【文章內容簡介】 生長因子（生長因子自養(yǎng)型微生物即野生型），也有的需要從外界吸收（生長因子異養(yǎng)型微生物即營養(yǎng)缺陷型），甚至有的微生物可大量合成生長因子（即生長因子過量合成型微生物，也屬野生型）；⑤常見的可提供生長因子的天然物質有酵母膏、蛋白胨、肝浸液、玉米漿、麥芽汁等。5．無機鹽除C、N源以外的一些重要元素（當然H、O也要除開），一般來說P、S、K、Mg、Na、Fe屬大量元素，Cu、Zn、Mn、Mo、Co、Ni、Sn、Se等為微量元素（請注意微生物的無機鹽及植物的礦質元素的區(qū)別）配制培養(yǎng)基時常加K2HPO4及MgSO4以補充四種大量的無機鹽即P、S、K、Mg。6．水所有微生物代謝活動中都需要水，其中一部分自養(yǎng)型微生物可利用水中的氫來還原CO2以合成糖類如藍細菌、硝化細菌。思考題：有哪些自養(yǎng)微生物不利用水中的氫還原CO2？二、微生物的營養(yǎng)類型教材P87的兩個表格作了很好的總結，請?zhí)貏e注意一些與原來不同的類型及實例。值得一提的是紅螺菌若以CO2為碳源則為光能自養(yǎng)型，若以有機物為碳源，則為光能異養(yǎng)型，故紅螺菌為兼性營養(yǎng)型。三、營養(yǎng)物質進入細胞的方式細胞膜運送營養(yǎng)物質有四種方式即單純擴散（即簡單擴散、自由擴散）、促進擴散（即易化擴散、協(xié)助擴散）、主動運送（即主動運輸）、基團移位（即基團運輸）。其中基團移位是一種特殊的主動運輸方式，其特點是物質經過化學修飾才進行跨膜運輸（一般的運輸不需要經過化學修飾），這一特殊的方式是在細菌中發(fā)現(xiàn)的。在細胞生物學中講的協(xié)同運輸，在此歸屬于主動運送，沒有單列出來，其實乳糖和氨基酸的運輸屬協(xié)同運輸。至于涉及大分子跨膜運輸的胞吞、胞吐作用在此不作介紹的原因是由于微生物一般不能直接從環(huán)境中獲取大分子物質，而是分解后再吸收。四、培養(yǎng)基用培養(yǎng)基來培養(yǎng)微生物（當然少數種類無法人工培養(yǎng)）是微生物研究的重要方法，直到柯赫發(fā)明了固體培養(yǎng)基后這一方法才得到蓬勃發(fā)展。1．選用和設計培養(yǎng)基的四原則：目的明確、營養(yǎng)協(xié)調、理化適宜、經濟節(jié)約。培養(yǎng)基中所需要營養(yǎng)物質的10倍序列遞減趨勢是：H2O﹥C源﹥N源﹥P、S﹥K、Mg﹥生長因子。一般地說，真菌需C/N比高的培養(yǎng)基，細菌尤其是動物病原菌需C/N比低的培養(yǎng)基，也許從真菌分解纖維素（C多）能力比細菌強，細菌是肉類（N多）腐爛的元兇這兩個例子可理解上述的原因。各大類微生物都有其生長適宜PH范圍，～,～,～,～,～,～,可見細菌、放線菌生活環(huán)境為微堿性，酵母菌、霉菌等真菌為微堿性。調節(jié)培養(yǎng)基PH可用磷酸緩沖液如K2HPO4/KH2PO4或CaCO3作為備用堿進行調節(jié)，也可用NaHCO3調節(jié)。2．