《微生物学》绪论讲义提要

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《微生物学》绪论讲义提要与其他课程关系:先修课:普通生物学、生物化学 为后继的专业课学习打下必要的微生物学理论基础，并与《微生物学实验》课一起使学习者掌握熟练的操作技能。主要讲述内容:微生物类群与形态结构；微生物的物质与能量代谢；微生物营养与生长；微生物遗传变异与育种；微生物生态与环保；传染与免疫。 主要参考书目 ：①、无锡轻工业学院编.《微生物学》（第二版），北京：轻工业出版社，1990，5 ②、俞大绂、李季伦.《微生物学》（第二版），北京：科学出版社，1985③、沈萍主编.《微生物学》，北京：高等教育出版社，2000，7④、盛祖嘉.《微生物遗传学》（第二版），北京：科学出版社，1987⑤、翟中和主编.《细胞生物学》，北京：高等教育出版社，1997 ⑥、Madigan M T et al.《Brock`s Biology of Microorganism》，9/e，Prentice Hall，1999⑦、Pelczar M J.《Microbiology》，McGraw-Hill，Inc. 1993⑧、Prescott L M et al.《Microbiology》，4th Ed. WCB McGraw-Hill，1999 主要期刊杂志：《微生物学通报》双月刊 综合性 ；《微生物学报》 季刊 基础性；《工业微生物》双月刊 应用性；《生物工程学报》季刊 ；《食品与发酵工业》双月刊 ；《科学》、《科学通报》生化、医学、农业、遗传、环保、轻工、食品等方面的期刊。《Applied Biochemistry and Biotechnology》《Applied and Environmental Microbiology》《Biotechnology and Bioengineering》《Biotechnology Letters》《Derwent Biotechnology Abstracts》DBAScience、Nature、CA、BA 试题类型：学名翻译：E. coli；名词解释：裂解量；填空：通过革兰氏染色把细菌分为。 选择题 判断题 论述题 绪 论 第一节：微生物学的研究对象与任务 一、“微生物”的含义（什么是微生物）-非分类学上名词，来自法语“Microbe”一词。是形体微小、单细胞或个体结构简单的多细胞、甚或无细胞结构的低等生物的通称。（插入） 二、生物分界（微生物在生物界的位置）1、两界系统（亚里斯多德）：动物界 Animalia：不具细胞壁，可运动，不行光合作用。植物界 Plantae：具有细胞壁，不运动，可行光合作用。 三界：原生生物界 Protista：（E. H. Haeckel, 1866年提出） 2、五界系统 ：R. H. Whitakker, Science, 163: 150-160, 1969 原核生物界 Monera：细菌、放线菌等 。 原生生物界 Protista：藻类、原生动物、粘菌等。真菌界 Fungi：酵母、霉菌。动物界 Animalia： 植物界 Plantae： 五界系统是以细胞结构分化的等级以及和光合、吸收、摄食这三种主要营养方式有关的组织类型为基础的。 六界：加上病毒界。 3、三界（域）系统 ：Woese用寡核苷酸序列编目分析法对60多株细菌的16SrRNA序列进行比较后，惊奇地发现：产甲烷细菌完全没有作为细菌特征的那些序列，于是提出了生命的第三种形式--古细菌(archaebacteria)。随后他又对包括某些真核生物在内的大量菌株进行了16Sr RNA(18SrRNA)序列的分析比较，又发现极端嗜盐菌和极端嗜酸嗜热菌也和产甲烷细菌一样， 具有既不同其他细菌也不同于其核生物的序列特征，而它们之间则具有许多共同的序列特征。于是提出将生物分成为三界(Kingdom)(后来改称三个域)：古细菌、真细菌( Eubacteria)和真核生物(Eukaryotes)。1990年，他为了避免把古细菌也看作是细菌的一类 ，他又把三界(域)改称为：Bacteria(细菌)、Archaea(古生菌)和Eukarya(真核生物)。并构建了三界(域)生物的系统树。 四、微生物特点： 生命基本特征：生命通过它的耐久性、适应性、它的生长及修复的能力和它的繁殖而延续下去，这是生命的基本的和普遍的特征。 新陈代谢，包括外部的和内部的，是一切生命的另一基本特征。控制与调节，是生命的又一基本特征。 体积小、比表面积大。 大小以um计，但比表面积（表面积/体积）大，（插入表），必然有一个巨大的营养吸收，代谢废物排泄和环境信息接受面。这一特点也是微生物与一切大型生物相区别的关键所在。（特点1举例 乳酸杆菌：120，000 鸡蛋：1.5 人（200磅）：0.3 ） 2、吸收多、转化快：这一特性为高速生长繁殖和产生大量代谢物提供了充分的物质基础。（特点2举例：重量相同下：乳酸菌：1小时可分解其体 重1000至10000倍乳糖。人：2.5×105 小时消耗自身体重1000倍乳糖。）3、生长旺、繁殖快：极高生长繁殖速度，如E. coli 20-30分钟分裂一次，若不停分裂，48小时2.2×1043 菌数增加，营养消耗，代谢积累，限制生长速度。这一特性可在短时间内把大量基质转化为有用产品，缩短科研周期。也有不利一面，如疾病、粮食霉变。 4、适应强、易变异：极其灵活适应性，对极端环境具有惊人的适应力。遗传物质易变异。5、分布广、种类多：分布区域广，分布环境广。生理代谢类型多，代谢产物种类多，种数多。 五、微生物作用：1、在自然界物质循环中作用。2、空气与水净化，污水处理。3、工农业生产：菌体，代谢产物，代谢活动。4、对生命科学的贡献。 六、分支学科 根据不同研究领域和不同研究对象划分 第二节、微生物学发展简史 “科学的历史就是科学本身。”—— 歌德 、中国古代：酒文化，“仪狄作酒，禹饮而甘之。”《书经》“若作酒醴，尔惟曲蘖（nie）”《齐民要术》提倡轮作制。 宋真宗时代（公元998-1022）种痘防天花。二、国外微生物学发展 ： 1、微生物的发现——形态学时期Antony Van Leeuwenhock，1632-1723 第一个报告自己观察的人。他观察了几乎每一个想看到的东西，雨水、污水、血液、体液、酒、醋、牙垢等，发现了微生物，称为“微动体”。 2、微生物学的奠基——生理学时期Louis Pasteur，1822-1895 他的一生给人类生活带来了史无前例的影响。（1）证实了微生物活动和否定了微生物自然发生学说。 （2）免疫学——预防种痘（3）发酵的研究（4）其他贡献 否定自生说 关于自然发生的争论：自然发生说（无生源说）：认为微小动物是从无生命的物质自然发生的。生源说：认为微小动物是从微小动物的“种子”或“胚”形成的，“种子”或“胚”存在于空气中。已进行的实验：1665年，Fracesco Redi 腐肉生蛆实验，否定了动物自生说。Spallanzani实验，充分加热的有机汁液中长出微生物原因是由于空气将微生物带进了汁液，因而采取完全密封隔绝的封闭法。18世纪末发现O2 ，意识到O2 是动物生活必需一种气体。Pasteur实验：1、首先验证了空气中确实含有显微镜可观察到的“有机体”。2、加热过的空气通入汁液（煮沸过）并不导致微生物生长。3、在一封闭容器内，对完全灭菌的汁液加上一些收集到的微生物，无例外地引起微生物生长。4、设计鹅颈瓶进行实验，最终否定自生说。 免疫学贡献 ： Edward Jenner，17

