武漢大學(xué)微生物學(xué)陳向東上課筆記

微生物學(xué)陳向東第1章緒論三、微生物與我們微生物無(wú)處不在，我們無(wú)時(shí)不生活在“微生物的海洋”中。細(xì)菌數(shù)億/g土壤，土壤中的細(xì)菌總重量估計(jì)為：10034×1012噸；每張紙幣帶細(xì)菌：900萬(wàn)個(gè)；人體體表及體內(nèi)存在大量的微生物：皮膚外表：平均10萬(wàn)個(gè)細(xì)菌/平方厘米；口腔：細(xì)菌種類超過(guò)500種；腸道：微生物總量達(dá)100萬(wàn)億，糞便干重的1/3是細(xì)菌，每克糞便的細(xì)菌總數(shù)為：1000億個(gè)；每個(gè)噴嚏的飛沫含4500-150000個(gè)細(xì)菌，重感冒患者為8500萬(wàn)；時(shí)時(shí)刻刻與微生物“共舞”是禍？是福？微生物既是人類的敵人，更是人類的朋友！微生物是人類的朋友！微生物是自然界物質(zhì)循環(huán)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)；體內(nèi)的正常菌群是人及動(dòng)物健康的根本保證；幫助消化、提供必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、組成生理屏障微生物可以為我們提供很多有用的物質(zhì)；有機(jī)酸、酶、各種藥物、疫苗、面包、奶酪、啤酒、醬油等等基因工程為代表的現(xiàn)代生物技術(shù)；少數(shù)微生物也是人類的敵人！鼠疫；天花；艾滋?。化偱２?；埃博拉病毒；可以說(shuō)，微生物與人類關(guān)系的重要性，你怎么強(qiáng)調(diào)都不過(guò)分，微生物是一把十分鋒利的雙刃劍，它們?cè)诮o人類帶來(lái)巨大利益的同時(shí)也帶來(lái)“殘忍”的破壞。它給人類帶來(lái)的利益不僅是享受，而且實(shí)際上涉及到人類的生存?！霸诮茖W(xué)中，對(duì)人類福利最大的一門科學(xué)，要算是微生物學(xué)了?！薄毡緦W(xué)者尾形學(xué)在“家畜微生物學(xué)”〔1977〕四、微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學(xué)的建立與開(kāi)展〔一〕微生物的發(fā)現(xiàn)我國(guó)8000年前就開(kāi)始出現(xiàn)了曲蘗釀酒；4000年前埃及人已學(xué)會(huì)烘制面包和釀制果酒；2500年前創(chuàng)造釀醬、醋，用曲治消化道疾??；公元六世紀(jì)(北魏時(shí)期)賈思勰的巨著“齊民要術(shù)”；公元2世紀(jì)，張仲景：禁食病死獸類的肉和不清潔食物；公元前112年-212年間，華佗：“割腐肉以防傳染”；公元九世紀(jì)痘漿法、痘衣法預(yù)防天花；1346年，克里米亞半島上的法卡城之戰(zhàn)(靼坦人-羅馬人)；16世紀(jì)，古羅巴醫(yī)生G.Fracastoro：疾病是由肉眼看不見(jiàn)的生物(livingcreatures)引起的；1641年，明末醫(yī)生吳又可也提出“戾氣”學(xué)說(shuō)；1664年，英國(guó)人虎克〔RobertHooke〕曾用原始的顯微鏡對(duì)生長(zhǎng)在皮革外表及薔薇枯葉上的霉菌進(jìn)行觀察。1676年，微生物學(xué)的先驅(qū)荷蘭人列文虎克〔Antonyvanleeuwenhoek〕首次觀察到了細(xì)菌。他沒(méi)有上過(guò)大學(xué)是一個(gè)只會(huì)荷蘭語(yǔ)的小商人，但卻在1680年被選為英國(guó)皇家學(xué)會(huì)的會(huì)員。列文虎克利用業(yè)余時(shí)間制造過(guò)400多架單式顯微鏡和放大鏡，放大率一般為50~200倍，〔二〕微生物學(xué)的奠基1.巴斯德(1)發(fā)現(xiàn)并證實(shí)發(fā)酵是由微生物引起的；化學(xué)家出生的巴斯德涉足微生物學(xué)是為了治療“酒病”和“蠶病”(2)徹底否認(rèn)了“自然發(fā)生”學(xué)說(shuō)；著名的曲頸瓶試驗(yàn)無(wú)可辯駁地證實(shí)，空氣內(nèi)確實(shí)含有微生物，是它們引起有機(jī)質(zhì)的腐敗。(3)免疫學(xué)——預(yù)防接種首次制成狂犬疫苗(4)其他奉獻(xiàn)巴斯德消毒法：60～65℃作短時(shí)間加熱處理，殺死有害微生物2.柯赫〔1〕微生物學(xué)根本操作技術(shù)方面的奉獻(xiàn)a〕細(xì)菌純培養(yǎng)方法的建立土豆切面→營(yíng)養(yǎng)明膠→營(yíng)養(yǎng)瓊脂〔平皿〕b〕設(shè)計(jì)了各種培養(yǎng)基，實(shí)現(xiàn)了在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對(duì)各種微生物的培養(yǎng)c〕流動(dòng)蒸汽滅菌d〕染色觀察和顯微攝影〔2〕對(duì)病原細(xì)菌的研究作出了突出的奉獻(xiàn)：a〕具體證實(shí)了炭疽桿菌是炭疽病的病原菌；b〕發(fā)現(xiàn)了肺結(jié)核病的病原菌；〔1905年獲諾貝爾獎(jiǎng)〕c〕證明某種微生物是否為某種疾病病原體的根本原那么——著名的柯赫原那么1、在每一相同病例中都出現(xiàn)這種微生物；2、要從寄主別離出這樣的微生物并在培養(yǎng)基中培養(yǎng)出來(lái)；3、用這種微生物的純培養(yǎng)接種健康而敏感的寄主，同樣的疾病會(huì)重復(fù)發(fā)生；4、從試驗(yàn)發(fā)病的寄主中能再度別離培養(yǎng)出這種微生物來(lái)?！踩澄⑸飳W(xué)開(kāi)展過(guò)程中的重大事件〔見(jiàn)講義P4表1-1微生物學(xué)開(kāi)展中的重大事件〕1890VonBehring制備抗毒素治療白喉和破傷風(fēng)；1892Ivanovsky提供煙草花葉病毒是由病毒引起的證據(jù)；1928Griffith發(fā)現(xiàn)細(xì)菌轉(zhuǎn)化；對(duì)其機(jī)理的研究導(dǎo)致DNA是遺傳物質(zhì)確實(shí)證；外源遺傳物質(zhì)導(dǎo)入各種細(xì)胞的基因重組技術(shù)的建立；1929Fleming發(fā)現(xiàn)青霉素；1944Avery等證實(shí)轉(zhuǎn)化過(guò)程中DNA是遺傳信息的載體；1953Watson和Crick提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)；1970～1972Arber、Smith和Nathans發(fā)現(xiàn)并提純了DNA限制性內(nèi)切酶1977Woese提出古生菌是不同于細(xì)菌和真核生物的特殊類群Sanger首次對(duì)f×174噬菌體DNA進(jìn)行了全序列分析；1982～1983Prusiner發(fā)現(xiàn)朊病毒(prion)；1983～1984Mullis建立PCR技術(shù)；1995第一個(gè)獨(dú)立生活的細(xì)菌(流感嗜血桿菌)全基團(tuán)組序列測(cè)定完成；1996第一個(gè)自養(yǎng)生活的古生菌基因組測(cè)定完成；1997第一個(gè)真核生物(啤酒酵母)基因組測(cè)序完成；〔四〕20世紀(jì)的微生物學(xué)十九世紀(jì)末到二十世紀(jì)中期：微生物學(xué)：鑒定病原菌、研究免疫學(xué)及其在預(yù)防疾病中的作用、尋找化學(xué)治療藥物、分析微生物的化學(xué)活性。普通生物學(xué)：細(xì)胞的構(gòu)造及其在繁殖和開(kāi)展中的作用、植物和動(dòng)物的遺傳和進(jìn)化的機(jī)制。動(dòng)、植物的生命活動(dòng)規(guī)律適用于結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)單的微生物？肌肉的糖酵解酵母菌乙醇發(fā)酵本質(zhì)上的同一性維生素生長(zhǎng)因子相同的化學(xué)本質(zhì)多種輔酶的前體輔酶為細(xì)胞代謝所必需〔一切生命系統(tǒng)在代謝水平上具有相同的本質(zhì)〕“生物化學(xué)的同一性”生化突變細(xì)菌基因水平轉(zhuǎn)移微生物遺傳學(xué)對(duì)動(dòng)植物起作用的遺傳機(jī)制同樣適用于微生物肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)病毒重組實(shí)驗(yàn)核酸是遺傳的物質(zhì)根底噬菌體感染實(shí)驗(yàn)20世紀(jì)40年代后，微生物自身的特點(diǎn)使其成為生物學(xué)研究的“明星”，微生物學(xué)很快與生物學(xué)主流集合，并被推到了整個(gè)生命科學(xué)開(kāi)展的前沿，獲得了迅速的開(kāi)展，在生命科學(xué)的開(kāi)展中作出了巨大的奉獻(xiàn)。微生物學(xué)與生物學(xué)開(kāi)展的主流集合、交叉，獲得了全面、深入的開(kāi)展〔見(jiàn)P3圖1-1微生物學(xué)的主要分支學(xué)科〕〔五〕微生物學(xué)在生命科學(xué)開(kāi)展中的重要地位1．微生物是生物學(xué)根本理論研究中的理想實(shí)驗(yàn)對(duì)象，對(duì)微生物的研究促進(jìn)許多重大生物學(xué)理論問(wèn)題的突破基因和酶關(guān)系的說(shuō)明及“一個(gè)基因一個(gè)酶”的假說(shuō)；1941年Beadle和Tatum用粗糙脈胞霉進(jìn)行的突變實(shí)驗(yàn)使基因和酶的關(guān)系得以說(shuō)明，并提出了“一個(gè)基因一個(gè)酶”的假說(shuō)。遺傳的物質(zhì)根底的說(shuō)明；基因概念的開(kāi)展；“斷裂基因”、“跳躍基因”、“重疊基因”的發(fā)現(xiàn)，以及基因結(jié)構(gòu)的精細(xì)分析、基因組測(cè)序等。遺傳密碼的破譯；60年代Nirenberg等人通過(guò)研究大腸桿菌無(wú)細(xì)胞蛋白質(zhì)合成體系及多聚尿苷酶，發(fā)現(xiàn)了苯丙氨酸的遺傳密碼，繼而完成了全部密碼的破譯，為人類從分子水平上研究生命現(xiàn)象開(kāi)辟了新的途徑?；虮磉_(dá)調(diào)控機(jī)制的研究；Jacob等通過(guò)研究大腸桿菌誘導(dǎo)酶的形成機(jī)制而提出操縱子學(xué)說(shuō)，說(shuō)明了基因表達(dá)調(diào)控的機(jī)制，為分子生物學(xué)的形成奠定了根底。生物大分子合成的中心法那么；DNA→RNA→蛋白質(zhì)2．對(duì)生命科學(xué)研究技術(shù)的奉獻(xiàn)細(xì)胞的人工培養(yǎng)；突變體篩選；DNA重組技術(shù)和遺傳工程；3．微生物與“人類基因組方案”作為模式生物；基因與基因組的功能研究的重要工具;〔五)我國(guó)微生物學(xué)的開(kāi)展湯飛凡：沙眼病原體的別離和確證陳華癸：根瘤菌固氮作用的研究高尚蔭：創(chuàng)立了我國(guó)病毒學(xué)的根底理論研究和第一個(gè)微生物學(xué)專業(yè)抗生素的總產(chǎn)量已耀居世界首位兩步法生產(chǎn)維生素C的技術(shù)居世界先進(jìn)水平泉生熱孢菌全基因組序列測(cè)定〔六〕21世紀(jì)微生物學(xué)展望1．微生物自身的特點(diǎn)〔共性和特性〕將會(huì)更加受到關(guān)注和利用共性：微生物具有其他生物共有的根本生物學(xué)特性：生長(zhǎng)、繁殖、代謝、共用一套遺傳密碼等，甚至其基因組上含有與高等生物同源的基因，充分反映了生物高度的統(tǒng)一性。特性：微生物具有其它生物不具備的生物學(xué)特性，例如可在其他生物無(wú)法生存的極端環(huán)境下生存和繁殖，具有其他生物不具備的代謝途徑和功能，反映了微生物極其豐富的多樣性。