培養(yǎng)基的種類（1）按成分分類：天然培養(yǎng)基、組合培養(yǎng)基、半組合培養(yǎng)基。天然培養(yǎng)基雖營養(yǎng)豐富、配制方便，但成分不清楚、不穩(wěn)定。宜作為一般性的培養(yǎng)及工業(yè)生產。組合培養(yǎng)基（合成培養(yǎng)基）可用于分類、鑒定。如培養(yǎng)Ecoli等細菌的葡萄糖銨鹽培養(yǎng)基；培養(yǎng)鏈霉菌（放線菌）的高氏一號培養(yǎng)基；培養(yǎng)真菌的察氏培養(yǎng)基。半組合培養(yǎng)基指以化學試劑為主，適當加天然成分的培養(yǎng)基。如培養(yǎng)真菌的馬鈴薯蔗糖培養(yǎng)基。對于含未加特殊處理瓊脂的培養(yǎng)基應看成半組合培養(yǎng)基。因瓊脂從石花菜等藻類中提取出來后并不只含聚半乳糖的硫酸酯（即瓊脂的化學成分）。（2）按培養(yǎng)基外觀的物理狀態(tài)可分類：液體培養(yǎng)基、固體培養(yǎng)基、半固體培養(yǎng)基、脫水培養(yǎng)基。本分類一般指前三種培養(yǎng)基，脫水培養(yǎng)基是一種現(xiàn)代培養(yǎng)基，半固體培養(yǎng)基加的凝固劑較少，%的瓊脂即可，可用于細菌動力觀察、趨化性研究、細菌和酵母菌（因其為水生性）的菌種保藏、噬菌體的效價測定。固體培養(yǎng)基常加的凝固劑是瓊脂（1～2%）或明膠（5%～12%）也可加硅膠或用醋酸纖維薄膜。無機硅膠培養(yǎng)基用于化能自養(yǎng)的分離和純化，（想一想，為什么？）濾膜主要用于測含菌量少的水中微生物。固體培養(yǎng)基常用于菌落計數、菌種分離、鑒定、雜菌檢驗、菌種保藏等。（3）按功能可分為：選擇性培養(yǎng)基、鑒別性培養(yǎng)基。選擇性培養(yǎng)基能使混合菌中的劣勢菌變成優(yōu)勢菌，如加富性選擇培養(yǎng)基、抑制性選擇培養(yǎng)基。甘露醇可富集自生固氮菌，濃糖液可富集酵母菌。思考題：如果把教材P98的4種選擇性培養(yǎng)基的配方列出來，你怎樣判斷它們各用來富集哪類微生物？鑒別培養(yǎng)基主要是加入了能與目的菌代謝產物發(fā)生顯色反應的指示劑。如伊紅美藍乳糖培養(yǎng)基（EMB）可用來鑒別大腸桿菌，伊紅為酸性染料且可發(fā)綠色熒光，美藍為堿性染料，低酸度時兩者可結合，可作為產酸指示劑，當然是伊紅直接與菌體表面結合（產生的有機酸使菌體表面帶H+），而且這兩種染料還可以抑制G+細菌和一些難培養(yǎng)的G菌，從這一點來看，本培養(yǎng)基也屬于抑制性選擇培養(yǎng)基。第五章 微生物的新陳代謝生物氧化的三功能：產能、產還原力、產小分子中間產物；生物氧化的三過程：脫氫、遞氫、受氫；生物氧化的三形式：加氧、脫氫、失電子；生物氧化的三類型：有氧呼吸、無氧呼吸、發(fā)酵；微生物的最初能源：有機物、日光、還原態(tài)無機物。一、異養(yǎng)微生物的生物氧化和產能底物脫氫的四條途徑：EMP途徑（糖酵解途徑）、HMP途徑（戊糖磷酸途徑）、ED途徑、TCA循環(huán)。1．