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1、微生物基本知识,提纲,1.概述2.微生物的五大共性3.微生物的形态和结构4.微生物的营养和培养基5.微生物的生长及其控制6.制药工业微生物的控制,概述一、微生物（microorganism，microbe）是一切肉眼看不见或看不清楚的微小生物的总称它们是一些个体微小（0.1mm）、构造简单的低等生物，包括属于原核类的细菌、放线菌、支原体、立克次氏体、衣原体和蓝细菌（过去称蓝藻或蓝绿藻），属于真核类的真菌（酵母菌和霉菌）、原生动物和显微藻类，以及属于非细胞类的病毒、类病毒和朊病毒等。,二、人类对微生物世界的认识过程（一）一个难以认识的微生物世界人类对动植物的认识，可以追溯到人类的出现。可是，对数

2、量庞大、分布广泛并始终包围在人体内外的微生物却长期缺乏认识，原因主要有以下四个方面。（1）个体微小一般地说，人眼对小于1mm的物体就看不清楚了，而微生物的大小多数是在几m至几十m范围内，因此就无法发现或辨认它们。（2）外貌不显微生物的个体（细胞）虽看不见，但是由无数个体组成的群体（菌落或菌苔）却是可见的。然而，各种微生物群体的外形往往平淡无奇、不甚显目，因此，对其作用就极易忽略。（3）杂居混生微生物在自然条件下都是杂居混生在一起的，因此，在发明对其中各纯种微生物可进行分离、培养的技术前，是无法知道各种微生物对自然界和人类的真正作用的。（4）因果难联由于微生物具有生长繁殖速度快和代谢活力强等特点

3、，因此，当人体或动植物体处在病原微生物感染的早期时，一般并不会引起人们的警觉。一旦事态突然严重时，对于一些没有较深刻的微生物学知识的人来说，也不会真正理解这竟然是微生物生命活动的结果，因此容易遭到损失。在非病原微生物引起的各种生物化学变化（如发酵、腐败等）中，也有同样的情况。微生物学历史发展的早期，就是围绕着如何克服这四大障碍而开展各种研究工作的。,当人们还处于对微生物世界的无知状态时，对待眼前的微生物往往表现出“视而不见、嗅而不闻、触而不觉、食而不察、得其益而不感其好、受其害而不知其恶”的愚昧状态。这从人类历史上曾遭受多次严重的瘟疫流行的事实而得到充分的证明。如鼠疫（黑死病）、天花、麻风、梅

4、毒和肺结核（白疫）的大流行等，直至今天，也还有爱滋病等新的严重的传染病在出现和流行。其中的鼠疫更是猖獗。当公元6世纪鼠疫在地球上第一次大流行时，曾危及埃及、土耳其、意大利和阿富汗等国家和地区，死亡人数约1亿人；第二次（14世纪）流行时，欧洲约死2500万人口，亚洲约死4000万（其中中国约1300万）；上世纪末至本世纪初的第三次流行，发生在香港和印度北部地区，死亡人数约100万。这三次全球性杀人不见血的流行病共殃及近2亿人口，比死亡最惨重的第二次世界大战（约死亡1.1亿）还多！植物病原微生物对农作物的危害也有类似的情况。例如，19世纪中叶，由于第一次“绿色革命”的结果，在欧洲普遍只种植单一的高

5、产粮食作物马铃薯。在18431847年间由于气候异常，致使欧洲发生马铃薯晚疫病的大流行，毁灭了56的马铃薯，个别地方甚至颗粒无收。当时爱尔兰的800万人口中，有近100万人直接饿死或间接病死，并有164万人逃往北美谋生。,（二）人类揭开微生物世界奥秘的历史微生物学的发展历史可分为五个时期，现简述如下。1史前期史前期是指人类还未见到微生物个体尤其是细菌细胞前的一段漫长的历史时期，大约在距今8000年前一直至公元1676年间。当时的人类虽未见到微生物的个体，却自发地与微生物频繁地打交道，并凭自己的经验在实践中开展利用有益微生物和防治有害微生物的活动。但由于在思想方法上长期停留在“实践实践实践”的基

6、础上，因此只能长期处于低水平的应用阶段。2.初创期从1676年列文虎克用自制的单式显微镜观察到细菌的个体起，直至1861年近200年的时间。在这一时期中，人们对微生物的研究仅停留在形态描述的低级水平上，而对它们的生理活动及其与人类实践活动的关系却未加研究，因此，微生物学作为一门学科在当时还未形成。3奠基期本时期的代表人物主要是法国的巴斯德（L.Pasteur，18221895）和德国的科赫（R.Koch，18431910），他们可分别称为微生物学的奠基人和细菌学的奠基人。4发展期1897年德国人EBuchner用无细胞酵母菌压榨汁中的“酒化酶”（zymase）对葡萄糖进行酒精发酵成功，从而开创