以微生物為研究材料繼續(xù)對(duì)一些根本生命現(xiàn)象進(jìn)行研究；生物進(jìn)化方面的研究；在微生物基因組上進(jìn)行的考古性別分化的意義；基因水平轉(zhuǎn)移細(xì)菌DNA的主動(dòng)分泌與攝取生物智慧的開(kāi)展；聰明的黏菌生命起源的研究；極端環(huán)境的微生物的研究；微生物產(chǎn)業(yè)的開(kāi)發(fā)；重要致病菌的特點(diǎn)及其防治；微生物自身特性的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)、利用：例如降解性塑料，分解纖維素、生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白等。借助〔利用〕微生物特點(diǎn)的基因工程產(chǎn)業(yè)：利用微生物生產(chǎn)原本它們不能生產(chǎn)的藥物、疫苗等。微生物具備生命現(xiàn)象的特性和共性，將是21世紀(jì)進(jìn)一步解決生物學(xué)重大理論問(wèn)題，如生命起源與進(jìn)化，物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的根本規(guī)律等，和實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題，如新的微生物資源的開(kāi)發(fā)利用，能源、糧食等的最理想的材料。〔見(jiàn)講義P10〕2．與其他學(xué)科實(shí)現(xiàn)更廣泛的交叉，獲得新的開(kāi)展學(xué)科交叉永遠(yuǎn)是科學(xué)創(chuàng)新的源泉！微生物基因組的序列測(cè)定和分析；微生物的快速檢定；微量熱技術(shù)對(duì)生命過(guò)程的研究；計(jì)算機(jī)技術(shù)與微生物學(xué)的結(jié)合；微生物的特點(diǎn)：個(gè)體小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)、胃口大、食譜廣、繁殖快、易培養(yǎng)、數(shù)量大、分布廣、種類多、級(jí)界寬、變異易、抗性強(qiáng)、休眠長(zhǎng)、起源早、發(fā)現(xiàn)晚個(gè)體小:測(cè)量單位：微米或鈉米結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)：無(wú)細(xì)胞結(jié)構(gòu)〔病毒〕；單細(xì)胞；簡(jiǎn)單多細(xì)胞；胃口大：消耗自身重量2000倍食物的時(shí)間：大腸桿菌：1小時(shí)人：500年〔按400斤/年計(jì)算〕食譜廣：微生物獲取營(yíng)養(yǎng)的方式多種多樣，其食譜之廣是動(dòng)植物完全無(wú)法相比的！纖維素、木質(zhì)素、幾丁質(zhì)、角蛋白、石油、甲醇、甲烷、天然氣、塑料、酚類、氰化物、各種有機(jī)物均可被微生物作為糧食繁殖快：大腸桿菌一個(gè)細(xì)胞重約10–12克，平均2024小時(shí)后：4722366500萬(wàn)億個(gè)后代，重量到達(dá)：4722噸48小時(shí)后：2.2×1043個(gè)后代，重量到達(dá)2.2×1025噸相當(dāng)于4000個(gè)地球的重量！一頭500kg的食用公牛，24小時(shí)生產(chǎn)0.5kg蛋白質(zhì),而同樣重量的酵母菌，以質(zhì)量較次的糖液〔如糖蜜〕和氨水為原料，24小時(shí)可以生產(chǎn)50000kg優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)。易培養(yǎng)：很多細(xì)菌都可以非常方便地進(jìn)行人工培養(yǎng)！數(shù)量大：在自然界中〔土壤、水體、空氣，動(dòng)植物體內(nèi)和體表〕都生存有大量的微生物！分布廣：人跡可到之處，微生物的分布必然很多，而人跡不到的地方，也有大量的微生物存在！數(shù)十公里的高空〔最高為離地85公里幾千米的地下；強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、高熱的極端環(huán)境；常年封凍的冰川；種類多：微生物的生理代謝類型多；代謝產(chǎn)物種類多；微生物的種數(shù)“多”；雖然目前已定種的微生物只有大約10萬(wàn)種，遠(yuǎn)較動(dòng)植物為少，但一般認(rèn)為目前為人類所發(fā)現(xiàn)的微生物還不到自然界中微生物總數(shù)的1%級(jí)界寬：Whittaker的五界分類系統(tǒng)Woese三原界分類系統(tǒng)變異易：個(gè)體小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)、且多與外界環(huán)境直接接觸繁殖快、數(shù)量多’突變率：10-5–10-10短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量的變異后代青霉素的生產(chǎn)：20單位/ml〔1943〕10000單位/ml青霉素的用量：最高：10萬(wàn)單位/天〔40年代〕數(shù)百萬(wàn)-千萬(wàn)單位/次細(xì)菌抗藥性的產(chǎn)生：抗〔逆〕性強(qiáng)：抗熱：有的細(xì)菌能在265個(gè)大氣壓，250℃自然界中細(xì)菌生長(zhǎng)的最高溫度可以到達(dá)113℃有些細(xì)菌的芽孢，需加熱煮沸8小時(shí)才被殺死；抗寒：有些微生物可以在―12℃~―30抗酸堿：細(xì)菌能耐受并生長(zhǎng)的pH范圍：pH0.5~13；耐滲透壓：蜜餞、腌制品，飽和鹽水〔NaCl,32%)中都有微生物生長(zhǎng)；抗壓力：有些細(xì)菌可在1400個(gè)大氣壓下生長(zhǎng)；休眠長(zhǎng)：世界上最古老的活細(xì)菌〔芽孢〕：2.5億年Nature407,897-900(2000)起源早：38億年前，生命在海洋中出現(xiàn)26億年前，陸地上就可能存在微生物發(fā)現(xiàn)晚：300多年前人們才真正發(fā)現(xiàn)微生物的存在微生物的特點(diǎn)：個(gè)體小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)、胃口大、食譜廣、繁殖快、易培養(yǎng)、數(shù)量大、分布廣、種類多、級(jí)界寬、變異易、抗性強(qiáng)、休眠長(zhǎng)、起源早、發(fā)現(xiàn)晚第2章純培養(yǎng)和顯微技術(shù)微生物的根本特點(diǎn)：??！在絕大多數(shù)情況下都是利用微生物的群體來(lái)研究其屬性；微生物的物種〔菌株〕一般也是以群體的形式進(jìn)行繁衍、保存；培養(yǎng)技術(shù)在微生物學(xué)中具有重要意義！在研究中所使用的微生物培養(yǎng)群體：培養(yǎng)物：在一定的條件下培養(yǎng)、繁殖得到的微生物群體混合培養(yǎng)物：含有多種微生物的培養(yǎng)物；純培養(yǎng)物：只有一種微生物的培養(yǎng)物；通常情況下只有純培養(yǎng)物才能提供可以重復(fù)的結(jié)果純培養(yǎng)技術(shù)是進(jìn)行微生物學(xué)研究的根底！微生物的根本特點(diǎn)：小！微生物個(gè)體微小的特點(diǎn)也決定了顯微技術(shù)是進(jìn)行微生物研究的另一項(xiàng)重要技術(shù)，因?yàn)榻^大多數(shù)微生物的個(gè)體形態(tài)及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)只能通過(guò)顯微鏡才能進(jìn)行觀察和研究。第一節(jié)微生物的別離和純培養(yǎng)從混雜的群體中別離特定的某一種微生物，是研究和利用微生物的第一步。一、無(wú)菌技術(shù)用于別離、培養(yǎng)微生物的器具事先不含任何微生物；在轉(zhuǎn)接、培養(yǎng)微生物時(shí)防止其它微生物的污染；1、微生物培養(yǎng)的常用器具及其滅菌常用的器具：試管、瓶子、培養(yǎng)皿等1887年，RJPetri創(chuàng)造Petridish常用的滅菌方法：高壓蒸汽滅菌高溫干熱滅菌2、接種操作無(wú)菌操作：火焰附近〔酒精燈、煤氣燈〕進(jìn)行在無(wú)菌箱或操作室內(nèi)無(wú)菌的環(huán)境下進(jìn)行二、用固體培養(yǎng)基別離純培養(yǎng)液體培養(yǎng)基；培養(yǎng)基：固體培養(yǎng)基；半固體培養(yǎng)基；瓊脂柯赫〔RobertKoch〕的助手WHeese和他的夫人FranHeese菌落〔colony〕：?jiǎn)蝹€(gè)〔或聚集在一起的一團(tuán)〕微生物在適宜的固體培養(yǎng)基外表或內(nèi)部生長(zhǎng)、繁殖到一定程度可以形成肉眼可見(jiàn)的、有一定形態(tài)結(jié)構(gòu)的子細(xì)胞生長(zhǎng)群體眾多菌落連成一片菌苔〔lawn〕不同微生物在特定培養(yǎng)基上生長(zhǎng)形成的菌落或菌苔一般都具有穩(wěn)定的特征〔形狀、顏色等〕，可以成為對(duì)該微生物進(jìn)行分類、鑒定的重要依據(jù)〔見(jiàn)P14圖2-3〕。同一細(xì)菌在不同的培養(yǎng)平板上形成不同的特征菌落二、用固體培養(yǎng)基別離純培養(yǎng)使微生物在固體培養(yǎng)基平板上形成單個(gè)菌落的根本方法：稀釋！1、稀釋倒平板法操作較麻煩，對(duì)好氧菌、熱敏感菌效果不好！2、涂布平板法使用較多的常規(guī)方法，但有時(shí)涂布不均勻！3、平板劃線法4、厭氧微生物的別離厭氧罐厭氧手套箱稀釋搖管法三、用液體培養(yǎng)基別離純培養(yǎng)稀釋法進(jìn)行液體別離必須在同一個(gè)稀釋度的許多平行試管中，大多數(shù)〔一般應(yīng)超過(guò)95%〕表現(xiàn)為不生長(zhǎng)。例如：假設(shè)同一稀釋度的試管中有95%表現(xiàn)為不生長(zhǎng)，那么生長(zhǎng)的試管中僅含一個(gè)細(xì)胞的幾率為：4.8%；含二個(gè)細(xì)胞的幾率為：0.12%；含三個(gè)細(xì)胞的幾率為：0.002%=0.9750.048=0.9750.048+0.0012+0.0002在有細(xì)菌生長(zhǎng)的試管中得到純培養(yǎng)的幾率為97.5%1878年，Lister別離乳酸鏈球菌時(shí)所使用的微量注射器和酒杯培養(yǎng)裝置注射器的最小吸取量：0.00062毫升四、單細(xì)胞〔孢子〕別離一般采用顯微操作儀，在顯微鏡下進(jìn)行；操作難度與細(xì)胞或個(gè)體的大小成反比；五、選擇培養(yǎng)別離微生物群落中數(shù)量占少數(shù)的微生物的別離純化：抑制大多數(shù)其它微生物的生長(zhǎng)；使待別離的微生物生長(zhǎng)更快；使待別離的微生物在群落中的數(shù)量上升，方便用稀釋法對(duì)其進(jìn)行純化?！矝](méi)有一種培養(yǎng)基或一種培養(yǎng)條件能夠滿足自然界中一切生物生長(zhǎng)的要求，在一定程度上所有的培養(yǎng)基都是選擇性的?！呈勾齽e離的微生物生長(zhǎng)“突出”；直接挑取待別離的微生物的菌落獲得純培養(yǎng)。1.利用選擇平板進(jìn)行直接別離待別離的微生物生長(zhǎng)，其它微生物的生長(zhǎng)被抑制高溫下培養(yǎng)：別離嗜熱細(xì)菌；培養(yǎng)基中不含N：別離固氮菌；培養(yǎng)基加抗生素：別離抗性菌；待別離的微生物的生長(zhǎng)特征明顯不同于其它微生物牛奶平板：別離蛋白酶產(chǎn)生菌；顏色反響：別離特定的菌株；利用特定細(xì)菌的滑動(dòng)特點(diǎn)進(jìn)行別離純化；第二節(jié)顯微鏡和顯微技術(shù)幾個(gè)根本概念：放大被觀察物越小，放大倍數(shù)應(yīng)越大，否那么難以看清！分辨率能區(qū)分兩點(diǎn)之間最小距離的能力反差被觀察物區(qū)別于背景的程度與顯微鏡的自身特點(diǎn)有關(guān)，但也取決于進(jìn)行顯微觀察時(shí)對(duì)顯微鏡的正確使用及良好的標(biāo)本制作和觀察技術(shù)，這就是顯微技術(shù)。一、顯微鏡的種類及原理1.普通光學(xué)顯微鏡復(fù)式顯微鏡簡(jiǎn)單顯微鏡光學(xué)顯微鏡一般配置的最大放大倍數(shù)是多少？為什么？目鏡：10~15╳；物鏡：100╳；總放大倍數(shù)1000~1500╳；如何實(shí)現(xiàn)光學(xué)顯微鏡一般配置的最大放大倍數(shù)？