微生物学考试重点归纳.doc

实用标准文案
绪论
1.微生物：微生物是一切肉眼看不见或看不清的微小生物的总称。
个体微小，单细胞或个体结构简单的多细胞甚至无细胞结构的低等生物的总称。通常要用光学显微镜和电子显微镜才能看清楚的生物，统称为微生物。微生物包括细菌、病毒、霉菌、酵母菌等。（但有些微生物是肉眼可以看见的，像属于真菌的蘑菇、灵芝等。）
分类：原核类：细菌（真菌类、古生菌）、放线菌、蓝细菌、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、阮病毒、拟病毒）
2.微生物的五大共性
一、体积小，面积大 二、吸收多，转化快， 三、生长旺，繁殖快
四、适应强，易变异， 五、分布广，种类多，
3．微生物的发展史
巴斯德——微生物学奠基人（免疫学-预防接种，巴斯消毒法，雁颈瓶实验）
科赫——细菌学奠基人（科赫法则，证实了疾病的病原学说）

第一章 原核生物的形态、构造和功能
细菌定义：狭义的细菌是指一类细胞细而短，结构简单，细胞壁坚韧，多以二等分裂方式繁殖和水生性较强的原核微生物。 广义的细菌则是指所有原核生物。
1. a细菌形态：球菌、杆菌（最常见）、螺旋菌
b细菌细胞的构造
细菌细胞的基本结构包括： 细胞壁、细胞膜、细胞质、核区、间体、核糖体、气泡、质粒和储藏物。
特殊结构包括：鞭毛、菌毛、性菌毛、糖被（包括荚膜和粘液层）、芽孢和伴孢晶体等。
细胞壁概念：位于细胞最外的一层厚实、坚韧的外被，主要由肽聚糖构成。 具有固定细胞外形和保护细胞不受损伤等多种生理功能。
功能：1固定细胞外形和提高机械强度，使其免受渗透压等外力的损伤
2为细胞生长、分裂、鞭毛运动所需；
3阻止大分子有害物质（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的敏感性
缺壁细胞
四类缺壁细胞
a．L型细菌：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陷菌株。L型细菌在固体平板上生长形成煎鸡蛋状小菌落
b. 原生质体：用人为方法，在细菌生长培养基中加入抑制细胞壁合成的物质，如青霉素、丝裂霉素C，或用溶菌酶分解掉细菌的细胞壁而形成的仅有一层细胞膜包裹的圆球状渗透敏感细胞，一般由革兰氏阳性细菌形成
c. 球状体：用溶菌酶、青霉素等处理革兰氏阴性细菌形成的去壁不完全的近球状体。
d. 支原体：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。因它的细胞膜中含有一般原核生物所没有的甾醇，所以即使缺乏细胞壁，其细胞膜仍有较高的机械强度。
鞭毛：生长在某些细菌表面的长丝状、波曲的蛋白质附属物，其数目为一至数十条，具有运动功能。
组成：基体、钩形鞘、鞭毛丝
靠鞭毛丝旋转而动，其动力来自质子动力，由细胞膜内外质子浓度差和电势差决定。

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、后壁、含水量低、抗逆性强的休眠构造，称为芽孢。（1）多层膜结构，通透性很差。（2）组分：水分少（5%），DPA（吡啶二羧酸），富含疏水性角蛋白。（3）抗性强：热、酶解、辐射、药物。（4）休眠体，新陈代谢几乎停止，一个芽
孢产生一个个体。

芽孢具有高度耐热性，较新的调节皮层膨胀学说认为：芽孢的耐热性在于芽孢衣对多价阳离子和水分的渗透性很差以及皮层的离子强度很高，这就使皮层产生了极高的渗透压去夺取芽孢核心中的水分。其结果造成皮层的充分膨胀和核心的高度失水，正是这种失水的核心才赋予了芽孢极强的耐热性。另一种学说则认为，芽孢皮层中含有营养细胞所没有的DPA-Ca，它能稳定芽孢中的生物大分子，从而增强了芽孢的耐热性。
伴孢晶体
少数芽孢杆菌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性蛋白质晶体，称为伴孢晶体，对鳞翅目、鞘翅目昆虫有毒杀作用（少数芽孢杆菌产生的糖蛋白昆虫毒素）

细胞壁的化学组成与结构
Ø 细胞壁的基本骨架——肽聚糖
Ø 革兰氏阳性菌的细胞壁
Ø 革兰氏阴性菌的细胞壁
Ø 革兰氏染色的基本步骤和机理
Ø 缺壁细菌
1.细胞壁的基本骨架——肽聚糖(peptidoglycan)
概念:肽聚糖是由 N-乙酰胞壁酸(NAM)和N-乙酰葡糖胺(NAG)以及少数氨基酸短肽链组成的亚单位聚合而成的大分子复合体
是真细菌细胞壁中的特有成分。
.G+与G-菌细胞壁中肽聚糖的异同
G+细菌的肽聚糖交联度高，肽聚糖厚，如枯草杆菌达40层；