96发明种痘，不了解机制。Pasteur 1877研究了鸡霍乱、炭疽病和恐水病，发现钝化病原体可以诱发免疫性和预防疾病。

发酵研究：相信一切发酵作用都和微生物的存在及繁殖有关。不同的发酵是由不同的微生物引起的。 发明巴斯德消毒法。观察丁酸发酵时，发现厌氧生命，提出好氧、厌氧术语。 Robert Koch 1843-19101、建立微生物学研究基本技术：（1）分离和纯化细菌：划线法，混合倒平板法。琼脂、培养皿（Petri）。（2）设计了培养细菌用的肉汁胨培养液和营养琼脂培养基。（3）设计了细菌染色技术。 2、证实疾病的病原菌学说，提出了柯赫准则。 柯赫准则：1、某一种微生物，当被怀疑是病原体时，它一定伴随着病害而存在。2、必须能自原寄主分离出这种微生物，并培养成为纯培养。3、用已纯化的纯培养微生物，人工接种寄主，必须能诱发与原来病害相同病害。4、必须自人工接种发病的寄主内，能重新分离出同一病原微生物并培养成纯培养。 其他人 ：Serge Winogradsky,1856-1953,发现微生物的自养生活。Beijerinck M. W.,1851-1931，发现了非共生固氮菌。Joseph Lister,1864,提出无菌外科操作技术。Elie Metchnikoff 发现白细胞的吞噬作用。Ivanovsky 发现烟草花叶病毒。P. Ehrlich 现代化疗的开始。 三、现代微生物学发展—分子生物学阶段 ：1、现代发酵工业的形成：1941，Florey & Chain 将青霉素投入生产，是通气培养微生物的开端，将微生物学与工程学结合。2、微生物代谢作用研究：1944，Avery 肺炎球菌转化实验，确定DNA是遗传物质，标志着分子生物学的形成。1953，Watson & Crick 提出DNA双螺旋结构以及半保留复制假说。3、分子生物学阶段：20世纪70年代，基因工程的发展，工程菌的构建更促进了微生物学的发展。 微生物学推动生命科学的发展。促进许多重大理论问题的突破。对生命科学研究技术的贡献。与“人类基因组计划”。展望生物技术世纪已经来临，正是你们大展宏图之时，微生物学历史这部没有完成的书，要靠你们书写。努力吧！同学们。 第三节：工业微生物.工业微生物简介工业微生物简介：1、酿酒工业：白酒：四大名酒，五大香型 啤酒、黄酒、葡萄酒（威士忌、白兰地、伏特加、朗姆、金酒） 2、酒精工业3、溶剂工业（丙酮、丁醇）4、有机酸工业: 乳酸、柠檬酸、衣康酸、延胡索酸、琥珀酸、苹果酸、酒石酸等。5、抗生素工业6、酶制剂工业7、氨基酸工业8、酵母工业9、多糖工业：黄原胶、右旋糖苷、等等。10、石油发酵11、生物活性物质：核酸类、维生素等12、其它：微生物农药、沼气发酵、生物制品（菌苗、疫苗）第四节：微生物分类 Microbial taxonomy

分类主要是探索生物之间的亲缘关系，把它们归纳为互相联系的不同类群。具体任务就是分类、鉴定和命名。 一、分类单位与命名 （一） 分类单位: 界,门,纲,目,科,属,种 种是最基本的分类单位,它是一大群表型特征高度相似，亲缘关系极其相近，与同属内其它种有着明显差异的菌株的总称。 种以下又分亚种(变种),型,类群,菌株(品系) 。 菌株(品系)(strain): 表示任何由一个独立分离的单细胞繁殖成的纯种群体及其一切后代。 （二）命名：命名按照《国际细菌命名法规》,采用林奈氏双名法。 属名 + 种名 +命名人 （如大肠杆菌: Escherichia coli (Migula) Castellani & Chalmers 1919）属名：名词,大写首字母,一般描绘主要形态或生理特征。 种名：形容词,小写,代表一个种次要特征。 未确定种名或不指特定的种时，可在属名后加sp.表示。举例：真菌界 Fungi 真菌门 Eumycophyta 子囊菌纲 Ascomycetes 原子囊亚纲 Protoascomycetes 内孢霉目 Endomycetales 内孢霉科 Endomycetaceae 酵母亚科 Sacchromycetoideae 酵母属 Sacchromyces 酿酒酵母 S. cerevisiae Hansen二、分类依据：1、形态特征（个体和群体）① 细胞形态：形状、大小、排列、染色反应等。②培养：固体— 菌落，半固体— 穿刺，液体。 2、生理生化反应①营养要求：碳源、氮源、营养类型代谢产物：种类、产量、显色反应。 ②酶：产酶种类、反应特性 3、生态学特征 ：相互关系、宿主种类、与氧关系等。 4、生活史5、血清学反应 近年又发展了红外光谱，GC含量，DNA杂交等。 三、分类方法：（一）经典分类法：随机地和不系统地根据一些特征进行分类。主要是形态、生理生化特征。 （二）数值分类法：根据较多特征分类，每一特征地位相同。 1、每一菌株为一操作单位，确定很多特征（50—60 个）。2、比较菌株间的最大相似性：[（阳性和阴性符合的总和 × 100%）/（总的测定数 --无效测定数）]>85%为同种，>65%为同属3、据数值绘出矩阵图并转换成树状谱。 （三）分子与遗传方法：1、DNA碱基组成：GC% 相同不能说明是同种，但不同则肯定不是同种。 差别>10%不是同种，<10%可能是同种。2、核酸分子杂交：比较碱基顺序的同源性。 3、16s rRNA寡核苷酸编目分析：水解rRNA产生一系列寡核苷酸片段，顺序分析。 近年来，采用红外、核磁、电镜等新技术越来越广泛。 四、分类系统 ： 原核生物：《伯杰氏细菌鉴定手册》第8版，1973；《伯杰氏系统细菌学手册》第9版，1984。 真菌：Ainsworth (1973)系统。 酵母：Lodder分类系统。 菌种鉴定工作三部曲：1、获得该微生物的纯培养。2、测定一系列必要的鉴定指标。3、查找权威性鉴定手册。第一章：微生物类群与形态结构 非细胞型：病毒 细胞型：原核微生物：细菌、放线菌等，无明显核，也无核膜、核仁。 真核微生物：酵母菌、霉菌，有明显核，有核膜、核仁。第一节：细菌 （Bacteria）是微生物一大类群，主要研究对象。 细菌是单细胞的，大小在1um左右，1000倍以上显微镜才能看到其形状。 一、细菌的形态和大小（一）基本形态 ： 1、球菌 Coccus：球形或近球形，根据空间排列方式不同又分为单、双、链、四联、八叠、葡萄球菌。不同的排列方式是由于细胞分裂方向及分裂后情况不同造成的。2、杆菌 Bacillus (Bacterium)：杆状或圆柱形，径长比不同，短粗或细长。是细菌中种类最多的。3、螺旋菌 Spirillum：是细胞呈弯曲杆状细菌统称，一般分散存在。根据其长度、螺旋数目和螺距等差别，分为弧菌Vibrio（菌体只有一个弯曲，形似C字）和螺旋菌（螺旋状，超过1圈）。与螺旋体 Spirochaeta 区别：无鞭毛。细菌形态不是一成不变的，受环境条件影响（如温度、培养基浓度及组成、菌龄等） 异常形态 ： 一般，幼龄，生长条件适宜，形状正常、整齐。老龄，不正常，异常形态。 畸形：由于理化因素刺激，阻碍细胞发育引起。衰颓形：由于培养时间长，细胞衰老，营养缺乏，或排泄物积累过多引起。（二）细菌大小 如何测量：显微测微尺 球菌直径0.5-1um； 杆菌直径0.5-1um ，

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长为直径1-几倍 ；螺旋菌直径03-1um，长1-50um。 细菌大小也不是一成不变的。 细胞重量10-13-10-12g ，每g细菌含1-10万亿个细菌。二、细菌细胞结构 研究细菌细胞结构是分子生物学重要内容之一，有了电子显微镜才有可能。 其结构分为基本结构和特殊结构。 基本结构是细胞不变部分，每个细胞都有，如：细胞壁、膜、核。 特殊结构是细胞可变部分，不是每个都有，如：鞭毛、荚膜、芽孢。（一）基本结构 1、细胞壁 cell wall：位于细胞表面，较坚硬，略具弹性结构。功能：1）维持细胞外形；2）保护细胞免受机械损伤和渗透压危害；3）鞭毛运动支点；4）正常细胞分裂必需；5）一定的屏障作用；6）噬菌体受体位点所在。另外与细菌的抗原性、致病性有关。革兰氏染色：Cristein Gram，1884发明（Koch实验室） 染色过程：(插入)凡是不能被乙醇脱色，呈蓝紫色，称为革兰氏阳性菌 G+；凡是经乙醇脱色，呈复染剂颜色，称为革兰氏阴性菌 G-；结果不同主要是细胞壁组成及结构差异造成的。（1）革兰氏阳性菌 （Gram positive）以金黄色葡萄球菌为例，Staphylococcus aureus 细胞壁构成：一连续层，厚20-80nm。两部分：网状骨架：微纤丝组成。 基质：骨架埋于基质中。 化学组成：主要是肽聚糖和磷壁酸。肽聚糖 peptidoglycan (粘肽、胞壁质)。 大分子复合体，许多亚单位交联而成。亚单位：1）双糖单位：N-乙酰胞壁酸（NAM）和N-乙酰葡萄糖胺（NAG）通过a-1，4糖苷键相连而成。2）短肽：L-Ala-D-Glu-L-Lys-D-Ala3) 肽桥：短肽之间连接。短肽全部或部分连至NAM上，短肽之间也有连接，组成一网状结构。肽聚糖是细菌细胞壁特有成分，也是原核微生物特有成分（古生菌没有）。4） 磷壁酸 teichoic acid (垣酸)：G+特有成分。 多元醇与磷酸复合物，通过磷酸二酯键与NAM相连。根据多元醇不同，有甘油型、核糖醇型等5种类型。

