农业微生物学：农业微生物学电子书籍

农业微生物讲稿绪 论一、微生物
1、定义：微生物是一切微小生物的总称，它们是一些个体微小，构造简单的低等生物。
包括（1） 全部的原核生物（真细菌、古细菌）
（细菌、放线菌、支原体、立克次氏体、衣原体、蓝细菌等）
（2） 部分真核生物：真菌、单细胞藻类、原生动物
（3） 非细胞生物：病毒、类病毒、亚病毒等。
古老的生物：地球年会46亿年，生命起源35亿年，最早的生命：微生物
2、微生物的共同特点：
（1）个体微小：大小以微米或纳米计算，肉眼看不见，必须用显微镜观察。
（2）生长、繁殖快：几十分钟——几小时可繁殖一代。几小时由一个细胞——几十亿个。
例如：Ｅ.Coli，最适条件下每20分钟即可繁殖一代，48小时后，子代细胞数达2.2×1043，重量达2.2×1025吨（一个细菌细胞的重量约为1/1000亿—10000亿 g）,是地球重量的3680倍。
（3）代谢类型多（食谱广塑料、氰化钾、聚氯联苯等），活性强（比表面积大，24小时可合成细胞物质相当于其体重的30—40倍）。
（4）分布广泛，极端环境下亦能生存（100℃的泉水、1640大气压下的深海下等）
（5）局部环境中，数量众多：几千万——几十亿个/g土壤，所有环境都有众多的微生物（有些有益、有些无影响、少数病原）
（6）种类繁多（基因库）已知生物种类：动物 150万种；植物 50万种；微生物 10万种（很小部分）
（5） 易变异。
微生物与日常生活的关系：天天接触、无时不有、无处不在。
有益的：（1）食品：馒头、酸菜、泡菜、酸奶、食用菌、奶酪、酱、醋、酒、味素。
（2）药品：抗生素、保健“三株”
有害的：（1）食品腐败 （2）传染病大方面：生物链生态平衡中起重要作用
（1）原始有机质的积累，大气中的氧气平衡。 （2）有机质分解代谢：
3、微生物学：研究微生物生命活动规律的科学。研究的基本内容：
（1）研究微生物的细胞形态、结构、功能、数量、物质、信息的运转规律。
（2） 研究微生物进化与多样性、研究微生物的种类、种类之间的相似与区别（分类）、微生物起源。
（3）研究微生物生态学规律，微生物之间、微生物与其它生物、微生物与环境条件的相互作用规律。
（4）研究微生物与人类的关系（有益的、中性的、有害的）
农业微生物学——研究微生物与农业及农业生产的关系
4、农业微生物特点及学习要求二、微生物学的发展在科学很不发达的过去，由于对微生物没有认识，对有害微生物认识不够，又无预防、解决办法，致使人类遭受巨大灾难。
鼠疫第一次流行：公元6世纪 危及：埃及、土耳其、意大利、阿富汗等地区死亡人数1亿人第二次流行：公元10世纪 欧洲死2500万人；亚洲死4000万人（中国1300万）
第三次流行：（19世纪——20世纪） 香港、印度北，死100万人还有天花、麻风、结核、梅毒等流行病，几次大流行共死亡2亿人。（二次世界大战共死亡1.1亿人）
农业危害：
19世纪中叶欧洲普遍种植马铃薯（第一次绿色革命的结果）
1843——1847年间马铃晚疫病流行，大片面积绝产，据统计爱尔兰8000万人口中有100万人饿死，164万人逃往北美。
随着人类的进步，科技的发展，人们对微生物的认识逐步加深，人们利用和控制微生物的能力逐步加强，微生物学作为一门学科发展是随着其他学科的发展而发展的，同时由于微生物学的发展又促进了其它学科的发展。微生物学的形成与发展分五个时期：
（一）史前期：（8000年前——1676年间）
人们未见到微生物cell的个体，对微生物没有本质的认识，是发地与微生物频繁地打交道。但由于在思想方法上长期停留在“实践、实践再实践”的基础上，因此对微生物的利用和控制只能长期处于低水平的阶段。
在史前期，世界各国劳动人民在自己的生产实践中都积累了许多利用有益微生物和防治有害微生物的经验。如：发面；天然啤酒及果酒的酿造；牛乳及乳制品的发酵；利用霉菌治疗疾病等。在当时应用水平最高并独树一帜的应首推我国劳动人民在制曲、酿酒方面的伟大创造。固体发酵酿酒是目前国际四大类型蒸馏酒之一种，许多传统方式目前仍在沿用。
曲：就是菌种，是混合菌种。虽无纯菌发酵，但多种微生物混合发酵，可创造出良好的风味。
酒：酿造酒（啤酒；果酒；黄酒）；蒸馏酒；调制酒（鸡尾酒等）
蒸馏酒：白酒：固体发酵，酒窖储藏，30年以上酒窖才可酿出好酒，泸州窖池已有428年的历史威士忌：橡木桶储藏 伏特加：土豆液体发酵白兰地：果酒蒸馏，橡木桶储藏 金酒：杜松子酒郎姆酒：大麦发酵
,曲”可以以米曲霉、酵母、红曲霉、毛霉等为主体淀粉——糖化E——糖——酵母——酒精以“茅台”为例，说明发酵微生物、酒窖和酒之间的关系。
总结如下：
（1）8000——4500年间，发明制曲酿酒工艺
（2）2500年前（春秋战国）：制酱和制醋工艺
（3）宋代：已可根据红曲喜酸和喜温的生长习性，利用酸大米和明矾水在较高的温度下培养，以制造优质红曲。
（4）宋代已发明中用种人痘来预防天花，欧洲人（E.Jenner）1796年发明中种牛痘预防天花早500年。
（5）900年前利用自养细菌生命活动的代谢物胆水浸铜法生产铜。
（6）在农业上，2000年前已发现豆科植物根瘤有增产作用，并采用积肥、沤粪、压青和轮作等农业措施来利用有益微生物的生命活动，从而提高作物产量。
（7）2500年前用麦曲治疗腹痛。
（二） 创始期：1676年——1861年（200年间）
代表人物：业余科学家荷兰人（微生物学先驱）列文虎克（1632—1723）
贡献：（1）利用单式显微镜1676年首次观察到细菌
（2）一生做了419架显微镜，最大率52—266倍
（3）发表论文400篇（在英国皇家学会上发表375篇论文）
这一时期只停留在微生物形态描述的低级的水平上，而它的生理活动及其人类的关系都未研究。
（三）奠基期：（1861—1897）
从1861年巴斯德根据“曲颈瓶实验”彻底推翻生命的自然发生说，并建立胚种学说（germ theory）起，直到1897年的一段时间。
1、特点：（1）建立一系列研究微生物所需的独特方法与技术（纯培养、染色、消毒）
（2）借助与良好的方法开创了寻找病原微生物的“黄金时期”。（分离出大量的病原微生物）
（3）把微生物学的研究从形态描述推进到生理学研究的新水平。
（4）微生物学以独立的学科形式开始形成。但当时主要还是以其应用性分与学科的形式存在。
2、代表人物：巴斯德：（微生物学的奠基人）Louis Pasteur 1822—1895
贡献：（1）提出了生命只能来自生命胚种学说。揭示食品腐败真正原因。
（2）从,病”的实际出发，研究了一系列的实际问题。
腐败病（曲颈瓶实验中 1861） 蚕 病 （蚕微粒子病 1865）
禽 病 （鸡霍乱 1879） 兽 病 （牛、羊炭疽病 1881）
人 病 （狂犬病,1885）
发现：各种传染病都有共同原因——活的微小生物，从而使人类对传染病的本质的认识提高到一个崭新的水平上。
（3）证明乳酸发酵是微生物推动的。
（4）揭示氧气对酵母发育和酒精发酵的影响。
（5）发明了用注射减毒菌苗方法预防鸡霍乱和牛、羊炭疽病（1877年）和随后发明狂犬疫苗。
（6）发明了巴斯德消毒法（60—65℃，30min），解决“酒病”问题及其它食品腐败问题，至今仍广泛应用。
（7）农业上用检出并淘汰病蛾的方法来预防蚕病。
科赫：（细菌学奠基人）（Robert Koch 1843—1910）
贡献：（1）建立微生物研究的一系列重要方法。
① 生物纯种分离法，并改进了土豆块培养方法——明胶平板（1881）——琼脂平板法（1882）
② 1881年创立许多显微镜技术：细菌的鞭毛染色、悬滴培养及显微镜摄影技术等。
（2）利用平板分离法寻找并分离到多种传染病的病原菌。例：1877年炭疽病菌；1882年结核病菌；1883年链球菌；1883年霍乱弧菌等。
（3）理论上，1884年提出了科赫法则：主要内容揭示了病原菌—疾病的关系
① 病原微生物只在患病动物中发现，而不存在于健康个体中。
② 这一微生物离开动物体可被培养为 纯种培养物。
③这种微生物接种到敏感动物体后，应当出现特有的病症。
④ 该微生物可从敏感的动物体中重新分离出来，并可再次培养，并于原始的病原微生物相同。
贝耶林克（病毒学奠基人）
① 提出加富培养的概念，加富、选择培养微生物。
② 分离出许多细菌（根瘤菌、好养固N菌、S氧化菌、硫酸还原菌、乳酸杆菌、绿藻等）
维诺格拉得斯基（土壤微生物学奠基人）
① 证明硝化作用的二个阶段是由两类细菌相继推动，并分离出硝化细菌。
② 提出了化能、自养的概念
③ 分离了第一个自生固氮细菌（巴斯德厌氧梭菌 ）
④ 设计了许多原位研究法。
（四）发展期：（1897年以后—20世纪中叶）
1897年德国人E.Buchner用无cell酵母压榨汁中的“酒化酶”对G发酵酒精成功，从而开创了微生物生化研究的新时代。
特点：1、进入了微生物生化水平的研究阶段
2、微生物学向基础微生物和应用微生物二方面发展
3、微生物学史上第二个“淘金热”——有益微生物代谢产物的寻找
4、各相关学科和技术方法相互渗透，相互促进，加速了微生物的发展。
（五）成熟期：