G-细菌的交联度低，肽聚糖薄，如大肠杆菌只有1-2层
G+与G-菌肽聚糖亚单位的异同
四肽上的第三个氨基酸不同，G+菌为L-赖氨酸，G-菌为内消旋-二氨基庚二酸
肽间桥不同，G+菌为甘氨酸五肽，G-菌无肽间桥，为肽键相连
2. 革兰氏阳性菌的细胞壁
由肽聚糖和磷壁酸组成
3.革兰氏阴性菌细菌细胞壁
由二层组成，内壁厚2~3nm，化学组成为肽聚糖、蛋白质、脂多糖、类脂
磷壁酸为G+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,有壁磷壁酸和膜磷壁酸两种。
4.革兰氏染色的基本步骤和机理
革兰氏染色（Gram stain）
1984年，丹麦医生Gram采用革兰氏染色法细菌细胞壁区分为两种类型：革兰氏阴性（G+）和革兰氏阳性（G-）
革兰氏染色步骤:
1）结晶紫初染；2）碘液媒染； 3）酒精脱色； 4）番红复染
革兰式染色机制
通过结晶紫液初染和碘液媒染后，在细菌的细胞壁以内可以形成不溶于水的结晶紫与碘的复合物。G+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（或丙酮）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。反之，G-细胞因其细胞壁薄、外膜层类脂含量高、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，这时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（实为紫加红色了）。
G+和G-细胞壁的对比
G﹢菌：细胞壁厚，肽聚糖网状分子形成一种透性屏障，当乙醇脱色时，肽聚糖脱水而孔障缩小，故保留结晶紫-碘复合物在细胞膜上。呈紫色。
Gˉ菌：肽聚糖层薄，交联松散，乙醇脱色不能使其结构收缩，其脂含量高,乙醇将脂溶解，缝隙加大，结晶紫-碘复合物溶出细胞壁，番红复染后呈红色。
古生菌(Archaea)的细胞壁
古生菌是一类在分子水平上与原核和真核细胞均有所不同的特殊生物类群，它和真核生物的关系比与真细菌的关系更为密切，是近年来新命名的一类特殊细菌；如产甲烷菌及大多数的嗜极菌。
细胞内含物（贮藏物）
(1)聚β-羟丁酸颗粒(PHB) ：是一种存在于许多细菌细胞质内属于脂质的碳源类贮存物
性质:可用尼罗蓝或苏丹黑染色， 功能:贮存能量，碳源，可降低渗透压。
（2）异染粒：为无机偏磷酸聚合物，分子呈线状。一般在含磷丰富的环境中形成。具有贮存磷元素和能量，以及降低细胞渗透压等功能。
鉴定意义：遇甲基胺蓝变紫红色， 如白喉杆菌、鼠疫杆菌、结核分支杆菌。
细菌的繁殖和培养
繁殖1 .裂殖（无性繁殖）： 二分裂法、 三分裂法、复分裂法
2.芽殖：在母细胞表面(尤其在其一端)先形成一个小突起，待长大到与母细胞相仿后再相互分离并独立生活的一种繁殖方式
培养1.固体培养基 2.半固体培养基 3.液体培养基
菌落：将单个微生物细胞或一小堆同种细胞接种在固体培养基的表面，当它占有一定的发展空间并处于适宜的培养条件下，细胞会迅速生长繁殖并形成细菌堆。
菌苔微生物密集生长所形成的。其作用是可用来保存菌种。
菌落的特征包括大小、形状、颜色、边缘、质地、透明度、光泽、表面、湿润度等。
放线菌
菌丝具有G+菌细胞壁丝状细胞，没有间隔，为多核体。可分为基内菌丝和气生菌丝。
1. 基内菌丝
培养基内匍匐生长的菌丝，无隔。 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
2. 气生菌丝
由营养菌丝长出培养基外，伸向空间的菌丝。略粗于基丝0.5-1.2μm，也有色素产生。
功能：气生菌丝生长到一定阶段可分化出繁殖结构，即孢子丝
蓝细菌
营养特点:
蓝细菌含有三种光合色素：叶绿素a、类胡萝卜素，进行产氧的光合作用，利用光能同化CO2生长，因此在自然界分布广泛; 有些蓝细菌产生毒素；有些蓝细菌能与真菌、茎藓、蕨类形成共生体：如蓝细菌和真菌共生形成地衣。
运动特点： 没有鞭毛，借助粘液在固体基质表面上滑行。
繁殖方式：没有有性生殖，单细胞蓝细菌靠细胞分裂繁殖；丝状靠菌丝片断繁殖。
特化细胞 异形胞：位于细胞链的中间或末端，大、色浅、壁厚，是固氮场所。

