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第二章 微生物类群及形态结构
2.1 细菌 细菌是一类个体微小、结构简单的单细胞原核微生物。
细菌的形态 球状、杆状、螺旋状
细菌的细胞结构 细胞壁 主要功能①固定细胞外形，保护细胞免受外力的损伤；②为正常细胞生长分裂所必需；③协助鞭毛运动；④阻拦酶蛋白、某些抗生素，从而避免有害物质伤害细胞；⑤与细菌的抗原性、致病性（如内毒素）和对噬菌体的敏感性密切相关。
细胞壁 观察方法： ① 质壁分离＋染色 ② 电镜观察
不同种类细菌细胞壁结构和化学组成不同
总体来说，主要组成成分有：肽聚糖、磷壁酸、脂多糖、蛋白质
→革兰氏染色由丹麦医生Christian Gram于1884年创立。
结果: G + 阳性菌——紫色 G - 阴性菌——红色
细胞壁 肽聚糖为原核细胞（除古细菌）细胞壁特有成分，构成细胞壁的骨架
G + 原因 细胞壁厚 肽聚糖网层多，交联密 酒精脱色，失水网孔缩小；不含类脂，孔隙不变大
结晶紫与碘复合物留在细胞壁内
自然进化：支原体 原生质体（完全缺壁）：溶菌酶或青霉素处理
L型细菌：自发突变形成的遗传性稳定的细胞壁缺陷株
细胞膜 主要功能 半透膜 控制细胞内外物质（营养物质和代谢废物）的运送、交换； 维持细胞内正常渗透压的渗透屏障作用；合成细胞壁各种组分和荚膜物质等大分子的场所； 进行氧化磷酸化或光合磷酸化的产能基地，参与能量代谢；
提供鞭毛的着生点并提供鞭毛运动所需能量。
观察方法：质壁分离 ‚选择性染色 ƒ电镜技术 „溶菌酶处理
结构：流体镶嵌模式
细胞质：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。细胞质中含有丰富的酶系，是营养物质合成、转化、代谢的场所。常见有：核糖体、质粒、贮藏物、异染粒等
核区 指原核微生物特有的无核膜结构、无固定形态的原始细胞核。成分：一个大型环状DNA＋少量蛋白质。数目与菌生长速度有关，1～4个。
细胞的特殊构造 芽孢 某些细菌在生长发育后期，在内部形成一个圆形、厚壁、含水量极低、抗逆性极强的休眠体。
G＋：好氧的芽孢杆菌属、厌氧的梭菌属、 芽孢的结构
研究芽孢的意义 分类鉴定依据 芽孢有无、形态、大小、着生位置‚消毒灭菌的指标
ƒ芽孢萌发：活化、出芽、生长 某些细菌细胞壁外的一层粘液性胶状物质
荚膜、微荚膜、黏液层、菌胶团
功能1、保护细胞免于干燥；2、能御吞噬细胞的吞噬；3、主要表面抗原，毒力因子；4、保护菌体免受噬菌体和其他物质（溶菌酶和补体）的侵害；5、粘附因子；6、贮藏养料
细菌的繁殖方式 无性繁殖：裂殖
细菌的群体形态 固体培养时的群体形态： ① 菌落 ②单菌落③菌苔
液体培养时的群体形态：气泡和色素 平滑 粗糙 菌种鉴定的依据1、邻近菌落2、培养时间3、培养基成分4、培养温度
常用常见的细菌
醋酸菌 酿醋、Vc、葡萄糖酸生产 作用：氧化酒精生成醋酸 特征：G-；好氧；无芽孢；长杆状或短杆状，单生、成 对或成链排列；菌落隆起、平滑、灰白色，液体 培养成平滑菌膜，液体不太浑浊 选用：氧化酒精速度快、耐酸性强、不再分解醋酸制 品、风味良好的菌种 最适温度、pH：繁殖30oC，发酵27～33oC， pH3.5～6.5
常见菌种：奥尔兰醋酸杆菌，许氏醋酸杆菌、恶臭醋酸 杆菌、沪酿1.01#醋酸杆菌
乳酸菌与双歧杆菌 乳酸菌：常用干酪乳杆菌、保加利亚乳杆菌、嗜酸乳杆菌、乳酸乳杆菌、乳酸乳球菌、嗜热链球菌等
发酵乳制品：酸奶、奶酪、酸奶油、马奶酒，良好的风味、较高的营养价值、还具有一定的保健作用 。微生态平衡
双歧杆菌：常用两歧双歧杆菌，促进消化、提高免疫力，预防癌症与衰老
大肠埃希氏杆菌 特征：G-；菌落圆形或波形，表面光滑， 普通培养基上白色或黄色；无芽孢作用：肠道正常菌群；致病性大肠杆菌引起腹泻、尿路感染等 应用：科学研究中质基因载体；工业生产 工程菌
黄杆菌 特征：G-；短肥杆菌，单个或链状；菌落 为黄色、红色、褐色；无鞭毛，不运动；产色素；嗜冷；pH<4.4停止生长 作用：啤酒生产污染菌，轻微胡萝卜味
