深圳大学200年硕士生入学考试业务课指定参考书

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1、南开微生物难点解析学院：专业年级：姓名：联系方式：第1章绪论重点、难点剖析1微生物给人类带来的利益不仅是享受，而且实际上涉及到人类的生存，例如：面包、奶酪、啤酒、抗生素、疫苗、维生素及酶等重要产品的生产，在冶金、石油、能源、材料及信息等方面的应用，微生物起着不可替代的作用。同时也是人类生存环境中必不可少的成员，有了它们才使得地球上的物质进行循环，否则地球上的所有生命将无法繁衍下去。此外，以基因工程为代表的现代生物技术的发展及其美妙的前景也是微生物对人类做出的又一重大贡献。微生物的 “残忍” 性给人类带来的灾难有时甚至是毁灭性的。1347年的鼠疫几乎摧毁了整个欧洲，实际上消灭了大约75 的欧洲人

2、口。今天，艾滋病正在全球蔓延；许多已被征服的传染病(如肺结核、疟疾、霍乱等) ，也有“卷土重来”之势；随着环境的污染日趋严重，一些以前从未见过的新的疾病，如：军团病、埃博拉病毒病、霍乱0139新菌型、0157、疯牛病以及SARS 等，又给人类带来了新的威胁。 因此，正确地使用微生物这把双刃剑，造福于人类是我们学习和应用微生物学的目的，也是每一个微生物学工作者义不容辞的责任。2微生物学 (microbiology)一般定义为研究肉眼难以看清的(也有少数成员是肉眼可见)称之为微生物的生命活动的科学。但也有的微生物学家提出不同的看法，认为确定微生物学领域不应只是根据生物的大小，而且也应该根据有别于动

3、、植物的研究技术。例如：微生物的分离、纯培养、消毒灭菌和无菌操作等，来定义微生物学。微生物学的不断发展，已形成了基础微生物学和应用微生物学，它又可分为许多不同的分支学科(其主要的分科见教材图（1 1)，并还在不断地形成新的学科和研究领域，如：分子微生物学、细胞微生物学和微生物基因组学。生物界分类无论是1969 年 Whittaker 提出的五界系统，还是 1977 年 Woese 提出的三域系统，微生物都占据了绝大多数的“席位”，分别为整个生物界的35 和 2 3，充分体现出微生物的极其多样性以及独特的生物学特性，使微生物学在整个生命科学中占据着举足轻重的地位。3我国 8000 年以前出现的曲

4、蘖酿酒，几千年前就有了的酿酱、醋和用曲治病。古埃及人的烘制面包和酿制果酒等，说明自古以来人们就在应用微生物，对它们有一定认识，但是真正看见并描述微生物的第一个人是17 世纪的安东列文虎克，他利用自制的显微镜发现了微生物世界。以后的 200 年间，微生物的研究基本上停留在形态描述和分门别类的阶段。直到 19 世纪中期，以法国的巴斯德和德国的柯赫为代表的科学家才将微生物的研究从形态描述推进到生理学研究阶段，揭露了微生物是造成腐败发酵和人畜疾病的原因，并建立了分离、 培养、接种和灭菌等一系列独特的微生物技术，从而奠定了微生物学的基础，同时开辟了医学和工业微生物学等分支学科。19 世纪中期到 20世纪

5、初，微生物研究作为一门独立的学科已经形成；并进行着自身的发展，其研究的主要内容是感染疾病的因子、免疫、寻找新的化学治疗药物以及微生物代谢等。20世纪 40 年代一直到现在，随着生物学的发展，许多生物学难以解决的理论和技术问题十分突出，特别是遗传学上的争论问题，使得微生物这样一种简单而又具完整生命活动的小生物成了生物学研究的“明星”。微生物学很快与生物学主流汇合、交叉，并进一步与迅速发展起来的分子生物学理论和技术以及其他学科汇合，使微生物学发展成为生命科学领域中一门发展最快、影响最大、体现生命科学发展主流的前沿学科。微生物的应用也获得重大进展，抗生素、有机酸、氨基酸、维生素及酶制剂等的生产已成为

6、现代化的大企业，微生物已广泛用于农、 工、医各方面，传统的微生物发酵工业已从多方面发生了质的变化，成为现代生物技术的重要组成部分。4微生物学在整个生命科学带领下飞速发展的同时，也为生命科学的发展做出了巨大的贡献。例如：生命科学许多重大理论问题的突破， 微生物学起了重要甚至关键的作用，特别是对分子遗传学和分子生物学的影响最大，如长期争论而不能得到解决的“遗传物质的基础是什么?”的重大理沦问题，只有在以微生物为材料进行研究所获得的结果才无可辩驳地证实；所谓“跳跃基因” ( 可转座因子 )的发现，虽然首先来源于对玉米的研究，但最终得到证实和公认是由于对大肠杆菌的研究；基因结构的精细分析、 重叠基因的