其原理？使用油鏡，即在100╳物鏡和載玻片之間滴加香柏油；分辨率與所用波長(zhǎng)成反比！0.5l分辨率〔最小可分辨距離〕=————nsinqq為物鏡鏡口角的半數(shù)，它取決于物鏡的直徑和工作距離N：玻片與物鏡間介質(zhì)的折射率空氣(n=1.0)、水(n=1.33)、香柏油(n=1.52)、玻璃(n=1.54)顯微觀察時(shí)可根據(jù)物鏡的特性而選用不同的介質(zhì)光線在穿過(guò)折射率不同的介質(zhì)時(shí)發(fā)生折射用浸沒(méi)油取代空氣的作用：介質(zhì)折射率提高數(shù)值孔徑值和分辨率均得到提高浸沒(méi)油與玻璃的折射率相近很多原來(lái)由于在透鏡及載片外表的反射和折射而損失的光線可以進(jìn)入物鏡，使照明亮度提高，改善觀察效果。光學(xué)顯微鏡物鏡的特性人眼的分辨能力在0.2mm左右，因此光學(xué)顯微鏡的最大有效放大倍數(shù)〔使用油鏡〕是1,000×到1,500×。2.暗視野顯微鏡普通光學(xué)顯微鏡又稱明視野顯微鏡其照明光線直接進(jìn)入視野，屬透射照明。3.相差顯微鏡形成亮背景暗物象的結(jié)果4.熒光顯微鏡5.透射電子顯微鏡；掃描電子顯微鏡能否用掃描電鏡來(lái)觀察樣品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而用透射電鏡來(lái)觀察樣品的外表結(jié)構(gòu)？7.掃描隧道顯微鏡二、顯微觀察樣品的制備略！第二章思考題：1、為什么說(shuō)Koch等建立的微生物純培養(yǎng)技術(shù)是微生物學(xué)建立與開(kāi)展的基石？一般可用哪些方法獲得微生物的純培養(yǎng)？2、微生物的最顯著特征就是個(gè)體微小，通常只能通過(guò)顯微鏡進(jìn)行觀察。試列舉在顯微觀察中通過(guò)改變樣品的反差以改善觀察效果的技術(shù)及方法。第3章微生物類群與形態(tài)結(jié)構(gòu)古生菌在進(jìn)化譜系上與真細(xì)菌及真核生物相互并列，且與后者關(guān)系更近，而其細(xì)胞構(gòu)造卻與真細(xì)菌較為接近，同屬于原核生物。第一節(jié)真細(xì)菌〔Eubacteria〕一、一般形態(tài)及細(xì)胞結(jié)構(gòu)〔一〕個(gè)體形態(tài)和排列球狀根本形態(tài)桿狀螺旋狀1、球狀細(xì)胞個(gè)體呈球形或橢圓形，不同種的球菌在細(xì)胞分裂時(shí)會(huì)形成不同的空間排列方式，常被作為分類依據(jù)。金黃色葡萄球菌淋病奈瑟氏球菌肺炎鏈球菌2、桿狀細(xì)胞呈桿狀或圓柱形，一般其粗細(xì)〔直徑〕比擬穩(wěn)定，而長(zhǎng)度那么常因培養(yǎng)時(shí)間、培養(yǎng)條件不同而有較大變化。桿狀細(xì)菌的排列方式常因生長(zhǎng)階段和培養(yǎng)條件而發(fā)生變化，一般不作為分類依據(jù)?？莶菅挎邨U菌地衣芽孢桿菌銅綠假單胞菌〔綠膿桿菌〕結(jié)核分枝桿菌炭疽病的病原菌炭疽桿菌破傷風(fēng)梭菌弧菌螺旋菌弧菌螺旋菌螺旋體菌弧菌：菌體只有一個(gè)彎曲，其程度缺乏一圈，形似“C”字或逗號(hào)，鞭毛偏端生?；魜y弧菌寄生性弧菌蛭弧菌螺旋菌：菌體回轉(zhuǎn)如螺旋，螺旋數(shù)目和螺距大小因種而異。鞭毛二端生。細(xì)胞壁堅(jiān)韌，菌體較硬。螺旋體菌：菌體柔軟，用于運(yùn)動(dòng)的類似鞭毛的軸絲位于細(xì)胞外鞘內(nèi)。梅毒密螺旋體4、其它形狀1〕柄桿菌〔prosthecatebacteria〕細(xì)胞上有柄〔stalk〕、菌絲〔hyphae〕、附器〔appendages〕等細(xì)胞質(zhì)伸出物，細(xì)胞呈桿狀或梭狀，并有特征性的細(xì)柄。一般生活在淡水中固形物的外表，其異常形態(tài)使得菌體的外表積與體積之比增加，能有效地吸收有限的營(yíng)養(yǎng)物；正常形態(tài)2〕星形細(xì)菌〔star-shapedbacteria〕正常形態(tài)環(huán)境條件恢復(fù)正常3〕方形細(xì)菌〔square-ahapedbacteria〕環(huán)境條件恢復(fù)正常4〕異常形態(tài)環(huán)境條件的變化：物理、化學(xué)因子的刺激阻礙細(xì)胞正常發(fā)育培養(yǎng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)細(xì)胞衰老營(yíng)養(yǎng)缺乏異常形態(tài)自身代謝產(chǎn)物積累過(guò)多〔二〕大小1、范圍最?。号c無(wú)細(xì)胞結(jié)構(gòu)的病毒相仿〔50nm；〕最大：肉眼可見(jiàn)〔0.75mm〕；〔參見(jiàn)P33，最小和最大的細(xì)菌〕費(fèi)氏刺骨魚(yú)菌(0.08mmx0.6mm)(Epulopisciumfishelsoni)比大腸桿菌大100萬(wàn)倍〔1985年發(fā)現(xiàn)〕德國(guó)科學(xué)家H.N.Schulz等1999年在納米比亞海岸的海底沉積物中發(fā)現(xiàn)的一種硫磺細(xì)菌〔sulfurbacterium〕，其大小可達(dá)0.75mm，Thiomargaritanamibiensis，“納米比亞硫磺珍珠”最大和最小細(xì)菌的個(gè)體大小懸殊：〔Thiomargaritanamibiensis〕〔0.75mm〕10億~100億倍〔nanobacteria〕〔50nm〕光學(xué)顯微鏡物鏡的特性在對(duì)細(xì)菌進(jìn)行光學(xué)顯微鏡觀察時(shí)，油鏡最常使用，也最為重要。一般細(xì)菌的大小范圍：0.5~1mm〔直徑〕0.2~1mm〔直徑〕X1~80mm〔長(zhǎng)度〕0.3~1mm〔直徑〕X1~50mm〔長(zhǎng)度〕(長(zhǎng)度是菌體兩端點(diǎn)之間的距離，而非實(shí)際長(zhǎng)度)2、測(cè)量方法顯微鏡測(cè)微尺顯微照相后根據(jù)放大倍數(shù)進(jìn)行測(cè)算〔二〕大小2、細(xì)菌大小測(cè)量結(jié)果的影響因素〔參見(jiàn)P31〕個(gè)體差異；枯燥、固定后的菌體會(huì)一般由于脫水而比活菌體縮短1/3-1/4；染色方法的影響，一般用負(fù)染色法觀察的菌體較大；幼齡細(xì)菌一般比成熟的或老齡的細(xì)菌大；環(huán)境條件，如培養(yǎng)基中滲透壓的改變也會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞大小的變化?！踩臣?xì)胞的結(jié)構(gòu)〔見(jiàn)P39〕一般構(gòu)造：一般細(xì)菌都有的構(gòu)造特殊構(gòu)造：局部細(xì)菌具有的或一般細(xì)菌在特殊環(huán)境下才有的構(gòu)造1、細(xì)胞壁1〕概念：細(xì)胞壁〔cellwall〕是位于細(xì)胞外表，內(nèi)側(cè)緊貼細(xì)胞膜的一層較為堅(jiān)韌，略具彈性的細(xì)胞結(jié)構(gòu)。2〕證實(shí)細(xì)胞壁存在的方法：〔1〕細(xì)菌超薄切片的電鏡直接觀察；〔2〕質(zhì)、壁別離與適當(dāng)?shù)娜旧?，可以在光學(xué)顯微鏡下看到細(xì)胞壁；〔3〕機(jī)械法破裂細(xì)胞后，別離得到純的細(xì)胞壁；〔4〕制備原生質(zhì)體，觀察細(xì)胞形態(tài)的變化；3〕細(xì)胞壁的功能：〔參見(jiàn)P38〕〔1〕固定細(xì)胞外形和提高機(jī)械強(qiáng)度；〔2〕為細(xì)胞的生長(zhǎng)、分裂和鞭毛運(yùn)動(dòng)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(zhì)〔分子量大于800〕進(jìn)入細(xì)胞，保護(hù)細(xì)胞免受溶菌酶、消化酶和青霉素等有害物質(zhì)的損傷；〔4〕細(xì)菌特定的抗原性、致病性以及對(duì)抗生素和噬菌體的敏感性的物質(zhì)根底；4〕革蘭氏染色與細(xì)胞壁：〔參見(jiàn)P46〕〔1〕革蘭氏染色革蘭氏染色法抗酸性染色法芽孢染色法革蘭氏染色法抗酸性染色法芽孢染色法姬姆薩染色法正染色鑒別染色法死菌負(fù)染色：莢膜染色法等細(xì)菌染色法活菌：用美藍(lán)或TTC〔氧化三苯基四氮唑〕等作活菌染色〔1〕革蘭氏染色C.Gram〔革蘭〕于1884年創(chuàng)造的一種鑒別不同類型細(xì)菌的染色方法。1、用堿性染料結(jié)晶紫對(duì)菌液涂片進(jìn)行初染2、用碘溶液進(jìn)行媒染，其作用是提高染料和細(xì)胞間的相互作用從而使二者結(jié)合得更牢固。3、用乙醇或丙酮沖洗進(jìn)行脫色。在經(jīng)歷脫色后仍將結(jié)晶紫保存在細(xì)胞內(nèi)的為革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌，而革蘭氏陰性細(xì)菌的結(jié)晶紫被洗掉，細(xì)胞呈無(wú)色。4、用一種與結(jié)晶紫具有不同顏色的堿性染料對(duì)涂片進(jìn)行復(fù)染。例如沙黃，它使原來(lái)無(wú)色的革蘭氏陰性細(xì)菌最后呈現(xiàn)桃紅到紅色，而革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌繼續(xù)保持深紫色表3-1革蘭氏陽(yáng)性和陰性細(xì)菌細(xì)胞壁成分的比擬〔2〕革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌的細(xì)胞壁特點(diǎn)：厚度大〔20~80nm〕化學(xué)組分簡(jiǎn)單，一般只含90%肽聚糖和10%磷壁酸。革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌的細(xì)胞壁肽聚糖(peptidoglycan)革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌的細(xì)胞壁磷壁酸〔teichoicacid〕又稱粘肽(mucopeptide)、胞壁質(zhì)(murein)或粘質(zhì)復(fù)合物(mucocomplex)，是真細(xì)菌細(xì)胞壁中的特有成分。結(jié)合在革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌細(xì)胞壁上的一種酸性多糖A、肽聚糖厚約20~80nm，由40層左右的網(wǎng)格狀分子交織成的網(wǎng)套覆蓋在整個(gè)細(xì)胞上。原核生物所特有的已糖雙糖單位原核生物所特有的已糖雙糖單位由四個(gè)氨基酸分子按L型與D型交替方式連接而成雙糖單位中的β-1,4-糖苷鍵很容易被溶菌酶(lysozyme)所水解，從而引起細(xì)菌因肽聚糖細(xì)胞壁的“散架”而死亡。目前所知的肽聚糖已超過(guò)100種，在這一“肽聚糖的多樣性”中，主要的變化發(fā)生在肽橋上。B、磷壁酸革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌細(xì)胞壁上特有的化學(xué)成分，主要成分為甘油磷酸或核糖醇磷酸。壁磷壁酸，它與肽聚糖分子間進(jìn)行共價(jià)結(jié)合，含量會(huì)隨培養(yǎng)基成分而改變，一般占細(xì)胞壁重量的10%，有時(shí)可接近50%。用稀酸或稀堿可以提取?？缭诫木厶菍硬⑴c細(xì)胞膜相交聯(lián)的膜磷壁酸〔又稱脂磷壁酸〕，由甘油磷酸鏈分子與細(xì)胞膜上的磷脂進(jìn)行共價(jià)結(jié)合后形成。其含量與培養(yǎng)條件關(guān)系不大。可用45%熱酚水提取，也可用熱水從脫脂的凍干細(xì)菌中提取。主要生理功能：〔參見(jiàn)P41〕細(xì)胞壁形成負(fù)電荷環(huán)境，增強(qiáng)細(xì)胞膜對(duì)二價(jià)陽(yáng)離子的吸收；二價(jià)陽(yáng)離子，特別是高濃度的Mg2+。的存在，對(duì)于保持膜的硬度，提高細(xì)胞膜上需Mg2+的合成酶的活性極為重要。