枯草芽孢杆菌 特征：G +；单生；产芽孢（椭圆或柱 状），中生；无荚膜；运动；菌落 粗糙，不透明，污白色或微黄色； 好氧； 应用：具有强烈核苷酸降解酶系，用作核苷生产或核苷酸酶提取；杆菌肽
简单节杆菌 特征：多数细胞G +；杆状，大小不一；不运动；菌落圆形，微隆起，奶油色，光滑；
应用：转化甾族化合物生产氢化可的松；以葡萄糖为原料发酵积累DNA
短小芽孢杆菌 特征： G +；链状排列；产芽孢；菌落两种应用：选育核苷酸生产菌的出发菌株；短 杆霉素
2.2 放线菌
放线菌是一类具有丝状分枝细胞和无性孢子的G+原核微生物,由于菌落呈放射状而得名。
放线菌是一类介于细菌和真菌之间的单细胞生物。一方面，放线菌的细胞构造和细胞壁的化学组成与细菌相似，与细菌同属原核生物；另一方面，放线菌菌体呈纤细的菌丝状，而且分枝，又以外生孢子的形式繁殖，这些特征又与霉菌相似。
放线菌分布：主要存在于含有机质丰富的中性或偏碱性的土壤中，在空气、淡水和海水等处也有一定的分布。
放线菌的生活类型：腐生（多数） 寄生（少数）
放线菌的应用 生产抗生素，>4000种 生产维生素和酶 进行甾体转化、烃类发酵和污水处理
放线菌的危害 引起人，动、植物病害，如人畜皮肤病，马铃薯疮痂病 使水和食品变味，或破坏棉毛织品和纸张等
放线菌的形态构造 大部分放线菌由分枝状的菌丝组成，菌丝大多无隔膜，属单细胞。菌丝的粗细与细菌中的杆菌宽度相近（1μm左右）。
菌丝 根据形态和功能不同可分为 基内菌丝 气生菌丝 孢子丝
基内菌丝 无隔，较细，约 0.2-0.8μm；通常会产生水溶性或脂溶性色素 功能：吸收营养，所以又称营养菌丝
气生菌丝 略粗，1-1.4μm，也有色素产生功能：分化产生孢子丝
孢子丝 形状有直、波曲、螺旋；着生方式有丛生、轮生 功能:繁殖 单轮生 螺旋状
孢子 形态：有圆、卵圆、柱状等。 表面：或光滑或粗糙；有的还带有毛刺
色素：因种而异 放线菌的菌丝（孢子丝）形态、色素、孢子形态等特征是放线菌菌种鉴定的依据
放线菌的细胞结构 原核，G +；细胞壁含胞壁酸、二氨基庚二酸，不含几丁质、纤维素
放线菌的繁殖 放线菌主要通过形成无性孢子的方式进行繁殖，也可借菌丝断片（液体培养时）进行繁殖。
无性孢子主要有以下三种：分生孢子、节孢子、孢子囊孢子
分生孢子 原生质凝聚，生成膜、壁 圆形或椭圆形
节孢子 膜、壁内陷，横膈 杆状或柱形 孢子囊孢子菌丝盘卷或膨大形成孢子囊，横膈分裂
放线菌的菌落特征
液体 静止培养：表面常形成一层膜或沉降于培养器底部，不会使液体变浑浊 振荡培养：较短菌丝体构成的近似球形的颗粒
固体 质地致密、干燥、多皱、小而不蔓延、不易挑起，不透明，表面有放射状沟纹；大量孢子生成后，表面粉末状或颗粒状；菌落的正反面不同色泽。
2.3 酵母菌
酵母菌、霉菌与细菌、放线菌不同，具有核膜、能进行有丝分裂、细胞质中存在线粒体等细胞器，属于真核微生物。
酵母菌，泛指能发酵糖类的各种单细胞真菌。一般认为酵母菌具有以下五个特点：1．个体一般以单细胞状态存在2．多数出芽繁殖，也有的裂殖3能发酵糖类产能4细胞壁常含有甘露聚糖5喜在含糖量较高、酸度较大的环境中生长
种类较多，与人类关系密切的有500多种，大多数腐生，少数寄生。分布广泛在水果、蔬菜、花蜜和植物叶子表面以及果园的土壤里油田、炼油厂附近土壤
酵母菌的应用 酵母菌是人类应用比较早的微生物。
在食品方面——酿酒、制作面包、生产调味品等。在医药方面——生产酵母片、核糖核酸、核黄素、细胞色素C、B族维生素、乳糖酶、脂肪酶、氨基酸等。在化工方面——使石油脱腊、以石油为原料生产柠檬酸等。在农业方面——生产饲料（例如SCP）。在生物工程方面——作为基因工程的受体菌。
酵母菌的危害 腐生性酵母菌，使食物、纺织品和其他原料腐败变质；少数耐高渗酵母菌（鲁氏酵母、蜂蜜酵母），使蜂蜜和果酱等败坏；发酵工业污染菌，影响发酵的产量和质量；引起人和植物的病害：白假丝酵母可引起皮肤、粘膜、呼吸道、消化道等多种疾病.
