微生物学知识点
时间：2021-01-16 02:11:09 来源：达达文档网 本文已影响 人 
微生物学 绪论 微生物：是一切肉眼看不见或看不清的微小生物的总称。
其特点有：
小（个体微小，一般小于0.1mm）微米级：光学显微镜下可见（细胞）
纳米级：电子显微镜下可见（下抱起、病毒）
简（构造简单）
单细胞 简单多细胞 非细胞（即“分子生物”）
低（进化地位低）
原核类：三菌（放线菌、蓝细菌、支原体），三体（支原体、 立克次氏体、衣原体）
真核类：真菌（酵母菌、霉菌），原生动物，显微藻类。
非细胞类：病毒，亚病毒（类病毒、拟病毒、阮病毒）
微生物的五大共性：
体积小，面积大：因此微生物必然有一个巨大的营养物质吸收面、 代谢废物的排泄面和环境信息的交换面，并由此 而产生其余4个共性。
吸收多，转化快：这个特性为微生物的高速生长繁殖和合成大量代 谢产物提供了充分的物质基础，从而使微生物能在 自然界和人类实践中更好地发挥其小型“活的化工 厂”。
生长旺，繁殖快：在发酵工业中有重要意义，主要体现在它的生产 效率高、发酵周期短上。同时对基本理论的研究也 带来极大的优越性，使科学研究周期大为缩短、空 间减少、经费降低、效率提高。也有些病菌危害着 人类的健康。
适应强，易变异：有益的变异可为人类创造巨大的经济和社会效益 （如产青霉素的菌种的变异，使产量大大提升）。
有害的变异则是人类的公敌（如禽流感病毒的变 异可怕）。
分布广，种类多：主要体现有物种的多样性、生理代谢类型的多样 性、代谢产物的多样性、遗传基因的多样性、生 态类型的多样性 学习目标：了解微生物的基本特点，了解微生物学的发展历程，掌握微生物的五大共性及其 功能。了解当代微生物学的发展状况，及当代微生物学的应用方向。了解微生物 学与那些学科有联系和交叉。
思考：1、微生物给人类带来了那些利和弊？ 2、你对当代微生物学有那些憧憬？ 3、你对目前那些微生物感兴趣，在哪方面，说说理由？ 4、你认为当什么样的微生物对人类的危害最大？ 第一章 原核生物的形态、构造和功能 第一节 细菌 原核生物：即广义的细菌，指一大类细胞核无核膜包囊，只存在称作核区的裸露DNA的原 始单细胞生物，包过真细菌和古生菌两大类群。根据外表特征把原核生物粗分为：
三菌三体。
细菌：是一类细胞细短（直径约0.5微米，长度约0.5-5微米）、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。
杆菌：短杆（球杆）状、棒杆状、梭状、梭杆状、分支状、螺杆状、足 按形态、 节状和弯月状。
结构 球菌：单球菌、双球菌、四联球菌、八叠球菌、链球菌和葡萄球菌。
可分为：
螺旋菌：弧菌（螺旋不足一环的）、螺菌（螺旋满2-6环的小型、坚硬的 螺旋状细菌）、螺旋体（螺旋周数多的体长、柔软的螺旋状细菌）。
简单染色法 为紫色：革兰氏阳性菌 死菌 正染色法 革兰氏染色法 鉴别染色法 抗酸性染色法 为红色：革兰氏阴性菌 芽孢染色法 细菌染色法：
姬姆萨染色法 负染色法：荚膜染色法 活菌：用美兰或TTC（氯化苯基四氮唑）等活菌染色 细菌的构造：
一般构造 ：一般细菌都有的构造（细胞壁、细胞膜、细胞质、核区）。
1、细胞壁：位于细胞最外的一层厚实、坚韧的外被主要成分为肽聚糖。
主要功能：
1）固定细胞外型和提高机械强度，使其免受渗透压等外力 的损伤；
2）为细胞的生长、分裂和鞭毛运动所必需；
3）阻拦大分子有害物质（某些抗生素和水解酶）进入细胞；
4）赋予细菌特定的抗原性以及对抗生素和噬菌体敏感性。
（1）G+细菌的细胞壁：G细菌细胞壁的特点是厚度答（20-80nm）和化学组分简单，一 般寒90%肽聚糖和10%磷壁酸。
肽聚糖：又称粘肽、胞壁质或粘质复合物。
①是真细菌细胞壁中的特有成分。
②其分子有肽（四肽尾和肽桥）和聚糖（N-乙酰葡糖胺和N-乙酰胞壁酸）两部分 组成。
③四肽尾：是由4个氨基酸分子按L型与D型交替方式连接而成。并连在N-乙酰 胞壁酸上：L-Ala→D-Glu→L-Lys→D-Ala ④肽桥：为甘氨酸五肽，变化甚多，形成了肽聚糖的 多样性。
磷壁酸：是结合在G+细菌细胞壁上 的一种酸性多糖，主要成分为甘油磷酸或核糖醇 磷酸。分为两类：壁磷壁酸（是与肽聚糖，其含量会随培养基成分而改变）；
膜磷壁 酸（是跨越肽聚糖曾并与细胞膜相交）。
主要功能：①通过分子上的大量负电荷浓缩细胞周围的Mg2+，以提高细胞膜上一些合成酶 的活力；
②贮藏元素；
③调节细胞内自溶素（当培养液中的感受态因子积累到一定浓度后，与细胞表面受体相互 作用，通过一系列信号传递系统诱导一些感受态一特异蛋白质(competence specific protein））
的活力，借以防止细胞自溶而死亡；
④作为噬菌体的特异性吸附受体；
⑤赋予G+细菌特异的表面抗原，因而可用于菌种鉴定；
⑥增强某些致病菌对宿主细胞的粘连，避免被白细胞吞噬，并有抗补体的作用。
（2）G¯细菌细胞壁：G—细菌细胞壁的特点是厚度较G+细菌薄，层次较多，成分较复杂，肽聚糖层很薄（仅2-3nm），故机械强度较G+细菌弱。
肽聚糖：其肽聚糖层埋藏在外膜脂多糖（LPS）层之内。
①四肽尾：其第三个氨基酸分子不是L-Lys，而是被一种存在于原核生物细胞壁上的特殊氨基酸——内消旋二氨基庚二酸（m-DAP）所代替。
②没有特殊的肽桥，故前后两单体间的连接仅通过甲四肽尾的第四个氨基酸（D-Ala）的羧基与乙四肽尾的第三个氨基酸（m-DAP）的氨基直接相怜，因而只形成较稀疏、机械强度较差的肽聚糖网套。
外膜：是细菌细胞壁所特有的构造，它位于壁的最外层，化学成分：
脂多糖：是位于细菌细胞壁最外层的一层较厚（8-10nm）的脂多糖类物质，由类脂A（是G—病原菌物质内毒素的物质基础）、核心多糖、和O-特异侧链组成。
功能：控制细胞的透性、提高Mg2+浓度、决定细胞壁抗原多样性（因而可以 用于传染病的诊断和病原的地理定位）。
外膜蛋白：指嵌合在LPS和磷脂层外膜上的20余种蛋白。其中的脂蛋白有使外膜层与内膜肽聚糖层紧密连接的功能。
孔蛋白：中间有孔道、可控制某些物质进入外膜的三聚体跨膜蛋白。有特异性和非特异性两种。
周质空间：在G¯细菌中，其外膜与细胞膜间的狭窄胶质空间。其中存在多种周质蛋白，包括水解酶类、合成酶类和运输蛋白。
注：G+和G¯细菌的细胞壁结构和成分间的显著差别不仅反映在染色反应上，更反映在一系列的形态、构造、化学组分、生理生化和致病性等的差别上。
（3）古生菌（古细菌或古菌）的细胞壁：古细菌主要包括一些独特生态类型的原核生物，如产甲烷菌及大多数嗜极菌（极端嗜盐菌、极端嗜热菌和Thermoplama（没有细胞壁）（热源体属）等。一些古菌的细胞壁中都不含真正的肽聚糖，而是假肽聚糖（其结构虽与肽聚糖相似，但其多糖骨架则是由N-乙酰葡糖胺和N-乙酰塔罗糖胺糖醛酸以β-1，3-糖苷键交替连接而成，连在后一氨基糖上的肽尾由L-Glu、L-Ala和L-Lys三个L型氨基酸组成，肽桥则由L-Glu一个氨基酸组成。）、糖蛋白或蛋白质。
（4）缺壁细菌：①L型细菌，严格的说：L型细菌应专指那些实验室或宿主体内通过自发突变而形成的遗传性稳定的细胞壁缺损菌株。
②原生质体，指在人为条件下，用溶菌酶除去原有细胞壁或用青霉素抑制新生细胞壁合成后，所得到的仅有一层细胞膜包囊的圆球状渗透敏感细胞。
③球状体，又称原生质球，指还残留了部分细胞壁的原生质体。
④支原体，是在长期进化过程中形成的、适应自然生活条件的无细胞壁的原核生物，因为它的细胞膜中含有一般生物所没有的 甾醇，故即使缺乏细胞壁，其细胞膜仍有较高的机械强度。
（5）革兰氏染色的机制：通过结晶紫液初染和碘液媒染后，在细菌的细胞膜内克形成不溶于水的结晶紫和碘的复合物。
①G+细菌：由于其细胞壁较厚、肽聚糖网层次多和交联致密，故遇脱色剂乙 醇（或丙醇）处理时，因失水而使网孔缩小，再加上它不含类脂，故乙醇的处理不会溶出缝隙，因此能把结晶紫与碘的复合物牢牢留在壁内，使其保持紫色。
②G¯细菌：其细胞壁薄、外层类脂含量高、肽聚糖层薄和交联度差，遇脱色剂乙醇后，以类脂为主的外膜迅速溶解，这是薄而松散的肽聚糖网不能阻挡结晶紫与碘复合物的溶出，因此细胞退成无色。这时，再经沙黄等红色染料复染，就使G¯细菌呈现红色，而G+细菌则保留最初的紫色（实为紫加红）。
2、细胞膜：又称细胞质膜、质膜或内膜，是一层紧贴在细胞壁内侧，包围着细胞质的柔软、脆弱、富有弹性的半透性薄膜。组成细胞膜的组要成分是磷脂，而膜式由两层磷脂分支整齐地对称排列而成的。
在常温下，磷脂双分子层呈液态，其中嵌埋着许多具有运输功能、有时还存在运输通道的整合蛋白或内嵌蛋白，而在其外层有许多具有酶促作用的周边 蛋白或膜外蛋白。
液态镶嵌模型的要点：
（1）膜的主体式脂质双分子层；
（2）脂质双分子层具有流动性；
（3）整合蛋白因其表面呈疏水性，故可“溶”于脂质双分子层的疏水性内层中；
（4）周边蛋白表面含有亲水基团，故可通过静电引力与脂质双分子层表面的极性头相连；
（5）脂质分子间或脂质与蛋白质分子间无共价结合；
（6）脂质双分子层犹如海洋，周边蛋白可以在其上浮动。
细胞膜具有以下生理功能：
（1）能选择性地控制细胞内、外的营养物质和代谢产物的运送；
（2）是维持细胞内正常渗透压的结构屏障；
（3）是合成细胞壁和糖被有关成分（如肽聚糖、磷壁酸、LPS和荚膜多糖）的重要场所；
（4）膜上含有与氧化磷酸化火光合磷酸化等能量代谢有关的酶，故是细胞的产能基地；
（5）是鞭毛基体的着生部位，并可提供鞭毛旋转运动所需的能量。
间体：是一种由细胞膜内褶而形成的囊状构造，其内充满着这层或管状的泡囊。
古生菌细胞膜所具有的某些独特性和特异性：
（1）其磷脂的亲水头仍由甘油组成，但疏水尾却由长链烃组成，一般都是异戊二烯的重复单位（如四聚体植烷、六聚体鲨稀等）；
（2）亲水头与疏水尾间通过特殊的醚键连接成甘油二醚或甘油四醚，而在其他原核生物或真核生物中则是通过酯键把甘油与脂肪酸连在一起；
（3）古生菌的细胞膜中存在着独特的单分子层或单、双分子层混合膜。
（4）在甘油分子的C3位上，可连接多种与真细菌有多种独特脂类（如在嗜盐菌中就发现有细菌红素、视黄醛和萘醌等）。
3、细胞质和内含物 细胞质：是指被细胞膜包围的除核区以外的一切半透明、胶体状、颗粒状物质的总称。（含水量约80%，与真核生物明显不同的是，原核生物的细胞质是不流动的。）
细胞内含物：是指细胞质内一些形状较大的颗粒状构造，主要有：
（1）贮藏物：一类由不同化学成分累积和成德不溶性颗粒，主要功能是贮存营养物，种类很多 糖原：大肠杆菌、克雷伯氏菌、芽孢杆菌和蓝细菌等 碳源及能源类 聚β-羟丁酸（PHB）：固氮菌、产碱菌和肠杆菌等 硫粒：紫硫细菌、丝硫细菌、贝氏硫杆菌等 氮源类：①藻青素：蓝细菌；
②藻青蛋白：蓝细菌 磷源（异染粒）：迂回螺菌、白喉棒杆菌、结核分枝杆菌 异染粒：又称迂回体最初在迂回螺菌中发现，并能用美篮或甲苯胺蓝染成紫色。具有 贮藏磷元素和能量以及降低细胞渗透压等作用。还可用于鉴定白喉棒杆菌和 结核分枝杆菌。
注：由于PHB和PHA（聚烃链烷酸）是由生物合成的高聚物，具有无毒、可塑和易降解等特点，因此正在大力开发用于制造医用塑料盒和快餐盒等优质原料，并试图以此来克服当前危害严重的白色污染。
（2）磁小体：存在于少数水生螺菌属等趋磁细菌中，性状为平截八面体、平行六面体或六棱柱等，成分Fe3O4，外有一层磷脂、蛋白 质或糖蛋白膜包囊，无毒，具有导向功能。趋磁细菌还有一定的适用作磁性定向药物和抗体，以及制造生物传感器。
（3）羧酶体：一些自养细菌细胞内的多角形或六角形内含物其大小与噬菌体相仿，约10nm，内含1,5-二磷酸核酮糖羧化酶，在自养细菌的CO2固定中起着关键作用。
（4）核区：指原核生物所特有的无核膜包囊、无固定形态的原始细胞核。主要有，环状双链DNA分子。每个细胞所含的核区数目与该细菌的生长速度密切相关。核区除在染色体复制的短时间内呈双倍体外，一般均为单倍体。
微生物贮藏物的特点及生理功能：
（1）不同微生物其储藏性内含物不同；
（2）微生物合理利用营养物质的一种调节方式；
（3）贮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。
（4）贮藏物在细菌细胞中大量积累，还可以被人们利用。
特殊构造 ：仅在部分细菌中才有的或在特殊环境条件下才形成的构造（鞭毛、菌毛、性菌毛、糖被（包括荚膜和粘液层）和芽孢）。
1、糖被：包被于某些细菌细胞壁外的一层厚度不定的透明胶状物质。糖被的有无、厚薄除与菌种的遗传性相关外，还与环境尤其是营养条件密切相关。
荚膜(capsule) 结构层次固定 大荚膜（macrocapsule）
单个细胞表面 微荚膜(microcapsule) 糖被 结构松散 粘液层(slime layer) 细胞群体表面 菌胶团(zoogloea) 糖被的功能为：
（1）保护作用，其上大量极性基团可保护菌体免受干旱损伤；
可防止噬菌体止噬菌体的吸附和裂解；
（2）贮藏养料，以备养缺乏时重新利用。
（3）作为透性屏障和离子交换系统，以保护细菌免受重离子的毒害；
（4）表面附着作用，例如可引起蔗糖转变成聚糖，由它把细菌牢牢黏附于表，这时细菌发酵糖类所产生的乳酸在局部发生累积，严重腐蚀齿珐琅表，引起龋齿。
（5）细菌间的信息识别作用。
（6）堆积代谢废物。
糖被在科学研究和生产实践中都有较多的应用：
（1）用于菌种鉴定；
（2）用作药物和生化试剂（Leuconostc mesenteroides的糖被可提取葡聚糖以制备生化试剂盒“代血浆”）；
（3）用作工业原料（野油菜黄单胞菌的糖被提取一种多糖——黄原胶，已被用于石油开采中的钻井液添加剂以及印染和食品等工业中）；
（4）用于污水的生物处理（形成菌胶团的细菌，有助于污水中有害物质的吸附沉降）；
2、 鞭毛：是某些细菌细胞表面着生的一至数十条长丝状、螺旋形的附属物，具有推动细菌运动功能，为细菌的“运动器官”。（鞭毛的长约15-20µm，直径为0.01-0.02µm，通常在电镜下观察；
但通过特殊的染色后使染料加粗鞭毛后可在光学显微镜下观察）原核生物的鞭毛都有共同的构造，它由基体、钩形鞘和鞭毛丝3部分组成，G+和G¯细菌的鞭毛构造稍有区别。
（1）G+细菌：鞭毛结构较简单，除其仅有S和M两环外，其他与G¯细菌一样。
（2）G¯细菌：基体由4个称作环的盘状物组成，最外层为L环，第三个是靠近周质空间的S环，它与M环合成S-M环。把鞭毛基体与鞭毛丝连在一起的合称S-M环，共同嵌埋在细胞膜上。把鞭毛基体与鞭毛丝连在一起的构造是钩形鞘或鞭毛钩，直径约17nm，其上着生鞭毛丝（其是由许多直径为4.5nm的鞭毛蛋白亚基沿着中央孔道作螺旋状缠绕而成，每周有8-10个亚基。
鞭毛运动速度：一般速度在每秒20～80μm范围，最高可达每秒100μm（每分钟达到3000 倍体长），超过了陆上跑得最快的动物——猎豹的速度（每分钟1500倍体长或每小时110公里）。
鞭毛运动方式：细菌以推进方式做直线运动，以翻腾形式做短促转向运动。
细菌的趋避运动：化学趋避运动或趋化作用（chemotaxis）：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。
①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。
②趋磁运动或趋磁性（magnetotaxis）：趋磁细菌根据磁场方向进行分布。
3、菌毛：又称纤毛、伞毛、线毛或须毛，是一种长在细菌体表的纤细、中空、短直、数量较多的蛋白质类附属物，具有使菌体附着于物体表面的功能。（每个细菌约有250～300条菌毛。有菌毛的细菌一般以革兰氏阴性致病菌居多，借助菌毛可把它们牢固地粘附于宿主的呼吸道、消化道、泌尿生殖道等的粘膜上，进一步定植和致病）
4、性毛：又称性菌毛(pili, 单数pilus)，构造和成分与菌毛相同，但比菌毛长，数量仅一至少数几根（性毛一般见于革兰氏阴性细菌的雄性菌株（即供体菌）中，其功能是向雌性菌株（即受体菌）传递遗传物质。有的性毛还是RNA噬菌体的特异性吸附受体）
5、芽孢：某些细菌在其生长发育后期，在细胞内形成一个圆形或椭圆形、厚壁、含水量极低、抗逆性极强的休眠体 芽孢核的特性：具有大量的钙-吡啶二羧酸；
处于脱水状态，只含营养细胞水分的10%-30%；
PH比营养细胞大约低1个单位；
含较高量的酸溶小芽孢蛋白（SASP）的核新特异蛋白。SASP与核中DNA紧密结合，保护其免受紫外线剪接及干热的损害；
此外，SASP还可做为芽孢形成性营养细胞的碳源和能源。
细菌芽孢的特点：
1）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。
2）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。
3）产芽孢的细菌多为杆菌，也有一些球菌。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。
4）芽孢与营养细胞相比化学组成存在较大差异，容易在光学显微镜下观察。（相差显微镜直接观察；
芽孢染色）。
芽孢的耐热机制：芽孢衣对多价阳离子和水分的透性很差；
皮层的离子强度很高，产生极高的渗透压夺取芽孢核心的水分，结果造成皮层的充分膨胀；
核心部分的细胞质却变得高度失水，因此，具极强的耐热性。
5、伴孢晶体（parasporal crystal）：少数芽孢杆菌，例如苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis)在其形成芽孢的同时，会在芽孢旁形成一颗菱形或双锥形的碱溶性蛋白晶体——δ内毒素，称为伴孢晶体。
特点：不溶于水，对蛋白酶类不敏感；
容易溶于碱性溶剂。
注：伴孢晶体对200多种昆虫尤其是鳞翅目的幼虫有毒杀作用，因而可将这类产伴孢晶体的细菌制成有利于环境保护的生物农药——细菌杀虫剂。
细菌的繁殖：当一个细菌生活在合适条件下时，通过其连续的生物合成和平衡生长，细胞体积、重量不断增大，最终导致了繁殖。细菌中主要为裂殖，少数为芽殖。