7、发现， 最先完成的基因组测序等都与微生物学发展密不可分；通过研究大肠杆菌诱导酶的形成机制而提出的操纵于学说，阐明了基因表达调控的机制，为分子生物学的形成奠定了基础。此外，DNA 、RNA 、蛋白质的合成机制以及遗传信息传递的“中心法则” 的提出等都涉及到微生物学家所做出的卓越贡献。由于微生物学的分离、 培养、消毒灭菌及无菌操作等技术的渗透和应用的拓宽及发展，动、植物细胞也可以像微生物一样在平板或三角瓶中培养，可以进行分离、培养，也可以像微生物工业那样，在发酵罐中生产所需产品。今天的转基因动物、转基因植物的转化技术也源于微生物转化的理论和技术。微生物学的许多重大发现，包括质粒载体，限制性内切酶、

8、连接酶、反转录酶等，才导致了DNA重组技术和遗传工程的出现，使整个生命科学翻开了新的一页，使人类定向改变生物、根治疾病、 美化环境的的梦想将成为液体富集培培 养 养基 分离现实。5 21 世纪微生物基因组学将在继续作为人类基因组计划的主要模式生物，在后基因组研究(认识基因与基因组功能)中发挥不可取代的作用外，会进一步扩大到其他微生物，特别是与健康、人口、环境、资源和工农业有关的重要微生物。并且为从本质上认识微生物自身、利用和改造微生物将产生质的飞跃，也将带动分子微生物学等基础研究学科的发展。微生物具备生命现象的特性、共性、广泛的应用性，将是11 世纪进一步解决生物学重大理论问题，如生命起源与进

9、化，物质运动的基本规律等，以及实际应用问题，如新的微生物资源的开发利用，能源、粮食等的最理想的材料。微生物学将进一步向地质、海洋、大气、太空渗透，使更多的边缘学科得到发展，如：微生物地球化学、海洋微生物学、大气微生物学、太空(或宇宙 )微生物学以及极端环境微生物学等。微生物与能源、信息、材料、计算机的结合也将开辟新的研究和应用领域。微生物学的研究技术和方法也将会在吸收其他学科的先进技术的基础上，向更加准确、敏感、快速、简便和自动化高速发展。此外，微生物工业将生产各种各样的新产品，例如，降解性塑料、DNA 芯片、生物能源等，在21 世纪将出现一批崭新的微生物工业，为全世界的经济和社会发展做出更大

10、贡献。第 2 章微生物的纯培养和显微镜技术重点、难点剖析1无菌技术是最基本的微生物学实验操作技术，其核心是无菌概念的建立，以及正确而严格地按实验教材和实验课的要求，掌握在各种情况下的具体应用原则和操作规范。2分离获得某特定的微生物纯培养，是研究和利用微生物的基础。获得纯培养的方法有固体培养基分离、液体培养基分离和单细胞挑取3 大类 (表 21) ，其中用固体培养基获得单独的微生物菌落是最常用、最基本的方法。此外还有活细胞或活体分离法，如噬菌体和动植物病毒纯培养的分离等。表 2-1获得微生物纯培养的方法比较方特点应用法菌落分离较为均匀，进行微生物计数结果相对准确。但操作相对麻烦，热敏感菌有稀 释

11、 倒时易被烫死，而严格好氧菌也可能被固定平板法在培养基中生长受到影响固 体操作相对简单，是较常使用的常规方法。培 养但有时会因涂布不均匀使某些部位的菌落基 分涂 布 平不能分开，进行微生物计数时需对稀释和离板法涂布过程的操作特别注意，否则不易得到准确结果平 板 划操作简单，多用于对已有纯培养的确认和线法再次分离稀释倒平板的一种变通形式，但由于菌落稀 释 摇形成在琼脂柱的中间，观察和挑取都相对管法困难工作量大，是否获得纯培养需依靠统计学稀释法的推测一般不能直接获得微生物的纯培养，在通过富集培养使原本在自然环境中占少数的微生物的数量大大提高后，需再通过平板法进行相应富集培养微生物纯培养的分离和检测

12、这 3 种方法可用于所有在固体培养基表面形成菌落的微生物的纯培养分离。 并且，通过选用适当的选择平板及培养条件可直接分离各种具有特定生理特征的微生物。和厌氧罐或厌氧手套箱技术结合，这3 种方法也可用于获得各种厌氧菌的纯培养在缺乏专业的厌氧操作设备的情况下对严格厌氧菌进行分离和观察不能或不易在固体培养基上生长的微生物进行纯培养分离或数量统计1）根据某种微生物的特殊生长要求，按照意愿从自然界中对这种微生物进行有针对性的有效分离； 2)分离培养出由科学家设计的特定环境中能生长的微生物， 尽管我们并不知道什么微生物能在这种特定的环境中生长分离过程直观，可靠，但对仪器和操作技从样品中直接分离所需的微生物

