微生物學講義

微生物學講義微生物學講義微生物學講義微生物學講義編制僅供參考審核批準生效日期地址：電話：傳真:郵編:微生物學講義第一章緒論微生物與人類的關系人類喝的酸奶、酒等發(fā)酵飲料，吃的面包、饅頭甚至呼吸的新鮮空氣都是微生物帶來的恩惠；而我們所遭受的感冒和其它傳染病等病魔的折磨，則是有害微生物侵蝕了身體所致，但服用或注射抗生素類藥物后恢復健康，又要感謝微生物，因為這類藥物是微生物的“奉獻”。微生物是一把雙刃劍：一方面給人類帶來巨大的利益，如：許多微生物產(chǎn)品疫苗、維生素、酶制劑、酒和抗生素等重要產(chǎn)品，物質(zhì)循環(huán)中的重要組成成員以及以基因工程為代表的生物技術(shù)也是微生物對人類做出的又一重大貢獻；另一方面又“殘忍”地給人類帶來巨大災難，如：1347年的瘟疫（鼠疫耶森氏菌）幾乎毀滅整個歐洲，今天的艾滋?。ˋIDS）、癌癥、SARS以及已被人類征服了的傳染病（如肺結(jié)核、瘧疾、霍亂等）也有“卷土重來”之勢。隨著環(huán)境污染和破壞日益嚴重，一些以前從未有過的新疾?。ㄈ畿妶F病、埃博拉病毒病、瘋牛病和SARS等）又給人類帶來新的威脅。因此，你－未來的微生物學家或其他科學家任重而道遠。正確地利用微生物的兩面性來造福人類是我們學習和應用微生物學的目的，也是義不容辭的責任。什么是微生物？微生物是一切肉眼所看不到的或者看不清楚的形體微小的單細胞或個體結(jié)構(gòu)簡單的多細胞的甚至沒有細胞結(jié)構(gòu)的低等生物的總稱。微生物的特點：形體微小μm－mm光鏡下可見、大的肉眼可見（細胞型）nm電鏡下可見（細胞器和非細胞型病毒）單細胞構(gòu)造簡單簡單多細胞非細胞型（分子生物）原核類：細菌、放線菌、支原體、立克次氏體和藍細菌等進化地位低等真核類：真菌（酵母菌和霉菌）、原生動物和顯微藻類非細胞類：病毒、亞病毒（擬病毒、類病毒和朊病毒等）微生物科學研究對象及分類地位研究對象：無細胞結(jié)構(gòu)不能獨立生活的病毒、亞病毒，具原核細胞結(jié)構(gòu)的古生菌和真細菌以及具真核細胞結(jié)構(gòu)的真菌（酵母菌、霉菌和蕈xun菌）、單細胞藻類和原生動物等。分類地位：由于微生物的極其多樣性以及獨特的生物學特征（個體小，比表面積大、吸收多、轉(zhuǎn)化快，生長旺盛、繁殖快，種類多、分布廣，易變異、適應性強。），使其在整個生命科學中占有舉足輕重的地位。無論是1969年魏塔克Whittaker提出的五界系統(tǒng)，還是1977年卡爾·伍斯KarlWoese（2003年格拉夫生物科學獎獲得者）提出的三域系統(tǒng)，微生物都占據(jù)很大比例（3/5和2/3）。研究內(nèi)容及分科研究內(nèi)容：微生物學是研究微生物在一定條件下的形態(tài)結(jié)構(gòu)，生理生化，遺傳變異以及微生物的進化、分類和生態(tài)等生命活動規(guī)律及其應用的一門學科。分科：隨著微生物學的不斷發(fā)展，已形成了基礎微生物學和應用微生物學兩大學科，又可分為許多不同的分支學科，并還在不斷地形成新的學科和研究領域。見p3圖1－1三、微生物學的發(fā)展（一）史前期（1676年以前）人們在顯微鏡出現(xiàn)以前并不知道微生物，只是無形中利用了微生物，也不知道這些過程中有微生物存在。如我國的制曲釀酒工業(yè)——先用霉菌制曲，再用酵母菌發(fā)酵；農(nóng)業(yè)上的輪作制、積肥漚糞等；醫(yī)學上人痘（鼻苗法種痘）預防天花、用麥曲治療腹瀉等。（二）初創(chuàng)期（1676－1861）微生物的發(fā)現(xiàn)和形態(tài)學研究列文虎克Leeuwenhoek于1676年用自制的單式顯微鏡第一次發(fā)現(xiàn)并描述了微生物，隨后人們主要熱衷于尋找和描述微生物的形態(tài)及分門別類，而沒有研究其生理活動及與人類實踐活動的關系。（三）奠基期（1861－1897）微生物的生理活動研究以法國的巴斯德Pasteur和德國的柯赫Koch為代表的科學家將微生物的研究推進到生理學研究階段，揭露了微生物是造成腐敗發(fā)酵和人畜疾病的原因，并建立了分離、培養(yǎng)、接種和滅菌等一系列獨特的微生物技術(shù)，從而奠定了微生物學的基礎，同時開辟了醫(yī)學和工業(yè)微生物學等分支學科。巴斯德主要貢獻有三個方面提出了生命只能來源于生命的胚種學說，認為只有活的微生物才是傳染病、發(fā)酵和腐敗的真正原因。用著名的曲頸瓶試驗徹底否定了“自然發(fā)生”學說。奠定了免疫學的基礎。1877年巴斯德研究了雞霍亂，發(fā)現(xiàn)將病原菌減毒可誘發(fā)免疫性，以預防雞霍亂。其后他又研究了牛、羊炭疽病和狂犬病，并首次職稱狂犬病疫苗，證實其免疫學說，為人類防病、治病作出了重大貢獻。證實發(fā)酵是由微生物引起的。巴斯德經(jīng)過不斷努力，終于分離到了許多引起發(fā)酵的微生物，并證實酒精發(fā)酵是由酵母菌引起的。此外，他還發(fā)現(xiàn)了乳酸發(fā)酵、醋酸發(fā)酵和丁酸發(fā)酵都是由不同的細菌引起的，為進一步研究微生物的生理生化奠定了基礎。其他方面：至今仍在沿用的巴斯德消毒法（60－65℃加熱處理30ˊ，殺死有害微生物的一種消毒法），對蠶軟化病提出隔離病原體防治傳染、檢查淘汰病蛾，逐漸消滅病害的理論。柯赫主要貢獻有兩方面⑴在微生物基本操作技術(shù)方面為微生物學的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎，主要包括①發(fā)明了明膠、瓊脂固體培養(yǎng)基平板分離培養(yǎng)技術(shù)，一直沿用至今；②創(chuàng)立了懸滴培養(yǎng)法、顯微攝影技術(shù)以及許多染色方法；③配置培養(yǎng)基。⑵在病原菌研究方面①具體證實了炭疽病菌是炭疽病的病原菌；②發(fā)現(xiàn)了肺結(jié)核病的病原菌（于1911年獲諾貝爾獎）；提出了證明某種微生物是否為某種疾病病原體的基本原則－柯赫法則：病原菌總是在患傳染病的動物（生物）中存在，而不存在于健康個體中；這一微生物可以離開動物體，并被培養(yǎng)為純種培養(yǎng)物；這種純種培養(yǎng)物接種到敏感的健康動物體后，應出現(xiàn)該微生物所引起的特有病癥；該微生物可以從患病的試驗動物中重新分離出來，并可在實驗室中再次培養(yǎng)，且它仍應與原始病原微生物相同。3、其他李斯特－消毒外科術(shù)，埃爾里赫、梅契尼科夫－免疫學，貝哲林克、維諾格拉德斯基－土壤微生物學，伊萬諾夫斯基－病毒學，埃爾里赫－化療法。（四）20世紀的微生物學1941年以前微生物學家主要研究感染疾病因子、免疫、尋找新的化學治療劑以及微生物代謝等。直到40年代，許多生物學難以解決德理論和技術(shù)問題十分突出，特別是遺傳學上的爭論問題，才使得微生物學與生物學很快結(jié)合起來，成為整個生命科學發(fā)展德前沿。多學科交叉促進了微生物學的全面發(fā)展1941年的突變實驗比德爾和塔特姆用粗糙脈胞菌分離出一系列生化突變株，將遺傳學和生物化學緊密結(jié)合起來，不僅促進了微生物學的發(fā)展，形成了微生物遺傳學和生理學，而且也推動了分子遺傳學的形成；與此同時，微生物的其它分支學科也得到了迅速發(fā)展。還有60年代發(fā)展起微生物生態(tài)學、環(huán)境微生物學等；50年代微生物學全面進入分子研究水平，與發(fā)展起的分子生物學理論和技術(shù)以及其他學科匯合，使其發(fā)展成為生命科學領域內(nèi)的一門前沿科學。促進許多重大理論問題的突破1941年的突變實驗，提出了“一個基因一個酶”的假說；1943年魯里亞、德爾波留克的涂布試驗證明了突變的性質(zhì)和來源（自發(fā)性）；長期爭論而未能解決的“遺傳的物質(zhì)基礎是什么？”的重大理論問題，也是以微生物為實驗材料進行研究獲得的結(jié)果證實：核酸是遺傳的物質(zhì)基礎；DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的提出，基因的概念，基因組的測序，操從子學說，“中心法則”等理論的提出都與微生物學的研究息息相關。另外，源于微生物轉(zhuǎn)化的理論和技術(shù)的轉(zhuǎn)基因動植物的轉(zhuǎn)化技術(shù)、DNA重組技術(shù)、遺傳工程，使人類定向改變生物、根治疾病、美化環(huán)境的夢想成為現(xiàn)實?？傊?，20世紀的微生物學一方面在與其他學科的交叉和相互促進中獲得迅猛發(fā)展，另一方面也為整個生命科學的發(fā)展作出了巨大貢獻。3、我國微生物學的發(fā)展我國具有5000多年文明史的古國，是認識和利用微生物最早的國家之一。特別是在制酒、醬油和醋等微生物產(chǎn)品以及種痘等方面。但是微生物作為一門科學進行研究卻比較落后。從本世紀初由一批從西方留學的科學家開始進行比較系統(tǒng)地研究。