? 产氧：真核生物 —— 藻类及其他绿色植物；原核生物 —— 蓝细菌 ? 不产氧（仅原核生物有）：光合细菌 ? 产能途径 ? 循环光合磷酸化 ? 非循环光合磷酸化 ? 嗜盐菌紫膜的光合作用 ? 自养微生物的CO2固定 ? Calvin循环：光能自养生物合化能自养生物固定CO2的主要途径。 ? 厌氧乙酰-CoA途径：一些能利用氢的严格厌氧菌包括产甲烷菌、硫酸盐还原菌和产乙酸菌中发现的新的自养CO2还原途径。 ? 还原性TCA循环途径：少数光合细菌如嗜硫代硫酸盐绿菌固定CO2的途径。 ? 化能异养微生物的生物氧化 ? 生物氧化的过程：脱氢（或电子）、递氢（或电子）、受氢（或电子） ? 生物氧化的功能：产能（ATP）、产还原力［H］、产小分子中间代谢物 ? 根据递氢特别是受氢过程中氢受体性质的不同，可以把生物氧化区分成三种类型：呼吸（有氧呼吸）、无氧呼吸、发酵
呼吸（ respiration ）或有氧呼吸：一种最普遍和最重要的生物氧化方式。其特点是底物按常规方式脱氢后，经完整的呼吸链（或电子传递链）递氢，最终由分子氧接受氢并产生水和释放能量（ATP）。
无氧呼吸（ anaerobic respiration ）或厌氧呼吸：一类呼吸链末端的氢受体为外源无机氧化物（个别为有机氧化物）的 生物氧化。这是一类在无氧条件下进行的产能效率较低的特殊呼吸。其特点是底物按常规途径脱氢后，经部分呼吸链递氢，最终由氧化态的无机物（个别是有机物延胡索酸）受氢。 ? 硝酸盐呼吸( nitrate respiration )或反硝化作用 ? 能进行硝酸盐呼吸的都是一些兼性厌氧微生物（即反硝化细菌），如地衣芽孢杆菌等。 ? 反硝化细菌具有完整的呼吸链，只有在无氧条件下，才能诱导出反硝化作用所需的硝酸盐还原酶A和亚硝酸还原酶。 ? 硫酸盐呼吸( sulfate respiration ) ? 硫酸盐还原菌都是一些严格依赖于无氧环境的专性厌氧细菌。如脱硫脱硫弧菌。 ? 硫呼吸( sulphur respiration ) ? 能进行硫呼吸的微生物只有氧化乙酸脱硫单胞菌。 ? 碳酸盐呼吸( carbonate respiration ) ? 产甲烷菌产生甲烷的碳酸盐呼吸 ? 产乙酸细菌产生乙酸的碳酸盐呼吸 ? 延胡索酸呼吸( fumarate respiration ) ? 许多兼性厌氧细菌，如埃希氏杆菌属。 发酵（ fermentation ）：在生物氧化或能量代谢中，发酵指在无氧条件下，底物脱氢后所产生的还原力[H]不经过呼吸链传递而直接交给某一内源氧化性中间代谢产物的一类低效产能反应。 ? 由EMP途径中丙酮酸出发的发酵 ? 酵母型酒精发酵 ? 同型乳酸发酵 ? 丙酸发酵 ? 混合酸发酵 ? 丁酸型发酵 ? 丙酮丁醇发酵 ? 通过HMP途径的发酵 — 异型乳酸发酵 ? 通过ED途径进行的发酵 — 细菌的酒精发酵 ? 酵母的“同型酒精发酵”：由酿酒酵母等通过EMP途径进行。 ? 葡萄糖 + 2ADP + 2Pi → 2乙醇 + 2CO2 + 2ATP ? 细菌的“同型酒精发酵”：由运动发酵单胞菌等通过ED途径进行。 ? 葡萄糖 + ADP + Pi → 2乙醇 + 2CO2 + ATP
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? 细菌的“异型酒精发酵”：由Leuconostoc mesenteroides等通过HMP途径进行。 ? 葡萄糖 + ADP + Pi → 乳酸 + 乙醇 + CO2 + ATP ? 氨基酸发酵产能 — Stickland反应：以一种氨基酸作氢供体和以另一种氨基酸作氢受体而产能的独特发酵类型。产能效率很低，每分子氨基酸仅产生1个ATP。
第八章 微生物的生长及其控制
个体生长：同化作用速度超过异化作用，原生质总量（重量、体积、大小）不断增加，出现个体生长。 ? 个体生长 → 个体繁殖 → 群体生长 群体生长 = 个体生长 + 个体繁殖
微生物学中的 “生长” 均指群体生长。
第一节 测定生长繁殖的方法
一、测定生长量的方法 1．直接法
测体积：适用于菌量大的样品，初步比较用。 ? 将待测培养液置于刻度离心管中→沉降或离心→计算菌体体积（包括细胞体积和细胞之间的空隙体积）
称干重：适用于菌量大的样品。 ? 离心法：离心 → 干燥[ 100~105℃或红外线烘干或真空干燥 （40℃或80℃）]→称干重 ? 过滤法：过滤（滤纸或醋酸纤维膜过滤）→ 洗涤 → 真空干燥（40℃）→ 称干重 2．间接法