1953年4月23日两位科学家Watson和Crick在英国的《自然》杂志上发表了，发现DNA双螺旋结构的文章，首次发现DNA结构的双螺旋结构，整个生命科学进入了分子生物学研究的新阶段。
20世纪80年代以来，在分子水平上对微生物的研究迅速发展，分子微生物学应运而生，在短短的时间内取得了一系列的进展。
1、微生物染色体结构及全基因组测序推动人类、动植物染色体基因组的破译研究。
2、细菌基因表达的整体调控和对环境变化的适应机制等工作迅速开展。
3、微生物之间、微生物与动植物间的信息传递等研究工作。
在基因工程中：微生物作为基因供体和载体、切割基因工具酶等已广泛应用作为生命科学中的前沿科学，微生物学必将在21世纪继续推动生命科学的发展，新的边缘科学会不断的出现。
爱滋病毒测序：20年 Sars病毒测序：20多天三、微生物学研究的重要意义
“在近代科学中对人类健康贡献最大的科学就是微生物学了。”日本学者尾形学在《家畜微生物学》（1977）一书中第一句话。
（一）医药、保健领域的六大贡献
1、建立外科消毒术，大大降低手术死亡率（巴斯德胚种学为外科消毒术的建立奠定基础）。
手术死亡率：法国53.6%(一般是80%) 英国45% （最好的医院爱丁堡）—— 降低到15%左右
2、分离出人畜病原菌，找出致病原因，是对症治疗成为可能。
3、免疫防治法应用使许多恶性传染病被有效的“预防”
4、发明了化学治疗疾病的方法，西医西药学建立。
1935年：磺胺开始利用，具有划时代的意义，真正形成医学
5、抗生素治疗的兴起，挽救了成千上万人的生命。
青霉素：1929年英国科学家首次发现，1943年起广泛应用。链霉素：1944年由美国科学家发现。
6、遗传工程、生物技术在医药界的应用，利用微生物生产生化药物等，开创新时代。
激素、胰岛素、干扰素、组分疫苗、衣壳蛋白疫苗由于医学的进步，病原细菌传染病死亡率是由过去的第一位，下降到现在第五位。（1900年，美国人口死因：流感和肺炎>结核>胃肠炎>心脏病>中风>肾脏病。1990年，排名：心脏病>癌症>中风>突发性死亡>流感和肺炎>糖尿病>肝硬化。）
（二）工业应用的六个里程碑
1、自然发酵食品、饮料的酿造：酒、酱、醋、泡菜、豆豉、酸牛奶、奶酪、面包等。
2、罐头保藏：（1804年法国厨师发明制罐技术）解决了长期贮存食品的方法。
3、厌氧纯种发酵技术：乙醇、丙酮、丁醇、乳酸、甘油生产。
4、深层液体通气搅拌培养促进了青霉素等抗生素，有机酸、酶制剂等发酵工业的蓬勃发展。
5、代谢调控理论在发酵工业上的应用，“连续发酵法”生产谷氨酸（1956年），核苷酸的生产：肌苷酸 （1966年）
6、生物工程菌兴起：常规菌→工程菌等→提高效益
（三）微生物与农业的关系
1、土壤结构，土壤肥力形成发展有着本质的联系
2、分解有机物→可公植吸收的养分（生物循环）
3、生物固氮→有机氮的最重要来源。
4、微生物防治病虫害
5、微生物制品：根瘤菌剂，菌肥等应用
6、食用真菌：健康食品 纤维素——（固氮）蛋白质
（四）微生物与生态环境的关系
1、环境监测
2、环境保护：净化污水、降解农药残留、消除重金属等
（五） 对生物学基础理论研究贡献
1、以微生物为研究对象解决了生物学上许多重大问题 。
例：（1）否定生命自然发生说
（2）突变本质的证明
（3）核酸是一切生物遗传变异的物质基础的阐明诺贝尔医学奖、生理学将近一半工作与微生物有关
2、分子生物学的三大来源与支柱：生物化学、微生物学、遗传学
3、遗传学研究对象的微生物化，促使经典遗传学向分子遗传学方向发展
4、微生物学与基因工程：四个方面：
（1）基因供体：任何生物；
（2）基因载体：目前只能是微生物或其中某一部分（质核、噬菌体病毒粒子等）；
（3）工具酶:几乎都来自不同的微生物；
（4）基因受体：许多是微生物（特别是在研究领域）
5、高等生物研究和利用中的微生物化趋势方兴未艾：高等生物单细胞化—研究应用方向；
6、微生物学研究技术扩展到生命科学的多领域：
例：（1）显微镜技术； （2）制片染色； （3）无菌操作；（4）消毒无菌技术；（5）纯种分离、培养；
（6） 克隆技术；DNA重组； （7）选择、鉴别培养、合成培养基技术；（8）突变株标记和筛选；
（9）深层培养技术； （10）菌种保藏技术；（11）原生原体制备与融合。
第一章 原核微生物第一节 原核微生物细胞一、化学组成
（一）化学成分（真原核相似）
干：有机物99%；其中大分子：蛋白、核酸、类脂、糖占96%；个体分子占3%；
矿离子1%
水：70——90%
（二）细胞中有机单体或多聚体
1、蛋白质：氨基酸→单体
2、碳水化合物：3、4、5、6、7、碳糖—细胞骨架和能量。 碳3：丙酮酸； 碳4：赤藓糖；
碳5：核酸、核糖、核酮糖； 碳6：纤维素（壁）、淀粉； 碳7：景天庚酮糖。
3、核 酸（单体）→ 核苷酸（碱基、核糖、磷酸）
4、类脂→脂肪酸类脂：甘油三脂：脂肪酸（亲水）+甘油（疏水）
复杂类脂：磷脂（膜的重要成份）,糖、S、N、胆胺等二、原核生物的细胞结构与功能
（P—9图1—4细菌细胞结构示意图）
细胞个体微小，但结构非常复杂，具备生命活动的全部功能。
（一）细菌细胞形态（p10—11）
1、细胞的大小：细菌细胞大小的度量单位是微米符号为um。细菌大小不一。图1-2示几种细菌细胞大小。典型细胞的平均长度可用大肠杆菌（Escherichia coli）来代表，其平均长度的2um，宽0.5um。
2、细胞的形状与排列状态：常见的3种典型形状为杆状、球状和螺旋状（图1-3），其中以杆状为最常见，球状次之，螺旋状较为少见。
（1）大多数细菌是杆状的。杆状的细菌称杆菌（bacillus，复数bacilli）。杆菌形态多样。有短杆或球杆状（长宽非常接近），如甲烷杆菌（Bacillus subtilis）；有的两端平截。如炭疽芽孢杆菌（B.anthracis）；有的钝圆，如蜡状芽孢杆菌（B.cereus）；有的两端稍尖，如梭菌属；有的在一端分支，故呈“丫”或叉状，如双歧杆菌属；有的有一柄，如柄 细菌属；有的杆菌稍弯曲而呈月亮状或弧状，如脱硫弧菌属。杆菌的细胞排列状态有“八”字状、棚状、链状以及有菌鞘的丝状等。
（2）球状的细菌称球菌（coccus，复数cocci）。根据其细胞的分裂面和子细胞分离与否，有不同的排列状态：单球菌（即球菌）、双球菌、四联球菌、八叠球菌和葡萄球菌等（图1-4）。
（3）螺旋状的细菌称螺菌（spirillum，复数为spirilla）。螺旋不到一周的叫弧菌（vibrio），其菌体呈弧行或逗号状，如霍乱弧菌（Vibrio cholerae）。有一周或多周（6周）螺旋、外行坚挺的称螺菌。螺旋在6周以上，柔软易曲的称螺旋体。
除了上述3种基本的细菌形态外，还有罕见的其他形态，如梨状、叶球状、盘碟状、方行、星形及三角形等。
（二）细菌细胞的结构：
1、细胞壁：是细胞膜外面具有一定硬度和韧性的壁套，使细胞保持一定压力、形状，保障其在不同渗透压条件下生长，使其在不良环境中也能防止胞溶作用而不破裂。
（1）细胞壁功能：
①固定细胞外形； ②协助鞭毛运动； ③保护细胞免受外力损伤；
④为正常细胞分裂所必需； ⑤可阻挡有害物质进入细胞；
⑥与细菌的抗原性、致病性（如内毒素）和对噬菌体的敏感性密切相关。
（2）细胞壁基本结构和化学成分基本骨架是肽聚糖层（由氨基糖和氨基酸组成，N—一乙酰葡萄糖胺、N——乙酰胞壁酸等两种氨基糖与氨基酸相连形成）。许多细菌在肽聚糖层外还有外膜。
①革兰氏染色：革兰氏染色是丹麦医生Gram1884年发明的，采用革兰氏染色可以将细菌细胞壁分为二种类型，G+和G-。
②方法：
制片———→初染————→酶染————→脱色————→复染————→观察
（常规） (结晶紫30s) (碘液30s) （95%乙醇20s） （番红60s）
③革兰氏染色结果：G+——紫色 G-——红色说明：不同的显色反应是由于细胞壁对乙醇的通透性和抗脱色能力的差异，主要是由肽聚糖层的厚度决定的。
G+：肽聚糖层厚分子多，分子交联度大，经乙醇处理后脱水、肽聚糖网孔孔隙变小，由于结晶紫和碘形成的复合物分子太大，不能通过细胞壁而被洗出，保持紫色。
G-：肽聚糖层薄，且外有一层由脂多糖和蛋白质组成的外膜，乙醇破坏壁外膜，而较薄的肽聚糖层网的空隙较大，因此大分子：结晶+碘→细胞中渗漏，而细胞无色，复染时呈红色。
后来发现G染色中的碘可用三氯钾铂（Tpt）来替代，它是一种重金属散射剂，这样便于电镜观察。
G+、G-菌不仅在细胞壁有差异，在其它方面还存在的差异（进化关系上），是细菌分差的重要依据。
（图1—6细菌的细胞壁）P11
（3）关于G+、G-等细胞壁具体结构及差异见（P11—P13）
（4）G+、G-等细胞壁的比较见（表1—4,P13）
（5）缺壁的细菌
①实验室中形成：A自发突变形成：L型细菌
B 人工方法去壁：a 原生质体b 球状体
②自然中长期进化中形成：支原体原生质体：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细胞壁的合成后，所留下的仅由细胞膜包裹着的脆弱细胞，一般由G+形成。
