环境学微生物考试复习资料

环境微生物复习资料第一章绪论第一节微生物与微生物学1.什么是微生物？一切肉眼看不见或看不清楚的微小生物的总称。特点：形体微小、结构简单、进化地位低2.微生物的种类（微生物包含十分庞杂的生物类群。）根据：Ø是否具有细胞结构；Ø原核或真核3、微生物在生物界的地位②五界系统（R.H.Whitakker）原核生物界：细菌、放线菌等；原生生物界：藻类、原生动物等；真菌界：酵母、霉菌等；动物界植物界③六界系统：五界系统＋病毒界4、微生物的分类和命名微生物分类学——是一门按微生物间的亲缘关系将它们划分成条理清楚的各种分类单元或分类群的科学。微生物分类的目的：a)按其亲缘关系分群归类，了解其系统发生；b)按照分类系统编制检索表（根据一种或一套特征作为识别鉴定某种微生物的标准），在实际工作中，检索表是鉴别具体某一菌种的依据微生物分类的基本工作步骤：a)获得该微生物的纯培养；b)测定一系列必要的鉴定指标；c)查找权威性鉴定手册。微生物的分类方法：a)包括传统的分类方法b)现代的微生物分类方法传统的微生物分类方法：a.形态特征，包括个体特征和群体特征。b.生理和生化特征（营养、代谢产物、温度、氧气）c.血清学反应d.生态特征e.生活史f.对噬菌体的敏感性现代微生物分类方法：a、核酸分析b、DNA杂交 c、细胞壁成分分析d、红外光谱。微生物的命名：微生物的的分类单位依次为界(Kindom)、门(Phyllum)、纲(Class)、目(Order)、科(Family)、属(Genus)、种(Species).微生物种的学名:属名+种名学名=属名+种的加词+（首次定名人）+现定名人+定名年分。微生物的五大共性a.体积小、比面值大b.吸收快、转化快c.生长旺、繁殖快d.易变异、适应性强e.种类多、分布广二、微生物学1.微生物学：研究微生物生命活动规律的学科2.研究内容（按研究的生命现象）：Ø微生物形态学：研究不同微生物的个体形态、群体特征，以及繁殖方式。Ø微生物生理学：研究微生物的营养机制、能量和物质代谢规律。Ø微生物遗传学:研究微生物的遗传变异规律。Ø微生物生态学：研究微生物在自然界的分布，对生态系统物质循环的作用以及与动植物的相互关系。2.研究内容（按研究的生态环境）：Ø土壤微生物学Ø水体微生物学Ø海洋微生物学Ø环境微生物学第二节环境科学与环境微生物一．环境与环境科学p环境——以人类为主体的外部世界，即人类赖以生存和发展的物质条件的综合体。p环境问题①定义：由于人为因素或自然因素产生了不利于人类生存的环境变化，使人类变得不再适应，甚至明显地影响到了人类的生产、生活乃至社会进步与发展，这一环境变化叫环境问题。②产生的原因：人为因素，自然因素③环境科学——研究人类与环境之间相互关系的科学。二．环境微生物学1.定义：研究微生物与环境之间的相互关系和作用规律，并将其应用于污染防治的科学。2.微生物对环境的影响细菌数亿/g土壤，土壤中的细菌总重量估计为10034×1012吨；每个喷嚏的飞沫含4500-150000个细菌，重感冒患者为8500万;人体体表及体内存在大量的微生物.a）微生物是人类的朋友v微生物菌种是宝贵的自然资源，是地球生物多样性中的重要成员；v是环境中有机物的主要分解者； v是环境中无机物的重要转化者；v是参与环境污染物综合利用、变废为宝的积极分子。Ø正常菌群是人及动物健康的基本保证；帮助消化、提供必需的营养物质、组成生理屏障Ø微生物可以为我们提供很多有用的物质有机酸、酶、药物、疫苗、奶酪、啤酒、酱油等Ø基因工程为代表的现代生物技术b）少数微生物也是人类的敌人某些致病微生物及微生物代谢产生的有毒有害化学物质，可广为传播，污染环境、危害人体健康。2、环境微生物学的研究内容①自然环境中的微生物背景；②微生物对环境的污染与危害；③微生物对污染环境的净化与修复；④微生物在环境监测与评价中的应用。3.环境微生物学的研究任务①防止或消除有害微生物；②充分利用有益的微生4.环境微生物学的研究意义①揭示微生物在生态系统中的地位与作用；②避免或防止微生物对人类的危害；③开发、利用微生物以保护环境造福于人类第二章微生物的主要类群（一）原核微生物第一节细菌第二节放线菌第三节蓝细菌原核与真核的区别原核细胞：ØDNA无核膜包裹，无组蛋白；Ø细胞膜上有复杂的酶系统Ø细胞较小真核细胞：Ø遗传物质被核膜包裹，有组蛋白；Ø细胞器的分化；Ø细胞较大第一节细菌Ø定义：细菌是一类结构简单、细胞壁坚韧、以二等分裂方式繁殖的原核微生物。Ø生存环境：温暖潮湿、富含有机物的地方，都有大量细菌活动。有特殊的臭味或酸败味，发粘、发滑。Ø应用：工业上生产各种氨基酸、核苷酸、酶制剂、乙醇、丙酮、丁醇、有机酸、抗生素等；农业上用作杀虫菌剂、细菌肥料的生产和在沼气发酵、饲料青贮等方面的应用 ；医药上如各种菌苗、类毒素、代血浆和许多医用酶类的生产等；以及细菌在环保和国防上的应用等，都是利用有益细菌活动的例子。Ø危害：人、动物、植物的传染病、引起食物和工农业产品腐烂变质。一、细菌细胞的形态与排列状态（一）基本形态球菌(coccus)及其排列状态•菌体呈球形或近似球形,以典型的二分裂殖方式繁殖,分裂后产生的新细胞常保持一定的空间排列方式.根据细胞分裂的方向及分裂后的各子细胞的空间排列状态不同,可将球菌分为以下几种:•单球菌、双球菌、链球菌、四联球菌、八叠球菌、葡萄球菌等。单球菌：•细胞分裂沿一个平面进行，新个体分散而单独存在.•如尿素微球菌Micrococcusureae双球菌：•细胞沿一个平面分裂，新个体成对排列.•如肺炎双球菌Diplococcuspneumoniae链球菌：•细胞沿一个平面进行分裂，新个体不从老细胞上分离，排列成链状.•乳链球菌Streptococcuslactis•溶血链球菌Streptococcushemolyticus四联球菌•细胞分裂是沿两个相互垂直的平面进行，分裂后四个细胞特征性地连在一起，呈田字形.•四联微球菌Micrococcustetragenus八叠球菌•细胞按三个互相垂直的平面进行分裂，八个球菌细胞特征性地连在一起成立方体形.•藤黄八叠球菌Sarcinaureae葡萄球菌•细胞无定向分裂，多个新个体形成一个不规则的群体，如一串葡萄。•金黄色葡萄球菌Staphylococcusaureus•白色葡萄球菌Staphylcoccusalbus2.杆菌(bacillus)及其排列状态杆菌是细菌中种类最多的类型,因菌种不同,菌体细胞的长短、粗细等都有所差异。杆菌的形态：短杆状、长杆状、棒杆状、梭状杆状、月亮状、竹节状等；按杆菌细胞繁殖后的排列方式则有链状、栅状、“八”字状等。螺旋菌(spirilla)螺旋状的细菌称为螺旋菌。根据其弯曲情况分为：弧菌（vibrio)：螺旋不满一圈，菌体呈弧形 或逗号形例：霍乱弧菌、逗号弧菌螺旋菌(spirillum)：螺旋满2—6环，螺旋状例：干酪螺菌螺旋体(spirochaeta)：旋转周数在6环以上，菌体柔软。例：梅毒密螺旋体（二）特殊形态除以上几种细菌的基本形态外，细菌细胞还有其他特殊形态：柄细菌、肾形菌、臂微菌、网格硫细菌、贝日阿托氏菌(丝状)、具有子实体的粘细菌等是特殊形态的细菌。（三）细菌的大小(1)长度单位：微米(μm)(2)描述：球菌：直径杆菌：宽×长螺菌：宽、长、螺距通常球菌直径：0.2—1.5μm，杆菌:长1—5μm,宽0.5—1μm。例如：E.coli：平均长度：2μm；宽度0.5μm1500个大肠杆菌头尾相接等于3mm;109个大肠杆菌重1mg.二、细菌染色法:细菌细胞极其微小并且透明，氺浸片或悬滴法在显微镜下直接观察，只能观察到菌体的大体形态和运动。进行菌体细致形态构造的观察需对其染色。抗酸染色法步骤：涂片固定——酸性复红初染——3%醋酸酒精脱色——美蓝复染——镜检结果:抗酸菌———红色；非抗酸菌——蓝色。★革兰氏染色法（GramStain）步骤：涂片固定——结晶紫初染——碘液媒染——乙醇脱色——番红复染结果:蓝紫色——G＋菌（阳性）粉红色——G－菌（阴性）三、细菌细胞的构造及其功能 v一般构造：细胞壁、细胞膜、细胞质、核质体、核糖体等，是所有细菌细胞都具有的构造；v特殊构造：鞭毛、菌毛、性菌毛、荚膜和芽孢等，并非所有细菌具有的构造。（一）一般构造1.细胞壁cellwall★Ø细菌细胞壁位于细胞最外层厚实、坚韧的外被。Ø细菌细胞壁可用电子显微镜或质壁分离进行观察。Ø主要成分为肽聚糖peptidoglycan。细胞壁★（1）G+菌（金黄葡萄球菌为例）：肽聚糖和磷壁酸组成细胞壁厚度较厚，20－80nm细胞壁分层不分层肽聚糖含量含量高（30-95％）肽聚糖层数层数多（40层左右）交联度交联度高（网状结构）磷壁酸有脂多糖无DAP无肽聚糖：小分子单体聚合而成的大分子复合体。Ø双糖单位：G（N-乙酰葡萄糖胺）和M（N-乙酰胞壁酸）以ß-1,4-糖苷键连接而成；Ø短肽：L-丙氨酸→D-谷氨酸→L-赖氨酸→D-丙氨酸Ø肽桥：5个甘氨酸组成，用于短肽直接的连接。磷壁酸：ØG＋菌特有的成分，结合于肽聚糖的M，协助肽聚糖加固细胞壁；Ø提高细胞膜结合酶的能力（使细胞壁形成负电荷环境，利用吸附二价金属阳离子，维持酶活性）；Ø保证革兰氏阳性致病菌（如A族链球菌）与其寄主间的粘连；Ø提供噬菌体的吸附位点；Ø形成表面抗原决定簇的主要成分。1.