1、 繁殖（fission）：指一个细胞通过分裂而形成两个子细胞的过程。
1）二分裂(binary fission)：典型的是一种对称的二分裂方式，即一个细胞在其对称中心 形成一隔膜，进而分裂成两个形态、大小和构造完全相同的子细胞。在少数细菌中还存在不等二分裂的繁殖方式。
2）三分裂（trinary fission）：细胞进行一分为三的方式为三分裂。
3）复分裂（multiple fission）：是一种寄生于细菌细胞中具有端生单鞭毛称作蛭弧菌的小 型弧状细菌所具有的繁殖方式。在宿主体内生长时，会形成不规则的盘曲的长磁暴，然后细胞多处同时发生均等长度的分裂，形成多个弧形子细胞。
2、 芽殖（budding）：指在母细胞表面先形成一个小突起，待其长大到母细胞相仿后互相分 离并独立生活得一种繁殖方式。凡是以这类方式繁殖的细菌，统称芽生细菌。
细菌的群体形态 1、 在固体培养基上（内）的群体形态 菌落 (colony)：在固体培养基表面（或内部）以母细胞为中心的一堆肉眼可见的、有一 定形态构造特征的子细胞集团。
菌苔 (lawn)：大量分散的纯种细胞密集地接种在固体培养基的较大表面上形成的连在一 起的“大菌落”。
菌落的特征描述：大小、干湿度、颜色、形态、透明度、厚度、边缘。
2、 在半固体培养基上（内）的群体形态：对菌种的鉴定十分重要。
3、 在液体培养基上（内）的群体形态：细菌的形态会因细胞的特征、比重、运动能力和对 氧气等关系的不同，而形成不同的群体形态。
菌落形态的影响因素：各种微生物在一定条件下形成的菌落，其形态特征有一定的稳定性和专一性，因而可以作为识别、鉴定菌种的一个依据，但也受某些因素的影响，观察时应加以注1：①邻近菌落；
②培养时间；
③培养基成分；
④培养条件。
注2：一般都较小，菌落与培养基结合不紧密，用接种针容易挑起，多数表面较光滑、湿润、较粘稠，易挑取，质地均匀，色泽多样。
第二节 放线菌 放线菌：是一类主要呈菌丝状生长和以孢子繁殖的陆生性较强的原核生物。有原核；
细胞壁的主要成分是肽聚糖，革兰氏染色为阳性；
菌丝直径与细菌相仿；
有的放线菌产生有鞭毛的孢子，其鞭毛类型与细菌相同；
放线菌噬菌体的形状与细菌的相似；
最适生长pH相近，一般呈微碱性；
DNA重组的方式与细菌的相同；
核糖体同为70S；
对溶菌酶敏感；
凡细菌所敏感的抗生素，放线菌也同样敏感。由营养菌丝、气生菌丝和孢子丝组成。
放线菌的形态构造 1、营养菌丝：匍匐生长于培养基内，吸收营养和排泄废物，也称基内菌丝。一般无隔膜，色谈、较细，直径0.2-0.8 mm，长度差别很大，有的可产生色素。
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，叠生于营养菌丝上，可覆盖整个菌落表面。在光学显微镜下观察，色深、较粗，直径较粗（1-1.4 mm），有的产色素。
3、孢子丝：气生菌丝发育到一定阶段，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。
放线菌的繁殖方式：
1、 无性孢子：
1）分生孢子：在气生菌丝顶端形成的成串或单个孢子，由菌丝分裂形成。
2）横隔孢子：基内菌丝或气生菌丝横隔分裂形成，孢子常为球杆状，体积大小相似，又称节孢子或粉孢子。
3）孢囊孢子：在气生菌丝顶端或基内菌丝顶端膨大或盘卷缠绕形成孢子囊，在孢子囊内形成孢囊孢子。
4）凝聚孢子、厚壁孢子。
2、菌丝断裂：常见于液体培养中，工业发酵生产抗生素时都以此法大量繁殖放线菌。
放线菌菌落的形态：放线菌的孢子或菌丝片段在固体培养基上萌发形成的菌丝紧密缠绕在一 起形成的一定形态菌丝体结构称为放线菌的菌落。
1、菌落特征：质地致密、干燥、多皱、小而不蔓延、不易挑起，表面有放射状沟纹。
2、菌落形态：
1）能产生大量分枝和气生菌丝的菌种（如链霉菌），菌落质地致密，与培养基结合紧密，小而不蔓延，不易挑起或挑起后不易破碎。
2)不能产生大量菌丝体的菌种（如诺卡氏菌）,粘着力差，粉质，针挑起易粉碎。
注：液体培养：静止——表面常形成一层膜，搅拌——培养液清而不混，菌丝团悬浮沉淀。
第三节 蓝细菌 1、蓝细菌（Cyanobacteria），也称蓝藻或蓝绿藻（blue-green algae），是一类含有叶绿素a、能以水作为供氢体和电子供体、通过光合作用将光能转变成化学能、同化CO2为有机物质的光合细菌。分布广，在岩石和其他恶劣环境中都可找到，因此有“先锋生物”之美称。
2、蓝细菌的特性：1）分布极广；
2）形态差异极大，有球状、杆状和丝状等形态；
3）细胞中含有叶绿素a，进行产氧型光合作用；
蓝细菌被认为是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。
3、蓝细菌的形态结构：
1）细胞的基本构造：与G-细菌相似。细菌形态差异极大，有单细胞和丝状体两类形态；
原核，细胞核无核膜；
细胞壁由肽聚糖等多粘复合物组成，并含有二氨基庚二酸，可以分泌许多胶粘物质使一群群的细胞或丝状结合在一起形成胶团或胶鞘；
细胞质中有汽泡，可使细胞漂浮。
2）细胞的特化形式：
①异形胞(Heterocyst)：是存在于丝状生长种类中的形大、壁厚、专司固氮功能的细胞，数目少而不定，位于细胞链的中间或末端；
②链丝段(Hormogonium)：又称连锁体或藻植段，是由长细胞链断裂而成的短链段，具有繁殖功能；
③静息孢子(Akinete)：是一种生长在细胞链中间或末端的形大、壁厚、色深的休眠细胞，富含贮藏物，能抵御干旱等不良环境；
④内孢子：能在细胞内形成许多球星或三角形的内孢子，待成熟后即可释放，具有繁殖作用。
3）蓝细菌的繁殖：分裂生殖、孢子、藻段，均属无性生殖。
第四节 支原体、立克次氏体和衣原体 支原体（Mycoplasma）、立克次氏体（Rickettsia）、衣原体（Chlamydia）同属革兰氏阴性细菌，其大小和特性均介于通常的细菌与病毒之间。
1、支原体：是一类无细胞壁、介于独立生活和细胞内寄生生活间的最小型原核生物。
球状体：0.2-0.25 mm，最小达0.1 mm；
丝状体最长可达150 mm，因细胞柔软且具扭曲 性，致使细胞能通过孔径比自身小得多的过滤器 其特性：
1）无细胞壁，只有细胞膜，细胞形态多变，对渗透压较敏感，对抗生素不敏感；
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”形状；
4）一些支原体能引起人类、牲畜、家禽和作物的病害疾病；
5）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；
6）细胞膜含有甾醇，比其他原核生物的膜更坚韧；
7）以二分裂和出芽等方式繁殖；
8）基因组很小，仅在0.6-1.1Mb左右。
2、立克次氏体：是大小介于通常的细菌与病毒之间，在许多方面类似细菌，专性活细胞内 寄生的原核微生物。
其特性：
1）专性活细胞寄生物，除五日热（战壕热）立克次氏体（Rickettsia wolhynica）外均不能在人工培养基上生长繁殖；
2）体内酶系不完全，一些必需的养料需从宿主细胞获得；
3）细胞膜比一般细菌的膜疏松，可透性膜，使它们有可能容易从宿主细胞获得大分子物质，但也决定了它们一旦离开宿主细胞则易死亡；
4）大小介于病毒与一般细菌之间，其中伯氏立克次氏体（Rickettsia burneti）能通过细菌过滤器，一般个体：球状体：0.2-0.5 mm；
杆状体：0.3-0.5 x 0.3-2 mm；
5）从一种宿主传至另一宿主的特殊生活方式。
3、衣原体：是介于立克次氏体与病毒之间，能通过细菌滤器，专性活细胞内寄生的一类原 核微生物。
其特性：
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70S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0.2-0.3 mm，能通过细菌滤器；
3）专性活细胞内寄生；
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。
5）衣原体广泛寄生于人类、哺乳动物及鸟类，少数致病；
6）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。
注：沙眼衣原体是人类砂眼的病原体，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。
第二章 真核微生物的形态、构造和功能 第一节 真核微生物的概述 真核微生物：是一大类具有细胞核具有核膜、能进行有丝分裂、细胞质中存在线粒体或同时存在叶绿体等细胞器特征的微小生物。
（1）其分类：植物界（显微藻类）；
动物界（原生动物）；
菌物界（粘菌、假菌、真菌（单细胞——酵母菌，丝状真菌——霉菌，大型子实体真菌））
（2）真核微生物的特征：
①细胞核具有核膜；
②能进行有丝分裂；
③细胞质中存在线粒体或同时存在叶绿体等细胞器 (一)细胞壁：具CW的真核微生物是真菌和藻类。
真菌CW：主要是多糖，少量蛋白和脂类。多糖构成CW中的微纤维和无定形基质。
微纤维类似钢筋，β－1，4键连接，使CW坚韧；
基质类似混凝土填充其中。
不同真菌CW多糖不同，低等是纤维素为主；
酵母以葡聚糖；
高等陆生真菌以几丁质为主。
(二) 细胞膜：是由3层结构组成，主要成分 （1）蛋白质：包括一些酶 （2）类脂：①甘油的单、双、三酯；
②甘油磷脂（磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺）；
③甾醇 （3）少量糖类：甘露聚糖 (三)细胞核及其它 1、核膜（nuclear envelope）：构造与功能上与原核 基本相同。
（1）包在CN外，由核膜和核纤层组成，其上有核孔（nuclear pores）。
（2）核膜两层7～8nm膜组成，两膜间为核周间隙。
（3）核纤层：核膜内层，核纤层蛋白（lamin）组成。
（4）核孔：CN和CP物质交流通道。
2、染色质：
（1）分裂间期时，DNA、组蛋白、非组蛋白和少量RNA组成的线形物质，基本单位核小体（nucleosomes）。可为碱性染料染色。
①常染色质（euchromatin）：丝状；
②异染色质（heterochromatin）：凝缩 ③组蛋白；
④非组蛋白 （2）进行分裂时，染色质盘绕、折叠形成棒状为染色体（chromosome）
3、核仁：
①CN中没有膜包的圆形或椭圆小体。染色体一定位置出现。
②分裂前期出现，后期出现。富含RNA和Pr，是合成rRNA和装配核糖体部位。
4、核基质：蛋白纤维构成，支持CN和提供染色质附着点。
5、鞭毛与纤毛：
（1）鞭毛与纤毛构造基本同：鞭杆（shaft）、基体（basal body）和过渡区。
注：鞭杆“9＋2”型，2为中央微管，9为微管二联体，外包CM。
微管二联体：AB两条中空亚纤维组成，A是完全微管，13个微管蛋白亚基组成，B是10个，与A共用3个亚基。A上伸出两条动力蛋白臂，可为Ca2+、Mg2+激活的ATP水解酶水解ATP供运动。
（2）基体是“9＋0”，9个三联体，中间没有微管和鞘。
6、细胞基质（cytometrix）：除可分辩细胞器之外的胶状溶液，细胞代谢重要场所。
7、微管：微管蛋白组成中空管 微管功能：支持和运输，细胞分裂时的纺锤体、鞭毛和纤毛。
8、细胞骨架（cytoskeleton）
肌动蛋白丝（微丝）:肌动Pr中间丝:中间纤维 9、微丝功能：提供ATP，发生收缩 10、中间丝：支持和运动 11、高尔基体：4～8个平行的扁平膜囊和囊泡组成，无核糖体附着。
作用：RER合成Pr运到Golgi与脂、糖形成糖蛋白或脂蛋白，外排到cell外。合成糖蛋白、脂蛋白及对某些蛋白质原酶切加工，合成新CW和CM提供原材料的重要场所 12、细胞质和细胞器－－溶酶体（lysosome）：单层膜包着，含酸性水解酶，细胞内消化作用。
根据结合对象：①吞噬溶酶体 （与吞噬泡结合）；
②多泡体（与胞饮泡结合）；
③自噬溶酶体（与内源结构）。
13、液泡（vacuole）：单位膜分隔的细胞器，老龄细胞大而明显。含糖原、脂肪、多磷酸盐等贮藏物，各种酶类。
功能：维持渗透压、贮藏营养物、溶酶体的作用（将各种蛋白酶与CP隔离，防止细胞损伤）。
14、膜边体（lomasome）：真菌细胞特有。
15、几丁质酶体（chitosome）
16、氢化酶体（hydrogenosome）：存在厌氧真菌和原生动物，类似线粒体作用。
注：真菌是一类低等真核生物，其特点：
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；
第二节 酵母菌 一、酵母菌（yeast）：指一群以芽殖或裂殖来进行无性繁殖的单细胞真核微生物。
这个术语也是无分类学意义的普通名称，通常用于单细胞真菌，以与霉菌区分开。有些可产生子囊孢子进行有性繁殖。
其特点：
（1）个体一般以单细胞状态存在 （2）多数营出芽繁殖，也有裂殖 （3）能发酵糖类产能 （4）细胞壁常含有甘露聚糖 （5）喜在含糖量高、酸度较大的水生环境中生长 二、分布及与人类的关系 1.多分布在含糖的偏酸性环境，也称为“糖菌”。
如水果、蔬菜、叶子、树皮等处，及葡萄园和果园土壤中等。
2.重要的微生物资源；
酵母菌是人类的第一种“家养微生物” 3.重要的科研模式微生物；
啤酒酵母（Saccharomyces cerevisae）第一个完成全基因组序列测定的真核生物（1997）
4.有些酵母菌具有危害性；
有些酵母菌能引起皮肤、呼吸道、消化道、泌尿生殖道疾病 三、酵母菌CW：
（1）25～70nm，主要是葡聚糖、甘露聚糖、蛋白、几丁质，少量脂类。
（2）自外向内分别是：甘露聚糖、蛋白、葡聚糖（细胞机械强度基础）。
（3）几丁质很少，在形成芽体时合成。不同种属CW差异较大，如：裂殖酵母含葡聚糖和较多几丁质；
点滴酵母CW葡聚糖为主，少量甘露聚糖。
细胞壁：厚度为0.2 mm，三层：内外两层是电子致密层，中间为电子稀疏层细胞壁的化学组成：
①甘露聚糖（外层）：
30% ②酯类、蛋白质（中间层）：
少量 ③葡聚糖：
30%-40% ④几丁质：
因种而异 酵母的细胞壁可用由玛瑙螺的胃液制成的蜗牛消化酶水解，从而形成酵母原生质体。
四、菌落特征：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。
五、繁殖方式和生活史 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：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：又称生命周期(Life cycle),指上一代个体经一系列生长、发育阶段而产生下一代个体的全部过程。
Ⅰ 酵母菌单倍体和双倍体细胞均可能独立存在，有三种类型：
（1）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。
（2）营养体只能以单倍体形式存在（核配后立即进行减数分裂）
（3）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）
Ⅱ 营养体可单倍体或二倍体存在：以酿酒酵母为例，一般是芽殖，营养体既能n，也可 以2n存在，特定情况下有性繁殖。
Ⅲ 生活史：
（1）子囊孢子发芽为n营养细胞→芽殖→接合，质配后立即核配，形成2n →芽殖→缺乏氮源时转变为n→ 子囊孢子释放 （2）营养体只以n存在八孢裂殖酵母为例，其特点：
①营养细胞n；
②无性繁殖为裂殖；
③2n不能独立生活，故较短 第三节 霉菌 一、霉菌概述 1. 霉菌(mold)：是一些“丝状真菌”的俗称，意即“会引起物品霉变的真菌”，通常指那些菌丝体较发达又不产生大型肉质子实体结构的真菌。
2. 分布：在自然界分布极广，霉菌同人类的生产、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。
3. 与人类的关系 （1）食物、工农业制品的霉变；
（2）有用物品的生产；
（3）引起动植物疾病；
（4）腐生型霉菌在自然界物质转化中也有十分重要的作用；
有益：
（1）重要有机物分解者 （2）工业柠檬酸等有机酸；
酶制剂；
抗生素；
生物碱 （3）食品制造，如：酱油 （4）基础理论研究，如：粗糙脉孢菌 不利：
（1）工农业产品霉变 （2）植物最主要的病原菌，马铃薯晚疫病、小麦锈病 （3）动物和人体传染病，如：皮肤癣症 （4）致畸毒素，如：黄曲霉毒素 二、形态结构：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）。
注1：整个菌丝为长管状单细胞，细胞质内含有多个核。其生长过程只表现为菌丝的延长和细胞核的裂殖增多以及细胞质的增加。
注2：菌丝由横隔膜分隔成成串多细胞，每个细胞内含有一个或多个细胞核。有些菌丝，从外观看虽然像多细胞，但横隔膜上有小孔，使细胞质和细胞核可以自由流通，而且每个细胞的功能也都相同。
1、菌丝 （1）细胞形态：无隔膜菌丝、有隔膜菌丝 （2）菌丝种类：营养菌丝、气生菌丝 注：霉菌菌丝直径约为2~10mm，比一般细菌和放线菌菌丝大几到几十倍。
2、菌丝的特化 吸取养料：假根、吸器 特化营养菌丝 附着：附着枝 休眠：菌核、菌索 菌丝体 延伸：匍匐枝 捕食线虫：菌环、菌网 简单：孢子囊、担子 特化气生菌丝（子实体）复杂：分生孢子器子囊果 （1）匍匐枝和假根：匍匐菌丝、假根（类似树根，吸收营养），功能是固着和吸收营养。
（2）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，用以吸收细胞内的营养 （3）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。
注：当感染植物的时候，这种附着胞牢牢地附着到宿主的叶片表面，并且通过提高附着胞内渗透压活性物质的浓度产生巨大的膨压，射出一钉状结构进入植物细胞，为真菌的感染炸开一条通道。
