第六章微生物的生理
6.1 微生物的酶
1857年,巴斯德等提出酒精发酵是细胞活动的结果。1878年，提出“酶”的名称；Liebig等提出发酵现象是由于溶解于细胞液中的酶引起的；
1897年，Büchner兄弟用不含细胞的酵母汁实现了发酵，证明了发酵与细无关；1913年，Michaelis等提出了酶促动力学原理；
1926年，Sumner第一次从刀豆中提出了脲酶结晶，并证明其具有蛋白质性质；20世纪30年代，Northrop又分离出结晶的蛋白酶、胰蛋白酶及胰凝乳蛋白酶，确立了酶的蛋白质本质。
1.酶和一般催化剂比较
（1）用量少而催化效率高；
（2）不改变化学反应的平衡点
（3）可降低反应的活化能
2.酶作为生物催化剂的特性
（1）催化效率高：
反应速度是无酶催化或普通人造催化剂催化反应速度的10的6次方至10的16次方倍。
（2）酶的作用具有高度的专一性
(3) 敏感性：对环境条件极为敏感，酶容易失活
(4) 酶活力的调节控制：如抑制剂调节、共价修饰调节、反馈调节、酶原激活及
激素控制等。调整的本质是酶的活性中心的改变（有或无、优或劣
(5) 酶的催化活力与辅酶、辅基及金属离子有关，有些酶是复合蛋白质，其中的
小分子物质(辅酶、辅基及金属离子)与酶的催化活性密切相关。若将它们除去，酶就失去活性。
(6) 反应条件温和：常温、常压、中性。
3.酶的化学本质
（1）酶的蛋白质本质
所有的酶都是蛋白质。有的是简单蛋白质，有的是结合蛋白质。
酶同其他蛋白质一样，由氨基酸组成。
不能说所有蛋白质都是酶，只是具有催化作用的蛋白质，才能称为酶
（2）酶的组成
根据组成成分分为：
简单蛋白质酶
结合蛋白质酶（结合非蛋白组分后才表现出酶的活性）两类。酶蛋白结合非蛋白组分后形成的复合物称“全酶”，全酶=酶蛋白+辅助因子。
辅助因子本身无催化作用，它的主要作用是：
1.弥补氨基酸基团催化强度的不足，改变并稳定活性中心或改变底物化学键稳定性（底物—酶的催化对象）。
例如：羧肽酶中的锌离子：可稳定活性中心使肽键失稳、吸附羧氧原子
2.在酶促反应中运输转移电子、原子或某些功能基，如参与氧化还原或运载酰基的作用，协助活性中心基团快速转移。 （3）酶的分类
根据酶蛋白分子的特点又可将酶分为三类
单体酶 (monomericenzyme)：只有一条多肽链。
寡聚酶 (oligomericenzyme)：由几个甚至几十个亚基组成，这些亚基
可以是相同的多肽链，也可以是不同的多肽链。
多酶体系 (multienzyme system)：是由几种酶彼此嵌合形成的复合体。 按照酶所催化的化学反应类型分类 （1）水解酶类 （2）氧化还原酶类 （3）异构酶类 （4）转移酶类 （5）裂解酶类 （6）合成酶类 1）水解酶类
? 催化大分子有机物水解成小分子 ? 反应式可以表示为：
? AB+H2O AOH+BH 如：水解细胞壁的？酶 2）氧化还原酶类
? 催化氧化还原反应的酶
? 反应式为：AH2+B A+BH2
氧化酶：A 、催化底物脱氢，氢由辅酶（FAD 或FMN ）传递给活化氧，两者结合生成H2O2，反应式①：
B 、催化底物脱氢，活化氧和氢结合生成H2O ，反应式② ：
脱氢酶：催化底物脱氢，氢由中间受体NAD 接受，反应式③ ：
如：多酚氧化酶催化含酚基的有机物脱氢，氧化为醌类和水
+
+
+
+
3）转移酶类
? 催化底物的集团转移到另一有机物上的酶 ?
反应式：AR+B
A+BR
如：谷丙转氨酶催化谷氨酸的氨基转移到丙酮酸上，生成丙氨酸和α-酮戊二酸。 ?
实际上为取代反应 4
）异构酶
? 催化同分异构分子内的集团重新排列
?
如：6-磷酸葡萄糖异构酶催化的反应。
5）裂解酶
催化有机物裂解成小分子有机物
6
）合成酶
? 催化底物的合成反应
? 蛋白质和核酸的生物合成都需要合成酶参加，需要消耗ATP 以获得能量。 或
其他分类：
? 酶在细胞的不同部位：可分为胞外酶、胞内酶和表面酶。
? 按酶作用的底物不同，可分为淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶、核糖核酸酶等。
? 一种酶可以有多个名字，如：淀粉酶也属于水解酶，还属胞外酶 4.影响酶活的因素
米－门公式（酶促反应速度方程）
米氏常数Km 表示反应速度为最大速度一半时的底物浓度。
Km 值越小，表示酶与底物的反应越趋于完全；Km 值越大，表明酶与底物的反应越不完
（1）酶浓度对酶促反应速度的影响
+
+
+ + +
+ +
+
ν
= K 3[E][S]
K m +[S] ( K m =
K 2+K 3
K 1 )
在酶促反应中，如果底物浓度足够大，足以使酶饱和，则反应速度与酶浓度成正比。
底物分子浓度足够时，酶分子越多，底物转化的速度越快。
（2）底物浓度对酶促反应速度的影响
当底物浓度很低时，有多余的酶没与底物结合，随着底物浓度的增加，中间络合物的浓度不断增高。反应速度也迅速增加。
当底物浓度很高时，溶液中的酶全部与底物结合成中间产物，虽增加底物浓度也不会有更多的中间产物生成。反应速度的增加也减缓。
（3）温度对酶反应速度的影响
温度对酶促反应速度的影响有两方面：
一方面是当温度升高时，反应速度也加快。
另一方面，随温度升高而使酶逐步变性，即通过减少有活性的酶而降低酶的反应速度，酶的最适温度就是这两种过程平衡的结果。
（4）pH对反应速度的影响
在一定的pH 下，酶具有最大的催化活性，通常称此pH 为最适pH。
pH对酶活的影响表现：
改变底物分子和酶分子的带电状态；
过高或过低的pH会影响酶的稳定性
（5）激活剂对酶反应速度的影响
凡是能提高酶活性的物质，都称为激活剂(activator)，其中大部分是离子或简单有机化合物。
如K+、Ca2+、Na+、Mg2+、Zn2+、Cl-、Br-等。
作用机理是稳定改变中心、提高亲和力。
（6）抑制剂对酶反应的影响
能减弱、抑制甚至破坏酶活性的物质称为酶的抑制剂。
可分为两种形式：
竞争性抑制：抑制剂与底物竞争，从而阻止底物与酶的结合。
非竞争性抑制：酶可以同时与底物及抑制剂结合，两者都没有竟争作用
6.2 微生物的营养
几个重要概念：新陈代谢异化作用同化作用
1.微生物细胞的化学元素组成
元素：C、H、O、N、P、S、K、Na、Mg、Ca、Fe、Mn、Cu、Co、Zn、Mo等；
?其中C、H、O、N、P、S六种元素占微生物细胞干重的97%；
?其它为微量元素。
细胞组成元素的来源物质称为营养（物质）。
2.微生物的营养物质
微生物的营养物质按其在机体中的生理作用可区分为：碳源、氮源、无机盐、生长因子和水五大类。
（1）碳源
为微生物提供碳素来源的物质称为碳源；包括各种天然有机化合物和CO2。构成细胞骨架和供给能量。
（2）氮源
能被微生物用来构成细胞物质的含氮化合物称为氮源物质；包括蛋白质类、氨及铵盐、硝酸盐、分子氮、其它。为微生物提供蛋白、酶等
（3）无机盐
为细胞提供所需的含K、Na、Mg、Ca、Fe、Mn、Cu、Co、Zn、
Mo无机盐类。
作用：
?酶活性中心；
?维持生物大分子和细胞结构的稳定性；
?调节并维持细胞的渗透压平衡；
