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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流周德庆微生物复习大纲.精品文档. 绪论-微生物与人类一、什么是微生物？微生物 (microorganism) ：是一些通常肉眼看不见或看不清的形体微小、构造简单的低等生物群体的总称。二、人类对微生物学世界的认识u 微生物的发现1676年，微生物学的先驱荷兰人安东列文虎克利用自制的单式显微镜首次观察到了细菌。u 微生物学的奠基1. 巴斯德 (法国) - 微生物学之父(1) 彻底否定了“自然发生”学说(2) 发现并证实发酵是由微生物引起的(3) 建立了巴斯德消毒法(4) 预防接种2. 柯赫(德国) - 细菌学之父（1）微生物学实验技术l 利用固体
2、培养基分离文生物l 设计了各种培养基，实现了在实验室内对各种微生物的培养l 染色观察和显微摄影（2）对病原细菌的研究作出了突出的贡献：l 证明某种微生物是否为某种疾病病原体的基本原则 著名的柯赫原则l 具体证实了炭疽杆菌是炭疽病的病原菌；l 发现了肺结核病的病原菌；三、微生物学的发展促进了人类的进步1 微生物与医疗保健：产抗生素的头号功臣，猴头菌片、冬虫夏草、螺旋藻等，疫苗，基因工程药物等2微生物与食品工业：甜面酱，醋豆瓣酱，酱油，豆腐乳，豆豉，酸牛奶，奶酪，泡菜，面包、馒头，酒精饮料，味精等微生物与能源工业：生物乙醇，沼气发酵，微藻新能源等3微生物与农业生产：微生物饲料，微生物肥料，微生物杀
3、虫剂，植物生长激素等例：单细胞蛋白(SCP) -单细胞蛋白也叫微生物蛋白，它是用许多工农业废料及石油废料人工培养的微生物菌，例：酵母菌等。广泛用作食品、饲料、药品添加剂 4微生物与环境保护：污水处理，固体废弃物处理与资源化技术四、微生物的五大共性1体积小, 面积大 (最基本的特性)意义：大的比表面积特别有利于它们和周围环境进行物质、能量、信息的交换。微生物的其它很多属性都和这一特点密切相关。2. 吸收多,转化快3. 生长旺,繁殖快4. 适应性强, 易变异5. 分布广, 种类多（多样性）五、微生物学 微生物学（Microbiology）是研究微生物在一定条件下的形态结构、生理生化、遗传变异、以及
4、微生物的进化、分类、生态等生命活动规律及应用的一门学科。 第一章 微生物细胞的形态、结构与功能-原核微生物1.1 细菌一、个体形态基本形态: 球状, 杆状, 螺旋状 二、细菌的大小：单位-微米三、细菌的细胞结构（一）细胞壁1. 革兰氏阳性细菌的细胞壁 （标准菌株：金黄色葡萄球菌 Staphyloccocus aureus）（1）肽聚糖（peptidoglycan）真细菌细胞壁的特有成分,由无数肽聚糖单体以网状形式交联而成。肽聚糖单体由短肽与聚糖链两部分构成，聚糖链则由N-乙酰葡糖胺（NAG）和N-乙酰胞壁酸（NAM）以-1,4糖苷键相互间隔交联而成,呈长链骨架状。 组成：化学组分简单，一般只含
5、90%肽聚糖和10%磷壁酸，厚度大（2080nm） 结构：相邻聚糖链短肽间通过肽桥相连，交联度（75%）高，故网状结构致密，网孔小l 聚糖链中的-1,4-糖苷键很容易被溶菌酶所水解，从而引起细菌因肽聚糖细胞壁的“散架”而死亡。（验室常用溶菌酶进行革兰氏阳性细菌的破壁）l 青霉素干扰间桥和短肽的连接。（2）磷壁酸: 革兰氏阳性细菌细胞壁上特有的化学成分2.革兰氏阴性细菌的细胞壁（标准菌株：大肠杆菌 Escherichia coli ）（1） 肽聚糖组成：细胞壁薄(23nm)，肽聚糖含量约占细胞壁总重10%，故对机械强度的抵抗力较革兰氏阳性菌弱，主要为外膜（类脂类物质） 结构：相邻聚糖链短肽间通过