细胞壁★（2）G－菌（大肠杆菌）：外壁层、内壁层细胞壁厚度较薄10-15nm外壁层6-10nm细胞壁分层分层内壁层2-3nm肽聚糖含量只占组分的5-20%肽聚糖层数低，一般1-2层交联度较低磷壁酸无脂多糖有（外壁层）外壁层Ø磷脂双分子层Ø脂蛋白Ø脂多糖（LPS）： 类脂A、核心多糖、O-侧链LPS主要功能①某些革兰氏阴性细菌致病物质（内毒素）的物质基础；②起细菌自我保护作用，阻止溶菌酶、抗生素和染料等侵入菌体，及阻止周质空间中的酶外漏；③革兰氏阴性菌抗原决定簇；④噬菌体吸附的位体。内壁层Ø肽聚糖：a.肽尾的第3个氨基酸为m-DAPb.没有肽桥c.单体间连接由甲肽尾的D-丙氨酸与乙肽尾的m-DAP直接连接而成1.细胞壁★（3）革兰氏染色机制第一步：菌体着紫色第二步：碘和结晶紫在细胞内结合形成大分子复合物。第三步：酒精破坏G﹣的外膜、肽聚糖层和细胞质膜，结晶紫和碘的复合物从细胞中渗漏出来，菌体呈无色；乙醇使G+肽聚糖层脱水，孔隙变小，结晶紫和碘的复合物不能通过细胞壁，菌体保持紫色。第四步：沙黄复染，G﹣被染成红色；G+仍为紫色。（4）细胞壁的功能:1、决定革兰氏染色性质；2、固定细胞外型和提高机械强度，使其免受渗透压等外力的损伤；3、屏障作用，阻止有害物质进入细胞；；4、鞭毛运动的支点；5、与细胞分裂有关；6、赋予细菌特定的抗原性以及对抗生素和噬菌体的敏感性。☻（5）细胞壁缺陷细菌:Ø原生质体（protoplast）：人工使用溶菌酶除去细胞壁或使用青霉素抑止细胞壁合成，留下由细胞膜包裹的脆弱细胞，一般由G+菌形成；Ø球形体（spheroplast）：残留部分细胞壁，由G-菌形成。ØL型细菌：自发突变形成的细胞壁缺损的细菌，细胞膨大，对渗透压敏感，固体培养基上形成“油煎蛋”状小菌落。2.细胞膜cytoplasticmembrane概念：紧贴细胞壁内侧包围细胞质的一层柔软，富有弹性的半透性薄膜。观察方法：（1)质壁分离(2)电镜技术(3)鉴别性染色(4)溶菌酶处理主要由磷脂双分子层和蛋白质构成细胞膜的功能：•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；•细菌细胞的能量代谢活动中心；•合成细胞壁各种组分（LPS、肽聚糖、磷壁酸）等大分子的场所；•提供鞭毛的着生点和运动所需能量。3.间体⑴概念：细胞膜内褶形成的管状、层状结构，一般位于细胞分裂的部位或附近。⑵间体的功能：a.参与隔膜形成b.与DNA分裂有关4.核质体nuclearbody大型环状双链DNA分子不规则地折叠或缠绕而构成的无核膜、核仁的区域。细菌DNA：长度：0.25—3mm例：大肠杆菌的DNA长约1mm。功能：负载遗传信息。5.细胞质cytoplast及其内含物inclusion概念：细胞膜内除核质体外的一切半透明、胶状、颗粒状物质总称为细胞质。细胞质功能：含有丰富的酶系，是营养物质合成、转化、代谢的场所。（1）核糖体ribosome分散在细胞质中的颗粒状结构，由核糖体核酸（占60%）和蛋白质（占40%）组成。细菌的核糖体沉降系数为：70s，50s+30s功能：是细胞合成蛋白质的结构。（2）颗粒状内含物（P20）异染粒（metachromaticgranule）：概念：是普遍存在的贮藏物，大小为0.5—1μm，主要成分是无机偏磷酸盐的聚合物，嗜碱性强，用美兰染色时着色较深，呈紫红色。功能：贮存磷元素和能量，降低渗透压。 含异染粒的细菌种类:棒状杆菌和某些芽孢杆菌等.聚-β-羟基丁酸（poly-β-hydroxybutirate，PHB）：碳源类储藏物。不溶于水,易被脂溶性染料(如苏丹黑)着色。功能:贮存碳源、能源和降低渗透压。许多好氧菌和光合厌氧菌都含有聚β－羟丁酸颗粒。硫粒:是硫元素的贮藏体形成：环境中H2S含量高时，在体内积累S；H2S不足时,S氧化成硫酸盐，提供细胞生命活动所需能量：功能：a.好氧硫细菌的能源b.厌氧硫细菌的电子供体肝糖、淀粉粒、脂肪滴淀粉粒和肝糖:都是α-1,4或α-1,6糖苷键的葡萄糖聚合物。通常较均匀地分布在细胞质内，颗粒较小。若这类贮藏物大量存在时，用碘使对其染色，肝糖粒能被碘液染成红色，淀粉粒被碘成蓝色。脂肪粒：脂肪粒的折光性较强，它可被脂溶性染料染色；细胞生长旺盛时，脂肪粒增多，细胞遭破坏后，脂肪粒可游离出来。气泡由蛋白质膜构成的充满气体的泡状物。有些细菌细胞质中含有几个或多个气泡。常见于光合细菌和水生细菌。气泡的功能：■调节细胞比重，加大菌体的浮力,使菌体漂浮在合适的水层中，。■气泡吸收空气，空气中的氧气可供代谢需要。例：许多光合细菌和水生细菌、盐杆菌常含有气泡。（二）特殊构造★1.糖被glycocalyx概念：某些细菌细胞壁外一层富含水分、透明粘性的胶状物质。分类：根据形状和厚度不同·荚膜（capsule）：粘性胶状物质较厚，有明显的外缘和形状，紧密结合于细胞壁外。·微荚膜（microcopsule)：粘液状物质较薄，与细胞表面牢固结合。·粘液层(slimelayer)：粘液物质没有明显的边缘，与细胞表面结合松散,可向周围环境中扩散,增大黏性。·菌胶团(zoogloea):包裹在细胞群体上的胶状物质。荚膜成分：•水分（90％以上）•多糖、多肽、蛋白质观察：•负染法：荚膜不易着色生理功能：1、抵抗干燥；2、抵御吞噬细胞的吞噬，保护菌体免受噬菌体和其他物质（溶菌酶等）的侵害；3、表面抗原（K抗原），是有些病原菌的毒力因子或粘附因子；4、贮藏养料荚膜与菌落形态：光滑（Smooth,S-)型菌落——产荚膜的细菌在固体培养基上形成的菌落表面 湿润、有光泽、呈粘液状，称S-型菌落。粗糙（Rough,R-)型菌落——不产荚膜的细菌形成的菌落表面相对干燥、粗糙、称R-型菌落。荚膜的形成条件：Ø微生物的遗传特征之一，受基因调控。但不是细菌的必要结构，失去荚膜的菌株仍然能够生活。Ø形成与组成明显受培养基成分和培养条件的影响（与环境密切相关）。肠膜明串珠菌(Leuconostomesenterondes)以蔗糖为碳源时合成葡聚糖成分的荚膜。2.鞭毛与菌毛（1）鞭毛flagellum概念：某些微生物表面由细胞内伸出的细长、波曲状结构,具运动功能。成分：蛋白质观察方法：1、电镜2、光学显微镜（悬滴法）3、菌落形态4、特殊鞭毛染色5、穿刺培养鞭毛的着生方式鞭毛的结构：鞭毛丝．鞭毛钩．基体鞭毛丝：伸在细胞壁外纤丝状部分，由鞭毛蛋白亚基螺旋排列形成中空管状结构。鞭毛钩：又称钩形鞘，是连接鞭毛丝和基体的一个弯曲筒状部分，蛋白质亚基组成。基体：埋在细胞壁与细胞膜中，由同心盘状物组成。鞭毛的功能：1.运动2.分类鉴定的重要指标（2.1）菌毛(fimbria或pillus）概念：某些菌体表面纤细、短直、中空、数量较多的蛋白附属物。多见于G﹣菌。区别：比鞭毛短、细、直、数量多，结构简单，无基体构造，直接着生于细胞膜上。功能：不具有运动功能，与细菌的吸附、致病性等有关。（2.2）性菌毛(sexpillus）概念：构造和成分与菌毛相同，但比菌毛长，每个细胞1至几根。一般多见于G﹣细菌。功能：参予细菌接合，不同菌株间传递DNA片断。（二）特殊构造★3.芽孢spore概念：某些细菌在生长发育后期，细胞内形成一个圆（椭）抗逆性休眠体。一个细胞形成一个芽胞。功能：抵抗不良环境。为休眠体而非繁殖体，无繁殖功能。芽孢形状、着生位置和大小因种而异，是细菌分类的形态特征之一。 芽孢的组成和结构§孢外壁：芽孢最外层，主要含脂蛋白，透性差,不易着色。§芽孢衣：主要含疏水性角蛋白，对溶菌酶、蛋白酶、表面活性剂具有强抗性。§皮层：体积大，渗透压高，致密。含芽孢肽聚糖和DPA-Ca。§核心：（芽孢壁、芽孢膜、芽孢质和核区）含水量极低。成分基本与一般细胞相似。芽孢的特点1、对高温、干燥、辐射、化学药物有极强抵抗力。2、通透性差,不易着色。3、芽胞内新陈代谢几乎停止，处于休眠状态，但保持潜在萌发力。4、一个芽孢萌发只产生一个营养状态的细胞。研究芽孢的意义1、分类鉴定2、保存菌种3、分离菌种4、灭菌标准四、细菌群体形态及繁殖方式细菌的繁殖无性繁殖（裂殖）有性繁殖（接合）同型分裂异型分裂2.细菌的菌落特征⑴定义：★菌落（colony）：由单个少数细胞在固体培养基上繁殖出来肉眼可见的具有一定形态结构的子细胞群体。u菌苔（lawn）：多个菌落相互联接成一片。u克隆（clone）：由一个细菌细胞繁殖而来纯种细胞群。⑵特征：小、湿润、较光滑、透明、粘稠，与培养基结合不紧密，易于挑取，质地均匀，色泽多样。⑶细菌的液体培养特征：1、在液体培养基表面形成膜；2使培养液混浊；3、产生絮状沉淀。第二节放线菌Actinomycetes放线菌的基本形态放线菌的繁殖放线菌的培养特征放线菌的主要属概念:呈菌丝状生长，以孢子进行繁殖，高（G+C）mol%的革兰氏阳性原核微生物。“介于细菌与丝状真菌之间又接近细菌的一类丝状原核生物” 近代生物学技术放线菌实际上是属于细菌范畴内的原核微生物，只不过其细胞形态为分枝状菌丝。菌丝常从中心向四周放射状生长，因此得名。有特殊的土霉味。分布:广泛，土壤、河流、海洋、空气、食品及动植物体表和体内均有其分布。以微碱性土壤分布最多。应用:抗生素产生菌（61.7％抗生素由放线菌产生）；酶类、维生素的生产菌；固氮能力，对于土壤肥力的提高也有重要作用；具有较强的分解复杂有机物的能力，在自然界物质循环中也起着重要作用。危害：某些菌种引起动物放线菌病（皮肤、脑、肺和足部感染），某些Nocardia（诺卡氏菌属）引起人和动物的诺卡氏菌病；还有少数放线菌能引起植物病害。