǒng)，微生物都占據(jù)很大比例（3/5和2/3）。2、 研究?jī)?nèi)容及分科研究?jī)?nèi)容：微生物學(xué)是研究微生物在一定條件下的形態(tài)結(jié)構(gòu)，生理生化，遺傳變異以及微生物的進(jìn)化、分類(lèi)和生態(tài)等生命活動(dòng)規(guī)律及其應(yīng)用的一門(mén)學(xué)科。分科：隨著微生物學(xué)的不斷發(fā)展，已形成了基礎(chǔ)微生物學(xué)和應(yīng)用微生物學(xué)兩大學(xué)科，又可分為許多不同的分支學(xué)科，并還在不斷地形成新的學(xué)科和研究領(lǐng)域。見(jiàn)p3圖11三、微生物學(xué)的發(fā)展（一）史前期 （1676年以前） 人們?cè)陲@微鏡出現(xiàn)以前并不知道微生物，只是無(wú)形中利用了微生物，也不知道這些過(guò)程中有微生物存在。如我國(guó)的制曲釀酒工業(yè)先用霉菌制曲，再用酵母菌發(fā)酵；農(nóng)業(yè)上的輪作制、積肥漚糞等；醫(yī)學(xué)上人痘（鼻苗法種痘）預(yù)防天花、用麥曲治療腹瀉等。（二）初創(chuàng)期 （16761861）微生物的發(fā)現(xiàn)和形態(tài)學(xué)研究 列文虎克Leeuwenhoek 于1676年用自制的單式顯微鏡第一次發(fā)現(xiàn)并描述了微生物，隨后人們主要熱衷于尋找和描述微生物的形態(tài)及分門(mén)別類(lèi)，而沒(méi)有研究其生理活動(dòng)及與人類(lèi)實(shí)踐活動(dòng)的關(guān)系。（三）奠基期 （18611897）微生物的生理活動(dòng)研究 以法國(guó)的巴斯德Pasteur和德國(guó)的柯赫Koch為代表的科學(xué)家將微生物的研究推進(jìn)到生理學(xué)研究階段，揭露了微生物是造成腐敗發(fā)酵和人畜疾病的原因，并建立了分離、培養(yǎng)、接種和滅菌等一系列獨(dú)特的微生物技術(shù)，從而奠定了微生物學(xué)的基礎(chǔ)，同時(shí)開(kāi)辟了醫(yī)學(xué)和工業(yè)微生物學(xué)等分支學(xué)科。1、 巴斯德 主要貢獻(xiàn)有三個(gè)方面 提出了生命只能來(lái)源于生命的胚種學(xué)說(shuō)，認(rèn)為只有活的微生物才是傳染病、發(fā)酵和腐敗的真正原因。用著名的曲頸瓶試驗(yàn)徹底否定了“自然發(fā)生”學(xué)說(shuō)。 奠定了免疫學(xué)的基礎(chǔ)。1877年巴斯德研究了雞霍亂，發(fā)現(xiàn)將病原菌減毒可誘發(fā)免疫性，以預(yù)防雞霍亂。其后他又研究了牛、羊炭疽病和狂犬病，并首次職稱(chēng)狂犬病疫苗，證實(shí)其免疫學(xué)說(shuō)，為人類(lèi)防病、治病作出了重大貢獻(xiàn)。 證實(shí)發(fā)酵是由微生物引起的。巴斯德經(jīng)過(guò)不斷努力，終于分離到了許多引起發(fā)酵的微生物，并證實(shí)酒精發(fā)酵是由酵母菌引起的。此外，他還發(fā)現(xiàn)了乳酸發(fā)酵、醋酸發(fā)酵和丁酸發(fā)酵都是由不同的細(xì)菌引起的，為進(jìn)一步研究微生物的生理生化奠定了基礎(chǔ)。 其他方面：至今仍在沿用的巴斯德消毒法（6065加熱處理30，殺死有害微生物的一種消毒法），對(duì)蠶軟化病提出隔離病原體防治傳染、檢查淘汰病蛾，逐漸消滅病害的理論。2、 柯赫 主要貢獻(xiàn)有兩方面 在微生物基本操作技術(shù)方面為微生物學(xué)的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)，主要包括發(fā)明了明膠、瓊脂固體培養(yǎng)基平板分離培養(yǎng)技術(shù)，一直沿用至今；創(chuàng)立了懸滴培養(yǎng)法、顯微攝影技術(shù)以及許多染色方法；配置培養(yǎng)基。在病原菌研究方面具體證實(shí)了炭疽病菌是炭疽病的病原菌；發(fā)現(xiàn)了肺結(jié)核病的病原菌（于1911年獲諾貝爾獎(jiǎng)）；提出了證明某種微生物是否為某種疾病病原體的基本原則柯赫法則：病原菌總是在患傳染病的動(dòng)物（生物）中存在，而不存在于健康個(gè)體中；這一微生物可以離開(kāi)動(dòng)物體，并被培養(yǎng)為純種培養(yǎng)物；這種純種培養(yǎng)物接種到敏感的健康動(dòng)物體后，應(yīng)出現(xiàn)該微生物所引起的特有病癥；該微生物可以從患病的試驗(yàn)動(dòng)物中重新分離出來(lái)，并可在實(shí)驗(yàn)室中再次培養(yǎng)，且它仍應(yīng)與原始病原微生物相同。3、其他 李斯特消毒外科術(shù)，埃爾里赫、梅契尼科夫免疫學(xué)，貝哲林克、維諾格拉德斯基土壤微生物學(xué)，伊萬(wàn)諾夫斯基病毒學(xué)，埃爾里赫化療法。（四）20世紀(jì)的微生物學(xué) 1941年以前微生物學(xué)家主要研究感染疾病因子、免疫、尋找新的化學(xué)治療劑以及微生物代謝等。直到40年代，許多生物學(xué)難以解決德理論和技術(shù)問(wèn)題十分突出，特別是遺傳學(xué)上的爭(zhēng)論問(wèn)題，才使得微生物學(xué)與生物學(xué)很快結(jié)合起來(lái)，成為整個(gè)生命科學(xué)發(fā)展德前沿。1、 多學(xué)科交叉促進(jìn)了微生物學(xué)的全面發(fā)展1941年的突變實(shí)驗(yàn)比德?tīng)柡退啬酚么植诿}胞菌分離出一系列生化突變株，將遺傳學(xué)和生物化學(xué)緊密結(jié)合起來(lái)，不僅促進(jìn)了微生物學(xué)的發(fā)展，形成了微生物遺傳學(xué)和生理學(xué)，而且也推動(dòng)了分子遺傳學(xué)的形成；與此同時(shí)，微生物的其它分支學(xué)科也得到了迅速發(fā)展。還有60年代發(fā)展起微生物生態(tài)學(xué)、環(huán)境微生物學(xué)等；50年代微生物學(xué)全面進(jìn)入分子研究水平，與發(fā)展起的分子生物學(xué)理論和技術(shù)以及其他學(xué)科匯合，使其發(fā)展成為生命科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的一門(mén)前沿科學(xué)。2、 促進(jìn)許多重大理論問(wèn)題的突破1941年的突變實(shí)驗(yàn)，提出了“一個(gè)基因一個(gè)酶”的假說(shuō)；1943年魯里亞、德?tīng)柌艨说耐坎荚囼?yàn)證明了突變的性質(zhì)和來(lái)源（自發(fā)性）；長(zhǎng)期爭(zhēng)論而未能解決的“遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)是什么？”