厦大微生物笔记

/绪论１、什么是微生物(Ｍicrｏorganiｓｍ,microｂｅ)2、微生物的共性３、微生物学发展简史四、微生物学科发展促进了人类进步五、微生物学及其分科类群：原核类:细菌、放线菌、支原体、衣原体、立克次氏体、蓝细菌真核类：真菌(酵母菌、霉菌），原生动物，显微藻类非细胞类：病毒、类病毒、拟病毒、朊病毒什么是微生物(Ｍiｃroorｇanism，ｍｉcrobe1、）●个体微小（<0.１mｍ),借助显微镜观察形体；●结构简单：简单多细胞，单细胞或非胞●低等：进化地位低。二、微生物的共性1、体积小，表面积大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●一定体积的物体，分割成越细小的颗粒，这些颗粒的总表面积越大，表面积/体积比值越大.●优点：提供巨大的吸收面,排泄面和交换面.●体积小、表面积大是微生物其它四个共性的基础２、吸收多、转化快●原因：表面积/体积比值大●例举：乳糖发酵细菌、产朊假丝酵母(Canｄidaｕtｉlｉs)3、生长旺、繁殖快●原因：吸收多、转化快●例举:大肠杆菌●利弊：有益—－工业发酵、理论研究材料培养;有害—-病原微生物、霉腐微生物4、适应性强、易变异●适应强原因:体积小、表面积大;灵活的代谢调控机制(诱导酶)●极端微生物(eｘtreｍｅmicｒoorganisｍ）●易变异原因：结构简单、单倍体、巨大交换面●利弊:有益-－-育种（青霉素)，有害耐药性５、分布广、种类多●分布广:土壤、空气、海洋、人体肠道●种类多：(1)微生物的生理代谢类型多（２）代谢产物种类繁多（３）微生物的种数多●种类多:(1）微生物的生理代谢类型多微生物特有：分解天然气、石油、纤维素、木质素能力；多种产能方式：细菌光合作用、嗜盐菌紫膜光合作用、自养细菌的化能合成作用、各种厌氧菌的产能途径生物固氮作用；合成次级代谢产物（抗生素、维生素等）能力；对复杂有机物的生物转化能力（甾体化合物等）；分解氰、酚、多氯联苯等有毒物质的能力独特的繁殖方式(病毒、类病毒、肮病毒的复制、增殖）2）代谢产物种类繁多含氮代谢产物：氨基酸、核苷酸类糖类厌气性代谢产物：酒精、乳酸、甘油、丙酮丁醇；糖类好气性代谢产物：柠檬酸、苹果酸、葡萄糖酸；微生物多糖：黄原胶、右旋糖苷；微生物酶类：蛋白酶、淀粉酶、酯肪酶、工具酶;--次级代谢产物:抗生素、维生素、激素、生物碱3）微生物的种类多●目前比较肯定的微生物种数大约10万种，随着分离、培养方法的改进，研究工作的深入，新种、新属、新科、新纲陆续被发现。4）遗传基因多样性●微生物基因组测序●基因组种类多样性.●基因库资源丰富。５)生态类型的多样性三、微生物学发展简史●微生物学发展经历五个时期１、史前期（８000年前－—１6７6年）２、初创期（1６76－1８6１年）3、奠基期(186１—１897年)4、发展期（１897-１953年5、成熟期(１９53－迄今）●学习微物学发展历史的目的：－－学习前人严谨治学的科学态度,培养创新意识；－－明确科学技术和研究方法的突破在学科发展中的重要作用;——明确学科的发展总是与人类生活、生产实践密切相连的。四、微生物学科发展促进了人类进步●近代科学中，微生物学是对人类福利贡献最大的一门科学。1、医疗保健2、食品和医药行业3、微生物学促进农业发展４、微生物与生态和环境保护的关系５、基础理论研究中的贡献１、医疗保健－—外科消毒技术的建立-—寻找人畜病原菌－－免疫防治法的应用——化学治疗剂的发明--抗生素治疗的兴起--用工程菌生产各种生化药物2、食品和医药行业-—食品微生物发酵-—罐头灭菌和长期保存方法——厌氧纯种发酵技术--深层液体通气发酵技术－-代谢调控理论在发酵工业中的应用－－生物工程的兴起3、微生物学促进农业发展—－微生物农药—－菌肥--植物生长激素--高等真菌－-饲料4、微生物与生态和环境保护的关系－-食物链中主要环节,物质循环，污水处理５、基础理论研究中的贡献--以微生物作材料，生物学基础理论研究取得许多重大突破：－—分子生物学是在生化、遗传学、微生物学基础上发展起来。—－微生物与基因工程-—动、植物细胞应用研究中采用微生物培养/发酵方法。－－微生物学独特实验操作技术。五、微生物学及其分科●研究主要内容：从不同水平（层次)研究生命活动五大基本规律。●根本任务：发掘、利用、改善有益微生物,控制、消灭、改造有害微生物。●分科：按研究微生物的基本生活动规律分；按微生物应用领域分等不同分种方式。Chap1原核生物的形态、构造和功能§1细菌(bacteｒiａ）§放线菌（ａctinomyceｔｅs)§3其它原核微生物§１细菌(ｂａcteria)一细胞的形态构造及其功能1、细菌的基本形态：球状、杆状、螺旋状（1）形态和染色●自然界中杆状细菌最常见、球菌次之，螺旋状最少；量度细菌大小的单位是μm（微米,１0-6m）作单位。亚细胞构造的量度用nm(纳米，1０-9m)作单位。2、染色●细菌的形态和主要构造的观察：一般都要将菌体细胞染色。原因:菌体微小。含水分多,对光线吸收、反射与水溶液差别不大,借助颜色的反衬作用。●染色方法：-－死菌：正染色负染色：荚膜染色法等——活菌:用美蓝或ＴＴＣ（氯化三苯基四氮唑）染色二）细菌细胞构造与功能1、细胞壁(ceｌlwaｌl）（1)组成与结构●G＋菌和G—菌细胞壁构造比较A、肽聚糖（Peptｉdoglycan）●组成和结构特点●水解肽聚糖的酶类：溶菌酶（lｙsozyme)、自溶酶(ａutolｙticenzyme）Ｂ、磷壁酸（Ｔeicｈｏicaｃiｄ)●存在：●成分与结构实型:磷酸多元醇聚合体,主要有甘油磷酸型和核糖醇磷坒酸两种类型。●结构特点（甘油型为例):●磷壁酸的功能C、脂多糖（Liｐopolｙsａccharide，LPS）●存在：G－菌细胞壁特存成分,组成细胞外壁外壁层的重要成分。●分子结构类脂A、核心多糖区，0—特异侧链●LPS的主要功能Ｄ、外壁层中的蛋白质:基质蛋白、外壁蛋白、脂蛋白。（２）细菌的某些特性与细胞坒组成,结构的关系●草兰氏染色、抗酸染色、溶菌酶敏感性、青毒素敏感性3）周质空间(pｅriｐlaｓmiｃspacｅ)●即壁膜空间，内含多种蛋白质（酶、结合蛋白、受体蛋白）。(4）细胞坒的功能A、固定细胞外形和提高机强度，使其免受渗透压等外力的损伤；B、为细胞的生长、分布和鞭毛运动所必需;C、阻拦大分子有害物质（某些抗生素和水解酶）进入细胞；D、赋予细菌特定的抗原性以及对抗生素和噬菌体的敏感性。●缺乏细胞壁的微生物支原体、粘菌、原生动物、某些嗜盐菌、产甲烷细菌（疵壁菌ｍendosｉcｕｔes）原生质体、球状体、L-型细菌2、细胞膜与间体●细胞膜的功能:—-控制细胞内、外的物质的运送、交换；——维持细胞内正常渗透压的屏障作用；-—合成细胞壁各种组分和荚膜等大分子的场所；－－进行氧化磷酸化或光合磷酸化的产能基地；--许多酶和电子传递组分的所在部位;－-鞭毛的着生点和提供其运动所需的能量等。3、细胞质（cyｔoplaｓｎ)●聚-β-羟基丁酸(pｏlｙ—β－hyｄroｘybutｙratｅPHB●羧化体(cａｒbｏxysｏme)4、核质体(rcuclｅarbooｌｙ）●核区、拟核、核基因组、遗传信息.(1）鞭毛（fｌagelｌａ）●组成成分:鞭毛蛋白(鞭毛素flagellin）●构造：G＋细菌与G-细菌鞭毛构造差别●鞭毛着生方式:一端单毛、一端丛毛、两端(单毛、成束)、周生、侧生２)菌毛（ｐiｌas)●存在G—菌(特别是肠道菌，假单胞菌)表面的一种蛋白质附属物，它由菌毛素（pｉliｎg）形成中空的丝状体。●种类：一般菌毛和特化菌毛（性菌毛ｓｅxpilus，F-Pilus)(３)糖被(ｇlyｃocａｌyx):●荚膜（cａpsule）、微荚膜（miｃrocapsule）、粘液层(sliｍelayer）、菌胶团（zｏoglｏea）。●糖被生理功能保护作用、贮藏养料、堆积代谢废物菌体附着、信息识别作用、屏障和交换系统(4)芽孢(endosporespoｒｅ）●定义：●产生芽孢的细菌种类●芽孢耐热机制(渗透调节皮层膨胀学说)●研究细菌芽孢的意义：（５）伴孢晶体(parasｐoralcｒystal）(三)、细菌的繁殖1、裂殖(fission)２、芽殖(buddinｇ）一、细菌群体培养特征1、固体琼脂平板上菌落形态：菌落（colｏny)及特征描述、菌苔（lawｎ）2、液体培养基中培养特征：混浊、菌膜、或絮状沉淀。3、半固体培养基培养特征§２放线菌（acｔｉnomyｃeｔes）一、概述●定义:●分布：●放线菌与人类的关系：●放线菌重要类群:链霉菌属（Sｔrepｔｏmｙcｅｓ）弗兰克氏菌属(Franｋia)小单孢菌属(Micｒomonosｐora）二、放线菌的形态构造（以链霉菌为例)●一般形态与构造２、放线菌的繁殖3、●横割分裂，4、两种途径：细胞内陷、壁膜同５、时内陷。三、放线菌的培养特征●固体培养基平板培养●液体培养基振荡培养§3其它原核微生物一、蓝细菌（cｙａnobactｅrｉａ）蓝藻或蓝绿藻●定义：●形态:●细胞结构特点:●繁殖：●蓝细菌转基因研究进展：二、支原体、立克次氏体、衣原体1、支原体（Mycoplａｓｍａ）1）特征:●个体微小●缺乏细胞壁●可在人工培养基上生长●二等分裂繁殖●对抗生素（四环素）敏感性2)种类：胸膜肺炎支原体,类支原体2、立克次氏体（Ｒicｋeｔtsiａ）(1）定义：(2）种类：立克次氏体，类立克次氏体(Riｃkettsｉａ－likeorｇaniｓｍｓ，RＬＯ）。（2）特征●结构●繁殖●对热、四环素等抗生素敏感●培养（3）与人类关系:3、衣原体（ｃｈlaｍydｉa）●是一类在真核细胞内营专性能量寄生、有独特生活周期(原体、始体）、小型G-原核微生物。●营专性能量寄生:●独特生活周期:小型Ｇ-原核微生物●培养●传播感染范围●支原体、立克次氏体、衣原体三者主要区别Cｈａp3真核微生物形态构造ﻫ§1．真核微生物概述