6、肽键直接相连，交联度低（25%），故结构疏松，孔径大（2）外膜：由脂多糖、磷脂和脂蛋白组成。l 脂多糖（LPS）：革兰氏阴性细菌细胞壁最外层的一层较厚的类脂多糖类物质，由类脂A、核心多糖和O-特异侧链三部分组成。类脂A是革兰氏阴性细菌内毒素的物质基础；3革兰氏染色：通透性学说P234. 缺壁细菌（1）L型细菌：细菌在某些环境条件下（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变异型。（2）原生质体在人为条件下，用溶菌酶处理或在含青霉素的培养基中培养而抑制新生细胞壁合成而形成的仅由一层细胞膜包裹的，圆球形、对渗透压变化敏感的细胞，一般由革兰氏阳性细菌形成。（3）球状体，又称原生质
7、球采用上述同样方法，针对革兰氏阴性细菌处理后而获得的残留部分细胞壁（外壁层）的球形体。与原生质体相比，它对外界环境具有一定的抗性，可在普通培养基上生长。（4）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。(二) 细胞膜膜蛋白约占细菌细胞膜的50%70%，比任何一种生物膜都高,而且种类也多膜上含有氧化磷酸化或光合磷酸化等能量代谢的酶系，是细胞的产能场所原核生物与真核生物的最大区别就是其细胞膜中一般不含胆固醇。（三）细胞质和内含物u 聚-羟丁酸(PHB)：无毒、可塑、易降解，是生产医用
8、塑料、生物降解塑料的良好原料u 核糖体: 沉降系数70s（四）核区：由大型环状双链DNA不规则地折叠或缠绕而构成的无核膜、核仁的区域。 （五）糖被 ：包被于某些细菌细胞壁外的一层厚度不定的胶状物质，称为糖被。 1. 糖被的成分：水分，多糖或多肽或蛋白质2. 糖被的功能： 保护作用：其上大量极性基团可保护菌体免受干旱损伤； 防止噬菌体的吸附和裂解； 一些动物致病菌的荚膜还可保护它们免受宿主白细胞的吞噬; 作为透性屏障或（和）离子交换系统，可保护细菌免受重金属离子的毒害；贮藏养料，以备营养缺乏时重新利用；表面附着作用 S型菌落：产荚膜细菌；菌落表面湿润、有光泽、呈粘液状 R型菌落：不产荚膜细菌；菌
9、落表面较干燥、粗糙（六）鞭毛：1. 鞭毛的组成与结构：蛋白质革兰氏阴性菌的鞭毛基体：M、S、P、L四个环 革兰氏阳性菌的鞭毛基体：M、S环2. 鞭毛的功能-运动3.菌毛和性毛（1）菌毛： G 致病菌借助菌毛可把它们牢固地粘附于宿主的呼吸道、消化道、泌尿生殖道等的粘膜上，进一步定植和致病。 （2） 性毛：一般见于革兰氏阴性细菌的雄性菌株（即供体菌）中，其功能是向雌性菌株（即受体菌）传递遗传物质。（七）特殊的休眠构造芽孢 1. 细菌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、厚壁、含水量极低、抗逆性极强的休眠体，称为芽孢（也称 “内生孢子”）。休眠体；没有繁殖功能芽孢是整个生物界中
10、抗逆性最强的生命体，抗热性尤其突出3. 芽孢的耐热机制：渗透调节皮层膨胀学说 4. 伴孢晶体 少数芽孢杆菌，例如 苏云金芽孢杆菌 (Bacillus thuringiensis) 会在芽孢旁形成一颗菱形或双锥形的碱溶性蛋白晶体内毒素，称为伴孢晶体。伴孢晶体对200多种昆虫尤其是鳞翅目的幼虫有毒杀作用。 四、 繁殖方式：一般为无性繁殖，二分裂法五、 细菌的群体形态1固体培养u 菌落（colony）：分散的微生物在适宜的固体培养基表面或内部生长、繁殖到一定程度可以形成肉眼可见的、有一定形态结构的子细胞生长群体。u 细菌菌落的特点：不与培养基结合, 质地均匀，颜色一致2液体培养 通气、振荡培养：均匀