7、了微生物生化研究的新时代。此后，微生物生理、代谢研究就蓬勃开展了起来。5成熟期成熟期从1953年4月25日JDWatson和HFCCrick在英国的自然杂志上发表关于DNA结构的双螺旋模型起，整个生命科学就进入了分子生物学研究的新阶段，同样也是微生物学发展史上成熟期到来的标志。,三、微生物学的发展促进了人类的进步（一）在医疗保健战线上的六大“战役（二）微生物在工业发展过程中的六个里程碑1自然发酵与食品、饮料的酿造世界各国劳动人民在其各自的生产实践中，逐步学会了利用有益微生物在自然接种和混菌发酵的条件下来酿造自己喜爱的风味食品和饮料，例如酒、酱、醋、泡菜、豆豉、酸牛奶、干酪和面包等。2罐头保藏1

8、804年，法国厨师NAppert经过10年试验后，发明了食品的玻璃瓶罐藏技术，从而为食物的消毒灭菌和长期保藏找到了一种较为有效的方法。3厌氧纯种发酵技术本世纪初，在工业发酵的早期，人们首先发展了不需通气搅拌等复杂装置的厌氧纯种发酵技术，利用它来进行乙醇、丙酮、丁醇、乳酸或甘油生产。4深层液体通气搅拌培养40年代初，由于青霉素发酵的推动，促进了大规模液体深层通气搅拌培养技术的发展，从此，在工业发酵中占据主要地位的好氧发酵获得了飞速的发展，于是，抗生素、有机酸和酶制剂等发酵工业终于在世界各地蓬勃地建立起来了。5代谢调控理论在发酵工业上的应用从50年代中期起，由于对微生物代谢途径和调控研究的逐步深入

9、，在发酵工业上找到了能突破微生物代谢调控以累积有用代谢产物的手段，并很快用于大规模工业生产上，例如谷氨酸（1956）和核苷酸类物质肌苷酸（1966）的发酵生产等。6生物工程的兴起,（三）微生物学促进了农业的进步微生物在农业生产中有多方面的应用，从而促进了大农业（农、林、牧、副、渔）的发展，如以菌治虫，以菌治病，以菌治草（微生物治草剂）；以菌增肥，以菌促长（如赤霉素等促进植物生长）；以菌当饲料（包括饵料）；以菌当药物（药用真菌）；以菌当蔬菜（食用菌）；以及以菌产沼气等。（四）微生物与生态和环境保护的关系从微生物是食物链中的主要环节、污水处理中的中心角色、生态农业中的重要措施以及自然界物质循环中的

10、关键作用等多方面，都可看到微生物在生态和环境保护中所起的重要作用（五）微生物学对生物学基础理论研究的贡献,微生物的五大共性在整个生物界中，各种生物的体形大小相差极大。植物界中最大的是一种红杉，可高达350m，动物界中的蓝鲸竟长达34m，而最小的病毒如双生病毒只有1218nm长。体形大小上的量变达到某一限度，就会引起一系列其他性状的质变。微生物一般就是指体长在0.1mm以下的任何生物。生物界体形的大小可以从以下标尺上看出。微生物由于其体形都极其微小，因而带来了以下的五个共性，即体积小，面积大；吸收多，转化快；生长旺，繁殖快；适应强，易变异；分布广，种类多。现分别加以讨论。,体积小，面积大任何定体

11、积的物体，如对其进行三维切割，则切割的次数越多，所产生的颗粒数目也越多，颗粒的体积就越小。这时，如把所有颗粒的总面积相加，则其数目将极其可观。若称单位体积所占有的面积（即“面积/体积”）为比面值，则随着物体的体积缩小，其比面值就随之增大。例如，一个典型的球菌，其体积仅1m3左右，可是，其比面值却极大。这样一个小体积大面积的系统，就是微生物与一切大型生物相区别的关键所在，也是赋于微生物具有五大共性的本质所在。表1-1具体地描述了一个1cm3的物体经不断三维分割后，其比面值急剧增大的实际数据。体积小、面积大是微生物五大共性的基础，由它可发展出一系列其他共性，因为一个小体积大面积系统必然有一个巨大的

12、营养物吸收面、代谢废物的排泄面和环境信息的接受面。,吸收多，转化快有资料表明，发酵乳糖的细菌在1小时内可分解其自重100010000倍的乳糖；Candidautilis（产朊假丝酵母）合成蛋白质的能力比大豆强100倍，比食用公牛强10万倍；一些微生物在呼吸速率方面比高等动植物组织也强得多。,微生物的这个特性为它们的高速生长繁殖和产生大量代谢产物提供了充分的物质基础，从而使微生物有可能更好地发挥“活的化工厂”的作用。人类对微生物的利用，主要体现在它们的生物化学转化能力。,生长旺，繁殖快微生物具有极高的生长和繁殖速度。一种至今被人们研究得最透彻的生物Escherichiacoli（大肠埃希氏菌，简

