緒論一、微生物與我們微生物無處不在，我們無時不生活在“微生物的海洋”中。

細菌數億/g土壤，土壤中的細菌總重量估計為：10034×1012噸；每個噴嚏的飛沫含4500-150000個細菌，重感冒患者為8500萬；人體體表及體內存在大量的微生物。微生物既是人類的敵人，更是人類的朋友！時時刻刻與微生物“共舞”

是禍？是

福？

微生物是自然界物質迴圈的關鍵環節；(一)微生物是人類的朋友

體內的正常菌群是人及動物健康的基本保證；幫助消化、提供必需的營養物質、組成生理屏障

微生物可以為我們提供很多有用的物質；

有機酸、酶、各種藥物、疫苗、乳酪、啤酒、醬油等

基因工程為代表的現代生物技術；(二)少數微生物也是人類的敵人鼠疫艾滋病埃博拉病毒我國8000年前就開始出現了曲蘗釀酒；4000年前埃及人已學會烘制麵包和釀制果酒；2500年前發明釀醬、醋，用曲治消化道疾病；西元六世紀(北魏時期)賈思勰的巨著“齊民要術”；西元前112年-212年間，華佗：“割腐肉以防傳染”；西元九世紀痘漿法、痘衣法預防天花；16世紀，古羅巴醫生G.Fracastoro：疾病是由肉眼看不見的生物(livingcreatures)引起的；1641年，明末醫生吳又可也提出“戾氣”學說；二、微生物的發現和微生物學的建立與發展（一）微生物的發現

1664年，英國人虎克（RobertHooke）曾用原始的顯微鏡對生長在皮革表面及薔薇枯葉上的黴菌進行觀察。1676年，微生物學的先驅荷蘭人列文虎克（Antonyvanleeuwenhoek）首次觀察到了細菌。他沒有上過大學，是一個只會荷蘭語的小商人，但卻在1680年被選為英國皇家學會的會員。（二）微生物學的奠基法國人巴斯德（LouisPasteur）（1822～1895）德國人柯赫（RobertKoch）（1843～1910）1.巴斯德

(1)發現並證實發酵是由微生物引起的；(2)徹底否定了“自然發生”學說；化學家出生的巴斯德涉足微生物學是為了治療“酒病”和“蠶病”著名的曲頸瓶試驗無可辯駁地證實，空氣內確實含有微生物，是它們引起有機質的腐敗。(3)免疫學——預防接種首次製成狂犬疫苗(4)其他貢獻

巴斯德消毒法：60～65℃作短時間加熱處理，殺死有害微生物。2.柯赫a）細菌純培養方法的建立土豆切面→營養明膠→營養瓊脂（平皿）（1）微生物學基本操作技術方面的貢獻b）設計了各種培養基，實現了在實驗室內對各種微生物的培養c）流動蒸汽滅菌d）染色觀察和顯微攝影（2）對病原細菌的研究作出了突出的貢獻a）具體證實了炭疽桿菌是炭疽病的病原菌b）發現了肺結核病的病原菌；（1905年獲諾貝爾獎）1、在每一相同病例中都出現這種微生物；2、要從寄主分離出這樣的微生物並在培養基中培養出來；3、用這種微生物的純培養接種健康而敏感的寄主，同樣的疾病會重複發生；4、從試驗發病的寄主中能再度分離培養出這種微生物來。c）證明某種微生物是否為某種疾病病原體的基本原則——著名的柯赫原則（三）微生物學發展過程中的重大事件1890VonBehring製備抗毒素治療白喉和破傷風；1892Ivanovsky提供煙草花葉病毒是由病毒引起的證據；1928Griffith發現細菌轉化；1929Fleming發現青黴素；1944Avery等證實轉化過程中DNA是遺傳資訊的載體；1953Watson和Crick提出DNA雙螺旋結構；1970～1972Arber、Smith和Nathans

發現並提純了DNA限制性內切酶；

1983～1984Mullis建立PCR技術。（四）20世紀的微生物學個體小:測量單位：微米或鈉米

桿菌的平均長度：2微米；1500個桿菌首尾相連=一粒芝麻的長度；10-100億個細菌加起來重量=1毫克；面積/體積比：人=1，大腸桿菌=30萬。

(五)微生物的特點細菌化石（直徑10nm）硫磺細菌結構簡：無細胞結構（病毒）；單細胞；簡單多細胞．胃口大：

消耗自身重量2000倍食物的時間：

大腸桿菌：1小時人：500年（按400斤/年計算）食譜廣：微生物獲取營養的方式多種多樣，其食譜之廣是動植物完全無法相比的！

纖維素、木質素、幾丁質、角蛋白、石油、甲醇、甲烷、天然氣、塑膠、酚類、氰化物、各種有機物均可被微生物作為糧食。繁殖快：24小時後：4722366500萬億個後代，重量達到：4722噸。48小時後：2.2×1043個後代，重量達到2.2×1025噸。相當於4000個地球的重量！大腸桿菌一個細胞重約10–12克，平均20分鐘繁殖一代。一頭500kg的食用公牛，24小時生產0.5kg蛋白質，而同樣重量的酵母菌，以品質較次的糖液（如糖蜜）和氨水為原料，24小時可以生產50000kg優質蛋白質。變異易：個體小、結構簡、且多與外界環境直接接觸繁殖快、數量多。

突變率：10-5–10-10,短時間內產生大量的變異後代。第一章病毒第一節概述一、病毒的發現和研究歷史1886年，A.Mayer發現具有傳染性的煙草花葉病；1892年，D.Ivanovsky煙草花葉病病原體能通過細菌濾器：一種能通過細菌濾器的”細菌毒素”或極小的細菌1898年，MWBeijerinck對煙草花葉病病原體的研究結果：

能通過細菌濾器；可被乙醇沉澱而不失去其感染性，能在瓊脂凝膠中擴散；用培養細菌的方法不能被培養出來，推測只能在活細胞中生活；比細菌小的具有傳染性的活的流質1900年前後，包括口蹄疫（footandmouthdisease）在內的多種動植物疾病病原體的濾過性特性被證明。filterableviruses（濾過性病毒）viruses（病毒）FWTwort（1915年）、Fd’Herelle（1917年），分別發現細菌（Shigelladysenteriae）病毒bacteriophagesPhago：“toeat”噬菌體（phage）1935年，WMStanley首次提純並結晶了煙草花葉病毒；

Bawden等證明煙草花葉病毒的本質為核蛋白；1940年，Kausche首先用電鏡觀察到煙草花葉病毒顆粒；二、病毒的特點和定義1、特點1）不具有細胞結構，具有一般化學大分子的特徵。2）一種病毒的毒粒內只含有一種核酸，DNA或者RNA。3）大部分病毒沒有酶或酶系極不完全，不含催化能量代謝的酶，不能進行獨立的代謝作用。4）嚴格的活細胞內寄生，沒有自身的核糖體，沒有個體生長，也不進行二均分裂，必須依賴宿主細胞進行自身的核酸複製，形成子代。5）個體微小，在電子顯微鏡下才能看見。6）對大多數抗生素不敏感，對干擾素敏感。表2-1單細胞微生物與病毒性質的比較aDNA病毒和RNA病毒中的一部分;b利福平可抑制痘病毒複製2、定義迄今仍無一個科學而嚴謹的定義病毒為具有獨立於其宿主的進化史的絕對細胞內寄生物，它的DNA或RNA基因組被其所編碼的蛋白質殼體化（encapsidation）。-------------（Fields等，1990年）非細胞生物（真）病毒：至少含核酸和蛋白質二種組分亞病毒類病毒：只含具侵染性的RNA組分衛星RNA：只含有不具侵染性的RNA組分朊病毒：只含蛋白質三、病毒的培養和純化同微生物學其他學科分支一樣，病毒學的進步完全得益於研究方法和技術手段的發展。通過病毒的分離與純化獲得純化的、有感染性的病毒製備物是病毒學研究和實踐的基本技術。病毒的培養：二元培養物法噬菌體細菌培養物培養液營養瓊脂平板細菌培養液變清亮細菌平板成為殘跡平板若是噬菌體標本經過適當稀釋再接種細菌平板，經過一定時間培養，在細菌菌苔上可形成圓形局部透明區域，即噬斑動物病毒實驗動物雞胚多種細胞培養四、病毒的培養和純化

