微生物知识点

绪论微生物的定义：一切肉眼看不见或看不清的微小生物的总称，包括所有的病毒、原核生物和真核生物中的真菌、但细胞藻类和原生动物等。并不是分类学单位。微生物特征：个体小、结构简单（分化程度低）、进化地位低。微生物的五大共性：1体积小、表面积大；2吸收多，转化快；3生长旺，繁殖快；4适应强，易变异；5种类多，分布广。微生物学的任务：开发利用保护有益微生物，控制、消灭和改造有害微生物，为人类社会服务。微生物发展史：史前期：1676年以前；以各国劳动者为代表，凭实践经验利用有益微生物。初创期：1676～1861；列文虎克自制单式显微镜观察到微生物，并对一些微生物进行形态描述。奠基期：1861～1897；巴斯德（微生物学奠基人）科赫（发明固体培养基，细菌学奠基人。微生物学开始建立；创立了基本研究方法；实践-理论-实践思想方法；建立应用性分支学科；寻找病原菌。发展期：1897～1953；E.büchner(生化奠基人)；“酒化酶”生化研究；微生物代谢统一性；普通微生物学开始形成；寻找有益代谢产物；青霉素发现。成熟期：1953至今；J.Watson和F.Crick（分子生物学奠基人）；分子生物学理论和研究方法。基因工程改造发酵；应用性和实验性分支学科交叉、飞速发展；推动其他生物领域发展；促进生物信息学和合成生物学时代的到来。原核生物的形态、构造、功能及多样性原核生物形态：球菌、杆菌、弧菌、螺菌（螺旋体）、芽生或有附属器的细菌、细丝状。原核生物大小：通常0.5～1.5μm，最大直径超过500μm，最小（纳米菌）0.05μm.大小受到培养条件的影响。原核生物的增殖：裂殖：一个细胞通过分裂形成两个子细胞的过程。杆状细胞存在横分裂和纵分裂两种形式。二分裂：对称或不对称三分裂：暗网菌属细菌中，成对细胞进行“一分为三”的三分裂，形成一对“Y”形细胞，形成网孔，后进行二分裂将网孔扩大。多（复）分裂：寄生在细菌细胞中的蛭弧菌通过形成不规则盘曲的长细胞，然后多出等长分裂，形成多个子细胞。芽殖：在母细胞表面先形成一个小突起，长大到与母细胞相仿后分离独立生活。群体形态：菌落：在固体培养基上，肉眼可见，有一定形态的子细胞集团。菌苔：多个纯种菌落连成一片。在液体培养基上，多数表现为混浊、沉淀；一些好氧细菌在液面上生长，可形成菌醭、菌膜或菌环。细胞壁：主要成分为肽聚糖固定细胞外形，提高机械强度。为细胞的生长、分裂和鞭毛运动提供支持。分子筛，阻拦大分子有害物质。赋予抗原性和对噬菌体的敏感性。革兰氏阳性菌细胞壁：主要成分为肽聚糖，同时含有大量磷壁酸。肽聚糖组成单位：双糖单位（乙酰葡糖胺-β-1，4-N-乙酰胞壁酸），四肽尾（L、D构形交替形成），五肽桥（不同氨基酸组成构成肽聚糖多样性）。磷壁酸是一种酸性多糖，主要成分为甘油磷壁酸或核糖醇磷壁酸。与肽聚糖分子共价结合的为壁磷壁酸，与细胞膜交联的为脂磷壁酸。磷壁酸主要功能：富集细胞周围的Mg2+、Ca2+以提高一些酶的活性作为噬菌体的吸附位点或者表面抗原。增强某些致病菌对宿主细胞的粘连，有抗补体作用。革兰氏阴性菌细胞壁：内壁层为肽聚糖分子形成的薄层，外膜由磷脂双分子层，脂蛋白和脂多糖组成。脂多糖LPS：类脂A（2个N-乙酰葡糖胺+5个不同的长链脂肪酸）；核心多糖（内核心区，外核心区）；O-侧链（O抗原）（4个己糖单位）。外膜蛋白（孔蛋白、转运蛋白）与物质运输有关。脂多糖功能：内毒素的物质基础；负电荷较强，可以富集Mg2+、Ca2+抗原决定簇吸附受体具有选择性吸收功能，可以阻挡溶菌酶、抗生素等。脂多糖结构维持需要Ca2+，利用EDTA除去Ca2+可以使LPS解体，暴露内壁层。周质空间：质膜与细胞壁（G+）或外膜（G-）之间的空隙。缺壁细菌：L型细菌（自发突变形成）；原生质体（人工除尽细胞壁）；球状体/原生质球（残留了部分细胞壁的圆球形原生质体）；支原体（细胞膜中含有固醇（甾醇），故有较高的机械强度）。热原体属古细菌。古生菌的特殊细胞膜：磷脂的疏水尾由长链烃组成，与甘油形成醚键连接。连接两端两个甘油分子间的植烷侧链间可发生共价结合，形成二植烷，出现单分子层膜。质膜的功能：选择性控制物质进出。分隔细胞与环境，维持细胞渗透压合成细胞壁和糖被有关成分的场所有氧化磷酸化和光合磷酸化相关的酶系，形成质子梯度。细胞的产能基地。鞭毛基体的着生部位存在特定的受体分子，感受环境中的化学物质，以便作出相应的反应。细胞内含物：贮藏颗粒：碳源：糖原；聚β-羟丁酸（PHB）：生物合成的高聚物。氮源：蓝藻颗粒；藻胆蛋白体磷源：异染粒，无极偏磷酸的聚合物。能被美蓝或甲苯胺蓝染成红紫色。硫颗粒。常见于紫色硫细菌，为能量贮藏物。磁小体：主要成分为Fe3O4，存在于水生螺菌属、嗜胆球菌属等趋磁细菌中，使菌体顺磁力线排列。羧酶体：内含1，5-二磷酸核酮糖羧化酶，在CO2固定中发挥作用。气泡：调节细胞相对密度，存在于光能营养型、无鞭毛运动的水生细菌中。糖被：细胞表面的多聚糖网状物，按其有无固定层次、厚薄分为荚膜、微荚膜、黏液层、菌胶团。糖被功能：抵御干燥防止噬菌体吸附和裂解或白细胞吞噬贮藏养料作为透性屏障和离子交换系统表面附着作用细菌间的信息识别作用堆积代谢废物。原核生物鞭毛结构：鞭毛丝：由鞭毛蛋白组成的中空圆柱体，可能被鞘包裹。基体：G-菌：L环，位于外膜层。P环：位于肽聚糖层。SM环：位于细胞质膜和周质空间，由Mot蛋白驱动旋转，基部有Fli蛋白，控制其旋转方向。C环：细胞膜和细胞质的交界处，功能与SM相同。G+菌：只具有SM环。鞭毛钩：连接鞭毛丝和基体。鞭毛蛋白为球状或卵圆状，在细胞质合成后通过鞭毛中央孔道输送至游离端进行自组装，不需酶或其他因子协助。鞭毛生长是顶部延伸而不是基部延伸。菌毛：着生在细胞质膜上的纤细、中空、短直的蛋白质类附属物，调节细菌的吸附性。性菌毛：结构与菌毛相似，但数量少，较长、粗。具有传递遗传物质的功能。芽孢：某些细菌细胞内形成的圆形、厚壁、含水量低、抗逆性强的休眠构造。每一营养细胞只形成一个芽孢。芽孢结构：从外至内依次为：孢外壁、芽孢衣、皮层、核心（芽孢壁、芽孢质膜、芽孢质、芽孢核区）。芽孢形成：DNA浓缩——细胞膜内陷，不对称分裂，小体积部分为前芽孢——前芽孢双层隔膜出现——双层隔膜内填充芽孢肽聚糖，合成DPA-Ca，形成皮层——芽孢衣合成结束——皮层合成完成，芽孢成熟——芽孢囊裂解，芽孢游离。渗透调节皮层膨胀学说：芽孢衣对多价阳离子和水的透性低，且皮层离子强度大，使皮层有很高的渗透压，夺取核心的水分。使皮层膨胀而核心高度失水，增强了芽孢的耐热性。且DPA-Ca（吡啶2，6-二羧酸钙）能稳定芽孢中的生物大分子。增强耐热性。芽孢核心中含有小酸溶性芽孢蛋白（SASP）可以防止DNA损伤。芽孢萌发：活化（热处理或低pH、强氧化剂），出芽（孢子膨大，芽孢外被吸水膨胀破裂，抗逆性消失，代谢活动增强），生长。“栓菌”试验：将单毛菌鞭毛的游离端用抗体固定在载玻片上，观察该细菌行为，发现其只能打转，证明了鞭毛运动“旋转论”的正确性。革兰氏染色机制：通过结晶紫初染和碘液媒染后，在细胞壁内形成不溶于水的结晶紫和碘的复合物。G+菌由于细胞壁较厚，肽聚糖网层次多，交联致密，故乙醇脱色时，因失水网孔缩小，将复合物留在壁内故保持紫色。G-菌由于细胞壁肽聚糖层薄，內脂含量高，乙醇处理时內脂溶解出现缝隙，使复合物被脱出。细胞退为无色，用沙黄等复染为红色。DNA序列相似性：两序列进行比对后相同碱基与总碱基数的百分比。