●真核生物、真核微生物

一、真核生物与原核生物的比较:Ｐ40．表2－１

二、真核微生物的主要类群ﻫ●菌物界(Mycｅtaｌia)●真核微生物的主要类群●真菌（Funｇi）的特点ﻫ三、真核微生物的细胞构造

(一)、细胞壁

１、真菌的细胞壁

●构造：微纤维（单糖的聚合物）、基质（甘露聚糖、葡萄糖、蛋白质、脂类）。ﻫ●不同分类地位真菌的细胞壁多糖

２、藻类的细胞壁ﻫ●结构骨架（纤维素)、间质多糖(杂多糖).ﻫ二）鞭毛与纤毛ﻫ●真核微生物的“9+2”型鞭毛

●存在：鞭毛（鞭毛钢的原生动物、藻类、低等水生真菌的游动孢子或配子）,纤毛（纤毛纲的原生动物:草履虫属）。

三)细胞质膜ﻫ(四)细胞核ﻫ●构造：核被膜、核仁、核基质。●不同真菌的核染色体数目差别很大。

(五)细胞质和细胞器ﻫ1、细胞基质、细胞骨架、内质网、核糖体、高尔基体、溶酶体、微体、线粒体、叶绿体液泡。ﻫ2、膜边体（Ｉomasome）、几丁质酶体(Chｉtoｓoｍｅ）、氢化酶体(Hyｄｒｏgｅｎosome）.ﻫ§１酵母菌（yeａst）

●定义ﻫ一、分布以及与人类关系

1、分布２、与人类关系

●单细胞蛋白(Sinｇle-ｃellprotｅiｎ，SCP）

二、酵母菌细胞形态特征

●细胞大而结构分化；细胞单个分散或呈假菌丝；细胞多形态。

三、酵母菌细胞构造

１、细胞壁（ｃellwａlｌ

●组成与结构ﻫ甘露聚糖（mannａn)（外层）；蛋白质（proｔeiｎ)（中层）；葡聚糖（glucａｎ）（内层类脂,几丁质ﻫ●酵母原生质体的制备:ﻫEDTＡ-α-巯基乙醇蜗牛消化酶ﻫ酵母菌细胞—-—-————-—--——→原生质体ﻫ（预处理)

2、细胞膜(celｌmemｂrane）ﻫ酵母细胞膜的成分和构造●膜构造与功能、控制胞内外物质交换的主要屏障。

3、细胞核（celｌnuclei）

●形态结构:定形（真核)、核膜（双层单位膜）、核孔、染色体ﻫ●细胞核的观察:核（相差显微镜)、核膜(电镜）、染色体（姬姆萨染色/碱性品红染色）

4、酵母菌其他细胞构造

●线粒体、液泡、2μm质粒ﻫ四、酵母菌繁殖和生活史ﻫ1、繁殖方法

●无性繁殖

芽殖（bｕddinｇ):名属常见方式、芽痕(budｓcaｒ）、蒂痕（brｉthscａr)．

繁殖(fissiｏn)：裂殖酵母属（sｃhizoｓacｃharomyceｓ）

产无性孢子:节孢子:地霉属（Geotrｉchｕm）掷孢子：掷孢酵母属（sｐｏｒｏｂolomｙces）厚垣孢子:白段丝酵母属(Candidaａｌbiｃａns）

●有性繁殖：子囊（asｃus)、孢子（aｓｃｏｓpore）

2、生活史（Lifecｙｃｌe）

●定义●酵母菌三种类型生活史ﻫａ。营养体以单倍体或二倍体形式存在ﻫb．营养体只能以单倍体形式存在ﻫc.营养体只能以二倍体形式存在ﻫ五、酵母菌的培养特征

●固体琼脂培养基上菌落特征ﻫ●液体培养基中培养特征ﻫ§3、丝状真菌

●定义：真菌（fuｎgｉ）、霉菌（mould)

●分布、种类、与人类关系ﻫ一、1、营养体的基本单位－—菌丝（hｙｐhｏｅ)ﻫ●菌丝直径大小，隔膜ﻫ2、真菌细胞壁成分及物理形态ﻫ●菌丝分化及其细胞壁的成分●物理形态及成分壁的网状骨架成分：微纤维(micｒofｉbril）纤维素、几丁质

无定形基质成分：葡聚糖、蛋白质、脱乙酰几丁质、甘露聚糖、少量脂类无机盐等.ﻫ3、菌丝体（mｙcelium)ﻫ●定义、类型（营养菌丝体、气生菌丝体)ﻫ4、营养菌丝体的特化形态

●假根（rhizoid）、吸器(ｈａｕsｔｏrium）、附着胞、附着枝、菌核（sｅleｒotium）、菌索、匍匐菌丝（stolｏｎ）、菌环(riｎg）,菌网（net）.ﻫ5、气生菌丝体的特化形态ﻫ(1）结构简单的子实体：分生孢子头;孢子嚢（根霉、毛霉）均产无性孢子（分生孢子、孢囊孢子）;担子(担子菌），产有性孢子（担孢子)。

2）结构复杂的子实体:产无性孢子

分生孢子器、分生孢子座、分生孢子盘

子囊果(asｃocａｒｐ）三种类型，产有性孢子:闭囊壳、子囊壳、子囊盘ﻫ曲霉营养菌丝横；隔示木霉细胞壁及横隔；曲霉顶囊及其分生孢子;横轴腐霉（一种水生真菌）横轴腐霉ﻫ（示孢子头与菌丝原生质的自发荧光）ﻫ二、真菌的孢子

●类型和特点●真菌孢子与细菌芽孢的比较ﻫ●真菌可通过菌丝碎片繁殖，但主要靠形成有性或无性孢子繁殖

●孢子类型、形态特征是真菌分类、鉴定重要形态学依据ﻫ三、霉菌的培养特征ﻫ●固体琼脂培养基上菌落特征

●液体培养特征

chap3非细胞型生物ﻫ§1病毒（Viｒus）

§.2亚病毒ﻫchａp4非细胞型生物

●非细胞型生物种类：病类、亚病毒（类病毒、拟病毒、朊病毒）ﻫ●非细胞型生物与细胞型生物的主要区别。

§１病毒(Virus)

●定义:●分布及种类ﻫ一、病毒的形态与大小

●形态：杆状、蝌蚪状、球状、砖块状、丝状等。ﻫ●大小：极其微小、一般都可通细菌滤器、电镜观察ﻫ二、病毒粒子（ｖirion）ﻫ●定义：成熟、结构完整、单个病毒.ﻫ●病毒粒子结构与组成ﻫ病毒粒子核衣壳（基本构造)核心:由DNＡ或RNA构成ﻫ衣壳:由许多衣壳粒蛋白构成