球状体或原生质球：人工条件下去除细胞壁后，膜上还残留一部分胞壁的原生质体，一般由G-形成。
L型细菌：指在实验室中通过自发突变而形成的遗传性稳定的细胞壁缺陷菌株。（一般呈膨大状）。
共同特点,①细胞呈球状，对渗透压十分敏感。
②即使有鞭毛亦不能运动
③细胞不分裂
④对噬菌体不敏感。
用途：工业用途：食品乳化剂、颜料（印染）或用于制菌（血清）。
2,细胞质膜和内膜系统细胞质膜：是围绕细胞质外面的双层膜结构，（单位膜）是细胞具有选择吸收性能，控制物质的吸收与排放，也是许多生化反应的重要部位（厚：5—10）。
（1）质膜的结构的化学成分基本结构：磷脂双层（常态下是可流动的）
磷脂：（疏水、亲水）双重性质所以排列有方向性，可有效的控制物质的通透。
蛋白质：镶嵌在双层磷脂中，并伸向膜内外。
整合蛋白质（为主）：占70—80%，嵌合在磷脂中（跨膜蛋白），具有两亲性，疏水区埋在双层磷脂中，亲水区伸向膜内外，不能翻转、旋转，但能向两侧扩散，便于大分子物质运输。
影响扩散速度的因素：温度；磷脂中脂肪酸的饱和程度；脂肪酸中支链的数量边缘蛋白：20—30%溶于水。
另外：①古细菌中：膜含二醚,甘油和类异戊二烯通过二醚键连接，对高温高酸又耐受力。
②支原体：由于无细胞壁，因此膜中含有固醇（加固），一般原核细菌膜中不含有固醇。
③类固醇：有些原核细胞含有（作用类似于固醇）。
（2）质膜的功能
①物质运输：是基本功能，调控物质的流入和排出，对性质不同的物质有不同的机制来运输。
②呼吸作用和磷酸化作用：大多数细菌电子传递系统和呼吸链位于质膜中，而真核细胞是在在线粒体或叶绿体中。
③对细胞壁合成的作用：细胞合成的细胞壁的亚单位是在膜内侧进行组装，然后通过类脂的载体转运到膜外组装成细胞壁。
（3）内膜系统（与质膜相连）
许多细菌含内膜系统，一方面与质膜相连，一方面有伸入胞质内，虽不是独立的细胞器。但在代谢中起重要作用（作用类似与细胞器）。
① 间体：由细胞膜内褶形成的一种管状、层状或囊状结构，一般位于细胞分裂部位或附进，其功能主要是促进细胞间隔的形成并与遗传物质的复制及其相互分离有关。
② 光合作用内膜：存在与光合细菌中，含有捕光色素，光合作用。
③ 非光合作用内膜,内膜较发达，含有呼吸E因氧化无机物和CO等简单物质产生的能量很低，故需要大量内膜和呼吸E，供应能量。
3、细胞质和核质原生质体：细菌、细胞质膜及其所包裹的全部物质称为原生质体。
细胞质：除核质外的部分称为细胞质。
（1）核质区和质粒核质区（ 拟核）：原核生物细胞没有典型的细胞核，但核质（DNA）相对集中在一定部位成为核质区。
细菌染色体：一般是一条长链的环状双螺旋DNA链（长0.25—3mm）（有的细菌含有二条染色体）。
质粒：除染色体以外的DNA分子，一般以不同大小的环状双螺旋状存在，称为质粒。表现一定性状，但一般不影响基本代谢，可独立复制或整合在染色体上随染色体复制而复制，丢失后，细菌一般不含死亡，但缺失某些形状。
（2）核糖体和协助蛋白
①核糖体：核糖核蛋白体（2/3为核糖核酸 rRNA），1/3位蛋白质。成粗糙的球形，大小为17nm×20nm，由两个不等的亚单位构成（30s和50s）
30s亚单位：16SRAN +21种蛋白质； 50s亚单位：23SRNA +5sRNA+32种蛋白质核糖体：是细胞中多肽合成的场所，在迅速生长的细胞质中含量有时高达1/4（大肠杆菌）。
②协助蛋白：（所有真、原核细胞都有）
作用：ａ使多肽链折叠形成蛋白质的不同结构，能纠正错误的折叠以形成天然蛋白质。
ｂ还有保护细胞免受热害的作用，当温度升高时浓度加大，又成为应激蛋白。
ｃ在其它蛋白质的质膜转运中有重要作用。
（3）内含体有膜包裹（简单膜）：
①气泡：光合细菌和某些水生细菌 →浮力
②羧基化体,以co2为唯一 源的自养细菌。 →固定co2
③绿色体：光合细菌。（类脂、蛋白、菌绿素） →捕光中心
④磁石体：磁细菌，使细菌壁有二个磁极性 →趋磁
⑤碳氢化合物：许多利用碳氢化物的细菌。 →能源
⑥硫滴：紫色S细菌，氧化S及S化物 →能源
⑦聚β—羟基丁酸,许多细菌 →贮备碳和能源无膜包裹的：
①多聚葡萄糖苷：许多细菌，高分子G聚合物 →C源、能量
②多聚磷酸盐：许多细菌，高分子磷酸盐聚合物 →磷酸盐贮藏物
③澡青素：许多蓝细菌（多肽组成 ） →氮源
④藻胆蛋白体：许多蓝细菌（捕光色素、蛋白质） →捕光
4、特殊结构
（1）细胞壁外的表层结构和被外多糖
1）表面层：细菌、细胞壁外普遍都有S层，它由同型蛋白或糖蛋白组成，呈网格状，分子量为40——170Kda。
G+菌中：与肽聚糖相连 G-菌中：与脂多糖相连，或直接连在质膜上作用：①保护性外被 ②细胞吸附和细胞识别 ③分子筛
④捕捉分子、离子 ⑤酶的支架 ⑥毒力因子。
2）被外多糖和荚膜荚膜：有些细菌的细胞壁外存在被外多糖，具有较好的结构，不易被洗掉的称为荚膜。较厚200nm以上。
微荚膜：不能用光学显微镜观察到，但可用血清学方法显示。较薄<200nm。
黏液层：很厚，无较好的结构，易扩散和消失。
成份：主要成分是多糖，有的含多肽作用,①保护作用，免受干旱及被免疫宿主细胞吞噬。
②对细胞内的生物代谢有某种程度的影响（如：影响氧气渗入）。
③黏附作用，有利于特殊环境中定居和生存。
④与细菌致病性有关。
⑤对根瘤菌与豆科植物建立共生关系具有作用。
⑥贮藏养料，当营养缺乏时，可重新利用。
用途：食品乳化剂、颜料（印染）或用于制药（提取匍聚糖制代血清或凝胶试剂）。
（2）芽胞和胞囊是一种休眠状态，有强抗逆性。
1）芽胞：是细菌的休眠体，是在细菌细孢内部形成，也称为内生芽胞。它是芽胞杆菌属及芽胞梭菌属（梭状芽胞杆菌）的重要特征。是由细胞内一部分原生质体失水浓缩而成。
形态：在细胞内部位因细菌不同而有较大差异（分类依据）
作用：抗热、干燥、辐射、毒素等不良环境，因含有高浓度的Ca++离子和吡啶二羧酸的复合物，因此，抗热。
实践中：杀灭芽孢是制定灭菌标准的主要依据,主要以杀灭肉毒梭菌、破伤风梭菌、产气荚膜梭菌和嗜热脂肪芽孢杆菌等强致病性和高耐热性细菌的芽孢为标准。
伴孢晶体：有些细菌如苏云金杆菌在形成芽孢时，在芽孢的旁边还形成碱溶性的蛋白晶体，称为伴孢晶体。是内毒素，能杀死多种昆虫（尤其是鳞翅目）的幼虫。
结构：最内部 核芯：核质、核糖体、酶类、由芯壁包裹。
芯壁：包被着核芯 皮层：肽聚糖芽孢壳：1——n层蛋白质 芽孢外壁：
细菌细胞未形成芽孢时—称营养细胞，形成芽胞后，总称—胞子囊。
2）细菌胞囊（也是休眠体）
在细菌细胞外淀积数层保护膜，形成胞束。（抗干燥、但不耐热）
有些细菌如：固氮菌、粘细菌可产生胞囊
（3）鞭毛和菌毛
1）鞭毛和运动鞭毛：是细菌的一种结构，由细胞质膜和细胞壁伸出细胞外面的蛋白质组成的丝状结构，使细菌具有运动性。
鞭毛：分为三部分：基体、钩形鞘、螺旋丝
G-：基体有4个环 L环：细胞壁外膜上；P环在肽聚糖层上（中间有柱状体）；S环在壁膜间隙上；M环在质膜上
G+：基体有2个环 分别在 肽聚糖层；细胞质膜上（图1—15 P20）
钩形鞘：G- 壁外膜以外；G+深入到肽聚糖层内螺旋丝：；连接在钩形鞘上，由3股鞭毛蛋白丝紧密结合而成。
分类依据：细菌鞭毛数和在细胞表面的分布因种的不同而有差异。
①单生鞭毛细菌：仅是一跟鞭毛的细菌。
②丛生鞭毛细菌：一端或二端有多根鞭毛
③周生鞭毛细菌：
功能：主要功能是使细菌壁具有运动性，脱落后细胞不死。但鞭毛不是细菌为唯一运动器官。
螺旋体：轴丝伸缩使细胞运动。
螺原体：细胞弯曲运动。
黏细菌、噬纤维菌：滑行（潮湿的固体表面）
大小：直径20nm,长15—20μm
2）菌毛和性菌毛（须）
菌毛：G-菌中常见，比鞭毛细而段 （直径3—10nm）,数目常多于鞭毛（250—300根）
结构：一般发生于质膜或紧贴质膜的细胞质中，是坚硬的蛋白质丝。
功能：菌体体缠绕在一起，吸附在固体或液体表面形成菌膜或浮渣。
性菌毛：比菌毛稍长，数量较少，只一根或几根，中空细管。
功能：细菌结合交配时，起交换原生质体的作用。
（4）其他特殊结构第二节 细菌的分类和鉴定细菌：B即真细菌（三原 中细菌原 ），
b 原核微生物，包括（真细菌、古细菌）
细菌分类学包括三个方面：
分类：根据各种细菌和相似性和进化关系（高等生物的亲缘关系）将其分为类群，排放在适当的分类单元中。
鉴定：分类的操作过程，经一系列测试来确定所研究的菌株属于哪个类群。
命名：根据命名的国际法规对所鉴定的菌株给以科学名称（学名）。
一、细菌分类的原则分类学家将种做为生物分类系统的基本单位，把相似的种归为一类→称为
1、基本单位：七级分类单元：种 →属→科→目→纲→门→界
（1）种：是一大群表型特征高度相似、亲缘关系极接近，与同属内其它种有着明显差异的菌株的总称。
（2）菌株：是单个细胞在人工培养基上繁殖而来的群体，又称纯培养体。（一种微生物的每一不同来源的纯培养物均可称为该菌种的一个菌株）。
特点,几乎是无数的；同菌种的不同菌种间，分类上的主要形状相同，但,非鉴定”的小性状，有很大差异（生化性状、代谢物强度上等）；菌株名在学名后。
2、命名：拉丁文命名的学名方法：瑞典林奈（1753年）提出双名法（瑞典）
