第二章细菌的生理特性
细菌的生理特性，主要从三方面来分析：(1)营养；(2)呼吸；(3)其它环境因素对它们生活的影响。
第一节细菌的营养
细菌的营养是指吸取生长所需的各种物质并进行代谢生长的过程。营养是代谢的基础，代谢是生命活动的表现。细菌所需的营养物质与细菌细胞的化学组成、营养类型和代谢遗传特性等有关。
一、细菌细胞的化学组分及生理功能
1、化学组成细菌细胞中最重要的组分是水，约占细胞总重量的80％，一般为70％～90％．其它10％～20％为干物质。干物质中有机物占90％左右，其主要化学元素是C、H、()、N、P、S；另外约10％为无机盐分(或称灰分)。其化学组成示意图如下(图2—1)。
有关细菌细胞的化学组分还应注意以下几个特点：不同的细菌细胞化学组分不同；同一种细菌在不同的生长阶段，其化学组分也有差异。
2、各化学组分的生理功能
(1)水分
水分是最重要的组分之一，也是不可缺少的化学组分。水在细菌细胞内的存在有两种状态：自由水和结合水。它们的生理作用主要有以下几点：
1)溶剂作用。所有物质都必须先溶解于水，然后才能参与各种生化反应。
2)参与生化反应(如脱水、加水反应)。
3)运输物质的载体。
4)维持和调节一定的温度。
(2)无机盐
无机盐主要指细胞内存在的—些金属离子盐类。根据含有量的多少可以分成微量金属
元素和(大量)金属元素，前者如Zn、Ni、Co、Mo、Mn等．后者如P、S、K、Mg、Na、Fe 等。无机盐类在细胞中的主要作用是：
1)构成细胞的组成成分，如H3PO4是DNA和RNA的重要组成成分。
2)酶的组成成分，如蛋由质和氨基酸的－SH。
3)酶的激活剂，如Mg2+、K+。
4)维持适宜的渗透压。如Na+、K+、Cl－。
5)自养型细菌的能源，如S、Fe2+。
(3)碳源
凡是提供细胞组分或代谢产物中碳素来源的各种营养物质称之为碳源。它分有机碳源和无机碳源两种，前者包括各种糖类，蛋白质，脂肪，有机酸等等，后者主要指CO2(CO32－或HCO3－)。碳源的作用是提供细胞骨架和代谢物质中碳素的来源以及生命活动所需要的能量。碳源的不同是划分细菌营养类型的依据，详见后述。
(4)氮源
凡是提供细胞组分中氮素来源的各种物质称为氮源。氮源也可分为两类：有机氮源(如蛋白质，蛋白胨，氨基酸等)和无机氮源(如NH4Cl，NH4NO3等)。氮源的作用是提供细胞新陈代谢中所需的氮素合成材料。极端情况下(如饥饿状态)，氮源也可为细胞提供生命活动所需的能量。这是氮源与碳源的很大不同。
前已所述，细胞干物质中有机物的六大元素是C、H、O、N、P、S。除了C、H、O、N四种外，剩下的还有P和S。与碳源和氮源类似，凡是提供磷素或硫素的各种化合物分别称为磷源和硫源。磷源比较单一，主要是无机磷酸盐或偏磷酸盐。硫源则比较广泛，从还原性的s2－化合物、元素硫一直到最高氧化态的SO42+化合物，都可以作为硫源。磷源和硫源的作用是分别提供细胞中核酸和蛋白质的合成原料。
(5)生长因子
某些细菌在含有上述介绍的碳源、氮源、磷源、硫源和元机盐类等组分的一般培养基中培养时，生长极差或不能进行生长。但当加入某种细胞或组织的提取液时生长较好。也就是说这些提取液种含有生长所必需的某种物质。因此，我们把某些细菌在生长过程中不能自身合成的，同时又是生长所必需的须由外界供给的营养物质，叫做“生长因子”。根据化学组分的不同，生长因子可分为3类：氨基酸类、嘌呤类、嘧啶类、维生素类。
上面介绍了细菌的—般细胞组分和营养要求。在实际应用中还应注意以下几方面问题：第—，不同的细菌，营养要求不同。
第二，不同的生长条件，同一细菌的营养要求也会不同。
第三，总体来说，细菌的代谢能力很强，可利用的化合物种类很广。
以上所讲的水分、碳素养料、氮素养料、无机盐类和维生素等都是细菌等微生物所需要的，但不同的微生物对每一种营养元素需要的数量不是相同的，并且要求各种营养元素之间有一定的比例关系，主要是指碳氮的比例关系，通常称碳氮比。有人做过试验：根瘤菌要求碳氮比为11.5：1，固氮菌要求碳氮比为27.6：1，土壤中许多微生物在一起生活综合要求的碳氮比约为25：1。废水生物处理中，微生物群体对营养物质也有一定的比例要求，详见第六章第五节。
应该指出，细菌住住先利用现成的容易被吸收、利用的有机物质，如果这种现成的有机物质的量已满足它的要求，它就不利用其它的物质了。在工业废水生物处理中，常加生活污水以补充工业废水中某些营养物质的不足。但如工业废水中的各种成分已基本满足细菌的营养要求，则反而会把细菌养“娇”，因在一般情况下生活污水中的有机物比工业废水中的容易被细菌吸收利用，因而影响工业废水的净化程度。
二、细菌的营养类型
细菌种类繁多，各种细菌要求的营养物质不尽相同，自然界中的所有物质几乎都可以被这种或那种细菌所利用，甚至对一般机体有毒害的某些物质，如硫化氢、酚等，也是某些细菌的必需营养物。因此，细菌的营养类型是多种多样的。但就某一种细菌来说，它们对其必需的营养物有特定的要求。
由于细菌种类不同，它们所需要的营养料也不—样。根据碳源的不同，细菌可分成自养型和异养型两大类。有的细菌营养要求简单，能在完全含无机物的环境中生长繁殖，这类细菌叫做自养菌(也称无机营养型细菌)。它们以二氧化碳或碳酸盐为碳素养料的来源(碳源)，铵盐或硝酸盐作为氮素养料的来源(氮源)，来合成菌体成分。它们生命活动所需的能量则来自无机物或来自阳光。有的细菌需要有机物质方能生长，这类细菌称为异养菌(或有机营养型细菌)。它们主要以有机碳化物，如碳水化合物、有机酸等，作为碳素养料的来源，并利用这类物质分解过程中所产生的能量作为进行生命活动所必需的能源。细菌的氮素养料则是无机的或有机的氮化物。在自然界中，绝大部分细菌都是异养菌。其它各种微生物，根据它们对于营养要求的不同，也可分属于自养和异养这两大类。
根据生活所需能量来源的不同，细菌又分为光能营养和化能营养两类。结合碳源的不同，则一共有光能自养、化能自养、化能异养和光能异养四种营养类型。
1、光能自养 属于这一类的细菌都含有光合色素，能进行光合作用。例如：绿色细菌(Chlorodium)含有菌绿素(近似有色植物的叶绿素)能利用光能，从二氧化碳合成细胞所需的有机物质。但这种细菌进行光合作用时，除了需要光能以外，还要有硫化氢存在，它们在硫化氢中获得氢，而高等植物则是在水的光解中获得氢以还原二氧化碳。
绿色细菌：
CO 2十2H 2S ????→?菌绿素
光能,[CH 2O]+H 2O+S 2 （2-1） 高等绿色细菌：
CO 2十H 2O ????→?菌绿素光能,[CH 2O]+O 2 （2-2）
式中[CH 2O]表示最初合成的有机碳化物。
2、化能自养 有些细菌，如硝化细菌、铁细菌、某些硫磺细菌等，能氧化一定的无机化合物，利用其所产生的化学能，还原二氧化碳，合成有机碳化物，这一作用称为化学合成作用。例如；硝化细菌中的亚硝酸细菌可推进下列反应：
化能营养细菌的专性强，—种细菌只能氧化某一种无机物质，如上述的亚硝酸细菌就只能氧化铵盐。自然界中化能营养细菌的分布较光能营养细菌普遍，对于自然界中氮、硫、铁等物质的转化具有重大的作用。
3、化能异养 大部分细菌都以这种营养类型生活和生长，利用有机物作为生长所需的碳源和能源。在异养细菌中，有很多从死的有机残体中获得养料而生活，仅少数生活在活的生物体中，前者称为腐生细菌，后者称为寄生细菌。腐生细菌在自然界的物质转化中起着决定性作用，而很多寄生细菌则是人和动植物的病原细菌。
4、光能异养 属于这一营养类型的细菌很少，如红螺菌中的一些细菌以这种方式生长。这
种营养类型很特殊，它不能以CO2作为主要碳源或唯一碳源，但又利用有机物（如异丙醇)作为供氢体，利用光能将CO2还原成细胞物质。一般来说，光能营养型细菌生长时大多需要生长因子。
上面介绍的是细菌的四种基本营养类型。一种细菌通常以一种营养类型的方式生长。但有些细菌随着生长条件的改变，其营养类型也会由一种向另外一种改变。细菌的营养和营养类型的划分是研究细菌生长的一个重要方面。在应用细菌进行水和废水处理的过程中，应充分注意细菌的营养类型和营养需求，通过控制运行条件，尽可能地提供和满足细菌所需的各种营养物质，最大限度地培养细菌种类和数量，以期实现最佳的工艺处理效能。
关于红螺菌,
一、红螺菌能进行光合作用
红螺菌(Rhodospir illum sp．)属于光合细菌(Photosynthetic Bacteria，PSB)的一种，广泛分布于江河、湖泊、海洋等水域环境中，尤其在有机物污染的积水处数量较多。红螺菌属拉丁学名(Rhodospirillum Molisch,1907) 细胞弧形或螺旋形，0.8～1.5 μm宽，极生鞭毛运动，细胞行二分分裂，革兰氏染色阴性。属α-变型菌纲(Proteobacteria)。光合内膜囊泡状或片层状。光合色素为细菌叶绿素a和螺菌黄素类类胡萝卜素。醌类以Q或RQ为主。淡水菌种，生长不需氯化钠。细胞喜在光照厌氧条件下光异养生长。但可在黑暗条件下行微好氧或好氧生长。生长需生长因子。 G+C mol％：63～66。模式种：深红红螺菌(Rhodospirillum rubrum)。
光合细菌是一类能进行光合作用的原核生物的总称，他们的共同点是体内具有光合色素，在有光照条件下进行光合作用，利用太阳光获得能量。
二、红螺菌属于自养型生物还是异养型生物？
根据细菌在光合作用中所需要的主要碳源的不同，光合细菌可分为两类：
（l）光能自养型：以光为能源，以二氧化碳为主要碳源的生物，通常具有光合色素，它们以光为能源来进行光合作用，以水或其他无机物作为供氢体，还原CO2合成有机物。例如：蓝细菌以水为电子供体（供氢体），进行产氧型的光合作用，合成细胞物质。红硫细菌，以H2S为电子供体，产生细胞物质，并伴随硫元素的产生。所以这种类型又称光能无机自养型。
（2）光能异养型：以光为能源，以有机物为主要碳源的生物，有些细菌具有光合色素能进行光合作用，但它们以有机物作为供氢体，同化有机物形成自身物质。例如非硫紫菌（即红螺菌）以乙醇为碳源，使乙醇氧化为乙醛，二氧化碳还原成葡萄糖。又如，红螺菌属中的另一些细菌能利用异丙醇作为供氢体，将CO2 还原成细胞物质，同时积累丙酮。所以这种类型又称光能有机异养型。
三、红螺菌属于需氧型生物还是厌氧型生物？
光合细菌的光合作用与绿色植物和藻类的光合作用机制有所不同。主要表现在：光合细菌的光合作用过程基本上是一种厌氧过程；由于不存在光化学反应系统II，所以光合作用过程不以水作供氢体，不发生水的光解，也不释放分子氧；还原CO2的供氢体是硫化物、分子氢或有机物。
光合细菌不仅能进行光合作用，也能进行呼吸和发酵，能适应环境条件的变化而改变其获得能量的方式。
好氧和厌氧PSB试验：因光合细菌均为兼性菌，它们能在好氧黑暗、厌氧光照条件下分别以好氧异养和光能异养二种不同代谢方式生活。在废水处理体系中，哪种方式更有效、更方便，必须从光合菌生长动力学的角度和有关实验参数来确定。从实验可知，培养72h，好氧黑暗条件下PSB生长速度远远高于厌氧光照条件下的生长速度。如果实用的PSB槽不设人工照明，槽深维持一定高度，再加上菌体本身遮光效应的影响，废水内部实际处于黑暗状态。所以考虑PSB在好氧黑暗条件下进行反应具有实际意义。
由此可见，光合细菌利用光能进行光合作用，其光合作用仅限于缺氧条件下进行，这讲的是同化类型。而它的异化类型是兼性的。如果在废水处理体系中，是需氧的。
四、红螺菌的开发应用
光合细菌的应用研究近年来获得了很大的进展。研究表明，光合细菌在农业、环保、医药等方面均有较高的应用价值。生物学通报1998年11期上作了详细的介绍。这里列举两例。
（1）利用光合细菌独有的生理特性来净化水质
光合细菌能将养鱼水中的残饵、排泄物等完全分解，具有改善水产养殖生态环境，降低氨氮、BOD作用。此外作为鱼、虾、蟹