包膜(非基本构造):由类脂或脂蛋白构成

●病毒粒子对称体制：螺旋对称(TＭV）、二十面体对称（腺病毒）、复合对称（T偶数噬菌体）。ﻫ●病毒核酸ﻫ类型：dsDNA/SSDNA，ｄsRNA/SＳRＮA;

链状/环状，闭环/缺口环ﻫ基因组：单组分/双组分／三组分/多组分（RNA病毒特有)ﻫ三、病毒的群体形态ﻫ1、包涵体(inｃlusionboｄｙ）●定义与实践应用

２、噬菌斑(plaｑuｅ）●定义与实践应用ﻫ3、空斑和病斑：定义４、枯斑:定义ﻫ四、噬菌体(baｃｔeriｏphage，phaｇe）ﻫ1、噬菌体的模式结构2、噬菌体的繁殖ﻫ●吸附（感染复数，m.o.i)侵入，增殖，装配(成熟)、释放（裂解)、增殖、装配

增殖、装配:

3、噬菌体侵染的结局ﻫ●烈性噬菌体（Virｕlenｔpｈage）:一步生长曲线（Ｏｎｅ-sｔｅpgroｗtｈcurｖe）

●温和噬菌体(ｔeｍpeｒaｔeｐｈａｇe）：定义、特点、存在形成（游离点、整合态和营养态）ﻫ●溶源菌（ｈyｓogeｎ）:定义、特性、检查方法.ﻫ五、真核生物的病毒ﻫ１、植物病毒

●种类、形态、核酸（SSRNＡ）。

●增殖过程与T偶数噬菌体不同点：吸附（被动）、扩散(胞饮或包膜融入细胞膜或特异性受体转移)、衣壳(侵入后)。

2、人类和脊椎动物病毒

●种类、引起疾病ﻫ●增殖过程与Ｔ偶数噬菌体不同点:吸附（被动)、扩散（胞饮或包膜融入细胞膜或特异性受体转移）、脱衣壳（侵入后）。

●人类免疫缺陷病毒（humａniｍｍunodeficｉencｙvirus，HIV

3、昆虫病毒ﻫ●病毒多角体（pｏｌyheｄron）●昆虫病毒种类ﻫ§。２亚病毒

●亚病毒是一类与传统的病毒有显著区别的分子生物，仅含有侵染性RNA/侵染性蛋白质一种成分。

１、类病毒:是至今所知道的最小的、只含有侵染性RＮA一种成分，专性细胞内寄生的分子生物.

2、拟病毒：类病毒、植物病毒粒子中的病毒、侵染性ＲNＡ分子，复制需要辅助病毒。ﻫ3、朊病毒：侵染动物细胞、胞内复制、小分子无免疫性疏水Pro.●病例：羊搔痒病、疯牛病、Kｕｒu病，中心法则的挑战。ﻫ§3病毒与实践ﻫ一、噬菌体与发酵工业●危害与预防措施，噬菌体污染出现的现象与杂菌不同。ﻫ二、人类和脊椎动物病毒的防治●预防(侵染预防、感受预防）,治疗(被动免疫、干扰素、抗生素等）

三、植物病毒病的防治●指导思想(防重于治、综合防治），主要措施.ﻫ四、昆虫病毒用于生物防治●主要优点和缺点，病毒多角体的实际意义。

五、病毒在基因工程中的应用●克隆载体（cｈａrｏn)、科斯质粒；

●ＳV4０（SimianVirus４0，即猴病毒４0）。Cｈａp４微生物的营养与物质运输ﻫ§1微生物的营养与培养基ﻫ§2营养物质进入细胞的方式

●概述

●营养（nuｔrｉtion)：生理功能、能量和物质、生长和繁殖。ﻫ●营养物（nuｔｒｉent）：营养功能,提供结构物质，能量、代谢调节物质和生理环境。

§1微生物的营养与培养基

一、微生物的营养要素与营养类型ﻫ●六种营养要素:碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水.ﻫ1、碳源（Carbｏnｓourｃe）ﻫ●定义:碳元素(碳架)、营养源。ﻫ●碳源谱:碳源范围-—有机碳源、无机碳源。

●依据利用碳源情况，微生物营养类型有：

—－自养型(autｏtropｈ):CＯ２（唯一碳源）。不依赖有机营养物.ﻫ—-异养型（hｅteｒotropｈ）：至少需要一种大量有机物、正常营养.ﻫ--混合型(mixｏtroｐh):碳同化混合类型。ﻫ●异养微生物的适宜碳源：糖类、醇类、有机酸类、脂类.ﻫ2、能源（enｅrgysoｕrｃe）ﻫ●定义：提供最初能量来源的营养物或辐射能。异养微生物的能源就是其碳源。ﻫ●以能源分类，微生物的营养型有:ﻫ－—光能营养型(ｐhoｔotroｈp）直接利用太阳光辐射能。ﻫ——化能营养型(ｃheｍｏtroｐh):从脂合物化学反应中获得能量，又分无机营养型有机营养型。ﻫ●微生物的营养类型

3、氮源(nifrogenｓｏuｒcｅ）

●定义：氮元素、营养源●氮源谱：●氨基酸自养型与氨基酸异养型ﻫ●微生物利用各种氮源的特点:N２(固Ｎ）蛋白质及水解物。

4、生长因子（grｏwｔhfactｏr)ﻫ●定义：正常代谢必需，不能自身合成，有机化合物，需要量少。

●微生物与生长因子的关系：ﻫ5、无机盐

●定义：C、N以外的各种重要元素，大量元素、微量元素及配制细菌培养基时对无机盐的选择。

●无机元素的来源和功能

6、水:营养要素之一，在微生物生命活动过程的重要作用。

二、微生物的培养基ﻫ●培养基（meｄium)：人工配制,适合微生物生长繁殖或产生代谢产物、混合养料，具备六大营养要素,比例合适,配制后立即灭菌。ﻫ（一）选用和设计培养基的原则

1、目的明确：菌种与目的产物类型、实验室研究或工业生产、种子培养或发酵,C/N比(种子培养基比发酵培养茎低）。ﻫ2、营养协调ﻫ●确定各种营养要素的数量和比例的依据:细胞成分或元素含量（P９2，表4—7）、异养微生物碳源兼作能源、需要量大。ﻫ●培养基中各营养要素的含量顺序:水〉碳源〉氮源>Ｐ.Ｓ>K.Mg〉生长因子。ﻫ3、培养基ＰＨ应适宜:4、经济节约：

（二)培养基配方设计方法

1、生态模拟：天然基质、“初级”培养基（肉汤、水果汁、麸皮米糠、米饭面包、肥土、玉米芯。

2、查阅文献：直接或间接相关信息.ﻫ３、精心设计：C源、N源的影响、无机盐的影响,

正交试验设计、培养条件（ＰH、温度、通气量)试验、综合试验、扩大规模试验.ﻫ（三)培养基的种类ﻫ１、按对培养基成分的了解程度划分：天然培养基、组合培养基、半组合培养基.ﻫ2、按培养基外观的物理状态划分:固体培养基（琼脂1。８-2。0％)，半固体培养基(琼脂0.５％）、液体培养基。ﻫ３、接培养基的功能划分:ﻫ●选择性培养基(selecｔedｍeｄiuｍ）：特殊营养要求或对某一理化因素、抗性、提高筛选效率功能。加富培养基（ｅnriｃheｄｍeｄium)ﻫ●鉴别性培养基(diｆfeｒｅnｔｉalmedｉum）：指示剂

（与无色代谢物发生显色反应)、菌落易区别，ﻫ伊红美蓝乳糖培养基（ＥｏｓinＭｅｔhｙlｅneＢｌｕe，ＥMB）鉴别各种肠道杆菌。

§2。营养物质进入细胞的方式ﻫ●概述:

物质运送(mａｔerｉａltｒａnｓpｏｒt)

一、研究营养物质运送的意义ﻫ●与微生物营养、代谢密切相关；

●促进生物膜的结构与功能的研究；细胞膜是物质运输的主要屏障；

●微生物发酵生产实践中有着重要意义。ﻫ二、物质运送的方式及分子机制ﻫ1、单纯扩散（simpledｉffusion)/被动运送(pａssivｅｔraｎsporｔ).

●特点：顺浓度梯度或电位梯度、物理扩散,无特异性,扩散能量来自分子热运动.ﻫ●存在：H2O、气体(O2、CＯ2、N２等)、乙醇和某些氨基酸。ﻫ2、促进扩散（fａcilitatedｄｉｆfusioｎ）ﻫ●机理：底物特异性载体蛋白(cａrrｉｅrproｔeiｎ)膜内外侧结合底物亲和力不同（结合底物在膜上位移中载体蛋白构型变化引起)。ﻫ●·特点：顺浓度梯度或电位梯度。扩散能量来自分子热运动，有特异性，运送速度快载体蛋白）。ﻫ●存在：真核细胞(糖类)、原核(厌气微生物)细胞(等）ﻫ３、主动运送(activｅtｒanｓpｏrt)

●特点:特异性载体，提供能量（ＡTP、质子势)、载体构型变化，逆浓度梯度运送、底物分子结构无变化.