（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枝。
（5）菌核：是一种休眠的菌丝组织。由菌丝密集地交织在一起，其外层较坚硬、色深，内层疏松，大多呈白色。
（6）菌环：菌丝交织成套状 （7）菌网：菌丝交织成网状 （8）子实体：是指在其里面或上面可产生无性或有性孢子，有一定形状和构造的任何菌丝体组织。
（9）菌丝球：菌丝体相互紧密纠缠形成的颗粒，均匀地悬浮于培养液中，有利于氧的传递以及营养物和代谢产物的输送，对菌丝的生长和代谢产物形成有利。
三、霉菌繁殖方式及生活史 1、 繁殖方式：无性孢子、有性孢子、菌丝断片 2、 繁殖方式——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：孢囊孢子、分生孢子、节孢子、厚垣孢子、芽孢子、掷孢子、游动孢子。
3、繁殖方式——有性孢子繁殖 （1）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。
（2）霉菌有性孢子繁殖的特点：
a）霉菌的有性繁殖不如无性繁殖那么经常与普遍，多发生在特定条件下，往往在自然条件下较多，在一般培养基上不常见。
b）有性繁殖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）--------配子囊或由配子囊产生的配子来相互交配，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卵孢子、接合孢子、子囊孢子和担孢子等。
4、生活史 （1）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。
（2）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。
注：有一些霉菌，至今尚未发现其生活史中有有性繁殖阶段，这类真菌称为半知菌 四、菌落 1、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。
2、各种霉菌，在一定培养基上形成的菌落大小、形状、颜色等相对稳定，所以菌落特征也为分类依据之一。
第四节 蕈菌 一、蕈菌（Mushroom)：又称伞菌通常是指那些能形成大型肉质子实体的真菌，包括大多数的担子菌和极少数的子囊菌类。
第三章 病毒与亚病毒 病毒(Virus)是微小病原体分为真病毒和亚病毒 非细胞生物 真病毒：至少含有核酸和蛋白质两种组分 亚病毒：
类病毒：只含具有独立侵染性的RNA组分 拟病毒：只含不具独立侵染性的RNA组分 阮病毒：只含单一蛋白质组分 第一节 病毒 病毒：是一类由核酸和蛋白质等少数几种成分组成的超显微“非细胞生物”，其本质是一种只含DNA或RNA的遗传因子，它们能以感染态和非感染态两种状态存在。在宿主体内时呈感染态，依赖宿主代谢系统获取能量、合成蛋白质和复制核酸。
Ⅰ病毒的特性：
1）形体极其微小，一般都能通过细菌滤器，故必须在电镜下才能观察。
2）每一种病毒的毒粒内只含有一种核酸，DNA或者RNA。
3）没有细胞构造，其主要成分仅为核酸和蛋白质两种，故又称“分子生物”。
4）既无产能酶系，也无蛋白质和核酸合成酶系，只能利用宿主活细胞内现成代谢系统合成自身的核酸和蛋白质。
5）在离体条件下，它们能以无生命的生物大分子状态长期存在，并可保持其侵染性。
6）通过核酸与蛋白质的装配而实现其大量繁殖。
7）对一般抗生素不敏感，但对干扰素敏感。
8）有些病毒的核酸还能整合到宿主基因组中，并诱发潜伏性感染。
9）严格的活细胞内寄生，没有自身的核糖体，没有个体生长，也不进行二均分裂，必须依赖宿主细胞进行自身的核酸复制，形成子代。
Ⅱ病毒的形态构造和化学成分: 1）不同病毒的毒粒大小差别很大；
2）毒粒的形状大致可分球形颗粒(或称拟球形颗粒)、杆状颗粒和复杂形状颗粒（如蝌蚪状，卵形）等少数几类。
3）壳体或衣壳（capsid）：包围着病毒核酸的蛋白质外壳，由蛋白质亚基按对称的形式、 有规律地排列而成，是病毒毒粒的基本结构。
Ⅲ壳体结构类型：
①螺旋对称壳体：亚基有规律地沿着中心轴（核酸）呈螺旋排列，进而形成高度有序、对称的稳定结构。
②二十面体对称壳体：蛋白质亚基围绕具立方对称的正多面体的角或边排列，进而形成一个封闭的蛋白质的鞘。（若以一定数目的亚基排列成具有一定表面积的立方对称实体，以二十面体容积为最大，能包装更多的病毒核酸，所以病毒壳体多取二十面体对称（icosahedral symmetry）结构）
③双对称（复合对称）结构：具有双对称结构的典型例子是有尾噬菌体（tailed phage）,其壳体由头部和尾部组成。包装有病毒核酸的头部通常呈二十面体对称，尾部呈螺旋对称。
1、胞膜：（有些）病毒核衣壳外包裹着的一层脂蛋白膜。它是病毒以出芽（budding）方式成熟时，由细胞膜衍生而来的。有维系毒粒结构，保护病毒核壳的作用。特别是病毒的包膜糖蛋白，具有多种生物学活性，是启动病毒感染所必需的。
2、核衣壳（nucleocapsid）：病毒的蛋白质壳体和病毒核酸（核心）构成的复合物。
3、裸露毒粒（naked virion）：仅由核衣壳构成的病毒颗粒，如烟草花叶病毒、脊髓灰质炎病毒（Poliovirus）等一些简单的病毒的毒粒。
4、刺突（spike）：包膜或核衣壳上的突起。
5、毒粒的结构类型：
对称体制：
（1）
螺旋对成体：
①无包膜 （杆状：烟草花叶病毒（TMV）等；
丝状：大肠杆菌的f1、fd、M13噬菌体等）
②有包膜 （卷曲状：正粘病毒（流感病毒）等；
弹状：狂犬病毒，水泡性口膜炎病毒等）
（2）
二十面体对称：
①无包膜 （小型：脊髓灰质炎病毒，ΦX174噬菌体等；
大型：腺病毒等）
②有包膜：疱疹病毒等 （3）
复合体对称：
①无包膜：大肠杆菌的T偶数噬菌体（蝌蚪状）等 ②有包膜：痘病毒（砖块状）等 Ⅳ病毒的性质 1）病毒的核酸：是病毒粒中最重要的成分，具有遗传信息的载体和传递体的作用。宾苏 核酸的种类很多，是病毒系统分类中最可靠地分子基础，主要有以下几个指标：①是 DNA还是RNA；
②是单恋还是双链；
③呈线状还是环状；
④是闭环还是缺口环；
⑤基 因组是单分子、双分子、三分子还是多分子；
⑥核酸的碱基或是碱基对数，以及核苷 酸序列等。有ssDNA（单）、dsDNA（双）、ssRNA、dsRNA四种。
2）病毒的蛋白质：分为两种结构蛋白（构成一个形态成熟的有感染性的病毒颗粒所必需 的蛋白质）与非结构蛋白（病毒基因组编码的，在病毒复制过程中产生并具有一定功 能，但并不结合于毒粒中的蛋白质）
结构蛋白的主要生理功能：
①构成蛋白质外壳，保护病毒核酸免受核酸酶及其它理化因子的破坏；
②决定病毒感染的特异性，与易感细胞表面存在的受体具特异性亲和力，促使病毒粒 子的吸附和入侵；
③决定病毒的抗原性，能刺激机体产生相应的抗体；
④构成病毒酶，或参与病毒对宿主细胞的入侵（如T4噬菌体的溶菌酶等），或参与病 毒复制过程中所需要病毒大分子的合成（如逆转录酶等）；
3）病毒的脂类：包膜中的脂类来自宿主细胞的细胞膜，具有宿主细胞的特异性。含有磷 脂（50%-60%）和胆固醇。
1、 病毒的复制（病毒感染敏感宿主细胞后，病毒核酸进入细胞，通过其复制与表达产生子 代病毒基因组和新的蛋白质，然后由这些新合成的病毒组分装配（assembly）成子代毒 粒，并以一定方式释放到细胞外。病毒的这种特殊繁殖方式称做复制(replication)）
1）吸附：病毒吸附蛋白与细胞受体间的结合力来源于空间结构的互补性，相互间的电荷、 氢键、疏水性相互作用及范德华力。
2）侵入：通过尾部刺突固着于细胞；
尾部的酶水解细胞壁的肽聚糖，使细胞壁产生小孔；
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；
不同的病毒-宿主 系统的病毒侵入机制不同。①动物病毒的侵入：裸露病毒穿过细胞膜的移位方式；
毒 粒包膜与细胞质膜的融合；
细胞的内吞功能；
②植物病毒的侵入：通过因人为或自然 的机械损伤所形成的微伤口进入细胞；
或者靠携带有病毒的媒介，主要靠是有吮吸式 口器的昆虫取食将病毒带入细胞。
3）增殖：病毒利用宿主的生物合成机构和场所，使病毒核酸表达和复制，产生大量的病 毒蛋白质和核酸。
4）装配：又称成熟(maturation)或形态发生(morphogenesis)新合成的毒粒结构组分组 装成完整的病毒颗粒的过程。
5）裂解：成熟的子代病毒颗粒依一定途径释放到细胞外的过程，病毒的装配与释放有时 是同步进行的。
2、 一步生长曲线：以适量的病毒接种于标准培养的高浓度的敏感细胞，待病毒吸附后，离 心除去未吸附的病毒，或以抗病毒抗血清处理病毒—细胞培养物以建立同步感染，然后 继续培养并定时取样测定培养物中的病毒效价，并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，即一步生长曲线。
噬菌体复制（繁殖）的三个阶段：
1）潜伏期：从病毒核酸浸入宿主细胞后至第一个成熟病毒粒子形成前的一段时间。（不 同病毒的潜伏期长短不同，噬菌体以分钟计，动物病毒和植物病毒以小时或天计）
2）裂解期：宿主细胞迅速裂解，细胞外（溶液中）病毒粒子急剧增多的一段时间。
3）平稳期：感染后的宿主细胞已全部裂解，溶液中病毒数量达到最高时的一段时间。
裂解量：每个受染细胞所产生的子代病毒颗粒的平均数目。其值等于潜伏期受染细胞的 数目除稳定期受染细胞所释放的全部子代病毒数目，即等于稳定期病毒效价与潜伏期病 毒效价之比。
3、 溶源性：温和噬菌体感染宿主细胞后不能完成复制循环，噬菌体基因组长期存在于宿主 细胞内，没有成熟噬菌体产生。这一现象称做溶源性（lysogeny）现象。（凡能引起溶源 性的噬菌体即称为温和噬菌体，而其宿主就是溶源菌，其能与噬菌体长期共存）
温和噬菌体存在的形式：
1）游离态，指成熟后被释放并有侵染性的游离噬菌体粒子；
2）整合态，指已整合到宿主基因组上的前噬菌体状态；
3）营养态，指前噬菌体经外界理化诱导后，脱离宿主基因组而处于积极扶植、合成和装 配的状态。
溶源性感染对细胞的影响：溶源菌中的温和噬菌体基因组通常不影响细胞的繁殖功能， 但它们可能引起其他的细胞变化。
1）免疫性：被温和噬菌体感染后形成的溶源性细菌具有“免疫性”，即其它同类噬菌体 虽然可以再次感染该细胞，但不能增殖，也不能导致溶源性细菌裂解。免疫性是由原 噬菌体产生的阻遏蛋白的可扩散性质所决定的。
2)溶源转变：溶源性细菌有时还能获得一些新的生理特性，例如白喉杆菌只有在含有特 定类型的原噬菌体时才能产生白喉毒素，引起被感染机体发病。原噬菌体引起的溶源 性细菌除免疫性外的其他的表形改变，包括溶源菌细胞表面性质的改变和致病性转变 被称为溶源转变(lysogenic conversion)。
第二节 亚病毒 （凡在核酸和蛋白质两种成分中，只含其中之一的分子病原体，为亚病毒）
1、 类病毒：是一类只含RNA一种成分、专性几声在活细胞内的分子病原体。目前只在植物 体内发现。其所含核酸为裸露的环状ssRNA,但形成的二级结构却像一段末端 封闭的短 dsRNA分子，由246-375个核苷酸分子组成。例如：PSTD类病毒（PSTV）。
类病毒的发现的意义：（1）因为它可为生物学家探索生命起源提供一个新的低层次的好 对象；
（2）可为分子生物学家研究功能生物大分子提供一个绝好的材料；
（3）可为病理 学家揭开人类和动植物各种传染性病带来一个新的视角；
（4）也可谓哲学家对生命本质 问题的认识提供一个新的革命性的例证。
2、 拟病毒：是指一类包囊在真病毒粒中的有缺陷的类病毒，又称类类病毒、壳内类病毒或 病毒卫星。拟病毒极其微小，一般仅由裸露的RNA或DNA所组成。它的复制必须依赖辅 助病毒（被拟病毒“寄生”的真病毒）的协助。同时其也可干扰辅助病毒的分支和减轻 其对宿主的病害，因此，可研究将它们用在生物防治中。如：丁型肝炎病毒（含ssRNA）。
3、 阮病毒：是一类不含核酸的传染性蛋白质分子，又称“普利昂”或蛋白侵染子。因能引 起宿主体内现成的同类蛋白质分子发生预期相似的构象变化，从而可使宿主致病。它是 一类小型蛋白质颗粒，约由250个氨基酸组成，大小仅为最小病毒的1%，它与真病毒的 主要区别：①呈淀粉样颗粒状；
②无免疫原性；
③无核酸成分；
④由宿主细胞内的基因 编码；
⑤抗逆性强，能耐杀菌剂和高温。
第四章 微生物的营养和培养基 营养：是指生物体从外部环境摄取对其生命活动必需的能量和物质，以满足正常生长和繁殖需要的一种最基本的生理功能。
营养物：指具有营养功能的物质，在微生物学中，它还包括非常规物质形式的光辐射能在内。微生物的营养物可为它们的正常生命活动提供结构物质、能量、代谢调节物质和必要的生理环境。
第一节 微生物的6类营养要素 在元素水平上都需20中左右，且以碳、氮、氧、硫、磷6中元素为主，在营养要素水平上则都在六大类的范围内，即碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水。
1、 碳源：一切能满足微生物生长繁殖所需碳元素的营养物。除水分外，其需要量最大的营 养物，又称大量营养物。
（1）功能：①C素构成细胞及代谢产物的骨架；
②C素是大多数微生物代谢所需的能量来（2）种类：①无机C源：CO2、碳酸盐，只能被自养微生物利用；
②有机C源：各种糖类， 其次是有机酸、醇类、 脂类和烃类化合物。
2、 氮源：凡是可以构成微生物细胞和代谢产物中氮素来源的营养物质都称为氮源。其构成 生命物质蛋白质和核酸等的主要元素，故是主要元素。
（1）功能：①为微生物提供合成细胞物质及代谢产物的原料；
②氮源一般不做能源，只有 硝化细菌利用铵盐，亚硝酸盐作氮源，同时作能源。
（2）
种类：①分子态氮：固氮微生物以分子氮为唯一氮源；
②无机态氮：硝酸盐、铵盐几 乎被所有微生物利用；
③有机态氮：蛋白质及其降解产物。
a、速性氮源：实验室常用牛肉膏、蛋白胨、酵母膏做氮源；
（无机氮源或以蛋白质降解 产物形式存在的有机氮源可以直接被菌体吸收利用，这种氮源叫做速效氮源）
b、迟速性氮源：生产用玉米浆、葵花饼、豆饼、花生饼等。（蛋白氮必须通过水解之后 降解成胨、肽、氨基酸等才能被机体利用，这种氮源叫迟效氮源）
速效氮源，通常有利于机体的生长，迟效氮源有利于代谢产物的形成。
3、 能源：能为生物生命活动提供最初能量来源地营养物或辐射能。
能源谱 化学物质（化能营养型）有机物：化能异养微生物的能源 无机物：化能自养微生物的能源 辐射能（光能营养型）：光能自养和光能异养微生物的能源 光辐射能是单功能营养物（能源），还原态的无机物NH4+是双功能营养物（能源、氮源）， 氨基酸则是三功能营养物（碳源、氮源、能源）。
4、 生长因子：是一类（调节）微生物生长代谢所必需，但不能用简单碳、氮源自行合成的 微量有机物质。有维生素（硫胺素、叶酸、泛酸、核黄素）、氨基酸、碱基。
根据微生物对生长因子的需要存在差异，可分为：
1）野生型(wild type) 又称原养型：不需要生长因子而能在基础培养基上生长的菌株 2）营养缺陷型(auxotroph)：由于自发或诱发突变等原因从野生型菌株产生的需要提供特 定生长素物质才能生长的菌株。
另外有些微生物生长还需要其它特殊的成分，例如某些乳酸杆菌生长需要核苷；
某些酵母菌和真菌生长需要肌醇；
某些肺炎球菌生长需要胆碱等。
5、 无机盐：为微生物提供除碳、氮源以外的各种重要元素。凡生长所需浓度在10-3-10-4mol/L 范围内的元素，为大量元素；
凡生长所需浓度在10-6-10-8mol/L范围内的元素，为微量 元素。其生理功能：
（1）
构成微生物细胞的组成成分；
（2）调节微生物细胞的渗透压，pH值和氧化还原电位；
（3）有些无机盐如S、Fe还可做为自养微生物的能源；
（4）构成酶活性基的组成成分，维 持E活性。Mg、Ca、K是多种E的激活剂。
6、 水：微生物细胞含水约占细胞鲜重的70－90％，水作用是多方面的。
（1）功能：①是细胞中生化反应的良好介质；
②维持细胞内各种生物大分子的结构稳定 性和环境温度稳定；
③参与细胞内重要的生物化学反应；
④优良的物理、化学性质。
（2）水活度(Qw)：是指在相同的温度和压力下，溶液中水的蒸气压和纯水的蒸气压的比， 即：
Qw=P溶液/P纯水 （微生物生长所需的水活度通常在0.63－0.99之间， 细菌水活度较高为0.8，酵母菌次之，耐旱的微生物水活度为0.6，水中溶质越高水 活度越低）
第二节 微生物的营养型 营养类型:是指根据微生物生长所需要的主要营养要素（碳源或氮源等）的不同而划分 的（微）生物类型。
（1）
生长所需要的碳源物质：自养型生物，异养型生物；
（2）
生物生长过程中能量的来源：光能营养型，化能营养型；
（3）
生物生长过程中氢供体：无机营养型，有机营养型。
1、 光能无机自养型（光能自养型）：能以CO2为唯一或主要碳源；
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；
如藻类及蓝细菌等：
光能 CO2+ 2H2S [ CH2O] + 2S+ H2O 光合色素 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。
H3C 光能 CHOH+CO2 2 CH3C0CH3 +[ CH2O] + H2O H3C 光合色素 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 作为电子供体使CO2还原成细胞物质；
化能无机自养型只存在于微生物中，可在完全无 机及无光的环境中生长。它们广泛分布于土壤及水环境中,参与地球物质循环；
4、 化能有机异养型（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。有 机物通常既是碳源也是能源；
大多数细菌、真菌、原生动物都是化能有机异养型微生物；
