【正文】 3 / 118主細(xì)胞可釋放 1010000 個(gè)（平均 300 個(gè)）噬菌體粒子。T40 噬菌體從吸附到釋放全過(guò)程，在 37℃時(shí)只需 22min。這種使宿主細(xì)胞裂解的噬菌體稱(chēng)為烈性噬菌體。在平板培養(yǎng)基的菌苔表面若大量的宿主細(xì)胞裂解后會(huì)產(chǎn)生 個(gè)個(gè)的透明圈，這些透明圈稱(chēng)為噬菌斑（圖 227） 。 圖 227 不同大腸桿菌噬菌體的噬菌斑形態(tài)如果在細(xì)菌的培養(yǎng)液中，細(xì)菌被噬菌體感染，導(dǎo)致細(xì)菌裂解，混濁的菌液就會(huì)變成透明的裂解溶液。而有一些噬菌體侵染宿主細(xì)胞后，并不立即在侵染的細(xì)胞內(nèi)增殖，而是將侵入的核酸整合到宿主細(xì)胞的基因組中，與其一起同步復(fù)制，這種不導(dǎo)致宿主細(xì)胞裂解。并使之能正常分裂的噬菌體稱(chēng)為溫和噬菌體或溶源性噬菌體。含有溫和噬菌體的宿主細(xì)胞稱(chēng)為溶原細(xì)胞，而在溶原細(xì)胞內(nèi)的溫和噬菌體核酸稱(chēng)為原噬菌體。溫和噬菌體侵染細(xì)菌后不裂解它們，與之共存的特性稱(chēng)為溶原性。溶原性是遺傳的，溶原性細(xì)菌的后代也是溶原性的。但在特定條件下，溫和噬菌體可能會(huì)發(fā)生自發(fā)突變或誘發(fā)突變，從細(xì)菌核酸上脫離，恢復(fù)復(fù)制能力，引起細(xì)菌裂解，從而轉(zhuǎn)化成烈性噬菌體。 （圖 228）圖 228 細(xì)菌被噬菌體感染后的兩種反應(yīng)34 / 118A. 裂解反映； B. 溶原性反映四、噬菌體的應(yīng)用及其防治1. 用于鑒定未知細(xì)菌2. 用于臨床，治療某些傳染性疾病3. 檢驗(yàn)植物病原菌4. 測(cè)定輻射劑量5. 噬菌體在分子生物學(xué)研究中的作用第三章 微生物的營(yíng)養(yǎng)第一節(jié) 微生物的營(yíng)養(yǎng)需求（2 學(xué)時(shí)）微生物同其它生物一樣，需要不斷地從它的外部環(huán)境中吸收所需要的各種物質(zhì),來(lái)合成本身的細(xì)胞物質(zhì)和提供機(jī)體進(jìn)行各種生理活動(dòng)所需的能量，使機(jī)體能進(jìn)行正常的生長(zhǎng)與繁殖，才能保證生命能夠維持與延續(xù)下去，保持生命的連續(xù)性。那些能夠滿(mǎn)足機(jī)體生長(zhǎng)、繁殖和完成各種生理活動(dòng)所需要的物質(zhì)通常稱(chēng)為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)(nutrient)。這些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在機(jī)體中的作用可以概括為參與細(xì)胞組成、構(gòu)成酶的活性成分與物質(zhì)運(yùn)輸系統(tǒng)和提供機(jī)體進(jìn)行各種生理活動(dòng)所需要的能量。微生物獲得與利用營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的過(guò)程通常稱(chēng)為營(yíng)養(yǎng)（nutrition） 。營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)是機(jī)體進(jìn)行各種生理活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)。根據(jù)對(duì)各類(lèi)微生物細(xì)胞物質(zhì)成分的分析，發(fā)現(xiàn)微生物細(xì)胞的化學(xué)組成和其它生物相比較，沒(méi)有本質(zhì)上的差別。微生物細(xì)胞平均含水分 80％左右。