●存在：各种微生物吸收营养物质的主要机制，无ﻫ机离子（、、）有机离子(氨基ﻫ酸）和一些糖类（乳糖、蜜二糖、葡萄糖）。ﻫ4、基团移位（ｇroｕptｒａnｓlｏｃatiｏn)ﻫ●机制：依靠磷酸烯醇式丙酮酸一已糖磷酸转移酶系统.

●过程：热稳定载体蛋白（HＰr,ｈeatstabｌeｃarrｉerｐrotｅin）的激治（PEP+ＨP丙酮酸＋Ｐ-HPｒ）.糖被磷酸化后运入膜内（P—ＨPr＋糖糖—P+HPr）

●特点:需PEP—已糖磷酸转移酶系统●酶对底物有特异性选择●消耗高能磷酸化合物PEP●底物分子结物变化●逆浓度梯度运送.

●存在：兼性和严格厌氧菌●需氧菌（巨大芽孢杆菌、枯草杆菌）●糖类(葡、果、甘）以及脂肪酸、核苷、碱基。ﻫ三、四种运送方式的比较Ｃhａp５微生物的代谢和发酵

1、新陈代谢（meｔaｂoｌｉsｍ）２、分解代谢与合成代谢的联系与调节

３、大分子营养物质的降解

§1微生物的产能代谢§２微生物的合成代谢§3微生物的代谢调控与发酵生产

Chap6微生物的代谢和发酵

1、新陈代谢（mｅtaｂolｉsm）ﻫ●概念:新陈代谢简称代谢，包括分解代谢和合成代谢。ﻫ分解代谢(catabｏliｓm)/异化作用(dissimilaｔion）／产能代谢(energｙ－yｉｅldinｇｍｅtabolism)；ﻫ合成代谢(ａnabolｉｓｍ)/同化作用（assimilａtion）/耗能代谢(energy－expendedmｅtａbolism）。ﻫ2、分解代谢与合成代谢的联系与调节

●联系:十分不同、紧密联系、伴同发生的两个过程。ﻫ●调节:最基本方式为调节代谢流（酶活性调节和酶合成调节）。

此外，营养物质运送、酶的定位等调节。ﻫ3、大分子营养物质的降解ﻫ●淀粉：α—淀粉酶(芽孢杆菌属、曲霉属)，β－淀粉酶（多粘芽孢杆菌，根霉)，淀粉葡萄糖酶(黑曲霉、米曲霉），异淀粉酶（黑曲霉、米曲霉)。ﻫ●纤维素:纤维素酶（木霉、纤维单孢菌、纤维素放线菌）。天然纤维素（c1酶)－水合非结晶纤维素（ＣX１、ＣＸ2酶）－纤维二糖＋葡萄糖（纤维二糖酶）——葡萄糖ﻫ●果胶质:细菌(芽孢杆菌、假单胞菌)、真菌(青霉、曲霉、根霉）。

天然果胶质(原果胶酶)－水可溶性果胶（果胶甲酯水解酶）-果胶酸（果胶酸酶）－半乳糖醛——糖代谢途径

●几丁质:细菌（梭菌病、芽孢杆菌病)、放线菌。

甲壳素（甲壳素酶）甲壳＝糖(甲壳=糖酶）N-乙酰氨基葡萄糖ﻫ●脂肪(脂酶）：微生物种类较少，真菌以及霉菌

脂肪——甘油（糖酵解、TCA循环)各种中间产物、能量

-—脂肪酸(β－氧化)乙酰COA——TCA循环／乙醛酸循环

●蛋白质:霉菌、细菌。

蛋白质(蛋白质）——肽（肽酶)-—氨基酸

●内源代谢：贮存物质耗尽之后,利用细胞蛋白质和RNA作为能源。ﻫ§1。微生物的产能代谢ﻫI、能量来自有机物--化能异养微生物的生物氧化与产能

●微生物生命活动所需的能量来源：氧化有机物(化能异养菌)、氧化还原态的无机物(化能自养菌）、来自日光辐射能（光能营养菌）.ﻫ●生物氧化:定义、形式（氧结合、脱氢、失电子)、阶段.

●通用能源：ATP，跨膜质子电化学梯度

(△H）/质子动势。

一、单糖的分解代谢（以葡萄糖为例）ﻫ●葡萄糖分解代谢（氧化脱氢）途径。

1、EMP途径(Embｄem-Mｅyerhoｆ—ParｎａsPathｗaｙ）

●EMＰ途径的简图

●EMP途径的主要产物

●ATP和NＡDH的生成:位置、数量，底物水平磷酸化。

●总反应式:葡萄糖+2AＤＰ+2NAＤT+２PI－—２丙酮酸+2ATP+2NADH＋2H+

●ＥＭP途径的生理功能

2、ＨＭＰ途径（heｘosemｏnophoｓphａtepathwaｙ)ﻫ(1）特点：

●HMP途径又称已糖单磷酸途径,是在单磷酸已糖基础上开始降解。

●三种戊糖相互转化。

●C4、C7（芳香族氨基酸前体)和C5（核酸前体)的生成。ﻫ●产生大量NADPH2形式的还原剂。

（2)总反应式:6葡—6-磷酸+1２ＮADP＋6H2O→5葡糖-6磷酸+１2NAＤPH+1２H+12CO2+ｐi

（3）HＭP途径的生理功能

3、EＤ途径（Enteｒ—Dｏｕdｏrｏｆfpathwａｙ）ﻫ●反应细节

●关键酶及关键反应ﻫ●主要产物（ATＰ、NＡDＨ、NＡDＰH的生成数量）ﻫ4、三种途径比较（见下图）

●存在：

ＥMP、HＭP是微生物降解葡萄糖的主要途径，二者在同一种微生物中往往同时存在，但在代谢的作用中的比例不同，ED途径存在嗜糖假单胞菌和运动发酵单胞菌等细菌。ﻫ●关键酶

产能效率：EMP（2ＡTP/葡糖）、ED(１AＴＰ/葡糖)

●还原力的产生：EＭPﻫ（2NAＤH2），ED（１NＡDＨ2+1ＮADＰH2)、HMP（12NＡＤPＨ2）ﻫ二、丙酮酸代谢

１、概述

●单糖经不同途径降解，产生丙酮酸和同化力［NＡD(P）H2、ＡTP］，产物的去向取决不同微生物及不同培养条件.

●大多数好气和兼性好气性微生物，在有氧情况下：TCA循环,电子传递磷酸化、呼吸作用(rｅspiration)。ﻫ●一些厌气菌和兼性好气菌，在无氧条件下，无氧呼吸。（aｎaeroｂｉcreｓpirａtion）

●大多数厌气和兼性厌气有机化能营养微生物,在无氧条件下:发酵作用（fermentaｔｉon)

2、三羧酸循环（ｔｒiｃarboxyliｃacidｃycｌe）

●反应部位：真核微生物（线粒体基质）、原核微生物(细胞质）ﻫ●反应历程:能量的产生（1５个ＡTＰ／丙酮酸)。ﻫ●TＣA循环的意义：枢纽地位，有机酸、谷氨酸发酵。

三、生物氧化中递氢和受氢ﻫ●依据受氢体性质不同,生物氧化分：有氧呼吸、无氧呼吸和发酵三种类型。ﻫ1、有氧呼吸（respiｒaｔiｏｎ)ﻫ●定义:呼吸链、最终受氢体（O2）。ﻫ●呼吸链（respiratoｒｙchａｉn，RC）／电子传递链(electrｏntrａnｓpｏrtchaiｎ，ＥＴC）

●氧化磷酸化机理与效率：化学渗透学说(cｈｅmiｏsmｏｔｉchypｏｔhesis）、Ｐ/Ｏ比(molTＡP/mol氧原子）。

2、无氧呼吸（aｎaeroｂiｃreｓｐｉrａtiｏn）

●定义：最终受氢体为外源无机氧化物（个别是延胡索酸）

●类型:硝酸盐呼吸（ｎｉtraｔｅｒｅsｐiｒａtion)／反硝化作用(deniｔrifiｃaｔiｏｎ)ﻫ硫酸盐呼吸（sｕlｆaterespiraｔiｏn）、延胡索酸呼吸（fuｍarａterｅsｐiratioｎ)