第二章 真核微生物的形态和构造
真核生物： 凡是细胞核具有核膜、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的生物的总称。
酵母菌
酵母菌——是一群能发酵糖类的各种单细胞的真核微生物 (真菌) 。
繁殖方式：无性繁殖（为主） 有性繁殖
有性(产子囊孢子)：如Saccharomyces(酵母属)、 Zygosaccharomyces(接合酵母属)等有

酵母菌的繁殖方式
无性
芽殖：各属酵母中都存在
裂殖：在Schizosaccharomyces(裂殖酵母属)中存在

产无性孢子
节孢子：Geotricum(地霉属)产生
掷孢子Sporobolomyces(掷孢酵母属)中存在
厚垣孢子：Candida albicans产生

1.芽殖——出芽生殖:形成的子细胞也称芽孢子。
• 可有多边芽殖、两端出芽、三边出芽等。
• 环境适宜时，可出现芽簇、假菌丝。
• 为酵母菌的主要繁殖方式，
芽殖过程：
母细胞形成小突起（A—D） 核裂（E—G） 原生质分配（H—I） 新膜形成（J—K 形成新细胞壁（L）
2.裂殖：
借细胞横分裂法繁殖，与细菌类似，如裂殖酵母。
在快速生长期，细胞可以分裂而不分开形成细胞链——假菌丝。
酵母菌的生活史
上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，称为该生物的生活史或生命周期。
各种酵母的生活史可分为三种类型：
1. 单倍体型
2. 双倍体型
3. 单双倍体型
单双倍体型(以啤酒酵母为代表)
特点：单倍体营养细胞和双倍体营养细胞均可进行芽殖。营养体既可以单倍体形式也可以双倍体形式存在；在特定条件下进行有性生殖。
单倍体和双倍体两个阶段同等重要,形成世代交替
1、子囊孢子发芽
2、单倍体营养细胞出芽繁殖
3、接合形成二倍体
4、二倍体营养细胞出芽繁殖
5、减数分裂 (以醋酸盐为唯一或主要碳源，同时缺乏氮源条件下)，形成子囊、子囊孢子
6、子囊经过自然 (酶法，蜗牛消化酶) 或人工破壁 (机械法，硅藻＋石蜡油研磨破壁) 后，释放子囊孢子
单倍体型
以八孢裂殖酵母为代表
特点:营养细胞是单倍体；无性繁殖以裂殖方式进行；双倍体细胞不能独立生活，因为双倍体阶段短，一经生成立即减数分裂。
l 1、单倍体营养细胞裂殖方式进行无性繁殖
l 2、不同营养细胞接触后形成接合管，发生质配后即行核配，两个细胞连成一体
l 3、二倍体的核分裂3次，第一次减数分裂
l 4、形成 8 个单倍体的子囊孢子
l 5、子囊破裂，释放子囊孢子
双倍体型(以路德类酵母为代表)
特点：营养体为双倍体，不断进行芽殖，双倍体营养阶段长，单倍体的子囊孢子在子囊内发生接合。单倍体阶段仅以子囊孢子形式存在，故不能独立生活。
1、两个不同性别的单倍体子囊孢子在孢子囊内成对接合，并发生质配和核配；
2、接合后的二倍体细胞萌发，穿破子囊壁；
3、二倍体的营养细胞可独立生活，通过芽殖进行无性繁殖；
4、二倍体的核发生减数分裂，营养细胞成为子囊，其中形成4个单倍体子囊孢子
孢囊孢子 某些低等真菌的菌丝生长到一定时候，菌丝顶端膨大成孢子囊，囊内的原生质分割成许多小块，每小块至少包有一个细胞核，并产生细胞壁，当孢子囊壁破裂后从中释放出大量的孢囊孢子
丝状真菌-霉菌
霉菌（mold）即会引起物品霉变的真菌，通常指那些菌丝体比较发达而又不产生大型子实体的真菌。
营养菌丝体的特化形态
吸器：某些寄生性真菌的菌丝伸入到寄主细胞中形成结状、圈状或丛枝状的结构，用以吸收寄主营养
假根:是根霉属（Rhizopus）真菌的匍匐枝与基质接触处分化形成的根状菌丝。功能：固定和吸收营养
气生菌丝体的特化形态
子实体：由真菌的营养菌丝和生殖菌丝相互缠结而成的一定形状的产孢结构，如蘑菇的子实体为伞状
真菌的无性繁殖：
分裂繁殖：某些酵母菌如裂殖酵母（Schizosaccharomyces)以分裂方式繁殖
出芽繁殖：是酵母菌进行繁殖的主要方式
菌丝片断繁殖：丝状真菌的任何一小端菌丝都可以发育成一个群体
无性孢子繁殖：是霉菌进行繁殖的主要方式，有如下几种：
霉菌的无性繁殖：
菌丝片断繁殖：丝状真菌的任何一小端菌丝都可以发育成一个群体
无性孢子繁殖：是霉菌进行繁殖的主要方式，有如下几种：
(1)厚垣孢子 (Chlamydospores )：某些丝状真菌生长发育到一定时候，当遇到不良环境条件时，细胞中的原生质聚集成圆形，细胞壁加厚形成厚壁休眠体
（2）节孢子: 某些丝状真菌生长发育到一定时候，由菌丝的横隔膜处断裂而成的短柱状、筒状或两端稍钝圆的细胞
（3）分生孢子：某些真菌的菌丝分化产生分生孢子梗或分生孢子器，由分生孢子梗或分生孢子器分化产生一个或一串或一簇的外生分生孢子
（4）孢囊孢子： 某些低等真菌的菌丝生长到一定时候，菌丝顶端膨大成孢子囊，囊内的原生质分割成许多小块，每小块至少包有一个细胞核，并产生细胞壁，当孢子囊壁破裂后从中释放出大量的孢囊孢子
（5）游动孢子：游动孢子产生在由菌丝膨大而成的游动孢子囊内，孢子常为圆形、洋梨形或肾形，具一根或两根鞭毛能游动；鞭毛的结构为9＋2型
真菌的有性繁殖
真菌有性繁殖通过产生有性孢子来进行，有性孢子通过两个亲本的性细胞的结合而形成。一般经过质配、核配和减数分裂三个阶段
质配：两个配偶细胞的原生质和核融于一个细胞内，但两个核不结合，每个核的染色体数单倍
核配：两个核结合成一个细胞核，核染色体数量是双倍体
减数分裂：经过一定发展阶段，双倍体核的细胞通过减数分裂，染色体数恢复到单倍
酵母菌的有性孢子是子囊孢子
有性繁殖产生卵孢子、接合孢子、子囊孢子和担孢子
（1）卵孢子 ：在某些低等真菌中，真菌的菌丝生长发育到一定阶段分化产生大小不同的藏卵器和雄器。雄器和藏卵器配合后，产生卵孢子
(2）接合孢子：是接合菌亚门的某些真菌生长发育到一定时候由菌丝分化出的不同性别的配子囊经接合后产生的有性孢子；接合孢子的产生有同宗配合和异宗配合
（3）子囊孢子： 子囊菌亚门真菌菌丝生长发育到一定阶段后，由同一菌丝或相邻的两菌丝上分化的大小和形状不同的性细胞，性细胞受精形成造囊丝，造囊丝减数分裂产生子囊，内含子囊孢子
（4）担孢子: 担孢子着生在担子上，是担子菌亚门的真菌形成的有性孢子
酵母菌的菌落特征:酵母菌菌落特征和细菌相似，表面湿润，粘稠，比细菌菌落大而厚，多呈乳白色，蜡质状，但比细菌菌落厚，一般有酒味。有的菌种培养时间长时表面皱缩。
霉菌的菌落：霉菌的菌落较大，质地疏松，外观干燥，多为蛛网状、绒毛状、棉絮状或毡状，不易挑取，菌落的正面和反面以及边缘与中央的颜色、构造常不一致，由于孢子的颜色使菌落呈各种颜色
四大类微生物菌落和细胞形态特征的比较