主要有伍連德－對鼠疫和霍亂病原等進行研究，并建立衛(wèi)生防疫機構(gòu)；湯飛凡及其助手張曉樓－醫(yī)學細菌學、病毒學和免疫學，尤其是在世界上首次分離和確證了沙眼病原體；謝少文則第一次分離出立克次氏體；戴芳瀾和俞大紱是我國真菌學和植物病理學的奠基人；陳華癸和張憲武開創(chuàng)了我國的農(nóng)業(yè)微生物學；高尚蔭創(chuàng)建了我國的病毒學和第一個微生物學專業(yè)。五、21世紀微生物學展望1、微生物基因組學研究將全面展開主要集中在基因組的序列分析、功能分析和比較分析，從本質(zhì)上認識微生物自身以及利用和改造微生物，并帶動分子微生物學等基礎研究學科的發(fā)展。2、以了解微生物之間、微生物與其他生物、微生物與環(huán)境的相互作用為研究對象的微生物生態(tài)學、環(huán)境微生物學和細胞微生物學等，將在基因組信息的基礎上獲得長足進步，為人類的生存和健康發(fā)揮重要作用。3、與其他學科將更加廣泛的交叉，相互促進發(fā)展。微生物基因組學是數(shù)、理、化、信息和計算機等多種學科交叉的結(jié)果；隨著人類認識的加深和需求，將進一步向地質(zhì)、海洋、大氣和太空滲透，是更多的邊緣學科得到發(fā)展。微生物學的研究技術(shù)和方法也將會在吸收其他學科的先進技術(shù)的基礎上，向自動化、定向化和定量化發(fā)展。在21世紀微生物產(chǎn)業(yè)除了更廣泛地利用和挖掘不同生境（尤其是極端環(huán)境）的自然資源微生物外，基因工程菌將形成一批強大的工業(yè)生產(chǎn)菌，生產(chǎn)外源基因表達的產(chǎn)物，特別是藥物的生產(chǎn)將出現(xiàn)前所未有的新局面，人類將完全征服癌癥、艾滋病以及其他疾病，為人類做出更大的貢獻。思考題1．什么是微生物微生物學的研究內(nèi)容是什么

2．微生物學發(fā)展過程中的幾位重要科學家及其貢獻有哪些？3．病原菌學說的提出和證實都有哪些人？4．微生物有那些特點？第二章微生物細胞的結(jié)構(gòu)與功能第一節(jié)原核微生物的細胞結(jié)構(gòu)原核微生物是指細胞核無核膜包圍，只有核區(qū)的裸露DNA的原始單細胞微生物，包括古生菌和真細菌兩大類群。真細菌的細胞膜含由酯鍵連接的脂類，細胞壁中含特有的肽聚糖，DNA中一般沒有內(nèi)含子（近年來也有例外的發(fā)現(xiàn)）。包括細菌、放線菌、藍細菌、支原體、立克次氏體和衣原體等。一、真細菌細胞的構(gòu)造細菌細胞是原核細胞，就是在細胞中沒有細胞核結(jié)構(gòu)。只有明顯核區(qū)（擬核），外面無核膜包圍。與有真正細胞核的真核細胞相比，其它結(jié)構(gòu)成分也有差異，如原核細胞壁的主要成分是一類含有氨基酸的多糖，稱為肽聚糖，而真核細胞壁主要由纖維素或甲殼質(zhì)組成。細菌細胞的基本結(jié)構(gòu)是一般細菌共有的結(jié)構(gòu)，包括細胞壁、細胞質(zhì)膜、擬核、細胞質(zhì)。細胞壁：是位于細胞最外面的一層堅韌而略具彈性的結(jié)構(gòu)層，主要由肽聚糖構(gòu)成，有固定外形和保護細胞等多種功能。用一種稱為革蘭氏染色的方法，可將細菌分為革蘭氏陽性菌（G＋菌）和革蘭氏陰性菌（G－菌）兩大類。真細菌的細胞膜含由酯鍵連接的脂類，細胞壁中含有特有的肽聚糖，DNA中一般沒有內(nèi)含子（近年也有例外發(fā)現(xiàn)）；古生菌的細胞壁無肽聚糖，由多糖、糖蛋白或蛋白質(zhì)構(gòu)成，且多含有酸或酸性氨基酸、多糖細胞壁。證明細胞壁存在的方法：質(zhì)壁分離技術(shù)（蔗糖溶液），姬姆薩染色（壁綠色，質(zhì)紅色），制成原生質(zhì)體，電子顯微鏡觀察。革蘭氏陽性菌細胞壁：化學組分簡單，只由90％的肽聚糖和10％磷壁酸肽聚糖：分子由肽和聚糖兩部分組成，肽有四肽尾（按L型和D型交替連接而成）和肽橋，聚糖則由N－乙酰葡萄糖胺（NAG）和N－乙酰胞壁酸（NAM）相互間隔通過β－1、4－糖苷鍵（溶菌酶水解）連接而成，呈長鏈骨架結(jié)構(gòu)。磷壁酸：主要為甘油磷壁酸或核糖醇磷壁酸。分為壁磷酸和膜磷酸。壁磷酸與肽聚糖上的NAG共價連接，可用稀酸或稀堿提取；膜磷酸是甘油磷酸與膜上的磷脂共價結(jié)合，用45％的熱酚或熱水提取。主要生理功能：由于含有較多的負電荷而吸收Mg2＋，而提高一些合成酶的活性；儲藏磷元素；增強某些致病菌對宿主細胞的粘連，避免被白細胞吞噬以及抗補體的作用；賦予G＋菌以特異表面抗原；可為噬菌體的吸附位點。革蘭氏陰性菌的細胞壁肽聚糖：1－2層為薄層，四肽尾的第三個氨基酸為內(nèi)消旋的二氨基庚二酸（m－DAP），無肽橋，單體之間僅通過肽尾直接相連，故松散、機械強度較差。外膜：位于細胞壁外層，由脂多糖、磷脂和脂蛋白等組成。脂多糖由類脂A、核心多糖和O－特異側(cè)鏈三部分組成。其中類脂A是G－菌的致病物質(zhì)－內(nèi)毒素的物質(zhì)基礎；O－特異側(cè)鏈種類極多，決定其表面抗原決定簇的多樣性。外膜蛋白：是鑲嵌在LPS和磷脂層外膜上的蛋白。有兩種孔蛋白，限制或控制某些物質(zhì)進入細胞，一種脂蛋白將外膜與肽聚糖內(nèi)壁層上的蛋白牢固連接。缺壁細菌：在自然界長期進化和實驗室菌種的自發(fā)突變中發(fā)生細胞壁缺陷的細菌或者在實驗室用人為的方法獲得的缺壁細菌。缺壁突變－L型細菌實驗室或宿主體內(nèi)形成基本去盡－原生質(zhì)體（G＋）缺壁細菌人工去壁部分去掉－球狀體（G－）在自然界長期進化中形成－支原體（細胞膜中含有甾醇）革蘭氏染色的機制：革蘭氏發(fā)明，薩頓提出，彼弗里奇證明。結(jié)晶紫和碘在細胞膜內(nèi)形成水不溶的復合物，G＋菌的細胞壁較厚，肽聚糖網(wǎng)層次多和交聯(lián)緊密，故乙醇脫色時，因失水反而網(wǎng)孔縮小，因此該復合物留在壁內(nèi)，使其仍呈紫褐色；反之G－菌則正相反，且由于其外膜的類脂迅速溶解，使薄而松散的肽聚糖層網(wǎng)孔變大，結(jié)晶紫碘復合物溶出而無色，故被染成復染的顏色紅色。2、細胞質(zhì)膜：是緊貼在細胞壁內(nèi)側(cè)，包圍細胞質(zhì)的一層柔軟、脆弱且富有彈性的半透性薄膜，是重要的代謝活動中心，對于細菌的呼吸、能量的產(chǎn)生、運動、生物合成、內(nèi)外物質(zhì)的交換運送等均有重要的作用。由磷脂和蛋白質(zhì)組成。3、擬核：位于細胞質(zhì)內(nèi)，是一種沒有核膜、沒有核仁、沒有固定形態(tài)、結(jié)構(gòu)也較簡單的原始形態(tài)的核，其實質(zhì)是一個大型環(huán)狀的雙鏈DNA分子，是負載細菌遺傳信息的物質(zhì)基礎。4、細胞質(zhì)：是由細胞質(zhì)膜包圍著的，除擬核以外一切透明、膠狀、顆粒狀物質(zhì)的總稱。具有維持細胞內(nèi)環(huán)境平衡等多種功能，分散于細胞質(zhì)中的核糖體顆粒是蛋白質(zhì)合成的場所。內(nèi)含物主要有PHB聚β－羥丁酸、磁小體和羧化酶。PHB存在于許多細菌細胞質(zhì)內(nèi)屬于類脂性質(zhì)的碳源類貯藏物，不溶于水，可溶于氯仿，用尼羅蘭或蘇丹黑染色，具有貯藏能量、碳源和降低細胞滲透壓的作用。由于其具有無毒、可塑和易降解的特性，故被認為是生產(chǎn)醫(yī)用塑料、生物降解塑料的良好原料。磁小體：趨磁細菌中含有的大小均勻、數(shù)目不等的磁小體，其成分為Fe3O4，外有一層膜包裹，是單磁疇晶體，無毒、大小均勻。功能是導向作用，即借鞭毛游向該菌最有利的環(huán)境處生活。目前認為該菌有實用前景，可生產(chǎn)磁性定向藥物或抗體，以及制造生物傳感器等。細菌細胞的特殊結(jié)構(gòu)包括鞭毛、菌毛、莢膜、芽孢等，是某些細菌在某生長階段具有的結(jié)構(gòu)。鞭毛：是某些細菌表面著生的一至數(shù)根由細胞內(nèi)伸出的細長、波曲的絲狀體，具有運動的功能。鞭毛在菌體上的著生位置、數(shù)目因種而異。2、菌毛（又名纖毛）：是在細菌體表的比鞭毛更細、更短、直硬，且數(shù)量較多（250～300根）的絲狀體，與細菌吸附或性結(jié)合有關。3、莢膜：是某些細菌向細胞壁表面分泌的一層厚度不定的膠狀物質(zhì)，它猶如穿在菌體表面的一件外套，用顯微鏡觀察，中心部位是細菌菌體，在暗色背景下莢膜呈透明狀環(huán)繞菌體，具有抗干燥，抗吞噬和附著作用。4、芽孢：是某些細菌于生長后期，在細胞內(nèi)形成的一個圓形、橢圓形或圓柱形、厚壁、含水量極低和具有極強的抗熱、抗輻射、抗化學藥物和抗靜水壓等特性的休眠體，，稱為內(nèi)生孢子，亦稱芽孢?？胺Q生命世界之最，所以有些細菌在環(huán)境條件不利于生長繁殖時便會形成芽孢。能產(chǎn)生芽孢的多為桿菌，產(chǎn)芽孢母細胞的外殼稱芽孢囊。芽孢在菌體內(nèi)的位置、形狀、大小因種而異，有中央位、端位、近端位等。在有些細菌中，芽孢的直徑小于菌體直徑，這些細菌稱為芽孢桿菌，為好氧細菌；在另一些細菌中，芽孢的直徑大于菌體直徑，使整個菌體呈梭形或鼓塑形，這些細菌稱為梭狀芽孢桿菌，為厭氧菌。在球菌和螺菌中，只有少數(shù)種類有芽孢。