13、称大肠杆菌），其细胞在合适的生长条件下，每分裂1次的时间是12.520.0分钟。如按20分钟分裂1次计，则每小时可分裂3次，每昼夜可分裂72次，后代数为：4722366500万亿个（重约4722吨），48小时为2.21043个（约等于4000个地球之重）。事实上，由于种种客观条件的限制，细菌的指数分裂速度只能维持数小时，因而在液体培养基中，细菌细胞的浓度一般仅能达到108109个每毫升左右。现将若干有代表性微生物的代时（generationtime，分裂1次所需时间）和每日增殖率列在表1-3中。,微生物的这一特性在发酵工业上具有重要的实践意义，主要体现在它的生产效率高、发酵周期短上。例如，生产

14、用作发面鲜酵母的Saccharomycescerevisiae（酿酒酵母），其繁殖速度不算太高（2小时分裂1次），但在单罐发酵时，几乎每12小时即可“收获”1次，每年可“收获”数百次，这是其他任何农作物所不可能达到的“复种指数”。这对缓和人类面临的人口增长与食物供应矛盾也有着重大的意义。例如，500kg重的食用公牛，每昼夜只能从食物中“浓缩”0.5kg重的蛋白质，而同样重的酵母菌，只要以质量较次的糖液（如糖蜜）和氨水为主要养料，在24小时内即可真正合成50000kg的优良蛋白质。另外，生长旺、繁殖快的特性对生物学基本理论的研究也带来极大的优越性它使科研周期大大缩短、经费减少、效率提高。当然，对

15、于危害人、畜和植物等的病原微生物或使物品发生霉腐的霉腐微生物来说，它们的这个特性就会给人类带来极大的麻烦甚至严重的祸害，因而需要认真对待。,适应强，易变异适应性微生物有极其灵活的适应性，这是高等动、植物所无法比拟的。其原因主要也是因为其体积小和面积大。据估计，一个微球菌（Micrococcussp.）的细胞仅能容纳10万个蛋白质分子，而一个体积比球菌稍大一些的E.coli细胞却含有20003000种不同蛋白质。因此，细胞内那些暂时用不着的蛋白质不能总是贮存着。为适应多变的环境条件，微生物在其长期的进化过程中就产生了许多灵活的代谢调控机制，并有种类很多的诱导酶（可占细胞蛋白质含量的10）。微生物

16、对环境条件尤其是恶劣的“极端环境”所具有的惊人适应力，堪称生物界之最。例如在海洋深处的某些硫细菌可在250甚至在300的高温条件下正常生长；大多数细菌能耐0-196（液氮）的任何低温，甚至在-253（液态氢）下仍能保持生命；一些嗜盐菌甚至能在32的饱和盐水中正常生活；许多微生物尤其是产芽孢的细菌可在干燥条件下保藏几十年、几百年甚至上千年；,Thiobacillusthiooxidans（氧化硫硫杆菌）是耐酸菌的典型，它的一些菌株能生长在510（0.51.0molL，pH0.5）的H2SO4中；有些耐碱的微生物如Thiobacillusdenitrificans（脱氮硫杆菌）的生长最高pH值为1

17、0.7，有些青霉和曲霉也能在pH911的碱性条件下生长；在抗辐射能力方面，人和哺乳动物的辐射半致死剂量低于1000R，E.coli为10000R，酵母菌为30000R，原生动物为100000R，而抗辐射力最强的生物Micrococcusra-diodurans*（耐辐射微球菌）则达到750000R；在抗静水压方面，酵母菌为500个大气压，某些细菌、霉菌为3000个大气压，植物病毒可抗5000个大气压。地球上大洋最深处为关岛附近的马里亚纳海沟，那里的水深达11034m，压力约为1103.4个大气压，可是，仍有细菌生存着；此外，耐缺氧、耐毒物等特性在微生物中也是极为常见的。,变异性微生物的个体一般

18、都是单细胞、简单多细胞或非细胞的，它们通常都是单倍体，加之它们具有繁殖快、数量多和与外界环境直接接触等原因，即使其变异的频率十分低（一般为10-510-10），也可在短时间内产生大量变异的后代。最常见的变异形式是基因突变，它可以涉及到任何性状，诸如形态构造、代谢途径、生理类型、各种抗性、抗原性以及代谢产物的质或量的变异等。以下仅举两例来说明它们变异之大。青霉素1943年刚问世时，对Staphylococcusau-reus（金黄色葡萄球菌）的最低制菌浓度为0.02gml，过了几年，制菌浓度不断提高，有的菌株耐药性竟比原始菌株提高1万倍。反映在医疗实践上，是40年代初刚使用青霉素治疗时，即使是严