比浊法：波长为450~650nm ? 原生质含量↑ → 培养液浊度↑； ? 用分光光度计测出待测培养液的浊度，对照标准曲线，求出菌浓度，结果为相对值； ? 不适用于含非细胞固形物多的样品和丝状微生物。
生理指标法：测含氮量，含碳量，P、DNA、RNA、ATP、DAP、N-乙酰胞壁酸的含量。 二、计繁殖数 1．直接法
血球计数板法（ counting chamber ）：全菌计数法 ? 用血球计数板在显微镜下直接计数。 活菌染色计数法 ? 用美蓝液对酵母菌染色，活细胞为无色，死细胞为蓝色； ? 细菌经吖啶橙染色后，在紫外光显微镜下可观察到活细胞发出橙色荧光，死细胞发出绿色荧光。 2．间接法
平板菌落计数法（ plate counting ）：不适用于严格厌氧菌，活菌计数法 ? 平板表面涂布法（ spread-plate method ） ? 琼脂培养基浇注法（ pour plate method ）
第二节 微生物的生长规律
一、同步生长：细胞群体处于分裂步调一致的状态。 1．获得同步生长的方法 环境条件诱导法 ? 改变环境条件，用控制温度、光线、培养基成分、或者用能够影响细胞周期中主要功能的代谢抑制剂等条件，诱导同步生长。
机械筛选法：选择性过滤法、密度梯度离心法或膜洗脱法等。 ? 原理：在非同步生长的微生物中，微生物处于不同的生长阶段，体积、大小和重量不一，可用不同孔径的滤膜过滤或密度梯度离心，选出同一生长阶段的微生物。 2．同步生长曲线 —— 阶跃性曲线
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二、单细胞微生物的典型生长曲线
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，在适宜的条件下，它们的群体就会有规律的生长起来。以细胞数目的对数值作纵坐标，以培养时间作横坐标，就得到微生物的典型生长曲线。 根据微生物的生长速率常数R不同，可分为： ? Lag phase（延滞期、调整期、适应期） ? Exponential phase（指数期、对数期） ? Stationary phase（稳定期、平衡期） ? Death phase（衰亡期） 1．延滞期 特点 ? 生长速率常数R = 0 ? 细胞形态变大或增长 ? 细胞内RNA尤其是rRNA含量增高，原生质呈碱性。 ? 合成代谢活跃，易产生诱导酶。 ? 对外界不良条件反应敏感 影响因素 ? 菌种特性 ? 接种龄 ? 接种量 ? 培养基成分 2．对数期 特点 ? R最大，增代时间（代时G）或倍增时间最短。 ? 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。 影响因素 ? 菌种特性 ? 营养成分 ? 营养物浓度 ? 培养温度 3．稳定期 特点 ? R = 0，菌体产量达到最高点。 ? 细胞开始储存糖原、异染颗粒和脂肪等储藏物。 ? 以生产菌体或与菌体生长相平行的代谢产物的最佳收获期。 稳定期到来的原因 ? 营养物尤其是生长限制因子的耗尽； ? 营养物的比例失调； ? 有害代谢产物累积； ? pH、氧化还原电势等物化条件不适宜。 4．衰亡期 特点 ? 个体死亡速度 > 新生速度，群体呈现负生长； ? 细胞形态多样； ? 细胞产生自溶； ? 产生或释放抗生素； ? 芽孢杆菌中芽孢的释放。 衰亡期到来的原因 ? 环境条件越来越不利，从而引起细胞内分解代谢大大超过合成代谢，导致菌体死亡。
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三、微生物的连续培养（continuous culure ）
当微生物以单批培养的方式培养到指数期的后期时，一方面以一定速度连续流进新鲜培养基，并立即搅拌均匀；另一方面，利用溢流的方式，以同样的流速不断流出培养物。这样，培养物就达到动态平衡，其中的微生物可长期保持在指数期的平衡生长状态和稳定的生长速率上。 1．恒浊器（ turbidostat ）：根据培养器内微生物的生长密度，并借光电控制系统来控制培养液流速，以取得菌体密度高、生长速度恒定的微生物细胞的连续培养器。 2．恒化器（ chemostat ）：一种设法使培养液流速保持不变，并使微生物始终在低于其最高生长速率条件下进行生长繁殖的一种连续培养装置。 3．恒化器与恒浊器的比较 4．连续培养的优缺点 优点 ? 高效、自控 ? 节约了大量动力、人力、水和蒸汽 ? 产品质量较稳定 缺点 ? 菌种易于退化 ? 易遭杂菌污染 ? 营养物的利用率低