（參見P161）1、病毒的培養若標本經過適當稀釋進行接種並輔以染色處理，病毒可在培養的細胞單層上形成肉眼可見的局部病損區域，即蝕斑或稱空斑。大多數動物病毒感染敏感細培養能引起其顯微表現的改變，即產生致細胞病變效應（cytopathiceffect,CPE），例如細胞聚集成團、腫大、圓縮、脫落，細胞融合形成多核細胞，細胞內出現包涵體（inclusionbody），乃至細胞裂解等。第二節毒粒的性質病毒是一類既具有化學大分子屬性，又具有生物體基本特徵；既具有細胞外的感染性顆粒形式，又具有細胞內的繁殖性基因形式的獨特生物類群。毒粒（病毒顆粒）：

病毒的細胞外顆粒形式，也是病毒的感染性形式。一團能夠自主複製的遺傳物質保護遺傳物質免遭環境破壞，並作為將遺傳物質從一個宿主細胞傳遞給另一個宿主細胞的載體。蛋白質外殼

包膜一、毒粒的形態結構1、病毒的大小和形狀個體小，必需在電鏡下觀察；不同病毒的毒粒大小差別很大；毒粒的形狀大致可分球形顆粒(或稱擬球形顆粒)、桿狀顆粒和複雜形狀顆粒（如蝌蚪狀，卵形）等少數幾類。採用各種電鏡技術觀察毒粒的形態結構Orfvirus：口瘡病毒(接觸性膿皰皮炎病毒（負染技術）Ebolavirus：埃博拉病毒（正染技術）Vacciniavirus痘苗病毒（投影技術）2、毒粒的殼體結構殼體或衣殼（capsid）：包圍著病毒核酸的蛋白質外殼，由蛋白質亞基按對稱的形式、有規律地排列而成，是病毒毒粒的基本結構。殼體結構類型螺旋對稱殼體二十面體對稱殼體雙對稱結構螺旋對稱殼體：亞基有規律地沿著中心軸（核酸）呈螺旋排列，進而形成高度有序、對稱的穩定結構。二十面體對稱殼體：構成對稱結構殼體的第二種方式是蛋白質亞基圍繞具立方對稱的正多面體的角或邊排列，進而形成一個封閉的蛋白質的鞘。若以一定數目的亞基排列成具有一定表面積的立方對稱實體，以二十面體容積為最大，能包裝更多的病毒核酸，所以病毒殼體多取二十面體對稱（icosahedralsymmetry）結構。具有雙對稱結構的典型例子是有尾噬菌體（tailedphage）,其殼體由頭部和尾部組成。包裝有病毒核酸的頭部通常呈二十面體對稱，尾部呈螺旋對稱。3、病毒的包膜結構病毒的蛋白質殼體和病毒核酸（核心）構成的複合物，又稱核衣殼。核殼（nucleocapsid）：僅由核衣殼構成的病毒顆粒裸露毒粒（nakedvirion）：包膜（envelope）：有些病毒核衣殼包裹著的一層脂蛋白膜，它是病毒以出芽（budding）方式成熟時，由細胞膜衍生而來的。有維繫毒粒結構，保護病毒核殼的作用。特別是病毒的包膜糖蛋白，具有多種生物學活性，是啟動病毒感染所必需的。一、毒粒的形態結構3、病毒的包膜結構（參見P166）病毒包膜的基本結構與生物膜相似，是脂雙層膜。在包膜形成時，細胞膜蛋白被病毒的包膜糖蛋白取代。刺突（spike）：包膜或核衣殼上的突起。4、毒粒的結構類型四種主要結構類型裸露的二十面體毒粒；裸露的螺旋毒粒；有包膜的二十面體毒粒；有包膜的螺旋毒粒；有些病毒，如有尾噬菌體、痘病毒等結構更為複雜，不能包括在這些結構類型之內。不同病毒的毒粒結構複雜程度有很大的區別裸露的二十面體毒粒有包膜的二十面體毒粒；裸露的螺旋毒粒；有包膜的螺旋毒粒二、毒粒的化學組成毒粒（化學組成）核酸；蛋白質；脂類；碳水化合物；基本化學組成病毒顆粒在化學上表現為核蛋白1、病毒的核酸核酸是病毒的遺傳物質；一種病毒的毒粒只含有一種核酸：DNA或是RNA；病毒核酸單鏈DNA（ssDNA）；雙鏈DNA（dsDNA）；單鏈RNA（ssRNA）；雙鏈RNA（dsRNA）；2、病毒的蛋白質病毒蛋白質結構蛋白非結構蛋白病毒基因組編碼的，在病毒複製過程中產生並具有一定功能，但並不結合於毒粒中的蛋白質。構成一個形態成熟的有感染性的病毒顆粒所必需的蛋白質殼體蛋白；包膜蛋白；存在於毒粒中的酶；第三節病毒的複製病毒的特點：嚴格細胞內寄生物，只能在活細胞內繁殖。毒粒宿主細胞有繁殖性的病毒基因組具有感染性的毒粒消失病毒基因組複製、表達病毒核酸和蛋白質裝配形成具有感染性的毒粒釋放至細胞外原料；能量；生物合成場所；一、病毒的複製週期1、一步生長曲線（onestepgrowthcurve）1939年，MaxDelbruck&EmoryEllis：1、用噬菌體的稀釋液感染高濃度的宿主細胞；2、數分鐘後，加入抗噬菌體的抗血清（中和未吸附的噬菌體）；3、將上述混合物大量稀釋，終止抗血清的作用和防止新釋放的噬菌體感染其他細胞；4、保溫培養並定期檢測培養物中的噬菌體效價（對噬菌體含量進行計數）；5、以感染時間為橫坐標，病毒的感染效價為縱坐標，繪製出病毒特徵性的繁殖曲線；該實驗標誌著分子病毒學、分子生物學和分子遺傳學的建立MaxDelbruck因此榮獲1969年NobelPrize取培養物直接測定病毒數量將培養物過濾去細胞後測定病毒數量將細胞裂解後測定病毒的數量。前期可將培養物先離心去上清以消除未吸附病毒的影響裂解量：每個受染細胞所產生的子代病毒顆粒的平均數目。其值等於潛伏期受染細胞的數目除以穩定期受染細胞所釋放的全部子代病毒數目，即等於穩定期病毒效價與潛伏期病毒效價之比。2、隱蔽期（eclipseperiod）在潛伏期的前一段，受染細胞內檢測不到感染性病毒，後一階段，感染性病毒在受染細胞內的數量急劇增加。自病毒在受染細胞內消失到細胞內出現新的感染性病毒的時間為為隱蔽期。隱蔽期病毒在細胞記憶體在的動力學曲線呈線性函數，而非指數關係，從而證明子代病毒顆粒是由新合成的病毒基因組與蛋白質經裝配成熟，而不是通過雙分裂方式產生的。3、病毒的複製週期複製週期（replicativecircle）或稱複製迴圈：自病毒吸附於細胞開始，到子代病毒從感染細胞釋放到細胞外的病毒複製過程。①吸附；②侵入；③脫殼；④病毒大分子的合成，包括病毒基因組的表達與複製；⑤裝配與釋放；二、病毒感染的起始1、吸附：毒粒敏感細胞隨機碰撞而接觸（靜電引力或氫鍵）可逆吸附，無特異性（非細胞顆粒也可吸附）病毒表面蛋白與細胞受體的結合特異性，不可逆吸附，啟動病毒感染的第一階段病毒吸附蛋白與細胞受體間的結合力來源於空間結構的互補性，相互間的電荷、氫鍵、疏水性相互作用及範得華力。不同種系的細胞具有不同病毒的細胞受體，病毒受體的細胞種系特異性決定了病毒的宿主範圍。2、侵入：有尾噬菌體：注射方式將噬菌體核酸注入細胞通過尾部刺突固著於細胞；尾部的酶水解細胞壁的肽聚糖，是細胞壁產生小孔；尾鞘收縮，核酸通過中空的尾管壓入胞內，蛋白質外殼留在胞外；吸附尾釘固著尾鞘收縮尾管穿入DNA注入如果大量噬菌體在短時間內吸附於同一細胞上，使細胞壁產生許多小孔，也可引起細胞立即裂解，但並未進行噬菌體的增殖，這種現象稱為自外裂解（lysisfromwithout）。動物病毒：①完整病毒穿過細胞膜的移位方式；②細胞的內吞功能；③毒粒包膜與細胞質膜的融合；3、脫殼：脫殼是病毒侵入後，病毒的包膜和/或殼體除去而釋放出病毒核酸的過程。脫殼是病毒基因組進行功能表達所必需的感染事件。T-偶數噬菌體脫殼與侵入是一起發生的動物病毒存在不同的結構類型和不同的侵入方式，其脫殼過程也較複雜。病毒的毒粒消失，失去原有的感染性，進入潛隱期。三、病毒大分子的合成病毒基因組的表達與複製存在著強烈的時序性病毒基因組進入胞內宿主細胞的代謝發生改變病毒利用宿主的生物合成機構和場所，使病毒核酸表達和複製，產生大量的病毒蛋白質和核酸。病毒生物合成的第一步是病毒mRNA的合成病毒複製所需要的病毒特異性酶蛋白及蛋白質外殼的合成（5種核酸，6條途徑）四、病毒的裝配與釋放新合成的毒粒結構組分組裝成完整的病毒顆粒，稱做病毒的裝配，亦稱成熟（maturation）或形態發生。成熟的子代病毒顆粒然後依一定途徑釋放到細胞外。病毒的釋放標誌病毒複製週期結束