?控制细胞的氧化还原电位和作为某些微生物生长的能源物质。
（4）生长因子
生长因子通常指那些微生物生长所必需而且需要量很小，但微生物自身不
能合成或合成量不足以满足机体生长需要的有机化合物。
主要包括维生素(vitamin)、氨基酸与嘌呤与嘧啶三大类。
（5）水
水是微生物生长所必不可少的，也是微生物的组份。
水在细胞中的生理功能主要有：
?生化反应介质；
?溶剂与运输介质；
?温度缓冲等作用。
3.微生物的营养类型
根据碳源、能源及电子供体性质的不同，可将绝大部分微生物分为四种类型：?光能无机自养型
?光能有机异养型
?化能无机自养型
?化能有机异养型
（1）光能无机自养型
能以CO2、CO或CO32-为唯一碳源，并利用光能进行生长的的微生物。
它们能利用无机物如水、硫化氢、硫代硫酸钠或其他无机化合物使CO2等固定还原成细胞物质，并且伴随元素氧（硫）的释放。
藻类、蓝细菌和光合细菌属于这一类营养类型。
（2）化能无机自养型
不具有光合色素，以CO2或碳酸盐作为的唯一碳源，能利用无机物氧化
过程中放出的化学能作为它们生长所需的能量进行生长。
能利用电子供体如H2、H2S、Fe2+或NO2-等使CO2还原成细胞物质。
属于这类微生物的类群有硫化细菌、硝化细菌、氢细菌与铁细菌等。（3）光能有机异养型
以光能为能源，以有机物作为供氢体，将CO2还原为有机物的一类厌氧微生物。
红螺属的一些细菌就是这一营养类型的代表：光能有机营养型细菌在生长时通常需要外源的生长因子。
（4）化能有机异养型
生长所需的能量来自有机物氧化过程放出的化学能，生长所需要的碳源主要是一些有机化合物，如淀粉、糖类、纤维素、有机酸等。
已知的绝大多数微生物属于化能有机营养型。
4.培养基
（1）碳氮磷比
不同微生物细胞的元素组成比例不同，对营养元素的需求比例也不同。主要考虑碳氮和磷的比例。根据实际情况和需要来选择合适的比例。
（2）什么是培养基
培养基是人工配制的，适合微生物生长繁殖或产生代谢产物的营养基质。
培养基中应含满足微生物生长发育的：水分、碳源、氮源、生长因子以及基本的离子，磷、硫、钠、钙、镁、钾和铁及各种微量元素。
此外，培养基还应具有适宜的酸碱度(pH值)和一定缓冲能力及一定的氧化还原电位和合适的渗透压。
（3）培养基的类型
?基础培养基
?选择培养基
?鉴别培养基
?富集培养基
5 营养物质进入细胞
?四种方式：
?单纯扩散－－浓度梯度作用
?促进扩散－－浓度梯度为动力，载体帮助
?主动运输－－代谢能为动力，载体帮助，胞外到胞内
?基团转位－－复杂运输系统完成，物质起化学变化
思考
? 1.酶的本质是什么？作为生物催化剂具有什么特性？
? 2.酶的组成是什么？
? 3.酶按催化的反应类型可分为几类？
? 4.影响酶活的因素有哪些？是如何影响的？
? 5.解释新陈代谢、同化作用、异化作用、光能无机自养、化能无机自养、光能有机异养、化能无机异养的概念。
? 6.微生物的营养物质有哪些？
?7.培养基有哪些类型，分别起什么作用？
?8.营养物质进入细胞有哪些方式？
6.3 微生物的产能代谢
内容提要
? 1.新陈代谢、合成代谢、产能代谢
? 2.好氧呼吸、无氧呼吸、发酵
? 3.氧化磷酸化、底物水平磷酸化、光合磷酸化
? 4.葡萄糖的氧化，EMP途径和TCA循环及产能
? 5.厌氧呼吸的类型
回顾：新陈代谢的概念，异化作用和同化作用的区别
?代谢是细胞内发生的各种化学反应的总称，它主要由分解代谢和合成代谢两个过程组成。
?分解代谢是指细胞将大分子物质降解成小分子物质，并在这个过程中产生能量。
?合成代谢是指细胞利用简单的小分子物质合成复杂大分子的过程，在这个过程中要消耗能量。
?合成代谢所利用的小分子物质来源于分解代谢过程中产生的中间产物或环境中的小分子营养物质。
6.3.1 产能代谢和呼吸作用的关系
1.呼吸作用的本质
氧化与还原反应的统一过程。
2.呼吸的类型
发酵、好氧呼吸及无氧呼吸；
微生物的呼吸作用产生能量
3.微生物产能的方式和种类：
?电能（电子移动产生）
?化学能（氧化有机物和无机物的化学反应中释放的能量）
?机械能（运动产生的）
?光能（发光细菌产生的）
微生物能量的转化
?变为热，散失；
?供合成反应和生命的其他活动；
?贮存在ATP（三磷酸腺苷）中。
ATP的生成方式
（1）氧化磷酸化
?好氧微生物呼吸时，通过电子传递体系产生ATP的过程。
?氧化磷酸化的过程表示为：
电子传递体系
电子传递体系由NAD（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸）或NADP（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸）、FAD（黄素腺嘌呤二核苷酸）或FMN（黄素单核苷酸）、辅
酶Q 、细胞色素b 、细胞色素c1等组成。 电子传递体系的功能： ? 接受电子
? 合成ATP ，把电子传递过程释放的能量贮存 电子传递体系在细胞中的部位 ? 原核微生物－－细胞质膜 ? 真核微生物－－线粒体 电子传递体系产能情况
ATP 的生成方式
（2）底物水平磷酸化
? 厌氧微生物和兼性厌氧微生物在底物氧化过程中，产生一种含高自由能的中间体，这一中间体将高能键交给ADP ，使ADP 磷酸化而生成ATP 。 底物水平磷酸化作用与氧化磷酸化作用的区别：
底物水平磷酸化作用是指ATP 的形成直接与一个中间代谢物上的磷酸基团转移相偶联
氧化磷酸化作用是指ATP 的生成基于电子传递相偶联的磷酸作用 ATP 的生成方式 （3）光合磷酸化 ? 光引起叶绿素、菌绿素或菌紫素逐出电子，通过电子传递产生ATP 的过程。 ATP 生成的反应式
6.3.2 产能代谢与呼吸类型 1.发酵
广义：利用微生物代谢生产有用代谢物等的一类生产方式。
狭义定义：无氧等外源受体的条件下，底物脱氢后所产生的还原力［H ］未经呼吸链传递而直接交给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。
发酵的种类有很多，可发酵的底物有糖类、有机酸、氨基酸等，其中以微生物发酵葡萄糖最为重要。
生物体内葡萄糖被降解成丙酮酸的过程称为糖酵解，主要分为四种途径：EMP 途径、HMP 途径、ED 途径、磷酸解酮酶途径。 EMP 途径
NADH
3ATP
FADH 2ATP ADP+H 3PO 4 ATP AMP+2H 3PO 4
ATP 底物－H
底物
ADP+Pi
ATP
中间代谢物
中间代谢物－H （发酵产物）
两大步骤
（1）两大步骤
?第一步：不涉及氧化还原反应的预备性反应，生成2分子中间产物 3－磷酸甘油醛；
?第二步：发生氧化还原反应，合成ATP并形成两分子的丙酮酸。
EMP途径产生2分子丙酮酸，获得2个ATP和2个NADH（或NADH+H+），NADH 可在有氧条件下经呼吸链的氧化磷酸化产生6个ATP，在无氧条件下则可把丙酮酸还原成乳酸或乙醇。
由EMP途径中的丙酮酸出发的发酵，在不同微生物中可进入不同的发酵途径。如：酿酒酵母进行的酵母菌同型酒精发酵；
由德氏乳杆菌、嗜酸乳杆菌、干酪乳杆菌进行的同型乳酸发酵。………..