双名法：第一是属名，字头大写；第二个是种名，第一个字母小写（学名）
学名（斜体）后+命名人姓（正体）：属名（斜体）+种名（斜体）+姓氏（正体）
种以下亚种或变种命名用三名法：
三名法：（亚种或变种）
属名（斜体）+种名（斜体）+Subsp（正体）+亚种名（斜体）加词属名（斜体）+种名（斜体）+var（正体）+变种加词（斜体）
例如Bacillus subtilis Cohn 枯草芽孢杆菌属（芽孢杆菌层）+种名（种名加词）。
二、细菌分类鉴定的依据和方法
（一）经典方法：
1、依据形态分类：
（1）细胞的形状、大小、结构和染色反应
① 形状：种类很多有几十种球：球状、半球状、桶状、卵状、梨状等等。
杆：两端平截、椭圆、略尖、膨大、长等。
螺旋菌：螺旋、弧状、两端平、尖、圆等。
② 排列：细胞分裂后的排列后方式不同也是分类的重要依据：
球：单球菌、双球菌、四联状、八叠状、链球菌、葡萄球菌等杆：单、双杆、链杆菌。
③ 细胞大小
④ 细胞结构和染色反应结构：壁、芽孢、荚膜、鞭毛、内含物等。
染色反应：各种染色
（2）细菌的群体形态细菌形体微小，肉眼看不见，但在固体培养基中，细菌局限在一处大量繁殖，集聚形成的团块是可见的，称为群体形态，也叫培养性状。具有一定的稳定性和专一性。认识细菌群体形态，除有助于鉴定外，对检查菌种纯度，辨认菌种都十分重要。
菌落：单个细胞在固体平板表面形成的群体形态称菌落。
菌苔：多个菌落在平板或斜面上形成的培养物叫菌苔。
埋藏菌落（深层菌落）：表面以下形成的培养物叫埋藏菌落。 （例：穿刺培养）
① 菌落形态大小、形状、隆起形状，边缘状况、表面状况、湿润程度、质地、颜色、黏度、硬度、透明度等。
② 菌苔：隆起形状、表面形状、表面光泽、颜色、质地、色素分泌等。
③ 液体培养特征：表面生长状况、混浊度、沉淀形态、气泡、颜色等。
2、细菌的生理生化反应生理生化反应在细菌分类中占重要地位，与F不同细菌形态只能划分极小的类群。
（1）酶：氢化酶、接触E，阳性或阴性
（2）发酵代谢：葡萄糖氧化、发酵；（V、P）试验；明皎液化 ；淀粉水解；硝酸盐还原；产氨试验；硫化氢的产生；吲哚的产生 ；石蕊牛奶等。
（3）营养类型：C、N利用
（二）、细菌的数值分差法：（P113）
用数理统计的方法来处理细菌的各种特征形状，求出相似值，以其相似值的大小决定细菌在分类学中的关系，并把它们分为各个基群。
特点：（1）采用较多分类特征；（2）性状“等重原则”。
（三）分子分类法（遗传学指标分类法）
1、G、C百分比测定规律：同种：百分比相近（一定）
不同种：不一定。
2、核酸杂交已知菌株，单链DNA
未知菌株，单链DNA 形成双链程度
3、16srRNA碱基测序原核：16s测序（碱基顺与进化有关）
真核：18s测序（碱基顺与进化有关）
三、生物分类系统
（一）生物分类系统五界：（1）动物界,（2）植物界,（3）原生生物界：
（4）真菌界,（5）原核生物界：
三原界：（1）真核生物,（2）真细菌,（3）古细菌,（根据16srRNA测序）
（二）细菌的分类系统
（1）具有细胞壁的G- 真细菌
（2）具有细胞壁的G+真细菌
（3）无细胞壁的真细菌
（4）古细菌第三节 真细菌研究最多的是真细菌，种类多分布广与人类健康生活、生产关系密切。
通过16srRNA碱基排列比较，目前在真细菌中已鉴别出相当于门和14个类群。
真细菌分G-和G+二大类介绍。
一、革兰氏阴性细菌（G-细菌）
根据需要的氧气性分三大类（1）需氧气；（2）厌氧气；（3）兼性厌氧气。
（一）需氧性杆菌和球菌
1、假单胞杆菌：属假单胞菌科（一大类群细菌）
①特征：无芽孢；端生鞭毛（1—几根）可运动；有机化能营养型；氧化酶阳性；分泌水溶性黄绿色荧光色素。
② 营腐生生活：土壤、淡水和海水中的常见菌。
③ 病原菌：某些种是植物、动物的病原菌。
代表菌：绿脓杆菌：烧伤病人的感染；
黄色杆菌：水稻白叶病；
臭味假单胞杆菌：刺激双胞菇出菇。
2、固氮细菌这类细菌已知有80多属，属不同的科。研究最多的是固氮菌属，属于假细胞菌科。
特征：（1）自生固N作用10—15mg大气N素/每耗1g葡萄糖；
（2）细胞大，直径1.5—2.0um卵圆形，球形到杆形；
（3）排列：单、双、团（不规则），长链；
（4）周生鞭毛：好氧气或微好氧气；
（5）产荚膜；
（6）化能有机营养；
（7）N源：可利用硝酸盐、氨盐、但这种情况下不固N。
3、根瘤菌（与豆科植根系形成共生关系→根瘤→可固N2）
特征：（1）细胞杆状0.5—0.9um×1.2—3.0um；
（2）细胞含聚—β—羟基丁酸，使染色不均；
（3）好氧气，化能有机营养；
（4）低氧气压下才可固氮（有氧气时细胞生长）；
（5）类菌体：根瘤中菌体呈棒状、T状或Y状。
侵染豆科根系有专一性。
已鉴定有5个属：（1）根瘤菌属； （2）中慢生根瘤菌属； （3）中华根瘤菌属；
（4）固氮根瘤菌属； （5）慢生根瘤菌属
4、其它杆菌
（1）醋酸细菌
特征：① 好氧气；
② 耐低PH值；pH4.5时可生长
③ 氧化乙醇、碳水化物→醋酸、有机酸；
④ 存在于：高糖、高酒、高酸中。
通常为：酿酒后第二轮微生物区系。酿酒缸刚好做醋坛坛酸；养猪大如山老鼠头头死
（2）军团菌属特征：① 小杆菌，有时长丝状0.3—0.9um×2—20um；
② 鞭毛：端生单或侧生2根或多 鞭毛；
③ 致病：引起军团病、肺炎、低烧。
（3）甲基营养菌特征：① 以一氧化物为碳源：甲烷、甲酸、甲醇、甲基胺等，与化能自养菌相似，有发达内膜（固氧化一C化物或能也较少）。
② 某些种：可固N→单细胞蛋白。
（二）需氧气螺菌和弧菌
（1）螺菌：二个弯曲以上；非螺旋体，菌体比较坚韧
（2）弧菌：弯曲； （3）鞭毛：单生或丝生；
（4）多腐生：不致病； （5）可寄生：可致病。
（三）兼性厌氧细菌是一大类群微生物，可分三个科：（1）肠道菌科；（2）弧菌科；（3）巴氏菌科
1、肠道菌科（主要介绍）
特征：（1）G-：小杆菌； （2）氧气：兼性厌氧气；
（3）周生鞭毛、运动； （4）发酵糖产酸，通常不产气；
（5）接触E阳性、氧化E阴性； （6）寄居：人、动物肠道，土壤、水中；
（7）生活：寄生、腐生或共生。
种类：
①沙门氏菌：肠道致病菌（通过食品、水、传播）
② 志贺氏菌：肠道致病菌（通过食品、水、传播）
③ 肺炎克氏菌→大叶肺炎病原菌（人和动物）
正常寄居在：土壤、根系、水域、肠道内。
低氧气压和厌氧条件下可固氮，可与禾本科植物根系联合固氮。
④ 欧文氏菌：（多种） 植物疫病、萎蔫病、腐烂病的病原菌。
⑤ 大肠埃希氏菌（大肠杆菌）：
肠道内正常寄生菌，一般不致病，有些可产生毒素而造成婴儿腹泻。
感染在特定部位可致病（1）肾炎；（2）膀胱炎；（3）尿路感染指示菌：卫生检疫，大肠菌群。
2、弧菌科（略）
3、巴氏菌科（略）
(四) 厌氧气的杆菌和球菌专性厌氧气的G-杆菌→属拟杆菌科
（1）细胞多形态或弯杆状；
（2）生存：绝对厌氧气环境如胃瘤（反刍动物 ）。
专性厌氧气G-球菌：韦氏球菌（1）口腔；（2）肠道；（3）胃瘤 中正常寄居菌。
（五）异化硫酸盐还原细菌一群细菌：（1）生理特征相似； （2）形态各异；
（3）厌氧气（严格）； （4）G-
种群：（1）脱S单胞菌； （2）脱S弧菌；
（3）脱S球菌； （4）脱S肠状菌属化能异养菌：有机物（氧化）→硫酸盐（还原）→H2s（末端电子受体）
（ 处理被硫酸盐污染的水有意义）
H2S又两个途径：H2S——————-——→S （缺氧时）
光合硫细菌
H2S——————-——→S0硫矿（有氧时）
H2S可影响植物根、鱼的存活、金属管道腐蚀。
（六）立克次氏体、衣原体、支原体：
1、立克次氏体：（真核细胞专性寄生菌）
特点：① 细胞大小0.3—0.6×0.8—2um，光镜可见。G--无鞭毛、不运动。
② 细胞多变，球、双球、杆、丝状等。
③ 有细胞壁，细胞膜通透气性过大（1）有利寄生吸收营养；（2）体内物质也易渗出
④ 在真核细胞内营专性寄生，不能独立生活。（节肢动物、脊柱动物、人，脑脊髓炎、羌虫热、Q热等）
⑤ 二分裂方式繁殖。
⑥ 对四环素、青霉素等敏感。
⑦ 有不完整的产能代谢途径，缺少脱氢E（NAD）和辅EA等。
⑧ 可用鸡胚、敏感动物及合适的组织培养。
⑨ 对干燥、热敏感，56℃，30分钟死亡。耐低温—60℃，活数年。
2、衣原体：G-菌、沙眼病原菌
① 细胞较小，球状，0.4um（能透细菌过滤口）
② 由细胞胞结构，G-
③ 细胞有DNA和RNA，有核糖体，不完整的E系统。
④ 缺乏产能代谢E，只能行严格寄生生活。
⑤ 二等分裂方式繁殖。
⑥ 二种形态：原体：有感染力，细胞壁厚坚韧。
始体：寄生在细胞内，壁菠、膨大、无感染力。
⑦ 对青霉素、磺胺等都敏感，热敏感。
3、支原体：
（1）直径：0.15—0.3um，光镜勉强可见，最小细胞生物。
（2）缺细胞壁G-，条形、易变，有滤过性，对表面活。性剂敏感。对青霉素等不敏感。
（3）可独立生活，菌落小，多“油煎蛋”状。 （4）二等分裂繁殖
（5）可氧化产能河发酵产能,二种代谢途径,既可好氧气有可厌氧气生活。