第二章原核微生物微生物（病毒）古生菌（Archaea）細菌（Bacteria）真菌（酵母、黴菌、蕈菌等）、單細胞藻類、原生動物等非細胞型細胞型原核微生物真核微生物（Eukarya）細菌又稱真細菌（eubacteria），包括普通細菌、放線菌、藍枝原體、立克次氏體和衣原體等古生菌在進化譜系上與真細菌及真核生物相互並列，且與後者關係更近，而其細胞構造卻與真細菌較為接近，同屬於原核生物。Eubacteria

（真細菌）Archaebacteria（古細菌）第一節真細菌（Eubacteria）一、一般形態及細胞結構（一）個體形態和排列球狀桿狀螺旋狀基本形態1、球狀

細胞個體呈球形或橢圓形，不同種的球菌在細胞分裂時會形成不同的空間排列方式，常被作為分類依據。金黃色葡萄球菌2、桿狀

細胞呈桿狀或圓柱形，一般其粗細（直徑）比較穩定，而長度則常因培養時間、培養條件不同而有較大變化。

桿狀細菌的排列方式常因生長階段和培養條件而發生變化，一般不作為分類依據。枯草芽孢桿菌地衣芽孢桿菌3、螺旋狀弧菌螺旋菌螺旋體菌弧菌：菌體只有一個彎曲，其程度不足一圈，形似“C”字或逗號，鞭毛偏端生。(寄生性弧菌-----蛭弧菌)霍亂弧菌螺旋菌：菌體回轉如螺旋，螺旋數目和螺距大小因種而異。鞭毛二端生。細胞壁堅韌，菌體較硬。螺旋體菌：菌體柔軟，用於運動的類似鞭毛的軸絲位於細胞外鞘內。梅毒密螺旋體（二）大小最小：與無細胞結構的病毒相仿（50nm）最大：肉眼可見（0.75mm）測量方法：顯微鏡測微尺顯微照相後根據放大倍數進行測算（三）細胞的結構特殊構造：部分細菌具有的或一般細菌在特殊環境下才有的構造一般構造：一般細菌都有的構造1、細胞壁1）概念：

細胞壁（cellwall）是位於細胞表面，內側緊貼細胞膜的一層較為堅韌，略具彈性的細胞結構。2）細胞壁的功能：（1）固定細胞外形和提高機械強度；（2）為細胞的生長、分裂和鞭毛運動所必需；（3）滲透屏障，阻攔酶蛋白和某些抗生素等大分子物質（分子量大於800）進入細胞，保護細胞免受溶菌酶、消化酶和青黴素等有害物質的損傷；（4）細菌特定的抗原性、致病性以及對抗生素和噬菌體的敏感性的物質基礎；3）革蘭氏染色與細胞壁：簡單染色法

正染色

革蘭氏染色法鑒別染色法抗酸性染色法

芽孢染色法

死菌

姬姆薩染色法

負染色：莢膜染色法等

活菌：用美藍或TTC（氧化三苯基四氮唑）等作活菌染色

（1）革蘭氏染色細菌染色法1、用鹼性染料結晶紫對菌液塗片進行初染2、用碘溶液進行媒染，其作用是提高染料和細胞間的相互作用從而使二者結合得更固。3、用乙醇或丙酮沖洗進行脫色。在經歷脫色後仍將結晶紫保留在細胞內的為革蘭氏陽性細菌，而革蘭氏陰性細菌的結晶紫被洗掉，細胞呈無色。4、用一種與結晶紫具有不同顏色的鹼性染料對塗片進行複染。例如沙黃，它使原來無色的革蘭氏陰性細菌最後呈現桃紅到紅色，而革蘭氏陽性細菌繼續保持深紫色革蘭氏染色的原理2、細胞膜1）概念：細胞質膜（cytoplasmicmembrane），又稱質膜（plasmamembrane）、細胞膜（cellmembrane）或內膜（innermembrane），是緊貼在細胞壁內側、包圍著細胞質的一層柔軟、脆弱、富有彈性的半透性薄膜，厚約7～8nm，由磷脂（占20%～30%）和蛋白質（占50%～70%）組成。2）細胞膜的化學組成與結構模型：（1）磷脂親水的極性端疏水的非極性端在極性頭的甘油3C上，不同種微生物具有不同的R基，如磷脂酸、磷脂醯甘油、磷脂醯乙醇胺、磷脂醯膽鹼、磷脂醯絲氨酸或磷脂醯肌醇等。非極性尾則由長鏈脂肪酸通過酯鍵連接在甘油的C1和C2位上組成，其鏈長和飽和度因細菌種類和生長溫度而異。（2）膜蛋白具運輸功能的整合蛋白（integralprotein）或內嵌蛋白（intrinsicprotein）具有酶促作用的周邊蛋白（peripheralprotein）或膜外蛋白(extrinsicprotein)膜蛋白約占細菌細胞膜的50%～70%，比任何一種生物膜都高，而且種類也多。--------細胞膜是一個重要的代謝活動中心。（3）液態鑲嵌模型(fluidmosaicmodel)①膜的主體是脂質雙分子層；②脂質雙分子層具有流動性；③整合蛋白因其表面呈疏水性，故可“溶”於脂質雙分子層的疏水性內層中；④周邊蛋白表面含有親水基團，故可通過靜電引力與脂質雙分子層表面的極性頭相連；⑤脂質分子間或脂質與蛋白質分子間無共價結合；⑥脂質雙分子層猶如一“海洋”，周邊蛋白可在其上作“漂浮”運動，而整合蛋白則似“冰山”狀沉浸在其中作橫向移動。1972年，辛格（J.S.Singer）和尼科爾森（G.L.Nicolson）液態鑲嵌模型(fluidmosaicmodel)（4）甾醇類物質由磷脂分子形成的雙分子膜中加入甾醇類物質可以提高膜的穩定性真核生物細胞膜中一般含有膽固醇等甾醇，含量為5%-25%。原核生物與真核生物的最大區別就是其細胞膜中一般不含膽固醇，而是含有hopanoid。甾醇的一般結構3）細胞膜的生理功能：①選擇性地控制細胞內、外的營養物質和代謝產物的運送；②是維持細胞內正常滲透壓的屏障；③合成細胞壁和糖被的各種組分（肽聚糖、磷壁酸、LPS、

