复习 （三）霉菌的繁殖方式及生活史 以无性繁殖为主，产生无性孢子；条件适宜时，也可产生有性孢子进行有性繁殖。 繁殖方式 孢子 有性孢子 卵孢子 接合孢子 子囊孢子 担孢子 无性孢子 厚壁孢子 芽生孢子 关节孢子 孢囊孢子 分生孢子 菌丝片段 以无性繁殖为主，产生无性孢子；条件适宜时，也可产生有性孢子进行有性繁殖。

复习

复习 2.有性孢子繁殖 两个性细胞结合产生新个体的过程。分三个阶段： （1）质配：两个性细胞结合，细胞质融合，成为双核细胞，每个核均含单倍染色体（n+n）。 （2）核配：两个核融合，成为二倍体接合子核，此时核的染色体数是二倍（2n）。 （3）减数分裂：具有双倍体的细胞核经过减数分裂，核中的染色体数目又恢复到单倍体状态。

复习 3.霉菌的生活史 从孢子开始，经过发芽、生长成为菌丝体，再由菌丝体经过无性繁殖和有性繁殖产生孢子。 无性繁殖阶段；菌丝体（营养体）在适宜的条件下产生无性孢子，无性孢子萌发形成新的菌丝体，多次重复。 有性繁殖阶段；在发育后期，在一定条件下，在菌丝体上分化出特殊性器官（细胞），质配、核配、减数分裂后形成单倍体孢子，再萌发形成新的菌丝体。

三、霉菌的代表属 复习 （一）毛霉 （二）根霉 （三）青霉 （四）曲霉 （五）链孢霉属 （六）头孢霉属 毛霉的应用： 能产生蛋白酶，具有很强的蛋白质分解能力，多用于制作腐乳、豆豉。 有的可产生淀粉酶，把淀粉转化为糖。在工业上常用作糖化菌或生产淀粉酶。 有些毛霉还能产生柠檬酸、草酸等有机酸，有的也可用于甾体转化。 5

复习 四、霉菌与人类的关系 （一）病原性霉菌 1.浅部感染真菌 2.深部感染真菌 3.霉菌毒素 （二）霉菌与制药工业

第三节 大型真菌 复习 能产生肉眼即可看清的大型子实体的真菌。 一、形态和结构 基本构成为子实体和菌丝体 菌丝体三个发育阶段 初生菌丝：单倍体 二生菌丝：以锁状联合方式增殖细胞。 三生菌丝： 二生菌丝特化形成。形成各种子实体。子实体由营养菌丝和繁殖菌丝组成，是产生孢子的结构。

复习 二、繁殖方式及生活史 大型真菌一般属于担子菌门和子囊菌门。 （一）繁殖方式 无性繁殖：芽殖、裂殖和分生孢子 有性繁殖：产生担子和担孢子 （二）生活史 即担子菌的有性世代。

复习 三、大型真菌与制药工业 （一）药用大型真菌资源 银耳、茯苓、猪苓、灵芝、冬虫夏草、马勃等 （二）药用真菌有效化学成分 1.多糖 2.萜类化合物 甾醇类 （三）药用大型真菌发酵工艺的研究

病毒 复习 病毒是非细胞型微生物。其体积微小，结构简单，必须在活细胞内增殖。 病毒的大小与形态： 病毒的大小：完整的成熟病毒颗粒称为病毒体。病毒体的测量单位是纳米。 病毒的形态：动物病毒多为球形，少数为弹状、砖块状。噬菌体为蝌蚪状。

病毒的结构与化学组成 复习 化学组成：主要为核酸和蛋白质 结构： 衣壳与核心一起称为核衣壳，构成最简单的病毒体。 核酸：DNA或RNA 病毒蛋白：结构蛋白和酶蛋白 结构： 内部：核心，主要为核酸。即病毒的基因组，DNA或RNA。决定病毒的遗传、变异和复制。此外有少量酶蛋白。 外部：衣壳，为蛋白质。由多肽壳粒组成。有螺旋、２０面体、复合三种对称类型。 可保护病毒的核酸、介导病毒侵入宿主细胞，并有抗原性。 衣壳与核心一起称为核衣壳，构成最简单的病毒体。

复习 包膜表面常有不同形状的突起，称为包膜子粒或刺突。为蛋白质，有多种作用。 包膜：是病毒在成熟过程中以出芽方式穿过宿主细胞，向细胞外释放时获得的。由病毒自身的蛋白质与宿主细胞膜或核膜的脂质和少量糖类构成。有保护作用，并与病毒的感染有关。 包膜表面常有不同形状的突起，称为包膜子粒或刺突。为蛋白质，有多种作用。

复习 病毒的增殖 病毒的增殖：以复制的方式增殖。一个复制周期可分为吸附、穿入、脱壳、生物合成、装配与释放五个步骤。

噬菌体 复习 一、噬菌体的生物学性状 噬菌体是感染细菌、真菌、放线菌或螺旋体等微生物的病毒，在葡萄球菌和志贺菌中首先发现。 病毒的特性： 个体微小，可以通过细菌滤器 没有完整的细胞结构，由蛋白质和核酸组成 专性细胞内寄生的微生物 分布极广

复习 形态 结构 化学组成 大多数噬菌体呈蝌蚪形，由头部和尾部两部分组成 蛋白质 核酸-遗传物质 个体小，需用电子显微镜观察 蝌蚪形、微球形和丝形 结构 大多数噬菌体呈蝌蚪形，由头部和尾部两部分组成 化学组成 蛋白质 构成噬菌体的头部的衣壳及尾部，保护核酸。 核酸-遗传物质

复习 二、噬菌体的增殖 1.吸附和穿入 2.生物合成 3.成熟与释放 转录形成mRNA，转译成噬菌体所需的酶、调节蛋白和结构蛋白。 以噬菌体核酸为模板，通过核酸多聚酶催化作用，大量复制子代噬菌体的基因核酸。 3.成熟与释放 蛋白质和核酸合成后，在细胞质内按一定程序装配成成熟的噬菌体。 当子代达一定数目后，菌细胞突然裂解，释放出的噬菌体又能感染新的敏感细菌。有些丝形噬菌体以出芽方式逐个释放。