育苗开口饵料，可以增加营养，提高成活率。因PSB大多为好氧性菌种，在养殖池中水车或增氧设备的运用下，促进养殖池水保持良好流动性，使大量的氧气溶入水中，将有毒气体散出水面外，除此之外还可提供鱼获得较高之溶氧，也促进光合细菌对水质的改善、稳定水色、增加饲料效应、防止疾病发生等效用。
（2）光合细菌在开发新能源中的应用
氢作为一种理想而无污染的未来能源日益受到人们的关注。生物制氢是开发新能源的一个方向，欧美、日本等均在研究和开发生物制氢技术。我国近几年也有这方面的报道。光合细菌的许多种类在代谢过程中都能释放氢气。目前研究较多的是深红红螺菌（Rho-dospir illum r ubrum），其产氢量高达65ml／h．L（培养液），比蓝细菌产氢量高1倍多。利用该菌固定化细胞产氢量高达20ml／g．h，气体组成中H2占70％～75％。可见光合细菌具有产氢速率高、产生的氢气纯度高等特点。
思考题：目前在环保中用红螺菌来净化高浓度的有机废水，废水在分槽流动中逐渐得以净化。由此可知红螺菌的代谢方式为
(A)自养厌氧型 (B)异养需氧型 (C)异养厌氧型 (D)自养需氧型
分析：此题属于概念辨析题。主要考查学生是否掌握了教材的基本概念并能运用其解答新情境下的问题。对此题，部分师生曾感到较为迷惑。究其原因是，大家还是把解题的思路定势在知识性内容上：不知道它是怎样的一种生物，所以无法解答或不敢回答。
该题例的解答，也并不是一定要去弄清楚红螺菌到底是怎样的一种生物（如果大家都已经知道红螺菌是怎样的一种生物，这个题目也就失去了命题的意义）。我们只要能正确地运用自养型、异养型、需氧型、厌氧型四个代谢类型的基本概念，就不难作答了。自养与异养的根本区别是在同化过程中能否直接利用无机物合成有机物的，如果能直接利用无机物合成有机物，则属于自养型，否则属于异养型。红螺菌应用的是有机物（有机废水），即使是利用光能进行的（题目中没有提到），还是属于异养型。异化类型呢，则“从废水在分槽流动中逐渐得以净化”一句中可找到答案。流动——可以考虑是需氧，净化——有机物被彻底分解，应该考虑是有氧呼吸。所以答案应该是（B）。
三、培养基
1、培养基的慨念和配制原则培养基是指人工配制的适合不同细菌生长繁殖或积累代谢产物的营养基质。配制培养基过程中，应遵循以下几个原则；
(1)根据不同细菌的营养需要配制不同的培养基。通常，培养细菌采用牛肉膏蛋白胨培养基，放线菌采用高氏一号培养基，霉菌采用蔡氏培养基，酵母菌采用麦芽汁培养基。其配方可参见实验指导书的有关内容。
(2)注意各种营养物质的浓度及配比，如水处理中要注意进水中BOD5：N：P的比值，好氧生物处理中对BOD5：N：P要求一般为100：5：1。
(3)调节适宜的pH值。
(4)考虑加生长因子。
(5)培养基应物美价廉。
2、培养基的分类培养基种类很多，组分和形态各异，应用很广。一般根据不同的考察角度可以作如下的具体分类：
(1)物理状态
1)固体培养基(solidmedium)
在液体培养基中加入一定量凝固剂，使其成为固体状态即为固体培养基。理想的凝固剂应具备以下条件：①不被所培养的微生物分解利用；②在微生物生长的温度范围内保持固体状态，在培养嗜热细菌时，由于高温容易引起培养基液化，通常在培养基中适当增加凝固剂来解决这一问题；③凝固剂凝固点温度不能太低，否则将不利于微生物的生长；④凝固剂对所培养的微生物无毒害作用；⑤凝固剂在灭菌过程中不会被破坏；⑥透明度好，粘着力强；
⑦配制方便且价格低廉。常用的凝固剂有琼脂(agar)、明胶(gdatin)和砖胶(silica gel)。表2－1列出琼脂和明胶的一些主要特征。
对绝大多数微生物而言，琼脂是最理想的凝固剂，琼脂是由藻类(海产石花菜)中提取的一种高度分支的复杂多糖；明胶是由胶原蛋白制备得到的产物，是最早用来作为凝固剂的物质，但由于其凝固点太低，而且某些细菌和许多真菌产生的非特异性胞外蛋白酶以及梭菌产
生的特异性胶原酶都能液化明胶，目前已较少作为凝固剂；硅胶是由无机的硅酸钠(Na2Si03)及硅酸钾(K2SiO3)被盐酸及硫酸中和时凝聚而成的胶休，它不含有机物，适合配制分离与培养自养型微生物的培养基。
表2－1 琼脂与明胶主要特征比较
内容琼脂明胶
常用浓度(％) 熔点(℃)
凝固点(℃)
pH
灰分(％)
氧化钙(％)
氧化镁(％)
氮(％)
微生物利用能力1.5～2.0
96
40
微酸
16
1.15
0.77
0.4
绝大多数微生物不能利用
5～12
25
20
酸性
14～15
18.3
许多微生物能利用
除在液体培养基中加入凝固剂制备的固体培养基外，一些由天然固体基质制成的培养基也属于固体培养基。例如，由马铃薯块、胡萝卜条、小米、麸皮及米糠等制成固体状态的培养基就属于此类。又如生产酒的酒曲，生产食用菌的棉子壳培养基。
在实验室中，固体培养基一般是加入平皿或试管中，制成培养微生物的平板或斜面。固体培养基为微生物提供一个营养表面，单个微生物细胞在这个营养表面进行生长繁殖，可以形成单个菌落。固体培养基常用来进行微生物的分离、鉴定、活菌计数及菌种保藏等。
2)半固体培养基(semisolid medium)
半固体培养基中凝固剂含量比固体培养基少，培养基中琼脂含量一般为0.5％～1.0％。半固体培养基常用来观察微生物的运动特征、分类鉴定及噬菌体效价滴定等。
3)液体培养基(1iquidmedium) 液体培养基中未加任何凝固剂。在用液体培养基培养微生物时，通过振荡或搅拌可以增加培养基的通气量，同时使营养物质分布均匀。液体培养基常用于大规模工业生产、以及在实验室进行微生物的基础理论和应用方面的研究。水处理中被处理的对象----废水也可看作是一种广义的液体培养基。
(2)培养基组分
1)天然培养基(complex mediurn)
天然培养基是指利用动物、植物或细菌体或其提取液制成的培养基，其最大特点是培养基的确切化学组分不知道。这种培养基的优点是取材方便，营养丰富，种类多样，配制容易。缺点是组分不清楚，故配制的不同批次的培养基容易造成成分不稳定，对试验结果带来不利影响。这类培养基含有化学成分还不清楚或化学成分不恒定的天然有机物，也称非化学限定培养基(chemically undefined mediunl)。牛肉膏蛋白胨培养基和麦芽汁培养基就属于此类。基因克隆技术中常用的LB(Luria—Bertani)培养基也是一种天然培养基，其组成见表4—10。
常用的天然有机营养物质包括牛肉浸膏、蛋白胨、酵母浸膏(表4—11)、豆芽汁、玉米粉、土壤浸液、麸皮、牛奶、血清、稻草浸汁、羽毛浸汁、胡萝卜汁、椰子汁等，嗜粪微生物(coprophilous microorganisms)可以利用粪水作为营养物质。天然培养基成本较低，除在实验室经常使用外，也适于用来进行工业上大规模的微生物发酵生产。
表4—11 牛肉浸膏、蛋白胨及酵母浸膏的来源及主要成分营养物质来源主要成分
牛肉浸膏瘦牛肉组织浸出汁浓缩而成的膏状物质富含水溶性糖类、有机氮化合
蛋白胨酵母浸膏将肉、酪素或明胶用酸或蛋白酶水解后干
燥而成的粉末状物质
酵母细胞的水溶性提取物浓缩而成的膏
状物质
物、维生素、盐等
富含有机氮化合物、也含有一
些维生素和糖类
富含B类维生素，也含有有
机氮化合物和糖类
2)合成培养基(syntheticmedium)
合成培养基是由化学成分完全了解的物质配制而成的培养基，也称化学限定培养基(chemically defined mediurn)。它的持点是成分精确，重复性好，利于保持培养基组分的一致。其缺点是价格较责，配制繁杂。高氏I号培养基和查氏培养基就属于此种类型。配制合成培养基时重复性强，但与天然培养基相比其成本较高，微生物在其中生长速度较慢，一般适于在实验室用来进行有关微生物营养需求、代谢、分类鉴定、生物量测定、菌种选育及遗传分析等方面的研究工作。
3)半合成培养基
既含有天然组分又含有纯化学试剂的培养基。如培养真菌的马铃薯加蔗糖培养基。半合成培养基的特性及价格介于天然培养基和合成培养基两者之间。
(3)培养基用途
1)基础培养基(minimum medium)
尽管不同微生物的营养需求各不相同，但大多数微生物所需的基本营养物质是相同的。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。牛肉膏蛋白胨培养基是最常用的基础培养基。基础培养基也可以作为一些特殊培养基的基础成分，再根据某种微生物的特殊营养需求，在基础培养基中加入所需营养物质。
2)加富培养基(enrichment medium)
加富培养基也称营养培养基，即在基础培养基中加入某些特殊营养物质制成的一类营养丰富的培养基，这些特殊营养物质包括血液、血清、酵母浸膏、动植物组织液等。加富培养基一般用来培养营养要求比较苛刻的异养型微生物，如培养百日咳博德氏菌(Bordetella pertussis)需要含有血液的加富培养基。加富培养基还可以用来富集和分离某种微生物，这是因为加富培养基含有某种微生物所需的特殊营养物质，该种微生物在这种培养基中较其他微生物生长速度快，并逐渐富集而占优势，逐步淘汰其他微生物，从而容易达到分离该种微生物的目的。从某种意义上讲，加富培养基类似选择培养基，两者区别在于，加富培养基是用来增加所要分离的微生物的数量，使其形成生长优势，从而分离到该种微生物；选择培养基则一般是抑制不需要的微生物的生长，使所需要的微生物增殖，从而达到分离所需微生物的目的。
3)鉴别培养基(diffevential medium)
鉴别培养基是用于鉴别不同类型微生物的培养基。在培养基中加入某种特殊化学物质，某种微生物在培养基中生长后能产生某种代谢产物，而这种代谢产物可以与培养基中的特殊化学物质发生特定的化学反应，产生明显的特征性变化，根据这种特征性变化，可将该种微生物与其他微生物区分开来。鉴别培养基主要用于微生物的快速分类鉴定，以及分离和筛选产生某种代谢产物的微生物菌种。常用的一些鉴别培养基参见表2—2。
表2—2 一些鉴别培养基
培养基名称加入化学物质微生物代谢产物培养基特征性变化主要用途
酪素培养基明胶培养基酪素
明胶
胞外蛋白酶
胞外蛋白酶
蛋白水解圈
明胶液化
鉴别产蛋白酶菌株
鉴别产蛋白酶菌株
油脂培养基
淀粉培养基
H2S试验培养基糖发酵培养基远藤氏培养基伊红美蓝培养基食用油、土温、
中性红指示剂
可溶性淀粉
醋酸铅
溴甲酚紫
碱性复红、亚硫酸
钠
伊红、美蓝
胞外脂肪酶
胞外淀粉酶
H2S
乳酸、醋酸、丙酸
等
酸、乙醛
酸
由淡红色变成深红色
淀粉水解圈
产生黑色沉淀
由紫色变成黄色
带金属光泽深红色菌落
带金属光泽深紫色菌落
鉴别产脂肪酶菌株
鉴别产淀粉酶菌株
鉴别产H2S菌株
鉴别肠道细菌
鉴别水中大肠菌群
鉴别水中大肠菌群
4)选择培养基(selective medium)
选择培养基是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的培养基。根据不同种类微生物的特殊营养需求或对某种化学物质的敏感性不同，在培养基中加入相应的特殊营养物质或化学物质，抑制不需要的微生物的生长，有利于所需微生物的生长。
一种类型选择培养基是依据某些微生物的特殊营养需求设计的，例如，利用以纤维素或石蜡油作为唯一碳源的选择培养基，可以从混杂的微生物群体中分离出能分解纤维素或石蜡油的微生物；利用以蛋白质作为唯一氮源的选择培养基，可以分离产胞外蛋白酶的微生物；缺乏氮源的选择培养基可用来分离固氮微生物。另一类选择培养基是在培养基中加入某种化学物质，这种化学物质没有营养作用，对所需分离的微生物无害，但可以抑制或杀死其他微生物，例如，在培养基中加人数滴10％酚可以抑制细菌和霉菌的生长，从而由混杂的微生物群体中分离出放线菌；在培养墓中加入亚硫酸铋，可以抑制革兰氏阳性细菌和绝大多数革兰氏阴性细菌的生长，而革兰氏阴性的伤寒沙门氏菌(Salmonella typhi）可以在这种培养基上生长；在培养基中加入染料亮绿(brilliant green)或结晶紫(crystal violet)，可以抑制革兰氏阳性细菌的生长，从而达到分离革兰氏阴性细菌的目的；在培养基中加入青霉素、四环素或链霉素，可以抑制细菌和放线菌生长，而将酵母菌和霉菌分离出来。现代基因克隆技术中也常用选择培养基，在筛选含有重组质粒的基因工程菌株过程中，利用质粒上具有的对某种(些)抗生素的抗性选择标记，在培养基中加入相应抗生素，就能比较方便地淘汰非重组菌株，以减少筛选目标菌株的工作量。