第 三 章 病毒和亚病毒分子
病毒(virus)：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。
病毒粒子(viron)：指宿主细胞外，形态成熟的、结构完整的和有感染性的病毒个体。又称病毒颗粒(virus particle)或病毒体、病毒粒。
烈性噬菌体：指能够裂解宿主细胞的噬菌体.
温和噬菌体：噬菌体感染细胞后，将其核酸整合（附着）到细菌染色体上，导致溶源性发生的噬菌体。
烈性噬菌体的生活周期
1. 吸附 2. 侵入 3. 复制 4. 装配 5. 裂解(释放)
病毒效价：指单位体积(ml)病毒悬液的感染单位数目(IU／ml)或称毒力 ；
噬菌体效价（pfu) ：又称噬菌斑形成单位数指单位体积试样中所含有的具侵染性的噬菌体粒子数。
一步生长曲线：以培养时间为横坐标,以噬菌斑数为纵坐标,绘制成的曲线。经过一步生长实验后,得到的有潜伏期、裂解期的特征性曲线。
潜伏期
A、曲线平行于横轴，未裂解液中的噬菌体数无变化。 B、样品中无游离的P。 C、此期为病毒复制所需的最短时间。为病毒复制的特征性数据。 噬菌体以分钟计；动植物病毒以小时、天计。
裂解期
A、曲线直线上升。 B、子代噬菌体不断释放到培养基中。
稳定期
A、曲线呈一个平顶。 B、感染细胞复制的子代噬 菌体全部释放，噬菌斑数稳定，一次感染结束。
温和phage的溶源反应——整合感染：
1. 温和噬菌体：能导致溶源性反应噬菌体e。
1）特点：a、均为dsDNA。
b、不同噬菌体与宿主DNA的结合位点不同。
2）状态：a、游离态，胞外游离的病毒粒子。
b、整合态，前噬菌体（prophage)： 即整合 在宿主DNA上的或附着在宿主细胞内的噬菌体DNA。
c、营养态，可产生噬菌体DNA 和蛋白质。
2.溶源性
概念：1)温和噬菌体的侵入并不引起宿主细胞裂解的现象;
2)在大多数情况下，溶源性细菌内温和噬菌体基因组整合于宿主细菌染色体中;
3)随之复制传至后代的特性
3、溶源性细菌
1）概念：染色体上整合有原噬菌体的细菌叫溶源性细菌, 可进行正常生长繁殖,而不被裂解。
2）特点：
a.可稳定遗传
b.可诱导裂解:用化学、物理诱导;
c. 可自发裂解:10-2～10-5
d.具有“免疫性”:
e.可复愈:自然遗失前噬菌体;
f.溶源转变：产生新的生理特征.
亚病毒：凡在核酸和蛋白质两种成分中，只含其中一种的分子病原体。
朊病毒：是一类能侵染动物的并在宿主细胞内复制的小分子无免疫性的疏水蛋白质,亦称蛋白质感染因子
可引起中枢神经系统退化性紊乱疾病，如:克雅氏综合症(Creatzfeldt-Jokob disease);库鲁病(Kura disease); 羊瘙痒病(Scrapie);致死性家族失眠症;疯牛病等.
第 四 章 微生物的营养和培养基
营养物质及其功能
碳素养料 (碳源)；一切能满足微生物生长繁殖所需碳元素的营养源。
氮素养料 (氮源)；凡能提供微生物生长繁殖所需氮元素的营养源。
能源;能为微生物生命活动提供最初能量来源的营养物或辐射能。
生长因子；是一类对调节微生物正常代谢所必需，但不能用简单的碳、氮源自行合成的微量有机物。
矿质元素养料 (无机盐)；主要为微生物提供除碳、氮源以外的各种重要元素。
水分
碳源的作用：1.碳素化合物是构成机体中有机物分子的骨架。
2.碳素化合物是大多数微生物的能源。
3.构成微生物代谢产物的分子骨架。
氮源的作用：1）合成细胞中含氮物，如蛋白质、核酸等；2）少数可作为能源物质。
生长因子功能：①构成某些酶的辅基 ②核酸组分
无机盐功能：1、构成细胞结构组分；2、作为酶组分或活化剂；
3、参与能量传递或提供能源；4、维持结构稳定性； 5、调节渗透压。
水分功能：1）溶剂与运输介质的作用2）参与一系列化学反应
3）维持大分子天然构象4) 传热快，比热高，热容量大等物理性质，有利于调节细胞温度和保持环境温度稳定5) 维持自身正常形态6) 通过水合作用和脱水作用,控制由多亚基组成的结构
微生物的营养类型
营养类型
电子供体
碳源
能 源
例 样
光能无机自养型
H2, H2S, S,
H2O
CO2
光能
着色细菌，蓝细菌，藻类
光能有机异养型
有机物
有机物
光能
红螺细菌
化能无机自养型
H2, H2S, Fe2+ , NH3
或NO2-
CO2
化学能(无机物氧化)
氢细菌，硫杆菌，硝化细菌，大多数产甲烷菌
化能有机异养型
有机物
有机物
化学能(有机物氧化)
大多数微生物,
原生动物