放线菌：（G+C）%高，革兰氏阳性，呈菌丝状生长，以孢子繁殖。大多为好氧菌。主要结构包括基内菌丝（营养、排泄）、气生菌丝、孢子丝。通常不运动。链霉菌：产生土腥味素，降解许多抗性物质（胶质、木质素、几丁质），产生多种抗生素，多数为非致病腐生菌。放线菌菌落特征：小型、干燥、不透明、表面呈致密的丝绒状，上有以薄层“干粉”；菌落与培养基的连接紧密，正反面颜色常不一致。菌落边缘的琼脂平面有变形的现象。蓝细菌：革兰氏染色阴性，无鞭毛，含叶绿素a的大型原核生物。大部分能进行光合作用，一些为无机光合自养型，有些能在黑暗中化能异养生长。蓝细菌繁殖及特殊细胞：大部分通过裂殖或出芽生殖的方式繁殖。连锁体：由长细胞断裂而成的短链段，具有繁殖功能。静息孢子：形大、壁厚、色深的休眠细胞，富含贮藏物，能抵御干旱等不良环境。内孢子：在细胞内形成许多球形或三角形的内孢子，成熟后可释放，具有繁殖功能。异形胞：存在于丝状生长种类中的形大、壁厚，专司固氮功能的细胞。螺旋体（螺旋体门）：革兰氏阴性菌，单细胞，裂殖。有外鞘，内有2～100根鞭毛构成的轴丝，从两端伸出在中间重叠，使菌体作拔塞钻状快速前进。腐生，或共栖与动物消化道内。或寄生（密螺旋体，梅毒）。粘细菌（变形菌纲）：革兰氏阴性菌，好氧，土壤细菌。营养细胞为单细胞杆状，无鞭毛，滑行运动，二分裂繁殖。在营养缺乏时聚集成团形成子实体，形成孢子。立克次氏体（变形菌门，α-变形菌纲）：有革兰氏阴性细胞壁，无鞭毛。以二分裂繁殖，存在不完整的产能代谢途径，专性寄生于真核细胞内。衣原体（衣原体门）：革兰氏阴性，在真核细胞内专性能量寄生。二分裂繁殖，缺乏产生能量的酶系。具有感染力的细胞称作原体，细胞壁厚、致密，抗干旱。进入寄主细胞后，转化为无感染力的细胞，称作始体或网状体，在细胞内繁殖形成包含体（微菌落）。后转化为原体释放。沙眼衣原体、肺炎衣原体。支原体（厚壁菌门）：无细胞壁，革兰氏阴性，最小型原核生物。质膜含固醇机械强度较大。通过二分裂或出芽繁殖。大多数为专性厌氧。有机营养型。古生菌：细胞壁中不含肽聚糖，有些含假肽聚糖（N-乙酰葡糖胺-β-1，3-N-乙酰塔罗糖胺糖醛酸，L-Glu-L-Ala-L-Lys肽尾，L-Glu一肽桥）。每个细胞含一个染色体，内含闭合环状dsDNA。DNA复制蛋白与真核生物类似。质粒很少。RNA启动子与细菌类似。核糖体70S，与细菌和真核生物都不同。病毒病毒：一类由核酸和蛋白质组成的超显微“非细胞生物”。病毒特征：没有细胞构造，体积微小，一般能通过细菌滤器，需要电镜观察。每种病毒只含有一种核酸。无产能酶系和蛋白质、核酸合成酶系。离体条件下以无生命的生物大分子状态存在，但可长期保持侵染力。对一般抗生素不敏感。以感染态和非感染态两种状态存在。病毒粒子（Virion）：成熟的具有感染性的完整病毒颗粒，体外形式。由蛋白质（衣壳，由衣壳粒组成）包裹核酸（核心）组成，两者合称核衣壳，是任何病毒都具有的基本结构。可能有附加层（包膜，来自于宿主细胞膜）。包膜上可能有刺突，与病毒入侵有关。病毒粒子的对称性：螺旋对称（烟草花叶病毒）；二十面体对称（腺病毒）。复合对称（T偶数噬菌体）二十面体衣壳：具有20个等边三角形和12个顶点，42个壳粒。衣壳粒有两种，五邻体含五个亚基位于12个顶点上。六邻体含六个亚基，构成棱和面。复杂对称：T4噬菌体有头部、颈部、尾部三部分组成。头部为20面体，含有dsDNA，尾部为螺旋状，由尾鞘、尾管、基板、刺突、尾丝构成。其中尾管是病毒核酸注入细胞的通道，刺突、尾丝有吸附功能。在一些病毒中有发现病毒酶，与衣壳有关或直接存在与衣壳中。噬菌斑：由于病毒侵染导致细菌死亡在菌苔上形成的“负菌落”。空斑：由动物病毒在宿主单层细胞培养物上形成的空斑。枯斑：病毒在植物叶片上形成的斑块。包含体：在病毒感染的细胞中由病毒粒子聚集成的颗粒。效价：每毫升病毒悬液的感染单位数量。通常通过计算噬菌斑数量来计算，一般用双层平板法（底层为琼脂培养基；上层为宿主菌、病毒悬液和培养基的混合物）。也可以直接用电镜数。裂解量：每个感染细胞中释放的噬菌体平均数量。一步生长实验：将病毒与细菌混合，让每个宿主细胞至多被一个噬菌体侵染，后用血清中和未侵染的病毒，之后终止血清作用，并培养，连续取样测定效价，把结果绘制成图即可。单链RNA病毒类型：正链RNA病毒（基因组RNA与病毒mRNA相同）；负链RNA病毒（基因组RNA与病毒mRNA互补）；分段基因组(病毒粒子含有多个RNA片段)病毒起源：退行性进化学说；胞内遗传物质脱离控制形成学说。病毒分类特征：核酸、宿主、对称性、包膜、粒子或核衣壳直径、致病性。噬菌体：细菌病毒，大多数为双链DNA。噬菌体繁殖：吸附、入侵、增殖、装配、释放。噬菌体增殖期：细菌利用宿主RNA聚合酶进行早期转录，早期翻译；产生早期mRNA，早期蛋白。早期蛋白可能是RNA聚合酶，也可以修改宿主本身的RNA聚合酶。利用早期蛋白中的RNA聚合酶进行次早期转录，产生次早期mRNA。之后进行次早期翻译，产生次早期蛋白（分解宿主细胞的DNA酶，噬菌体DNA复制的DNA聚合酶以及晚期转录用的RNA聚合酶）。在噬菌体DNA复制完成后，利用次早期蛋白中的RNA聚合酶进行晚期转录，产生晚期mRNA，经晚期翻译产生晚期蛋白（噬菌体的结构蛋白、溶菌酶等）。T4噬菌体产生内溶菌素：攻击细胞壁肽聚糖；穿孔素：破坏细胞膜。温和噬菌体：侵入宿主细胞后，将自身基因组整合到宿主基因组上，随宿主基因组复制而复制。并不引起宿主细胞裂解。此即为溶源性。具有裂解性周期和溶源性周期两个生活周期。温和噬菌体的存在形式：游离态：成熟后释放的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前噬菌体状态。营养态：前噬菌体在诱导后，脱离宿主基因组，处于积极复制、合成和装配的状态。溶源性现象可以引起宿主表型的变化。脊椎动物病毒：包膜可有可无；大多数病毒无吸附结构，通过胞饮、包膜融入细胞膜或特异受体的转移等作用进入细胞。7条mRNA合成途径：dsDNA、ssDNA、dsRNA、（+）ssRNA、（-）ssRNA、具有DNA中间体的（+）ssRNA病毒（逆转录）；具有RNA中间体的dsDNA病毒。昆虫病毒：多数在宿主细胞内形成多角形的包含体，称为多角体。可保护病毒粒子免受外界不良环境的破坏。核型多角体病毒（核内形成多角体，含多个病毒）；颗粒体病毒（多角体只含一个病毒）；质多角体病毒（胞质内形成多角体，含多个病毒）。植物病毒：大部分为ssRNA；一般无包膜，对宿主的专一性较差。一般无吸附结构，由于植物细胞壁的存在，只能以被动方式侵入。如利用昆虫口器破坏植物表面；或利用天然或人工的创口。植物组织中可利用胞间连丝扩散。在侵入细胞后才脱去衣壳。亚病毒：只含有核酸或蛋白质一种成分，或由缺陷病毒构成的功能不完整的病原体。类病毒：只含ssRNA，只在植物中发现的最小可传染致病因子。马铃薯纺锤形块茎病。卫星病毒：需依赖专门的辅助病毒存在才能复制的伴生病毒。卫星RNA：包裹在辅助病毒衣壳内，依赖其才能复制的小分子RNA。可加重或减轻辅助病毒引起的病症。与辅助病毒无同源性。缺陷干扰颗粒DI：包被在典型病毒壳体内，只含病毒基因组的部分基因。需要与同源病毒共同感染才能复制。可干扰病毒的复制。朊病毒：蛋白侵染因子，PrPsc可使正常的PrPc转变为与自己抑制的构象。引起羊瘙痒病、疯牛病、人克-雅氏病。库鲁病等。