在实际应用中，有时需要配制既有选择作用又有鉴别作用的培养基。例如，当要分离金黄色葡萄球菌时，在培养基中加入7．5％NaCl、甘露糖醇和酸碱指示剂，金黄色葡萄球菌可耐高浓度NaCl，且能利用甘露糖醇产酸。因此，能在上述培养基生长，而且菌落周围培养基颜色发生变化，则该菌落有可能是金黄色葡萄球菌，再通过进一步鉴定加以确定。
5) 其他
除上述四种主要类型外，培养基按用途划分还有很多种，比如：分析培养基(assay medium)常用来分析某些化学物质(抗生素、维生素)的浓度，还可用来分析微生物的营养需求；还原性培养基(reduced medium)专门用来培养厌氧型微生物；组织培养物培养基(tissue-culture midium)含有动、植物细胞，用来培养病毒、衣原体(chlamydia)、立克次氏体(rickettsia)及某些螺旋体(spirochete)等专性活细胞寄生的微生物。尽管如此，有些病毒和立克次氏体目前还不能利用人工培养基来培养，需要接种在动植物体内、动植物组织中才能增殖。常用的培养病毒与立克次氏体的动物有小白鼠、家鼠和豚鼠，鸡胚也是培养某些病毒与立克次氏体的良好营养基质，鸡瘟病毒、牛痘病毒、天花病毒、狂犬病毒等十几种病毒也可用鸡胚培养。
3、培养基的配制方法培养基的配制方法及过程大致如下；适量水分→加入各营养组分、无机盐→加入凝固利→调节pH值→加入生长因子或指示剂等→高压蒸汽灭菌→冷却放置备用。一般最好现配现用。
四、营养物质的吸收和运输
由于细胞膜及其半渗透性的存在，各种营养物质并不能自由地透过和进出细菌细胞，它们必需通过特殊的吸收和运输途径才能进入到细胞内部参与生化代谢反应，因此，营养物质的吸收和运输是很重要的一个环节。概括地说，营养物质的吸收和运输主要有下述四种途径。
1、被动扩散扩散是最简单的方式，也是细菌吸收水分及一些小分子有机物的运输方式。它的特点是物质的转运顺着浓度差进行，运输过程不需消耗能量，物质的分子结构不发生变化。水、气体和甘油等依靠这种方式进行吸收。但这种方式不是主要的吸收途径。
2、促进扩散促进扩散的特点基本与被动扩散相似，但是它须借助细胞膜上的一种蛋白质载体进行，因此对转运的物质有选样性，即立体专—性。除了细胞内外的浓度差外，影响物质转运的另一重要因素是与载体亲合力的大小。这种方式存在于真核微生物，如厌氧酵母菌对某些物质的吸收和代谢产物的分泌。
3、主动运输主动运输是细菌吸收营养物质的最主要方式。它的最大特点是吸收运输过程中需要消耗能量，因此可以逆浓度差进行。其余特点与促进扩散相似，也就是说需要载体蛋白的参与，通过载体蛋白的构象及亲合力的改变完成物质的吸收运输过程。细菌的绝大部分营养物质都是通过这种方式进行吸收而进入细胞内部。
4、基团转位基团转位与主动运输非常相似，但有一个不同，即基团转位过程中被吸收的营养物质与载体蛋白之间发生化学反应，因此物质结构有所改变。通常是营养物质与高能磷酸键结合，从而处于“活化”状态，进入细胞以后有利于物质的代谢反应。基团转位主要存在于厌氧型和兼性厌氧型细菌中，主要用于糖的运输，脂肪酸、核苷、碱基等也可通过这种方式运输。目前尚未在好氧型细菌及真核生物中发现这种运输方式，也未发现氨基酸通过这种方式进行运输。
在研究大肠杆菌对葡萄糖和金黄色葡萄球菌对乳糖的吸收过程中，发现这些糖进入细胞后以磷酸糖的形式存在于细胞质中，表明这些糖在运输过程中发生了磷酸化作用，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(图2—2)。PTS通常由五种蛋白质组成，包括酶I、酶Ⅱ(包括a、b和c三个亚基)和一种低相对分子质量的热稳定蛋白质(HPr)。酶工和HPr是非特异性的细胞质蛋白，酶Ⅱa也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工、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。
图2—2 E.coli糖的基团转移模示图
S：糖，P：磷酸，EI：酶，EII：酶，HPr：热稳定蛋白，PEP：磷酸烯醇式丙酮酸
第二节酶及其作用
一、酶及其命名和分类
酶是生物细胞中自己制成的一种催化剂(生物催化剂)，其基本成分是蛋白质，催化效率比一般的无机催化剂高得多，一般高达千、万倍，乃至千万倍。
酶具有高度的专一性，一种酶只能催化一种反应或一类相似的反应。酶不仅能推动分解作用，而且也可以推动相应的合成作用，也就是说，酶的作用是可逆的。但在实际情况下，作用常趋向一个方向。热力学条件是影响反应方向的重要因素。
酶的名称，可根据它的作用性质或它的作用物(即基质)而命名。例如，促进水解作用的各种酶统称水解酶，促进氧化还原作用的各种酶统称氧化还原酶，水解蛋白质的酶称为蛋白酶，水解脂肪的酶称为脂肪酶等。这是习惯命名法。这种命名法比较直观和简单，但缺乏系统性，有时会出现一酶数名和一名数酶的情况。
为了适应酶学研究的发展，避免命名的重复，国际酶学委员会于1961年提出了一个系统命名法和系统分类法。系统命名法的原则是：每一种酶有一个系统名称。系统名称应明确标明酶的底物和催化反应的性质。若有两个底物，则应将两个底物同时列出，中间用冒号“：”将它们隔开。如果底物之一是水时，可将水略去不写。举例说明，习惯名称为谷丙转氨酶，则系统名称是丙氨酸：α—酮戊二酸氨基转移酶。在科学文献中，为严格起见，一般使用酶的系统名称。但系统名称往往太长，也不利于记忆。为了方便记忆，有时仍用酶的习惯名称。
系统分类法是对酶进行分类编号的规定。每个酶都有一个特定的编号。系统分类编号的原则是每一种酶都用四个数字来表示，数字间用圆点号“．”隔开。第一个数字指明该酶属于哪一大类，第二个数字指出属于大类中的哪一个亚类，第三个数字说明该酶属于哪—个亚-亚类，第四个数字表示亚-亚类中的序号。每个数字都用阿拉伯数字编序1，2，3……等来表示。大类是根据酶促反应的性质来分，一共分成六大类。亚类和亚-亚类则分别根据底物中被作用的基团和键的特点来分类。下面重点介绍根据酶促反应性质来区分的六大类。
1、水解酶这类酶能促进基质的水解作用及其逆行反应。
A | B十H | O H? ；；AOH十BH (2—5)
2、氧化还原酶这类酶能引起基质的脱氢或受氢作用，产生氧化还原反应。
(1)脱氢酶脱氢酶能活化基质上的氢并转移到另一物质，使基质因脱氢而氧化。不同的基质将由不同的脱氢酶进行脱氢作用。
4、同分异构酶这类酶能推动化合物分子内的变化，形成同分异构体。
如：
5、裂解酶这类酶能催化有机物碳链的断裂，产生碳链较短的产物。
如：
6、合成酶这类酶能催化合成反应。
如：
另外，酶还有其它许多分类方法。例如，根据酶的存在部位即在细胞内外的不同，可分为胞外酶和胞内酶两类。胞外酶能透过细胞，作用于细胞外面的物质，它们都是起催化水解作用的。胞内酶在细胞内部起作用，主要起催化细胞的合成和呼吸的作用。
还需指出，大多数微生物的酶的产生与基质存在与否无关，在微生物体内部存在着相当的数量，这些酶称为组成酶。在某些情况下，例如受到了各种持续的物理、化学影响，微生物会在其体内产生出适应新环境的酶，这种酶则称为诱导酶。诱导酶的产生在废水生物处理中具有重要意义。这是根据存在方式进行的酶分类。
此外，酶还有所谓单成分酶和双成分酶之分。单成分酶完全由蛋白质组成，这类酶蛋白质本身就具有催化活性，多半可以分泌到细胞体外，催化水解作用，所以是胞外酶。双成分酶不但具有蛋白质部分，还具有非蛋白质部分。蛋白质部分为主酶，非蛋白质部分为辅助因子，主酶和辅助因子组成全酶。主酶和辅助因子都不能单独起催化作用，只有两者结合成全酶才能起作用。酶的专一性决定于它的蛋白质部分，故对双成分酶来说，它们的专一性决定于主酶部分，而辅助因子与反应过程中基团或电子传递有关。双成分酶(又称全酶)常保留在细胞内部，所以是胞内酶。
细菌没有摄食器官，而且细菌的细胞膜有半渗透性。如果细菌碰到的营养物质是比较简单的、溶解的物质，那末这些物质就通过营养物质运输途径很快被吸入细胞，再通过胞内酶的作用，迅速完成氧化、合成第一系列生化反应。如果细菌碰到的是复杂的或固体物质，它们就利用分泌的胞外酶将吸附在细胞周围的这类复杂的大分子水解为简单的小分子。例如，常见的淀粉酶、脂肪酶、纤维素酶……等，再在细胞膜表面的吸收及传递营养物质的酶类作用下，透过细胞膜进入细胞，在相应的胞内酶的作用下，进行氧化及合成反应，形成细胞需要的各种成分。
二、酶的作用特性
1、酶的作用特点酶是细菌细胞体内生成的一种生物催化剂。由于其基本成分是蛋白质，所以也具有蛋白质所有的各种特性。例如，具有很大的分子量，呈胶体状态而存在，为两性化合物有等电点，不耐高热并易被各种毒物所钝化或破坏，有其作用的最适、最高、最低的温度和酸碱度等。酶的两性化合物特性说明如下：
与酸反应．
解离，
与碱反应，
解离，
酶是—种催化剂，因此它的作用特点具有一般催化剂的共性：用量少而催化效率高；加快化学反应速度，不改变化学反应的平衡点，可降低反应活化能。但是酶是特殊的生物催化剂，所以它又有普通催化剂没有的作用特点。除了前面提到的高度的催化效率、专一性和可逆性等3点外，还有反应的温和性，就是说酶作用一般要求比较温和的条件，如常温、常压、接近中性的酸酸度等即可发挥酶的催化能力，高温、高压、强酸或强碱条件反而易使酶活性破坏甚至丧失。最后一点是酶活力的可调节性。酶活力受许多因素的影响和调控，如抑制剂、激活剂，须与辅酶或辅基结合才发挥作用等。
2、酶的活性与活性中心酶活性也称酶活力，是指酶催化一定化学反应的能力。酶的催化能力大小与酶含量有关。因为酶含量很小很小，所以不能直接用重量或体积来表示。这也是采用酶活性概念的缘由。酶活性大小可以用在一定条件下，它所催化的化学反应的速度来表示，即酶催化的反应速度越快，酶活性就越高；反之则越小。酶反应速度可用单位时间、单位体积中底物的减少量或产物的增加量来表示，通常用酶活性单位来描述。因为酶活性单位与时间单位和底物单位有关，所以，国际酶学会议195l年规定：1酶活性单位是指在25℃最适pH及底物浓度等条件下，在1min内转化l μmol底物的酶量。这是一个统一的标准，但使用起来不太方便。现在使用较多的是习惯酶活性单位，即人为确定的酶活性单位定义，如α—淀粉酶，可用每小时催化l ml 2％可溶性淀粉液化所需要的酶量作为一个酶活性单位。但这种方法不太严格，也不便对酶活性进行比较。另外，有时候还使用比酶活性描述和讨论酶的变化。比酶活性是指单位重量酶蛋白所具有的酶活性单位数。这一指标往往用于酶提纯过程中各操作步骤有效性的判断。在水处理中，也经常采用比酶活性来判断不同来源污泥的活性大小，或者用于监测同一处理反应器在不同运行阶段污泥的活性提高或变化。
酶的活性中心是指酶蛋白肽链中由少数几个氨基酸残基组成的、具有一定空间构象的与
催化作用密切相关的区域。它从结构上说明了酶的作用特点。酶分子中组成活性中心的氨基酸残基或基团是关键的，必不可少的。其它部位的作用对于酶的催化来说是次要的，它们为活性中心的形成提供结构基础。酶的活性中心分二个功能部位：第一是结合部位，底物靠此部位结合到酶分子上；第二是催化部位，底物的键在此处被打断或形成新的键，从而发生一定的化学变化。
酶与底物作用的反应假说，目前比较广泛接受的是“诱导楔合”假说。其要点是：当酶分子与底物分子接近时，酶蛋白受底物分子的诱导，构象发生有利子底物结合的变化并形成酶――底物中间复合物，在此基础上互补楔合进行反应，最终生成反应产物。今年来X射线衍射分析等实验结果支持这一假说。
三、酶促反应的影响因素及动力学