酵母菌的形态 单细胞真核微生物, 通常为圆形、卵圆形或椭圆形。也有特殊形态，如柠檬形、三角形、腊肠形，假菌丝等 。
酵母菌的大小 酵母菌比细菌粗约10倍，其直径一般为2～5μm，长度为5～30μm，最长可达100μm。
成熟细胞>幼龄细胞，液体培养>固体培养。
酵母菌的细胞结构细胞壁、细胞膜、细胞核、液泡、线粒体、内质网、微体、微丝、及内含物等。
细胞壁 厚度0.1～0.3μm，重量占细胞干重的18%～25%。成分：“酵母纤维素”——三明治结构（甘露聚糖 + 蛋白质 +葡聚糖）、少量脂类、几丁质。出芽痕含几丁质，含量因种而异。裂殖酵母一般0，酿酒酵母1～2%，有的假菌丝酵母>2%蜗牛消化酶可水解酵母菌细胞壁或子囊壁，用来制备原生质体或分离子囊孢子
细胞膜 磷脂双分子层构造，其间镶嵌着蛋白质和甾醇 主要功能：选择运输，细胞壁等大分子的生物合成和装配基地、部分酶的合成和作用场所
细胞器 内质网、核糖体、高尔基体、溶酶体、微体、线粒体、液泡等
内质网是分布在整个细胞中的由膜构成的管道和网状结构。和 核膜或细胞膜相连。根据表面结构分为：粗糙型内质网：附着有核糖体→合成与运送胞外分泌蛋白光滑型内质网：无附着核糖体→脂类代谢和钙代谢
核糖体 蛋白质的合成工厂 蛋白质 (40％) + RNA (60％) 构成
高尔基体 蛋白质的修饰加工，形成糖蛋白、脂蛋白，进 而定向运输，如分泌到胞外。
溶酶体由单层膜包裹、内含多种酸性水解酶的囊泡状细胞器。水解外来蛋白质、多糖、脂类DNA、RNA破裂导致细胞自溶。
微体 单层膜，含依赖黄素(FAD)的氧化酶和过氧化氢 酶，使细胞免受H2O2毒害
线粒体双层单位膜包围的细胞器；其中含脂、蛋白质、少量RNA和环状DNA。
生物氧化中心 化学能→ATP
细胞核 酵母具有由多孔核膜包裹着的细胞核。双层单位膜。结构：核膜、核基质、核仁 功能：遗传信息（DNA）的贮存、复制、转录
繁殖方式和生活史分无性繁殖和有性繁殖两大类，主要是无性繁殖。无性繁殖包括芽殖 、裂殖 、和产生无性孢子
有性繁殖：产生子囊孢子
假酵母：只有无性繁殖 真酵母：既有无性繁殖，又有有性繁殖
芽殖 过程：母细胞形成小突起 核裂 原生质分配 新膜形成 形成新细胞壁 →假菌丝
无性孢子掷孢子：掷孢酵母，着生于营养细胞生出的小梗厚垣孢子：白色假丝酵母
酵母菌培养的特征 固体培养：菌落大而厚，圆形，光滑湿润，粘性，颜色单调，不透明。常见白色、土黄色、红色
液体培养：菌膜或菌醭；沉淀；浑浊
2.4 霉菌
霉菌，为丝状真菌的统称。在营养基质上能形成绒毛状、网状或絮状菌丝体。
自然界分布广泛，潮湿偏酸环境，降解有机物（如纤维素、木质素等）
生产传统发酵产品（酱、酱油、豆腐乳、酿酒）生产有机酸（如柠檬酸、葡萄糖酸）、 酶制剂（如淀粉酶、蛋白酶和纤维素酶）、抗生素（如青霉素、头孢霉素）、维生素、生物碱、真菌多糖、植物生长刺激素（如赤霉素）、甾体激素类药物等
霉菌的危害 引起霉变：食品、生活用品、仪器、工业原料等 引起植物病害：马铃薯晚疫病、小麦的麦锈病、水稻的稻瘟病等 引起动物疾病：如各种藓症 产生毒素，引起食物中毒：黄曲霉毒素
霉菌的形态 由分枝或不分枝的菌丝构成。 许多分枝菌丝相互交织在一起构成菌丝体。
菌丝直径3～10μm，放线菌细胞x10
有无隔膜：无膈菌丝、有膈菌丝 分化：营养菌丝、气生菌丝
无膈菌丝为长管状单细胞，多核。生长表现为菌丝的延长、细胞核的增多。低等真菌所具有的菌丝类型 ，如毛霉属、根霉属。
有膈菌丝多细胞，单核或多核。隔膜有空。高等真菌所具有的菌丝类型 ，如曲霉属、青霉属。
霉菌的形态由分枝或不分枝的菌丝构成。 许多分枝菌丝相互交织在一起构成菌丝体。菌丝直径3～10μm，放线菌细胞x10
有无隔膜：无膈菌丝、有膈菌丝 分化：营养菌丝、气生菌丝
霉菌的细胞结构 细胞膜 液泡 内质网 细胞壁 线粒体 细胞核 核糖体
除少数低等水生霉菌细胞壁含纤维素外，大部分霉菌细胞壁主要由几丁质组成
霉菌的繁殖方式菌丝片段 无性孢子 有性孢子 孢囊孢子 分生孢子 厚垣孢子 节孢子 芽孢子 卵孢子 接合孢子 子囊孢子