11、混浊生长1.2 放线菌 一、形态和结构：大多由分枝发达的菌丝组成；按形态和功能可分为营养、气生和孢子丝三种。三、放线菌的繁殖： 大多以形成分生孢子进行无性繁殖，发酵工业以菌丝断裂进行繁殖。四、放线菌的群体特征放线菌菌落形态：小型、干燥、不透明，表面呈致密的丝绒状，上有一薄层“干粉”，菌落与培养基结合紧密，不易挑起，菌落正反面常呈现不同颜色。 1.3 其他原核微生物一.、蓝细菌细胞中含有叶绿素a，进行产氧型光合作用光能自养型生物，营养极为简单，多数能固氮。二、立克次氏体 是一类严格的活细胞内寄生的原核微生物（体内酶系不完全）三、衣原体 专性活细胞内寄生的一类原核微生物(体内缺乏产能系统); 在宿
12、主细胞内生长繁殖具有独特的生活周期，即存在原体和始体两种形态。 第二章 微生物细胞的形态、结构与功能-真核微生物原核生物与真核生物的主要区别 2.1 酵母菌(yeast) 一、形态和构造1. 形态：卵圆、圆、圆柱、梨形等单细胞2. 细胞结构（1）细胞壁酵母菌细胞壁主要成分为葡聚糖、甘露聚糖、蛋白质。赋予其机械强度的主要成分是葡聚糖。（2）细胞膜 （3）细胞核：（4）液泡:调节渗透压,贮存库（5）核糖体：细胞质中核糖体沉降系数是80S三、生长繁殖1无性繁殖1）芽殖：主要的无性繁殖方式 有些酵母菌出芽生殖时，子代细胞不立即与母细胞分离，亲代和子代细胞的细胞壁以狭小的面积相连，呈藕节状，这种细胞串称
13、为假菌丝。2） 裂殖： 3）无性孢子： 2有性繁殖：酵母菌以形成子囊和子囊孢子的形式进行有性繁殖：四、酵母菌的菌落特征与细菌菌落类似，菌落质地均匀，颜色一致，易被挑起。但一般较细菌菌落大且厚，表面湿润， 较光滑， 多为乳白色，少数呈红 色，黑色。一般有悦人的香味。 2.2 丝状真菌- 霉菌 霉菌同人类的生产、生活关系密切，是人类实践活动中最早认识和利用的一类微生物。风味食品、酒精、抗生素（青霉素、灰黄霉素）、有机酸、酶制剂、 维生素、甾体激素等。在农业上用于饲料发酵、植物生长刺激素（赤霉素）、 杀虫农药（白僵菌剂）等。一、 霉菌的形态结构（一）细胞结构 1. 细胞壁：少数低等含纤维素，大部分主
14、要由几丁质构成 2. 其他结构(略) （二）菌丝的形态按功能分：营养菌丝，气生菌丝，繁殖菌丝二、霉菌的繁殖1. 无性孢子：节孢子，厚垣孢子，孢囊孢子，分生孢子2. 有性孢子：卵孢子，接合孢子，子囊孢子三、霉菌的菌落特征 菌落较大，质地疏松，外表干燥，不透明，呈绒毛状、棉絮状或蛛网状，表面有颗粒状孢子，菌落与培养基结合紧密，不易挑起，正反面常呈现不同的颜色。液体振荡培养：菌丝球四、代表性霉菌1. 根霉：具假根和匍匐菌丝。根霉淀粉酶活性很强；甜酒曲中的主要菌种就是黑根霉!2. 毛霉：降解蛋白能力强，多用来做豆腐乳、豆豉 。糖化能力强，可用于酒精和有机酸发酵原料的糖化。3. 曲霉：发酵工业和食品加工
15、业的重要菌种 。是制酱、酿酒、制醋曲的主要菌种；4. 青霉：分生孢子梗呈帚状分支，是产生青霉素的重要菌种5. 红曲属：产生红色素，用作食品加工中的天然色素来源。被广泛用于饮料、红腐乳、肉类加工等方面。 第三章 病毒和亚病毒因子3.1 病毒一、病毒的特点1个体微小2不具有细胞结构3一种病毒的毒粒内只含有一种核酸4严格的活细胞内寄生5具有双重存在方式（生命型和非生命型）6. 繁殖方式独特，通过基因组复制和表达产生子代7 对一般抗生素不敏感，但对干扰素敏感二、病毒的形态、构造和化学组成病毒粒（Virion）：即成熟的、结构完整、具感染性的单个病毒。即病毒的细胞外颗粒形式。（一）大小 ：测量单位为纳米