（6）四环素、红霉素等敏感。
支原体：引起畜、禽、人 病。
类原体：植物病害。
（七）螺旋体（G-）
特点：① 菌体的长、柔软、弯曲呈出螺旋状； ② 运动：靠轴丝伸缩运动；
③ 无鞭毛、芽孢； ④ 有的细胞壁但不坚韧。
⑤ 轴丝（结构类似与鞭毛）：位于膜、壁间，2—100根以上。
⑥化能异养：腐生或寄生。 ⑦寄生：病原菌：梅毒、回归热、钩端螺旋病等。
（八）鞘衣细菌和有附着细菌（G-）
1、鞘衣细菌：专性化能异氧菌。多细胞生活在一个鞘套内（脱离后再生鞘套）
2、有附着器细菌（G-）
特征区别：（1）芽殖；（2）形状异常；（3）生活史复杂。
有突起：（1）细胞突起；（2）黏液分泌
（九）黏细菌（G-）
（1）化能异养； （2）杆状：有壁但薄
（3）运动：靠细胞分泌黏液滑行；
（4）二阶段（发育）：① 营养细胞；②子实体 （5）好氧气、腐生
（十）蓝细菌（过去称蓝藻）
光能自养，种类繁多，原核细胞。
特征：（1）有叶绿素a，光合作用产氧气（与植物相似）； （2）无叶绿素b，（与植物区别）
（3）由于含藻胆蛋白和β—胡萝卜素，所以细胞：蓝、绿、黄、褐。
（4）许多可固氮。 （5）可与真菌形成共生体 →地衣（10%地衣含蓝细菌）
藻
蓝细菌
光合细菌
植物
细胞 真核
原核
原核
真核
光合色素 叶绿素a（或+b、c、d、e或+藻黄素、藻红素）
叶绿素O1（或藻肥蛋白细菌-胡萝卜素）
叶绿素a、b、c、d、e（-或多种）
叶绿素a+b
氧气产生,氧气
氧气
无氧气
氧气
繁殖,孢子（1）有性
（2）无性
分裂
分裂
种子；孢子
单细胞或多细胞生物 单或多
单
单
多
（十一）其它G-细菌
1、化能无机营养细菌获能：（1）氧化无机物→化能自养菌（多数）
（2）也可氧化有机物→兼性化能菌养菌（也可异养生活）（少数）
（1）硫化氧化菌氧化硫硫杆菌：① G-、极生鞭毛、小杆菌、PH 0.9—4.5、最适PH2.5；
② 可氧化 硫化物 产生硫酸，使环境酸化硫元素硫代硫酸盐
③ 多属严格自养菌，只能在无机条件下生活，少数兼性自养（也可异养）
（2）硝化细菌定义：能将氨氧化为亚硝酸和将亚硝酸氧化成硝酸的细菌的总称为硝化细菌。分属二个生理群（有三个属）
特点：（1）专性化能自养菌；
（2）细胞球、杆形、G--无本胞、周生鞭毛
（3）严格需氧气；
（4）具复杂内膜系统亚硝细菌：NH3→H2NO2 亚硝酸硝酸细菌：H2NO2→H3 NO3 硝酸硝化细菌：对酸敏感，硝化开始产酸后抑制本身生长，硝化停止。不会象硫氧化菌那样使环境大幅变酸。
（3）氢细菌
H2→氧化→获能的细菌（1）兼性化能无机营养；（2）化能自养菌当：有氧气是：氧化有机物（糖、酸、氨基酸）→获能和营养但当：有氧、H2、CO2时，异养过程受抑制进行化能自养生活
H2→氧化产能,CO2→C源
2、光能（自养）营养细菌有一种或多种光合色素（有绿素a、b、c、d、e）能利用光能的细菌。
多数自养,（1）CO2为C源；
（2）光—能源；
（3）H2、H2S→电子供体少数异养：（1）能→光；（2）C源—有机物紫色光和细菌→含菌绿素a或b
绿色光合细菌→含菌绿素c、d或e a、c或d。
二、G+细菌
（一）G+球菌（可根据：细胞分裂后排列及呼吸类型分科）
1、微球菌科：
特征,（1）多平面同时分裂→葡萄状（不规则）； （2）需氧气或兼性；
（3）接触酶阳性微球菌属：需氧气、不发酵G；
球菌属：兼性需氧气、发酵G。
2、链球菌科：（乳酸菌）
特征：（1）一个或两个平面分裂→① 链球菌属；
② 片球菌属
③ 明串珠菌属
（2）兼性好氧或耐氧厌氧
（3）接触酶阴性
（4）可进行乳酸发酵产能
3、消化球菌科特征,（1）双球、四联、八叠球菌、葡萄球菌；
（2）不进行乳酸发酵；
（3）寄居在消化道内。
（二）乳酸细菌
（1）链球菌科；（2）乳杆菌属特征：（1）G+、不生芽孢、无鞭毛；
（2）乳酸发酵→产能 ① 同型：乳酸为唯一产物
② 异型：乳酸为主要产物
1、链球菌属：（1）细胞球、成对、链状
（2）同型乳酸发酵；
（3）腐生、寄生；
（4）病原菌或发酵菌：
2、片球菌属：（1）球状、成对、四联
（2）同型乳酸发酵
（3）腐生为主 ① 自然发酵重要乳酸菌；
② 食品发酵常用（肉的发酵）
3、明串珠菌属：（1）球形成对成链；
（2）异型乳酸发酵；
（3）发酵食品，泡菜中有重要作用。
4、乳杆菌属：（1）长、短杆菌；
（2）同或异型乳酸发酵；
（3）发酵食品中重要菌种。
（三）G+杆菌（有无芽孢分二类）
1、芽孢杆菌
（芽孢杆菌属，芽孢梭菌属）分属不同纲、目、科
（1）芽孢杆菌属（芽孢大小、位置、形状有区别）
① 需氧气或兼性需氧； ② 化能异养；
③ 腐生； ④在有机质降解中起重要作用（分解纤维、蛋白、脂肪等作用）
（2）梭菌属 除少数几种外绝大多数属专性厌氧气缺氧化酶和接触酶（肉毒极菌）
芽孢杆菌科,（1）脱硫肠状菌属（2）芽孢八叠球菌属（3）芽孢乳杆菌属 等都可产芽孢
2、无芽孢杆菌主要特征：形态不规则 可互变，棒状，球，不规则杆状等。
三、放线菌
G+分类中属一个纲基本特征：
1、G+，多核单细胞生物
2、细胞丝状有分枝：（1）基内菌丝：紧帖表面或向内生长；
（2）气生菌丝：在基内菌丝基础上生长空气中
3、分二类：（1）链霉菌：有气生菌丝（孢子丝），菌落小质地密，不宜挑起
（2）诺卡氏菌（菌丝断裂生活）：无气生菌丝，结构松散、易挑起、黏着力差
4、营养方式：化能有机营养
5、好氧气
6、繁殖：孢子（无性）繁殖或菌丝片段繁殖用途：（作用）
（1）有机质分解中（纤维素）重要作用，堆肥、发酵→嗜热放线菌
（2）多种代谢物：抗生素、维生素、有机酸、E制剂放线菌产生的。
（3）固氮（ 弗兰克氏菌）→许多非豆科植物公生结瘤→固氮。改良土壤；改善环境重要作用。
第四节 古细菌是一类生活在极端环境中的原核微生物，虽属原核生物，但与其它原核生物的细菌相比在16srRNA的碱序列上，古细菌与真核生物更接近。但在其它方面相差甚远。因此提出三原界学说。
一、三类生物主要特征比较 （P139表5—15细菌、古细菌、真核生物细胞…）
二、古细菌与真细菌主要区别 （P139）比真细菌更有原始特征三、代表种属
1、产甲烷细菌特点：（1）细胞弯曲至直的杆状或长丝状，不产芽孢，不运动，G+反应不定，可产荧光色素；
（2）严格厌氧气，最适37—45℃，嗜热种55℃或更高
（3）氧化H2、甲酸和CO产能（不能分解蛋白、糖、及三C以上化合物）
CO2为碳源→还原产生甲烷
（4）生存：厌氧气水底、胃瘤。
2,极端嗜盐菌特点：（1）至少需9%NaCl（才可生活，最适12—25%，均可在饱和盐水中生活33%）
（2）大多严格好氧气，可属兼性厌氧气。
（3）细胞杆状，从生鞭毛可运动，G-。
（4）生存环境：盐湖、晒盐场
3、极端湿热菌特征：（1） 最适T80℃，有的种达105℃
（2）生活在火山、富硫温泉等含S的高温环境中。
（3）多属专性厌氧气，化能有机或无机
（4）S元素对此细菌十分重要
S0既可作电子供体亦可作为电子受体，在自然界的硫之元素循环中十分重要。
4、无细胞壁的古细菌极端嗜酸菌，PH1-2，如近中性时，细胞自溶，55—59℃最适。
膜：甘油— 醚键—类异戊二烯。
第二章 真核微生物真菌：
有机营养
有细胞壁
无色素
藻类：
无机营养光合生物
有壁
有色素
原生动物
有机营养
无细胞壁
无色素
第一节 真核细胞与原核细胞结构的异同真菌、藻类和原生动物→真核微生物一、真核细胞的基本结构：
（一）细胞壁和细胞质膜
1、细胞壁：真菌、藻类都有细胞壁，对细胞起保护作用。
化学成分：纤维素（等多糖）或几丁质，或有2种成分。
藻：含有大量钙或硅例：珊瑚藻：含大量碳酸钙→珊瑚礁硅藻：含大量二氧化硅→大量沉积→硅藻土原生动物：通常无细胞壁。
2、细胞质膜与原核相同点：双层磷脂、蛋白质镶嵌。
不同点：结构上：真核膜含胆固醇，使细胞坚韧功能上：营养吸收上，真核细胞有吞噬作用。
（二） 细胞核和细胞器
1、细胞核与染色体定型的核单位膜，膜上有小孔。
染色体：（1）DNA+组蛋白构成
（2）线性双螺旋大分子核小体：DNA盘绕组蛋白构成染色体的亚单位，称为核小体。是真核生物遗传物质的基本单位，由200个核苷酸盘绕组蛋白构成的。
核仁：是细胞核内的核糖核蛋白的核心。
功能：合成核糖体核酸（rRNA）。是80s的核糖体由60s 和40s二个亚基组成。在核仁内合成两个亚基，运送到细胞质中组装成形，并合成蛋白质。
2、细胞器和其它具膜结构体细胞器：是真核细胞中的重要内容，完成许多功能。
（1）线粒体：能量代谢，大量合成ATP的部位。
基本结构大小结构类似于原核细胞，具单位膜，并会高度折叠的内膜系统。
① 单位膜→不含固醇
② 大小与细菌相当
③ 合核糖体70s，与细菌十分相似。
④ 含DNA→环状双螺旋
（2）叶绿体：结构类似于线立体，含大量折叠内膜系统、核糖体和环状双螺旋DNA。
功能：合成ATP、固定CO2，光合作用场所。光→叶绿素→ATP，光合真核微生物，包括藻类，含有叶绿体。
（3）各种具膜结构体及功能：（表1—6 P23）