所有致病微生物均为化能有机异养型微生物；
（1）腐生型(metatrophy)：可利用无生命的有机物(如动植物尸体和残体)作为碳源；
（2）寄生型(paratrophy)：寄生在活的寄主机体内吸取营养物质,离开寄主就不能生存；
在腐生型和寄生型之间还存在中间类型：
兼性腐生型(facultive metatrophy)；
兼性寄生型(facultive paratrophy)；
不同营养类型之间的界限并非绝对：异养型微生物并非绝对不能利用CO2；
自养型微生物也并非不能利用有机物进行生长；
有些微生物在不同生长条件下,其营养类型也会发生改变；
第三节 营养物质进入细胞的方式 除原生动物外，其他各大类有细胞的微生物都是通过细胞膜的渗透和选择吸收作用而从外界吸取营养物的。有四种方式：单纯、促进扩散、主动运输和基团移位。
扩散：又称为“单纯扩散(Simple diffusion)”， “被动运送(Passive transport)”。
指单纯依靠物理扩散方式让许多小分子、非电离分子（尤其是亲水性分子）被动通过细 胞膜的一种物质运送方式。
特点：（1）物质跨膜扩散的能力和速率与该物质的性质有关,分子量小、脂溶性、极性小 的物质易通过扩散进出细胞；
（2）物质运送过程中不需要消耗能量；
（3）物质运送的方向为高浓度的一边向低浓度的一边。
扩散并不是微生物细胞吸收营养物质的主要方式,水是唯一可以通过扩散自由通过原生质 膜的分子,脂肪酸、乙醇、甘油、苯、一些气体分子(O2、CO2)及某些氨基酸在一定程度上 也可通过扩散进出细胞。
1、 单纯扩散：又称被动运送，指疏水性双分子层细胞膜在无载体蛋白参与下，单纯依靠物 理扩散方式让许多小伙子、非电离分子尤其是亲水性分子被动通过的一种物质运送方式。
特点：①扩散是非特异性的营养物质吸收方式：如营养物质通过细胞膜中的含水小孔，由 高浓度的胞外环境向低浓度的胞内扩散；
②在扩散过程中营养物质的结构不发生变化：即既不与膜上的分子发生反应，本身的 分子结构也不发生变化；
③物质运输的速率较慢：速率与胞内外营养物质的浓度差有关，即随细胞膜内外该物 质浓度差的降低而减小，直到胞内外物质浓度相同；
④不需要载体参与；
扩散是一个不需要代谢能的运输方式：因此，物质不能进行逆浓度运输。
⑤可运送的养料有限：限于水、溶于水的气体，及分子量小，脂溶性、极性小的营养物质。
2、 促进扩散：指溶质在运送过程中借助存在于细胞膜上的底物特异性载体蛋白(Carrier protein)的协助，但不消耗能量的一类扩散性运送方式。
特点：①被动的物质跨膜运输方式；
②物质运输过程中不消耗能量；
③运输速率与膜内外物质的浓度差成正比，不能进行逆浓度运输；
④参与运输的物质本身的分子结构不发生变化；
⑤运输过程需要借助与载体(carrier)的作用；
⑥每种载体只运输相应的物质，具有较高的专一性。
运送机理：①载体只影响物质的运输速率，并不改变该物质在膜内外形成的动态平衡状态；
②这种性质都类似于酶的作用特征，因此载体蛋白也称为透过酶；
③透过酶大都是诱导酶,只有在环境中存在机体生长所需的营养物质时，相应的透过 酶才合成。
促进扩散在运送过程中：营养物质本身在分子结构上也不会发生变化；
不消耗代谢能量， 故不能进行逆浓度运输；
运输的速率由胞内外该物质的浓度差决定；
需要细胞膜上的载体 蛋白（透过酶）参与物质 运输；
被运输的物质与载体蛋白有高度的特异性；
养料浓度过高 时, 与载体蛋白出现饱和效应。
注：促进扩散的运输方式多见于真核微生物中，例如通常在厌氧生活的酵母菌中，某些物 质的吸收和代谢产物的分泌是通过这种方式完成的。
3、 主动运输：指须提供能量并通过细胞膜上特异性载体蛋白的协助而使膜外环境中低浓度 的溶质运入膜内的一种物质运送方式。
特点：①在物质运输过程中需要消耗能量；
②物质运输的方向：低浓度→高浓度；
③运输过程需要借助载体的作用；
④每种载体只运输相应的物质，具有较高的专一性；
⑤存在的范围较广，是微生物中的一种主要物质运输方式。
具体形式：
（1）
初级主动运输(Primary active transport)：由电子传递系统、ATP酶或细菌嗜脂红 质引起的质子运输方式，从物质运输的角度考虑，是一种质子的主动运输方式。
（2）
次级主动运输(Secondary active transport)：通过初级主动运输建立的能化膜在质 子浓度差消失的过程中耦联的其他物质运输过程。
①同向运输(symport)：指某种物质与质子通过同一载体按同一方向的运输。
②逆向运输(antiport)：指某种物质与质子通过同一载体按相反方向的运输。
③单向运输(uniport)：指质子浓度差消失过程中可促使某物质通过载体进出细胞—— 胞内阳离子积累或阴离子浓度降低 （3）
基团转位(Group translocation)：指由一个复杂的运输系统来完成的物质主动运输过 程，物质在运输前后发生化学变化；
基团转位主要存在于厌氧型和兼性厌氧型细菌中， 主要用于糖的运输。脂肪酸、核苷、碱基等也可通过这种方式运输。
金黄色葡萄球菌对乳糖吸收过程概括如下：
①EⅠ磷酸化：PEP上的磷酸通过高能磷酸键结合到EⅠ的组氨酸上 。
PEP+ EⅠ→ E Ⅰ~P+丙酮酸；
②HPr磷酸化：磷酸从EⅠ转移到HPr的组氨酸上。EⅠ~P+ HPr → HPr ~P+ EⅠ ③ E Ⅲ磷酸化：磷酸从HPr转移到专一性的酶E Ⅲ上，以共价键与E Ⅲ的组氨酸或 谷氨酸结合， E Ⅲ的三个亚基同时被磷酸化。
HPr ~P+ E Ⅲ → E Ⅲ ~P+ HPr ④磷酸糖生成：磷酸从E Ⅲ转移到E II，再转移到糖上，最后生成的磷酸糖释放到细 胞质中。糖+ E Ⅲ ~P --→糖~P + E Ⅲ ⑤Na+,K+-ATP酶系统(Na+,K+-ATPase)：Na+,K+-ATP酶是存在于原生质膜上能够利ATP 的能量将Na+由细胞内“泵”出胞外，同时将胞外K+ “泵”入胞内的离子通道蛋白。
主动运输在运输过程中的特点：
①需要消耗代谢能；
②可以进行逆浓度运输的运输方式；
③需要载体蛋白参与；
④对被运输的物质有高度的立体专一性；
⑤被运输的物质在转 移的过程中不发生任何化学变化。
注：不同的微生物在主动运输过程中所需的能量的来源不同，好氧微生物中直接来自呼吸 能，厌氧微生物主要来自化学能，光合微生物中则主要来自光能 。
主动运输是微生 物吸收营养物质的主要方式。
4、 膜泡运输：指细胞通过趋性运动靠近营养物质，并将该物质吸附到细胞膜表面，然后在 该物质附近的细胞膜开始内陷，逐步将营养物质包围，最后形成一个含有该营养物质的 膜泡，之后膜泡离开细胞膜而游离于细胞质中的物质运输方式。
具体形式：（1）胞吞作用：膜泡中包含的是固体营养物质；
（2）胞饮作用：膜泡中包含的是液体营养物质 。
注：膜泡运输主要存在于原生动物中，特别是变形虫(amoeba)，为这类微生物的一种营 养物质的运输方式。
第四节 培养基 培养基（medium，复数为Media；
或Culture medium）是指人工配制的，适合微生物生长繁殖或产生代谢产物的营养基质。培养基几乎是一切对微生物进行研究和利用工作的基础。任何培养基都应该具备微生物生长所需要六大营养要素：碳源、氮源、无机盐、能源、生长因子、水。任何培养基一旦配成，必须立即进行灭菌处理。
1、 选用和设计培养基的原则和方法 在微生物学研究和生长实践中，配置合适的培养基是一项最基本的要求：
1）选择适宜的营养物质：培养不同的微生物必须采用不同的培养条件；
培养目的不同， 原料的选择和配比不同。
2）营养物的浓度及配比合适：高浓度糖类物质、无机盐、重金属离子等不仅不能维持和 促进微生物的生长，反而起到抑制或杀菌作用。培养基中各营养物质之间的浓度配比 也直接影响微生物的生长繁殖和(或)代谢产物的形成和积累，其中碳氮比(C/N)的影响 较大。发酵生产谷氨酸时：
碳氮比为4/1时，菌体大量繁殖，谷氨酸积累少；
碳氮比为3/1时，菌体繁殖受到抑制，谷氨酸产量则大量增加。
3）物理、化学条件适宜：①pH：培养基的pH必须控制在一定的范围内，以满足不同类型 微生物的生长繁殖或产生代谢产物。为了维持培养基pH的相对恒定，通常在培养基中 加入pH缓冲剂（内源调节），或在进行工业发酵时补加酸、碱（外源调节）。
②水活度：在天然环境中，微生物可实际利用的自由水或游离水的含量以水分活度表 示。微生物一般在αw为0.60～0.99的条件下生长, αw过低时,微生物生长的迟缓期 延长,比生长速率和总生长量减少。微生物不同，其生长的最适αw不同。
③氧化还原电位(Ф)：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）。Ι、好氧性微生物：+0.1伏以上时可正常生长,以+0.3～+0.4伏为宜；
Ⅱ、厌氧性微生物：低于+0.1伏条件下生长；
Ⅲ、兼性厌氧微生物：+0.1伏以上时进行好氧呼吸, +0.1伏以下时进行发酵。
4）经济节约：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。
5）精心设计、试验比较：进行生态模拟，研究某种微生物的培养条件；
文献查阅，设计 特定微生物的培养基配方；
试验比较，确定特定微生物的最佳培养条件。
2、 培养基的种类 （1）按成份不同划分：①天然培养基(complex medium)：以化学成分还不清楚或化学成分 不恒定的天然有机物组成；
②合成培养基(synthetic medium)：是由化学成份完全了 半合成培养基(semi-synthetic medium)：是指一类主要以化学试剂配置，同时还加有 某种或某些天然成分的培养基。也称半组合培养基(semi-defined medium)。
（2）根据物理状态划分：固体培养基；
半固体培养基、液体培养基、胶水培养基。
（3）按用途划分：①基础培养基(minimum medium)：也称为“基本培养基”，指含有一般 微生物生长繁殖所需的基本营养物质的培养基。
②完全培养基(complete medium)：指凡可满足一切微生物（尤指营养缺陷型微生物）
生长繁殖所需的所有营养物需求的培养基。
③加富培养基 (enrichment medium)：又称“富集培养基”，指在基本培养基（如肉 汤蛋白胨培养基）中加入某些特殊营养物质制成的一类营养丰富的培养基。
④选择培养基(selective medium)：用于将某种或某类微生物从混杂的微生物群体中 分离出来的培养基。
⑤鉴别培养基(differential medium)：用于鉴别不同类型微生物的培养基。即加入 了某种能和特定微生物所产的某种代谢产物发生特定的化学反应，产生明显的特征性 变化的特殊化学物质，由此可将该类微生物与其他微生物区分开来的培养基。
注1：最常见的培养基时伊红美蓝乳糖培养基，即EMB培养基，其中的伊红和美蓝两种苯胺染料可抑制G+细菌和一些难培养的G-细菌。在低酸度下，这两种染料会合并形成沉淀，起着产酸指示剂的作用，因此，试样中多种肠道细菌会在EMB培养基平板上产生易于用肉眼识别的多种特征性菌落。
注2：伊红和美蓝二种苯胺染料可抑制G+细菌和一些难培养的G—细菌的生长。在低酸度时， 这二种染料结合形成沉淀，起着产酸指示剂的作用。试样中的多种肠道菌会在EMB培养基上产生相互易区分的特征菌落，因而易于辨。例如大肠杆菌强烈分解乳糖而产生大量的混合酸，菌体呈酸性，菌落被染成深紫色，从菌落表面的反射光中还可看到绿色金属闪光。
第五章 微生物的新陈代谢 新陈代谢：简称代谢，是推动生物一切生命活动的动力源，通常泛指发生在活细胞中的各种分解代谢和合成代谢的总和。
分解代谢：又称异化作用，是指复杂的有机分子通过分解代谢酶系的催化产生简单分子、能量和还原力，（或称还原当量，一般以[H]来表示）的作用。
合成代谢：又称同化作用，它与分解代谢正好相反，是指在合成酶系的催化自爱，由简单的小分子、ATP形式的能量和[H]形式的还原力一起，共同合成复杂的生物大分子的过程。
注：一切生物，在其新陈代谢的本质上既存在着高度的统一性，又存在着明显的多样性。
第一节 微生物的能量代谢 把外界环境中的多种形式的最初能源转换成对一切生命活动都能利用的通用能源ATP的。
1、化能异样微生物的生物氧化和产能 生物氧化：就是发生在活细胞内的一系列产能性氧化反应的总称。
①生物氧化的形式包括某物质与养结合、脱氢和失去电子3种；
②生物氧化过程可分脱氢（或电子）、递氢（或电子)和受氢（或电子）3个阶段；
③生物氧化的功能有产能（ATP）、产还原力[H]和产小分子中间代谢物3种；
④生物氧化的类型包括了呼吸、无氧呼吸和发酵3种。
（一）底物脱氢的4条途径 Ⅰ EMP途径：又称糖酵解途径或己糖二磷酸途径，是大所属生物所共有的一条主流代谢途径。它以1分子葡萄糖为底物，约经10步反应而产生2分子丙酮酸、2分子NADH+H+和2分子ATP的过程。
EMP途径的生理功能：
①供应ATP形式的能量和NADH2形式的还原力；
②是连接其他几个重要代谢途径的桥梁，包括三羧酸循环（TCA）、HMP途径和ED途径；
③为生物合成提供多种中间代谢物；
④通过逆向反应进行多糖合成。
Ⅱ HMP途径：又称己糖一磷酸途径、己糖一磷酸支路、戊糖磷酸途径、磷酸葡萄糖酸途径或WD途径。其特点是葡萄糖不经EMP途径和TCA循环而得到彻底氧化，并能产生大量NADPH+H+形式的还原力以及多种重要中间代谢产物。其总反应式为：
6葡糖-6-磷酸+12NADOP++6H2O→5葡糖-6-磷酸+12NADPH+12H+ HMP途径可分为3个阶段：
①葡萄糖分子通过几步氧化反应产生核酮糖-5-磷酸和CO2；
②核酮糖-5-磷酸发生结构变化形成核糖-5-磷酸和木酮糖-5-磷酸；
③几种戊糖磷酸在无氧参与的条件下发生碳架重排，产生了己糖磷酸和丙糖磷酸，后者既可通过EMP途径转化成丙酮酸而进入TCA循环进行彻底氧化，也可通过果糖二磷酸醛缩酶和果糖二磷酸酶的作用而转化为己糖磷酸。
HMP途径在微生物生命活动中的意义：
①供应合成原料：为核酸、核苷酸、NAD（P）、FAD(FMN)和CoA等生物合成提供戊糖-磷酸。
②产生还原力：产生大量NADPH2形式的还原力。
③作为固定CO2的中介：是光能自养微生物和化能自养微生物固定CO2的重要中介。
④扩大碳源利用范围：为微生物利用C3-C7多种碳源提供了必要的代谢途径。
⑤连接EMP途径：通过与EMP途径的连接，可为生物合成提供更多的戊糖。
⑥通过该途径可产生许多种重要的发酵产物。如核苷酸、若干氨基酸、辅酶和乳酸（异型乳酸发酵）等。
⑦HMP途径在总的能量代谢中占一定比例，且与细胞代谢活动对其中间产物的需要量相关。
Ⅲ ED途径：又称2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖（KDPG）途径。这是存在于某些缺乏完整EMP途径的微生物中的一种替代途径，为微生物所特有。特点是葡萄糖只经过4步反应即可快速获得由EMP途径须经10步反应才能形成的丙酮酸。其总反应式为：
C6H12O6+ADP+Pi+NADP++NAD+→2CH3COCOOH+ATP+NADPH+H++NADH+H+ ED途径的特点：
①具有一特征反应——KDPG裂解为丙酮酸和3-磷酸甘油醛；
②存在一特征性酶——KDPG醛缩酶；
③其终产物2分子丙酮酸的来历不同，其一由KDPG直接裂解形成，另一则由3-磷酸甘油醛途径EMP途径转化而来；
④产能效率低。
关键反应：2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸的裂解 催化的酶：6-磷酸脱水酶，KDPG醛缩酶 相关的发酵生产：细菌酒精发酵 优点：代谢速率高，产物转化率高，菌体生成少，代谢副产物少，发酵温度较高，不必定期供氧。
缺点：pH5，较易染菌；
细菌对乙醇耐受力低 注：这种ED途径发酵生产乙醇的方法称为细菌酒精发酵，它与酵母菌通过EMP途径形成乙醇的机制不同。其比传统的酵母发酵有较多的优点：代谢速率高、产物转化率高、菌体生成少、代谢副产物少、发酵温度较高，以及不必定期供氧。
Ⅳ TCA循环：即三羧酸循环，又称Krebs循环或柠檬酸循环，是指由丙酮酸经过一系列循环式反应而彻底氧化、脱羧，形成CO2、H2O和NADH2的过程。
整个TCA循环的总反应式：
丙酮酸+4NAD++FAD+GDP+Pi+2H2O→3CO2+4(NADH+H+)+FADH2+GTP 若起始于乙酰-CoA分子，则总反应式为：
乙酰-CoA+3NAD++FAD+GDP+Pi+2H2O→2CO2+3(NADH+H+)+FADH2+CoA+GTP TCA循环的特点有：
①氧虽不直接参与其中反应，但必须在有氧条件下运转；
②每分子丙酮酸可产4个NADH+H+、1个FADH2和1个GTP，总共相当于15个ATP，因此产能效率高；
③是一切分解代谢和合成代谢中的枢纽。
主要产物：
（二）递氢和受氢 生物体内葡萄糖等有机物经上述4条途径脱下的氢通过呼吸链（或称电子传递链）传递，最终可与氧、无机或有机氧化物等氢受体(Hydrogen acceptor 或receptor)相结合，释放出有机物中的化学能。
Ⅰ 呼吸：又称好氧呼吸，是一种普遍又最重要的生物氧化或产能方式，其特点是底物按常规方式脱氢后，脱下的氢经完整的呼吸链又称电子传递链传递，最终被外源分子氧接受，产生了水释放出ATP形式的能量。
呼吸作用：微生物在降解底物的过程中，将释放出的电子交给NAD(P)+、FAD或FMN等电子载体，再经电子传递系统传给外源电子受体，从而生成水或其它还原型产物并释放出能量的过程。
呼吸链：是指位于原核生物细胞膜上或真核生物线粒体膜上的、由一系列氧化还原势呈梯度差的、链状排列的氢传递体，其功能是把氢或电子从低氧化还原势的化合物处逐级传递到高氧化还原势的分子氧或其他无机、有机氧化物，并使它们还原。
氢或电子的传递顺序一般为：
NAD(P)→FP（黄素蛋白）→Fe·S（铁硫蛋白）→CoQ（辅酶Q）→Cytb→Cytc→Cyta→Cyta3 氧化磷酸化：又称电子传递链磷酸化，是指呼吸链的递氢和受氢过程与磷酸化反应相偶联并产生ATP的作用。