19、重感染的病人，也只要每天分数次共注射10万单位的青霉素即可，而现在，成人每天要注射100万单位左右，新生儿也不少于40万单位。病情严重时，甚至用到数千万乃至2亿单位，因而会引起小儿患前所未有的抽风等严重青霉素中毒症。,分布广，种类多分布广高等生物的分布区域常有明显的地理限制，它们分布范围的扩大常靠人类或其他大型生物的散播。而微生物则因其体积小、重量轻，因此可以到处传播以致达到“无孔不入”的地步，只要生活条件合适，它们就可大大繁殖起来。微生物只怕明火，地球上除了火山的中心区域外，从土壤圈、水圈、大气圈直至岩石圈，到处都有微生物家族的踪迹。可以认为，微生物将永远是生物圈上下限的开拓者和各种记录的保

20、持者。在动物体内外，植物体表面，土壤、河流、空气，平原、高山、深海，冰川、海底淤泥，盐湖、沙漠，油井、地层下以及酸性矿水中，都有大量与其相适应的微生物在活动着。种类多微生物的种类多主要表现在以下三方面：（1）微生物的生理代谢类型多（2）代谢产物种类多（3）微生物的种数多从微生物的分布广、种类多这一特点可以看出，微生物的资源是极其丰富的。可是，有人估计目前人类至多仅开发利用了已发现微生物种数的1。因此，在生产实践和生物学基本理论问题的研究中，利用微生物的前景是十分广阔的。,微生物的形态和结构原核微生物微生物根据其不同的进化水平和性状上的明显差别可分为原核微生物、真核微生物和非细胞微生物三大类群。

21、其中原核微生物主要有六类，即细菌、放线菌、蓝细菌、支原体、立克次氏体和衣原体。细菌细菌是一类细胞细而短（细胞直径约0.5m，长度约0.55m）、结构简单、细胞壁坚韧、以二等分裂方式繁殖和水生性较强的原核微生物。在我们周围，到处都有大量细菌存在着。凡在温暖、潮湿和富含有机物质的地方，都有大量的细菌在活动着。在它们大量集居处，常会散发出特殊的臭味或酸败味。如用手去抚摸长有细菌的物体表面时，就有粘、滑的感觉。在固体食物表面如果长出水珠状、鼻涕状、浆糊状、颜色多样的细菌菌落或菌苔时，用小棒去试挑一下，常会拉出丝状物来。长有大量细菌的液体，会呈现混浊、沉淀或飘浮一片片小“白花”，并伴有大量气泡冒出。,当

22、人类还未研究和认识细菌时，细菌中的少数病原菌曾猖獗一时，夺走无数生命；不少腐败菌也常常引起食物和工农业产品腐烂变质。因此，细菌给人的最初印象常常是有害的，甚至是可怕的。实际上，随着微生物学的发展，当人们对它们的生命活动规律认识越来越清楚后，情况就有了根本的改变。目前，由细菌引起的传染病基本上都得到了控制。与此同时，还发掘和利用了大量的有益细菌到工、农、医、环保等生产实践中，给人类带来极其巨大的经济效益和社会效益。例如，在工业上各种氨基酸、核苷酸、酶制剂、乙醇、丙酮、丁醇、有机酸、抗生素等的发酵生产；农业上如杀虫菌剂、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

23、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。,细菌的形态十分简单，基本上只有球状、杆状和螺旋状三大类。球状的细菌称为球菌（coccus），根据其相互联结的形式又可分单球菌、双球菌、四联球菌、八叠球菌、链球菌和葡萄球菌等。杆状的细菌称为杆菌（bacillus），其细胞形态较球菌复杂，常有短杆（球杆）状、棒杆状、梭状、梭杆状、月亮状、分枝状、竹节状（即两端平截的杆状）等；按杆菌细胞的排列方式则有链状、栅状、“八”字状以及有鞘衣的丝状等。螺旋状的细菌称为螺旋菌（spirilla），若螺旋不满一环则称为弧菌（vibrio），满26环的小型、坚硬的螺旋状细菌可

24、称为螺菌（spirillum），而旋转周数在6环以上、体大而柔软的螺旋状细菌则称螺旋体（spirochaeta）。,长、短杆菌杆菌长、短性状差别很大，短的杆菌有时接近椭圆形，几乎和球菌相似，称短杆菌。长的杆菌呈现圆柱形称长杆菌。鞭毛、荚膜、芽孢是细菌的特有结构。30-37是长、短杆菌的最适温度，他们在含糖、含氮、无机盐类等营养成分中，均能大量生长和繁殖。在PH中性和偏碱性的环境里，长、短杆菌生长旺盛，长、短杆菌还有厌气和不厌气之分。长、短杆菌是一种抗热的杂菌。,细菌群体（菌落）的形态将单个微生物细胞或一小堆同种细胞接种在固体培养基的表面（有时为内部），当它占有一定的发展空间并给予适宜的培养条件