EMP途徑是多數微生物的代謝途徑，產能效率低，在有氧條件下，EMP途徑與TCA途徑相連接，在無氧條件下丙酮酸還原成乳酸或乙醇。2．HMP途徑不經EMP和TCA途徑而徹底氧化葡萄糖可產生大量的能量，1分子葡萄糖徹底氧化生成35ATP。3．ED途徑又稱2酮3脫氧6磷酸葡萄糖酸。ED途徑是少數EMP途徑不完整的細菌利用葡萄糖的替代途徑，特點是：產熱低，關鍵中間產物是KDPG，可與其他三途徑相聯(lián)系，本途徑又叫細菌酒精發(fā)酵，比傳統(tǒng)酵母酒精發(fā)酵優(yōu)越。4．TCA途徑中大多數酶定位在線粒體基質（真核微生物）或細胞質基質（原核生物）內。只有琥珀酸脫氫酶例外，位于線粒體內膜或細菌質膜上。關于四條途徑產能效率請參考教材P109表52，要分析不同情況產能的差異。5．根據遞氫特別是受氫過程中氫受體性質的不同，可以把生物氧化區(qū)分成呼吸（有氧呼吸）、無氧呼吸和發(fā)酵的三種類型。（1）有氧呼吸：①遞氫和受氫都在有氧條件下；②具完整的呼吸鏈；③最終氫受體是氧氣；④高效產能。（2）無氧呼吸：①氫受體為無機氧化物（個別為有機氧化物）；②產能效率低；③遞氫的是部分呼吸鏈；④氫受體為無機氧化物的無氧呼吸又分為硝酸鹽呼吸（如反硝化細菌）、硫酸鹽呼吸、硫呼吸、鐵呼吸、碳酸鹽呼吸；⑤氫受體為有機物的常常是延胡索酸呼吸，此時的產物是琥珀酸。（3）發(fā)酵；在發(fā)酵工業(yè)上，發(fā)酵指任何利用好氧或厭氧微生物來生產有代謝產物的一類生產方式；而在生物氧化或能量代謝中，發(fā)酵僅是指在無氧條件下，底物脫氫后所產生的還原力不經過呼吸鏈傳遞而直接交給某一內源氧化性中間代謝產物的一類低效產能反應。（注意與無氧呼吸的區(qū)別），在高中生物必修第一冊中發(fā)酵指的是后者，在選修本中指的是前者。①由EMP途徑中丙酮酸出發(fā)的發(fā)酵，如同型乳酸發(fā)酵、丙酸發(fā)酵、丁酸發(fā)酵。②通過HMP途徑的發(fā)酵。如異型乳酸發(fā)酵，特點是除產生乳酸外，還產生乙醇、乙酸和CO2等產物。（同型乳酸發(fā)酵產物只為乳酸）；③由ED途徑進行的發(fā)酵（細菌酒精發(fā)酵）；④由氨基酸發(fā)酵產能——Stickland反應。發(fā)現(xiàn)者：Stickland；微生物：指厭氧梭菌；氨基酸作用：碳源、氮源、能源（氫供體和氫受體都是氨基酸）；產能效率：低（1個ATP/氨基酸）。由于發(fā)酵都是通過底物水平磷酸化產能，因而產能效率低。二、自養(yǎng)微生物產ATP和產還原力在光能自養(yǎng)微生物中，ATP是通過循環(huán)光合磷酸化、非循環(huán)光合磷酸化、紫膜光合磷酸化產生的。1．化能自養(yǎng)微生物NH4+、NOH2S、S、H2和Fe2+等氧化后放的能要借助于呼吸鏈的氧化磷酸化反應（故化能自養(yǎng)菌一般為好氧菌），才能用于CO2的還原，而氫供體也可從NH4+、H2S、H2等無機物中獲得。化能自養(yǎng)微生物的能量代謝特點：①無機底物的氧化直接與呼吸鏈發(fā)生聯(lián)系；②氫或電子可從任一組分直接進入呼吸鏈；③產能效率即P/O比一般要低于化能異養(yǎng)微生物。