第一章 绪 论 ....................................................................................................................................................... 4
第一节 微生物与微生物学 ........................................................................................................................... 4
一．微生物及其特点 ............................................................................................................................... 4 二．微生物学及其研究内容 ................................................................................................................... 4 三．微生物与发酵工业 ........................................................................................................................... 4 第二节 微生物学的发展 ............................................................................................................................... 4
一．古代劳动人民对微生物的利用和控制 ........................................................................................... 4 二．微生物的发现和微生物学的发展简史 ........................................................................................... 4 第二节 微生物的分类和命名 ....................................................................................................................... 5
一．微生物在生物界中的地位 ............................................................................................................... 5 二．徽生物的分类单位和命名 ............................................................................................................... 5 三．微生物的分类依据 ........................................................................................................................... 6 四．微生物的分类方法 ........................................................................................................................... 7 思考题 ....................................................................................................................................................... 7
第二章 微生物的形态与分类 ............................................................................................................................... 8
第一节 细 菌 bacterium，bacteria ........................................................................................................... 8
一．细菌的形态和大小 ........................................................................................................................... 8 二．细菌细胞的构造 ............................................................................................................................... 8 三．细菌的繁殖方式及培养特征 ......................................................................................................... 12 四．细菌的分类 ..................................................................................................................................... 13 五．发酵工业常见常用细菌 ................................................................................................................. 13 第二节 放线菌 Actinomycetes ................................................................................................................. 13
一．放线菌的形态和构造 ..................................................................................................................... 13 二．放线菌的繁殖 ................................................................................................................................. 14 三．链霉菌的生活史 ............................................................................................................................. 14 四．放线菌与细菌的比较 ..................................................................................................................... 14 五．放线菌的分类 ................................................................................................................................. 14 六．发酵工业常用的放线菌 ................................................................................................................. 14 第三节 酵母菌 Yeast .................................................................................................................................. 15
一．酵母菌的形态及大小 ..................................................................................................................... 15 二．酵母菌的细胞构造 ......................................................................................................................... 15 三．酵母菌的繁殖方式及生活史 ......................................................................................................... 17 四．酵母菌的培养特征 ......................................................................................................................... 17 五．酵母菌的分类 ................................................................................................................................. 17 六．发酵工业常见常用酵母 ................................................................................................................. 18 第四节 霉 菌 Mould，Mold .................................................................................................................... 18
一．霉菌的形态和构造 ......................................................................................................................... 18 二．霉菌的繁殖方式与生活史 ............................................................................................................. 18 三．霉菌的生活史： ............................................................................................................................. 20 四．霉菌的菌落 ..................................................................................................................................... 20 五．霉菌的分类 ..................................................................................................................................... 20 六．霉菌与酵母及放线菌的比较 P141 ............................................................................................... 20 七．发酵工业常见常用霉菌 ................................................................................................................. 20 第五节 担子菌Basidiomytete ..................................................................................................................... 21
一．一般形态和构造 ............................................................................................................................. 21 二．繁殖方式及子实体的形成 ............................................................................................................. 21
1
三．担子菌的生活史 ............................................................................................................................. 21 第六节 噬菌体 Bacteriophage，phage ...................................................................................................... 22