温度和pH值常是影响酶活力比较重要的两个国素。
要发挥酶最大的催化效率，必须保证酶有它最适宜的温度条件。高温会破坏酶蛋白，而低温又会使酶作用降低或停止。一般讲，动物组织中的各种酶的最适温度为37～40 ℃，微生物各钟酶的最适温度在30～60℃范围内，有的酶的最适温度则可达60℃以上，如黑曲糖化酶的最适温度为62～64℃。在适宜温度范围内，温度每增高10℃，酶催化的化学反应速度约可提高1～2倍。
图2—3为温度、pH值和基质浓度对酶活力的影响。
表2—1和表2—2分别表示温度对某些酶和活性污泥与污泥消化的影响。
在废水处理的污泥消化中，人们早就认识到控制温度的重要性。在生物滤池的设计中，也考虑了对于不同气候条件选择不同的设计数据。但对于活性污泥法曝气池的设计，温度因素还未加以考虑，这是因为它们的影响因素十分复杂，难于用数学方法来处理，其中与温度有关的主要因素有：(1)所需曝气的时间；(2)单位时间单位体积所需的氧气；(3)溶解氧的变化。
至于pH值，对于不同的酶要求也不同。大多数酶的最适pH值在6～7左右。废水生物处理主要利用土壤微生物的混合群，应保持pH在6～9之间。为什么pH影响酶的活力?酶的基本成分是蛋白质，是具有离解基团的两性电解质。它们的离解与pH有关，电离形式不同，催化性质也就不同，例如，蔗糖酶只有处于等电状态时才具有酶活性，在酸或碱溶液中酶的活性都要减弱或丧失。此外，酶的作用还决定于基质的电离状况。例如，胃蛋白酶只能作用于蛋白质正离子，而胰蛋白酶则只能分解蛋白质负离子，所以胃蛋白酶和胰蛋白酶作用的最适pH分别在比等电点偏酸或偏碱的一边。
现在我们来研究一下在酶催化反应中基质的浓度对反应速度的影响。这也是酶促反应动力学的重要内容。酶催化的过程是一个两步过程，可用下式表达：
其中E是酶，S是基质，ES是酶与基质的复合物，P是产物，K1、K2、K3及K4分别是各步反应的速度常数。在这个两步反应中，后一步的速度显然是受前一步达到平衡时的速度所制约的，亦即后一步的速度必然小于前一步的速度，而且大量实验证实，前一步反应形成ES的反应速度远远大于后一步反应ES生成产物的速度。另外，产物P与E结合生成ES的速率很小，也就是K4《K3，故可忽略。根据后一步反应的速度，酶促反应生成产物的最终速度υ为：
在上式中，由于ES是酶反应中间复合物，它的浓度往往是不知道的，因此，重要的是在弄清基质的浓度、酶浓度与ES的关系。
设：[E0]＝酶的总浓度；
[S]＝基质的浓度；
[ES]＝酶与基质的复合物的浓度；
则[E0]一[ES]＝游离态酶的浓度。
根据质量作用定律，
式(2—17)反应中，
ES生成反应的速度＝K1{[E0]一[ES]} [S]
ES分解反应的速度＝K2 [KS]+ K3[ES]
在平衡时，可得出：
或
将此式与式(2—18)合并，可得：
或
[E0]是[ES]所能达到的最大极限，也就是说在[E0]＝[ES]时，所有的酶分子都被利用起来与基质形成了结合状态，显然也是酶促反应可以发挥出最大的催化潜力的状况。因此，若设V＝K3[E0]，则V就是酶促反应的最大速度，从而式(2—20)又可改写成(为了方便起见把表示浓度[S]的括弧除去)：
这是研究酶反应动力学的一个最基本的公式，常称米—门公式（Michaelis-Menten公式），它显示了反应速度与基质浓度之间的关系。
式中υ－反应速度；
S－基质浓度；
V－最大反应速度；
K m－酶催化反应中中间复合物ES分解速度与生成速度常数之比，常称米氏常数。
当K m＝S时，由式(2－22)，可得：υ＝V/2
即当基质浓度等于米氏常数时，酶促反应速度正好为最大反应速度的一半(图2—4)，故K m 又称半饱和常数。
K m是酶的特征性常数。它只与酶的种类和性质有关，而与酶浓度无关。K m值受pH及温度的影响。如果同一种酶有几种底物就有几个K m值，其中K m值最小的底物一般称为该酶的最适底物或天然底物。K m值可近似地表示酶对底物亲和力的大小。如果K m小，说明ES的生成趋势大于分解趋势，即酶与底物结合的亲和力高，不需很高的底物浓度就能达到最大反应速度V；反之，K m值大，说明酶与底物结合的亲和力小。这里要特别注意K m和K s的异同。许多文献中经常把K m和K s混用，这是不严格的。K s实际上是E十S生成ES 的解离平衡常数，也就是
K s＝k1/k2
K s称底物常数。因此确切地说，描述酶与底物亲相力的应该是K s。在待殊的情况下即K3《K2时，K m与K s才有共同的含义。前面已经提到，酶促反应过程中第一步反应确实远远快于第二步反应，也就是K1及K2》K3，所以一般情况下可以简化理解为K m等于K s。
如果S《K m，则米—门方程可简化为υ＝V/ K m S，酶促反应为一级反应。
如果S 》K m ，则米—门方程又可简化为υ＝V ，反应呈零级反应(图2—4)。
从图2—4中，可以看到，在一
定范围内反应速度随基质浓度的提
高而加快，但当基质浓度很大时，就
与基质浓度无关。这是因为酶促反应
是分两步进行的，如式(2—17)所示。
假如酶在反应进行过程中的浓度不
变，当基质浓度很小时，则所有的基
质都可与酶结合成复合物ES ，同时
还有过剩的酶未与基质结合，此时再
加基质，则可增加ES 的浓度(亦即增
加ES 的分解速度)，反应速度因而增
加。若基质浓度很大，所有的酶都与
基质结合成ES ，此时再加基质也不
能增加ES 的浓度．所以也就不能再
提高反应的速度。
由式2—20表明，酶促反应速度与酶浓度E 0有关。酶浓度影响米--门方程中V 的大小。因此，在水处理中为了加快反应速度，往往需培养尽可能多的细菌，提高酶浓度，从而增加反应器处理能力和速率。
求解K m 和V 时，可以把式（2—22）取倒数变为以下形式：υ1＝VS K m +V 1
这是一个直线方程。很明显，可以利用基质浓度S 与反应速度υ的一些实验数据去估计最大反应速度V 与米氏常数K m 。这就是所谓的双倒数作图法。
米--门公式是从酶促反应中推导得出的，但它也适用于细菌生长的描述。1942年模诺特(Monod)用实验得出基质浓度与微生物比增长速度的关系：
μ=S K S S
+max μ
式中 μ一微生物比增长速度；
μmax 一微生物最大比增长速度；
S 一基质浓度；
K S 一饱和常数。
又于1949年用连续投料实验得出同一关系式。
1970年劳伦斯(Lawrence)和麦卡蒂(McCarty)将dt dS
与反应器中微生物量及周围基质
浓度联系起来，得出：dt dS =S K KXS
s +
普—会幸会 ‘z —z ‘，
式中 dt dS
一总的基质利用速度；
K一最大比基质利用速度；
S一基质浓度；
K S一饱和常数；
X一微生物浓度。
由此可见，上两式比米—门公式更直接地把微生物与废水中有机物浓度联系了起来，故目前已较广泛地用于废水生物处理的计算中。
某些毒物或化学抑制剂也影响酶的活力。抑制剂一般可分为可逆与不可逆两类，前者又分为竞争性与非竞争性两类。不可逆抑制剂能与蛋白质化合形成不溶性盐类而沉淀，从而破坏酶的作用，如一些重金属盐类(Fe3+、Hg2+、Ag+等)，由于它们带正电而使酶蛋白沉淀。竞争性抑制剂是由于它的化学构造与基质很相似，因而争先与酶结合，以致减少了酶与正式基质结合的机会。应当指出，有些酶却与上述情况刚刚相反，即在自然状况下它们是被抑制着的，要在一定条件下改变了其分子构造，才能发挥活性。酶的这种无活性的前身，称之为酶原。例如，胰蛋白酶原在肠激酶的作用下可被活化为胰蛋白酶，胃朊酶原在盐酸作用下可转变成胃朊酶。
酶与人类、动植物、微生物机体本身有着密切的关系，如果机体内的酶被破坏就不能生存，如果缺乏某种生存所必需的酶，就会使某一方面的代谢受到阻碍。酶与工农业生产，酶与废水生物处理都有密切关系。所以我们必须具备—定的酶知识。但往往在初学时不容易体会，并容易把微生物和酶两者混淆。微生物的酶是微生物机体合成的。一个微生物可以合成多种酶类以适应它本身的生活需要。至于酶的催化作用，在我们日常生活中也可看到很多例子，例如，细嚼馒头感到甜味，就是淀粉在唾液中的淀粉酶的作用下转比为糖的结果。
为了更好地利用酶，人们已经设法把一部分酶从生物体中分离出来制成所谓酶制剂，用于工农业生产中。过去，酶制剂一般都是溶解于水中再使用的。近年来研制成功了一种不溶解的固相酶(又称水不溶酶)，它是水溶性酶通过物理的或化学的方法，使之与载体相结合而形成的一种不再溶解的酶。固相酶仍具有酶的催化特性，但稳定性大大增加，可以反复使用多次，使用寿命可长达数月之久。如将固相酶制成酶柱，让原料由一端流入，则可以从另一端流出产品，使酶反应连续化和自动化。
目前，酶制剂已经被开始应用于三废治理方面，例如，利用脂肪酶来净化生活污水，利用多酚氧化酶来检出酚并进而除去酚，利用一些酶制剂来分解污泥浮渣等等。同时现还正在大力寻找和研制能够分解氰化物、有机汞、多氯联苯、塑料、环状有机化合物等的酶。而且试验利用固定化微生物细胞处理废水的新技术亦在进行。利用固定化微生物细胞，实质上也是利用微生物体内的酶的作用。所谓固定化微生物细胞就是把微生物细胞直接固定在载体上，这样，可以免去酶分离提纯的工艺，而最大限度地提高酶的效率。
第三节细菌的呼吸
细菌要维持其生命必须进行新陈代谢。
新陈代谢是维持生命的各种活动(如生长、繁殖、运动等)过程中，生物化学变化(包括物质的分解合成)的总称。细菌的新陈代谢，是细菌不断地从外界环境摄取其生长与繁殖所必需的营养物质，同时又不断地将自身产生的代谢产物(废物)排泄到外界环境中去的过程。新陈代谢包括两个作用，即同化作用和异化作用。
同化作用：吸收能量，进行合成反应，将吸收的营养物质转变为细胞物质。
异化作用：分解反应，放出能量，是将自身细胞物质和细胞内的营养物质分解的过程。
异化作用和同化作用是密切配合的；异化作用为同化作用提供物质基础及能量来源，同
化作用又为异化作用提供基质。同化作用又称合成代谢，异化作用又称分解代谢。细菌的呼吸讨论的是分解代谢。
一、呼吸作用的本质
高等动物的呼吸作用是吸进氧气，氧化体内有机物产生二氧化碳和水，并放出热能。细菌的呼吸作用与高等动物的呼吸作用有相同点，也有不同点。有的细菌和高等动物一样进行好氧(需氧或好气)呼吸，也有的细菌在没有氧气的情况下进行厌氧(厌气)呼吸。呼吸作用的本质是什么呢?呼吸作用是生物的氧化和还原的统一过程。在这一过程中释放出—部分热能，因此，有以下几方面的生物学现象：
1、通过呼吸作用使复杂的有机物变成二氧化碳、水和其它简单的物质。
2、在呼吸作用的过程中，发生能量的转换。一部分能量供给合成作用，另一部分供维持生命活动，还有一部分能量变成热能释放出来。
3、在呼吸作用的一系列化学变化中，产生了许多中间产物。这些中间产物一部分继续分解，一部分作合成机体物质的原料。
4、在进行呼吸作用的过程中，吸收和同比各种营养。
以上各项反应都是在细胞内由酶催化下进行的。
二、细菌的呼吸类型
根据与氧气的关系，细菌的呼吸作用，分为好氧呼吸和厌氧呼吸两大类。由于呼吸类型的不同，细菌也就分为好氧菌〔需氧菌或好气菌)、厌氧菌(厌气菌)和兼性(兼气)菌三类。好氧菌生活时需要氧气，没有氧气就无法生存。它们在有氧的条件下，可以将有机物分解成二氧化碳和水。这个物质分解的过程叫好氧分解。厌氧菌只有在没有氧气的环境中才能生长，甚至有了氧气对它还有毒害作用。它们在无氧条件下，可以将复杂的有机物分解成较简单的有机物和二氧化碳等。这个过程称为厌氧分解。兼性菌则既可在有氧环境中生活，也可在无氧环境中生长。在自然界中，大部分细菌属于这一类。
对于其它微生物来说，都可以根据它们生活时是否需要氧气分别列入好氧、厌氧相兼性这三大类中。
研究表明，当水中溶解氧高于0.2～0.3mg/L时，兼性菌利用氧气进行新陈代谢；而当溶解氧低于上述数字时，它们就同厌氧J菌一样，生活时不需要氧气。另外，好氧微生物包括好氧菌以及下面将提到的球衣细菌、真菌等，能在微氧环境(溶解氧接近零)中生长。因此，在微氧环境中占优势的常是真菌、球衣细菌等好氧微生物。