芽孢形成和結(jié)構(gòu)芽孢的形成是一個極其復雜的過程，包括形態(tài)結(jié)構(gòu)、化學成分等多方面的變化。光學顯微鏡和電子顯微鏡觀察研究的結(jié)果，表明芽孢的形成在結(jié)構(gòu)上主要經(jīng)歷以下幾個階段：①核物質(zhì)融合成軸絲狀（桿狀）。②在細胞中央或一端，細胞膜內(nèi)陷形成隔膜包圍核物質(zhì)，產(chǎn)生一個小細胞。③小細胞被原來的細胞膜包圍，生成前孢子。前孢子實質(zhì)上是一個被兩層同心膜包圍著的原生質(zhì)體，抗輻射。④前孢子再向外分泌芽孢肽聚糖、DPA（吡啶二羧酸），積累鈣離子，再經(jīng)脫水，形成皮層、芽孢衣等多層膜，最后成為成熟的芽孢，由于細胞壁的潰溶而釋放出來。芽泡形成過程中在化學成分方面也發(fā)生很大變化。生芽孢的細胞大量吸收鈣離子并大量合成營養(yǎng)細胞中沒有的吡啶二羧酸。在成熟的芽孢中，芽孢原生質(zhì)體含有極高的吡啶二羧酸鈣DPA-Ca，在新合成的、具有特殊化學構(gòu)造的外層（皮層和孢子衣，有時還有芽孢外壁）中也有這種物質(zhì)。芽孢的壁含有一種特殊的肽聚糖－芽孢肽聚糖。同時，芽孢中還含有一些特殊的蛋白質(zhì)。芽孢的萌發(fā)：剛形成的芽孢總是處于休眠狀態(tài)。熱處理（如65℃放置幾十分鐘）可以使芽孢加速活化。芽孢萌發(fā)時首先發(fā)生吸脹作用，隨之折光性和抗性喪失，繼而呼吸作用開始，顯出代謝活性，芽孢物質(zhì)（干重）的30％變?yōu)榭扇芪镝尦?，營養(yǎng)細胞壁迅速合成，最后，新形成的營養(yǎng)細胞從孢子衣里萌發(fā)出來。萌發(fā)通常有三種方式：赤道脫出，末端脫出，斜出。芽孢耐熱機制：滲透調(diào)節(jié)皮層膨脹學說認為芽孢的耐熱性在于芽孢衣對多價陽離子和水分的透性很差，皮層由于含有大量交聯(lián)度低、負電荷強的芽孢肽聚糖，其與低價的陽離子一起使皮層的離子強度很高，從而使皮層產(chǎn)生極高的滲透壓去奪取芽孢核心的水份，其結(jié)果造成皮層的充分膨脹，而有生命的核心部分的細胞質(zhì)卻變得高度失水，因此，具極強的耐熱性。伴孢晶體：少數(shù)芽孢桿菌如蘇云金芽孢桿菌在形成芽孢的同時，會在芽孢旁形成一顆菱形或雙錐形的堿溶性蛋白質(zhì)晶體－（δ）內(nèi)毒素，稱為伴孢晶體。對200多種昆蟲尤其是鱗翅目昆蟲的幼蟲有毒殺作用，蛋白質(zhì)晶體的毒性是有高度專性的，對其他動物與植物完全沒有毒性，故是一種理想的有利于環(huán)保的生物農(nóng)藥。研究芽孢的意義：1．分類鑒定不同細菌的芽孢具有不同的特點，從形狀、大小、表面特征，直到與菌體的關系等都有不同的表現(xiàn)，因此可以作為分類鑒定的依據(jù)或參考。2．科研材料由于芽孢獨特的產(chǎn)生方式，成為研究形態(tài)發(fā)生和遺傳控制的好材料。3．保存菌種芽孢對不良環(huán)境有很強的抵抗力，可以保持生命力達數(shù)十年之久，在自然界使細菌度過惡劣的環(huán)境，在實驗室是保存菌種的好材料。4．分離菌種芽孢的耐熱性有助于芽孢細菌的分離。將含菌懸浮液進行熱處理，殺死所有營養(yǎng)細胞，可以篩選出形成芽孢的細菌種類。5．生物殺蟲。這種殺蟲劑的生產(chǎn)，并不需將蛋白質(zhì)分離出來，只需培養(yǎng)大量細菌，在其形成芽孢并產(chǎn)生晶體時收獲、干燥，做成粉劑即可第二節(jié)真核微生物的細胞結(jié)構(gòu)細胞核具有核膜，能進行有絲分裂、細胞質(zhì)中存在線粒體等細胞器的生物。真核微生物包括真菌、顯微藻類、原生動物以及地衣等。細胞壁（真菌和藻類）：主要成分是多糖（葡聚糖、甘露聚糖、纖維素、幾丁質(zhì)等），另有少量的蛋白質(zhì)和脂類。酵母菌的細胞壁：甘露聚糖、蛋白質(zhì)、葡聚糖、幾丁質(zhì)和少量的脂質(zhì)。葡聚糖有兩類β－1、3和β－1、6葡聚糖，位于細胞壁內(nèi)層，起維持酵母細胞的機械強度作用。絲狀真菌的細胞壁：由外到內(nèi)依次為葡聚糖、糖蛋白、纖維素和幾丁質(zhì)。藻類的細胞壁：纖維素、雜多糖及少量的蛋白質(zhì)和脂類。除壁的方式為蝸牛酶水解或葡聚糖酶、甘露聚糖酶、纖維素酶和幾丁質(zhì)酶等混合酶水解。鞭毛和纖毛與原核微生物鞭毛的區(qū)別主要是鞭桿為：“9＋2”結(jié)構(gòu)，基體為“9＋0”結(jié)構(gòu)。運動方式為彎曲運動。細胞器1、核糖體：又稱核蛋白體，是存在于一切細胞中的無膜包裹的顆粒狀細胞器，具有合成蛋白質(zhì)的功能，主要成分由表到內(nèi)是蛋白質(zhì)（40％）和RNA（60％），共價結(jié)合形成。真核生物內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和細胞基質(zhì)中的核糖體為80S，其它細胞器如線粒體、葉綠體中的為70S。2、線粒體：是一種進行氧化磷酸化反應的重要細胞器，其功能是把蘊藏在有機物中的化學潛能轉(zhuǎn)化為生命活動所需的通用能源ATP，故為真核生物的“動力車間”。由雙層膜包裹而成，內(nèi)膜上有嵴、基粒和四種脂蛋白復合體，嵴增大進行化學反應的面積；基?；騀1顆粒為ATP合成酶復合體，四種脂蛋白是電子傳遞鏈（呼吸鏈）的組成部分。3、葉綠體：將光能轉(zhuǎn)化為化學能，并通過光合作用將CO2和H2O合成葡萄糖等碳水化合物，放出O2的綠色顆粒狀細胞器。課后思考題那些特征可用于區(qū)別真核生物與原核生物？什么是缺壁細菌？試述其各自的特點和意義。用滲透調(diào)節(jié)皮層膨脹學說解釋芽孢的耐熱機制。簡述線粒體和葉綠體的主要特征及功能。第三章微生物的營養(yǎng)微生物的營養(yǎng)主要是研究和闡明營養(yǎng)物質(zhì)在微生物生命活動過程中的生理功能，以及微生物細胞從外界環(huán)境攝取營養(yǎng)物質(zhì)的機制。營養(yǎng)物質(zhì)和營養(yǎng)：那些能夠滿足微生物機體生長、繁殖和完成各種生理活動所需的物質(zhì)稱為營養(yǎng)物質(zhì)。微生物獲得和利用營養(yǎng)物質(zhì)的過程稱為營養(yǎng)。第一節(jié)微生物的營養(yǎng)要求微生物細胞的化學組成1．化學元素：C、H、O、N、P、S、K、Mg、Ca、Fe等為主要元素Zn、Mn、Na、Cl、Mo、Se、Co、Cu、W、Ni、B等為微量元素。組成微生物細胞的各類化學元素的比例因微生物的種類不同而異；也隨菌齡及營養(yǎng)條件的不同而發(fā)生變化。2．化學成分及其分析對細胞有機物成分的分析常采用兩種方式：一是用化學方法直接抽提細胞內(nèi)的各種有機物成分，再加以定性和定量分析；另一種是先將細胞破碎，獲得不同的亞顯微結(jié)構(gòu)，再分析這些結(jié)構(gòu)的化學成分。對細胞無機物成分的分析則將干細胞在高溫爐（如馬沸爐）中焚燒成灰，再采用無機化學常規(guī)分析法可定性定量分析出灰分中的各種無機元素含量。灰分：干細胞于高溫爐（550℃）中焚燒后而剩下的各種無機元素的氧化物的總稱（混合物）。水：是一切細胞維持正常生命活動所必不可少的，一般占細胞重量的70％－90％。（濕重－干重）/濕重×100％營養(yǎng)物質(zhì)及其生理功能根據(jù)營養(yǎng)物質(zhì)在有機體中的生理功能不同，可將其分為碳源、氮源、無機鹽、生長因子和水五大類。1．碳源：在微生物生長過程中為微生物提供碳素來源的物質(zhì)。在細胞中經(jīng)一系列復雜的生物化學反應后變?yōu)槲⑸镒陨淼募毎镔|(zhì)和代謝產(chǎn)物。其中化能異養(yǎng)菌還能產(chǎn)生生物能。微生物利用碳源物質(zhì)具有選擇性，其順序依次為：糖類[單糖（己糖﹥戊糖）﹥雙糖﹥淀粉﹥纖維素、純多糖﹥雜多糖]﹥有機酸﹥醇﹥脂﹥烴﹥HCO3-、CO2(自養(yǎng)菌)﹥蛋白質(zhì)、核酸等。2．氮源：在微生物生長過程中為微生物提供氮素來源的物質(zhì)。一般不作為能源，只有消化細菌和少數(shù)厭氧菌在厭氧條件下利用氨基酸作為營養(yǎng)物質(zhì)。常用的蛋白質(zhì)類：蛋白胨、魚粉、蠶蛹粉、黃豆餅粉、花生餅粉、玉米漿、牛肉膏、酵母膏等。微生物對氮源的利用也具有選擇性，對主要以氨基酸和肽等較易吸收的蛋白質(zhì)降解產(chǎn)物和NH3+、NO3-形式存在的氮源的利用速度快，稱為速效氮源；對主要以大分子蛋白質(zhì)形式存在，需進一步降解成小分子的氨基酸和肽后才能利用吸收的氮源稱為遲緩氮源。即速效氮源有利于菌體生長，后者有利于代謝產(chǎn)物的形成。在發(fā)酵生產(chǎn)中常利用微生物的這一特性，將兩者按一定比例制成混合氮源，以控制菌體生長時期與代謝產(chǎn)物形成時期的協(xié)調(diào)，達到提高產(chǎn)量降低成本的目的。酶的活性中心組成部分3．