13、细胞或孢子，获得其纯培养术要求较高，多限于高度专业化的研究，单 细 胞而挑取的微生物单细胞或孢子需经固显 微（孢子）体或液体培养基培养后才能获得其纯培养操作挑取物3保证所用菌种性状的稳定是微生物学工作最重要的基本要求，否则生产或科研都无法正常进行。而目前使用的各种微生物保藏技术归纳起来不外乎生活态或休眠态两种。下面所列的是目前较为常用的一些微生物保藏方法。培养基传代：斜面、半固体柱、平板等生活态常用的保藏技术寄主传代冷冻：低温冰箱、液氮罐休眠态干燥：沙土管、冷冻真空干燥值得指出的是， 由于微生物的多样性， 不同的微生物往往对不同的保藏方法有不同的适应性，迄今为止尚没有一种方法能被证明对所有的微

14、生物均适宜。因此，在具体选择保藏方法时必须对被保藏菌株的特性、保藏物的使用特点及现有条件等进行综合考虑。 对于一些比较重要的微生物菌株，则要尽可能多的采用各种不同的手段进行保藏，以免因某种方法的失败而导致菌种的丧失。4显微镜是微生物学研究的重要工具，对各类显微镜原理及应用特点的全面、综合了解是微生物学的重点内容之一(表2 2)。表 2-2 各类显微镜特点的比较显微镜类型基本原理及特点应用明视野光线透射照明，物像处于亮背景中。为光学显微各种情况下染色样品或活细胞个体形态的观察显微镜镜的量基本配置，价格便宜、容易使用暗视野通过特殊的聚光器实现斜射照明，亮物像形成于明视野显微镜下不易看清的活细胞的观

15、察；不易被染显微镜暗背景中色或易被染色过程破坏的细胞的观察 （例如对梅毒密螺旋体的检测 )；观察活细胞的运动性相差显通过特殊的聚光器和物镜提高样品不同部位间的活细胞及其内部结构的观察光学微镜反差 (明暗差异 )显微镜荧光显经荧光染料染色或荧光抗体处理的样品在紫外线环境微生物的直接观察； 病灶或医学样品中特定病原微镜照射下激发出各种波长的可见光，在黑暗的背景微生物的直接检测（使用特定的荧光抗体）中形成明亮的彩色物像共聚焦激光作为光源，每次照明样品的一个点，连续扫对完整细胞的细微立体结构进行观察和分析显微镜描后经计算机处理获得样品的二维和三维图像。显微镜价格昂贵透射电用电子束作为“光潭”聚焦成像，

16、分辨率较光学对病毒颗粒或超薄切片处理后对细胞的内部结构进镜显微镜大大提高。仪器庞大、昂贵、对工作环境行观察电子显和操作技术有较高的要求微镜扫描电电子束在样品表面扫描，收集形成的二次电子形一般用于观察样品的表面立体结构镜成物像。分辨率远高于光学显微镜。仪器庞大、昂贵、对工作环境和操作技术有较高要求隧道扫用细小的探针在样品表面进行扫描，通过检测针与电子显微镜相比，这类显微镜能提供更高的分辨探针扫描显微尖和样品间隧道效应电流的变化形成物像率，可在生理状态下对生物大分子或细胞结构进行观描显微镜察。同时仪器体积较小，价格也相对便宜镜原子力利用细小的探针对样品表面进行恒定高度的扫显微镜描，同时通过一个激光

17、装置来监测探针随样品表面的升降变化来获取样品表面形貌的信息5样品制备和显微观察也是微生物学的基本操作之一，应按实验教材和实验课的要求，掌握在各种情况下微生物样品制备和显微观察的基本原理和操作规范，了解各微生物类群在显微镜下的基本形态特征。第 3 章 微生物细胞的结构与功能重点、难点剖析1G+和 G-细菌肽聚糖单体的比较(表 3 1)。肽聚糖单体是构成细菌细胞壁中特有成分肽聚糖网套的基础，G+和G- 菌肽聚糖单体的构造基本相同，仅在四肽尾的第三个氨基酸残基和肽桥的有无上有明显差别。表 31G+和 G细菌肽聚糖单体的比较项目G+G-聚糖链（ G+M ）n（ G+M ）nL-AlaL-AlaD-Gl

18、uD-Glu肽链四肽尾L-lysm-DAPD-AlaD-Ala肽桥（ Gly ）5无注： G： N乙酰葡糖胺，M ：N- 乙酰胞壁酸， m-DAP ：内消旋二氨基庚二酸2G-细菌细胞壁的脂多糖构造。脂多糖(LPS) 是位于革兰氏阳性细菌细胞壁最外层的一种较厚的类脂多糖类物质，由类脂 A 、核心多糖和O特异侧链3 部分组成。其中的类脂A 是革兰氏阴性细菌致病物质内毒素的物质基础。脂多糖的分子构造可见图31 和表解。类脂 A ：2 个 N-乙酰葡糖胺和5 个不同的长链饱和脂肪酸内核心区： 3 个 2酮 3脱氧辛糖酸 (KDO)LPS核心多糖3 个 L- 甘油 -D甘露庚糖 (Hep)外核心区： 5

