绪论

一， 什么是微生物

1. 微生物：指一切肉眼看不见或看不清的微小生物的总称。

2. 微生物的分类：见下表1（P1）

二， 人类对微生物世界的认识史

（一） 一个难以认识的微生物世界

微生物被难以认识的原因有：个体过于微小，群体外貌不显，种间杂居混生，形态与其作用的后果之间难被人认识等。

（二） 微生物学发展史：见表2（P2）

三， 微生物学的发展促进了人类的进步

医疗保健战线上的“六大战役”即外科消毒手术的建立，寻找人畜重大传染病的病原菌，免疫防治法的发明和广泛应用，磺胺等化学治疗剂的普及，抗生素的大规模生产和推广，以及近年来利用工程菌生产多肽类生化药物等。

四， 微生物的五大共性

1. 体积小，面积大

比面值：某一物体单位体积所占有的表面积。 即：比面值=表面积/体积=3/r

2. 吸收多，转化快

3. 生长旺，繁殖快。据报道全球的细菌总量约为5×10（30次方）个

4. 适应强，易变异

5. 分布广，种类多

种类多主要体现以下5个方面：

（1） 物种的多样性（2）生理代谢类型的多样性（3）代谢产物的多样性（4）遗传基因的

多样性（5）生态类型的多样性

五， 微生物学及其分科

微生物学：是一门在细胞，分子或群体水平上研究微生物的形态构造，生理代谢，遗传变异，生态分布和分类进化等生命活动基本规律，并将其应用于工业发酵，医药卫生，生物工程和环境保护等实践领域的科学，其本质是发掘，利用，改善和保护有益微生物，控制，消灭有害微生物，为人类社会进步服务。

1. 分类（6类）

（1） 按研究微生物的基本生命活动规律为目的来分，总学科称普通微生物学。

（2） 按微生物应用领域来分，总学科称应用微生物学。

（3） 按研究的微生物对象分，如细菌学，真菌学等。

（4） 按微生物所处的生态环境分，如土壤微生物，海洋微生物学等。

（5） 按学科间交叉，融合分，如化学微生物，分析微生物等。

（6） 按实验方法，技术分：如实验微生物学，微生物研究方法等。

第一章原核生物的形态、构造和功能

根据微生物的进化水平和各种性状上的明显差异可分为：原核微生物、真核微生物和非细胞微生物。

原核微生物：即广义的细菌，指一大类细胞核无核膜包裹，只存在称作核区的裸露的DNA的原始单细胞生物。包括真细菌，和古生菌两大类。

第一节 细菌

1. 细菌：是一类细胞细短（直径约0.5um，长度约0.5-5um）、结构简单、胞壁坚韧，多

以二分裂方式繁殖和水生性较强的原核生物。

2. 被誉为“生物界超级明显”的是大肠杆菌（Escherichia coli）。

一， 细胞的形态结构及其功能

（一）形态和染色

1. 细菌的形态及其简单，基本上只有球状，杆状和螺旋状三大类。

2. 球菌：球状的细菌称为球菌。根据其分裂的方向及随后互相间的连接方式可分为单球菌，双球菌，四联球菌，八叠球菌，链球菌和葡萄球菌等。

杆菌：杆状的细菌称为杆菌，其细胞外形较球菌复杂，常有短杆状，棒杆状，梭状，梭杆状等。

螺旋菌：螺旋状的细菌称螺旋菌，若螺旋不足一环则称为弧菌，满2-6环小型，坚硬的螺旋状细菌可称为螺菌，而旋转周数多（超过6环），体长而柔软的螺旋状细菌则专称为螺旋体。

3. 量度细菌大小的单位是um，E.coli作代表，它的细胞平均长度约为2um，宽度约为0.5um。

fishelsoni（费氏刺尾鱼菌），细胞长达200-500um，芬兰学者E.O.Kajander报道了最小的细菌——纳米细菌。直径为大肠杆菌的十分之一（50nm或0.05um）

4. 染色方法见表1（P11）

各种细菌经革兰氏染色法染色后，能区分成为两大类，一类最终染成紫色，称为革兰氏阳性细菌（G+）,另一类被染成红色称为革兰氏阴性细菌（G-）

（二）构造

见图2（P11）

1. 细菌细胞的一般构造

（1） 细胞壁：位于细胞最外的一层厚实，坚韧的外被，主要成分为肽聚糖，具有固定细

胞外形和保护细胞不受损伤等多种生理功能。

细胞壁主要功能：1）固定细胞外形和提高机械强度，使其免受渗透压等外力的损伤

2）为细胞的生长，分裂和鞭毛运动所必需3）阻挡大分子有害物质进入细胞4）赋予细菌特定的抗原性以及对抗生素和噬菌体的敏感性。

<1> G+细菌的细胞壁：特点是厚度大和化学组分简单，一般含90％肽聚糖和10％磷壁酸。

肽聚糖：又称粘肽，胞壁质或战质复合物，是真细菌细胞壁中特有的成分。以G +细菌金黄色葡萄球菌的肽聚糖作介绍。肽聚糖分子由肽和聚糖两部分组成，其中的肽包括四肽尾和肽桥两种。而聚糖则是由N-乙酰葡糖胺和N-乙酰胞壁酸两种单糖相互间隔连接成的长链。详见图3（P13）图4（P13）

由图4知每一个肽聚糖单体由3个部分组成：○双糖单位：由一个N-乙酰葡糖胺通过β-1，4-糖苷键与另一个N-乙酰胞壁酸相连。这一对双糖单位中的β-1，4-糖苷键很容易被一种广泛存在于卵清，人泪和鼻涕以及部分细菌和噬菌体中的溶解酶水解。○四肽尾：是由4个氨基酸分子按L型与D型交替方式连接而成。在S.aureus中，接在N-乙酰胞壁酸上的四肽尾为L-Ala→D-Glu→L-Lys→D-Ala。○肽桥在S.aureus中，肽桥为甘氨酸五肽，它起着连接前后2个四肽尾分子的桥梁作用。肽桥的变化甚多，由此形成了“肽聚糖的多样性”。

磷酸壁：是结合在G+细菌细胞壁上的一种酸性多糖，主要成分为甘油磷酸或核糖醇磷酸。磷酸壁分为两种，一类与肽聚糖分子进行共价结合的称壁磷壁酸，其含量会随培养基成分而改变；另一类是跨越肽聚糖层并与细胞膜相交联的称为膜磷壁酸或脂磷壁酸。

磷壁酸主要功能为○通过分子上的大量负电荷浓缩细胞周围的正二价镁离子，以提高细胞膜上一些合成酶的活力○贮藏元素○调节细胞内自溶素的活力，防止细胞因自溶而死亡○作为噬菌体的特异性吸附受体○赋予G+细菌特异的表面抗原，用于菌种鉴别○增强某些致病菌对宿主细胞的粘连，避免白细胞吞噬，并有抗补体的作用。

<2> G-细菌的细胞壁：特点是厚度较G+细菌薄，层次较多，成分较复杂，肽聚糖层很薄，故机械强度较G+细菌弱。以E.coli为例：

G-细菌肽聚糖单体结构和G+细菌基本相同，差别仅在于：○四肽尾的第三个氨基酸分子不是L-Lys而是内消旋二氨基庚二酸（m-DAP）所代替○没有特殊的肽桥，前后两单体间的连接仅通过甲四肽尾的第四个氨基酸（D-Ala）的羧基与乙四肽尾的第三个氨基酸（m-DAP）的氨基直接相连。

外膜：又称外壁，是G-细菌特有的结构，它位于最外层，化学成分为脂多糖，磷脂和若干种外膜蛋白。具有控制细胞的透性，提高二价镁离子浓度，决定细胞壁抗原多样性等作用。

脂多糖：是位于G-细菌细胞壁最外层的一层较厚的类脂多糖类物质，由类脂A，核心多糖和O-特异侧链3部分组成。

外膜蛋白：指嵌合在LPS和磷脂层外膜上的20余种蛋白。进入外膜的三聚体跨膜蛋白称为孔蛋白。

周质空间：在G-细菌中，其外膜与细胞膜间的狭窄胶质空间。

<3> 古生菌的细胞壁：在古生菌中除Thermoplasma（热原体属）没有细胞壁外，其余都具有与真细菌功能相似的细胞壁。其细胞壁中都不含真正的肽聚糖，而含假肽聚糖，糖蛋白或蛋白质。

古生菌：又称古细菌是一个在进化途径上很早与真细菌和真核生物相互独立的生物类群，主要包括一些独特生态类型的原核生物，如大多数嗜极菌包括极端嗜盐菌，极端嗜热菌和Thermoplasma（热原体属）等。

假肽聚糖：结构与肽聚糖类似，但其多糖骨架则由N-乙酰葡糖胺和N-乙酰塔罗糖胺糖醛酸以及β-1,3-糖苷键交替连接而成。

<4> 缺壁细菌：在自然界长期进化中和在实验室的自发突变中都会产生少数缺细胞壁的种类的细菌。详见表7（P17）

L型细菌：专指那些实验室或宿主体内通过自发突变而形成的遗传性稳定的细胞壁缺损菌株。由英国李斯特（Lister）于19xx年发现。故称L型细菌。

原生质体：指在人工条件下，用溶菌酶除尽原有细胞壁或用青霉素抑制新生细胞壁合成后，所得到的仅有一层细胞膜包裹的圆球状渗透敏感细胞。G+细菌最易形成原生质体。 球状体：又称原生质球，指还残留了部分细胞壁的原生质体。

支原体：是在长期进化过程中形成的，适应自然生活条件的无细胞壁的原核生物，因为它细胞膜中含有一般原核生物所没有的甾醇，故缺乏细胞壁，其细胞膜仍有较高的机械强度。

<5> 革兰氏染色的机制：细节为通过结晶紫液初染和碘液媒染后，在细菌的细胞膜内可形成不溶水的结晶紫与碘的复合物。G+细菌由于其细胞壁较厚，肽聚糖网层次多和交联致密，故遇脱色剂乙醇处理时，因失水而使网孔缩小，再加上它不含类脂，故乙醇的处理不会溶出缝隙，因此能把结晶紫与碘的复合物牢牢留在壁内，使其保持紫色。反之，G-细菌因其细胞壁薄，外膜层类脂含量高，肽聚糖层薄和交联度差，遇到脱色剂乙醇后，以类脂为主的外膜迅速溶解，这时薄而松散的肽聚糖网不能阻挡结晶紫与碘复合物的溶出，因此细胞退成无色。这时，再经沙黄等红色染料复染，就使G-细菌呈现红色，而使G+细菌则仍保留最初的紫色。

（2） 细胞膜：又称细胞质膜，质膜或内膜，是一层紧贴在细胞壁内侧，包围这细胞质的

柔软，脆弱，富有弹性的半透性薄膜，由磷脂和蛋白质组成。

细胞膜的主要成分是磷脂，而膜是由两层磷脂分子整齐地对称排列而成的。其中每一个磷脂分子由一个带正电荷且能溶于水的极性头（磷酸端）和一个不带电荷，不溶于水的非极性端（羟端）所构成。

在常温下，磷脂双分子层呈液态，其中嵌埋着许多具运输功能，有时分子内还存在运输通道的整合蛋白，或内嵌蛋白，而在磷脂双分子层的外表面则漂浮着许多具有酶促作用的周边蛋白或膜外蛋白。它们都可以在磷脂的表层或内层作侧向运动，以执行其相应的生理功能。 关于细胞膜的结构和功能的解释，较多学者倾向于液态镶嵌模型要点为：<1>膜的主体是脂质双分子层<2>脂质双分子层具有流动性<3>整合蛋白因其表面呈疏水性，故可溶于脂质双分子层的疏水性内层中<4>周边蛋白表面含有亲水基团，故可通过静电引力与脂质双分子层表面的极性头相连<5>脂质双分子间或脂质与蛋白质分子间无共价结合<6>脂质双分子层犹如海洋，周边蛋白在其上作“漂浮”运动，而整合蛋白则似冰山沉浸在其中作横向移动。 细胞膜具有以下生理功能：<1>能选择性地控制细胞内，外的营养物质和代谢产物的运送<2>是维持细胞内正常渗透压的结构屏障<3>是合成细胞壁和糖被有关成分的重要场所<4>膜上含有与氧化磷酸或光和磷酸化等能量代谢有关的酶系<5>是鞭毛基体的着生部位，并可提供鞭毛旋转运动所需要得能量。

间体：它是一种由细胞膜内褶而形成的囊状构造，其内充满着层状或管状的泡囊。多见于G+细菌。

古生菌的细胞膜的独特性和多样性：<1>其磷脂的亲水头仍由甘油组成，但疏水尾却由长链烃组成，一般都是异戊二烯的重复单位<2>亲水头与疏水尾间通过特殊的醚键连接而成甘油二醚或甘油四醚，而在其他的原核生物或真核生物中则是通过酯键把甘油和脂肪酸连接的。<3>古细菌的细胞膜中存在着独特的单分子层或单，双分子层混合膜<4>在甘油分子的C3位上，可连接多种与真细菌和真核生物细胞膜上不同的基团，如磷酸酯基等<5>细胞膜上含有多种独特脂类。

（3） 细胞质和内含物

细胞质：是指被细胞膜包围的除核区以外的一切半透明，胶体状，颗粒状物质的总称。含水量80％。原核生物的细胞质是不流动的。主要成分为核糖体，贮藏物，酶类，中间代谢物，质粒等，

细胞内含物：指细胞质内一些形状较大的颗粒状构造主要有：<1>贮藏物：一类由不同化学成分累积而成的不溶性颗粒。如聚-β-羟丁酸（简称：PHB可用尼罗蓝或苏丹黑染色）；异染粒（又称迂回体或捩转菌素，可用美兰或甲苯胺蓝染成红紫色）两者化学式见书P21。<2>磁小体：主要成分为Fe3O4，外有一层磷脂，蛋白质或糖蛋白膜包裹，无毒，具有导向功能。

<3>羧酶体：又称羧化体，在自养细菌的CO2固定中起着关键作用。<4>气泡

（4） 核区：又称核质体，原核拟核或核基因组。用富尔根染色法可见呈紫色。

2. 细菌细胞的特殊构造

（1） 糖被：包被于某些细菌细胞壁外地一层厚度不定的透明胶状物质。糖被按其有无固

定层次，层次厚薄又可细分为荚膜，微荚膜，粘液层和菌胶团等数种。功能有：<1>保护作用<2>贮藏养料<3>作为透性屏障和离子交换系统，以保护细菌免受重金属离子的毒害<4>表面附着作用<5>细菌间的信息识别作用<6>堆积代谢废物。应用有：<1>用于菌种鉴定<2>用作药物和生化试剂<3>用作工业原料<4>用于污水的生物处理。

（2） 鞭毛：生长在某些细菌表面的长丝状，波曲的蛋白质附属物。原核生物的鞭毛都用

共同的构造，它由基体，钩形鞘和鞭毛丝3部分组成。

现在以典型的G-细菌E.coli的鞭毛为例作一介绍（见图P23）鞭毛的基体由4个环的盘状物组成，最外层为L环，接着P环，S环，M环。把鞭毛基体与鞭毛丝连在一起的构造称钩形鞘或鞭毛钩，其上着生一条长约为15-20nm的鞭毛丝。鞭毛丝是由许多鞭毛蛋白亚基沿着中央孔道作螺旋状缠绕而成。鞭毛的生长是靠其顶部延伸而非基部延伸。G+细菌的鞭毛结构较简单，除其基体仅有的S和M两环外，其余与G-相同。

鞭毛的生理功能是运动，这是原核生物实现其趋性的最有效方式。

“栓菌”试验：即设法把单毛菌鞭毛的游离端用相应抗体牢固的栓在载玻片上，然后在光镜下观察该细胞的行为，结果发现，该菌只能在载玻片上不断打转而未作伸缩挥动，因而肯定了“旋转论”的正确性。

（3） 菌毛：又称纤毛，伞毛或须毛，是一种长在细菌体表的蛋白质类附属物，具有使菌

体附着于物体表面上的功能。

（4） 性毛：又称性菌毛，构造和成分与菌毛相同，比菌毛长，多见G-细菌雄性菌株中，

具有向雌性菌株传递遗传物质的作用，有的还是RNA噬菌体的特异性吸附受体。

（5） 芽孢和其他休眠构造

芽孢：某些细菌在其生长发育后期，在细胞内形成一个圆形或椭圆形，壁厚，含水量低，抗逆性强的休眠构造。结构图见书P26

细菌的休眠构造除芽孢外还有孢囊。

（6） 伴孢晶体：在芽孢旁形成一颗菱形，方形或不规则的碱溶性蛋白质晶体。伴孢晶体

对鳞翅目，双翅目和鞘翅目等200多种昆虫和动植物线虫有毒杀作用，因此可作生物农药。

（三） 细菌的繁殖

1. 裂殖：指一个细胞通过分裂而形成两个子细胞的过程。一般细菌均进行横分裂。包括：

二分裂，三分裂和复分裂三中类型。

2. 芽殖：指在母细胞表面先形成一个小突起，待其长大到与母细胞相仿后再相互分离并独

立生活的一种繁殖方式。

二， 细菌的群体形态

（一） 在固体培养基上（内）的群体形态：呈菌落，菌苔。

菌落：细胞生长繁殖并形成细胞堆。菌苔：菌落相互连接成片。菌落的特征为：一般呈现湿润，较光滑，较透明，较粘稠，易挑取，质地均匀以及菌落正反面或边缘与中央部位的颜色一致等。

（二） 在半固体培养基上（内的群体形态） 详见书P29

（三） 在液体培养基上（内）的群体形态：多数表现为混浊，部分表现为沉淀。一些好氧

细菌则在液面上大量生长，形成有特征性的，厚薄有差异的菌醭，菌膜或环状，小片状不连续的菌膜等。

第二节 放线菌

放线菌：是一类主要呈菌丝状生长和以孢子繁殖的陆生性较强的原核生物。放线菌几乎都呈革兰氏阳性细菌。广泛的分布在含水量较低，有机物较丰富和呈微碱性的土壤中。绝大多数属于有益菌。

一， 放线菌的形态构造

（一） 典型的放线菌——链霉菌的形态构造

链霉菌细胞呈丝状分枝，分枝会形成基内菌丝，同时其上又不断向空间方向分化为气生菌丝。大部分气生菌丝成熟会分化为孢子丝，并通过横割分裂方式，产生成串的分生孢子。详见图（P30）

（二） 其他放线菌所特有的形态结构。详见书P31-P32

二， 放线菌的繁殖

多数放线菌是以各种孢子繁殖，仅少数种类是以基内菌丝分裂形成孢子状细胞进行繁殖的。 放线菌的孢子是横割分裂，其途径有<1>细胞膜内陷，再由外向内逐渐收缩，形成完整的横割膜，把孢子丝分割成许多分生孢子<2>细胞壁和膜同时内陷，再逐步向内缩，将孢子丝裂成一串分生孢子。

三， 放线菌的群体特征

（一） 在固体培养基上

菌落干燥不透明，表面呈致密的丝绒状，上有一薄层彩色的“干粉”。

（二） 在液体培养基上（内）

常见到液面与瓶壁交界处粘着一圈菌苔，培养基澄清不混，其中悬浮着许多珠状菌丝团，一些大型菌丝团则沉在瓶底。

第三节 蓝细菌

1. 蓝细菌：旧名蓝藻或蓝绿藻，是一类进化历史悠久，革兰氏染色阴性，无鞭毛，含叶绿

素a，能进行氧化光合作用的大型原核生物。有“先锋生物”之美称。细胞形态多样，大体有5类：<1>由二分裂形成的单细胞<2>由复分裂形成的单细胞<3>有异形胞的菌丝

<4>无异形胞菌丝<5>分枝状菌丝。

2. 构造与G-细菌相似，细胞壁双层，含肽聚糖。细胞内有能固定CO2的羧酶体。细胞质周

围有复杂的光合色素层，通常以类囊体的形式出现，其中含叶绿素a和藻胆素。

3. 蓝细菌的细胞几种特化形式：<1>异形胞<2>静息孢子：一种长在细胞链中间或末端的形

大，壁厚，色深的休眠细胞<3>链丝段<4>内孢子

第四节 支原体，立克次氏体和衣原体

从支原体，立克次氏体和衣原体其寄生性逐步增强。它们是介于细菌与病毒间的一类原核生物。

一， 支原体

1. 支原体：是一类无细胞壁，介于独立生活和细胞内寄生生活间的最小型原核生物。一般

称侵染植物的支原体为类支原体。或植原体

2. 支原体特点有：<1>细胞很小<2>细胞膜含甾醇，比其他原核生物的膜更坚韧<3>因无细

胞壁，故呈G-且形态易变，对渗透压较敏感<4>菌落小<5>以二分裂和出芽等方式繁殖<6>能在含血清，酵母膏和甾醇等营养丰富的培养基上生长<7>多数能以糖类作能源，能在有氧或无氧条件下进行氧化型或发酵型产能代谢<8>基因组很小。