無機鹽：維持生物大分子和細胞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性在機體的生理功能調(diào)節(jié)并維持細胞的滲透壓平衡、控制氧化還原電位作為某些化能自養(yǎng)菌生長的能源物質(zhì)微量元素對微生物生長是必需的，若缺乏則會導致細胞生理活性降低甚至停止生長；若過量則對機體產(chǎn)生毒害作用，而且單獨一種過量毒害更大，因此配制培養(yǎng)基時要控制其在正常的范圍內(nèi)，并注意各種微量元素之間的比例協(xié)調(diào)。通常情況下沒有必要向培養(yǎng)基中添加微量元素。4．生長因子：指那些微生物生長所必需而且需要量很少，但微生物自身又不能合成或合成量不足以滿足機體生長需要的有機化合物。根據(jù)生長因子的化學結(jié)構(gòu)和它們在機體中的生理功能不同，將其分為維生素、氨基酸與堿基（嘌呤和嘧啶）三大類。5．水：生理功能主要有：①起到溶劑與運輸介質(zhì)的作用，營養(yǎng)物質(zhì)的吸收與代謝產(chǎn)物的分泌必須以水為介質(zhì)才能完成；②參與細胞內(nèi)一系列化學反應；③維持蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子穩(wěn)定的天然構(gòu)象；④因為水的比熱高，是熱的良導體，能有效地吸收代謝反應產(chǎn)生的能量并及時散發(fā)出體外，從而有效控制細胞溫度；⑤通過水合作用和脫水作用控制由多亞基組成的結(jié)構(gòu)，如酶、鞭毛等。水活度：指在一定的溫度和壓力條件下，溶液的蒸汽壓力與同樣條件下的純水蒸氣壓力之比，即aw＝PW/PW0。三、微生物的營養(yǎng)類型微生物種類繁多，其營養(yǎng)類型比較復雜，依據(jù)不同，劃分結(jié)果亦不同。根據(jù)碳源、能源及電子供體性質(zhì)的不同，將絕大多數(shù)微生物分為：表3－1微生物的營養(yǎng)類型營養(yǎng)類型能源碳源電子供體例子光能無機自養(yǎng)型光能CO2和HCO3-為唯一碳源還原性無機物如水、H2S、H2等著色細菌、藍細菌光能有機異養(yǎng)型光能有機物有機物紅螺細菌化能無機自養(yǎng)型化學能－無機物氧化CO2和HCO3-為唯一或主要碳源還原性無機物如H2S、Fe2+、NO2-、NH3等氫、鐵、硫細菌和消化細菌等化能有機異養(yǎng)型化學能－有機物氧化有機物有機物多為中間代謝物絕大多數(shù)細菌、所有真菌其中化能有機異養(yǎng)型又分為腐生型和寄生型等，而且該類型也能固定CO2，總之不同類型之間的界限不是絕對的，有的類型在不同條件下會發(fā)生改變，如紫色非硫細菌在沒有有機物時同化CO2，表現(xiàn)為自養(yǎng)型，反之則為異養(yǎng)型；在有光照和厭氧條件下表現(xiàn)為光能營養(yǎng)型，無光和好氧條件下，又為化能營養(yǎng)型。營養(yǎng)缺陷型：某些菌株由于發(fā)生基因突變而喪失合成某種或某些對該菌生長比不可少的物質(zhì)（通常是生長因子）的能力，必須從外界環(huán)境獲得該物質(zhì)才能生長繁殖，這種突變型菌株稱為營養(yǎng)缺陷型。第二節(jié)培養(yǎng)基培養(yǎng)基是指人工配制的，適合微生物生長繁殖或產(chǎn)生代謝產(chǎn)物的營養(yǎng)基質(zhì)。一、配制培養(yǎng)基的原則1．選擇適宜的營養(yǎng)基質(zhì)：首先要依據(jù)微生物的營養(yǎng)要求配制針對性強的培養(yǎng)基。由于微生物營養(yǎng)類型復雜，不同微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的需求不一樣，同一種微生物在不同的營養(yǎng)條件下會產(chǎn)生不同的代謝產(chǎn)物。如：①培養(yǎng)自養(yǎng)型微生物的培養(yǎng)基，由簡單的無機物組成，不需要有機物；②培養(yǎng)光能微生物則還需要光照提供能源；③培養(yǎng)化能自養(yǎng)型的微生物，培養(yǎng)基中還要添加該菌所需的提供能源的無機化合物；④谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)中，培養(yǎng)菌種的培養(yǎng)基與發(fā)酵培養(yǎng)基的營養(yǎng)成分就有很大差異。表3－2幾種類型的培養(yǎng)基組成成分氧化硫硫桿菌培養(yǎng)基大腸桿菌培養(yǎng)基牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基高氏I號合成培養(yǎng)基查氏合成培養(yǎng)基LB培養(yǎng)基主要作用牛肉膏5碳源（能源）、氮源、無機鹽、生長因子蛋白胨1010碳源（能源）、氮源、生長因子酵母浸膏5氮源、生長因子葡萄糖5碳源（能源）蔗糖30碳源（能源）可溶性淀粉20碳源（能源）CO2來自空氣碳源(NH4)SO40．4氮源、無機鹽NH4H2PO41氮源、無機鹽、緩沖劑KNO31氮源、無機鹽NaN033氮源、無機鹽MgSO4?7H2O0．50.20.50.5無機鹽FeSO40．010.010.01無機鹽KH2PO44無機鹽、緩沖劑K2HPO410.51無機鹽、緩沖劑NaCl550.510無機鹽KCl無機鹽CaCl20．25無機鹽S10能源H2O1000ml溶劑PH7．07.0～7.27.0～7.27.2～7.4自然7．0滅菌條件121℃20min112℃30min121℃20min121℃20min121℃20min121℃20min2.營養(yǎng)物質(zhì)濃度及配比合適：培養(yǎng)基中營養(yǎng)物質(zhì)濃度合適時微生物才能生長良好，營養(yǎng)物質(zhì)濃度過低不能滿足微生物正常生長需求，濃度過高時則可能對微生物生長起抑制作用。培養(yǎng)基中各種營養(yǎng)物質(zhì)之間的濃度配比（尤其是C/N）也能直接影響微生物的生長繁殖或產(chǎn)物的形成和積累。例如：①谷氨酸發(fā)酵過程中C/N為1/4時，菌體大量繁殖，谷氨酸積累少；為1/3時，菌體繁殖受抑制，谷氨酸產(chǎn)量大量增加。②抗生素發(fā)酵生產(chǎn)過程中，則通過控制速效氮（或碳）源與遲效效氮（或碳）源之間的比例來控制菌體生長與抗生素的合成協(xié)調(diào)。3．控制pH條件：培養(yǎng)基的pH值必須控制在一定的范圍內(nèi)，以滿足不同類型微生物的生長繁殖或產(chǎn)生代謝產(chǎn)物。各類微生物生長繁殖或產(chǎn)生代謝產(chǎn)物的最適pH條件各不同：一般來說，真細菌生長的pH在7.0～7.5，真菌生長在4.5～6.0或者是自然pH。在微生物生長繁殖和代謝過程中，由于營養(yǎng)物質(zhì)被分解利用和代謝產(chǎn)物的形成與積累，會導致培養(yǎng)基pH發(fā)生變化，所以通常在培養(yǎng)基中加入緩沖劑。緩沖劑組成的緩沖系統(tǒng)只能在一定的范圍內(nèi)起調(diào)節(jié)作用，故對產(chǎn)酸量很大的菌，其培養(yǎng)基中則需要加CaCO3等來調(diào)節(jié)。4．控制氧化還原電位（Ф）：不同類型的微生物生長對Ф的要求不一樣，一般好氧菌的Ф在＋0.1以上，通常在＋0.3～＋0.4V為宜；厭氧菌只能在Ф低于＋0.1V的條件下生長；兼性微生物一般在Ф為＋0.1以上時為好氧，以下時發(fā)酵。由于Ф值與pH有關，所以也受代謝產(chǎn)物的影響。5．原料來源的選擇：應盡量利用廉價且易于獲得的原料作為培養(yǎng)基的成分，以利于降低成本，提高經(jīng)濟效益。6．滅菌處理：要獲得純培養(yǎng)，就必須避免雜菌污染，對培養(yǎng)基一般采用高壓蒸汽滅菌，以徹底殺滅培養(yǎng)基中的雜菌。一般用1.05kg/cm2(121.3℃)持續(xù)滅20min或者0.56kg/cm2(112.6℃)下維持30min。某些含有特殊成分如血清等則需過濾除菌或間歇滅菌，有些由于一起滅菌會產(chǎn)生沉淀或分解，則需分別滅菌后在混合或者加鰲合劑如乙二胺四乙酸（EDTA）等。二、培養(yǎng)基的類型及應用培養(yǎng)基之類繁多，根據(jù)其成分、物理狀態(tài)和用途可將其分為多種類型。1．按成分不同劃分天然培養(yǎng)基：含有的化學成分還不清楚或不恒定的天然有機物，成本較低，亦稱為非化學限定培養(yǎng)基。如牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基、LB培養(yǎng)基、豆芽汁培養(yǎng)基和馬鈴薯培養(yǎng)基等。合成培養(yǎng)基：由化學成分完全了解的物質(zhì)配制而成的培養(yǎng)基。成本較高，重復性好，常用來進行微生物的營養(yǎng)需求、代謝、分類鑒定、生物量測定、菌種選育及遺傳分析等方面的研究。如高氏1號合成培養(yǎng)基、查氏合成培養(yǎng)基半合成培養(yǎng)基。2．根據(jù)物理狀態(tài)劃分依據(jù)凝固劑的有無和含量多少。液體培養(yǎng)基：培養(yǎng)基中不加任何凝固劑。