貯藏磷元素；增強(qiáng)某些致病菌對(duì)宿主細(xì)胞的粘連、防止被白細(xì)胞吞噬以及抗補(bǔ)體的作用；可作為細(xì)菌分類、鑒定的依據(jù)革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌特異外表抗原的物質(zhì)根底；可作為細(xì)菌分類、鑒定的依據(jù)噬菌體的特異性吸附受體；能調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)自溶素(autolysin)的活力，防止細(xì)胞因自溶而死亡。〔3〕革蘭氏陰性細(xì)菌的細(xì)胞壁肽聚糖外膜外膜蛋白周質(zhì)空間A、肽聚糖〔參見(jiàn)P41〕埋藏在外膜層之內(nèi)，是僅由1~2層肽聚糖網(wǎng)狀分子組成的薄層(2~3nm)，含量約占細(xì)胞壁總重的10%，故對(duì)機(jī)械強(qiáng)度的抵抗力較革蘭氏陽(yáng)性菌弱。內(nèi)消旋二氨基庚二酸(m-DAP)〔只在原核微生物細(xì)胞壁上發(fā)現(xiàn)〕沒(méi)有特殊的肽橋，只形成較為疏稀、機(jī)械強(qiáng)度較差的肽聚糖網(wǎng)套B、外膜(outermembrane)〔參見(jiàn)P41〕位于革蘭氏陰性細(xì)菌細(xì)胞壁外層，由脂多糖、磷脂和脂蛋白等假設(shè)干種蛋白質(zhì)組成的膜，有時(shí)也稱為外壁。脂多糖〔lipopolysaccharide,LPS〕位于革蘭氏陰性細(xì)菌細(xì)胞壁最外層的一層較厚〔8~10nm〕的類脂多糖類物質(zhì)，由類脂A、核心多糖(corepolysaccharide)和O-特異側(cè)鏈〔O-specificsidechain，或稱O-多糖或O-抗原〕三局部組成。脂多糖的主要功能LPS結(jié)構(gòu)的多變，決定了革蘭氏陰性細(xì)菌細(xì)胞外表抗原決定簇的多樣性；根據(jù)LPS抗原性的測(cè)定，沙門氏菌屬(Salmonella)的抗原型多達(dá)2107種，一般都源自O(shè)-特異側(cè)鏈種類的變化。這種多變性是革蘭氏陰性細(xì)菌躲避宿主免疫系統(tǒng)攻擊，保持感染成功的重要手段。也可依此用靈敏的血清學(xué)方法對(duì)病原菌進(jìn)行鑒定，在傳染病的診斷中有其重要意義。LPS負(fù)電荷較強(qiáng)，與磷壁酸相似，也有吸附Mg2+、Ca2+等陽(yáng)離子以提高其在細(xì)胞外表濃度的作用，對(duì)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)起穩(wěn)定作用。類脂A是革蘭氏陰性細(xì)菌致病物質(zhì)——內(nèi)毒素的物質(zhì)根底；具有控制某些物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的局部選擇性屏障功能；許多噬菌體在細(xì)胞外表的吸附受體；C、外膜蛋白(outermembraneprotein)嵌合在LPS和磷脂層外膜上的蛋白。有20余種，但多數(shù)功能尚不清楚?？椎鞍住瞤orins〕是由三個(gè)相同分子量〔36000〕蛋白亞基組成的一種三聚體跨膜蛋白，中間有一直徑約1nm的孔道，通過(guò)孔的開(kāi)、閉，可對(duì)進(jìn)入外膜層的物質(zhì)進(jìn)行選擇。非特異性孔蛋白可通過(guò)分子量小于800~900的任何親水性分子特異性孔蛋白只容許一種或少數(shù)幾種相關(guān)物質(zhì)通過(guò)，如維生素B12和核苷酸等。脂蛋白(lipoprotein)是一種通過(guò)共價(jià)鍵使外膜層牢固地連接在肽聚糖內(nèi)壁層上的蛋白，分子量約為7200。D、周質(zhì)空間(periplasmicspace,periplasm)又稱壁膜間隙。在革蘭氏陰性細(xì)菌中，一般指其外膜與細(xì)胞膜之間的狹窄空間〔寬約12~15nm〕，呈膠狀。周質(zhì)空間是進(jìn)出細(xì)胞的物質(zhì)的重要中轉(zhuǎn)站和反響場(chǎng)所在周質(zhì)空間中，存在著多種周質(zhì)蛋白〔periplasmicproteins〕水解酶類；合成酶類；結(jié)合蛋白；受體蛋白；〔4〕革蘭氏陽(yáng)性和陰性細(xì)菌的比擬〔參見(jiàn)P44，表3-2〕革蘭氏染色的原理〔參見(jiàn)P46〕5〕特殊細(xì)胞壁的細(xì)菌：某些分枝桿菌和諾卡氏菌的細(xì)胞壁主要由一類被稱為霉菌酸〔Mycolicacid〕的枝鏈羥基脂質(zhì)組成，后者被認(rèn)為與這些細(xì)菌感染能力有關(guān)。用抗酸性染色對(duì)宿主體內(nèi)的分枝桿菌病原體進(jìn)行檢測(cè)6〕細(xì)胞壁缺陷細(xì)菌：〔參見(jiàn)P46〕缺壁突變——L型細(xì)菌實(shí)驗(yàn)室或宿主體內(nèi)形成根本去盡——原生質(zhì)體〔G+〕缺壁細(xì)菌人工去壁局部去除——球狀體〔G-〕在自然界長(zhǎng)期進(jìn)化中形成——枝原體〔1〕L型細(xì)菌〔L-formofbacteria〕細(xì)菌在某些環(huán)境條件下〔實(shí)驗(yàn)室或宿主體內(nèi)〕通過(guò)自發(fā)突變而形成的遺傳性穩(wěn)定的細(xì)胞壁缺陷變異型。因英國(guó)李斯德〔Lister〕預(yù)防研究所首先發(fā)現(xiàn)而得名〔1935年，念珠狀鏈桿菌Streptobacillusmoniliformis〕大腸桿菌、變形桿菌、葡萄球菌、鏈球菌、分枝桿菌和霍亂弧菌等20多種細(xì)菌中均有發(fā)現(xiàn)，被認(rèn)為可能與針對(duì)細(xì)胞壁的抗菌治療有關(guān)。特點(diǎn)：沒(méi)有完整而堅(jiān)韌的細(xì)胞壁，細(xì)胞呈多形態(tài)；有些能通過(guò)細(xì)菌濾器，故又稱“濾過(guò)型細(xì)菌”；對(duì)滲透敏感，在固體培養(yǎng)基上形成“油煎蛋”似的小菌落〔直徑在0.1mm左右〕；〔2〕原生質(zhì)體〔protoplast〕在人為條件下，用溶菌酶處理或在含青霉素的培養(yǎng)基中培養(yǎng)而抑制新生細(xì)胞壁合成而形成的僅由一層細(xì)胞膜包裹的，圓球形、對(duì)滲透壓變化敏感的細(xì)胞，一般由革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌形成。特點(diǎn)：對(duì)環(huán)境條件變化敏感，低滲透壓、振蕩、離心甚至通氣等都易引起其破裂；有的原生質(zhì)體具有鞭毛，但不能運(yùn)動(dòng)，也不被相應(yīng)噬菌體所感染；在適宜條件〔如高滲培養(yǎng)基〕可生長(zhǎng)繁殖、形成菌落，形成芽孢。及恢復(fù)成有細(xì)胞壁的正常結(jié)構(gòu)。比正常有細(xì)胞壁的細(xì)菌更易導(dǎo)入外源遺傳物質(zhì)，是研究遺傳規(guī)律和進(jìn)行原生質(zhì)體育種的良好實(shí)驗(yàn)材料?！?〕球狀體(sphaeroplast)，又稱原生質(zhì)球采用上述同樣方法，針對(duì)革蘭氏陰性細(xì)菌處理后而獲得的殘留局部細(xì)胞壁〔外壁層〕的球形體。與原生質(zhì)體相比，它對(duì)外界環(huán)境具有一定的抗性，可在普通培養(yǎng)基上生長(zhǎng)?！?〕枝原體(Mycoplasma)在長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中形成的、適應(yīng)自然生活條件的無(wú)細(xì)胞壁的原核生物。因它的細(xì)胞膜中含有一般原核生物所沒(méi)有的甾醇，所以即使缺乏細(xì)胞壁，其細(xì)胞膜仍有較高的機(jī)械強(qiáng)度。2、細(xì)胞膜1〕概念：細(xì)胞質(zhì)膜〔cytoplasmicmembrane〕，又稱質(zhì)膜〔plasmamembrane〕、細(xì)胞膜〔cellmembrane〕或內(nèi)膜〔innermembrane〕，是緊貼在細(xì)胞壁內(nèi)側(cè)、包圍著細(xì)胞質(zhì)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(zhì)〔占50%～70%〕組成。2〕觀察方法：質(zhì)壁別離后結(jié)合鑒別性染色在光學(xué)顯微鏡下觀察；原生質(zhì)體破裂；超薄切片電鏡觀察；電鏡觀察到的細(xì)胞質(zhì)膜，是在上下兩暗色層之間夾著一淺色中間層的雙層膜結(jié)構(gòu)，這與細(xì)胞膜的化學(xué)組成有關(guān)。疏水的非極性端疏水的非極性端3〕細(xì)胞膜的化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)模型：〔1〕磷脂〔參見(jiàn)p47〕親水的極性端親水的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、磷脂酰甘油、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰膽堿、磷脂酰絲氨酸或磷脂酰肌醇等。非極性尾那么由長(zhǎng)鏈脂肪酸通過(guò)酯鍵連接在甘油的C1和C2位上組成，其鏈長(zhǎng)和飽和度因細(xì)菌種類和生長(zhǎng)溫度而異。在生理溫度下，脂肪酸末端排列成固定的晶格。不飽和脂肪酸的雙鍵可導(dǎo)致膜結(jié)構(gòu)的變形。當(dāng)磷脂分子中二者同時(shí)存在時(shí)，在一定條件下就阻礙了形成晶格結(jié)構(gòu)所需要的有秩序排列。膜的流動(dòng)性很大程度上取決于不飽和脂肪酸的結(jié)構(gòu)和相對(duì)含量。細(xì)胞膜上長(zhǎng)鏈脂肪酸的鏈長(zhǎng)和飽和度因細(xì)菌種類和生長(zhǎng)溫度而異，通常生長(zhǎng)溫度要求越高的種，其飽和度也越高，反之那么低。〔2〕膜蛋白具運(yùn)輸功能的整合蛋白〔integralprotein〕或內(nèi)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(xì)菌細(xì)胞膜的50%～70%，比任何一種生物膜都高，而且種類也多。細(xì)胞膜是一個(gè)重要的代謝活動(dòng)中心。〔3〕液態(tài)鑲嵌模型(fluidmosaicmodel)①膜的主體是脂質(zhì)雙分子層；②脂質(zhì)雙分子層具有流動(dòng)性；③整合蛋白因其外表呈疏水性，故可“溶”于脂質(zhì)雙分子層的疏水性內(nèi)層中；④周邊蛋白外表含有親水基團(tuán)，故可通過(guò)靜電引力與脂質(zhì)雙分子層外表的極性頭相連；⑤脂質(zhì)分子間或脂質(zhì)與蛋白質(zhì)分子間無(wú)共價(jià)結(jié)合；⑥脂質(zhì)雙分子層猶如一“海洋”，周邊蛋白可在其上作“漂浮”運(yùn)動(dòng)，而整合蛋白那么似“冰山”狀沉浸在其中作橫向移動(dòng)。1972年，辛格〔〕和尼科爾森〔〕〔4〕甾醇類物質(zhì)由磷脂分子形成的雙分子膜中參加甾醇類物質(zhì)可以提高膜的穩(wěn)定性甾醇的一般結(jié)構(gòu)真核生物細(xì)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(qū)別就是其細(xì)胞膜中一般不含膽固醇，而是含有hopanoid。hopanoid類甾醇，其作用被認(rèn)為也是穩(wěn)定細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)90%的化石燃料的前體物質(zhì)是kerogen〔油原，或稱油母巖質(zhì)〕Kerogen中細(xì)菌特有的hopanoid類甾醇占有很高的比例Kerogen是由于細(xì)菌的活動(dòng)而形成在地下沉積物中細(xì)菌特有的hopanoid類甾醇的含量高達(dá)1011-12噸，與目前地球上存在的活的生物〔livingorganisms〕體內(nèi)含有的有機(jī)碳的含量總和相當(dāng)。hopanoid被認(rèn)為是地球上含量最豐富的生物分子4〕細(xì)胞膜的生理功能：〔參見(jiàn)P48〕①選擇性地控制細(xì)胞內(nèi)、外的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和代謝產(chǎn)物的運(yùn)送；②是維持細(xì)胞內(nèi)正常滲透壓的屏障；③合成細(xì)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(xì)胞的產(chǎn)能場(chǎng)所；⑤是鞭毛基體的著生部位和鞭毛旋轉(zhuǎn)的供能部位；5〕間體〔mesosome，或中體〕：細(xì)胞質(zhì)膜內(nèi)褶而形成的囊狀構(gòu)造，其中充滿著層狀或管狀的泡囊。