的重大理論問(wèn)題，也是以微生物為實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行研究獲得的結(jié)果證實(shí)：核酸是遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)；DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的提出，基因的概念，基因組的測(cè)序，操?gòu)淖訉W(xué)說(shuō)，“中心法則”等理論的提出都與微生物學(xué)的研究息息相關(guān)。另外，源于微生物轉(zhuǎn)化的理論和技術(shù)的轉(zhuǎn)基因動(dòng)植物的轉(zhuǎn)化技術(shù)、DNA重組技術(shù)、遺傳工程，使人類(lèi)定向改變生物、根治疾病、美化環(huán)境的夢(mèng)想成為現(xiàn)實(shí)。總之，20世紀(jì)的微生物學(xué)一方面在與其他學(xué)科的交叉和相互促進(jìn)中獲得迅猛發(fā)展，另一方面也為整個(gè)生命科學(xué)的發(fā)展作出了巨大貢獻(xiàn)。3、我國(guó)微生物學(xué)的發(fā)展我國(guó)具有5000多年文明史的古國(guó)，是認(rèn)識(shí)和利用微生物最早的國(guó)家之一。特別是在制酒、醬油和醋等微生物產(chǎn)品以及種痘等方面。但是微生物作為一門(mén)科學(xué)進(jìn)行研究卻比較落后。從本世紀(jì)初由一批從西方留學(xué)的科學(xué)家開(kāi)始進(jìn)行比較系統(tǒng)地研究。主要有伍連德對(duì)鼠疫和霍亂病原等進(jìn)行研究，并建立衛(wèi)生防疫機(jī)構(gòu)；湯飛凡及其助手張曉樓醫(yī)學(xué)細(xì)菌學(xué)、病毒學(xué)和免疫學(xué)，尤其是在世界上首次分離和確證了沙眼病原體；謝少文則第一次分離出立克次氏體；戴芳瀾和俞大紱是我國(guó)真菌學(xué)和植物病理學(xué)的奠基人；陳華癸和張憲武開(kāi)創(chuàng)了我國(guó)的農(nóng)業(yè)微生物學(xué)；高尚蔭創(chuàng)建了我國(guó)的病毒學(xué)和第一個(gè)微生物學(xué)專(zhuān)業(yè)。五、21世紀(jì)微生物學(xué)展望1、微生物基因組學(xué)研究將全面展開(kāi) 主要集中在基因組的序列分析、功能分析和比較分析，從本質(zhì)上認(rèn)識(shí)微生物自身以及利用和改造微生物，并帶動(dòng)分子微生物學(xué)等基礎(chǔ)研究學(xué)科的發(fā)展。2、以了解微生物之間、微生物與其他生物、微生物與環(huán)境的相互作用為研究對(duì)象的微生物生態(tài)學(xué)、環(huán)境微生物學(xué)和細(xì)胞微生物學(xué)等，將在基因組信息的基礎(chǔ)上獲得長(zhǎng)足進(jìn)步，為人類(lèi)的生存和健康發(fā)揮重要作用。3、與其他學(xué)科將更加廣泛的交叉，相互促進(jìn)發(fā)展。微生物基因組學(xué)是數(shù)、理、化、信息和計(jì)算機(jī)等多種學(xué)科交叉的結(jié)果；隨著人類(lèi)認(rèn)識(shí)的加深和需求，將進(jìn)一步向地質(zhì)、海洋、大氣和太空滲透，是更多的邊緣學(xué)科得到發(fā)展。微生物學(xué)的研究技術(shù)和方法也將會(huì)在吸收其他學(xué)科的先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，向自動(dòng)化、定向化和定量化發(fā)展。在21世紀(jì)微生物產(chǎn)業(yè)除了更廣泛地利用和挖掘不同生境（尤其是極端環(huán)境）的自然資源微生物外，基因工程菌將形成一批強(qiáng)大的工業(yè)生產(chǎn)菌，生產(chǎn)外源基因表達(dá)的產(chǎn)物，特別是藥物的生產(chǎn)將出現(xiàn)前所未有的新局面，人類(lèi)將完全征服癌癥、艾滋病以及其他疾病，為人類(lèi)做出更大的貢獻(xiàn)。 思考題1什么是微生物？微生物學(xué)的研究?jī)?nèi)容是什么？2微生物學(xué)發(fā)展過(guò)程中的幾位重要科學(xué)家及其貢獻(xiàn)有哪些？3病原菌學(xué)說(shuō)的提出和證實(shí)都有哪些人？4微生物有那些特點(diǎn)？第二章 微生物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能第一節(jié) 原核微生物的細(xì)胞結(jié)構(gòu)原核微生物是指細(xì)胞核無(wú)核膜包圍，只有核區(qū)的裸露DNA的原始單細(xì)胞微生物，包括古生菌和真細(xì)菌兩大類(lèi)群。真細(xì)菌的細(xì)胞膜含由酯鍵連接的脂類(lèi)，細(xì)胞壁中含特有的肽聚糖，DNA中一般沒(méi)有內(nèi)含子（近年來(lái)也有例外的發(fā)現(xiàn)）。包括細(xì)菌、放線菌、藍(lán)細(xì)菌、支原體、立克次氏體和衣原體等。一、真細(xì)菌細(xì)胞的構(gòu)造 細(xì)菌細(xì)胞是原核細(xì)胞，就是在細(xì)胞中沒(méi)有細(xì)胞核結(jié)構(gòu)。只有明顯核區(qū)（擬核），外面無(wú)核膜包圍。與有真正細(xì)胞核的真核細(xì)胞相比，其它結(jié)構(gòu)成分也有差異，如原核細(xì)胞壁的主要成分是一類(lèi)含有氨基酸的多糖，稱(chēng)為肽聚糖，而真核細(xì)胞壁主要由纖維素或甲殼質(zhì)組成。 細(xì)菌細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)是一般細(xì)菌共有的結(jié)構(gòu)，包括細(xì)胞壁、細(xì)胞質(zhì)膜、擬核、細(xì)胞質(zhì)。1、 細(xì)胞壁：是位于細(xì)胞最外面的一層堅(jiān)韌而略具彈性的結(jié)構(gòu)層，主要由肽聚糖構(gòu)成，有固定外形和保護(hù)細(xì)胞等多種功能。用一種稱(chēng)為革蘭氏染色的方法，可將細(xì)菌分為革蘭氏陽(yáng)性菌（G 菌）和革蘭氏陰性菌（G 菌）兩大類(lèi)。 真細(xì)菌的細(xì)胞膜含由酯鍵連接的脂類(lèi)，細(xì)胞壁中含有特有的肽聚糖，DNA中一般沒(méi)有內(nèi)含子（近年也有例外發(fā)現(xiàn)）；古生菌的細(xì)胞壁無(wú)肽聚糖，由多糖、糖蛋白或蛋白質(zhì)構(gòu)成，且多含有酸或酸性氨基酸、多糖細(xì)胞壁。證明細(xì)胞壁存在的方法：質(zhì)壁分離技術(shù)（蔗糖溶液），姬姆薩染色（壁綠色，質(zhì)紅色），制成原生質(zhì)體，電子顯微鏡觀察。革蘭氏陽(yáng)性菌細(xì)胞壁：化學(xué)組分簡(jiǎn)單，只由90的肽聚糖和10磷壁酸肽聚糖：分子由肽和聚糖兩部分組成，肽有四肽尾（按L型和D型交替連接而成）和肽橋，聚糖則由N乙酰葡萄糖胺（NAG）和N乙酰胞壁酸（NAM）相互間隔通過(guò)1、4糖苷鍵（溶菌酶水解）連接而成，呈長(zhǎng)鏈骨架結(jié)構(gòu)。磷壁酸：主要為甘油磷壁酸或核糖醇磷壁酸。分為壁磷酸和膜磷酸。壁磷酸與肽聚糖上的NAG共價(jià)連接，可用稀酸或稀堿提取；膜磷酸是甘油磷酸與膜上的磷脂共價(jià)結(jié)合，用45的熱酚或熱水提取。