真核微生物细胞壁成分：真菌（几丁质、纤维素、葡聚糖）；藻类（纤维素、多糖类物质如果胶、琼脂，硅藻为硅胶、CaCO3）。表膜：又称皮膜，通常是指原生动物，诸如绿眼虫、大草履虫等，体表面被覆有具有弹性、带斜纹的体表膜，实际是细胞质膜的一种。真核生物鞭毛和纤毛：长而少的为鞭毛，短而多的为纤毛。摆动。两者结构一致。鞭杆由9组二联微管组成，中央另有一对微管，为“9+2”型。二联体由A、B两条亚纤维组成。其中A为完全微管，上有两条动力蛋白壁，B为部分与A共用。基体由9个三联体组成，为“9+0”型。原核生物细胞膜不含甾醇和糖脂，磷脂成分主要为磷脂酰甘油和磷脂酰乙醇胺，真核生物含有甾醇和糖脂，磷脂成分主要为磷脂酰胆碱和磷脂酰乙醇胺。细胞骨架：由微管（微管蛋白a、b螺旋缠绕而成）、微丝（肌动蛋白组成）、中间丝构成的网状结构，在维持细胞形状、胞内运输和细胞运动中起作用。内质网完成蛋白质、磷脂和细胞内的一些其他物质的转运，是细胞膜合成的主要场所。吞噬作用：吞噬大颗粒物质，形成含被吞噬颗粒的吞噬小体。胞饮作用：吞饮小量的液体和溶质分子，形成胞饮泡。内体：吞噬小体和胞饮泡的总称。溶酶体的功能：获取营养；宿主防御；消除自体废物。溶酶体分类：初级溶酶体（内质网新合成的溶酶体）、次级溶酶体（与内体融合形成）、自噬泡（能够选择消化细胞自身部分原生质体的刺激溶酶体）、残余体（堆积有大量未消化物质的溶酶体）。液泡系：由内质网、高尔基体、溶酶体、内体和一些相关节共组成的功能单位。蛋白酶体：非溶酶体蛋白降解系统线粒体、叶绿体起源：细胞膜内陷学说、内共生学说。液泡：单层膜，具有调节渗透压、储存营养物、溶酶体功能。微体：又称过氧化物酶体，含氧化酶和过氧化物酶，可使细胞免受H202的毒害，并能氧化分解脂肪酸。膜边体：真菌所特有，单层膜，与分泌水解酶或合成细胞壁有关。几丁质酶体：又称壳体，存在与真菌菌丝顶端的微笑囊泡，内几丁质合成酶。将酶运送到菌丝尖端细胞壁表面，合成几丁质纤维，使菌丝不断延伸。氢化酶体：单层膜，存在于厌氧菌鞭毛基体附近，为其运动提供能量。核仁：一个细胞和可有多个核仁，是核糖体合成的场所，直接合成加工rRNA，并装配rRNA和核糖体蛋白形成核糖体。酵母菌：单细胞，不形成菌丝或形成假菌丝。通过芽殖或裂殖进行无性繁殖。以形成子囊孢子（相邻细胞伸出丝状原生质相互接触，局部融合形成通道。通过支配、核配和减数分裂形成4或8个子核，再各自形成其孢子壁，生成子囊孢子，原细胞形成子囊）方式进行有性生殖。不是分类单位。二型性：一些真菌能够从酵母菌形态（Y）变成霉菌形态（M）。YM变换。特化的营养菌丝：吸取养料（假根、吸器）、附着（附着胞、附着枝）、休眠（菌核、菌索）、延伸（匍匐枝）、捕食线虫（菌环、菌网）。特化的气生菌丝（子实体）简单无性：分生孢子头、孢子囊；有性：担子复杂无性：分生孢子器（球形或瓶形结构，内壁或底部有分生孢子梗，上有分生孢子）、分生孢子座（分生孢子梗紧密聚集成簇）、分生孢子盘（在寄主的角质层或表皮下，分生孢子梗簇生成盘状结构）。有性：子囊果（完全封闭的闭囊壳、有孔口的子囊壳、开口盘状的子囊盘）真菌合子形成机制：配子融合；配子囊融合，形成配子形成体；菌丝融合。有性孢子：卵孢子2N、接合孢子2N、子囊孢子N、担子孢子N。霉菌菌落特征：疏松绒毛状、絮状或蜘蛛网状，比放线菌落大几倍到几十倍，有霉味。酵母菌菌落特征：大而厚，一般呈油脂或蜡脂状，表面光滑、湿润、呈乳白色或红色，有些表面皱缩。往往有“酒香味”。壶菌门：最原始的真菌，单细胞，大部分为多核。通过形成游动孢子进行无性繁殖，通过形成孢囊孢子或休眠孢子进行有性繁殖。多为水生。接合菌门：多核菌丝，孢囊孢子无性生殖，结合孢子有性生殖，多为腐生菌，少数为寄生菌。毛酶属、根霉属。子囊菌门：有性繁殖中产生单倍体子囊孢子，引起食物腐败或植物疾病，食用真菌。可以是丝状或酵母状。担子菌门：有性繁殖形成担孢子，可分解木质素等物质，食用真菌。部分为病原体。粘菌门：以原生质团形式存在，无细胞壁，变形虫运动，吞噬趋势细菌和有机颗粒，形成子实体产生孢子。集胞粘菌门：也称细菌型粘菌，类变形虫细胞，分裂繁殖。食物匮乏时，分泌cAMP聚集形成假原质团，后分化形成子实体。锁状联合：双核菌丝的顶端细胞分裂时，在两个细胞核之间的菌丝壁向外形成喙状突起。两核之一进入突起中。两核有丝分裂形成4个子核。来自突起的两核之一进入菌丝尖端，另一留在突起内。突起基部以及菌丝内形成隔膜，产生三个细胞。尖端细胞内有不同源的两核。突起前端与单核细胞融合，形成另一个双核细胞。锁状联合的意义：保证每个菌丝细胞内都含有两个不同性别的核，为进行有性生殖，通过核配形成担子打下基础。微生物的营养营养：指生物体从外部环境中摄取对其生命活动必须的能量和物质，以满足正常生长和繁殖需要的一种最基本的生理功能。组成物质分类：结构：水、蛋白、多糖、脂肪、核酸。储藏：多糖、脂肪代谢底物和产物：氨基酸、脂肪酸、糖、醇、核苷酸等。生长因子：指某系微生物自身不能合成，必须从外部获得才能正常生长繁殖的物质。多为维生素、氨基酸、核苷。营养类型：光能（自养）无机营养型：以光为能源，无机物为氢供体同化二氧化碳。其中环式光合磷酸化不产氧（紫硫细菌、绿硫细菌），非环式光合磷酸化产氧（蓝细菌、藻类）。光能（异养）有机营养型：利用光能，以简单有机物为氢供体同化二氧化碳。紫色非硫细菌。化能（自养）无机营养型：通过氧化无机物获得能量，以二氧化碳为碳源。生长缓慢。（硝化细菌、硫化细菌、铁细菌、氢细菌、硫黄细菌）。化能（异养）有机营养型：通过氧化有机物获得能量。培养基：根据微生物生长繁殖所需营养物质配置而成的营养基质。培养基配置原则：目的明确、营养协调、理化适宜、经济节约。合成培养基：由化学成分已知的物质配置而成。有点是成分明确，重复性好。缺点是配置麻烦，价格高。天然培养基：含有动植物组织或提取物等未知化学成分物质的培养基。优点是取材、配置方便，营养丰富；缺点是成分不清楚、不稳定。固体培养基用于分类、培养、鉴定。半固体培养基用于观察运动性、好氧与否、噬菌体效价。选择培养基：根据各类微生物的特殊营养要求或对某种理化因素的抗性设计的培养基，使得混合菌群中的目标种类由劣势变为优势。加富培养基：在培养基中添加待分离微生物特别需要的物质达到选择目的。鉴别培养基：在培养基中加了能与目的菌的无色代谢产物发生显色反应的指示剂，只须用肉眼辨别出目标菌落。ATP结合性盒式转运蛋白系统（ABC系统）：由膜周蛋白、跨膜蛋白和ATP水解酶组成，转运糖类、氨基酸和维生素B12等。基团移位：耗能，需要载体，被运输物质跨膜后会发生化学变化。微生物的新陈代谢新陈代谢：活细胞中一切有序化学反应的总和。糖酵解途径EMP：1葡萄糖+2NAD++2ADP+2Pi=2丙酮酸+2NADH+2H++2ATP+2H2O。戊糖磷酸途径/己糖一磷酸途径HMP：步骤：葡萄糖分子氧化生成核酮糖-5-磷酸。之后发生构象变化产生核糖-5-磷酸和木酮糖-5-磷酸。戊糖间发生碳架重排形成己糖磷酸和丙糖磷酸。后者可通过EMP转化为丙酮酸进入TCA，也可以缩合形成己糖。总反应：6葡萄糖-6-磷酸+12NADP++6H20=5葡萄糖-6-磷酸+12NADPH2+6CO2+Pi。意义：提供合成原料；产还原力；作为固定二氧化碳的中介（核酮糖-5-磷酸）；扩大碳源的利用范围；连接EMP途径。ED途径，又称2-酮-3-脱氧-磷酸葡糖酸（KDPG）途径存在于缺乏完整EMP途径的微生物中葡萄糖——葡萄糖-6-磷酸——6-磷酸葡糖酸——KDPG。