内质网（大量内膜）：合成蛋白质。
高而基体：推动→分泌E（大分子）胞外鞭毛和纤毛
1、真核生物的鞭毛或纤毛是由蛋白质组成的微管。
2、鞭毛只有1—2根，纤毛众多短、周生。
鞭毛功能：运动、感受纤毛功能：运动、感受外，还有运输物质通过细胞表面。
鞭毛：结构复杂，与细菌细胞比较有较大差别。
二、原核细胞与真核细胞的比较
（一）细胞大小和形状的区别：
1、大小：细菌细胞：0.5—2.0um。（单细胞个体）
F.cell ：2—200um（单或多细胞）
细菌细胞小比表面积大,代谢旺盛、繁殖速度快
F：多细胞的F：生长繁殖（顶端生长）慢的多。
2、状：球、杆、螺旋、弧形、丝状、星形等。
（二）细胞结构、功能的差异（表1—7原核和真核细胞结构的时比）（P25）
第二节 真菌
7万种（已发现）（1）单细胞：酵母；（2）霉菌（小型）；（3）大型真菌一、真菌的一般形态
（一）菌丝和菌丝体菌丝：构成真菌营养体的基本单位，即真菌的丝状细胞。有细胞壁的管状细丝，无色透明，宽一般3—10um，比细菌细胞大几—几十倍。
菌丝体：菌丝产生大量分枝，在基质中相互交错而成肉眼可见的群体称为菌丝体。
1、有隔菌丝：菌丝由隔膜分隔成多个细胞，每个细胞含1个—多个细胞核。
2、无隔菌丝：整个菌丝是一个单细胞，有许多核，菌丝生长过程，只是核分裂和原生质量的增加。
3、菌丝的特异化：
（1）假根：（根霉属），葡萄枝与基质接触处分化形成的深入到基质中的根状菌丝。
作用：固定和吸收营养
（2）吸器（附着胞，附着枝）：寄生性真菌，从菌丝上长出侧枝，侵入侵主细胞内，形成指状、球状或丝枝状，用以吸收寄生细胞养料。
（3）菌核：二种菌丝组织（1）疏丝组织；（2）拟薄壁组织 休眠体，有外表皮颜色较深，条件适宜时可萌发→菌丝体、子实体（大的如：茯苓、小的如：油菜菌核病的菌核）
（4）子实体：产孢结构
（二）酵母状细胞无性繁殖为主：芽殖或裂殖
（三）菌落酵母状真菌菌落：蜡质状，光面光滑，粉粒状，粗糙或皱褶，边缘整齐，缺刻或带丝状。
霉菌菌落：（1）绒状、絮状、毛状、毡状、本状、绳索状等。
（2）扩展或局限。
（3）多种颜色：孢子的颜色。
二、真菌的繁殖
（一）无性繁殖
1、分裂繁殖：象细菌细胞一样一分为二，如裂殖酵母。
2、芽殖：出芽繁殖是酵母进行无性繁殖的主要方式。成熟的酵母细胞生长出一个小芽，芽细胞长到一定程度后从细胞上脱落下来，即为新个体。
3、无性孢子：
（1） 节孢子：由菌丝断裂而成，又称粉孢子或裂孢子。
（2） 游动孢子：菌丝→膨大→ 孢子束→孢子（1—2根鞭毛）（多为水生真菌）。
（3） 原垣孢子：又称原壁孢子，是由菌丝中间的个别细胞膨大，原生质浓缩，细胞壁变厚而成。（休眠体、寿命长、抗性强）
（4） 孢囊孢子：生长孢子攮内的孢子称为胞囊孢子，属内生孢子。
（5） 分生孢子：是生于菌丝细胞外的孢子，称外生孢子。着生于已分化的分生孢子梗上。
（二）有性繁殖有性繁殖经历（菌丝）质配→核配→减数分裂三个过程。二倍体阶段十分短暂，单倍体期长。大多数霉菌的菌体是单倍体，多数真菌的有性生殖不发达，以无性繁殖为主。特定条件下进行有性繁殖。
1、卵孢子由两个大小不同的配子束结合发育而成的。
小配子囊→雄器大配子囊→藏卵器接触内部形成一个或多个原生质团卵球雄器（质+核）→受精管→ 芷卵器→卵孢子（双倍体）→萌发再进行减数分裂
2、接合孢子：
由菌丝生出的形态基本相同的配子囊接合而成。
同宗配合,同一菌丝相互配合异宗[配合：不同质菌系的菌丝相遇结合而成的（+）+（-）
3、子囊孢子（单倍体）
子囊果：（1）闭囊壳,（2）子囊壳,（3）子囊盘：
4、担子菌：（担孢子）（单倍体）
大多数形成子实体、多数可食，菌丝先双核化→子实体→担孢子（亦有同宗和异宗之分）
三、真菌的分类及代表种属分类：以形态特征为主，生理生化、细胞化学和生态学等特征为辅。
真菌界1、真菌门（1）鞭毛菌之门；
（2）接合菌亚门；
（3）子囊菌亚门；
（4）担子菌亚门；
（5）半知菌亚门
2、黏菌门
(一) 鞭毛菌亚门菌丝无隔，多核，只有在形成繁殖器官时才形成隔膜。有些很宽，15—30um，最宽270um（真菌中菌丝最宽的）。
多水生，可两栖或陆生。腐生或寄生，可引起植物病害。
无性繁殖→游动孢子（1）端生；（2）腰生1—2根鞭毛有性繁殖→卵孢子（双倍体）→萌发→ 减分→菌丝→顶端生（孢子）→游动的孢子绵霉属：稻腐绵霉（Acheya.orysae），稻苗绵腐棉霉，危害水稻
（二）接合菌亚门菌丝无隔：少数例外。
无性繁殖：孢囊孢子、节孢子、分生孢子有性繁殖：接合孢子（双倍体）→萌动→ 减分→ 芽生孢子囊→孢囊孢子→菌丝
1、毛霉菌（Mucor）
常见于土壤、堆肥，也可引起蔬芽、水果及各种淀粉性食品的腐败。有强的分解蛋白和淀粉的能力，可供用于加工发酵食品，腐乳、豆豉、酒曲等。
代表种：高大毛霉、鲁氏和总状毛霉。
特点：菌丝发达（长毛菌），生长速度极快，呈污白色（灰白色）。孢子囊呈深棕色或褐色。
2、根霉属：
与毛霉很相似，功能也相似。
区别：根霉有匍匐枝和假根。
用途：酒曲、蛋白加工等。
代表：米根霉、匍枝根霉。生活史（重点）
（三）子囊菌亚门种类最多，形态差异巨大。从单细胞的酵母菌到有器官分化的大型子实体的食用菌。
有害种类：（1）木材腐朽；（2）植物、动物人的病原体；（3）食品腐败等。
有益：食用；酿造：（1）有机酸；（2）酒；抗生素特点：菌丝有隔膜，单核或多核（1）无性繁殖→分生孢子
（2）有性繁殖→子囊孢子酵母：单细胞：（1）无性繁殖→芽殖为主，裂殖为辅，还可产生无性孢子
（2）有性繁殖→子囊孢子、担孢子
1、酵母酵母菌→酵母状真菌
（1）什麽是酵母菌是一个统称，由于种类很多，例外情况又很多，很难下一个确切的定义，一般有如下特征：
① 以出芽繁殖为主，也可裂殖；
② 发酵糖类产酸；
③ 细胞壁常含甘露醇；
④ 喜在含糖量较高，酸度较大的水生环境中
⑤ 个体一般以单细胞形态存在；
自然分布,① 水果、米栈、蔬菜表面
② 果园土壤；
③ 油田、炼油厂土壤中（可利用烃的母酵）
大多数有益，极少数可条件致病。
（2）酵母菌的繁殖方式和生活史酵母菌的繁殖方式无性繁殖：① 芽殖：各属酵母都存在；
② 裂殖：裂殖酵母中存在；
③ 无性孢子 a 节孢子：地霉属；
b 掷孢子：掷孢酵母属；
c 厚垣孢子：
有性繁殖：① 子囊孢子：多数（种类较多）有性孢子；
② 担孢子：红冬孢酵母属。
也有人称：真酵母（又产有性孢子的）
假酵母：（无有性世代的）
生活史：细胞：即可单倍（n）也可二倍体（2n）→酿酒酵母；
细胞：只能单倍（n）存在→
细胞：只能2倍存在→ 路德氏酵母
（3） 菌落：与细菌相似，但厚一些，蜡质状，乳白色，湿润；
液体培养基中：生长在底部：产生沉淀；
生长均匀：浑浊；
表面产醭：食品腐败；
用途十分广泛：
（1）各种酒、主要加工者；
（2）馒头、面包发酵；
（3）单细胞蛋白 ① 食用；② 药用；③ 饲用
（4）制甘油、有机酸、核等酸、维生素、细胞色素C辅EA，麦角固醇等。
2、脉孢菌属：（链孢霉属）
常用工具菌（1）研究遗传规律；（2）代谢途径特点：分生孢子十分发达，呈橘红色。
用途：（1）常引起食品腐败，食用菌生长污染；（2）工业发酵
3、赤霉属：
小麦赤霉属病、玉米赤霉属病、水稻恶苗病的病原菌都是此属中的种。
多寄生：菌丝在寄生体内蔓延，产粉红色孢子，所以称为赤霉。
赤霉素：生长刺激素，过量对人体有害。
无性孢子：→镰刀形分生孢子。
有性孢子：→子囊孢子。
4、虫草属：核菌纲、肉座菌目、麦角菌科、虫草属冬虫夏草：寄生于鳞翅目（蝙蝠蛾科、蝙蛾属）昆虫幼虫体上，一般在越冬前侵害，来年夏天长出子座，表面着生子囊壳。子座棒状，褐色，4—11cm长。十分名贵的中药材（青海、四川、西藏、云南）。
北冬虫夏草（蛹虫草）：寄主杂，分布广，多个国和地区都有，东北已大量人工栽培，大米上长出黄褐色子座。
5、食用菌：
羊肚菌：盘菌目、羊肚菌科，羊肚菌属。鹿花菌、马鞍菌
（四）担子菌亚门种类繁多，分布广泛，腐生，共生或寄生。
少数有害：（1）植物锈病,玉米黑粉病
（2）毒蘑菇大多有益：食用菌95%是担子菌，5%子囊菌七大人工栽培菌：双、香、平、木、金、草、滑。
著名的野生菌：松茸、牛肝菌、灵芝、鸡纵菌、羊肚菌等。
（五）半知菌亚门（多数菌属子囊菌、少数属担子菌）
1、曲霉：发酵和食品业重要菌种（腐生）酿酒、制酱、酶制剂、有机酸等。
黄曲霉、米曲霉、黑曲霉。
菌落：绒状、毡状或絮状，多颜色。
菌丝：有横隔，产分生孢子。
特点：分生孢子梗不分枝，顶端膨状，称为顶囊。顶囊表面辐射状长满一层或两层小梗。
第一层：柱状→初生小梗第二层：瓶状→次生小梗→成串分生孢子。
足细胞：分生孢子梗生长在原厚的足细胞上。（有些曲霉属子囊菌，但有性阶段不易形成的）。
2、青霉：腐生：土壤、空气、水里、腐质上，粮食上。橘子腐烂→主要是青霉。
可产抗生素：青霉素、灰黄霉素、有机酸、干酪。
菌落：绒状、絮状、绳状、束状等（绿色）
分生孢子：分生孢子梗，上半部分产生对称或不对称的扫帚状分枝，着生几轮小梗，小梗顶端着生成串的分生孢子。
青霉属：分四组：（1）一轮青霉 （2）二轮青霉