二， 立克次氏体

1. 立克次氏体：是一类专性寄生于真核细胞内的G-原核生物。与支原体的区别在于有细胞

壁和不能独立生活，与衣原体的区别在于细胞较大，无过滤性和存在产能代谢系统。

2. 特点：<1>细胞较大<2>有细胞壁<3>细胞形态多样<4>除少数外，均在真核细胞内营细胞

内专性寄生<5>以二分裂方式繁殖<6>存在不完整的产能代谢途径<7>对四环素和青霉素等抗生素敏感<8>对热敏感<9>一般可培养在鸡胚，敏感动物或HeLa细胞株的组织培养物上<10>基因组很小

3. 立克次氏体是人类斑疹伤寒，恙虫热和Q热等严重传染病得病原体。

三， 衣原体

1. 衣原体：是一类在真核细胞内营专性能量寄生的小型G-原核生物。

2. 特点：<1>有细胞构造<2>细胞内同时含RNA和DNA两种核酸<3>有细胞壁（但缺肽聚糖），

G-<4>有核糖体<5>缺乏产生能量的酶系，须严格细胞内寄生<6>以二分裂方式繁殖<7>对抑制细菌的抗生素和药物敏感<8>只能用鸡胚卵黄囊膜，小白鼠腹腔或HeLa细胞组织培养物等活体进行培养。

3. 具有感染力的细胞称作原体。无感染力的细胞称为始体或网状体。

4. 面前被承认的衣原体有三种即鹦鹉热，沙眼，肺炎衣原体。

第二章 真核微生物的形态，构造和功能

第一节 真核微生物概述

真核生物：是一类细胞核具有核膜，能进行有丝分裂，细胞质中存在线粒体或同时存在叶绿体等多种细胞器的生物。真菌，显微藻类和原生动物等是属于真核生物类得微生物，故称为真核微生物。其构造详见P39-40图2-1a，b

一， 真核生物与原核生物的比较 详见P40表2-1

二， 真核微生物的主要类群

真核微生物主要包括菌物界中的真菌，粘菌，假菌，植物界中的显微藻类和动物界中的原生动物。

1. 菌物界：是指与动物界，植物界相并列的一大群无叶绿素，依靠细胞表面吸收有机养料，

细胞壁一般含有几丁质的真核微生物。一般包括真菌，粘菌，假菌。

2. 真菌是最重要的真核微生物，它特点是：<1>无叶绿素<2>一般具有发达的菌丝体<3>细

胞壁多数含几丁质<4>营养方式为异养吸收型<5>以产生大量无性和有性孢子分方式进行繁殖<6>陆生性较强

三， 真核微生物的细胞构造

（一） 细胞壁

1. 真菌的细胞壁 主要成分是多糖，另有少量的蛋白质和脂类。多糖构成了细胞壁中有形

的微纤维和无定形基质的成分。低等真菌的细胞壁成分是以纤维素为主，酵母菌以葡聚糖为主，高等陆生真菌则以几丁质为主。

2. 藻类的细胞壁 其结构骨架多由纤维素组成，以微纤维的方式层状排列。

（二） 鞭毛与纤毛 形态较长，数目较少的称为鞭毛，而形态较短，数量较多者称为纤毛。

鞭毛与纤毛的构造基本相同，都由伸出细胞外的鞭杆，嵌埋在细胞质膜上的基体以及把这两者相连的过渡区共3部分组成。结构详见P43

（三） 细胞质膜 详见P44

（四） 细胞核 真核生物的细胞核由核被膜，染色质，核仁和核基质等构成。

（五） 细胞质和细胞器

细胞质：位于细胞质膜和细胞核间的透明，粘稠，不断流动并充满各种细胞器的溶胶。

1. 细胞基质和细胞骨架

细胞基质：在真核细胞中，除细胞器以外的胶状溶液。

细胞骨架：是有微管，肌动蛋白丝和中间丝3中蛋白质纤维构成的细胞支架，具有支持，运输和运动等功能。

2. 内质网和核糖体

内质网：指细胞质中一个与细胞基质相隔离，但彼此相通的囊腔和细管系统，它由脂质分子层围成。

核糖体：又称核糖蛋白，是存在于一切细胞中的无膜包裹的颗粒状细胞器，具有蛋白质合成功能。由40％蛋白质和60％RNA共价结合而成。

3. 高尔基体：又称高尔基复合体，是一种由4-8个平行堆叠的扁平膜囊和大小不等的囊泡

所组成的膜聚合体，其上无核糖体。功能是将糙面内质网合成的蛋白质进行浓缩，并与自身合成的糖类，脂类结合，形成糖蛋白，脂蛋白分泌泡，通过外排作用分泌到细胞外。

4. 溶酶体：是一种由单层膜包裹，内含多种酸性水解酶的小球形，囊泡状细胞器，主要功

能是细胞内的消化作用。

5. 微体：是一种由单层膜包裹的，与溶酶体相似的小球形细胞器，但其内所含的酶与溶酶

体不同，主要是含氧化酶和过氧化酶的微体，又称过氧化物酶体。功能是使细胞免受H2O2毒害，并能氧化分解脂肪酸。

6. 线粒体：是进行氧化磷酸化反应的重要细胞器，其功能是把蕴藏在有机物中的化学潜能

转化为生命活动所需能量，是一切真核细胞的“动力车间”。

线粒体外形呈囊状，构造十分复杂，由内外两层膜包裹，囊内充满液态的基质，内膜向基质内伸展，形成了大量有双层内膜构成的嵴。结构图见P46线粒体内膜表面上着生着许多基粒。

7. 叶绿体：一种由双层膜包裹，能转化光能为化学能的绿色颗粒状细胞器，只存在于绿色

植物的细胞中，具有进行光合作用——把CO2和H2O合成葡萄糖释放O2的功能。叶绿体是自养型真核生物的“炊事房”

叶绿体外形多为扁平的圆形或椭圆形，略呈凸透镜状。

叶绿体构造由3个部分组成，包括叶绿体膜，内囊体和基质。叶绿体膜又分为内膜，外膜和内囊膜三种。结构图详见P46

8. 液泡：存在于真菌和藻类等真核微生物细胞中的细胞器，由单位膜分隔。有维持细胞渗

透压和贮藏营养物质的功能，而且还有溶酶体的功能。

9. 膜边体：是一种位于菌丝细胞四周的质膜与细胞壁间，由单层膜包裹的细胞器。内含泡

状物或颗粒状物。可由高尔基体或内质网的特定部位形成。

10. 几丁质酶体：又称壳体。一种活跃于各种真菌菌丝体顶端细胞中的微小泡囊，内含几丁

质合成酶，功能是把其中所含的酶源源不断地输送到菌丝尖端细胞壁表面，使该处不断合成几丁质微纤维，从而保证菌丝不断向前延伸。

11. 氢化酶体：一种由单层膜包裹的球状细胞器，内含氢化酶，氧化还原酶，铁氧还蛋白和

丙酮酸。通常只存在于鞭毛基体附近。只存在于厌氧性原生动物和厌氧真菌中。

第二节 酵母菌

酵母菌：一般泛指能发酵糖类的各种单细胞真菌。有5个特点：<1>个体一般以单细胞状态存在<2>多数营出芽繁殖<3>能发酵糖类产能<4>细胞壁常含有甘露聚糖<5>常生活在含糖量较高，酸度较大的水生环境中。

一， 分布及与人类的关系 可认为它是人类的“第一种家养微生物”

二， 细胞的形态和构造 结构图见P48

（一） 细胞膜

酵母菌细胞膜由3层结构组成，主要成分是蛋白质，类脂和少量糖。细胞膜上含有丰富的维生素D的前体——麦角甾醇，经紫外线照射能转化成维生素D2，故可作为维生素D的来源。

（二） 细胞壁

主要成分是“酵母纤维素”，呈三明治状——外层为甘露聚糖，内层为葡聚糖，中间夹杂着一层蛋白质。

（三） 细胞核

酵母菌具有多孔核膜包裹起来的定形的细胞核。可用品红或姬姆萨染色法，可见核内染色体。除核外，酵母菌线粒体，2um质粒以及少数酵母菌线状质粒中，也含有DNA。线粒体DNA呈环状。2um质粒：是一个闭合环状超螺旋DNA分子，长约2um，故名。

（四） 其他构造 成熟的酵母菌细胞中有一个大形液泡，少数酵母菌中存在微体。 三， 酵母菌的繁殖方式和生活史

繁殖方式见表P49。只进行无性繁殖的酵母菌称为“假酵母”或“拟酵母”，具有有性生殖的酵母菌称为“真酵母”。

（一） 无性繁殖

1. 芽殖

一种最常见的繁殖方式。酵母菌细胞上长出芽体，芽体上可形成新的芽体，形成了呈簇状的细胞团。当它们进行一连串的芽殖后，长大的子细胞与母细胞不立即分离，其间仅以狭小的面积相连，则这种藕节状的细胞串就称为假菌丝。如果细胞相连，且其间的横隔面积与细胞直径一致，这种竹节状的细胞串称为真菌丝。

芽体又称芽孢子。

2. 裂殖 少数酵母菌如（掷孢酵母属）具有与细菌相似的二分裂繁殖方式。

3. 产生无性孢子

（二） 有性繁殖

酵母菌是以形成子囊和子囊孢子的方式进行有性繁殖，

（三） 酵母菌的生活史

生活史：又称生命周期，指上一代生物个体经一系列生长，发育阶段而产生下一代个体的全部过程。不同酵母菌生活史可分为3类。

1. 营养体既能以单倍体也能以二倍体形式存在。

代表菌：S.cerevisiae。其特点是<1>一般情况下都以营养体状态进行出芽繁殖<2>营养体既能以单倍体也能以二倍体形式存在<3>在特定的条件下才进行有性繁殖。其生活史为：<1>子囊孢子在合适的条件下发芽产生单倍体营养细胞<2>单倍体营养细胞不断地进行出芽繁殖

<3>两个性别不同的营养细胞彼此接合，在质配后发生核配，形成二倍体营养细胞<4>二倍体营养细胞不进行核分裂，而是不断进行出芽繁殖<5>在以醋酸盐为唯一或主要碳源，同时又缺乏氮源等特定条件下，二倍体营养细胞最易转变成子囊，这时细胞核才进行减数分裂<6>子囊经自然或人为破壁后，可释放出其中的子囊孢子。

2. 营养体只能以单倍体形式存在

代表：八孢裂殖酵母。特点：<1>营养细胞为单倍体<2>无性繁殖为裂殖<3>二倍体细胞不能独立生活。

生活史分5阶段：<1>单倍体营养细胞借裂殖方式进行无性繁殖<2>两个营养细胞接触后形成结合管，发生质配后即行核配<3>二倍体的核分裂3次，第一次为减数分裂<4>形成8个单倍体的子囊孢子<5>子囊破裂，释放子囊孢子

3. 营养体只能以二倍体形式存在

代表：路德类酵母。特点：<1>营养体为二倍体，不断进行芽殖，此阶段最长<2>单倍体的子囊孢子在子囊内发生接合<3>单倍体阶段仅以子囊孢子的形式存在，不能进行独立生活。

生活史：<1>单倍体子囊孢子在子囊内成对接合，并发生质配和核配<2>接合后的二倍体细胞萌发，穿破子囊壁<3>二倍体的营养细胞可独立生活，通过芽殖方式进行无性繁殖<4>在二倍体营养细胞内的核发生减数分裂。

四， 酵母菌菌落

固体培养基上与细菌菌落相仿，一般呈较湿润，较透明，表面较光滑，容易挑起，菌落质地均匀，正面与反面以及边缘与中央部位的颜色较一致。详见P52

第三节 丝状真菌——霉菌

霉菌：是丝状真菌的一个俗称，指那些菌丝体较发达又不产生大型肉质子实体结构的真菌。 一， 分布以及与人类的关系

<1>工业上，柠檬酸，葡萄糖酸，L-乳酸的发酵生产<2>食品制造上，如酱油和干酪<3>在基础理论研究方面，是良好的实验材料<4>可引起工农业产品霉变<5>是植物最主要的病原菌

<6>引起动物和人体传染病

二， 细胞形态和构造

（一） 菌丝及其延伸过程 霉菌营养体的基本单位是菌丝

（二） 菌丝体及其各种分化形式

菌丝体：许多菌丝相互交织而成的一个菌丝集团。菌丝体分两类：密布在固体营养基质内部，主要执行吸取营养物功能的菌丝体称为营养菌丝体。而伸展到空间的菌丝体称为气生菌丝体。

1. 营养菌丝体的特化形态

（1）假根（2）匍匐菌丝（3）吸器：可侵入细胞内形成指状，球状或丝状结构，用以吸取宿主细胞内养料而不使其致死。（4）附着胞（5）附着枝（6）菌核：是一种形态，大小不一的休眠菌丝组织（7）菌索（8）菌环和菌网

2. 气生菌丝的特化形态

气生菌丝主要特化成各种形态的子实体。

（1） 结构简单的子实体 无性孢子如青霉菌的分生孢子头，Mucor的孢子囊。有性孢子

的简单子实体如担子菌的担子

（2） 结构复杂的子实体 无性孢子有分生孢子器，分生孢子座和分生孢子盘等。能产生

有性孢子的，结构复杂的子实体，称为子囊果。子囊果有3类：<1>闭囊壳<2>子囊壳<3>子囊盘

3.菌丝体在液体培养基的特化形态 真菌在液体培养基中进行通气搅拌或振荡培养时，往往会产生菌丝球。

三， 真菌的孢子

特点是：小，轻，干，多以及形态色泽各异，休眠期长和有较强的抗逆性。

四 霉菌的菌落

菌落形态较大，质地疏松，外观干燥，不透明，呈现或松或紧的蜘蛛网，绒毛状，棉絮状或毡状；菌落与培养基间的连接紧密，不易挑取，正面与反面的颜色，构造，以及边缘与中心的颜色，构造常不一致。

第四节 产大型子实体的真菌——蕈菌

蕈菌：又称伞菌，通常指那些能形成大型肉质子实体的真菌，包括大多数担子菌类和极少数的子囊菌类。如木耳，银耳，香菇等食用菌。

蕈菌发育过程中，菌丝分化分为5个阶段：<1>形成一级菌丝<2>形成二级菌丝<3>形成三级菌丝<4>形成子实体<5>产生担孢子

锁状联合：形成喙状突起而连合两个细胞的方式不断使双核细胞分裂，从而使菌丝尖端不断向前延伸。

蕈菌的最大特征是形成形状，大小，颜色各异的大型肉质子实体。

第三章 病毒和亚病毒

第一节 病毒

病毒：是一类由核酸和蛋白质等少数几种成分组成的超显微“非细胞生物”，其本质是一种只含DNA或RNA的遗传因子，它们能以感染态和非感染态两种状态存在。其特点有<1>形体极其微小，一般都能通过细菌滤器<2>没有细胞构造，其主要成分仅为蛋白质和核酸两种，故又称“分子生物”<3>每一种病毒只含有一种核酸<4>既无产能酶系，也无蛋白质和核酸合成酶系，只能利用宿主细胞内现成代谢系统合成自身的核酸和蛋白质组分<5>以核酸和蛋白质等元件的装配实现其大量繁殖<6>在离体条件下，能以无生命的生物大分子状态存在，并可长期保持其侵染活力<7>对一般抗生素不敏感，但对于干扰素敏感<8>有些病毒的核酸还能整合道宿主的基因组中，并诱发潜伏性感染。

一， 病毒的形态构造和化学成分

（一） 病毒的形态

1. 典型病毒粒的构造

病毒粒：有时也称病毒颗粒或病毒粒子，专指成熟，结构完整的和有感染性的单个病毒。病毒粒的基本成分是核酸和蛋白质，核酸位于它的中心，称为核心或基因组。蛋白质包围在核心周围，形成了衣壳，衣壳是病毒粒的主要支架结构和抗原成分，由许多在电镜下可辨别的形态学亚单位——衣壳粒构成。核心和衣壳合称核衣壳，其核衣壳外还被一层含蛋白质或糖蛋白的类脂双层膜覆盖着，这层膜称为包膜，有的包膜上还长有突刺等附属物。

2. 病毒粒的对称体制

病毒粒的对称体制只有两种，即螺旋对称和二十面体对称。另一些结构较复杂的病毒，实质上是上述两种对称相结合的结果，故称作复合对称。

3. 病毒的群体形态

病毒粒无法用光镜观察，但是其群体可见，如：植物细胞中的病毒包涵体，噬菌体形成的噬菌斑，动物病毒形成的空斑，植物病毒在植物叶片上形成的枯斑等。

（二） 3类典型形态的病毒及其代表

1. 螺旋对称的代表——烟草花叶病毒

简称：TMV,外形直杆状，长300nm，宽15nm，中空，由95％衣壳蛋白和5％单链RNA（ssRNA）组成。衣壳含2130个皮鞋状的蛋白亚基即衣壳粒。亚基以逆时针方向作螺旋状排列，共130圈。

2. 二十面体对称的代表——腺病毒

腺病毒：是一类动物病毒，首次从手术切除的小儿扁桃体中分离到，主要侵染呼吸道，眼结膜和淋巴组织。外形呈球状，实质却是一典型的二十面体。衣壳由252个衣壳粒组成，包括称作五邻体的衣壳粒12个，以及称作六邻体的衣壳粒240个。每个五邻体上突出一根末端带有顶球的蛋白纤维，称为刺突。核心是由36500bp的线状双链DNA（dsDNA）构成。

3. 复合对称的代表——T偶数噬菌体

E.coli的T偶数噬菌体共有3种，即T2，T4，T6。T4有头部，颈部和尾部3部分构成。由于头部呈二十面体对称，尾部呈螺旋对称，故是一种复合对称结构。衣壳由8种蛋白质组成。头部内藏dsDNA构成的核心。颈部为一六角形的盘状构造，用以裹住吸附前得尾丝。尾部由尾鞘，尾管，基板，刺突和尾丝5部分组成。

（三） 病毒的核酸

病毒的核酸种类很多，主要有以下几个指标<1>是DNA还是RNA<2>是单链还是双链<3>呈线状还是环状<4>是闭环还是缺口环<5>基因组是单分子，双分子，三分子还是多分子<6>核酸

的碱基或碱基对数，以及核苷酸序列等。总得来说，动物病毒以线状的dsDNA和ssRNA居多，植物病毒以ssRNA为主，噬菌体以线状dsDNA居多。

（四）病毒的大小 多数在100nm上下。

二， 4类病毒及其繁殖方式

（一） 原核生物的病毒——噬菌体

噬菌体：即原核生物的病毒，包括噬细菌体，噬放线菌体和噬蓝藻菌体等。

噬菌体种类很多，主要有种主要形态，即<1>A型，dsDNA，蝌蚪状，收缩性尾<2>B型，dsDNA，蝌蚪状，非收缩性长尾<3>C型，dsDNA，非收缩性短尾<4>D型，ssDNA，球状，无尾，大顶衣壳粒<5>E型，ssRNA，球状，无尾，小顶衣壳粒<6>F型，ssDNA，丝状，无头尾

1. 噬菌体的繁殖

噬菌体的繁殖一般为5个阶段即吸附，侵入，增殖，成熟和裂解。短时间内能连续完成以上5个阶段称为烈性噬菌体，反之，是温和噬菌体。烈性噬菌体所经历的繁殖过程，称为裂解性周期或增殖性周期。