KDPG在KDPG醛缩酶作用下分裂为3-磷酸甘油醛和丙酮酸。前者借助EMP途径形成丙酮酸。总反应：1葡萄糖+NADP++ADP+Pi+NAD+=2丙酮酸+NADH+NADPH+2H++ATP.产能效率低，只产生1分子ATP。TCA循环：大多数酶多存在与细胞质或线粒体基质中，只有琥珀酸脱氢酶位于线粒体内膜或细菌质膜上。生物体中，有机物氧化产生的电子，最终通过呼吸链（电子传递链）等方式递氢，最终与氧气、无机或有机氧化物等氢受体结合，释放其化学能。呼吸链：NADPH—FP（黄素蛋白）—FeS—CoQ—Cytb—Cytc—Cyta—Cyta3—氧气无氧呼吸：呼吸链末端氢受体为外源无机氧化物或有机氧化物的生物氧化。在无氧条件下进行，仅通过部分呼吸链，导致产能效率较低。无氧呼吸类型：硝酸盐呼吸：又称反硝化作用。无氧条件下以硝酸盐为最终氢受体，还原为亚硝酸、NO、N2O直至N2的过程。造成氮肥的损失。硫酸盐呼吸：一类硫酸盐还原细菌（反硫化细菌）的严格厌氧菌采取的方式。以硫酸盐为最终氢受体，还原为H2S。硫呼吸：以无机硫为氢受体还原产生H2S。通常为兼性或专性厌氧菌或古细菌。铁呼吸：将三价铁还原为二价。碳酸盐呼吸：以CO2或碳酸氢盐为氢受体。在产甲烷细菌中还原为甲烷。在产乙酸细菌中还原为乙酸。延胡索酸呼吸：将延胡索酸还原为琥珀酸。广义发酵：利用好氧性或厌氧性微生物来生产有用代谢产物或食品、饮料的依赖生产方式。狭义发酵：在无氧等外源氢受体的条件下，底物脱氢后产生的[H]未经呼吸链而直接传递给某一内源性中间代谢物，以实现底物水平磷酸化产能的一类生物氧化反应。EMP途径丙酮酸出发的发酵：同型乳酸发酵（乳酸）；丙酸发酵（丙酸、琥珀酸、CO2）；混合酸发酵（CO2、H2、甲酸、乙酸）；是甲基红试验阳性的基础。同型酒精发酵（乙醇、CO2）；2，3-丁二醇发酵（2，3-丁二醇）；VP阳性基础。丁酸丁醇发酵（CO2、H2、丁酸、丁醇、丙酮、2-丙醇、乙酸）。由HMP途径出发的发酵：异型乳酸发酵，葡萄糖发酵除产生乳酸外，还产生乙醇、乙酸和CO2等多种产物。包括经典途径（1分子葡萄糖产生1分子的乙醇、乳酸、CO2、水和ATP）；双歧杆菌途径（2分子葡萄糖产3分子乙酸、2分子乳酸和5分子ATP）。由ED途径出发的发酵：细菌酒精发酵。细菌发酵相对与酵母而言，代谢速率、产物转化率更高，菌体生成少、副产物少，不必定期供氧。但生长pH较高，易染杂菌；耐受乙醇的能力低。氨基酸发酵产能（Stickland反应）：以氨基酸兼作碳源、氮源和能源三种功能化合物。可以以一种氨基酸为氢供体，以另一种氨基酸为氢受体进行生物氧化产能的发酵类型。存在于一些厌氧梭菌中，如生孢梭菌。巴斯德效应：酵母发酵时，如果通入氧气将使发酵下降，呼吸作用上升，葡萄糖利用速度降低，酒精生成受抑制。化能自养微生物：通过氧化无机物获得还原二氧化碳所需的ATP和[H]。H2,NO2-,NH4+,H2S和Fe2+等无机物可以在相应的位置加入呼吸链，顺呼吸链可以产生ATP，逆呼吸链可以产生[H]（H2由于氧化还原电位比NAD+要低，可以直接产[H]）。硝化细菌：以氨、亚硝酸等还原态无机氮化合物为能源生长的细菌亚硝化细菌：将氨氧化为亚硝酸。硝化细菌：将亚硝酸氧化为硝酸。常与亚硝化细菌伴生，硝化作用可以避免亚硝酸盐积累产生的毒害作用。硫氧化细菌：利用还原态的硫化合物做能源的细菌。氧化时产生酸（主要是硫酸），是周围环境pH下降。故该菌对酸的耐受力很强。化能自养微生物能量代谢特点：无机物的氧化直接与呼吸链发生关系；呼吸链的组分更多氧化，电子可以从任意组分进入呼吸链。产能效率一般低于化能异养微生物。循环光合磷酸化：在光能的驱动下（菌绿素），电子的循环式传递而完成磷酸化产能反应。电子传递属循环方式产ATP与产[H]分别进行利用还原态无机物或有机物作为氢供体。[H]通过电子逆向传递产生。不产生氧气。不产氧光合作用可利用有毒的H2S或污水中的有机物作为氢供体，可用于污水净化。非循环光合磷酸化：电子传递为非循环式；在有氧条件下进行；有PSI和PSII两个光合系统；反应中可同时产ATP、[H]和氧气；[H]来自于H2O的光解产物H+和电子。嗜盐菌紫膜的光介导ATP合成（紫膜光合磷酸化）：无氧条件下，利用光能造成紫膜蛋白上视黄醛辅基的构象变化，使质子排入膜外，建立质子梯度，驱动ATP合酶合成ATP。两用代谢途径：在分解代谢和合成代谢中均具有功能的代谢途径。如EMP、HMP、TCA。其正逆反应利用不同的酶，有不同的中间代谢物，一般在不同的区域内进行。代谢回补顺序：又称代谢物补偿途径和添补途径。指能补充两用代谢途径中因合成代谢而消耗的中间代谢物的反应。如乙醛酸循环：2丙酮酸=琥珀酸+2CO2，可以补充消耗的TCA中间代谢物。微生物CO2固定的途径：Calvin循环；逆向TCA循环；厌氧乙酰CoA途径；羟基丙酸途径。Calvin循环（核酮糖二磷酸途径或还原性戊糖磷酸循环）：羧化反应：核酮糖-1，5-二磷酸+CO2（核酮糖二磷酸羧化酶）2甘油酸-3-磷酸。还原反应：甘油酸-3-磷酸+ATP+NADPH=甘油醛-3-磷酸+ADP+Pi+NADP。再生反应：10分子甘油醛-3-磷酸通过分子重排，形成6分子核酮糖-5-磷酸，在磷酸核酮糖激酶作用下重生为核酮糖-1，5-二磷酸。2分子甘油醛-3-磷酸形成1分子果糖-6-磷酸。总反应：6CO2+12NAD（P）H2+18ATP——C6H12O6+12NAD（P）+18ADP+18Pi+6H2O。逆向TCA循环：又称还原性TCA循环，从草酰乙酸开始。每次循环加入2个CO2形成一分子乙酰CoA，在固定一份CO2形成丙酮酸。与TCA循环中唯一不同的酶是柠檬酸裂合酶。绿色硫细菌。厌氧乙酰CoA途径：又称活性乙酸途径，为非循环式，存在于一些产乙酸菌、硫酸盐还原菌和产甲烷菌中。关键酶为CO脱氢酶，总反应：2CO2+4H2——CH3COOH+2H2O.羟基丙酸途径：少数绿色非硫细菌利用，在以H2或H2S为电子供体时特有的固定方式。总反应为：2CO2+4[H]+3ATP——乙醛酸+H2O.自生固氮菌：不依赖其他生物独立进行固氮。共生固氮菌：必须与其他生物共生时才能进行固氮。联合固氮菌：必须生活在植物根际、叶面或动物肠道等处才能进行固氮。生物固氮的六要素：ATP供应[H]及其传递载体：铁氧还原蛋白Fd、黄素氧化蛋白Fld传递至固氮酶上。固氮酶：固二氮酶（铁、钼）和固二氮酶还原酶（铁）。底物氮气镁离子严格的厌氧微环境。固氮过程：Fd或Fld向氧化型固二氮酶还原酶的Fe原子提供1个电子；还原型的固二氮酶还原酶与ATP-Mg结合。构象改变。固二氮酶活性中心处Mo与氮结合，并于固二氮酶还原酶-Mg-ATP复合物反应，形成完整的固氮酶。电子从固二氮酶还原酶复合体传递到固二氮酶的Fe原子上。固二氮酶还原酶恢复氧化型，同时ATP水解。重复6次，时固二氮酶释放出2个NH3分子。还原一个N2分子，消耗8个电子，6个还原N，2个产H2.固氮酶同时具有催化氢离子还原为氢气的氢化酶活性，浪费大量[H]。不过固氮菌内存在经典的氢化酶可以将分子氢重新激活，回收一部分[H]和ATP。固氮酶还可以催化乙炔生成乙烯，据此利用气相色谱可以测定固氮酶活力。固氮酶对氧极其敏感，遇氧迅速不可逆失活。故固氮菌存在相应的避氧害机制。