（想一想這是為什么？）2．光能營養(yǎng)微生物 產氧 真核生物：藻類及其他綠色植物光能營養(yǎng)型生物 原核生物：藍細菌 不產氧：光合細菌（厭氧菌）、嗜藍菌（1） 非循環(huán)光合磷酸化各種綠色植物、藻類核藍細菌共有，特點有：①電子傳遞途徑屬非循環(huán)式；②在有氧條件下進行；③含PSⅠ和PSⅡ兩個光合系統(tǒng)；④PSⅡ產ATP和氧氣，PSⅠ產還原力，還原為NADPH2中的[H]來自H2O分子的光解產物H+和電子。（2）循環(huán)光合磷酸化一種存在于光合細菌中的原始光合作用機制，特點是：①電子傳遞途徑屬循環(huán)方式，即在光能驅動下，電子從菌綠素分子逐出，循環(huán)一周又回到菌綠素，其間產生了ATP；②產ATP和產還原力分別進行（但非循環(huán)光合磷酸化中是同時進行的）；③還原力來自H2S等無機氫供體，故不產生氧（在供應ATP條件下，能使外源氫供體逆電子流產還原力）。（3）嗜藍菌紫膜的光介導ATP合成嗜藍菌細胞膜具紅膜（氧化磷酸化）和紫膜（光合磷酸化）。當O2濃度低（厭氧）時，嗜藍菌的氧化磷酸化（紅膜的功能）減弱，這時紫膜中的視紫紅質可在光照條件下改變其中視黃醛輔基構象的變化，這一變化可將質子泵至膜外，在膜兩側建立了一個質子動勢，再以此推動ATP酶合成ATP，此即光介導ATP合成。三、分解代謝和合成代謝的聯(lián)系分解代謝和合成代謝關系密切，是相反的過程。兩用代謝途徑和代謝物回補順序兩條途徑有利于解決二者的矛盾。1．兩用代謝途徑：凡在分解代謝和合成代謝中具有雙重功能的途徑，就稱兩用代謝途徑，EMP、HMP、TCA都是重要的兩用代謝途徑。2．代謝物回補順序：是指能補充兩用代謝途徑中因合成代謝而消耗的中間代謝物的那些反應。如與EMP途徑和TCA循環(huán)有關的回補順序的有10條，它們分別圍繞著回補磷酸烯醇式丙酮酸和草酰乙酸這兩種關鍵性中間代謝物來進行。四、微生物的獨特合成代謝途徑1．自養(yǎng)微生物的CO2固定各種自養(yǎng)微生物生物氧化（包括氧化磷酸化、發(fā)酵、光合磷酸化）獲取的能量主要用于CO2固定，CO2固定的途徑有四條即Calvin循環(huán)、厭氧乙酰CoA途徑、逆向TCA循環(huán)途徑和羥基丙酸途徑。Calivn循環(huán)是重要的途徑，藍細菌、多數光合細菌、硫細菌、鐵細菌、硝化細菌等都有本途徑。本途徑特有的酶有1，5二磷酸核酮糖羧化酶核磷酸核酮糖激酶，本循環(huán)分3個階段即羧化階段、還原階段、CO2受體再生階段。厭氧乙酰CoA途徑又稱活性乙酸途徑。特點是固定CO2的機制是非循環(huán)式的，主要存在于乙酸菌、硫酸鹽還原菌核產甲烷菌等化能自養(yǎng)細菌。逆向TCA循環(huán)又稱還原性TCA循環(huán)，在一些綠色硫細菌中存在。羥基丙酸途徑存在于少數綠色硫細菌中。2．生物固氮只有原核生物和古細菌類才有固氮能力。固氮菌可分為自生固氮菌、共生固氮菌和聯(lián)合固氮菌。