增殖过程包括核酸复制和蛋白质的生物合成。

裂解量：平均每一宿主细胞裂解后产生的子代噬菌体数。

2. 噬菌体效价测定

效价：表示每毫升式样中所含有的具侵染性的噬菌体粒子数，又称噬菌斑形成单位数或感染中心数，较常用的测定效价的方法为双层平板法。

3. 一步生长曲线

定量描述烈性噬菌体生长规律的实验曲线，称作一步生长曲线或一级生长曲线。反映每种噬菌体的3个最重要的特征参数——潜伏期，裂解期和裂解量。

（1） 潜伏期 指噬菌体的核酸侵入宿主细胞后至第一个成熟噬菌体粒子装配前得一段时

间。分为两段：<1>隐晦期<2>胞内累积期

（2） 裂解期 紧接在潜伏期后的宿主细胞迅速裂解，溶液中噬菌体粒子急剧增多的一段时

间。

（3） 平稳期 指感染后的宿主细胞已经全部溶解，溶液中噬菌体效价达到最高点时期。

4. 溶源性：温和噬菌体侵入并不引起宿主细胞裂解，称溶源性或溶源现象。

温和噬菌体存在的形式有3种：<1>游离态<2>整合态<3>营养态

温和噬菌体代表：E.coli的入，Mu-1，P1，P2等，其中入噬菌体是迄今研究最清楚的一种温和噬菌体。

（二） 植物病毒

植物病毒大多为ssRNA病毒，基本形态为杆状，丝状和球状，一般无包膜。其症状为<1>因叶绿体被破坏或不能合成叶绿素，而使叶片发生花叶，黄化或红化症状<2>植株发生矮化，丛枝或畸形<3>形成枯斑或坏死。

（三） 人类和脊椎动物病毒

“世纪瘟疫”或“黄色妖魔”的获得性免疫缺陷综合症即艾滋病，由人类免疫缺陷病毒（HIV）引起，其结构见P75

（四） 昆虫病毒

多数昆虫病毒可在宿主细胞内形成光镜下呈多角形的包涵体，称为多角体。

昆虫病毒的种类主要有3种（1）核型多角体病毒（NPV），如棉铃虫，粘虫和桑毛虫。（2）质型多角体病毒（CPV）：一类在昆虫细胞质内增殖的，可形成蛋白质包涵体的球状病毒，如家蚕，马尾松松毛虫，茶毛虫，棉铃虫，舞毒蛾，小地老鼠和黄地老鼠等昆虫。（3）颗粒体病毒（GV）：一类具有蛋白质包涵体，而每个包涵体内通常仅含一个病毒粒的昆虫病毒。

第二节 亚病毒

凡在核酸和蛋白质两种成分中，只含其中之一的分子病原体，称为亚病毒。

一， 类病毒

类病毒：是一类只含RNA一种成分，专性寄生在活细胞内的分子病原体。面前只在植物体中发现，其所含核酸为裸露的环状ssRNA，在马铃薯纺锤形块茎病中发现。典型的类病毒是PSTD类病毒（PSTV）。

二， 拟病毒

拟病毒：又称类病毒，壳内病毒或病毒卫星，是指一类包裹在真病毒粒中的有缺陷的类病毒。被拟病毒寄生的真病毒又称辅助病毒。拟病毒首次在绒毛烟的斑驳病毒中分离到。

拟病毒有：苜蓿暂时性条斑病毒（LTSV），莨菪斑驳病毒（SNMV）和地下三叶草斑驳病毒（SCMoV）

三， 朊病毒

阮病毒：又称“普利昂”或蛋白侵染子，是一类不含核酸的传染性蛋白质分子，因能引起宿主体内现成的同类蛋白质分子发生与其相似的构象变化，从而可使宿主致病。在羊瘙痒病中发现。由阮病毒引起的有：羊瘙痒病，海绵状脑病（疯牛病）等。它与真病毒的区别是：<1>呈淀粉样颗粒<2>无免疫原性<3>无核酸成分<4>由宿主细胞内的基因编码<5>抗逆性强，能耐杀菌剂和高温

第三节 病毒与实践

病毒在基因工程中的应用

载体：在基因工程操作中，把外源目的基因导入受体细胞并使之表达的中介体。除原核生物的质粒外，病毒式最好的载体。

（一）噬菌体作为原核生物基因工程的载体

优点有：<1>遗传背景清楚<2>载有外源基因，仍可与宿主的染色体整合并同步复制<3>宿主范围狭窄，使用安全<4>由于其两端各具12个核苷酸组成的粘性末端，故可组成科斯质粒<5>感染率极高。

（二）动物DNA病毒作为动物基因工程的载体 主要为SV40即猴病毒40

（三）植物DNA病毒作为植物基因工程的载体 主要有花椰菜花叶病毒（CaMV）

（四）昆虫DNA病毒作为真核生物基因工程的载体 杆状病毒在昆虫中有广泛的宿主，包括鳞翅目，膜翅目等它们最为外源基因载体的有点有：<1>具有在宿主细胞核内复制的cccDNA<2>不侵染脊椎动物，对人畜十分安全<3>核型多角体蛋白基因是病毒的非必要基因区<4>可作为重组病毒的选择性标志<5>对外源基因有很大容量<6>有强启动子作病毒的晚期启动子。

第四章 微生物的营养和培养基

营养：是指生物体从外部环境中摄取对其生命活动必需的能量和物质，以满足正常生长和繁殖需要的一种最基本的生理功能。

营养物：则指具有营养功能的物质，在微生物学中，它还包括非常规物质形式的光辐射能在内。

第一节 微生物的6类营养要素

一， 碳源

碳源：一切能满足微生物生长繁殖所需碳元素的营养物。

碳源谱详见P83

异养微生物：必需利用有机碳源的微生物。自养微生物：以无机碳源作主要碳源的微生物。

双功能营养物：对一切异养微生物来说，其碳源同时又兼作能源的，这种碳源称双功能营养物。糖蜜：原是制糖工业中一种当作废液处理的副产品，内含丰富的糖类，氨基酸，有机酸，维生素，无机盐和色素等。

二， 氮源

氮源：凡能提供微生物生长繁殖所需氮元素的营养源。

氮源谱：把微生物作为一个整体观察，它们能利用的氮源范围。其谱详见P84

异养微生物对氮源的利用顺序是：N.C.H.O或N.C.H.O.X优于N.H优于N.O优于N类。

氨基酸自养型生物：一部分微生物是不需要利用氨基酸作为氮源，它们能把尿素，铵盐，硝酸盐甚至氮气等简单氮源自行合成所需要的一切氨基酸。

氨基酸异养型生物：需要从外界吸收现成的氨基酸作为氮源的微生物。

三， 能源

能源：能为微生物什么活动提供最初能量来源的营养物或辐射能。

微生物的能量谱为：见P85表

化能自养微生物的能源，都是一些还原态的无机物质，例如：NH4+,NO2-,S,H2S,H2和Fe2+等。代表微生物有：亚硝酸细菌，硝酸细菌，硫化细菌，硫细菌，氢细菌和铁细菌等。 四， 生长因子

生长因子：是一类调节微生物正常代谢所必需，但不能用简单的碳，氮源自行合成的有机物。 微生物对生长因子的需要与否，把它们分成3中类型。即（1）生长因子自养型微生物，即不需要从外界吸收任何生长因子，如多数的真菌，放线菌和不少细菌。如大肠杆菌（2）生长因子异养型微生物，如乳酸菌，动物致病菌，支原体和原生动物等。（3）生长因子过量合成的微生物。

作为生长因子的常用种类：酵母膏，玉米浆，肝浸液，麦芽汁或其它新鲜动植物的汁液等。 五， 无机盐

凡生长所需浓度在10（-3）—10（-4）mol/L范围内的元素，可称为大量元素。如P,S,K,Mg,Na等。凡所需浓度在10（-6）—10（-8）mol/L范围的元素，则称微量元素。如Cu，Zn，Mn，Mo，Co和Ni，Sn,Se等。

无机盐营养功能，详见表P86

六， 水 详见P86

第二节 微生物的营养类型

营养类型：是指根据微生物生长所需要的主要营养要素即能源和碳源的不同，而划分的微生物类型。详见表P87

第三节 营养物质进入细胞的方式

除原生动物外，其它各大类有细胞的微生物都是通过细胞膜的渗透和选择吸收作用从外界吸收营养物的。细胞膜运送营养物质有4种方式，即单纯扩散，促进扩散，主动运送和基因移位。

一， 单纯扩散

单纯扩散：又称被动运送，指疏水性双分子层细胞膜在无载体蛋白参与下，单纯依靠物理扩散方式让许多小分子，非电离分子尤其是亲水性分子被动通过的一种物质运送方式。主要有：O2，CO2乙醇和氨基酸分子。

二，促进扩散

促进扩散：指溶质在运送过程中，必须借助在于细胞膜上的底物特异载体蛋白的协助下，但不消耗能量的一类扩散性运送方式。载体蛋白有时称渗透酶，移位酶或移位蛋白。 三，主动运送

主动运送：指一类须提供能量通过细胞膜上特异性载体蛋白构象的变化，而使膜外环境中低

浓度的溶质运入膜内的一种运送方式。

四，基因移位

基因移位： 指一类既需特异性载体蛋白的参与，又需耗能的一种物质运送方式，其特点是溶质在运送前后还会发生分子结构变化。基因移位主要用于运送各类糖类，核苷酸，丁酸和腺嘌呤等物质。

其运送机制在E.coli中研究较为清楚，主要靠磷酸转移酶系统，具体运送分两步进行：（1）热稳载体蛋白的激活：细胞内高能化合物——磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）的磷酸基团通过酶I的作用而把HPr激活。见公式：P89。（2）糖经磷酸化而运入细胞膜内

第四节 培养基

培养基：是指由人工配制的，适合微生物生长繁殖或产生代谢产物用的混合营养料。 一， 选用和设计培养基的原则和方法

（一）4个原则

1. 目的明确2. 营养协调如：碳氮比

3. 理化适宜

（1）PH 细菌为7.0-8.0，放线菌为7.5-8.5，酵母菌为3.8-6.0，霉菌为4.0-5.8，藻类为6.0-7.0 由于微生物的生长，代谢过程中会产生引起培养基PH变化的代谢产物，要考虑培养基成分对PH的调节能力，这种通过培养基内在成分所起的调节作用可称为PH的内源调节，主要有两种：<1>借磷酸缓冲液进行调节如，调节K2HPO4和KH2PO4两者浓度比即可获得PH6.0-7.6间一系列稳定的PH。反应原理见P93<2>以CaCO3作制备碱进行调节

（2）渗透压和水活度

渗透压：是某水溶液中一个可用压力来度量的物化指标，它表示两种不同浓度的溶液间若被一个半透膜隔开时，稀溶液中的水分子会因水势的推动而透过隔膜流向浓溶液，直至两边水分子的进出达到平衡为止。

水活度：即aw，表示在天然或人为环境中，微生物可实际利用的自由水或游离水的含量。其定量涵义为：在同温同压下，某溶液的蒸汽压（P）与纯水蒸汽压（P0）之比。因此水活度也等于该溶液的百分相对湿度值（ERH），各种微生物生长繁殖范围的水活度在0.998-0.60之间。

（3）氧化还原势：又称氧化还原电位是量度某氧化还原系统中还原剂释放电子或氧化剂接受电子趋势的一种指标。一般以Eh表示，单位是V或mV。一般好氧菌生长的Eh是+0.3—+0.4。

（4）经济节约 原则有8条即以粗代精；以废代好；以简代繁；以氮代朊；以纤代糖；以烃代粮；以国代进。

（二） 4种方法

1.生态模拟 2.参阅文献 3.精心设计 4.试验比较

二， 培养基的种类

（一） 按対培养基成分的了解作分类

1. 天然培养基 指一类利用动植物或微生物包括用其提取物制成的培养基，这是一类营养

成分及复杂又丰富，难以确切化学组成的培养基。如：牛肉膏蛋白胨培养基，麦芽汁培养基等。优点是：营养丰富，种类多样，配制方便，价格低廉。缺点是：成分不清楚，不稳定。

2. 组合培养基 又称合成培养基或综合培养基，是一类按微生物的营养要求精确设计后用

多种高纯化学试剂配制成的培养基。如：葡萄糖铵盐培养基，淀粉硝酸盐培养基，蔗糖硝酸盐培养基。优点是：成分精确，重演性高，缺点是价格较贵，配制麻烦，且微生物生长比较一般。

3. 半组合培养基 又称半合成培养基，指一类主要以化学试剂配制，同时还加有某种或某

些天然成分的培养基。如：马铃薯蔗糖培养基。

（二） 按培养基外观的物理状态作分类

1. 液体培养基2.固体培养基（1）固化培养基，由液体培养基中加入适量凝固剂而成。（2）

非可逆性固化培养基，指一类一旦凝固后不能再重新融化的固化培养基。（3）天然固态培养基（4）滤膜3.半固体培养基4.脱水培养基

（三） 按培养基对微生物的功能作分类

1. 选择性培养基，一类根据某些微生物特殊营养要求或对某化学，物理因素的抗性而设计

的培养基。常用的四种选择性培养基：酵母菌富集培养基；Ashby无氮培养基（富集好氧性自生固氮菌用）；Martin培养基（富集土壤真菌用）；含糖酵母膏培养基（在厌氧条件下富集乳酸菌用）

2. 鉴别性培养基，一类在充分中加有能与目的菌的无色代谢产物发生显色反应的指示剂，

从而达到只须用肉眼辨别颜色就能方便地从近似菌落中找出目的菌菌落的培养基。最常用的培养基是伊红美兰乳糖培养基即EMB培养基。

第五章 微生物的新陈代谢

新陈代谢：是推动生物一切生命活动的动力源，通常泛指发生在活细胞中的各种分解代谢和合成代谢的总和。分解代谢又称异化作用，是指复杂的有机分子通过分解代谢酶的催化产生简单分子，能量和还原力的作用。合成代谢又称同化作用，它与分解代谢正好相反，是指在合成酶系的催化下，由简单小分子，ATP形式的能量和【H】形式的还原力一起，共同合成复杂的生物大分子的过程。

第一节 微生物的能量代谢

研究能量代谢的根本目的，是要追踪生物体如何把外界环境中许多形式的最初能源转换成对一切生命活动都能利用的通用能源——ATP的。

一， 化能异养微生物的生化氧化和产能

生物氧化：就是发生在活细胞内的一系列产能性氧化反应的总称。生物氧化的形式包括某物质与氧结合，脱氢和失去电子3种，生物氧化的过程可分脱氢（或电子），递氢（或电子）3个阶段；生物氧化的功能有产能（ATP），产还原力【H】和产小分子中间代谢物3种；而生物氧化的类型则包括了呼吸，无氧呼吸和发酵3种。

（一） 底物脱氢的4条途径（以葡萄糖作为生物氧化的典型底物）

1. EMP途径：又称糖酵解途径或己糖二磷酸途径。可概括为两个阶段（耗能和产能），3

种产物和10个反应。简图见P103

EMP途径的总反应式为：C6H12O6+2NAD﹢+2ADP+2Pi——→2CH3COCOOH+2NADH+2H++2ATP+2H2O,其中产物2NADH+H+在有氧条件下可经呼吸链的氧化磷酸化反应产生6ATP，在无氧条件下，则可把丙酮酸还原成乳酸，或把丙酮酸的脱羧产物——乙醛还原成乙醇。

EMP重要的生理功能：（1）供应ATP形式的能量和NADH2形式的还原力（2）是连接其他几个重要代谢途径的桥梁，包括三羧酸循环（TCA），HMP途径和ED途径（3）为生物合成提供多种中间代谢（4）通过逆向反应可进行多糖合成

2. HMP途径：又称己糖一酸途径，己糖一磷酸支路，戊糖磷酸途径，磷酸葡萄糖酸途径

或WD途径。特点是：葡萄糖不经过EMP途径和TCA循环而得到彻底氧化，产生大量的NADPH+H+形式的还原力以及多种重要的中间代谢产物。

HMP途径的总反应式：6葡糖—6—磷酸+12NADP++6H2O——→5葡糖—6—磷酸

+12NADPH+12H++6CO2+Pi见图P104

HMP途径在微生物生命中的重大意义：（1）提供合成原料（2）产还原力（3）作为固定CO2的中介（4）扩大碳源利用范围（5）连接EMP途径

3. ED途径：又称2—酮—3—脱氧—6—磷酸葡糖酸（KDPC）途径见图P105。特点：葡萄

糖只经过4步反应即可快速获得由EMP途径须经10步反应才能形成的丙酮酸。

ED途径总反应式：C6H12O6+ADP+Pi+NADP++NAD+——→2CH3COCOOH+ATP+NADPH+H++NADH+H+详见P105

ED 途径特点：（1）具有一特征性反应——KDPG裂解为丙酮酸和3—磷酸甘油醛（2）存在一特征性酶——KDPG醛缩酶（3）其终产物2分子丙酮酸的来历不同其一由KDPG直接裂解形成，另一则由3—磷酸甘油醛经EMP途径转化而来（4）产能效率低

4. TCA循环：即三羧酸循环，又称Krebe循环或柠檬酸循环。是指由丙酮酸经过一系列循

环式反应而彻底氧化，脱羧形成CO2，H2O和NADH2的过程。

TCA循环总反应式：（1）丙酮酸+4NAD++FAD+GDP+Pi+3H2O——→3CO2+4(NADH+H+)+FADH2+GTP。

若认为TCA循环起始于乙酰—CoA则总反应为：（2）乙酰—CoA+3NAD++FAD+GDP+Pi+2H2O——→2CO2+3(NADH+H+)+FADH2+CoA+GTP

TCA特点：（1）氧虽不直接参与反应，但必须在有氧条件下运转（2）每分子丙酮酸可产4个NADH+H+,一个FADH2和1个GTP，总共相当于15个ATP，因此产能效率极高（3）TCA位于一切分解代谢和合成代谢中的枢纽地位。

（二） 递氢和受氢

根据递氢特点尤其是受氢体性质的不同，可把生物氧化区分为呼吸，无氧呼吸和发酵3中类型。

1. 呼吸：又称好氧呼吸，特点是底物按常规方式脱氢后，脱下的氢经完整的呼吸链又称电

子传递链传递，最终被外源分子氧接受，产生了水并释放出ATP形式的能量。

呼吸链：是指位于原核生物细胞膜上或真核生物线粒体膜上的，由一系列氧化还原势呈梯度差的，链状排列的氢传递体，其功能是把氢或电子从低氧还原势的化合物处逐级传递道高氧化还原势的分子氧或其他无机，有机氧化物，并使它们还原。

氧化磷酸化：又称电子传递链磷酸化，是指呼吸链的递氢（或电子）和受氢过程与磷酸化反应相偶联并产生AYTP的作用。

2. 无氧呼吸：又称厌氧呼吸，指一类呼吸链末端的氢受体为外源无机氧化物的生物氧化。

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或有机物受氢，并完成氧化磷酸化产能反应。

根据呼吸链末端氢受体的不同，可把无氧呼吸分为以下几种：（1）硝酸盐呼气：又称反硝化作用。分两种，其一是在有氧或无氧条件下所进行的利用硝酸盐作为氮源营养物，称为同化性硝酸盐还原作用，另一是在无氧条件下，某些兼性厌氧微生物利用硝酸盐作为呼吸链的最终氢受体，把它还原成亚硝酸，NO，N2O直至N2的过程，称为异化性硝酸盐还原作用，又称硝酸盐呼吸或硝化作用。（2）硫酸盐呼吸：是一类称作硫酸盐还原细菌的严格厌氧菌在无氧条件下获取能量的方式。特点是：底物脱氢后，经呼吸链递氢，最终由末端氢受体硫酸盐受氢，在递氢过程中与氧化磷酸化作用相偶联而获得ATP。（3）硫呼吸（4）铁呼吸（5）碳酸盐呼吸（6）延胡索酸呼吸

3. 发酵：有两个涵义，一，泛指任何利用好氧性或厌氧微生物来产生有用代谢产物或食品，

饮料的一类生产方式。狭义的指，在无氧等外源氢受体的条件下，底物脱氢后所产生的还原力H未经呼吸链传递而直接交某一内源性中间代谢物接受，以实现底物水平磷酸化产能的一类生物氧化反应。