主要生理功能：由于含有較多的負(fù)電荷而吸收Mg2，而提高一些合成酶的活性；儲(chǔ)藏磷元素；增強(qiáng)某些致病菌對(duì)宿主細(xì)胞的粘連，避免被白細(xì)胞吞噬以及抗補(bǔ)體的作用；賦予G菌以特異表面抗原；可為噬菌體的吸附位點(diǎn)。革蘭氏陰性菌的細(xì)胞壁 肽聚糖：12層為薄層，四肽尾的第三個(gè)氨基酸為內(nèi)消旋的二氨基庚二酸（mDAP），無(wú)肽橋，單體之間僅通過(guò)肽尾直接相連，故松散、機(jī)械強(qiáng)度較差。 外膜：位于細(xì)胞壁外層，由脂多糖、磷脂和脂蛋白等組成。脂多糖由類(lèi)脂A、核心多糖和O特異側(cè)鏈三部分組成。其中類(lèi)脂A是G菌的致病物質(zhì)內(nèi)毒素的物質(zhì)基礎(chǔ)；O特異側(cè)鏈種類(lèi)極多，決定其表面抗原決定簇的多樣性。 外膜蛋白：是鑲嵌在LPS和磷脂層外膜上的蛋白。有兩種孔蛋白，限制或控制某些物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞，一種脂蛋白將外膜與肽聚糖內(nèi)壁層上的蛋白牢固連接。 缺壁細(xì)菌：在自然界長(zhǎng)期進(jìn)化和實(shí)驗(yàn)室菌種的自發(fā)突變中發(fā)生細(xì)胞壁缺陷的細(xì)菌或者在實(shí)驗(yàn)室用人為的方法獲得的缺壁細(xì)菌。缺壁突變L型細(xì)菌實(shí)驗(yàn)室或宿主體內(nèi)形成 基本去盡原生質(zhì)體（G ）缺壁細(xì)菌 人工去壁部分去掉球狀體（G）在自然界長(zhǎng)期進(jìn)化中形成支原體（細(xì)胞膜中含有甾醇）革蘭氏染色的機(jī)制：革蘭氏發(fā)明，薩頓提出，彼弗里奇證明。結(jié)晶紫和碘在細(xì)胞膜內(nèi)形成水不溶的復(fù)合物，G菌的細(xì)胞壁較厚，肽聚糖網(wǎng)層次多和交聯(lián)緊密，故乙醇脫色時(shí)，因失水反而網(wǎng)孔縮小，因此該復(fù)合物留在壁內(nèi)，使其仍呈紫褐色；反之G菌則正相反，且由于其外膜的類(lèi)脂迅速溶解，使薄而松散的肽聚糖層網(wǎng)孔變大，結(jié)晶紫碘復(fù)合物溶出而無(wú)色，故被染成復(fù)染的顏色紅色。2、細(xì)胞質(zhì)膜：是緊貼在細(xì)胞壁內(nèi)側(cè)，包圍細(xì)胞質(zhì)的一層柔軟、脆弱且富有彈性的半透性薄膜，是重要的代謝活動(dòng)中心，對(duì)于細(xì)菌的呼吸、能量的產(chǎn)生、運(yùn)動(dòng)、生物合成、內(nèi)外物質(zhì)的交換運(yùn)送等均有重要的作用。由磷脂和蛋白質(zhì)組成。3、擬核：位于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，是一種沒(méi)有核膜、沒(méi)有核仁、沒(méi)有固定形態(tài)、結(jié)構(gòu)也較簡(jiǎn)單的原始形態(tài)的核，其實(shí)質(zhì)是一個(gè)大型環(huán)狀的雙鏈DNA分子，是負(fù)載細(xì)菌遺傳信息的物質(zhì)基礎(chǔ)。4、細(xì)胞質(zhì)：是由細(xì)胞質(zhì)膜包圍著的，除擬核以外一切透明、膠狀、顆粒狀物質(zhì)的總稱(chēng)。具有維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境平衡等多種功能，分散于細(xì)胞質(zhì)中的核糖體顆粒是蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)所。 內(nèi)含物主要有PHB聚羥丁酸、磁小體和羧化酶。PHB存在于許多細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)內(nèi)屬于類(lèi)脂性質(zhì)的碳源類(lèi)貯藏物，不溶于水，可溶于氯仿，用尼羅蘭或蘇丹黑染色，具有貯藏能量、碳源和降低細(xì)胞滲透壓的作用。由于其具有無(wú)毒、可塑和易降解的特性，故被認(rèn)為是生產(chǎn)醫(yī)用塑料、生物降解塑料的良好原料。 磁小體：趨磁細(xì)菌中含有的大小均勻、數(shù)目不等的磁小體，其成分為Fe3O4，外有一層膜包裹，是單磁疇晶體，無(wú)毒、大小均勻。功能是導(dǎo)向作用，即借鞭毛游向該菌最有利的環(huán)境處生活。目前認(rèn)為該菌有實(shí)用前景，可生產(chǎn)磁性定向藥物或抗體，以及制造生物傳感器等。 細(xì)菌細(xì)胞的特殊結(jié)構(gòu)包括鞭毛、菌毛、莢膜、芽孢等，是某些細(xì)菌在某生長(zhǎng)階段具有的結(jié)構(gòu)。1、 鞭毛：是某些細(xì)菌表面著生的一至數(shù)根由細(xì)胞內(nèi)伸出的細(xì)長(zhǎng)、波曲的絲狀體，具有運(yùn)動(dòng)的功能。鞭毛在菌體上的著生位置、數(shù)目因種而異。2、菌毛（又名纖毛）：是在細(xì)菌體表的比鞭毛更細(xì)、更短、直硬，且數(shù)量較多（250300根）的絲狀體，與細(xì)菌吸附或性結(jié)合有關(guān)。3、莢膜：是某些細(xì)菌向細(xì)胞壁表面分泌的一層厚度不定的膠狀物質(zhì)，它猶如穿在菌體表面的一件外套，用顯微鏡觀察，中心部位是細(xì)菌菌體，在暗色背景下莢膜呈透明狀環(huán)繞菌體， 具有抗干燥，抗吞噬和附著作用。4、芽孢：是某些細(xì)菌于生長(zhǎng)后期，在細(xì)胞內(nèi)形成的一個(gè)圓形、橢圓形或圓柱形、厚壁、含水量極低和具有極強(qiáng)的抗熱、抗輻射、抗化學(xué)藥物和抗靜水壓等特性的休眠體，稱(chēng)為內(nèi)生孢子，亦稱(chēng)芽孢?？胺Q(chēng)生命世界之最，所以有些細(xì)菌在環(huán)境條件不利于生長(zhǎng)繁殖時(shí)便會(huì)形成芽孢。能產(chǎn)生芽孢的多為桿菌，產(chǎn)芽孢母細(xì)胞的外殼稱(chēng)芽孢囊。芽孢在菌體內(nèi)的位置、形狀、大小因種而異，有中央位、端位、近端位等。在有些細(xì)菌中，芽孢的直徑小于菌體直徑，這些細(xì)菌稱(chēng)為芽孢桿菌，為好氧細(xì)菌；在另一些細(xì)菌中，芽孢的直徑大于菌體直徑，使整個(gè)菌體呈梭形或鼓塑形，這些細(xì)菌稱(chēng)為梭狀芽孢桿菌，為厭氧菌。在球菌和螺菌中，只有少數(shù)種類(lèi)有芽孢。芽孢形成和結(jié)構(gòu)芽孢的形成是一個(gè)極其復(fù)雜的過(guò)程，包括形態(tài)結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分等多方面的變化。光學(xué)顯微鏡和電子顯微鏡觀察研究的結(jié)果，表明芽孢的形成在結(jié)構(gòu)上主要經(jīng)歷以下幾個(gè)階段：核物質(zhì)融合成軸絲狀（桿狀）。在細(xì)胞中央或一端，細(xì)胞膜內(nèi)陷形成隔膜包圍核物質(zhì)，產(chǎn)生一個(gè)小細(xì)胞。小細(xì)胞被原來(lái)的細(xì)胞膜包圍，生成前孢子。