应当指出，根据细菌与氧气的关系来划分它们的类型是不够全面、不够确切的。前面已经讲过，呼吸作用是生物氧化和还原的统一过程，即电子、原子或化学基团转移的过程，而在有机物分解和合成过程中都有电子的转移。电子需要某一物质来接受。接受电子的物体叫电子受体。所以，以电子受体的不同来划分类型较好。大多数细菌的代谢过程中电子的来源往往来自于脱氢反应，因此电子受体又称受氢体。
好氧呼吸和厌氧呼吸在废水生物处理中都有应用，如活性污泥法就是应用好氧呼吸的原理来处理有机废水，而无氧消化则是应用厌氧呼吸的原理来处理高浓度有机废水和剩余污泥。
为了便于理解好氧呼吸和厌氧呼吸的实质，下面用图式加以说明。
1、好氧细菌呼吸作用好氧呼吸作用过程是当营养物质进入好氧细菌细胞后，通过一系列氧化还原反应获得能量的过程。这个过程是氧化酶、脱氢酶、细胞色素(电子递体)和氧气参加下进行的。首先是营养物质(基质)中的氢被脱氢酶脱下，从基质中脱下的电子交给辅酶或辅基，再通过电子呼吸链(或称传递链)的传递与氧结合。氧化酶活化分子氧并与电子结台成水。因此好氧呼吸的最终电子受体是游离的氧。在这个过程中放出能量。
图2—5a就是这个呼吸过程的反应图式。
图2—5a所示图式也适用于细菌外的其它好氧微生物。
各种好氧微生物在呼吸过程中，由于基质不同，因而氧化产物也多种多样。例如，好氧异养微生物以葡萄糖作为基质彻底氧化时，最后形成二氧化碳、水，并放出大量能量。
C6H12O6+6O2→6CO 2十6H 2O十2872KJ (2—27) 葡萄糖是细菌吸收利用的常见营养物质，在代谢过程中具有特别重要的地位。它的好氧分解分二个阶段：第一阶段通过糖酵解途径，又称EMP途径(Embden-Meyhof-Parnas 三人姓氏的简写)由1个六碳糖变成2个三碳糖丙酮酸(图2－6)；第二阶段经三羧酸(TCA)循环，丙酮酸彻底氧化分解变成CO2和H2O(图2－7)。
从图2－6可以看出，EMP途径中只发生一步脱氢氧化反应，共产生2分子NADH十H+，其余能量通过底物水平磷酸化生成A TP，共形成4个A TP。若以葡萄糖作为起始物，活化过程中要消耗2个A TP，因此1分子葡萄糖净产生2个A TP。丙酮酸经TCA循环彻底分解为CO2，在这一氧化过程中发生多步脱氢反应，脱下的氢和电子再经电子呼吸链的传递最终与分子氧结合生成水，同时产生大量A TP，仅有一步反应通过底物水平磷酸化生成A TP。所以可以说，好氧呼吸中有机物的最终氧化分解并提供大量能量的是TCA循环。
好氧性自养微生物在呼吸过程中可以氧化硫化氢、铁等，从中获得能量。
H2S十2O2→H2SO4十能量(2－27)
4Fe(OH)2十O2十2H2O→4Fe(0H)3十能量(2－28)
4NH3十9O2→4NO3-十6H2O十能量(2－29)
2、厌氧细菌呼吸作用厌氧呼吸在无氧的条件下进行，氧对厌氧细菌的呼吸有抑制作用。厌氧细菌只具有脱氢酶系统，没有氧化酶系统。在呼吸过程中，基质中的氢被脱氢酶活化，从基质中脱下来的氢经辅酶传递给氧以外的有机物或无机物，使其还原。于是一个物质被氧化，一个物质被还原，存这个过程中也释放出能量。整个过程如图2－5b。
如图2－5b所示图式同样也适用于细菌外的其它厌氧微生物。
厌氧呼吸可分成二种类型：分子内无氧呼吸和分子外无氧呼吸。
(1)分子内无氧呼吸
在厌氧呼吸过程中，大多数情况是基质失去氢被氧化，其产物接受氢被还原。所以有分子内呼吸之称。这种分子内的无氧呼吸也称为发酵。其代谢反应就是EMP途径。在整个过程中基质氧化不彻底，在其最终代谢产物中有的还可以燃烧，还含有相当的能量，故释放出的能量较少(有氧氧化的最终产物是含能量最低的二氧化碳和水，故释放的能量多)。
第一章细胞的基本功能 【习题】 一、名词解释 1. 易化扩散 2. 阈强度 3. 阈电位 4. 局部反应 二、填空题 1. 物质跨越细胞膜被动转运的主要方式有 _________ 和_______ 。 2. 一些无机盐离子在细胞膜上 _______ 的帮助下，顺电化学梯度进行跨膜转动。 3. 单纯扩散时，随浓度差增加，扩散速度 _________ 。 4. 通过单纯扩散方式进行转动的物质可溶于 __________ 。 5. 影响离子通过细胞膜进行被动转运的因素有 _________ ，_______ 和________ 。 6. 协同转运的特点是伴随______ 的转运而转运其他物质，两者共同用同一个___________ 。 7. 易化扩散必须依靠一个中间物即 ________ 的帮助，它与主动转运的不同在于它只能浓度梯 度扩散。 8. 蛋白质、脂肪等大分子物质进出细胞的转动方式是 __________ 和_______ 。 9.02和CQ通过红细胞膜的方式是__________ ;神经末梢释放递质的过程属于。 10. _____________________________ 正常状态下细胞内 Q浓度_________ 细胞外，细胞外Na*浓度_________________________________ 细胞内。 1 1 .刺激作用可兴奋细胞，如神经纤维，使之细胞膜去极化达_________ 水平，继而出现细胞膜 上______ 的爆发性开放，形成动作电位的 ________ 。 12. 人为减少可兴奋细胞外液中________ 的浓度，将导致动作电位上升幅度减少。 13. 可兴奋细胞安静时细胞膜对________ 的通透性较大，此时细胞膜上相关的___________ 处于开放状态。 14. 单一细胞上动作电位的特点表现为_________ 和_______ 。 15. 衡量组织兴奋性常用的指标是阈值，阈值越高则表示兴奋性____________ 。 16. 细胞膜上的钠离子通道蛋白具有三种功能状态，即__________ ，_____ 和_______ 。 17. 神经纤维上动作电位扩布的机制是通过_________ 实现的。 18. 骨骼肌进行收缩和舒张的基本功能单位是___________ 。当骨骼肌细胞收缩时，暗带长度，明带长度______ ，H 带_____ 。 19. 横桥与 ______ 结合是引起肌丝滑行的必要条件。 20. 骨骼肌肌管系统包括 _______ 和______ ，其中_______ 具有摄取、贮存、释放钙离子 的作用。 21. 有时开放，有时关闭是细胞膜物质转动方式中 __________ 的功能特征。 22. 阈下刺激引______ 扩布。 三、判断题 1. 钠泵的作用是逆电化学梯度将Na*运出细胞，并将K*运入细胞。() 2. 抑制细胞膜上钠-钾依赖式ATP酶的活性，对可兴奋细胞的静息电位无任何影响。() 3. 载体介导的易化扩散与通道介导的易化扩散都属被动转运，因而转运速率随细胞内外被转 运物质的电化学梯度的增大而增大。( ) 4. 用电刺激可兴奋组织时，一般所用的刺激越强，则引起组织兴奋所需的时间越短，因此当 刺激强度无限增大，无论刺激时间多么短，这种刺激都是有效的。( ) 5. 只要是阈下刺激就不能引起兴奋细胞的任何变化。( ) 6. 有髓神经纤维与无髓神经纤维都是通过局部电流的机制传导动作电位的，因此二者兴奋的 传导速度相同。( ) 7. 阈下刺激可引起可兴奋细胞生产局部反应，局部反应具有“全或无”的特性。( ) 8. 局部反应就是细胞膜上出现的较局限的动作电位。( ) 9. 局部去极化电紧张电位可以叠加而增大，一旦达到阈电位水平则产生扩布性兴奋。( ) 10. 单一神经纤维动作电位的幅度，在一定范围内随刺激强度的增大而增大。( ) 11. 骨骼肌的收缩过程需要消耗ATP,而舒张过程是一种弹性复原，无需消耗ATR () 12. 在骨骼肌兴奋收缩过程中，横桥与Ca2*结合，牵动细肌丝向M线滑行。() 13. 肌肉不完全强直收缩的特点是, 每次新收缩的收缩期都出现在前一次收缩的舒张过程中。 ( )
生理学第二章名词解 释
第二章 肌细胞：又称肌纤维，是肌肉的基本结构和功能单位。 肌内膜：肌纤维外面包有的一层薄的结缔组织膜。 肌外膜：肌束聚集在一起构成一块肌肉，外面包以结缔组织膜。 A带：由粗肌丝和细肌丝组成。 I带：只有细肌丝而没有粗肌丝。 H区：只有粗肌丝而没有细肌丝。 肌小节：是肌纤维最基本的结构和功能单位。 终末池：肌质网在接近横小管处形成的特殊的膨大。 三联管结构：每一个横小管和来自两侧的终末池构成的复合体。 兴奋性：指的是组织细胞产生动作电位的能力。 静息电位：细胞处于安静状态，细胞膜内外所存在的电位差，简称膜电位。 动作电位：可兴奋细胞兴奋时，细胞内产生的可扩布的电位变化称为动作电位。 极化状态：是指细胞膜内外存在内负外正的电位差，即静息电位的状态。 去极化：细胞膜的静息电位由-90mV减小到0mV的过程被称为去极化，去极化是膜电位消失的过程。
反极化：细胞膜电位由0mV转变为内正外负的过程称为反极化。 阈强度：阈刺激一般将引起组织发生反应的最小刺激强度称为阈强度。 兴奋—收缩耦联：通常把以肌细胞膜电变化为特征的兴奋过程和以肌丝滑行为基础的收缩过程之间的中介过程称为兴奋—收缩耦联。 兴奋性：骨骼肌（可兴奋组织）受到刺激后可产生兴奋（即产生动作电位），这种特性称为兴奋性。 收缩性：肌肉受到刺激产生兴奋后，立即产生收缩反应，这种特性称为收缩性。 阈刺激：引起肌肉兴奋的最小刺激强度称为阈刺激。（大于阈刺激强度的刺激称为阈上刺激；低于阈刺激强度的刺激称为阈下刺激。） 单收缩：整块骨骼肌或单个肌细胞受到一次刺激时，先产生一次动作电位，紧接着出现一次机械收缩，称为单收缩。 收缩期：从肌肉收缩产生张力到张力最大所经历时间为收缩期。 舒张期：从张力最大到张力恢复到最低水平所经历时间为舒张期。
第二章细菌的生理 [教学内容] 细菌 [教学时数] 1学时 [授课对象] 基础、临床、预防、口腔医学类专业 [要求] 1、掌握细菌的细菌的合成代谢及生长曲线 2、掌握掌握消毒、灭菌、防腐、无菌的概念 3、熟悉细菌的理化性状 4、熟悉物理学消毒灭菌法，了解化学消毒灭菌法 5、熟悉细菌的人工培养 6、了解细菌的分类命名 [内容] 1、细菌的理化性状（熟悉） A、化学成分：水（最主要）、无机盐、蛋白质、糖类、脂质、核酸 B、物理性质： a、光学性质：细菌为半透明体，可用比浊法和分光光度计法估计细菌数目。 b、表面积：细菌体积微小，相对表面积大。 c、带电现象：G+菌的PH为2-3 G-性菌PH为4-5，故在中性或弱碱性环境中细菌均带 负电荷。 d、半透性：细菌的细胞壁和细胞膜都有半透性，允许水和小分子物质通过。 e、渗透压：G+性菌渗透压为 20-25个大气压 G-性菌渗透压大约为5-6个大气压 2、细菌的营养与生长繁殖 A：营养物质：水、碳源(糖类)、氮源、无机盐、生长因子 B：摄取营养的方式：被动运输、主动运输 C：细菌的营养类型：自养菌（化学、光能）、异养菌（寄生、腐生） D：影响细菌生长的因素：a:营养物质 b:PH（病原菌多数的最适PH大约在7.2-7.6） C:温度：病原菌均为嗜热菌，最适温度为37℃ D:气体：专性需氧菌（obigate aerobe） 专性厌氧菌（obigate anaerobe） 微需氧菌（microaerophilic bacterium） 兼性厌氧菌（facultative anaerobe） E：渗透压 E：细菌的生长繁殖（掌握） a、个体的生长繁殖：二分裂（binary fassion）一般20分钟分裂一次 代时（generation time）：细菌分裂数量倍增所需要的时间 b、菌体的生长繁殖：1、迟缓期（lag phase）短暂适应阶段 2、对数期（logarithmic time）细菌迅速增长，研究细 菌内的生物学状况（形态染色、生化反应、药物敏感实验等应选用该时期） 3、稳定期（stationary time）一些细菌的芽胞、外毒素、 抗生素在该时期产生。 4、衰亡期（decline time） 3、细菌的新陈代谢