主要功能：使壁形成负电荷环境，吸附二价金属离子，维持壁硬度和一些酶活性。还可提供噬菌体位点。 （2）革兰氏阴性菌 （Gram negative）以大肠杆菌为例： 内壁层：厚2-3 nm，单（双）分子层，由肽聚糖构成。 与G+区别：交联低；DAP取代 L-Lys；肽桥。外壁层：内层：脂蛋白层，以脂类部分与肽聚糖相连。中层：磷脂层。外层：脂多糖层，外壁重要成分，8-10 nm。 脂多糖 （lipopolysaccharide LPS）：G-特有成分。结构：类脂A+核心多糖+O-侧链 功能：1）内毒素物质基础；2）吸附镁、钙离子；3）决定G-表面抗原；4）噬菌体受体位点。 钙离子是维持LPS稳定性所必需的。D-AA存在优点G+与G-比较 革兰氏染色机制 在细胞壁与细胞膜之间，有周质空间（隙），含水解酶、载体蛋白等。 （3）细胞壁缺陷细菌 ： ①原生质体protoplast：人工条件下用溶菌酶除去细胞壁或用青霉素抑制细胞壁合成后，所留下的部分。一般由G+形成。②球形体spheroplast：残留部分细胞壁，一般由G-形成。有一定抗性。特点：对渗透压敏感；长鞭毛也不运动；对噬菌体不敏感；细胞不能分裂等。 ③、细菌 L型：一种由自发突变形成的变异型，无完整细胞壁，在固体培养基表面形成 “油煎蛋 ”状小菌落。④、支原体：长期进化形成。2、细胞膜 （cell membrane）：在细胞壁与细胞质之间的一层柔软而富有弹性的半透性膜。厚7-8nm。 化学组成：蛋白和磷脂，蛋白含量高达75%，种类也多。膜不含甾醇类。膜结构（插入）。 功能：1）高度选择透性膜，物质运输：2）渗透屏障，维持正常渗透压；3）重要代谢活动中心；4）与壁、荚膜合成有关；5）鞭毛着生点，供运动能量。3、间体（ mesosome）(中质体)-细胞膜内陷形成。功能：1）拟线粒体，呼吸酶系发达。2）与壁合成，核分裂，芽孢形成有关。4、细胞核 （nuclear body） 核质体 原核无明显核，一反差弱的核区。特点：无核膜、核仁、固定形态，结构简单，细胞分裂前核分裂。一般单倍体。成分：DNA：环状双链，超线圈结构，负电荷被镁离子、有机碱（精胺、腐胺）所中和。与真核区别： 5、核糖体 （ribosome RS） 核糖核蛋白的颗粒状结构，RNA+蛋白。 原核：游离态、多聚核糖体，70S；真核：游离态、结合内质网上，70、80S；多聚核糖体：一条mRNA与一定数目的单个RS结合而成。功能： 6、细胞质及内含物是无色透明胶状物，原核与真核不同。主要成分：水、蛋白、核酸、脂类及少量糖和无机盐。富含核糖核酸。不同细菌细胞内，含不同内含物，是细胞的贮藏物质或代谢产物。（插入）内含物优点？（二）特殊结构1、荚膜 capsule：某些细菌细胞壁外面覆盖着一层疏松透明粘性物质。厚度不同，名称不同。 折光率低，负染法观察。 成分：90%以上为水，余为多糖（肽）。功能：1）抵抗干燥；2）加强致病力，免受吞噬；3）堆积某些代谢废物；4）贮存物。2、鞭毛和菌毛鞭毛flagellum：某些细菌表面一种纤细呈波状的丝状物，是细菌运动器官。直径20-25nm，长超过菌体若干倍。电镜或特殊染色法观察，悬滴法观察运动。化学成分：主要是蛋白质。 结构：G+与G-区别 原核与真核区别：鞭毛着生位置与数目，可作为分类依据。 鞭毛着生状态决定运动特点。 趋性运动：栓菌实验。 菌毛fimbria (pilus )：许多G-尤其是肠道菌，表面有比鞭毛更细，数目多，短直硬的丝状体。 直径7-10nm ,长2-3um。 性菌毛（F菌毛）3、芽孢 （spore, endospore） 某些菌生长一定阶段，于营养细胞内形成一个内生孢子，是对不良有抗性的休眠体。 每一细胞仅形成一个芽孢，所以其没有繁殖功能。 形成芽孢属于细胞分化（形态发生）Bacillus, clostridium, Spirillum, Vibrio, Sarcina 结构组成特点：含水量低（平均40%），壁致密，芽孢肽聚糖和吡啶-2,6-二羧酸钙（DPA-Ca ）。 芽孢有极强的抗热、辐射、化学药物和静水压的能力，休眠力惊人。芽孢结构、形成、萌发（自学） 伴孢晶体 孢囊 cyst，等等。三、细菌繁殖与群体形态1、繁殖方式：裂殖为主，少数有性接合。2、菌落形态：菌落colony：由单个或少数几个细胞在固体培养基表面繁殖出来的，肉眼可见的子细胞群体。形态包括大小、形状、隆起、边缘、表面状态、表面光泽、质地、颜色等等。 纯培养：克隆clone 菌苔lawn四、常见常用细菌 细胞结构、菌落特点、代谢产物等。 第二节 放线菌 （Actinomycetes） 因菌落呈放射状而得名，是丝状分枝细胞的细菌。 一般分布在含水量低，有机质丰富的中性偏碱性土壤中，特殊土腥味。大多数是腐生菌，少数寄生；多数异养，好氧。 突出特性是产各种抗生素。 一、形态与结构 由菌丝构成，直径0.2-1.2um，无横隔，仍是单细胞。菌丝分为：基内菌丝（营养菌丝）；气生菌丝；孢子丝。菌丝组成菌落，分为两类。 放线菌仍是原核微生物？ 二、繁殖 以无性孢子为主，菌丝断