其余20％左右為干物質(zhì)，在干物質(zhì)中有蛋白質(zhì)、核酸、碳水化合物、脂類(lèi)和礦物質(zhì)等。這些干物質(zhì)是由碳、氫、氧、氮、磷、硫、鉀、鈣、鎂、鐵等主要化學(xué)元素組成，其中碳、氫、氧、氮是組成有機(jī)物質(zhì)的四大元素，大約占干物質(zhì)的90％～97％。其余的 3％～10％是礦物質(zhì)元素（表 31） 。除上述磷、硫、鉀、鈣、鎂、鐵外，還有一些含量極微的鉬、鋅、錳、硼、鈷、碘、鎳、釩等微量元素。這些礦質(zhì)元素對(duì)微生物的生長(zhǎng)也起著重要的作用。一、水水是微生物細(xì)胞主要的組成成分，它大約占鮮重的 70%∽90%。不同種類(lèi)35 / 118微生物細(xì)胞含水量不同。同種微生物處于發(fā)育的不同時(shí)期或不同的環(huán)境其水分含量也有差異，幼齡菌含水量較多，衰老和休眠體含水量較少。微生物所含水分以游離水和結(jié)合水兩種狀態(tài)存在，兩者的生理作用不同。結(jié)合水不具有一般水的特性，不能流動(dòng)，不易蒸發(fā)，不凍結(jié)，不能作為溶劑，也不能滲透。游離水則與之相反，具有一般水的特性，能流動(dòng)，容易從細(xì)胞中排出，并能作為溶劑，幫助水溶性物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞。微生物細(xì)胞中的結(jié)合水約束于原生質(zhì)的膠體系統(tǒng)之中，成為細(xì)胞物質(zhì)的組成成份，是微生物細(xì)胞生活的必要條件。游離態(tài)的水是細(xì)胞吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和排出代謝產(chǎn)物的溶劑及生化反應(yīng)的介質(zhì)；一定量的水分又是維持細(xì)胞滲透壓的必要條件。由于水是熱的良導(dǎo)體，故能有效地吸收代謝過(guò)程中產(chǎn)生的熱量，使細(xì)胞溫度不致于驟然升高， 能有效地調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)的溫度。微生物如果缺乏水分，則會(huì)影響代謝作用的進(jìn)行。二、碳源凡是可以被微生物用來(lái)構(gòu)成細(xì)胞物質(zhì)或代謝產(chǎn)物中碳素來(lái)源的物質(zhì)通稱(chēng)碳源。碳源通過(guò)機(jī)體內(nèi)一系列復(fù)雜的化學(xué)變化被用來(lái)構(gòu)成細(xì)胞物質(zhì)或提供機(jī)體完成整個(gè)生理活動(dòng)所需要的能量。因此，碳源通常也是機(jī)體生長(zhǎng)的能源。能作為微生物生長(zhǎng)的碳源的種類(lèi)極其廣泛，既有簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)含碳化合物 CO2 和碳酸鹽等，也有復(fù)雜的天然的有機(jī)含碳化合物，它們是糖和糖的衍生物、脂類(lèi)、醇類(lèi)、有機(jī)酸、烴類(lèi)、芳香族化合物以及各種含碳的化合物。但是微生物不同，利用這些含碳化合物的能力也不相同。目前在微生物發(fā)酵工業(yè)中，常根據(jù)不同微生物的需要，利用各種農(nóng)副產(chǎn)品如玉米粉、米糠、麥麩、馬鈴薯、甘薯以及各種野生植物的淀粉，作為微生物生產(chǎn)廉價(jià)的碳源。三、氮源微生物細(xì)胞中大約含氮 5%—15%，它是微生物細(xì)胞蛋白質(zhì)和核酸的主要成分。微生物利用它在細(xì)胞內(nèi)合成氨基酸，并進(jìn)一步合成蛋白質(zhì)、核酸等細(xì)胞成分。因此，氮素對(duì)微生物的生長(zhǎng)發(fā)育有著重要的意義。無(wú)機(jī)氮源一般不用作能源，只有少數(shù)化能自養(yǎng)細(xì)菌能利用銨鹽、硝酸鹽作為機(jī)體生長(zhǎng)的氮源與能源。對(duì)于許多微生物來(lái)說(shuō)，通?？