通過攪拌或振蕩可以增加培養(yǎng)基的通氣量，同時使營養(yǎng)物質(zhì)分布均勻，故常用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)以及在實驗室進行微生物的基礎理論和應用研究。固體培養(yǎng)基：在液體培養(yǎng)基中加入一定量的凝固劑（瓊脂、明膠或硅膠），使其成為固體培養(yǎng)基。主要用于進行微生物的分離純化、分類鑒定、活菌計數(shù)以及菌種保藏等。理想的凝固劑應具備的條件：①不被所培養(yǎng)的微生物分解利用；②在所培養(yǎng)的微生物生長溫度范圍內(nèi)保持固體狀態(tài)，即凝固劑的凝固點溫度不能太低和量不能太少；③凝固劑對所培養(yǎng)的微生物無毒害作用；④凝固劑在滅菌過程中不會被破壞；⑤透明度好，粘著力強；⑥配制方便且價格便宜。天然固體培養(yǎng)基－天然固體基質(zhì)制成的培養(yǎng)基。如酒曲、棉子殼培養(yǎng)基等。（3）半固體培養(yǎng)基：其凝固劑的含量比較少，一般瓊脂含量為0.2～0.7%。主要用作觀察微生物的運動特征、分類鑒定及效價測定等。3．按用途劃分（1）基礎培養(yǎng)基：含一般微生物生長繁殖所需的基本營養(yǎng)基質(zhì)。如LB培養(yǎng)基、牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基等。（2）加富培養(yǎng)基：在基礎培養(yǎng)基中加入某些特殊營養(yǎng)物質(zhì)制成的一類營養(yǎng)豐富的培養(yǎng)基。如：血清、血液、動物組織液、牛奶等，為半合成培養(yǎng)基。主要用來對營養(yǎng)要求苛刻的異養(yǎng)微生物進行富集培養(yǎng)和分離。（3）選擇培養(yǎng)基：用來將某種或某類微生物從混雜的微生物群體中分離出來的培養(yǎng)基。即根據(jù)不同種類微生物的特殊營養(yǎng)要求或?qū)δ撤N化學物質(zhì)敏感性不同，在培養(yǎng)基中加入相應的特殊營養(yǎng)物質(zhì)或化學物質(zhì)，抑制不需要的微生物的生長，有利于所需微生物的生長，從而達到分離所需微生物的目的。（4）鑒別培養(yǎng)基：在培養(yǎng)基中加入某種能與某種微生物在培養(yǎng)基中生長后產(chǎn)生的某種代謝產(chǎn)物發(fā)生明顯特征反應的特殊化學物質(zhì)，達到分離鑒別和篩選該種微生物目的的培養(yǎng)基。（5）其他培養(yǎng)基：分析培養(yǎng)基、還原性培養(yǎng)基、組織培養(yǎng)物培養(yǎng)基等。第三節(jié)營養(yǎng)物質(zhì)進入細胞（運輸方式）營養(yǎng)物質(zhì)能否被微生物利用的關鍵是這些營養(yǎng)物質(zhì)能否進入微生物細胞。影響營養(yǎng)物質(zhì)進入細胞的因素主要有三個：一是營養(yǎng)物質(zhì)本身的性質(zhì)即相對分子量的大小、溶解性、電負性和極性等。二是微生物所處的環(huán)境。如溫度。PH、離子強度、誘導物質(zhì)、抑制劑和解偶聯(lián)劑等。溫度通過影響營養(yǎng)物質(zhì)的溶解度、細胞膜的流動性及運輸系統(tǒng)的活性來影響微生物的吸收能力；pH和離子強度通過影響營養(yǎng)物質(zhì)的電離程度來影響其進入細胞的能力；誘導物質(zhì)通過誘導運輸系統(tǒng)形成而有利于微生物吸收營養(yǎng)物質(zhì)；抑制劑和解偶聯(lián)劑等通過與原生質(zhì)膜上的物質(zhì)發(fā)生作用而影響物質(zhì)的運輸速率。三是微生物細胞的透過屏障。主要由原生質(zhì)膜、細胞壁、莢膜及粘液層等組成的結(jié)構(gòu)。尤其是原生質(zhì)膜對跨膜運輸?shù)奈镔|(zhì)具有選擇性，這是本節(jié)的重點，根據(jù)運輸物質(zhì)的特點，將運輸方式分為擴散、促進擴散、主動運輸和膜泡運輸。一、擴散營養(yǎng)物質(zhì)通過原生質(zhì)膜上的含水小孔，由胞內(nèi)外高濃度的環(huán)境向低濃度的環(huán)境進行非特異性的擴散?？椎拇笮『托螤顚U散的營養(yǎng)物質(zhì)有選擇性。物質(zhì)在擴散過程中，既不與膜上的各類分子發(fā)生反應，自身分子結(jié)構(gòu)也不發(fā)生變化，是一種純粹的物理學過程，不消耗能量，動力來自物質(zhì)在膜內(nèi)外的濃度差，直到達到動態(tài)平衡。運輸?shù)奈镔|(zhì)主要是水和相對分子量小、脂溶性和極性小的物質(zhì)（如脂肪酸、乙醇、甘油和某些氨基酸等）。二、促進擴散與擴散的區(qū)別是：被運輸?shù)奈镔|(zhì)需要借助載體的作用（胞內(nèi)外的親和力不同）才能進入細胞，具有較高的專一性。不消耗能量，載體與被運輸物質(zhì)在這個過程中都不發(fā)生化學變化，載體蛋白為透過酶，大多是誘導酶。運輸?shù)奈镔|(zhì)主要有氨基酸、單糖、維生素及無機鹽。三、主動運輸是微生物的主要運輸方式，與前兩者相比，其重要特點是在物質(zhì)運輸過程中需要消耗能量，且可以進行逆濃度運輸，需要載體蛋白。具體的方式有初級主動運輸、次級主動運輸、基團移位、Na＋、K＋—ATP酶系統(tǒng)及ATP偶聯(lián)主動運輸?shù)取?．初級主動運輸：由電子傳遞系統(tǒng)、ATP酶或細菌嗜紫紅質(zhì)引起的質(zhì)子運輸方式。主要由于原核微生物是在細胞膜上產(chǎn)能，從而在膜內(nèi)外形成質(zhì)子濃度差，使膜處于沖能狀態(tài)即形成能化膜。2．次級主動運輸：通過初級主動運輸建立的能化膜在質(zhì)子濃度差消失的過程中，往往偶聯(lián)其它物質(zhì)的運輸。3．基團移位：經(jīng)過一個復雜的運輸系統(tǒng)—磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)（PTS）來完成物質(zhì)的運輸，物質(zhì)和酶在運輸過程中發(fā)生化學變化。即被運輸?shù)奈镔|(zhì)在進入細胞內(nèi)的過程中被磷酸化。4．Na＋、K＋—ATP酶系統(tǒng)：亦稱Na＋，K＋泵系統(tǒng)。該酶利用ATP的能量將Na＋由細胞內(nèi)泵到胞外，并將K＋泵如胞內(nèi)，從而使胞內(nèi)的Na＋濃度低，K＋濃度高，而且不受環(huán)境中Na＋、K＋濃度高低的影響。5．膜泡運輸：主要存在于原生動物尤其是變形蟲中的一種運輸方式。分為胞飲和胞吞作用兩種。練習題培養(yǎng)基、碳源、氮源、生長因子、選擇培養(yǎng)基、加富培養(yǎng)基等名詞解釋。課后P95的1、3、4題。第四章微生物的代謝第一節(jié)代謝概論代謝：指發(fā)生在有機體中的各種化學反應的總稱，是一切生命有機體的基本特征，主要由分解代謝和合成代謝（同化和異化作用）兩個過程組成。分解代謝：指細胞將復雜的大分子有機物通過酶系的催化，分解為簡單的小分子物質(zhì)并釋放能量ATP和還原力[H]的生化反應。合成代謝：指活細胞利用簡單的小分子物質(zhì)合成復雜大分子，并同時消耗能量和還原力的生化反應。合成代謝與分解代謝的關系：復雜大分子?簡單小分子＋ATP＋[H]前者是后者的基礎，為其提供酶等，后者又為前者提供原料、能量及還原力，兩者相互偶聯(lián)，共同決定著生命的存在和發(fā)展。4．根據(jù)代謝過程中產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物在生命中的作用不同，代謝又被分成初級代謝與次級代謝兩種類型。初級代謝：能使營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C體的結(jié)構(gòu)物質(zhì)或?qū)C體具有生理活性作用的物質(zhì)，或為機體生長提供能量的一類代謝類型。次級代謝：存在于植物和微生物中并在他們一定生長時期內(nèi)出現(xiàn)的一類代謝類型。次級代謝產(chǎn)物有抗生素、生長刺激素、生物堿、色素等。第二節(jié)微生物產(chǎn)能代謝能量代謝：生物體把外界環(huán)境中的各種形式的最初能源轉(zhuǎn)換成對一切生命活動都能使用的通用能源ATP的過程。日光光能營養(yǎng)菌最初能源有機物化能異養(yǎng)菌通用能源ATP還原態(tài)無機物化能自養(yǎng)菌生物氧化：指發(fā)生在生物體內(nèi)的一系列產(chǎn)能性氧化反應的總稱。一、化能異養(yǎng)菌的生物氧化和產(chǎn)能異養(yǎng)微生物生物氧化有機物的方式，根據(jù)氧化還原反應中電子受體的不同可分為發(fā)酵和呼吸兩種類型，而呼吸又分為有氧呼吸和無氧呼吸兩種方式。1．底物脫氫的四條主要途徑以單糖作為典型的生物氧化底物，可通過EMP、HMP、ED和磷酸解酮酶途徑（PK和HK途徑）四條途徑將單糖降解為丙酮酸，同時產(chǎn)生其它小分子中間代謝物、能量和還原力，該過程稱為糖酵解。