19、 个己糖 (Hex) ，包括葡糖胺、半乳糖、葡萄糖O -特异侧链； 多个 4Hex 单位，内含葡萄糖、 半乳糖、鼠李糖、甘露糖， 以及阿比可糖 (Abq) 、大肠杆菌糖 (colitose) 、副伤寒菌糖 (paratose)或泰威糖 (Lyvelose)等。3缺壁细菌。细胞壁是保持细菌正常形态和保护它们免遭不利环境条件损伤的基本构造但在自然和人为培养条件下，也可因自然进化、自发突变或人为去除等方法而形成缺壁细菌。现将4 类缺壁细菌的主要特点列在表32 中。表 3-24 类缺壁细胞的比较表项目形成原因支原体自然进化L 型细菌实验室中自发突变原生质体人工除壁球状体人工除壁制备方法-溶菌酶去壁或青

20、霉溶菌酶去壁或青霉素抑制肽聚糖合成素抑制肽聚糖合成缺壁程度完全无壁无壁基本无壁部分缺壁繁殖能力有有无无实例各种支原体念珠状链杆菌等多数 G+细菌多数 G-细菌待细胞壁再生后恢复其繁殖能力4细菌的内含物。位于细菌细胞质内，呈颗粒状或泡囊状的构造称内含物。4 种主要内含物的特点可见表33表 3-3细菌内含物的种类和分布贮藏物名称碳源或能源类氮源类磷源类磁小体羧酶体气泡实例聚 羟丁酸 (PHB) 或聚羟链烷酸 (PHA)( 固氮菌和产碱菌等糖原 (大肠杆菌和芽孢杆菌等)；硫粒 ( 紫硫细菌和丝硫细菌等藻青素或藻青蛋白(蓝细菌等 )异染粒 (迂回螺菌、棒杆菌和分枝杆菌等)在水生螺菌和嗜胆螺菌中存在在硫

21、杆菌和蓝细菌等自养细菌中存在在蓝细菌、红单胞菌和盐杆菌等水生细菌中存在)5细菌芽孢的构造和功能。芽孢是某些细菌在其生活史后期的细胞内形成的一个抗逆性极强的休眠体。圆形或椭圆形，厚壁，含水量低，对热、辐射和化学药物有很强的抗性。因每一营养细胞仅形成一个芽孢，故芽孢无繁殖功能。芽孢的构造和各部分功能见表 34。表 3-4 芽抱的构造和各部分功能名称主要成分生理功能孢外壁脂蛋白阻止内外物质渗透芽孢衣疏水性角蛋白抗酶解，抗药物，阻止多价阳离于渗透皮层芽孢肽聚糖， DPACa渗透压高，可使芽孢核心保持干燥核心芽 肽聚糖可发展成新细胞的细胞壁孢壁磷脂，蛋白质可发展成新细胞的细胞质膜芽 DPACa，核糖体，

22、 RNA ，酶类可发展成新细胞的细胞质孢质膜DNA遗传信息的载体芽孢质核区6，原核生物鞭毛的构造。生长在各种原核生物细胞表面的长丝状、波曲形的蛋白质附属物称为鞭毛，其数目为一至数十条，能通过快速旋转而推动细胞运动。鞭毛由固定于细胞表面的基体以及游离的钩形鞘和鞭毛丝3 部分组成， G-细菌的鞭毛构造可表解如下：鞭毛丝：着生于钩形鞘上，一端游离。由大量鞭毛蛋白亚基经螺旋状围成，中空钩形鞘：位于基体和鞭毛丝之间，使三者连成一体鞭毛 鞭毛杆：是基体的轴心，可把以下4 个环穿在同一轴上L 环：与细胞壁外膜的LPS 层相连P环：与细胞内壁的肽聚糖层相连基体： S-M 环：两环合在一起，似马达的转子Mot

23、蛋白：一对马达定子状的蛋白，围在S-M 环外Fli 量白：位于S-M 环基部，可操纵鞭毛正旋或逆旋7真核生物的“9+2 型”鞭毛。长在某些真核生物细胞表面的毛发状、有运动功能的细胞器称为鞭毛。真核生物的鞭毛属于“ 9+2 型”，构造较复杂，整个鞭毛由鞭杆、过渡区和基体3 部分构成。它与原核生物的鞭毛不仅结构不同，而且在运动方式和机制上都有显著的差别 (表 3 5)。表 3-5原核生构与真核生物鞭毛的比较项目原核生物真核生物大小细长 (0.01， 0.02m x520m)粗长 (0.12 0.17mxl50-200 m)游 离 端鞭毛丝：由大量鞭毛蛋白亚基以螺旋鞭杆：“9+2 型”结构，：即中央