金黄色葡萄球菌 形态与染色：G+，球形葡萄串状排列，无特殊结构。无鞭毛无芽胞，一般不形成荚膜。 菌落特点：呈圆形，表面光滑、凸起、湿润、边缘整齐、有光泽、不透明的白色或金黄色菌落，周围有β溶血环 培养基：营养要求不高，琼脂平板、血平板均可。 生化反应：β溶血（+），触酶试验（+），能分解葡萄糖、麦芽糖、蔗糖，产酸不产气，分解甘露醇（致病菌）。 a群链球菌（化脓性链球菌） 形态染色：G+，球菌链状排列，可有荚膜，无芽胞，无鞭毛，有菌毛。 菌落特点：在血平板上可形成灰白色、圆形、凸起、有乳光的细小菌落，菌落周围出现透明溶血环。 培养基：营养要求较高，加有血液、血清等成分的培养基。 生化反应：β溶血（+），触酶（-），分解葡萄糖，产酸不产气，不分解菊糖，不被胆汁溶解肺炎链球菌 形态与染色：G+，矛头状尖向外双球菌，有荚膜 ，无鞭毛，无芽胞。 菌落特点：在固体培养基上形成小圆形、隆起、表面光滑、湿润的菌落，菌落周围有草绿色溶血环。随着培养时间延长，细菌产生的自溶酶裂解细菌，使血平板上的菌落中央凹陷，边缘隆起成“脐状” 培养基:营养要求较高，加有血液、血清等成分的培养基。 生化反应：分解葡萄糖、麦芽糖、乳糖、蔗糖等，产酸不产气。对菊糖发酵，大多数新分离株为阳性。肺炎链球菌自溶酶可被胆汁或胆盐激活，使细菌加速溶解，故常用胆汁溶菌试验与甲型链球菌区别。 淋病奈瑟菌 形态与染色：G-，双球菌 ,肾形，似一对咖啡豆，无芽胞，无鞭毛，有菌毛，新分离菌株有荚膜。 菌落特点：菌落凸起、圆形、灰白色或透明、表面光滑的细小菌落。 培养基：专性需氧，营养要求高，多用巧克力培养基 生化反应：氧化酶、触酶试验阳性,对糖类的生化活性最低,只能氧化分解葡萄糖，产酸不产气。 脑膜炎奈瑟菌 形态染色：G-菌，呈肾形或豆形，两菌相对呈双球状，无鞭毛，无芽胞，新分离的菌株有多糖荚膜和菌毛。 菌落特点：无色、圆形、凸起、光滑、透明、似露滴状的小菌落。 培养基：专性需氧，在普通琼脂培养基上不能生长。需在巧克力色血琼脂培养基上。 生化反应：绝大多数菌株能分解葡萄糖和麦芽糖，产酸不产气(因淋病奈瑟菌不分解麦芽糖，借此可与淋球菌区别)，不分解乳糖、甘露醇、半乳糖和果糖，触酶试验阳性，氧化酶试验阳性。能产生自容酶。 大肠杆菌（大肠埃希菌） 形态染色：G-菌，短杆状，有周身鞭毛和周身菌毛，无芽胞。 菌落特点：灰白色，圆形，湿润，有的可出现溶血环，中等大小S型菌落。 培养基：无特殊要求，琼脂平板、血平板均可。 生化反应：β溶血+，能发酵葡萄糖、乳糖等多种糖类，产酸并产气。吲哚试验阳性、甲基红反应阳性、VP试验阴性、枸橼酸盐（IMViC）试验阴性。
第二章 一、填空题(30分) 1.细胞膜的基本结构是_______模型 2.参与易化扩散的蛋白质包括_______和_______。 3.可兴奋细胞包括：______、_______和_______。 4.动作电位在同一细胞上的传导方式是________。 5.静息电位负值增加的细胞膜状态称为_______。 6.构成动作电位除极过程的主要电流是_______。 7.可兴奋组织受刺激后产生兴奋的标志是_______。 8.主动转运的特点是_______浓度梯度转运。 9.动作电位去极化过程中Na＋内流的转运方式属于______扩散。 10.脂溶性小分子（O2和CO2）通过细胞膜的转运方式是_______。 11.阈电位是膜对_______的通透性突然增大的临界的膜电位数值。 12.静息电位的产生是由于细胞膜对______离子通透性增大所造成的，故接近______的平衡电位。 13.降低神经细胞外液K+浓度，静息电位幅值_______，动作电位幅度______。 14.降低神经细胞外液Na+浓度，静息电位幅值________，动作电位幅度______。 15.Na+泵是______酶，它分解1分子A TP可以从胞外泵入_______，从胞内泵出_______。 16.影响骨骼肌收缩的因素有_______、_______、和________。 17.同一细胞上动作电位大小不随_____和_____而改变的现象称为“全或无”现象。 18.当肌纤维处于最适初长度时，肌小节内的粗、细肌丝处于最理想的重叠状态，此时肌肉若作等长收缩，它产生_____最大，若作无负荷收缩，它的_____最大。 二、判断题(12分) 1.细胞膜的超极化意味着兴奋。 2.细胞的兴奋性与阈值呈正变关系。 3.神经细胞静息电位数值等于钠离子的平衡电位。 4.单根神经纤维动作电位的幅度随着刺激强度的增大而增大。 5.动作电位在同一条神经纤维传导时，其幅度随传导距离逐渐减小。 6.细胞膜以液态脂质双分子层为基架，其中镶嵌着相同功能的蛋白质。 7.受体只存在于细胞膜上。 8.骨骼肌收缩时释放到肌浆中的钙离子被肌浆网膜上的钙泵转运回肌浆网中。 9.终板膜上的离子通道是电压依从式离子通道。 10.肌肉收缩时肌原纤维缩短，是由于肌丝本身缩短或卷曲造成的。 11.骨骼肌的收缩和舒张都是耗能过程。 12.骨骼肌强直收缩时，伴随每次刺激出现的肌肉动作电位亦会发生融合或总和。 三、单选题(182分) 1.通道扩散的特点( ) A 逆浓度梯度 B 消耗化学能 C 转运小分子物质 D 转运脂溶性物质 E 以上都不是 2.刺激是( ) A 外环境的变化 B 内环境的变化 C 生物体感受的环境变化 D 引起机体抑制的环
第二章细菌的生理特性 细菌的生理特性，主要从三方面来分析：(1)营养；(2)呼吸；(3)其它环境因素对它们生活的影响。 第一节细菌的营养 细菌的营养是指吸取生长所需的各种物质并进行代谢生长的过程。营养是代谢的基础，代谢是生命活动的表现。细菌所需的营养物质与细菌细胞的化学组成、营养类型和代谢遗传特性等有关。 一、细菌细胞的化学组分及生理功能 1、化学组成细菌细胞中最重要的组分是水，约占细胞总重量的80％，一般为70％～90％．其它10％～20％为干物质。干物质中有机物占90％左右，其主要化学元素是C、H、()、N、P、S；另外约10％为无机盐分(或称灰分)。其化学组成示意图如下(图2—1)。 有关细菌细胞的化学组分还应注意以下几个特点：不同的细菌细胞化学组分不同；同一种细菌在不同的生长阶段，其化学组分也有差异。 2、各化学组分的生理功能 (1)水分 水分是最重要的组分之一，也是不可缺少的化学组分。水在细菌细胞内的存在有两种状态：自由水和结合水。它们的生理作用主要有以下几点： 1)溶剂作用。所有物质都必须先溶解于水，然后才能参与各种生化反应。 2)参与生化反应(如脱水、加水反应)。 3)运输物质的载体。 4)维持和调节一定的温度。 (2)无机盐 无机盐主要指细胞内存在的—些金属离子盐类。根据含有量的多少可以分成微量金属
元素和(大量)金属元素，前者如Zn、Ni、Co、Mo、Mn等．后者如P、S、K、Mg、Na、Fe 等。无机盐类在细胞中的主要作用是： 1)构成细胞的组成成分，如H3PO4是DNA和RNA的重要组成成分。 2)酶的组成成分，如蛋由质和氨基酸的－SH。 3)酶的激活剂，如Mg2+、K+。 4)维持适宜的渗透压。如Na+、K+、Cl－。 5)自养型细菌的能源，如S、Fe2+。 (3)碳源 凡是提供细胞组分或代谢产物中碳素来源的各种营养物质称之为碳源。它分有机碳源和无机碳源两种，前者包括各种糖类，蛋白质，脂肪，有机酸等等，后者主要指CO2(CO32－或HCO3－)。碳源的作用是提供细胞骨架和代谢物质中碳素的来源以及生命活动所需要的能量。碳源的不同是划分细菌营养类型的依据，详见后述。 (4)氮源 凡是提供细胞组分中氮素来源的各种物质称为氮源。氮源也可分为两类：有机氮源(如蛋白质，蛋白胨，氨基酸等)和无机氮源(如NH4Cl，NH4NO3等)。氮源的作用是提供细胞新陈代谢中所需的氮素合成材料。极端情况下(如饥饿状态)，氮源也可为细胞提供生命活动所需的能量。这是氮源与碳源的很大不同。 前已所述，细胞干物质中有机物的六大元素是C、H、O、N、P、S。除了C、H、O、N四种外，剩下的还有P和S。与碳源和氮源类似，凡是提供磷素或硫素的各种化合物分别称为磷源和硫源。磷源比较单一，主要是无机磷酸盐或偏磷酸盐。硫源则比较广泛，从还原性的s2－化合物、元素硫一直到最高氧化态的SO42+化合物，都可以作为硫源。磷源和硫源的作用是分别提供细胞中核酸和蛋白质的合成原料。 (5)生长因子 某些细菌在含有上述介绍的碳源、氮源、磷源、硫源和元机盐类等组分的一般培养基中培养时，生长极差或不能进行生长。但当加入某种细胞或组织的提取液时生长较好。也就是说这些提取液种含有生长所必需的某种物质。因此，我们把某些细菌在生长过程中不能自身合成的，同时又是生长所必需的须由外界供给的营养物质，叫做“生长因子”。根据化学组分的不同，生长因子可分为3类：氨基酸类、嘌呤类、嘧啶类、维生素类。 上面介绍了细菌的—般细胞组分和营养要求。在实际应用中还应注意以下几方面问题：第—，不同的细菌，营养要求不同。 第二，不同的生长条件，同一细菌的营养要求也会不同。 第三，总体来说，细菌的代谢能力很强，可利用的化合物种类很广。 以上所讲的水分、碳素养料、氮素养料、无机盐类和维生素等都是细菌等微生物所需要的，但不同的微生物对每一种营养元素需要的数量不是相同的，并且要求各种营养元素之间有一定的比例关系，主要是指碳氮的比例关系，通常称碳氮比。有人做过试验：根瘤菌要求碳氮比为11.5：1，固氮菌要求碳氮比为27.6：1，土壤中许多微生物在一起生活综合要求的碳氮比约为25：1。废水生物处理中，微生物群体对营养物质也有一定的比例要求，详见第六章第五节。 应该指出，细菌住住先利用现成的容易被吸收、利用的有机物质，如果这种现成的有机物质的量已满足它的要求，它就不利用其它的物质了。在工业废水生物处理中，常加生活污水以补充工业废水中某些营养物质的不足。但如工业废水中的各种成分已基本满足细菌的营养要求，则反而会把细菌养“娇”，因在一般情况下生活污水中的有机物比工业废水中的容易被细菌吸收利用，因而影响工业废水的净化程度。 二、细菌的营养类型
细菌就是一种具有细胞壁的单细胞微生物,在适宜条件下,能进行无性二分裂繁殖,其形态与结构相对稳定。掌握细菌形态结构特征,对鉴别细菌,研究致病性,诊断疾病与防治原则等都有 重要意义。 第一节细菌大小与形态 一细菌的大小 细菌体积微小,一般要用光学显微镜放大几百倍到一千倍左右才能观察到。通常以微米(μm)为测量其大小的单位。细菌种类不同,大小差异很大,同一种细菌在不同生长环境中,或在同一生长环境的不同生长繁殖阶段,其大小也有差别。 二细菌的形态 细菌的基本形态有球状、杆状及螺旋状,根据形态特征将细菌分为球菌、杆菌与螺形菌三大 类、 (一)球菌(coccus) 球菌单个菌细胞基本上呈球状。按细菌生长繁殖时的分裂平面及分裂后排列方式不同,可将球菌分为: 1、双球菌:细菌在一个平面分裂,分裂后两个菌细胞成双排列,如肺炎链球菌。 2、链球菌:细菌由一个平面分裂,分裂后菌细胞连在一起,呈链状,如乙型溶血性链球菌。 3葡萄球菌:细菌在多个不规则的平面上分裂,分裂后菌细胞聚集在一起似葡萄串状,如金黄色葡萄球菌。 4、四联球菌:细菌在两个相互垂直的平面上分裂,分裂后四个菌细胞联在一起。 5、八叠球菌:细菌在上下、前后与左右三个相互垂直的平面上分裂,分裂后八个菌细胞联在一起。 (二)杆菌(bacillus) 杆菌呈杆状,多数为直杆状,也有稍弯的。不同杆菌的大小、长短、粗细差异很大。大杆菌如 炭疽杆菌长3～10μm,中等的如大肠杆菌长2～3μm,小的如流感杆菌长0、7～1、5μm。菌体粗短呈卵园形的称为球杆菌;菌体末端膨大成棒状,称棒状杆菌;菌体常呈分枝生长趋势,称为分枝杆菌,大多数杆菌就是单个、分散排列的,但有少数杆菌分裂后菌细胞连在一起呈链状,称为链杆菌。 (三)螺形菌(spirillar bacterium) 螺形菌菌细胞呈弯曲或旋转状,可分为两类: 1、弧菌:菌细胞只有一个弯曲呈弧形或逗点状,如霍乱弧菌。 2、螺菌:菌细胞有多个弯曲,如鼠咬热螺菌。弯曲呈“S”或海鸥形者如空肠弯曲菌、幽门螺 杆菌等。 第二节细菌的结构与化学组成 细菌的基本结构有细胞壁、细胞膜、细胞质与核质四个部分组成。某些细菌除具有其基本结 构外,还有荚膜、鞕毛、菌毛、芽胞等特殊结构。 一、基本结构 (一)细胞壁(cell wall) 细胞壁位于细菌的最外层,就是一层质地坚韧而略有弹性的膜状结构,其化学组成比较复杂,并随不同细菌而异。用革兰染色法可将细菌分为革兰阳性菌与革兰阴性菌两大类。两类细菌细胞壁的共有组分为肽聚糖,但各自还有其特殊组成成分。 1、肽聚糖(peptidoglycan) 细菌细胞壁的基本结构就是肽聚糖,又称粘肽。它就是原核生物细 胞所特有的物质,不同种类的细菌,其组成与连接的方式亦有差别。革兰阳性菌的肽聚糖由聚 糖骨架、四肽侧链与五肽交联桥三部分组成(图11-3,a),革兰阴性菌的肽聚糖由聚糖骨架与四 肽侧链两部分组成(图11-3,b)。