危害：某些菌种引起动物放线菌病（皮肤、脑、肺和足部感染），某些Nocardia（诺卡氏菌属）引起人和动物的诺卡氏菌病；还有少数放线菌能引起植物病害。二、放线菌的形态构造•细胞呈丝状分枝，菌丝无隔膜，为单细胞。菌丝直径与杆菌相似（1mm左右）；•细胞壁含磷壁酸、二氨基庚二酸；•革兰氏阳性。菌丝根据形态和功能不同可分为：基内菌丝：较细，色淡，吸收营养，排出代谢废物；气生菌丝：基内菌丝上向空间分化出较粗，色深的分枝菌丝。孢子丝：气生菌丝成熟后，特化而形成，通过横隔分裂的方式产生分生孢子。孢子丝与分生孢子形态多样，是放线菌分类鉴定的主要形态依据。三、放线菌的繁殖方式五、放线菌的菌落形态质地:致密、干燥、不透明，表面呈紧密的丝绒状，上有色彩鲜艳的干粉，难挑起，表面有放射状沟纹，菌落正反颜色常不一致。六、放线菌的代表属①链霉菌属(Streptomyces)共约1000多种。具有发育良好的菌丝体，菌丝体有基内菌丝、气生菌丝、和孢子丝之分；孢子丝和孢子的形态因种而异。抗生素主要由放线菌产生，而其中90%由链霉菌产生。②诺卡氏菌属（Nocardia）此属中多数种没有气生菌丝，只有营养菌丝。在培养15h至4天内，菌丝体产生横膈膜，分枝的菌丝体突然全部断裂成杆状、球状或带叉的杆状体。③小单孢菌属（Micromonospora)不形成气生菌丝，只在营养菌丝上长出很多分枝小梗，顶端着生着一个孢子；其菌落较链霉菌小得多。④放线菌属（Actinomyces)多为致病菌。只有营养菌丝，可断裂成V或Y形体。 第二章真核微生物的形态和构造1、真核微生物概念：具有核膜、能进行有丝分裂、细胞质中存在执行不同功能细胞器的微小生物。2、种类：（1）真菌（酵母菌、丝状真菌----霉菌、大型真菌）（2）显微藻类（3）原生动物3、真菌特点：①.具有发达的菌丝体；②.营养方式为异养吸收型；③.以产大量孢子繁殖；④.陆生性强⑤.不进行光合作用；第一节酵母菌1、定义：是能发酵糖类的单细胞真菌。2、特征:单细胞；芽殖为主，少数裂殖；发酵糖类产能；细胞壁含甘露聚糖；喜在含糖量较高、酸度较大的水生环境中生长。3、分布：偏酸性的含糖环境。水果、蔬菜、蜜饯的表面，果园土壤中常见。4、种类：据1982年的资料，已知的酵母有56属，500多种。酵母菌与人类的关系极其密切。5、应用:（1）人类第一种“家养微生物”，啤酒、红酒和面包；（2） 提取核酸、麦角甾醇、辅酶A、细胞色素C和维生素等生化药物；（3）单细胞蛋白（SCP）；6、危害：少数引起人或动物体表（皮肤、粘膜）或深层（内脏、器官）炎症。如：白色念珠菌、新型隐球菌一、酵母菌的形态和大小大小：细胞直径比细菌粗10倍左右。形态：球状、卵圆状、椭圆状、柱状或香肠状等1、酵母细胞的细胞壁（1）细胞壁结构：呈“三明治”结构外层：甘露聚糖中间层：蛋白质内层：葡聚糖（维持细胞壁强度的主要物质）（2）蜗牛消化酶对酵母菌细胞壁具有良好水解作用，可用于制备酵母菌原生质体。2.细胞膜成分：酵母菌的细胞膜与原核生物的基本相同。但有的酵母菌中含有固醇类（甾醇）、麦角甾醇。麦角甾醇：紫外线照射后转变为维生素D。3.细胞核核膜：双层膜单位，上有核孔，用于核内外物质交换。染色体:由DNA和组蛋白牢固结合而成，呈线状,数目因种而异。核仁：核内有一或几个区域rRNA含量很高，这一区域为核仁，是合成核糖体的场所。中心体:在核膜外，由蛋白质亚基组成的细丝状结构，在细胞繁殖分裂中起作用。细胞核的功能:携带遗传信息，控制细胞的增殖和代谢。双层膜结构的细胞器（核膜包裹，轮廓分明）4.其他细胞构造（1）核糖体酵母菌的核糖体沉降系数为80S，由60S和40S大小亚基构成。它游离在细胞质中或附着在内质网上。合成蛋白质的场所。（2）线粒体1.双层单位膜包围的细胞器；其中含脂类、蛋白质、少量RNA和环状DNA。 2.其DNA可自主复制，不受核DNA控制。决定线粒体的某些遗传性状。3.生物氧化中心。（3）液泡1.单层膜包裹的细胞器；含有机酸、盐类、水溶液和水解酶类。2.调节渗透压；储藏物质。3.为细胞成熟的标志（4）内质网分布在细胞中由膜构成的管道和网状结构。与核膜或细胞膜相连在一起。根据表面结构分为：粗糙型内质网：附着核糖体。光滑型内质网：表面没有附着的颗粒。内质网功能：起物质传递的作用，另外还有合成脂类和脂蛋白二、繁殖方式★根据能否进行有性繁殖，可将酵母菌分为：●假酵母：只有无性繁殖过程。●真酵母：既有无性繁殖，又有有性繁殖过程。（一）无性繁殖1.芽殖：是yeast无性繁殖的主要方式。出芽方式：多边出芽、两端出芽、三边出芽、单边出芽。芽殖过程：1、水解酶分解母细胞细胞壁2、新细胞物质堆积形成小突起（A—D）3、核裂（E—G）4、原生质分配（H—I）5、新膜形成（J—K）6、形成新细胞壁（L）（1）、芽痕与蒂痕芽痕：在母细胞的细胞壁上出芽并与子细胞分开的位点；蒂痕：子细胞细胞壁上的分离位点。（2）、假菌丝假菌丝：某些酵母菌芽殖后，子细胞与母细胞不立即分离，并以狭小的面积相连，细胞呈藕节状排列。真菌丝：相连细胞间的横隔面积与细胞直径一致，呈竹节状的细胞串。2、裂殖与细菌类似，细胞伸长，核分裂为二，细胞中央形成隔膜生成大小相同的2个子细胞。如Schizosaccharomycesoctosporus八孢裂殖酵母进行裂殖的酵母菌种类较少.3.无性孢子 v掷孢子（ballistospore）：是掷孢酵母属等少数酵母菌产生的无性孢子，外形呈肾状。在卵圆形的营养细胞上生出的小梗上形成的。熟后通过特有的喷射机制将孢子射出。倒置培养掷孢酵母可在皿盖上见到由掷孢子组成的菌落模糊镜像。v厚垣孢子（chlamydospore）：有的酵母如Candidaalbicans等还能在假菌丝的顶端产生。（二）有性生殖形成子囊和子囊孢子的方式进行有性繁殖。1、有性繁殖的过程u质配（邻近细胞各伸出一个管状突起，相互接触，局部融合，形成通道）；u核配u减数分裂2.生活史（1）营养体既可单倍体（n）也可二倍体（2n）；（2）营养体只以单倍体形式存在；（3）营养体只以二倍体形式存在①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②单倍体型（以八孢裂殖酵母为代表）特点:•营养细胞只以单倍体形式存在；•无性繁殖以裂殖方式进；•双倍体细胞不能独立生活，一经生成立即减数分裂③双倍体型（以路德类酵母为代表）特点：•营养体为双倍体；•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。•单倍体不能独立生活，仅以子囊孢子形式存在。三、酵母菌菌落特征：大而厚，圆形，光滑湿润，粘性，不透明；颜色单调，常见白色、土黄色、红色；常伴有酒香味。第二节丝状真菌－霉菌(molds)1、霉菌概念：是丝状真菌的通俗名称，通常指菌丝体发达而不产生大型子实体的真菌。2、分布：广泛存在于土壤、水域、空气及动植物体内外。3、应用：酿酒、柠檬酸、甘油、酶制剂、维生素等生产；植物生长刺激素（赤霉素）、杀虫农药（白僵菌剂）；分解复杂的有机物，对生态平衡起重要作用。4、危害：引起食品、衣物、器材等霉变；引起植物病害；引起动物疾病一、霉菌形态霉菌的营养体由分枝或不分枝的菌丝（hyphae)构成。菌丝呈管状，直径一般3－10μm，有分枝，有隔膜或无隔膜。许多菌丝分枝连接，相互交织在一起所构成的形态称菌丝体（mycelium)。分化：营养菌丝：深入培养基中，吸取养分；气生菌丝：营养菌丝向空中生长而形成； 繁殖菌丝：由气生菌丝特化形成，用于产生孢子。1、菌丝根据菌丝有无隔膜，可分为：u无隔真菌：整个菌丝为长管状单细胞，细胞质内含有多个核，起生长表现为核增多和菌丝伸长。是低等真菌（鞭毛菌亚门和接合菌亚门），如毛霉属和根霉属u有隔菌丝：菌丝由多细胞组成，生长表现为细胞数目增多。高等真菌（子囊菌亚门、担子菌亚门和半知菌亚门），青霉、曲霉等。隔膜u封闭隔：多为低等真菌形成繁殖器官或受伤时产生；u单孔隔：隔膜中央有一小孔，容许细胞器流通；u多孔隔：存在多个孔；u桶式型：复杂，多存在于担子菌中。营养菌丝体的特化形态u假根1.定义：由匍匐菌丝在固体基质上分化出的根状结构。2.功能：固着、吸收营养。3.菌种：低等真菌，根霉属u匍匐菌丝1.定义：某些真菌在固体基质上形成与基质表面平行、伸展功能的菌丝。2.功能：延伸3.菌种：低等真菌，根霉属u附着胞1.定义：寄生真菌的芽管或菌丝上的膨大结构。2.功能：附着于宿主的叶片表面，通过提高附着胞内渗透压产生巨大的膨压，射出一钉状结构进入植物细胞，吸收营养。3.菌种：禾生刺盘孢（C.raminicola）u菌环、菌网1.定义：菌丝分化成环状或网状结构。2.功能：捕捉线虫或其他微小动物，以环或网上菌丝侵入动物体内，吸收营养。3.菌种：捕虫菌目等二、霉菌的细胞结构霉菌细胞壁的成分--主要由多糖组成，少数纤微素，多数壳多糖霉菌的细胞膜、核线粒体和核糖体等成分与其它真核生物（酵母）基本相同。三、霉菌繁殖方式霉菌繁殖能力很强，且方式多样：断裂增殖：菌丝碎片或截断均可发育为新个体；无性繁殖：是霉菌繁殖的主要方式，由气生菌丝特化形成各种无性孢子；有性繁殖：两个性细胞结合形成新个体的过程。（一）无性繁殖1.孢囊孢子（sporangiospore）形成特征：形成于菌丝的特化结构——孢子囊内。孢子形态：近圆形。举例：根霉、毛霉。2.分生孢子(Canidinm): 形成特征：由分生孢子梗顶端细胞特化而成的单个或簇生的孢子。