霉菌的培养特征 固体：菌落大、疏松、干燥、不透明，有的呈绒毛状或絮状或网状等；蔓延生长，菌体与培养基连接紧密，不易挑取；菌落可呈现红、黄、绿、青绿、青灰、黑、白、灰等；菌落正反面，边缘与中心的颜色、结构常不一致。液体：静止，菌膜；振荡，菌丝球。
鉴定依据常用常见的霉菌
曲霉 特征：多细胞，菌丝有膈、多核；营养菌丝匍匐生长，无假根；产分生孢子，分生孢子头菊花状
曲霉的菌丝、孢子常呈现各种颜色，黑、棕、绿、黄、橙、褐等，菌种不同，颜色各异。
曲霉代表种：黑曲霉、
应用：①制酱、酿酒、制醋的主要菌种。②生产酶制剂（蛋白酶、淀粉酶、果胶酶）的菌种。③生产有机酸（如柠檬酸、葡萄糖酸 等）④农业上用作生产糖化饲料的菌种。
青霉特征：与曲霉类似多细胞，菌丝有膈；产分生孢子（多呈蓝绿色），分生孢子头扫帚状 代表种：产黄青霉、展青霉
应用：是生产抗生素的重要菌种，如产黄青霉和点青霉都能生产青霉素；生产有机酸，如葡萄糖酸、柠檬酸。
毛霉 特征：单细胞；菌丝发达、繁密，无隔多核，初期为白色、 后期灰白至黑色；菌落蔓延性强，多呈棉絮状；产孢囊孢子和结合孢子 代表：鲁氏毛霉、总状毛霉 应用：产生蛋白酶，制作腐乳、豆豉；生产淀粉酶等酶制剂；生产草酸、乳酸、琥珀酸和甘油
根霉 特征：与毛霉相似，菌丝无隔多核，单细胞；多呈絮状。主要区别在于根霉有假根和匍匐枝，与假根相对处向上生出孢囊梗。孢子囊梗与囊轴相连处有囊托，无囊领。
代表种：米根霉、黑根霉、华根霉
应用：① 根霉能产生一些酶类，如淀粉酶、果胶酶、脂肪酶等，是生产这些酶类的菌种。在酿酒工业上常用做糖化菌。
② 有些根霉还能产生乳酸、延胡索酸等有机酸。③ 有的也可用于甾体转化。
2.5 病毒
病毒是一类超显微的非细胞生物,仅含单一类型核酸，只能在活细胞内增殖，观察需借助电镜。个体极小，以nm计，能通过滤菌器,100nm；无细胞结构，蛋白质 + 核酸，仅含一种核酸，或RNA、或DNA；专性活体寄生，自身酶系不全，离开活体后无生命特征；此外，病毒对抗生素不敏感，对干扰素敏感；对自然条件（紫外线、温度、湿度）抵抗较差。禽流感、SARS病毒 65～70oC几分钟即可失活。
病毒的特点 病毒种类很多，根据病毒寄生的对象来分，有植物病毒、动物病毒和微生物病毒。
噬菌体：是病毒中的一种，一般把侵染细菌、放线菌的病毒叫噬菌体。
噬菌体的形态 T4 λ T3 φX174 f2 f1 噬菌体的结构与组成 衣壳 核酸包 刺突 核衣壳
基本成分：蛋白质 + 核酸（DNA或RNA）
根据噬菌体与宿主的关系： 烈性噬菌体：温和噬菌体（或溶源性噬菌体） 生活周期 吸附 侵入 增殖 成熟 裂解
溶源性循环 裂解性循环
噬菌斑 在含有敏感菌的固体培养基上，噬菌体使寄主菌体细胞裂解而行成不同大小和形状、透明无菌的空斑
噬菌体的分离检查 采样分离 定性及定量：液体培养检查
定量：计数方法－－ 双层琼脂法、单层琼脂法、载片快速法、
分离检查 双层琼脂法、单层琼脂法
小结微生物的分类
细菌：形态结构、裂殖、革兰氏染色 放线菌：形态结构、繁殖、无性孢子、分类鉴定依据 酵母菌：形态结构、繁殖方式、3类生活史 霉菌：形态结构、无性和有性繁殖 噬菌体：特征、形态结构、2种类型、复制、防治
第三章 微生物的营养
3.1 微生物的营养
1. 营养物质？具有营养功能的物质 提供结构物质 提供能量 提供代谢调节物质 维持良好的生理环境
2. 营养物质的需求 两方面分析：细胞及胞外成分化学构成 外源营养物的需求
2.1 细胞及胞外成分化学构成与菌龄、培养条件、环境及生理特性有关
存在方式：水 生命系统以水为基础 无机盐 有机物 蛋白质、核酸、糖、脂肪等
2.2 外源营养物的需求
一、碳源 能提供微生物营养所需碳元素的营养源 碳源物质的作用：构成细胞物质；提供能量（异养）
发酵工业常用碳源：葡萄糖、甘薯粉、玉米粉、麸皮、废糖蜜、米糠等
二、氮源能提供微生物营养所需氮元素的营养源
氮源物质的主要作用：是合成细胞物质中含氮物质，少数自养细菌能利用铵盐、亚硝酸盐作为机体生长的氮源与能源，某些厌氧细菌在厌氧与糖类物质缺乏的条件下，也可以利用氨基酸作为能源物质