第三节 影响微生物生长的主要因素
一、温度
生长温度三基点 ? 最低生长温度：一般为-5~ -10℃，极端为-30℃ ? 最适生长温度 ? 嗜冷菌：＜20℃（一般为15℃） ? 中温菌：20~45℃（室温菌：约25℃；体温菌：约37℃） ? 嗜热菌：＞45℃（一般为50~60℃） ? 最高生长温度：一般为80~95℃，极端为105~150℃
最适生长温度：分裂代时最短或生长速率最高时的培养温度。
最适生长温度≠发酵速度最高时的培养温度≠代谢产物量最高时的温度≠生长量最高时温度 二、氧气
根据微生物与氧的关系，可分为： ? 好氧菌 ? 专性好氧菌：需氧，在正常大气压（0.2巴）下通过呼吸产能。 ? 兼性厌氧菌：以呼吸为主，兼营发酵产能；以呼吸为主，兼营厌氧呼吸产能。 ? 微好氧菌：只能在0.01~0.03巴的大气压下生活。 ? 厌氧菌 ? 耐氧菌：不需氧，只能以发酵产能，氧无毒害。 ? （专性）厌氧菌：氧有害或致死，以发酵或无氧呼吸产能。 ? SOD功能是保护好氧菌免受超氧化物阴离子自由基的毒害。 厌氧菌的氧毒害机制
三、pH值：-lg[H+]，指外界环境的pH值 不同微生物的生长pH范围不同；
微生物在生命活动过程中，会改变外界环境中的pH值； pH的调节方法。
第四节 有害微生物的控制
一、几个基本概念
灭菌（ sterilization ）
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消毒（ disinfection ） 防腐（ antisepsis ） 化疗（ chemotherapy ） 二、高温灭菌
1．干热灭菌法（ dry heat sterilization ） 火焰灼烧法：直接在火焰上灼烧灭菌。
烘箱内热空气灭菌法：160℃ 2h，适用于耐高温器皿。 2．湿热灭菌法（ moist heat sterilization ）
煮沸消毒法：一般用于饮用水的消毒，100℃下煮沸数分钟。 巴氏消毒法（ pasteurization ）
间歇灭菌法（ fractional sterilization ）：适用于不耐热培养基。 加压灭菌法（ autoclave ）：121℃（压力1kg/cm2或15磅/英寸2）维持15~20min。 3．影响加压蒸汽灭菌效果的因素
灭菌物体的含菌量：含菌量↑，灭菌时间↑
灭菌对象的pH： pH<6，微生物易死亡； pH6.0~8.0，微生物不易死亡 灭菌对象的体积：影响热传导率 加热与散热速度
灭菌锅内空气排除程度的影响：加压蒸汽灭菌不是靠蒸汽压力，而是靠蒸汽温度，灭菌时要先排尽锅内空气，否则压力表上压力= 锅内水蒸汽压力+空气压力 4．高温对培养基成分的影响 形成沉淀物 ? 牛肉膏、蛋白胨、麦芽汁等天然培养基灭菌后，发生沉淀（一般不影响微生物生长）。 ? 培养基中含Ca、Mg、Fe、Zn等离子，加热后易形成磷酸盐、碳酸盐沉淀。 破坏营养，提高色泽 ? 褐变：含糖较高的培养基灭菌后，颜色发生变化，如黄、褐色，一般颜色越深，发酵效果越差。 ? 原因：还原糖的羰基与氨基酸或蛋白质的氨基反应 → 氨基糖（褐色）；部份糖分解 → 焦糖 改变培养基pH：灭菌后，培养基pH下降0.2~0.3 降低培养基浓度：气温低时会增加冷凝水 三、过滤除菌法（ filter sterilization ） 四、常用的消毒防腐剂及其应用
最低抑菌浓度（ Minimum inhibitory concentration-MIC ） MIC的测定方法 ? Tube dilution technique ? Agar diffusion technique
第九章 微生物的遗传育种
几个基本概念 ? 遗传( heredity ) ? 表型( phenotype ) ? 变异( variation ) ? 饰变( modification )
第一节 遗传变异的物质基础
一、三个经典实验
1．肺炎链球菌的转化实验 1928，Fred Griffith discovered the phenomenon of transformation in Streptococcus pneumoniae（肺炎双球菌） He proposed the concept of transforming principle Discovery of DNA as genetic material 2．噬菌体的感染实验
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