微生物吸收营养物质的方式
l 简单扩散（Simple diffusion)
l 促进扩散（Facilitated diffusion）
l 主动运送（Active transport）
l 基团移位（Group translocation)
简 单 扩 散
l 物质扩散的动力: 膜内外的浓度差
l 特点：⑴不消耗能量,不需载体⑵不发生化学变化
⑶非特异性。仅依膜上小孔的大小和形状对被扩散的物质分子的大小和形状具有选择性
l 被运输的物质是小分子量和脂溶性物，水，气体、甘油和某些离子
促 进 扩 散
借助膜上的载体蛋白，
具有高度的立体专一性。
载体蛋白能促进物质运输， 但不能进行逆浓度梯度运输。
l 常见于真核微生物，如厌养生活的酵母菌中。
l 特点：⑴需要特异性的载体蛋白
⑵不消耗能量
⑶可加快运输速度，但不能逆浓度运输
⑷参与运输的物质的本身的分子结构不发生变化
主 动 运 送
l 有特异性的载体蛋白参与
l 需要消耗能量
l 逆浓度梯度运输
l 微生物的主要物质运输方式
基团转位
l 一种主动运输类型
l 需复杂的运输酶系参与
l 底物在运输过程发生化学变化
l 主要存在于厌养和兼性厌养细菌中
l 主要用于糖及脂肪酸、核苷、碱基等物质的运输，如葡萄糖