（1） 由EMP途径中丙酮酸出发的发酵 见图P114（2）通过HMP途径的发酵——异型

乳酸发：凡葡萄糖经发酵后除主要产生乳酸外，还产生乙醇，已算和CO2等多种产物的发酵。可细分两条发酵途径：<1>异型乳酸发酵的“经典”途径：以L.mesenteroides为代表，它在利用葡萄糖时，发酵产物为乳酸，乙醇和CO2，并产生1H2O和1ATP；利用核糖时的产物为乳酸，乙酸，2H2O和2ATP；利用果糖时则为乳酸，乙酸，CO2和甘露醇<2>异型乳酸发酵的双歧杆菌途径：特点是2分子葡萄糖可产生3分子乙酸，2分子乳酸和5分子ATP（3）通过ED途径进行的发酵（4）由氨基酸发酵产能——Stickland反应（5）佛教中的产能反应 二， 自养微生物产ATP和产还原力

自养微生物按其最初能源的不同，可分为两大类：一类是能对无机物进行氧化而获得能量的微生物，称作化能无机自养型微生物，另一类是能利用日光辐射能的微生物，称作光能自养型微生物。两种根本的区别在于，前者生物合成的起点是建立在对氧化程度极高的CO2进行还原的基础上，而后者的起点则建立在对氧化还原水平适中的有机碳源直接利用的基础上。

（一） 化能自养型微生物

化能自养型微生物还原CO2所需要的ATP和H是通过氧化无机底物，例如NH4+，NO2-，H2S，H2，Fe2+等获得。一般是好氧菌。

与异养微生物相比，化能自养微生物的能量代谢主要右臂3个特点：<1>无机底物的氧化直接与呼吸链发生联系<2>呼吸链的组分更为多样化，氢或电子可以从任一组分直接进入呼吸链<3>产能效率即P/O比一般要低于化能异养微生物。

化能自养型微生物中硝化细菌为例子加以说明

硝化细菌：从生理类型看，可分为两类，其一称亚硝化细菌或氨氧化细菌，可把NH3氧化成NO2-；另一类则称硝化细菌或亚硝酸氧化细菌，可把NO2-氧化为NO3-。反应式为：<1>

氨单加氧酶

NH3+O2+2H++2e+ —————→ NH2OH+H2O

（在细胞膜上）

<2>

NH2OH+H2O —————→ HNO2+4H++4e-

（在周质上）

<3>

亚硝酸氧化酶

NO2-+H2O —————→ NO3-+2H++2e-

（在细胞膜上）

（二） 光能营养微生物

1. 循环光合磷酸化 一种存在于光合细菌中的原始光合作用机制，因可在光能驱动下通

过电子的循环式传递而完成磷酸化产能反应。特点是：（1）电子传递途径属循环方式（2）产能与产还原力分别进行（3）还原力来自H2S等无机氢供体（4）不产生氧

2. 非循环光合磷酸化 这是各种绿色植物，藻类和蓝细菌所共有的利用光能产生ATP

的磷酸化反应。特点是：（1）电子的传递途径属非循环式的（2）在有氧条件下进行（3）有PS I和PS II个光合系统，PS I含叶绿素a，有利于红光吸收，PS II含叶绿素b，利用蓝光吸收。（4）反应中可同时产ATP，还原力H（5）还原力NADPH2中的H来自H2O分子光解产物H+和电子。 羟胺氧还酶

3. 嗜盐菌紫膜的光介导ATP合成

嗜盐菌在无氧条件下，利用光能所造成的紫膜蛋白上视黄醛辅基构象的变化，可使质子不断驱至膜外，从而在膜两侧建立一个质子动势，再由它来推动ATP酶合成ATP，此即为光介导ATP合成。

第二节 分解代谢和合成代谢的联系

一， 两用代谢途径

凡在分解代谢和合成代谢中均具有功能的代谢途径，称为两用代谢途径。EMP，HMP和TCA循环都是重要的两用代谢途径。如：葡萄糖通过EMP途径可分解为2个丙酮酸，反之2个丙酮酸也可通过EMP途径的逆转而合成1个葡萄糖，此即葡糖异生作用。

三， 代谢物回补顺序 又称代谢物补偿途径或添补途径，是指能补充两用代谢途径中因

合成代谢而消耗的中间代谢物的那些反应。

乙醛酸循环为例，又称乙醛酸支路，它是TCA循环的一条回补途径，可使TCA循环不仅具有高效产能功能，而且兼有可为许多重要生物合成反应提供有关中间代谢物的功能。

第三节 微生物独特合成代谢途径举例

一， 自养微生物的CO2固定

在微生物中CO2固定途径有四条：

（一） Calvin循环：又称Calvin-Benson循环，Calvin-Bassham循环，核酮糖二磷酸途径或

还原性戊糖磷酸循环。此循环是光能自养型生物固CO2的主要途径。核酮糖二磷酸羧化酶和磷酸核酮糖液激酶是本途径的两种特有的酶。本循环可分为3个阶段：（1）羧化反应（2）还原反应（3）CO2受体再生（反应式见书P130）。Calvin循环的总反应式：6CO2+12NAD(P)H2+18ATP——→C6H12O6+12NAD(P)+18ADP+18Pi+6H2O

（二） 厌氧乙酰—CoA途径：又称活性乙酸途径，图见书P131，总反应式：4H2+CO2——→

CH3COOH+2H2O

（三） 逆向TCA循环：又称还原性TCA循环。本循环起始于柠檬酸（6C化合物）的裂解产

物草酰乙酸（4C），以它作CO2受体，每循环一周掺入2个CO2，并还原成可供各种生物合成用的乙酰—CoA（2C），由它再固定1分子CO2后，就可进一步形成丙酮酸，丙糖，己糖等一系列构成细胞所需要的重要合成原料。

（四） 羟基丙酸途径：少数绿色硫细菌在以H2或H2S作电子供体进行自养生活时所特有

的一种CO2固定机制。把2个CO2分子转变成乙醛酸。本途径的总反应是：2CO2+4

【H】+3ATP——→乙醛酸

二， 生物固氮

生物固氮：是指大气中的分子氮通过固氮酶的催化而还原成氨的过程，生物界中只有原核生物才有固氮能力。

（一） 固氮微生物：最早发现的是共生的根瘤细菌和自身的固氮菌属。目前知道的固氮微

生物分类有：固氮菌科，根瘤菌科，红螺菌目，甲基球菌科，蓝细菌等。固氮菌可以分为3类：自生固氮菌，共生固氮菌，联合固氮菌

（二） 固氮的生化机制

1. 生物固氮反应的6要素：ATP的供应；还原力H及其传递载体；固氮酶，还原底物——N2；

镁离子；严格的厌氧微环境

2. 测定固氮酶活力的乙炔还原法：已知固氮酶除了能催化N2——→NH3外，还可催化许多

反应，包括C2H2（乙炔）——→C2H4，这两种气体量的微小变化也能用气相色谱仪检测出来。+

3. 固氮的生化途径 固氮总反应是：N2+8【H】+18-24ATP——→2NH3+H2+18-24ADP+18-24Pi

具体细节见书P136。

4. 固氮酶的产氢反应 固氮酶除了能催化N2——→NH3，还能催化2H++2e——→H2反应

的氢化酶活性。

（三） 好氧菌固氮酶避氧害机制

1. 好氧性自生固氮菌的抗氧保护机制

（1） 呼吸保护 指固氮菌科的菌种能以极强的呼吸作用迅速将周围环境中的氧消耗掉，使

细胞周围微环境处于低氧状态，借此保护固氮酶。

（2） 构象保护 在高氧分压条件下，某些细菌的固氮酶能形成一个无固氮活性但能防止氧

害得特殊构象，称为构象保护。

2. 蓝细菌固氮酶的抗氧保护机制 （1）分化出特殊的还原性异形胞（2）非异形胞蓝细菌

固氮酶的保护

3. 豆科植物根瘤菌固氮酶的抗氧保护机制 根瘤菌在纯培养情况下，一般不固氮，只有当

严格控制在微好氧条件下时，才能固氮。侵入根毛并刺激内皮层细胞分裂繁殖，随后分化为膨大形状各异，不能繁殖但有很强的固氮活性的类菌体。

三，微生物结构大分子——肽聚糖的生物合成

（一） 在细胞质中的合成

1. 由葡萄糖合成N-乙酰葡萄糖胺和N-乙酰胞壁酸

2. 由N-乙酰胞壁酸合成“Park”核苷酸

（二） 在细胞膜中的合成 由“Park”核苷酸合成肽聚糖单体是在细胞膜上进行的。

（三） 在细胞膜外的合成 详见书P141

四， 微生物次生代谢物的合成

微生物的次生代谢物事指某些微生物生长到稳定期前后，以结构简单，代谢途径明确，产量较大的初生代谢物作前体，通过复杂的次生代谢途径所合成的各种结构复杂的化学物。 次生代谢物的种类极多有如，抗生素，色素，毒素，生物碱，信息素等

次生代谢物合成途径主要有四条：（1）糖代谢延伸途径（2）莽草酸延伸途径（3）氨基酸延伸途径（4）乙酸延伸途径

第四节 微生物的代谢调节与发酵生产

一， 微生物的代谢调节 代谢调节方式很多，其中以调节代谢流的方式最为重要，它包括粗

调合细调两个方面，前者指调节酶合成量的诱导或阻遏机制，后者指调节现成酶催化活力的反馈抑制机制。代谢调节是指在代谢途径水平上对酶活性和酶合成的调节，目的是使微生物累积更多的为人类所需的有益代谢产物。

二，代谢调节在发酵工业中的应用

（一） 应用营养缺陷型菌株解除正常的反馈调节

1. 赖氨酸发酵 2. 肌苷酸（IMP）的生产

（二） 应用抗反馈调节的突变株解除反馈调节

抗反馈调节突变株：指一种对反馈调节抑制不敏感或对阻遏有抗性的组成型菌株或兼而有之的菌株。

（三） 控制细胞膜的渗透性

1. 通过生理学手段控制细胞膜的渗透性

2. 通过细胞膜缺损突变而控制其渗透性

第六章 微生物的生长及其控制

第一节 测定生长繁殖的方法

一， 测生长量，方法如下：

（一）直接法 有粗放的测体积法和精确的称干重法。微生物的干重一般为湿重的10％—20％。

（二）间接法 1. 比浊法：可用分光光度法对无色的微生物悬浮液进行测定，一般选450nm—650nm。 2. 生理指示法：如测含氮量法（一般细菌含氮量为干重的12.5％，酵母菌为7.5％,霉菌为6.5％，含氮量乘以6.25即为粗蛋白含量）

二， 计繁殖数

（一）， 直接法：指用计数板在光学显微镜下直接观察细胞并进行计数的方法。但得到的数目是包括死细胞在内的总菌数，可用特色的染料作活菌染色，再用光显微镜计数。

（二）间接法：是一种活菌计数法，一种依据活菌在液体培养基中会使其变混或在固体培养基上形成菌落的原理而设计的。

1. 平板菌落计数法：可用浇注平板或涂布平板等方法。

2.厌氧菌的菌落计数法：一般用亨盖特滚管培养法。

第二节 微生物的生长规律

一， 微生物的个体生长和同步生长

同步培养：设法使某一群体中的所有个体细胞尽可能都处于同样细胞生长和分裂周期中，然后通过分析此群体在各个阶段的生物化学特性变化，来间接了解单个细胞的相应变化规律。 同步生长：通过同步培养的手段使细胞群体中各个体处于分裂步调一致的生长状态。

获得微生物同步生长的方法主要有两类：（1）环境条件诱导法——用氯霉素抑制细菌蛋白质合成；细菌芽孢诱导发芽；藻类细胞的光照，黑暗控制；用EDTA或离子载体处理酵母菌；以及短期热休克法等。（2）机械筛选法——利用处于同一生长阶段细胞的体积，大小的相同性，用过滤法，密度梯度离心法或膜洗脱法收集同步生长的细胞。

二， 单细胞微生物的典型生长曲线

生长曲线：定量描述液体培养基中微生物群体生长规律的实验曲线。微生物生长曲线即使一条由延滞期，指数期，稳定期和衰亡期组成的曲线。

（一）延滞期：又称停滞期，调整期或适应期。特点：（1）生长速率常数为零（2）细胞形态变大或增长，许多杆菌可长成丝状（3）细胞内的RNA尤其是rRNA含量增高，原生质呈嗜碱性（4）合成代谢十分活跃（5）对外界不良条件反应敏感。

影响延滞期长短的因素主要有3种：

（1）接种龄：指接种物或种子的生长年龄，即它生长到生长曲线上那一阶段时用来作种子的。以指数期作种子，子代培养延滞期短，以延滞期和衰亡期作种子，子代培养物延滞期长，稳定期作种子的，子代培养物延滞期适中。

（2）接种量：接种量大延滞期短，反之长。

（3）培养基成分：接种道丰富的天然培养基中的微生物，要比接种到营养单调的组合培养基中的延滞期短。

出现延滞期的原因是：接种道新鲜培养液的种子细胞中，一时还缺乏分解或催化有关底物的酶或辅酶，或是缺乏充足的中间代谢物。故需要一段适应的时间。

（二）指数期：又称对数期，指在生长曲线中，紧接着延滞期的一段细胞数以几何级数增长的时期。特点是：（1）生长速率常数R最大，因而细胞每分裂一次所需要的时间——代时，或原生质增加一倍所需的倍增时间最短（2）细胞进行平衡生长（3）酶系活跃，代谢旺盛

1. 指数期中，有3个重要参数计算：

（1）繁殖代数（n）：x2+x1*2n（n次方）或n=3.322（lgx2-lgx1）

（2）生长速率常数（R）：R=3.322（lgx2-lgx1）/t2-t1

（3）代时（G）：G=t2-t1/3.322（lgx2-lgx1）

2. 影响指数期微生物代时长短的因素有（1）菌种（2）营养成分（3）营养物浓度（4）培养温度

3.生长限制因子：凡处于较低浓度范围内可影响生长速率和菌体产量的某营养物。

（三）稳定期：又称恒定期或最高生长期。特点是：生长速率常数R等于零，处在新繁殖的细胞数与衰亡的细胞数相等。

1. 生长产量常数Y（生长得率）可表示菌体产量与营养物的消耗关系：y=x-x0/c0-c=x-x0/c0（x为稳定期的细胞干重g/mL，x0为刚接种时的细胞干重，c0为限制性营养物的最初浓度g/mL，c为稳定期时限制性营养物的浓度）

2. 稳定期的原因有：（1）营养物尤其是生长因子的耗尽（2）营养物的比例失调（3）酸，醇，毒素或H2O2等有害代谢产物的累积（4）PH，氧化还原势等物理化学条件越来越不适宜。

（四）衰亡期：微生物个体死亡速度超过新生速度，整个群体呈现负生长状态，此时细胞形态多形化如有的微生物因蛋白水解酶活力的增强而发生自溶。

衰亡期的原因有：外界环境对继续生长越来越不利，从而引起细胞内的分解代谢明显超过合成代谢，继而导致大量菌体死亡。

三， 微生物的连续培养

连续培养：又称开放培养，是相对于上述绘制典型生长曲线时所采用的那种单批培养或密闭培养而言的。

1.连续培养的类型：（1）按控制方式分<1>恒浊器：是一种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。<2>恒化器：与恒浊器相反，是一种设法使培养液的流速保持不变，并使微生物始终在低于某最高生长速率的条件下进行生长繁殖的连续培养装置。

（2）按培养器级数分：单级连续培养器和多级连续培养器两类。

2.连续培养用于生产实践称为连续发酵。连续发酵与单批发酵相比优点是：（1）高效（2）自控（3）产品质量较稳定（4）节约了大量动力。缺点是：（1）菌种易退化（2）易污染杂菌。

四， 微生物的高密度培养：又称高密度发酵，一般指微生物在液体培养液中细胞群体密度超过常规培养10倍以上时的生长状态或培养技术。

进行高密度培养的具体方法有：（1）选取最佳培养基成分和各成分含量（2）补料（3）提高溶解氧的浓度（4）防止有害代谢产物的生成

第三节 影响微生物生长的主要因素

一，温度

1.生长温度3基点：最低生长温度，最适生长温度和最高生长温度。最适生长温度：简称最适温度，涵义为某菌分裂代时最短或生长速率最高时的培养温度。

二， 氧气

按照微生物与氧的关系，可把它们粗分成好氧微生物和厌氧微生物。

1.好氧微生物有：（1）专性好氧菌：较高浓度分子氧的条件下才能生长，以分子氧作为最终氢受体（2）兼性厌氧菌：以在有氧条件下的生长为主，也可兼在厌氧条件下生长的微生物

（3）微好氧菌

2.厌氧微生物有：（1）耐氧菌：有一般厌氧菌和严格厌氧菌之分。特点是：<1>分子氧对它们有毒，短期接触可致死<2>在空气或含10％CO2的空气中，它们固体或半固体培养基表面不能生长。<3>生命活动所需能量是通过发酵，无氧呼吸，循环光合磷酸化或甲烷发酵等提供<4>细胞内缺乏SOD（超氧化物歧化酶）和细胞色素氧化酶，大多数还缺乏过氧化氢酶。

3. 超氧化物歧化酶学说：凡严格厌氧菌就无SOD活力，一般也无过氧化氢酶活力，所有具

细胞色素系统的好氧菌都有SOD和过氧化氢酶；耐氧性厌氧菌不含细胞色素系统，但具有SOD活力而无过氧化氢酶活力。在此基础上认为，SOD的功能是保护好氧菌免受超氧化物阴离子自由基的毒害，从而提出了缺乏SOD的微生物必然只能进行专性厌氧生物的学说。

4.自由基：凡由均裂产生，可单独存在，具有一个或几个不配对电子的分子或原子。 三， pH

PH值表示某水溶液中氢离子浓度的负对数值。不同微生物的生长pH也存在最低，最适与最高3个数值。例如：黑曲霉在ph+2.0—2.5时，有利于合成柠檬酸，在ph=2.5-6.5，就以菌体生长为主，在ph=7左右，则大量合成草酸等。微生物培养过程中ph值得变化往往对该微生物本身及发酵生产均有不利的影响，故此需要及时调整ph。有“治标”和“治本”两种措施，表见P166。

第四节 微生物培养法概论

一个良好的微生物培养装置的基本条件：按微生物的生长规律进行科学的设计，能在提供丰富而均质营养物质的基础上，保证微生物获得适宜的温度和良好的通气条件，此外，还要为微生物提供一个适宜的物理化学条件和严防杂菌的污染。

微生物培养技术发展的轨迹特点有：（1）从少量培养道大规模培养（2）从浅层培养发展到厚层培养（3）从以固体培养技术为主到以液体培养技术为主（4）从静止式液体培养发展到通气搅拌式的液体培养（5）从单批培养发展到连续培养以至多级连续培养（6）从利用分散的微生物细胞发展到利用固定化细胞（7）从单纯利用微生物细胞到利用动植物细胞进行大规模培养（8）从利用野生型菌种发展到利用变异株直至遗传工程菌株（9）从单菌发酵发展到混菌发酵（10）从低密度培养发展到高密度培养。（11）从人工控制的发酵罐到多传感器，计算机在线控制的自动化发酵罐等。

一， 实验室培养法

（一）固体培养法

1. 好氧菌的固体培养：主要用试管斜面，培养皿琼脂平板及较大型的克氏扁甁，茄子甁等进行平板培养。

2. 厌氧菌的固体培养：在厌氧菌培养基中，除保证提供6种营养要素外，还得加入适量的还原剂，必要时，还要加入刃天青等氧化还原势指示剂。具体培养方法有：（1）高层琼脂柱

（2）厌氧培养皿（3）亨盖特滚管技术（重点，详见p168）用严格厌氧方法配制，分装，灭菌后的厌氧菌培养基，称为预还原无氧灭菌培养基即“PRAS”培养基（4）厌氧罐技术：这是一种经常使用的但不是很严格的厌氧菌培养技术。（5）厌氧手套箱技术

上述的厌氧罐技术，厌氧手套箱和亨盖特滚管技术成为现代实验室中研究厌氧菌最有效的“三大件”技术。

（二）液体培养法

1. 好氧菌的液体培养：由于氧在水中溶解度较小，氧的供应始终是好氧菌生长，繁殖中的限制因子。因此解决此问题，必须设法增加培养液与氧的接触面积或提高氧的分压来提高溶氧速率具体操作有：（1）浅层液体静止培养（2）将三角瓶内培养物放在摇床上作摇甁培养