?通过这些发酵，微生物可获得生命活动需要的能量，人类则可获得代谢产物
发酵中的产能反应
发酵仅为专性厌氧菌或兼性厌氧菌在无氧条件下的生物氧化机制，产能机制是底物水平的磷酸化反应。
在发酵条件下有机化合物只是部分地被氧化，因此，只释放出一小部分的能量。发酵过程的氧化是与有机物的还原偶联在一起的。
2.好氧呼吸
定义：当存在外在的最终电子受体－－分子氧时，底物可全部被氧化成CO2
和H2O ，并产生ATP 。这种氧化称为好氧呼吸（或呼吸作用）。 呼吸链－电子传递链
TCA 循环
好氧呼吸产能的代表途径；
指由丙酮酸经过一系列循环反应而彻底氧化、脱羧，形成CO2、H2O 和NADH2的过程。
是广泛存在于各种生物体中的重要化学反应，在好氧微生物中普遍存在，也称为三羧酸循环；
由诺贝尔奖获得者（1953）、德国学者H.A.Kerbs 于1937年提出。 好氧呼吸过程中，葡萄糖的氧化分解为两阶段
（1）葡萄糖经EMP 途径酵解，不需要消耗氧，形成中间产物－－丙酮酸； （2）丙酮酸的有氧分解（TCA 循环）。
一般认为真正的TCA 循环开始于2C 化合物乙酰辅酶A 与4C 化合物草酸乙酰的缩合。
从产能的角度看，通常把丙酮酸进入TCA 循环前的“入门反应”－脱羧作用所产生的NADH+H+也计入，相当于6个ATP 。
若从EMP 途径开始算起，即葡萄糖的开始酵解，则EMP 途径生成2分子丙酮酸产生2个ATP 和2个NADH+H+ ； 总反应式： 从丙酮酸脱羧开始：
丙酮酸+4NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O ——2CO2+3NADH+FADH+CoA+GTP 从葡萄糖开始，能量统计
相当于产生8个ATP
3.无氧呼吸
定义：指一类呼吸链末端的氢受体为外源无机氧化物（少数为有机氧化物）的生物氧化。
? 氧化底物一般为有机物，如：葡萄糖、乙酸等，被氧化为CO2，生成ATP 。 ? 根据呼吸链末端氢受体的不同，可有多种呼吸类型。 无氧呼吸的典型类型
（1）硝酸盐呼吸－－NO3-作为最终电子受体
? NO3-被还原成NO2-、N2O 和N2，供氢体可以是葡萄糖、乙酸、甲醇等有机物，也可以是H2和NH3
? 该过程叫脱氮作用，也叫反硝化作用或硝酸盐还原作用。 ? 能进行硝酸盐呼吸的都是兼性厌氧微生物－－反硝化细菌。 ? 生物处理中，可除去含氮化合物中的氮。 （2） 硫酸盐呼吸
? 是一类称作硫酸盐还原菌的严格厌氧菌在无氧条件下获取能量的方式；
? 特点：底物脱氢后，经呼吸链递氢，最终由末端氢受体受氢，在递氢过程中与氧化磷酸化作用相偶联而获得ATP 。
能
氧 e
NA
NADH
NA
传递
e O 还
葡萄糖
2个丙酮酸
EM 2ATP+2NADH
? 硫酸盐呼吸最终还原产物是H2S 。 ? 石油管道中，厌氧微生物的硫酸盐呼吸产生的H2S 使管道环境为酸性，易腐蚀管道； ? 生物处理中，该呼吸产生的H2S 可以和某些重金属离子结合形成硫化物沉淀，而除去水中重金属污染。 （3）碳酸盐呼吸
? 以CO2或重碳酸盐作为呼吸链末端氢受体的无氧呼吸。
? 产甲烷菌可利用甲醇、乙醇、乙酸等作为氢供体，将CO2还原为CH4。 ? 可以用来获得清洁能源－－甲烷气。
? 有机废物的卫生填埋等需要考虑厌氧产生的甲烷气，可以收集来作为能源。
6.4 微生物的合成代谢
6.4.1自养微生物的CO2固定 ? 1.厌氧乙酰－CoA 途径 ? 又称为活性乙酸途径，这种非循环式的CO2固定机制，主要存在于一些产乙酸菌、硫酸盐还原菌和产甲烷菌等化能自养细菌中。
2.光合作用
藻类的光合作用和呼吸作用
藻类依靠体内的光合色素，从H2O 的光解中获得H2，还原CO2为[CH2O]n 。 化学反应式为：
藻类光反应最初的产物ATP 和NADPH2不能长期贮存，通过光周期把CO2转变
为高能贮存物蔗糖或淀粉。晚上，利用白天合成的有机物作底物，同时利用有氧呼吸放出CO2
3.异氧微生物的合成代谢
? 利用现成的有机物作碳源和能源
? 利用部分中间代谢产物及分解代谢中产生的ATP 合成自身细胞的各种组分。
? 参阅相关书籍，了解异氧微生物细胞物质合成的途径，了解代谢回补。
总结
①
甲基来源 CO 2
CHO －THF
ATP+THF H 2 CH 3H 2
CO 2 + H 2O
［CH 2O ］ + O 2
阳光 叶绿素
?能量代谢是微生物新陈代谢的核心。
?研究能量代谢就是追踪有机物、无机物或日光辐射能这些最初能源是如何一步步转变成生命活动能源ATP的。
?绝大多数微生物是异氧微生物，利用有机物作为能源，通过生物氧化以及与此相联的氧化磷酸化或底物水平磷酸化形成ATP。
?生物氧化必须经历脱氢、递氢和受氢三个阶段，按最终氢受体的性质分好氧呼吸、厌氧呼吸和发酵。
?好氧呼吸产能效率最高，无氧呼吸次之，发酵最低。
?EMP途径和TCA循环是微生物利用糖类进行能量代谢的两个重要途径。
思考
? 1.什么叫新陈代谢？合成代谢和分解代谢有什么区别和联系？
? 2.微生物呼吸的本质是什么？有什么类型？各有什么特点？
? 3.电子传递体系通常由什么组成？有什么功能？
? 4.发酵的含义是什么？酒精发酵是如何进行的？
? 5.什么叫底物水平磷酸化、氧化磷酸化和光合磷酸化？
? 6.EMP途径的产物是什么？产能如何？TCA途径的产能如何？葡萄糖在好氧条件是如何彻底氧化，产能如何？
绪论复习思考题 1.微生物生理学的研究对象与范围有哪些？ 2.试叙微生物生理学研究中常用的技术与方法。 3.您对21世纪微生物生理学的展望有哪些认识？ 4.试叙微生物生理学与其他学科的关系。 第一章微生物细胞的显微和亚显微结构复习思考题 1.试叙原核细胞和真核细胞的区别。 2.试叙鞭毛的结构与功能。 3.试叙菌毛的结构与功能。 4.试叙细胞壁的结构与功能。 5.试叙细胞膜的结构与功能。 6.试叙间体的作用。 7.试叙核糖体的作用及组成。 8.线粒体从细菌进化而来的理由及例证。 第二章微生物的营养复习思考题 1.微生物的营养物质有哪些？ 2.试述水对微生物生长的意义。 3.常用的微生物碳源有哪些？ 4.常用的微生物氮源有哪些？ 5.简述P、S、Mg、K、Ca、Fe、Cu等元素在微生物体中的生理功能。 6.微生物生长因子包括哪几类？ 7.试述各种维生素在微生物体中的作用？ 8.比较维生素、氨基酸、嘌呤、嘧啶在微生物体中的需要量。 9.试述专性厌氧微生物为什么不能在有氧环境中生存？ 10.举例说明微生物的营养类型。 11.试述小分子营养物质的四种吸收方式。
12.试述大分子营养物质的吸收和分泌。 13.蛋白质转运系统有哪几类？ 14.Sec 转运系统和Tat 转运系统共性有哪些？ 15.Sec转运系统和Tat 转运系统差异性有哪些？ 第三章微生物的代谢复习思考题 1．试叙微生物代谢的特点。 2．举出当前微生物代谢的研究方法。 3．微生物进行生命活动的能量从哪几方面来？ 4．在单糖分解中，从葡萄糖分解为丙酮酸微生物有哪几种常见途径？5．微生物的合成代谢有哪些方面？ 6．何谓微生物的初级代谢，何谓微生物的次级代谢？ 7．微生物次级代谢有哪几种类型？ 8．微生物次级代谢的特点有哪些？ 9．微生物代谢的调节方式有哪几种？ 10．酶合成调节有两种类型？ 11．酶活性调节通过什么实现的？ 12．酶活性调节受哪些因素的影响？ 13．何谓酶的激活？何谓酶的激活剂？ 14．酶激活作用有哪两种情况？ 15．何谓酶的抑制？抑制作用有哪些特点？ 16．直线反馈调节模式有哪两种？ 17．分枝反馈抑制的模式有哪几种？ 第四章微生物的生长和繁殖复习思考题 1.什么是微生物的细胞周期、分几个阶段？ 2.什么是同步生长、用什么方法可获得同步细胞？ 3.细菌的细胞周期中主要的细胞学变化有哪些？
高中生物竞赛 辅导讲义 第五章微生物的营养和培养基 营养（或营养作用，nutrition）是指生物体从外部环境摄取其生命活动所必需的能量和物质，以满足其生长和繁殖需要的一种生理功能。所以，营养为一切生命活动提供了必需的物质基础，它是一切生命活动的起点。有了营养，才可以进一步进行代谢、生长和繁殖，并可能为人们提供种种有益的代谢产物。 营养物（或营养，nutrient）则指具有营养功能的物质，在微生物学中，常常还包括光能这种非物质形式的能源在内。微生物的营养物可为它们正常生命活动提供结构物质、能量、代谢调节物质和良好的生理环境。 熟悉微生物的营养知识，是研究和利用微生物的必要基础，有了营养理论，就能更自觉和有目的地选用或设计符合微生物生理要求或有利于生产实践应用的培养基。 第一节微生物的六种营养要素 微生物的培养基配方犹如人们的菜谱，新的种类是层出不穷的。仅据1930年M．Levine等人在《培养基汇编》（ACompilationofCultureMedia）一书中收集的资料，就已达2500种。直至今天，其数目至少也有数万种。作为一个微生物学工作者，一定要在这浩如烟海的培养基配方中去寻找其中的要素亦即内在的本质，才能掌握微生物的营养规律。这正像人们努力探索宇宙的要素、物质的要素和色彩的要素等那样重要。