EMP途徑（2）HMP途徑（生化已講過不在闡述）該處需掌握各途徑的關鍵酶（特征性酶）、生理學意義及底物水平磷酸化的定義。（3）ED途徑：是細菌特有的，可單獨存在的從葡萄糖氧化產(chǎn)生丙酮酸的另一條途徑。ATPADPNADP＋NADPH葡萄糖葡萄糖－6－磷酸葡萄糖酸－6－磷酸丙酮酸2－酮－3脫氧－葡萄糖酸－6－磷酸（KDPG）EMP甘油醛－3－磷酸關鍵酶為KDPG醛縮酶，1分子的葡萄糖經(jīng)ED途徑最后產(chǎn)生1分子ATP，1分子NADPH和1分子NADH，2分子的丙酮酸。（4）磷酸解酮酶途徑：是明串珠菌進行異型乳酸發(fā)酵過程中分解己糖和戊糖的途徑。關鍵酶是磷酸解酮酶，有根據(jù)解酮酶（或底物）的不同，分為PK（磷酸戊糖解酮酶的）和HK（磷酸己糖解酮酶的）途徑。乙酰磷酸乙酸PK途徑：戊糖木酮糖－5－磷酸磷酸甘油醛丙酮酸乳酸HK途徑：6－p－果糖乙酰磷酸乙酸核糖2葡萄糖4－p－赤蘚糖3－p－甘油醛5－p－6－p－果糖木酮糖7－p－景天庚酮糖5－p－核糖5－p－核酮糖5－p－木酮糖2乙酰磷酸乙酸5－p－木酮糖2甘油醛－3－p2乳酸2．發(fā)酵：狹義指微生物細胞在無氧條件下，將有機物氧化（底物脫氫）所產(chǎn)生的還原力[H]或電子直接交給某一內(nèi)源氧化性中間代謝物，并通過底物水平磷酸化產(chǎn)生ATP的低效產(chǎn)能過程。廣義指任何大規(guī)模生產(chǎn)微生物產(chǎn)品的過程。（1）由EMP途徑中丙酮酸出發(fā)的發(fā)酵：不同微生物可進行多種發(fā)酵，且同一微生物在不同條件下又可產(chǎn)生不同的代謝產(chǎn)物。乙醛乙醇（酵母菌的同型酒精發(fā)酵C1C2、C5C6）乳酸（同型乳酸發(fā)酵）草酰乙酸琥珀酸丙酸丙甲酸H2酮CO2乙酸酸乙?！獵oA乙醇（還原）乙酰乳酸3－羥基丁酮（乙酰甲基甲醇）2，3－丁二醇（產(chǎn)氣）CO2H2堿性胍基CO2二乙酰紅色化合物乙醛乙醇丁酸丁醇（酸性）乙?！獵oA乙酰乙?！獵oA丙酮2－丙醇丙酮丁醇發(fā)酵：是迄今為止由嚴格厭氧菌所進行的唯一能大規(guī)模生產(chǎn)的發(fā)酵產(chǎn)品。丙酮：丁醇：乙醇＝3：6：1（重量比）Ⅱ型甘油發(fā)酵：乙醛在有HSO3-的條件下產(chǎn)生乙醛?HSO3，不能做受體，從而磷酸二羥丙酮被還原成甘油。Ⅲ型甘油發(fā)酵：堿性條件下，乙醛發(fā)生歧化反應產(chǎn)生乙醇和乙酸，使磷酸二羥丙酮積累而被還原成甘油。由PK（HMP）途徑進行的發(fā)酵：異型乳酸發(fā)酵。通過ED途徑進行的發(fā)酵：細菌的酒精發(fā)酵產(chǎn)生的乙醇為C2C5、C5C6。利用氨基酸的發(fā)酵－Stickland反應：少數(shù)厭氧梭菌利用氨基酸做碳氮源和能源，以一種氨基酸做氫的供體，以另一種氨基酸做氫的受體而產(chǎn)能的獨特發(fā)酵類型。以丙酮酸和甘氨酸間的發(fā)酵為例說明其生化機制。CoASHCO2PCoASHADP+PiATPNH3丙氨酸丙酮酸乙酰CoA乙?！姿嵋宜酦AD＋NADH2NAD＋NADH2甘氨酸2乙酸甘氨酸NH3NH33．呼吸作用：微生物在降解底物的過程中，將釋放出的電子（或H）交給NAD（P）＋、FAD或FMN等電子載體，再經(jīng)電子傳遞系統(tǒng)傳給外源電子受體，從而生產(chǎn)水或其他還原型產(chǎn)物并釋放出能量的過程。其中以氧作為最終電子受體的稱為有氧呼吸；以氧化型化合物作為最終電子受體的稱為無氧呼吸。丙酮酸NAD＋CoASHNAD＋＋H＋NADH＋H＋CO2乙酰輔酶ANAD＋草酰乙酸蘋果酸檸檬酸H2O延胡索酸NAD（P）＋異檸檬酸FADH2NAD（P）H2琥珀酸FAD草酰琥珀酸CoASHNADH＋H＋NAD＋CO2GTP琥珀酰輔酶α－酮戊二酸GDP + P iCO2CoASH三羧酸循環(huán)（1）有氧呼吸：糖經(jīng)酵解成丙酮酸后，在有氧條件下，進入TCA循環(huán)（三羧酸循環(huán)），被徹底氧化生產(chǎn)CO2和水，同時釋放大量能量。呼吸鏈：是位于原核微生物細胞膜上或真核微生物線粒體膜上的由一系列氧化還原電勢不同的氫傳遞體（或電子傳遞體）組成的一組鏈狀傳遞順序，能把氫或電子從低氧化還原勢的化合物處傳遞給高氧化還原勢化合物或分子氧，同時釋放大量能量ATP。NADH脫氫酶、黃素蛋白、鐵硫蛋白、細胞色素、醌及其化合物。2．無氧呼吸：某些厭氧和兼性厭氧微生物在無氧條件下進行無氧呼吸。根據(jù)最終電子受體不同又分為無機鹽呼吸（如硝酸鹽、硫酸鹽、硫和碳酸鹽呼吸等）和延胡索酸呼吸。分解性代謝產(chǎn)物及其檢查方法通過生化試驗的方法檢測細菌對各種基質(zhì)的代謝作用及其代謝產(chǎn)物，借以區(qū)別和鑒定細菌的種類。與此有關的試驗稱為細菌的生化反應。（1）糖發(fā)酵試驗（2）吲哚試驗（indoletest）：有色氨酸酶，能分解色氨酸形成吲哚；用（對二甲基氨基苯甲醛）加入細菌蛋白胨水培養(yǎng)液中，吲哚與試劑中的對二甲基氨基苯甲醛結(jié)合，呈紅色反應，形成玫瑰吲哚，為吲哚試驗陽性。不出現(xiàn)紅色，為陰性。（3）甲基紅試驗（methylredtest）：pH偏酸，當以甲基紅為指示劑測定pH時，培養(yǎng)液呈紅色，為甲基紅試驗陽性；呈桔黃色，為陰性。（4）V-P試驗（Voges-Proskauertest）：分解葡萄糖產(chǎn)生丙酮酸，二分子丙酮酸縮合成乙酰甲基甲醇。若在培養(yǎng)液中加入氫氧化鉀，生成紅色化合物，稱為V-P陽性。反之則為V-P陰性。（5）枸櫞酸鹽利用試驗（citrateutilizationtest）（6）硫化氫試驗吲哚試驗、甲基紅試驗、V-P試驗、枸櫞酸鹽利用試驗可縮寫為IMViC試驗。大腸桿菌的IMViC結(jié)果為++--；產(chǎn)氣桿菌為--++。二、化能自養(yǎng)微生物的生物氧化化能自養(yǎng)型微生物包括消化細菌、硫細菌、鐵細菌和氫細菌等。1．氨的氧化：消化細菌氧化NH3和NO2－無機氮化合物產(chǎn)生能量來同化CO2。消化細菌分為亞消化細菌和消化細菌兩類，前者將NH3氧化成亞硝酸，后者將亞硝酸氧化成硝酸。都是專性好氧的革蘭氏陽性菌，無芽孢，生長緩慢。這兩類細菌往往是伴生在一起，在它們共同作用下將銨鹽氧化成硝酸鹽，避免亞硝酸積累所產(chǎn)生的毒害作用。這類細菌在自然界氮素循環(huán)中也起著重要作用。由于NO2－的氧化還原電勢高，故H＋和e只能從細胞色素a1部位進入呼吸鏈，若順著呼吸鏈傳遞至O2，一次僅產(chǎn)1分子的ATP；而逆著呼吸鏈傳遞，一次則需要消耗大量的ATP后才能產(chǎn)生1分子的[H]，同化過程更需要大量的能量ATP和還原力[H]，所以消化細菌雖然生長緩慢，且土壤中即使有很少的消化細菌菌體，而消化作用卻很旺盛。2．硫的氧化：硫桿菌能氧化一種或多種還原態(tài)或部分還原態(tài)的硫化物（包括硫元素、硫化物、硫代硫酸鹽、多硫酸鹽和亞硫酸鹽）獲得能量。由于硫細菌能將硫化物或元素硫氧化成硫酸，因而硫細菌生長的結(jié)果將導致環(huán)境pH值的明顯下降，有的可下降到2以下。因此，這在細菌是極為耐酸的機體。它們中有的可以在pH值為1~2的環(huán)境中生長。3．鐵的氧化：氧化亞鐵硫桿菌能利用亞鐵氧化成高鐵獲得能量，由于當培養(yǎng)基的pH偏高時，亞鐵氧化成高鐵所釋放的能量不能偶聯(lián)ATP合成；只有當培養(yǎng)基的pH低時，亞鐵氧化成高鐵所釋放的能量才能偶聯(lián)ATP合成，因此這類細菌只有在pH4以下的環(huán)境中生長。已被用作細菌冶金（瀝濾），利用該菌將FeSO4氧化成Fe2(SO4)3，后者為浸礦劑，能將銅等有色金屬不斷地從低品位的礦石中溶解出來，成為硫酸銅等鹽類的溶液，再用廢鐵粉等金屬置換或用離子交換等方法來獲取其中的銅等有色金屬或其它稀有金屬。溶礦－黃銅礦：CuFeS2+2Fe2(SO4)3+2H2O+3O2→CuSO4+5FeSO4+2H2SO4赤銅礦：Cu2O+Fe2(SO4)3+H2SO4→CuSO4+2FeSO4+H2O輝銅礦：Cu2S+2Fe2(SO4)3→2CuSO4+4FeSO4+S4．氫的氧化：氫細菌都是革蘭氏陰性的兼性化能自養(yǎng)菌，能利用分子氫氧化產(chǎn)生的能量同化CO2，也能利用其他有機物生長。電子直接從氫傳遞給電子傳遞系統(tǒng)，經(jīng)呼吸鏈傳遞產(chǎn)生能量ATP。三、能量轉(zhuǎn)換在產(chǎn)能代謝過程中，微生物通過底物水平磷酸化和氧化磷酸化將某種物質(zhì)氧化而釋放的能量儲存于ATP等高能分子中，光能微生物則通過光合磷酸化將光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W能儲存于ATP中。1．底物水平磷酸化：物質(zhì)在生物氧化過程中產(chǎn)生的含高能鍵的化合物直接偶聯(lián)ATP或GTP的合成的產(chǎn)能方式。2．氧化磷酸化：物質(zhì)在氧化過程中形成的NAD（P）H和FADH2可通過位于線粒體膜和細菌質(zhì)膜上的電子傳遞系統(tǒng)將電子傳遞給氧或其他氧化型物質(zhì)，同時產(chǎn)生ATP的過程。