（3）在深层液体底部通入加压空气（4）对培养液进行机械搅拌等

实验室中常用的好氧菌培养法有以下几类：（1）试管液体培养（2）三角瓶浅层液体培养（3）摇甁培养：又称振荡培养（4）台式发酵罐

2.厌氧菌的液体培养：厌氧罐，厌氧手套箱。

二， 生产实践中培养微生物的装置

（一）固态培养法

1.好氧菌的曲法培养

通风曲：是一种机械化程度和生产效率都较高的现代大规模制曲技术，在我国酱油酿造业种

广泛应用。

2.厌氧菌的堆积培养法

（二）液体培养法

1.好氧菌的培养：（1）浅盘培养：这是一种用大型盘子对好氧菌进行浅层液体静止培养的方法（2）深层液体通风培养：发酵罐是一种最常规的生物反应器。

第五节 有害微生物的控制

一， 几个基本概念

（一）灭菌：采用强烈的理化因素使任何物体内外部的一切微生物永远丧失其生长繁殖能力的措施。灭菌实质上可分为杀菌和溶菌两种。

（二）消毒：就是消除毒害，这里的毒害专指传染源或致病菌。消毒是一种采用较温和的理化因素。

（三）防腐：就是利用某种理化因素完全抑制霉腐微生物的生长繁殖，即通过制菌作用防止食品，生物制品等对象发生霉腐的措施。方法有：（1）低温（2）缺氧（3）干燥（4）高渗：通过盐腌和糖渍等高渗措施保存食物（5）高酸度：如泡菜工艺（6）高淳度：用白酒或黄酒保存食品（7）加防腐剂

（四）化疗：即化疗治疗，指利用具有高度选择毒性即对病原菌具高度毒力而对其宿主基本无毒的化学物质来抑制宿主体内病源微生物的生长繁殖，借以达到治疗该宿主传染病的一种措施。

化学治疗剂：用于化学治疗目的的化学物质。包括磺胺类等。

二， 物理灭菌因素的代表——高温

（一）高温灭菌的种类

1. 干热灭菌法：把金属器械或洗净的玻璃皿放入电热烘箱内，在150-170摄氏度维持1-2h后，可达到彻底灭菌的目的。

2.湿热灭菌法：是指用100摄氏度以上的加压蒸汽进行灭菌。

湿热灭菌的种类有：

（1）常压法：<1>巴氏消毒法：专用于牛奶，啤酒，果酒或酱油等不宜高温灭菌的液态风味食品或调料的低温消毒方法。是一种低温消毒法，处理温度变化很大，一般在60-85摄氏度处理30min—15s。具体方法有：低温维持法和高温瞬时法两种。<2>煮沸消毒法：采用在100摄氏度下煮沸数分钟的方法，一般用于饮用水的消毒。<3>间歇灭菌法：又称分段灭菌法或丁达尔灭菌法。适用于不耐热培养基的灭菌。

（2）加压法：<1>常规加压蒸汽灭菌法：一般称作“高压蒸汽灭菌法”<2>连续加压蒸汽灭菌法：在发酵行业里也称“连消法”此法仅用于大型发酵厂的大批培养基灭菌。培养基一般加热至135—140摄氏度下维持5-15s。优点：○采用高温瞬时灭菌，灭菌彻底○总得灭菌时间比分批灭菌法明显减少，故缩短了发酵罐的占用时间，提高了它的利用率○由于蒸汽负荷均衡，故提高了锅炉的利用效率○适宜于自动化操作，降低了操纵人员的劳动强度。

利用温度杀菌的定量指标有两种（1）热死时间：指在某一温度下，杀死某微生物的水悬浮液群体所需的最短时间（2）热死温度：又称热死点，指在一定时间内，杀死某微生物的水悬浮液群体所需的最低温度。

（二）影响加压蒸汽灭菌效果的因素

1.灭菌物体含菌量2.灭菌锅内空气排除程度3.灭菌对象的ph4.灭菌对象的体积5.加热与散热速度

（三）高温对培养基成分的有害影响及其防止

1. 有害影响：形成沉淀物；破坏营养，提高色泽；改变培养基的ph，降低培养基浓度。

2.防止法：（1）采用特殊加热灭菌法：将培养基成分分开分别灭菌后，再合并。（2）过滤除

菌法等。

三， 化学杀菌剂，消毒剂和治疗剂

最低抑制剂（MIC）：是评定某化学药物药效强弱的指标，在一定条件下，某化学药剂抑制特定微生物的最低浓度。

半致死剂量（LD50）：是评定某药物毒性强弱的指标，指在一定条件下，某化学药剂能杀死50％试验动物时的剂量。

最低致死剂量（MLD）：是评定某药物毒性强弱的另一指标，指在一定条件下，某化学药物能引起试验动物群体100％死亡率的最低剂量。

（一）表面消毒剂：是指对一切活细胞都有毒性，不能用作活细胞或机体内治疗用的化学药剂。石碳酸系数：指在一定时间内，被试药剂能杀死全部供试菌的最高稀释度与达到同效的石碳酸的最高稀释度之比。

（二）抗代谢药物的代表——磺胺类药物

抗代谢药物：又称代谢拮抗物或代谢类似物，是指一类在化学结构上与细胞内必要代谢物的结构相似，并可干扰正常代谢活动的化学物质。

抗代谢药物主要有3种作用：（1）与正常代谢物一起共同竞争酶的活性中心，从而使微生物正常代谢所需的主要物质无法正常合成，如磺胺类（2）使微生物合成出无正常功能的RNA

（3）某些抗代谢药物与某一生化合成途径的终产物的结构类似。

磺胺的作用机制：磺胺的结构与细菌的一种生长因子对氨基苯甲酸高度相似，故是它的代谢类似物，因此两者间会发生竞争性拮抗作用。

在THFA的合成过程中，两种抗代谢物——磺胺和三甲基苄二氨嘧啶（TMP，一种磺胺增效剂）作用机制是：磺胺会抑制2-氨-4-羟-7,8-二氢蝶啶酰焦磷酸与PABA的缩合反应。这是因为磺胺为PABA的结构类似物，两者发生竞争性拮抗作用。即二氢蝶酸合成酶会错把磺胺作底物，结果合成了无功能的“假二氢叶酸”——2-氨-4羟-7,8二氢蝶酸的类似物。因此凡能利用二氢蝶啶和PABA合成叶酸的细菌就无法合成叶酸，于是生长受到了抑制。另外，TMP因能抑制二氢叶酸还原酶，故使二氢叶酸无法还原成四氢叶酸，也就是增强了磺胺的抑制作用。

（三）抗生素

1.抗生素：是一类由微生物或其他生物或其他生物生命活动过程中合成的次生代谢产物或其人工衍生物，它们在很低浓度时就能抑制或干扰它种生物的生命活动，因而可用作优良的化学治疗剂。

2.种类，活力单位与制菌谱

抗生素的活力称为效价，其剂量一般用“单位”（unit）表示。测定效价方法有物理学方法，化学方法和生物方法等几种。生物效价可用稀释法，比浊法或扩散法测定，其中以扩散法中的管碟法最为常用。

抗菌谱：各种抗生素有其不同的制菌范围。如青霉素和红霉素主要抗G+细菌，链霉素和新霉素以抗G-细菌为主等。

3.半合成抗生素与生物药物素

（对天然抗生素的结构进行人为改造后的抗生素称为半合成抗生素。把具多种生理活性的微生物次生代谢物称作生物药物素。

4.微生物的抗药性

产生抗药性原因有：（1）产生一种能使药物失去活性的酶（2）把药物作用的靶位加以修饰和改变（3）形成“救护途径”（4）式药物不能透过细胞膜（5）通过主动外排系统把进入细胞内的药物泵出细胞外。

第七章 微生物的遗传变异和育种

遗传：指发生在亲子间的关系，指上一代生物如何将自身的一整套遗传基因稳定的传递给下一代的行为或功能，具有极其稳定的特性。

1.遗传型：又称基因型，指某一生物个体所含有的全部遗传因子即基因组所携带的遗传信息。

2.表型：指某一生物体所具有的一切外表特征和内在特性的总和，是其遗传型在合适环境条件下通过代谢和发育而得到的具体体现。

3.变异：指生物体在某种外因或内因的作用下所引起的遗传物质结构或数量的改变，即遗传型的改变。

4.饰变：指外表的修饰性改变，即一种不涉及遗传物质结构改变而只发生在转录，转译水平上的表型变化。

第一节 遗传变异的物质基础

一， 3个经典实验

（一）经典转化实验：肺炎双球菌转化实验。详见书P190

（二）噬菌体感染实验：将大肠杆菌培养在放射性的32PO43-或35SO42-作为磷源或硫源的组合培养基中，从而制备出含32P-DNA核心的噬菌体或含35S-蛋白质外壳的噬菌体。详见P190

（三）植物病毒重建实验：将TMV（烟草花叶病毒）放在一定浓度的苯酚溶液中振荡，就能将它的蛋白质外壳与RNA核心相分离。结果发现裸露的RNA也能感染烟草，并使其患典型症状，而且在病斑中还能分离到完整的TMV粒子。

二，遗传物质在微生物细胞内存在的部位和方式

（一）7个水平

1.细胞水平：真核和原核微生物的大部分DNA都集中在细胞核或核区中。

2.细胞核水平：真核生物的细胞核具有核膜包裹，形态固定的真核，原核生物只有原始的无核膜包裹的呈松散状态存在的核区。真核和原核的核区称为核基因组，染色体组或基因组。除核基因组外，真核和原核的细胞质中，多数还存在一类DNA含量少，能自主复制的核外染色体。如：真核细胞中有<1>细胞质基因，包括线粒体或叶绿体基因等<2>共生生物，如草履虫品系的卡巴颗粒<3>2um质粒，存在酿酒酵母的细胞核中，但不与和基因组整合。

3.染色体水平：（1）染色体数（2）染色体倍数：指同一细胞中相同染色体的套数。只有一套染色体，就称为单倍体，含有两套就称为双倍体。

4.核酸水平：（1）核酸种类：绝大多数生物的遗传物质是DNA，只有部分病毒，多数植物病毒和少数噬菌体等的遗传物质是RNA。（2）核酸结构：绝大多数微生物的DNA是双链的，只有少数病毒和fd噬菌体等的DNA是单链的。RNA也有单链和双链之分。（3）DNA长度:一般可用bp（碱基对）作单位。

5.基因水平：基因是生物体内一切具有自主复制能力的最小遗传功能单位，其物质基础是一条以直线排列，具有特定核苷酸序列的核酸片段，由众多基因构成了染色体，每个基因大体在1000-1500bp的范围，相对分子质量约为6.7*105。原核生物的基因控制系统是由一个操纵子和它的调节基因所组成的。每个操纵子又包括3种功能上密切相关的基因——结构基因，操纵基因和启动基因。结构基因：是决定某一多肽结构的DNA模板，它是通过转录和转译过程来执行多肽合成任务的。操纵基因：是位于启动基因和结构基因之间的一段核苷酸序列，它与结构基因紧密连锁在一起，能通过与阻遏物的结合与否，控制结构基因是否转录。启动基因：是一种依赖于DNA的RNA多聚酶所识别的核苷酸序列，它既是DNA多聚酶的结合部位，又是转录的起始位点。真核生物一般无操纵子结构，存在着大量不编码序列和重复序列，转录与转译在细胞中有空间分隔，以及基因被许多无编码功能的内含子阻隔，从而使编码序列变成不连续的外显子状态。

6.密码子水平:遗传密码：是指DNA链上决定各具体氨基酸的特定核苷酸排列顺序。遗传密码的信息单位是密码子，每个密码子由3个核苷酸序列即1个三联体所组成。

7.核苷酸水平：绝大多数生物的DNA组分中，都只含有腺苷酸（AMP），胸苷酸（TMP），鸟苷酸（GMP）和胞苷酸（CMP）4种脱氧核苷酸。只有少数例外，含有碱基—5—羟甲基胞嘧啶。

<1>每个碱基对的平均相对分子质量约为650，<2>106的dsDNA约为1.5kb或0.5um<3>3nmol碱基的重量约等于1ug

（二）原核生物的质粒

1.定义和特点。

（1）质粒：凡游离于原核生物核基因组以外，具有独立复制能力的小型共价闭合环状的dsDNA分子，即cccDNA。

（2）质粒具有麻花状的超螺旋结构，大小一般为1.5-300kb，相对分子质量为106-108，仅相当于1％核基因组大小。

（3）质粒是一种独立存在于细胞内的复制子，如果其复制行为与染色体的复制同步，称为严谨型复制控制；另一类的复制与染色体的复制不同步，称为松弛型复制控制。

（4）含质粒的细胞在正常的培养基上受吖啶类染料，丝裂菌素C，紫外线灯因子处理时，由于其复制受抑而核染色体的复制仍然继续进行，从而引起子代细胞中不带质粒，此即为质粒消除。

（5）某些质粒具有与染色体发生整合与脱离功能，如F因子，这类质粒又称附加体。

2.质粒在基因工程中的应用

（1）质粒具有基因工程操纵的优点，例如<1>体积小，便于DNA的分离和操作<2>呈环状，使其在化学分离过程中能保持性能稳定<3>有不受核基因组控制的独立复制起始点<4>拷贝数多，使外源DNA可很快扩散<5>存在抗药性基因等选择性标记，便于含质粒克隆的检出和选择。

（2）E.coli的pBR322质粒是一个常用的克隆载体，其优点是：<1>体积小<2>在宿主E.coli中稳定地维护高拷贝数<3>若用氯霉素抑制其宿主的蛋白质合成，则每个细胞可扩增到含1000-3000个质粒<4>分离极其容易<5>可插入较多的外源DNA<6>结构完全清楚，各种核酸内切酶可酶解的位点可任意选用<7>有两个选择性抗药性标记<8>可方便地通过转化作用导入宿主细胞。

3.质粒分离与鉴定：质粒的分离一般可包括细胞的裂解，蛋白质和RNA的去除以及设法使质粒DNA与染色体DNA相分离等步骤。经分离后的质粒，可用电镜，琼脂糖或聚丙烯酰胺凝胶电泳来鉴定。

4.质粒的种类：接合性质粒；抗药性质粒；产细菌和抗生素质粒；具有生理功能的质粒；产毒质粒

5.典型质粒简介：（1）F质粒：又称F因子，至育因子或性因子是E.coli等细菌决定性别并有转移能力的质粒（2）R质粒：又称R因子种类很多，一般是由两个相连的DNA片段组成，其一称抗性转移因子，主要含调节DNA复制和拷贝数的基因以及转移基因，具有转移功能其二为抗性决定子，大小不很固定，无转移功能，其上含各种抗性基因。（3）Col质粒：又称大肠杆菌素质粒或产大肠杆菌素因子。许多细菌都能产生抑制或杀死其他近缘或同种不同菌株的代谢产物，因为它是由质粒编码的蛋白质，且不像抗生素那样具有很广的杀菌谱，称为细菌素。（4）Ti质粒：即诱癌质粒或冠瘿质粒。T-DNA片段会与植物细胞的核基因组整合，合成正常植株所没有的冠瘿碱类，破坏控制细胞分裂的激素调节系统，从而使它转为癌细胞。（5）Ri质粒：可侵染双子叶植物的根部，并诱生大量可称为毛状根的不定根。（6）mega质粒：即巨大质粒，存在于根瘤菌属中，其上有一系列与共生固氮相关的基因。（7）降解性质粒：只在假单胞菌属中发现。这类质粒可为解降一系列复杂有机物的酶编码，从而

使这类细菌在污水处理，环境保护等方面发挥作用。

第二节 基因突变和诱变育种

一， 基因突变

基因突变：简称突变，是变异的一种，泛指细胞内遗传物质的分子结构或数量突然发生的可遗传的变化，可自发或诱导产生。狭义的突变专指基因突变，广义的突变包括基因突变和染色体畸变。

野生型菌株：从自然界分离到的菌株，简称野生型。野生型经突变后形成的带有新性状的菌株，称突变株。

（一）突变类型：凡能用选择性培养基快速选择出来的突变株称选择性突变株，反之，则称为非选择性突变株。

1.营养缺陷型：某一野生菌株因发生基因突变而丧失合成一种或几种生长因子，碱基或氨基酸的能力，因而无法再在基本培养基上正常生长繁殖的变异类型。

2.抗性突变型：指野生型菌株因发生基因突变，而产生的对某化学药物或致死物理因子的抗性变异类型。

3.条件致死突变型：某菌株或病毒经基因突变后，在某种条件下可正常生长，繁殖并呈现其固有的表型，而在另一种条件下却无法生长，繁殖，这种突变型称为条件致死突变型。Ts突变株即温度敏感突变株是一类典型的条件致死突变株。

4.形态突变型：指由突变引起的个体或菌落形态的变异，一般属非选择性突变。

5.抗原突变型：指由于基因突变引起的细胞抗原结构发生的变异类型，包括细胞壁缺陷变异，荚膜或鞭毛成分变异等。

6.产量突变型：通过基因突变而产生的在代谢产量上明显有别于原始菌株的突变株。若产量显著高于原菌株，称为正突变，反之称为负突变。

（二）突变率：某一细胞在每一世代中发生某一性状突变的机率。

（三）基因突变特点：（1）自发性（2）不对应性（3）稀有性（4）独立性（5）可诱变性（6）稳定性（7）可逆性

（四）基因突变自发性和不对应性的实验证明

1.Luria等的变量试验2.Newcombe的涂布试验3.Lederberg等的影印平板培养法。实验过程详见书P204-206

（五）基因突变及其机制：基因突变的机制是多样的，可以是自发的或诱发的，诱发的又可分仅影响一对碱基对的点突变和影响一段染色体的畸变。

1. 诱发突变：简称诱变，是指通过人为的方法，利用物理，化学或生物因素显著提高基因自发突变频率的手段。凡具有诱变效应的任何因素，都称为诱变剂。

（1）碱基的置换：是染色体的微小损伤，因它只涉及一对碱基被另一对碱基所置换，属于点突变。置换又可分为两个亚类：一类称转换，即DNA链中一个嘌呤被另一个嘌呤或一个嘧啶被另一个嘧啶所置换；另一类称颠换，即一个嘌呤被一个嘧啶或一个嘧啶被一个嘌呤所置换。

（2）移码突变：指诱变剂会使DNA序列中的一个或少数几个核苷酸发生增添或缺失，从而使该处后面的全部遗传密码的阅读框架发生改变，并进一步引起转录和转译错误的一类突变。由移码突变所产生的突变株，称为移码突变株。

（3）染色体畸变：某些强烈理化因子，如电离辐射和烷化剂，亚硝酸等，除了能引起上述的点突变外，还会引起DNA分子的大损伤——染色体畸变，即包括染色体结构上的缺失，重复，插入，易位和倒位，也包括染色体数目的变化。

转座：DNA序列通过非同源重组的方式，从染色体某一部位转移到同一染色体上另一部位或其他染色体上某一部位现象。凡具有转座作用的一段DNA序列，称转座因子。转座因子又称

可移动基因，可移动遗传因子或跳跃基因。

2.自发突变：是指生物体在无人工干预下自然发生的低频率突变。原因有：（1）由背景辐射和环境因素引起（2）由微生物自身有害代谢产物引起（3）由DNA复制过程中碱基配对错误引起。

（六）紫外线对DNA的损伤及其修复

嘧啶对UV（紫外线）的敏感性要比嘌呤强的多，其光化学反应产物主要是嘧啶二聚体（TC）和水合物。

1.光复活作用：把经UV照射后的微生物立即暴露于可见光下时，就可以出现明显降低其死亡率的现象，即光复活作用。经了解，经UV照射后带有嘧啶二聚体的DNA分子，在黑暗下会被一种光激活酶——光解酶结合，这种复合物在300-500nm可见光下时，此酶会因获得光能而激活，并使二聚体重新分解成单体。

2.切除修复：是活细胞内一种用于被UV等诱变剂损伤后DNA的修复方式之一，又称暗修复。，这是一种不依赖可见光，只通过酶切作用去除嘧啶二聚体，随后重新合成一段正常DNA链的核酸修复方式。

二，突变与育种

（一）自发突变与育种：1从生产中育种2.定向培育优良菌株：定向培育：是一种利用微生物的自发突变，并采用特定的选择条件，通过对微生物群体不断移植以选育出优良菌株的方法。

（二）诱变育种：是指利用物理，化学等诱变剂处理均匀而分散的微生物细胞群，在促进其突变率显著提高的基础上，采用简便，快速和高速的筛选方法，从中挑选出少数符合目的的突变株，以供科学实验或生产实践使用。