一．噬菌体的特点 ................................................................................................................................. 22 二．噬菌体的形态和构造 ..................................................................................................................... 22 三．噬菌体的繁殖(以T-even系列为例) ............................................................................................. 23 四．噬菌体的一步生长曲线 (One Step Growth Curve) ...................................................................... 23 五．溶源性 lysogeny ............................................................................................................................. 23 六．噬菌体的生活史 ............................................................................................................................. 24 七．噬菌体的分离检查 ......................................................................................................................... 24 八．噬菌体的污染及其防治 ................................................................................................................. 25 九．酵母的病毒 (Killer，杀伤因子，嗜杀因子) ............................................................................... 25 十．亚病毒 subvirus .............................................................................................................................. 26 思考题 ..................................................................................................................................................... 26
第三章 微生物的营养与生长 ............................................................................................................................. 27
第一节 微生物的营养 ................................................................................................................................. 27
一．微生物细胞的化学组成 ................................................................................................................. 27 二．微生物的营养物质及其生理功能 ................................................................................................. 27 三．微生物的营养类型 ......................................................................................................................... 29 四．营养物质的跨膜输送 ..................................................................................................................... 29 五．培养基medium ............................................................................................................................... 31 第二节 微生物的生长 ................................................................................................................................. 32
一．微生物个体的生长与繁殖 ............................................................................................................. 32 二．微生物生长的测定 ......................................................................................................................... 32 三．微生物群体生长规律 ..................................................................................................................... 32 四．连续培养 ......................................................................................................................................... 33 思考题 ..................................................................................................................................................... 34
第四章 微生物代谢与调节 ................................................................................................................................. 35
第一节 微生物能量代谢 ............................................................................................................................. 35
一.生物氧化与普通氧化反应的区别 .................................................................................................... 35 二.微生物生物氧化的产能模式 ............................................................................................................ 35 第二节 葡萄糖分解代谢与工业发酵 ......................................................................................................... 36
一．乙醇发酵 ......................................................................................................................................... 36 二．乳酸发酵 ......................................................................................................................................... 36 三．混合酸发酵 ..................................................................................................................................... 36 四．丁二醇发酵 ..................................................................................................................................... 36 五．丁酸发酵 ......................................................................................................................................... 36 六．丙酮丁醇发酵 ................................................................................................................................. 36 七．多元醇发酵 ..................................................................................................................................... 36 第三节 发酵产物的类型及其发酵特点 ..................................................................................................... 37
一．菌体类发酵 ..................................................................................................................................... 37 二．糖类厌气发酵 ................................................................................................................................. 37 三．糖类好气性发酵 ............................................................................................................................. 37 第四节 微生物的代谢调节 ......................................................................................................................... 37
一．物质代谢的相互关系 ..................................................................................................................... 37 二．微生物代谢调节的部位 ................................................................................................................. 37 三．微生物代谢调节的模式----分支途径中的反馈抑制 .................................................................... 38
2
四．代谢的人工控制及其在发酵工业上的应用 ................................................................................. 39 思考题 ..................................................................................................................................................... 40
第五章 环境因子对微生物生长及发酵的影响 ................................................................................................. 41
第一节 环境因子对微生物生长和生存的影响 ......................................................................................... 41
一．物理因子 ......................................................................................................................................... 41 二．化学因子 ......................................................................................................................................... 43 第二节 灭菌和消毒 ..................................................................................................................................... 45
一．物理灭菌因素的代表----高温 ........................................................................................................ 45 二．常用的化学消毒剂 ......................................................................................................................... 46 三．抗生素antibiotics ............................................................................................................................ 46 四．防腐方法 ......................................................................................................................................... 47 五．发酵工厂的灭菌消毒 ..................................................................................................................... 47 思考题 ..................................................................................................................................................... 47