多見(jiàn)于革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌。青霉素酶分泌、DNA復(fù)制、分配以及細(xì)胞分裂有關(guān)“間體”僅是電鏡制片時(shí)因脫水操作而引起的一種贗像3、細(xì)胞質(zhì)和內(nèi)含物1〕概念：〔參見(jiàn)P49〕細(xì)胞質(zhì)〔cytoplasm〕是細(xì)胞質(zhì)膜包圍的除核區(qū)外的一切半透明、膠狀、顆粒狀物質(zhì)的總稱。含水量約80%。細(xì)胞質(zhì)的主要成分為核糖體、貯藏物、多種酶類和中間代謝物、質(zhì)粒、各種營(yíng)養(yǎng)物和大分子的單體等，少數(shù)細(xì)菌還有類囊體、羧酶體、氣泡或伴孢晶體等。2〕顆粒狀貯藏物(reservematerials)：貯藏物是一類由不同化學(xué)成分累積而成的不溶性沉淀顆粒，主要功能是貯存營(yíng)養(yǎng)物。糖原：大腸桿菌、克雷伯氏菌、芽孢桿菌和藍(lán)細(xì)菌等碳源及能源類聚β-羥丁酸〔PHB〕：固氮菌、產(chǎn)堿菌和腸桿菌等硫粒：紫硫細(xì)菌、絲硫細(xì)菌、貝氏硫桿菌等氮源類貯藏物藻青素：藍(lán)細(xì)菌氮源類藻青蛋白：藍(lán)細(xì)菌磷源〔異染粒〕：迂回螺菌、白喉棒桿菌、結(jié)核分枝桿菌①聚-β-羥丁酸(poly-β-hydroxybutyrate,PHB)類脂性質(zhì)的碳源類貯藏物巨大芽孢桿菌〔Bacillusmegaterium〕在含乙酸或丁酸的培養(yǎng)基中生長(zhǎng)時(shí)，細(xì)胞內(nèi)貯藏的PHB可達(dá)其干重的60%。PHB于1929年被發(fā)現(xiàn)，至今已發(fā)現(xiàn)60屬以上的細(xì)菌能合成并貯藏。它無(wú)毒、可塑、易降解，被認(rèn)為是生產(chǎn)醫(yī)用塑料、生物降解塑料的良好原料。②多糖類貯藏物糖原粒淀粉粒在真細(xì)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(xué)顯微鏡下看到。有的細(xì)菌積累淀粉粒，用碘液染成深蘭色。③異染粒(metachromaticgranules)顆粒大小為0.5～1.0μm，是無(wú)機(jī)偏磷酸的聚合物，一般在含磷豐富的環(huán)境下形成。功能是貯藏磷元素和能量，并可降低細(xì)胞的滲透壓。④藻青素〔cyanophycin〕〔參見(jiàn)P49〕一種內(nèi)源性氮源貯藏物，同時(shí)還兼有貯存能源的作用。通常存在于藍(lán)細(xì)菌中。由含精氨酸和天冬氨酸殘基〔1:1〕的分枝多肽所構(gòu)成，分子量在25000～125000。⑤硫粒〔sulfurglobules〕很多真細(xì)菌在進(jìn)行產(chǎn)能代謝或生物合成時(shí)，常涉及對(duì)復(fù)原性的硫化物如H2S，硫代硫酸鹽等的氧化。在環(huán)境中復(fù)原性硫素豐富時(shí)，常在細(xì)胞內(nèi)以折光性很強(qiáng)的硫粒的形式積累硫元素。當(dāng)環(huán)境中環(huán)境中復(fù)原性硫缺乏時(shí)，可被細(xì)菌重新利用。2〕貯藏物(reservematerials)：微生物儲(chǔ)藏物的特點(diǎn)及生理功能：不同微生物其儲(chǔ)藏性內(nèi)含物不同〔例如厭氣性梭狀芽孢桿菌只含PHB，大腸桿菌只儲(chǔ)藏糖原，但有些光和細(xì)菌二者兼有〕微生物合理利用營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的一種調(diào)節(jié)方式當(dāng)環(huán)境中缺乏能源而碳源豐富時(shí)，細(xì)胞內(nèi)就儲(chǔ)藏較多的碳源類內(nèi)含物，甚至到達(dá)細(xì)胞干重的50%，如果把這樣的細(xì)胞移入有氮的培養(yǎng)基時(shí)，這些儲(chǔ)藏物將被作為碳源和能源而用于合成反響。儲(chǔ)藏物以多聚體的形式存在，有利于維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的平衡，防止不適合的pH，滲透壓等的危害?！怖缌u基丁酸分子呈酸性，而當(dāng)其聚合成聚-β-羥丁酸〔PHB〕就成為中性脂肪酸了，這樣便能維持細(xì)胞內(nèi)中性環(huán)境，防止菌體內(nèi)酸性增高。〕儲(chǔ)藏物在細(xì)菌細(xì)胞中大量積累，還可以被人們利用。3〕磁小體(megnetosome)〔參見(jiàn)P50〕趨磁細(xì)菌細(xì)胞中含有的大小均勻、數(shù)目不等的Fe3O4顆粒，外有一層磷脂、蛋白或糖蛋白膜包裹。功能是導(dǎo)向作用，即借鞭毛游向?qū)υ摼钣欣哪?、水界面微氧環(huán)境處生活。實(shí)用前景，包括生產(chǎn)磁性定向藥物或抗體，以及制造生物傳感器等4〕羧酶體(carboxysome)〔參見(jiàn)P51〕一些自養(yǎng)細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)的多角形或六角形內(nèi)含物其大小與噬菌體相仿，約10nm，內(nèi)含1,5-二磷酸核酮糖羧化酶，在自養(yǎng)細(xì)菌的CO2固定中起著關(guān)鍵作用。采用免疫電鏡技術(shù)觀察藍(lán)細(xì)菌cyanobacteriumChlorogloeopsisfritischii中的羧酶體5〕氣泡〔gasvocuoles〕〔參見(jiàn)P51〕許多光合營(yíng)養(yǎng)型、無(wú)鞭毛運(yùn)動(dòng)的水生細(xì)菌中存在的充滿氣體的泡囊狀內(nèi)含物，大小為0.2～1.0μm×75nm，內(nèi)由數(shù)排柱形小空泡組成，外有2nm厚的蛋白質(zhì)膜包裹。功能：調(diào)節(jié)細(xì)胞比重以使細(xì)胞漂浮在最適水層中獲取光能、O2和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)專性好氧的鹽桿菌屬〔Halobacterium〕的細(xì)菌，卻生活在含氧極少的飽和鹽水中，它們細(xì)胞中氣泡顯著，其作用被認(rèn)為是使菌體浮于鹽水外表，以保證細(xì)胞更接近空氣。有些厭氧性光和細(xì)菌利用氣泡集中在水下10-30米藍(lán)細(xì)菌生長(zhǎng)時(shí)依靠細(xì)胞內(nèi)的氣泡而漂浮于湖水外表，并隨風(fēng)聚集成塊，常使湖內(nèi)出現(xiàn)“水花”。氣泡的膜只含蛋白質(zhì)而無(wú)磷脂。二種蛋白質(zhì)相互交連，形成一個(gè)堅(jiān)硬的結(jié)構(gòu)，可耐受一定的壓力。膜的外外表親水，而內(nèi)側(cè)絕對(duì)疏水，故氣泡只能透氣而不能透過(guò)水和溶質(zhì)。6〕載色體〔Chromatophore〕光和細(xì)菌進(jìn)行光和作用的部位相當(dāng)于綠色植物的葉綠體7〕核糖體〔ribosome〕略8〕質(zhì)粒〔plasmid〕移到第八章“微生物遺傳”4、核區(qū)〔nuclearregionorarea〕〔參見(jiàn)P51〕原核生物所特有的無(wú)核膜結(jié)構(gòu)、無(wú)固定形態(tài)的原始細(xì)胞核5、特殊的休眠構(gòu)造——芽孢〔參見(jiàn)P51〕1〕概念某些細(xì)菌在其生長(zhǎng)發(fā)育后期，在細(xì)胞內(nèi)形成一個(gè)圓形或橢圓形、厚壁、含水量極低、抗逆性極強(qiáng)的休眠體，稱為芽孢〔endospore或spore，偶譯“內(nèi)生孢子”〕。2〕細(xì)菌芽孢的特點(diǎn)整個(gè)生物界中抗逆性最強(qiáng)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(biāo)。芽孢是細(xì)菌的休眠體，在適宜的條件下可以重新轉(zhuǎn)變成為營(yíng)養(yǎng)態(tài)細(xì)胞；產(chǎn)芽孢細(xì)菌的保藏多用其芽孢。產(chǎn)芽孢的細(xì)菌多為桿菌，也有一些球菌。芽孢的有無(wú)、形態(tài)、大小和著生位置是細(xì)菌分類和鑒定中的重要指標(biāo)。芽孢與營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞相比化學(xué)組成存在較大差異，容易在光學(xué)顯微鏡下觀察?！蚕嗖铒@微鏡直接觀察；芽孢染色〕3〕芽孢的形成與芽孢的萌發(fā)過(guò)程〔參見(jiàn)P53-54〕4〕芽孢的耐熱機(jī)制〔參見(jiàn)P55〕芽孢與母細(xì)胞相比不管化學(xué)組成、細(xì)微結(jié)構(gòu)、生理功能等方面都完全不同〔表3-3〕滲透調(diào)節(jié)皮層膨脹學(xué)說(shuō)芽孢衣對(duì)多價(jià)陽(yáng)離子和水分的透性很差皮層的離子強(qiáng)度很高，產(chǎn)生極高的滲透壓奪取芽孢核心的水分，結(jié)果造成皮層的充分膨脹。核心局部的細(xì)胞質(zhì)卻變得高度失水，因此，具極強(qiáng)的耐熱性。啟動(dòng)芽孢形成感受態(tài)建立表達(dá)穩(wěn)定期的基因〔例如胞外蛋白酶〕5啟動(dòng)芽孢形成感受態(tài)建立表達(dá)穩(wěn)定期的基因〔例如胞外蛋白酶〕spoO簇基因TransitionspoO簇基因state6〕伴孢晶體〔parasporalcrystal〕〔參見(jiàn)P56〕少數(shù)芽孢桿菌，例如蘇云金芽孢桿菌(Bacillusthuringiensis)在其形成芽孢的同時(shí)，會(huì)在芽孢旁形成一顆菱形或雙錐形的堿溶性蛋白晶體——δ內(nèi)毒素，稱為伴孢晶體。特點(diǎn)：不溶于水，對(duì)蛋白酶類不敏感；容易溶于堿性溶劑。伴孢晶體對(duì)200多種昆蟲(chóng)尤其是鱗翅目的幼蟲(chóng)有毒殺作用，因而可將這類產(chǎn)伴孢晶體的細(xì)菌制成有利于環(huán)境保護(hù)的生物農(nóng)藥——細(xì)菌殺蟲(chóng)劑。伴孢晶體鱗翅目幼蟲(chóng)口服伴孢晶體在腸道迅速溶解〔中腸pH為〕吸附于上皮細(xì)胞，引起滲透性喪失，腸道穿孔腸道中的堿性溶液進(jìn)入血液，后者pH升高，昆蟲(chóng)全身麻痹而死亡7〕細(xì)菌的其他休眠構(gòu)造(參見(jiàn)P56)6、細(xì)菌細(xì)胞壁以外的構(gòu)造———糖被〔glycocalyx〕〔詳見(jiàn)P57〕1)概念包被于某些細(xì)菌細(xì)胞壁外的一層厚度不定的膠狀物質(zhì)。糖被按其有無(wú)固定層次、層次厚薄又可細(xì)分為莢膜〔capsule或macrocapsule，大莢膜〕、微莢膜(microcapsule)、粘液層(slimelayer)和菌膠團(tuán)(zoogloea)。粘液層莢膜菌膠團(tuán)2〕特點(diǎn)〔詳見(jiàn)P57-58〕〔1〕主要成分是多糖、多肽或蛋白質(zhì)，尤以多糖居多。經(jīng)特殊的莢膜染色，特別是負(fù)染色〔又稱背景染色〕后可在光學(xué)顯微鏡清楚地觀察到它的存在。〔2〕產(chǎn)生糖被是微生物的一種遺傳特性，其菌落特征及血清學(xué)反響是是細(xì)菌分類鑒定的指標(biāo)之一?！?〕莢膜等并非細(xì)胞生活的必要結(jié)構(gòu)，但它對(duì)細(xì)菌在環(huán)境中的生存有利?！苍斠?jiàn)P57-58〕〔4〕細(xì)菌糖被與人類的科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐有密切的關(guān)系?！苍斠?jiàn)P58〕7、細(xì)菌細(xì)胞壁以外的構(gòu)造———鞭毛(flagellum,復(fù)flagella)1)概念〔參見(jiàn)P59〕某些細(xì)菌細(xì)胞外表著生的一至數(shù)十條長(zhǎng)絲狀、螺旋形的附屬物，具有推動(dòng)細(xì)菌運(yùn)動(dòng)功能，為細(xì)菌的“運(yùn)動(dòng)器官”。