裂片段也可繁殖成新菌体。 孢子形成方式：横隔分裂。 孢囊孢子 。 放线菌生活史（发育周期） 三、代表属及常见菌（一）链霉菌属 Streptomyces90%抗生素，菌丝发育良好。如龟裂链霉菌S. rimosus, 灰色链霉菌S. griseus(二)小单孢菌属Micromonospora 无气生菌丝，基内菌丝顶端着生一孢子。（三）诺卡氏菌Nocardia 原放线菌属，降解能力强。（四）放线菌属Actinomyces 只有基内菌丝，不形成孢子，厌氧。（五）链孢囊菌属Streptosporangium形成孢子囊，孢囊孢子。 放线菌、细菌异同？ 第三节：其它几类原核微生物 重要了解大小、G、培养、细胞及代谢。一、立克次氏体 Rickettsia：介于细菌、病毒之间，专性真核活细胞内寄生，不能人工培养。不滤过，直径0.3-0.6um，存在与寄主细胞质和核中。细胞球状或杆状，不运动。G-，膜疏松，酶系统不完全，不完整的产能代谢，抵抗性差。二、支原体Mycoplasma：介于细菌、立克次氏体之间。不具细胞壁，细胞膜含甾醇类。G-，直径0.2-0.25um，可滤过。已知可独立生活的最小的细胞型生物。可人工培养，营养要求苛刻，油煎蛋菌落。三、衣原体Chlamydia：介于立克次氏体、病毒之间。可滤过，专性活细胞内寄生。G-，“能量寄生物 ”。各类原核微生物与病毒比较表。 蓝细菌Cyanobacteria：含叶绿素，进行放氧型光合作用的原核生物。由于抵抗力和固氮能力，可在贫瘠沙滩荒岩上生长，称为 “先锋生物 ”。蛭弧菌Bdellovibrio：寄生于其他细菌并导致裂解，可滤过，运动活跃，G-。生物防治。第四节：酵母菌 （yeast） 非分类名词，一群单细胞微生物，属真菌类。第一种 “家养微生物 ”，与人类关系密切。主要分布在含糖较高偏酸性环境中，又称 “糖真菌 ”。 一、形态大小. 单细胞，无鞭毛。细胞形态多样，常见球、卵、圆桶形。大小在1-5um X 5-30um之间。二、细胞结构1、细胞壁：厚0.1-0.3um，三层，由酵母纤维素组成（甘露聚糖、葡聚糖、蛋白、类脂）。用蜗牛酶（heliase）破坏壁来制备原生质体。2、细胞膜：与原核基本相同，但含甾醇（麦角固醇）。由于有细胞器分化，功能不及细菌多，主要是调节渗透压、吸收营养、分泌代谢物等。3、细胞质及内含物4、细胞核：真核：双层单位膜，大量核孔，可见染色体，一个或几个核仁，核膜外有中心体。5、线粒体：含有一环状DNA。呼吸酶系载体， “动力工厂 ”。有氧时需要，厌氧或过量葡萄糖存在时，被阻遏。 环状 “2um质粒 ”：外源DNA载体。6、核糖体：细胞质中80S，线粒体70S。三、菌落特征 与细菌相似，但大且厚。 四、繁殖方式与生活史 （一）繁殖方式 1、无性繁殖(1)芽殖 budding：最普遍方式（过程）。(2)裂殖 fission：少数（裂殖酵母）。(3)无性孢子：节孢子、掷孢子、厚垣孢子。2、有性繁殖产生子囊和子囊孢子。过程：质配--核配--减数分裂 。 3、形成孢子条件①营养充足强壮幼龄细胞 ②适当温、湿度（25-30，80%）③空气要流通 ④适当的生孢子培养基。 （二）生活史 life history(life cycle) 某种生物在整个发育阶段，有一个或几个同形或不同形的个体前后相继形成一个有规律的循环。 四种基本类型：1、无生殖，仅有营养繁殖。（细菌）2、仅有一个单倍体生活，双倍体短。3、仅有一个双倍体生活，单倍体短。4、有世代交替现象，单倍体有性，双倍体无性。 酵母菌有三种类型： 单倍体型：八孢裂殖酵母 。 双倍体型：路德类酵母。 世代交替型：酿酒酵母 。 五、常见常用酵母菌 （酵母图示） 第五节：霉菌 （molds）非分类名词，丝状真菌统称。通常指菌丝体发达而又不产生大型子实体的真菌。一、形态和构造 营养体由菌丝（hyphae）构成，直径3-10um，菌丝再形成菌丝体（mycelium）。 菌丝：无隔，多核单细胞，低等真菌；有隔，多细胞，高等真菌。 菌丝体：营养菌丝，伸入培养基吸收营养。气生菌丝，向空中生成，形成繁殖器官。（特化形式）。细胞壁厚100-250nm，多含几丁质。不同类型真菌壁成分比较 。二、繁殖与生活史（一）繁殖 1、无性孢子：主要方式，特点是分散，数量大。① 孢囊孢子：内生孢子，毛、根、犁头霉。②分生孢子：外生孢子，最普遍。③节孢子：粉孢子，菌丝断裂形成。④厚垣孢子：真菌休眠体。 2、有性孢子①卵孢子：配子囊（雄器、藏卵器）。②接合孢子：同宗、异宗配合。③子囊孢子：形态多样。子实体、子囊果。④担孢子：担子菌特征。 （二）生活史 霉菌指从一种孢子开始，经过一定的生长和发育，最后又形成同一种孢子为止。三、菌落 疏松，绒毛状、絮状、蛛网状。 四大类微生物比较。四、分类 ：过去依据菌丝体及有性繁殖特征分为三纲一类，藻状菌纲、子囊菌纲、担子菌纲、半知菌类。 Ainsworth 分类系统五、常见常用霉菌 中国食用和药用大型真菌 (一)食用真菌1、种类资源：担子菌675种，子囊菌45种。通常栽培的仅10多种。2、营养：蛋白含量高，AA多达18种左右，特别是人体必需AA。还含有多种维生素、糖类和矿物质。Lys含量一般较高。3、栽培：发展栽培同时，重视采用菌丝体的深层培养，特别是风味特殊而鲜美的种类。菌丝体培养物可新鲜食用，或冷冻干燥成粉，制成食品。目前栽培广而产而产量大的品种：双孢菇、大肥菇、香菇、草菇、金针菇、侧耳（平菇）、凤尾侧耳、滑菇、银耳、木耳、猴头菌、长裙竹荪等。培养料来源多且广，棉子壳、锯末、秸杆、蔗渣、酒糟等。 4、应用：食用子实体、菌丝体深层培养。作调味品、香味、饮料等。（二）药用真菌1、资源：担子菌345种，子囊菌28种，其它11种。2、应用：有20多个方面，主要抗癌、抑菌。目前认为抗癌物质主要是多糖，如香菇多糖、银耳酸性异多糖、芸芝多糖（PSK）、茯苓多糖、猪苓多糖、灵芝多糖等。 细胞型生物小结 真菌、细菌、放线菌比较 真核、原核区别 第 六 节：病毒 （virus） 非细胞型生物，有区别于细胞型特征：1、形体十分微小，滤过，电镜可见；2、无细胞结构，分子生物，由核酸和蛋白组成，且一种病毒仅含一种类型核酸；3、专性活细胞内寄生，有宿主专一性，无独立代谢酶系，依赖宿主自身复制；4、对抗生素不敏感，对干扰素敏感。概念：病毒是超显微的，无细胞结构，专性活细胞内寄生，在活细胞外具一般化学大分子特征，一旦进入宿主细胞又具有生命特征。 根据宿主不同，可把病毒分为几类，如动物病毒、植物病毒、昆虫病毒、细菌病毒等。病毒的核酸与细胞型也不同。一、形态、结构和化学组成1、大小：nm, 多在100nm左右。图片。2、病毒粒子 virion (病毒颗粒)：①成分：核酸--核心core ，核衣壳，蛋白--衣壳capsid nucleocapsid ，衣壳粒 capsomere，包膜（类脂或脂蛋白）envelope 。病毒粒子对称体制：螺旋对称（TMV）；廿面体对称（腺病毒）。②功能：核酸：遗传物质基础。 蛋白：构成外壳，保护病毒免受核酸酶及其它因子破坏；决定