前孢子實(shí)質(zhì)上是一個(gè)被兩層同心膜包圍著的原生質(zhì)體，抗輻射。前孢子再向外分泌芽孢肽聚糖、DPA（吡啶二羧酸），積累鈣離子，再經(jīng)脫水，形成皮層、芽孢衣等多層膜，最后成為成熟的芽孢，由于細(xì)胞壁的潰溶而釋放出來(lái)。芽泡形成過(guò)程中在化學(xué)成分方面也發(fā)生很大變化。生芽孢的細(xì)胞大量吸收鈣離子并大量合成營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞中沒(méi)有的吡啶二羧酸。在成熟的芽孢中，芽孢原生質(zhì)體含有極高的吡啶二羧酸鈣DPA-Ca，在新合成的、具有特殊化學(xué)構(gòu)造的外層（皮層和孢子衣，有時(shí)還有芽孢外壁）中也有這種物質(zhì)。芽孢的壁含有一種特殊的肽聚糖芽孢肽聚糖。同時(shí)，芽孢中還含有一些特殊的蛋白質(zhì)。芽孢的萌發(fā)：剛形成的芽孢總是處于休眠狀態(tài)。熱處理（如65放置幾十分鐘）可以使芽孢加速活化。芽孢萌發(fā)時(shí)首先發(fā)生吸脹作用，隨之折光性和抗性喪失，繼而呼吸作用開(kāi)始，顯出代謝活性，芽孢物質(zhì)（干重）的30變?yōu)榭扇芪镝尦?，營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞壁迅速合成，最后，新形成的營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞從孢子衣里萌發(fā)出來(lái)。萌發(fā)通常有三種方式：赤道脫出，末端脫出，斜出。芽孢耐熱機(jī)制：滲透調(diào)節(jié)皮層膨脹學(xué)說(shuō)認(rèn)為芽孢的耐熱性在于芽孢衣對(duì)多價(jià)陽(yáng)離子和水分的透性很差，皮層由于含有大量交聯(lián)度低、負(fù)電荷強(qiáng)的芽孢肽聚糖，其與低價(jià)的陽(yáng)離子一起使皮層的離子強(qiáng)度很高，從而使皮層產(chǎn)生極高的滲透壓去奪取芽孢核心的水份，其結(jié)果造成皮層的充分膨脹，而有生命的核心部分的細(xì)胞質(zhì)卻變得高度失水，因此，具極強(qiáng)的耐熱性。伴孢晶體：少數(shù)芽孢桿菌如蘇云金芽孢桿菌在形成芽孢的同時(shí)，會(huì)在芽孢旁形成一顆菱形或雙錐形的堿溶性蛋白質(zhì)晶體（）內(nèi)毒素，稱(chēng)為伴孢晶體。對(duì)200多種昆蟲(chóng)尤其是鱗翅目昆蟲(chóng)的幼蟲(chóng)有毒殺作用，蛋白質(zhì)晶體的毒性是有高度專(zhuān)性的，對(duì)其他動(dòng)物與植物完全沒(méi)有毒性，故是一種理想的有利于環(huán)保的生物農(nóng)藥。研究芽孢的意義：1分類(lèi)鑒定 不同細(xì)菌的芽孢具有不同的特點(diǎn)，從形狀、大小、表面特征，直到與菌體的關(guān)系等都有不同的表現(xiàn)，因此可以作為分類(lèi)鑒定的依據(jù)或參考。2科研材料 由于芽孢獨(dú)特的產(chǎn)生方式，成為研究形態(tài)發(fā)生和遺傳控制的好材料。3保存菌種 芽孢對(duì)不良環(huán)境有很強(qiáng)的抵抗力，可以保持生命力達(dá)數(shù)十年之久，在自然界使細(xì)菌度過(guò)惡劣的環(huán)境，在實(shí)驗(yàn)室是保存菌種的好材料。4分離菌種 芽孢的耐熱性有助于芽孢細(xì)菌的分離。將含菌懸浮液進(jìn)行熱處理，殺死所有營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞，可以篩選出形成芽孢的細(xì)菌種類(lèi)。5生物殺蟲(chóng)。這種殺蟲(chóng)劑的生產(chǎn)，并不需將蛋白質(zhì)分離出來(lái)，只需培養(yǎng)大量細(xì)菌，在其形成芽孢并產(chǎn)生晶體時(shí)收獲、干燥，做成粉劑即可第二節(jié) 真核微生物的細(xì)胞結(jié)構(gòu)細(xì)胞核具有核膜，能進(jìn)行有絲分裂、細(xì)胞質(zhì)中存在線粒體等細(xì)胞器的生物。真核微生物包括真菌、顯微藻類(lèi)、原生動(dòng)物以及地衣等。一、 細(xì)胞壁（真菌和藻類(lèi)）：主要成分是多糖（葡聚糖、甘露聚糖、纖維素、幾丁質(zhì)等），另有少量的蛋白質(zhì)和脂類(lèi)。1、 酵母菌的細(xì)胞壁：甘露聚糖、蛋白質(zhì)、葡聚糖、幾丁質(zhì)和少量的脂質(zhì)。葡聚糖有兩類(lèi)1、3和1、6葡聚糖，位于細(xì)胞壁內(nèi)層，起維持酵母細(xì)胞的機(jī)械強(qiáng)度作用。2、 絲狀真菌的細(xì)胞壁：由外到內(nèi)依次為葡聚糖、糖蛋白、纖維素和幾丁質(zhì)。3、 藻類(lèi)的細(xì)胞壁：纖維素、雜多糖及少量的蛋白質(zhì)和脂類(lèi)。 除壁的方式為蝸牛酶水解或葡聚糖酶、甘露聚糖酶、纖維素酶和幾丁質(zhì)酶等混合酶水解。二、 鞭毛和纖毛與原核微生物鞭毛的區(qū)別主要是鞭桿為：“92”結(jié)構(gòu)，基體為“90”結(jié)構(gòu)。運(yùn)動(dòng)方式為彎曲運(yùn)動(dòng)。三、 細(xì)胞器1、核糖體：又稱(chēng)核蛋白體，是存在于一切細(xì)胞中的無(wú)膜包裹的顆粒狀細(xì)胞器，具有合成蛋白質(zhì)的功能，主要成分由表到內(nèi)是蛋白質(zhì)（40）和RNA（60），共價(jià)結(jié)合形成。真核生物內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和細(xì)胞基質(zhì)中的核糖體為80S，其它細(xì)胞器如線粒體、葉綠體中的為70S。2、線粒體：是一種進(jìn)行氧化磷酸化反應(yīng)的重要細(xì)胞器，其功能是把蘊(yùn)藏在有機(jī)物中的化學(xué)潛能轉(zhuǎn)化為生命活動(dòng)所需的通用能源ATP，故為真核生物的“動(dòng)力車(chē)間”。由雙層膜包裹而成，內(nèi)膜上有嵴、基粒和四種脂蛋白復(fù)合體，嵴增大進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的面積；基粒或F1顆粒為ATP合成酶復(fù)合體，四種脂蛋白是電子傳遞鏈（呼吸鏈）的組成部分。3、葉綠體：將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，并通過(guò)光合作用將CO2和H2O合成葡萄糖等碳水化合物，放出O2的綠色顆粒狀細(xì)胞器。課后思考題1. 那些特征可用于區(qū)別真核生物與原核生物？2. 什么是缺壁細(xì)菌？試述其各自的特點(diǎn)和意義。3. 用滲透調(diào)節(jié)皮層膨脹學(xué)說(shuō)解釋芽孢的耐熱機(jī)制。4. 簡(jiǎn)述線粒體和葉綠體的主要特征及功能。第三章 微生物的營(yíng)養(yǎng)微生物的營(yíng)養(yǎng)主要是研究和闡明營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在微生物生命活動(dòng)過(guò)程中的生理功能，以及微生物細(xì)胞從外界環(huán)境攝取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的機(jī)制。