莢膜多糖等）的重要基地；④膜上含有氧化磷酸化或光合磷酸化等能量代謝的酶系，是細胞的產能場所；⑤是鞭毛基體的著生部位和鞭毛旋轉的供能部位；細胞質的主要成分為核糖體、貯藏物、多種酶類和中間代謝物、質粒、各種營養物和大分子的單體等，少數細菌還有類囊體、羧酶體、氣泡或伴孢晶體等。3、細胞質和內含物1）概念：

細胞質（cytoplasm）是細胞質膜包圍的除核區外的一切半透明、膠狀、顆粒狀物質的總稱。含水量約80%。2）顆粒狀貯藏物(reservematerials)：貯藏物是一類由不同化學成分累積而成的不溶性沉澱顆粒，主要功能是貯存營養物。

糖原：大腸桿菌、克雷伯氏菌、芽孢桿菌和藍細菌等

碳源及能源類

聚β-羥丁酸（PHB）：固氮菌、產堿菌和腸桿菌等

硫粒：紫硫細菌、絲硫細菌、貝氏硫桿菌等貯藏物

藻青素：藍細菌

藻青蛋白：藍細菌

磷源（異染粒）：迂回螺菌、白喉棒桿菌、結核分枝桿菌氮源類①聚-β-羥丁酸(poly-β-hydroxybutyrate,PHB)PHB於1929年被發現，至今已發現60屬以上的細菌能合成並貯藏。它無毒、可塑、易降解，被認為是生產醫用塑膠、生物降解塑膠的良好原料。②多糖類貯藏物在真細菌中以糖原為多糖原粒較小，不染色需用電鏡觀察，用碘液染成褐色，可在光學顯微鏡下看到。糖原粒澱粉粒有的細菌積累澱粉粒，用碘液染成深蘭色。③異染粒(metachromaticgranules)在暗視野顯微鏡下看到的迂回螺菌(Spirillum

volutans)異染粒（迂回體）顆粒大小為0.5～1.0μm，是無機偏磷酸的聚合物，一般在含磷豐富的環境下形成。功能是貯藏磷元素和能量，並可降低細胞的滲透壓。④藻青素（cyanophycin）一種內源性氮源貯藏物，同時還兼有貯存能源的作用。通常存在於藍細菌中。由含精氨酸和天冬氨酸殘基（1:1）的分枝多肽所構成，分子量在25000～125000。⑤硫粒（sulfurglobules）很多真細菌在進行產能代謝或生物合成時，常涉及對還原性的硫化物如H2S，硫代硫酸鹽等的氧化。在環境中還原性硫素豐富時，常在細胞內以折光性很強的硫粒的形式積累硫元素。當環境中環境中還原性硫缺乏時，可被細菌重新利用。3）磁小體(megnetosome)功能是導向作用，即借鞭毛遊向對該菌最有利的泥、水界面微氧環境處生活。實用前景，包括生產磁性定向藥物或抗體，以及製造生物感測器等（三）細胞的結構4）羧酶體(carboxysome)

一些自養細菌細胞內的多角形或六角形內含物其大小與噬菌體相仿，約10nm，內含1,5-二磷酸核酮糖羧化酶，在自養細菌的CO2固定中起著關鍵作用。採用免疫電鏡技術觀察藍細菌cyanobacteriumChlorogloeopsisfritischii中的羧酶體（三）細胞的結構6）載色體（Chomatophore）光和細菌進行光和作用的部位相當於綠色植物的葉綠體4、特殊的休眠構造——芽孢1）概念

某些細菌在其生長發育後期，在細胞內形成一個圓形或橢圓形、厚壁、含水量極低、抗逆性極強的休眠體，稱為芽孢（endospore或spore，偶譯“內生孢子”）。2）細菌芽孢的特點整個生物界中抗逆性最強的生命體，是否能消滅芽孢是衡量各種消毒滅菌手段的最重要的指標。芽孢是細菌的休眠體，在適宜的條件下可以重新轉變成為營養態細胞；產芽孢細菌的保藏多用其芽孢。產芽孢的細菌多為桿菌，也有一些球菌。芽孢的有無、形態、大小和著生位置是細菌分類和鑒定中的重要指標。芽孢與營養細胞相比化學組成存在較大差異，容易在光學顯微鏡下觀察。（相差顯微鏡直接觀察；芽孢染色）3）芽孢的形成與芽孢的萌發過程一、概念在形態上具有分枝狀菌絲、菌落形態與黴菌相似，以孢子進行繁殖。“介於細菌與絲狀真菌之間又接近細菌的一類絲狀原核生物”近代生物學技術放線菌實際上是屬於細菌範疇內的原核微生物，只不過其細胞形態為分枝狀菌絲。第二節放線菌二、形態與結構單細胞，大多由分枝發達的菌絲組成；菌絲直徑與桿菌類似，約1mm；細胞壁組成與細菌類似，革蘭氏染色陽性（少數陰性）；細胞的結構與細菌基本相同，按形態和功能可分為營養、氣生和孢子絲三種。1、營養菌絲匍匐生長於培養基內，吸收營養，也稱基內菌絲。一般無隔膜，直徑0.2-0.8

mm，長度差別很大，有的可產生色素。2、氣生菌絲營養菌絲發育到一定階段，伸向空間形成氣生菌絲，疊生於營養菌絲上，可覆蓋整個菌落表面。在光學顯微鏡下觀察，顏色較深，直徑較粗（1-1.4