（3）多轮青霉 （4）不对称青霉
3、木霉：
广泛存在于自然界，兼性寄生，有些种对大型真菌很强的寄生能力（1）污染菌；（2）病害菌 （ 绿色木霉）。
一般有较强纤维素E。
菌落：棉絮状或致密的丛束状。常有同心纹轮，呈不同程度的绿色。
分生孢子：分生孢子梗→对生或互生分枝…又分枝（2、3级分枝，最后得分枝称为小梗，顶端着生成簇的分生孢子。
4、头孢霉广泛存在自然界。
菌落：在斜面上各种形态（不同的种）（1）缺毛气生菌丝,状；（2）气生菌丝发达、絮菌落在斜面上成多种形态：（1）缺乏气生菌丝，细菌状；
（2）气生菌丝发达，絮状
（3）绳索状颜色：多种,白、灰、红、黄分生孢子→假头状（黏液）
应用：（1）抗生素：头孢霉素
（2）杀虫：寄生蚜虫上，防蚜虫。
其它：镰刀霉,枝霉、交链孢霉、丝核菌属）等（自学）。
第三节 藻类含叶绿素等光合色素能进行自养生长的低等生物，和高等植物的区别→孢子繁殖
（1）有性孢子；（2）无性孢子已知4万种：水生、岩石、土壤表面、墙角、地衣、树干等。
1、形态：单细胞（形状多样 无动物行为）、群体、多细胞等。
2、大小,小的几微米。 大的几米—100m（巨藻类）、海带等（一种褐藻）；紫菜、石花菜（红藻）
3、繁殖（1）无性：① 裂殖；② 片断；③ 孢子
（2）有性繁殖：有性孢子
4、作用：① 有些对有毒物特别敏感，监测环境；
② 有些可富集有害元素；或降解有害元素，→环保
③ 有些可产毒素：赤潮
④ 有些蛋白质含量50%，蛋白质来源
⑤ 地衣（藻+真菌）或（蓝细菌+真菌）
第四节 原生动物一、基本特征单细胞真核微生物，无细胞壁、无色、能运动、最小2—3um，一般在20—30um。一般为圆形、卵形、长形、为扁平状。
1、膜：（1）薄 ； （2）坚实、弹性； （3）骨刺；
（4）外壳披甲或分化成一块块的板
2、原生质（1）外质：外层均匀而透明，较稠密、无内容物。
（2）内质：内层流体状，含有各种内含物而较不透明。
3、核（1）单核：数量较多；
（2）多核：2—几个核；
（3）异核,① 大核：基本代谢 ② 小核：与生殖有关。
二、特殊结构：
1、孢口：靠吞入活有机体或多种小颗粒为食的原生动物都有一个特殊的开口称孢口，可主动逐入食物。
2、食物泡：原生动物取食后在体内形成一个被膜包围的食物泡。可在体内作高度有组织的移动。
目的：消化营养并运送营养到各个部位。
膜：平滑、含有消化E，PH较低。
3、收缩泡：靠近细胞膜处有1—几个收缩泡，其中充满液体，靠它收缩、膨胀、排泄废物、吸收水分。
4、毒胞：含有毒汁的胞囊，多分布在胞口的附近，起麻醉猎物的作用。
5、吸附胞：在伪足或拳头状的触角上有许多囊泡，称吸附胞，当触角接触猎物时，靠吸附胞穿入猎物的表皮。
三、特殊的动物行为四大微生物菌落和形态特征比较微生物类别特征
单细胞微生物
菌丝状细胞微生物
细菌
酵母菌
放线菌
霉菌
主要特征
菌落
含水状况
很湿或较湿
较湿
干燥或较干燥
干燥
外观形态
小而突起或大而平坦
大而突起
小而紧密
大而疏松或大而致密
细胞
相互关系
单个分散或有一定排列方式
单个分散或假丝状
丝状交织
丝状交织
形态特征※
小而均匀、个别有芽孢
大而分化
细而均匀
粗而分化
参考特征
菌落透明度
透明或稍透明
稍透明
不透明
不透明
菌落与培养基结合程度
不结合
不结合
牢固结合
较牢固结合
菌落颜色
多样
单调，一般呈乳脂状或蜡质状
十分多样
十分多样
气味
一般有臭味
多带酒香味
常有泥腥味
往往有霉味
※ 在高倍镜下观察第三章 病毒最小最简单的生物，来去踪迹难寻，是生命世界中迄今为止发现最少最难驾驭的一类。
当人类已战胜绝大多数细菌、真菌病害后，对人类、家畜、植物等危害最重、最难控制的是病毒。
病毒是微生物的重要组成部分，与其它类群微生物相比，具有相当的独立性。
病毒的基本结构是病毒粒子，不具备基本的细胞结构，更简单、更小。是生物中最小的生命实体。
第一节 病毒学形成与进展一、病毒发现时期：
1886年，德国的A.Mayer（梅椰）在荷兰发现烟草花叶病，并用实验证明它具有传染性。
1892年，俄国植病学家D伊万诺夫斯基,通过研究以为烟草花叶病的病原是一种能通过细菌过滤器的”细菌毒素”或更小的细菌。
1898年，荷兰学者贝耶林克，经研究首次提出烟草花叶病原是一种”传染性的活性液体”或”病毒”。
从此，现代病毒学历史被揭开了。此后，许多学者又陆续发现一系列植、动、细菌的“滤过性病毒病。”
二、电镜观察和化学分析时期
1935年美国的Stanley斯坦来，首次提纯并结晶了烟草花叶病毒（TMV）使人们对病毒化学本质的认识有了重大突破。后来其它科学家证实TMV是核蛋白（成分）。
1940年，德国的Kausche考希首次用电镜观察到了TMV的杆状外形，并在1943年成功拍摄到电镜照片。
电镜的应用促进病毒学快速发展。
三、分子生物学时期
1952年Hershey和Chase利用同位素证实噬菌体的遗传物质仅是DNA。
1955年Franenkel—Conrat等，完成了TMV的核酸和蛋白质的体外拆开和重建实验。
1960年，Anderer弄清了衣壳蛋白质基的氨基酸排列顺序。
1965年Spiegelman（美）第一次在体外利用无细胞复制体系复制E.coli的RNA噬菌体成功。
1970年Baltimore和Temin在单链RNA病毒中发现反转录酶及其致癌作用。
1971年后，陆续发现了亚病毒、类病毒、拟病毒、朊病毒 。
第二节 病毒的特征一、定义：（真病毒）（病毒颗粒）
病毒是一类超显微结构的非细胞生物，每一种病毒只含有一种核酸，它们只能在活细胞内营专性寄生，靠操纵宿主代谢系统的来复制核酸，合成蛋白等组分，然后装配成成熟粒子得以增殖，在离体条件下能以无生命的化学大分子状态长期存在，并保持其侵染活性。
二、基本特征
1、形体及其微小，一般可通过细菌过滤器，必须在电镜下观察。
2、构造简单，不具备细胞结构，又称分子生物。
3、主要成分是核酸和蛋白质二种。
4、每一种病毒只含有一种核酸DNA或RNA。
5、既无产能E系也无蛋白合成系统。
6、在寄主的活细胞内营专性寄生生活。
7、不存在个体的生长和分裂，只是在寄主细胞复制核酸，蛋白质等并装配成成熟颗粒来增殖。
8、在离体条件下能以无生命的化学大分子状态存在，并可形成结晶。
9、对一般抗生素不敏感，但对干扰素敏感。
10、种类繁多，每一种生物都有相应的病毒存在，（但不止一种）。理论上分析，自然界存在的病毒总数应大大高于一切细胞生物的总和。
目前：已发现人类、植、动、昆、真菌病毒约3600余种；细菌噬菌体：2850种（株）
其中：（1990年）昆虫,1671种
（1981年）脊柱动物,931种
（1984年）人类,300多种
（1983年）植物,600多种
（1982年）真菌,100种
（1987年）噬菌体,2850种（株）
三、形状大小
1、形状病毒的形态有砖形（如牛痘病毒）、杆状（如烟草花叶病毒）、球状（如流感病毒）、蝌蚪形和丝状（如某些噬菌体）等。 基本形态有球状、杆状和蝌蚪状。
2、大小：（100nm上下）
最大：（1）虫痘毒病：450nm； （2）牛痘病毒：300×250×100nm
最长：（1）柑橘衰退病毒：2000nm； （2）甜菜黄花病毒：1250×10nm；
（3）铜绿假单胞噬菌体：1300×10nm
最小：（1）口蹄疫病毒：21nm； （2）乙型肝炎病毒：18nm；
（3）苜蓿花叶病毒,16.5nm； （4）玉米条纹病毒：12—18nm；
（5）烟草坏死病毒：16nm； （6）菜豆畸矮病毒：9—11nm
最细：E.coli f1噬菌体,5×800nm [P171—图7—1几种病毒的相对大小]
四、结构和组成成分
（一）名词毒粒（病毒颗粒）：成熟的、具有侵染力的单个病毒。
壳粒：由一种或几种肽链折叠而成。电镜下最小形态学单位。
外壳：有许多壳粒以高度重复的方式排列而成的。
包膜：在衣壳外含有脂质和糖类的包膜。
（二）病毒的化学组成
1、核酸：每一病毒只含有RNA或DNA一种核酸，病毒核酸是病毒繁殖、遗传变异与感染性的物质基础。
2、病毒蛋白：构成病毒的外壳（衣壳），保护病毒核酸；决定病毒感染的特异性；决定病原的抗原性，并刺激机体产生相应抗体；构成病毒组成中的酶（但一般病毒是不具酶或酶系极不完全的）。
（三）病毒粒子结构（对称结构）（P172）
1、螺旋对称
2、二十面体对称：
3、复合对称：
群体形态
（1）包含体：寄主细胞被病毒感染后形成的蛋白质晶体，内涵病毒粒子。
颗粒状包含体：颗粒形的包含体，内涵一个病毒粒子。
多角形包含体：多角形的包含体，内涵多个病毒粒子。
（2）噬菌斑：（P179）将少量噬菌体与大量宿主细胞混合后，将此混合液于45℃左右的琼脂培养基在平板中充分混匀，铺平后培养，经数小时后，在平板表面布满宿主细胞的菌苔上，可以用肉眼看到一个个透明的不长菌的小圆斑（空斑）称为 噬菌斑。
五、病毒的分类六、亚病毒（P65）
1971年以来，陆续发现了比病毒更为简单的生命形式。他们是类病毒（Diener，1971）、拟病毒（Randls，1981）以及朊病毒（Prusinrr，1982）。