營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)：那些能夠滿(mǎn)足微生物機(jī)體生長(zhǎng)、繁殖和完成各種生理活動(dòng)所需的物質(zhì)稱(chēng)為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。微生物獲得和利用營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的過(guò)程稱(chēng)為營(yíng)養(yǎng)。第一節(jié) 微生物的營(yíng)養(yǎng)要求一、 微生物細(xì)胞的化學(xué)組成 1化學(xué)元素：C、H、O、N、P、S、K、Mg、Ca、Fe等為主要元素 Zn、Mn、Na、Cl、Mo、Se、Co、Cu、W、Ni、B等為微量元素。組成微生物細(xì)胞的各類(lèi)化學(xué)元素的比例因微生物的種類(lèi)不同而異；也隨菌齡及營(yíng)養(yǎng)條件的不同而發(fā)生變化。2化學(xué)成分及其分析 對(duì)細(xì)胞有機(jī)物成分的分析常采用兩種方式：一是用化學(xué)方法直接抽提細(xì)胞內(nèi)的各種有機(jī)物成分，再加以定性和定量分析；另一種是先將細(xì)胞破碎，獲得不同的亞顯微結(jié)構(gòu)，再分析這些結(jié)構(gòu)的化學(xué)成分。 對(duì)細(xì)胞無(wú)機(jī)物成分的分析則將干細(xì)胞在高溫爐（如馬沸爐）中焚燒成灰，再采用無(wú)機(jī)化學(xué)常規(guī)分析法可定性定量分析出灰分中的各種無(wú)機(jī)元素含量。 灰分：干細(xì)胞于高溫爐（550）中焚燒后而剩下的各種無(wú)機(jī)元素的氧化物的總稱(chēng)（混合物）。 水：是一切細(xì)胞維持正常生命活動(dòng)所必不可少的，一般占細(xì)胞重量的7090 。（濕重干重）/濕重100二、 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及其生理功能根據(jù)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在有機(jī)體中的生理功能不同，可將其分為碳源、氮源、無(wú)機(jī)鹽、生長(zhǎng)因子和水五大類(lèi)。1碳源：在微生物生長(zhǎng)過(guò)程中為微生物提供碳素來(lái)源的物質(zhì)。在細(xì)胞中經(jīng)一系列復(fù)雜的生物化學(xué)反應(yīng)后變?yōu)槲⑸镒陨淼募?xì)胞物質(zhì)和代謝產(chǎn)物。其中化能異養(yǎng)菌還能產(chǎn)生生物能。微生物利用碳源物質(zhì)具有選擇性，其順序依次為：糖類(lèi)單糖（己糖戊糖）雙糖淀粉纖維素、純多糖雜多糖 有機(jī)酸醇脂烴HCO3- 、CO2(自養(yǎng)菌) 蛋白質(zhì)、核酸等。2氮源：在微生物生長(zhǎng)過(guò)程中為微生物提供氮素來(lái)源的物質(zhì)。一般不作為能源，只有消化細(xì)菌和少數(shù)厭氧菌在厭氧條件下利用氨基酸作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。常用的蛋白質(zhì)類(lèi)：蛋白胨、魚(yú)粉、蠶蛹粉、黃豆餅粉、花生餅粉、玉米漿、牛肉膏、酵母膏等。微生物對(duì)氮源的利用也具有選擇性，對(duì)主要以氨基酸和肽等較易吸收的蛋白質(zhì)降解產(chǎn)物和NH3+、NO3-形式存在的氮源的利用速度快，稱(chēng)為速效氮源；對(duì)主要以大分子蛋白質(zhì)形式存在，需進(jìn)一步降解成小分子的氨基酸和肽后才能利用吸收的氮源稱(chēng)為遲緩氮源。即速效氮源有利于菌體生長(zhǎng)，后者有利于代謝產(chǎn)物的形成。在發(fā)酵生產(chǎn)中常利用微生物的這一特性，將兩者按一定比例制成混合氮源，以控制菌體生長(zhǎng)時(shí)期與代謝產(chǎn)物形成時(shí)期的協(xié)調(diào)，達(dá)到提高產(chǎn)量降低成本的目的。 酶的活性中心組成部分3無(wú)機(jī)鹽： 維持生物大分子和細(xì)胞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性在機(jī)體的生理功能 調(diào)節(jié)并維持細(xì)胞的滲透壓平衡、控制氧化還原電位 作為某些化能自養(yǎng)菌生長(zhǎng)的能源物質(zhì)微量元素對(duì)微生物生長(zhǎng)是必需的，若缺乏則會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞生理活性降低甚至停止生長(zhǎng)；若過(guò)量則對(duì)機(jī)體產(chǎn)生毒害作用，而且單獨(dú)一種過(guò)量毒害更大，因此配制培養(yǎng)基時(shí)要控制其在正常的范圍內(nèi)，并注意各種微量元素之間的比例協(xié)調(diào)。通常情況下沒(méi)有必要向培養(yǎng)基中添加微量元素。4生長(zhǎng)因子：指那些微生物生長(zhǎng)所必需而且需要量很少，但微生物自身又不能合成或合成量不足以滿(mǎn)足機(jī)體生長(zhǎng)需要的有機(jī)化合物。根據(jù)生長(zhǎng)因子的化學(xué)結(jié)構(gòu)和它們?cè)跈C(jī)體中的生理功能不同，將其分為維生素、氨基酸與堿基（嘌呤和嘧啶）三大類(lèi)。5水：生理功能主要有：起到溶劑與運(yùn)輸介質(zhì)的作用，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收與代謝產(chǎn)物的分泌必須以水為介質(zhì)才能完成；參與細(xì)胞內(nèi)一系列化學(xué)反應(yīng)；維持蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子穩(wěn)定的天然構(gòu)象；因?yàn)樗谋葻岣撸菬岬牧紝?dǎo)體，能有效地吸收代謝反應(yīng)產(chǎn)生的能量并及時(shí)散發(fā)出體外，從而有效控制細(xì)胞溫度；通過(guò)水合作用和脫水作用控制由多亞基組成的結(jié)構(gòu)，如酶、鞭毛等。水活度：指在一定的溫度和壓力條件下，溶液的蒸汽壓力與同樣條件下的純水蒸氣壓力之比，即awPW/PW0。三、微生物的營(yíng)養(yǎng)類(lèi)型微生物種類(lèi)繁多，其營(yíng)養(yǎng)類(lèi)型比較復(fù)雜，依據(jù)不同，劃分結(jié)果亦不同。