16、（nm） (二) 病毒的结构（1）基本结构： 衣壳：许多衣壳粒组成蛋白质外壳统称核衣壳核心：核酸，由DNA或RNA 组成 （2）包膜病毒（三）病毒粒的对称体制（1）螺旋对称壳体： （2）二十面体对称壳体：（3）复合对称壳体：三、病毒的繁殖（一） 病毒的复制周期 （以大肠杆菌T4噬菌体为例） 吸附 侵入脱壳 生物合成 装配 与释放1. 吸附：病毒表面蛋白与细胞受体的结合，特异性，不可逆吸附，启动病毒感染的第一阶段。2. 侵入脱壳：通过尾部刺突固着于细胞；尾部的酶水解细胞壁的肽聚糖，是细胞壁产生小孔；尾鞘收缩，核酸通过中空的尾管压入胞内，蛋白质外壳留在胞外。3. 生物合成：包括基因组的复制与蛋白的
17、合成 4. 装配：将以合成的子代核酸和蛋白质按一定顺序装配成子代病毒 5. 释放：病毒的释放标志病毒复制周期结束，大多数噬菌体都是以裂解细胞方式释放 四、噬菌体效价的测定 效价（titer）：通常以噬菌斑进行计数，表示其效价。单位为pfu/mL 噬菌斑(plaque)：把噬菌体与敏感细胞混合培养在营养琼脂中，由于噬菌体不断裂解细菌，导致培养物的溶解，所形成的一个个透明空斑。五、溶原性 烈性噬菌体(virulent phage )：感染宿主细胞后能在细胞内正常复制并最终杀死细胞，形成裂解循环。 温和噬菌体(temperate phage )：有些噬菌体侵入寄主细胞并不裂解寄主细胞，而是将其核酸分
18、子整合到寄主的核酸分子中，并随寄主的分裂而传递，这类不裂解寄主的噬菌体我们称为温和噬菌体。前（原）噬菌体(prophage )：整合于细菌染色体或以质粒形式存在的温和噬菌体的基因组。 溶原菌：细胞中含有以原噬菌体状态存在的温和噬菌体的细菌。 溶原性细菌的特性：遗传性、自发裂解、诱发裂解、免疫性3.2亚病毒一、 类病毒 无蛋白质外壳保护的游离的共价闭合环状单链RNA分子二、卫星病毒 存在于自然界中的一种绝对缺损病毒，不能独立复制，必须依赖辅助病毒进行复制三、 卫星 RNA 必须依赖于辅助病毒进行复制的小分子单链RNA ，它被包装在其辅助病毒的壳体中四、朊病毒又称蛋白侵染子，是一类不含核酸的侵染性
19、蛋白质分子3.3病毒与实践一、发酵工业中的噬菌体防治1. 污染现象：菌体裂解，引起光密度降低和产物锐减 碳源和氮源消耗减慢；发酵周期延长； pH值异常变化；泡沫聚增； 发酵液色泽和稠度改变；出现异常臭味等2. 噬菌体污染的防治措施（1） 杜绝噬菌体的各种来源：噬菌体对热、氧化物、化学药品等较敏感; 净化环境 （2） 控制活菌体排放：80, 25min （3）使用抗噬菌体菌株和定期轮换生产菌种： 第四章 微生物的营养和培养基4.1 微生物的6类营养要素一、碳源：凡是可以作为微生物细胞结构或代谢产物中碳架来源的营养物质。 微生物工业发酵中用做碳源的原料u 传统种类：玉米粉、山芋粉、麸皮、麦芽、糖蜜
20、、各种米糠等u 代粮发酵：纤维素、CO2二、氮源：凡是可以作为微生物细胞结构或代谢产物中氮元素来源的营养物质。l 工业常用氮源：玉米浆，花生粉，黄豆粉等三、能源四、生长因子（growrh factor）：调节微生物正常代谢所必需，但不能用简单的碳源、氮源自行合成的微量有机化合物. l 配制培养基时，通常加入玉米浆、酵母膏、麦芽汁、牛肉膏或动植物组织浸出液以补充生长因子。五、无机盐： 配制培养基时，一般首选K2HPO4和MgSO4补充大量元素。六、水：水活度（aw）为在一定的温度条件下，溶液的蒸汽压与纯水的蒸汽压之比。 即：aw=R/ RoR 表示溶液的蒸汽压，Ro表示纯水的蒸汽压。 aw为0.