现在知道，不论从元素水平还是从营养要素的水平来看，微生物的营养与摄食型的动物（包括人类）和光合自养型的植物非常相似，它们之间存在着“营养上的统一性”（表5-1）。具体地说，微生物有六种营养要素，即碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水。 一、碳源 凡能提供微生物营养所需的碳元素（碳架）的营养源，称为碳源（carbonsource）。如把微生物作为一个整体来看，其可利用的碳源范围即碳源谱是极广的，这可从表5-2中看到。 从碳源谱的大类来看，有有机碳源与无机碳源两大类，凡必须利用有机碳源的微生物，就是为数众多的异养微生物，凡能利用无机碳源的微生物，则是自养微生物（见本章第二节）。表5-2中已把碳源在元素水平上归为七种类型，其中第五类的“C”是假设的，至少目前还未发现单纯的碳元素也可作为微生物的碳源。从另外六类来看，说明微生物能利用的碳源类型大大超过了动物界或植物界所能利用的碳化合物。因而有人认为，任何高明的有机化学家，只要他将其新合成的产品投放到自然界，在那里早就有相应的能破坏、利用它的微生物在等待着了。据报道，至今人类已发现的有机物已超过700万种，由此可见，微生物的碳源谱该是多么广！ 微生物的碳源谱虽然很广，但对异养微生物来说，其最适碳源则是“C ?H?D”型。其中，糖类是最广泛利用的碳源，其次是醇类、有机酸类和脂类等。在糖类中，单糖胜于双糖和多糖，已糖胜于戊糖，葡萄糖、果糖胜于甘露糖、半乳糖；在多糖中，淀粉明显地优于纤维素或几丁质等纯多糖，纯多糖则优于琼脂等杂多糖和其他聚合物（如木质素）。
新陈代谢：是生物维持生命的动力源泉，是细胞内发生的各种化学反应的总称。 分解代谢：又称异化作用，是指复杂有机大分子通过分解代谢酶系的催化产生简单分子、能量（一般以ATP形式存在）和还原力（一般以[H]表示）的作用。 合成代谢：又称同化作用，是指合成酶系的催化下，由简单小分子、ATP 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。 微生物代谢的特点是：1、代谢旺盛；2、谢极为多样化；3、代谢的严格调节和灵活性。 生物氧化：发生在生物细胞内的氧化还原反应。 微生物产能代谢可归纳为两类途径和三种形式：发酵、呼吸；底物水平磷酸化、氧化磷酸化和光合磷酸化。 发酵：广义的发酵:利用微生物生产有用代谢产物的一种方式。狭义的发酵:指有机物氧化释放的电子未经电子传递链传递，直接交给本身未完全氧化的某种中间产物，同时释放能量并产生各种不同的代谢产物。 糖酵解：生物体内葡萄糖被降解成丙酮酸的过程。 EMP途径：又称糖酵解途径，以1分子葡萄糖为起始底物，经历10步反应，产生2分子ATP，同时生成2分子NADH2和2分子丙酮酸。或己糖二磷酸途径。 EMP途径生理功能：供应ATP能量和NADH2还原力；连接其他几个重要代谢途径的桥梁；为生物合成提供多种中间代谢产物；逆向反应可进行多糖合成。 HMP途径又称磷酸戊糖途径或支路，是循环途径。葡萄糖未经EMP途径和TCA途径而彻底氧化，由6分子葡萄糖以6-磷酸葡萄糖的形式参与，循环一次用去1分子葡萄糖，产生大量NADPH2形式的还原力和多种中间代谢产物。
HMP途径的生理功能：微生物合成提供多种碳骨架，5-磷酸核糖可以合成嘌呤、嘧啶核苷酸，进一步合成核酸，5-磷酸核糖也是合成辅酶[NADP,FAD和CoA]的原料，4-磷酸赤藓糖是合成芳香族氨基酸的前提；HMP途径中的5-磷酸核酮糖可以转化为1,5-二磷酸核酮糖，在羟化酶催化下固定CO2，这对光能自养和化能自养菌有重要意义；为生物合成提供还原力（NADPH2） ED途径：又称2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡糖酸途径，6-磷酸葡萄糖脱氢产生6-磷酸葡萄糖酸，在脱水酶和醛缩酶的作用下，生成1分子3-磷酸甘油醛和1分子丙酮酸。3-磷酸甘油醛随后进入EMP途径转变成丙酮酸。1分子葡萄糖经ED途径最后产生2分子丙酮酸，以及净得各1分子的ATP、NADPH2和NADH2。 ED途径特点：1、2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸（KDPG）裂解为丙酮酸和3-磷酸甘油醛是有别于其他途径的特征性反应 2、2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸醛缩酶是ED途径特有的酶 3、ED途径中最终产物，即2分子丙酮酸来历不同：1分子是由KDPG直接裂解产生，另1分子是由磷酸甘油醛经EMP途径获得。 4、1mol葡萄糖经ED途径只产生1molATP，从产能效率而言，ED途径不如EMP途径。 细菌酒精发酵：ED途径产生丙酮酸对于运动发酵单细胞菌这类微好氧菌来说，可脱羧成乙醛，乙醛又可以被NADH2还原成乙醇，这种经ED途径发酵生产乙醇的方法。 WD途径：WD途径中的特征性酶是磷酸解酮酶，所以又称磷酸解酮酶途径。根据解酮酶的不同，把具有磷酸戊糖解酮酶的叫PK途径，把具有磷酸己糖解酮酶的叫HK途径。 PK途径：肠膜明串珠菌，PK途径利用葡萄糖进行异型乳酸发酵，途径中关键反应5-磷酸木酮糖裂解为乙酰磷酸和3-磷酸甘油醛，催化反应的酶是磷酸戊糖解酮酶，乙酰磷酸进一步生成乙酸，3-磷酸甘油醛转化为乳酸。1分子葡萄糖生成乳酸、乙醇、CO2、ATP和NADH+H+各1分子。
绪论 1.微生物生理学的研究对象与范围有哪些？ 答：研究对象：微生物生理学是研究微生物的正常功能和现象的科学，也就是研究微生物细胞的结构功能、生长繁殖、营养代谢、形态发生、遗传变异等活动中的生理规律 研究范围：1.研究微生物细胞的重建方式与一般规律 2.研究微生物与周围环境之间的关系 3.研究微生物生理活动与人类的关系 2.试叙微生物生理学研究中常用的技术与方法。 答：培养技术:微生物的类群众多，且都要求适合于自身的培养环境，因而发展了多种多样的培养技术。 染色技术:染色技术构成了以染色反应为基础的细菌细胞化学。细菌的每一基质都产生一个固定的染色反应，如我们要观察细胞的某一特殊构造，就需经过一特殊的染色 显微观察技术:相差，暗视野，荧光和电子显微镜的观察技术（扫描、透射）。 生化技术:对细菌结构及其代谢产物、降解产物、合成产物进行的分离，纯化和分析的技术。 生物物理技术:测量细菌的能量和电泳性质时，用凝胶扩散沉降试验、免疫反应、酶活性等。在免疫反应酶活性方法中，多使用光谱仪、质谱仪、各种层析、标记元素等。 生物合成技术:在生物合成中，多使用磁共振和顺磁共振、超速离心、
超滤、聚葡聚糖凝胶柱层析、粘度计、旋光仪、比浊计、各种测压技术和分子放射自显影技术等。 3.您对21世纪微生物生理学的展望有哪些认识？ 答：a.微生物生理学的基础研究继续得到加强 b.继续从微生物代谢产物中发现新的化合物、新的具有特殊功能的生物催化剂 c.与其他学科实现更广泛的交叉 d.在解决人类所面临的许多重大问题中，微生物生理学将发挥重要作用 4.试叙微生物生理学与其他学科的关系。 答：微生物生理的内容涉及分子生物学、细胞生物学、生物化学、动植物生理学、遗传学、免疫学以及微生物学等多种学科，虽然在总体上各有自己的体系，论述问题的角度不同，但在某个问题的基本内容方面，交叉现象是存在的，难以划分的，这也说明了微生物生理学与这些学科之间的密切关系 微生物生理学与生物化学的关系:生物化学是微生物生理学的基础和工具，以微生物为对象的生物化学规律的揭示，不少内容本身就是微生物生理学的内容，虽然两者解决问题的侧重点不同，都有自己应该解决问题的范围。但相互交叉，相互渗透之处实在不少。 微生物生理学与病理学的关系:微生物生理学与病理学有密切关系，