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感染特异性；决定抗原性。 3、噬菌体 phage：多为蝌蚪状，结构模式图。头部为廿面体对称，尾部为螺旋对称。4、群体形态：病毒包涵体、噬菌斑。 二、繁殖（烈性噬菌体为例）1、吸附：分两阶段。感染复数m.o.i 。2、侵入：头部DNA通过尾管注入至细胞中，外壳留在胞外。自外裂解 。 3、增殖：包括DNA复制和蛋白质合成。双链DNA噬菌体三阶段转录遗传信息转移4、成熟（装配）：潜伏期 。 5、裂解（释放）：裂解期。 上述烈性噬菌体的生长方式，称为一步生长。 一步生长曲线 。 裂解量：每个被感染的细菌释放新的噬菌体的平均数。三、噬菌体与宿主关系1、烈性噬菌体：凡能引起宿主细胞迅速裂解的噬菌体。敏感细菌。2、温和性噬菌体：噬菌体侵染宿主后，并不增殖，裂解，而与宿主DNA结合，随宿主DNA复制而复制，此时细胞中找不到形态上可见的噬菌体，这种噬菌体称为温和性噬菌体。含有温和性噬菌体的细菌称为溶源性细菌lysogenic bacteria 。 温和性噬菌体存在状态 ： 1）游离具感染性的virion；2）前噬菌体（prophage）：附着或整合在宿主染色体上，一道复制；3）营养期噬菌体：指导合成。3、溶源性细菌特性。 1）遗传性。 2）自发裂解。3）诱发裂解：双氧水、UV、X、等。4）免疫性 。5）复愈（消失溶源性）。6）溶源转变。 溶源性菌株命名 。 四、噬菌体分离检查与防治（一）分离检查（效价测定） 怎样证实有噬菌体存在：宿主特异性；噬菌斑、液体培养变清等。1、双层平板法2、单层平板法3、玻片快速法效价（titre），噬菌斑形成单位（pfu） （二）防治措施：1、消灭phage，杜绝其依赖生存条件。2、选育和使用抗phage菌株。3、菌种轮换使用。4、药物防治：加入某些金属螯合剂、表面活性剂。五、亚病毒 1、类病毒viroid：没有衣壳包裹的RNA分子。2、拟病毒virusoids(类类病毒)：一类包括在植物病毒粒子中的类病毒，RNA。3、朊病毒prion, virino：一类能侵染动物并在宿主细胞内复制的小分子无免疫性的疏水性蛋白。艾滋病：AIDS 获得性免疫缺陷综合征。1981年首先在USA发现，1983年巴斯德研究所宣布分离出一种virus证实为AIDS的病原，1986年WHO定名为人类免疫缺陷病毒（HIV）。HIV专门侵犯淋巴细胞，造成免疫缺陷。传播途径：血液、母婴、体液 第二章：微生物营养和培养基 了解不同微生物需要什么营养物，怎样吸收，起什么作用，如何为其配餐。 营养物：必须得到的细胞结构 成分，必须得到的能量储存物质。 营养：把营养物从外界吸收至细胞内，复制出新细胞结构的过程。第一节：营养物及其功能一、细胞化学组成 整个生物界大体相同，主要是C、H、O、N（占干重90-97%），C（约50%），此外为各种无机元素，由这些元素再组成化合物。其中C/N一般是5:1。1、水分和无机元素：含水70-90%（鲜重），无机元素（3-10%干重）依次为P、S、K、Mg、 Ca、Fe、Zn、Mn等。2、有机物 蛋白质,核酸,碳水化合物,类脂,维生素等。二、主要营养物及其功能 主要功能：提供合成原生质和代谢产物原料；产生合成反应及生命活动所需能量；调节新陈代谢。（一）碳源物质定义：凡能提供微生物营养所需碳元素的营养源。功能：碳源、能源微生物碳源谱（二）氮源物质定义：凡能提供微生物营养所需氮元素的营养源。功能：氮源，一般不作能源。微生物氮源谱氨基酸自养型和异养型生物。速效氮源和迟效氮源 。生理碱性、酸性、中性盐。 （三）能源 化学能：有机物-化能异养微生物 无机物 -化能自养微生物 光能 （四）生长因子定义：一类对微生物正常代谢必不可少且又不能从简单的碳、氮源自行合成的所需极微量的有机物。种类：维生素、AA、base、FA等。作用：辅酶或酶活化。来源：酵母膏、玉米浆、麦芽汁等，复合维生素。浓度 。 （五）无机盐 所需浓度在10-3-10-4M的元素为大量元素。所需浓度在10-6-10-8M为微量元素。主要功能：构成菌体成分；酶活性基组成或维持酶活性；调节渗透压、pH、Eh；化能自养微生物能源等。 无机元素来源与功能 一些无机元素加入盐 （六）水 存在状态：游离态（溶媒）和结合态（结构组成）。生理作用：组成成分；反应介质；物质运输媒体；热的良导体。第二节：微生物营养类型依碳源不同：异养型heterotrophs（不能以CO2为主要或唯一碳源。 自养型autotrophs（能以CO2为主要或唯一碳源。 依能源不同：光能营养型phototrophs（光反应产能） 化能营养型chemotrophs （物质氧化产能）

这样可将微生物分成四种营养类型（插入）其中，化能异养型又据利用有机物特性，分成腐生和寄生。营养类型划分不是绝对的，不同生活条件下，可相互转变。

3节：营养物吸收与代谢物分泌 营养物吸收至胞内被利用，代谢物分泌到胞外以免积累，这就是物质运输过程。通透性与吸收是不同概念。一般 大分子：先水解为小分子，再吸收。脂溶性物质：易透过离子化合物：弱快强慢（极性）一、营养物吸收 1、单纯扩散 simple diffusion

依靠胞内外溶液浓度差，顺浓度梯度运输，不消耗代谢能，无特异性。水、二氧化碳、氧气、甘油、乙醇等。

2、促进扩散 facilitated diffusion

借助载体蛋白顺浓度梯度运输，不耗能，有特异性。载体蛋白（渗透酶）有底物特异性，是诱导产生的。硫酸根、磷酸根、糖（真核） 3、主动运输 active transport

吸收营养物的主要机制。逆浓度梯度运输，耗能，需载体蛋白，有特异性。氨基酸、乳糖等糖类、钠、钙等无机离子。亲和力改变←蛋白构象改变→耗能上述3种方式中，被运输的溶质分子都不发生改变。 4、基团转位 group translocation 属主动运输，但溶质分子发生化学修饰-定向磷酸化。主要依赖磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）和磷酸转移酶系统（PTS）。 PEP+ HPr<=>丙酮酸+P-HPr (EI) 糖+P-HPr<=>糖-P+HPr (EII)

膜对大多数磷酸化合物具有高度的不渗透性。葡萄糖、果糖、甘露糖、嘌呤、核苷、脂肪酸等。二、代谢物分泌微生物能分泌多种物质，如有机酸、糖类、胞外酶、荚膜多糖等，由此可知，分泌与吸收不是同一机制。 4节：培养基 medium

选用各种营养物质，经人工配制用来培养微生物的基质。一、培养基类型

1、依来源不同：合成、天然、半合成。 2、依状态不同：固体、半固体、液体。 3、依功能不同：选择、鉴别

二、选择和配制培养基的原则和方法（一）四个原则 1、目的明确

培养什么微生物，获得什么产物，用途 2、营养协调

恰当配比，尤其是C/N比（100/0.5-2） 3、物理化学条件适宜

pH，考虑区别，培养基调节能力。采用磷酸缓冲液或假如碳酸钙，流加酸碱。 渗透压和水活度 aw : 等渗适宜。 aw表示在天然环境中，微生物可实际利用的自由水或游离水含量。微生物适宜生长的aw为0.6-0.998之间。氧化还原电位Eh：好氧微生物+0.1v以上；兼性厌氧+0.1v以上行好氧呼吸， +0.1v以下行发酵；厌氧微生物+0.1v以下生长。

4、经济节约 以粗代精、以废代好、以简代繁等。 （二）四种方法：1、生态模拟。2、查阅文献。3、精心设计。4、实验比较。第三章：微生物代谢广义的代谢--生命体进行的一切化学反应。

代谢分为能量代谢和物质代谢，分解代谢和合成代谢。分解代谢：复杂营养物分解为简单化合物（异化作用）。合成代谢：简单小分子合成为复杂大分子（同化作用）二者关系初级和次级代谢依据代谢产物在微生物中作用不同，又有初级代谢和次级代谢。初级代谢：能使营养物转化为结构物质、具生理活性物质或提供生长能量的一类代谢。产物有小分子前体物、单体、多聚体等生命必需物质。次级代谢：某些微生物中并在一定生长时期出现的一类代谢。产物有抗生素、酶抑制剂、毒素、甾体化合物等，与生命活动无关，不参与细胞结构，也不是酶活性必需，但对人类有用。二者关系：先初后次，初级形成期也是生长期，只有大量生长，才能积累产物。 1节：微生物能量代谢 微生物对能量利用：有机物 化能异养菌 日光 光能营养菌 通用能源还原态无机物 化能自养菌 ATP

只有ATP和酰基辅酶A起偶联作用，其他高能化合物只作为〜P供体。 生物氧化过程分为：脱氢、递氢、受氢三个阶段。生物氧化功能：产能（ATP）、产还原力[H]、产小分子中间代谢物。

以下主要讲述化能异养微生物的生物氧化和产能。一、底物（基质）脱氢的四条主要途径以葡萄糖作为典型底物 1、EMP途径（糖酵解途径）

有氧时，与TCA连接，将丙酮酸彻底氧化成二氧化碳和水。 无氧时，丙酮酸进一步代谢成有关产物。 2、HMP途径（己糖-磷酸途径）

产生大量NADPH2和多种重要中间代谢物。

3、ED途径 2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸裂解途径 KDPG

是少数缺乏完整EMP的微生物具有的一种替代途径，细菌酒精发酵经ED进行。 4、TCA循环（三羧酸循环）

真核在线粒体中，原核在细胞质中。 TCA在代谢中占有重要枢纽地位

四种途径产能比较： 二、递氢和受氢根据递氢特别是最终氢受体不同划分 1、发酵（分子内呼吸）

无氧条件下，底物脱氢后产生的还原力不经呼吸链而直接传递给某一中间代谢物的低效产能反应。在此过程中，有机物是氧化基质，又是最终氢受体，且是未彻底氧化产物，结果仍积累有机物，产能少。在发酵过程中，借底物水平磷酸化合成ATP，是合成ATP唯一方式。