三、噬菌斑及噬菌体效价 复习 分离： 噬菌体的滴定 在液体培养基中，噬菌现象可使浑浊菌液变为澄清。 在固体培养基中，适量噬菌体和宿主菌液混合后接种培养，培养基表面可有透亮的溶菌空斑出现。 噬菌体的滴定 一个空斑系由一个噬菌体复制增殖并裂解细菌后形成的，称为噬斑（plaque）。通过噬斑计数，可测知一定体积内的噬斑形成单位数目，即噬菌体的数量。 常以每毫升噬菌体液能出现的噬菌斑（PFC/ml）表示噬菌体的效价或滴度。

复习 四、噬菌体的一步生长曲线 烈性噬菌体在感染的初、中期，没有噬菌体繁殖的迹象，最后只有在宿主细胞破裂后才能看到噬菌体数目大量增加。此种繁殖过程为一步生长。

2、潜伏期：从噬菌体吸附到细胞到释放出新噬菌体的最短时期 3、裂解期：随着菌体不断破裂，新噬菌体数目增加，直到最高值。 取培养物直接测定病毒数量 将培养物过滤去细胞后测定病毒数量 将细胞裂解后测定病毒的数量。 前期可将培养物先离心去上清以消除未吸附病毒的影响 噬菌体复制（繁殖）的三个阶段： 1、吸附期：游离的噬菌体吸附到宿主细胞 2、潜伏期：从噬菌体吸附到细胞到释放出新噬菌体的最短时期 3、裂解期：随着菌体不断破裂，新噬菌体数目增加，直到最高值。

隐蔽期（eclipse period） 裂解量 在潜伏期的前一段，受染细胞内检测不到感染性病毒，后一阶段，感染性病毒在受染细胞内的数量急剧增加。自病毒在受染细胞内消失到细胞内出现新的感染性病毒的时间为为隐蔽期。 隐蔽期病毒在细胞内存在的动力学曲线呈线性函数，而非指数关系，从而证明子代病毒颗粒是由新合成的病毒基因组与蛋白质经装配成熟，而不是通过双分裂方式产生的。 裂解量 每个受染细胞所产生的子代病毒颗粒的平均数目。其值等于潜伏期受染细胞的数目除以稳定期受染细胞所释放的全部子代病毒数目，即等于稳定期病毒效价与潜伏期病毒效价之比。

五、噬菌体与宿主细胞生活周期 1.烈性噬菌体 2.温和噬菌体 溶原性细菌（lysogenic bacterium）：携带溶原性噬菌体的细菌，此状态称为溶原状态（lysogeny）。 前噬菌体（prophage） 整合在细菌基因组中的噬菌体基因组称为前噬菌体。 溶原性：前噬菌体偶尔可自发或在某些理化和生物因素的诱导下脱离宿主菌基因组而进入溶菌周期，产生成熟噬菌体，导致细菌裂解。温和噬菌体的这种产生成熟噬菌体颗粒和溶解宿主菌的潜在能力称为溶原性（lysogeny）。 噬菌体免疫状态：溶原性细菌具有抵抗同种或近缘噬菌体重复感染的能力。

噬菌体溶菌性周期和溶原性周期

六、噬菌体的应用 鉴定未知的细菌 噬菌体与宿主菌的关系有高度特异性，可用于未知细菌的鉴定和分型。如应用伤寒沙门菌Vi噬菌体可将有Vi抗原的伤寒沙门菌分成96个噬菌体型。 分子生物学的研究工具 噬菌体基因数量少，结构比细菌和高等细胞简单得多，而且容易获得大量的突变体。 λ噬菌体可用来构建基因文库

细菌感染的诊断与治疗 应用噬菌体效价增长试验可检测标本中的相应细菌。在怀疑有某种细菌存在的标本中，加入一定数量的已知噬菌体，37℃孵育6~8h，再测定该噬菌体的效价。 辅助治疗，如应用铜绿假单胞菌噬菌体治疗创口感染。 遗传工程 基因工程载体 噬菌体展示技术

第五章 微生物的营养 1.微生物的营养物质 2.培养基

第一节 微生物的营养物质 营养：微生物从外部环境中摄取和利用 营养物质，以满足正常生长和繁殖需要 的一种生理过程。 营养物质：能满足微生物生长、繁殖及 完成各种生理活动所需要的物质的统称。 微生物为了生存就必须从环境中吸取各 种物质以合成细胞物质、提供能量以及 在新陈代谢中起调节作用。

一、微生物细胞的化学组成 （一）化学元素 主要元素：碳、氢、氧、氮、 磷、硫、钾、镁、钙、铁（其中前六种占细菌细胞干重的97%）。 微量元素：锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍 、硼。

（二）组成物质及生理功能 1.水：占细胞总重70%～90%，以游离水和结合水两种形式存在。 水的功能 胞内 溶剂(代谢产物的分泌) 反应介质 光合反应、蛋白质水解中，水是反应物 氧化、聚合、葡萄糖酵解中，水是生成物 维持膨压 组成成分 70~90%左右 调节温度水的比热高 胞外 溶剂（营养物质吸收）

2.固形成分 （1）蛋白质：简单蛋白和复合蛋白 （2）核酸 （3）糖类 （4）脂类：脂肪、磷脂、糖脂、甾醇等 重要的结构物质，酶或辅酶，参与物质运输，参与细胞的生长繁殖和遗传变异。 （2）核酸 遗传变异的物质基础，多与蛋白质结合。 （3）糖类 复杂的组成成分如真菌多糖，脂多糖等；游离形式的如糖原和淀粉。 （4）脂类：脂肪、磷脂、糖脂、甾醇等 细胞组分，储藏物质

微生物细胞化学组成含量的区别 主要成分 细菌 酵母菌 霉菌 占细胞干重的% 水分 （占细胞鲜重的%） 75~85 70~80 85~90 蛋白质 50~80 32~75 14~15 碳水化合物 12~28 27~63 7~40 脂肪 5~20 2~15 4~40 核酸 10~20 6 ~ 8 1 无机盐 2~30 3.8~7 6~12