实验室常用的氮源：碳酸铵、硝酸盐、硫酸铵、尿素、蛋白胨、牛肉膏、酵母膏等。
生产上常用的氮源：硝酸盐、铵盐、尿素、氨以及蛋白含量较高的鱼粉、蚕蛹粉、黄豆饼粉、花生饼份、玉米浆等。
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。如黄豆饼粉、花生饼粉
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。如硫酸铵、玉米浆
速效氮源，通常是有利于机体的生长，迟效氮源有利于代谢产物的形成。
三、能源 能为微生物的生命活动提供最初能量来源的营养物或辐射能
辐射能：光能自养和光能异养微生物的能源有机物：化能异养微生物的能源（同碳源）
无机物：化能自养微生物的能源（不同于碳源）
还原态的无机物质：化能自养微生物的能源，例如：NH4+、NO2-、S、H2S、H2、Fe2+ 等。
能利用这些物质作为能源的全部是细菌，如：硝酸细菌、亚硝酸菌、硫化细菌、硫细菌、铁细菌、硫细菌、氢细菌和铁细菌等。
多功能营养物 一种营养物常有一种以上营养要素的功能：双功能、三功能等。例如，光（单、能源）；NH4+（双，氮源、能源）；蛋白质（三，碳源、氮源、能源）
四、生长因子是一类对微生物正常代谢必不可少且不能用简单的碳源或氮源自行合成的微量有机物
主要包括维生素、氨基酸、嘌呤和嘧啶（碱基）及其衍生物，此外还有甾醇、 胺类、脂肪酸等等。
根据微生物与生长因子的关系：生长因子自养型 多数真菌、放线菌、细菌 生长因子异养型 乳酸菌、致病菌 生长因子过量合成型
天然培养基中来自富含生长因子的原料——酵母膏、玉米浆、麦芽汁、肝浸液、心脑浸液等合成培养基则来自复合维生素溶液
五、无机盐 无机盐主要可为微生物提供除碳、氮源以外的各种重要元素，包括大量元素和微量元素。
大量元素：P、S、K、Mg、Ca、Na、Fe等。所需浓度在10-3~10-4mol/L
微量元素：Cu、Zn、Mn、Mo、Co等。所需浓度在10-6~10-8mol/L
无机盐的生理功能
细胞内一般分子成分（P、S、Ca、Mg 、Fe等）
一般功能 渗透压的维持（Na+等）
生理调节物质 酶的激活剂（Mg2+等）
大量元素 pH的稳定
无 化能自养菌的能源（S、Fe2+、NH4+、NO2-等）
机 特殊功能
盐 无氧呼吸时的氢受体（NO3-、SO42-等）
酶的激活剂（Cu2+、Mn2+ 、Zn2+等）
微量元素
特殊分子结构成分（Co、Mo等）
在配制细菌培养基时，对于大量元素来说，可以加入有关化学试剂，其中首选的是K2HPO4及MgSO4，因为它们可提供四种需要量最大的元素。对其他需要量少些的元素来说，因为在一般化学试剂、天然水、玻璃器皿或是其他天然成分中都以杂质等状态存在，故在配制一般培养基时就不必另行加入。
六、水水分是生物细胞的主要化学成分，其重要的生理功能表现在下列几个方面：
1. 细胞的构成成分2. 一系列生理生化反应的反应介质3. 参与许多生理生化反应4. 有效地控制细胞内的温度变化
结合水与游离水 结合水：与溶质或其他分子结合，难以利用 游离水：可被微生物利用。
含量用水活度Aw表示 Aw=0.63~0.99 细菌生长Aw>真菌
3.2 微生物的营养类型
光能自养型微生物 以CO2作为唯一碳源或主要碳源，并利用光能，以无机物如硫化氢、硫代硫酸钠或其他无机硫化物作为供氢体将CO2还原成细胞物质，同时产生元素硫
光能自养型微生物包括蓝细菌（含叶绿素）、红硫细菌和绿硫细菌等少数微生物（含细菌叶绿素），由于含有光合色素，因而能使先能转变成化学能（ATP），供机体直接利用。
光能异养型微生物 以CO2为主要碳源或唯一碳源，以有机物（如异丙醇）作为供氢体，利用光能将CO2还原成细胞物质，红螺菌属中的一些细菌属于此种营养类型。
光能异养型细菌在生长时大多数采要外源的生长因子
化能自养型微生物 以CO2或碳酸盐作为唯一或主要碳源，以无机物氧化释放的化学能为能源,，利用电子供体如氢气、硫化氢、二价铁离子或亚硝酸盐等使CO2还原成细胞物质。 这类微生物主要有硫化细菌、硝化细菌、氢细菌与铁细菌。它们在自然界物质转换过程中起着重要的作用。