24、有中央鞘包裹的2 条平行的微臂蛋白，外的 名 称状排列而围成；中空；伸长部位在顶围有 9条微管二联体围绕。每条微管二联体上各长出多个动力蛋白臂、微与构造端臂连丝蛋白和放射辐条中部钩形鞘过渡区基部基体：由 L、P、S、M 4 个圆环 (G-菌)基体：为“ 9+0 型”结构，即外围有一圈共9 条微臂三联体围绕，而中央或 S、M 2 个圆环 (G+ 菌) 构成，环的中无微管蛋白央有鞭毛杆串着运 动 方借基体中的圆环旋转带动鞭毛作旋转借鞭杆中微管二联体等的收缩带动鞭毛毛作挥鞭运动式运动8真核生物细胞核的构造。在真核生物细胞中都有一个形态完整、有核膜包裹的细胞核，它是该细胞遗传信息(DNA) 的贮存、复

25、制和转录场所， 对细胞的生长、 繁殖、遗传和变异等生命活动起着关键的作用。真核细胞的细胞核由核被膜、 染色质、核仁和核基质 4 部分组成，可表解如下：核膜：位于核被膜外侧，由内外两层膜构成，中间还夹有一核周间隙层核纤层：位于核被膜内侧，由核纤层蛋白构成染色质：自低至高常以 5 种不同的聚合水平存在： DNA+ 组蛋白。核小体。中空螺线管。超螺旋环。染色体核仁：存在于核内，由蛋白质和RNA 组成的小体，无膜状物包裹，具合成rRNA 和装配核糖体功能核基质：充满在细胞核中间的蛋白纤维网，具支持细胞核外型和提供核糖体附着位点等功能9真核生物各种细胞器的比较。细胞质内具有一定形态构造和专一功能的小器官

26、，称细胞器，种类较多。现把真核微生物中常见的主要细胞器列表比较如表3 6。项形 态构 造数量功能目内质囊腔，细有膜。分两种：粗面内质网的膜上有核糖体粒，光数量少糙面内质网合成、运送蛋网管形面内质网的膜上无核糖体粒白质，光面内质网合成磷脂核糖小颗粒状无膜。表层为蛋白质，内芯为 RNA数量极多，变化大合成蛋白质体高尔扁平膜囊有膜。由数个扁平膜囊和大小不等的囊泡组成数量少浓缩蛋白质，合成糖蛋白基体和小囊泡和脂蛋白，协调细胞内环境溶酶球形小囊有膜。小囊泡内含数十种酸性水解酶数量较多，但变化大执行细胞内的消化功能体泡微体球形小囊有膜。小囊泡内含氧化酶和过氧化氢酶等数量较多，但变化大对脂肪酸进行氧化泡线粒

27、杆菌状或有内外两层膜。内膜可形成嵴，其上有大量的基粒数量多，但变化对底物进行氧化磷酸化体囊状(ATP 酶复合体 ) 。基质内含 TCA 醇系、70s 核糖体以产生 ATP和双链环状 DNA叶绿扁球状或由内、外两层膜以及类囊体和基质构成。基质内含体扁椭圆状70 s 核糖体和双链环状DNA 等。类囊体数量多，常叠成基粒仅存在于光合生物利用 CO2 和 H2O 进行光中。不同细胞中数量合作用，以合成葡萄糖和变化很大释放氧第 4 章 微生物的营养重点、难点剖析1 根据微生物需要量的多少，可将组成微生物细胞的化学元素分为主要元素和微量元素。而随着菌种、菌龄及培养条件的变化，细胞所含化学元素的组成及含量会

28、发生变化。2。微生物、动物、植物之间存在的“营养上的统一性”体现在它们都需要碳源、氮源、盐、水、生长因子及能源才能生长(表 41)。表 4-1 动物、植物和微生物的营养要求动物植物微生物( 异养)( 自养)异养自养碳源糖类、脂肪C02糖、醇、有机酸等C02、碳酸盐等氮源蛋白质及其降解物无机氮化物蛋白质及其降解物、有机氮化物、无机氮化物、氮无机氮化物、氮无机盐无机盐无机盐无机盐无机盐不需要外源加入 ( 自 维生素、氨基酸、嘌呤、嘧啶不需要外源加入 ( 自身合成 )生长因子维生素身合成 )水水水水水能源同碳源日光同碳源无机物或日光3 5 大类营养物质的生理作用(表 42)。(表 42)营养物质的生

29、理作用种碳源氮源无机盐生长因子水类生理作用提供碳素构成有机分子骨架，碳源物质通常也提供氢元素和氧元素 能源 (C0：不能提供能源 ) 提供氮素合成含氮物质 一般不作为能源 ( 少数自养菌能用作能源)酶活性中心组分稳定生物大分子及细胞结构调节渗透压控制氧化还原电位某些微生物能源物质维生素、嘌呤和嘧啶作为酶的辅基或辅酶提供某些微生物不能合成的氨基酸嘌呤和嘧啶用于合成核苷、核苷酸及核酸溶剂与运输介质参与生化反应维持生物大分子结构热导体维持细胞形态控制多亚基结构的装配与解离4.速效氮源和迟效氮源（表4-3）表 4-3速效氮源和迟效氮源的区别速效氮源迟效氮源举例玉米浆、蛋白胨、铵盐等黄豆饼粉、花生饼粉等