（三）营养要素及主要作用 1.碳源 凡是可以被微生物用来构成细胞物质的或代谢产物中碳素来源的营养物质。 生理功能 来源 构成菌体组分 能量的来源 组成代谢产物 来源 无机碳：CO2及碳酸盐 有机碳：糖类、醇类、脂类、有机酸和烃类等。 在碳源物质中糖类是一般微生物最广泛利用的碳源，其次是醇类、有机酸和脂类等。在糖类中，单糖胜于双糖和多糖。 目前在发酵工业中用做碳源的物质主要是糖类物质，即单糖、饴糖、淀粉（玉米粉、山芋粉、野生植物淀粉等）、麸皮、各种米糠等。另外，国内外开展了以纤维素、石油、CO2和 H2等作为碳源与能源来培养微生物的代粮发酵的科学研究. 目前已能利用石油或石油产品作为碳源来生产氨基酸、维生素、辅酶、有机酸、核苷酸、抗生素与酶制剂等各种有用产品，利用纤维素的研究一直报道很多。 另外有些有毒的含碳物质如氰化物、酚等也能被某些细菌分解与利用，可以利用这类细菌来处理它们，主要在环保上应用。 微生物不同，利用上述含碳化合物的能力不同，如假单胞菌属中的某些种可以利用90种以上的不同类型的碳源物质；而某些甲基营养型细菌只能利用甲醇或甲烷等一碳化合物进行生长。 以蛋白质形式存在的氮源不能被微生物直接吸收利用，必须通过微生物分泌的胞外蛋白水解酶将蛋白质分解之后才能被利用。在黄豆饼粉、花生饼粉里所含的氮主要是以蛋白质的形式存在，这种蛋白氮必须通过水解之后降解成胨、肽、氨基酸等才能被机体利用，这种氮源叫迟效氮源。 而无机氮源或以蛋白质降解产物形式存在的有机氮源叫做速效氮源，例如硫酸铵中的氮以还原态氮形式存在，可以直接被菌体吸收利用，蛋白质的降解产物特别是氨基酸直接可以通过转氨作用等方式被机体利用。 速效氮源，通常是有利于机体的生长，迟效氮源有利于代谢产物的形成。在工业发酵过程中，往往是将速效氮源与迟效氮源按一定的比例制成混合氮源加到培养基里，以控制微生物的生长时期与代谢产物形成期的长短，达到提高产量的目的。 速效氮源，通常是有利于机体的生长，迟效氮源有利于代谢产物的形成。在工业发酵过程中，往往是将速效氮源与迟效氮源按一定的比例制成混合氮源加到培养基里，以控制微生物的生长时期与代谢产物形成期的长短，达到提高产量的目的 31

微生物的碳源谱 类型 元素水平 化合物水平 培养基原料水平 有机碳 无机碳 C·H·O·N·X 复杂蛋白质、核酸等 牛肉膏、蛋白胨、花生饼粉等 C·H·O·N 多数氨基酸、简单蛋白质等 一般氨基酸、明胶等 C·H·O 糖、有机酸、醇、脂类等 葡萄糖、蔗糖、各种淀粉、糖蜜等 C·H 烃类 天然气、石油及其不同馏份、石蜡油等 无机碳 C(?) — C·O CO2 C·O·X NaHCO3 NaHCO3、CaCO3、等

微生物工业发酵中用做碳源的原料 传统种类 代粮发酵：纤维素、石油、CO2、H2 糖类（单糖，饴糖）；淀粉（玉米粉、山芋粉、野生植物、淀粉等）；麸皮；各种米糠等 代粮发酵：纤维素、石油、CO2、H2 微生物利用碳源物质具有选择性。不同种类微生物利用碳源物质的能力也有差别。 微生物不同，利用上述含碳化合物的能力不同，如假单胞菌属中的某些种可以利用90种以上的不同类型的碳源物质；而某些甲基营养型细菌只能利用甲醇或甲烷等一碳化合物进行生长。 常用碳源 实验室： 葡萄糖 蔗糖 淀粉 甘露醇 等 发酵工业： 玉米粉 米糠 麸皮 糖蜜 可以用作洋葱假单胞菌唯一碳源的化合物有: 碳水化合物及其衍生物：19种 脂肪酸：11种 二羧酸：9种 其它有机酸：12种 伯醇：3种 氨基酸：12种 其它氮化合物：13种 无氮环状化合物：9种 33

2.氮源 来源 凡用来构成菌体物质或代谢产物中氮素来源的营养源。 生理功能 提供合成细胞中含氮物，如蛋白质、核酸，以及含氮代谢物等的原料； 少数细菌可以铵盐、硝酸盐等氮源为能源。 来源 无机氮源：铵盐、硝酸盐、尿素及氨等； 氮气分子：固氮菌。能吸收并利用环境中游离氮气作为氮源，借助一些特殊的酶将分子态的氮转化为氨和其他氮化物——固氮作用。 有机氮源：动植物蛋白质及其不同程度的降解物，如鱼粉、牛肉膏、蛋白胨等。 以蛋白质形式存在的氮源不能被微生物直接吸收利用，必须通过微生物分泌的胞外蛋白水解酶将蛋白质分解之后才能被利用。在黄豆饼粉、花生饼粉里所含的氮则主要是以蛋白质的形式存在，这种蛋白氮必须通过水解之后降解成胨、肽、氨基酸等才能被机体利用，这种氮源叫迟效氮源。 而无机氮源或以蛋白质降解产物形式存在的有机氮源叫做速效氮源，例如硫酸铵中的氮以还原态氮形式存在，可以直接被菌体吸收利用，蛋白质的降解产物特别是氨基酸直接可以通过转氨作用等方式被机体利用。 速效氮源，通常是有利于机体的生长，迟效氮源有利于代谢产物的形成。在工业发酵过程中，往往是将速效氮源与迟效氮源按一定的比例制成混合氮源加到培养基里，以控制微生物的生长时期与代谢产物形成期的长短，达到提高产量的目的。 34