孢子形态：极多样。举例：曲霉、青霉。☆无性繁殖结构：复杂的子实体3.节孢子(arthrospore，又称粉孢子)形成特征：由菌丝隔的部位断裂而成。孢子形态：常呈成串短柱状。举例：白地霉。4.厚垣孢子（Chlamydospore)形成特征：部分菌丝细胞质浓缩、变圆，周围生出厚壁而成。孢子形态：圆形、柱形等。举例：总状毛霉。无性孢子产生次数多、数量大，并且具有一定的抗性。萌发时生成芽管，进一步发育为菌丝体。（二）有性繁殖：质配、核配、减数分裂1.卵孢子（oospore)有性结构及其形态特征：由大小不同的配子囊结合后发育而成。小配子囊称雄器；大配子囊称藏卵器。卵菌纲。2.接合孢子（zygospore):有性结构及其形态特征：是由菌丝生出的结构大小相似、形态相同或略有不同两个配子囊接合后发育而成。所属分类地位：接合菌纲同宗配合与异宗配合：根据产生接合孢子的菌丝来源或亲和力不同,可将结合分为分为两种情况：同宗配合(Hemothallism)：是单一的孢子囊孢子萌发后形成的菌丝，甚至同一菌丝的分枝相互接触，而形成接合孢子的过程。异宗配合(Heterothallism)：是不同菌系的菌丝相遇后，才能形成接合孢子。3.子囊孢子（ascospore):有性结构及其形态特征：在子囊中形成。子囊：两性细胞接触以后形成的囊状结构。子囊的形成有两种方式：①两个营养细胞直接交配而成，其外面无菌丝包裹；②从一个特殊的、来自产囊体菌丝（称为产囊丝）的结构上产生子囊，多个子囊外面被菌丝包围形成子囊果。所属分类地位：子囊菌纲子囊果的形状:子囊果(Ascocarp)：子实体（一种有性结构),多个子囊外部由菌丝体组成共同的保护组织结构,称为子囊果。子囊包在其中。子囊果有三种类型：闭囊壳、子囊壳、子囊盘四、霉菌的培养特征菌落特征：霉菌的菌落大、疏松、干燥、不透明，多呈绒毛状、絮状或网状等，菌体可沿培养基表面蔓延生长，由于不同的真菌孢子含有不同的色素，所以菌落可呈红、黄、绿、青绿、青灰、黑、白、灰等多种颜色。思考 •名词解释：真菌、菌丝、菌丝体、假菌丝、芽痕、蒂痕•问答题1.简述酵母菌的繁殖方式。2.真菌的特点是？3.简述霉菌的繁殖方式。4.霉菌和酵母菌的菌落特征各是怎样？第三章病毒和亚病毒☻发现和认识☻病毒的概念和种类☻形态构造和化学成分☻繁殖方式☻亚病毒第一节病毒的发现和认识一、病毒发现前期特点：疾病，但不了解疾病的实质。证据：•Aristotle在公元前4世纪时已经描述了狂犬病的症状；•公元前2-3世纪，我国和印度有天花的记载；•公元前1500古埃及有对脊髓灰质炎病症的记载。二、病毒发现期特点：存在比细菌更微小的生命体—病毒证据：•1892俄国的伊万诺夫斯基发现烟草花叶病的感染因子能通过细菌过滤器。•1898荷兰贝哲林克将该致病因子命名为virus。三、病毒的电镜观察和化学分析期特点：病毒的形态,化学组成。证据：•1935美国Stanley从烟草花叶病病叶中提纯了病毒结晶，证实含核酸和蛋白质，而核酸具感染和复制能力。•1940年德国Kausche使用电子显微镜观察TMV的杆状外形。电镜技术极大推动了病毒学的发展四、病毒的分子生物学期特点：从分子水平探索病毒的生命活动规律。证据：•1952：Hershey和Chase证实噬菌体的遗传物质是DNA,开创了病毒分子生物学。•1971后：陆续发现了各种亚病毒—类病毒、拟病毒、和朊病毒。病毒学的发展推动了肿瘤学、分子遗传学、分子生物学的快速发展。第二节病毒的概念和种类一、定义和特性定义：是一类由核酸（RNA或DNA）和蛋白质组成活细胞内专性寄生的超显微非细胞生物。 特性：①形态微小，以电镜观察；②无细胞结构，主要成分为核酸和蛋白质（分子生物），一种病毒只含有一种核酸（RNA或DNA）③无代谢系统，营活细胞专性寄生④依靠宿主代谢系统合成核酸和蛋白质并装配增殖⑤离体条件下，为无生命生物大分子状态，并保持侵染性⑥对抗生素不敏感对干扰素敏感。二、种类根据病毒化学组分的不同，分四类：v病毒(virus)：至少含有核酸和蛋白质两种组分。v类病毒(viroid)：只含单独具侵染性的RNA组分v拟病毒(virusoid)：只含不具单独侵染性的RNA组分v朊病毒(prion)：只含蛋白质组分根据宿主的不同，分三类：1、植物病毒2、动物病毒3、噬菌体第三节形态构造和化学成分一、大小•测定病毒大小的单位是纳米（10－9)，多数病毒的直径在100nm左右；•大多数病毒是能通过细菌滤器；•用电镜观察二、个体形态病毒粒子（virion）：指成熟、结构完整、具有侵染力的单个病毒。二、个体形态病毒粒子（virion）：指成熟、结构完整、具有侵染力的单个病毒。三、化学组成与构造☻基本成分及构造☻其他成分☻病毒的对称机制1、病毒粒子的基本成分和构造基本成分：核酸（RNA或DNA）和蛋白质。①核酸：位于病毒中心，是病毒基因组（遗传信息的载体），一种病毒只含一种核酸DNA或RNA。病毒核酸的类型多样：•RNA或DNA•单链或双链•线状或环状•单组分或多组分②蛋白质：包围在核酸周围，形成衣壳。衣壳：是病毒粒子的主要支架结构和抗原成分，由衣壳粒按一定几何构型排列而成。衣壳粒：一条或数条多肽组成。衣壳的功能：结构功能：构成病毒的外壳，保护内部核酸吸附功能：吸附于宿主细胞的表面受体上，破坏宿主细胞壁和细胞膜病毒的抗原核衣壳＝衣壳＋核酸是病毒的基本结构。2.其他成分：包膜、刺突等。 包膜（envelope）：核衣壳外包被一层含蛋白质或糖蛋白的类脂双层膜。刺突（Spike）：嵌合在包膜上，呈棘状突起的结构。3.病毒的对称机制Ä二十面体对称：球状代表：腺病毒　腺病毒为双链DNA病毒，无包膜，粗看像“球状”，由20个等边三角形组成的二十面体构成。有12个角，20个面和30条棱。252个球状衣壳粒排列而成。Ä螺旋对称：杆状代表：烟草花叶病毒TMV）TMV单链RNA病毒，长300nm、宽15nm、内径4nm。由95％蛋白质与5％RNA组成。衣壳由2130个衣壳粒组成。每个衣壳粒含158个氨基酸。2130个衣壳粒以逆时针方向螺旋排列成130圈螺旋，螺距2.3nm。RNA以螺旋方式盘绕在衣壳内侧的沟内。Ä复合对称：蝌蚪状二十面体＋螺旋代表：T4噬菌体头部：二十面体对称，内有dsDNA核酸；颈部：连接头、尾的构造。由颈环和颈须组成。尾部：呈螺旋对称。由尾鞘、尾管、基板、刺突和尾丝组成。四、群体形态病毒在宿主细胞内大量聚集，使宿主细胞发生病变，形成具有一定形态、构造并能用光学显微镜观察的群体特征。包含体噬菌斑病斑和空斑枯斑1.包涵体（inclusionbody）概念：某些病毒感染宿主细胞后，在光学显微镜下可见大小、形态、数量不等的小体，称为包涵体。不同病毒形成的包涵体具有不同的形态、结构、和特性，可用于病毒的分类鉴定。包涵体在细胞中的形成部位：1、细胞核内—如疱疹病毒2、细胞质内—如狂犬病毒等3、胞核、胞质都有—麻疹病毒本质：病毒聚集体、病毒合成部位、病毒蛋白质意义—-病毒鉴定临床诊断依据(2)噬菌斑(plaque)概念：指在宿主细菌的菌苔上，噬菌体使菌体裂解而形成肉眼可见的空斑,“负菌落”。应用：1、噬菌体定量计数2、噬菌体的鉴定（3）病斑和空斑空斑：与噬菌斑相似，是病毒在单层动物细胞培养物上形成的特征性群体形态。病斑：单层细胞培养物受肿瘤病毒的感染，出现细胞剧增的现象（4）枯斑枯斑：植物病毒在植物叶片上形成的群体形态称为枯斑。第四节病毒的繁殖方式一、原核生物病毒－噬菌体概念：是病毒中的一种，一般把侵染细菌、放线菌等原核微生物的病毒称为噬菌体。分布：在自然界广泛存在，在1995年发表的ICTV的病毒分类与命名第六次报告中共报道了4000余种，分别划归为49个病毒科.据Bradley(1967)归纳，噬菌体共有六类形态。T-系噬菌体——T-系噬菌体是研究的最广泛、深入的噬菌体，按发现的先后顺序进行 从T1---T7编号，后来发现其中偶数者的形态都相同（蝌蚪形收缩性长尾），称T偶噬菌体。1.偶数噬菌体的形态构造由于绝大多数噬菌体为蝌蚪形，现以E.coliT4为例，介绍蝌蚪形噬菌体的结构：结构：头部、颈部和尾部头部：二十面体，内为线状dsDNA颈部：连接头、尾结构，由颈须和颈环（六角形盘状物）组成。尾部：尾鞘、尾管、基板、刺突和尾丝组成。2.偶数噬菌体的繁殖病毒粒子无生长过程，为增殖的方式，通过其化学成分的合成以及装配实现增殖。五个阶段：吸附→侵入→增殖（生物合成与复制）→成熟（装配）→裂解（释放）。★烈性噬菌体（virulentphage）——病毒感染细胞后,在寄主细胞内短时间完成以上五个阶段从而产生大量子代并引起细菌裂解的噬菌体。★温和噬菌体（temperatephrage）——感染细胞后，将其核酸整合（插入）到宿主的核DNA上，可随宿主DNA的复制而进行同步复制，在一般情况下，不引起寄主细胞裂解的噬菌体。病毒增殖的基本特点：1.病毒无生长过程；2.不是以二分裂的方式进行繁殖；3.病毒基因组指令宿主细胞复制病毒核酸和合成蛋白质，进行装配实现增殖过程。3.噬菌体效价的测定效价(滴度Title)---是微生物或其产物、抗原与抗体等活性高低的标志。噬菌体效价---指噬菌体的浓度，即每ml样品中含噬菌体的粒子数。通常以形成噬菌斑进行噬菌体的计数，以每毫升中含有的噬菌斑形成单位（plaqueformingunit/ml或pfu/ml)表示其效价。测定方法：双层平板法4.