30、成分蛋白质降解产物( 肽、氨基酸)、NH等4大分子蛋白质微生物利用速度快慢微生物吸收能力强弱生产应用 *菌体生长代谢产物形成* 在工业发酵生产土霉素的过程中，可将速效氮源和迟效氮源混合使用，控制并协调菌体生长与代谢产物形成，达到提高土霉素产量的目的。5不同微生物对营养物质的要求不同，因而把他们归于不同的营养类型。由于微生物种类繁多，微生物的营养类型也比较复杂。人们根据微生物所利用的营养物质性质的差别，从不同角度来对微生物的营养类型进行划分。(1)按碳源划分 (表 44)。表 44微生物的营养型营养类型自养型以 CO 为惟一或主要碳糠。但2特CO 不能作为能源，而还原2点CO，需要大量耗能，因此

31、，自养微生物通过光合作用或氧化无机物获得能源异养型以还原型有机物为碳源。这些还原型有机物通常来源于其他生物，在氧化这些还原型有机物的过程中，异养微生构可获得能源(2)按能源划分 (表 45)。表 45微生物的营养类型营养类型特点光能营养型通过叶绿素( 藻、蓝细菌 ) 、细菌叶绿素( 光合细菌 ) 或紫膜 ( 嗜盐古菌 ) 进行光合作用，利用光能获得能源化能营养型利用化合物（有机物或无机物）氧化释放的化学能获得能源(3)按电子供体划分 (表 46)。表 46微生物韵蕾养类型 营养类型特点以还原型无机物分子为电子供体。无机物氧化产生的电于通过电子传递链传递给O2、硝酸盐、 硫酸盐等，无机营养型并产

32、生能量有机营养型以有机物分子为电子供体。在发酵作用中，有机物（底物）氧化产生的电子直接传递给底物（有机物）未完全氧化形成的中间产物（内源电子受体），释放少量能量；在呼吸作用中，电子通过电子传递链传递给养（有氧呼吸）或硝酸盐，硫酸盐和CO 等（无氧呼吸）外源电子受体，释放较多能量2(4)按碳源、能源及电子供体划分(表 4 7)表 47微生物的营养类型营养类型碳 源能源电子供体举 例光能无机自养型CO光无机物藻、蓝细菌、紫硫细菌、绿硫细菌2有机物 ( 也可利用 CO )光紫色非硫细菌、绿色非硫细菌，常生活在2光能有机异养型有机物被污染湖泊或河流中化学能无机物硝化细菌、氢细菌、铁细菌、硫氧化细菌，化

33、能无机自养型CO(无机物)在生态系统物质循环过程中起重要作用2化学能有机有机物真菌、原生动物、大多数非光合细菌，致病菌在化能有机异养型 *有机物物 )本质上都属于此类* 根据所利用有机物性质不同， 可分为腐生型 (无生命有机物为碳源 )和寄生型 (生活在活的寄主体内 ) ，还有一些兼性腐生型和兼性，寄生型。尽管通常将某一特定微生物归于上述营养类型的某一类，但某些微生物在代谢方面具有极强的灵活性，因而营养类型也会随环境条件 (营养条件 )的改变而发生变化 (表 48) 。表 4-8 微生物营养型可变性举例微生物培养条件营养类型紫色非硫细菌厌氧、光照光能营养型好氧、黑暗化能营养型有机物不存在自养型

34、 (可同化 CO 2)有机物存在异养型盐沼盐杆菌有氧、黑暗或弱光化能营养型 (呼吸作用产能 )低(厌) 氧和强光光能营养型 (利用紫膜光合作用产能)6. 培养基的配置原则（表4-9）。表 4-9培养基的配置原则配置原则目的选择适宜的营养物质满足微生物生长对碳、氮、无机盐、生长引资、水及能源的需要；根据不同营养类型微生物的营养需求选择营养物质浓度及配比合适既要满足微生物正常生长所需，又要避免某些成分浓度过高对微生物生长带来抑制作用控制氧化还原电位不同类型微生物具有自己的生长pH 范围，在徽生物生长过程中产生的某些代谢产物会使培养基 pH 发生变化，采用合适的缓冲系境可以特培养基pH 控制在一定的

35、范围控制 PH 条件不同类型微生物生长对氧化还原电位要求不一样原料来源选择容易获得且成本低 (特别是在实际生产中 )灭菌处理避免杂菌污染7. 培养基类型及应用（表4-10）。表 4-10 培养基类型及应用划分方式类 型特点及应用成分天然 (复合 )成本低，实验室及实际生产应用合成实验室研究用物理状态固体微生物菌种分离、鉴定、计数、保藏观察微生物运动特征、半固体分类、噬菌体效价滴定液体在科研或生产中通过发酵获得菌体或代谢产物用途基础含一般微生物生长所需基本营养物质，菌种分离、保藏等加富培养营养要求比较苛刻的微生物鉴别鉴别、区分不同类型的微生物选择选择性地分离某种微生物8. 影响营养物质进入细胞的