微生物的氮源谱 类型 元素水平 化合物水平 培养基原料水平 有机碳 无机碳 N·C·H·O·X 复杂蛋白质、核酸等 牛肉膏、酵母膏、饼粕粉、蚕蛹粉等 N·C·H·O 尿素、一般氨基酸、简单蛋白质等 尿素、蛋白胨、明胶等 无机碳 N·H NH3、铵盐等 (NH4)2SO4等 N·O 硝酸盐等 KNO3等 N N2 空气

实验室常用的氮源有碳酸铵、硝酸盐、硫酸铵、尿素、蛋白胨、牛肉膏、酵母膏等。生产上常用的氮源有硝酸盐、铵盐、尿素、氨以及蛋白含量较高的鱼粉、蚕蛹粉、黄豆饼粉、花生饼份、玉米浆等。 速效氮源 无机氮源或以蛋白质降解产物形式存在的有机氮源可以直接被菌体吸收利用。速效氮源通常有利于机体的生长。 迟效氮源 蛋白氮必须通过水解之后降解成胨、肽、氨基酸等才能被机体利用。迟效氮源有利于代谢产物的形成。 ★多数微生物可以利用无机含氮化合物作为氮源，也可以利用有机含氮化合物作为氮源。但有些微生物没有将无机氮合成有机氮的能力，它们不能把尿素、铵盐等这些无机氮源自行合成他们生长所需的氨基酸，而需要从外界吸收现成的氨基酸作为氮源才能生长，这类微生物叫做氨基酸异养型微生物，也叫营养缺陷型。 速效氮源：很快被微生物利用的物质，有利于菌体生长. 如硫铵、玉米浆等。用于发酵前期。 迟效氮源：微生物利用速度较慢的物质，有利于代谢物质形成。 如花生饼粉、黄豆饼粉等。用于发 酵后期。 以蛋白质形式存在的氮源不能被微生物直接吸收利用，必须通过微生物分泌的胞外蛋白水解酶将蛋白质分解之后才能被利用。在黄豆饼粉、花生饼粉里所含的氮则主要是以蛋白质的形式存在，这种蛋白氮必须通过水解之后降解成胨、肽、氨基酸等才能被机体利用，这种氮源叫迟效氮源。 36

3.能源 能为微生物的生命活动提供最初能量来源的营养物或辐射能。 异养微生物的能源就是其碳源 单功能营养物：如辐射能 能源谱 化学物质 有机物：化能异养微生物的能源（同碳源） 无机物：化能自养做生物的能源（不同于碳源） 辐射能 光能自养和光能异养微生物部能源 单功能营养物：如辐射能 双功能营养物：NH4+是硝酸细菌的能源和氮源 三功能营养物：如N.C.H.O是异养微生物的能源、碳源及氮源。

4.无机盐 所需的量 为细胞生长提供必需的各种金属元素及一些微量元素，以满足细菌细胞生理活动的需要。 主要元素：1~0.1mg，磷、硫、镁、钾、钙、钠等。 微量元素：1×10-7g，铁、铜、锌、锰、钻等。 一般微生物生长所需要的无机盐有：硫酸盐、磷酸盐、氯化物以及含有钠、钾、镁、铁等金属元素的化合物。 生理功能 一般微生物生长所需要的无机盐有：硫酸盐、磷酸盐、氯化物以及含有钠、钾、镁、铁等金属元素的化合物。 功能：1、构成细胞结构组分； 2、作为酶组分或活化剂； 3、参与能量传递或提供能源； 4、维持结构稳定性； 5、调节渗透压。 38

无 机 盐 生理功能 一般功能 大量元素 特殊功能 微量元素 细胞内一般分子成分 (如P，S，Ca，Mg，Fe等) 维持渗透压 酶的激活剂 生理调节物质 化能自养菌的能源 (S、Fe2+、NH4+、NO2-) 无氧呼吸时的氢受体 (NO3-、SO42-) 维持渗透压 酶的激活剂 pH的稳定 （Cu2+、Mn2+、Zn2+等） 特殊分子结构成分 （Co、Mo等） 生理功能 锌：乙醇脱氢酶、乳酸脱氢酶、碱性磷酸酶等 锰：过氧化物歧化酶、柠檬酸合成酶等 钼：硝酸还原酶、固氮酶、甲酸脱氢酶等 硒：甘氨酸脱氢酶、甲酸脱氢酶等 钴：谷氨酸变位酶 铜：细胞色素氧化酶 钨：甲酸脱氢酶 镍：脲酶 39

5.生长因子 一类对微生物正常生活所不可缺少而需要量又不大，但微生物自身不能用简单的碳源或氮源合成，或合成量不足以满足机体生长需要的有机营养物质。 B族维生素、某些氨基酸、嘌呤、嘧啶。 缺乏合成生长因子能力的微生物称为“营养缺陷型”微生物。 营养缺陷型微生物是由于自发或诱发突变等原因从野生型菌株产生的需要提供特定生长素物质才能生长的菌株。不需要生长因子而能在基础培养基上生长的菌株为野生型(wild type) 。 最早发现的生长因子是维生素，目前已经发现许多维生素都能起生长因子的作用。维生素大部分是构成酶的辅基或辅酶，需要量很少，但是缺少维生素微生物不能正常生长。 有些微生物缺乏或丧失合成某种或某些氨基酸的酶，所以不能合成生长所必需的氨基酸，这类微生物被称为“氨基酸缺陷型”。 例如：肠膜明串珠菌（leuconostoc mesenteroides）常常需要由外源供给多种氨基酸才能生长。 另外有些微生物生长还需要其它特殊的成分，例如某些乳酸杆菌生长需要核苷；某些酵母菌和真菌生长需要肌醇；某些肺炎球菌生长需要胆碱等。 40