Ⅱ 无氧呼吸：又称厌氧呼吸，指一类呼吸链末端的氢受体为外源无机氧化物的生物氧化。这是一类在无氧条件下进行的、产能效率较低的特殊呼吸。
其特点：是底物按常规途径脱氢后，经部分呼吸链递氢，最终由氧化态的无机物或有机物受氢，并完成氧化磷酸化产能反应。
根据呼吸链末端氢受体的不同，可把无氧呼吸分成多种：
①硝酸盐呼吸：又称反硝化作用。其在微生物生命活动中具有两种功能：
其一 ，是在有氧或无氧条件下所进行的利用硝酸盐作为氮源营养物，称为同化性硝酸盐还原作用；
其二，兼性厌氧微生物利用硝酸盐作为呼吸链的最终受氢体，把它还原成亚硝酸、NO、N2O直至N2的过程，称为异化性硝酸盐还原作用，又称硝酸盐呼吸或反硝化作用。
其反应式为：
NO3-+2e-+2H+→NO2-+H2O 有些菌可将NO2-进一步将其还原成N2，这个过程也称为反硝化作用：
2NO3-+10e-+12H+→N2+6H2O NO3-→NO2-→NO→N2O→N2 注1：它们的还原过程的共同点是硝酸盐都要通过一种含钼的硝酸盐还原酶将其还原为亚硝酸盐。硝酸盐还原细菌被认为是一种兼性厌氧菌，无氧但环境中存在硝酸盐时进行厌氧呼吸，而有氧时其细胞膜上的硝酸盐还原酶活性被抑制，细胞进行有氧呼吸。
注2：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。
②硫酸盐呼吸：是一类称作硫酸盐还原细菌（或反硫化细菌）的严格厌氧菌在无氧条件下获取能量的方式，其特点是底物脱氢后，经呼吸链递氢，最终由末端氢受体硫酸受氢，在递氢过程中与氧化磷酸化作用相偶联而获得ATP。硫酸盐呼吸的最终还原产物是H2S。
注：在浸水或通气不良的土壤中，厌氧微生物的硫酸盐呼吸及其有害产物对植物根系生长十分不利，故应设法防止。
（3）
硫呼吸：以无机硫作为呼吸链的最终受氢体并产生H2S的生物氧化作用。能进行硫呼吸的都是一些兼性或专性厌氧菌。
（4）铁呼吸：在某些专性厌氧菌和兼性厌氧菌（包括化能异养细菌、化能自养细菌和某些真菌）中发现，其呼吸链末端的受氢体是Fe3+。。
（5）碳酸盐呼吸：是一类以CO或重碳酸盐作为呼吸链末端氢受体的无氧呼吸。根据其还原产物的不同而分为两类：其一，是产甲烷菌产生甲烷的碳酸盐呼吸；
其二，是产乙酸细菌产生乙酸的碳酸盐呼吸。它们都是一些专性厌氧菌。
（6）延胡索酸呼吸：以往都是把琥珀酸的形成看作是微生物所产生的一般中间物，可是在延胡索酸呼吸中，琥珀酸却是默算氢受体延胡索酸的还原产物。它们都是一些兼性厌氧菌。
Ⅲ 发酵：指在无氧等外源氢受体的条件下，底物脱氢后所产生的还原力[H]未经呼吸链传递而直接交给本身未完全氧化的某种内源性中间代谢产物，产生各种不同的代谢产物并同时释放能量的一类生物氧化反应。
1、发酵的特点：
①有机化合物只是部分地被氧化，因此，只释放出一小部分的能量。
②发酵过程的氧化是与有机物的还原偶联在一起的。被还原的有机物来自于初始发酵的分解代谢——不需要外界提供电子受体。
（1）由EMP途径中丙酮酸出发发酵：丙酮酸是EMP途径的关键产物，由它出发，在不同微生物中可进入不同发酵途径进行的同型乳酸发酵。
（2）通过HMP途径的发酵：①异型乳酸发酵途径，葡萄糖发酵产物为乳酸、乙醇 和CO2、1H2O、1ATP如肠膜明串珠菌；
②异型乳酸发酵的双歧杆菌途径：2分子葡萄糖可产3分子乙酸、2分子乳酸和5分子ATP如双歧乳酸杆菌。
（3）通过ED途径进行的发酵：是指细菌酒精发酵。
（4）由氨基酸发酵产能-Stickland反应：以一种氨基酸作底物脱氢，而以另一种氨基酸作氢受体而实现生物氧化产能的独特发酵类型。产能效低，每分子氨基酸仅产1个ATP。
其产能机制：是通过部分氨基酸（如丙氨基等）的氧化与一些氨基酸（如甘氨基等）的还原相偶连的独特发酵方式。如生孢梭菌 （5）
发酵中的产能反应：发酵仅指专性或兼性厌氧菌在无氧条件下的一种生物氧化形式，其产能机制都是底物水平的磷酸化反应，因而产能效率极低。
（6）丙酮酸的发酵产物：①酵母型酒精发酵；
②同型乳酸发酵；
③丙酸发酵；
④混合酸发酵；
⑤2,3—丁二醇发酵；
⑥丁酸发酵。
2、乙醇发酵 ①酵母菌的乙醇发酵：
EMP 2ATP 2CO2 C6H12O6→2CH3COCOOH→2CH3CHO→2CH3CH2OH NAD NADH2 乙醇脱氢酶 注1：该乙醇发酵过程只在pH3.5~4.5以及厌氧的条件下发生。
注2：当发酵液处在碱性条件下，酵母的乙醇发酵会改为甘油发酵。
原因：该条件下产生的乙醛不能作为正常受氢体，结果2分子乙醛间发生歧化反应，生成1分子乙醇和1分子乙酸；
CH3CHO+H2O+NAD+→ CH3COOH+NADH+H+ CH3CHO+NADH+H+→ CH3CH2OH+ NAD+ 此时也由磷酸二羟丙酮担任受氢体接受3-磷酸甘油醛脱下的氢而生成α-磷酸甘油，后者经α-磷酸甘油酯酶催化，生成甘油。
2葡萄糖→ 2甘油+乙醇+乙酸+2CO2 3、巴斯德效应(The Pasteur effect )：有氧条件下，发酵作用受抑制的现象（或氧对发酵的抑制现象）。
现象：通风对酵母代谢的影响 （1）通风（有氧呼吸）：
酒精生成量低（接近零）；
耗糖量/单位时间少；
细胞的繁殖旺盛。（2）缺氧（发酵）：酒精生成量低高；
耗糖量/单位时间多；
细胞的繁殖很弱至消失。
意义：合理利用能源 巴斯德效应（Pasteur effect）机理：
巴斯德在研究酵母的酒精发酵时发现：①厌氧条件下酵母菌进行酒精发酵，葡萄糖的消耗速度很快；
而在有氧条件下，酵母菌进行呼吸作用，糖的消耗速度较低，酒精产量也降低。→ ②呼吸抑制发酵作用的的现象→③巴斯德效应的本质是能荷调节。
4、细菌的乙醇发酵 菌种：运动发酵单胞菌等。
途径：ED 利用Z.mobilis等细菌生产酒精 优点：代谢速率高；
产物转化率高；
菌体生成少；
代谢副产物少；
发酵温度高；
缺点：pH5较易染菌；
耐乙醇力较酵母低 总结：
（1）酵母菌（在pH3.5-4.5时）的乙醇发酵 ~脱羧酶 ~脱氢酶 丙酮酸 乙醛 乙醇 通过EMP途径产生乙醇，总反应式为：
C6H12O6+2ADP+2Pi →2C2H5OH+2CO2+2ATP （2）细菌(Zymomonas mobilis)的乙醇发酵 通过ED途径产生乙醇，总反应如下：
葡萄糖+ADP+Pi→ 2乙醇+2CO2+ATP （3）细菌(Leuconostoc mesenteroides)的乙醇发酵 通过HMP途径产生乙醇、乳酸等，总反应如下：
葡萄糖+ADP+Pi→ 乳酸+乙醇+CO2+ATP （4）同型乙醇发酵：产物中仅有乙醇一种有机物分子的酒精发酵 （5）异型乙醇发酵：除主产物乙醇外，还存在有其它有机物分子的发酵 Ⅳ 自养微生物的生物氧化 1、化能无机营养型：以无机物为电子供体→从无机物的氧化获得能量。这些微生物一般也能以CO2为唯一或主要碳源合成细胞物质，称为自养微生物。
注：从对无机物的生物氧化过程中获得生长所需要能量的微生物一般都是：化能无机自养型微生物 （1）自养微生物的合成代谢：将CO2先还原成[CH2O]水平的简单有机物，然后再进一步合成复杂的细胞成分。
分解代谢 复杂分子（有机物）
简单小分子+ATP+[H] 合成代谢 ①化能异养微生物：ATP和还原力均来自对有机物的生物氧化 ②化能自养微生物：无机物氧化过程中主要通过氧化磷酸化产生ATP 注1：如果作为电子供体的无机物的氧化还原电位足够低，也在氧化磷酸化的过程中产生还原力，但大多数情况下都需要通过电子的逆向传递，以消耗ATP为代价获得还原力。
注2：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，但从生态学角度看，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。
Ⅴ 氨的氧化：NH3、亚硝酸（NO2-）等无机氮化物可以被某些化能自养细菌用作能源 亚硝化细菌：将氨氧化为亚硝酸并获得能量。
硝化细菌：将亚硝酸氧化为硝酸并获得能量。
NH4++3/2O2→NO2-+H2O+2H++67.4千卡 NO2-+1/2O2→NO3-+18.5千卡 注1：这两类细菌往往伴生在一起，在它们的共同作用下将铵盐氧化成硝酸盐，避免亚硝酸积累所产生的毒害作用。
注2：这类细菌在自然界的氮素循环中也起者重要的作用，在自然界中分布非常广泛。
注3：NH3、NO2-的氧化还原电势均比较高，以氧为电子受体进行氧化时产生的能量较少，而且进行合成代谢所需要的还原力需消耗ATP进行电子的逆呼吸传递来产生，因此这类细菌生长缓慢，平均代时在10h以上。
Ⅵ 硫的氧化：硫细菌（sulfur bacteria）能够利用一种或多种还原态或部分还原态的硫化合物（包括硫化物、元素硫、硫代硫酸盐、多硫酸盐和亚硫酸盐）作能源。
注：硫细菌在进行还原态硫物质的氧化时会产酸（主要是硫酸），因此它们的生长会显著地导致环境的pH下降，有些硫细菌可以在很酸的环境，例如在pH低于1的环境中生长。
通过氧化磷酸化途径产生ATP（主要途径）
底物水平磷酸化途径产生ATP（非主要途径），磷酸腺苷硫酸的氧化途径，每氧化一分子硫酸根产生2.5个ATP Ⅶ 铁的氧化：从亚铁到高铁状态的铁的氧化，对于少数细菌来说也是一种产能反应，但从这种氧化中只有少量的能量可以被利用。因此该菌的生长会导致形成大量Fe3+（Fe(OH)3）。
2Fe2++1/4O2+2H+→2Fe3++1/2H2O+10.6千卡 注：亚铁（Fe2+）只有在酸性条件（pH低于3.0）下才能保持可溶解性和化学稳定；
当pH大于4-5，亚铁(Fe2+)很容易被氧气氧化成为高价铁(Fe3+)；
Ⅷ 氢的氧化：氢是微生物细胞代谢中的常见代谢产物，很多细菌都能通过氧化氢获得生长所需要的能量。
氢细菌：能以氢为电子供体，以O2为电子受体，以CO2为唯一碳源进行生长的细菌被称为氢细菌：
H2+1/2O2→H2O+56.7千卡 注1：氢细菌都是一些呈革兰氏阴性的兼性化能自养菌。它们能利用分子氢氧化产生的能量同化CO2 ，也能利用其它有机物生长。
注2：氢的氧化可通过电子和氢离子在呼吸链上的传递产生ATP和用于细胞合成代谢所需要的还原力。
（三）能量转换 Ⅰ化能营养型：底物水平磷酸化、氧化磷酸化 （1）底物水平磷酸化（substrate level phosphorylation）：物质在生物氧化过程中，常生成一些含有高能键的化合物，而这些化合物可直接偶联ATP或GTP的合成。这种产生ATP等高能分子的方式称为底物水平磷酸化。
（2）氧化磷酸化（oxidative phosphorylation）：又称电子传递磷酸化。是指呼吸链的递氢（或电子）和受氢（或电子）过程与磷酸化反应偶联并产生ATP的作用。
Ⅱ光能营养型：通过光合磷酸化将光能转变为化学能储存于ATP中 光合磷酸化（photophosphorylation）：循环光合磷酸化、非循环光合磷酸化。
光能转变为化学能的过程：当一个叶绿素分子吸收光量子时，叶绿素即被激活，导致其释放一个电子而被氧化，释放出的电子在电子传递系统中的传递过程中逐步释放能量，这就是光合磷酸化的基本动力。
注：光合磷酸化和氧化磷酸化一样都是通过电子传递系统产生ATP （1）光能营养型生物：
①产氧：真核生物（如藻类及其它绿色植物）；
原核生物（如蓝细菌）
②不产氧：真细菌（如光合细菌）；
古细菌（如嗜盐菌）
（2）
环式光合磷酸化：
①光合细菌主要通过环式光合磷酸化作用产生ATP；
②不是利用H2O，而是利用还原态的H2 、 H2S等作为还原CO2的氢供体，进行不产氧的光合作用；
③电子传递的过程中造成了质子的跨膜移动，为ATP的合成提供了能量；
④通过电子的逆向传递产生还原力；
其特点：①厌氧菌；
② 不能利用H2O作为还原CO2的氢供体 （3）非环式光合磷酸化：产氧型光合作用（绿色植物、蓝细菌）
非环式光合磷酸化的反应式：
2NADP+＋2ADP＋2Pi＋2H2O→2NADPH＋2H+＋2ATP＋O2 绿色细菌的非环式光合磷酸化（不产氧型光合作用）
chl NAD++H2S+ADP+Pi NADPH+H++ATP+S hv （4）嗜盐菌的紫膜光合作用：种只有嗜盐菌才有的，无叶绿素或细菌叶绿素参与的 独特的光合作用——光介导ATP合成。
嗜盐菌细胞膜：
①红色部分（红膜）：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。
②紫色部分（紫膜）：在膜上呈斑片状（直径约0.5 mm）独立分布，其总面积约占细胞膜的一半，主要由细菌视紫红质组成。
注：实验发现，在波长为550-600 nm的光照下，嗜盐菌ATP的合成速率最高，而这一波长范围恰好与细菌视紫红质的吸收光谱相一致。
第二节 微生物的耗能代谢 1. 中间代谢物的来源 （1）两用代谢途径(Amphibolic pathway)：凡在分解代谢和合成代谢中均具有功能的代谢途径。例如：
EMP途径 葡萄糖 2丙酮酸 糖异生途径 2）代谢物回补顺序(Anaplerotic sequence)：又称代谢物补偿途径/添补途径，是指能补充两用代谢途径中因合成代谢而消耗的中间代谢物的那些反应。
第三节 微生物的代谢调节 一. 微生物代谢调节的方式 1. 细胞透性的调节、 代谢途径的区域化、代谢流向的控制、代谢速度的控制，是通过酶活性的调节、酶合成的调节。
二. 酶合成的调节：通过酶量的变化来控制代谢的速率。
1．酶合成的诱导 ；
2．酶合成的阻遏；
3．酶合成调节的操纵子学说 三. 酶活性的调节：通过改变已有酶的活性来控制细胞代谢速率。
1. 激活：是指在激活剂的作用下使原来无活性或活性很低的酶转变为有活性或活性提高的现象 2. 抑制：由于某些物质的存在使酶活性降低的现象。
3. 酶活性调节的分子机制：别构调节(Allostteric protein)、共价修饰(Covalent modification)、缔合（Association）与离解（Dissociation）
、竞争性抑制（Competitive inhibition）
。
四. 反馈调节：是酶活性调节的一种重要方式，指代谢途径中的中间产物或末端产物（即终产物）对该途径中前面反应的影响。凡使反应加速的称为正反馈，凡使反应减速的称为负反馈。
反馈抑制(Feedback inhibition)：代谢途径的末端产物过量时可反过来直接抑制该途径中第一个酶的活性，促使整个反应过程减慢或停止，从而避免末端产物的过量积累。
第四节 微生物次级代谢与次级代谢产物 一、次级代谢与次级代谢产物 1、初级代谢：微生物从外界吸收各种营养物质，通过分解代谢和合成代谢，生成维持生命活动所必需的物质和能量的过程，称为初级代谢。
注：一类与生物生存有关的、涉及到产能代谢和耗能代谢的代谢类型，普遍存在于一切生物中。
2、次级代谢：某些生物为了避免在初级代谢过程某种中间产物积累所造成的不利作用而产生的一类有利于生存的代谢类型。可以认为是某些生物在一定条件下通过突变获得的一种适应生存的方式。
注：通过次级代谢合成的产物通常称为次级代谢产物，大多是分子结构比较复杂的化合物。根据其作用，可将其分为抗生素、激素、生物碱、毒素及维生素等类型。
3、初级代谢与次级代谢的关系：
（1）存在范围及产物类型不同：
①初级代谢系统、代谢途径和初级代谢产物在各类生物中基本相同。它是一类普遍存在于各类生物中的一种基本代谢类型。
②次级代谢只存在于某些生物（如植物和某些微生物）中，并且代谢途径和代谢产物因生物不同而不同，就是同种生物也会由于培养条件不同而产生不同的次级代谢产物。
③不同的微生物可产生不同的次级代谢产物；
④相同的微生物在不同条件下产生不同的初级代谢产物。
注：次级代谢产物虽然也是从少数几种初级代谢过程中产生的中间体或代谢产物衍生而来，但它的骨架碳原子的数量和排列上的微小变化，如氧、氮、氯、硫等元素的加入，或在产物氧化水平上的微小变化都可以导致产生各种各样的次级代谢产物，并且每种类型的次级代谢产物往往是一群化学结构非常相似的不同成分的混合物。例如，目前已知的新霉素有4种，杆菌肽、多粘菌素分别有有10多种，而放线菌素有20多种等。
（2）
对产生者自身的重要性不同：
①初级代谢产物，如单糖或单糖衍生物、核苷酸、脂肪酸等单体以及由它们组成的各种大分子聚合物，蛋白质、核酸、多糖、脂类等通常都是机体生存必不可少的物质，只要在这些物质的合成过程的某个环节上发生障碍，轻则引起生长停止、重则导致机体发生突变或死亡。
②次级代谢产物对于产生者本身来说，不是机体生存所必需的物质，即使在次级代谢的某个环节上发生障碍。不会导致机体生长的停止或死亡，至多只是影响机体合成某种次级代谢产物的能力。
③次级代谢产物一般对产生者自身的生命活动无明确功能，不是机体生长与繁殖所必需的物质，也有人把超出生理需求的过量初级代谢产物也看作是次级代谢产物。
④次级代谢产物通常都分泌到胞外，有些与机体的分化有一定的关系，并在同其它生物的生存竞争中起着重要的作用。许多次级代谢产物通常对人类和国民经济的发展有重大影响。
（3）同微生物生长过程的关系明显不同：
①初级代谢自始至终存在于一切生活的机体中，同机体的生长过程呈平行关系；
②次级代谢则是在机体生长的一定时期内（通常是微生物的对数生长期末期或稳定期）产生的，它与机体的生长不呈平行关系，一般可明显地表现为机体的生长期和次级代谢产物形成期二个不同的时期。
（4）对环境条件变化的敏感性或遗传稳定性上明显不同：
①初级代谢产物对环境条件的变化敏感性小（即遗传稳定性大）；
②次级代谢产物对环境条件变化很敏感，其产物的合成往往因环境条件变化而停止。
（5）相关酶的专一性不同：相对来说催化初级代谢产物合成的酶专一性强，催化次级代谢 产物合成的某些酶专一性不强，因此在某种次级代谢产物合成的培养基中加入不同的前体物时，往往可以导致机体合成不同类型的次级代谢产物， （6）某些机体内存在的二种既有联系又有区别的代谢类型：
①初级代谢是次级代谢的基础，它可以为次级代谢产物合成提供前体物和所需要的能量；