36、因素（表4-11）表 4-11 营养物质进入细胞的影响因素影响因素营养物质本身性质微生物所处环境微生物细胞透过屏障影响方式相对分子质量、溶解性，电负性、极性温度、 PH、离子强度、运输系统形成诱导物、代谢过程抑制剂，解偶联剂和被运输物质结构类似物细胞膜、细胞壁、荚膜、黏液层9. 营养物质运输方式及特点（表 4-12）表 4-12 营养物质运输方式及特点运输方式特点运输物质扩散运输动力来自细胞膜内外被运输物质的浓度差H2O、CO2、 O2 等促进扩散运输动力来自细胞膜内外被运输物质的浓度差，氨基酸、单糖、维生素、无机盐、需要载体甘油等主动运输需要细胞提供能源，可逆浓度运输单糖、双糖、氨基酸、有机

37、酸，以及、 Cl -、Na+、K +等离子膜泡运输细胞膜内陷包裹营养物质，主要存在于变形虫等各种营养物质真核微生物10. 初级主动运输与次级主动运输的区别（表4-13）表 4-13 初级主动运输与次级主动运输的区别特点运输物质初级主动运输能量来自电子传递系统 (呼吸能 ) 、 ATP 酶 (化学能 ) 、质子 (H+)细菌嗜紫红质 (光能 ) 。在膜内外建立质子浓度差次级主动运输膜内外质子浓度差消失时偶联其他物质运输单糖、双糖、氨基酸同向运输与质子通过同一载体同方向运输某些阴离子逆向运输与质子通过同一载体反方向运输Na+单向运输单独通过某一载体K+第 5 章 微生物代谢重点难点剖析1代谢是生物

38、体内所进行的全部生化反应。包括分解代谢和合成代谢。2分解代谢实际上是物质在生物体内经过一系列连续的氧化还原反应， 逐步分解井释放能量的过程，这个过程也称为生物氧化， 是一个产能代谢过程。 能量代谢的中心任务， 是生物体把外界环境中的多种形式的量初能源转换成对一切生命活动都能使用的通用能源 ATP。3异养微生物生物氧化是利用有机物质进行的产能代谢的过程。如糖类化合物的生物氧化过程总结为：糖酵解 (slycolysis) 的 4 种途径EMP 途径HMP 途径ED 途径WD 途径4微生物糖酵解的4 种途径。(1)EMP 途径 (图 51)。EMP 途径的总反应式为：C6H12O6+2NAD + +

39、2ADP+2Pi 2CH 3COCOOH+2NADH+2H +2ATP+2H 2 OEMP 途径生理功能：提供ATP 和还原力 NADH ；为生物合成提供多种中间产物；连接其他代谢途径如脂肪酸的合成；通过逆反应进行糖原的异生。(2)HMP 途径 (图 5-2)。 HMP 途径的总反应式为：6 葡糖 -6- 磷酸 +12NADP +6H 205 葡糖 -6-磷酸 +12NADPH+12H +6C02+PiHMP 途径的生理功能：产生三碳、四碳、五碳、六碳和七碳糖的碳骨架等中间产物；产生还原力NADH+H +，为生物合成提供多种前体物质。(3)ED 途径 (图 53) 。ED 途径总反应式为：C6

40、 H12O6+ADP+Pi+NADP +NAD + 2CH3 COCOOH+A TP+NADH+NADPH+2H +ED 途径的生理功能：是存在于某些缺乏完整EMP 途径的微生物中的一种替代途径，产能效率低，为微生物所特有。(4)WD途径 (磷酸解酮酶途径)(图5-4)。包括磷酸戊糖解酮酶途径(PK途径 )和磷酸己糖解酮酶途径(HK途径)。5发酵作用及产能方式。发酵的定义有下面列举的多种理解方式，但是从微生物代谢的角度来定义发酵，是下面的第种：生产酒精饮料和牛奶发酵产品的过程( 通常的概念 )；食品的变质和腐烂( 通常的概念 )；大规模的微生物工业化生产( 工业上的定义 )；厌氧条件下的能量释

41、放过程( 有一定的科学性)；是指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的过程。(1) 乙醇发酵。(2)乳酸发酵。（ 3）由丙酮酸开始的其他发酵过程(图 5 5)。(4)底物水平磷酸化。 发酵过程中往往伴随着一些高能化合物的生成，如 EMP 途径中的1，3二磷酸甘油酸和磷酸烯醇式丙酮酸， 这些高能化合物可以直接偶联ATP 或 GTP 的生成， 这种产生ATP 等高能化合物的方式称为底物水平磷酸化。底物水平磷酸化可以存在于发酵过程中，也可以存在于呼吸过程中，但产生能量相对较少。6呼吸作用及产能方式。微生物在降解底物的过程中，