~ 第一章细胞的基本功能 【习题】 一、名词解释 1.易化扩散 2.阈强度 3.阈电位 4.局部反应 二、填空题 1.物质跨越细胞膜被动转运的主要方式有_______和_______。 2.一些无机盐离子在细胞膜上_______的帮助下，顺电化学梯度进行跨膜转动。 3.单纯扩散时，随浓度差增加，扩散速度_______。 | 4.通过单纯扩散方式进行转动的物质可溶于_______。 5.影响离子通过细胞膜进行被动转运的因素有_______，_______和_______。 6.协同转运的特点是伴随_______的转运而转运其他物质，两者共同用同一个_______。 7.易化扩散必须依靠一个中间物即_______的帮助，它与主动转运的不同在于它只能浓度梯度扩散。 8.蛋白质、脂肪等大分子物质进出细胞的转动方式是_______和_______。 和CO2通过红细胞膜的方式是_______；神经末梢释放递质的过程属于。 10.正常状态下细胞内K＋浓度_______细胞外，细胞外Na＋浓度_______细胞内。 11.刺激作用可兴奋细胞，如神经纤维，使之细胞膜去极化达_______水平，继而出现细胞膜上_______的爆发性开放，形成动作电位的_______。 ! 12.人为减少可兴奋细胞外液中_______的浓度，将导致动作电位上升幅度减少。 13.可兴奋细胞安静时细胞膜对_______的通透性较大，此时细胞膜上相关的_______处于开放状态。 14.单一细胞上动作电位的特点表现为_______和_______。 15.衡量组织兴奋性常用的指标是阈值，阈值越高则表示兴奋性_______。 16.细胞膜上的钠离子通道蛋白具有三种功能状态，即_______，_______和_______。 17.神经纤维上动作电位扩布的机制是通过_______实现的。 18.骨骼肌进行收缩和舒张的基本功能单位是_______。当骨骼肌细胞收缩时，暗带长度，明带长度_______，H带_______。 19.横桥与_______结合是引起肌丝滑行的必要条件。 … 20.骨骼肌肌管系统包括_______和_______，其中_______具有摄取、贮存、释放钙离子 的作用。 21.有时开放，有时关闭是细胞膜物质转动方式中_______的功能特征。 22.阈下刺激引_______扩布。 三、判断题 1.钠泵的作用是逆电化学梯度将Na＋运出细胞，并将K＋运入细胞。 ( ) 2.抑制细胞膜上钠-钾依赖式ATP酶的活性，对可兴奋细胞的静息电位无任何影响。 ( ) 3.载体介导的易化扩散与通道介导的易化扩散都属被动转运，因而转运速率随细胞内外被转运物质的电化学梯度的增大而增大。 ( ) } 4.用电刺激可兴奋组织时，一般所用的刺激越强，则引起组织兴奋所需的时间越短，因此当刺激强度无限增大，无论刺激时间多么短，这种刺激都是有效的。 ( ) 5.只要是阈下刺激就不能引起兴奋细胞的任何变化。 ( ) 6.有髓神经纤维与无髓神经纤维都是通过局部电流的机制传导动作电位的，因此二者兴奋的传导速度相同。 ( ) 7.阈下刺激可引起可兴奋细胞生产局部反应，局部反应具有“全或无”的特性。 ( ) 8.局部反应就是细胞膜上出现的较局限的动作电位。 ( ) 9.局部去极化电紧张电位可以叠加而增大，一旦达到阈电位水平则产生扩布性兴奋。( ) 10.单一神经纤维动作电位的幅度，在一定范围内随刺激强度的增大而增大。 ( ) 11.骨骼肌的收缩过程需要消耗ATP，而舒张过程是一种弹性复原，无需消耗ATP。 ( ) .
第二章细菌的生理 一、细菌的营养：1、水：各种生物所必需的 2、碳源：合成菌体成分；能量的主要来源 3、氮源：合成菌体蛋白质、酶、核酸 4、无机盐类：生长代谢必需 5、生长因子：B族维生素、某些氨基酸、嘌呤 二、细菌的营养类型 1、自营菌：合成能力强，能以无机物合成菌体成分，多为非致病菌 2、异营菌：合成能力差，必须供给多种有机物，多为致病菌 三、根据细菌对氧气需要的不同，细菌可分为 1、专性需氧菌：需要氧气，无氧不能生长。如：结核杆菌、霍乱弧菌 2、专性厌氧菌：只能生长在厌氧环境。如：破伤风杆菌、肉毒杆菌 3、兼性厌氧菌：有氧或无氧都能生长，多数病原菌属此类 四、细菌的代谢产物及其实际意义 1、分解性代谢产物及其意义 1）糖发酵试验：乳糖葡萄糖 大肠杆菌产酸又产气产酸又产气 伤寒杆菌无反应产酸 意义：鉴别细菌 2）吲哚试验：大肠杆菌 色氨酸吲哚+试剂→玫瑰吲哚 2、合成性代谢产物及其意义 1）热原质：是由一些细菌产生的，注入人体或动物能引起发热反应的物质 产生菌：大多为革兰阴性菌 化学本质：脂多糖LPS 特性：耐高温。高压蒸汽灭菌法，不破坏；180度 4小时，250度45分钟，可破坏 2）色素：水溶性、脂溶性（鉴别意义） 3）抗生素：治疗作用 4）细菌素：抗菌作用范围狭窄 5）维生素：治疗作用 6）毒素和侵袭性酶：与致病有关 五、细菌的生长繁殖 1、条件：1）营养物质 2）酸碱度PH：大多菌最适PH 6.8—7.4； 个别特殊：霍乱弧菌8.4—9.2；结核杆菌6.5—6.8；乳酸杆菌5.5 3）温度：低温菌10—20度；中温菌 37度（大多）；高温菌50—55度 4）气体：CO2 、O2 2、细菌的繁殖方式与速度 1）方式：二分裂（中间形成横隔） 2）速度：大多快（20-30min）分裂一次 (一代）；个别例外，如：结核杆菌18-20h 一代 3）细菌生长曲线：迟缓期——分裂繁殖准备期
养菌，大部分属寄生菌。 二、细菌的营养物质 水、碳源、氮源、无机盐和生长因子等。 三、细菌摄取营养物质的机制 1．被动扩散： 营养物质从浓度高向浓度低的一侧扩散，驱动力是浓度梯度，不需要提供能量。 2．主动转运系统： 营养物质从浓度低向浓度高的一侧转运，并需要提供能量。 第三节细菌的生长与繁殖 一、影响细菌生长的环境因素 营养物质、能量和适宜的环境是细菌生长繁殖的必备条件。 1．氢离子浓度（pH） 2．温度 病原菌均为嗜温菌，最适37℃。 热休克蛋白（heat-shock proteins，Hsp）：有耐热性，对菌细胞内的热敏感蛋白质起稳定作用。 3．渗透压 4．气体 专性需氧菌（obligate aerobe） 如结核分枝杆菌、霍乱弧菌。 微需氧菌（microaerophilic bacterium） 在低氧压（～5%）下生长最好，氧浓度＞10%对其有抑制作用。如空肠弯曲菌、幽门螺杆菌。 兼性厌氧菌（facultative anaerobe） 兼有需氧呼吸和无氧发酵两种功能。大多数病原菌属于此。 专性厌氧菌（obligate anaerobe） 缺乏完善的呼吸酶系统，利用氧以外的其他物质作为受氢体，只能在无氧环境中进行发酵。 原因： 缺乏氧化还原电势（Eh）高的呼吸酶,只能在120mV以下的Eh时生长，有氧时Eh 高于此值，故不能生长。 缺乏分解有毒氧基团的酶：细菌在有氧环境中代谢时，常产生具有强烈杀菌作用的超氧阴离子（O2-）和过氧化氢（H2O2）。需氧菌有超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）和触酶（catalase） SOD 2O 2- + 2H+ —————→ H2O2 + O2 触酶 2H2O2 —————→ 2H2O + O2病原菌多属哪种营养类 型？ 了解细菌摄取营养物质的机制 时间：30分钟 重点掌握： 影响细菌生长的环境因素。 难点： 专性厌氧菌只能在无氧环
第二章细菌的生理 细菌的生理活动包括摄取和合成营养物质，进行新陈代谢及生长繁殖。整个生理活动的中心是新陈代谢，细菌的代谢活动十分活跃而且多样化，乃至繁殖迅速是其显著的特点。研究细菌的生理活动不仅是基础生物学科的范畴，而且与医学、环境卫生、工农业生产等都密切相关。诸如对于人体的正常菌群，特别是益生菌（probiotic），如何促进其生长繁殖和产生有益的代谢产物。对于致病菌，了解其代谢与致病的关系，设计和寻找有关诊断和防治的方法。利用细菌的代谢来净化环境，开发极端环境的微生物资源等都具有重要的理论和实际意义。 第一节细菌的理化性状 一、细菌的化学组成 细菌和其他生物细胞相似，含有多种化学成分，包括水、无机盐、蛋白质、糖类、脂质和核酸等。水分是菌细胞重要的组成部分，占细胞总重量的75%~90%。菌细胞去除水分后，主要为有机物，包括碳、氢、氮、氧、磷和硫等。还有少数的无机离子，如钾、钠、铁、镁、钙、氯等；用以构成菌细胞的各种成分及维持酶的活性和跨膜化学梯度。细菌尚含有一些原核细胞型微生物所特有的化学组成，如肽聚糖、胞壁酸、磷壁酸、D型氨基酸、二氨基庚二酸、吡啶二羧酸等。这些物质在真核细胞中还未发现。 二、细菌的物理性状 光学性质细菌为半透明体。当光线照射至细菌，部分被吸收，部分被折射，故细菌悬液呈混浊状态。菌数越多浊度越大，使用比浊法或分光光度计可以粗略地估计细菌的数量。由于细菌具有这种光学性质，可用相差显微镜观察其形态和结构。 表面积细菌体积微小，相对表面积大，有利于同外界进行物质交换。如葡萄球菌直径约1μm，则1cm3体积的表面积可达60000cm2；直径为1cm的生物体，每cm3体积的表面积仅6cm2，两者相差1万倍。因此细菌的代谢旺盛，繁殖迅速。 带电现象细菌固体成分的50%~80%是蛋白质，蛋白质由兼性离子氨基酸组成。革兰阳性菌pI 为2~3，革兰阴性菌pI为4~5，故在近中性或弱碱性环境中，细菌均带负电荷，尤以前者所带电荷更多。细菌的带电现象与细菌的染色反应、凝集反应、抑菌和杀菌作用等都有密切关系。 半透性细菌的细胞壁和细胞膜都有半透性，允许水及部分小分子物质通过，有利于吸收营养和排出代谢产物。 渗透压细菌体内含有高浓度的营养物质和无机盐，一般革兰阳性菌的渗透压高达20~25个大气压，革兰阴性菌为5~6个大气压。细菌所处一般环境相对低渗，但有坚韧细胞壁的保护不致崩裂。若处于比菌内渗透压更高的环境中，菌体内水分逸出，胞质浓缩，细菌就不能生长繁殖。 第二节细菌的营养与生长繁殖 一、细菌的营养类型 各类细菌的酶系统不同，代谢活性各异，因而对营养物质的需要也不同。根据细菌所利用的能源和碳源的不同，将细菌分为两大营养类型。 自养菌（autotroph）该类菌以简单的无机物为原料，如利用CO2、CO32―作为碳源，利用N2、NH3、NO2―、NO3―等作为氮源，合成菌体成分。这类细菌所需能量来自无机物的氧化称为化