第五章微生物检验方法 1 微生物检验方法总则 General principles 1 范围 本部分规定了化妆品微生物学检验的基本要求。 本部分适用于化妆品样品的采集、保存及供检样品制备。 2 仪器和设备 2.1 天平，0-200g，精确至0.1g。 2.2 高压灭菌器。 2.3 振荡器。 2.4 三角瓶，250mL、150mL。 2.5 玻璃珠。 2.6 玻璃棒。 2.7 灭菌刻度吸管，10mL、1mL。 2.8 恒温水浴箱。 2.9 均质器或研钵。 2.10 灭菌均质袋。 3 培养基和试剂 3.1 生理盐水 成分：氯化钠8.5g 蒸馏水加至1000mL 制法：溶解后，分装到加玻璃珠的三角瓶内，每瓶90mL，121℃高压灭菌20min。 3.2 SCDLP液体培养基 成分：酪蛋白胨17g 大豆蛋白胨3g 氯化钠5g 磷酸氢二钾2.5g 葡萄糖2.5g 卵磷脂1g 吐温80 7g 蒸馏水1000mL 制法：先将卵磷脂在少量蒸馏水中加温溶解后，再与其他成分混合，加热溶解，调pH为7.2—7.3分装，每瓶90mL，121℃高压灭菌20min。注意振荡，使沉淀于底层的吐温80充分混合，冷却至25℃左右使用。注：如无酪蛋白胨和大豆蛋白胨，也可用多胨代替。 3.3 灭菌液体石蜡。 制法：取液体石蜡50mL，121℃高压灭菌20min。470
3.4 灭菌吐温80。 制法：取吐温80 50mL，121℃高压灭菌20min。 4 样品的采集及注意事项 4.1 所采集的样品，应具有代表性，一般视每批化妆品数量大小，随机抽取相应数量的包装单位。检验时，应从不少于2个包装单位的取样中共取10g或10mL。包装量小于20g的样品，采样时可适当增加样品包装数量。 4.2 供检样品，应严格保持原有的包装状态。容器不应有破裂，在检验前不得打开，防止样品被污染。 4.3 接到样品后，应立即登记，编写检验序号，并按检验要求尽快检验。如不能及时检验，样品应置于室温阴凉干燥处，不要冷藏或冷冻。 4.4 若只有一个样品而同时需做多种分析，如微生物、毒理、化学等，则宜先取出部分样品做微生物检验，再将剩余样品做其他分析。 4.5 在检验过程中，从打开包装到全部检验操作结束，均须防止微生物的再污染和扩散，所用器皿及材料均应事先灭菌，全部操作应在符合生物安全要求的实验室中进行。 5 供检样品的制备 5.1 液体样品 5.1.1 水溶性的液体样品，用灭菌吸管吸取10mL样品加到90mL灭菌生理盐水中，混匀后，制成1：10检液。 5.1.2 油性液体样品，取样品10g，先加5mL灭菌液体石蜡混匀，再加10mL?灭菌的吐温80，在40℃—44℃水浴中振荡混合10min，加入灭菌的生理盐水75mL（在40℃—44℃水浴中预温），在40℃—44℃水浴中乳化，制成1：10的悬液。 5.2 膏、霜、乳剂半固体状样品 5.2.1 亲水性的样品：称取10g，加到装有玻璃珠及90mL?灭菌生理盐水的三角瓶中，充分振荡混匀，静置15min。用其上清液作为1:10的检液。 5.2.2 疏水性样品：称取10g，置于灭菌的研钵中，加10mL灭菌液体石蜡，研磨成粘稠状，再加入10mL灭菌吐温80，研磨待溶解后，加70mL灭菌生理盐水，在40℃—44℃水浴中充分混合，制成1：10检液。 5.3 固体样品 称取10g，加到90mL灭菌生理盐水中，充分振荡混匀，使其分散混悬，静置后，取上清液作为1：10的检液。使用均质器时，则采用灭菌均质袋，将上述水溶性膏、霜、粉剂等，称10g样品加入90mL灭菌生理盐水，均质1min—2min；疏水性膏、霜及眉笔、口红等，称10g样品，加10mL灭菌液体石蜡，10mL吐温80，70mL灭菌生理盐水，均质3min—5min。471
第五章微生物代谢习题 一、选择题 1. Lactobacillus是靠__________产能 A.发酵 B.呼吸 C.光合作用 2.自然界中的大多数微生物是靠_________产能。 A.发酵 B.呼吸 C.光合磷酸化 3. 在原核微生物细胞中单糖主要靠__________途径降解生成丙酮酸。 A.EMP B.HMP C.ED 4.Pseudomonas是靠__________产能。 A.光合磷酸化 B.发酵 C.呼吸 5. 在下列微生物中能进行产氧的光合作用 A.链霉菌 B.蓝细菌 C.紫硫细菌 6.合成氨基酸的重要前体物α-酮戊二酸来自_________。 A.EMP途径 B.ED途径 C.TCA循环 7.反硝化细菌进行无氧呼吸产能时,电子最后交给________。 A.无机化合物中的氧 B.O2 C.中间产物 8.参与肽聚糖生物合成的高能磷酸化合物是： A.ATP B.GTP C.UTP 9.细菌PHB生物合成的起始化合物是： A.乙酰CoA B.乙酰ACP C.UTP 10.下列光合微生物中,通过光合磷酸化产生NADPH2的微生物是： A.念珠藻 B.鱼腥藻.A、B两菌 二、是非题 1. EMP途径主要存在于厌氧生活的细菌中。 2. 乳酸发酵和乙酸发酵都是在厌氧条件下进行的。 3. 一分子葡萄糖经正型乳酸发酵可产2个ATP，经异型乳酸发酵可产1个ATP。 4. 葡萄糖彻底氧化产生30个ATP，大部分来自糖酵解。 5. 丙酮丁醇发酵是在好气条件下进行的，该菌是一种梭状芽胞杆菌。 6. UDP—G，UDP—M是合成肽聚糖的重要前体物，它们是在细胞质内合成的。 7. ED途径主要存在于某些G-的厌氧菌中。 8. 在G-根瘤菌细胞中存在的PHB是脂肪代谢过程中形成的β-羟基丁酸聚合生成的。 9. 维生素、色素、生长剌激素、毒素以及聚β-羟基丁酸都是微生物产生的次生代谢产物。 10. 微生物的次生代谢产物是微生物主代谢不畅通时，由支路代谢产生的。 11. 枯草杆菌细胞壁中的磷壁酸为甘油磷壁酸。
《环境微生物学》教学大纲一、基本信息
二、教学目标及任务 本课程是环境科学专业的一门重要的专业推荐选修课程。通过本课程的学习，学生应熟练掌握环境微生物学中常见术语的名称和意义，掌握环境微生物的基础知识、微生物生态与环境生态工程中的微生物作用原理；理解环境微生物在污水、废气和固体废弃物处理以及土壤污染修复方面的作用；了解环境微生物学的最新研究进展以及微生物在环境工程领域应用的新工艺和新方法；并能利用所学的知识为后续课程的学习提供基础。 三、学时分配 教学课时分配
四、教学内容及教学要求 绪论环境微生物学的发展、重要概念和研究任务 第一节环境微生物学的历史和发展 1.人类对环境微生物的认识； 2.环境微生物学的形成和发展； 3.微生物在环境工程中的应用； 4.环境微生物生物技术的应用。 习题要点：微生物与环境的关系以及环境微生物生物技术的应用。
1.环境微生物学的重要概念和专业术语； 2.环境微生物的分类； 3.环境微生物的多样性； 4.微生物的环境适应性。 习题要点：环境微生物的概念、分类以及主要特性。第三节环境微生物学的研究任务和意义 1.环境微生物学的范畴； 2.环境微生物学的研究内容； 3.环境微生物学与相关学科的相互渗透和促进；
习题要点：环境微生物学的主要研究内容和发展趋势。 本章重点、难点：重点是环境微生物学的重要概念和专业术语以及环境微生物学的研究内容和意义，难点是微生物在环境工程中的应用以及环境微生物生物技术在环境工程中的应用。 本章教学要求：了解环境微生物学的形成和发展，发展趋势及研究意义；理解微生物的多样性和适应性以及在环境工程中的应用；掌握环境微生物学相关的概念和术语以及基本特征。 第一章微生物的生长及其环境 第一节微生物的生长 1.微生物的生长繁殖特征； 2.研究微生物生长的方法； 3.微生物生长繁殖的测定；