ATP合成的機制：①英國學者米切爾1961年提出的化學滲透偶聯(lián)假說，其中心思想是電子傳遞過程中導致膜內(nèi)外出現(xiàn)質(zhì)子濃度差，從而將能量蘊藏在質(zhì)子勢中，質(zhì)子勢推動質(zhì)子由膜外進入細胞內(nèi)，在此過程中通過存在膜上的F1-F0ATP酶偶聯(lián)ATP的形成；②美國科學家博耶提出構(gòu)象變化偶聯(lián)假說，其中心思想是質(zhì)子勢推動的質(zhì)子跨膜運輸啟動并驅(qū)使F1-F0ATP酶構(gòu)象發(fā)生變化，導致該酶的催化部位對ADP和Pi的親和力發(fā)生改變，并促進ATP的產(chǎn)生和釋放。3．光合磷酸化：當一個葉綠素（或菌綠素）分子吸收光量子后變?yōu)榧せ顟B(tài)，導致其釋放一個電子而處于氧化狀態(tài)，釋放出的電子通過電子傳遞系統(tǒng)逐步釋放出能量，同時形成ATP。這種由光能引起葉綠素分子逐出電子，并通過電子付遞來產(chǎn)生ATP的方式稱為光合磷酸化。分為環(huán)式光合磷酸化和非環(huán)式光合磷酸化兩種。環(huán)式光合磷酸化：在光合細菌中，菌綠素（P870）吸收光量子被激活，釋放出高能電子變?yōu)檠趸瘧B(tài)，釋放出的高能電子依次通過鐵氧還蛋白、輔酶Q、細胞色素b和c的傳遞并將能量轉(zhuǎn)換成ATP，電子再返回菌綠素本身，從而使菌綠素分子回復到原來的狀態(tài)。由于在這種光合磷酸化里，電子是從葉綠素分子逐出，通過由電子傳遞體組成的環(huán)形途徑又回到葉綠素分子本身，因而又稱為環(huán)式光合磷酸化。其表示式為：NADP+nPi→nATP②非環(huán)式光合磷酸化：還有一種類型是光合系統(tǒng)Ⅰ的葉綠素分子P700吸收光量子逐出高能電子以后，高能電子通過電子載體鐵氧還蛋白還原NADP，使之生成NADPH2；在光合系統(tǒng)Ⅱ的葉綠素分子P680吸收光量子逐出高能電子，該電子通過電子傳遞后傳給光合系統(tǒng)Ⅰ的葉綠素分子，使P700還原，同時產(chǎn)生ATP。失去電子的P680，由水的光解產(chǎn)生的電子還原，因而這種產(chǎn)生ATP的方式稱為非環(huán)式光合磷酸化,反應式為：2NADP＋+2ADP+2Pi+2H2O→2NADPH+2H＋+2ATP+O2。有的光合細菌雖然只有一個光合系統(tǒng)，但是由于從光反應中心釋放出的高能電子用于還原NAD＋生產(chǎn)NADH。菌綠素的還原依靠外源電子供體如S2032－、H2S等，并同時偶聯(lián)ATP的生成。由于該電子傳遞途徑也沒有形成環(huán)式回路，故也稱為非環(huán)式光合磷酸化。反應式為：NAD＋+H2S+ADP+Pi→NADPH+H＋+ATP+S。第三節(jié)耗能代謝（合成代謝）本節(jié)主要自學，只簡述微生物特有的合成代謝途徑－生物固氮和肽聚糖的合成。生物固氮：為僅次于光合作用的第二大生物化學反應，是分子N2通過固氮微生物固氮酶系的催化而形成氨的生化過程。1．固氮的生化機制：固氮反應的必要條件－ATP、[H]；固氮酶和嚴格的無氧微環(huán)境；還原底物N2；鎂離子。固氮酶－含有兩種成分鐵蛋白和鉬鐵蛋白。前者與ATP結(jié)合并使之水解放能，用來活化電子，為電子活性中心；鉬鐵蛋白為N的絡合中心。這兩種成分對氧均敏感，遇氧宜失活。固氮的生化途徑：H＋H2ATPADP+PiNAD(P)HFD（鐵氧還蛋白）鐵蛋白鉬鐵蛋白Fld（黃素氧還蛋白）Mg2＋6H＋＋N22NH3形成的氨可與酮酸結(jié)合形成各種氨基酸，再進一步合成有關化合物。固氮酶還可催化乙炔形成乙烯的反應，而乙烯、乙炔極易精確測定，故乙炔還原法常被用來測定固氮酶的活性。2．好氧性固氮菌固氮酶的抗氧機制：固氮酶對氧極其敏感，且一旦遇氧就會很快導致不可逆失活，而大多數(shù)固氮酶為好氧菌，要利用氧來呼吸和產(chǎn)能，故其發(fā)展出多種抗氧機制來解決其既需氧又需防止氧對固氮酶損傷的矛盾。主要有：呼吸保護、構(gòu)象保護、異形胞保護和根瘤菌的由豆血紅蛋白專門運輸氧。二、肽聚糖的合成（1）首先在細胞質(zhì)內(nèi)合成UDP－N－乙酰葡萄糖胺和UDP－N－乙酰胞壁酸肽；（2）合成肽聚糖亞單位－二糖肽；（3）肽聚糖亞單位轉(zhuǎn)接到細胞壁上的生長點上；（4）通過轉(zhuǎn)肽反應形成完整的肽聚糖分子。6－P－G→6－P－果糖→6-P-葡萄糖胺→1－P－葡萄糖胺N－乙酰葡萄糖胺－1磷酸GlnGlu[H]乙酰CoACoAUDP－N－乙酰葡萄糖胺UDP－N－乙酰胞壁酸→→→→→UTPPPiPEPPi4ATPUDP－N－乙酰胞壁酸肽UDP－N－乙酰胞壁酸肽由細胞質(zhì)轉(zhuǎn)到膜上的載體磷脂酸上，放出UMP。然后UDP－N－乙酰葡萄糖胺轉(zhuǎn)到胞壁酸上，生成雙糖肽脂焦磷酸，再由膜內(nèi)表面轉(zhuǎn)移到膜外表面，連接到細胞壁的生長點上，放出載體脂焦磷酸。脂焦磷酸再脫去一個磷酸（桿菌肽抑制）成為有生物活性的載體脂磷酸進行下一步反應。多個肽聚糖單位連接到細胞壁上之后，通過轉(zhuǎn)肽反應（青霉素抑制），發(fā)生交聯(lián)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，并放出一個D－Ala。第四節(jié)微生物代謝的調(diào)節(jié)微生物的體積極小，而所處的環(huán)境條件卻十分多變，每個細胞要在復雜多變的環(huán)境條件下生存、繁殖，就必須具備一整套發(fā)達的代謝調(diào)節(jié)系統(tǒng)。微生物可以在三個水平上對其代謝進行調(diào)節(jié)：酶活性的調(diào)節(jié)、酶合成的調(diào)節(jié)和細胞內(nèi)區(qū)域化調(diào)節(jié)。一、酶活性的調(diào)節(jié)指一定數(shù)量的酶，通過其分子構(gòu)象或分子結(jié)構(gòu)的改變來調(diào)節(jié)其催化反應的速率，包括酶共價修飾和變構(gòu)調(diào)節(jié)兩種方式。變構(gòu)調(diào)節(jié)：某一代謝途徑的末端產(chǎn)物過量積累，使其與該途徑的第一個酶或是最關鍵反應的酶結(jié)合抑制了底物與酶活性中心的結(jié)合，從而調(diào)節(jié)反應速度，以避免末端產(chǎn)物過量積累的現(xiàn)象。共價修飾調(diào)節(jié)：共價調(diào)節(jié)酶通過修飾酶催化其多肽鏈上某些基團進行可逆的共價修飾，使之處于活性和非活性的互變狀態(tài)，從而導致調(diào)節(jié)酶的活化或抑制，以控制代謝的速度和方向。二、分支合成途徑調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)方式比較復雜，每一個分支途徑的末端產(chǎn)物控制分支點后的第一個酶，同時又對整個途徑的第一個酶有部分的抑制作用，分支代謝的反饋調(diào)節(jié)方式有多種。同工酶調(diào)節(jié)：催化同一生化反應而分子結(jié)構(gòu)有差異的一組酶，分別受不同末端產(chǎn)物的反饋調(diào)節(jié)，且只有幾種末端產(chǎn)物同時過量時，才能完全抑制反應的進行。協(xié)同反饋抑制：分支代謝途徑中的幾種末端產(chǎn)物同時都過量時，才能抑制共同途徑中的第一個酶，單種過量不起作用的反饋調(diào)節(jié)。累積反饋抑制：每一分支途徑的末端產(chǎn)物按一定百分比單獨抑制共同途徑中的第一個酶，且互不干擾，當各種末端產(chǎn)物共同存在時，它們的抑制是累積的。順序反饋抑制：分支途徑中的各種末端產(chǎn)物不能直接抑制代謝途徑中的第一個酶，而是分別抑制分支點后的反應步驟，造成分支點上的中間產(chǎn)物積累，從而又反饋抑制第一個酶的活性，這種有順序性的反饋抑制方式稱為順序反饋抑制。二、酶合成調(diào)節(jié)在遺傳水平上調(diào)節(jié)酶的合成量，包括酶合成的誘導和阻遏。酶合成的誘導機制1961年法國人雅各布和莫諾提出乳糖操縱子模型：認為E.coli的乳糖操縱子由調(diào)節(jié)基因、控制基因和結(jié)構(gòu)基因組成。調(diào)節(jié)基因：是編碼產(chǎn)生阻遏蛋白的基因，當培養(yǎng)基中其它的可利用糖存在即無乳糖或同時有葡萄糖等易利用糖存在時，該基因便轉(zhuǎn)錄、翻譯出阻遏蛋白與操縱基因特異結(jié)合，而使之失活，并阻止RNA聚合酶的移動，從而抑制誘導酶——β－半乳糖苷酶的合成?？刂苹颍何挥趩踊蚝徒Y(jié)構(gòu)基因間的一段堿基順序，能與阻遏物結(jié)合，以次來決定結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄能否進行。