碳酸盐呼吸（caｒbaｎaterespｉration）、硫呼吸（sulｐhurrｅsｐirａtｉon）

3、发酵（fermenｔａｔiｏn）ﻫ●定义：发酵工业、微生物生理(代谢）

●主要类型：由EＭP途径中丙酮酸出发的发酵（6种类型）

通过HMP途径的发酵(异型乳酸发酵，肠膜状明患珠菌）

通过ED途径的发酵（细菌酒精发酵)ﻫ氨基酸发酵产能（Sｔiｃklaｎd反应）ﻫ●发酵中的产能反应:底物水平磷酸化,高能磷酸化

合物，乙酰磷酸产能是厌氧微生物产能的主要方式。

II、能量来自无机物—－化能自养菌的生物氧化与产物ﻫ１、概述ﻫ●两类自养菌还原CO2所需能量和还原力的来源不同。ﻫ●化能自养菌还原ＣO2时ATP和［H］的来源。

●微生物生理特性及种类:多数好氧性、少数兼性厌ﻫ氧、种类有硝化细菌、硫细菌、氢细菌、铁细菌等。

2、化能自养菌氧化产能的特点：ﻫ●还原性无机物氧化直接与

呼吸链相联。其过程比异养菌(经EMP/ＴCA等)简单。ﻫ●呼吸链的组分多样化。

●主要通过电子传递磷酸化产能、少数硫杆菌（氧

化亚铁硫杆菌)也能部分地进行底物水平磷酸ﻫ化产能。产能效率(P／O）比异养菌低。ﻫ3、列举:硝化细菌的能量代谢。ﻫIII、能量来自光能--光能自养菌的产能代谢

1、循环式光合磷酸化（cycliｃpｈotophosｐhｏrylatioｎ)ﻫ特点过程：

●存在：光合细菌［着色菌属（chromatｉuｍ）、

红螺菌属（Ｒhoｄｏspirｉllum）、绿菌属(Chloｒobium）等18属]

2、非循环式光合磷酸化(ｎoncｙｃlicｐhｏtophｏsphｏrylation）ﻫ●过程:●特点：

●存在:绿色植物、藻类、蓝细菌。

3、嗜盐菌紫膜的光合作用ﻫ●过程：●机理（细菌视紫红质、质子泵、△P、化学渗透学说）

●存在：盐生盐杆菌(Halobacterｉｕmhａlｏbium），红皮盐杆菌（H.cuｔirubruｍ）

§2、微生物的合成代谢

●合成代谢(anaｂｏlism）/同化作用(asｓimilaton）耗能代谢（enerｇy-eｘpendedmetａbeｌism）ﻫ一、微生和的合成代谢的特点

●微生物合成能力很强、但有种属差异。

●合成途径多样化比分解途径少、主要物质的合成途径比较一致.

●合成代谢条件:能量、还原力、无机物或简单有机物ﻫ二、自养微生物的CO2固定

1、Ｃalviｎ循环(Cａlvｉｎcyｃle）

●反应历程:

特征酶及其所催化的反应

●存在：化能自养菌、光能自养菌中蓝细菌和绝大部分光合细菌、藻类、绝色植物。ﻫ２、厌氧乙酰—辅酶A途径

●反应历程:ﻫ●存在:一些能利用氢的严格厌氧菌（产甲烷菌，硫酸盐还原菌）。ﻫ3、还原性ＴCA循环途径

●关键酶及催化反应：a-酮戊二酸合成酶，催化琥珀酰—CoＡ＋ＣO２→ａ—酮戊二酸ﻫ●存在：少数光合细菌(例，嗜硫代硫酸盐绿菌Ｃhｌｏrｏｂiｕmthｉosulfａｔｏphｉlum）。ﻫ4、三条途径比较：厌氧ＣO２、固定CO2比好氧更为有效。

三、生物固氮（ｆixatｉoｎoｆｍｏlecｕlarnitrｏgen)ﻫ１、定义及其作用：Ｎ2还原成NH3的过程,生态平衡、土壤肥力、节约能源避免污染。

2、固氮微生物种类

●自生固氮菌：独立进行固氮的微生物,种类繁多（生理营养类型)

●共生固氮菌:与它种生物共生才能固氮。ﻫ●联合固氮菌：必须生活在水稻、甘蔗、玉米等植物的根际、叶面或动物肠道等处才能固氮。ﻫ3、固氮的生化机制ﻫ●总反应式：N2+ｂｅ+6H＋+12ＡTP—-２NＨ3＋１2AＤP+12Pi

●条件:固氮酶、能量/产能体系、还原力及其载体、还原底物N2、Ｍg、严格厌氧微环境.ﻫ●固氮酶测定方法：微量克氏定氮法、同位素法、乙炔还原法。ﻫ●固氮酶组成及其功能●固氮的生化途径●氨的去路

４、好氧性固氮菌固氮酶的抗氧机制ﻫ●自生固氮菌：呼吸保护、构象保护ﻫ●蓝细菌：异型胞，非异胞蓝细菌（时间分隔、束状群体、过氧化物酶活力）

●根瘤菌:豆科植物共生根瘤菌(类菌体周膜、豆血经蛋白）,非豆科植物共生根瘤菌（植物血红蛋白、泡囊）。

四、肽聚糖的合成

●肽聚糖合成的三个阶段和合成部位。ﻫ１、在细胞质中的合成。

●由葡萄糖合成N—乙酰葡萄糖胺和N—乙酰胞壁酸。●由N—乙酰胞壁酸合成“paｒk”核苷酸。

2、在细胞膜中的合成:细菌萜醇（bactoｐrend）/类脂载体、肽聚糖单体(二糖五肽亚单位)。

3、膜外组装：引物（至少含6－８个肽聚糖单体)、转糖基作用（tｒans-ｇlycosyｌatiｏn）、转肽酶(ｔｒanspeptidａｓｅ）转肽作用.ﻫ4、某些抗生素对肽聚糖合成的抑制作用:环丝氨酸、万古霉素、杆菌肽、青霉素。

§３微生物的代谢调控与发酵生产ﻫ一、微生物的代谢调节ﻫ●酶的合成调节：诱导、阻遏.●酶的活力调节：激活、抑制(反馈抑制）.ﻫ二、代谢调控在发酵工业中的应用

●应用营养缺陷型菌株解除正常的反馈调节：赖氨酸发酵、肌苷酸（IMP)的生产。ﻫ●应用抗反馈调节的突变株解除反馈调节。

●控制细胞膜的渗透性：生理学手段,细胞膜缺损突变。Chap5微生物的代谢和发酵

１、新陈代谢（metａbｏlism）2、分解代谢与合成代谢的联系与调节ﻫ3、大分子营养物质的降解ﻫ§１微生物的产能代谢§2微生物的合成代谢§3微生物的代谢调控与发酵生产ﻫCｈap6微生物的代谢和发酵ﻫ1、新陈代谢（ｍetabolｉsm）ﻫ●概念：新陈代谢简称代谢，包括分解代谢和合成代谢。

分解代谢(cataboｌｉsm）/异化作用(diｓsｉmｉlａｔion)/产能代谢（ｅnergy—ｙieldｉnｇmetａbｏlism）；

合成代谢（ａｎabｏlｉsｍ）/同化作用（assｉmilatｉon)/耗能代谢（energy—ｅxｐｅnｄｅdｍｅtabｏlｉsｍ）。ﻫ2、分解代谢与合成代谢的联系与调节

●联系：十分不同、紧密联系、伴同发生的两个过程。

●调节：最基本方式为调节代谢流(酶活性调节和酶合成调节）.ﻫ此外,营养物质运送、酶的定位等调节。

３、大分子营养物质的降解

●淀粉:α-淀粉酶（芽孢杆菌属、曲霉属)，β—淀粉酶（多粘芽孢杆菌，根霉)，淀粉葡萄糖酶(黑曲霉、米曲霉）,异淀粉酶（黑曲霉、米曲霉）。

●纤维素：纤维素酶（木霉、纤维单孢菌、纤维素放线菌)。天然纤维素(c１酶）—水合非结晶纤维素(CX1、CX２酶)—纤维二糖＋葡萄糖(纤维二糖酶）—-葡萄糖ﻫ●果胶质：细菌（芽孢杆菌、假单胞菌）、真菌（青霉、曲霉、根霉)。

天然果胶质（原果胶酶）-水可溶性果胶（果胶甲酯水解酶）-果胶酸（果胶酸酶）-半乳糖醛—-糖代谢途径

●几丁质:细菌（梭菌病、芽孢杆菌病）、放线菌。

甲壳素（甲壳素酶)甲壳=糖（甲壳=糖酶)Ｎ-乙酰氨基葡萄糖ﻫ●脂肪（脂酶):微生物种类较少,真菌以及霉菌ﻫ脂肪-—甘油（糖酵解、TCA循环)各种中间产物、能量

-—脂肪酸（β－氧化)乙酰COＡ——TCA循环／乙醛酸循环ﻫ●蛋白质:霉菌、细菌.ﻫ蛋白质（蛋白质）—-肽(肽酶)——氨基酸ﻫ●内源代谢:贮存物质耗尽之后，利用细胞蛋白质和RNA作为能源。ﻫ§1．微生物的产能代谢

I、能量来自有机物-—化能异养微生物的生物氧化与产能ﻫ●微生物生命活动所需的能量来源：氧化有机物(化能异养菌）、氧化还原态的无机物（化能自养菌)、来自日光辐射能（光能营养菌）。ﻫ●生物氧化:定义、形式(氧结合、脱氢、失电子)、阶段.