好氧性自生固氮菌呼吸保护：利用强呼吸消耗完氧气；构象保护：固氮酶能形成一个无固氮活性但能防止氧害的特殊构象。蓝细菌（放氧性光合生物）分化出特殊的还原性异形胞，其细胞外有外膜，阻止氧气进入；缺乏光合系统II；脱氢酶和氢化酶活性高，使细胞维持还原态；超氧化物歧化酶SOD活性高，解除氧害；呼吸强度高，消耗氧气。非异形胞保护：将光合作用时间与固氮时间分开；群体中部分细胞失去光合系统II；提高过氧化物酶和SOD活性。好氧固氮菌（根瘤菌类菌体）包裹在类菌体周膜内，维持一个良好的氧、氮和营养环境。存在豆血红蛋白，通过氧化态（Fe3+）和还原态（Fe2+）间的变化，起缓冲作用，使游离氧维持在低水平。肽聚糖合成：细胞质中合成由葡萄糖合成N-乙酰葡糖胺-UDP和N-乙酰胞壁酸-UDP。由UDP-N-乙酰胞壁酸合成UDP-N-乙酰胞壁酸五肽（Park核苷酸）。细胞膜中合成“Park”核苷酸由细菌萜醇运载至细胞膜，进一步接上N-乙酰葡糖胺和甘氨酸五肽桥，形成肽聚糖单体。细胞膜外合成肽聚糖单体先通过转糖基作用，使多糖链在横向上延伸一个多糖单位。通过转肽酶的转肽作用，形成两个糖基间的肽侧链和肽桥的交联。抑制细菌细胞壁肽聚糖合成的抗生素：磷霉素：PEP类似物，抑制胞壁酸合成；D-环丝氨酸：D-Ala类似物，抑制短肽链的形成；杆菌肽：阻止C55聚异戊二烯载体脂磷酸的再生。万古霉素：阻止肽聚糖单体移动到肽聚糖生长点上。青霉素：D-Ala-D-Ala的类似物，抑制肽链的交联。次生代谢物：微生物成长到稳定期后，以结构简单、代谢途径明确、产量较大的初生代谢物作前体，通过复杂的次生代谢途径所合成的各种结构复杂的化合物。如抗生素、色素、毒素、生物碱、信息素、生长刺激素、维生素等。次生代谢物合成途径：糖代谢延伸途径：以多糖类、糖苷类、核酸类合成相应抗生素。莽草酸途径：以莽草酸为前体合成氯霉素等抗生素；氨基酸延伸途径：以氨基酸为前体，合成氨基酸、多肽类抗生素。乙酸延伸途径：以乙酸经聚酮酐合成四环素类等抗生素以及黄曲霉毒素等。乙酸经甲羟戊酸合成赤霉素或隐杯伞素毒素。代谢调节在发酵工业中的应用：应用分支代谢途径营养缺陷型菌株解除正常的反馈调节。（赖氨酸、肌苷酸）应用抗反馈调节（对反馈调节不敏感或有抗性）的突变株解除反馈调节。（苏氨酸）控制细胞膜的渗透性，使代谢物渗漏到细胞外不积累，从而解除反馈抑制。可以利用生理手段和细胞膜缺损突变。（谷氨酸）微生物的生长及其控制生长：个体原生质的总量（重量、体积、大小）不断增加的生物过程。繁殖：引起生命个体数量增加的生物过程。微生物学中提到的“生长”一般指群体生长，群体生长=个体生长+个体繁殖。研究微生物生长繁殖的意义：1.评价培养条件、营养物质对微生物生长的影响。2.评价抗菌物质对微生物的影响；3.客观反映微生物生长的规律。测定生长量的方法：直接法：测体积法（粗放）：用刻度离心管将微生物离心后，测沉降量。称重量法（精确）：收集菌体直接称量得到湿重，烘干至恒重后称量为干重。干重一般为湿重的10～20%。间接法：比浊法：用分光光度计（450～650）测定微生物悬浮液的光密度（O.D.值）。生理指标法：微生物的很多生理指标与微生物生长量平行。如测含氮量、含碳量、DNA、RNA、ATP、几丁质等。也可以通过测产酸、产气、耗氧、黏度和产热等指标。计繁殖数：测定处于单细胞状态的细菌和微生物中个体的数量。对于放线菌和霉菌等丝状菌则只能计算其孢子数。计繁殖数方法：直接法：用计数板在光学显微镜下直接计数。得到的是包括死细胞在内的总菌数。可通过活菌染色解决此问题。计数前可用甲醛等物质破坏细菌的运动性，细菌浓度过低时可用滤膜法（滤膜过滤，滤膜经干燥、染色、透明化后，计算膜上细菌）。间接法：平板菌落计数法:浇注平板法和涂布平板法。当样品菌数很低时同样可以采用滤膜法富集，后将膜转到相应的培养基上培养。厌氧菌的计数可采用亨盖特滚筒培养法或半固体深层琼脂法。微生物细胞生长的研究方法：用电子显微镜观察单个细胞的超薄切片使用同步培养技术，是群体中所有个体处于同样的生长或分裂周期中。通过分析群体的生物化学特性变化，间接了解单个细胞。同步生长：通过同步培养的手段使细胞群体中各个个体处于分裂步调一致的生长状态。获得微生物同步生长的方法：环境条件诱导法：氯霉素抑制蛋白质合成；细菌芽孢诱导发芽；藻类细胞的光照、黑暗控制；EDTA或离子载体处理酵母菌；短期热休克法（原生动物）。机械筛选法：利用处于同一生长阶段细胞的体积、大小的相同性。过滤法密度梯度离心法膜洗脱法：吸附在膜上的细菌分裂产生的两个子细胞，一个继续留在膜上，另一个被洗脱液洗出。若滤膜够大，通过收集刚滴下的子细胞培养液即可得到同步生长的细胞。生长曲线：定量描述液体培养基中微生物群体生长规律的实验曲线。分批式培养：培养高程中没有新鲜培养基的加入，也没有内部培养物的移出，最后一次性收获细胞或代谢产物的培养过程。单细胞微生物的典型生长曲线（通常采用测定OD值的方法绘制）：延滞期（迟缓期）：代谢系统适应新环境的需要（合成相应的底物酶、中间代谢产物）。特点：生长速率为0；细胞形态变大或增长；细胞内RNA含量增高，原生质程嗜碱性；合成代谢旺盛；对外界不良环境反应敏感。影响因素：1.菌种；2.接种龄（对数期缩短延滞期）；3.接种量（量大可缩短）；4.培养基成分（营养丰富可缩短）；5.种子损伤度。指数期（对数期）特点：生长速率常数R（微生物每小时的分裂代数）最大，代时（分裂一次所需时间）、倍增时间最短。细胞进行平衡生长，故菌体各部分的成分十分均匀。酶系活跃、代谢旺盛。生长限制因子：处于较低浓度范围内可影响生长速率和菌体产量的营养物。影响因素：1.菌种；2.营养成分；3.营养物浓度；4.培养温度。稳定期（恒定期或最高生长期）特点：生长速率常数R等于零，即处于新繁殖的细胞数与衰亡的细胞数相等，处于正负生长相等的动态平衡之中。菌体产量达到最高。（收获与菌体生长平行的代谢产物的最佳时期）细胞重要的分化调节阶段：积聚糖原等内含物；形成芽孢；合成次生代谢物（稳定期产物）。产生原因：营养物尤其是生长因子耗尽；营养物比例失调；有害代谢产物（酸、醇、毒素、过氧化氢等）的积累；pH、氧化还原电势等物理化学条件越来越不适宜。衰亡期特点：个体死亡速度超过新生速度，R为负值。细胞形态多形化；细胞开始自溶进一步合成或释放次生代谢物释放芽孢。原因：环境对继续生长越来越不利，分解代谢明显超过合成代谢。连续培养（开放培养）：指向培养容器中持续流加新鲜培养液，使微生物的液体培养物长期维持稳定、高速生长状态的一种溢流培养技术。连续培养的原则：分批至指数期后期；以一定速度持续流入新鲜培养基（通入无菌空气）；采用溢流的方式，以同样的流速不断流出培养物。持续生长：持续培养中，微生物长期保持在指数期的平衡生长状态和恒定的生长速率上。连续培养的类型：按控制方式：恒浊连续培养：通过调节培养基流速控制菌体密度不变（内控制），保持细菌最高生长速率，获得菌体或与菌体生长平行的代谢产物。恒化连续培养：控制培养流流速不变（控制某一营养物浓度，使其成为生长限制因子，外控制），获得一定生长速率的均一菌体，常用于实验室研究。按培养器串联级数：单级连续培养：代谢产物的产生速率与菌体生长速率平行。多级连续培养。生产的产物与菌体生长不平行。连续培养的优点：高效节约、自控、产品质量稳定。连续培养的缺点：菌种易退化、易污染，营养物利用率低。高密度培养：指微生物在液体培养条件下细胞群体密度超过常规培养10倍以上时的生长状态或培养技术。