一步生长曲线（One-stepgrowthcurve)：是定量描述烈性噬菌体“生长”规律的实验曲线，包含三个重要参数：潜伏期、烈解期和烈解量。潜伏期（latentphase)：噬菌体核酸侵入敏感细胞直至第一个成熟噬菌体粒子装配前的时间。裂解期（risephasse)—宿主裂解，噬菌体粒子数急剧增加的时期。平稳期(plateauphase)—宿主全部裂解，噬菌体效价达最高点后的时期。裂解量(Burstphase)—每个被感染细菌释放新的噬菌体的平均数。★进行一步生长曲线的测定，能了解噬菌体在菌体内的最短潜伏期，和平均收获量，还可测知理化因素的变化对噬菌体感染循环的时间和对每个被感染噬菌体释放噬菌体的影响。5.溶源性lysogeny溶源性：温和噬菌体侵染敏感细胞后，将其基因组整合直宿主基因组中，随宿主基因的复制而同步复制，不引起宿主细胞裂解，被称为溶源性或溶源现象。前噬菌体：指处于整合状态的噬菌体核酸。溶源菌：指细胞基因组含前噬菌体并能正常生长、繁殖而不发生烈解的细菌。温和噬菌体的三种存在形式：游离态：成熟后被释放并具有侵染性的游离噬菌体粒子。整合态：已整合到宿主基因组上的状态（前噬菌体）。营养态：前噬菌体经过理化因子的诱导，脱离宿主基因组而处于积极复制、合成和装配的状态。烈性噬菌体与温和噬菌体的生活史比较：⑦溶源菌的特性： ☆可稳定遗传，溶源菌子细胞一般也具有溶原性；☆自发裂解和诱导裂解☆具有抗同原噬菌体感染的“免疫性”☆溶源性细菌的复愈☆获得新的生理特性（溶源性转变）☆局限性转导第五节亚病毒（subvirus）亚病毒：凡在核酸和蛋白质中，只含其中之一成分的分子病原体。一、类病毒Viroid概念：只含RNA活细胞内专性寄生的分子病原体。发现：1971年马铃薯纺锤形块茎病中发现。形态：呈棒状，为闭合环形RNA分子。二、拟病毒Virusoid概念：一类包裹在真病毒中有缺陷的RNA或DNA分子病毒。发现：1981年在绒毛烟斑驳病毒中分离到。形态：裸露的RNA或DNA分子三、朊病毒Prion概念:一类不含核酸的传染性蛋白质分子，引起宿主体内同类蛋白质分子发生与其相似的构象变化而致病。发现：1982年美国学者Prusiner研究羊瘙痒病发现。获得1997年诺贝尔奖。思考：☆名词解释：病毒、亚病毒、类病毒、拟病毒、朊病毒、包涵体、噬菌斑、烈性噬菌体、温和噬菌体、溶源性、噬菌体效价。☆病毒的特定是什么？☆病毒的基本构造及其化学组成是？☆病毒的对称机制为哪几种类型？☆病毒增殖的特点是什么？☆简述大肠杆菌T4噬菌体的典型构造及各部分构造的特点和功能。☆简述噬菌体构造并说明烈性噬菌体增殖的过程主要有哪几个阶段？第四章微生物的营养和培养基营养（nutrition）：指生物体从外部环境中摄取对其生命活动必需的能量和物质，用以满足正常生长和繁殖的需要的最基本生理功能。营养物（nutrient）：能够满足生物生长、繁殖和完成各种生命活动所需的物质。营养物的功能：1.参与细胞的组成（细胞构成）2.构成酶活性成分（生理代谢）3.提供生命活动所需的能量。第一节微生物的营养要求及营养类型第二节营养物质的跨膜运输第三节培养基 一、微生物细胞的化学组成（一）微生物细胞的物质成分：1.主要成分：蛋白质、核酸、多糖、脂质,以上四种物质约占细胞干重的96％。2.水：是细胞的重要组成成分，占70％游离水：溶媒，良好溶剂；结合水：占水总量的17%—28%。3.其他成分：无机盐、有机酸、维生素等。（二）化学元素(chemicalelement):大量元素(macroelement):碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙、铁（其中前六种占细菌细胞干重的97%）。微量元素(traceelement):锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼。（三）微生物细胞化学组成含量的变化菌种的种类、菌龄、培养基组成、培养条件、分析方法等而有所不同。★二、营养物质及其生理功能微生物的六大营养要素：1.碳源2.氮源3.能源4.无机盐5.生长因子6.水（一）、碳源（Carbonsource）定义：能满足微生物生长繁殖所需碳元素的营养物。微生物细胞的含C量占干重50％，是需要量最大的营养物种类:无机含碳化合物：CO2和碳酸盐等。有机含碳化合物：糖与糖的衍生物（多糖：如淀粉、麸皮、米糠等；饴糖；单糖）,脂类、醇类，有机酸、烃类、芳香族化合物功能：①构成细胞的组成成分;②提供能量（异养微生物）。微生物工业发酵中用做碳源的原料传统种类：糖类（单糖，饴糖）淀粉（玉米粉、山芋粉、野生植物淀粉等）麸皮、各种米糠等代粮发酵：纤维素、石油、CO2、H2不同微生物，利用以上含碳化合物的能力不同，如假单胞菌属中的某些种可以利用90种以上的不同类型的碳源物质；而某些甲基营养型细菌只能利用甲醇或甲烷等一碳化合物进行生长。可以用作洋葱假单胞菌唯一碳源的化合物有:碳水化合物及其衍生物：19种脂肪酸：11种二羧酸：9种其它有机酸：12种伯醇：3种氨基酸：12种其它氮化合物：13种无氮环状化合物：9种（二）氮源（Nitrogensource）：定义：提供微生物生长繁殖所需氮元素的营养物。种类：无机氮：铵盐、硝酸盐、亚硝酸盐、氨、N2等；有机氮：尿素、蛋白质及其降解产物（如胨、肽、氨基酸等）、牛肉膏、鱼粉、花生饼粉、黄豆饼粉、玉米浆等功能：1）合成细胞的含氮物；2）少数细菌（硝化细菌）以铵盐、亚硝酸盐等氮源为能源。实验室常用的无机氮源：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：有硝酸盐、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。迟效氮源：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。速效氮源：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。 速效氮源，通常有利于机体的生长，迟效氮源有利于代谢产物的形成。（三）能源（energysource）定义：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。（四）无机盐（inorganicsalt）定义：为微生物提供碳、氮源以外的多种重要元素的营养物质。种类：根据细胞所需浓度划分大量元素：P、S、K、Mg、Ca、Na、Fe（微生物生长所需浓度在10-3－10-4mol/L）微量元素：Cu、Zn、Mn、Mo、Co（微生物生长所需浓度在10-6－10-8mol/L）一般微生物生长所需要的无机盐有：硫酸盐、磷酸盐、氯化物以及含有钠、钾、镁、铁等金属元素的化合物。无机盐的生理功能：1.构成菌体细胞的成分；2.调节细胞渗透压、pH、氧化还原电位；3.调节酶的活性；4.为化能自养型微生物提供能源；5.无氧呼吸的呼吸链末端H的受体（硝酸还原细菌和硫酸还原细菌等）。（五）生长因子（growthfactor）：定义:一类微生物生活必需但不能用简单的碳源或氮源自行合成，或合成量不足的微量有机物。种类：1.嘌呤和嘧啶2.氨基酸3.维生素缺乏合成生长因子能力的微生物称为“营养缺陷型”微生物。最早发现的生长因子是维生素，维生素大部分是构成酶的辅基或辅酶，需要量很少，但是缺少维生素微生物不能正常生长。有些微生物缺乏或丧失合成某种或某些氨基酸的酶，所以不能合成生长所必需的氨基酸，这类微生物被称为“氨基酸缺陷型”。例如：肠膜明串珠菌（leuconostocmesenteroides）常常需要由外源供给多种氨基酸才能生长。另外有些微生物生长还需要其它特殊的成分，例如某些乳酸杆菌生长需要核苷；某些酵母菌和真菌生长需要肌醇；某些肺炎球菌生长需要胆碱等。根据微生物对生长因子需求的差异，可分为：1.生长因子自养型不需要从外界吸收生长因子而能在基础培养基上生长的菌株。多数真菌、放线菌及部分细菌。2.生长因子异养型需要从外界吸收多种生长因子才能维持正常生长的菌种。致病菌、支原体等。3.生长因子过量合成在其代谢活动中，能合成并分泌大量维生素等生长因子。阿舒假囊酵母、棉阿舒囊霉（B2）；谢氏丙酸杆菌、链霉菌（B12）。用于维生素生产菌（六）水（water）水的生理功能：1.营养物质和代谢产物的良好溶剂；2.细胞中生化反应的介质，并参与生化反应（水解、缩合、氧化、还原）；3.保证细胞内温度不因代谢过程中释放的能量骤然上升（高比热、高气化热等）；4.有利于稳定生物大分子结构。 三、微生物的营养类型根据碳源不同有2种基本营养类型：①异养型生物：以有机物作为营养物质②自养型生物：简单的无机物质作为营养物质动物属于异养型生物，植物属于自养型，而微生物既有异养型的也有自养型的，大多数微生物属于异养型生物，少数微生物属于自养型生物。根据能源不同，又可将生物分成两种类型①化能营养型生物：通过化学物质的氧化获得能量；②光能营养型生物：利用光能转化为ATP动物和大部分微生物属于化能营养型生物；植物和少部分微生物属于光能营养型生物根据供氢体不同①无机营养型生物；②有机营养型生物：（一）光能自养型微生物基本碳源：C02能源：光能供氢体：无机物，如硫化氢、硫代硫酸钠或其他无机硫化物。