25、时，该细胞就迅速进行生长繁殖。结果会形成以母细胞为中心的一堆肉眼可见的、有一定形态构造的子细胞集团，这就是菌落（colony）。如果菌落是由一个单细胞发展而来的，则它就是一个纯种细胞群或克隆（clone）。如果将某一纯种的大量细胞密集地接种到固体培养基表面，结果长成的各“菌落”相互联接成一片，这就是菌苔（lawn）。,细菌的菌落有其自己的特征，诸如湿润、较光滑、较透明、较粘稠、易挑取、质地均匀以及菌落正反面或边缘与中央部位的颜色一致等。其原因是细菌属单细胞生物，细胞间没有形态的分化，因此，在固体培养基表面上生长的每一个体，其细胞间隙中都充满着吸着水的毛细管，凡不能直接接触培养基的细胞就只能从其

26、周围的毛细管水中来取得营养和排泄代谢废物。由于这部分水的含量高等原因，就造成了以上种种为细菌菌落所特有的特征。,芽孢（endospore，spore）某些细菌在其生长发育后期，可在细胞内形成一个圆形或椭圆形的抗逆性休眠体，称为芽孢。由于每一细胞仅形成一个芽孢，故它无繁殖功能。芽孢有极强的抗热、抗辐射、抗化学药物和抗静水压等的能力。芽孢的休眠能力也是十分惊人的，在休眠期间，不能检查出任何代谢活力，因此也称隐生态（cryptobiosis）。一般的芽孢在普通的条件下可保存几年至几十年的生活力。能产生芽孢的细菌种类不多，最主要的是革兰氏阳性杆菌芽孢杆菌科的两个属，即好氧性的Bacillus（芽孢杆菌

27、属）和厌氧性的Clostridium（梭菌属）。,芽孢形成（sporulation）：产芽孢的细菌当其环境中营养缺乏及有害代谢产物累积时，就开始形成芽孢。从形态上来看，芽孢形成可分七个阶段（图2-20）：束状染色质形成；细胞膜内陷，细胞发生不对称分裂，其中小体积部分即为前芽孢（forespore）；前芽孢的双层隔壁形成，这时抗辐射性提高；在上述两层隔壁间充填芽孢肽聚糖后，合成DPA，累积钙离子，开始形成皮层，折光率增高；芽孢衣合成结束；皮层合成完成，芽孢成熟，抗热性出现；芽孢囊裂解，芽孢游离。,微生物的形态和结构真核微生物凡是细胞核具有核膜、能进行有丝分裂、细胞质中存在线粒体或同时存在叶绿体等

28、细胞器的微小生物，就称真核微生物。主要的真核微生物有：,真菌是一类低等的真核生物，它们主要有以下五个特点：不能进行光合作用；以产生大量孢子进行繁殖；一般具有发达的菌丝体；营养方式为异养吸收型；陆生性较强。,酵母菌（yeast）是一个通俗名称，由于例外情况较多，因此很难对它下一个确切的定义。可以认为，酵母菌一般具有以下五个特点：个体一般以单细胞状态存在；多数出芽繁殖，也有的裂殖；能发酵糖类产能；细胞壁常含甘露聚糖；喜在含糖量较高、酸度较大的水生环境中生长。酵母菌在自然界分布很广，主要生长在偏酸性的含糖环境中，例如，在水果、蔬菜、蜜饯的表面和在果园土壤中最为常见，此外，在油田和炼油厂附近土层中也很

29、易分离到能利用烃类的酵母菌。,酵母菌细胞的形态通常有球状、卵圆状、椭圆状、柱状或香肠状等多种，当它们进行一连串的芽殖后，如果长大的子细胞与母细胞并不立即分离，其间仅以极狭小的面积相连，这种藕节状的细胞串就称假菌丝；相反，如果细胞相连，且其间的横隔面积与细胞直径一致，则这种竹节状的细胞串就称真菌丝。酵母菌的细胞较细菌大，一般在1-5530m。25是酵母菌生长的最适温度，低于或高于这个温度，都不利于孢子生长。酵母菌是不耐热的一种杂菌。,酵母菌的菌落形态酵母菌一般都是单细胞微生物，且细胞都是粗短的形状，在细胞间充满着毛细管水，故它们在固体培养基表面形成的菌落也与细菌相仿，一般都有湿润、较光滑、有一定