一、设计培养基的原则：
1.选择适宜的营养物质2.营养物质浓度及配比合适（C/N）3.控制pH条件
4.控制氧化还原电位（redox potential）5.原料来源的选择6.灭菌处理
不同的微生物所需培养基不同
细菌——牛肉膏蛋白胨培养基 放线菌——高氏一号培养基
酵母菌——麦芽汁培养基 霉菌——查氏培养基
培养基的类型及应用：
（一） 按营养物质来源不同：天然培养基 合成培养基 半合成培养基
天然培养基：用化学成分还不清或化学组分不恒定的天然有机物配制成的培养基。
如：麸皮培养基、肉浸汁、牛奶等。
特点：
1）成分复杂，但营养全面丰富，适用微生物的生长；
2）来源广泛，价格低廉，所以常用。
合成培养基：由化学成分完全了解的物制而成的培养基，所含成分的性质和数量已知。
如：高氏一号、查氏培养基
特点：成分精确，重复性强，微生物生长发育一致，但价格贵，适用于科研、菌种选育等
半合成培养基: 在合成培养基中加入某种天然成分配制 如：土豆蔗糖培养基、葡萄糖肉汁培养基等。
按用途分:
1.选择性培养基：是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。如：
l 根据碳、氮源的特殊要求不同；
纤维素培养基——分离产纤维素酶的菌。
l 根据对某种化学物质敏感性不同：在培养基中加入某种抑菌剂，可杀死某些微生物，对所需微生物无影响，使之得以增殖。
加抗生素——分离真菌；加1%酚——分离放线菌
l 应用：提高所需微生物的分离效率。
2. 鉴别培养基(Differential medium) :指含有某种代谢产物指示剂的培养基，可使不同微生物经培养后出现显著差别。如：伊红美兰培养基；糖发酵培养基；明胶液化等。用于快速鉴别微生物。
第五章 微生物的新陈代谢