梢岳脽o(wú)機(jī)含氮化合物作為氮源，也可以利36 / 118用有機(jī)含氮化合物作為氮源。許多腐生型細(xì)菌、腸道菌、動(dòng)植物致病菌一般都能利用銨鹽或硝酸鹽作為氮源。例如大腸桿菌、產(chǎn)氣桿菌、枯草桿菌、銅綠假單胞菌等都可以利用硫酸銨、硝酸銨作為氮源，放線(xiàn)菌可以利用硝酸鉀作為氮源，霉菌可以利用硝酸鈉作為氮源等。在實(shí)驗(yàn)室和發(fā)酵工業(yè)中，常用的有機(jī)氮源有牛肉膏、蛋白胨、酵母膏、魚(yú)粉、蠶蛹粉、黃豆餅粉、花生餅粉、玉米漿等。四、無(wú)機(jī)鹽無(wú)機(jī)鹽（mineral salts）是微生物生長(zhǎng)必不可少的一類(lèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，也是構(gòu)成微生物細(xì)胞結(jié)構(gòu)物質(zhì)不可缺少的級(jí)成成分。許多無(wú)機(jī)礦物質(zhì)元素在機(jī)體中的生理作用有參與酶的合成成或酶的激活劑，并具有調(diào)節(jié)細(xì)胞的滲透壓，控制細(xì)胞的氧化還原電位和作為有些自養(yǎng)型微生物生長(zhǎng)的能源物質(zhì)等。根據(jù)微生物對(duì)礦物質(zhì)元素需要量的不同，將其分為大量元素和微量元素。大量礦物質(zhì)元素是磷、硫、鉀、鈉、鈣、鎂、鐵等。磷和硫需要量最大，磷在微生物生長(zhǎng)與繁殖過(guò)程中起著重要的作用。它既是合成核酸、核蛋白、磷脂與其它含磷化合物的重要元素，也是許多酶與輔酶的重要元素。硫是胱氨酸、半胱氨酸、甲硫氨酸的組成元素之一，因而它也是構(gòu)成蛋白質(zhì)的主要元素之一。鈉、鈣、鎂等是細(xì)胞中某些酶的激活劑。微量元素是鋅、鉬、錳、鈷、硼、碘、鎳、銅、釩等，這些元素一般是參與酶蛋白的組成，或者能使許多酶活化，它們的存在會(huì)大大提高機(jī)體的代謝能力，如果微生物在生長(zhǎng)過(guò)程中，缺乏這些元素，會(huì)導(dǎo)致機(jī)體生理活性降低，或?qū)е律L(zhǎng)過(guò)程停止。微量元素通常混雜存在其它營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)中，如果沒(méi)有特殊原因，在配制培養(yǎng)基的過(guò)程中沒(méi)有必要另外加入，因?yàn)檫^(guò)量的微量元素支而對(duì)微生物起到毒害作用。五、生長(zhǎng)因子生長(zhǎng)因子（growth factor ）通常指那些微生物生長(zhǎng)所必需而且需要量很小的，但微生物自身不能合成，必須在培養(yǎng)基中加入的有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物。生長(zhǎng)因子是指維生素、氨基酸、嘌呤、嘧淀等。而狹義的生長(zhǎng)因子僅指維生素。缺少這些生長(zhǎng)因子會(huì)影響各種酶的活性，新陳代謝就不能正常進(jìn)行。37 / 118第二節(jié) 微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收（1 學(xué)時(shí)）外界環(huán)境或培養(yǎng)基中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)只有被微生物吸收到細(xì)胞內(nèi)，才能被微生物逐步分解與利用。微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收是借助于細(xì)胞膜的半滲透特性及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以不同的方式來(lái)吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和水分的。