X〜P + ADP  ATP + X

高能化合物：1 ，3- 二磷酸甘油酸、乙酰磷酸、氨甲酰磷酸、PEP、 酰基辅酶A。

2、有氧呼吸（呼吸作用） 底物脱氢后，经完整的呼吸链（电子传递链）递氢，以分子氧作为最终氢受体，产生水和放出能量。在电子传递过程中，通过与氧化磷酸化反应偶联，产生ATP，称氧化磷酸化。 1）呼吸链组成与顺序：

2）真核与原核生物呼吸链比较： 位置、组成

3、无氧呼吸（厌氧呼吸）

以无机氧化物代替分子氧作为最终氢受体的生物氧化。氧化磷酸化合成ATP，但有些能量转移到最终受体，产能不多。 依据最终氢受体不同，分成多种类型。 1）硝酸盐还原作用（反硝化作用）

由硝酸盐逐步还原成分子氮的过程。使土壤N损失，肥力下降。属异化性硝酸盐还原。

2）硫酸盐还原作用（异化性）

通常以乳酸为基质，积累乙酸，以SO42-为最终氢受体。脱硫弧菌 Desulfovibrio sp.

3)甲烷发酵作用

产甲烷菌以二氧化碳为最终氢受体。如甲烷杆菌 Methanobacterium 四、不同呼吸类型微生物与分子氧的不同关系 1、好氧微生物 aerobic

有氧条件下生长，进行有氧呼吸。 2、厌氧微生物 anaerobic

不需分子氧，进行无氧呼吸或发酵。专性厌氧菌—只能在无氧条件下生长，分子氧对其有害。主要梭菌、产甲烷细菌、脱硫弧菌。耐气厌氧菌（aerotolerant)—无论有氧无氧，都进行发酵，分子氧无害。如乳酸菌。 3、兼性厌氧微生物 facultative anaerobic

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有氧与无氧条件下均能生长，但以不同氧化方式获得能量。如酵母菌、一些肠道菌、反硝化细菌。酵母菌酒精发酵时通入氧气，发酵减慢，停止产生乙醇，葡萄糖消耗速率下降，氧对发酵的这种抑制现象称为巴斯德效应。 4、微好氧微生物 microaerophilic

在氧浓度较低条件下生长，进行有氧呼吸。氧的危害 O2 + e → O2— 超氧化物自由基

有一些酶可解除危害。五、不同发酵类型对G发酵产物不同划分，糖的无氧降解。

（一）乙醇发酵： EMP 脱羧酶 脱氢酶

1.酵母无氧条件 ：G → 丙酮酸 → 乙醛 → 乙醇 此属正常形式，称Ⅰ型发酵，亦称同型酒精发酵

2.若有亚硫酸酸氢钠存在，与乙醛结合，而使磷酸二羟丙酮作为受氢体。 磷酸二羟丙酮 → α-磷酸甘油 → 甘油 此称为Ⅱ型发酵，但仍有乙醇产生。

3．碱性条件下（PH7.6），乙醛分子间歧化反应

一分子乙醛 → 乙酸（氧化）一分子乙醛 → 乙醇（还原） 还有磷酸二羟丙酮 → 甘油

4．细菌同型酒精发酵，ED途径进行，产生2分子乙醇。

5．细菌异型酒精发酵，通过HMP途径进行，产生1分子乙醇和1分子乳酸。 总反应式如下：

G+2ADP+2Pi → 2乙醇+2 CO2+2ATP G+HSO3- → 甘油+乙醛•HSO3-+CO2 2G → 2甘油+乙酸+乙醇+CO2 G+ADP+Pi → 2乙醇+2 CO2+ATP G+ADP+Pi → 乳酸+乙醇+CO2+ATP

（二）乳酸发酵发酵产物中只有乳酸，经 EMP途径，称为同型乳酸发酵（德氏乳杆菌）。

发酵产物中除乳酸外，还有其他，如乙醇、CO2等称异型乳酸发酵。经HMP 途径。如肠膜状明串珠菌Leuconostoc mesenteroides 总反应式：同型：G+2ADP+2Pi → 2乳酸+2ATP 异型：G+ADP+Pi → 1乳酸+乙醇+CO2+ATP

真菌：丙酮酸→ 2分子乙醇→琥珀酸→延胡索酸 →苹果酸 → 乳酸 （三）丁酸型发...（三）丁酸型发酵

Clostridium 所进行，特点是产物中都有丁酸。不同种类因酶系统不同，最终产物除丁酸外，还有其他产物。重要的有丁酸发酵、丙酮丁醇发酵、丁醇异丙醇发酵。

（四）丙酸发酵由丙酸细菌Propionibacterium，与乳酸细菌相似，发酵产物有丙酸、乙酸、CO2。

丙酸 → 丙酸钙（防腐剂）（五）混合酸发酵肠杆菌特征，产物有甲酸、乙酸、乳酸、琥珀酸等有机酸，还有CO2、H2、少量2，3-丁二醇、乙酰甲基甲醇、甘油等。其中两个重要的鉴定反应： 1．V．P．实验（Vagex-Proskauer） 产气气杆菌产2，3-丁二醇比较多，碱性条件下可氧化为二乙酰，再与肌酸或胍类衍生物缩合成红色物质，若加入α-萘酚、肌酸可促进反应，此称VP反应。 大肠杆菌不产生或少产生2，3-丁二醇，VP反应阴性。 2．甲基红（M.R）反应 大肠杆菌产酸多，使pH降至4.2, 甲基红由黄变红，反应阳性。产气气杆菌产2，3-丁二醇，产酸少（pH5.3），甲基红反应阴性。

3．另外，甲酸只在碱性环境下积累（pH7.3）,而pH6.2以下，不产甲酸， HCOOH → CO2+H2。甲酸脱氢酶与氢化酶联合作用。 伤寒杆菌无甲酸脱氢酶，只产酸不产气。 2节：分解代谢

一、淀粉的分解淀粉有两类：一类是直链淀粉（α-1，4-糖苷键）；另一类是支链淀粉（支链α-1，4、分支点α-1，6-糖苷键）。 1、液化型淀粉酶（α-淀粉酶）：分子内α-1，4-糖苷键，不作用α-1，6-糖苷键以及靠近α-1，6-糖苷键的α-1，4-糖苷键。作用的结果是产生麦芽糖，含有6个葡萄糖单位的寡糖和带有支链的寡糖，使黏度下降。枯草杆菌通常用作α-淀粉酶的生产菌。 2、糖化型淀粉酶：这是一类酶的总称。共同特点是可以将淀粉水解成麦芽糖或葡萄糖，包括以下三种：

（1）淀粉-1，4-麦芽糖苷酶（β-淀粉酶）：从非还原性末端开始，按双糖为单位，逐步作用于α-1，4生成麦芽糖。但不作用于α-1，6，遇到α-1，6时，作用停止。作用于淀粉后的产物是麦芽糖与极限糊精。 （2）淀粉-1，4-葡萄糖糖苷酶（糖化酶）： 从非还原性末端开始，依次以葡萄糖为单位逐步作用于α-1，4，生成葡萄糖，但能越过α-1，6。根霉与曲霉普遍都能合成与分泌此酶。

（3）淀粉-1，6-葡萄糖苷酶（异淀粉酶）：此酶专门作用α-1，6-糖苷键。

二、纤维素与半纤维素的分解纤维素是葡萄糖通过β-1，4-糖苷键连接，分子量更大，不溶于水，不能直接被人和动物消化，但它可以被许多真菌包括木霉、青霉、根霉以及放线菌与细菌中的一些菌株分解与利用 纤维素酶复合物：纤维二糖酶（β-葡萄糖苷酶），C1酶， Cx酶。 天然纤维素 C1酶 水合非结晶纤维素 Cx酶 纤维二糖+葡萄糖 纤维二糖酶 葡萄糖细菌的纤维素酶位于细胞膜上，真菌和放线菌的纤维素酶是胞外酶。自然界中纤维素丰富，对纤维素的研究早就成为重要的课题了。在植物细胞壁还有半纤维素，包括各种聚戊糖与聚已糖，最常见的半纤维素是木聚糖。半纤维素容易被微生物分解，但由于半纤维素的组成类型很多，因而分解它们的酶也各不同。生产半纤维素酶的微生物主要有曲霉、根霉、木霉等。三、果胶质的分解果胶质是构成高等植物细胞间质的主要物质，主要由D-半乳糖醛酸通过α-1，4-糖苷键连接。