新陈代谢：是推动生物一切生命活动的动力源和各种生命物质的“加工厂”，是活细胞中一切有序化学反应的总和。通常分成分解代谢和合成代谢。
合成代谢(同化作用)：在合成酶系催化作用下，由简单小分子、ATP形式的能量和[H]形式的还原力一起合成复杂生物大分子的过程。
分解代谢(异化作用):复杂的有机物分子通过分解代谢酶系的催化，产生简单小分子、ATP形式的能量和还原力的过程。
一 化能异养微生物的生物氧化
生物氧化：发生在活细胞内的一系列产能性氧化反应。
© 氧化的形式包括：得氧、脱氢和失去电子。
© 过程包括脱氢(电子)、递氢(电子)和受氢(电子)3个阶段。
© 功能：产ATP，[H]，小分子中间代谢产物。
© 类型：有氧呼吸、无氧呼吸和发酵。
（一）底物脱氢的4条途径
1） EMP途径（占大多数,又称糖酵解途径）
葡萄糖经10步反应后生成2分子丙酮酸、2分子NADH+H+，2分子ATP。（即相当于8个ATP）
总式：葡萄糖+2NAD+2Pi+2ADP→2丙酮酸+2NADH+2H++2ATP+2H2O
EMP 途 径 的 意 义
①供应ATP形式的能量和NADH2形式的还原力
②为生物合成代谢提供多种中间代谢产物
③是连接三羧酸循环（TCA）、HMP途径和ED途径的桥梁
④通过逆向反应可进行多糖合成
EMP途径与人类的关系：乙醇、乳酸、甘油、丙酮和丁醇的发酵
2） HMP途径（戊糖磷酸途径）
葡萄糖通过该途径被彻底氧化，产生ADPH+H+及多种中间代谢产物。
总反应式：6葡萄糖-6-磷酸+12NADP++6H2O →5葡萄糖-6-磷酸+12NADPH+12H+6CO2+Pi
HMP途径的意义
1.供应合成原料
ü 戊糖磷酸：核酸、NADP、FAD、 CoA等
ü 赤藓糖-4-磷酸：芳香族氨基酸
2.产还原力：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。核酮糖-5-磷酸
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（在果糖-1,6-二磷酸，甘油醛-3-磷酸处），可为生物提供更多的戊糖。
3） ED途径
是存在于某些缺乏EMP途径的微生物中的一种替代途径，葡萄糖经4步反应后，生成丙酮酸、ATP、NADPH2、NADH2。
反应式：葡萄糖+NAD++NADP+Pi+ADP →2丙酮酸+NADH+H+ +NADPH+H++ATP
特点：特征性反应:
§ 特征性酶：KDPG酶
§ 终产物2分子丙酮酸的来历不同
§ 产能效率底：1mol ATP/1mol Glucose
4） TCA循环
丙酮酸经10步反应彻底氧化、脱羧后，生成ATP,GTP,NADH2和CO2
循环的结果是乙酰CoA被彻底氧化成CO2和H2O，每氧化1分子的乙酰CoA可产生12分子的ATP，草酰乙酸参与反应而本身并不消耗。
丙酮酸在进入三羧酸循环之先要脱羧生成乙酰CoA，乙酰CoA和草酰乙酸缩合成柠檬酸再进入三羧酸循环。
TCA循环的重要特点
（1）循环一次的结果是乙酰CoA的乙酰基被氧化为2分子CO2，并重新生成1分子草酰乙酸；
（2）整个循环有四步氧化还原反应，其中三步反应中将NAD+还原为NADH+H+，另一步为FAD还原；
（3）为糖、脂、蛋白质三大物质转化中心枢纽。
（4）循环中的某些中间产物是一些重要物质生物合成的前体；
（5）生物体提供能量的主要形式；
（6）为人类利用生物发酵生产所需产品提供主要的代谢途径。如柠檬酸发酵。
（二）递氢和受氢ATP的产生
· 经上述脱氢途径生成的NADH、NADPH、FADH等还原型辅酶通过呼吸链等方式进行递氢，最终与受氢体（氧、无机或有机氧化物）结合，以释放其化学潜能。
v 根据受氢体性质的不同，生物氧化可分为三种类型：
§ 有氧呼吸
§ 无氧呼吸
§ 发酵
发酵
广义发酵
任何利用微生物来生产大量菌体或有用代谢产物或食品饮料的一类生产方式
狭义发酵
在无氧等外源受氢体（外源最终电子受体）条件下，底物脱氢以后产生的还原力[H]未经过呼吸链传递而直接交给某一内源中间代谢产物接受，以实现底物水平磷酸化产能的生物氧化反应。
ü C6H12O6 →2CO2+2C2H5OH
发酵的特点
· 微生物部分氧化有机物获得发酵产物，释放少量能量；
· 氢供体与氢受体(内源性中间代谢产物)均为有机物
· 还原力[H]不经过呼吸链传递；
· 产能方式：底物水平磷酸化反应。
底物磷酸化：指在发酵过程中往往伴随着高能化合物生成，如EMP途径中的1，3-二磷酸甘油酸和磷酸烯醇氏丙酮酸，其可直接偶联ATP和GTP的产生。
w 发酵产能是厌氧和兼性好氧菌获取能量的主要方式。
w 多糖转化为单糖才能用于发酵。
w 微生物直接发酵的碳源物质主要是葡萄糖和其它单糖，以微生物发酵葡萄糖最为重要。
和底物脱氢的途径有关的和称为Stickland反应的四类重要发酵
q 由EMP途径中丙酮酸出发的发酵
q 通过HMP途径的发酵
q 通过ED途径进行的发酵
q Stickland反应
有氧呼吸（aerobic respiration）：是一种最普遍又重要的生物氧化或产能方式。
1 特点
© 有电子传递链(呼吸链)；
© 因氧化彻底，产能多；
© 最终电子受体是分子态的氧；
© 能量的产生，有底物水平磷酸化，也有电子传递水平磷酸化。
2 过程
葡萄糖经过糖酵解（EMP途径）作用形成的丙酮酸，丙酮酸进入三羧酸循环(简称TCA循环)，被彻底氧化生成CO2和水，同时释放大量能量。
无氧呼吸:电子受体为氧化态的外源无机盐类，少数为有机氧化物。
1 特点：1)电子受体为NO3-、NO2-、SO42-、CO32-、延胡索酸（有机物）等
2)在能量分级释放过程中伴随有磷酸化作用3)生成的能量不如有氧呼吸产生的多4)鬼火（磷化氢）
« 无氧呼吸和有氧呼吸一样需要细胞色素等电子传递体，在能量分级释放过程中伴随着磷酸化作用，也能产生很多能量，但只有部分能量随电子（或H）传递给氧化物，而且受体的氧化还原电位差都小于氧气，使得生成的能量不如有氧呼吸产生得多。
« 无氧呼吸中电子的传递方向：NAD(P)→FP（黄素蛋白）→Fe.S蛋白
有氧呼吸、无氧呼吸与发酵的比较

呼吸类型
有氧呼吸
无氧呼吸
发酵
氧化基质
有机物
有机物
有机物
最终电子受体
O2
无机氧化物、延胡索酸
氧化型中间代谢产物醛、酮等
产物
CO2、H2O
CO2、H2O
NO2、N2
还原型中间代谢产物醇、酸
产能
多
次之
少
电子传递链
完整
不完整
无，底物水平磷酸化
三种氧化产能方式的比较