鞭毛的有無(wú)和著生方式具有十分重要的分類學(xué)意義單端鞭毛端生叢毛兩端生鞭毛周生鞭毛2〕觀察和判斷細(xì)菌鞭毛的方法電子顯微鏡直接觀察鞭毛長(zhǎng)度：15～20μm；直徑：0.01～0.02μm光學(xué)顯微鏡下觀察：鞭毛染色和暗視野顯微鏡根據(jù)培養(yǎng)特征判斷：半固體穿刺、菌落〔菌苔〕形態(tài)3〕鞭毛的結(jié)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)機(jī)制〔參見(jiàn)P59〕〔參見(jiàn)P59圖3-19〕革蘭氏陰性菌的鞭毛構(gòu)造鞭毛的生長(zhǎng)方式是在其頂部延伸If,indeed,Yonekuraandcolleaguesarecorrect,then"actionatadistance”--theassemblyofastructureatalocationfarawayfromthebacterialcell--isamuchmoresophisticatedprocessthananyofuscouldeverhaveenvisaged.RobertM.Macnab這個(gè)遠(yuǎn)離細(xì)菌細(xì)胞的結(jié)構(gòu)的裝配過(guò)程“是一個(gè)比我們?nèi)魏稳艘郧八胂蟮亩家鼜?fù)雜的過(guò)程”。4〕鞭毛推動(dòng)細(xì)菌運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)〔參見(jiàn)P60〕〔1〕速度一般速度在每秒20～80μm范圍，最高可達(dá)每秒100μm〔每分鐘到達(dá)3000倍體長(zhǎng)〕，超過(guò)了陸上跑得最快的動(dòng)物——獵豹的速度〔每分鐘1500倍體長(zhǎng)或每小時(shí)110公里〕?！?〕方式細(xì)菌以推進(jìn)方式做直線運(yùn)動(dòng)，以翻騰形式做短促轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)。〔3〕細(xì)菌的趨避運(yùn)動(dòng)鞭毛的功能是運(yùn)動(dòng)，這是原核生物實(shí)現(xiàn)其趨性〔taxis〕即趨向性的最有效方式?！矃⒁?jiàn)P60〕化學(xué)趨避運(yùn)動(dòng)或趨化作用〔chemotaxis〕：細(xì)菌對(duì)某化學(xué)物質(zhì)敏感，通過(guò)運(yùn)動(dòng)聚集于該物質(zhì)的高濃度區(qū)域或低濃度區(qū)域。光趨避運(yùn)動(dòng)或趨光性〔phototaxis〕：有的細(xì)菌能區(qū)別不同波長(zhǎng)的光而集中在一定波長(zhǎng)光區(qū)內(nèi)。趨磁運(yùn)動(dòng)或趨磁性〔magnetotaxis〕，趨磁細(xì)菌根據(jù)磁場(chǎng)方向進(jìn)行分布。8、細(xì)菌細(xì)胞壁以外的構(gòu)造———菌毛(fimbria，復(fù)數(shù)fimbriae)長(zhǎng)在細(xì)菌體表的纖細(xì)、中空、短直、數(shù)量較多的蛋白質(zhì)類附屬物，具有使菌體附著于物體外表的功能。〔參見(jiàn)P60〕每個(gè)細(xì)菌約有250～300條菌毛。有菌毛的細(xì)菌一般以革蘭氏陰性致病菌居多，借助菌毛可把它們牢固地粘附于宿主的呼吸道、消化道、泌尿生殖道等的粘膜上，進(jìn)一步定植和致病。9、細(xì)菌細(xì)胞壁以外的構(gòu)造———性毛(pili,單數(shù)pilus)〔參見(jiàn)P60〕構(gòu)造和成分與菌毛相同，但比菌毛長(zhǎng)，數(shù)量?jī)H一至少數(shù)幾根。性毛一般見(jiàn)于革蘭氏陰性細(xì)菌的雄性菌株〔即供體菌〕中，其功能是向雌性菌株〔即受體菌〕傳遞遺傳物質(zhì)。有的性毛還是RNA噬菌體的特異性吸附受體。第二節(jié)古生菌〔Archaea〕一、概念的提出1977年，CarlWoese以16SrRNA序列比擬為依據(jù)，提出的獨(dú)立于真細(xì)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(xì)菌和真核生物并列為三域〔Domain〕，并且在進(jìn)化譜系上更接近真核生物。在細(xì)胞構(gòu)造上與真細(xì)菌較為接近，同屬原核生物。多生活于一些生存條件十分惡劣的極端環(huán)境中，例如高溫、高鹽、高酸等。原名：古細(xì)菌〔Archaebacteria〕；后改名：古生菌〔Archaea〕非細(xì)胞型〔病毒〕古生菌〔Archaea〕微生物原核微生物細(xì)胞型細(xì)菌〔Bacteria〕真核微生物〔Eukarya〕古生菌在進(jìn)化譜系上與真細(xì)菌及真核生物相互并列，且與后者關(guān)系更近，而其細(xì)胞構(gòu)造卻與真細(xì)菌較為接近，同屬于原核生物。二、細(xì)胞形態(tài)在顯微鏡下，古生菌與細(xì)菌具有類似的個(gè)體形態(tài)?！矃⒁?jiàn)P30〕三、細(xì)胞結(jié)構(gòu)在細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能上，古生菌既有類似真細(xì)菌之處，也有類似真核生物之處，還具有一些自己獨(dú)特的特點(diǎn)?！惨弧臣?xì)胞壁〔參見(jiàn)P44〕具有與真細(xì)菌類似功能的細(xì)胞壁；細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分均差異甚大；已研究過(guò)的一些古生菌，它們細(xì)胞壁中沒(méi)有真正的肽聚糖，而是由多糖〔假肽聚糖〕、糖蛋白或蛋白質(zhì)構(gòu)成的。熱原體屬(Thermoplasma)沒(méi)有細(xì)胞壁；β-1,3糖苷鍵不被溶菌酶水解N-乙酰葡糖胺和N-乙酰塔羅糖胺糖醛酸交替連接而成，連在后一氨基糖上的肽尾由L-glu、L-ala和L-lys三個(gè)L型氨基酸組成，肽橋那么由L-glu一個(gè)氨基酸組成?！矃⒁?jiàn)P44〕〔二〕細(xì)胞膜〔參見(jiàn)P48〕古生菌的質(zhì)膜在本質(zhì)上也是由磷脂組成，但它比真細(xì)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(guò)醚鍵而不是酯鍵連接的；細(xì)胞膜的化學(xué)組分存在多樣性；古生菌的細(xì)胞質(zhì)膜中存在著獨(dú)特的單分子層膜或單、雙分子層混合膜，而真細(xì)菌或真核生物的細(xì)胞質(zhì)膜都是雙分子層?！踩臣?xì)胞質(zhì)和內(nèi)含物〔詳見(jiàn)P319，表12-2細(xì)菌、古生菌和真核生物的特征比擬〕無(wú)復(fù)雜內(nèi)膜的細(xì)胞器；核糖體為70S有些種類的細(xì)胞質(zhì)中具有有一定功能的顆粒狀內(nèi)含物〔四〕核區(qū)〔詳見(jiàn)P319，表12-2細(xì)菌、古生菌和真核生物的特征比擬〕沒(méi)有具有核仁、核摸的細(xì)胞核染色體DNA為共價(jià)閉和環(huán)狀第三節(jié)真核微生物真核微生物的特征：細(xì)胞核具有核膜；能進(jìn)行有絲分裂；細(xì)胞質(zhì)中存在線粒體或同時(shí)存在葉綠體等細(xì)胞器；具有上述特征的微小生物霉菌絲狀真菌真菌酵母菌單細(xì)胞真菌覃菌〔蘑菇〕大型真菌真核微生物單細(xì)胞藻類原生動(dòng)物真核微生物的種類約占微生物總數(shù)的95%以上。從個(gè)體形態(tài)、群體形態(tài)、營(yíng)養(yǎng)吸收、代謝類型、代謝產(chǎn)物、遺傳特性、和生態(tài)分布諸方面，真核微生物都展現(xiàn)出一幅多樣化的畫(huà)面?，F(xiàn)代真核生物的起源〔參見(jiàn)P365〕本節(jié)主要內(nèi)容真菌：真菌是一類低等真核生物特點(diǎn)：1、具有細(xì)胞核，進(jìn)行有絲分裂；2、細(xì)胞質(zhì)中含有線粒體但沒(méi)有葉綠體，不進(jìn)行光合作用，無(wú)根、莖、葉的分化；3、以產(chǎn)生有性孢子和無(wú)性孢子二種形式進(jìn)行繁殖；4、營(yíng)養(yǎng)方式為化能有機(jī)營(yíng)養(yǎng)〔異養(yǎng)〕、好氧；5、不運(yùn)動(dòng)〔僅少數(shù)種類的游動(dòng)孢子有1-2根鞭毛〕；6、種類繁多，形態(tài)各異、大小懸殊，細(xì)胞結(jié)構(gòu)多樣；一、霉菌〔一〕概念霉菌〔mold〕是一些“絲狀真菌”的統(tǒng)稱，不是分類學(xué)上的名詞。霉菌菌體均由分枝或不分枝的菌絲〔hypha〕構(gòu)成。許多菌絲交織在一起，稱為菌絲體〔mycelium〕?！矃⒁?jiàn)P33〕〔二〕分布特點(diǎn)及與人類的關(guān)系〔參見(jiàn)P34〕在自然界分布極廣；霉菌同人類的生產(chǎn)、生活關(guān)系密切，是人類實(shí)踐活動(dòng)中最早認(rèn)識(shí)和利用的一類微生物。食物、工農(nóng)業(yè)制品的霉變；全世界平均每年由于霉變而不能食〔飼〕用的谷物約占2%。有用物品的生產(chǎn)；風(fēng)味食品、酒精、抗生素〔青霉素、灰黃霉素〕、有機(jī)酸〔檸檬酸、葡萄糖酸、延胡索酸等〕、酶制劑〔淀粉酶、果膠酶、纖維素酶等〕、維生素、甾體激素等。在農(nóng)業(yè)上用于飼料發(fā)酵、植物生長(zhǎng)刺激素〔赤霉素〕、殺蟲(chóng)農(nóng)藥〔白僵菌劑〕等。引起動(dòng)植物疾病；我國(guó)在1950年發(fā)生的麥銹病和1974年發(fā)生的稻瘟病，使小麥和水稻分別減產(chǎn)了60億公斤。腐生型霉菌在自然界物質(zhì)轉(zhuǎn)化中也有十分重要的作用；〔三〕形態(tài)結(jié)構(gòu)1、菌絲〔參見(jiàn)P33〕無(wú)隔膜菌絲無(wú)隔膜菌絲有隔膜菌絲細(xì)胞形態(tài)有隔膜菌絲整個(gè)菌絲為長(zhǎng)管狀單細(xì)胞，細(xì)胞質(zhì)內(nèi)含有多個(gè)核。其生長(zhǎng)過(guò)程只表現(xiàn)為菌絲的延長(zhǎng)和細(xì)胞核的裂殖增多以及細(xì)胞質(zhì)的增加。菌絲由橫隔膜分隔成成串多細(xì)胞，每個(gè)細(xì)胞內(nèi)含有一個(gè)或多個(gè)細(xì)胞核。有些菌絲，從外觀看雖然像多細(xì)胞，但橫隔膜上有小孔，使細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核可以自由流通，而且每個(gè)細(xì)胞的功能也都相同。營(yíng)養(yǎng)菌絲菌絲功能氣生菌絲繁殖菌絲〔參見(jiàn)P34〕霉菌菌絲直徑約為2~10mm，比一般細(xì)菌和放線菌菌絲大幾到幾十倍。2、菌絲的特化營(yíng)養(yǎng)菌絲和氣生菌絲對(duì)于不同的真菌來(lái)說(shuō)，在它們的長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中，對(duì)于相應(yīng)的環(huán)境條件已有了高度的適應(yīng)性，并明顯地表現(xiàn)在產(chǎn)生各種形態(tài)和功能不同的特化結(jié)構(gòu)上。也稱菌絲的變態(tài)。1〕菌環(huán)：菌絲交織成套狀2〕菌網(wǎng)：菌絲交織成網(wǎng)狀捕蟲(chóng)菌目〔Zoopagales〕在長(zhǎng)期的自然進(jìn)化中形成的特化結(jié)構(gòu)，特化菌絲構(gòu)成巧妙的網(wǎng)，可以捕捉小型原生動(dòng)物或無(wú)脊椎動(dòng)物，捕獲物死后，菌絲伸入體內(nèi)吸收營(yíng)養(yǎng)。3〕附枝：匍匐菌絲、假根〔類似樹(shù)根，吸收營(yíng)養(yǎng)〕，功能是固著和吸收營(yíng)養(yǎng)。4〕附著枝：假設(shè)干寄生真菌由菌絲細(xì)胞生出1-2個(gè)細(xì)胞的短枝，以將菌絲附著于宿主上，這種特殊的結(jié)構(gòu)即附著枝。