化能异养型微生物 多数微生物属于化能异养型，其生长所需要能量和碳源通常来自同一种有机物。
根据化能异养型微生物利用有机物的特性，又可以将其分为下列两种类型：腐生型微生物：利用无生命活性的有机物作为生长的碳源。寄生型微生物：寄生在生活的细胞内，从寄生体内获得生长所需要的营养物质。
存在于寄生与腐生之间的中间过渡类型微生物，称为兼性腐生型或兼性寄生型。
第三章 微生物的营养
3.3 培养基 培养基是人工配制的适合于不同微生物生长繁殖或积累代谢产物的营养基质。它是进行科学研究，发酵生产微生物制品等的基础 。
一、培养基的类型
按培养基的物理状态分类 液体、固体、半固体培养基
培养基的组成成分分类 天然、合成、综合培养基
天然培养基 以天然有机物配制而成 配制方便、营养丰富但化学成分复杂难以确定 常用天然培养基成分 牛肉膏、蛋白胨、酵母膏、麦芽汁、血清、鱼粉、玉米粉、麸皮等 合成培养基 配料成分均为已知的化学物质 成分精确、重复性好；但价格较高，配置繁琐用作定量要求较高的精细实验，如分类鉴定、生理生化、育种、遗传分析ü
综合培养基 部分天然材料＋已知化学药品 应用最多，如牛肉膏－蛋白胨培养基；马铃薯蔗糖培养基等
严格来说，凡含有未经处理的琼脂的任何合成培养基均为综合培养基。
按培养基的功能分类 鉴别、选择、加富、种子、发酵培养基
鉴别培养基依据代谢特点，培养基中加入指示用化学试剂，以鉴别不同微生物 如伊红美蓝乳糖培养基（EMB）：蛋白胨10g，乳糖5g，蔗糖5g，K2HPO4 2g，伊红Y 0.4g，美蓝0.065g，蒸馏水1L，pH7.2 抑制G＋，低酸度时，伊红＋美蓝－>沉淀
常应用于饮用水、牛乳等食品等细菌学检验
选择培养基 根据特殊营养要求、或对理化因子抗性设计 投其所好、取其所抗
功能：使混合菌样中劣势菌变成优势菌，用于菌种筛选 投其所好主要是一些特殊的碳源和氮源，如纤维素可被用来富集纤维素分解微生物，甘露醇用来富集自生固氮菌，石蜡油用来富集分解石油的微生物，以及用较浓的糖液来富集酵母菌
取其所抗用于抑制它种微生物的选择性抑制剂有染料（结晶紫等）、抗生素和脱氧胆酸钠等；有利于选择培养的理化因素有温度、氧气、pH或渗透压等。
种子培养基 氮源、维生素丰富，原料精细，pH稳定，保证菌种的正常生长与繁殖 发酵培养基 数量大，原料粗放，来源充足，价格低廉，且利于下游的分离提取。一般碳源丰富；如果产物含氮量高，则增加氮源。
二、培养基的配制及选用是微生物学研究与生产实践中最基本的
如何选用？如何设计？四大原则 营养协调 理化条件适宜
pH 水活度及渗透压 氧化还原电位 内源调节 K2HPO4 / KH2PO4；CaCO3外源调节 外加酸/碱 K2HPO4＋HCl→KH2PO4＋KCl KH2PO4＋KOH→K2HPO4＋H2O 水活度 Aw 0.63～0.99
经济节约以粗代精、以野代家、以废代好、以简代繁，以烃代粮，以纤代糖、以氮代朊、以国产代进口
三、培养基配制一般流程 计算 称量 溶解 高温灭菌 过滤除菌
3.4 营养物质的跨膜运输 四种运输方式 单纯扩散 促进扩散 主动运输 基团转位
第四章 微生物的代谢
新陈代谢，简称代谢 新陈代谢 ＝ 分解代谢 ＋ 合成代谢 一系列有序的、连续的由特定酶所催化的生物化学反应组成
复杂分子 简单分子 ＋ ATP ＋ [ H ]
微生物代谢 依据代谢产物在微生物中作用不同：初级代谢：能使营养物转化为结构物质、具生理活性物质或提供生长能量的一类代谢。产物有小分子前体物、单体、多聚体等生命必需物质。次级代谢：某些微生物中并在一定生长时期出现的一类代谢。产物有抗生素、酶抑制剂、毒素、甾体化合物等，与生命活动无关，不参与细胞结构，也不是酶活性必需，但对人类有用。
二者关系：先初后次，初级形成期也是生长期，只有大量生长，才能积累产物。
4.1 微生物的产能代谢
产能代谢:把环境中多种形式的最初能源转换为生物ATP的过程 是新陈代谢的核心问题 一切生命活动都是耗能反应
化能异养菌 光能营养菌 化能自养菌
4.1.1 化能异养微生物的生物氧化 一系列连续的氧化还原反应，逐步分解并释放能量