《微生物生理学》复习题 一、填空题 1、微生物代谢常用的研究方法有_________________、_________________、 _________________、_____________________、______________________。 2、生长因子包括_______________、________________和 _____________________三大类。 3、化能无机营养菌主要包括_____________、______________、_______________ 和_____________等。 4、同步培养法中的机械法包括____________、____________和______________。 5、细菌个体生长的三个阶段__________________________、_________________ 和________________________。 6、细菌细胞质中储藏物包括_______________、________________、 _____________和、____________和___________________。 7、光能无机营养菌主要包括_____________、______________和_____________ 等。 8、微生物产ATP的方式有三种____________、____________和______________。 二、判断题 1、肽聚糖中的双糖单位，其中的β-1，3糖苷键很容易被溶菌酶（lysozyme） 所水解。（） 2、磷壁酸可分为两类：一类是壁磷壁酸，另一类是膜磷壁酸（或脂磷壁酸）。（） 3、鞭毛蛋白是一种抗原物质，又称为H抗原。（） 4、细菌借助鞭毛以推进方式作直向运动，以翻腾方式作短转向运动。（） 5、科赫发现酪酸发酵可以分为由糖变成乳酸和由乳酸变成酪酸两个阶段，这两个阶段都由生物完成，并且还分离到了乳酸菌。（） 6、产甲烷菌是一类生长在严格厌氧的环境，是目前已知要求氧化还原电势最高 的菌。（） 7、能荷是指在全部腺苷酸分子中的能量，相当于多少个ADP，它代表了细胞的 能量状态。（） 8、酿酒酵母的营养体既能以单倍体形式又能以二倍体形式存在。（）
第五章微生物代谢 选择题（每题1分，共25题，25分） 1.下列光合作用微生物中进行的是非环式光合磷酸化作用的是（ C ）正确 A.甲藻 B.绿硫细菌 C.蓝细菌 D.嗜盐细菌 2.化能自养微生物的能量来源于（ B ）正确 A.有机物 B.还原态无机化合物 C.氧化态无机化合物 D.日光 3.下列葡萄糖生成丙酮酸的糖酵解途径中，（ A ）是最普遍的、存在于大多数生物体内的一条主流代谢途径。正确 A. EMP途径 B. HEP途径 C. ED途径 D. WD途径 4.下列葡萄糖生成丙酮酸的糖酵解途径中，（ C ）是存在于某些缺乏完整EMP途径的微生物中的。正确 A. EMP途径 B. HEP途径 C. ED途径 D.WD途径 5.硝化细菌是（ A ）错误正确答案：B A.化能自养菌，氧化氨生成亚硝酸获得能量 B.化能自养菌，氧化亚硝酸生成硝酸获得能量 C.化能异养菌，以硝酸盐为最终的电子受体 D.化能异养菌，以亚硝酸盐为最终的电子受体 6.根瘤菌属于（ A ）正确 A.共生固氮菌 B.自生固氮菌 C.内生菌根 D.外生菌根 7.两歧双歧杆菌进行的是（ C ）正确 A.乙醇发酵 B.同型乳酸发酵 C.异型乳酸发酵
— D. 2，3丁二醇发酵 8.对于青霉菌，每摩尔葡萄糖通EMP和TCA循环彻底氧化共产生（ B ）摩尔ATP。正确 A.34 B.36 C.38 D.39 9.下列哪项不属于固氮生物（ D ）正确 A．根瘤菌 B．圆褐固氮菌 C．某些蓝藻 D．豆科植物 10.在生物固氮过程中，最终电子受体是（ A ）正确 A．N2和乙炔 B．NH3 C．乙烯 D．NADP＋ 根瘤菌的新陈代谢类型属于（C） A．自养需氧型 B．自养厌氧型 C．异养需氧型 D．异养厌氧型 11.下列各项中与根瘤菌固氮过程无关的是（ C ）正确 A．还原力[H] B．ATP C．NO3- D．固氮酶 12.细菌群体生长的动态变化包括四个时期，其中细胞内大量积累代谢产物，特别是次级代谢产物的时期是（ C ）正确 A.迟缓期 B. 对数期 C. 稳定期 D.衰亡期 13.下列与微生物的代谢活动异常旺盛无关的原因是（ D ）错误正确答案：B A．表面积与体积比大 B．表面积大 C．对物质的转化利用快 D．数量多 14.下列关于初级代谢产物和次级代谢产物的比较中正确的是（ A ）正确
第五章微生物的营养 概述：微生物的营养（nutrition）——生物体从外部环境摄取其生命活动所必须的能量和物质，以满足其生长和繁殖需要的一种生理功能。营养物（nutrient）——能够满足微生物机体生长、繁殖和完成各种生理活动所需的物质。 5.1 微生物的六种营养要素 5.1.1 碳源（source of carbon ）：在微生物生长过程中为微生物提供碳素来源的物质。绝大部分碳源物质在细胞内生化反应过程中还能为机体提供维持生命活动所需的能源，因此，碳源物质通常也是能源物质。 5.1.2 氮源（source of nitrogen）：为微生物提供氮素来源的物质。 5.1.3 能源（source of energe）：能为微生物的生命活动提供最初能量来源的营养物或辐射能。各种异养微生物的能源就是碳源。 能源谱： 化学物质：有机物——化能异养微生物的能源（同碳源）；无机物——化能自养微生物的能源（不同于碳源）。 辐射能：光能自养和光能异养微生物的能源 5.1.4 生长因子（growth factor）：微生物生长所必须而且需要量很小，但微生物自身不能合成或合成量不足以满足机体生长需要的有机物。主要包括：维生素、碱基、卟啉及其衍生物、甾醇、胺类、C4~C6的分枝脂肪酸，以及需要量较大的氨基酸。 5.1.5 无机盐( inorganic salt) ：微生物生长必不可少的一类营养物质，体内的主要功能是作为酶活性中心的组成部分。持生物大分子和细胞结构的稳定性、调节并维持细胞的渗透压平衡、控制细胞的氧化还原电位和作为某些微生物生长的能源物质。 5.1.6 水（water）：水是微生物生长必不可少的营养要素。水在细胞中的生理功能：1、溶剂；2、参与细胞内的化学反应；3、维持生物大分子的天然构象；4、比热高，为热的良导体能有效的吸收代谢过程中产生的热并及时将热迅速散发出体外；5、保持充足的水分是细胞维持正常形态的重要因素；6、微生物通过水合作用与脱水作用控制由多亚基组成的结构，如酶、微管、鞭毛及病毒颗粒的组装与解离。 5.2 微生物的营养类型：由于微生物种类繁多，其营养类型（nutritional types）比较复杂，人们常在不同层次和侧重点上对微生物营养类型进行划分。
第一章微生物的细胞结构与功能 真菌细胞的质膜中具有甾醇，原核生物的质膜中很少或没有甾醇。 载色体亦称色素体或叫光合膜：是光合细菌进行光合作用的场所 羧酶体又称多角体是自养细菌特有的内膜结构，由3.5nm厚的蛋白质单层膜包围，是自养细菌固定CO2的场所 类囊体（th ylakoid）是蓝细菌进行光合作用的场所 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，由脂质双分子层围成 高尔基体是一种内膜结构，由许多小盘状的扁平双层膜和小泡组成，与细胞的分泌活动和溶酶体的形成等有关是合成、分泌糖蛋白和脂蛋白以及进行酶切加工的重要场所。 磁小体是趋磁细菌细胞中含有的大小均匀、数目不等的Fe3O4 / Fe3S4颗粒，外有一层磷脂、蛋白或糖蛋白膜包裹 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、厚壁、含水量极低、抗逆性极强的休眠体 溶酶体是胞质中一类包着多种水解酶的小泡溶酶体的标志酶是酸性水解酶 微体是一种单层膜包裹的、与溶酶体相似的小球形细胞器，但其所含的酶与溶酶体所含的不同 一．什么是原核生物与真核生物？ 原核微生物是细胞内有明显核区，但没有核膜包围；核区内含有一条双链DNA 构成的细菌染色体；能量代谢和很多合成代谢均在质膜上进行；蛋白质合成“车
间”--核糖体分布在细胞质中。 真核微生物是细胞核具有核膜、核仁，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一类微生物。 二．比较原核生物和真核生物的异同点？ 相同点：不论是原核生物还是真核生物，它们的遗传物质的本质相同；在它们的细胞中同时具有DNA和RNA；一般都有产生能量与合成细胞物质的完整的酶系统；ATP是生物用来进行能量转换的物质之一；细胞的元素组成，糖代谢，核苷酸与氨基（除赖氨酸以外）生物合成途径基本相同；蛋白质和核酸生物合成的方式也基本相同 比较项目原核生物真核生物 细胞大小较小（通常直径小于 2um）较大（通常直径大于2um） 细胞壁主要成分多数为肽聚糖纤维素、几丁质等细胞器无有 鞭毛结构如有，则细而简单如有，则粗而复杂鞭毛运动方式旋转马达式挥鞭式 繁殖方式无性繁殖有性、无性等多种 细胞核核膜无有 组蛋白无有 DNA含量高（约10％）低（约5％）核仁无有