42、将释放出的电子交给NAD(P)+ 、FAD 或 FMN 等电子载体，再经电子传递系统传给外源电子受体，从而生成水或其他还原型产物并释放出能量的过程，称为呼吸作用。 以分子氧作为最终电子受体的称为有氧呼吸(aerobic respiration) ，以氧化型化合物作为最终电子受体的称为无氧呼吸(anaerobic resplration) 。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 (图 5-6)。(2)无氧呼吸。某些厌氧和兼性厌氧微生物在无氧条件下进行无氧呼吸。无氧呼吸的最终电子受体不

43、是氧，而是像NO 3-；、NO 2-；、SO42-：、 S2O32-：、CO2 或廷胡索酸 (fumarates)等外源受体。无氧呼吸的主要类型：无氧呼吸也需要细胞色素等电子传递体，并在能量分级释放过程中伴随有磷酸化作用，也能产生较多的能量用于生命活动 .但由于部分能量随电子转移传给最终电子受体，所以生成的能量不如有氧呼吸产生的多。(3)氧化磷酸化。 在糖酵解和三羧酸循环过程中， 形成的 NAD(P)H和 FADH 2 ，通过电子传递系统将电子传递给氧或其他氧化性化合物，过程中造成了跨膜的质子梯度差及质子动势，质子动势再推动ATP 酶合成 ATP。氧化磷酸化形成 ATP 的机制目前可甩化学渗透

44、学说解释， 其中心思想是： 电子在传递过程中导致膜内的质子排出膜外，造成质子动势，当质子由膜外返回到膜内时，通过F1-FoATP 酶偶联，合成 ATP。一般电子传递系统的组成及电子传递方向为：NAD(P) FP(黄素蛋白 )Fes(铁硫蛋白 ) CoQ(辅酶 Q) Cytb Cytc Cyta Cyta3 。7自养微生物生物氧化(1) 化能无机自养。化能自养微生物氧化无机物获得能量和还原力。能量的产生是通过电子传递链的氧化磷酸化形式，电子受体通常是 O2 。，因此，化能自养菌一般为好氧菌。电子供体是NH 4+；、H 2S、 Fe2+和 H 2 等，还原力的获得是逆呼吸链的方向进行传递，同时需要

45、消耗能量(图 57)。化能自养微生物以无机物作为能源，一般产能效率低，生长慢， 但从生态学角度看，它们所利用的能源物质是一般化能异养生物所不能利用的，因此它们与产能效率高、生长快的化能异养微生物之间并不存在生存竞争。(2)光能自养。光合作用是指将光能转变成化学能并固定CO2：的过程。光合作用的过程可分成光反应和暗反应两部分。在光反应中光能被捕获并被转变成化学能，然后在暗反应中被用来还原或固定CO2，合成细胞物质。光反应的实质是叶绿素分子吸收光量子，在被激活后释放出电子，电子在电子传递系统中传递并逐渐释放出能量，这个过程又称作光合磷酸化。光合磷酸化和氧化磷酸化一样都是通过电子传递系统产生ATP。

46、光合细菌环式光合磷酸化绿硫细菌的非环式光合磷酸化嗜盐细菌的光合磷酸化： 一种只有嗜盐菌才有的， 无叶绿素或细菌叶绿素参与的独特的光合作用。 是目前所知的最简单的光合磷酸化。嗜盐细菌紫膜上的细菌视紫红质吸收光能后，在膜内外建立质子浓度差。8 CO2 的固定。将空气中的CO2 同化、成细胞质的过程，称为CO 2：的固定作用。CO2 是自养微生物的惟一碳源，异养微生物也能利用CO 2 作为辅助的碳源。微生物有两种同化CO 2，的方式。自养式：CO2 加在一个特殊的受体上， 经过循环反应， 使之合成糖并重新生成该受体； 异养式：主要是 CO2 被固定在某种有机酸上(TCA循环中间产物 )，此外，在脂肪

47、酸及核苷酸的合成中，也有固定CO2 的反应。自养微生物同化 CO2 需要大量能量，能量来自于光能或无机物氧化所得的化学能，固定CO2 的途径主要有以下3 条：(1)卡尔文循环途径。又称还原戊糖磷酸循环，或核酮糖二磷酸途径。存在于绿色植物、藻类、蓝细菌和几乎所有的自养型微生物， 包括光能自养和化能自养微生物中，核酮糖二磷酸羧化酶和磷酸核酮糖激酶是这条途径的特有酶。卡尔文循环可分为 3 个阶段： CO2 的固定 (羧化反应 )。被固定 CO2 的还原 (还原反应 )。 CO2 受体的再生。(2)还原性三羧酸循环途径。 存在于一些古生菌 (热变形菌属、 硫化叶菌属 )以及绿菌属和脱硫菌属中。 CO2 的固定通过逆向的三羧酸循环途径进行 (图 5 8)，多数酶与正向三羧酸循环途径相同，只有依赖于ATP 的柠檬酸裂合酶是个例外，催化正向三羧酸循环途径的此步酶是柠檬酸合酶。(