但不同的物質(zhì)對(duì)細(xì)胞膜的滲透性不一樣，根據(jù)對(duì)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)以及物質(zhì)傳遞的研究，目前一般認(rèn)為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)主要以單純擴(kuò)散、促進(jìn)擴(kuò)散、主動(dòng)運(yùn)輸和基團(tuán)轉(zhuǎn)位四種方式透過(guò)微生物細(xì)胞膜。一、單純擴(kuò)散在微生物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收方式中，單純擴(kuò)散是通過(guò)細(xì)胞膜進(jìn)行內(nèi)外物質(zhì)交換最簡(jiǎn)單的一種方式。營(yíng)養(yǎng)微生物通過(guò)分子不規(guī)則運(yùn)動(dòng)通過(guò)細(xì)胞膜中的小孔進(jìn)入細(xì)胞，其特點(diǎn)是物質(zhì)由高濃度的細(xì)胞外向低濃度的細(xì)胞內(nèi)擴(kuò)散（濃度梯度） ，這是一種單純的物理擴(kuò)散作用。一旦細(xì)胞膜內(nèi)外的物質(zhì)濃度達(dá)到平衡（即濃度梯度消失） ，簡(jiǎn)單擴(kuò)散也就達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。但實(shí)際上，進(jìn)入微生物細(xì)胞的物質(zhì)不斷地被生長(zhǎng)代謝所利用，濃度不斷降低，細(xì)胞外的物質(zhì)不斷地進(jìn)入細(xì)胞。這種擴(kuò)散是非特異性的，沒(méi)有運(yùn)載蛋白質(zhì)（滲透酶）的參與，也不與膜上的分子發(fā)生反應(yīng)，本身的分子結(jié)構(gòu)也不發(fā)生變化。但膜上的小孔的大小和形狀對(duì)被擴(kuò)散的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)分子大小有一定的選擇性。由于單純擴(kuò)散不需要能量的作用，因此，物質(zhì)不能進(jìn)行逆濃度交換。單純擴(kuò)散的物質(zhì)的主要方是一些小分子的物質(zhì)，如水、一些氣體（O 2,CO2） 、有些無(wú)機(jī)離子及水溶性的小分子物質(zhì)（甘油、乙醇等） 。二、促進(jìn)擴(kuò)散促進(jìn)擴(kuò)散也是一種物質(zhì)運(yùn)輸方式，它與單純擴(kuò)散的方式相類(lèi)似，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在運(yùn)輸過(guò)程中不需要能量，物質(zhì)本身在分子結(jié)構(gòu)上也不會(huì)發(fā)生變化，不能進(jìn)行逆濃度運(yùn)輸，運(yùn)輸?shù)乃俾孰S著細(xì)胞內(nèi)外該物質(zhì)濃度差的縮小而降低，直至膜內(nèi)外的濃度差消失，從而達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。所不同的是這種物質(zhì)運(yùn)輸方式需要借助于細(xì)胞膜上的一種稱(chēng)為滲透酶的特異性蛋白（運(yùn)載營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)）參與物質(zhì)的運(yùn)輸，這樣加速了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的透過(guò)程度，以滿(mǎn)足微生物細(xì)胞代謝的需要。而且每種滲透酶只運(yùn)輸相應(yīng)的物質(zhì)，即對(duì)被運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)有高度的專(zhuān)一性。