根據(jù)碳源、能源及電子供體性質(zhì)的不同，將絕大多數(shù)微生物分為：表31 微生物的營(yíng)養(yǎng)類(lèi)型營(yíng)養(yǎng)類(lèi)型能源碳源電子供體例子光能無(wú)機(jī)自養(yǎng)型光能CO2和HCO3-為唯一碳源還原性無(wú)機(jī)物如水、H2S、H2等著色細(xì)菌、藍(lán)細(xì)菌光能有機(jī)異養(yǎng)型光能有機(jī)物有機(jī)物紅螺細(xì)菌化能無(wú)機(jī)自養(yǎng)型化學(xué)能無(wú)機(jī)物氧化CO2和HCO3-為唯一或主要碳源還原性無(wú)機(jī)物如H2S、Fe2+、NO2-、NH3等氫、鐵、硫細(xì)菌和消化細(xì)菌等化能有機(jī)異養(yǎng)型化學(xué)能有機(jī)物氧化有機(jī)物有機(jī)物多為中間代謝物絕大多數(shù)細(xì)菌、所有真菌其中化能有機(jī)異養(yǎng)型又分為腐生型和寄生型等，而且該類(lèi)型也能固定CO2，總之不同類(lèi)型之間的界限不是絕對(duì)的，有的類(lèi)型在不同條件下會(huì)發(fā)生改變，如紫色非硫細(xì)菌在沒(méi)有有機(jī)物時(shí)同化CO2，表現(xiàn)為自養(yǎng)型，反之則為異養(yǎng)型；在有光照和厭氧條件下表現(xiàn)為光能營(yíng)養(yǎng)型，無(wú)光和好氧條件下，又為化能營(yíng)養(yǎng)型。營(yíng)養(yǎng)缺陷型：某些菌株由于發(fā)生基因突變而喪失合成某種或某些對(duì)該菌生長(zhǎng)比不可少的物質(zhì)（通常是生長(zhǎng)因子）的能力，必須從外界環(huán)境獲得該物質(zhì)才能生長(zhǎng)繁殖，這種突變型菌株稱(chēng)為營(yíng)養(yǎng)缺陷型。第二節(jié) 培養(yǎng)基培養(yǎng)基是指人工配制的，適合微生物生長(zhǎng)繁殖或產(chǎn)生代謝產(chǎn)物的營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)。一、配制培養(yǎng)基的原則1選擇適宜的營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)：首先要依據(jù)微生物的營(yíng)養(yǎng)要求配制針對(duì)性強(qiáng)的培養(yǎng)基。由于微生物營(yíng)養(yǎng)類(lèi)型復(fù)雜，不同微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的需求不一樣，同一種微生物在不同的營(yíng)養(yǎng)條件下會(huì)產(chǎn)生不同的代謝產(chǎn)物。如：培養(yǎng)自養(yǎng)型微生物的培養(yǎng)基，由簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物組成，不需要有機(jī)物；培養(yǎng)光能微生物則還需要光照提供能源；培養(yǎng)化能自養(yǎng)型的微生物，培養(yǎng)基中還要添加該菌所需的提供能源的無(wú)機(jī)化合物；谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)中，培養(yǎng)菌種的培養(yǎng)基與發(fā)酵培養(yǎng)基的營(yíng)養(yǎng)成分就有很大差異。表32幾種類(lèi)型的培養(yǎng)基組成成分氧化硫硫桿菌培養(yǎng)基大腸桿菌培養(yǎng)基牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基高氏I號(hào)合成培養(yǎng)基查氏合成培養(yǎng)基LB培養(yǎng)基主要作用牛肉膏5碳源（能源）、氮源、無(wú)機(jī)鹽、生長(zhǎng)因子蛋白胨1010碳源（能源）、氮源、生長(zhǎng)因子酵母浸膏5氮源、生長(zhǎng)因子葡萄糖5碳源（能源）蔗糖30碳源（能源）可溶性淀粉20碳源（能源）CO2來(lái)自空氣碳源(NH4)SO404氮源、無(wú)機(jī)鹽NH4H2PO41氮源、無(wú)機(jī)鹽、緩沖劑KNO31氮源、無(wú)機(jī)鹽NaN033氮源、無(wú)機(jī)鹽MgSO47H2O050.20.50.5無(wú)機(jī)鹽FeSO40010.010.01無(wú)機(jī)鹽KH2PO44無(wú)機(jī)鹽、緩沖劑K2HPO410.51無(wú)機(jī)鹽、緩沖劑NaCl550.510無(wú)機(jī)鹽KCl無(wú)機(jī)鹽CaCl2025無(wú)機(jī)鹽S10能源H2O1000ml 溶劑PH707.07.27.07.27.27.4自然70滅菌條件12120min11230min12120min12120min12120min12120min2.營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度及配比合適：培養(yǎng)基中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度合適時(shí)微生物才能生長(zhǎng)良好，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度過(guò)低不能滿(mǎn)足微生物正常生長(zhǎng)需求，濃度過(guò)高時(shí)則可能對(duì)微生物生長(zhǎng)起抑制作用。培養(yǎng)基中各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)之間的濃度配比（尤其是C/N）也能直接影響微生物的生長(zhǎng)繁殖或產(chǎn)物的形成和積累。例如：谷氨酸發(fā)酵過(guò)程中 C/N為1/4時(shí)，菌體大量繁殖，谷氨酸積累少；為1/3時(shí)，菌體繁殖受抑制，谷氨酸產(chǎn)量大量增加。抗生素發(fā)酵生產(chǎn)過(guò)程中，則通過(guò)控制速效氮（或碳）源與遲效效氮（或碳）源之間的比例來(lái)控制菌體生長(zhǎng)與抗生素的合成協(xié)調(diào)。3控制pH條件：培養(yǎng)基的pH值必須控制在一定的范圍內(nèi)，以滿(mǎn)足不同類(lèi)型微生物的生長(zhǎng)繁殖或產(chǎn)生代謝產(chǎn)物。各類(lèi)微生物生長(zhǎng)繁殖或產(chǎn)生代謝產(chǎn)物的最適pH條件各不同：一般來(lái)說(shuō)，真細(xì)菌生長(zhǎng)的pH在7.07.5，真菌生長(zhǎng)在4.56.0或者是自然pH。在微生物生長(zhǎng)繁殖和代謝過(guò)程中，由于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被分解利用和代謝產(chǎn)物的形成與積累，會(huì)導(dǎo)致培養(yǎng)基pH發(fā)生變化，所以通常在培養(yǎng)基中加入緩沖劑。緩沖劑組成的緩沖系統(tǒng)只能在一定的范圍內(nèi)起調(diào)節(jié)作用，故對(duì)產(chǎn)酸量很大的菌，其培養(yǎng)基中則需要加CaCO3等來(lái)調(diào)節(jié)。