1.诱变育种的基本环节：见书P214

2.诱变育种中的几个原则：

（1）选择简单有效的诱变剂 艾姆氏实验：是一种利用细菌营养缺陷型的回复突变来检测环境或食品中是否存在化学致癌剂的方法。

（2）挑选优良的出发菌株 出发菌株：就是用于育种的原始菌株。

（3）处理单细胞或单孢子悬液

（4）选用最适的诱变剂量

（5）充分利用复合处理的协同效应

（6）利用和创造形态，生理与产量间的相关指标

（7）设计高效筛选方案

（8）创造新型筛选方法

3.3类突变株的筛选方法

（1）产量突变株的筛选：详见书P218（2）抗药性突变株的筛选：梯度平板法是定向筛选抗药性突变株的一种有效方法。

（3）营养缺陷型突变株的筛选：

<1>与筛选营养缺陷型突变株有关的3类培养：

基本培养基（MM）：仅能满足某微生物的野生型菌株生长所需要的最低成分的组合培养基。 完全培养基（CM）：凡可满足一切营养缺陷型菌株营养需要的天然或半组合培养基。

补充培养基（SM）：凡只能满足相应的营养缺陷型突变株生长需要的组合或半组合培养基。

<2>与营养缺陷型突变有关的3类遗传型个体

野生型：指从自然界分离到的任何微生物在其发生人为营养缺陷突变前的原始菌株。

营养缺陷型：野生型菌株经诱变剂处理后，由于发生力丧失某酶合成能力的突变，因而只能在有该酶合成产物的培养基中才能生长。

原养型：一般指营养缺陷型突变株回复突变或重组后产生的菌株，其营养要求在表型上与野生型相同。

<3>营养缺陷型的筛选方法：一般要经过诱变，淘汰野生型，检出和鉴定营养缺陷型4个环节。

第三节 基因重组和杂交育种

基因重组：两个独立基因组内的遗传，通过一定的途径转移到一起，形成新的稳定基因组的过程，又称遗传重组，简称重组。重组是在核酸分子水平上的概念。

一， 原核生物的基因重组

特点：（1）片段性（2）单向性（3）转移机制独特而多样。

原核生物的4种主要遗传重组形式

（一）转化：受菌体直接吸收供菌体的DNA片段而获得后者部分遗传性状的现象。通过转化方式而形成的杂种后代，称为转化子。

1.转化微生物的种类：主要有肺炎链球菌，嗜血杆菌属，芽孢杆菌属，奈瑟氏球菌属，根瘤菌属，葡萄球菌属，假单胞菌属等。

2.感受体：是指受体细胞最易接受外源DNA片段并能实现转化的一种生理状态。

调节感受态的一类特异蛋白称感受态因子，它包括3种主要成分，即膜相关DNA结合蛋白，细胞壁自溶素，和几种核酸酶。

3.转化因子：本质是离体的DNA片段。

4.转化过程：（1）供体菌的dsDNA片段与感受态受体菌细胞表面的膜连DNA结合蛋白相结合，其中一条链被核酸酶水解，另一条进入细胞（2）来自供体菌的ssDNA片段被细胞内的特异蛋白RecA结合，并使其于受体菌核染色体上的同源区段配对，重组，形成一小段杂合DNA区段。（3）受体菌染色体组进行复制，于是杂合区也跟着得到复制（4）细胞分裂后，形成一个转化子和一个仍保持受体菌原来基因型的子代。

5.转染：指用提纯的病毒核酸去感染其宿主细胞或其原生质体，可增殖出一群正常病毒后代的现象。

（二）转导：通过缺陷噬菌体的媒介，把供体细胞的小片段DNA携带到受体细胞中，通过交换与整合，使后者获得前者部分遗传性状的现象。

转导种类有：

1. 普遍转导：通过极少数完全缺陷噬菌体对供体菌基因组上任何小片段DNA进行误包，而将其遗传性状传递给受体细菌的现象。普遍传导分（1）完全普遍转导（2）流产普遍转导：经转导噬菌体的媒介而获得了供体菌DNA片段的受体菌，如果这段外源DNA在其内既不进行交换，整合和复制，也不迅速消失，而仅表示稳定的转录，转译和性状表达。

2.局部转导：指通过部分缺陷的温和噬菌体把供菌体的少数特定基因携带道受体菌中，并与后者的基因组整合，重组，形成转导子的现象。特点是：（1）只局限于传递供体菌核染色体上的个别特定基因，一般为噬菌体整合位点两侧的基因（2）该特定基因由部分缺陷的温和噬菌体携带（3）缺陷噬菌体的形成方是由于它在脱离宿主核染色体过程中，发生低频率的误切或由于双重溶菌体的裂解而形成（4）局部转导噬菌体的产生要通过UV等因素对溶源菌的诱导并引起裂解后才产生。根据转导子出现的频率高低把局部转导分两类：（1）低频转导：指通过一般溶源菌释放的噬菌体所进行的转导，因其只能形成极少数转导子，故称低频转导。含有极少数局部转导噬菌体的裂解物称为低频转导裂解物。（2）高频转导：在局部转导中，若对双重溶源菌进行诱导，就会产生含50％左右的局部转导噬菌体的高频转导裂解物，用这种裂解物去转导受菌体，就可获得高达50％左右的转导子，故称高频转导。

3.溶源转变：当正常的温和噬菌体感染其宿主而使其发生溶源化时，因噬菌体基因整合到宿主的核基因组上，而使宿主获得了除免疫性外地新遗传性状的现象。

（三）接合：供体菌通过性菌毛与受体菌直接接触，把F质粒或其携带的不同长度的核基因组片段传递给后者，使后者获得若干新遗传性状的现象。通过接合而获得的新遗传性状的受体细胞称为接合子。

1.能进行接合的微生物种类：在G-细菌中尤为普遍。如：克雷伯氏菌属，沙雷氏菌属，弧菌属，固氮菌属，假单胞菌属，链霉菌属等。

2.E.coli的4种接合型菌株

（1）F+菌株：即雄性菌株，指细胞内存在一至几个F质粒，并在细胞表面着生一至几条性菌毛的菌株。F+菌株使F-菌株转性接合过程为:（1）在F质粒的一条单链特定位点上产生裂口（2）以滚环模型方式复制F质粒（3）在F-中，线形外源DNA单链合成互补双链，经环化后，形成新的F质粒，于是，完成了F-至F+的转变。

（2）F-菌株：即雌性菌株，指细胞中无F质粒，细胞表面没有性菌毛的菌株。它可通过与F+菌株或F’菌株的接合而接受供体菌的F质粒或F’质粒，从而使自己转变成雄性菌株，也可通过接合接受来自Hfr菌株的一部分或一整套核基因组DNA。

（3）Hfr菌株（高频重组菌株）：因F质粒已从游离态转变成在核染色体组特定位点上的整合态，故Hfr菌株与F—菌株相接合后，发生基因重组的频率要比单纯用F+与F—接合后的频率要高出数百倍，故名。Hfr菌株接合过程：（1）Hfr与F-细胞配对（2）通过性菌毛是两个细胞直接接触，并形成结合管；Hfr的染色体在起始子部位开始复制，至F质粒插入的部位才告结束；供体DNA的一条单链通过性菌毛进入受体细胞（3）发生接合中断（4）外源双链DNA片段与受体菌的染色体的DNA双链间进行双交换，从而产生了稳定的接合子

（4）F’菌株：当Hfr菌株细胞内的F质粒因不正常切离而脱离核染色体组时，可重新形成游离的，但携带整合位点邻近一小段核染色体基因的特殊F质粒，称F’质粒或F’因子。凡携带F’质粒的菌株，称为初生F’菌株，其遗传性状介于F+与Hfr菌株之间；通过F’菌株与F-菌株接合可使后者也成为F’菌株，这就是次生F’菌株。

（四）原生质体融合：通过人为的方法，使遗传性状不同的两个细胞的原生质体进行融合，借以获得兼有双亲遗传性状的稳定重组子的过程。由此法获得的重组子，称为融合子。 原生质体融合的主要操作步骤是：先选择两株特有价值，并带有选择性遗传性遗传标记的细胞作为亲本菌株，置于等渗溶液中，用适当的脱壁酶去除细胞壁，再将形成的原生质体进行离心聚集，加入促融合剂PEG（聚乙二醇）或借电脉冲等因素促进融合，然后用等渗溶液稀释，再涂在能促使它再生细胞壁和进行细胞分裂的基本培养基平板上。待形成菌落后，再通过影音平板法，把它接种到各种选择性培养基平板上，检验它们是否为稳定的融合子，最后再测定其有关生物学性状或生产性能。

二， 真核微生物的基因重组

（一）有性杂交：一般指不同遗传型的两性细胞间发生的结合和随之进行的染色体重组，进而产生新遗传型后代的一种育种技术。

（二）准性杂交：是一种类似于有性生殖，但比它更为原始的两性生殖方式，这是一种在同种而不同株的体细胞间发生融合，它可不借减数分裂而导致低频率基因重组并产生重组子。

1.准性生殖过程：（1）菌丝联结（2）形成异核体（3）核融合：或称核配，指在异核体中的两个细胞核在某条件下，低频率地产生双倍体杂合子核的现象（4）体细胞交换和单倍体化：体细胞交换即体细胞中染色体间的交换，也称有丝分裂交换

2.准性杂交育种：原理：（1）选择亲本（2）强制异合：即用人为的方法强制两个营养缺陷型的亲本菌株形成互补的异核体。（3）移单菌落：将平板上长出的单菌落移种到基本培养基的斜面上。（4）验稳定性（5）促进变异

第四节 基因工程

一，基因工程定义

基因工程：又称遗传工程，是指人们利用分子微生物的理论和技术，自觉设计，操纵，改造和重建细胞的遗传核心——基因组，从而使生物的遗传性状发生定向变异，以最大限度地满足人类活动的需要。

二， 基因工程的基本操纵

（一）目的基因的取得：三条途径（1）从适当的供体生物包括微生物，动物或植物中取得

（2）通过逆转录酶的作用，由mRNA合成cDNA（3）由化学合成方法合成特定功能的目的基因。

（二）优良载体的选择：优良的载体具备几个条件：（1）是一个具自我复制能力的复制子（2）能在受体细胞内大量增殖（3）载体上最好只有一个限制性内切酶的切口，使目的基因能固定地整合到载体DNA的一定位置上（4）其上必须有一种选择性遗传标记，以便及时高效地选择出工程菌或工程细胞。

（三）目的基因与载体DNA的体外重组：目的基因与载体DNA进行共价结合，形成完整的，有复制能力的环状重组载体或称嵌合体。

（四）重组载体导入受体细胞（五）重组受体细胞的筛选和鉴定（六）工程菌或工程细胞的大规模培养

三， 基因工程的应用

（一）在生产多肽类药物，疫苗中的应用：如抗肿瘤，抗病毒功能的干扰素，白细胞介素等；用于治疗心血管系统疾病的有尿激酶原，组织型溶纤蛋白酶原激活因子，链激酶以及抗凝血因子等。

（二）改造传统工业发酵菌种：如我国已完成利用遗传工程菌生产L-甲硫氨酸的中型试验

（三）动，植物特性的基因工程改良（四）基因工程在环保中的应用：例如：将降解芳烃，萜烃和多环芳烃的质粒转移到能降解烃的Pseudomonas sp细菌中，获得了能同时降解4种烃类的超级菌，它能把原油中的2/3的烃分解掉。

第五节 菌种的衰退，复壮和保藏

一， 菌种的衰退与复壮

衰退：是指由于自发突变的结果，而使某物种原有一系列生物性状发生量变或质变的现象。具体表现有：（1）原有形态性状变得不典型了（2）生长速度变慢，产生的孢子变少（3）代谢产物生产能力下降（4）致病菌对宿主侵染力的下降（5）对外界不良条件包括低温，高温或噬菌体侵染等抵抗能力的下降，等等。

狭义的复壮仅是一种消极的措施，指的是在菌种已发生衰退的情况下，通过纯种分离和测定典型性状，生产性能等指标，从已衰退的群体中筛选出少数尚未退化的个体，以达到恢复原菌株固有性状的相应措施，广义的复壮则是一项积极的措施，即在菌种的典型特征或生产性状尚未衰退前，就经常有意识地采取纯种分离和生产性状的测定工作，以期从中选择到自发的正突变个体。

（一）衰退的防止：1.控制传代次数2.创造良好的培养条件3.利用不易衰退的细胞传代4.采用有效的菌种保藏方法。

（二）菌种的复壮

1.纯种分离法：主要有两类方法：一种较粗放，可达到“菌落纯”水平；另一类较精细，可达到“菌株纯”的水平。

2.通过宿主体复壮3.淘汰已衰退的个体

二，菌种的保藏

1.保藏机构：如中国微生物菌种保藏委员会（CCCCM），中国典型培养物保藏中心（CCTCC），美国典型菌种保藏中心（ATCC）等。

2.原种：用于长期保藏的原始菌种称保藏菌种或原种。

3.保藏方法：冷冻干燥保藏法，液氮保藏法和斜面传代法。

第八章 微生物的生态

1.生态学是一门研究生命系统与其环境系统见相互作用规律的科学，微生物生态学是生态学的一个分支，它的研究对象是微生物群体与其周围生物和非生物环境条件间相互作用的规律。

2.在生命科学研究领域中，从宏观到微观一般可分为10个层次：生物圈，生态系统，群落，种群，个体，器官，组织，细胞，细胞器和分子，前四个客观层次都是生态学的研究范畴。

第一节 微生物在自然界中分布与菌种资源的开发

一， 微生物在自然界中的分布

（一）土壤中的微生物：是微生物的“天然培养基”。一般来说，在每克耕作层土壤中，各种微生物含量之比大体有一个10倍系列的递减规律：细菌（108）>放线菌（107）>霉菌（106）>酵母菌（105）>藻类（104）>原生动物（103）.

（二）水体中的微生物

1.不同水体中的微生物种类：（1）淡水型水体的微生物<1>清水型水生微生物——存在于有机物含量低的水体中，以化能自养微生物和光能自养微生物为主如硫细菌，铁细菌，衣细菌，蓝细菌和光合细菌等。<2>腐败型水生微生物——在含有大量外来有机物的水体中生长，主要有各种肠道杆菌，芽孢杆菌，弧菌和螺菌。在较深的湖泊或水库等淡水生境中，微生物呈明显的垂直分布带：<1>沿岸带：噬纤维菌属<2>深水区，一些厌氧光合细菌和若干兼性厌氧菌可以生长<3>湖底区，有一些厌氧菌，如产甲烷菌类和梭菌等。

（2）海水型水体微生物：主要是一些藻类以及细菌中的芽孢杆菌属，假单胞菌属，弧菌属和一些发光细菌等，

2.饮用水的微生物学标准：饮用水的微生物种类主要采用E.coli为代表的大肠菌群数为指标。良好的饮用水，其细菌总数应<100个/ml，当>500个/ml时就不宜作饮用水了。

（三）空气中的微生物：了解，见P249

（四）工农业产品上的微生物

1.工业产品的霉腐：霉腐微生物学：研究各种工农业产品上有害微生物分布，种类，霉腐机制以及防治方法的微生物学分支。

材料劣化：各种材料和工农业产品因受气候，物理，化学或生物因素的作用而发生变质，破坏现象。其中以微生物引起的材料劣化最为严重，包括：<1>霉变：由霉菌引起的劣化。<2>腐朽<3>腐烂<4>腐蚀

2.食品上的微生物：为防止食品的霉腐，除在加工，包装过程中严格消灭其中的有害微生物外，还可以在食品中添加少量无害的防腐剂如，苯甲酸，山梨酸，脱氢醋酸，维生素K3等

3.农产品上的微生物：由A.flavus（黄曲霉）部分菌株产生的黄曲霉毒素（AFT）和Fusarium spp产生的单端胞烯族毒素T2更是强烈的致癌剂。ATF从火鸡中发现。至少有18种衍生物，毒性以B1，B2和G1，G2最强。ATF并不直接致癌，它要在人或动物体内经代谢活化后才引起致癌作用。AFT先与肝脏内的细胞色素P450酶系作用，产生ATF-8,9-环氧化物，可与肝脏DNA和血清蛋白共价结合形成加合物，但主要与DNA分子的鸟嘌呤N-7位结合，形成AFB1-N7-鸟嘌呤，由此引起致癌基因p53的突变，最终导致肝癌发生。

（五）极端环境下的微生物：1.嗜热微生物，广泛分布在草堆，厩肥，煤堆，温泉，火山地，地热区土壤以及海底火山口附近。细分为5类：详见表P252。2.嗜冷微生物：指一类最适生长在温度低于15摄氏度，最高生长温度低于20摄氏度和最低生长温度在0摄氏度以下的细菌，真菌及藻类等微生物。3.嗜酸微生物：只能生活在低pH（<4）条件下，在中性pH下

即死亡的微生物。4.嗜碱微生物：能专性生活在pH10-11的碱性条件下而不能生活在中性条件下的微生物。5.嗜盐微生物：必须在高盐浓度下才能生长的微生物。包括许多细菌和少数藻类。6.嗜压微生物：必须生长在高静水压环境中的微生物。7.抗辐射微生物：抗辐射微生物对不良环境因素仅有抗性或耐受性，而不能有“嗜好”。微生物的抗辐射能力明显高于高等动，植物。

（六）生物体内外的正常菌群

1.人体的正常菌群

（1）正常菌群：生活在健康动物各部位，数量大，种类较稳定，一般能发挥有益作用的微生物种群。人体共有五大微生物系统，包括消化道，呼吸道，泌尿生殖道，口腔和皮肤。 微生态平衡：在一般情况下，正常菌群与人体保持着一个十分和谐的平衡状态，在群体内部各微生物间也互相制约，维持稳定，有序的相互关系。

（2）肠道正常菌群对宿主具有很多有益作用，包括排阻，抑制外来致病菌，提供维生素等营养，产生淀粉酶，蛋白酶等有助消化的酶类，分解有毒或致癌物质等。

（3）正常菌群失调：正常菌群的微生物生态平衡是相对的，可变的和有条件的，一旦宿主的防御功能减弱，正常菌群生长部位改变或长期服用抗生素等制菌药物后，就会引起正常菌群失调。原先某些不致病的正常菌群就乘机大量繁殖，成了致病菌，这类特殊的致病菌即称条件致病菌。由它们引起的感染，称为内源感染。

（4）微生态制剂：是依据微生态学理论而制成的含有有益菌的活菌制剂，其功能在于维持宿主微生态平衡，调整宿主的微生态失调并兼有其他保健功能。益生菌剂：通常是指一类分离自正常菌群，以高含量活菌为主体，一般以口服或粘膜途径投入，有助于改善宿主特定部位微生物生态平衡并兼有若干其他有益生理活性的生物制剂。

2.无菌动物与悉生生物

无菌动物：凡在其体内外不存在任何正常菌种的动物。悉生生物：凡已人为地接种上某种或某些已知纯种微生物的无菌动物或植物。

3.根际微生物和附生微生物

根际微生物：又称根圈微生物，生活在根系邻近土壤，依赖根系的分泌物，外渗物和脱落细胞而生长，一般对植物发挥有益作用的正常菌群。

附生微生物：生活在植物地上部分表面，主要借植物外渗物质或分泌物质为营养的微生物。

第二节 微生物与生物环境间的关系

一， 互生：两种可单独生活的生物，当它们在一起时，通过各自的代谢活动而有利于对方，或偏利于一方的生活方式。

1. 互生现象与发酵工业中的混菌培养。

混菌培养又称混合培养，有时也称混合发酵，这是在深入研究微生物纯培养基础上的人工微生物生态工程。

二，共生：是指两种生物共居在一起，相互分工合作，相依为命，甚至达到难分难解，合二为一的极其紧密的一种相互关系。

（一）微生物间的共生：最典型的例子是由菌藻共生或菌菌共生的地衣。

（二）微生物与植物间的共生：1.根瘤菌与植物间的共生2.菌根菌与植物

（三）微生物与动物间的共生：1.微生物与昆虫的共生：仅生活在宿主细胞外的共生生物，称外共生生物，生活在宿主细胞内，叫内共生生物。2.瘤胃微生物与反刍动物的共生

三， 寄生：一般指一种小型生物生活在另一种较大型生物的体内或体表，从中夺取营养并进行生长繁殖，同时使后者蒙受损害甚至被杀死的一种相互关系。前者称寄生物，后者称宿主或寄主。