●通用能源:ＡTＰ,跨膜质子电化学梯度

(△H）/质子动势。

一、单糖的分解代谢（以葡萄糖为例）

●葡萄糖分解代谢（氧化脱氢)途径.ﻫ１、EMP途径（Ｅmbdem-Ｍeyerhof-PａrnasPatｈway)ﻫ●ＥMP途径的简图ﻫ●EＭP途径的主要产物ﻫ●AＴＰ和NＡDH的生成：位置、数量，底物水平磷酸化。ﻫ●总反应式:葡萄糖+2ＡDＰ+2NADT+２ＰI-—２丙酮酸＋2ATＰ＋２NADH+2H+

●ＥMP途径的生理功能

2、HＭＰ途径(ｈexosemonｏphosｐhａｔepathwaｙ)ﻫ（1）特点:

●ＨMP途径又称已糖单磷酸途径,是在单磷酸已糖基础上开始降解。ﻫ●三种戊糖相互转化。ﻫ●C4、C7(芳香族氨基酸前体)和C5（核酸前体）的生成。

●产生大量NADPＨ２形式的还原剂。

（2)总反应式：6葡-6-磷酸＋１2NADP+6Ｈ２O→5葡糖-6磷酸+12NADＰＨ+12Ｈ+12CＯ2+pｉﻫ（3）HＭP途径的生理功能ﻫ3、ED途径(Enter－Doudｏrｏｆｆｐathｗay)ﻫ●反应细节ﻫ●关键酶及关键反应

●主要产物（ATP、NＡDH、NADPH的生成数量)ﻫ４、三种途径比较(见下图）ﻫ●存在：ﻫEMP、ＨMP是微生物降解葡萄糖的主要途径，二者在同一种微生物中往往同时存在,但在代谢的作用中的比例不同，ED途径存在嗜糖假单胞菌和运动发酵单胞菌等细菌.

●关键酶

产能效率:ＥMＰ（2ＡTP/葡糖）、ED（1AＴＰ/葡糖）ﻫ●还原力的产生:EMP

（2NADH2），ED（1NADH2＋1NＡDＰH2)、HMP（12NAＤPH２）ﻫ二、丙酮酸代谢

1、概述

●单糖经不同途径降解，产生丙酮酸和同化力［NAＤ（P）H2、ATＰ]，产物的去向取决不同微生物及不同培养条件。

●大多数好气和兼性好气性微生物,在有氧情况下：TCA循环,电子传递磷酸化、呼吸作用（ｒｅspiraｔｉon）。ﻫ●一些厌气菌和兼性好气菌，在无氧条件下,无氧呼吸。（anaerobｉｃrespiration）ﻫ●大多数厌气和兼性厌气有机化能营养微生物,在无氧条件下:发酵作用（feｒｍeｎｔatｉoｎ）

２、三羧酸循环(ｔrｉcarboｘyｌiｃａｃidｃycｌe)

●反应部位:真核微生物(线粒体基质)、原核微生物(细胞质）

●反应历程：能量的产生（1５个ATP/丙酮酸）.ﻫ●TCA循环的意义：枢纽地位,有机酸、谷氨酸发酵.ﻫ三、生物氧化中递氢和受氢

●依据受氢体性质不同，生物氧化分：有氧呼吸、无氧呼吸和发酵三种类型。

1、有氧呼吸(rｅspiration）ﻫ●定义:呼吸链、最终受氢体（Ｏ2）.

●呼吸链（respirａｔｏryｃhaiｎ,ＲC）/电子传递链(electrｏntranspoｒtchaｉｎ，ETC）ﻫ●氧化磷酸化机理与效率:化学渗透学说（ｃｈeｍiosmｏtｉcｈypotheｓiｓ）、P/Ｏ比（molＴAP／mol氧原子）。ﻫ2、无氧呼吸（anaeｒobicreｓpirａtion）ﻫ●定义：最终受氢体为外源无机氧化物（个别是延胡索酸)

●类型：硝酸盐呼吸（ｎitｒaterespiratiｏｎ)/反硝化作用（deｎｉtｒiｆicatiｏn)

硫酸盐呼吸(sulfaterespirａtiｏｎ)、延胡索酸呼吸（fumarａtｅrespｉｒation）

碳酸盐呼吸(caｒbanａterespｉrａtiｏn）、硫呼吸(ｓuｌphｕrrｅｓpiration）ﻫ３、发酵（ｆeｒｍentatioｎ）ﻫ●定义：发酵工业、微生物生理(代谢）ﻫ●主要类型:由EMP途径中丙酮酸出发的发酵（6种类型)ﻫ通过ＨMP途径的发酵(异型乳酸发酵，肠膜状明患珠菌）

通过ED途径的发酵（细菌酒精发酵）

氨基酸发酵产能(Ｓtiｃkland反应)ﻫ●发酵中的产能反应:底物水平磷酸化，高能磷酸化

合物，乙酰磷酸产能是厌氧微生物产能的主要方式。

II、能量来自无机物—-化能自养菌的生物氧化与产物ﻫ1、概述ﻫ●两类自养菌还原ＣＯ２所需能量和还原力的来源不同。

●化能自养菌还原CＯ２时ＡTP和［H］的来源。

●微生物生理特性及种类：多数好氧性、少数兼性厌

氧、种类有硝化细菌、硫细菌、氢细菌、铁细菌等。

2、化能自养菌氧化产能的特点：ﻫ●还原性无机物氧化直接与ﻫ呼吸链相联。其过程比异养菌(经ＥMP/TCA等）简单。ﻫ●呼吸链的组分多样化.

●主要通过电子传递磷酸化产能、少数硫杆菌（氧

化亚铁硫杆菌)也能部分地进行底物水平磷酸

化产能。产能效率（Ｐ／Ｏ)比异养菌低。ﻫ3、列举：硝化细菌的能量代谢.

IIＩ、能量来自光能--光能自养菌的产能代谢ﻫ1、循环式光合磷酸化（ｃyｃlicphotophosｐhorｙlatｉｏn)ﻫ特点过程:ﻫ●存在:光合细菌［着色菌属（chrｏmatiｕm)、

红螺菌属（Rhoｄospiriｌlum）、绿菌属（Ｃhloｒoｂium）等18属］

２、非循环式光合磷酸化（nonｃyclicphotｏｐhosｐhｏｒylation)

●过程：●特点：ﻫ●存在：绿色植物、藻类、蓝细菌。

３、嗜盐菌紫膜的光合作用

●过程：●机理（细菌视紫红质、质子泵、△P、化学渗透学说）

●存在：盐生盐杆菌（Halobacｔeｒiｕｍｈalobiｕm），红皮盐杆菌（H。ｃutｉｒubruｍ）ﻫ§2、微生物的合成代谢

●合成代谢（anａboliｓm）／同化作用(ａｓsｉmilaton)耗能代谢（energy-eｘpｅｎdｅdmeｔaｂelｉｓm)

一、微生和的合成代谢的特点ﻫ●微生物合成能力很强、但有种属差异。

●合成途径多样化比分解途径少、主要物质的合成途径比较一致。ﻫ●合成代谢条件：能量、还原力、无机物或简单有机物ﻫ二、自养微生物的CO２固定

1、Caｌvｉn循环（Calvincycle)

●反应历程：

特征酶及其所催化的反应ﻫ●存在:化能自养菌、光能自养菌中蓝细菌和绝大部分光合细菌、藻类、绝色植物。

2、厌氧乙酰-辅酶Ａ途径ﻫ●反应历程：ﻫ●存在：一些能利用氢的严格厌氧菌（产甲烷菌，硫酸盐还原菌)。ﻫ３、还原性TCＡ循环途径ﻫ●关键酶及催化反应:a-酮戊二酸合成酶，催化琥珀酰-ＣoA+CO２→a-酮戊二酸

●存在：少数光合细菌（例,嗜硫代硫酸盐绿菌Chloｒｏｂｉuｍthｉｏsｕlfatoｐｈｉlum)。ﻫ4、三条途径比较:厌氧ＣO２、固定ＣO2比好氧更为有效。

三、生物固氮（fiｘatｉｏnｏfmｏｌecuｌarnｉtrｏｇｅｎ)ﻫ1、定义及其作用:N2还原成NＨ3的过程,生态平衡、土壤肥力、节约能源避免污染。ﻫ2、固氮微生物种类

●自生固氮菌：独立进行固氮的微生物,种类繁多（生理营养类型)

●共生固氮菌:与它种生物共生才能固氮。

●联合固氮菌：必须生活在水稻、甘蔗、玉米等植物的根际、叶面或动物肠道等处才能固氮.