21、60-0.99的环境条件均有微生物生长4.2 微生物的营养类型4.3 营养物质进入细胞的方式u 基团转位： 特点：物质在运输过程中发生化学变化（磷酸化）；需要消耗能量；逆浓度运输；有膜载体参加4.4 培养基 培养基（culture medium）:人工配制的，适合微生物生长繁殖或产生代谢产物的营养基质。一 选用和配制培养基的原则和方法（一） 四个原则1、目的明确 细菌 牛肉膏蛋白胨培养基 (NA) 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 真菌 马铃薯培养基 (PDA)2、营养协调3、理化适宜（1）pH：通常培养条件：细菌与放线菌：pH 7.07.5内源调节：K2HPO4
22、和KH2PO4是常用的缓冲剂 不溶性CaCO3作为备用碱外源调节（工业发酵）：不断流加酸液或碱液（2）渗透压： 例：L型细菌加3%5%NaCl或10%20%蔗糖（3）O2： 4、经济节约（二）四种方法 生态模拟：文献查阅：精心设计： 试验比较： 二、培养基的种类（一）按对培养基成份的了解做分类 1、天然培养基：以化学成分还不清楚或化学成分不恒定的天然有机物组成2、组合培养基：是由化学成份完全了解的物质配制而成的培养基，也称化学限定培养基。3、半组合培养基（二）根据物理状态划分: 1、液体培养基: 2、固体培养基； （1）加1.5%2% 琼脂或5%12% 明胶（2）无机硅胶：自养微生物（3） 天
23、然固态 （4） 滤膜3、半固体培养基:加入 0.5% 琼脂4、脱水培养基： （三）根据培养基对微生物的功能作分类 1、选择培养基(selective medium)根据不同种类微生物的特殊营养需求或对某种化学物质的敏感性不同，在培养基中加入相应的特殊营养物质或化学物质，抑制不需要的微生物的生长，有利于所需微生物的生长。2、鉴别培养基(differential medium)在培养基中加入某种特殊化学物质，微生物在培养基上生长产生某种代谢物，无色的代谢物可以与培养基中的特殊化学物质发生显色反应,从而可将目标微生物与其他微生物区分开的培养基。例：EMB培养基原理：在低酸度条件下，伊红和美兰可以结合
24、形成沉淀，起着产酸指示剂的作用。大肠杆菌能强烈分解乳糖产生大量的混合酸，菌体表面带H+，故可染上酸性染料伊红，伊红又与美兰结合，使菌落染上深紫色，且从菌落表面的反射光可看到绿色金属光，产酸力弱的菌落也有相应的棕色。l 用于饮用水、牛奶的大肠菌群数等细菌学检查 大肠菌群是粪便污染的指标菌。第五章 微生物的新陈代谢5.1 微生物的能量代谢 一、化能异养微生物的生物氧化： 根据最终电子受体不同，化能异养微生物的产能代谢分为：发酵- 内源性有机物 有氧呼吸- 分子氧 无氧呼吸-氧化态无机物（一）底物脱氢的四种途径1EMP途径2HMP途径u WD途径 （磷酸解酮酶途径 ） ：该途径是肠膜明串珠菌和双歧杆
25、菌等在进行异型乳酸发酵的途径。3ED途径：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 4 TCA（二）递氢和受氢1. 呼吸以分子氧作为最终电子受体的称为有氧呼吸，以氧化型化合物作为最终电子受体的称为无氧呼吸。 u 呼吸作用与发酵作用的根本区别：电子载体不是将电子直接传递给底物降解的中间产物，而是交给电子传递系统，逐步释放出能量后再交给最终电子受体。（1） 有氧呼吸（略）（2）无氧呼吸：某些微生物在无氧条件下进行无氧呼吸。特点是底物经常规途径脱氢后，经部分呼吸链递氢，最终由氧化态的化合物受氢，并完成氧化磷酸化产能反应。u 硝酸盐呼吸（反硝化作用）
26、：在微生物的作用下，硝酸盐逐步被还原为分子氮的过程生态学意义：硝酸盐在反硝化细菌的作用下逐步还原为亚硝酸盐、NO、N2O、N2、，因此会造成土壤氮肥的流失；但是反硝化作用可以将沉积在水体的硝酸盐还原为分子氮，回到大气中，从而保证氮素在自然界的循环。2. 发酵 发酵（Fermentation）: 在微生物学中，发酵是指无氧条件下，微生物细胞将有机物氧化释放的电子直接交给底物本身未完全氧化的某种中间产物，同时释放能量并产生各种不同的代谢产物。 (1) 乙醇发酵 l 酵母菌的一型发酵：发酵条件：厌氧、 pH3.54.5、30酵母菌将葡萄糖经 EMP 途径降解生成 丙酮酸，丙酮酸脱羧生成乙醛，乙醛作为