生物固氮的6要素是（1）ATP（N2：ATP=1：18～24）；（2）還原力及傳遞載體（N2：[H]=1：8）；（3）固氮酶（由鉬鐵蛋白及鐵蛋白組成，固氮酶對氧高度敏感）；（4）還原底物（N2）；（5）鎂離子；（6）嚴格的厭氧微環(huán)境（但固氮生物多為好氧菌）測定固氮酶活力的方法：乙炔還原法。好氧菌固氮酶的避氧害機制：（1）好氧性自生固氮菌的抗氧保護機制：①呼吸保護；②構象保護（2）藍細菌固氮酶的抗氧保護機制：①分化出特殊的還原性異形胞；②非異形胞藍細菌中有的可錯開固氮作用和光合作用，有的失去PSⅡ（PSⅡ是可產氧的）。（3）豆科植物根瘤菌則通過豆血紅蛋白。3．肽聚糖的生物合成（1）在細胞質中由葡萄糖合成N乙酰葡糖胺和N乙酰胞壁酸，然后再由N乙酰胞壁酸合成“park”核苷酸。（2）在細胞膜上“park”核苷酸合成肽聚糖單體，這一過程需要類脂載體，即細菌萜醇的運送。（3）在細胞膜外，肽聚糖單體之間發(fā)生轉糖基作用和轉肽作用。青霉素的抑菌機理：轉肽作用可被青霉素抑制，青霉素是肽聚糖單體五肽尾末端的D丙氨酰D丙氨酸的結構類似物，兩者之間競爭轉肽酶的活性中心。4．次生代謝物的合成次生代謝物指某些微生物生長到穩(wěn)定期前后，以初生代謝物作前體合成的復雜化合物，如抗生素、色素、毒素、生物堿等。五、微生物的代謝調節(jié)和發(fā)酵生產代謝調節(jié)有酶活性調節(jié)和酶合成調節(jié)③④第六章 微生物的生長及其控制微生物的生長是指微生物的群體生長，群體生長=個體生長+個體繁殖，當然病毒只有個體繁殖，沒有個體生長。一、測定生長繁殖的方法1．測生長量直接法：①測體積：比較粗放的方法，用于初步比較用②稱干重：用離心法或過濾法測定，一般干重為濕重的10%～20%。兩種方法中都要使樣品干燥。間接法：③比濁法：與已知梯度樣品比較，也可用分光光度計來測。④生理指標法：通過測一些與生長量相平行的生理指標，用作生長量的測定，如測含氮量、測含碳量等。2．計繁殖數對于繁殖來說，一定要計算微生物的個體數目，計繁殖數只適宜于單細胞微生物或絲狀微生物產生的孢子。計數時，一定要先按比例稀釋待測樣品，且要充分混勻。直接法①比例計數法：此法較粗放。將已知顆粒（如霉菌孢子或紅細胞等）濃度的液體與一待測菌液按比例混合均勻，顯微鏡視野中計數（兩種顆粒的數據），再按比例算出即可。②血球計數板法：此法常用，在實驗考試中?？?，要求同學們必須掌握。間接法：為活菌計數法（直接法中活菌、死菌皆被統(tǒng)計）。③液體稀釋法：對未知的菌樣作連續(xù)的10倍梯度稀釋，取適宜3個連續(xù)稀釋液各5mL分別各分裝入5個（共15個）裝由培養(yǎng)液的試管中，培養(yǎng)后，記錄每個稀釋度（已培養(yǎng)5管）出現(xiàn)生長的試管數，查MPN表，根據樣品的稀釋倍數可計算出活菌含量。④平板菌落計數法：最常用的活菌計數法，取一定體積的稀釋菌液與合適的固體培養(yǎng)基在其凝固前均勻混合，或涂布于已凝固的固體培養(yǎng)基平板上。缺點是：a、技術要求高；b、對嚴格厭氧菌的計數不適用。⑤美藍等特殊染料染色后，在顯微鏡下進行活菌計數。二、微生物的生長規(guī)律1．同步生長：通過同步培養(yǎng)而使細胞群體處于分裂步調一致的狀態(tài)，就