生理功能 对生长因子的需要 构成酶的活性基成份 细胞核酸的组成物质 提供代谢中电子载体 一般用量：1~50毫微克/ml；可通过给培养基加入酵母膏、血清、豆芽浸液、玉米浆等供给。 一类对微生物正常生活所不可缺少而需要量又不大，但微生物自身不能用简单的碳源或氮源合成，或合成量不足以满足机体生长需要的有机营养物质。不同微生物需求的生长因子的种类和数量不同。 最早发现的生长因子是维生素，目前已经发现许多维生素都能起生长因子的作用。维生素大部分是构成酶的辅基或辅酶，需要量很少，但是缺少维生素微生物不能正常生长。 有些微生物缺乏或丧失合成某种或某些氨基酸的酶，所以不能合成生长所必需的氨基酸，这类微生物被称为“氨基酸缺陷型”。 例如：肠膜明串珠菌（leuconostoc mesenteroides）常常需要由外源供给多种氨基酸才能生长。 另外有些微生物生长还需要其它特殊的成分，例如某些乳酸杆菌生长需要核苷；某些酵母菌和真菌生长需要肌醇；某些肺炎球菌生长需要胆碱等。 水分是生物细胞的主要化学成分，其重要的生理功能表现在下列几个方面： 1. 细胞的构成成分 2.一系列生理生化反应的反应介质 3.参与许多生理生化反应 4. 有效地控制细胞内的温度变化 水的生理功能： 1）微生物体内外的溶媒。 2）水是原生质胶体的结构组分，并参与细胞内许多生化反应。 3）水具传热快，比热高，热容量大等物理性质，有利于调节细胞温度和保持环境温度稳定。 自养菌和一些异养菌可以不需要外来的生长因素，它们有自己合成这些生长因素的能力。而大多数异养菌，特别是病原菌，常需要外来供给多种生长因素，才能正常生长发育。如硫胺素是溶血性链球菌、布氏菌等的生长因素；生物素是李氏杆菌的生长因素。嗜血杆菌需要有鲜血存在才能生长。在用人工化学合成培养基时要注意添加。 某些微生物能合成和积累生长因素的特性，已被利用来为人类生产和医药服务，可以制成富有各种微生物和生长刺激物质的微生物制剂，以供作饲料和药物使用。 41

二、微生物的营养类型 根据生长所需要的营养物质的性质（碳源）， 可将生物分成两种基本的营养类型 异养型生物：在生长时需要以复杂的有机物质 作为营养物质 自养型生物：在生长时能以简单的无机物质作 为营养物质 而微生物既有异养型的也有自养型的，大多数微生物 属于异养型生物，少数微生物属于自养型生物。 按生长因子分,有原养型或野生型和营养缺陷型 按取得死或活有机物分,有腐生和寄生 42

根据生长时能量的来源不同，又可将生物分 成两种类型 化能营养型生物：依靠化合物氧化释放的能量 进行生长 光能营养型生物：依靠光能进行生长 动物和大部分微生物属于化能营养型生物，它们从物 质的氧化过程中获得能量。植物和少部分微生物属于 光能营养型生物。 按供氢体分 无机营养型生物 有机营养型生物 按生长因子分,有原养型或野生型和营养缺陷型 按取得死或活有机物分,有腐生和寄生 43

无机物（NH4+、NO2-、S、H2S、H2、Fe2+等） 硝化细菌，硫化细菌，铁细菌，氢细菌，硫磺细菌等 微生物的基本营养类型 营养类型 基本碳源 能源 供氢体 实例 光能无机营养型 （光能自养型） CO2 光能 无机物（H2S、S、H2或H2O等） 蓝细菌，紫硫细菌，绿硫细菌，藻类 光能有机营养型（光能异养型） CO2及简单有机物 有机物 红螺菌科的细菌（紫色无硫细菌） 化能无机营养型（化能自养型） CO2或碳酸盐 化学能（无机物） 无机物（NH4+、NO2-、S、H2S、H2、Fe2+等） 硝化细菌，硫化细菌，铁细菌，氢细菌，硫磺细菌等 化能有机营养型（化能异养型） 化学能（有机物） 绝大多数细菌和全部真核微生物

（一）光能自养型：能以CO2作为主要或唯一的碳源，以水、硫化氢、硫代硫酸钠或其他无机化合物作为供氢体并利用光能进行生长。如蓝细菌、藻类、绿硫细菌、红硫细菌等。

（二）光能异养型：不能以CO2或碳酸盐作为主要或唯一的碳源，而是以有机物作为碳源并需以有机物作为供氢体，利用光能将CO2还原为细胞物质。如红螺细菌。光能异养型细菌在生长时大多数需要外源的生长因子。

（三）化能自养型：能够以CO2或碳酸盐作为主要或唯一的碳源，以无机物氧化释放的化学能为能源，利用电子供体如氢气、硫化氢、二价铁离子或亚硝酸盐等使CO2还原成细胞物质。如硫化细菌、硝化细菌、氢细菌与铁细菌。它们在自然界物质转换过程中起着重要的作用。 亚硝化细菌 2NH4+ +3O2→2NO2- +2H2O + 4H++132Kcal 硫化细菌: 通过氧化还原态的无机硫化物（H2S、S、 S2O32- 、SO32-）获得能量（硫杆菌属，硫微螺菌属） H2S + 1/2 O2 →S +H2O + 50.1 Kcal 铁细菌：氧化Fe2+为Fe3+获取能量并同化 2Fe2++1/2O2+2H+ →2Fe3++H2O+21.2 Kcal 1. 硝化细菌: 亚硝化细菌 2NH4+ +3O2→2NO2- +2H2O + 4H++132Kcal 硝化细菌 NO2- +1/2O2 →NO3- +18.1 Kcal 2. 硫化细菌: 通过氧化还原态的无机 硫化物（H2S、S、 S2O32- 、SO32-）获 得能量（硫杆菌属，硫微螺菌属） H2S + 1/2 O2 →S +H2O + 50.1 Kcal S + 1 1/2 O2+H2O → H2SO4+149.8 Kcal 3. 铁细菌：氧化Fe2+为Fe3+获取能量并同化 CO2 2Fe2++1/2O2+2H+ →2Fe3++H2O+21.2 Kcal 4. 氢细菌：具有氢化酶，从氢的氧化获取能 量，同化CO2 H2+ 1/2 O2 →H2O + 56.7 Kcal 47

（四）化能异养型：微生物生长所需的能量来自有机物氧化过程放出的化学能，所需要的碳源主要是有机化合物，如淀粉、糖类、纤维素、有机酸等。 此型微生物利用的有机物通常既是它们生长的碳源物质又是能源物质。 大多数微生物属于化能有机营养型：包括绝大多数的细菌、全部真菌、原生动物及所有的致病微生物都是化能异养营养型。