27、氢受体使 NADH2 氧化生成 NAD + ，同时乙醛被还原生成乙醇，这种发酵类型称为酵母的 一 型发酵。 对大多数酵母而言，对酒精的耐受度为8%10%。l 酵母菌的二型发酵环境中存在亚硫酸氢钠时，可与乙醛反应生成难溶的乙醇磺酸钠，迫使磷酸二羟丙酮受氢还原，生成-磷酸甘油， -磷酸甘油进一步水解脱磷酸生成甘油，此为二型发酵。这是利用酵母菌工业化生产甘油的“经典”途径。 l 酵母菌的三型发酵 葡萄糖经 EMP 途径生成丙酮酸，后脱羧生成乙醛，如处于弱碱性环境条件下 (pH 7.6) ，乙醛因得不到足够的氢而积累， 2 个乙醛分子间发生歧化反应， 1 分子乙醛作为氧化剂被还原成乙醇，另 1 个则作
28、为还原剂被氧化为乙酸。而磷酸二羟丙酮作为 NADH2 的氢受体，使 NAD+ 再生，产物为乙醇、乙酸和甘油 (2) 乳酸发酵： u Stickland reaction（Stickland反应 ） 某些专性厌氧在厌氧条件下生长时，利用氨基酸作为碳源、能源和氮源。以一种氨基酸作为供氢体而氧化，另一种氨基酸作为电子受体被还原的生物氧化产能方式，产能效率低，每分子氨基酸产生1个ATP。二. 化能自养微生物的生物氧化：u 无机底物的氧化直接与呼吸链发生联系u 产能效率即P/O低,一般低于化能异养菌 u 通过逆呼吸链传递方式形成还原力NAD(P)H，消耗能量u 底物脱氢与呼吸链直接偶联 三、光能微生物的
29、产能代谢 1. 产氧型光合作用：兰细菌和真核生物 2. 不产氧型光合作用：光合细菌 3. 依赖细菌视紫红质的光合作用（盐细菌） 5.2 合成代谢一. 生物固氮：大气中的分子氮通过生物固氮酶的催化而还原成氨的过程。固氮酶，Mg2+N2 + 8e- + 8H+ + nATP 2NH3 + H2 + nADP + nPi固氮酶包括2种组分：固氮酶遇氧均发生不可逆失活，所以固氮作用只能在厌氧条件下进行。钼铁蛋白(MoFd)（固二氮酶）：4个亚基铁蛋白(AZoFd)（固二氮酶还原酶）：2个亚基好氧性固氮菌其固氮酶的抗氧机制：(1) 呼吸保护作用： (2) 构象保护： (3 )分隔作用： (4) 豆血红蛋
30、白二、肽聚糖的合成 细胞质阶段：合成派克（Park）核苷酸 细胞膜阶段：合成肽聚糖单体 细胞膜外阶段：通过转糖基、转肽作用形成肽聚糖三、次级代谢及次级代谢产物 次级代谢：是指某些微生物生长到一定时期，以初级代谢产物作前体，合成一些对微生物生命无明确功能的物质的过程。次级代谢产物主要有抗生素、色素、毒素、生物碱等。5.3 代谢的调节 一、代谢的人工控制及其在发酵工业中的应用 1应用营养缺陷型菌株解除反馈抑制（1）直线式代谢途径：选育末端产物营养缺陷型（应在培养基中限量供给E）(2) 分支代谢途径：生产实例：赖氨酸生产菌（谷氨酸棒杆菌高丝氨酸缺陷型 ）谷氨酸棒杆菌以天冬氨酸为原料，通过分支代谢途径
31、合成赖氨酸、苏氨酸和甲硫氨酸。末端代谢产物赖氨酸、苏氨酸对对天冬氨酸激酶为协同反馈抑制。 为了解除正常的代谢调节获得赖氨酸高产菌株，工业上应该选育谷氨酸棒杆菌的高丝氨酸营养缺陷型菌株作为赖氨酸的发酵菌株。缺陷型菌株由于不能合成高丝氨酸脱氨酶，故不能合成高丝氨酸，也就不能产生苏氨酸和甲硫氨酸，打破了赖氨酸、苏氨酸对天冬氨酸激酶的协同反馈抑制，产生大量赖氨酸。工业生产中，发酵培养基中添加适量高丝氨酸的条件下，即能产生大量赖氨酸。 2. 应用抗反馈控制突变株解除反馈调节3控制细胞膜渗透性 第六章 微生物生长及其控制6.1 测定生长繁殖的方法 一、 测生长量1. 直接法- 重量法：可以用于单细胞、多细
32、胞及丝状体微生物；以干重、湿重直接衡量微生物群体的生物量2. 间接法 （1）比浊法：主要用于单细胞微生物。通常采用分光光度计，选用450650nm之间的某一波长测定菌悬液的光密度，以光密度(OD)表示菌量 （2）生理指标法：二、计数法：通常用来测定细菌、酵母菌、真菌孢子等单细胞微生物的生长情况1直接计数：采用细菌计数板或血球计数板，在显微镜下对微生物数量进行直接计数 总菌数 / mL= 中格平均菌数25（16） 104 稀释倍数2间接计数 ( 活菌计数法 ) ：u 稀释平板菌落计数法（CFU法）：最常用的活菌计数法 一个菌落可能是多个细胞一起形成，所以在科研中一般用菌落形成单位（colony