生物氧化的形式：加氧；脱氢；失去电子 生物氧化的功能 产能ATP、产还原力[H]、产小分子中间代谢物
生物氧化的过程：脱氢（或电子）、递氢（或电子）和受氢（或电子）
以葡萄糖的生物氧化为例
发酵 定义：广义－指在有O2或无O2条件下，任何大规模生产微生物产品的过程。狭义－指从糖或其他有机分子中释放能量并将部分能量通过底物水平磷酸化作用贮存在ATP的高能磷酸键中，不需要O2，不需要电子传递链，利用底物未完全氧化的某种中间产物作为最终电子受体的微生物代谢过程。
呼吸 定义；从有机物中释放能量并通过氧化磷酸化作用贮存在ATP内，底物脱氢后释放的电子经电子传递链，最终与外源氢受体（氧，氧化态无机物）结合的产能代谢过程。
发酵与呼吸的比较 发酵：无氧，底物未彻底氧化（有机物是氧化基质＋最终氢受体），积累有机物而产能少，不经电子传递链只能借底物水平磷酸化作用合成ATP 呼吸：有氧或存在氧化态无机物，底物完全氧化为CO2（O2或氧化态无机物为最终电子受体），产能多，经完整的呼吸链（电子传递链）递氢，通过氧化磷酸化作用合成ATP
4.1.2 自养微生物的生物氧化
氧化无机物（氨及亚硝酸，S及还原态硫化物，Fe2＋，H2）。四个生理类群产生ATP少，而合成代谢还原CO2需要大量还原力，所以自养微生物生长缓慢
4.1.3 能量转移与ATP的合成
底物水平磷酸化 含有高能键的化合物直接偶联ATP或GTP的合成的ATP产生方式。 化合物所含有的高能磷酸集团在酶的催化下直接转移给ADP或GDP 氧化磷酸化 生物氧化形成的NADH合FADH2可通过位于线粒体内膜或细菌质膜上的电子传递系统传递给氧或其他氧化型物质，传递过程中偶联ATP合成光合磷酸化 环式光合磷酸化、非环式光合磷酸化
4.2 微生物的合成代谢
营养元素 单体 单糖、脂肪酸、甘油、核苷酸、氨基酸等 多聚体 多肽、蛋白质、DNA、RNA、多糖、脂类
细胞结构与功能组分 糖类、脂肪酸、氨基酸、核苷酸的生物合成
4.2.1 糖类的合成4.2.2 脂肪酸的合成4.2.3 氨基酸的合成 4.2.4 核苷酸的合成
嘌呤 小分子 次黄嘌呤核苷酸àAMP，GMP 自由碱基、核苷组成（补救途径）
嘧啶 小分子à尿嘧啶核苷酸àTTP，CTP 自由碱基、核苷组成（补救途径）
4.3 微生物的代谢调节
代谢调节是为了应对环境变化
不能调节à死亡或淘汰
不能开启营养利用酶系à养料浪费
不能关闭酶系à浪费大量资源
不能改变酶组成、细胞结构等à环境淘汰
微生物可以采用很多种方法调节基因和酶等，但是有些共性的规律。我们可以发现这些规律存在于各种代谢途径中。
代谢调节的两个层次
基因水平
酶的合成量的调节
酶分子水平
酶分子的活性调节
酶合成调节较间接而且缓慢，但可阻止酶过量合成，节约原料与能量
酶活性调节快速，作用直接
两者同时存在，协调进行
4.3.1 酶合成的调节
通过调节酶的合成量进而调节代谢速率
（原核微生物，发生在转录水平）
酶 诱导
酶 阻遏
1. 酶合成调节的类型
诱导
组成酶 ＋ 诱导酶
固有酶类
适应外来底物（类似物）临时合成酶类
诱导物：能促进诱导酶产生的物质
底物、底物类似物、前体
乳糖
IPTG
β-半乳糖苷酶
诱导的种类
同时诱导
短的代谢途径：半乳糖苷透性酶、 β-半乳糖苷酶、半乳糖苷转乙酰酶
顺序诱导
复杂的代谢途径
1. 酶合成调节的类型
阻遏
末端产物阻遏
末端产物
代谢途径中各种酶的合成
STOP
直线式代谢途径
鸟氨酸 +
氨甲酰磷酸
瓜氨酸
精氨酸
琥珀酸
精氨酸

‚
ƒ
氨甲酰转移酶；‚精氨酸琥珀酸合成酶；ƒ精氨酸琥珀酸裂合酶
分支式代谢途径
末端产物专一阻遏分支途径的酶
多价阻遏：分支前的“公共酶”
如天冬氨酸族
虚线表示末端产物抑制（E）；某些酶还受末端产物阻遏（R）
1. 酶合成调节的类型
阻遏
分解代谢物阻遏
A
A1
A2
A3
B
B1
B2
E1
E2
葡萄糖效应
2. 酶合成调节的机制
操纵子学说