mm），有的產色素。3、孢子絲氣生菌絲發育到一定階段，其上可分化出形成孢子的菌絲，即孢子絲，又稱產孢絲或繁殖菌絲。其形狀和排列方式因種而異，常被作為對放線菌進行分類的依據。營養菌絲匍匐生長於培養基內，吸收營養營養菌絲發育到一定階段，伸向空間形成氣生菌絲氣生菌絲發育到一定階段，其上可分化出形成孢子的菌絲，即孢子絲孢子在適宜的條件下萌發，長出1-3個芽管三、生長與繁殖營養菌絲氣生菌絲繁殖菌絲（孢子絲）孢子絲釋放孢子繁殖方式無性孢子菌絲斷裂凝聚孢子橫隔孢子孢囊孢子分生孢子厚壁孢子存在多種孢子形成方式常見於液體培養中，工業發酵生產抗生素時都以此法大量繁殖放線菌細菌的芽孢是休眠體，而放線菌的孢子是繁殖體四、菌落形態菌落形態能產生大量分枝和氣生菌絲的菌種（如鏈黴菌）不能產生大量菌絲體的菌種（如諾卡氏菌）菌落質地緻密，與培養基結合緊密，小而不蔓延，不易挑起或挑起後不易破碎。粘著力差，粉質，針挑起易粉碎第三節支原體、立克次氏體和衣原體支原體（Mycoplasma）立克次氏體（Rickettsia）衣原體（Chlamydia）革蘭氏陰性細菌，其大小和特性均介於通常的細菌與病毒之間。立克次氏體（Rickettsia）是大小介於通常的細菌與病毒之間，在許多方面類似細菌，專性活細胞內寄生的原核微生物。一、立克次氏體（Rickettsia）1、概念2、特性1）某些性質與病毒相近專性活細胞寄生物，除五日熱（戰壕熱）立克次氏體（Rickettsiawolhynica）外均不能在人工培養基上生長繁殖。體內酶系不完全，一些必需的養料需從宿主細胞獲得；細胞膜比一般細菌的膜疏鬆；可透性膜，使它們有可能容易從宿主細胞獲得大分子物質，但也決定了它們一旦離開宿主細胞則易死亡大小介於病毒與一般細菌之間，其中伯氏立克次氏體（Rickettsiaburneti）能通過細菌篩檢程式一般個體：球狀體：0.2-0.5mm；桿狀體：0.3-0.5x0.3-2mm；2）從一種宿主傳至另一宿主的特殊生活方式主要以節肢動物（虱、蜱、蟎等）為媒介，寄生在它們的消化道表皮細胞中，然後通過節肢動物叮咬和排泄物傳播給人和其他動物。二、支原體（Mycoplasma）1、概念又稱類菌質體，是介於一般細菌與立克次氏體之間的原核微生物。2、特性1）無細胞壁，只有細胞膜，細胞形態多變；2）個體很小，能通過細菌篩檢程式，曾被認為是最小的可獨立生活的細胞型生物。3）可進行人工培養，但營養要求苛刻，菌落微小，呈典型的“油煎荷包蛋”形狀；4）一些支原體能引起人類、牲畜、家禽和作物的病害疾病5）應用活組織細胞培養病毒或體外組織細胞培養時，常被支原體污染；第四節、藍細菌（Cyanobacteria）1、概念也稱藍藻或藍綠藻（blue-greenalgae），是一類含有葉綠素a、能以水作為供氫體和電子供體、通過光合作用將光能轉變成化學能、同化CO2為有機物質的光合細菌。以前曾歸於藻類，因為它和高等植物一樣具有光和色素----葉綠素a，能進行產氧型光合作用。2、特性1）分佈極廣；2）形態差異極大，有球狀、桿狀和絲狀等形態；3）細胞中含有葉綠素a，進行產氧型光合作用；藍細菌被認為是地球上生命進化過程中第一個產氧的光合生物，對地球上從無氧到有氧的轉變、真核生物的進化起著里程碑式的作用。4）具有原核生物的典型細胞結構：細胞核無核膜，也不進行有絲分裂，細胞壁含胞壁酸和二氨基庚二酸，革蘭氏染色陰性。5）營養極為簡單，不需要維生素，以硝酸鹽或氨作為氮源，多數能固氮，其異形細胞（heterocyst）是進行固氮的場所。6）分泌粘液層、莢膜或形成鞘衣，因此具有強的抗乾旱能力。7）無鞭毛，但能在固體表面滑行，進行光趨避運動。8）許多種類細胞質中有氣泡，使菌體漂浮，保持在光線最充足的地方，以利光合作用。許多藍細菌生長在池塘和湖泊中，在夏、秋兩季大量繁殖，並形成膠質團浮於水面，形成“水花”，使水體變色。第五節古生菌（Archaea）一、概念的提出1977年，CarlWoese以16SrRNA序列比較為依據，提出的獨立於真細菌和真核生物之外的生命的第三種形式。在分類地位上與真細菌和真核生物並列為三域（Domain），並且在進化譜系上更接近真核生物。在細胞構造上與真細菌較為接近，同屬原核生物。多生活於一些生存條件十分惡劣的極端環境中，例如高溫、高鹽、高酸等。原名：古細菌（Archaebacteria）；後改名：古生菌（Archaea）二、細胞形態在顯微鏡下，古生菌與細菌具有類似的個體形態。三、細胞結構在細胞的結構與功能上，古生菌既有類似真細菌之處，也有類似真核生物之處，還具有一些自己獨特的特點。β-1,3糖苷鍵不被溶菌酶水解N-乙醯葡糖胺和N-乙醯塔羅糖胺糖醛酸交替連接而成，連在後一氨基糖上的肽尾由L-glu、L-ala和L-lys三個L型氨基酸組成，肽橋則由L-glu一個氨基酸組成。古生菌的質膜在本質上也是由磷脂組成，但它比真細菌或真核生物具有更明顯的多樣性。親水頭（甘油）與疏水尾（烴鏈）間是通過醚鍵而不是酯鍵連接的；細胞膜的化學組分存在多樣性；古生菌的細胞質膜中存在著獨特的單分子層膜或單、雙分子層混合膜，而真細菌或真核生物的細胞質膜都是雙分子層。核區沒有具有核仁、核摸的細胞核染色體DNA為共價閉和環狀

第三章真核微生物細胞核具有核膜；能進行有絲分裂；細胞質中存在線粒體或同時存在葉綠體等細胞器；真核微生物的特徵：具有上述特徵的微小生物真菌單細胞藻類原生動物黴菌酵母菌覃菌（蘑菇）絲狀真菌單細胞真菌大型真菌真核微生物一、黴菌（一）概念

黴菌（mold）是一些“絲狀真菌”的統稱，不是分類學上的名詞。黴菌菌體均由分枝或不分枝的菌絲（hypha）構成。許多菌絲交織在一起，稱為菌絲體（mycelium）。（二）分佈特點及與人類的關係在自然界分佈極廣；黴菌同人類的生產、生活關係密切，是人類實踐活動中最早認識和利用的一類微生物。食物、工農業製品的黴變；全世界平均每年由於黴變而不能食（飼）用的穀物約占2%。有用物品的生產；

風味食品、酒精、抗生素（青黴素、灰黃黴素）、有機酸、酶製劑、維生素、甾體激素等。在農業上用於飼料發酵、植物生長刺激素（赤黴素）、殺蟲農藥（白僵菌劑）等。引起動植物疾病；我國在1950年發生的麥銹病和1974年發生的稻瘟病，使小麥和水稻分別減產了60億公斤。（三）形態結構1、菌絲細胞形態無隔膜菌絲有隔膜菌絲整個菌絲為長管狀單細胞，細胞質內含有多個核。其生長過程只表現為菌絲的延長和細胞核的裂殖增多以及細胞質的增加。菌絲由橫隔膜分隔成成串多細胞，每個細胞內含有一個或多個細胞核。有些菌絲，從外觀看雖然像多細胞，但橫隔膜上有小孔，使細胞質和細胞核可以自由流通，而且每個細胞的功能也都相同。菌絲功能營養菌絲氣生菌絲繁殖菌絲黴菌菌絲直徑約為2~10mm，比一般細菌和放線菌菌絲大幾到幾十倍。2、菌絲的特化1）菌環：菌絲交織成套狀2）菌網：菌絲交織成網狀捕蟲菌目（Zoopagales）在長期的自然進化中形成的特化結構，特化菌絲構成巧妙的網，可以捕捉小型原生動物或無脊椎動物，捕獲物死後，菌絲伸入體內吸收營養。3）附枝：匍匐菌絲、假根（類似樹根，吸收營養），功能是固著和吸收營養。4）附著枝：若干寄生真菌由菌絲細胞生出1-2個細胞的短枝，以將菌絲附著於宿主上，這種特殊的結構即附著枝。5）吸器：一些專性寄生真菌從菌絲上分化出來的旁枝，侵入細胞內分化成指狀、球狀或絲狀，用以吸收細胞內的營養。6）附著胞：許多植物寄生真菌在其芽管或老菌絲頂端發生膨大，並分泌粘性物，藉以牢固地粘附在宿主的表面，這一結構就是附著胞，附著胞上再形成纖細的針狀感染菌絲，以侵入宿主的角質層而吸取營養。7）菌核：是一種休眠的菌絲組織。由菌絲密集地交織在一起，其外層教堅硬、色深，內層疏鬆，大多呈白色。8）子座：菌絲交織成墊狀、殼狀等，在子座外或內可形成繁殖器官。3、細胞結構（四）菌落由粗而長的分枝狀菌絲組成，菌落疏鬆，呈絨毛狀、絮狀或蜘蛛網狀，比細菌菌落大幾倍到幾十倍，有的沒有固定大小。各種黴菌，在一定培養基上形成的菌落大小、形狀、顏色等相對穩定，所以菌落特徵也為分類依據之一。（五）黴菌繁殖方式及生活史黴菌的繁殖方式無性孢子有性孢子菌絲斷片1）無性孢子繁殖1、繁殖方式不經兩性細胞配合，只是營養細胞的分裂或營養菌絲的分化（切割）而形成新個體的過程。無性孢子有：厚垣孢子、節孢子、分生孢子、孢囊孢子等。黴菌的無性孢子厚垣孢子節孢子孢囊孢子芽生孢子分生孢子二、酵母菌（一）概念酵母菌（yeast）是一群單細胞的真核微生物。這個術語也是無分類學意義的普通名稱，通常用於以芽殖或裂殖來進行無性繁殖單細胞真菌，以與黴菌區分開。有些可產生子囊孢子進行有性繁殖。（二）分佈及與人類的關係1、多分佈在含糖的偏酸性環境，也稱為“糖菌”。如水果、蔬菜、葉子、樹皮等處，及葡萄園和果園土壤中等。2、重要的微生物資源；3、重要的科研模式微生物；啤酒酵母（Saccharomycescerevisae）第一個完成全基因組序列測定的真核生物（1997）4、有些酵母菌具有危害性；酵母菌是人類的第一種“家養微生物”有些酵母菌能引起皮膚、呼吸道、消化道、泌尿生殖道疾病（三）形態結構1、個體形態卵圓、圓、圓柱、梨形等單細胞，其細胞直徑一般比細菌粗10倍左右。有的酵母菌子代細胞連在一起成為鏈狀，稱為假絲酵母。2、細胞結構（四）菌落特徵與細菌菌落類似，但一般較細菌菌落大且厚，表面濕潤，粘稠，易被挑起，多為乳白色，少數呈紅色。（五）繁殖方式和生活史1、無性繁殖1）芽殖