（一）微生物间的寄生：蛭弧菌寄生在G-细菌内。

（二）微生物与植物间的寄生：凡必须从活得植物细胞或组织中获取其所需营养物才能生存者，称为专性寄生物，另一类是除寄生生活外，还可以生活在死植物上或人工配制的培养基中，这就是兼性寄生物。

（三）微生物与动物间的寄生：见书P263不重要。

四， 拮抗：又称抗生，指由某种生物所产生的特定代谢产物可抑制他种生物的生长发育甚至杀死它们的一种相互关系。

五， 捕食：又称猎食，一般指一种大型的生物直接捕捉，吞食另一种小型生物以满足其营养需要的相互关系。

第三节 微生物与自然界物质循环

一， 碳素循环：图见书P265

二， 氮素循环：1.生物固氮2.硝化作用：氨态氮经硝化细菌的氧化，转变为硝酸态氮的过程，称硝化作用。3.同化性硝酸盐还原作用：指硝酸盐被生物体还原成铵盐并进一步合成各种含氮有机物的过程。4.氨化作用：指含氮有机物经微生物的分解而产生氨的作用。5.铵盐同化作用：以铵盐作营养，合成氨基酸，蛋白质和核酸等有机含氮物的作用。6.异化性硝酸盐还原作用：指硝酸离子充作呼吸链末端的电子受体而被还原为亚硝酸的作用。7.反硝化作用：又称脱氮作用，指硝酸盐转化为气态氮化物（N2和N2O）的作用。（8）亚硝酸氨化作用：指亚硝酸通过异化性还原经羟氨转变成氨的作用。

三， 硫素循环与细菌沥滤

（一）硫素循环：1.同化性硫酸盐还原作用：指硫酸盐经还原后，最终以疏基形式固定在蛋白质等成分中。2.脱硫作用：指在无氧条件下，通过一些腐败微生物的作用，把生物体中蛋白质等含硫有机物中的硫分解成H2S等含硫气体的作用。3.硫化作用：即硫的氧化作用，指H2S或S被微生物氧化成硫或硫酸的作用。4.异化性硫酸盐还原作用：是指硫酸作为厌氧菌呼吸链的某端电子受体而被还原为亚硫酸或H2S的作用。5.异化性硫还原作用：指硫还原成H2S的作用。

（二）细菌沥滤：又称细菌浸出或细菌冶金。详见书P268

四， 磷素循环：1.不溶性无机磷的克溶化2.可溶性无机磷的有机化3.有机磷的矿化

第四节 微生物与环境保护

一， 水体的污染——富营养化

富营养化：是指水体中因氮，磷等元素含量过高而引起水体表层的蓝细菌和藻类过度生长繁殖的现象。

水华：指发生在淡水水体中的富营养化现象。

二， 用微生物治理污染

（一）污水的微生物处理

（1）BOD：即“生化需氧量”或“生化耗氧量”，又称生物需氧量，是水中有机物含量的一个间接指标。BOD的测定条件一般规定在20摄氏度下5昼夜，故常用BOD5符合表示。我国对地面水环境质量标准的规定为:一级水BOD5值<1mg/L，二级水<3mg/L，三级水<4mg/L，若>10mg/L时，表示该水已严重污染，鱼类无法生存。

（2）COD：即化学需氧量，是表示水体中有机物含量的一个简便的间接指标，指1L污水中所含的有机物在用强氧化剂将它氧化后，所消耗氧的毫克数。

（3）TOD：即总需氧量，指污水中能被氧化的物质在高温下燃烧变成稳定氧化物时所需的氧量。

（4）DO：即溶解氧量，指溶于水体中的分子态氧，是评价水质优劣的重要指标。我国规定地面水质的合格标准为：DO>4mg/L。

（5）SS：即悬浮物含量，指污水中不溶性固态物质的含量。

（6）TOC:即总有机碳含量，指水体内所含有机物中的全部有机碳的量。

2.用于污水处理的特种微生物：（1）分解氰：有能产生氰水解酶的Nocardia spp，Pseudomonas spp等菌株（2）分解丙烯晴：有N.corallina等菌种（3）分解多氯联苯（PCB）：有Rhodotorula spp等菌种（4）分解多环芳烃类物质：有ALchromobacter spp等菌种（5）分解炸药成分：可分解三硝基甲苯（TNT）者有Citrobacter spp等（6）分解芳香族磺酸盐：有Ps。Putida等菌种（7）分解1-苯基-十一烷磺酸盐（ABS）：有Bacillus spp等菌种（8）分解聚乙烯醇（PVA）：有Pseudomonas sp等菌种。

外生物质：又称异生物质，是指一些条件下并不存在的有人工合成的化学物质，例如杀虫剂，杀菌剂。

共代谢：许多外生物质易被各种细菌或真菌降解，有些则须添加一些有机物作为初级能源后才能降解，这一现象成为共代谢。

3.污水处理的方法和装置

（1）完全混合曝气法：又称表面加速曝气法，是一种利用活性污泥处理污水的方法。活性污泥：是指一种由或细菌，原生动物和其他微生物群聚集在一起组成的凝絮团，在污水处理中具有有很强的吸附，分解有机物或毒物的能力。

（2）生物转盘法：这是一种适合土地面积紧张的大城市内利用生物膜处理污水的方法。生物转盘一般是由一组质轻，耐腐蚀的塑料圆板以一定间隔串接在同一横轴上而成。 三， 沼气发酵与环境保护

（一）沼气发酵的3个阶段

沼气：又称生物气，是一种混合可燃气体，主要成分为甲烷，另有少量H2，N2和CO2。沼气发酵又称甲烷形成，其生物化学本质是：产甲烷菌在厌氧条件下，利用H2还原CO2等碳源营养物以产生细胞物质，能量和代谢废物——CH4的过程。

（1）水解阶段：有多种厌氧或兼性厌氧的水解性或发酵性细菌把纤维素，淀粉等糖类水解成单糖，并进而形成丙酮酸；把蛋白质水解氨基酸，并进而形成有机酸和氨；把脂类水解成甘油和脂肪酸。

（2）产酸阶段：有厌氧的产氢产乙酸细菌群把第一阶段产生的各种有机酸分解成乙酸，H2和CO2的过程。

（3）产气阶段：有严格厌氧的产甲烷菌群利用一碳化合物，二碳化合物和H2产生甲烷的过程。

（二）甲烷形成的生化机制

1.产甲烷菌简介

产甲烷菌：是一类必须生活在严格厌氧生境下并伴有甲烷产生的古生菌，其形态和生理，生化特性呈现明显的多样性。

2.参与甲烷形成反应的独特辅酶

（1）作C1载体的辅酶：<1>甲烷呋喃：又称CO2还原因子，是一种低相对分子质量辅酶，有酚，谷氨酸，二羧基脂肪酸和呋喃环4种分子结合而成。<2>甲烷蝶呤：又称F342因子，是一种含蝶呤环的产甲烷菌辅酶，在342nm处呈现一浅蓝色荧光。<3>辅酶M：即2-疏基乙烷磺酸，是已知辅酶中相对分子质量最小者，酸性强，在260nm处有吸收峰，但不发荧光。

<4>辅酶F430：一种黄色，可溶性，含四吡咯结构的化合物，作用与CoM相似，以甲基还原酶复合物的一部分而参与产甲烷作用的最终反应。

（2）参与氧化还原反应的辅酶

<1>辅酶F420：是一种黄素衍生物，其化学结构类似于一般黄素辅酶FMN。氧化型F420的吸收光谱为420nm，可产生蓝绿色荧光，当呈还原态时，则荧光消失。

<2>辅酶HS-HTP：即7-疏基庚酰基丝氨酸磷酸，与维生素中泛酸的结构相似，在甲烷形成的

最终反应步骤中作为甲基还原酶的电子供体。

3.甲烷形成中的主要反应：（1）CO2的甲酰化：CO2被MF激活并随之还原成甲酰基（2）从甲酰基至亚甲基和甲基：甲酰基从MF转移到MP，接着通过脱水和还原步骤后，分别达到亚甲基和甲基水平（3）甲基从MP转移到CoM上（4）甲基还原为甲烷（5）产能反应

4.甲烷形成作用以细胞质的生物合成：见书P280

三， 用微生物监测环境污染

1.用肠道菌群的数量作为水体质量的指标。

2.用Salmonella typhimurium的组氨酸缺陷突变株的回复突变即“艾姆氏试验法”检测水体的污染状况和食品，饮水，药物中是否含有三致毒物（致癌变，致畸变，致突变）。

3.用生物发光检测试样的污染程度或毒性强弱。

4.发光细菌：是一类G-，长有极生鞭毛的杆菌或弧菌，兼性厌氧，在有氧条件下能发出波长为475-505nm的荧光。

5.生物发光的反应为：FMNH2+O2+RCHO——(荧光酶)——→FMH+RCOOH+H2O+光

因此，除初级电子供体NADH外，发光反应还须提供FMN，长链脂族醛，O2和荧光酶4个条件。

第九章 传染与免疫

第一节 传染

一，传染与传染病

疾病：生物体在一定条件下，由体内或体外致病因素引起的一系列复杂且有特征性的病理状态。

病原体：凡能引起传染病的各种微生物和其他生物。

传染：又称感染或侵染，是指外源或内源性病原体突破其宿主的三道免疫防线后，在宿主的特点部位定值，生长繁殖或产生酶及毒素，从而引起一系列病理生理的过程。

传染病：是一类由或病原体的大量繁殖所引起，可从某一宿主个体直接或间接传播到同种或异种宿主另一些个体的疾病。

人畜共患病：指这种传染病能在人类与其他脊椎动物间发生自然转移，较重要的包括鼠疫，狂犬病，鹦鹉热，疯牛病等。

二， 决定传染结局的三大因素

（一）病原体：病原体的数量，致病特性和侵入方式是决定传染结局中的最主要因素。

1.毒力：又称致病力，表示病原体致病能力的强弱。

（1）侵袭力：指病原体所有具有的突破宿主防御功能，并在其中生长繁殖和现实蔓延扩散的能力，包括以下3种能力：<1>吸附和侵入能力

<2>繁殖与扩散能力 透明质酸酶：旧称“扩散因子”。可水解机体结缔组织中的透明质酸，引起组织松散，通透性增加，有利于病原体迅速扩散，因而可发展成全身性感染。胶原酶：能水解胶原蛋白以利于病原体在组织中扩散。 血浆凝固酶：能使血浆加速凝固成纤维蛋白屏障，借以保护病原体免受宿主吞噬细胞和抗体的作用。 链激酶：又称血纤维蛋白溶酶，能激活血纤维蛋白溶酶原，使之变成血纤维蛋白溶酶，再由后者把血浆中的纤维蛋白凝块水解，从而有利于病原体在组织中扩散。 卵磷脂酶：又称a毒素，可水解各种组织的细胞，尤其是红细胞。

<3>抵抗宿主防御功能的能力：如一些Streptpcpccus spp可产生溶血素去抑制白细胞的趋化性。

（2）毒素：细菌毒素可分为外毒素和内毒素两大类。

<1>外毒素：指在病原体细菌生长过程中不断向外界环境分泌的一类毒性蛋白质，有的属于酶，有的属于酶原，有的属于毒蛋白。

类毒素：用0.3％-0.4％甲醛溶液对外毒素进行脱毒处理，可获得失去毒性但仍保留其原有免疫原性的生物制品。将其注射机体后，可使机体产生对相应外毒素具有免疫性的抗体（抗毒素）。常用的类毒素有白喉类毒素，破伤风类毒素和肉毒类毒素。

<2>内毒素：是G-细菌细胞壁外层的组分之一，其化学成分是脂多糖（LPS）。

2.入侵病原体的数量：详见书P288

3.侵入门径：（1）消化道（2）呼吸道（3）皮肤创口（4）泌尿生殖道（5）其他途径

（二）宿主的免疫力

免疫或称免疫力，免疫性：是机体识别和排除抗原性异物的一种保护性功能，在正常条件下，它对机体有利；在异常条件下，也可损害机体。免疫功能包括：<1>免疫防御<2>免疫稳定<3>免疫监视。

（三）环境因素：详见书P290

三， 传染的3种可能结局

（一）隐性传染：如果宿主的免疫力很强，而病原菌的毒力相对较弱，数量又较少，传染后只引起宿主真的轻微损害，且很快就将病原体彻底消灭，因而基本上不出现临床症状者。

（二）带菌状态：如果病原菌与宿主双方都有一定的优势，但病原体仅被限制于某一局部且无法大量繁殖，两者长期处于相持的状态。

（三）显性传染：如果宿主的免疫力较低，或入侵病原菌的毒力较强，数量较多，病原菌很快在体内繁殖并产生大量有毒产物，是宿主的细胞和组织蒙受严重损害，生理功能异常，于是就出现了一系列临床症状。按发病时间的长短可把显性传染分为急性传染和慢性传染。按发病的部位的不同，显性传染又可分为局部感染和全身感染两种，按性质和程度的不同，可把它们分成4类：（1）毒血症：病原体被限制在局部病灶，只有其所产毒毒才进入血流而引起全身性症状者。如白喉，破伤风等。（2）菌血症：病原体由局部的原发病灶侵入血流后传播至远处组织，但未在血流中大量繁殖的传染病。如伤寒症的早期。（3）败血症：病原体侵入血流并在其中大量繁殖，造成宿主严重损伤和全身性中毒症状，如铜绿假单胞菌引起败血症。（4）脓毒血症：一些化脓性细菌在引起宿主的败血症的同时，又在其许多脏器中引起化脓性病灶者。如金黄色葡萄球菌可引起浓度血症。

第二节 非特异性免疫

非特异性免疫：凡在生物长期进化过程中形成，属于先天即有，无特殊针对性的对付病原体的天然抵抗能力。也称先天免疫或自然免疫。

一， 表皮和屏障结构

（一）皮肤与粘膜：这是宿主对病原体的“第一道防线”或“机械防线”，其作用有3种：

（1）机械性阻挡和排除作用（2）化学物质的抗菌作用（3）正常菌群的拮抗作用

（二）屏障结构：1.血脑屏障：一种可阻挡抗病原体及其有毒产物或某些药物从血液透入大脑组织或脑脊液的非专有解剖构造，具有保护中枢神经系统的功能。2.血胎屏障：由母体子宫内膜的底蜕膜和胎儿的毛绒膜共同组成。

二， 吞噬细胞及其吞噬作用

吞噬细胞：是一类存在于血液，体液或组织中，能进行变形虫运动，并能吞噬，杀死和消化病原体微生物等异常抗原的白细胞，最主要的吞噬细胞有两类，其一为多行核白细胞中的嗜中性粒细胞；其二为以巨噬细胞。

（一）多形核白细胞（PMN）：又称粒细胞，一类有分节状细胞核，细胞质内含大量溶酶体颗粒的白细胞。形状较小，运动力强，在骨髓中形成，寿命短，存在于血流和骨髓中。有三类：嗜中性粒细胞，嗜碱性粒细胞，嗜酸性粒细胞。

（二）巨噬细胞：是一类存在于血液，淋巴和多种组织中的大型单核细胞，寿命长，可作变形虫状运动，并有吞噬和胞饮功能。在体外培养，具有粘附于玻璃，塑料表面和吸收锥虫蓝等特性。功能有：（1）吞噬和杀菌作用（2）抗原递呈作用（3）免疫调节作用（4）抗癌作用

三， 炎症反应

炎症：是机体对病原体的侵入或其他损伤的一种保护性反应，在相应部位出现红，肿，热，痛和功能障碍，是炎症的五大特征。

炎症的免疫反应机理：（1）动员大量吞噬细胞聚集在炎症部位（2）血流的加速使血液中抗菌因子和抗体发生局部浓缩（3）死亡的宿主细胞堆集可释放一部分抗菌物质（4）炎症中心部位氧浓度的下降和乳酸浓度的提高，可抑制多种病原体的生长（5）炎症部位体温可降低某些病原体的繁殖速度

四， 正常体液或组织中的抗菌物质

（一）补体：为一补体系统，是指存在于正常人体或高等动物血清中的一组非特异性血清蛋白。补体的本质是一类酶原，能被任何抗原—抗体的复合物激活，激活后的补体能参与破坏或清除已被抗体结合的抗原或细胞，发挥溶胞作用。

（二）干扰素：是高等动物细胞在病毒或dsRNA等诱生剂的刺激下，所产生的一种具有高活性，广谱抗病毒等功能的特异性糖蛋白。功能是能抑制病毒在细胞中增殖和免疫调节作用以及对癌细胞的杀伤作用等。

目前所知干扰素有4类：即IFN-a，IFN-β，IFN-γ，IFN-w

第三节 特异性免疫

特异性免疫：也称获得性免疫或适应性免疫，是相对于上述非特异性免疫而言的，其主要功能是识别非自身和自身的抗原物质，并对它产生免疫应答，从而保证机体内环境的稳定状态，特点是：

（1）是生物个体在其后天活动中接触了相应的抗原而获得的（2）其产物与相应的刺激物之间是特异性免疫（3）包括体液免疫系统和细胞免疫系统（4）特异性免疫力在同种生物的不同个体间或同一个体在不同条件下有着明显的差别。

免疫应答：是指一类发生在活生物体内的特异性免疫的系列反应过程。可分3阶段：即感应阶段，增殖和分化阶段，以及效应阶段。根据参与的免疫活性细胞的种类和功能的不同，免疫应答又可分为细胞免疫和体液免疫两类。

细胞免疫：指机体在抗原刺激下，一类小淋巴细胞发生增殖，分化，进而直接攻击靶细胞或间接地释放一些淋巴因子的免疫作用。体液免疫：指机体受抗原刺激后，来源于骨髓的一类小淋巴细胞进行增殖并分化为浆细胞，由它合成抗体并释放到体液中以发挥其免疫作用。 TD抗原：即胸腺依赖性抗原，包括血细胞，血清成分和细菌细胞等在内多数抗原，它需要抗原递呈细胞递呈抗原，促使成熟的TH转化成活化的YH后才能刺激TC和TD产生淋巴因子，以及刺激成熟的B细胞转变成浆细胞后产生抗体。

TI抗原：即非胸腺依赖性抗原，指它在刺激机体产生抗体时，不需要T细胞辅助的抗原或是对T细胞依赖程度很低的抗原，包括一些多糖类，脂类和核酸类抗原。

一， 免疫器官

（一）中枢免疫器官：又称一级淋巴器官，是免疫细胞发生，分化和成熟的部位。

1.骨髓：是形成各类淋巴细胞，巨噬细胞和血细胞的部位。骨髓中的多能干细胞具有很大的分化能力。可分化出：（1）髓样干细胞（2）淋巴干细胞

2.胸腺：T细胞的成熟主要通过胸腺中的网状上皮细胞所分泌的胸腺素和胸腺生成素等多种胸腺因子和胸腺微环境的共同作用完成。

3.法氏囊：为鸟类特有，形如囊状，是一个促使鸟类B细胞分化，发育以及发挥其体液免疫功能中枢淋巴器官，相当于人和哺乳动物骨髓功能。

（二）外周免疫器官：主要是脾脏和淋巴结。

二， 免疫细胞及其在细胞免疫中的作用

免疫细胞：泛指一切具有免疫功能的细胞，包括各类淋巴细胞，粒细胞，单核细胞核各种类型的巨噬细胞。

免疫活性细胞：仅指能特异地识别抗原，即能接受抗原的刺激，并随后进行分化，增殖和产生抗体或淋巴因子，以发挥特异性免疫应答的一群细胞，主要指T细胞和B细胞。

（一）T细胞：即T淋巴细胞，是一种参与特异性免疫应答的小淋巴细胞。主要执行细胞免疫功能。

1. T细胞起源于骨髓，转移到胸腺中分化，成熟后，再分布到外周淋巴器官和外周血液中。因此T细胞又称胸腺依赖型淋巴细胞。

2. T细胞表面有其独特的表面标志。包括表面受体和表面抗原两类。E受体指T细胞上能与绵羊红细胞相结合的受体，可是周围的绵羊红细胞结合在其周围而形成一玫瑰花状物。

3. 按T细胞的功能来介绍几个亚群：

（1）调节性T细胞：<1>辅助性T细胞：在体液免疫中发挥作用，主要功能是辅助B细胞，促使其活化和产生抗体。<2>抑制性T细胞：可抑制TH，TC和B细胞的功能，由它控制淋巴细胞的增殖。