4控制氧化還原電位（）：不同類(lèi)型的微生物生長(zhǎng)對(duì)的要求不一樣，一般好氧菌的在0.1以上，通常在0.30.4V為宜；厭氧菌只能在低于0.1V的條件下生長(zhǎng)；兼性微生物一般在為0.1以上時(shí)為好氧，以下時(shí)發(fā)酵。由于值與pH有關(guān)，所以也受代謝產(chǎn)物的影響。5原料來(lái)源的選擇：應(yīng)盡量利用廉價(jià)且易于獲得的原料作為培養(yǎng)基的成分，以利于降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。6滅菌處理：要獲得純培養(yǎng)，就必須避免雜菌污染，對(duì)培養(yǎng)基一般采用高壓蒸汽滅菌，以徹底殺滅培養(yǎng)基中的雜菌。一般用1.05kg/cm2(121.3)持續(xù)滅20min或者0.56kg/cm2(112.6)下維持30min。某些含有特殊成分如血清等則需過(guò)濾除菌或間歇滅菌，有些由于一起滅菌會(huì)產(chǎn)生沉淀或分解，則需分別滅菌后在混合或者加鰲合劑如乙二胺四乙酸（EDTA）等。二、培養(yǎng)基的類(lèi)型及應(yīng)用培養(yǎng)基之類(lèi)繁多，根據(jù)其成分、物理狀態(tài)和用途可將其分為多種類(lèi)型。1按成分不同劃分（1） 天然培養(yǎng)基：含有的化學(xué)成分還不清楚或不恒定的天然有機(jī)物，成本較低，亦稱(chēng)為非化學(xué)限定培養(yǎng)基。如牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基、LB培養(yǎng)基、豆芽汁培養(yǎng)基和馬鈴薯培養(yǎng)基等。（2） 合成培養(yǎng)基：由化學(xué)成分完全了解的物質(zhì)配制而成的培養(yǎng)基。成本較高，重復(fù)性好，常用來(lái)進(jìn)行微生物的營(yíng)養(yǎng)需求、代謝、分類(lèi)鑒定、生物量測(cè)定、菌種選育及遺傳分析等方面的研究。如高氏1號(hào)合成培養(yǎng)基、查氏合成培養(yǎng)基（3） 半合成培養(yǎng)基。2根據(jù)物理狀態(tài)劃分 依據(jù)凝固劑的有無(wú)和含量多少。（1） 液體培養(yǎng)基：培養(yǎng)基中不加任何凝固劑。通過(guò)攪拌或振蕩可以增加培養(yǎng)基的通氣量，同時(shí)使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)分布均勻，故常用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)以及在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行微生物的基礎(chǔ)理論和應(yīng)用研究。（2） 固體培養(yǎng)基：在液體培養(yǎng)基中加入一定量的凝固劑（瓊脂、明膠或硅膠），使其成為固體培養(yǎng)基。主要用于進(jìn)行微生物的分離純化、分類(lèi)鑒定、活菌計(jì)數(shù)以及菌種保藏等。理想的凝固劑應(yīng)具備的條件：不被所培養(yǎng)的微生物分解利用；在所培養(yǎng)的微生物生長(zhǎng)溫度范圍內(nèi)保持固體狀態(tài)，即凝固劑的凝固點(diǎn)溫度不能太低和量不能太少；凝固劑對(duì)所培養(yǎng)的微生物無(wú)毒害作用；凝固劑在滅菌過(guò)程中不會(huì)被破壞；透明度好，粘著力強(qiáng)；配制方便且價(jià)格便宜。天然固體培養(yǎng)基天然固體基質(zhì)制成的培養(yǎng)基。如酒曲、棉子殼培養(yǎng)基等。（3）半固體培養(yǎng)基：其凝固劑的含量比較少，一般瓊脂含量為0.20.7%。主要用作觀察微生物的運(yùn)動(dòng)特征、分類(lèi)鑒定及效價(jià)測(cè)定等。3按用途劃分（1）基礎(chǔ)培養(yǎng)基：含一般微生物生長(zhǎng)繁殖所需的基本營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)。如LB培養(yǎng)基、牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基等。（2）加富培養(yǎng)基：在基礎(chǔ)培養(yǎng)基中加入某些特殊營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)制成的一類(lèi)營(yíng)養(yǎng)豐富的培養(yǎng)基。如：血清、血液、動(dòng)物組織液、牛奶等，為半合成培養(yǎng)基。主要用來(lái)對(duì)營(yíng)養(yǎng)要求苛刻的異養(yǎng)微生物進(jìn)行富集培養(yǎng)和分離。（3）選擇培養(yǎng)基：用來(lái)將某種或某類(lèi)微生物從混雜的微生物群體中分離出來(lái)的培養(yǎng)基。即根據(jù)不同種類(lèi)微生物的特殊營(yíng)養(yǎng)要求或?qū)δ撤N化學(xué)物質(zhì)敏感性不同，在培養(yǎng)基中加入相應(yīng)的特殊營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)或化學(xué)物質(zhì)，抑制不需要的微生物的生長(zhǎng)，有利于所需微生物的生長(zhǎng)，從而達(dá)到分離所需微生物的目的。（4）鑒別培養(yǎng)基：在培養(yǎng)基中加入某種能與某種微生物在培養(yǎng)基中生長(zhǎng)后產(chǎn)生的某種代謝產(chǎn)物發(fā)生明顯特征反應(yīng)的特殊化學(xué)物質(zhì)，達(dá)到分離鑒別和篩選該種微生物目的的培養(yǎng)基。（5）其他培養(yǎng)基：分析培養(yǎng)基、還原性培養(yǎng)基、組織培養(yǎng)物培養(yǎng)基等。第三節(jié) 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞（運(yùn)輸方式）營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)能否被微生物利用的關(guān)鍵是這些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)能否進(jìn)入微生物細(xì)胞。影響營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的因素主要有三個(gè)：一是營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)本身的性質(zhì)即相對(duì)分子量的大小、溶解性、電負(fù)性和極性等。二是微生物所處的環(huán)境。如溫度。PH、離子強(qiáng)度、誘導(dǎo)物質(zhì)、抑制劑和解偶聯(lián)劑等。