将CO2还原成细胞物质光能CO2＋H2S[CH2O]+2S+H2O光合色素光能自养型微生物：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），光合色素将光能转变成ATP，供机体直接利用。（二）光能异养型微生物基本碳源：CO2，简单有机物（甲酸、乙酸、甲醇等）能源：光能供氢体：有机物（如异丙醇）光能2(H3C)2CHOH+CO22CH3COCH3+[CH2O]+H2O光合色素（三）化能自养型微生物基本碳源：CO2或碳酸盐能源：无机物供氢体：还原性无机物（氢气、硫化氢、二价铁离子或亚硝酸盐）。将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。通过氧化无机物取得能量，并以CO2为唯一或主要碳源1.硝化细菌:亚硝化细菌2NH4++3O2→2NO2-+2H2O+4H++132Kcal硝化细菌NO2-+1/2O2→NO3-+18.1Kcal2.硫化细菌:通过氧化还原态的无机硫化物（H2S、S、S2O32-、SO32-）获得能量（硫杆菌属，硫微螺菌属）H2S+1/2O2→S+H2O+50.1KcalS+1/2O2+H2O→H2SO4+149.8Kcal3.铁细菌：氧化Fe2+为Fe3+获取能量并同化CO22Fe2++1/2O2+2H+→2Fe3++H2O+21.2Kcal4.氢细菌：具有氢化酶，从氢的氧化获取能量，同化CO2H2+1/2O2→H2O+56.7Kcal （四）化能异养型微生物基本碳源：有机物（如糖类）能源：有机物供氢体：有机物根据利用有机物的特性，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。自养微生物：不依赖任何有机营养物即可正常活的微生物异养微生物：至少需要提供一种有机物才能满足其正常营养要求的微生物第二节物质的跨膜运输一、单纯扩散顺浓度梯度，物理扩散的方式对疏水性小分子物质进行跨膜运输。特点：无能量消耗、无选择特异性，运输速度慢。二、促进扩散通过细胞膜的载体蛋白顺浓度梯度进行运输。特点：无能量消耗，有特异性。三、主动运输逆浓度梯度利用载体蛋白进行运输。特点：消耗能量，有选择特异性。基团转位物质在运输前后分子结构发生变化的主动运输方式。特点：消耗能量，被运输物质分子结构发生变化。★第三节培养基(medium)定义：人工配制的、适合于不同微生物生长繁殖或积累代谢产物所用的混合养料。特点：具备微生物所需要的六大营养要素，且比例适当。配成后须立即灭菌。用途：促使微生物生长；积累代谢产物；分离微生物菌种；鉴定微生物种类；微生物细胞计数；菌种保藏；制备微生物制品一、培养基的配制原则（一）目的明确：培养基组分应适合微生物的营养特点（二）营养协调：营养物的浓度与比例应恰当（三）条件适宜：物理化学条件适宜（四）经济节约：根据培养目的选择原料及其来源（一）目的明确不同微生物，其对营养物的需求差异很大。按微生物类群，培养基成分不同：细菌：牛肉膏蛋白胨培养基LB(Luria-Bertani)放线菌：高氏一号培养基真菌：查氏合成培养基PDA(Potato-Dextrose-Agar)酵母菌；麦芽汁按营养方式不同：自养型微生物的培养基由简单的无机物质组成。异养型微生物的培养基至少需要含有一种适合的有机物。（二）营养协调●浓度过高——微生物的生长起抑制作用， 浓度过小——不能满足微生物生长的需要。●碳氮比（C/N）影响微生物生长、繁殖及代谢物的积累，是考察培养基组成的一个重要指标；C/N比值=C/N低，氮源含量高，有利于微生物生长、繁殖（大量细胞）；C/N高，氮源含量低，有利于代谢产物积累。（三）物理化学条件适宜（1）pH:适合各类微生物生长的pH值各不相同细菌：7.0~8.0放线菌：7.5~8.5酵母菌：3.8~6.0霉菌：4.0~5.8微生物的生长和代谢过程中，营养物质的利用及代谢产物的形成与积累，导致pH值改变，为维持培养基pH值的相对恒定，通常采用两种调节方式：内源调节：①磷酸缓冲液调节②加入备用碱CaCO3外源调节：按实际需要不断向发酵液中加酸或碱液（2）渗透压和水活度aw渗透压：等渗溶液适宜微生物生长高渗溶液细胞发生质壁分离低渗溶液细胞吸水膨胀，直至破裂★水活度：天然或人为环境中，微生物可实际利用自由水或游离水的含量。定量表示：同温同压下，溶液蒸气压与纯水蒸气压的比值。（3）氧化还原电势(redoxpoyential)各种微生物对培养基的氧化还原电势的要求：好氧微生物：+0.3~+0.4V,(在>0.1V以上的环境中均能生长).厌氧微生物：只能在+0.1V以下生长兼性厌氧微生物：+0.1V以上呼吸、+0.1V以下发酵对微生物影响最大的是：分子氧和分子氢的浓度 培养基中常用的还原剂：巯基乙酸、抗坏血酸、硫化氢、半胱氨酸、谷胱甘肽、二硫苏糖醇等。（四）经济节约根据目的选择合适的培养基成分：1、是培养菌体还是积累代谢产物？2、是实验室种子培养还是大规模发酵？3、代谢产物是初级代谢产物还是次级代谢产物？大规模发酵时，重视培养基中各成份的来源和价格，应选择来源广泛、价格低廉的原料，提倡以粗代精，以废代好。★二、设计培养基的方法1.生态模拟：调查所培养菌的生态条件，查看“嗜好”，对“症”下料———初级天然培养基.2.查阅文献：查阅、分析文献，调查前人的工作资料，借经验，根据目的设计培养基配方.3.精心设计：借助优选法或正交试验设计法等方法.4、实验比较：不同培养基配方的选择比较单种成分来源和数量的比较几种成分浓度比例调配的比较小型试验放大到大型生产条件的比较pH和温度试验◆附1：配置培养基时应注意的几个问题及解决方法：1、沉淀2、胶体强度的破坏3、褐色物质的形成4、pH发生变化附2：培养基的灭菌高压蒸气灭菌一般培养基:1.05Kg/cm2,121.3℃,15-30min含糖培养基:0.56Kg/cm2,112.6℃,15-30min过滤灭菌,分别灭菌,间歇灭菌的应用附3：器皿的灭菌及无菌室的消毒器皿的灭菌：干热空气：160℃，2小时无菌室的消毒：紫外光化学药物熏蒸（苯酚；高锰酸钾+甲醛）三、培养基的种类及应用★-1根据所培养微生物的微生物类群来分①细菌培养基②放线菌培养基③霉菌培养基细菌培养基——营养肉汤（nutrientbroth)：牛肉膏3g；水1000ml；蛋白胨5g；pH7.2~7.4放线菌培养基——高氏1号：可溶性淀粉20gKNO31g;K2HPO41gMgSO40.5gNaCl1g;FeSO4•7H2O0.5g水1000ml;pH7.2~7.4霉菌培养基——查氏（zapek)培养基：蔗糖30g;KCl0.5g;MgSO4.H2O0.5g;FeSO40.5g水1000ml;K2HPO41g;NaNO33g;pH6.7酵母菌培养基——麦芽汁培养基★-2根据培养目的来分①种子培养基(seedculturemedium)——为获得大量优质细胞（种子）而设计的培养基。 特点：营养较丰富、氮源比例较高。②发酵培养基(fermentationmedium)——生产发酵产物，大规模生产时，原料应价廉易得，还应有利于下游的分离提取。★-3按对培养基成分的了解程度来分①天然培养基(complexmedium)：利用动、植、微生物体及其提取物等天然物质制成的培养基。如肉汤、蛋白胨、麦芽汁、酵母汁、豆芽汁、玉米粉、牛奶、血清等制成的培养基优点：营养丰富、种类多样、配置方便；缺点：成分不明确或不稳定。适合：大量菌种或发酵种子的培养。不适合：精细实验，导致实验数据不稳定，结果难以分析。②合成（组合）培养基(syntheticmedium)：使用多种高纯度成分明确含量精确的化学试剂配制而成的培养基。如高氏培养基、察氏培养基等.优点：成分精确、清楚，重复性强。缺点：价格昂贵、配制繁琐且微生物生长较慢。适合：营养、代谢、分类鉴定、生物测定以及菌种选育、遗传分析等要求较高的研究工作。③半组合培养基(semi-definedmedium)：在合成培养基的基础上添加某些天然成份。能更有效地满足微生物对营养物的需要.如马铃薯蔗糖培养基★-4按制备后培养基外观的物理状态来分①液体培养基(liquidmedium)：不含凝固剂特点：菌体与培养基充分接触。适于：大规模培养微生物。根根培养基的浊度判断微生物的生长程度.②固体培养基(solidmedium)：天然固体营养基质制成的培养基，或液体培养基中加入一定量凝固剂（琼脂1.5～2％)而呈固体状态的培养基。为微生物的生长提供营养表面。适于：微生物的分离、纯化、计数等。制成斜面、平板等形式.③滤膜（membranefiler）：醋酸纤微膜适于：含菌量少的水中微生物的过滤、浓缩和培养。④半固体培养基(semi-solidmedium)：在液体培养基中加入0.2-0.7％的琼脂构成的培养基。常用来观察细菌运动的特征，以进行菌种鉴定和噬菌体效价滴定等方面的实验工作。⑤脱水培养基：含除水以外所有成分的商品化培养基。理想凝固剂应具备的条件：1.不被微生物分解、利用、液化；2.不因消毒灭菌而被破坏；3.在微生物的生长温度内保持固态；4.凝固点的温度对微生物无害；5.透明度好，粘着力强★-5按用途划分①基础培养基(minimummedium):含有一般微生物生长繁殖所需的基本营养成分的培养基；②选择性培养基(selectivemedium)：根据微生物的特殊营养需要，或对某化学或物理抗性而设计的培养基。