需要最佳的培养基成分、适时补料、提高溶解氧含量、防止有害代谢物积累，保持适宜pH。生长温度三基点：最低生长温度、最适生长温度（代时最短、R最高）、最高生长温度。同一微生物的最适生长温度并非其一切生理过程的最适温度。与氧气关系：好氧菌：专性好氧菌：较高浓度氧条件下才能生长。兼性厌氧菌：以有氧条件下的生长为主，也可在厌氧条件下生长。微好氧菌：呼吸产能，较低氧分压下才能生长。厌氧菌：耐氧菌：发酵产能，不需氧，氧无毒害作用。专性厌氧菌：氧对其有毒害作用。专性厌氧微生物缺乏超氧化物歧化酶SOD和过氧化氢酶，所以不能使代谢中产生的O2-歧化为H2O2，因而细胞会受到O2的毒害。某一微生物的生长pH同样存在“三基点”，大多数微生物的生长pH在5～9之间。pH0～5.5为嗜酸性；pH5.5～8.0为嗜中性；pH8.0～14.0为嗜碱性。同一微生物在不同的生长阶段或不同的生理、生化过程中，具有不同的最适pH。pH影响培养基中营养物质的离子化程度，进而影响其吸收；影响代谢反应中酶活性；影响环境中有害物质对微生物的毒性。碳氮比高的培养基（真菌培养基）培养后pH会下降；碳氮比低（细菌培养基）培养后pH上升。“治标”用酸、碱性溶液调节；“治本”可添加碳、氮源，调节通气量。良好微生物培养基的基本条件：按照微生物的生长规律进行科学的设计；能在提供丰富而均匀的营养物质的基础上，保证微生物获得适宜的温度和良好的通气条件（厌氧菌除外）；为微生物提供一个适宜物理化学条件；严防杂菌的污染。好氧菌的固体培养：试管斜面、培养皿琼脂平板，克氏扁瓶，茄子瓶；厌氧菌的固体培养：需要特殊的培养器材、培养基；培养基需加还原剂；高层琼脂柱，厌氧培养皿；厌氧罐；厌氧手套箱；亨盖特滚管技术。液体培养：氧气为限制因子，提高氧浓度措施有1.浅层液体静止培养；2.摇瓶培养；3.深层液体底部通气；4.对培养基进行机械搅拌。好氧菌液体培养：试管；三角瓶浅层液体培养；摇瓶培养；台式发酵罐。厌氧菌液体培养：放入厌氧罐或厌氧手套箱中培养；在培养液中加入有机/无机还原剂；深层培养或在液面封上石蜡油等物质。灭菌：采用强烈的理化因素使任何物体内外部的一切微生物永远丧失生长繁殖能力。消毒：采用较温和的理化因素，仅杀死物体表面、内部一部分对人体或动植物有害的病原菌，而对被消毒者基本无害。防腐：完全抑制霉腐微生物的生长繁殖。化疗：利用具有高度选择毒力的化学物质来抑制宿主体内病原微生物的生长繁殖，借以达到治疗疾病的措施。干热灭菌法：破坏细胞膜，蛋白质变性、原生质干燥，细胞成分氧化变质。火焰灼烧法，烘箱内热空气灭菌法（150～170℃，1～2h）。湿热灭菌法：用高温的水或加压水蒸气进行灭菌；蒸汽传热效果更好，能破坏蛋白质氢键，加速变性。巴氏消毒法：60～85℃处理15s（高温瞬时法：72~85℃）至30min(低温维持法：63℃)。煮沸消毒间歇灭菌：适用于不耐热的培养基灭菌，杀死芽孢；80～100℃，15～60min，37℃保温过夜，重复3天。常规加压蒸汽灭菌：121℃（1kg/cm2）15～20min；或115℃（0.7kg/cm2）35min。连续加压蒸汽灭菌：工厂大批培养基灭菌；让培养基在管道的流动过程中快速升温（125～140℃）、维持（5～15s）和冷却，然后流进发酵罐。热死时间：某种温度下，杀死某微生物的水悬浮液群体所需的最短时间。热死温度：一定时间内（10min），杀死某微生物的水悬浮液群体所需的最低温度。影响加压蒸汽灭菌的因素：1.含菌量；2.灭菌锅内空气排除程度；3.灭菌对象pH，低于6.0，易死亡。4.灭菌对象体积；5.加热与散热速度。高温对培养基影响：形成沉淀物；破坏营养，提高色泽，产生毒素；改变pH；降低培养基浓度。过滤除菌：空气和不耐热的液体培养基的灭菌。最低抑制浓度MIC：在一定条件下，某化学药剂完全抑制特定微生物生长时的最低浓度。（评价药效强弱）。半致死剂量LD50：在一定条件下，某化学药剂能杀死50%试验动物时的剂量（评价毒性强弱）。最低致死剂量：在一定条件下，某化学药剂能引起试验动物全部死亡的最低剂量（毒性强弱）。表面消毒剂：对一切活细胞、病毒粒、生物大分子都有毒性，不能用于活细胞或机体内治疗的化学药剂。适用于传播媒介的病原体消除。石炭酸系数：在一定时间内被试药剂能杀死全部供试菌的最高稀释度和达到同校的石炭酸（临床最早使用的消毒剂）的最高稀释度的比率。一般时间为10min，对象为伤寒沙门氏菌。抗代谢药物：又称代谢拮抗物或代谢类似物，指在化学结构上与细胞内必要代谢物相似，可干扰正常代谢活动的化学物质。通过竞争酶活性中心；取代正常底物产生无活性产物；假冒产物引起反馈调节等方式起作用。磺胺药物（最早发现）是叶酸组分对氨基苯甲酸的结构类似物，通过抑制叶酸合成抑制细菌生长。由于人体自身不能合成叶酸，故对人体无害。抗生素的活力称为效价，一般用“单位”unit表示。各种抗生素的1mg游离碱=1000单位。测定效价的生物学方法：稀释法、比浊法、扩散法。半合成抗生素：对天然抗生素的结构进行人为改造后的抗生素。生物药物素：除抗生素外的具有多种生理活性的微生物其他次生代谢物。包括酶抑制剂、免疫调节剂、受体拮抗剂和抗氧化剂等。细菌抗药性的机制：产生使药物失活的酶；修饰和改变药物作用的靶位；形成“救护途径”，即改变受药物阻断的途径，产生同样的产物。是药物不能通过细胞膜。通过主动外排系统把进入细胞的药物泵出细胞外。微生物生态学不同生物之间的相互作用：正作用：互利共栖：白蚁与肠道内鞭毛虫的共栖。原始合作（protocooperation）：两种生物在一起生活，双方都能获利。但分开后各自都能独立生活。偏利共栖：两个物种生活在一起，对一方有益，对另一方无利也无害的共生现象。生物膜形成，一种类型的微生物在新暴露的表面定居后，后来的微生物可以在其上生存。负作用：捕食寄生：一般指一种小型生物生活在另一种较大型生物的体内或体表，从中夺取营养并进行生长繁殖，同时使后者受损甚至死亡的相互关系。偏害共栖：一种生物对另一种生物产生负影响。一般通过释放特殊的化合物（抗生素）实现。竞争：不同微生物争夺相同的资源时发生。互养共栖/互生（syntrophism）：一种生物依赖相邻另一种生物的代谢产物生活。如产甲烷细菌与一类杆菌的互生。竞争排斥原理：生态学（或生态位）上相同的两个物种不可能在同一地区内共存。一种微生物与其他微生物或环境作用时，在生物群落水平将会引起一系列反馈应答，进而影响更大的生态系统的其他部分。氮循环：生物固氮：大气中分子氮通过微生物的固氮酶的催化而还原成氨的过程。硝化作用：亚硝化细菌将氨氧化为亚硝酸；硝化细菌将亚硝酸氧化为硝酸。同化性硝酸盐还原作用：硝酸盐被生物体还原成铵盐并进一步合成各种含氮有机物的过程。氨化作用：含氮有机物经微生物分解而产生氨的作用。铵盐同化作用：以铵盐为营养，合成氨基酸等有机含氮物的作用。异化性硝酸盐还原作用：指硝酸离子作为呼吸链末端电子受体还原为亚硝酸的过程。反硝化作用：又称脱氮作用，指硝酸盐转化为气态氮化物（N2和N2O）的作用。碳素循环：碳固定通过光能自养型和化能自养型微生物的活动完成。甲烷通过产甲烷作用利用无机底物（CO2和H2）或有机物产生。通过CO氧化细菌的作用，汽车、工业来源的CO回到碳循环。有机碳通过呼吸作用转化为CO2微生物在有氧条件和厌氧条件下分解复杂有机物形成不同的产物。以有机碳为例，前者最终往往产生二氧化碳；后者往往产生甲烷。