33、forming units， CFU）来表示，3. 膜过滤法：当样品中菌数很低时，可以将一定体积的湖水、海水或饮用水等样品通过膜过滤器，然后将膜转到相应的培养基上进行培养，对CFU进行统计。 6.2 微生物生长的规律一、同步生长 通过一定措施，使培养物中的所有细胞处于同一生长阶段，使群体与个体的行为保持一致。1. 机械法：密度梯度离心方法；过滤分离法；硝酸纤维素滤膜法 2. 诱导法：二、单细胞微生物的生长曲线单批培养（分批培养）：在封闭系统中对微生物进行的培养，既不补充营养物质也不移去培养物质，保持整个培养液体积不变的培养方式，也称为封闭培养.1. 延滞期：将少量菌种接入新鲜培养基后，在开始一
34、段时间内菌数不立即增加，或增加很少，生长速度接近于零。也称延迟期、适应期。 延滞期的特点：分裂迟缓、代谢活跃t 细胞形态变大或增长，例如巨大芽孢杆菌，在迟缓期末，细胞的平均长度比刚接种时长6倍。一般来说处于迟缓期的细菌细胞体积最大t 细胞内RNA，尤其是rRNA含量增高，合成代谢活跃，核糖体、酶类和ATP的合成加快，易产生诱导酶。发酵工业上需尽量缩短该期，以降低生产成本，缩短迟缓期的常用手段：(1) 利用对数生长期的细胞作为种子；(2) 尽量使接种前后所使用的培养基组成不要相差太大；(3) 适当扩大接种量：10%2. 指数期：以最大的速率生长和分裂，细菌数量呈对数增加。指数期的特点：（1）生长
35、速度达到高峰，菌数以几何级数增加，代时稳定且最短；（2） 菌体代谢活性最强；细胞内各种成分按比例有规律增加；前期rRNA含量最高（3） 菌体个体形态、化学组成、生理特性比较一致。应用：研究微生物基本代谢的良好材料；也常在生产上用作种子，使微生物发酵的迟缓期缩短，提高经济效益。 3. 稳定期：生长速率降低直至零，细菌分裂增加的数量等于细菌死亡数 ，活菌数最多稳定期特点：（1） 新增细胞数与死亡细胞数趋于平衡，活菌数基本保持稳定；（2）菌体产量达最高；（3）细胞开始积累内含物；芽孢杆菌在此阶段形成芽孢（4）发酵过程积累代谢产物的重要阶段，某些放线菌抗生素的大量形成也在此时期（稳定期后期） 。应用：
36、收获大量菌体，收集代谢产物。4. 衰亡期：个体死亡速度超过新生速度，群体呈负生长状态衰亡期特点：（1）死亡数大于新生数，活菌数明显下降；（2）细菌代谢活性降低，细菌衰老并出现自溶，产生或释放出一些产物，如氨基酸、转化酶、外肽酶或抗生素等。细胞呈现多种形态，有时产生畸形，细胞大小悬殊，有些革兰氏染色反应阳性菌变成阴性反应等，芽孢开始释放。三、 连续培养又称开放培养。向培养容器中以一定的方式不断的补充营养物质和以同样的速率流出培养物，使微生物能长期以恒定的生长速率生长的一种培养技术。 生长限制因子：处于较低浓度范围内可以影响生长速率和菌体产量的营养物。可以是碳源、氮源、无机盐、生长因子。工业发酵中
37、一般为氨基酸。6.3 微生物生长的控制灭菌（sterilization）：指采用强烈的理化因素，使物体内外的所有微生物永久性地丧失其生长繁殖能力的措施，包括耐热性的细菌芽孢。消毒（disinfection ） ：利用某种方法杀死或灭活物体表面或内部病原微生物的一种措施，可达到防止传染病的目的。一. 控制M的物理因素（一）温度1. 干热灭菌: 灼烧：接种环、接种针、动物尸体、带菌材料等 热空气灭菌 ：金属器械、玻璃器皿等2. 湿热灭菌 煮沸消毒：用于饮用水的消毒。将待消毒物品如餐具、毛巾、注射器、金属用具、解剖用具等 间歇灭菌：适用于不耐热培养基的灭菌 巴斯德消毒：用于牛奶、啤酒、果酒或酱油等液