发酵
有氧呼吸
无氧呼吸
最终电子受体
有机物
分子氧
无机氧化物
电子传递链
无
有
有
产能量
少
多
较多
氧化磷酸化
底物水平
底物水平、
电子传递水平
底物水平、
电子传递水平
光合自养微生物的光合磷酸化
(一) 光合微生物类群
蓝细菌，光合细菌，嗜盐细菌
1 光合细菌：均为原核生物，红螺菌目。
1.1 所含色素
菌绿素和类胡罗卜素，两种比例不同，使菌体呈红橙、绿、紫及褐等不同颜色。
光合细菌为典型水生菌，广泛分布于深层(缺氧) 淡水与海水中。
注：
光合色素可分为三类：叶绿素(chl)或细菌叶绿素（Bchl），类胡萝卜素和藻胆素。
但所有光合生物都有类胡萝卜素，其有捕获光能的作用，能把吸收的光能高效地传给细菌叶绿素（或叶绿素）。
2嗜盐细菌
Ø 兼性光能菌，属嗜盐菌科(Halobacteriaceae)的盐杆菌属(Halobacterium)。
Ø 嗜盐细菌在生理上具有高度特异性：能在高浓度的饱和盐溶液(3.5～5.0 mol/L NaCl)中栖息，细胞酶在2 mol/L的盐浓度中才能保持活性与稳定性。
（二） 光合磷酸化分类
光合磷酸化的实质就是将光能转化为化学能的过程，具体过程为当一个叶绿素（菌绿素）分子吸收光量子后，被激活，释放一个电子（氧化），释放的电子进入电子传递系统，在电子传递过程中释放能量，产生ATP。
按照光合磷酸化中电子的流动路线及ATP形成方式，可分为：
环式光合磷酸化(原始、电子的循环传递)
非环式光合磷酸化（电子传递非环式）
嗜盐菌紫膜的光合作用（嗜盐菌紫膜光合磷酸化）
循环光和磷酸化的特点：
① 电子传递途径属循环方式，即在光能驱动下，电子从菌绿素上逐出，通过类似呼吸链的循环，又回到菌绿素，其间产生了ATP;
② 在供应ATP的条件下，可以产生还原力。
③ 产ATP和还原力[H]分开进行，不产O2。
④ 还原力（NADPH2）来自H2S等无机氢供体，是反向电子传递产生的。
ü 反向电子传递: 是逆着电子传递系统，将e从低能量(高电位)向高能量(低电位)传递。此过程消耗能量。 反向e传递用的e来源于菌体外的一些物质如H2S,Fe2+，其它硫化物等.
n 非循环光合磷酸化特点：
① 电子传递的途径属于非循环式的；
② 在有氧条件下进行；
③ 有PSⅠ和PSⅡ两个光合系统：有PSⅠ含有叶绿素a，反应中心的吸收光波为P700，有利于红光吸收， PSⅡ含有叶绿素b,反应中心的吸收光波为P680，有利于蓝光吸收；
④ 反应中可同时产生ATP、还原力[H]和O2；
⑤ 还原力NADPH2中的[H]来自H2O分子的的光解产物H+和电子。
紫膜光合磷酸化
嗜盐菌在无叶绿素和菌绿素参与下，利用吸收光能产生ATP的过程，是目前所知道的最简单的光合磷酸化。
n 紫膜光合磷酸化的机理
« 光量子驱动下，细菌视紫红质在将反应中产生的H+排至细胞膜外，使紫膜内外形成质子梯度；
« 该梯度差驱使H+通过膜上的ATP合成酶中的孔道进入膜内，平衡膜内外质子差额，并产生ATP。
« 注：环境中O2浓度高时，嗜盐菌以光合磷酸化产能，浓度很低时，可以在光照条件下合成紫膜，通过紫膜光合磷酸化合成ATP。
意义：
嗜盐菌紫膜光合磷酸化功能的发现，使在经典的叶绿素和菌绿素所进行光合磷酸化之外又增添了一种新的光合作用类型。
紫膜的光合磷酸化是迄今所知道的最简单的光合磷酸化反应，这是研究化学渗透作用的一个极好的实验模型，对它的研究正在大力开展。对其机制的揭示，将是生物学基本理论中的又一项重大突破，并无疑会对人类的生产实践例如太阳能的利用和海水的淡化等带来巨大的推动力
第二节 微生物独特合成代谢途径

一 自养微生物的CO2固定
二 生物固氮
三 肽聚糖的合成
四、次生代谢（略）
一 、自养微生物的CO2固定（重点：关键酶和微生物代表种类）
Calvin循环、厌氧乙酰－COA途径、逆向TCA循环和羟基丙酸途径。
能源来源于光能或无机物氧化所得的化学能。
（一） Calvin循环（光能自养和化能自养M固定CO2的主要途径）
© 代表：绿色植物、蓝细菌、多数光合细菌、硫细菌、铁细菌、硝化细菌。
© 两种关键酶：核酮糖二磷酸羧化酶（RuBisCO）和磷酸核酮糖激酶。
© 三个阶段：羧化反应、还原反应和CO2受体的再生。
生物固氮
微生物通过固氮酶将N2转变成为NH3的过程。
« 生物固氮主要在三方面进行研究
© 用实验的方法提高主要农作物的固氮能力。
© 模拟固氮酶，使工业生产N肥在常温、常压下