天然果胶质（原果胶）原果胶酶 水溶性果胶 果胶甲酯水解酶 果胶酸 果胶酸酶 半乳糖醛酸。分解果胶的微生物主要是一些细菌和真菌，麻类植物沤浸脱胶技术就是为了利用果胶分解菌分解果胶的能力。四、几丁质的分解几丁质由N-乙酰葡萄糖胺通过β-1，4-糖苷键连接起来，含氮多糖。是真菌细胞壁和昆虫体壁的组成成分，一般生物都不能分解与利用，只有某些细菌和放线菌能分解与利用。 几丁质酶使几丁质水解生成几丁二糖，再通过几丁二糖酶进一步水解生成N-乙酰葡萄糖胺。

五、油脂的分解油脂在脂肪酶（Lipase）的作用下，逐步被水解生成甘油与脂肪酸，脂肪酸通过β-氧化进行分解。脂肪酶一般广泛存在于真菌中。

六、烃类化合物的分解 烃类化合物是一类高度还原性的物质，在好氧条件下，可以被一些微生物分解，主要是假单胞菌、分枝杆菌、诺卡氏菌、某些酵母等。 1、甲烷氧化： 2、正烷烃氧化： 先烃化酶（单氧酶）、铁硫蛋白和铁硫蛋白-NADH2还原酶作用。 三种方式：a:末端甲基氧化， b:次末端亚甲基氧化，

c:两端甲基氧化  氧化。 3、芳香烃氧化

含苯环或联苯类化合物，在氧化过程中逐步被氧化生成儿茶酚或原儿茶酚。儿茶酚或原儿茶酸可以在苯环的邻位上或间位上被氧化打开，生成脂肪族化合物，再逐步分解成糖分解途径中的中间体物质，再按糖代谢的方式进行分解。苯（联苯）→儿茶酚→开环（邻位、间位） →继续降解。七、蛋白质的分解蛋白酶（胞外） 肽酶（胞内） 蛋白质 肽 AA

一般真菌分解蛋白质的能力强，并能分解天然的蛋白质，而大多数细菌不能分解天然蛋白质，只能分解变性蛋白以及蛋白质的降解产物。根据肽酶作用部位不同，分为氨肽酶（作用于有游离氨基端的肽键）；羧肽酶（作用于有游离羧基端的肽键）。腐化 decay 和腐败 putrefaction 八、氨基酸的分解 1、脱氨作用

有机含氮化合物在微生物作用后放出氨的生物学过程中，通常称为氨化作用。（1）氧化脱氨：氨基酸在有氧条件下脱氨，产生氨与α-酮酸，由氨基酸氧化酶催化。包括脱氨反应（酶促）与水解反应（非酶促）。

（2）还原脱氨作用：在无氧条件下进行，生成饱和脂肪酸和氨。 天冬氨酸 琥珀酸+NH3

（3）水解脱氨与减饱和脱氨：

氨基酸经水解产生羟酸与氨：氨基酸+水 羟酸+ NH3

通过减饱和方式进行脱氨，生成不饱和脂肪酸和氨：天冬氨酸 延胡索酸+ NH3 （4）脱水脱氨：含羟基氨基酸（如丝氨酸）在脱水过程中脱氨。 Ser → 氨基丙烯酸 → 亚氨基丙酸 →丙酮酸 + NH3 H2O

（5） Stickland反应

某些专性厌氧细菌如梭状芽孢杆菌在厌氧条件下生长时，以一种氨基酸作为氢的供体，进行氧化脱氨，另一种氨基酸作氢的受体，进行还原脱氨，两者偶联进行氧化还原脱氨。这其中有ATP生成。这个反应被称为Stickland反应。 供氢体：Ala、Leu、Val、Ser、Phe、Cys、His、Asp、Glu。 受氢体：Gly、Pro、Hyp、Orn、Arg、Trp。 丙氨酸+2甘氨酸 3乙酸+3NH3 2、脱羧作用

通过氨基酸脱羧酶作用，生成有机胺和二氧化碳。有机氨在胺氧化酶作用下放出氨生成相应的醛，醛再氧化成有机酸，最后按脂肪酸β-氧化的方式分解。 氨基酸脱羧酶具有高度的专一性，基本上是一种氨基酸有一种脱羧酶来催化它的分解。反应中放出的二氧化碳可以用微量测压计测定，因此可根据一定基质在一定时间内，被单位细胞作用后、产生二氧化碳的量来测定脱羧酶的酶活。另外，也可以分析样品中的氨基酸的含量。二元AA生成的二胺有毒。Lys-尸胺，Orn-腐胺

鉴定反应吲哚实验与硫化氢实验是常用的两个鉴定实验 1、吲哚实验：有些细菌可以分解色氨酸生成吲哚可以与二甲基氨基苯甲醛反应生成红色的玫瑰吲哚，因此可根据细菌能否分解色氨酸产生吲哚来鉴定菌种。 2、硫化氢实验：许多细菌能分解含硫氨基酸（胱氨酸、半胱氨酸）产生硫化氢，如果在蛋白胨培养基中加进重金属盐，接种细菌培养后观察，若产生硫化氢，则出现黑色的硫化铅或硫化铁。 3节：合成代谢

一、生物合成三要素能量 、还原力、 小分子前体物

1、能量由ATP供给，ATP产生有三种方式（底物水平磷酸化，氧化磷酸化，光合磷酸化）

2、还原力产生：还原力主要指NADH2 和NADPH2 EMP 与TCA 产生的NADH2有3个去向： 1）供H体（中间产物还原成发酵产物）； 2）通过呼吸链产生ATP； 3）用于细胞物质合成。

但NADH2要先在转氢酶作用下转变成NADPH2才能用。 NADP+ NADH2 NADPH2+NAD

在体内还有HMP供给NADPH2与磷酸糖 。 1G 2 NADPH2+CO2+5-P-核酮糖

NADPH2在光细菌中可通过非环式光合磷酸化方式产生。

3、小分子前体物：通常指糖代谢过程中产生的中间代谢物，有12 种。 代谢回补顺序

1、合成草酰乙酸（OA）回补顺序 PEP+CO2 羧化酶 OA+Pi

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PY+CO2+ATP 羧化酶 OA+ADP+Pi PEP+CO2+GDP 羧化激酶 OA+GTP

PY+CO2+NADH2 苹果酸酶 苹果酸+NAD á-KD+CO2+NADH2 脱氢酶 异柠檬酸+NAD

好氧性，利用乙酸微生物，以乙醛酸循环补充草酰乙酸。 2、合成PEP的回补顺序

PY+ATP PEP合酶 PEP+ADP+Pi

PY+ATP+Pi PY双激酶 PEP+AMP+Ppi OA+GTP PEP羧激酶 PEP+GDP+CO2 OA+PPi PEP羧转磷酸酶 PEP+Pi+CO2 综合总结：二、糖类合成（一）单糖合成

1、卡尔文环Calvin cycle（光合菌、某些自养菌）

（还原的磷酸戊糖环）分为三个阶段：①CO2固定②固定CO2的还原③CO2受体的再生。

关键酶：1，5-二磷酸核酮糖羧化酶、磷酸核酮糖激酶。 总反应式：

6CO2+6H2O+18ATP+12NADPH2 G+18ADP+12NADP+18Pi

另外，产甲烷细菌有厌氧乙酰辅酶A途径，少数光合细菌中有还原性TCA途径等新的自养CO2固定途径。 2、EMP逆过程。 3、糖异生作用。

4、糖互变作用：大量是在核苷二磷酸糖水平上进行。 （二）多糖合成

E.coli肽聚糖合成：需1个多糖引物。

1、单糖组分在细胞质中合成(UDP是第一个载体）

2、逐步加上AA生成UDP-NAM-五肽（Park 核苷酸），顺序为

L-Lys, D-Glu, DAP, D-Ala, D-Ala ( 不需tRNA参与）。其中，2D-Ala D-丙酰-D-Ala(青霉素类似） 此阶段在细胞质中进行。 3、 UDP-NAM-五肽转至膜上，与一脂质载体（细菌萜醇 —C55类异戊二烯醇）结合，释放出NAM-五肽焦磷脂，在膜内侧与UDP-NAG结合，构成肽聚糖亚单位。 细菌萜醇是第二个载体。