3、固氮的生化机制ﻫ●总反应式：N2+be＋6H++１2ATP——２ＮH３+12ADＰ＋１2Pｉﻫ●条件:固氮酶、能量/产能体系、还原力及其载体、还原底物N2、Mｇ、严格厌氧微环境。ﻫ●固氮酶测定方法:微量克氏定氮法、同位素法、乙炔还原法。

●固氮酶组成及其功能●固氮的生化途径●氨的去路ﻫ4、好氧性固氮菌固氮酶的抗氧机制ﻫ●自生固氮菌:呼吸保护、构象保护ﻫ●蓝细菌：异型胞,非异胞蓝细菌（时间分隔、束状群体、过氧化物酶活力）

●根瘤菌：豆科植物共生根瘤菌（类菌体周膜、豆血经蛋白),非豆科植物共生根瘤菌（植物血红蛋白、泡囊）。

四、肽聚糖的合成ﻫ●肽聚糖合成的三个阶段和合成部位.ﻫ1、在细胞质中的合成。ﻫ●由葡萄糖合成N-乙酰葡萄糖胺和Ｎ—乙酰胞壁酸.●由Ｎ－乙酰胞壁酸合成“park”核苷酸。

２、在细胞膜中的合成:细菌萜醇(ｂactｏpｒend)/类脂载体、肽聚糖单体（二糖五肽亚单位)。ﻫ３、膜外组装:引物(至少含6-８个肽聚糖单体)、转糖基作用（trans-ｇｌycosｙlation）、转肽酶（tｒanspｅptidasｅ）转肽作用.

４、某些抗生素对肽聚糖合成的抑制作用：环丝氨酸、万古霉素、杆菌肽、青霉素。

§3微生物的代谢调控与发酵生产

一、微生物的代谢调节

●酶的合成调节：诱导、阻遏。●酶的活力调节:激活、抑制（反馈抑制）。ﻫ二、代谢调控在发酵工业中的应用ﻫ●应用营养缺陷型菌株解除正常的反馈调节：赖氨酸发酵、肌苷酸(IMＰ）的生产。

●应用抗反馈调节的突变株解除反馈调节。

●控制细胞膜的渗透性：生理学手段,细胞膜缺损突变。Cｈap5微生物的代谢和发酵

１、新陈代谢（meｔａbolism)２、分解代谢与合成代谢的联系与调节

3、大分子营养物质的降解ﻫ§1微生物的产能代谢§2微生物的合成代谢§3微生物的代谢调控与发酵生产ﻫＣhａp６微生物的代谢和发酵

1、新陈代谢（ｍeｔａboliｓm)ﻫ●概念:新陈代谢简称代谢，包括分解代谢和合成代谢。

分解代谢(ｃaｔaboｌism）/异化作用(ｄｉsｓimｉｌａtion）／产能代谢（ｅnergy－ｙieldinｇｍeｔaｂolisｍ)；

合成代谢(aｎabolism）/同化作用(assｉmiｌａｔｉon)／耗能代谢(enerｇｙ－expeｎdｅdｍetaｂolism）。

2、分解代谢与合成代谢的联系与调节

●联系：十分不同、紧密联系、伴同发生的两个过程.ﻫ●调节：最基本方式为调节代谢流（酶活性调节和酶合成调节）。

此外,营养物质运送、酶的定位等调节.ﻫ3、大分子营养物质的降解

●淀粉:α—淀粉酶（芽孢杆菌属、曲霉属),β—淀粉酶(多粘芽孢杆菌,根霉），淀粉葡萄糖酶（黑曲霉、米曲霉），异淀粉酶(黑曲霉、米曲霉）。ﻫ●纤维素:纤维素酶（木霉、纤维单孢菌、纤维素放线菌）.天然纤维素（c1酶)—水合非结晶纤维素（CX1、CX2酶）—纤维二糖+葡萄糖（纤维二糖酶)——葡萄糖ﻫ●果胶质：细菌（芽孢杆菌、假单胞菌）、真菌（青霉、曲霉、根霉）。ﻫ天然果胶质（原果胶酶）-水可溶性果胶（果胶甲酯水解酶)－果胶酸（果胶酸酶）-半乳糖醛——糖代谢途径

●几丁质：细菌（梭菌病、芽孢杆菌病）、放线菌。ﻫ甲壳素(甲壳素酶)甲壳＝糖(甲壳=糖酶）N-乙酰氨基葡萄糖ﻫ●脂肪（脂酶）：微生物种类较少,真菌以及霉菌ﻫ脂肪-—甘油（糖酵解、TCA循环)各种中间产物、能量

——脂肪酸（β—氧化)乙酰COA——TＣA循环/乙醛酸循环

●蛋白质:霉菌、细菌。

蛋白质（蛋白质)--肽(肽酶)-—氨基酸

●内源代谢：贮存物质耗尽之后,利用细胞蛋白质和RNＡ作为能源。

§1。微生物的产能代谢

Ｉ、能量来自有机物--化能异养微生物的生物氧化与产能

●微生物生命活动所需的能量来源：氧化有机物（化能异养菌)、氧化还原态的无机物（化能自养菌)、来自日光辐射能（光能营养菌）。ﻫ●生物氧化：定义、形式（氧结合、脱氢、失电子）、阶段.ﻫ●通用能源:ATP,跨膜质子电化学梯度

（△H)/质子动势。ﻫ一、单糖的分解代谢(以葡萄糖为例）ﻫ●葡萄糖分解代谢（氧化脱氢）途径。

１、EMＰ途径（Embdｅm－Ｍeｙｅrhof－PａrnaｓPaｔhway）

●EＭＰ途径的简图ﻫ●EMP途径的主要产物ﻫ●AＴP和NＡＤH的生成：位置、数量，底物水平磷酸化。ﻫ●总反应式：葡萄糖＋２ADP＋2NADT+2ＰＩ－－2丙酮酸+２ＡＴP+２NADH+2H+

●EMP途径的生理功能ﻫ2、HMＰ途径(hexｏsemoｎophosphatepaｔhwａｙ）

（１）特点:

●HＭP途径又称已糖单磷酸途径,是在单磷酸已糖基础上开始降解。

●三种戊糖相互转化.

●C4、C７（芳香族氨基酸前体)和Ｃ5（核酸前体）的生成。

●产生大量NＡDＰH2形式的还原剂.

(２）总反应式：6葡－6－磷酸+１2ＮADＰ+6H２Ｏ→５葡糖-6磷酸+１2ＮＡDPＨ+１2H+12CO2+ｐｉ

（3)ＨＭP途径的生理功能

3、ＥD途径(Eｎter－Ｄoｕdorｏfｆpａthｗａy）ﻫ●反应细节

●关键酶及关键反应

●主要产物（ATP、NADH、NADPＨ的生成数量)

4、三种途径比较（见下图)ﻫ●存在：ﻫEＭＰ、HMP是微生物降解葡萄糖的主要途径，二者在同一种微生物中往往同时存在，但在代谢的作用中的比例不同,ＥD途径存在嗜糖假单胞菌和运动发酵单胞菌等细菌。

●关键酶ﻫ产能效率：EＭP(2ATP／葡糖）、ＥD(１ＡTP/葡糖）ﻫ●还原力的产生：EMPﻫ(2NADH2），EＤ(1NADH2＋1NADＰH2）、HＭＰ（12ＮADPH２）

二、丙酮酸代谢ﻫ1、概述

●单糖经不同途径降解,产生丙酮酸和同化力[ＮＡD(Ｐ）Ｈ2、AＴＰ]，产物的去向取决不同微生物及不同培养条件。ﻫ●大多数好气和兼性好气性微生物,在有氧情况下：TCA循环，电子传递磷酸化、呼吸作用（respiratiｏｎ)。

●一些厌气菌和兼性好气菌，在无氧条件下，无氧呼吸。(ａｎaeｒobicresｐｉrａtｉon）

●大多数厌气和兼性厌气有机化能营养微生物，在无氧条件下:发酵作用（ｆermeｎtａtｉon)

2、三羧酸循环（trｉcａrboｘylicacidcycle)ﻫ●反应部位:真核微生物(线粒体基质)、原核微生物(细胞质)

●反应历程:能量的产生（1５个ＡTP/丙酮酸）.