主要的無性繁殖方式，成熟細胞長出一個小芽，到一定程度後脫離母體繼續長成新個體。2）裂殖

少數酵母菌可以象細菌一樣借細胞橫割分裂而繁殖，例如裂殖酵母。2、有性繁殖酵母菌以形成子囊和子囊孢子的形式進行有性繁殖：1）兩個性別不同的單倍體細胞靠近，相互接觸；2）接觸處細胞壁消失，質配；3）核配，形成二倍體核的接合子：A、以二倍體方式進行營養細胞生長繁殖，獨立生活；下次有性繁殖前進行減數分裂。B、進行減數分裂，形成4個或8個子囊孢子，而原有的營養細胞就成為子囊。子囊孢子萌發形成單倍體營養細胞。3、生活史酵母菌單倍體和雙倍體細胞均可獨立存在，有三種類型：1）營養體只能以單倍體形式存在（核配後立即進行減數分裂）2）營養體只能以雙倍體形式存在（核配後不立即進行減數分裂）3）營養體既可以單倍體也可以雙倍體形式存在，都可進行出芽繁殖。酵母菌中尚未發現其有性階段的被稱為假酵母

第四章微生物的生理第一節代謝概論代謝（metabolism）：細胞內發生的各種化學反應的總稱代謝分解代謝(catabolism)合成代謝(anabolism)複雜分子（有機物）分解代謝合成代謝簡單小分子ATP[H]第二節微生物產能代謝一切生命活動都是耗能反應，因此，能量代謝是一切生物代謝的核心問題。能量代謝的中心任務，是生物體如何把外界環境中的多種形式的最初能源轉換成對一切生命活動都能使用的通用能源------ATP。這就是產能代謝。最初能源有機物還原態無機物日光化能異養微生物化能自養微生物光能營養微生物通用能源（ATP）一．生物氧化生物氧化就是發生在或細胞內的一切產能性氧化反應的總稱生物氧化與燃燒的比較生物氧化的形式包括某物質與氧結合、脫氫或脫電子三種生物氧化的功能為：產能（ATP）、產還原力[H]和產小分子中間代謝物在生物氧化過程中釋放的能量可被微生物直接利用，也可通過能量轉換儲存在高能化合物（如ATP）中，以便逐步被利用，還有部分能量以熱的形式被釋放到環境中。異養微生物利用有機物，自養微生物則利用無機物，通過生物氧化來進行產能代謝。二、異養微生物的生物氧化生物氧化反應發酵呼吸有氧呼吸厭氧呼吸1.發酵(fermentation)有機物氧化釋放的電子直接交給本身未完全氧化的某種中間產物，同時釋放能量並產生各種不同的代謝產物。有機化合物只是部分地被氧化，因此，只釋放出一小部分的能量。發酵過程的氧化是與有機物的還原偶聯在一起的。被還原的有機物來自於初始發酵的分解代謝，即不需要外界提供電子受體。發酵的種類有很多，可發酵的底物有碳水化合物、有機酸、氨基酸等，其中以微生物發酵葡萄糖最為重要。生物體內葡萄糖被降解成丙酮酸的過程稱為糖酵解（glycolysis）糖酵解是發酵的基礎主要有四種途徑：EMP途徑、HMP途徑、ED途徑、磷酸解酮酶途徑。(1)EMP途徑（Embden-Meyerhofpathway）日本人腸內酵母感染導致醉酒（P99）微生物學與第一次世界大戰德國：（CarlNeuberg）丙酮酸CO2乙醛NADHNAD+乙醇磷酸二羥基丙酮NADHNAD+磷酸甘油甘油3%的亞硫酸氫鈉（pH7）Saccharomycescerevisiae厭氧發酵（磺化羥基乙醛）第一次世界打戰期間德國主要用這種方法生產甘油產量：1000噸/月目前的甘油生產方法：使用的微生物：Dunaliellaaslina（一種嗜鹽藻類）胞內積累高濃度的甘油從而使細胞的滲透壓保持平衡生活在鹽湖及海邊的巖池等鹽濃度很高環境不同微生物發酵產物的不同，也是細菌分類鑒定的重要依據。大腸桿菌：丙酮酸裂解生成乙醯CoA與甲酸，甲酸在酸性條件下可進一步裂解生成H2和CO2產酸產氣（參見“微生物學實驗”P119-123）志賀氏菌：丙酮酸裂解生成乙醯CoA與甲酸，但不能使甲酸裂解產生H2和CO2產酸不產氣2.呼吸作用微生物在降解底物的過程中，將釋放出的電子交給NAD（P）+、FAD或FMN等電子載體，再經電子傳遞系統傳給外源電子受體，從而生成水或其他還原型產物並釋放出能量的過程，稱為呼吸作用。以氧化型化合物作為最終電子受體有氧呼吸（aerobicrespiration）：無氧呼吸（anaerobicrespiration）：以分子氧作為最終電子受體(1)有氧呼吸葡萄糖糖酵解作用丙酮酸發酵有氧無氧各種發酵產物三羧酸迴圈被徹底氧化生成CO2和水，釋放大量能量。

有氧呼吸：電子傳遞鏈；氧分子；(最終電子受體)（2）無氧呼吸某些厭氧和兼性厭氧微生物在無氧條件下進行無氧呼吸；無氧呼吸的最終電子受體不是氧，而是NO3-、NO2-、SO42-、S2O32-、CO2等無機物，或延胡索酸（fumarate）等有機物。無氧呼吸也需要細胞色素等電子傳遞體，並在能量分級釋放過程中伴隨有磷酸化作用，也能產生較多的能量用於生命活動。由於部分能量隨電子轉移傳給最終電子受體，所以生成的能量不如有氧呼吸產生的多。能進行硝酸鹽呼吸的細菌被稱為硝酸還鹽原細菌，主要生活在土壤和水環境中，如假單胞菌、依氏螺菌、脫氮小球菌等。硝酸鹽還原細菌被認為是一種兼性厭氧菌，無氧但環境中存在硝酸鹽時進行厭氧呼吸，而有氧時其細胞膜上的硝酸鹽還原酶活性被抑制，細胞進行有氧呼吸。反硝化作用的生態學作用：硝酸鹽還原細菌進行厭氧呼吸土壤及水環境好氧性機體的呼吸作用氧被消耗而造成局部的厭氧環境土壤中植物能利用的氮（硝酸鹽NO3-）還原成氮氣而消失，從而降低了土壤的肥力。松土，排除過多的水分，保證土壤中有良好的通氣條件。反硝化作用在氮素迴圈中的重要作用硝酸鹽是一種容易溶解於水的物質，通常通過水從土壤流入水域中。如果沒有反硝化作用，硝酸鹽將在水中積累，會導致水質變壞與地球上氮素迴圈的中斷。三．自養微生物的生物氧化化能無機營養型：從無機物的氧化獲得能量以無機物為電子供體這些微生物一般也能以CO2為唯一或主要碳源合成細胞物質自養微生物從對無機物的生物氧化過程中獲得生長所需要能量的微生物一般都是：化能無機自養型微生物複雜分子（有機物）分解代謝合成代謝簡單小分子ATP[H]自養微生物的合成代謝：將CO2先還原成[CH2O]水準的簡單有機物，然後再進一步合成複雜的細胞成分。化能異養微生物：ATP和還原力均來自對有機物的生物氧化化能自養微生物：無機物氧化過程中主要通過氧化磷酸化產生ATP如果作為電子供體的無機物的氧化還原電位足夠低，也在氧化磷酸化的過程中產生還原力，但大多數情況下都需要通過電子的逆向傳遞，以消耗ATP為代價獲得還原力。1、氨的氧化NH3、亞硝酸（NO2-）等無機氮化物可以被某些化能自養細菌用作能源亞硝化細菌：硝化細菌：將氨氧化為亞硝酸並獲得能量將亞硝氧化為硝酸並獲得能量這兩類細菌往往伴生在一起，在它們的共同作用下將銨鹽氧化成硝酸鹽，避免亞硝酸積累所產生的毒害作用。這類細菌在自然界的氮素迴圈中也起者重要的作用，在自然界中分布非常廣泛。2、硫的氧化硫細菌（sulfurbacteria）能夠利用一種或多種還原態或部分還原態的硫化合物（包括硫化物、元素硫、硫代硫酸鹽、多硫酸鹽和亞硫酸鹽）作能源。俄國著名微生物學家Winogradsky的傑出貢獻：化能無機自養型微生物的發現：氧化無機物獲得能量；沒有光和葉綠素的條件下也能同化CO2為細胞物質（能以CO2為唯一或主要碳源）硫細菌在進行還原態硫物質的氧化時會產酸（主要是硫酸），因此它們的生長會顯著地導致環境的pH下降，有些硫細菌可以在很酸的環境，例如在pH低於1的環境中生長。和硝化細菌一樣，硫細菌也是通過電子的逆呼吸鏈傳遞來生成還原力。3、鐵的氧化以嗜酸性的氧化亞鐵硫桿菌（Thiobacillusferrooxidans）為例：從亞鐵到高鐵狀態的鐵的氧化，對於少數細菌來說也是一種產能反應，但從這種氧化中只有少量的能量可以被利用。因此該菌的生長會導致形成大量的Fe3+（Fe(OH)3）。氧化亞鐵硫桿菌（Thiobacillusferrooxidans）