一．填空 1．培养基应具备微生物生长所需要的六大营养要素是_碳源___、__氮源__、__能源__、___无机盐___、__生长因子__和???????????____水___。 2．碳源物对微生物的功能是__提供碳素来源__和__能量来源__，微生物可用的碳源物质主要有___糖类_、___有机酸_、__脂类_、__烃__、__ CO2及碳酸盐__等。 ３．微生物利用的氮源物质主要有_蛋白质_、_铵盐_、_硝酸盐__、_分子氮__、__酰胺_等，而常用的速效Ｎ源如__玉米粉__，它有利于___菌体生长___；迟效Ｎ源如__黄豆饼粉__、__花生饼粉_，它有利于___代谢产物的形成______。 ４．无机盐对微生物的生理功能是__作为酶活性中心的组成部分_、__维持生物大分子和细胞结构的稳定性_____ 、_调节并维持细胞的渗透压平衡__ 和_控制细胞的氧化还原电位和作为某些微生物生长的能源物质等_。 ５．微生物的营养类型可分为__光能无机自养型__、__光能有机异养型__、_化能无机自养型和_化能有机异养型_。微生物类型的可变性有利于_提高微生物对环境条件变化的适应能力_。 ６．生长因子主要包括_维生素_、__氨基酸_和__嘌呤及嘧啶_，它们对微生物所起的作用是__作为酶的辅基或辅酶参与新陈代谢_、_维持微生物正常生长_、_为合成核柑、核苷酸和核酸提供原料__。 ７．在微生物研究和生长实践中，选用和设计培养基的最基本要求是__选择适宜的营养物质_、_营养物的浓度及配比合适_、_物理、化学条件适宜_、_经济节约_和__精心设计、试验比较_。 ８．液体培养基中加入CaCO３的目的通常是为了__调节培养基的pH值___。 ９．营养物质进入细胞的方式有__单纯扩散__、__促进扩散__、_主动运输__和___基团移位_，而金黄色葡萄球菌是通过___主动运输__方式运输乳糖，大肠杆菌又是通过_基团移位__方式运输嘌呤和嘧啶的。 10．影响营养物质进入细胞的主要因素是_营养物质本身__、__微生物所处的环境__和___微生物细胞的透过屏障___。 11．实验室常用的有机氮源有__蛋白胨__和__牛肉膏__等，无机氮源有__硫酸铵__和_硝酸钠等。为节约成本，工厂中常用___豆饼粉__等作为有机氮源。 12．培养基按用途分可分为基础培养基、增殖培养基、鉴别培养基和选择培养基四种类型。 二．是非题
环境微生物学习题(一) 一、名词解释（每题1.5分，计15分） 1、菌落：菌落是指在固体平板培养基上，微生物的单细胞经过生长繁殖，形成肉眼能看到的，具有一定形态特征的微生物群体。 2、PHB：是细菌细胞中含有的叫聚羟基丁酸盐的贮藏物质。 3、共生：两个微生物在一起时形成特殊的结构和功能，两者高度的协调和彼此得利。 4、细胞壁：细胞壁是包在细菌细胞表面、内侧紧贴细胞质膜的较为坚韧并略具弹性的结构。 5、蓝细菌：是一种用叶绿素a进行产氧光合作用的单细胞和丝状体的原核生物。 6、菌核：菌丝体纵横交织而成的卵形、圆形、角状等外坚硬，内松软的菌丝体，如茯苓、苗木茎腐病的菌核等。菌核的作用在于休眠或适应不良环境，并在适宜条件下萌芽产生繁殖器官和孢子或直接萌发成新的菌丝体。 7、革兰氏染色：是1884年由丹麦的Gram发明的，细菌鉴别的重要染色方法。通过革兰氏染色法可将细菌区分为G+和G-两大类。 8、芽孢：某些细菌当环境恶劣时，细胞质浓缩凝集，逐步形成一个圆形、椭圆形或圆柱形的休眠体，称为芽孢。 9、伴孢晶体：少数芽孢杆菌在形成芽孢的同时，会在芽孢旁形成一颗菱形、方形或不规则形的碱溶性蛋白质晶体。对鳞翅目、双翅目和鞘翅目的200多种昆虫和动、植物线虫有毒杀作用，对人畜安全、对害虫的天敌和植物无害，有利于环境保护。 10、放线菌：介于细菌与丝状真菌之间而又接近于细菌的一类多核单细胞的丝状原核生物。 二、是非题（每题1分，计10分） 1.细菌形态通常有球状、杆状、螺丝状三类。自然界中杆状最常见，球状次 之，螺旋菌最少。( × ) 2.某些藻类如团藻属存在群体形态。( O ) 3.在实验室中细菌不能形成菌落。( × ) 4.原生动物的伸缩泡是膜上结合的泡囊，其功能为积累食物颗粒。( × ) 5.光合细菌和蓝细菌都是产氧的光能营养型微生物。( × ) 6.大多数原生动物一般可在固体培养基上培养。( × ) 7.所的细菌的细胞壁中都含有肽聚糖。（O ） 8.所有种类原生动物的繁殖都以无性生殖方式进行。( × ) 9.细胞的荚膜可通过荚膜染色法观察。( × ) 10.放线菌具有菌丝，并以孢子进行繁殖，它属于真核微生物。（×） 三、选择题（每题1分，计25分） 1. 适合所有微生物的特殊特征是__c___。 (a)它们是多细胞的（b)细胞有明显的核 (c)只有用显微镜才能观察到（d）可进行光合作用 2. 病毒缺乏__b___。 (a)增值能力(b)独立代谢的酶体系 (c)核酸 (d)蛋白质 3. G－菌由溶菌酶处理后所得到的缺壁细胞是__d___。
第五章微生物的营养和培养基 一、选择题 1. 大多数微生物的营养类型属于：（） A. 光能自养 B. 光能异养 C. 化能自养 D. 化能异养 2. 蓝细菌的营养类型属于：（） A．光能自养 B. 光能异养C．化能自养 D. 化能异养 3. 碳素营养物质的主要功能是：（） A. 构成细胞物质 B. 提供能量 C. A，B 两者 4. 占微生物细胞总重量70%-90% 以上的细胞组分是：（） A. 碳素物质 B. 氮素物质 C. 水 5. 能用分子氮作氮源的微生物有：（） A. 酵母菌 B. 蓝细菌 C. 苏云金杆菌 6. 大肠杆菌属于（）型的微生物。 A. 光能无机自养 B. 光能有机异养 C. 化能无机自养 D. 化能有机异养 7. 自养型微生物和异养型微生物的主要差别是：（） A. 所需能源物质不同 B. 所需碳源不同 C. 所需氮源不同 8. 基团转位和主动运输的主要差别是：（） A. 运输中需要各种载体参与 B. 需要消耗能量 C. 改变了被运输物质的化学结构 9. 单纯扩散和促进扩散的主要区别是：（） A. 物质运输的浓度梯度不同 B. 前者不需能量，后者需要能量 C. 前者不需要载体，后者需要载体 10. 微生物生长所需要的生长因子（生长因素）是：（） A. 微量元素 B. 氨基酸和碱基 C. 维生素 D. B，C二者 11. 培养基中使用酵母膏主要为微生物提供：（） A. 生长因素 B. C 源 C. N 源 12. 细菌中存在的一种主要运输方式为：（） A. 单纯扩散 B. 促进扩散 C. 主动运输 D. 基团转位 13. 微生物细胞中的C素含量大约占细胞干重的：（） A. 10% B. 30% C. 50% D.70%
第五六章微生物生理 第一节微生物的营养 ●微生物细胞的元素组成：C、H、O、N、P、S、矿质元素，等，P93表5－1 ●微生物细胞的物质组成： 大分子有机物：蛋白质、糖类、脂类、核酸 小分子有机物：氨基酸、单糖、双糖、寡糖、核苷酸、脂肪酸、维生素、碱基无机物：无机盐、水（约80－90％）等 ●营养（nutrition）：生物生长发育中，不断从外界环境吸收物质（营养物质） 并加以利用，用于构建细胞物质或获取能量的过程 ●营养物质：生物从环境中吸收的有用物质，包括结构物质、能源物质、代谢 调节物质 ●微生物营养多样性:不同微生物利用不同的营养物质；一种微生物利用多种 营养物质 一、微生物的五种营养(nutrition)要素（营养需求）及其生理功能 （一）碳源(carbon source) 凡能构成微生物细胞或代谢产物中碳架来源的营养物质都称为碳源。 1 碳源功能 ●构成细胞及代谢产物的骨架 ●是大多数微生物代谢所需的能量来源 2碳源种类
●无机C源：CO2、碳酸盐，只能被自养微生物利用 ●有机C源：各种糖类，其次是有机酸、醇类、脂类和烃类化合物 ●实验室常用：葡萄糖、果糖、蔗糖 （二）氮源(nitrogen source) 凡是可以构成微生物细胞和代谢产物中氮素来源的营养物质都称为氮源。 1 氮源功能 N来源；氮源一般不做能源，只有硝化细菌利用铵盐、亚硝酸盐作氮源,同时也作能源 2 氮源种类 ●分子态氮：固氮微生物以分子氮为唯一氮源 ●无机态氮：铵盐几乎所有微生物能利用，硝酸盐 ●有机态氮：蛋白质及其降解产物 a速性（效）氮源：实验室常用牛肉膏、蛋白质、酵母膏做氮源 b迟性（效）氮源：生产用玉米浆、豆饼、葵花饼、花生饼等。 （三）无机盐（mineral salts） 1 无机盐功能 ●构成微生物细胞的组成成分 ●调解微生物细胞的渗透压， pH值和氧化还原电位 ●有些无机盐如S、Fe还可做为自养微生物的能源 ●构成酶活性基的组成成分，维持酶活性。Mg、Ca、K是多种E的激活剂 2 无机盐种类 ●Ca、K 、Mg、Fe为大量元素，以无机盐阳离子形式被吸收，配培养基进要加