●TCA循环的意义:枢纽地位，有机酸、谷氨酸发酵。ﻫ三、生物氧化中递氢和受氢ﻫ●依据受氢体性质不同，生物氧化分:有氧呼吸、无氧呼吸和发酵三种类型.ﻫ1、有氧呼吸（respiｒatｉon）

●定义:呼吸链、最终受氢体(Ｏ2)。ﻫ●呼吸链（reｓpｉｒatｏryｃｈain，ＲC）／电子传递链（eｌeｃtrontｒaｎsportchａin,ETC）ﻫ●氧化磷酸化机理与效率:化学渗透学说（cｈemioｓmoｔichｙｐｏtheｓｉs）、P/O比（molTＡP/ｍol氧原子）。

2、无氧呼吸（ａnaerobiｃｒｅspirａｔion)ﻫ●定义：最终受氢体为外源无机氧化物(个别是延胡索酸)ﻫ●类型:硝酸盐呼吸（ｎitratｅreｓｐiraｔioｎ)/反硝化作用(dｅniｔｒｉficaｔion）ﻫ硫酸盐呼吸(sｕlfａtｅrespiration)、延胡索酸呼吸（fumaratｅreｓpiration）

碳酸盐呼吸（ｃａｒｂａnaterespiｒation）、硫呼吸（sulpｈurrｅｓpirａtiｏn）ﻫ3、发酵(fermentaｔion）

●定义：发酵工业、微生物生理（代谢)

●主要类型:由EＭP途径中丙酮酸出发的发酵（6种类型）

通过HＭＰ途径的发酵(异型乳酸发酵,肠膜状明患珠菌）

通过ED途径的发酵(细菌酒精发酵）ﻫ氨基酸发酵产能（Stickland反应)

●发酵中的产能反应:底物水平磷酸化，高能磷酸化

合物，乙酰磷酸产能是厌氧微生物产能的主要方式。ﻫII、能量来自无机物-—化能自养菌的生物氧化与产物

1、概述ﻫ●两类自养菌还原CO2所需能量和还原力的来源不同。ﻫ●化能自养菌还原CO2时ＡTP和[H］的来源.ﻫ●微生物生理特性及种类:多数好氧性、少数兼性厌ﻫ氧、种类有硝化细菌、硫细菌、氢细菌、铁细菌等。

2、化能自养菌氧化产能的特点：ﻫ●还原性无机物氧化直接与

呼吸链相联。其过程比异养菌（经EMP/TＣA等)简单.

●呼吸链的组分多样化。ﻫ●主要通过电子传递磷酸化产能、少数硫杆菌(氧

化亚铁硫杆菌）也能部分地进行底物水平磷酸

化产能.产能效率（P/O)比异养菌低。

3、列举:硝化细菌的能量代谢。

ＩIＩ、能量来自光能—－光能自养菌的产能代谢ﻫ１、循环式光合磷酸化（cｙｃliｃphoｔophosphorylａtiｏn）ﻫ特点过程：ﻫ●存在：光合细菌［着色菌属（chromatium）、

红螺菌属（Rhｏdospirillum)、绿菌属（Chlorobiuｍ)等18属]

2、非循环式光合磷酸化（nｏｎcyclicphoｔｏｐhosphorｙlaｔiｏｎ）ﻫ●过程:●特点：ﻫ●存在：绿色植物、藻类、蓝细菌。

３、嗜盐菌紫膜的光合作用ﻫ●过程:●机理(细菌视紫红质、质子泵、△P、化学渗透学说）

●存在：盐生盐杆菌(Ｈaｌoｂａcteriumｈalｏｂium），红皮盐杆菌（H。cｕｔｉrubrum）ﻫ§2、微生物的合成代谢ﻫ●合成代谢（anabｏlism）／同化作用（ａsｓimilaton）耗能代谢（enｅrgy—expeｎdｅｄmｅｔabeliｓm)ﻫ一、微生和的合成代谢的特点ﻫ●微生物合成能力很强、但有种属差异。

●合成途径多样化比分解途径少、主要物质的合成途径比较一致。ﻫ●合成代谢条件:能量、还原力、无机物或简单有机物

二、自养微生物的CO2固定ﻫ1、Calvin循环（Ｃalvincycle)

●反应历程：

特征酶及其所催化的反应

●存在：化能自养菌、光能自养菌中蓝细菌和绝大部分光合细菌、藻类、绝色植物.

2、厌氧乙酰-辅酶A途径

●反应历程:ﻫ●存在：一些能利用氢的严格厌氧菌（产甲烷菌，硫酸盐还原菌）。

3、还原性TCA循环途径

●关键酶及催化反应：a-酮戊二酸合成酶，催化琥珀酰-CｏA+CO２→a—酮戊二酸ﻫ●存在：少数光合细菌(例，嗜硫代硫酸盐绿菌Chloｒobｉｕｍtｈioｓulfaｔopｈiluｍ）。ﻫ4、三条途径比较：厌氧ＣO2、固定CO2比好氧更为有效。ﻫ三、生物固氮（fｉxatｉonoｆmolecularnｉtroｇeｎ)ﻫ1、定义及其作用:N2还原成NH3的过程,生态平衡、土壤肥力、节约能源避免污染.ﻫ2、固氮微生物种类

●自生固氮菌：独立进行固氮的微生物，种类繁多（生理营养类型）

●共生固氮菌：与它种生物共生才能固氮。

●联合固氮菌:必须生活在水稻、甘蔗、玉米等植物的根际、叶面或动物肠道等处才能固氮。

３、固氮的生化机制ﻫ●总反应式:N２＋be＋６H++１2ATＰ—-2NH3+1２ADP＋12Piﻫ●条件：固氮酶、能量/产能体系、还原力及其载体、还原底物N2、Mｇ、严格厌氧微环境。

●固氮酶测定方法：微量克氏定氮法、同位素法、乙炔还原法。ﻫ●固氮酶组成及其功能●固氮的生化途径●氨的去路

4、好氧性固氮菌固氮酶的抗氧机制

●自生固氮菌:呼吸保护、构象保护ﻫ●蓝细菌：异型胞,非异胞蓝细菌(时间分隔、束状群体、过氧化物酶活力）

●根瘤菌：豆科植物共生根瘤菌(类菌体周膜、豆血经蛋白），非豆科植物共生根瘤菌（植物血红蛋白、泡囊)。ﻫ四、肽聚糖的合成ﻫ●肽聚糖合成的三个阶段和合成部位。ﻫ1、在细胞质中的合成.ﻫ●由葡萄糖合成Ｎ-乙酰葡萄糖胺和N-乙酰胞壁酸。●由N-乙酰胞壁酸合成“park”核苷酸。

2、在细胞膜中的合成：细菌萜醇(ｂａctｏｐrｅnd)/类脂载体、肽聚糖单体(二糖五肽亚单位）。ﻫ3、膜外组装:引物（至少含６－8个肽聚糖单体）、转糖基作用(trans-glyｃｏsyｌatiｏn)、转肽酶（tranｓpeｐtidasｅ）转肽作用。ﻫ4、某些抗生素对肽聚糖合成的抑制作用：环丝氨酸、万古霉素、杆菌肽、青霉素。

§3微生物的代谢调控与发酵生产ﻫ一、微生物的代谢调节

●酶的合成调节：诱导、阻遏。●酶的活力调节：激活、抑制（反馈抑制)。

二、代谢调控在发酵工业中的应用ﻫ●应用营养缺陷型菌株解除正常的反馈调节:赖氨酸发酵、肌苷酸（IMP）的生产。

●应用抗反馈调节的突变株解除反馈调节。ﻫ●控制细胞膜的渗透性：生理学手段，细胞膜缺损突变.Chａｐ．7微生物的生长与控制ﻫ概念：ﻫ●个体生长:细胞原生质总量的增加。

●繁殖：微生物生长而产生新的子代。

●生长(群体生长）:微生物群体数量和重量的增加。ﻫ§。1测定生长繁殖的方法

一、研究M生长繁殖的意义：

１、生长繁殖是Ｍ和外界环境因素相互作用的综合反映,生长繁殖情况可作为Ｍ生理、生化和遗传研究的重要指标。ﻫ2、生产实践：Ｍ的应用（菌体~酵母／产物合成）、致病菌／霉腐

二、测定生长繁殖的方法ﻫ测定方法主要有两类-－测生长量和计繁殖数

(一）测生长量：适用一切Ｍﻫ1。测体积2.称干重3。间接法：比浊法、生理指标法(测含Ｎ,/Ｃ,/P/ＤNA等)

二）计繁殖数：（适用:单细胞Ｍ／丝状M的孢子）

1、直接法：血球计数板法2、间接法:(活菌计数法)ﻫ●平板菌落计数法（计算cｆu)●最大可能数量法（MPN法)

§２、微生物的生长规律ﻫ一、细菌的同步生长与同步培养

1、同步生长：群体中所有的个体细胞处于同样的细胞生长和分裂周期的状态.

2、同步培养：细胞群体中每个个体都处于同步生长状态的培养方法.４、同步培养方法ﻫ①诱导法：变换温度、光脉冲、营养供应

②选择法：Heｌmsｔetter—cumｍings的膜洗脱技术

③同步培养方法的选择视M种类和研究目的：

a.生理学研究中，选择法优于诱导法。ﻫb.诱导法，常用来研究DNA复制和细胞分裂机制等.ﻫ二、典型生长曲线(gｒowthcurve）

定义:描述单细胞M群体规律性生长的曲线。

1．延滞期(Lagｐhaｓe）ﻫ特点：生长速率为0，细胞数目不增加,但个体产生变化。

缩短缩短延滞期的措施:

①取对数期接种龄的种子接种.ﻫ②加大接种量,缩短延滞期（１0%接种量）

③接种到营养丰富的天然培养基(种子／发酵培养基成分尽量相近)。

2．指数期/对数期

特点:●对数期Ｍ的应用：

①作为代谢、生理研究的良好材料。②增殖噬菌