（2）效应性T细胞：<1>迟发型超敏T细胞（TDTH）：又称迟发型T细胞，在细胞介导的免疫中发挥作用。TDTH在抗原的刺激下，可被活化，增殖并释放多种淋巴因子。它们可在机体的局部引起以单核细胞浸润为主的炎症，这就是迟发性超感反应（DTH）。<2>细胞毒T细胞：又称杀伤性T细胞，在细胞介导免疫中发挥作用。

（二）B细胞：即B淋巴细胞，一种在细胞膜表面带有自己合成的免疫球蛋白的淋巴细胞。因此B细胞又称骨髓依赖性淋巴细胞或囊依赖性淋巴细胞。又称骨髓依赖性淋巴细胞或囊状依赖性淋巴细胞。

1.B细胞和表面受体：为膜表面免疫球蛋白，其主要成分是单体的IgM和IgD。

2.B细胞的表面抗原：为B细胞抗原受体SmIg。

3.B细胞的亚群：B-1和B-2详见书P303

（三）第三淋巴细胞

1.NK细胞：即自然杀伤细胞，因其细胞质中有嗜天青颗粒，且细胞较大，故也称大颗粒淋巴细胞。

2.K细胞：即杀伤细胞，是一类与NK细胞相似的大颗粒淋巴细胞。通过IgG分子中的Fc片段与K细胞表面的Fc受体结合，可触发K细胞的杀伤活性，故它能专一地但非特异地杀伤被IgG所覆盖的靶细胞。

（四）第四淋巴细胞：有事会对自身组织产生攻击性，并导致自身免疫病，如全身性红斑狼疮。

三， 免疫分子及其在体液免疫中的作用

免疫分子：主要指抗原及抗体。

（一）抗原：是一类能诱导机体发生免疫应答并能与相应抗体或T淋巴细胞受体发生特异性免疫反应的大分子物质。抗原又称免疫原。抗原具备两个特性：（1）免疫原性：又称抗原性，指能刺激机体产生免疫应答能力的特性（2）免疫反应性：或称反应原性，指能与免疫应答的产物发生特异反应的特性。

完全抗原：凡同时具有免疫原性和免疫反应性的抗原。半抗原：又称不完全抗原，凡缺乏免疫原性而有免疫反应性的物质。

1.免疫原性的物质基础：（1）相对分子量大（2）结构复杂（3）异物性：指某抗原的理化性质与其所刺激的机体的自身物质理化性质间的差异程度。

2.抗原决定簇：又称抗原表面，指位于抗原表面可决定抗原特异性的特定化学基团。

3.两类半抗原：（1）复合半抗原（2）简单半抗原

4.细菌的抗原：（1）表面抗原：指包围子细菌细胞壁外层的抗原，主要是荚膜或微荚膜抗原。

（2）菌体抗原：存在于细胞壁，细胞膜与细胞质上的抗原。

（3）鞭毛抗原：又称H抗原。

（4）菌毛抗原（5）外毒素和类毒素

5.共同抗原与交叉反应

共同抗原：为多种复杂抗原系统所共有的抗原，又称类属抗原，或交叉反应抗原。

交叉反应：甲，乙两菌存在共同抗原而引起甲菌抗原与乙菌抗体间发生较弱的免疫反应的现象。

（二）抗体：是高等动物体在抗原物质的刺激下，由浆细胞产生的一类能与相应抗原在体内外发生特异性结合的免疫球蛋白。抗体的5个特点：（1）仅由鱼类以上脊椎动物的浆细胞所产生（2）必须有相应抗原物质刺激免疫细胞后才能产生（3）能与相应的抗原发生特异性，非共价和可逆的结合（4）其化学性质是一类具有体液免疫功能的球蛋白（5）因抗体是蛋白质，故既具抗体功能也可作抗原去刺激异种生物产生相应的抗体，这就是抗原体。

免疫球蛋白（Ig）：凡具有抗体活性以及与抗体有关的各种球蛋白。纯化后的Ig分5类：IgG, IgA, IgM, IgD, IgE。

1. Ig的化学结构：是由一长一短的两对多肽链对称排列而成的一个Y形分子。近对称轴的一对较长的肽链，称为重链或H链，外侧一对较短的肽链，称为轻链或L链。占重链1/4或轻链1/2长度的一段区域，称可变区或V区，这一区域的氨基酸序列是可变的；占重链3/4或轻链1/2长度的一段区域，则称恒定区或C区，这一区域内氨基酸序列是恒定的。在重链的居中处约有30个氨基酸残基组成了一个能使Ig分子自由曲折的区段，称为铰链区。

（1）Ig肽链的氨基酸数：一般轻键的氨基酸残基数在220个左右。重链则是轻链的氨基酸残基数的加倍，约440.

（2）IgG的酶解和化学分解片段：用疏基试剂和两种蛋白酶对其作化学分解和酶解，可产生10余种不同大小，构造，性质和免疫功能的小片段。见图P331

<1>木瓜蛋白酶（Pap）的酶解片段：通过Pap水解，IgG1可产生两个相同的抗原结合片段和一个可结晶片段。

<2>胃蛋白酶（Pep）的酶解片段：Pep可将IgG1水解大小不同的片段。

<3>疏基试剂的分解产物：当IgG1在pH2.5的酸性条件下用疏基乙醇处理后，可使两条重链间的二硫键还原，于是IgG1就分解成两个对称的半分子。

（3）Ig的体 有单体，双体和五体等。

（4）Ig的抗原结合价：指每个Ig分子上能与抗原决定簇相结合部位的数目。

（5）Ig的功能区：又称辖区，是指Ig的结构单元，一般呈对状排列。

（6）Ig的构象：从T型改变成了Y型

4. 产抗体细胞的激活和抗体的形成

胸腺依赖型抗体（TD）的产生一般必须同时有3种细胞的参与：（1）抗原递呈细胞（2）B细胞（3）T细胞

浆细胞：形态较大，寿命较短，是分泌抗体的细胞。

记忆细胞：是一种形态较小，寿命较长的细胞，它在遇到原初抗原的再次刺激时，会迅速转变浆细胞并分泌抗体。

5.机体产抗体的两次应答规律：（1）初次免疫应答：指首次用适量抗原注射动物后，须经一段较长的潜伏期（2）再次免疫应答：指在初次应答的抗体下降期再次注射同种抗原进行免疫时，会出现一个潜伏期明显缩短，抗体以IgG为主，滴度高，维持时间长的阶段。

6.抗体的形成机制：（1）抗体形成的克隆选择学说（2）抗体多样性的分子生物学机制。详见书P318

7.单克隆抗体与淋巴细胞杂交瘤技术

（1）单克隆抗体：指由一纯系B淋巴细胞克隆经分化，增殖后的浆细胞所产生的单一成分，单一特异性的免疫球蛋白分子。

（2）淋巴细胞杂交瘤：简称杂交瘤，是由B淋巴细胞和骨髓瘤细胞两者融合而成的一种既能在体外大量增殖，又能产生大量McAb的杂种细胞。

淋巴细胞杂交瘤的制备方法：（1）选择亲本细胞株（2）混合双亲细胞（3）促进细胞融合（4）淘汰未融合的亲本（5）杂交瘤的扩大培养（6）单克隆抗体的改造

第四节 免疫学方法及其应用

一， 抗原，抗体反应的一般规律

（1）特异性（2）可逆性（3）定比性（4）阶段性（5）条件依赖性

二， 抗原，抗体间的主要反应

（一）凝聚反应：颗粒性抗原与相应的抗体在合适的条件下反应并出现肉眼可见的凝聚集团现象。用于此反应中的抗原又称凝集原，抗体则称凝集素。

凝集反应试验时具体方法有：（1）直接法，包括玻片法和试管法（2）间接法，典型的间接凝集试验又称被动凝集反应。

（二）沉淀反应：可溶性抗原与其相应的抗体在合适条件下反应，并出现肉眼可见的沉淀现象。用于此反应中的抗原称沉淀原，抗体称沉淀素。

1.测沉淀反应的经典方法：（1）环状沉淀反应：又称环状试验。（2）絮状沉淀反应：又称絮状反应。

2.测沉淀反应的现代方法：（1）单向琼脂扩散法：又称单向免疫扩散法（2）双向琼脂扩散法：又称Ouchterlony法或双向免疫扩散法（3）对流免疫电泳法（4）火箭电泳法（5）双向免疫电泳法

（三）补体结合试验：是一种有补体参与，并以绵羊红细胞和溶血素是否发生溶血反应作指标的一种高灵敏度的抗原结合反应。原理：（1）补体可以与任何抗原和抗体的复合物相结合

（2）指示系统如遇还未被抗原和抗体复合物所结合的游离补体，就会出现肉眼易见得溶血反应。

（四）中和试验：由特异性抗体抑制相应抗原的生物活性的反应。测定风湿患者体内是否存在抗链球菌O抗体的反应，就是利用中和试验来进行的。

三，免疫标记标本

免疫标记标本技术：又称萤光抗体法，一种将结合有萤光素的萤光抗体与抗原进行反应，借以提高免疫反应灵敏度和适合显微镜观察。常用的萤光素有：异硫氰酸荧光素，罗丹明，二氯三嗪基氨基荧光素等。

（一）免疫酶技术：又称酶免疫测定法，一种利用酶作标记的抗体或抗抗体以进行抗原，抗体反应的高灵敏的免疫标记技术。优点是：（1）由于是产色反应，故可用普通显微镜观察结果（2）标本经酶标记的抗体染色后，还可用其他染料复染，以显示细胞的形态结构（3）标本可长久保存，随时查看（4）特异性强（5）灵敏度高

1. 酶联免疫吸附法：简称酶标法。被广泛用于检测各种抗原或抗体。

（1）双抗体夹心法：这是一种测定待测标本中是否含抗原的方法，步骤为：（1）将含已知抗体的抗血清吸附在微量滴定板上的小孔内，洗涤一次（2）加待测抗原（3）加入与待测抗原呈特异的酶联抗体，使形成夹心（4）加入该酶的底物后，若见到有色酶解产物产生，则说明在孔壁上存在相应的抗原。

（2）间接免疫吸附测定法：一种检测血清中是否含特定抗体的方法。步骤为：（1）将已知

抗原吸附在微量滴定板的小孔内，用缓冲溶液洗涤3次（2）加待检抗血清（3）加入酶联抗抗体（4）加入该酶底物，使底物分解并产生颜色，待终止反应后，依底物颜色深浅，即可知样品中的抗体含量。

（3）斑点酶免疫吸附法：以上的ELISA都是在液相中进行酶底物的显色反应的，其产物均为可溶性有色化合物，故也可用分光光度法测其含量。本法在原理上与以上两种相同，方法上的不同处是：（1）用硝酸纤维薄膜取代上述微量滴定板（2）最终显色反应是用不溶于水的有色沉淀物

2. 酶标记免疫定位

（1）免疫组织化学：又称酶标免疫组织化学，其原理与上述dot—ELISA相同，不同处仅用组织切片或细胞样品代替固相抗原。

（2）免疫印迹：几种相对分子质量不同的蛋白质先经SDS-PAGE凝胶电泳分离出不同的条带，再转印至硝酸纤维膜上，然后用酶标记的抗体对条带进行显色和鉴定。

（三）放射免疫测定法：是一类利用放射性同位素标记的抗原或抗体来检测相应抗体或抗原的高灵敏度免疫分析法。

（四）免疫电镜技术：是一类采用电子致密物质标记的抗体与其相应抗原发生特异性结合后，借电镜检出这一标记复合物的技术。

（五）发光免疫测定法：是一种把化学发光或生物发光反应与免疫测定结合后的高灵敏度分析方法。化学发光剂有：萤光醇，异萤光醇等。优点是：（1）可定量检测抗原或抗体（2）灵敏度高（3）试剂稳定，无毒（4）检测操作简便，快速。

第五节 生物制品及其应用

一，人工自动免疫类生物制品：是一类专用于预防传染病的生物制品。

（一）常规疫苗

1.疫苗：用于预防传染病的抗原制剂称为疫苗。广义的疫苗包括菌苗和疫苗两类生物制品；狭义的疫苗仅指用病毒，立克次氏体或螺旋体等微生物制成的生物制品，而菌苗则仅指用细菌制成的生物制品。疫苗又可分活疫苗和死疫苗两类。

（1）活疫苗：指用人工的方法使病原体减毒或从自然界筛选某病原体的无毒株或微毒株所制成的活微生物剂，有时称减毒活疫苗。

（2）死疫苗：用理化因子杀死病原体，但仍保留原有免疫原性的疫苗。

2.类毒素：细菌的外毒素经甲醛脱毒后仍保留原有免疫原性的预防用生物制品。常用的类毒素有：破伤风类毒素和白喉类毒素等。

3.自身疫苗：又称自体疫苗，指用从病人自身病灶中分离出来的病原体所制成的死疫苗。

（二）新型疫苗

1.亚单位疫苗：一种保留病原体中有效免疫原成分，而去除其无效或有害成分的化学纯品疫苗。

2.化学疫苗：用化学方法提取病原体中有效免疫成分制成的化学纯品疫苗，其成分一般比亚单位疫苗更为简单。

3.多肽疫苗：又称化学合成疫苗，指用人工合成的高免疫原性多肽片段制成的疫苗。

4.基因工程疫苗：又称DNA重组疫苗。一种利用基因工程构建重组基因序列，并用它表达的免疫原性较强，无毒性的多肽制成的疫苗。

5.DNA疫苗：又称核酸疫苗或基因疫苗，指一种用编码抗原的基因制成的疫苗。

6.抗独特型抗体疫苗：位于抗体分子可变区中高变区的抗原决定簇，称为独特型决定簇或简称独特型，它代表一个抗体分子独特的遗传型。优点有：（1）克服抗原物质难以获得的困难

（2）解决目标分子或病原体自身免疫原性较弱的不利条件（3）避免使用有害或危险的病原体抗原（4）取代蛋白质以外的抗原等等。

二， 人工被动免疫生物制品

（一）特异性免疫治疗剂

1.抗毒素：一类用类毒素多次注射马等大型动物，待其产生大量特异性抗体后，经采血，分离血清并经浓缩，纯化后制成的生物制品。如：破伤风抗毒素，白喉抗毒素，肉毒抗毒素等。

2.抗病毒血清：一类用病毒作抗原去免疫动物后，取其含抗体的血清制成的精制治疗用生物制品。

3.抗菌血清

4.免疫球蛋白制剂：（1）血浆丙种球蛋白（2）胎盘球蛋白（3）单克隆抗体

5.免疫核糖核酸：是一类特异性的免疫触发剂，可使机体的正常淋巴细胞转化为致敏淋巴细胞以发挥其免疫作用。

（二）非特异性免疫治疗剂——免疫调节剂

免疫调节剂：是一类能增强，促进和调节免疫功能的非特异性生物制品。

1.转移因子：一种由淋巴细胞产生的低分子核苷酸和多肽的复合物，无免疫原性，有种属特异性。制剂有两类：（1）特异性TF（2）非特异性TF

2.白细胞介素-2：旧名胸腺细胞刺激因子（TST）或T细胞生长因子，是一种由活化T细胞产生的多效能淋巴因子，具有促进T细胞和NK细胞的增生，分化，增强效应细胞的活性等功能。

3.胸腺素：一种从小牛，羊或猪的胸腺中提取的可溶性多肽，具有促进T细胞分化，成熟以及增强T细胞免疫功能的作用。

4.细胞毒T细胞：又称杀伤性T淋巴细胞：一种在病毒性感染和肿瘤性疾病中能杀伤带抗原的靶细胞的效应性淋巴细胞，是宿主清除病原因子的主要力量。

5.卡介苗：一种历史悠久，预防肺结核病得优良减毒活菌苗。

6.小棒杆菌：小棒杆菌经加热或用甲醛处理后的死细胞具有激活巨噬细胞，增强其吞噬细胞毒性作用。

7.干扰素

第十章 微生物的分类和鉴定

第一节 通用分类单元

一，种以上的系统分类单元

（一）7级分类单元

分类单元：又称分类单位，分类阶元或分类群。依次分为7级：界，门，纲，目，科，属，种

（二）种的概念：我们认为微生物的种是一个基本分类单元，它是一大群表型特征高度相似，亲缘关系及其接近，与同属内的其他物种有着明显差异的一大群菌株的总称。

二， 学名

（一）双名法：指一个物种的学名由前一个属名和后面一个种名加词两部分组成。

（二）三名法：当某种微生物是一个亚种或变种时，学名就应该按三名法拼写即：学名=属名+种名加词+符号+亚种或变种的加词。

（三）有关学名的其他知识

1.属名：是一个表示该微生物主要特征的名词或用作名词的形容词，单数，第一个字母应大写。

2.种名加词：又称种加词，它代表一个物种的次要特征。与属名一样，种名加词也由拉丁词，希腊词或拉丁化的外来词所组成。

3.学名的发音：均应按拉丁字母发音规则发音。

三， 亚种以下的几个分类名词

（一）亚种：是进一步细分种时所用的单元，一般指除某一明显而稳定的特征外，其余鉴定特征都与模式种相同的种。

（二）变种：是亚种的同义词。

（三）型：见书P343

（四）菌株：又称品系，它表示任何由一个独立分离的单细胞繁殖而成的纯遗传型群体及其一切后代。

第二节 微生物在生物界的地位

一，生物的界级分类学说

（一）两界系统：植物和动物。

（二）三界系统：动物，植物，原生生物界

（三）四界系统：植物界，动物界，原始生物界，菌界。

（四）五界系统：动物界，植物界，原生生物界，真菌界和原核生物界

（五）六界系统：后生动物界，后生植物界，真菌界，原生生物界，原核生物界和病毒界。

（六）三总界五界系统：I非细胞总界II原核总界：1.细菌界2.蓝细菌界III真核总界：

1.植物界2.真菌界3.动物界

二， 三域学说及其发展

三域学说：“域”是一个比界更高的界级分类单元，过去曾称原界。三个域指是细菌域，以前称“真细菌域”，古生菌域和真核生物域。

第三节 各大类微生物的分类系统纲要：详见书P349-355

第四节 微生物分类鉴定的方法

通常可把微生物的分类鉴定方法分成4个不同水平：（1）细胞形态和习性水平（2）细胞组分水平（3）蛋白质水平（4）核酸水平

一，微生物分类鉴定中的经典方法

（一）经典的鉴定指标：1.形态：包括个体和群体。2.生理生化反应：包括营养要求；酶；代谢产物；对药物的敏感性。3.生态特性：生长温度，与氧，ph，渗透压的关系，宿主种类等4.生活史，有性生殖情况5.血清学反应6.对噬菌体的敏感性

（二）微生物的微型，简便，快速或自动化鉴定技术：API细菌数值鉴定系统；Enterotube系统；Biolog全自动和手动细菌鉴定系统

二，微生物分类鉴定中的现代方法

（一）通过核酸分析鉴定微生物遗传型

1.DNA碱基比例的测定：DNA碱基比例是指（G+C）mol％值，简称“GC比”它表示DNA分子中鸟嘌呤（G）和胞嘧啶（C）所占的摩尔百分比，即（G+C）mol％=（G+C/A+T+G+C）*100％

2.核酸分子杂交法：按碱基的互补配对原理，用人工方法对两条不同来源的单链核酸进行复性，以构建新的杂合双链核酸的技术。

3.rRNA寡核苷酸编目分析

4.微生物全基因组序列的测定

(二)细胞化学成分用作鉴定指标

1.细胞壁的化学成分

2.全细胞水解液的糖型

3.磷酸类脂成分的分析

4.枝菌酸的分析

5.醌类的分析

6.气相色谱技术用于微生物鉴定

（三）数值分类法：又称统计法，是一种依据数值分析的原理，借助现代计算机技术对拟分类的微生物对象按大量表型性状程度进行统计，归类的方法。

分离工作的基本步骤：（1）计算两菌株间的相关系数：有以下两种计算方式：

<1>SSM=a+d/a+b+c+d <2>SJ=a/a+b+c

a为两菌株均为呈正反应的性状数

b为菌株甲成正反应而乙呈负反应

c为菌株甲呈负反应而乙呈正反应的性状数

d为两菌株均呈负反应的性状数

SSM值既包含正反应，也包含负反应

SJ仅包含正反应性状

（2）列出相似度矩阵

（3）将矩阵图转化为树状谱。