用于菌种筛选③鉴别性培养基(differentialmedium)： 在普通培养基中加入能与某种代谢产物发生反应的指示剂或化学药品，产生明显的特征性变化，以区别不同的微生物。例：伊红美兰乳糖培养基（EosinMethyleneBlue）④加富培养基(enrichedmedium)：在普通培养基中加入某些特殊的营养物，如血、血清、动、植物组织液或其他营养物质（或生长因子）的一类营养丰富的培养基。用来培养营养要求苛刻的微生物，或用以富集（数量上占优势）和分离某些微生物.思考：名称解释：营养、营养物质、培养基、水活度问答：1.微生物分别需要哪些营养要素及各有何生理功能？2.微生物的营养类型主要有哪几类？3.说明培养基的配制方法4.培养基种类。5.什么是选择培养基？鉴别培养基？分别举例说明其原理。第五章微生物的新陈代谢新陈代谢：指生命体进行的一切化学反应，即活细胞中分解代谢和合成代谢的总和。新陈代谢=分解代谢+合成代谢分解代谢：指复杂的有机物分子通过分解代谢酶系的催化，产生简单分子、能量ATP和还原力的作用。合成代谢：指在合成代谢酶系的催化下，由简单小分子、能量ATP和还原力合成复杂的大分子的过程。物质代谢：物质在细胞内转化的过程。能量代谢：伴随物质转化而发生的能量形式转化。按代谢产物在机体中作用不同分：初级代谢：提供能量、前体、结构物质等生命活动所必须的一类代谢。产物：氨基酸、核苷酸等。次级代谢：在一定生长阶段出现非生命活动所必需的代谢类型。产物：抗生素、色素、毒素、生物碱等第一节微生物的能量代谢第二节微生物独特的合成代谢途径第三节微生物的代谢调控第一节微生物的能量代谢能量代谢是新陈代谢的核心。中心任务：把外界环境中的各种最初能源转换成生命活动的通用能源——ATP。最初能源：有机物、日光和还原性无机物一、化能异养微生物的生物氧化与产能生物氧化：发生在活细胞内一系列产能性氧化反应的总称。生物氧化的特点：产生大量的能量，分段释放，以高能键形式贮藏在ATP分子内，供需时使用。生物氧化的形式： ①与氧的直接化合：C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O②失去电子：Fe2+→Fe3++e-③化合物脱氢或氢的传递:CH3-CH2-OHCH3-CHO生物氧化的过程：脱氢（失电子）→递氢（电子）→受氢（得电子）；生物氧化的功能：①产能(ATP)②产还原力[H]③小分子中间代谢物（一）底物脱氢的途径1、EMP途径2、HMP3、ED4、TCAEMP途径特点：①10步反应，2个阶段：耗能和产能②1分子葡萄糖经转化后生成3种代谢产物：2分子丙酮酸，2分子NADH2和4分子ATP。③净产能：2分子ATP生理功能：a.提供能量ATP和还原力NADH2；b.连接TCA等重要代谢途径的桥梁；c.为生物合成提供多种中间代谢物；d.逆反应可合成糖；e.有氧时与TCA连接，彻底氧化生成CO2和H2O，无氧时丙酮酸进行发酵生成酒精、乳酸等发酵产物，与发酵工业有密切关系。（二）HMP途径(戊糖磷酸途径)（HexoseMonophophatePathway）葡萄糖不经过EMP途径和TCA循环而得到彻底氧化，产生大量NADPH＋H+还原力的代谢途径。HMP途径特点：①3个阶段：a.葡萄糖经过多步氧化生成5-磷酸核酮糖和CO2；b.5-磷酸核酮糖结构变化生成5-磷酸核糖和5-磷酸木酮糖；c.磷酸戊糖碳架重排，生成磷酸己糖和磷酸丙糖（3-磷酸甘油醛），磷酸丙糖借EMP途径的一些酶，进一步转化为丙酮酸。②产生大量还原力HMP途径的总反应6葡萄糖-6-磷酸+12NADP++6H2O5葡萄糖-6-磷酸+12NADPH+12H++12CO2+PiHMP生理功能：a.为核酸等物质的合成提供磷酸戊糖；b.产生大量NADH+H+还原力，为脂肪酸和固醇等重要细胞物质的合成提供还原力，可通过呼吸链产生能量；c.5-磷酸核酮糖是固定CO2的重要物质；d.扩大微生物碳源的利用范围，提供C3-C7必要的代谢途径；（三）ED途径又称2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡糖酸（KDPG）裂解途径。1952年在Pseudomonassaccharophila中发现，后来证明存在于多种细菌中（革兰氏阴性菌中分布较广）。ED途径可不依赖于EMP和HMP途径而单独存在，是少数缺乏完整EMP途径的微生物的一种替代途径，未发现存在于其它生物中。ED途径：有氧时与TCA环连接，无氧时进行细菌发酵ED途径特点：①反应步骤简单；②产能效率低，1分子葡萄糖净生成1分子ATP③生成特征中间代谢物KDPGED途径的总反应 关键反应：2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸的裂解催化的酶：6-磷酸脱水酶，KDPG醛缩酶发酵生产：细菌酒精发酵细菌酒精发酵：某些细菌经过ED途径产生的丙酮酸在无氧的条件下被还原为乙醇的过程。由表可见，在微生物细胞中，有的同时存在多条途径来降解葡萄糖，有的只有一种。在某一具体条件下，拥有多条途径的某种微生物究竟经何种途径代谢，对发酵产物影响很大。4.TCA循环丙酮酸经过一系列循环式反应被彻底氧化生成CO2、H2O和还原力NADH2的过程。（二）递氢、受氢★脱氢生成的NADH、NADPH、FADH等还原型辅酶经过呼吸链等方式传递，最终与受氢体（氧、无机或有机氧化物）结合，从而释放能量。★根据氢受体性质的不同,生物氧化可分为有氧呼吸、无氧呼吸和发酵三种类型.有氧呼吸——底物脱氢后经过完整的呼吸链递氢，最终由O2受氢产生水和能量的过程;无氧呼吸——呼吸链末端氢受体外源的无机氧化物，如NO3-、SO42-等.发酵作用：无氧的条件下，底物脱氢后产生的还原力不经过呼吸链而直接交给某一内源性中间代谢产物的一类低效产能反应。1、有氧呼吸：概念:是以分子氧作为最终电子(或氢)受体的生物氧化过程；最普遍、最重要的生物氧化方式。呼吸链•定义：由一系列氧化还原势呈梯度的、链状排列的氢传递体。在氢或电子的传递过程中，与氧化磷酸化反应发生偶联，产生能量ATP。•部位：原核生物：细胞膜真核生物：线粒体内膜•组成：真核与原核基本相似：•NAD(P)→FP→Fe.S→CoQ→Cytb→Cytc→Cyta→Cyta3呼吸链的功能：①传递电子；②将电子传递过程中释放的能量合成ATP（氧化磷酸化作用）电子传递伴随ADP磷酸化成ATP全过程，故又称为氧化呼吸链。氧化磷酸化产能机制•呼吸链在传递氢或电子的过程中，通过与氧化磷酸化作用的偶联，产生生物的通用能源——ATP。•目前获得多数学者接受的是化学渗透学说。•主要观点：在氧化磷酸化过程中，通过呼吸链酶系的作用，将底物分子上的质子从膜的内侧传递至外侧，从而造成了质子在膜两侧分布的不均衡，即形成了质子梯度差（又称质子动势、pH梯度等）。这个梯度差就是产生ATP的能量来源，因为它可通过ATP酶的逆反应，把质子从膜的外侧再输回到内侧，结果一方面消除了质子梯度差，同时就合成了ATP。2、无氧呼吸概念：以无机氧化物作为最终电子（和氢）受体的生物氧化作用。一些厌氧和兼性厌氧微生物在无氧条件下进行无氧呼吸.无机氧化物：如NO3-、NO2-、SO42-、S2O32-等。在无氧呼吸过程中，电子供体和受体之间也需要细胞色素等中间电子递体，伴随磷酸化作用，底物被彻底氧化，产生能量，但产能效率低于有氧呼吸。3、发酵作用 ☆概念：无氧条件下，底物脱氢后所产生的还原力不经过呼吸链传递而直接交给一内源氧化性中间代谢产物的一类低效产能反应。②氨基酸发酵（stickland反应）：定义：少数微生物以一些氨基酸作为碳源、氮源和能源，通常以一种氨基酸作为底物脱氢，而以另一种氨基酸作为氢受体的生物氧化产能类型。特点：产能效率低，1分子氨基酸产生1分子ATP。二、化能自养微生物能量代谢碳源：CO2能量来源：生物氧化还原性无机物无机物：还原力：消耗ATP逆呼吸链生成还原力由于除H2氧化还原电位比NAD低，其余无机物明显高于NAD，无机底物氧化脱氢（电子）从相应位置进入呼吸链。化能自养微生物能量代谢特点：①无机底物氧化脱氢（电子）直接从相应位置进入呼吸链磷酸化产能；②呼吸链组分更复杂，氢（电子）从任意位置进入③产能效率低三、光能营养微生物能量代谢（一）光合细菌类群•产氧光合细菌（蓝细菌等）•不产氧光合细菌（紫色细菌、绿色细菌等）（二）细菌光合色素•叶绿素：含P680和P700两个光合色素系统•菌绿素：•辅助色素：提高光利用率，类胡萝卜素、藻胆素（三）细菌的光合作用a.循环光合磷酸化•光合色素：菌绿素•过程：•特点：①光能驱动，电子从菌绿素逐出，经过类似呼吸链的循环回到菌绿素，期间产生ATP；②ATP与还原力分别生成；③还原力来自无机氢供体④不产O2b.非循环光合磷酸化•光合色素：叶绿素（P680和P700）•过程：•特点：①2个光合色素系统参与反应，P680（蓝光）和P700（红光）；②电子的传递是非循环的；③反应中同时产生ATP、还原力和O2④还原力NADPH2来源于光解H2O中的H第二节微生物独特合成代谢举例一、自养微生物CO2的固定微生物中，CO2固定途径主要有4条：1.Calvin循环：是自养微生物CO2固定的主要方式 2中特有酶：二磷酸核酮糖羧化酶、磷酸核酮糖激酶反应可分为3个阶段：a.羧化反应：3个1,5-二磷酸核酮糖通过核酮糖羧化酶将3个CO2固定，生成6个3-磷酸甘油酸；b.还原反应：3-磷酸甘油酸还原为3-磷酸甘油醛，需消耗ATP与还原力。