為什麼要在酸性環境下生活？以嗜酸性的氧化亞鐵硫桿菌（Thiobacillusferrooxidans）為例：三．自養微生物的生物氧化氧化亞鐵硫桿菌（Thiobacillusferrooxidans）在富含FeS2的煤礦中繁殖，產生大量的硫酸和Fe(OH)3，從而造成嚴重的環境污染。它的生長只需要FeS2及空氣中的O2和CO2，因此要防止其破壞性大量繁殖的唯一可行的方法是封閉礦山，使環境恢復到原來的無氧狀態。四．能量轉換光合磷酸化（photophosphorylation）光能營養型生物產氧不產氧真核生物：藻類及其它綠色植物原核生物：藍細菌（僅原核生物有）：光合細菌細菌葉綠素具有和高等植物中的葉綠素相類似的化學結構，二者的區別在於側鏈基團的不同，以及由此而導致的光吸收特性的差異。（1）環式光合磷酸化光合細菌主要通過環式光合磷酸化作用產生ATP不是利用H2O，而是利用還原態的H2、H2S等作為還原CO2的氫供體，進行不產氧的光合作用；電子傳遞的過程中造成了質子的跨膜移動，為ATP的合成提供了能量。通過電子的逆向傳遞產生還原力；非環式光合磷酸化的反應式：2NADP+＋2ADP＋2Pi＋2H2O→2NADPH＋2H+＋2ATP＋O2（2）非環式光合磷酸化產氧型光合作用（綠色植物、藍細菌）綠色細菌的非環式光合磷酸化（不產氧型光合作用）NAD++H2S+ADP+PiNADPH+H++ATP+Shvchl第五章微生物的生長繁殖與生存因數生物個體物質有規律地、不可逆增加，導致個體體積擴大的生物學過程。生長：生物個體生長到一定階段，通過特定方式產生新的生命個體，即引起生命個體數量增加的生物學過程。繁殖：生長是一個逐步發生的量變過程，繁殖是一個產生新的生命個體的質變過程。在高等生物裏這兩個過程可以明顯分開，但在低等特別是在單細胞的生物裏，由於細胞小，這兩個過程是緊密聯繫又很難劃分的過程。第一節微生物的生長繁殖一個微生物細胞合適的外界條件，吸收營養物質，進行代謝。如果同化作用的速度超過了異化作用個體的生長原生質的總量（重量、體積、大小）就不斷增加如果各細胞組分是按恰當的比例增長時，則達到一定程度後就會發生繁殖，引起個體數目的增加。群體內各個個體的進一步生長群體的生長一、微生物生長的測定:單位時間裏微生物數量或生物量（Biomass）的變化微生物生長：微生物生長的測定：個體計數群體重量測定群體生理指標測定評價培養條件、營養物質等對微生物生長的影響；評價不同的抗菌物質對微生物產生抑制(或殺死)作用的效果；客觀地反映微生物生長的規律；（一）以數量變化對微生物生長情況進行測定1、培養平板計數法採用培養平板計數法要求操作熟練、準確，否則難以得到正確的結果：樣品充分混勻；每支移液管及塗布棒只能接觸一個稀釋度的菌液；同一稀釋度三個以上重複,取平均值；每個平板上的菌落數目合適，便於準確計數；一個菌落可能是多個細胞一起形成，所以在科研中一般用菌落形成單位（colonyformingunits，CFU）來表示，而不是直接表示為細胞數。2、膜過濾培養法當樣品中菌數很低時，可以將一定體積的湖水、海水或飲用水等樣品通過膜篩檢程式，然後將將膜轉到相應的培養基上進行培養，對形成的菌落進行統計。3、Themostprobablenumbermethod（液體稀釋法）主要適用於只能進行液體培養的微生物，或採用液體鑒別培養基進行直接鑒定並計數的微生物。對未知樣品進行十倍稀釋，然後根據估算取三個連續的稀釋度平行接種多支試管，對這些平行試管的微生物生長情況進行統計，長菌的為陽性，未長菌的為陰性，然後根據數學統計計算出樣品中的微生物數目。4、顯微鏡直接計數法1）常規方法：缺點：不能區分死菌與活菌；不適於對運動細菌的計數；需要相對高的細菌濃度；個體小的細菌在顯微鏡下難以觀察；2）其他方法：將已知顆粒濃度的樣品（例如血液）與待測細胞細胞濃度的樣品混勻後在顯微鏡下根據二者之間的比例直接推算待測微生物細胞濃度。比例計數：過濾計數：當樣品中菌數很低時，可以將一定體積的湖水、海水或飲用水等樣品通過膜篩檢程式。然後將濾膜乾燥、染色，並經處理使膜透明，再在顯微鏡下計算膜上(或一定面積中)的細菌數；活菌計數：採用特定的染色技術也可分別對活菌和死菌進行分別計數（二）以生物量為指標測定微生物的生長1、比濁法在一定波長下，測定菌懸液的光密度，以光密度(opticaldensity,即O.D.)表示菌量。實驗測量時應控制在菌濃度與光密度成正比的線性範圍內，否則不準確。2、生理指標法微生物的生理指標，如呼吸強度，耗氧量、酶活性、生物熱等與其群體的規模成正相關。樣品中微生物數量多或生長旺盛，這些指標愈明顯，因此可以借助特定的儀器如瓦勃氏呼吸儀、微量量熱計等設備來測定相應的指標。常用於對微生物的快速鑒定與檢測二、細菌的群體生長繁殖微生物的特點：個體微小肉眼看到或接觸到的微生物是成千上萬個單個的微生物組成的群體。微生物接種是群體接種，接種後的生長是微生物群體繁殖生長。對細菌群體生長規律的瞭解是對其進行研究與利用的基礎一、生長曲線生長曲線(GrowthCurve)：

細菌接種到定量的液體培養基中，定時取樣測定細胞數量，以培養時間為橫座標，以菌數為縱座標作圖，得到的一條反映細菌在整個培養期間菌數變化規律的曲線。在微生物學中提到的“生長”，均指群體生長。細菌的生長曲線一般用菌數的對數為縱坐標作圖一條典型的生長曲線至少可以分為