腐生型：利用无生命的有机物质为碳源，如动植物尸体和残体。 寄生型：利用有生命的有机物质作为碳源，主要借助寄生方式生活在活体细胞或组织间隙中，从体内获得生长所需的营养物质。主要为致病性的病原菌。 中间类型（兼性腐生或兼性寄生）如结核杆菌、痢疾杆菌就是兼性寄生菌。

营养类型划分不是绝对的 红螺菌既可利用光能，也可不利用（黑暗） 氢单胞菌是异养和自养的过渡型（称兼性自养型） 自养与异养的区别不是能否利用CO2，而在于是否以CO2式碳酸盐为唯一的碳源。 自养型以无机碳化物为碳源，异养型虽然也可利用CO2，但必须在有机碳存在情况下。

三、营养物质的运输 简单扩散 借助细胞内外营养物质的浓度梯度，使营养物质通过细菌细胞的壁膜屏障结构从高浓度向低浓度扩散。 是一个不需要代谢能的运输方式。 不需要载体参与。 物质运输的速率较慢：速率与胞内外营养物质的浓度差有关，即随细胞膜内外该物质浓度差的降低而减小，直到胞内外物质浓度相同 水、甘油、乙醇、某些氨基酸和气体分子。 影响营养物质进入细胞的因素 1、营养物质本身的性质 营养物质本身的相对分子质量、溶解性、电负性、极性等对其进入细胞的难易程度有一定影响。 2、微生物所处的环境 微生物所处环境的温度、 pH和离子强度诱导剂、代谢抑制剂等环境条件，对营养物质进入细胞有直接的影响。 温度通过影响营养物质的溶解度、细胞膜的流动性及运输系统的活性，来影响微生物的吸收能力。 pH和离子强度通过影响营养物质的电离程度来影响其进入细胞的能力。 诱导剂、代谢抑制剂等存在时，影响物质的运输速率。 3、微生物细胞的透过屏障 所有微生物都具有一种保护机体完整性、且能限制物质进出细胞的透过屏障，主要由原生质膜、细胞壁、荚膜及黏液层等组成。 荚膜及黏液层的结构较为疏松，对细胞吸收营养物质影响较小。 革兰氏阳性细菌由于细胞壁结构较为紧密，对营养物质的吸收有一定的影响，相对分子质量大于10000的葡聚糖难以通过这类细菌的细胞壁。 霉菌和酵母菌细胞壁只能允许相对分子质量较小的物质通过。 与细胞壁相比，原生质膜在控制物质进入细胞的过程中起着更为重要的作用，它对跨膜运输的物质具有选择性 简单扩散 特点： ①扩散是非特异性的营养物质吸收方式：如营养物质通过细胞膜中的含水小孔，由高浓度的胞外环境向低浓度的胞内扩散； ②在扩散过程中营养物质的结构不发生变化：即既不与膜上的分子发生反应，本身的分子结构也不发生变化； ③物质运输的速率较慢：速率与胞内外营养物质的浓度差有关，即随细胞膜内外该物质浓度差的降低而减小，直到胞内外物质浓度相同； ④不需要载体参与； 扩散是一个不需要代谢能的运输方式：因此，物质不能进行逆浓度运输。 ⑤可运送的养料有限：限于水、溶于水的气体，及分子量小，脂溶性、极性小的营养物质。 51

促进扩散 借助细胞内外营养物质的浓度梯度和载体蛋白（透过酶），使营养物质通过细菌细胞的壁膜屏障结构，进入细胞内的过程。 透过酶的参与加快了养料的运输速度。透过酶多为诱导酶 。 只有在环境中存在某种养分时才诱导合成相应的透过酶。 特异性，即一定的透过酶只能与一定的养料离子或结构相近的分子结合 促进扩散的动力仍然是养料在细胞质膜内外的浓度差，不消耗能量。 由于透过酶数量有限而表现出饱和效应。 氨基酸、单糖、维生素及无机盐等。 促进扩散的运输方式多见于真核微生物中，例如通常在厌氧生活的酵母菌中，某些物质的吸收和代谢产物的分泌是通过这种方式完成的。 52

主动运输 借助细胞膜上的底物特异性载体并消耗一定的能量，将溶质从低浓度的一面通过细胞膜向高浓度的一面转移的方式，是微生物吸收营养的主要方式。大多数氨基酸、糖类、离子（K+，Na+，HPO42-，HSO42-）等。 需要载体蛋白参与。 需要消耗代谢能（质子动力和钠钾泵）。 可以进行逆浓度运输的运输方式。 可以改变运输的的平衡点。 具有高度的选择性。 载体转运蛋白 单向转运蛋白 同向转运蛋白 反向转运蛋白 主动运输与促进扩散之异同处 主动运输与促进扩散类似之处：物质运输过程中都需要载体蛋白，载体蛋白通过构象变化而改变与被运输物质之间的亲和力，使两者之间发生可逆性结合与分离，从而完成相应物质的跨膜运输。 主动运输与促进扩散的区别：主动运输过程中载体蛋白的构象变化需要消耗能量，而促进扩散中载体蛋白的构象变化不需要消耗能量。 初级主动运输 初级主动运输指由电子传递系统、ATP酶或细菌嗜紫红质引起的一种质子的主动运输方式。 呼吸能、化学能和光能的消耗，引起胞内质子（离子）外排，导致原生质膜内外建立质子浓度差（或电势差），使膜处于充能状态，即形成能化膜。 如在有氧条件下，好氧型和兼氧型微生物生长时，物质在胞内氧化释放的电子，在位于胞膜上的电子传递链上传递的过程中，伴随质子外排，在膜内外建立质子浓度差。 次级主动运输 通过初级主动运输建立的能化膜在质子浓度差消失的过程，往往偶联其他物质的运输，包括： 同向运输：指某中物质与质子通过同一载体按同一方向运输。 逆向运输：指某中物质与质子通过同一载体按相反方向运输。 单向运输：指在质子浓度差消失过程中，可促使某些物质通过载体进出细胞，运输的结果通常导致胞内阳离子（如K+）积累或阴离子浓度降低。 53