②初级代谢产物合成中的关键性中间体也是次级代谢产物合成中的重要中间体物质。
③次级代谢则是初级代谢在特定条件下的继续与发展，避免初级代谢过程中某种（或某些）中间体或产物过量积累对机体产生的毒害作用。
4、 次级代谢产物的种类：抗生素、色素、毒素、生物碱、维生素、信息、激素、生物药物素。
第六章 微生物的生长及其控制 第一节 测定生长繁殖的方法 1、生长：生物个体物质有规律地、不可逆增加，导致个体原生质总量（重量、体积、大小）增加的生物学过程。
2、繁殖：生物个体生长到一定阶段，通过特定方式产生新的生命个体，即引起生命个体数量增加的生物学过程。
注：①生长是一个逐步发生的量变过程， ②繁殖是一个产生新的生命个体的质变过程。
在高等生物里这两个过程可以明显分开，但在低等特别是在单细胞的生物里，由于细胞小，这两个过程是紧密联系又很难划分的过程。
3、微生物生长:在一定时间和条件下细胞数量的增加（微生物群体生长），在微生物学中提到的“生长”，一般均指群体生长，这一点与研究大生物时有所不同。
（1）个体生长 → 个体繁殖 → 群体生长 （2）群体生长 = 个体生长 + 个体繁殖 第一节 微生物生长的测定 微生物生长速度：单位时间里微生物数量或生物量（Biomass）的变化。
微生物生长的测定：个体计数；
群体重量测定；
群体生理指标测定。
注：它们是评价培养条件、营养物质等对微生物生长的影响；
评价不同的抗菌物质对微生物产生抑制(或杀死)作用的效果；
客观地反映微生物生长的规律。
（一）以数量变化对微生物生长情况进行测定：通常用来测定细菌、酵母菌等单细胞微生物的生长情况或样品中所含微生物个体的数量（细菌、孢子、酵母菌）
1. 培养平板计数法：
①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样品充分混匀；
②每支移液管及涂布棒只能接触一个稀释度的菌液；
③同一稀释度三个以上重复，取平均值；
每个平板上的菌落数目合适(30-300)，便于准确计数；
注：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。
2. 膜过滤培养法：当样品中菌数很低时，可以将一定体积的样品（湖水、海水或饮用水等）通过膜过滤器，然后将膜转到相应的培养基上进行培养，对形成的菌落进行统计。
3.液体稀释法：又称“最大可能数法”，主要适用于只能进行液体培养的微生物，或采用液体鉴别培养基进行直接鉴定并计数的微生物。
注：对未知样品进行十倍稀释，然后根据估算取三个连续的稀释度平行接种多支（一般为5支）试管，对这些平行试管的微生物生长情况进行统计，长菌的为阳性，未长菌的为阴性，然后根据数学统计计算出（查MPN表）样品中的微生物数目。
4. 显微镜直接计数法：采用细菌计数板或血球计数板，在显微镜下对微生物数量进行直接 计数（计算一定容积里样品中微生物的数量）。
缺点：①不能区分死菌与活菌；
②不适于对运动细菌的计数；
③需要相对高的细菌浓度；
④个体小的细菌在显微镜下难以观察；
（二）以生物量为指标测定微生物的生长：
1. 比浊法：在一定波长下，测定菌悬液的光密度，以光密度表示菌量。(optical density, 即O.D.)。
注意事项：实验测量时应控制在菌浓度与光密度成正比的线性范围内，否则不准确。
2. 重量法：以干重/湿重直接衡量微生物群体的生物量；
通过测定样品中蛋白质、核酸的含量间接推算微生物群体的生物量；
注：测定多细胞及丝状真菌生长情况的有效方法。
3. 生理指标法：微生物的生理指标，如呼吸强度、耗氧量、 酶活性、生物热，与群体的规模成正相关。样品中微生物数量多或生长旺盛，这些指标愈明显，因此可以借助特定的仪器如瓦勃氏呼吸仪、微量量热计等设备来测定相应的指标。
注：常用于对微生物的快速鉴定与检测。
第二节 微生物的生长规律 1、微生物的特点：个体微小（①肉眼看到或接触到的微生物是成千上万个单个的微生物组成的群体。②微生物接种是群体接种，接种后的生长是微生物群体生长。③在微生物学中提到的“生长”，均指群体生长。）
注：对细菌群体生长规律的了解是对其进行研究与利用的基础 一、生长曲线 1、生长曲线(Growth Curve)：少量纯种单细胞微生物接种到定量的液体培养基中培养，定时取样测定细胞数量，以培养时间为横坐标，以菌数的对数为纵坐标作图，得到的一条反映细菌在整个培养期间菌数变化规律的曲线——定量描述液体培养基中微生物群体的生长规律。
注1：该曲线一般称典型生长曲线：因为它只适合单细胞微生物如细菌和酵母菌，而丝状生长的真菌或放线菌而言，只能画出一条非典型的生长曲线。两者区别在于后者缺乏指数生长期。
注2：由于采用活菌计数比较麻烦，并要求严格进行操作，否则不易得到准确的结果，重复性也差，因此在实际工作中多采用分光光度计测定OD值的方法绘制细菌的生长曲线。
注3：一条典型的生长曲线至少可以分为迟缓期，对数期，稳定期和衰亡期等四个生长时期。
只适合于单细胞微生物，如细菌、酵母菌等。
（1）迟缓期(Lag phase)：将少量菌种接入新鲜培养基后，在开始一段时间内菌数不立即增加，或增加很少，生长速度接近于零。也称延迟期、适应期。
Ⅰ 迟缓期的特点：分裂迟缓、代谢活跃 ①细胞形态变大或增长，许多杆菌可长成丝状。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。
④生长速率常数为零 注：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。
Ⅱ 迟缓期出现的原因：调整代谢 ①微生物接种到一个新的环境，暂时缺乏分解和催化有关底物的酶，或是缺乏充足的中间代谢产物等。为产生诱导酶或合成中间代谢产物，就需要一段适应期。
②迟缓期的长短与菌种的遗传性、菌龄、接种量以及移种前后所处的环境条件等因素有关，短的只需要几分钟，长的需数小时。
Ⅲ 在生产实践中缩短迟缓期的常用手段：
①通过遗传学方法改变种的遗传特性使迟缓期缩短；
②利用对数生长期的细胞作为种子；
③尽量使接种前后所使用的培养基组成不要相差太大；
④适当扩大接种量。
（2）对数生长期(Log phase)：又称指数生长期(Exponential phase)，以最大的速率生长和分裂，细菌数量呈对数（几何级数）增加，细菌内各成分按比例有规律地增加，表现为平衡生长。
Ⅰ 对数期的特点：细菌个体形态、化学组成和生理特性等均较一致，酶系活跃、代谢旺盛、生长速率常数R最大、代时稳定且最短，所以是研究微生物基本代谢的良好材料。它也常在生产上用作种子，使微生物发酵的迟缓期缩短，提高经济效益。
注1：在细菌个体生长里，每个细菌分裂繁殖一代所需的时间为代时(Generation time)，在细菌群体生长里细菌数量增加一倍所需的时间称为倍增时间（Doubling time)。代时通常以G表示。其倒数为生长速度常数R（每小时分裂次数）
G = ( t - t0 ) R = 1/G = n/（ t - t0 ）
比生长率：μ = ( 1/X )·( dX/dt ) 注2：纳米细菌（nanobacteria），三天才分裂一次；
九十年代初期从地下数公里发现的超微型细菌，用代谢产生的CO2作指标，计算出这些超微菌的代谢速率仅为地上正常细菌的10-15，有人认为它们需要100年才能分裂一次。
Ⅱ 影响微生物增代时间（代时）的因素：
（1）菌种：不同的微生物及微生物的不同菌株代时不同；
（2）营养成分：在营养丰富的培养基中生长代时短；
（3）营养物浓度：在一定范围内，生长速率与营养物浓度呈正比；
（4）温度：在一定范围，生长速率与培养温度呈正相关。
注：凡是处于较低浓度范围内，可影响生长速率和菌体产量的营养物成分，就称为生长限制因子。
（3）稳定生长期(Stationary phase)：稳定生长期又称恒定期或最高生长期，此时培养液中菌体产量达到最高。
注：由于营养物质消耗，代谢产物积累和pH等环境变化，逐步不适宜于细菌生长，导致生长速率降低直至零(即细菌分裂增加的数量等于细菌死亡数)。
Ⅰ 稳定期的特点：①细胞重要的分化调节阶段；
②储存糖原等细胞质内含物；
③芽孢杆菌形成芽孢；
④建立自然感受态；
⑤发酵过程积累代谢产物；
⑥放线菌大量形成抗生素。
Ⅱ 延长稳定期：生产上常通过补充营养物质（补料）或取走代谢产物、调节pH、调节温度、对好氧菌增加通气、搅拌或振荡等措施延长稳定生长期，以获得更多的菌体物质或积累更多的代谢产物。 （4）衰亡期(Decline或Death phase)：营养物质耗尽和有毒代谢产物的大量积累，细菌死亡速率超过新生速率，整个群体呈现出负增长。
Ⅰ 衰亡期的特点：
①细菌代谢活性降低，细菌衰老并出现自溶，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。细胞呈现多种形态，有时产生畸形，细胞大小悬殊，有些革兰氏染色反应阳性菌变成阴性反应等。
②该时期死亡的细菌以对数方式增加，但在衰亡期的后期，由于部分细菌产生抗性也会使细菌死亡的速率降低，仍有部分活菌存在。
小知识：不同的微生物或同一种微生物对不同物质的利用能力是不同的。有的物质可直接被利用(例如葡萄糖或NH4+等)；
有的需要经过一定的适应期后才能获得利用能力（例如乳糖或NO3-等）。前者通常称为速效碳源（或氮源），后者称为迟效碳源（或氮源）。当培养基中同时含有这两类碳源（或氮源）时，微生物在生长过程中会形成二次生长现象。
二、同步培养 研究单个微生物细胞内的生物化学变化和细胞学变化所采用的方法：
①电子显微镜观察细胞的超薄切片；
②使用同步培养技术；
同步培养(Synchronous culture)：使群体中的所有个体细胞尽可能处于同样的细胞生长和分裂周期中。
同步生长：通过同步培养手段使群体细胞处于同一生长阶段，并同时进行分裂生长的状态。
注：通过同步培养方法获得的细胞被称为同步细胞或同步培养物 1、获得微生物同步生长的方法：
（1）机械筛选法：①离心方法：密度梯度离心法 ②过滤分离法：大小不同的微孔滤器硝酸纤维素滤膜法 （2）环境条件诱导法：①温度；
②培养基成份控制；
③其他（如光照和黑暗交替培养）
注1：同步培养物常被用来研究在单个细胞上难以研究的生理与遗传特性和作为工业发酵的种子，它是一种理想的材料。
注2：硝酸纤维素滤膜法是最经典的获得同步生长的方法：吸附与该膜相反电荷细胞 注3：由于细胞的个体差异，同步生长往往只能维持2-3个世代，随后又逐渐转变为随机生长。
三、连续培养：又称开放培养，是恒定体积的流动体系，在该体系中连续地注入新鲜培养基，同时连续不断地移去过剩的培养物。在微生物的整个培养期间，通过一定的方式使微生物能以恒定的生长速率生长并能持续生长下去的一种培养方法。
1、连续培养(Continous culture ）：培养过程中不断的补充营养物质和以同样的速率移出培养物是实现微生物连续培养的基本原则。
2、控制连续培养的方法：
（1）恒浊连续培养：不断调节流速而使细菌培养液浊度保持恒定；
注1：测定所培养微生物的光密度值→自动调节新鲜培养基流入和培养物流出培养室的流速→使培养物维持在某一恒定浊度。
①当培养室中的浊度超过预期数值时，流速加快，使浊度降低；
②当培养室中的浊度低于预期数值时，流速减慢，使浊度升高；
③恒浊培养器的工作精度是由光电控制系统的灵敏度来决定的；
④如果所用培养基中有过量的必需营养物，就可以使菌体维持最高的生长速率。
注2：一般用于菌体以及与菌体生长平行的代谢产物生产的发酵工业（连续发酵）
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；
连续发酵与单批发酵相比的缺点：杂菌污染、菌种退化、营养物利用效率低 （2）恒化连续培养：使培养液流速保持不变，并使微生物始终在低于其最高生长速率下进行生长繁殖。
注1：恒化连续培养中，必需将某种必需的营养物质控制在较低的浓度，以作为限制性因子，而其他营养物均过量→细菌的生长速率取决于限制性因子的浓度，并低于最高生长速率。
注2：限制性因子必须是机体生长所必需的营养物质，如氨基酸和氨等氮源，或是葡萄糖、麦芽糖等碳源或者是无机盐，因而可在一定浓度范围内能决定该机体生长速率。
通过控制流速可以得到生长速率不同但密度基本恒定的培养物 注：通过控制流速可以得到生长速率不同但密度基本恒定的培养物，多用于科研：
①遗传学：突变株分离；
②生理学：不同条件下的代谢变化；
③生态学：模拟自然营养条件建立实验模型；
四、微生物的高密度培养 1、定义：是指微生物在液体培养中细胞群体密度超过常规培养10倍以上时的生长状态或培养技术。
2、方法：①选择最佳的培养基成分和各成分的含量；
②补料；
③提高溶解氧的浓度；
④防止有害代谢物的生成 第三节 影响微生物生长的主要因素 影响因素：物理因素、化学因素、生物学因素、温度、PH值、氧气。
一、温度 1、最适生长温度(Optimum temperature)：微生物分裂代时最短或生长速度最高时的培养温度。
注1：最适生长温度并非一切生理过程的最适温度,并不等于生长得率最高时的最培养温度,也不等于发酵速率或累积代谢产物最高时的培养温度. 注2：对于同一微生物来说，其不同的生理生化过程有着不同的最适合温度。
（1）嗜冷微生物：最适生长温度(15℃或更低)较低的微生物。最高生长温度为20 ℃ ，最低生长温度为0 ℃或更低。如海藻：生活于极地冰川或冰内密集的物质。
（2）耐冷微生物：能在0 ℃生长但最适生长温度为20 ℃ -40 ℃的微生物。存在于日常生活环境。如细菌、真菌、藻类和原核生物的许多种属。
（3）嗜冷机制：原生质膜构造不同：含较高不饱和脂肪酸或含多个双键的碳氢化合物，使膜在低温下仍保持流动性，能进行主动运输。
（4）嗜热微生物：最适生长温度在45℃以上的微生物 （5）嗜高温微生物：最适生长温度在80 ℃以上的微生物 （6）温泉梯度微生物：用以检测各地不同温度下的热泉和其他热聚集地存在的微生物，可以确定每一种微生物生存的最高极限温度。
注3：①原核生物比真核生物生长的温度要高。
②所有原核生物中，最耐高温的是古细菌中某些属。
③非光氧微生物比光氧微生物的能在较高温度下生长。
（7）嗜热的分子机制：
①酶及蛋白质具耐热性：某个关键的氨基酸代替了一个或几个氨基酸，并使酶以不同的方式进行折叠，从而使此酶能耐受热变性作用。由于存在的盐桥数目增加及蛋白质高密度的疏水内部区域造成，能抵制在水环境中解折叠 ②细胞膜：富含饱和脂肪酸或不同长度的由碳氢组成的五碳重复单位化合物-植烷，植烷以醚键连接磷酸甘油上。
二、pH 1、其影响：①影响细胞膜透性与稳定性；
②影响物质溶解度；
③影响细胞表面电荷分布。
注：①各类微生物能够生长的pH值较宽；
②但细胞内部pH值却接近中性；
③微生物的活动也能改变环境中的pH值。
2、微生物生长pH的三基点：最高PH、最适PH、最低PH。
（1）最适pH：①不同种类的微生物有不同的最适pH；
②同一微生物在不同的生长阶段和不同的生理、生化过程中有不同的最适pH要求。
（2）根据微生物生长的适宜pH不同：
嗜酸性微生物、耐酸微生物、嗜碱性微生物、耐碱微生物。
注：①对微生物而言，尽管外环境pH变化大，但其内环境中的pH却相当稳定，一般都接近于中性。
②微生物在其生命活动过程中，会改变外环境的pH。
（3）调节PH的措施：“治标”和“治本”：
①治标：a、过酸时：加NaOH、NaCO3等碱液中和；
b、过碱时：加H2SO4 、HCl等酸液中和。
②治本：a、过酸时：加适当氮源：加尿素、NaNO3、NH4OH或蛋白质等；
提高通气量 b、过碱时：加适当碳源：加糖、乳酸、醋酸、柠檬酸或油脂等；
降低通气量 三、氧气 专性好氧菌（obligate or strict aerobes）：绝大多数真菌和多数细菌、放线菌 兼性厌氧菌（facultative anaerobes）：许多酵母菌和不少细菌 微好氧菌（microaerophilic bacteria）：如霍乱弧菌、弯曲菌属 耐氧菌（aerotolerant anaerobes）：如乳酸菌 专性厌氧菌（obligate or strict anaerobes）：如梭菌属、光合细菌、产甲烷菌、拟杆菌属和双歧杆菌等 超氧化物歧化酶(SOD)功能：使好氧菌免受超氧化物阴离子自由基的毒害 1、专性厌氧菌（obligate or strict anaerobes）：氧对其有毒：将环境中氧吸掉；
抽真空；
深层培养；
能量来源于发酵、无氧呼吸、环式光合磷酸化或甲烷发酵；
细胞内缺泛SOD、细胞色素氧化酶和过氧化氢酶。
第三节 有害微生物的控制 控制（有害）微生物的生长速率或消灭不需要的微生物，在实际应用中具有重要的意义。
灭菌(Sterilization)：杀死包括芽孢在内的所有微生物；
消毒(Disinfection)：杀死或灭活病原微生物（营养体细胞）；
防腐(Antisepsis)：防止或抑制霉腐微生物在食品等物质上的生长；
化疗(Chemotherapy)：杀死或抑制宿主体内的病原微生物；
抑制(Inhibition)：生长停止，但不死亡；
死亡(Death)：生长能力不可逆丧失；
1、理化因子对微生物作用的影响因素：
①理化因子的强度或浓度；
②同一浓度理化因子作用时间的长短；
③微生物的种类；
④微生物的生长阶段；
一、控制微生物的物理因素：温度、辐射作用、过滤、渗透压、干燥、超声波。
（一）温度：当温度超过微生物生长的最高温度或低于生长的最低温度都会对微生物产生杀灭作用或抑制作用。
注：高温使蛋白质、核酸等重要生物大分子发生变性、破坏，以及破坏细胞膜上的类脂成分，导致微生物死亡。在实践中用来灭菌 1、十倍致死时间(Decimal reduction time)：在一定的温度条件下，微生物活菌数减少至原来的1/10所需要的时间。
2、热致死时间(Thermal death time)：在一定的温度条件下杀死所有某一浓度微生物所需要的时间。
3、热致死温度(Thermal death time)：在一定时间内（一般为10min）杀死某微生物的水悬浮液群体所需的最低温度。