第六章 微生物菌种的筛选与保藏 ..................................................................................................................... 50
第一节 从自然界中分离菌种 ..................................................................................................................... 50
一．采样 ................................................................................................................................................. 50 二．增殖培养 ......................................................................................................................................... 50 三．分离 ................................................................................................................................................. 51 四．筛选 ................................................................................................................................................. 52 五．纯种分离及筛选 ............................................................................................................................. 53 六．生产性能试验 ................................................................................................................................. 53 七．毒性试验及菌种鉴定 ..................................................................................................................... 53 第二节 菌种的衰退、复壮与保藏 ............................................................................................................. 53
一．菌种衰退及其防止 ......................................................................................................................... 53 二．菌种的复壮rejuvenation ................................................................................................................ 53 三．菌种保藏 ......................................................................................................................................... 54 思考题 ..................................................................................................................................................... 55
第七章 微生物的生态和环境保护 ..................................................................................................................... 56
第一节 自然界中的微生物 ......................................................................................................................... 56
一．土壤中的维生物 ............................................................................................................................. 56 二．水中的微生物 ................................................................................................................................. 56 三．空气中的微生物 ............................................................................................................................. 57 四．极端环境下的微生物 ..................................................................................................................... 57 第二节 微生物之间的相互关系 ................................................................................................................. 57
一．互生 metabiosis .............................................................................................................................. 57 二．共生 symbiosis ............................................................................................................................... 58 三．寄生 parasitism ............................................................................................................................... 58 四．拮抗/抗生 antagonism .................................................................................................................... 58 五．竞争 competition ............................................................................................................................ 58 六．捕食 predatism ............................................................................................................................... 58 第三节 微生物与环境保护 ......................................................................................................................... 58
一．水体的污染 ..................................................................................................................................... 58 二．废水处理的微生物学方法 ............................................................................................................. 59 思考题 ..................................................................................................................................................... 60
3
第一章 绪 论
第一节 微生物与微生物学
一．微生物及其特点
1．微生物(microorganism)：微生物是对所有形体微小的单细胞的、或个体结构较为简单的多细胞的、或没有细胞结构的低等生物的通称。 2．微生物包括的类群： 不具细胞结构：病毒、类病毒、阮病毒
单细胞原核生物：细菌、放线菌、立克次氏体、支原体、衣原体、蓝细菌等； 真菌：酵母菌、霉菌、担子菌等； 单细胞原生生物：藻类、原生动物等
3．与发酵工业有关的微生物类群：噬菌体、细菌、放线菌、酵母菌、霉菌、担子菌 4．微生物的特点：个体小、种类多、繁殖快、分布广、容易培养、代谢能力强、容易变异 二．微生物学及其研究内容
1．微生物学(microbiology)：是研究微生物及其生命活动规律的科学。 2．研究内容：形态构造、生理代谢、遗传变异、生态分布、分类进化、 3．微生物学与生物工程：
Biotechnology：The use of microorganisms, such as bacteria or yeasts, or biological substances, such as enzymes, to perform specific industrial or manufacturing processes. Applications include the production of certain drugs, synthetic hormones, and bulk foodstuffs as well as the bioconversion of organic waste and the use of genetically altered bacteria in the cleanup of oil spills. 三．微生物与发酵工业
发酵过程：利用微生物作为动力，生产某种特定产物的生物化学过程。
发酵产品：酿造食品，酒精饮料，有机酸，核苷酸，氨基酸类物质，酶制剂，抗生素，有机溶剂其它化工产品，营养和生长必需物质，生物制药 发酵工业的发展
天然发酵 [白酒、啤酒、葡萄酒、酱油…] ↓
纯种发酵 [酒精、丙酮丁醇 ?] ↓
通风发酵 [抗生素、有机酸、酶制剂…] ↓
代谢调控发酵 [氨基酸、核苷酸…] ↓
基因重组菌种发酵 [胰岛素、干扰素 ?]
第二节 微生物学的发展
一．古代劳动人民对微生物的利用和控制 ?酿造业：商书记载：“若作酒醴，尔维曲蘖” ?医学：种痘防天花 ?农业：瓜与豆类轮作
二．微生物的发现和微生物学的发展简史 1． 形态学时期：
Robert Hooke 设计了显微镜
4
A. Van. Leeuwenhock (1632~1723) 荷兰人，用自制的显微镜，清楚的看见了细菌和原生动物。 2． 生理学时期：
（1）Louis Pasteur (1822~1895) 法国生物学家及化学家。 ? 理论上彻底否定“自然发生说”；
? 医学上发现了引起疾病的病原体，创立了免疫学原理和预防接种方法； ? 工业上揭示了酒醋的发酵本质、找到啤酒酸败的原因，发明了解决的方法； ? 在农业上揭示了蚕的微粒子病的本质，挽救了法国的养蚕业； （2）Robert Koch (1843~1910) 德国细菌学家。 ?证实病原菌和疾病的关系，提出了柯赫原则； Koch's Postulate
1．Find the suspected organism in all cases of the disease and demonstrate its absence in healthy individuals. 2．Isolate the organism in pure culture.
3．Reproduce the same disease in suitable experimental animals． 4．Re-isolate the same organism from the artificially infected animals． ?建立了分离纯化微生物的实验技术；
?建立了微生物的染色技术Alexander Fleming (1881~1955) 英国细菌学家，发现了人类历史上的第一种抗生素----青霉素 3．分子生物学时期：
1928年Griffith的细菌转化实验，1952年Hershey-Chase的噬菌体感染实验，1956年Frankel-Conrat
烟草花叶病毒的重建实验，证明了核酸是遗传的物质基础；
1953年Watson、Crick 提出DNA双螺旋结构 1961-66年 Holley 等阐明遗传密码
1973年Boyer 和Cohen首次报到细菌基因经体外人工重组后转入细菌内能复制表达----遗传工程问世 1975年Milstein 等建立生产单克隆抗体技术 1983年Mullis，建立PCR技术
第二节 微生物的分类和命名
一．微生物在生物界中的地位
1．微生物的进化过程：厌氧→好氧 →有丝分裂 →减数分裂→细胞分化形成组织，器官等 3． 微生物在生物界中的地位：
原核生物界：蓝细菌，细菌，放线菌，古细菌 原生生物界：原生动物，藻类
真菌界：霉菌，酵母，mushroom（蕈，伞菌） 植物界 动物界 病毒界
二．徽生物的分类单位和命名
微生物分类学(microbial taxonomy)：是一门按微生物的亲缘关系把它们安排成条理清楚的各种分类单位（单元）或分类群(taxon)的科学。 其具体任务：
分类（classification）：通过收集大量有关个体描述的资料，经过科学的归纳，整理成一个科学的分类系统。分类解决的是从个别到一般或从具体到抽象的问题。
鉴定（identification）：通过详细观察和描述一个未知名称纯种微生物的各种性状特征，然后查找现成
5