硫循环：同化性硫酸盐还原作用：指硫酸盐经还原后，最终以巯基的形式固定在蛋白质中。脱硫作用：在无氧条件下，将含硫有机物生产为H2S等含硫气体的作用。硫化作用：即H2S或S0被微生物氧化为硫或硫酸的作用。异化性硫酸盐还原作用：指硫酸作为厌氧呼吸链末端氢受体被还原为亚硫酸或H2S的过程。异化性硫还原作用：指硫被还原为硫化氢的过程。铁循环：除了亚铁离子的氧化和铁离子的还原外，由趋磁细菌作用形成的四氧化三铁也很重要。土壤有机物主要由维管植物贡献，除此外，藻类、蓝细菌和光合作用细菌也能提供有机物，特别是在沙漠环境中。生物群落对无机地质材料进行改造从而促进土壤形成。土壤的一个特性是“非水饱和”，这导致氧气可穿透进入土壤的孔道和缝隙。使土壤与氧气形成紧密的实际接触。土壤颗粒表面水薄膜中的微生物能够较好的获得氧气，而在充满水分的区域获得氧气受限制，形成的是微型的水生环境。细菌一般以独立的微小菌落存在与有薄水膜覆盖的土壤表层和孔隙内部。丝状真菌在土壤颗粒以上或其间生长。原生动物在水膜中游动吞噬细菌。土壤为微生物中只有一小部分可以人工进行培养。水生环境的一个重要特征是物质（气态、固态或溶解态）的流动比物质浓度的变化更加显著。水中营养物质、氧气以及废物的混合和流动是微生物群落的决定因素。氧气在水中的扩散速度只有空气中的1/4000，进入水体后能被微生物离哟个的氧气浓度会更低。高温和低压条件下氧气的溶解度进一步降低。大气能够影响水的物理性质，可溶性CO2的量，以及其与碳酸氢盐离子和碳酸盐离子间的平衡可以影响水的pH。Winogradsky柱：使用淤泥填充，表面覆盖有一层水的柱子。发酵产物和硫化物从柱子的还原态较低的区域（底部）向上移动，氧气从表面渗透。创造了一个类似于有丰富营养沉积物湖泊的条件。营养物在原生动物、细菌、浮游动物内的循环（微生物循环）降低了生态系统生产力。水生微生物群落：超微细菌（海洋和土壤系统中的优势种）；具有游动孢子的真菌（卵菌纲和壶菌）；古生菌；病毒。在水表层以下的区域，古生菌构成了能观察到的浮游生物的主要部分。森林土壤原核生物的数目远比其它类型的土壤少。非固结亚表面的定义为陆地生境8m以下以及海洋底泥10cm以下。其含有的原核生物数量可能超过生物圈其他地区的数量。地球大部分的原核生物位于开放海洋、土壤和亚表面。其中开放海洋每年产生的原核生物量最多。原核生物巨大的种群规模以及快速的生长提供了产生遗传多样性的巨大潜能。微生物分类：分类：根据相互间的相似性或进化亲缘性将生物归类。命名：给予分类类群单元与公布规则相符的名称。分类学的重要性：有利于人们组织生物有关的大量知识；有利于基于相似生物的知识，进行推测和框架设想；有利于学者之间的交流；有利于微生物的精确鉴定。原核生物的种是根据表型和基因型的不同来定义，一个原核生物的种是菌株的一个集合，这批菌株有许多共同的稳定的特征并与其他菌株有显著的区别。自然分类系统；表型分类系统;系统发育分类系统(建立在进化关系上).分类中使用的特征：经典特征：形态特征：细胞形态、大小、菌落形态、染色、纤毛和鞭毛等。生理和代谢特征：碳源、氮源、发酵产物、适生温度等。生态特征：共生关系、对环境要求、致病能力等。遗传分析：菌株间转化、结合。质粒。分子特征：蛋白质氨基酸序列比较。（直接比较、免疫学技术、酶等）GC含量。（解链温度、层析分析、氯化铯密度梯度离心）基因组杂交（同一物质>70%，同属>=20~30%，不相干<10%）.核酸测序（16SrRNA，全基因组）。多相分类学，利用尽可能多的来自表型和基因型的信息进行分类。《伯杰氏手册》不是正式分类，而仅仅是当时最一致的观点。《伯杰氏系统细菌手册》第一版主要以表型为基础的分类，第二部主要根据系统发育分类关系，将原核生物分为25个门。微生物的遗传变异和育种遗传型：又称基因型，指某一生物个体所含有的全部遗传因子，即基因的总和。表型：指某一生物所具有的一切外表特征及内在特征的总和。是遗传型在合适环境下的具体表现。变异：生物体在外因或内因作用下所引起的遗传物质结构或数量的改变。特点是出现频率低，形状变化大，变化稳定可遗传。饰变：一种不涉及遗传物质结构改变而只发生在转录、翻译水平上的表型变化。特点是暂时性，不可遗传，表现为全部个体的行为。证明遗传物质基础的经典实验：肺炎双球菌转化实验：S型有荚膜，具有致病性；R菌无荚膜，无致病性。证明DNA是转化因子。T2噬菌体感染实验：噬菌体进入细菌过程中，只有DNA进入，蛋白质外壳被抛弃。DNA是噬菌体的遗传物质基础植物病毒的重建实验：裸露RNA感染植物后可以获得完整的病毒粒子。将RMV的RNA放入HRV病毒的蛋白质外壳中侵染后最终也是得到TMV病毒粒子。证明RNA也是遗传物质基础。朊病毒：具有传染性的蛋白质致病因子。将正常蛋白折叠为病变形态。基因组：存在于细胞内或病毒中的所有基因。大肠杆菌基因组：遗传信息连续性；功能相关的结构基因组成操纵子结构；结构基因单拷贝，rRNA基因多拷贝；基因组重复序列相对真核生物少而短。啤酒酵母基因组：存在核小体；有内含子；高度重复。詹氏甲烷球菌基因组：第一个古细菌测序；只有40%基因与其他而界生物有同源性；负责信息传递功能的基因类似真核生物；RNA聚合酶的亚基与序列与真核生物类似；基本无内含子类似细菌。质粒：独立于染色体外，能进行自主复制的细胞质遗传因子，为共价、闭合、环状超螺旋dsDNA。质粒特征：非必要遗传物质；大小、数量不一；一般大质粒拷贝数少，小质粒拷贝数多；属于同一组具有共同阻遏物的质粒不能共存；具有可转移性；可整合性；一定条件下可整合到染色DNA上，亦可重新脱离。可重组性：不同质粒间或与染色体间的基因可进行交换，形成新质粒。经高温、吖啶橙或丝裂霉素C等可以消除质粒。相对与染色体DNA具有较高的耐碱性（可用于分离）。转座因子：细胞中能改变自身位置的一段DNA序列。插入序列IS：最简单的转座因子，只含编码转座所必需的转座酶基因。具有反向末端重复序列。转座子Tn：又称易位子；含有转座相关的基因和末端反向重复序列；中间携带1个或几个结构基因。复杂转座子：两端为顺向或反向重复，含有抗性基因或其他基因。Mu噬菌体遗传图谱：以与IS或Tn类似的方式插入寄主染色体DNA，两端是宿主DNA序列。每个噬菌体结合不同的宿主DNA序列。基因重组：两个不同来源的遗传物质进行交换，经过基因的重新组合，新城新的基因型的过程。细菌基因重组包括转化、转导、接合三个方式。转化：同源或异源的游离DNA分子，被自然或人工感受态细胞摄取，并得到表到的水平方向的基因转移过程。感受态细胞：处于容易接受外源DNA片段的生理状态的受体菌。感受态因子：调节感受态的一类特异蛋白，包括膜相关DNA结合蛋白，细胞壁自溶素和集中核酸酶。自然转化：外源的DNA分子与感受态细胞膜表面蛋白结合，以ssDNA形式进入细胞，最终与染色体DNA上的同源片段配对结合，形成杂交DNA片段。开始表达。涉及的蛋白：感受态因子，感受态特异蛋白，DNA结合蛋白，核酸酶等。人工转化：1.热激，高浓度Ca2+处理使细胞进入感受态；2.电穿孔法，高压脉冲电流击破细胞膜转导：以缺陷噬菌体为媒介，把外源DNA片段携带到受体细胞中，通过交换与整合，使细胞获得新的遗传形状的方法。普遍性转导：细菌的任何基因都能从供体转移到受体，并且所有的细菌基因都能以相同的频率转移。利用的是完整噬菌体复制装配时的误包。专性转导：又称局限性转导，利用部分缺陷噬菌体，将特定基因与噬菌体DNA共价结合。