溫度通過(guò)影響營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的溶解度、細(xì)胞膜的流動(dòng)性及運(yùn)輸系統(tǒng)的活性來(lái)影響微生物的吸收能力；pH和離子強(qiáng)度通過(guò)影響營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的電離程度來(lái)影響其進(jìn)入細(xì)胞的能力；誘導(dǎo)物質(zhì)通過(guò)誘導(dǎo)運(yùn)輸系統(tǒng)形成而有利于微生物吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)；抑制劑和解偶聯(lián)劑等通過(guò)與原生質(zhì)膜上的物質(zhì)發(fā)生作用而影響物質(zhì)的運(yùn)輸速率。三是微生物細(xì)胞的透過(guò)屏障。主要由原生質(zhì)膜、細(xì)胞壁、莢膜及粘液層等組成的結(jié)構(gòu)。尤其是原生質(zhì)膜對(duì)跨膜運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)具有選擇性，這是本節(jié)的重點(diǎn)，根據(jù)運(yùn)輸物質(zhì)的特點(diǎn)，將運(yùn)輸方式分為擴(kuò)散、促進(jìn)擴(kuò)散、主動(dòng)運(yùn)輸和膜泡運(yùn)輸。一、擴(kuò)散營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)通過(guò)原生質(zhì)膜上的含水小孔，由胞內(nèi)外高濃度的環(huán)境向低濃度的環(huán)境進(jìn)行非特異性的擴(kuò)散。孔的大小和形狀對(duì)擴(kuò)散的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)有選擇性。物質(zhì)在擴(kuò)散過(guò)程中，既不與膜上的各類(lèi)分子發(fā)生反應(yīng)，自身分子結(jié)構(gòu)也不發(fā)生變化，是一種純粹的物理學(xué)過(guò)程，不消耗能量，動(dòng)力來(lái)自物質(zhì)在膜內(nèi)外的濃度差，直到達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)主要是水和相對(duì)分子量小、脂溶性和極性小的物質(zhì)（如脂肪酸、乙醇、甘油和某些氨基酸等）。二、促進(jìn)擴(kuò)散與擴(kuò)散的區(qū)別是：被運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)需要借助載體的作用（胞內(nèi)外的親和力不同）才能進(jìn)入細(xì)胞，具有較高的專(zhuān)一性。不消耗能量，載體與被運(yùn)輸物質(zhì)在這個(gè)過(guò)程中都不發(fā)生化學(xué)變化，載體蛋白為透過(guò)酶，大多是誘導(dǎo)酶。運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)主要有氨基酸、單糖、維生素及無(wú)機(jī)鹽。三、主動(dòng)運(yùn)輸是微生物的主要運(yùn)輸方式，與前兩者相比，其重要特點(diǎn)是在物質(zhì)運(yùn)輸過(guò)程中需要消耗能量，且可以進(jìn)行逆濃度運(yùn)輸，需要載體蛋白。具體的方式有初級(jí)主動(dòng)運(yùn)輸、次級(jí)主動(dòng)運(yùn)輸、基團(tuán)移位、Na、KATP酶系統(tǒng)及ATP偶聯(lián)主動(dòng)運(yùn)輸?shù)取?初級(jí)主動(dòng)運(yùn)輸：由電子傳遞系統(tǒng)、ATP酶或細(xì)菌嗜紫紅質(zhì)引起的質(zhì)子運(yùn)輸方式。主要由于原核微生物是在細(xì)胞膜上產(chǎn)能，從而在膜內(nèi)外形成質(zhì)子濃度差，使膜處于沖能狀態(tài)即形成能化膜。2次級(jí)主動(dòng)運(yùn)輸：通過(guò)初級(jí)主動(dòng)運(yùn)輸建立的能化膜在質(zhì)子濃度差消失的過(guò)程中，往往偶聯(lián)其它物質(zhì)的運(yùn)輸。3基團(tuán)移位：經(jīng)過(guò)一個(gè)復(fù)雜的運(yùn)輸系統(tǒng)磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)（PTS）來(lái)完成物質(zhì)的運(yùn)輸，物質(zhì)和酶在運(yùn)輸過(guò)程中發(fā)生化學(xué)變化。即被運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)在進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的過(guò)程中被磷酸化。4Na、KATP酶系統(tǒng)：亦稱(chēng)Na，K泵系統(tǒng)。該酶利用ATP的能量將Na由細(xì)胞內(nèi)泵到胞外，并將K泵如胞內(nèi)，從而使胞內(nèi)的Na濃度低，K濃度高，而且不受環(huán)境中Na、K濃度高低的影響。5膜泡運(yùn)輸：主要存在于原生動(dòng)物尤其是變形蟲(chóng)中的一種運(yùn)輸方式。分為胞飲和胞吞作用兩種。練習(xí)題1 培養(yǎng)基、碳源、氮源、生長(zhǎng)因子、選擇培養(yǎng)基、加富培養(yǎng)基等名詞解釋。2 課后P95的1、3、4題。第四章 微生物的代謝第一節(jié) 代謝概論代謝：指發(fā)生在有機(jī)體中的各種化學(xué)反應(yīng)的總稱(chēng)，是一切生命有機(jī)體的基本特征，主要由分解代謝和合成代謝（同化和異化作用）兩個(gè)過(guò)程組成。1 分解代謝：指細(xì)胞將復(fù)雜的大分子有機(jī)物通過(guò)酶系的催化，分解為簡(jiǎn)單的小分子物質(zhì)并釋放能量ATP和還原力H的生化反應(yīng)。2 合成代謝：指活細(xì)胞利用簡(jiǎn)單的小分子物質(zhì)合成復(fù)雜大分子，并同時(shí)消耗能量和還原力的生化反應(yīng)。3 合成代謝與分解代謝的關(guān)系：復(fù)雜大分子簡(jiǎn)單小分子ATPH前者是后者的基礎(chǔ)，為其提供酶等，后者又為前者提供原料、能量及還原力，兩者相互偶聯(lián)，共同決定著生命的存在和發(fā)展。4根據(jù)代謝過(guò)程中產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物在生命中的作用不同，代謝又被分成初級(jí)代謝與次級(jí)代謝兩種類(lèi)型。初級(jí)代謝：能使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)體的結(jié)構(gòu)物質(zhì)或?qū)C(jī)體具有生理活性作用的物質(zhì)，或?yàn)闄C(jī)體生長(zhǎng)提供能量的一類(lèi)代謝類(lèi)型。次級(jí)代謝：存在于植物和微生物中并在他們一定生長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)出現(xiàn)的一類(lèi)代謝類(lèi)型。次級(jí)代謝產(chǎn)物有抗生素、生長(zhǎng)刺激素、生物堿、