c.CO2受体再生：1个3-磷酸甘油醛逆EMP反应生成葡萄糖，其余5个经过复杂反应消耗3个ATP后，再生出3个1,5-二磷酸核酮糖。3-磷酸甘油醛通过其他代谢途径合成其他成分：2.厌氧乙酰-CoA途径3.逆向TCA循环4.羟基丙酸途径二、生物固氮（一）定义：指大气中的N2通过微生物固氮酶的催化而被还原为氨的过程。（二）种类：根据生态类群划分•自身固氮菌：能够独立进行固氮的微生物。•共生固氮菌：必须与其他生物共同生活才能进行固氮的微生物。•联合固氮菌：生活在植物根际、叶面或动物肠道内才能进行固氮的微生物。（三）固氮机制：1.固定反应的必要条件：a.ATP：b.还原力及载体：载体：氢由铁氧还蛋白（Fd）和黄素氧还蛋白（Fld）传递给固氮酶。c.固氮酶：组分Ⅰ：铁钼蛋白（MF），真正固氮酶；组分Ⅱ：铁蛋白（F），固氮酶还原酶。1.固定反应的必要条件：d.底物N2：e.Mg2+：f.严格厌氧环境固氮酶遇氧发生不可逆的失活。2.固定反应的生化途径：a.Fd或Fld向氧化性组分Ⅱ提供1电子，使其还原；b.还原性组分Ⅱ与ATP-Mg结合，构象改变；c.组分Ⅰ的Mo位点与N结合，并与组分Ⅱ-ATP-Mg复合物反应，形成1：1复合物；e.1个电子从组分Ⅱ-ATP-Mg转移至组分Ⅰ，ATP水解f.经过6次电子转移，组分Ⅰ释放2个NH3。（四）抗氧机制：1.好氧固氮菌抗氧保护机制：a.呼吸保护以极强的呼吸作用迅速消耗环境中氧，使细胞处于低氧环境。b.构象保护氧分压高时，固氮酶与铁硫蛋白Ⅱ结合，使固氮酶失去固氮活力；氧分压低时，分离，恢复固氮活力。（四）抗氧机制：2.蓝细菌抗氧保护机制：a.异性胞细胞外有厚糖脂形成的外膜，可阻止氧进入细胞；缺乏光系统Ⅱ；氢化酶活性高，保持细胞还原态SOD活性高，高效解除氧毒害作用 b.时间分隔3.豆科植物根瘤菌氧浓度高，豆血红蛋白与氧结合；氧浓度低，分离，氧用于呼吸作用。第三节微生物的代谢调节n代谢调节系统的特点：精确、可塑性强n原因：细胞体积小，所处环境多变n解决方式：①组成酶：长期存在于细胞中酶类②诱导酶：经底物诱导后在细胞内合成的酶类。n调节方式：①粗调：酶合成调节（基因水平）②细调：酶活性调节（分子水平）一、酶合成调节1.操纵子（operon）：基因调控和表达的一个完整单元，包括结构基因、调节基因、操作基因和启动子。①结构基因(structuralgenes)：编码某蛋白质的DNA序列②启动子(promoter)：能被RNA聚合酶所识别的碱基顺序，是RNA聚合酶的结合位点和转录起点；③操纵基因（operator）：位于启动子和结构基因之间的一段碱基序列，是阻遏蛋白的结合位点，通过与阻遏物的结合决定结构基因的转录能否进行；④调节基因（regulatorgene）：用于编码调节蛋白的基因。⒉酶合成的诱导E.coli乳糖操纵子学说（负调节）诱导物：乳糖⒊酶合成的阻遏色氨酸(Try)合成调控（正调节）阻遏物：色氨酸在合成代谢中，终产物过剩会阻遏该途径所需酶的合成。二、酶活性的调节n调节方式：①激活：代谢途径中后面的反应被前面反应的产物促进的现象；常见于分解代谢途径。②抑制：竞争性抑制和反馈抑制。反馈：某些中间代谢产物或终产物对该途径中关键酶活性的影响。a.加快反应速度——正反馈；b.减慢反应速度——负反馈（反馈抑制）；n酶活性调节的机制变构酶理论：变构酶：变构蛋白，通过空间构象的变化影响酶活。a.活性中心：与底物结合部位，酶催化活性部位b.调节中心：与激活剂或抑制剂结合部位，调节酶活作用1.名词解释生物氧化、有氧呼吸、无氧呼吸、发酵、细菌的酒精发酵、stickland反应、诱导酶、反馈2.问答①生物氧化的过程与形式。 ②化能异养微生物底物脱氢的方式有哪些？各有何特点，具有何生理功能？③循环光合磷酸化与非循环光合磷酸化的过程及特点。④卡尔文循环的主要反应阶段是什么？⑤生物固氮含义及其必要条件与生化机制。⑥化能自养微生物的能量代谢特征。第六章水体污染与自净第一节水体环境概述一．水资源概况海水：97.4%淡水：2.6%冰川和冰帽77.2%，地下和土壤水22.4%,江河,湖泊0.4%.中国水资源状况•水资源总量：2.8万亿m3，居世界第六位•人均占有量2300m3，是世界人均水平的1/4，列153个国家的121位•世界上13个贫水国家之一•全国600多个城市中，300多个缺水，严重缺水108个•北京年人均水资源量<400m3，居国内严重缺水城市之首,只有全国平均水平的1/7，世界平均水平的1/25•农业缺水量为农业用水量的30.6%•工业缺水量为工业用水量的44%水体概念及水体污染1.水体：一般指河流、湖泊、沼泽、水库、地下水、海洋的总称。在环境学领域中的水体是包括水中悬浮物、溶解物质、底泥和水生生物等完整的生态系统或完整的综合自然体。2.分类按类型分类•海洋水体•陆地水体：地表水体地下水体按区域分：指按某一具体的被水覆盖的地段而言。如：太湖、洞庭湖、鄱阳湖。如:长江、黄河、珠江。3.水体污染：污染物进入河流、湖泊、海洋或地下水等水体后，其含量超过了水体的自净能力，使水体的水质和水体的物理、化学性质或生物群落组成发生变化，降低了水体的使用价值和使用功能的现象。三、水体污染源和污染物1.水体污染源定义：向水体排放污染物的场所、设备和装置等及污染物进入水体的途径。2.水体污染物质的来源：a.工业废水；b.生活污水；c.农业退水。3.染的主要污染物 水体污染包括无机和有机有毒物质、耗氧有机物、石油类、放射性物质、热污染以及病原微生物等。病原体污染物（1）数量大（2）分布广3）存活时间较长（4）繁殖速度快（5）易产生抗药性，难绝灭（6）传统的二级生化污水处理及加氯消毒后，某些病原微生物、病毒仍能大量存活。耗氧污染物耗氧有机物浓度常用单位体积水中耗氧物质生化分解过程所消耗的氧量表示，即以生化需氧量(BOD5)表示。植物营养物：氮、磷等能刺激藻类及水草生长、干扰水质净化，使BOD5升高的物质。富营养化：是指在人类活动的影响下，生物所需的氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等缓流水体，引起藻类及其它浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，水质恶化，鱼类及其它生物大量死亡的现象。有毒污染物：指进入生物体后累积到一定数量能使体液和组织发生生化和生理功能的变化，引起暂时或特久的病理状态，甚至危及生命的物质。有毒污染物对生物的综合效应•相加作用：两种以上毒物共存时，其总效果大致是各成分效果之和。•协同作用：两种以上毒物共存时，一种成分能促进另一种成分毒性急剧增加。•拮抗作用：两种以上的毒物共存时，其毒性可以抵消一部分或大部分。有毒污染物类型：（1）重金属（2）无机阴离子（3）难分解的有机物质（致癌）（4）一般有机物质有机有毒物质：酚类化合物；有机农药多环芳烃；多氯联苯；洗涤剂；生物污染物；放射性物质。石油污染：油是烷烃、烯烃和芳香烃混合物。石油污染物主要来自工业排放，清洗石油运输船只的船舱、机件及发生意外事故，海上采油等均可造成石油污染。放射性污染物：由放射性物质进入水体造成。核动力工厂排出的冷却水，向海洋投弃的放射性废物，核爆炸降落到水体的散落物，核动力船舶事故泄漏的核燃料；开采、提炼和使用放射性物质时，如果处理不当，也会造成放射性污染。第二节水体自净一．水体自净——自然净化受污染的水体由于物理、化学、生物等方面的作用，污染物浓度逐渐降低，经过一段时间后恢复到受污染前的状态。物理作用：稀释、沉淀（强）化学作用：日光、氧气等对污染物的分解（弱）生物作用：生物降解（强）同化容量或自净容量：在正常情况下，水体单位时间内通过正常生物循环能够同化有机污染物的最大数量。p理化因素净水流量、流速、污染物物理性质、地域、季节、天气p生物生物种类、数量（营养物浓度、环境因子）、代谢的极限速度自净的过程：a.物理作用：有机污染物排入水体后被水稀释，有机和无机固体沉降到河底； b.生物作用：•被污染的水体都是自净水体！•但自净恢复的程度不同，或称污染现状不同。第三节微生物在水体自净中的作用•有机污染物生物净化•天然物质、人工合成物质•无机污染物生物净化有机污染物的生物净化机理•净化本质：有机物——微生物——无机物依靠：微生物好氧分解与厌氧分解1.好氧分解•细菌是其中的主力军原理：有氧呼吸2．厌氧分解厌氧细菌原理：发酵、厌氧呼吸各类有机污染物的转化1.碳源污染物的转化•包括糖类、蛋白质、脂类、石油和人工合成的有机化合物等。•糖类污染物哪些糖类会成为污染物？难溶的多糖，且数量较大时使自净时间大大增加，从而对环境造成污染。如，纤维素、半纤维素、果胶质、木质素、淀粉等。a.纤维素的转化•β葡萄糖高聚物，每个纤维素分子含1400-10000个葡萄糖基（β1-4糖苷键）。•来源：棉纺印染废水、造纸废水、人造纤维废水及城市垃圾等微生物分解途径：分解纤维素的微生物好氧菌：粘细菌、镰状纤维菌和纤维弧菌厌氧菌：产纤维二糖芽孢梭菌、无芽孢厌氧分解菌及嗜热纤维芽孢梭菌。放线菌：链霉菌属。真菌：青霉菌、曲霉、镰刀霉、木霉及毛霉。 半纤维素的转化•存在于植物细胞壁的杂多糖•造纸废水和人造纤维废水中含半纤维素。•分解纤维素的微生物大多数能分解半纤维素；•芽孢杆菌、假单胞菌、节细菌及放线菌能分解半纤维素；•霉菌有根霉、曲霉、小克银汉霉、青霉及镰刀霉。