随噬菌体DNA一起复制、包装以及被导入受体细胞。接合：通过细胞与细胞的直接接触而产生的遗传信息的转移和重组过程。F质粒决定大肠杆菌的性别，带有F质粒的为雄性F+，不带有的为雌性F-。高频重组菌株Hfr：F质粒插入到核染色体上，发生重组频率高。可将部分或全部细菌染色体传递给F-。F’菌株：F质粒上携带有宿主染色体的部分基因。这部分基因可随F’质粒移动到受体细胞中。不需整合即可表达。这种方式称为F质粒转导，也称性导。中断杂交（接合中断法）：在Hfr与F-结合过程中，在不同时期人为使接合中断，根据F-中出现Hfr菌株中各性状的早晚，可以画出完整的环状染色体图。微生物有性生殖：亲本质配——核配——减数分裂——有丝分裂。真菌的性亲和性：真菌的有性生殖过程中存在性别调控机制。通常有性生殖导致的遗传变异的范围取决于近亲交配或远源交配的程度。同宗交配：雌雄同株的真菌自交能育；交配因子存在于同一染色体上，不需经过两个不同菌株的菌丝的交配就能完成性生活史。异宗交配：两个同核个体（互补）间专一性结合，自交不孕。单核不携带有性生猪所需的全部基因。准性生殖：真菌不通过减数分裂而导致低频率基因重组的生殖方式。过程为：质配异核体形成——杂合二倍体形成——有丝分裂过程中染色体发生交换和单倍体化，形成单倍体杂合子。酵母菌2um质粒：只携带与复制和重组有关的4个蛋白的基因，可应用于：染色体基因定位及基因工程载体；研究真核基因调控和染色体复制模型；细菌和酵母菌间穿梭的双功能克隆载体。同义突变：碱基的变化没有引起氨基酸序列的改变。错义突变：碱基序列的改变引起产物氨基酸的改变。无义突变：碱基的变化导致代表某种氨基酸的密码子变为终止密码子，蛋白质合成提前终止。移码突变：DNA序列发生1-2个核苷酸的缺失或插入，导致翻译的框架改变，使改变位置以后的氨基酸序列完全变化。营养缺陷型：一种缺乏合成其生产所必须的营养物的突变型。只能从外界获得这种营养或其前体。条件致死突变型：指菌株或病毒在某一条件下可以正常生长、繁殖；在另一条件下无法生长和繁殖。如温度敏感突变株。形态突变型：由于突变而产生的个体或群体形态所发生的非选择性突变。突变的特点：非对应性；自发性；稀有性；规律性；独立性；遗传和回复性；可诱变性。诱变剂：能提高突变率的物理、化学和生物因子。常规诱变育种：物理：紫外线（最方便且有效）、激光、电离辐射等。化学诱变剂；突变数量大，经济；大部分具有致癌性。诱变育种步骤：出发菌株的选择（野生型或生产选择得到的，最好是单倍体单核，避免同一诱变剂多次处理。）处理菌悬液的制备（单细胞、单孢子状态的、活力类似的菌悬液）诱变处理中间培养（变异处理后细胞在液体培养基中繁殖几代）分离和筛选（以精确性为主）原生质体融合技术：将遗传性状不同的两种菌融合为一个新细胞的过程。包括原生质体制备、融合及再生、融合子的选择三个阶段。艾姆斯试验（Amestest）：利用细菌营养缺陷型的回复突变来检测环境或食品中是否存在化学致癌剂的方法。平板无菌落产生说明无诱变剂；纸片周围出现抑制圈，圈外有菌生长，说明有高浓度诱变剂；纸片周围有大量菌落，说明有适宜浓度诱变剂。“生物化学统一性”法则:人和细菌在DNA结构及特性上一致，是微生物突变的诱变剂同样对人有效。诱变剂的共性原则：化学药剂对细菌的诱变率与其对动物的致癌性成正比。菌种的衰退：菌种在培养或保存过程中，由于自发突变的存在，出现某些优良生产性状劣化、遗传标记的丢失的现象。一般与基因突变和分离现象有关。菌种的复壮：使衰退的菌种恢复原来的优良性状。狭义复壮是从已衰退群体中筛选出未衰退个体；广义复壮是在衰退前就有意识的经常测定、筛选出高性能个体。复壮措施：纯种分离通过寄主体内生长进行复壮。淘汰已衰退的个体采取有效的菌种保藏方法。防治菌种衰退的方法：控制传代次数选择合适的培养条件采用不同类型的细胞进行传代。（如丝状微生物的单核孢子）采用有效的菌种保藏方法。菌种保藏：选择优良的纯种（最好是休眠体），创造降低微生物代谢活动强度，生长繁殖受抑制，难以发生突变的环境条件（干燥、低温、缺氧、缺营养、添加保护剂）。菌种保藏基本要求：不死、不变、不乱。生活态保藏：培养基传代培养或寄主传代培养。冷冻保藏：最简单、最有效的方法；冷冻温度越低效果越好。通常需加入一定的冷冻保护剂，控制好冷冻和解冻速度。普通冷冻保藏技术：-20℃保藏，可维持微生物活力1～2年，保藏时应严格密封，解冻后培养物不宜再度保藏。超低温冷冻保藏技术（-60～-80℃）：需加入等体积的20%甘油或10%二甲亚砜。冷冻速度一般为1～2℃/min。可维持5年。液氮冷冻保藏技术：使用10%甘油或5%二甲亚砜保护。冷干保藏：通过在减压条件下是冻结的细胞中的水分升华，使培养物干燥。是微生物菌种长期保藏的最为有效的方法。必须使用脱脂乳、蔗糖、动物血清等冷冻保护剂。可保藏10年。矿物油中浸没保藏：将琼脂斜面或液体培养物浸入矿物油中于室温下保藏。基因工程菌应保藏在含低浓度选择剂（抗生素等）的培养基中微生物的侵染与免疫微生物引起人或动物等宿主发生疾病的性质与能力称为致病性。毒力是反映微生物致病性高低的指标，用LD50表示。是菌体对宿主的吸附、侵入、定居、生长和繁殖，扩散、对宿主防御的抵抗、以及产生毒素等一系列能力的总和。侵袭力：指病原体所具有的突破宿主防御功能，并在其中进行生长繁殖和实现蔓延扩散的能力。吸附：借助于黏附素与寄主细胞表面受体实现粘附作用。扩散：包括直接扩散、淋巴扩散、血液扩散。与胞外酶（透明质酸酶、胶原酶、血浆凝固酶、血纤维蛋白溶酶、卵磷脂酶等有关）抵抗宿主防御功能：荚膜、细胞壁M蛋白可以抵抗吞噬。杀白细胞素可以诱发巨噬细胞自溶。微生物侵入途径：消化道、呼吸道、皮肤创口、泌尿生殖道。外毒素：以革兰氏阳性菌为主；蛋白质；随时分泌；完全抗原，抗原性强；毒性强；能制成类毒素，热稳定性差。内毒素：革兰氏阴性菌；脂多糖LPS；死菌溶解释放；不完全抗原，抗原性弱；毒性弱；不能制成类毒素，热稳定性强。类毒素：经处理使毒性丧失，但仍保持抗原性的外毒素。隐性传染：宿主免疫力强，病原体毒力弱，数量少；感染后只引起轻微伤害，很快被消灭，基本不表现临床症状。带菌状态：病原体被限制与某一局部且无法大量繁殖。与宿主长期处于僵持状态。显性传染：宿主免疫力低，病原体毒性强，数量多；感染后无法立刻被消灭，引起严重伤害，出现临床症状。急性传染：病程仅数日至数周，多为细胞外寄生物引起。（霍乱）慢性传染：病程长达数月至数年，多为细胞内寄生物引起。（结核病、麻风病）。非特异性免疫：宿主的屏障结构、吞噬细胞的吞噬功能、正常组织和体液中的抗菌物质、保护性的炎症反应。屏障结构：皮肤、黏膜屏障（机械性阻挡、酸、溶菌酶的化学抗菌作用、正常菌群的拮抗作用）；血脑屏障；血胎屏障等。自然杀伤细胞：不依赖抗体，不需要抗原致敏即可杀伤靶细胞的淋巴细胞。识别不具有主要组织相容性复合体MHC的靶细胞。补体：除直接攻击病原体外，还可释放蛋白水解酶趋化因子，具有免疫粘附，中和病毒和产生过敏素加强炎症反应的功能。干扰素：能够抑制病毒在细胞内的增殖；具有免疫调节作用（加强吞噬作用，增强NK、T细胞活力）；对癌细胞的杀伤作用。乙型溶素：富含赖氨酸的多肽，溶解革兰氏阳性菌。特异性免疫：机体在接触病原体或异物后产生的针对性的特殊免疫能力。不可遗传，具有高度特异性，记忆性与耐受性。变应原：引起速发型超敏反应的抗原。耐受原：诱导产生免疫耐受