5〕吸器：一些專性寄生真菌從菌絲上分化出來(lái)的旁枝，侵入細(xì)胞內(nèi)分化成指狀、球狀或絲狀，用以吸收細(xì)胞內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)。6〕附著胞：許多植物寄生真菌在其芽管或老菌絲頂端發(fā)生膨大，并分泌粘性物，借以牢固地粘附在宿主的外表，這一結(jié)構(gòu)就是附著胞，附著胞上再形成纖細(xì)的針狀感染菌絲，以侵入宿主的角質(zhì)層而吸取營(yíng)養(yǎng)。〔參見(jiàn)P65〕當(dāng)感染植物的時(shí)候，這種附著胞牢牢地附著到宿主的葉片外表，并且通過(guò)提高附著胞內(nèi)滲透壓活性物質(zhì)的濃度產(chǎn)生巨大的膨壓，射出一釘狀結(jié)構(gòu)進(jìn)入植物細(xì)胞，為真菌的感染炸開(kāi)一條通道。真菌禾生刺盤(pán)孢〔C.Graminicola〕的附著胞的壓力為5.35Mpa；M.grisea附著胞的壓力8.0Mpa，相當(dāng)于我們用高壓蒸汽滅菌壓力〔0.1Mpa〕的50-80倍。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(jiān)硬、色深，內(nèi)層疏松，大多呈白色。假菌核，是寄生性真菌與宿主共同形成，例如冬蟲(chóng)夏草，真菌寄生于鱗翅目昆蟲(chóng)，使蟲(chóng)體轉(zhuǎn)變?yōu)榧倬?，?dāng)孢子萌發(fā)，蟲(chóng)體死亡，菌自蟲(chóng)體內(nèi)生長(zhǎng)出子實(shí)體。含有蟲(chóng)草酸，是名貴中藥。8〕子座：菌絲交織成墊狀、殼狀等，在子座外或內(nèi)可形成繁殖器官。3、細(xì)胞結(jié)構(gòu)自學(xué)!(P61-73)〔四〕菌落由粗而長(zhǎng)的分枝狀菌絲組成，菌落疏松，呈絨毛狀、絮狀或蜘蛛網(wǎng)狀，比細(xì)菌菌落大幾倍到幾十倍，有的沒(méi)有固定大小。各種霉菌，在一定培養(yǎng)基上形成的菌落大小、形狀、顏色等相對(duì)穩(wěn)定，所以菌落特征也為分類依據(jù)之一。〔五〕霉菌繁殖方式及生活史1、繁殖方式無(wú)性孢子霉菌的繁殖方式有性孢子菌絲斷片1〕無(wú)性孢子繁殖不經(jīng)兩性細(xì)胞配合，只是營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞的分裂或營(yíng)養(yǎng)菌絲的分化〔切割〕而形成新個(gè)體的過(guò)程。無(wú)性孢子有：厚垣孢子、節(jié)孢子、分生孢子、孢囊孢子等。霉菌的無(wú)性孢子：孢囊孢子、厚垣孢子、分生孢子、節(jié)孢子、芽生孢子2〕有性孢子繁殖兩個(gè)性細(xì)胞結(jié)合產(chǎn)生新個(gè)體的過(guò)程：a〕質(zhì)配：兩個(gè)性細(xì)胞結(jié)合，細(xì)胞質(zhì)融合，成為雙核細(xì)胞，每個(gè)核均含單倍染色體〔n+n〕。b〕核配：兩個(gè)核融合，成為二倍體接合子核，此時(shí)核的染色體數(shù)是二倍〔2n〕。c〕減數(shù)分裂：具有雙倍體的細(xì)胞核經(jīng)過(guò)減數(shù)分裂，核中的染色體數(shù)目又恢復(fù)到單倍體狀態(tài)。霉菌有性孢子繁殖的特點(diǎn)：a〕霉菌的有性繁殖不如無(wú)性繁殖那么經(jīng)常與普遍，多發(fā)生在特定條件下，往往在自然條件下較多，在一般培養(yǎng)基上不常見(jiàn)。b〕有性繁殖方式因菌種不同而異，有的兩條營(yíng)養(yǎng)菌絲就可以直接結(jié)合，有的那么由特殊的性細(xì)胞〔性器官〕配子囊或由配子囊產(chǎn)生的配子來(lái)相互交配，形成有性孢子。c〕核配后一般立即進(jìn)行減數(shù)分裂，因此菌體染色體數(shù)目為單倍，雙倍體只限于接合子。d〕霉菌的有性繁殖存在同宗配合和異宗配合兩種情況。e〕霉菌的有性孢子包括接合孢子、卵孢子、子囊孢子等。2、生活史無(wú)性繁殖階段；菌絲體〔營(yíng)養(yǎng)體〕在適宜的條件下產(chǎn)生無(wú)性孢子，無(wú)性孢子萌發(fā)形成新的菌絲體，屢次重復(fù)。有性繁殖階段；在發(fā)育后期，在一定條件下，在菌絲體上分化出特殊性器官〔細(xì)胞〕，質(zhì)配、核配、減數(shù)分裂后形成單倍體孢子，再萌發(fā)形成新的菌絲體。有一些霉菌，至盡尚未發(fā)現(xiàn)其生活史中有有性繁殖階段，這類真菌稱為半知菌接合孢子、孢囊孢子、子囊孢子、分生孢子3、霉菌孢子與細(xì)菌芽孢的比擬二、酵母菌〔一〕概念酵母菌〔yeast〕是一群?jiǎn)渭?xì)胞的真核微生物。這個(gè)術(shù)語(yǔ)也是無(wú)分類學(xué)意義的普通名稱，通常用于以芽殖或裂殖來(lái)進(jìn)行無(wú)性繁殖單細(xì)胞真菌，以與霉菌區(qū)分開(kāi)。有些可產(chǎn)生子囊孢子進(jìn)行有性繁殖?！矃⒁?jiàn)P34〕〔二〕分布及與人類的關(guān)系1、多分布在含糖的偏酸性環(huán)境，也稱為“糖菌”。如水果、蔬菜、葉子、樹(shù)皮等處，及葡萄園和果園土壤中等。2、重要的微生物資源；酵母菌是人類的第一種“家養(yǎng)微生物”3、重要的科研模式微生物；啤酒酵母〔Saccharomycescerevisae〕第一個(gè)完成全基因組序列測(cè)定的真核生物〔1997〕4、有些酵母菌具有危害性；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(tài)結(jié)構(gòu)1、個(gè)體形態(tài)〔參見(jiàn)P36〕卵圓、圓、圓柱、梨形等單細(xì)胞，其細(xì)胞直徑一般比細(xì)菌粗10倍左右。有的酵母菌子代細(xì)胞連在一起成為鏈狀，稱為假絲酵母。2、細(xì)胞結(jié)構(gòu)自學(xué)!(P61-73)〔四〕菌落特征與細(xì)菌菌落類似，但一般較細(xì)菌菌落大且厚，外表濕潤(rùn)，粘稠，易被挑起，多為乳白色，少數(shù)呈紅色。〔五〕繁殖方式和生活史1、無(wú)性繁殖1〕芽殖主要的無(wú)性繁殖方式，成熟細(xì)胞長(zhǎng)出一個(gè)小芽，到一定程度后脫離母體繼續(xù)長(zhǎng)成新個(gè)體。2〕裂殖少數(shù)酵母菌可以象細(xì)菌一樣借細(xì)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(jìn)行有性繁殖：1〕兩個(gè)性別不同的單倍體細(xì)胞靠近，相互接觸；2〕接觸處細(xì)胞壁消失，質(zhì)配；3〕核配，形成二倍體核的接合子：A、以二倍體方式進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞生長(zhǎng)繁殖，獨(dú)立生活；下次有性繁殖前進(jìn)行減數(shù)分裂。B、進(jìn)行減數(shù)分裂，形成4個(gè)或8個(gè)子囊孢子，而原有的營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞就成為子囊。子囊孢子萌發(fā)形成單倍體營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞。3、生活史酵母菌單倍體和雙倍體細(xì)胞均可獨(dú)立存在，有三種類型：1〕營(yíng)養(yǎng)體只能以單倍體形式存在〔核配后立即進(jìn)行減數(shù)分裂〕2〕營(yíng)養(yǎng)體只能以雙倍體形式存在〔核配后不立即進(jìn)行減數(shù)分裂〕3〕營(yíng)養(yǎng)體既可以單倍體也可以雙倍體形式存在，都可進(jìn)行出芽繁殖。酵母菌中尚未發(fā)現(xiàn)其有性階段的被稱為假酵母第四章微生物的營(yíng)養(yǎng)微生物的特點(diǎn)：食譜廣、胃口大營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)：那些能夠滿足微生物機(jī)體生長(zhǎng)、繁殖和完成各種生理活動(dòng)所需的物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)：微生物獲得和利用營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的過(guò)程營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)是微生物生存的物質(zhì)根底，而營(yíng)養(yǎng)是生物維持和延續(xù)其生命形式的一種生理過(guò)程。第一節(jié)微生物的營(yíng)養(yǎng)要求一、微生物細(xì)胞的化學(xué)組成水：70%-90%微生物細(xì)胞無(wú)機(jī)物〔鹽〕干物質(zhì)有機(jī)物〔蛋白質(zhì)、糖、脂、核酸、維生素等及其降解產(chǎn)物〕細(xì)胞化學(xué)元素組成：主要元素：碳、氫、氧、氮、磷、硫、鉀、鎂、鈣、鐵等；微量元素：鋅、錳、鈉、氯、鉬、硒、鈷、銅、鎢、鎳、硼等。微生物、動(dòng)物、植物之間存在“營(yíng)養(yǎng)上的統(tǒng)一性”二、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及其生理功能微生物與動(dòng)植物營(yíng)養(yǎng)要素的比擬微生物細(xì)胞的化學(xué)成分及分析微生物生長(zhǎng)所需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及其生理功能〔略，詳見(jiàn)P75~81〕三、微生物的營(yíng)養(yǎng)類型生長(zhǎng)所需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)自養(yǎng)型生物異養(yǎng)型生物生物生長(zhǎng)過(guò)程中能量的來(lái)源光能營(yíng)養(yǎng)型化能營(yíng)養(yǎng)型光能自養(yǎng)型：以光為能源，不依賴任何有機(jī)物即可正常生長(zhǎng)光能異養(yǎng)型：以光為能源，但生長(zhǎng)需要一定的有機(jī)營(yíng)養(yǎng)化能自養(yǎng)型：以無(wú)機(jī)物的氧化獲得能量，生長(zhǎng)不依賴有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物化能異養(yǎng)型：以有機(jī)物的氧化獲得能量，生長(zhǎng)依賴于有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)微生物營(yíng)養(yǎng)類型(Ⅰ)〔參見(jiàn)P81〕微生物的營(yíng)養(yǎng)類型(Ⅱ)〔參見(jiàn)P82〕1．光能無(wú)機(jī)自養(yǎng)型〔光能自養(yǎng)型〕能以CO2為主要唯一或主要碳源；進(jìn)行光合作用獲取生長(zhǎng)所需要的能量；以無(wú)機(jī)物如H2、H2S、S等作為供氫體或電子供體，使CO2復(fù)原為細(xì)胞物質(zhì)；光能例如，藻類及藍(lán)細(xì)菌等和植物一樣，以水為電子供體〔供氫體〕，進(jìn)行產(chǎn)氧型的光合作用，合成細(xì)胞物質(zhì)。而紅硫細(xì)菌，以H2S為電子供體，產(chǎn)生細(xì)胞物質(zhì)，并伴隨硫元素的產(chǎn)生。光能光合色素光合色素[CH2O]+2S+H2OCO2+2H2S2．光能有機(jī)異養(yǎng)型〔光能異養(yǎng)型〕不能以CO2為主要或唯一的碳源；以有機(jī)物作為供氫體，利用光能將CO2復(fù)原為細(xì)胞物質(zhì)；在生長(zhǎng)時(shí)大多數(shù)需要外源的生長(zhǎng)因子；例如，紅螺菌屬中的一些細(xì)菌能利用異丙醇作為供氫體，將CO2復(fù)原成細(xì)胞物質(zhì)，同時(shí)積累丙酮。H3CH3H32光能光合色素2CH3C0CH3+[CH2O]+H2CHOH+CO2光能無(wú)機(jī)自養(yǎng)型和光能有機(jī)異養(yǎng)型微生物可利用光能生長(zhǎng)，在地球早期生態(tài)環(huán)境的演化過(guò)程中起重要作用。3．