30、的透明度、容易挑起、菌落质地均匀以及正反面和边缘、中央部位的颜色都很均一等特点。但由于酵母的细胞比细菌的大，细胞内颗粒较明显、细胞间隙含水量相对较少以及不能运动等特点，故反映在宏观上就产生了较大、较厚、外观较稠和较不透明的菌落。酵母菌菌落的颜色比较单调，多数都呈乳白色或矿烛色，少数为红色，个别为黑色。另外，凡不产生假菌丝的酵母菌，其菌落更为隆起，边缘十分圆整，而会产大量假菌丝的酵母，则菌落较平坦，表面和边缘较粗糙。酵母菌的菌落一般还会散发出一股悦人的酒香味。,霉菌（mould，mold）是丝状真菌（filamentousfungi）的一个通俗名称，意即“发霉的真菌”，通常指那些菌丝体比较发达而

31、又不产生大型子实体的真菌。它们往往在潮湿的气候下大量生长繁殖，长出肉眼可见的丝状、绒状或蛛网状的菌丝体，有较强的陆生性，在自然条件下，常引起食物、工农业产品的霉变和植物的真菌病害。真菌营养体有菌丝构成，菌丝可无限延长并产生分枝，分枝的菌丝体交错在一起形成菌丝体，霉菌主要依靠各种孢子进行繁殖，形成孢子的方式有有性和无性两种。它的直径一般为310m，亦即与酵母细胞类似，但比细菌或放线菌的细胞约粗10倍。根据菌丝中是否存在隔膜，可把所有菌丝分成无隔菌丝和有隔菌丝两大类。25最适生长温度，霉菌喜欢潮湿的环境，同时有不可缺少充足的氧气和含糖高的培养物质，在PH中性或偏酸性的培养基中生长旺盛，PH高能抑制

32、其生长。霉菌抗热性较差。,霉菌的菌落霉菌的细胞呈丝状，在固体培养基上有营养菌丝和气生菌丝的分化，气生菌丝间没有毛细管水，故它们的菌落与细菌和酵母的不同，而与放线菌的接近。霉菌的菌落形态较大，质地一般比放线菌疏松，外观干燥，不透明，呈现或紧或松的蛛网状、绒毛状或棉絮状；菌落与培养基的连接紧密，不易挑取，菌落正反面的颜色和边缘与中心的颜色常不一致等。菌落正反面颜色呈现明显差别的原因，是气生菌丝尤其是由它所分化出来的子实体的颜色往往比分散在固体基质内的营养菌丝的颜色深；而菌落中心与边缘颜色及结构不同的原因，则是越接近中心的气生菌丝其生理年龄越大，发育分化和成熟也越早，颜色一般也越深，这样，它与菌落边

33、缘尚未分化的气生菌丝比起来，自然会有明显的颜色和结构上的差异。,微生物的营养和培养基营养（或营养作用，nutrition）是指生物体从外部环境摄取其生命活动所必需的能量和物质，以满足其生长和繁殖需要的一种生理功能。所以，营养为一切生命活动提供了必需的物质基础，它是一切生命活动的起点。有了营养，才可以进一步进行代谢、生长和繁殖，并可能为人们提供种种有益的代谢产物。营养物（或营养，nutrient）则指具有营养功能的物质，在微生物学中，常常还包括光能这种非物质形式的能源在内。微生物的营养物可为它们正常生命活动提供结构物质、能量、代谢调节物质和良好的生理环境。微生物的六种营养要素一、碳源凡能提供微生

34、物营养所需的碳元素（碳架）的营养源，称为碳源（carbonsource）。如把微生物作为一个整体来看，其可利用的碳源范围即碳源谱是极广的，这可从表5-2中看到。,微生物的碳源谱虽然很广，但对异养微生物来说，其最适碳源则是“CHD”型。其中，糖类是最广泛利用的碳源，其次是醇类、有机酸类和脂类等。在糖类中，单糖胜于双糖和多糖，已糖胜于戊糖，葡萄糖、果糖胜于甘露糖、半乳糖；在多糖中，淀粉明显地优于纤维素或几丁质等纯多糖，纯多糖则优于琼脂等杂多糖和其他聚合物（如木质素）。,二、氮源凡能提供微生物生长繁殖所需氮元素的营养源，称为氮源（nitrogensource）。与碳源相似，微生物作为一个总体来说，能

35、利用的氮源种类即氮源谱也是十分广泛的（表5-4）。,微生物的氮源谱有许多特点。与碳源相似，微生物的氮源谱也大大广于动物或植物的。一般说来，异养微生物对氮源利用的顺序是：“NCHO”或“NCHOX”类优于“NH”类，更优于“NO”类，而最不易被利用的则是“N”类。,三、能源所谓能源（energysource），就是能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、生长因子生长因子（growthfactor）是一类对微生物正常代谢必不可少且不能用简单的碳源或氮源自行合成的有机物。它的需要量一般很少。广义的生长因子除了维生素外，还包括碱基、卟啉及其衍生物、甾醇、胺类、C4C6的分枝或直链脂肪