1 目的 1.1 了解细菌鉴定中常用的生理生化试验反应原理 1.2 掌握测定细菌生理生化反应的技术和方法 2 原理 各种微生物在代谢类型上表现了很大的差异。由于细菌特有的单细胞原核生物的特性，这种差异就表现的更加明显。不同细菌分解、利用糖类、脂肪类和蛋白类物质的能力不同，所以其发酵的类型和产物也不相同，也就是说，不同微生物具有不同的酶系统。即使在分子生物学技术和手段不断发展的今天，细菌的生理生化反应在菌株的分类鉴定中仍有很大作用。 3 材料 3.1 菌种 大肠埃希氏菌（Escherichia coli）、产气肠杆菌 （Enterobacter aerogenes）、普通变形杆菌（Proteus vulgaris）、枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）的斜面菌种 3.2 培养基 葡萄糖蛋白胨水培养基、蛋白胨水培养基、糖发酵培养基（葡萄糖、乳糖或蔗糖） 3.3 试剂 40％NaOH溶液、肌酸、甲基红试剂、吲哚试剂、乙醚、1.6%溴甲基酚紫指示剂。 3.4 器具
超净工作台、恒温培养箱、高压灭菌锅、试管、移液管、杜氏小套管。 4 流程 糖发酵试验→V-P试验→甲基红试验→吲哚试验 5 步骤 (一) 糖类发酵试验 1 目的 了解不同细菌分解利用糖的能力及实验原理，并掌握其操作方法． 2 原理 可根据细菌分解利用糖能力的差异表现出是否产酸产气作为鉴定菌 种的依据。是否产酸，可在糖发酵培养基中加入指示剂溴甲酚紫（即B.C.P指示剂，其pH在5.2以下呈黄色，pH在6.8以上呈紫色），经培养后根据指示剂的颜色变化来判断。是否产气，可在发酵培养基中放入倒置杜氏小管观察。 3 材料 3.2菌种 大肠埃希氏菌（Escherichia coli）、产气肠杆菌 （Enterobacter aerogenes）、普通变形杆菌（Proteus vulgaris）的斜面菌种 3.３培养基 葡萄糖、蔗糖和乳糖发酵培养液试管 ４流程 发酵液试管→标记→接种→培养→观察→记录
方法 2.3.5 细菌的生理生化鉴定 １、形态学观察 采用插片法、埋片法, 对该拮抗细菌的菌落形态特征作镜检观察。用革兰氏染色进行油镜观察。 ①革兰氏染色 溶液和试剂：革兰氏染液，草酸铵结晶紫染液，卢戈式碘液，95%乙醇，番红复染液等。 试验步骤：(1) 涂片：取活跃生长期菌种按常规方法涂片（不易过厚）、干燥和固定。 (2) 初染：滴加草酸铵结晶紫染液覆盖涂菌部位1～２min，用水冲洗至流出水无色。 (3) 媒染：先用卢戈氏碘液冲去残留水迹，再用碘液覆盖１min，倾去碘液，水洗至流出水无色。 (4) 脱色：在上述涂片上流加95%乙醇溶液（一般20～30s），当脱色至流出液无色时立即用水洗去乙醇。 (5) 复染：将玻片上残留水用吸水纸吸去，用番红复染液染色2min，水洗，用吸水纸吸去残水晾干。 (6) 镜检：用油镜观察。 ②芽孢染色 (1) 制片：按常规方法涂片、干燥及固定。 (2) 加热染色：向载玻片滴加数滴5%孔雀绿水溶液覆盖涂菌部位，用夹子夹住载玻片在微火上加热至染液冒蒸汽并维持５min，加热时应注意补充染液，切勿让涂片干涸。 脱色：待玻片冷却后，用缓流自来水冲洗至流出水无色。 (3) 复染：用0.5%番红水溶液复染2min。 (4) 水洗：用缓流自来水冲洗至无色。 (5) 镜检：晾干载玻片后油镜镜检。 ③鞭毛染色（硝酸银染色法）
(1) 载玻片准备：将载玻片置于含洗衣粉或洗涤剂的水中煮沸20min，然后用清水充分洗净，再置于95%乙醇中浸泡，使用时取出在火焰上烧去乙醇及可能残留的油迹。 (2) 菌液制备：用接种环挑取菌落边缘菌体，悬浮于1～2mL无菌水中制成菌悬液，不能剧烈震荡。 (3) 制片：取一滴菌悬液滴到载玻片一侧，倾斜玻片，使菌悬液流向另一边，用吸水纸吸取多余的菌悬液，自然干燥。 (4) 染色：滴加硝酸银染色A液覆盖3～5min，用蒸馏水充分洗去A液，再滴加B液染色约1 min，期间可用微火加热，当涂面出现明显褐色时，立即用蒸馏水冲洗。自然干燥后用油镜观察。菌体呈深褐色，鞭毛显褐色。 (5) 镜检：用油镜镜检观察。 A、B液需现用现配（4h内效果最佳，1d内可用）： A：单宁酸5ｇ，三氯化铁1.5ｇ，蒸馏水100mL，加1%氢氧化钠1mL，15%甲醛2mL。 B：硝酸银粉末2ｇ，水100mL，溶解匀均，取出10mL回滴用，往90mL 溶液中加浓氨水到出现大量沉淀时再加浓氨水至溶液澄清。加10mL回滴液回滴至出现薄雾。 ２、糖类分解试验 配方：蛋白胨 1.0ｇ；NaCl 0.5ｇ；0.2%溴百里香酚兰 1.2mL；葡萄糖 1.0ｇ；蒸馏水100mL。 基本原理：糖类分解实验是常用的鉴别微生物的生化反应，鉴定细菌能否利用分解某种糖产生有机酸（如乳酸、醋酸、丙酸等）和气体（如氨气、甲烷、二氧化碳等）。当发酵产酸是，指示剂可有紫色（pH6.8）转变为黄色（pH5.2）。气体的产生可由倒置的小管中有无气泡来证明。 试验步骤：用记号笔在试管外面分别标明发酵培养基名称和所接种的细菌的编号。取盛有葡萄糖发酵培养基的试管，按编号接种细菌，每种细菌做两个平行，可留一个空白，作为对照。在接种后要轻摇试管，防止倒置的小试管进入气泡。再将将上述已接种的和对照管置37℃温室中培养2～3d。观察颜色变化及小试管中有无气泡。
第2章细菌的生理 一、填空题 1.细菌生长繁殖所需的条件有_________、_________、___________、________。 2.根据细菌对营养物质的需求不同，可将细菌分为____________和___________。 3.根据细菌对氧气的需求不同，可将细菌分为__________、________、________。 4.细菌群体生长繁殖分为_________、___________、_________、___________。 5.人工培养基按功能或用途分为____________、____________、__________、____________、______________5 类培养基。 6.人工培养基按物理性状分为____________、___________、________3 类培养基。 7.细菌的色素分为____________和___________2种。 8.半固体培养基多用于检测细菌____________，液体培养基多用于细菌___________，SS 培 养基多用于_____________的分离培养。 二、判断改错题 1.一般细菌约 20min分裂一次。 2.大多数致病菌属于自养菌。 3.硫化氢属于细菌的合成代谢产物。 4.结核杆菌属于微需氧生长的细菌。 5.外毒素的合成、芽胞的形成多在细菌的对数生长期。 三、选择题 【A型题】 1.大多数细菌生长繁殖的最适 pH 值范围适 A.4.0~6.0 B.5.5～6.5 C.7.2～7.6 D.8.0～9.0 E.8.4～9.2 2.细菌药物敏感性的测定及保存菌种多选用细菌生长繁殖的哪个期？ A.适应期 B.对数生长期 C.稳定期 D.迟缓期 E.衰亡期 3.吲哚试验阳性的细菌，是因为它能分解 A.胱氨酸 B.色氨酸 C.葡萄糖 D.枸橼酸盐 E.乳糖 4.细菌生长繁殖的方式是以 A.孢子出芽方式 B.二分裂法方式 C.增殖方式 D.自我复制方式 E.有丝分裂方式 5.“菌落”是指 A.细菌在固体培养基上生长繁殖而形成肉眼可见的细胞集团 B.一个细菌在固体培养基上生长繁殖而形成肉眼可见的细胞集团 C.一个菌细胞 D.不同种的细菌在液体培养基上形成肉眼可见的细胞集团 E.细菌在营养培养基上生长繁殖而形成肉眼可见的细胞集团 【X 型题】 1.IMViC 试验主要用于区别下列哪两种病原菌？ A.产气杆菌 B.破伤风梭菌 C.葡萄球菌 D.大肠杆菌 E.肺炎球菌 2.细菌的合成代谢产物是指 A.热原质 B.毒素 C.透明质酸酶 D.色素 E.抗生素 3.细菌的分解代谢产物是指 A.细菌素 B.硫化氢 C.吲哚 D.维生素 E.外毒素 4.吲哚（靛基质）试验呈阳性的细菌是 A.霍乱弧菌 B.伤寒杆菌
2014 年秋季学期研究生课程考核 （读书报告、研究报告） 考核科目:微生物生理学 学生所在院（系）:市政环境工程 学生所在学科:环境工程 学生姓名:丁达 学号:14S127062 学生类别:工程硕士 考核结果阅卷人
产甲烷菌的生理生化特性 产甲烷菌是一类能够将无机或有机化合物厌氧发酵转化成甲烷和二氧化碳的古细菌，它们生活在各种自然环境下，甚至在一些极端环境中。产甲烷菌是厌氧发酵过程的最后一个成员，甲烷的生物合成是自然界碳素循环的关键链条。由于产甲烷菌在有机废弃物处理、沼气发酵、动物瘤胃中有机物分解利用等过程中的重要作用，同时甲烷是导致全球变暖的第二大温室气体,因此产甲烷菌和甲烷产生机理的研究备受关注。特别是近几年对产甲烷菌基因组的研究，使人们从基因组的角度、进化的角度对甲烷生物合成机理、甲烷菌的生活习性、形态结构等方面获得更深刻的理解。 关键词：产甲烷菌；显著影响因子；生化特性 一、引言 目前能源与环境已成为影响人类社会可持续发展的重大问题，厌氧消化技术在能源生产和环境保护等方面具有突出的优势而倍受青睐。沼气发酵是自然界极为普遍而典型的厌氧消化反应，各种各样的有机物通过沼气发酵，不断地被分解代谢产生沼气，从而构成了自然界物质和能量循环的重要环节。厌氧消化是极为复杂的生物过程，在参与反应的众多微生物中，产甲烷菌的优劣和密度是影响厌氧消化效率和甲烷产量的重要因素，因此对产甲烷菌特征以及影响因子的研究成为重点。 二、产甲烷菌概述 产甲烷菌的研究开始于1899 年，当时俄国的微生物学家奥姆良斯基（Omelianski）将厌氧分解纤维素的微生物分为两类，一类是产氢的细菌，后来称产氢、产乙酸菌；另一类是产甲烷菌，后来称奥氏甲烷杆菌（Methanobacillus omelauskii)。1901年Sohzgen对产甲烷菌的特征及对物质的转化进一步作了详细的研究。1936年Barker对奥氏甲烷菌又作了分离研究。但这些研究，由于厌氧分离甲烷菌的技术尚不完备，均未取得大的进展。直到1950年Hungate 第一次创造了无氧分离技术才使甲烷菌的研究得到了迅速的发展。 产甲烷菌是一类能够将无机或有机化合物厌氧消化转化成甲烷和二氧化碳的古细菌，它是严格厌氧菌，属于水生古细菌门（Euryarchaeota）。它们生活在各种自然环境下，如反刍动物的瘤胃、人类的消化系统、稻田、湖泊或海底沉积物、热油层和盐池，以及污泥消化和沼气反应器等人为环境中。产甲烷菌是厌氧消化过程的最后一个成员，甲烷的生物合成是自然界碳素循环的关键链条。 由于产甲烷菌是严格的厌氧菌，对其研究需要较高的技术手段，所以，在20世纪70年代
第二章细胞的基本功能 ★多项选择题 1. 构成细胞膜的蛋白质与下列哪些功能有关 A. 细胞膜的物质转运功能 B. 细胞膜的受体功能 C. 细胞膜的免疫功能 D. 细胞的变形或运动功能E．以上都不是 2. 与细胞膜流动性有关的因素是细胞膜中 A. 脂质的熔点 B. 胆固醇的含量 C. 脂质含脂肪酸的饱和度 D. 糖蛋白的含量E．以上都不是 3. 电解质离子通过细胞膜的扩散量取决 A. 膜两侧离子的浓度梯度 B. 膜对该离子通透性 C. 该离子所受的电场力 D. 化学性质该离子的E．该离子的分子 4. 以“载体”为中介的易化扩散的 A. 有结构特异性 B. 饱和现象 C. 竞争性抑制 D. 不依赖细胞膜上的蛋白质E．以上都不是 5. 细胞膜对物质主动转运的特点 A. 顺电位差进行 B. 不消耗能量 C. 以“载体”为中介 D. 逆浓度差进行E．消耗能量 6. 刺激的主要参数是 A. 刺激强度 B. 刺激持续时间 C. 刺激强度对时间变化率 D. 时值E．基强度 7. 下列那些指标可反映组织的兴奋性 A. 阈强度 B. 时值 C. 基强度 D. 强度-时间曲线E．以上都不是 8. 单根神经纤维动作电位的幅 A. 不随刺激强度的变化而改变 B. 不随细胞外Na+含量的改变而变化 C. 不随传导距离而改变 D. 不随细胞的种类而改变E．可以总合 9. 终板电位的特点是 A. 无“全或无”现象 B. 无不应期 C. 呈电紧张扩布 D. 可以总合E．以上 都不是 10. 兴奋在神经-肌肉接头传递的特点是 A. 单向传递 B. 化学传递 C. 时间延搁 D. 不易受环境因素的影响E．易受环境因素 ★答案