4、亚单位转移至细胞壁的生长点上（插入），万古霉素、杆菌肽抑制。 5、在细胞膜外侧，亚单位与引物相连（转糖基作用），再通过转肽酶作用，将亚单位末端的D-丙-D-丙拆开，第四个AA与另一亚单位的DAP之间交联，另一D-Ala释放。

在这一步，由于青霉素是D-丙-D-丙的结构类似物，则转肽酶被抑制，造成肽链间无法交联，网状结构也连不起来，形成 “软壁 ”，极易破裂死亡。青霉素只对正生长菌起作用，对静息细胞无作用。

三、氮类物质合...三、氮类物质合成（一）生物固氮分子N2通过固氮微生物作用形成NH3的过程。

1、固氮微生物 （都是原核微生物）

①自生固氮菌：好氧、厌氧、兼性厌氧及各种营养类型。②共生固氮菌：与豆科共生为根瘤菌，与非豆科共生是放线菌。③联合固氮菌：根际、叶面微生物。 2、固氮机制

只有在不含有化合态氮的培养基上生长，且提供ATP、还原力等条件下才能固氮。

总反应式： Mg2+

N2+6e+6H++12ATP 2NH3+12ADP+12Pi 固氮酶固氮酶 组分Ⅰ：钼铁蛋白（MoFd） 组分Ⅱ：铁蛋白（AzoFd)

都对氧极敏感，遇氧失活，需厌氧条件固氮。固氮过程： 电子载体：铁氧还蛋白（Fd），黄素氧还蛋白（Fld）也可以。 每步只传递2e，N2 2NH3需6e，连续三次。 固氮酶底物专一性不高，还能催化一些反应。 C2H2→C2H4， N2O→N2+H2O，

HCN→CH4+NH3+CH3NH2， 2H+→H2。

其中C2H2→C2H4 ，可用气相色谱检测，可作为固氮系统存在的有效指标。 N2 2NH3去路：自生固氮菌不能储存，也不分泌，很快同化；共生固氮菌分泌至根瘤细胞中为植物所利用。 （二）氨基酸合成

1、直接从培养基中吸收。

2、通过转氨作用合成其他的氨基酸： Glu + 丙酮酸 α-酮戊二酸 + Ala Glu + 草酰乙酸 α-酮戊二酸 + Asp 这类反应是由氨基移换酶催化而成。 3、微生物经氨化作用或经固氮作用生成的氨可以通过特定的反应来吸收生成新的氨基酸（氨同化作用）

α-酮戊二酸+NH3 谷氨酸脱氢酶 Glu +水 NH3+ATP Glu á-KD、PY、OA Gln合成酶 转移酶

ADP+Pi Gln Glu、Ala、Asp 4、从前体合成氨基酸。

按前体不同可将20种氨基酸为六组：

（一）3-磷酸甘油醛：丝氨酸、半胱氨酸、甘氨酸

（二）4-磷酸赤藓糖和磷酸烯醇式丙酮酸：色氨酸、 酪氨酸、苯丙氨酸 （三）丙酮酸：丙氨酸,亮氨酸、缬氨酸

（四）α-酮戊二酸：谷氨酸、谷酰氨 脯氨酸、精氨酸、赖氨酸（真菌中）

（五）草酰乙酸：天冬氨酸 天冬酰氨 甲硫氨酸 苏氨酸 异亮氨酸 赖氨酸（细菌）（六）5-磷酸核酮糖+ATP：组氨酸

初生氨基酸：Ala, Glu, Asp, Gly，氨基化所生成的氨基酸。

次生氨基酸：以初生氨基酸为前体合成。工业生产氨基酸最初利用蛋白质水解法生产，1957年开始用发酵法生产。近年采用生化合成法： 1、酶转化法

反丁烯二酸+NH3 Asp酶 L-Asp 丙酮酸+NH3+苯酚 Tyr酶 Tyr

2、完整细胞酶合成：选用酶活力高菌种，处理菌体使物质易透过。 DL-Ser+丙酮酸+苯酚 菌体 L- Tyr 丙酮酸+ NH3+吲哚 菌体 L-Trp 4节：代谢调控

代谢—生化反应—酶催化—基因编码→基因调控↓环境因子影响 环境调控代谢调节部位：真核和原核合成调节：诱导合成、终产物阻遏、分解代谢物阻遏酶活性调节：反馈（终产物）抑制、酶活性共价修饰一、主要调节机制（一）酶的诱导合成

Karstrom 适应酶 Monod 诱导酶 组成酶 Cohn 组成酶

诱导剂不一定是底物，但底物大多数情况下是有效诱导剂。诱导酶只在有诱导剂时才合成，除去诱导剂就停止。是全新合成，而不是原有酶的激活。某些酶的诱导物操纵子学说 Monod & Jacob, 1962 调节基因 操纵子 P R t P O z y a t

mRNA RNA多聚酶

无诱导物时，结合。 阻遏物 有诱导物时，脱落。

（二）终产物阻遏（反馈阻遏）主要在合成代谢途径中，终产物或其衍生物对该途径上一个或多个酶形成的抑制作用。如E. coli Met, Arg的合成。 机制：调节基因 原阻遏物（阻遏物蛋白）与终产物结合时被激活，与操纵基因结合，阻止结构基因转录。终产物为辅阻遏物。属于正调节。（三）分解代谢物阻遏（葡萄糖效应）

Monod研究E. coli 对混合碳源利用，发现葡萄糖抑制其它糖利用，出现二次生长。

所有迅速代谢能源都能阻抑较慢代谢的能源所需酶的合成。酶的生成被易分解碳源所阻遏。此称葡萄糖效应。酶大多数是诱导酶。葡萄糖效应并不是由葡萄糖直接造成，而是葡萄糖某种分解代谢物引起。 cAMP（环腺苷酸）是关键控制因子。 其与分解代谢物活化蛋白（CAP）结合，促使RNA多聚酶与启动基因结合而开始转录。 cAMP浓度低时，影响结合，不能转录。 葡萄糖的某种代谢产物降低了cAMP水平，即使有诱导剂存在，也不能合成分解其它糖的酶，只有葡萄糖消耗完， cAMP水平上升，才能开始转录、合成。 ATP 腺苷酸环化酶 cAMP 磷酸二酯酶 AMP （四）反馈抑制

1、协同反馈抑制：终产物不能单独抑制，要几个终产物同时作用，合作抑制。如多粘芽孢杆菌的Asp族氨基酸合成。6-53 2、合作反馈抑制：两种终产物同时存在，起着比一种大得多的抑制。 图6-54 3、同工酶：多个酶催化同一个反应，分别受不同终产物抑制。图6-51 如大肠杆菌的Asp族氨基酸合成，图6-52 4、顺序反馈抑制：代谢途径中第一个酶不受终产物抑制，而受分支处中间产物抑制，终产物抑制引起中间产物积累，从而抑制第一个酶。图6-57 如红色假单胞菌的Ile合成。

5、积累反馈抑制：每一个终产物单独、部分地抑制共同步骤的第一个酶，互不影响。图6-55

如大肠杆菌的Gln合成酶受8个终产物抑制。图6-56

调节位点（变构中心） 反馈抑制机制：变构酶 底物位点（活性中心）（五）酶活性共价修饰由一个修饰酶（活化酶）催化另一种酶起共价修饰的改变，从而改变后者活性。酶-X 酶 + X （X：小分子化合物）

修饰酶 如大肠杆菌Gln合成酶：AMP与酶共价结合时（腺苷酰转移酶催化）活性低，脱去AMP，活性高。

胶质假单胞菌柠檬酸裂解酶：乙酰化（有活性），脱乙酰化（无活性）二、代谢调控应用

(一）在初级代谢产物生产上应用

反馈调节最重要，要绕过，方法如下：

1、降低末端产物浓度（应用营养缺陷型解除正常反馈调节）

单线途径：应用营养缺陷型积累中间代谢物，采用低浓度终产物供给。 Ea Eb Ec A B C D E

Ec 缺失，积累C，低浓度供给E。 分支途径：积累末端产物。 E1 F G

A B C D E E2 H I

E1缺失，限制I，少量E→G，大部分分泌。 Lys生产：高Ser缺陷型，图6-62 肌苷酸生产：腺嘌呤缺陷型，图6-63

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