當培養(yǎng)基中只有乳糖時，乳糖分子便與阻遏蛋白結(jié)合，使控制基因被釋放，RNA聚合酶便催化結(jié)構(gòu)基因進行轉(zhuǎn)錄、翻譯合成β－半乳糖苷酶等與乳糖有關的酶。酶合成的阻遏包括降解物阻遏和末端產(chǎn)物阻遏降解物阻遏：在一種培養(yǎng)基中同時存在兩種以上底物時，其中一種底物被優(yōu)先利用，而催化其他底物被利用的酶的合成被某些中間代謝物或末端產(chǎn)物的過量積累所阻遏的現(xiàn)象。二次生長現(xiàn)象：在含有兩種底物的培養(yǎng)基中培養(yǎng)微生物時，由于該菌首先利用易利用的底物，而催化另一底物的酶被抑制，在前一底物完全耗盡后，才開始利用后一底物，從而產(chǎn)生了在兩個對數(shù)期間隔一個生長延滯期的“二次生長現(xiàn)象”。末端產(chǎn)物阻遏：某代謝途徑末端產(chǎn)物的過量積累而引起的有關酶的合成阻遏。三、細胞區(qū)域化調(diào)節(jié)利用細胞中的區(qū)域化作用對不同的代謝進行調(diào)節(jié)，使不同的代謝途徑和不同的酶類在細胞中各自的空間分布，有利于代謝途徑順利進行，互不干擾，且各代謝途徑之間還可以相互協(xié)調(diào)和制約。第五節(jié)微生物次級代謝與次級代謝產(chǎn)物一、初級代謝與次級代謝次級代謝是一類存在于某些生物（如植物和微生物）當中的特殊代謝類型。指這些生物為了避免在初級代謝過程中的某種中間代謝產(chǎn)物積累所造成的不利作用，而在一定的生長時期，以初級代謝產(chǎn)物為前體，合成一些對自身的生命活動無明確功能、分子結(jié)構(gòu)比較復雜的物質(zhì)，以有利于生存代謝類型。這一過程的產(chǎn)物稱為次級代謝產(chǎn)物。根據(jù)其作用可分為抗生素、激素、生物堿、毒素及維生素等。初級代謝與次級代謝的關系：前者是后者的基礎，后者是前者的繼續(xù)與發(fā)展。初級代謝的關鍵性中間產(chǎn)物往往是次級代謝的前體；次級代謝一般在菌體對數(shù)生長后期或穩(wěn)定期間進行，但會受到環(huán)境條件的影響；某些催化次級代謝的酶的專一性不高；次級代謝產(chǎn)物的合成，因菌株不同而異，甚至因不同環(huán)境條件而異，故與分類地位無關；質(zhì)粒與次級代謝的關系密切，控制著多種抗生素的合成。二、次級代謝的調(diào)節(jié)1．初級代謝產(chǎn)物的調(diào)節(jié)由于次級代謝一般以初級代謝產(chǎn)物為前體，因此必然會受到初級代謝產(chǎn)物的調(diào)節(jié)。如青霉素的合成會受到賴氨酸的強烈抑制，因為α－氨基己二酸是合成賴氨酸和青霉素的共同前體，賴氨酸過量會抑制該反應的第一個酶，從而也抑制了青霉素的合成，因此生產(chǎn)用的高產(chǎn)菌株中乙酰乳酸合成酶對賴氨酸的反饋抑制更不敏感，且該酶的含量比低產(chǎn)菌株的高兩倍以上；再如甲硫氨酸對頭孢霉素C合成有促進作用，因為半胱氨酸是甲硫氨酸和頭孢霉素C合成途徑中的共同前體物，當前者累積時反饋抑制了半胱氨酸的分解和阻止了由半胱氨酸繼續(xù)合成甲硫氨酸，導致半胱氨酸進入頭孢霉素C的合成。2．分解代謝物的調(diào)節(jié)（碳、氮代謝物的調(diào)節(jié)）一般能被微生物快速利用的碳源和氮源的分解產(chǎn)物能明顯阻遏次級代謝酶系的合成，因此，只有在對數(shù)后期或穩(wěn)定期，這類底物被完全耗盡后，才能解除阻遏作用，使次級代謝產(chǎn)物得以合成。誘導作用及產(chǎn)物的反饋抑制末端產(chǎn)物即抗生素的過量積累也與初級代謝一樣能反饋抑制其合成酶系，主要存在于青霉素、氯霉素、卡那霉素、嘌呤霉素、霉酚酸和殺真菌素的生物合成途徑中。因此，要提高抗生素發(fā)酵單位就需不斷地用遺傳學方法篩選出抗末端產(chǎn)物抑制的高產(chǎn)菌株。表4－1次級代謝產(chǎn)物的反饋調(diào)節(jié)產(chǎn)生菌產(chǎn)物調(diào)節(jié)作用產(chǎn)黃青霉（Pen.chrysogenum）青霉素高濃度能抑制青霉素的合成委內(nèi)瑞拉鏈霉菌（Str.venezuelae）氯霉素阻遏第一個酶：芳香胺合成酶卡那霉素鏈霉菌（Str.Kanamyceticus）卡那霉素阻遏乙酰基轉(zhuǎn)移酶白黑鏈霉菌（Str.Alboniger）嘌呤霉素抑制O－去甲基嘌呤霉素甲基轉(zhuǎn)移酶匍枝青酶（Pen.Stoloniferum）霉酚酸抑制合成途徑最后一步轉(zhuǎn)甲基酶此外，培養(yǎng)基中的磷酸鹽、溶解氧、金屬離子及細胞膜透性對次級代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生也有一定的影響。課后思考題課本P127。名次解釋：代謝、呼吸（有氧、無氧）、氧化磷酸化、光合作用、光合磷酸化（環(huán)式、非環(huán)式）、發(fā)酵、生物固氮、乙醛酸循環(huán)、卡爾文循環(huán)、酶活性調(diào)節(jié)、誘導酶、二次生長現(xiàn)象等。是非題：①用KOH把CO2去掉，會使好氧的化能異氧菌生長的更好。（）②微生物的生物氧化有發(fā)酵和呼吸，二者的不同在于電子的傳遞方式，即是否通過呼吸鏈。（）③所有異養(yǎng)型微生物在任何條件下都不能同化CO2。（）④酵母菌的甘油發(fā)酵是由酵解途徑產(chǎn)生的，故該發(fā)酵過程不需要通氧。（）⑤兼性厭氧的酵母，無論在什么情況下，只要其生長的環(huán)境有O2，便不會產(chǎn)生乙醇。（）⑥鑒定大腸桿菌時，IMVIC試驗結(jié)果為--++。（）4．選擇題（將正確的答案序號填入括號內(nèi)，每題1分，共10分）（1）硝化細菌屬于（）微生物。A、光能自養(yǎng)B、光能異養(yǎng)C、化能自養(yǎng)D、化能異養(yǎng)（2）酵母菌進行甘油發(fā)酵的產(chǎn)物是（）A、乙醇+CO2B、甘油+乙醇+乙酸+CO2C、甘油+乙醇+CO2D、甘油+乙醛—HSO3+CO2（3）IMViC是鑒別大腸桿菌和產(chǎn)氣桿菌的四項生化指標，兩菌的實驗結(jié)果是（）A、++--和--++B、--++和++--C、+--+和-++-D、-++-和+--+(4)乳酸桿菌等細菌由（）途徑進行同型乳酸發(fā)酵，其產(chǎn)物是（）。A、EMPB、HMPC、EDD、乳酸E、乳酸、CO2、酒精(5)化能自養(yǎng)菌生長緩慢的主要原因是（）。A、自然界中CO2供應不足B、環(huán)境中的其他生物的抑制作用C、生長所需的能量不足D、合成作用所需還原劑的獲得要消耗大量ATP(6)乳酸鏈球菌在無氧條件下，葡萄糖經(jīng)發(fā)酵成為（）。A、乳酸B、乳酸+乙酸C、乙醇+CO2D、乳酸+乙醇(7)綠色細菌和藍細菌的光合作用基本過程相同，其差別在于供氫體。前者是（），后者是（）。A、S2O2－3B、SO2－4C、延胡索酸D、H2O（8）由EMP途徑進行的發(fā)酵有（）。A、異型乳酸發(fā)酵B、同型乳酸發(fā)酵C、細菌酒精發(fā)酵D、酵母酒精發(fā)酵（9）化學滲透假說解釋（）。氨基酸轉(zhuǎn)變?yōu)樘穷惙肿覤、糖酵解過程淀粉分子分解為葡萄糖分子C、捕獲的能量在ATP分子中D、用光作為能源合成葡萄糖分子（10）微生物代謝中，硝酸鹽和硫酸鹽可作為電子受體是在（）。A、無酶時B、無ATP時C、無氧時D、有細胞色素時5、填空體某些細菌能固定CO2，他們通過▁▁▁▁使CO2還原成▁▁▁▁，CO2的受體是▁▁▁▁▁。肽聚糖的基本重復單位由▁▁▁▁、▁▁▁▁和▁▁▁▁組成。微生物產(chǎn)生能量的主要方式有▁▁▁▁▁▁▁▁、▁▁▁▁▁▁▁▁、▁▁▁▁▁▁▁▁。糖解途徑的關鍵酶和代表性微生物為EMP▁▁▁▁▁▁、HMP▁▁▁▁▁▁、ED▁▁▁▁▁。生物固氮所具備的條件是▁▁▁、▁▁▁▁、▁▁▁▁、▁▁▁▁。要富集脫硫弧菌，培養(yǎng)基必須含有供氫體▁▁▁，受氫體是▁▁▁及▁▁▁的環(huán)境條件。藍細菌可以固氮和進行放氧性光合作用，是因為固氮在▁▁▁▁里進行，放氧性光合作用在▁▁▁▁里進行。底物分子丟失電子并從中獲得能量的化學反應，通常稱為▁▁▁▁。6、填表格（1）環(huán)境條件對酵母代謝及生長的影響：培養(yǎng)條件呼吸類型受氫體產(chǎn)生能量代謝終產(chǎn)物生長情況有O2無O2（2）比較異養(yǎng)微生物的生物氧化的三種類型類型氧化的底物氧化產(chǎn)物末端電子受體微生物代表比較硝化細菌和反硝化細菌微生物名稱營養(yǎng)類型呼吸類型C源能源與氧關系電子受體7．畫出表示E.coli在含有少量葡萄糖和乳糖的培養(yǎng)液中的生長曲線在圖中用虛線畫出糖的消耗曲線。為什么細菌會出現(xiàn)這樣的生長曲線稱為什么效應

第五章微生物的生長繁殖及其控制生長：生物在適宜的條件下，不斷地從外界吸取養(yǎng)料，通過代謝作用，合成自身結(jié)構(gòu)物質(zhì)成分，使細胞物質(zhì)有規(guī)律地、不可逆增加，導致體積增大的生物學過程。繁殖：單細胞微生物由于細胞分裂而