。 第四章微生物的处理 1.根据碳源和能源的不同可将细菌分为哪四类? 根据能源不同分为光能自养型微生物和化能自养型微生物；根据碳源不同分为光能异养微生物和化能异养微生物。 2.紫硫细菌和绿硫细菌属于哪一类?有何用途? 光能自养微生物只有紫硫细菌和绿硫细菌。用途：依靠体内的光合作用色素，利用阳光（或灯光）做能源，以H2O和H2S作供氢体，CO2为碳源合成有机物，构成自身细胞物质。 3.无机自养型细菌在环保中有哪些用途? 固氮，除硫 4.有机污水处理中最重要的细菌营养型是哪一种? 有机营养微生物（异养微生物），异养菌是有机污水处理的主角。 5.红螺菌属于哪一类细菌?有何用途? 光能异养微生物:主要指红螺菌（有氧无光时可化能异养生存)。用途：不受氧气限制，尤其适于高浓度有机废水（食品行业）的高效处理。 6.在液体培养基中添加%的可制得固体培养基? 向液体培养基中加入2％左右的琼脂，加热至100℃溶解，40℃下冷却并凝固。 7.废水好氧、厌氧活性污泥生物处理时BOD5:N:P分别为多少? 污(废)水生物处理中：好氧微生物群体(活性污泥)要求为BOD5：N：P＝100：5：1 厌氧生物处理中的厌氧微生物群体要求BOD5：N：P＝100：6：1 8.比较营养物质进入细胞的四种方式。 无载体不耗能溶质分子不变单纯扩散 不耗能溶质分子不变促进扩散 有载体 耗能溶质分子不变主动运输 溶质分子改变基团移位 9.按照微生物和氧的关系如何进行呼吸的分类？每种呼吸类型属于哪种微生物？ 按与氧气关系分为好氧呼吸和厌氧呼吸。 好氧有机物呼吸：化能异养型；好氧无机盐呼吸：化能自养型； 厌氧有机物呼吸：化能异养型；厌氧无机盐呼吸：化能异养型。 作业：为什么水处理中都是先异养菌脱碳再由自养菌脱氨? 1.自养菌反驯化,利用有机物,不再利用氨氮； 2.有机物为主时自养菌生长慢竞争不过异养菌； 3.异养菌分解蛋白质等产生的氨再被自养菌利用； 4.异养菌分解有机物产生碳酸盐作为自养菌碳源。 第五章微生物的生长繁殖和生存因子 1.生长繁殖灭菌消毒世代时间 生长——微生物体积的增长; 繁殖——微生物群体数量的增长; 灭菌——通过超高温或其他的物理、化学因素将所有微生物的营养细胞和所有的芽孢或孢子全部杀死； 消毒：采用较温和的理化因素，仅杀死物体表面或内部一部分对人体或动、植物有害的病原菌。而对被消毒的对象基本无害的措施； 代时（时代时间）——细菌两次细胞分裂之间的时间； 2.细菌数量生长曲线。说明细菌的各个生长时期及在废水处理中的应用。 迟滞期:
生长曲线 以少量纯培养细菌接种有限的液体培养基，并在培养过程中定时取样测数，可以发现细菌的生长有一定的规律，若以时间为横坐标，菌数的对数为纵坐标，可以绘出一条类似于S形的曲线，这就是细菌的生长曲线。由生长曲线可将细菌的群体生长划分为4个时期：延迟期、对数期、稳定期、衰亡期。 延迟期 这个时期内的细菌细胞通常表现为个体变长，体积增大和代谢活跃，细胞内的RNA含量增加使细胞质的嗜碱性增强，并由于代谢活性的提高而使贮藏物消失；细胞对外界理化因子（如NaCl、热、紫外线、x—射线等）的抵抗能力减弱。细菌延滞期的长短取决于菌种的遗传特性、菌龄及接种前后培养条件的差异等。将处于对数期的培养物接种到相同的培养环境中可以缩短乃至消除延滞期。 对数期 生长旺盛，代谢活力增强，分裂速度加快，菌数以几何级数增加，代时稳定，其生长曲线表现为一条上升的直线。 稳定期 在对数末期，由于营养物质(包括限制性营养物质)的逐渐消耗,有生理毒性的代谢产物在培养基中的积累及培养环境条件中pH和氧化还原电位Eh等对细菌生长不利的变化，使细菌的生长速度降低，增殖率下降而死亡率上升，当两者趋于平衡时，就转入稳定期。可以通过补料，调节ｐH、温度或通气量等措施来延长稳定期 衰亡期 细菌在经过稳定期后，由于营养和环境条件进一步恶化,死亡率迅速增加，以致明显超过增殖率，这时尽管群体的总菌数仍然较高，但活菌数急剧下降，其对数与时间呈反比，表现为按几何级数下降，生长曲线直线下垂，有人又称其为对数死亡期。这个时期的细胞常表现为多形态，产生许多大小或形态上变异的畸形或退化型，其革兰氏染色亦不稳定，许多G+细菌的衰老细胞可能表现为G-。 恒浊法和恒化法培养核心内容是什么？大概过程是指什么？ 1.恒浊连续培养 不断调节流速而使细菌培养液浊度保持恒定的连续培养方法叫恒浊连续培养。在恒浊连续培养中装有浊度计，借光电池检测培养室中的浊度(即菌液浓度)，并根据光电效应产生的电信号的强弱变化，自动调节新鲜培养基流入和培养物流出培养室的流速。当培养室中浊度超过预期数值时，流速加快，浊度降低；反之，流速减慢，浊度增加，以此来维持培养物的某一恒定浊度。恒浊连续培养，可以不断提供具有一定生理状态的细胞,得到以最高生长速率进行生长的培养物。 2.恒化连续培养 控制恒定的流速，使由于细菌生长而耗去的营养及时得到补充，培养室中营养物浓度基本恒定，从而保持细菌的恒定生长速率，故称恒化连续培养，又叫恒组成连续培养。已知营养物浓度对生长有影响，但营养物浓度高时并不影响微生物的生长速率，只有在营养物浓度低时才影响生长速率，而且在一定的范围内，生长速率与营养物的浓度成正相关，营养物浓度愈高，则生长速率也高。恒化连续培养的培养基成分中，必须将某种必需的营养物质控制在较低的浓度，以作为限制因子，而其他营养物均为过量，这样，细菌的生长速率将取决于限制性因子的浓度。常用的限制性营养物质有作为氮源的氨、氨基酸；作为碳源的葡萄糖、麦芽糖、乳酸；以及生长因子，无机盐等。
填空题 1.动植物的研究能以体为单位进行，而对微生物的研究一般用体 2.在微生物学中，在人为规定的条件下培养、繁殖得到的微生物群体称为培养物、其中只有培养物能较好地被研究、利用和重复结果。 3.一般情况下，培养微生物的器具，在使用前必须先行，使容器中不含。 4.用培养平板进行微生物纯培养分离的方法包括、和。 5、微生物在特定培养基上生长形成的菌落或菌苔一般都具有稳定的特征，可以成为对该微生物进行、的重要依据。 6、微生物保藏的目标就是要使所保藏菌株在一段时间不、不和不 7、一般说来，采用冷冻法时，保藏温度越，保藏效果越。 8、、和是影响显微镜观察效果的3个重要因索。 9.光学显微镜能达到的最大有效放大倍数是，这时一般使用 x的目镜，和 x的物镜，并应在物镜镜头和玻片之间加。 10、采用明视野显微镜观察未经染色的标本(如活的细胞)时，光的和都没 有明显的变化，因此，其形态和内部结构往往难以分辨。 11.在的照射下，发荧光的物体会在黑暗的背景下表现为光亮的有色物体，这就是荧光显微技术的原理。 12.透射电子显微镜用电子作为，因此其分辨率较光学显微镜有很大提高，但镜筒必须是环境，形成的影像也只能通过或进行观察、记录。 13.在显微镜下不同细菌的形态可以说是千差万别，丰富多彩，但就单个有机体而言，其基本形态可分为、与 3种。 14.霉菌菌体均由分支或不分支的菌丝构成。许多菌丝交织在一起，称为。在固体培养基上，部分菌丝伸入培养基内吸收养料，称为；另一部分则向空中生长，称为。有的气生菌丝发育到一定阶段，分化成。 15. 是一类缺少真正细胞壁，细胞通常无色，具有运动能力，并进行吞噬营养的单细胞真核生物。它们个体微小，大多数都需要显微镜才能看见。 选择题（4个答案选1) 1.培养微生物的常用器具中，（）是专为培养微生物设计的。 (1)平皿(2)试管(3)烧瓶(4)烧杯 2.( )可用来分离培养出由科学家设计的特定环境中能生长的微生物，尽管我们并不知道什么微生物能在这种特定的环境中生长。 (1)选择平板(2)富集培养(3)稀释涂布(4)单细胞显微分离 3.下面哪一项不属于稀释倒平板法的缺点?( ) (1)菌落有时分布不够均匀 (2)热敏感菌易被烫死 (3)严格好氧菌因被固定在培养基中生长受到影响 (4)环境温度低时不易操作 4.下面哪一种方法一般不被用作传代保藏?( ） (1)琼脂斜面(2)半固体琼脂柱(3)培养平板(4)摇瓶发酵 5.冷冻真空干燥法可以长期保藏微生物的原因是微生物处于( )的环境，代谢水平大大降低。 (1)干燥、缺氧、寡营养(2)低温、干燥、缺氧 (3)低温、缺氧、寡营养(4)低温、干燥、寡营养 6.对光学显微镜观察效果影响最大的是( )。