促進(jìn)擴(kuò)散的運(yùn)輸方式多見(jiàn)于真核微生物中，例如酵母菌運(yùn)輸糖類(lèi)就是通過(guò)38 / 118這種方式，但在原核生物中卻少見(jiàn)。在厭氧微生物中，某些物質(zhì)的吸收和代謝產(chǎn)物的分泌是通過(guò)這種方式完成的。三、主動(dòng)運(yùn)輸如果微生物僅依靠單純擴(kuò)散和促進(jìn)擴(kuò)散這兩種方式對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收只能從高濃度到低濃度的擴(kuò)散，這樣微生物就不能吸收低于細(xì)胞內(nèi)濃度的外界營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，生長(zhǎng)代謝就會(huì)受到限制。實(shí)際上微生物細(xì)胞中的有些物質(zhì)以高于細(xì)胞外的濃度在細(xì)胞內(nèi)積累。如大腸桿菌在生長(zhǎng)期中，細(xì)胞中的鉀離子濃度比細(xì)胞外環(huán)境高許多倍。以乳糖為碳源的微生物，細(xì)胞內(nèi)的乳糖濃度比細(xì)胞外高于 500倍?？梢?jiàn)主動(dòng)運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)是營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)由低濃度向高濃度進(jìn)行，是逆濃度梯度的。因此這種物質(zhì)的運(yùn)輸過(guò)程不僅需要滲透酶，還需要代謝能量（ATP）的參與。目前研究的比較深入的是大腸桿菌對(duì)乳糖的吸收，其細(xì)胞膜的滲透酶為 β半乳糖苷酶，它可以在細(xì)胞內(nèi)外特異性地與乳糖結(jié)合（在膜內(nèi)結(jié)合程度比膜外?。?，在代謝能（ATP）的作用下，酶蛋白構(gòu)型發(fā)生變化而使乳糖達(dá)到膜內(nèi)，并在膜內(nèi)降低其對(duì)乳糖的親和力而在膜內(nèi)釋放出來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)乳糖由細(xì)胞外的低濃度向細(xì)胞內(nèi)的高濃度運(yùn)輸。四、基團(tuán)轉(zhuǎn)位在微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收過(guò)程中，還有一種特殊的運(yùn)輸方式中基團(tuán)轉(zhuǎn)位，這種方式除了具有主動(dòng)運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)外，主要是被運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)改變的其本身的性質(zhì)，有些化學(xué)基團(tuán)被轉(zhuǎn)移到被運(yùn)輸?shù)臓I(yíng)養(yǎng)物質(zhì)上。如許多的糖及糖的衍生物在運(yùn)輸中由細(xì)菌的磷酸酶系統(tǒng)催化，使其磷酸化，這樣磷酸基團(tuán)被轉(zhuǎn)移到糖分子上，以磷酸糖的形式進(jìn)入細(xì)胞?；鶊F(tuán)轉(zhuǎn)位可轉(zhuǎn)運(yùn)葡萄糖、甘露糖、果糖、和 β半乳糖苷以及嘌呤、嘧淀、乙酸等，但不能運(yùn)輸氨基酸。這個(gè)運(yùn)輸系統(tǒng)主要存在于兼厭氧菌和厭氧菌中，也有研究表明，某些好氧菌，如枯草桿菌和巨大芽孢桿菌也利用磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)將葡萄糖運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞內(nèi)。