注1：温度愈高，微生物死亡时间愈短。
注2：影响微生物热致死时间的几个因素：微生物的种类、微生物的生理阶段、微生物的浓度、加热的方式。
高温灭菌方法：
（1）
干热灭菌法：①火焰灼烧法；
②烘箱内热空气灭菌法。
干热灭菌(Dry heat sterilization)：①细胞膜破坏；
蛋白质变性；
原生质干燥；
细胞成分发生氧化变质。②烘箱内热空气灭菌，160℃，2小时；
火焰灼烧 （2）湿热灭菌法（消毒法）：①常压下：a、巴氏消毒法（LTH法、HTST法）b、煮沸消毒法；
c、间歇消毒法。
②高压下：a、常规加压灭菌法；
b、连续加压灭菌法。
湿热灭菌(Moist heat sterilization)：一般是指用100℃以上的加压蒸汽进行灭菌。
湿热比干热灭菌效果更好——更易于传递热量；
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：
A、多数细菌和真菌的营养细胞：在60℃左右处理5-10分钟；
B、酵母菌和真菌的孢子：用80℃以上温度处理；
C、细菌的芽孢：121℃处理15分钟以上；
注：影响加压蒸汽灭菌效果的因素：灭菌物体的含菌量；
灭菌锅内空气的排除程度；
灭菌对象的pH值；
灭菌对象的体积；
加热与散热的速度。
（二）
辐射作用：辐射灭菌(Radiation Sterilization)是利用电磁辐射产生的电磁波 杀死大多数物体上微生物的一种有效方法。用于灭菌的电磁波有微波，紫外线(UV)、X-射线和γ-射线等 （三）
过滤作用：对空气和不耐热的液体培养基的灭菌，用棉花、玻璃纤维或石棉。
二、控制微生物的化学物质 1、抗微生物剂：能够杀死微生物或抑制微生物生长的化学物质。
（1）其分为：生物合成的天然产物、人工合成的化合物。
（2）抗微生物剂：①抑菌：抑菌剂(Bacteriostatic agent)；
②杀菌：杀菌剂(Bactericide)；
溶菌剂(Bacteriolysis)。
③非选择性（对所有细胞均有毒性）：消毒剂(Disinfectant)；
防腐剂(Antisepsis)。
④有选择性（对病原微生物毒性更强）：抗代谢药物；
抗生素；
中草药有效成分。
2、化学物质抗微生物能力的测定：
（1）液体培养法：最低抑制浓度实验 注1：石炭酸系数(Phenol coefficient, P.C.)：是指在一定时间内（一般为10min），被试药剂能杀死全部供试菌（伤寒沙门氏菌 Salmonella typhi)的最高稀释度与达到同效的石炭酸的最高稀释度之比。
（2）平板培养法：抑菌圈（zone of inhibition）试验 注2：对杀菌或抑菌作用无法区分 （一）防腐剂和消毒剂 1、特点：对一切活细胞都有毒性，不能用于人或动物体内的化学治疗。
2、消毒剂：可杀死微生物，通常用于非生物材料的灭菌或消毒。
3、防腐剂：能杀死微生物或抑制其生长，但对人及动物的体表组织无毒性或毒性低，可作为外用抗微生物药物。
注：广泛用于一些热敏感的或无法进行高温灭菌的物品或场所的灭菌：温度计；
带有透镜的仪器设备；
聚乙烯管或导管；
墙壁、楼板与仪器设备等表面；
自来水；
空气。
（二）抗代谢物(Antimetabolite)：有些化合物在结构上与生物体所必需的代谢物很相似，以至可以和特定的酶结合，从而阻碍了酶的功能，干扰了代谢的正常进行，这些物质称为抗代谢物。如：叶酸对抗物（磺胺）；
嘌呤对抗物（6-巯基嘌呤）；
苯丙氨酸对抗物（对氟苯丙氨酸）；
尿嘧啶对抗物（5-氟尿嘧啶）；
胸腺嘧啶对抗物（5-溴胸腺嘧啶）。
注1：磺胺药物是最早发现，也是最常见的化学疗剂，抗菌谱广，能治疗多种传染性疾病。
1、作用机理：磺胺是叶酸合成的前体物——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。
注2：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。
（三）抗生素 1、抗生素(Antibiotic)：是由某些生物合成或半合成的一类次级代谢产物或其人工衍生物，它们在很低浓度时就能抑制或影响它种生物（包括病原菌、病毒、癌细胞等）的生命活动。
2、 作用机制：抑制细菌细胞壁合成；
破坏细胞质膜；
作用于呼吸链以干扰氧化磷酸化；
抑制蛋白质和核酸合成。
注：由于不同微生物之间的细胞化学结构和代谢的差异，不同的抗生素的抗菌范围各异。
（1）
广谱抗生素(Board-spectrum antibiotics)：
特点：能同时抗G+、G-细菌、立克次氏体、衣原体等。如氯霉素、四环素、金霉素和土霉素等。
（2）窄谱抗生素(Board-spectrum antibiotics):如青霉素、红霉素（G+）、链霉素和新霉素（G-）等。
3、微生物抗药性的产生：
抗性菌株特点：微生物产生抗药性的原因 （1）细胞质膜透性改变：使抗生素不进入细胞或进入细胞后被细胞主动排出；
（2）药物作用靶改变；
（3）合成了修饰抗生素的酶；
（4）抗性菌株发生遗传变异，导致合成新的多聚体，以取代或部分取代原来的多聚体；
避免出现细菌的耐药性的措施：
（1）第一次使用的药物剂量要足；
（2）避免在一个时期或长期多次使用同种抗生素；
（3）不同的抗生素(或与其他药物)混合使用；
（4）对现有抗生素进行改造；
（5）筛选新的更有效的抗生素；
4、病毒的控制：
（1）化学抑制：利福平是细菌RNA聚合酶的抑制剂而对真核微生物和古细菌不起作用。但能抑制牛痘及其他痘病毒中RNA聚合酶的活性。叠氮胸苷能抑制反转录病毒如HIV。通过抑制DNA中间体的合成（即反转录）来抑制病毒的复制。
（2）干扰素：低分子量的蛋白质，能阻止病毒的复制。干扰现象是指被一种病毒感染后的细胞能防止其他病毒感染的现象。活病毒、病毒的核酸和经辐射失活的病毒均可诱发干扰素的产生。具有宿主特异性而非病毒特异性。有望成为抗病毒剂和抗癌剂。
5、真菌的控制：
（1）麦角甾烯醇的抑制剂：多烯是一类由链霉菌属产生的抗生素，与麦角甾烯醇结合破坏细胞膜，影响膜的通透性，导致细胞死亡。氮杂茂环和丙烯胺选择性的抑制麦角甾烯醇的生物合成，具有广谱的抗真菌作用。
（2）其他抗真菌剂：多氧菌素及其他一些药物可干扰几丁质的生物合成 第七章 微生物的遗传变异和育种 遗传 (inheritance) ：是发生在亲子之间即上下代间的关系，即指上一代生物如何将自身的一套遗传基因稳定地传递给下一代的行为或功能，它具有极其稳定的保守特性。
变异：指生物体在某种外因或内因的作用下所引起的遗传物质结构或数量的改变，亦即遗传型的改变。
注：遗传和变异是生命的最本质特性之一 （1）遗传型：又称基因型，指某一生物个体所含有的全部遗传因子即基因组所携带的遗传信息。是一种内在的可能性或潜力，其实质是遗传物质上所负载的特定遗传信息。
（2）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。
注：表型是由遗传型所决定，但也和环境有关。
（3）表型饰变：即外表的修饰性改变，是发生在转录、转译水平上的变化，不涉及遗传物质的结构改变。
特点：暂时性、不可遗传性、表现为全部个体的行为 （4）遗传型变异（基因变异、基因突变）：遗传物质改变，导致表型改变 特点：遗传性、群体中极少数个体的行为 微生物是遗传学研究中的明星：
（1）微生物细胞结构简单，营养体一般为单倍体，方便建立纯系。
（2）很多常见微生物都易于人工培养，快速、大量生长繁殖。
（3）对环境因素的作用敏感，易于获得各类突变株，操作性强。
第一节 遗传变异的物质基础 一、核酸为遗传的物质基础 生物分子：糖类、脂类、蛋白质、核酸 1、肺炎双球菌实验证明了：DNA是转化所必需的转化因子；
2、噬菌体感染实验证明了：遗传物质是核酸（RNA）而非蛋白质；
3、植物病毒的重建实验证明了：在RNA病毒中，遗传物质基础也是核酸，只不过是RNA罢了。
通过上述三个实验证明了：只有核酸才是负载遗传信息的真正物质基础 二、遗传物质在微生物细胞内存在的部位和方式 1、细胞水平：在细胞水平上，真核微生物和原核微生物的大部分DNA都集中在细胞核或核区中。分为原核微生物基因组、真核微生物基因组。
2、细胞核水平：真核生物的细胞核是有核膜包囊，形态固定的真核，核内的DNA与组蛋白结合在一起形成一种在光学显微镜下能见的核染色体；
（1）基因组(genome)：一个物种的单倍体内的所有染色体及其所包含的遗传信息的总称。
（2）真核微生物，多条染色体(例如啤酒酵母有16条染色体)有时为双倍体。
（3）原核微生物：多为单倍体(在一般情况下仅一条染色体)。
（4）质粒(plasmid)：细胞质内能自主复制的核外染色体 Ⅰ 原核生物的质粒：
①质粒：游离于原核生物染色体外，具有独立复制能力的小型共价闭合环状DNA分子，即cccDNA(circular,covalently closed DNA)。质粒具有超螺旋结构，分子量一般在106~108Da间，大小约为1%核基因组。携带有某些染色体上所没有的基因，赋予细胞某些特殊功能。
②严紧型复制控制：质粒的复制与核染色体复制同步。
③松弛型复制控制：质粒的复制与核染色体复制不同步。
④质粒消除(curing或elinination)：含质粒的细胞在正常培养基上遇化学、物理因素处理时，质粒的复制受到抑制而核染色体的复制继续进行，子代细胞中质粒消除。
⑤附加体(episome)：某些质粒具有与核染色体整合、脱离的功能，这类质粒称附加体。
3、染色体水平：
（1）染色体数：不同生物染色体数差别很大，包括人类在内的一批代表性真核生物和原核生物的染色体数及其基因组大小。
（2）染色体倍数：指同意细胞中相同染色体的套数。
（3）双倍体：一个细胞中含有两套功能相同的染色体。
（4）合子：由两个单倍体细胞通过结合形成的。
4、核酸水平：
（1）核酸种类：绝大数生物的遗传物质是DNA，只是部分病毒，包括多数植物病毒和少数噬菌体等的遗传物质才是RNA。
（2）核酸结构：绝大数微生物的DNA是双链的，只有少数病毒的DNA是单链。
（3）DNA长度：即基因组的大小，一般可用bp（碱基对）、kb（千碱基对）和Mb（兆碱基对）作单位。
5、基因水平：
（1）基因：是生物体内一切具有自主复制能力的最小遗传功能单位，其物质基础是一条以直线排列、具有特定核苷酸序列的核酸片段。
（2）结构基因：是决定某一多肽链结构的DNA模板，它是通过转录和翻译过程来执行多肽链合成任务的。
（3）操纵基因：是位于启动基因和结构基因之间的一段核苷酸序列，它与结果基因紧密哦连锁在一起，通过与阻遏物的结合与否，控制结构基因是否转录。
（4）启动基因：是一种依赖于DNA德RNA多聚酶所识别的核苷酸序列，它既是DNA多聚酶的结合部位，又是转录的起始位点。
（5）操纵子（operon）：由功能上密切相关且前后相连的结构基因及其共同的转录控制区（启动子P、操作基因○等）的核苷酸序列构成。
注：所以操纵基因和启动基因既不能转录出mRNA，也不能产生任何基因产物。
注：真核生物的基因与原核生物的基因有许多不同处，最明显的是它们一般无操纵子结构，存在着大量不编码序列和重复序列，转录与翻译在细胞中有空间分隔，以及基因被许多物编码功能的内含子阻隔，从而使编码序列变成不连续的外显子状态。
注：一般规范化的符号表示 ①基因名称，一般都用3个小写英文字母表示，且应排成斜体；
若同一基因有不同位点，可在基因符号后加一正体大写字母或数字。②基因表达产物——蛋白质的名称，一般用3个大写英文字母表示，并必须用正体；
③抗性基因，一般吧“抗”用大写R注在基因符号的右上角。
6、密码水平：
（1）遗传密码：是指DNA链上决定咯具体氨基酸的特定核苷酸排列顺序。遗传密码的信息单位是密码子，每一个密码子由3个核苷酸序列即1个三联体所组成。
7、核苷酸水平：
（1）每个碱基对的平均相对分子量约650；
（2）1×106的dsDNA约1.5kb或0.5μm；
（3）3nmol碱基的重量约等于1μg。
三、微生物的基因组结构 Ⅰ 原核微生物的基因组（大肠杆菌）
1、染色体为双链环状的DNA分子（单倍体）；
注1：链环状的染色体在细胞中以紧密缠绕成的较致密的不规则小体形式存在于细胞中，该小体称为拟核(nucliod)，其上结合有类组蛋白的蛋白质和少量RNA分子，使其压缩成一种手脚架形的致密结构。
2、基因数基本接近由它的基因组大小所估计的基因数；
3、一般不含内含子，遗传信息是连续的而不是中断的。
注2：原核微生物基因组DNA绝大部分用来编码蛋白质、RNA；
用作为复制起点、启动子、终止子和一些由调节蛋白识别和结合的位点等信号序列。
4、染色体为双链环状的DNA分子（单倍体）；
5、基因组上遗传信息具有连续性；
6、结构基因的单拷贝及rRNA基因的多拷贝；
7、基因组的重复序列少而短。
注3：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。
Ⅱ 真核微生物的基因组（啤酒酵母）
1）典型的真核染色体结构；
如啤酒酵母基因组大小为13.5×106bp，分布在16条染色体中。
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；
4）重复序列多；
四、质粒 质粒（plasmid）：是细胞中除染色体以外的遗传因子。
注：一种独立于染色体外，能进行自主复制的细胞质遗传因子，主要存在于各种微生物细胞中。
Ⅰ 质粒的分子结构：
通常以共价闭合环状(covalently closed circle，简称CCC)的超螺旋双链DNA分子存在于细胞中；
也发现有线型双链DNA质粒和RNA质粒；
细胞内的质粒分子可以有三种不同的构型；
质粒分子的大小范围从1kb左右到1000kb；
（细菌质粒多在10kb以内）
Ⅱ 质粒的主要类型：
1、根据质粒拷贝数进行分类 ①高拷贝数(high copy number)质粒（每个宿主细胞中可以有10-100个拷贝）———松弛型质粒(relaxed plasmid) ②低拷贝数(low copy number)质粒（每个宿主细胞中可以有1-4个拷贝）———严谨型质粒(stringent plasmid) 2、根据质粒宿主范围进行分类 ①窄宿主范围质粒(narrow host range plasmid)（只能在一种特定的宿主细胞中复制）
②广宿主范围质粒(broad host range plasmid)（可以在许多种细菌中复制）
Ⅲ 质粒的主要类型：
1、致育因子(Fertility factor，F因子)：又称F质粒，其大小约100kb，这是最早发现的一种与大肠杆菌的有性生殖现象（接合作用）有关的质粒。
注：F因子能以游离状态(F+)和以与染色体相结合的状态(Hfr)存在于细胞中，所以又称之为附加体(episome)。
2、抗性因子（Resistance factor，R因子）：包括抗药性和抗重金属二大类，简称R质粒。
注：抗性质粒在细菌间的传递是细菌产生抗药性的重要原因之一。
3、产细菌素的质粒（Bacteriocin production plasmid）：由细菌产生的、能够抑制或杀死其他近缘细菌或同种不同菌株的蛋白质类代谢产物。细菌素结构基因、涉及细菌素运输及发挥作用（processing）的蛋白质的基因、赋予宿主对该细菌素具有“免疫力”的相关产物的基因。
注1：一般都位于质粒或转座子上，因此，细菌素可以杀死同种但不携带该质粒的菌株。
注2：由G+细菌产生的细菌素或与细菌素类似的因子与colicins有所不同，但通常也是由质粒基因编码，有些甚至有商业价值，例如一种乳酸细菌产生的细菌素NisinA能强烈抑制某些G+细菌的生长，而被用于食品工业的保藏。
4、毒性质粒（virulence plasmid）：许多致病菌的致病性是由其所携带的质粒引起的，这些质粒具有编码毒素的基因，其产物对宿主（动物、植物）造成伤害。
（1）产毒素大肠杆菌是引起人类和动物腹泻的主要病原菌之一，其中许多菌株含有为一种或多种肠毒素编码的质粒；
（2）苏云金杆菌含有编码δ内毒素(伴孢晶体中)的质粒；
（3）根癌土壤杆菌所含Ti质粒是引起双子叶植物冠瘿瘤的致病因子。
5、代谢质粒（Metabolic plasmid）：质粒上携带有利于微生物生存的基因，使细胞能降解某些基质的酶，进行共生固氮，或产生抗生素（某些放线菌）等。
（1）降解质粒：将复杂的有机化合物降解成能被其作为碳源和能源利用的简单形式，在环境保护方面具有重要的意义。
（2）假单胞菌：具有降解一些有毒化合物，如芳香簇化合物(苯)、农药(2,4-dichlorophenoxyacetic acid)、辛烷和樟脑等的能力。
6、隐秘质粒（cryptic plasmid）：隐秘质粒不显示任何表型效应，它们的存在只有通过物理的方法，例如用凝胶电泳检测细胞抽提液等方法才能发现。
注：在应用上，很多隐秘质粒被加以改造作为基因工程的载体（一般加上抗性基因）
Ⅳ 有关质粒的功能：
1、质粒所含的基因对宿主细胞一般是非必需的；
2、在某些特殊条件下，质粒有时能赋予宿主细胞以特殊的机能，从而使宿主得到生长优势。
Ⅴ 质粒的不亲和性（Incompatibility）：不同种类的质粒在同一细胞中不能长期共存的特性。
不亲和群（Incompatibility group）：能在同一细胞中并存的质粒属于不同的不亲和群；
而在同一细胞中不能并存的质粒属于同一不亲和群；
注：质粒之间的不亲和性、以及质粒拷贝数的多少、能适应的宿主范围的宽窄等特性均与质粒的复制控制类型有关，欲了解详细内容请参阅相关专著。
第二节 基因突变与诱变育种 基因突变(Gene mutation)：简称突变，是变异的一种，泛指细胞内（或病毒颗粒内）遗传物质的分子结构或数量突然发生的可遗传的变化。
注1：一个基因内部遗传结构或DNA序列的任何改变，可自发或诱导产生。
①（点）突变：仅影响一对碱基 ②染色体畸变：影响一段染色体 注2：基因突变是重要的生物学现象，它是一切生物变化的根源，连同基因转移、基因重组一起提供了推动生物进化的遗传多变性。