化能無(wú)機(jī)自養(yǎng)型〔化能自養(yǎng)型〕生長(zhǎng)所需要的能量來(lái)自無(wú)機(jī)物氧化過(guò)程中放出的化學(xué)能；以CO2或碳酸鹽作為唯一或主要碳源進(jìn)行生長(zhǎng)時(shí)，利用H2、H2S、Fe2+、NH3或NO2-等作為電子供體使CO2復(fù)原成細(xì)胞物質(zhì)。化能無(wú)機(jī)自養(yǎng)型只存在于微生物中，可在完全無(wú)機(jī)及無(wú)光的環(huán)境中生長(zhǎng)。它們廣泛分布于土壤及水環(huán)境中,參與地球物質(zhì)循環(huán)。4．化能有機(jī)異養(yǎng)型〔化能異養(yǎng)型〕〔參見(jiàn)P81〕生長(zhǎng)所需要的能量均來(lái)自有機(jī)物氧化過(guò)程中放出的化學(xué)能；生長(zhǎng)所需要的碳源主要是一些有機(jī)化合物，如淀粉、糖類、纖維素、有機(jī)酸等。有機(jī)物通常既是碳源也是能源；大多數(shù)細(xì)菌、真菌、原生動(dòng)物都是化能有機(jī)異養(yǎng)型微生物；所有致病微生物均為化能有機(jī)異養(yǎng)型微生物；腐生型(metatrophy)：〔參見(jiàn)P82〕可利用無(wú)生命的有機(jī)物(如動(dòng)植物尸體和殘?bào)w)作為碳源；寄生型(paratrophy)：寄生在活的寄主機(jī)體內(nèi)吸取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),離開(kāi)寄主就不能生存；在腐生型和寄生型之間還存在中間類型：兼性腐生型(facultivemetatrophy)；兼性寄生型(facultiveparatrophy)；不同營(yíng)養(yǎng)類型之間的界限并非絕對(duì)〔P82〕：異養(yǎng)型微生物并非絕對(duì)不能利用CO2；自養(yǎng)型微生物也并非不能利用有機(jī)物進(jìn)行生長(zhǎng)；有些微生物在不同生長(zhǎng)條件下生長(zhǎng)時(shí),其營(yíng)養(yǎng)類型也會(huì)發(fā)生改變；例如紫色非硫細(xì)菌(purplenonsulphurbacteria)：沒(méi)有有機(jī)物時(shí)，同化CO2，為自養(yǎng)型微生物；有機(jī)物存在時(shí)，利用有機(jī)物進(jìn)行生長(zhǎng)，為異養(yǎng)型微生物；光照和厭氧條件下，利用光能生長(zhǎng)，為光能營(yíng)養(yǎng)型微生物；黑暗與好氧條件下，依靠有機(jī)物氧化產(chǎn)生的化學(xué)能生長(zhǎng)，為化能營(yíng)養(yǎng)型微生物；微生物營(yíng)養(yǎng)類型的可變性無(wú)疑有利于提高其對(duì)環(huán)境條件變化的適應(yīng)能力5．營(yíng)養(yǎng)缺陷型〔見(jiàn)P82〕某些菌株發(fā)生突變(自然突變或人工誘變)后，失去合成某種(或某些)對(duì)該菌株生長(zhǎng)必不可少的物質(zhì)(通常是生長(zhǎng)因子如氨基酸、維生素)的能力，必須從外界環(huán)境獲得該物質(zhì)才能生長(zhǎng)繁殖，這種突變型菌株稱為營(yíng)養(yǎng)缺陷型(auxotroph)，相應(yīng)的野生型菌株稱為原養(yǎng)型(prototroph)。營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株經(jīng)常用來(lái)進(jìn)行微生物遺傳學(xué)方面的研究。微生物生長(zhǎng)需要的生長(zhǎng)因子與營(yíng)養(yǎng)缺陷型之間的關(guān)系？第二節(jié)培養(yǎng)基〔參見(jiàn)P82〕培養(yǎng)基〔medium〕是人工配制的，適合微生物生長(zhǎng)繁殖或產(chǎn)生代謝產(chǎn)物的營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)。培養(yǎng)基幾乎是一切對(duì)微生物進(jìn)行研究和利用工作的根底。任何培養(yǎng)基都應(yīng)該具備微生物生長(zhǎng)所需要六大營(yíng)養(yǎng)要素：碳源、氮源、無(wú)機(jī)鹽、能源、生長(zhǎng)因子、水任何培養(yǎng)基一旦配成，必須立即進(jìn)行滅菌處理〔參見(jiàn)P85〕；常規(guī)高壓蒸汽滅菌：1.05kg/cm2,121.3℃15-30分鐘；0.56kg/cm2,112.6℃一、選用和設(shè)計(jì)培養(yǎng)基的原那么和方法在微生物學(xué)研究和生長(zhǎng)實(shí)踐中，配置適宜的培養(yǎng)基是一項(xiàng)最根本的要求。1、選擇適宜的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)培養(yǎng)不同的微生物必須采用不同的培養(yǎng)條件；培養(yǎng)目的不同，原料的選擇和配比不同；實(shí)驗(yàn)室的常用培養(yǎng)基：細(xì)菌：牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基〔或簡(jiǎn)稱普通肉湯培養(yǎng)基〕；放線菌：高氏1號(hào)合成培養(yǎng)基培養(yǎng)；酵母菌：麥芽汁培養(yǎng)基；霉菌：查氏合成培養(yǎng)基；實(shí)驗(yàn)室一般培養(yǎng)：普通常用培養(yǎng)基；遺傳研究：成分清楚的合成培養(yǎng)基；生理、代謝研究：選用相應(yīng)的培養(yǎng)基配方；例如枯草芽孢桿菌：一般培養(yǎng)：肉湯培養(yǎng)基或LB培養(yǎng)基；自然轉(zhuǎn)化：根底培養(yǎng)基；觀察芽孢：生孢子培養(yǎng)基；產(chǎn)蛋白酶：以玉米粉、黃豆餅粉為主的產(chǎn)酶培養(yǎng)基；2、營(yíng)養(yǎng)物的濃度及配比適宜營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的濃度適宜；營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)之間的配比適宜；高濃度糖類物質(zhì)、無(wú)機(jī)鹽、重金屬離子等不僅不能維持和促進(jìn)微生物的生長(zhǎng)，反而起到抑制或殺菌作用。培養(yǎng)基中各營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)之間的濃度配比也直接影響微生物的生長(zhǎng)繁殖和(或)代謝產(chǎn)物的形成和積累，其中碳氮比(C/N)的影響較大。發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸時(shí)：碳氮比為4/1時(shí)，菌體大量繁殖，谷氨酸積累少；碳氮比為3/1時(shí)，菌體繁殖受到抑制，谷氨酸產(chǎn)量那么大量增加。3、物理、化學(xué)條件適宜pH培養(yǎng)基的pH必須控制在一定的范圍內(nèi)，以滿足不同類型微生物的生長(zhǎng)繁殖或產(chǎn)生代謝產(chǎn)物。通常培養(yǎng)條件：細(xì)菌與放線菌：pH7~7.5，酵母菌和霉菌：pH4.5~6范圍內(nèi)生長(zhǎng)為了維持培養(yǎng)基pH的相對(duì)恒定，通常在培養(yǎng)基中參加pH緩沖劑，或在進(jìn)行工業(yè)發(fā)酵時(shí)補(bǔ)加酸、堿。水活度在天然環(huán)境中，微生物可實(shí)際利用的自由水或游離水的含量，一般用在一定的溫度和壓力條件下,溶液的蒸汽壓力與同樣條件下純水蒸汽壓力之比表示，即：αw=Pw/Pow,式中Pw代表溶液蒸汽壓力,POw代表純水蒸汽壓力。純水αw為1.00,溶液中溶質(zhì)越多,αw越小。〔微生物一般在αw為0.60～0.99的條件下生長(zhǎng),αw過(guò)低時(shí),微生物生長(zhǎng)的緩慢期延長(zhǎng),比生長(zhǎng)速率和總生長(zhǎng)量減少。微生物不同，其生長(zhǎng)的最適αw不同。〕氧化復(fù)原電位；〔參見(jiàn)P85〕氧化復(fù)原電位又稱氧化復(fù)原電勢(shì)〔redoxpotential〕，是度量某氧化復(fù)原系統(tǒng)中的復(fù)原劑釋放電子或氧化劑接受電子趨勢(shì)的一種指標(biāo)，其單位是V〔伏〕或mV〔毫伏〕。就像微生物與pH的關(guān)系一樣，不同類型微生物生長(zhǎng)對(duì)氧化復(fù)原電位(Ф)的要求不同。好氧性微生物：+0.1伏以上時(shí)可正常生長(zhǎng),以+0.3～+0.4伏為宜；厭氧性微生物：低于+0.1伏條件下生長(zhǎng)；兼性厭氧微生物：+0.1伏以上時(shí)進(jìn)行好氧呼吸,+0.1伏以下時(shí)進(jìn)行發(fā)酵。氧化復(fù)原電位與氧分壓和pH有關(guān),也受某些微生物代謝產(chǎn)物的影響增加通氣量(如振蕩培養(yǎng)、攪拌)提高培養(yǎng)基的氧分壓，或參加氧化劑，從而增加Ф值；在培養(yǎng)基中參加抗壞血酸〔0.1%〕、硫化氫(0.025%)、半胱氨酸(<0.05%)、谷胱甘肽、二硫蘇糖醇、庖肉等復(fù)原性物質(zhì)可降低Ф值。培養(yǎng)基中參加氧化復(fù)原指示劑刃天青可對(duì)氧化復(fù)原電位進(jìn)行間接測(cè)定氧化復(fù)原電位與氧分壓和pH有關(guān),也受某些微生物代謝產(chǎn)物的影響4、經(jīng)濟(jì)節(jié)約〔參見(jiàn)P85〕配制培養(yǎng)基時(shí)應(yīng)盡量利用廉價(jià)且易于獲得的原料作為培養(yǎng)基成份,特別是在發(fā)酵工業(yè)中,以降低生產(chǎn)本錢。以粗代精：對(duì)微生物來(lái)說(shuō)，各種粗原料營(yíng)養(yǎng)更加完全，效果更好。而且在經(jīng)濟(jì)上也節(jié)約。以“野”代“家”：以野生植物原料代替栽培植物原料，如木薯、橡子、薯芋等都是富含淀粉質(zhì)的野生植物，可以局部取代糧食用于工業(yè)發(fā)酵的碳源。以廢代好：以工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中易污染環(huán)境的廢棄物作為培養(yǎng)微生物的原料。例如，糖蜜(制糖工業(yè)中含有蔗糖的廢液)、乳清(乳制品工業(yè)中含有乳糖的廢液)、豆制品工業(yè)廢液及黑廢液(造紙工業(yè)中含有戊糖和己糖的亞硫酸紙漿)等都可作為培養(yǎng)基的原料。工業(yè)上的甲烷發(fā)酵主要利用廢水、廢渣作原料,在我國(guó)農(nóng)村，已推廣利用糞便及禾草為原料發(fā)酵生產(chǎn)甲烷作為燃料。另外,大量的農(nóng)副產(chǎn)品或制品，如麩皮、米糠、玉米漿、酵母浸膏、酒糟、豆餅、花生餅、蛋白胨等都是常用的發(fā)酵工業(yè)原料。以簡(jiǎn)代繁：某制藥廠改進(jìn)鏈霉素發(fā)酵液中的原有配方，設(shè)法減去30-50%的黃豆餅粉、25%的葡萄糖和20%硫酸銨，結(jié)果反而提高了產(chǎn)量。以烴代糧：以石油或天然氣副產(chǎn)品代替糖質(zhì)原料來(lái)培養(yǎng)微生物。生產(chǎn)石油蛋白將石油產(chǎn)品轉(zhuǎn)化成一些產(chǎn)值更高的高級(jí)醇、脂肪酸、環(huán)烷酸等；化工產(chǎn)品和假設(shè)干合成物；對(duì)石油產(chǎn)品的品質(zhì)進(jìn)行改進(jìn)，如脫硫、脫蠟等。以纖代糖：開(kāi)發(fā)利用纖維素這種世界上含量最豐富的可再生資源。將大量的纖維素農(nóng)副產(chǎn)品轉(zhuǎn)變?yōu)閮?yōu)質(zhì)飼料、工業(yè)發(fā)酵原料、燃料及人類的食品及飲料。以無(wú)機(jī)氮代蛋白：以大氣氮、銨鹽、硝酸鹽或尿素等一類非蛋白質(zhì)或非氨基酸廉價(jià)原料用作發(fā)酵培養(yǎng)基的原料，讓微生物轉(zhuǎn)化成菌體蛋白質(zhì)或含氮的發(fā)酵產(chǎn)物供人們利用。5、精心設(shè)計(jì)、試驗(yàn)比擬進(jìn)行生態(tài)模擬，研究某種微生物的培養(yǎng)條件；文