第三節(jié) 微生物的營(yíng)養(yǎng)類(lèi)型（1 學(xué)時(shí)）由于各種微生物的生活環(huán)境和對(duì)不同營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的利用能力不同，它們的營(yíng)養(yǎng)需要和代謝方式也不盡相同。根據(jù)微生物所要求的碳源不同（無(wú)機(jī)碳化合物39 / 118或有機(jī)碳合化物） ，可以將它們分為自養(yǎng)微生物和異養(yǎng)微生物兩大類(lèi)。自養(yǎng)微生物以 CO2 為唯一的碳源，能夠在完全無(wú)機(jī)的環(huán)境中生長(zhǎng)。而異養(yǎng)微生物的生長(zhǎng)則至少需要有一種有機(jī)物存在，它們不能以 CO2 作為唯一的碳源。根據(jù)微生物所利用的能源的不同，又可將微生物分為兩種能量代謝類(lèi)型，一種是吸收光能來(lái)維持其生命活動(dòng)的，稱(chēng)為光能微生物，另一類(lèi)是利用吸收的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)降解產(chǎn)生化學(xué)能，稱(chēng)為化能微生物。將以上兩種分類(lèi)方法結(jié)合起來(lái)，我們可以把微生物的營(yíng)養(yǎng)類(lèi)型歸納為光能自養(yǎng)型、化能自養(yǎng)型、光能異養(yǎng)型和化能異養(yǎng)型四種類(lèi)型。一、光能自養(yǎng)型微生物這類(lèi)微生物利用光作為生長(zhǎng)所需要的能源，以 CO2 作為碳源。光能自養(yǎng)微生物都含有光合色素，能夠進(jìn)行光合作用。但是必須注意，光合細(xì)菌的光合作用與高等綠色植物的光合作用有所區(qū)別。在高等綠色植物的光合作用中，水是同化 CO2 時(shí)的還原劑，同時(shí)釋放出氧。而在光合細(xì)菌中，則是以H2S、Na 2S2O3 等無(wú)機(jī)化合物作為供氫體來(lái)還原 CO2，從而合成細(xì)胞有機(jī)物的。例如綠硫細(xì)菌以 H2S 為供氧體，它們的光合作用可以概括為： ??2 22CCHOS???光 能細(xì) 胞 葉 綠 素二、化能自養(yǎng)型微生物這類(lèi)微生物的能源來(lái)自無(wú)機(jī)物氧化所產(chǎn)生的化學(xué)能。碳源是 CO2 或碳酸鹽。常貝的化能自養(yǎng)微生物有硫化細(xì)菌、硝化細(xì)菌、氫細(xì)菌、鐵細(xì)菌、一氧化碳細(xì)菌和甲烷氧化細(xì)菌等。它們分別以硫、還原態(tài)硫化物、氨，亞硝酸、氫、二價(jià)鐵、一氧化碳和甲烷作為能源。 硝化細(xì)菌在自然界的氮素循環(huán)中起著重要作用，它們使自然 界中的氨轉(zhuǎn)化為亞硝酸、硝酸，提高了土壤的肥力。 硫化細(xì)菌可用來(lái)處理礦石，漫出一些金屬礦物。這樣的處理 方法被叫做濕法冶金。在農(nóng)業(yè)上，硫化細(xì)菌則被用來(lái)改造堿性土壤。 化能自養(yǎng)微生物一般須消耗 ATP，促使電子沿電子傳遞鏈逆向傳遞，以取得固定 CO2 時(shí)所必需的 NADH 十 H+。因此這類(lèi)菌的生長(zhǎng)較為緩慢。三、光能異養(yǎng)型微生物40 / 118這類(lèi)微生物利用光作為能源。不能在完全無(wú)機(jī)化合物的壞境中生長(zhǎng)，須利用有機(jī)化合物作為供氫體來(lái)還原 CO2，合成細(xì)胞有機(jī)物質(zhì)。例如，紅螺細(xì)菌利用異丙醇作為供氫體，進(jìn)行光合作用，并積累丙酮酸。四、化能異養(yǎng)型微生物這類(lèi)微生物所需要的能源來(lái)自有機(jī)物氧化所產(chǎn)生的化學(xué)能，它們只能利用有機(jī)化合物。如；淀粉、糖類(lèi)、纖維素、有機(jī)酸等。因此有機(jī)碳化物對(duì)這類(lèi)微生物來(lái)說(shuō)既是碳源也是能源。它們的氮素營(yíng)養(yǎng)可以是有機(jī)物，如蛋白質(zhì)，也可以是無(wú)機(jī)物，如硝酸銨等?；?