36、酸，以及需要量较大的氨基酸；而狭义的生长因子一般仅指维生素。,五、无机盐无机盐主要可为微生物提供除碳、氮源以外的各种重要元素。,六、水除了少数微生物如蓝细菌能利用水中的氢作为还原CO2时的还原剂外，其他微生物都不是利用水作为营养物质。即使如此，由于水在微生物的生命活动过程包括营养过程中的重要性，它仍应属于营养要素之一。1.水是一种最优良的溶剂。水分子具有偶极性质，从而使它成了许多物质的优良溶剂。它不仅是细胞外的营养物质运送进细胞内以及细胞内的代谢产物运送到细胞外的媒介，而且是细胞内几乎所有生物化学反应的媒介。醇、醛和酮类化合物能溶解于水，是由于水能与它们的极性基团间形成氢键的缘故。一些既有亲水

37、基团又有疏水基团的分子，例如脂肪酸和极性脂类，则可以胶态分子团的形式分散在水中。,2.水可维持生物大分子结构的稳定，并参与某些重要的生物化学反应，有时，水则是某些反应的最终产物。此外，水还具有一系列重要的物理性质，从而保证了地球上一切生命活动的正常进行，例如：（1）高比热（2）高气化热（3）高沸点（4）固态水（冰）的密度小于液态水,微生物的生长及其控制微生物的生长繁殖是其在内外各种环境因素相互作用下的综合反映，因此，生长繁殖情况就可作为研究各种生理、生化和遗传等问题的重要指标；同时，微生物在生产实践上的各种应用或是对致病、霉腐微生物的防治，也都与它们的生长繁殖和抑制紧密相关。微生物的生长规律（

38、典型生长曲线）当我们把少量纯种单细胞微生物接种到恒容积的液体培养基中后，在适宜的温度、通气（厌氧菌则不能通气）等条件下，它们的群体就会有规律地生长起来。如果以细胞数目的对数值作纵坐标，以培养时间作横坐标，就可以画出一条有规律的曲线，这就是微生物的典型生长曲线（growthcurve）。,一般可把典型生长曲线粗分为延滞期、指数期、稳定期和衰亡期等四个时期（一）延滞期（lagphase）又称停滞期、调整期或适应期。指少量微生物接种到新培养液中后，在开始培养的一段时间内细胞数目不增加的时期。该时期有几个特点：生长速率常数等于零。细胞形态变大或增长：许多杆菌可长成长丝状，例如，Bacillusmega

39、terium（巨大芽孢杆菌）在接种的当时，细胞长为3.4m；培养至3.5小时，其长为9.1m；至5.5小时时，竟可达到19.8m。细胞内RNA尤其是rRNA含量增高，原生质呈嗜碱性。合成代谢活跃，核糖体、酶类和ATP的合成加快，易产生诱导酶。对外界不良条件例如NaCl溶液浓度、温度和抗生素等化学药物的反应敏感。,影响延滞期长短的因素很多，除菌种外，主要有三。（1）接种龄接种龄即“种子”（inoculum）的群体生长年龄，亦即它处在生长曲线上的哪一个阶段。这是一种生理年龄。实验证明，如果以对数期接种龄的“种子”接种，则子代培养物的延滞期就短；反之，如以延滞期或衰亡期的“种子”接种，则子代培养物的

40、延滞期就长；如果以稳定期的“种子”接种，则延滞期居中。2）接种量接种量的大小明显影响延滞期的长短。一般说来，接种量大，则延滞期短，反之则长（图7-5）。因此，在发酵工业上，为缩短不利于提高发酵效率的延滞期，一般采用110的接种量。,3）培养基成分接种到营养丰富的天然培养基中的微生物，要比接种到营养单调的组合培养基中的延滞期短。,延滞期的出现，可能是因为在接种到新鲜培养液的细胞中，一时还缺乏分解或催化有关底物的酶，或是缺乏充足的中间代谢物。为产生诱导酶或合成有关的中间代谢物，就需要有一段适应期，于是出现了生长的延滞期。,二）指数期（exponentialphase）又称对数期（logarithm

41、icphase），是指在生长曲线中，紧接着延滞期的一个细胞以几何级数速度分裂的一段时期。指数期有以下几个特点：生长速率常数R最大，因而细胞每分裂一次所需的代时G（增代时间，generationtime）或原生质增加一倍所需的倍增时间（doublingtime）最短；细胞进行平衡生长，菌体内各种成分最为均匀；酶系活跃，代谢旺盛。（三）稳定期（stationaryphase）又称恒定期或最高生长期。其特点是生长速率常数R等于0，即处于新繁殖的细胞数与衰亡的细胞数相等，或正生长与负生长相等的动态平衡之中。这时的菌体产量达到了最高点。在稳定期时，细胞开始贮存糖原、异染颗粒和脂肪等贮藏物；多数芽孢杆菌在