基团转移 基团转位是一种特殊的主动运输，与普通的主动运输 相比，营养物质在运输的过程中发生了化学变化（糖 在运输的过程中发生了磷酸化）。其余特点与主动运 输相同。 主要运输葡萄糖、果糖、甘露糖、核苷酸、丁酸和嘌 呤等物质。 这些物质在运输过程中被磷酸化，进入细胞后，不能 再渗透到细胞外。其中的磷酸基团来源于胞内的磷酸 烯醇式丙酮酸（PEP），因此，也将基团转位称为磷酸 烯醇式丙酮酸-磷酸糖转移酶运输系统（PTS），简称 磷酸转移酶系统。

主动运输 基团转移

磷 酸 转 移 酶 系 统 磷酸烯醇式丙酮酸-磷酸糖转移酶运输系统（PTS）通常由5种蛋白质组成，包括酶Ⅰ、酶Ⅱ（有a、b、c三个亚基）和一种低相对分子质量的热稳定蛋白（HPr）。酶Ⅰ和HPr是非特异的细胞质蛋白，酶Ⅱa是可溶性细胞质蛋白，亲水性酶Ⅱb与位于细胞膜上的酶Ⅱc相结合。 在糖的运输过程中，PEP上的磷酸基团逐步通过酶Ⅰ、 HPr的磷酸化与去磷酸化作用，最终在酶Ⅱ的作用下，转移到糖，生成磷酸糖释放于细胞质中。

四种运输营养物质方式的比较 比较项目 单纯扩散 促进扩散 主动运输 基团转位 特异载体蛋白 运输速度 物质运输方向 胞内外浓度 运输分子 无 有 运输速度 慢 快 物质运输方向 由浓至稀 由稀至浓 胞内外浓度 相等 胞内浓度高 运输分子 无特异性 特异性 能量消耗 不需要 需要 运输后物质的结构 不变 改变

第二节 培养基 培养基：应科研或生产的需要，由人工配制的、适合于不同微生物生长繁殖或积累代谢产物用的营养基质（混合养料）。 特点：任何培养基都应具备微生物所需要的六大营养要素，且应比例适当。所以一旦配成必须立即灭菌。 用途：促使微生物生长；积累代谢产物；分离微生物菌种；鉴定微生物种类；微生物细胞计数；菌种保藏；制备微生物制品。

一、培养基的配制原则 选择适宜的营养物质 营养物的浓度与比例应恰当 物理化学条件适宜 培养基的的灭菌处理及无菌状态的维持

选择适宜的营养物质 即根据不同微生物的营养需要配制不同的培养基。 不同营养类型的微生物，其对营养物的需求差异很大。如自养型微生物的培养基完全可以（或应该）由简单的无机物质组成。异养微生物的培养基至少需要含有一种有机物质，但有机物的种类需适应所培养微生物的特点。 按微生物的主要类群来说，它们所需要的培养基成分也不同： 细菌： 牛肉膏蛋白胨培养基 放线菌：高氏一号培养基 霉菌：查氏合成培养基 酵母菌：麦芽汁

营养物的浓度与比例 浓度过高——微生物的生长起抑制作用 浓度过小——不能满足微生物生长的需要。 碳氮比（C/N）直接影响微生物生长与繁殖及代谢物的形成与积累，故常作为考察培养基组成时的重要指标。 .注意各种营养物质的浓度与配比 营养物的浓度：在一般情况下，浓度合适的营养物质才对微生物表现出良好作用，浓度大时对微生物生长起抑制作用，浓度小时不能满足微生物生长的需要。 各营养物质之间的浓度比：培养基中各营养物质之间的浓度比直接影响微生物的生长与繁殖和（或）代谢产物的形成与积累，尤其是碳氮比（C／N）（碳氮比一般指培养基中元素碳与元素氮的比值，有时也指培养基中还原糖与粗蛋白两种成分含量之比）的影响更为明显。例如在微生物的谷氨酸发酵中，培养基的C／ N为4：l时，菌体大量繁殖，谷氨酸积累少；当C／N为3：1时，菌体繁殖受到抑制，而谷氨酸大量增加。 一般培养基 C/N为100/0.5~2 谷氨酸发酵培养基 为100/11~21 放线菌蛋白酶培养 为100/10~20 谷氨酸生产中； C/N 为1/4时，菌体大量繁殖，谷氨酸积累少； 当C/N为1/3 时，菌体生长受抑制，而谷氨酸大量增加。 五种常用氮源中的含氮量 NH3 82% CO( HN2 )2 46% NH4NO3 35% (NH4)2CO3 29.2 (NH4)2SO4 21% 速效性氮（或碳）源与迟效性氮（或碳）源的比例 各种金属离子间的比例 61

物理化学条件适宜 1.pH值：各类微生物的最适生长pH值各不相同 细菌：7.0~7.6，放线菌：7.5~8.0，酵母菌：3.8~6.0，霉菌：4.0~5.8 在微生物的生长和代谢过程中，由于营养物质的利用和代谢产物的形成与积累，培养基的初始pH值会发生改变，为了维持培养基pH值的相对恒定，通常采用下列两种方式： 内源调节：在培养基里加一些缓冲剂或不溶性的碳酸盐，调节培养基的碳氮比。 外源调节：按实际需要不断向发酵液内加酸或碱液

2.水活度 水活度值是指在一定的温度和压力条件下，溶液的蒸气压力与同样条件下纯水蒸气压力之比，即w＝Pw／P0w。式中Pw代表溶液蒸气压力，P0w代表纯水蒸气压力。 纯水w为1.00，溶液中溶质越多，w越小。 微生物一般在w为0.60-0.99的条件下生长，w过低时，微生物生长的迟缓期延长，比生长速率和总生长量减少。 细菌生长最适w较酵母菌和霉菌高，而嗜盐微生物生长最适w则较低。