遲緩期，對數期，穩定期和衰亡期等四個生長時期遲緩期(Lagphase)：將少量菌種接入新鮮培養基後，在開始一段時間內菌數不立即增加，或增加很少，生長速度接近於零。也稱延遲期、適應期。遲緩期的特點：分裂遲緩、代謝活躍細胞形態變大或增長，例如巨大芽孢桿菌，在遲緩期末，細胞的平均長度比剛接種時長6倍。一般來說處於遲緩期的細菌細胞體積最大細胞內RNA，尤其是rRNA含量增高，合成代謝活躍，核糖體、酶類和ATP的合成加快，易產生誘導酶。對外界不良條件反應敏感。細胞處於活躍生長中，只是分裂遲緩在此階段後期，少數細胞開始分裂，曲線略有上升。對數生長期(Logphase)：又稱指數生長期(Exponentialphase)以最大的速率生長和分裂，細菌數量呈對數增加，細菌內各成分按比例有規律地增加，表現為平衡生長。對數生長期的細菌個體形態、化學組成和生理特性等均較一致，代謝旺盛、生長迅速、代時穩定，所以是研究微生物基本代謝的良好材料。它也常在生產上用作種子，使微生物發酵的遲緩期縮短，提高經濟效益。穩定生長期(Stationaryphase)：由於營養物質消耗，代謝產物積累和pH等環境變化，逐步不適宜於細菌生長，導致生長速率降低直至零(即細菌分裂增加的數量等於細菌死亡數)。穩定生長期又稱恒定期或最高生長期，此時培養液中活細菌數最高並維持穩定。衰亡期(Decline或Deathphase)：營養物質耗盡和有毒代謝產物的大量積累，細菌死亡速率超過新生速率，整個群體呈現出負增長。該時期死亡的細菌以對數方式增加，但在衰亡期的後期，由於部分細菌產生抗性也會使細菌死亡的速率降低，仍有部分活菌存在。二、同步培養同步培養(Synchronousculture)：

使群體中的細胞處於比較一致的，生長發育均處於同一階段上，即大多數細胞能同時進行生長或分裂的培養方法。

以同步培養方法使群體細胞能處於同一生長階段，並同時進行分裂的生長。同步生長：通過同步培養方法獲得的細胞被稱為同步細胞或同步培養物硝酸纖維素濾膜法是最經典的獲得同步生長的方法由於細胞的個體差異，同步生長往往只能維持2-3個世代，隨後又逐漸轉變為隨機生長。三、連續培養將微生物置於一定容積的培養基中，經過培養生長，最後一次收穫。分批培養（batchculture）or封閉培養（closedculture）培養基一次加入，不予補充，不再更換。連續培養(Continousculture）在微生物的整個培養期間，通過一定的方式使微生物能以恒定的比生長速率生長並能持續生長下去的一種培養方法。培養過程中不斷的補充營養物質和以同樣的速率移出培養物是實現微生物連續培養的基本原則。（一）恒濁連續培養測定所培養微生物的光密度值自動調節新鮮培養基流入和培養物流出培養室的流速使培養物維持在某一恒定濁度當培養室中的濁度超過預期數值時，流速加快，使濁度降低；當培養室中的濁度低於預期數值時，流速減慢，使濁度升高；恒濁培養器的工作精度是由光電控制系統的靈敏度來決定的如果所用培養基中有過量的必需營養物，就可以使菌體維持最高的生長速率。二）恒化連續培養使培養液流速保持不變，並使微生物始終在低於其最高生長速率下進行生長繁殖。通過控制流速可以得到生長速率不同但密度基本恒定的培養物多用於科研遺傳學：突變株分離；生理學：不同條件下的代謝變化；生態學：模擬自然營養條件建立實驗模型；第六章微生物遺傳和變異遺傳：親代與子代相似變異：親代與子代、子代間不同個體不完全相同遺傳（inheritance）和變異（variation）是生命的最本質特性之一遺傳型：表型（表現型）：生物的全部遺傳因數及基因具有一定遺傳型的個體，在特定環境條件下通過生長發育所表現出來的形態等生物學特徵的總和。表型是由遺傳型所決定，但也和環境有關。一、DNA作為遺傳物質第一節微生物的遺傳Avery在四十年代以更精密的實驗設計重複了以上實驗分別用降解DNA、RNA、蛋白質的酶作用於有毒的S型菌細胞抽提物只有DNA被酶降解破壞的抽提物無轉化活性DNA是轉化所必需的轉化因數T2噬菌體感染實驗（1952年）二、RNA作為遺傳物質生化提取分別獲得含RNA的煙草花葉病毒蛋白質外殼（病毒1）和核酸（病毒2）抗血清處理，證明雜種病毒的蛋白質外殼來自病毒1，而非病毒2雜種病毒的後代的蛋白質外殼表現為病毒2，而非病毒1遺傳物質是核酸（RNA）而非蛋白質第二節微生物的變異一個基因內部遺傳結構或DNA序列的任何改變基因突變：基因突變是重要的生物學現象，它是一切生物變化的根源，連同基因轉移、重組一起提供了推動生物進化的遺傳多變性。基因突變DNA損傷修復機制突變自發突變誘變環境因素的影響，DNA複製過程的偶然錯誤等而導致，一般頻率較低，通常為10-6-10-9。某些物理、化學因素對生物體的DNA進行直接作用，突變以較高的頻率產生。前突可以通過DNA複製而成為真正的突變，也可以重新變為原來的結構，這取決於修復作用和其他多種因素。1、特點1）非對應性2）稀有性3）規律性4）獨立性5）遺傳和回復性6）可誘變性一、基因突變的特點證明突變的性狀與引起突變的原因間無直接對應關係！如何證明基因突變的非對應性？三個經典實驗變數實驗、塗布實驗、影印實驗2、實驗證據變數實驗（fluctuationanalysis）SalvadorLuriaandMaxDelbruck（1943）SalvadorLuriaMaxDelbruckTheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1969Newcombe的塗布實驗（1949）影印實驗（replicaplating）JoshuaLederbergandEstherLederberg（1952）JoshuaLederbergJ.LederbergisawardedtheNoblePrizeinMedicineandPhysiologyin1958第三節菌種保藏性狀穩定的菌種是微生物學工作最重要的基本要求，否則生產或科研都無法正常進行。影響微生物菌種穩定性的因素：a）變異；b）污染；c）死亡；一、菌種的衰退與復壯1）從衰退的菌種群體中把少數個體再找出來，重新獲得具有原有典型性狀的菌種。2）有意識地利用微生物會發生自發突變的特性，在日常的菌種維護工作中不斷篩選“正變”個體。大量群體中的自發突變菌種的復壯：a）純種分離；b）通過寄主體進行復壯；菌種衰退的特點：二、防止衰退的措施1）減少傳代次數；2）創造良好的培養條件；3）經常進行純種分離，並對相應的性狀指標進行檢查；4）採用有效的菌種保藏方法；三、菌種保藏在一定時間內使菌種不死、不變、不亂基本要求：基本方法：生活態休眠態培養基傳代培養寄主傳代培養冷凍乾燥斜面、平板液氮、低溫冰箱沙土管、冷凍真空乾燥

第七章微生物生態在一定的空間內生物的成分和非生物的成分通過物質迴圈和能量流動互相作用、互相依存而構成的一個生態學功能單位。生態系統：生態學：研究生物與其周圍生物和非生物環境之間相互關係的一門科學。微生物生態學：研究微生物與其周圍生物和非生物環境之間相互關係。

各種環境中的微生物的種類、分佈；

微生物和其他生物的關係；

微生物與物質迴圈；第一節空氣微生物生態1）無原生的微生物區系；2）來源於土壤、水體及人類的生產、生活活動；3）種類主要為真菌和細菌，一般與其所在環境的微生物種類有關；4）數量取決於塵埃數量；5）停留時間和塵埃大小、空氣流速、濕度、光照等因素有關；6）與人類的關係：傳播疾病、造成食品等的污染微生物學的基本技術：無菌操作技術製備微生物氣溶膠實現群體免疫第二節水體微生物生態一、江河水1）數量和種類與接觸的土壤有密切關係；2