42、这时开始形成芽孢；有的微生物在稳定期时还开始合成抗生素等次生代谢产物。稳定期到来的原因主要是：营养物尤其是生长限制因子的耗尽；营养物的比例失调，例如CN比值不合适等；酸、醇、毒素或H2O2等有害代谢产物的累积；pH、氧化还原势等物化条件越来越不适宜，等等。,（四）衰亡期（declinephase或deathphase）在衰亡期中，个体死亡的速度超过新生的速度，因此，整个群体就呈现出负生长（R为负值）。这时，细胞形态多样，例如会产生很多膨大、不规则的退化形态；有的微生物因蛋白水解酶活力的增强就发生自溶（autolysis）；有的微生物在这时产生或释放对人类有用的抗生素等次生代谢产物；在芽孢杆菌中

43、，芽孢释放往往也发生在这一时期。产生衰亡期的原因主要是外界环境对继续生长越来越不利，从而引起细胞内的分解代谢大大超过合成代谢，继而导致菌体死亡。,影响微生物生长的主要因素：影响微生物生长的外界因素很多，除第五章已讲过的营养条件外，还有许多物理条件。在这里，我们仅讨论其中最主要的温度、pH和氧气三项。一、温度由于微生物的生命活动是由一系列生物化学反应组成的，而这些反应受温度的影响极为明显，因此，温度是影响微生物生长的最重要的因素之一。这里要讨论的是在微生物生长范围内的各种温度。与其他生物一样，任何微生物的生长温度尽管有宽有窄，但总有最低生长温度、最适生长温度和最高生长温度这三个重要指标，这就是生

44、长温度的三基点。如果将微生物作为一个整体来看，它的温度三基点是极其宽的，这可从以下表解中看出。,最适生长温度有时也简称为“最适温度”，其意义是某菌分裂代时最短或生长速率最高时的培养温度。但是，对同一微生物来说，其不同的生理生化过程有着不同的最适温度，也就是说，最适生长温度并不等于生长量最高时的培养温度，也不等于发酵速度最高时的培养温度或累积代谢产物量最高时的培养温度，更不等于累积某一代谢产物量最高时的培养温度。,二、氧气地球上的整个生物圈都被大气层包围着。以体积计，氧约占空气的15，氮约占45（表7-5）。因此，氧对微生物的生命活动有着极其重要的影响。,六、制药工业微生物的控制一、药物中的微生

45、物污染1.药物中微生物的来源药物原材料制药用水空气操作人员包装物、制药设备及厂房建筑,药物原材料一方面要选用微生物含量较少的原材料。另一方面对原材料要进行消毒和灭菌。制药用水用途作为药品的一个成分；物品的洗涤；中药材的炮制；制剂的配方以及生产过程的冷却等。种类天然水、自来水、软化水、去离子水以及蒸馏水。用于制药的各种用水都必须定期进行水质检测，使用符合卫生标准的水，防止水中微生物污染药物。水的消毒可以采用化学消毒剂（如次氯酸钠或氯气）、过滤或紫外线等方法，水的消毒除了水以外还应包括供水系统（贮水池、设备和管道等）的消毒。,空气空气中的微生物主要来自灰尘颗粒，人的皮肤、衣服，由讲话、咳嗽、打喷嚏

46、造成的飞沫。生产车间内空气中微生物的含量与室内清洁度、温度、湿度以及人员在室内的活动情况有关，如人员频繁的走动、清扫、搬动原材料及机器的震动都可使飞沫、尘埃、原材料粉尘悬浮于空气中，成为空气中微生物附着的载体，从而增加空气的含菌量。药物制剂生产环境的空气应要求洁净，特别是生产注射剂、眼科用药等无菌制剂时，空气中微生物的含量，必须非常低，要求每立方米空气中不得超过10个细菌，即所谓的“无菌操作区”。减少空气中微生物数量的方法采用保持室内清洁、控制人员的活动、操作动作轻微等措施，除此对要求较高的场所，还可以采用过滤、甲醛蒸汽熏蒸和紫外线照射等方法空气进行消毒。,操作人员在药物制剂生产过程中，要求操作人员清洗和消毒双手、穿上专用工作衣、戴上工作帽严格按操作规程操作，另外要求操作者必须是健康无菌者。包装物、制药设备及厂房建筑药品包装是产品出厂前的最后一道工序，包装物一方面是包裹药物，另一方面是防止外界微生物进入药物中。包装物应严格按照药物制剂本身的要求，进行清洗、消毒和灭菌，如果处理不当，可能使含菌不多或已经消毒灭菌处理的无菌制剂重新遭受微生物的污染；污染的程度与包装物本身的成分和贮藏条件有关。用于药物制剂生产的设备（如粉碎机、药筛、压片机、制丸机、灌装机等）和容器表面可能有