3.氧化还原电势：不同类型微生物生长对氧化还原电位（Eh）的要求不同。 好氧微生物在Eh值为+0.1V以上时，可正常生长，一般以+0.3～0.4V为宜；可通过增加通气量、加入氧化剂（或O2）进行调节。 厌氧微生物在Eh值低于+0.1V条件时可正常生长。 兼性厌氧微生物在Eh值大于+0.1V以上时进行有氧呼吸，低于+0.1V时进行无氧发酵。 对专性厌氧微生物而言，自由氧对其有毒害作用，培养基的氧化还原电位调节就十分重要。 培养厌氧微生物时，除了在配制培养基、灭菌、接种和培养等一系列操作中采用严格的厌氧技术除去氧气外，还要在培养基中加入还原剂，降低其氧化还原电位。

培养基的灭菌及无菌维持 新配制好的培养基必须立即灭菌。 高压蒸气灭菌 根据培养基的应用目的选择原料及其来源。 一般培养基：1.05 Kg/cm2, 121.3℃, 15-30 min 含糖培养基：0.56 Kg/cm2, 112.6 ℃, 15-30 min 根据培养基的应用目的选择原料及其来源。 是培养菌体还是积累代谢产物？ 是实验室种子培养还是大规模发酵？ 代谢产物是初级代谢产物还是次级代谢产物？ ☆用于培养菌体种子的培养基营养应丰富，氮源含量宜高（碳氮比低）； ☆用于大量生产代谢产物的培养基其氮源一般应比种子培养基稍低，（但若发酵产物是含氮化合物时，有时还应提高培养基的氮源含量）；若代谢产物是次级代谢产物时要考虑是否加入特殊元素或特定的代谢产物； ☆当所设计的是大规模发酵用的培养基时，应重视培养基中各成份的来源和价格，应选择来源广泛、价格低廉 的原料，提倡以粗代精，以废代好。 65

二、培养基的类型 根据营养成分的来源划分 根据物理状态划分 根据用途划分 根据微生物种类划分 天然培养基、合成培养基、半合成培养基 液体培养基、固体培养基、半固体培养基 根据用途划分 基础培养基、加富培养基（完全培养基）、鉴别培养基、选择培养基、菌种保藏培养基、分析培养基等 根据微生物种类划分 细菌培养基、放线菌培养基、酵母菌培养基、 霉菌培养基等。 66

天然培养基(complex medium) 利用化学成分还不完全清楚或不恒定的天然物质，（如肉汤、蛋白胨、麦芽汁、酵母汁、豆芽汁、玉米粉、牛奶、血清等）制成的培养基，天然培养基比较经济，除实验室外，更适宜于生产上大规模地培养微生物。 合成（组合）培养基(synthetic medium) 由化学成分完全了解的物质配制而成的培养基，组成成分精确、清楚，重复性强，但微生物生长较慢，且价格昂贵，一般适于在实验室范围内研究微生物营养需要、代谢、分类鉴定、生物测定以及菌种选育、遗传分析等方面的工作。如高氏培养基、察氏培养基等。 半合成培养基(semi-defined medium) 在合成培养基的基础上添加些天然成份，以更有效地满足微生物对营养物的需要，如马铃薯蔗糖培养基。

半固体培养基(semi-solid medium) 液体培养基(liquid medium) 液体培养基不含任何凝固剂，菌体与培养基充分接触，操作方便，常用于大规模的工业生产以及在实验室进行微生物生理代谢等基本理论的研究工作。 固体培养基(solid medium) 天然固体营养基质制成的培养基，或液体培养基中加入一定量凝固剂（琼脂1.5～2％)而呈固体状态的培养基。为微生物的生长提供营养表面。常用于微生物的分离、纯化、计数等方面的研究。可依使用目的不同而制成斜面、平板等形式。 半固体培养基(semi-solid medium) 在液体培养基中加入0.2-0.7％的琼脂构成的培养基。常用来观察细菌运动的特征，以进行菌种鉴定和噬菌体效价滴定等方面的实验工作。

凝固剂种类: 理想凝固剂应具备的条件 琼脂(agar)：石花菜中提取的高度分支的复杂多糖 明胶(gelatin)：胶原蛋白制备产物 硅胶(silica gel)：硅酸纳与盐酸聚合而成，纯无机物 理想凝固剂应具备的条件 不被微生物分解、利用、液化；不因消毒灭菌而被破坏 在微生物的生长温度内保持固态；凝固点的温度对微生物无害 透明度好，粘着力强

基础培养基 是含有一般微生物生长繁殖所需的基本营养物质的培养基； 另外基础培养基也可作为一些特殊培养基的基础成分（如制备糖发酵培养基时）。 营养培养基 在普通培养基中加入某些特殊的营养物，如血、血清、动、植物组织液或其他营养物质（或生长因子）的一类营养丰富的培养基。用来培养营养要求苛刻的微生物，或用以富集（数量上占优势）和分离某种微生物。

选择培养基： 是根据某种或某一类群微生物的特殊营养需要，或对某种化合物的敏感性不同而设计出来的一类培养基。利用这种培养基可用来将某种或某类微生物从混杂的微生物群体中分离出来. 鉴别培养基 用于鉴别不同类型微生物的培养基，在普通培养基中加入能与某种代谢产物发生反应的指示剂或化学药品，从而产生某种明显的特征性变化，以区别不同的微生物，例：伊红美兰乳糖培养基。 厌氧培养基 用于培养厌氧微生物的培养基。营养物质的Eh一般控制在-150~-420mV。环境中不能有氧。

三、常用培养基 1.细菌培养基 2.放线菌培养基 3.霉菌培养基 4.酵母菌培养基 营养肉汤： 牛肉膏 3g；水1000ml； 蛋白胨5g ；调pH 7.2~7.4 2.放线菌培养基 高氏1号 可溶性淀粉20g；KNO3 1g；K2HPO4 1g ；MgSO40.5g ； NaCl1g；FeSO4•7H2O0.5g；水 1000ml；pH 7.2~7.4 3.霉菌培养基 查氏培养基 蔗糖30g；KCl 0.5g；MgSO4•H2O 0.5g；FeSO40.5g ；水 1000ml；K2HPO41g；NaNO33g；pH6.7 4.酵母菌培养基 麦芽汁培养基