操纵子：指的是一组功能上相关的基因，启动基因 + 操纵基因 + 结构基因三部分组成。启动基因: RNA多聚酶的识别与结合部位，转录的起始点；操纵基因：能与阻遏物（一种调节蛋白）相结合，以此来决定结构基因的转录是否能进行；结构基因：决定某一多肽的DNA模板。一个操纵子的转录，就合成了一个mRNA分子。
操纵子
诱导型操纵子：只有当存在诱导物（一种效应物）时，其转录频率才最高，并随之转译出大量诱导酶，出现诱导现象，例如乳糖、半乳糖和阿拉伯糖分解代谢的操纵子等
阻遏型操纵子：只有当缺乏辅阻遏物（一种效应物）时，其转录频率才最高。由阻遏型操纵子所编码的酶的合成，只有通过去阻遏作用才能起动，例如精氨酸、组氨酸和色氨酸合成代谢的操纵子等
调节基因
用于编码组成型调节蛋白的基因。调节基因一般位于相应操纵子的附近。
效应物
是一类低分子量的信号物质（如糖类及其衍生物、氨基酸和核苷酸等），包括诱导物和辅阻遏物两种，它们可与调节蛋白相结合以使后者发生变构作用，并进一步提高或降低与操纵基因的结合能力。
调节蛋白
是一类变构蛋白。有两个特殊位点，其一可与操纵基因结合，另一位点则可与效应物相结合。当调节蛋白与效应物结合后，就发生变构作用。有的调节蛋白在其变构后可提高与操纵基因的结合能力，有的则会降低其结合能力。
阻遏物
阻遏物蛋白
阻遏物蛋白 + 辅阻遏物
ü
ü
û
乳糖操纵子
诱导
负调节（lac）
正调节（G）

lac阻遏物缺陷突变？
à组成型
消除
色氨酸操纵子
阻遏
负调节
突变？
除阻遏，工业
通过末端产物的反馈阻遏对酶合成的调节
诱导 活性，阻遏物
不表达

阻遏 无活性，阻遏物蛋白
调节蛋白
＋ 诱导物
Stop
Go
Go
表达
表达
＋ 辅阻遏物
Stop
不表达
负调节
加入调节蛋白（阻遏物，阻遏物蛋白＋辅阻遏物），酶量降低
强启动基因，通过阻止RNA多聚酶结合来调节
正调节
加入调节蛋白（激活蛋白/激活蛋白＋效应物），酶量升高
弱启动基因，通过辅助RNA多聚酶结合来调节
4.3.2 酶活性的调节
酶活性的激活
后面的反应可被较前面的中间产物促进，如粪链球菌的乳酸脱氢酶活性可被果糖-1，6-二磷酸所促进
酶活性的抑制
某代谢途径的末端产物（即终产物）过量时，这个产物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，从而避免了末端产物的过多累积
1. 反馈抑制的类型
直线式代谢途径中的反馈抑制
分支代谢途径中的反馈抑制
同功酶调节
催化相同生化反应，但酶蛋白分子结构有差异的一类酶
同功酶调节的示意图
虚线表示末端产物抑制（E）；某些酶还受末端产物阻遏（R）
分支代谢途径中的反馈抑制
协同反馈抑制
分支代谢途径中的反馈抑制
合作反馈抑制
分支代谢途径中的反馈抑制
累积反馈抑制
分支代谢途径中的反馈抑制
顺序反馈抑制
2. 反馈抑制的机制
变构酶

第五章 微生物的生长及纯培养
大型真核生物生长
质量、高度的增加
微生物类似
诸多反应à产能、合成代谢
à细胞自身物质的增加
à各种亚单位的组装（DNA、核糖体、细胞壁等等
à质量、体积é
微生物的生长
个体、群体
个体生长 个体繁殖 群体生长
群体生长 个体生长 + 个体繁殖

由于微生物的个体极小、生命周期短，实际中更有意义的生长指群体生长，也就是细胞数目的增加。
=
本章要点
微生物生长的测定：
平板菌落计数法、液体稀释法

生长曲线：
延迟期、对数生长期、稳定期、衰亡期

无菌技术

微生物的分离方法：
纯培养
平皿划线分离法、稀释分离法、涂布平板法
好氧 & 厌氧培养，分批 & 连续培养
5.1 微生物生长的测定
生长测定的重要性
什么微生物？
纯培养à鉴定（前面章节）
微生物的数量？
定量à种种方法（本节）
微生物不同、方法也不同
三类微生物的主要的繁殖方式
裂殖
芽殖
菌丝延长
相应的生长测定方法
单细胞（裂殖、芽殖）
直接法（测定细胞数目）、间接法（测定细胞质量或细胞组分）
菌丝延长
测定菌丝生长的长度或菌丝的质量
微生物个体微小，给生长测定带来一定困难。实践经验发展出一系列的方法来进行测定群体生长——
5.1.1 直接计数法
显微计数法
比浊法
平板菌落计数法
液体稀释法
电子计数器法
菌丝长度测定法
1）显微计数法
血球计数板——