38、态风味食品的消毒 高压蒸汽灭菌：适用于培养基和多种器材灭菌121 ，20min; 115 ,30min（含乳糖等高温易降解成分） 连续加压蒸汽灭菌法：发酵行业里也叫连消法。（二）过滤适用：对含热敏物质（酶、血清、维生素、抗生素、激素等）的液体或培养基常采用过滤除菌法。 对气体进行除菌：棉塞，外科口罩，超净工作台等（三）辐射作用1. 紫外线 ：穿透力差,一般用于物体表面和空气消毒.2. 电离辐射： 穿透力强。辐照消毒灭菌不需加热，是一种“冷消毒”法。 适用：不耐热或受热易变质、变味的物质灭菌与消毒。而且可以对密封包装后的物品进行灭菌。（四） 渗透压: 在食品工业中也常用高浓度的盐或糖保存食物，如
39、腌渍蔬菜、肉类及蜜饯等。（五）干燥：菌种保藏；在食品工业中也常用烘干、晒干和熏干等方法来保存食物。二控制M生长的化学物质： （一） 表面消毒剂: 一般对活细胞都有毒性，不能用作活细胞活细胞或机体内治疗用的化学药剂。通常用来杀死非生物材料上的微生物。 （二）化学治疗剂： 1. 抗代谢物 : 在化学结构上与生物体所必需的代谢物相似，可以和特定的酶结合，阻碍了酶的功能，干扰了代谢的正常进行，起到杀菌或抑菌作用的化合物。例：磺胺药物是对氨基苯甲酸的结构类似物，可干扰细菌的叶酸代谢。2. 抗生素: 一类由微生物或其他生物生命活动中合成的次生代谢产物或人工衍生物，在低浓度时就可以抑制或干扰其他生物的生命活
40、动，可作为化学治疗剂。 第七章 微生物遗传变异与育种7 .1 遗传的物质基础 一、质粒1. 质粒(plasmid) ：一种独立于染色体外，能进行自主复制的细胞质环状双链DNA分子，主要存在于各种微生物细胞中。 2. 质粒的主要类型（1）致育因子（F因子）： 又称F质粒，这是最早发现的一种与大肠杆菌的有性生殖现象（接合作用）有关的质粒。 大肠杆菌的接合类型：雄性菌株：F+ 、F、Hfr 雌性菌株：F-（2）抗性因子（R因子）：包括抗药性和抗重金属二大类（3）产细菌素的质粒（Col质粒）7.2 基因突变一.、基因突变类型 选择性突变株 突变株的表型 非选择性突变株 1营养缺陷型(auxotroph
41、)：某一野生型菌株因发生基因突变而丧失合成一种或几种生存所必须的营养物的能力，无法在基本培养基生长，只有从周围环境或培养基中获得这些营养物才能正常生长。表示方法：A+ B- A- B+ A- B- 野生型：从自然界直接分离得到的任何微生物在其发生营养缺陷突变前的原始菌株。能在相应的基本培养基上生长。 原养型：营养缺陷型突变株经回复突变或重组后产生的菌株，其营养要求在表型上与野生型相同。 基本培养基(MM): 仅能满足某微生物的野生型菌株生长所需要的最低成分的组合培养基。 完全培养基(CM): 满足一切营养缺陷型菌株营养需要的天然或半组合培养基。 补充培养基(SM): 只能满足相应的营养缺陷型突
42、变株生长需要的组合或半组合培养基。u 负筛选标记：基本培养基不生长，完全培养基生长2. 抗药性突变型：u 正选择标记：在加有相应抗生素的平板上，只有抗性突变能生长。3. 条件致死突变型4. 其它突变类型: 非选择性突变：突变株和野生型菌株均可生长，但可从形态或其它生理特征上进行区分 二、基因突变的特点 :自发性及不对应性，稀有性，独立性，可诱变性，稳定性，可逆性三、 突变与育种 （一）自发突变与定向育种 优点：简单易行缺点：频率低，10-910-6（二） 诱发突变与诱变育种 诱变育种： 利用物理或化学诱变剂处理均匀分散的微生物细胞群，促进其突变率大幅提高，然后采用简便、快速和高效的筛选方法，从
43、中挑选少数符合育种目的的突变株，以供生产和科学研究用诱变育种的基本环节1选择优良的出发菌株2 制备菌悬液: 尽可能选择孢子或单倍体细胞作为诱变对象，制备成均匀的悬液状态； 若处理材料为菌体细胞，一般要求处于对数生长期，并使细胞处于同步生长3. 诱变处理4中间培养：方法：CM，培养过夜 目的：克服表型延迟5突变体的筛选：初筛：以量为主（平皿快速检测法） 复筛：以质为主（摇瓶培养，精确测定）6菌种保藏及扩大试验（二） 特殊突变菌株的筛选- 营养缺陷突变体的筛选1. 筛选（1） 诱变（2） 淘汰野生型(浓缩营养缺陷型菌株)：抗生素法；菌丝过滤法 培养基类型：基本培养液（3） 检出缺陷型：逐个检出法；影印培养法（4）鉴定缺陷型：生长谱法 2. 营养缺陷型的应用 （1）生活实例- Ames试验 利用细菌模型了解潜在化学致癌物的诱变作用,来检测环境、食品、药物中是否存在的致癌物质