一、突变类型：突变产生的原因、机制以及突变株的表型进行分类 1、自发突变：环境因素的影响，DNA复制过程的偶然错误等而导致。一般频率较低，通常为10-6-10-9 。
2、诱变：某些物理、化学因素对生物体的DNA进行直接作用，突变以较高的频率产生。
（1）点突变：①碱基置换（转换、巅换）；
②移码突变（缺失、添加）；
（2）染色体畸变：①缺失②添加（重复、插入）③易位④倒位 3、不同的碱基变化对遗传信息改变的作用是不同的 （1）同义突变：某个碱基的变化没有改变产物氨基酸序列的密码子变化——密码子的简并性；
（2）错义突变：碱基序列的改变引起产物氨基酸序列的改变；
（3）无义突变：某个碱基的改变，使代表某种氨基酸的密码子改变成蛋白质合成的终止密码子（UAA，UAG，UGA）。蛋白质的合成提前终止，产生截短的蛋白质；
（4）移码突变：DNA序列中发生核苷酸的缺失或插入，使翻译的阅读框发生改变，从而导致从改变以后的氨基酸序列的完全变化。
4、突变株的表型 （1）选择性突变株：
①营养缺陷型（auxotroph）：因发生基因突变而丧失合成一种或几种生长因子（包括氨基酸、维生素、碱基等），因而不能在基本培养基上正常生长繁殖的变异类型。
注：营养缺陷型是微生物遗传学研究中重要的选择标记和育种的重要手段。
表型判断的标准：在基本培养基上能否生长。
特点：在选择培养基（一般为基本培养基）上不生长。
营养缺陷型的表示方法：
基因型：所需营养物的前三个英文小写斜体字母表示：hisC（组氨酸缺陷型，其中的大写字母C同一表型中不同基因的突变）
表型：同上，但第一个字母大写，且不用斜体：HisC。
注：在具体使用时多用hisC-和hisC+，分别表示缺陷型和野生型。
②抗药性突变型（resistant mutant）：因发生基因突变而产生的对某化学药物或致死物理因子的抗性变异类型。
特点：正选择标记（突变株可直接从抗性平板上获得-----在加有相应抗生素的平板上，只有抗性突变能生长。所以很容易分离得到。）
表示方法：所抗药物的前三个小写斜体英文字母加上“r”或“s”表示，如strr 和 strs 分别表示对链霉素的抗性和敏感性 ③条件致死突变型（conditional lethal mutant）：因基因突变而使得在某种条件下可正常生长繁殖并呈现其固有的表型特征，而在另一条件下却无法生长繁殖的变异类型。
注：常用的条件致死突变是温度敏感突变，用ts（temperaturesensitive）表示，这类突变在高温下（如42℃）是致死的，但可以在低温（如25-30℃）下得到这种突变。
特点：负选择标记。这类突变型常被用来分离生长繁殖必需的突变基因。
④形态突变型（morphological mutant）：由于基因突变而造成个体或菌落形态改变的变异类型。
特点：非选择性突变，突变株和野生型菌株均可生长，但可从形态特征上进行区分。
举例：产蛋白酶缺陷突变株的筛选；
菌落颜色变化；
形成芽孢缺陷菌株；
细胞水平上的形态突变，突变株的检出更加困难。
⑤产量突变型（Metabolite quantitative mutant)：通过突变使得代谢产物在产量上明显发生变化的变异类型。
两种情况：正变株：产量显著高于原始株；
负变株：产量显著低于原始株 二、基因突变的特点：1）非对应性；
2）稀有性——通常自发突变率在10-6~10-9；
3）独立性；
4）遗传性；
5）可逆性；
6）自发性；
7）可诱变性。
三、突变机制：
Ⅰ 诱发突变(Induced mutation)：又称诱变，指通过人为的方法，利用物理、化学或生物因素显著提高基因突变频率的手段。
1、很多种化学物质，能以各种机制导致DNA的突变 a）利用各种诱变剂获得各类遗传突变，进行诱变育种；
b）对有害微生物进行控制；
c）危害人类自身的健康。
2、机理1：诱变剂引起碱基置换 （1）直接引起置换：可直接与核酸的碱基发生化学反应，在体内、体外均有作用。如亚硝酸，羟胺，各种烷化剂等 ——主要引起碱基转换 （2）间接引起置换：通过活细胞的代谢活动掺入到DNA中。如5-溴尿嘧啶（5-BU），5-氨基尿嘧啶等碱基类似物——引起碱基置换 3、机理2：诱变剂引起移码突变 一些结构与一个嘌呤-嘧啶对相似的平面型三环分子嵌入两个相邻的DNA碱基对之间。——链上增添或缺失一个碱基。如吖啶类染料：原黄素，吖啶黄，吖啶橙以及一些由烷化剂和吖啶类化合物相结合的化合物（“ICR”类化合物）
4、机理3：诱变剂引起染色体畸变，缺失、重复、插入、异位、倒位、染色体数量的变化。
特别提出两点：
(1) “生物化学统一性”法则：
(2) 诱变剂的共性原则：化学药剂对细菌的诱变率与其对动物的致癌性成正比 注：人和细菌在DNA的结构及特性方面是一致的，能使微生物发生突变的诱变剂必然也会作用于人的DNA使其发生突变，最后造成癌变或其他不良的后果。超过95%的致癌物质对微生物有诱变作用。90%以上的非致癌物质对微生物没有诱变作用 5、回复突变(reverse mutation或back mutation)：突变体失去的野生型性状，可以通过第二次突变得到恢复，这种第二次突变称为回复突变 Ⅱ 自发突变(Spontaneous mutation)：是指生物体在无人工干预下自然发生的低频率突变。
1、背景辐射和环境因素的诱变：各种短波辐射或高温诱变效应 2、微生物自身有害代谢产物的诱变效应：如过氧化氢等——内源性诱变剂 3、碱基的互变异构效应 4、环出效应 四、紫外线对DNA的损伤及其修复 1、DNA 损伤：微生物经过紫外线照射，局部DNA分子无法配对，造成微生物死亡或突变。
2、DNA损伤的修复：
（1）光复活作用(Photoreactivation, Photorestoration)：把经UV照射后的微生物立即暴露于可见光下时，就可以出现明显降低其死亡率的现象。
（2）切除修复：又称暗修复，是一种不依赖可见光，只通过酶切作用去除嘧啶二聚体，随后重新合成一段正常DNA链的核酸修复方式。
五、诱变育种：是指利用物理、化学等诱变剂处理均匀而分散的微生物细胞群，提高基因的随机突变频率并采用简便、快速、高效的筛选方法获得所需目的菌株的过程。
1、意义可获得供工业和实验室应用的各种菌株：
（1）生产角度——大幅度提高有用代谢产物的产量，提高产品质量、扩大品种和简化工艺等；
（2）选育方法——简便易行、条件和设备要求较低。
2、诱变育种的一般步骤：诱变→筛选→高产的实现 3、诱变育种的基本环节 4、诱变育种的原则：
①选择简便有效的诱变剂；
②选择优良的出发菌株；
③处理单孢子悬液；
④选择最适剂量；
⑤利用复合处理的协同效应；
⑥利用和创造与形态、生理、产量等相关的指标。
5、营养缺陷型的筛选 （1）与缺陷型筛选有关的三类培养基：
[-]基本培养基(MM)：野生型能长，最低营养成分的合成培养基 [+]完全培养基(CM)：天然培养基，各种营养缺陷型都能生长 [A]补充培养基(SM)：基本培养基+补充成分，相应的缺陷型能生长 ①基本培养基（Minimum medium, MM）：[-]，仅能满足某微生物的野生型菌株生长所需要的最低成分的组合培养基。
②完全培养基（Complete medium, CM）：[+]，凡能满足一切营养缺陷型菌株的营养需要的天然或半组合培养基。
③补充培养基（Supplemental medium, SM）：[A]或[B]，凡能满足相应的营养缺陷型突变株生长需要的组合或半组合培养基。
（2）与缺陷型突变有关的三类一种型：
①营养缺陷型（Auxotroph）：[A+B-或A-B+或A-B-]，野生型菌株经诱变剂处理后，由于发生了丧失某酶合成能力的突变，因而只能在加有该酶合成产物的培养基中才能生长的一类突变菌株。
②野生型（Wild type, Wild strain）：[A+B+]，指从自然界分离到的任何微生物在其发生认为营养缺陷突变前的原始菌株。
③原养型（Wild type, Wild strain）：[A+B+]，一般指营养缺陷型突变株经回复突变或重组后产生的、营养要求在表型上与野生型相同的菌株。
（3）营养缺陷型的筛选方法：
营养缺陷型的诱发→淘汰野生型菌株→营养缺陷型的检出→营养缺陷型的鉴定 6、营养缺陷型的应用：
（1）在生产实践中用于工业微生物育种：
①协助解除代谢反馈调控机制，从而达到大量积累代谢产物；
②作为生产菌种杂交、重组育种时的遗传标记；
（2）在基础理论研究中，常作为转化、转导、原生质体融合、质粒和转座因子等研究中的标记。
第三节 基因重组和杂交育种 基因重组（Gene recombination)：又称遗传重组（Genetic recombination)，简称重组。是指两个独立基因组内的遗传基因通过一定的途径转移到一起，形成新的稳定基因组的过程。是遗传物质(核酸)在分子水平上的杂交。
一、原核微生物的基因重组 方式：转化、转导、接合、原生质体融合。
(一) 转化 转化(Transformation)：受体菌直接吸收供体菌的DNA片段而获得后者部分遗传形状的现象。
转化子：通过转化作用形成的杂种后代，称为转化子 1、转化的必备条件 （1）转化因子：离体的DNA片段或游离的质粒 （2）感受态细胞：具有摄取外源DNA能力的细胞 （3）感受态：易于接受外源DNA片段并能实现转化的一种细胞生理状态。
2、转化的种类：
（1）自然转化（natural transformation）自然感受态：细胞感受态的出现是细胞在一定生长阶段的生理特性，受细菌自身的基因控制；
（2）人工转化（artificial transformation）人工感受态：是通过人为诱导的方法，使细胞具有摄取DNA的能力，或人为地将DNA导入细胞内。（该过程与细菌自身的遗传控制无关！）
3、自然转化 自然转化过程的特点：
a）对核酸酶敏感；
b）不需要活的DNA给体细胞；
c）转化是否成功及转化效率的高低主要取决于给体菌株和受体菌株之间的亲源关系；
d）通常情况下质粒的自然转化效率要低得多；
4、人工转化：在自然转化的基础上发展和建立的一项细菌基因重组手段，是基因工程的奠基石和基础技术。不是由细菌自身的基因所控制；
注：用多种不同的技术处理受体细胞，使其人为地处于一种可以摄取外源DNA的“人工感受态”。常用的人工转化手段：用CaCl2处理及电穿孔等。质粒的转化效率高。
5、一类特殊的转化现象：
转染(transfection)：噬菌体DNA被感受态细胞摄取并产生有活性的病毒颗粒的现象 说明两点：
①游离的（提纯的）噬菌体DNA以转化的（而非感染）途径进入细胞并表达后产生完整的病毒颗粒。
②现在把DNA转移至动物细胞的过程也称转染 （二）转导（transduction）
转导：细菌细胞间进行遗传交换的另一种方式，指通过缺陷噬菌体的媒介，将供体细胞的小片段DNA携带到受体细胞中，通过交换与整合，使后者获得前者部分遗传性状的现象。
转导子：由转导作用获得部分新性状的重组细胞 转导噬菌体：能将一个宿主（细菌）的部分染色体或质粒DNA带到另一个宿主（细菌）的噬菌体 1、普遍转导（generalized transduction）：通过少数完全缺陷噬菌体对供体菌基因组上任何小片段进行“误包”而将其遗传性状转移给受体菌的现象。
注：噬菌体的DNA包装酶酶也能识别染色体DNA上类似pac的位点并进行切割，以“headful”的包装机制包装进P22噬菌体外壳，形成只含宿主DNA的转导噬菌体颗粒（假噬菌体）。因为染色体上的pac与P22 DNA的pac序列不完全相同，利用效率较低，这种“错装”机率一般仅约10-6-10-8 （1）普遍转导的基本要求：形成转导颗粒的噬菌体可以是温和的也可以是烈性的，但必须具有能偶尔识别宿主DNA的包装机制并在宿主基因组完全降解以前进行包装。
（2）普遍转导的三种后果：
①转导DNA不能进行重组和复制，但其携带的基因可经过转录而得到表达。
②进入受体的外源DNA通过与细胞染色体重组交换而形成稳定的转导子。
③外源DNA被降解，转导失败。
注：DNA不能复制，因此群体中仅一个细胞含有DNA，而其它细胞只能得到其基因产物。
特点：在选择培养基平板上形成微小菌落 2、局限性转导：也称局限转导，指通过部分缺陷的温和噬菌体把供体菌的少数特定基因携带到受体菌中，并与后者的基因整合、重组形成转导子的现象。
过程：温和噬菌体感染→整合到细菌染色体的特定位点上→溶源菌因诱导而发生裂解时，在前噬菌体二侧的少数宿主基因因偶尔发生的不正常切割而连在噬菌体DNA上→部分缺陷的温和噬菌体→把供体菌的少数特定基因转移到受体菌中 特点：
①只局限于传递供体菌核染色体上的个别特定基因，一般为噬菌体整合位点两侧的基因；
②该特定基因由部分缺陷的温和噬菌体携带；
③缺陷噬菌体的产生要通过UV等因素对溶源菌的诱导并产生裂解后才产生；
④缺陷噬菌体的形成方式是由于它在脱离宿主核染色体过程中发生低频率的误切或由于双重溶源菌的裂解而形成；
注：缺陷噬菌体在宿主细胞内能够象正常的λDNA分子一样进行复制、包装，提供所需要的裂解功能，形成转导颗粒。但没有正常噬菌体的溶源性和增殖能力，感染受体细胞后，通过DNA整合进宿主染色体而形成稳定的转导子。
注：局限性转导与普遍性转导的主要区别：
a）被转导的基因共价地与噬菌体DNA连接，与噬菌体DNA一起 进行复制、包装以及被导入受体细胞中。而普遍性转导包装的可能全部是宿主菌的基因。
b）局限性转导颗粒携带特定的染色体片段并将固定的个别基因导入受体，故称为局限性转导。而普遍性转导携带的宿主基因具有随机性。
（三）
接合 (conjugation)：通过细胞与细胞的直接接触而产生的遗传信息的转移和重组过程。
1、接合机制：以大肠杆菌为例，接合作用由F因子介导，F因子的分子量通常为5×107，上面有编码细菌产生性菌毛（sex pili）及控制接合过程进行的20多个基因。
①含有F因子的细胞：“雄性”菌株(F+)，其细胞表面有性菌毛；
②不含F因子的细胞：“雌性”菌株(F-)，细胞表面没有性菌毛。
注：F因子为附加体质粒，既可脱离染色体在细胞内独立存在，也可插入（整合）到染色体上。
2、大肠杆菌的四种细胞形式 a）F-菌株， 不含F因子，没有性菌毛，但可以通过 接合作用接收F因子而变成雄性菌株（F+）；
b）F+菌株， F因子独立存在，细胞表面有性菌毛。
c）Hfr菌株，F因子插入到染色体DNA上，细胞表面有性菌毛。
d）F’菌株，Hfr菌株内的F因子因不正常切割而脱离染色体时，形成游离的但携带一小段染色体基因的F因子，特称为F ’因子。
细胞表面同样有性菌毛。
3、F+×F-杂交：F+菌株的F因子向F-细胞转移，但含F因子的宿主细胞的染色体DNA一般不被转移。
杂交的结果：给体细胞和受体细胞均成为F+细胞，理化因子的处理可将F因子消除而使F+菌株变成F-菌株。
4、Hfr ×F-杂交：Hfr菌株的F因子插入到染色体DNA上，因此只要发生接合转移过程，就可以把部分甚至全部细菌染色体传递给F-细胞并发生重组，由此而得名为高频重组菌株。
(四) 原生质体融合：通过人为的方法使遗传性状不同的两个细胞的原生质体进行融合，借以获得兼有双亲遗传性状的稳定重组子的过程。
特点：重组频率高，达到10-1；
应用范围宽，可种内、种间、科间及更远源的微生物及高等生物间。
Ⅰ 原核微生物的基因重组 特点：
①片段性：仅一小段DNA序列参与重组 ②单向性：从供体菌向受体菌（或从供体基因组向受体基因组）作单方向转移 ③转移机制独特而多样：转化、转导、接合、原生质体融合 Ⅱ 真核微生物的基因重组 1、 有性杂交：是指不同遗传型的两性细胞间发生的接合和随之进行的染色体重组，进而产生新遗传型后代的一种育种技术。
杂交：是指在细胞水平上的一种遗传重组方式。
2、准性生殖（Parasexual reproduction, Parasexuality）：是一种类似于有性生殖，但比有性生殖更为原始的两性生殖方式，是指一种在同种而不同菌株的体细胞间发生的融合，它不借减数分裂而导致低频率基因重组并产生重组子。
注：自然条件下，真核微生物体细胞间的一种自发性的原生质体融合现象。
过程：菌丝联结→形成异核体→核融合→体细胞交换和单倍体化 (五)基因定位和基因组测序 1、基因定位：通过遗传重组等手段确定不同的基因在染色体上的位置及相对距离，从而获得遗传图谱。
2、基因组测序：测定待测生物基因组的所有碱基排列顺序，并在此基础上对遗传信息进行研究和分析。
3、中断杂交（interrupted mating）技术：利用Hfr×F-的接合过程，在不同时间取样，并把样品猛烈搅拌以分散接合中的细菌，然后分析受体细菌基因型，以时间(分钟)为单位绘制遗传图谱，该图谱是细菌染色体上基因顺序的直接反映。
4、基因连锁：接合作用（中断杂交）作图只能判断相距较远的基因间的相对位置；
转导、转化则可用于对相隔很近的基因进行定位；
注：连锁的二基因间的距离与其共转化，或共转导的频率成反比，因此，可根据二个基因被共转化或共转导的频率判断它们在染色体上的相对距离。
第四节 菌种的衰退、复壮和保藏 影响微生物菌种稳定性的因素：变异、污染、死亡 一、菌种的衰退与复壮 菌种衰退的特点：大量群体中的自发突变 菌种的复壮：
1）
从衰退的菌种群体中把少数个体再找出来，重新获得具有原有典型性状的菌种。
a）
纯种分离；
b）
通过寄主体进行复壮；
2）有意识地利用微生物会发生自发突变的特性，在日常的菌种维护工作中不断筛选“正变”个体。
二、防止衰退的措施 1）减少传代次数；
2）创造良好的培养条件；
3）经常进行纯种分离，并对相应性状指标进行检查；
4）采用有效的菌种保藏方法；
三、菌种保藏 基本要求：在一定时间内使菌种不死、不变、不乱；
基本手段：干燥、低温、缺氧、避光、缺乏营养、添加保护剂。
注：由于微生物的多样性，不同的微生物往往对不同的保藏方法有不同的适应性，迄今为止尚没有一种方法能被证明对所有的微生物均适宜。因此，在具体选择保藏方法时必须对被保藏菌株的特性、保藏物的使用特点及现有条件等进行综合考虑。对于一些比较重要的微生物菌株，则要尽可能多的采用各种不同的手段进行保藏，以免因某种方法的失败而导致菌种的丧失。