（一） 类病毒（viroid）
类病毒是裸露的，仅含一个单链环状底相对分子质量RNA分子的病原体。发现的第一个类病毒是马铃薯纺锤形块茎病类病毒（potato spindle tuber viroid，PSTV），这是一种单链环状RNA分子（相对分子质量约为100 000）。类病毒对各种化学和物理因子的作用都不敏感，对热以及紫外光和离子辐射有高度抗性。迄今为止所知的类病毒都是侵染植物致死的，例如，马铃薯纺锤形块茎病、柑橘裂皮病、菊花矮绵病、菊花褪绿斑病、椰子坏死病、黄瓜白果病等。
最近报道，动物中也有DNA类病毒。
（二）拟病毒（virusoid）
1981年以来，Pandles等分别从绒毛烟（Nicotiana velutina）、苜蓿、莨菪以及地下三叶草分离到几种在核酸组成与和生物学性质方面比较特殊的绒毛烟斑病毒（veiver to-bacco mottle virus，VTMoV）、苜蓿暂时性条斑病毒（lucerne transisent streak virus，LTSV）、莨菪斑驳病毒（solanum nodiflorum mottle virus，SNMV）和地下三叶草斑驳病毒（subterranean clover mottle virus，SCMoV）。病毒的粒子中含有两类核酸，一类为线状单链RNA（RNA-1），相对分子质量较大（约1.5×106）；另一类是环状单链RNA（RNA-2），其相对分子质量与二级结构均与类病毒的相似，但与类病毒RNA不同的是，RNA-2不能单独侵染寄主和复制自身。1982年Haseloff等将这类RNA-2称为拟病毒，又称类类病毒（viroid-like）。这是一类包裹在病毒衣壳内的类病毒。这些病毒的RNA-2与RNA-1之间存在着互相依赖的关系，两者必须同时存在才能感染寄主，复制核酸和产生新的拟病毒粒子。
RNA植物病毒中也有一类，由于基因组太小而没有足够的遗传信息，因此不能单独侵染寄主并进行复制的所谓卫星病毒，它们都含单链RNA（相对分子质量2.8×105～5×106）。
（三）朊病毒（prion）
朊病毒是具侵染性并在宿主细胞内复制的蛋白质颗粒。现在认为，引起山羊和绵羊瘙痒病（scrapie）以及人的Kuru病（Kuru为新几内亚一地名，最初此病在当地人中传染，不知病因而以地名称之）和Crentzfeld—Jacob病（CJ病，脑脱髓鞘病变）的病原体是朊病毒。
1982年，美国的S.B.Prusiner在研究引起羊瘙痒病的病原体时发现，该病原体在经过高温、辐射以及化学药品等能使病毒失活的处理后依然存活，而且它只对蛋白酶是敏感的，因而认为，病原体是一种仅由蛋白质组成的侵染性颗粒，并命名为朊病毒。
电子显微镜下的脘病毒为杆状颗粒，直径25nm，长100～200 nm（一般为125～150nm），杆状颗粒不单独存在，而呈丛状排列，丛的大小与形状不一，颗粒丛所含颗粒多时可有100个。
朊病毒的发现具有重大的理论和实践意义。生物学的“中心法则”认为，遗传信息的流向是“DNA RNA→蛋白质”。通过对朊病毒的深入研究可能会更加丰富“中心法则”的内容。
第三节 噬菌体噬菌体：侵染细菌的病毒（通过噬菌体了解病毒的特点）
噬菌体是侵染细菌、放线菌和真菌等细胞型微生物的病毒。
一、形态第1种形态是典型的：
蝌蚪状收缩性长尾噬菌体，具有六角形的头部，及可收缩的尾部，DNA双链。（其它见P176-表7—1）
二、噬菌体的生活周期
（一） 生长测定吸附、侵入、复制、组装、释放五个时期一步生长曲线：定量描述烈性（毒性）噬菌体生长规律的实验曲线称为一步生长曲线。
反应三个特征：潜伏期、裂解期、裂解量 [详见图7—5，P177]
（二）毒性噬菌体毒性噬菌体：是噬菌体的正常表现。
T4：大肠杆菌噬菌体，是一种毒性噬菌体。
1、形态特征
（1）链DNA；
（2）二十面体、头部；
可收缩尾部（1）尾髓（中空）；
（2）尾鞘（可收缩蛋白质）
（3）尾板 ① 尾钉 ② 尾丝
2、入侵寄主分五个阶段：
（1）吸附：与敏感细菌细胞接触，用尾部：（1）尾丝吸附；（2）尾钉固定，与（寄主）细胞的特异受点结合。1个细菌细胞可被多种噬菌体感染，不同噬菌体在同一寄主细胞受点不同。
（2）侵入：通过中空的尾髓注入核酸，蛋白质壳体留在细胞外，时间短几秒—几分钟。
（3）复制：操纵寄主细胞，大量复制噬菌体核酸，合成蛋白质。
（4）成熟：寄主细胞合成壳体，并组装成病毒粒子。
（5）释放：寄主细胞释放成熟的病毒粒子，一般一个寄主细胞可释放10—1万个粒子。
表现：（1）细菌液体培养液，细菌被噬菌体感染，细胞裂解，浑浊的菌液变成透明。
（2）双层固体培养基：有噬菌斑噬菌斑：在双层平板固体培养基上，稀释的噬菌体悬液引起点状感染，在感染点上进行反复的侵染过程，产生噬菌斑。
3温和噬菌体和溶源性温和噬菌体：侵入寄主细胞后并不象毒性噬菌体那样发展而是与寄主细胞同步复制（核酸）寄主细胞不裂解，这类噬菌体称为温和噬菌体。
溶源性细胞：含有温和噬菌体的寄主细胞称为溶源性细胞。
溶原性细菌具有以下基本特性：①遗传性——子代细菌也具溶原性；②自发或诱发裂解——自发地或由理化因子导致原噬菌体活化，产生具感染性的噬菌体粒子；③“免疫性”——不受其他同类噬菌体侵染；④复愈（非溶原化）——原噬菌体消失，变成非溶原细胞；⑤可获得一些新的特性，如菌落形态改变，产生毒性等。
原噬菌体：溶源细胞内的噬菌体核酸称为原噬菌体。
溶源细菌的自发裂解：溶源细胞繁殖时只有极少数可发生大量繁殖并裂解，几率约（10-6），这种现象称为溶源细菌的自发裂解。
溶源细胞的诱发裂解：低剂量的紫外线或其它物理化学处理可诱发溶源细胞的大量裂解，称为溶源细胞（细菌）的诱发裂解。
溶源细胞的复愈：溶源细胞有时消失了其中的原噬菌体变成了非溶源性细胞。称为溶源细胞的复愈。
第三节 昆虫病毒和植物病毒
（P180-182 自学）
一、植物病毒
1、感染症状
2、细胞包含体？结晶
3、传播途径二、昆虫病毒包含体？成分？作用？
第四章 微生物的营养第一节 微生物的营养物质一、碳源碳源：凡是被微生物用来构成细胞结构和代谢产物基本骨架的含碳化合物称为碳源。
碳占细胞干重的50%。（二氧化碳及各种有机碳）都是可作为微生物的碳源。
（1）有机碳：必须利用有机碳源的微生物称异养微生物，数量众多。
（2）无机碳：凡能利用无机碳源的微生物，称自养微生物。
异养微生物：最适碳源：C、H、O型：糖、醇、有机酸、脂类等。
亦可利用：C、H、O、N、X型碳源；
C、H、O、N（但降格了）：氨基酸、蛋白质、核酸等。
C、H类,（天然气、石油等）有些微生物可利用。
自养微生物：CO2为主要碳源有机碳源,即可做碳源，又可做能量来源。
二、氮源氮源：凡是被微生物用来构成菌体物质或代谢产物中氮素来源的营养物通称氮源。
氮是蛋白质基本成分，也是核酸等重要细胞物质的的必要元素。
（1）N2：微生物中少数能利用。
（2）铵盐、硝态盐：微生物多数可利用。
（3）有机氮：微生物大多数可利用。
最优：氮、碳、氢、氧型：尿素、氨基酸、简单蛋白质（尿素、蛋白胨、明胶等。）
稍次：氮、氧型（硝酸盐）
最次：氮→N2
三、能源：
化学物质（1）有机物：化能异养微生物（同碳源）
（2）无机物：化能自养微生物能源（不同于碳源）（还原态无机物：NH4+、NO-2、S、H2S、H2和Fe2+等）。
辐射：光能自养和光能异养微生物的能源。
四、生长因子：
生长因子：某些微生物不能合成一种或几种微量的有机化合物必须由外源供给才能进行正常生长繁殖，这类有机化合物质就称为生长因子。
生长因子构成E的辅基或辅E：通常包括维生素、氨基酸、核苷三类。
生长因子自养菌：
大肠杆菌等（1）可合成全部生长因子；
（2）在含有碳源、矿质元素的基础培养基上生长。
生长因子异养菌：
克氏梭菌：生物素、对氨基苯甲酸等为 生长因子支原体：甾醇某些光合细菌：尼克酸、硫胺素、对氨基苯甲酸、生物素；核黄素或V12作为生长因子。
大肠杆菌的营养缺陷型：（某种生长因子缺陷）
五、矿物质：
功能：1、构成微生物细胞的各种组分
2、调节微生物细胞的渗透压、PH值和氧化还原电位
3、有些元素如S、Fe等同时还可作为自养微生物的能源。
大量：磷、钾、镁、钙、硫、钠等（土壤中 ）生长浓度范围10-3—10-4
微量：铁、硼、铜、锌、钴等（水中有） 生长浓度范围10-6—10-8
六、水：
1、最优良的溶剂（1）营养物吸收转运（2）所有生化反应的媒介。
2、维持生物大分子结构的文定性。
3、参与某些重要的生化反应。
4、物理性质（1）高比热：稳定温度 （2）高汽化热
（3）高沸点,保证生命正常进行。
第二节 微生物的营养类型一、营养类型的划分
1、根据能源性质：（1）光能营养 （2）化能营养
2、根据供氢体性质：（1）有机营养 （2）无机营养
3、根据碳源性质,（1）自养型 （2）异养型
4、根据生长因子：（1）生长因子自养 （2）生长因子异养
5、根据是否能在活体上生长：（1）寄生； （2）腐生二、微生物的营养类型营养类型
能源
碳源
氢和电子供体
微生物种类
光能无机营养型
光
CO2
水或还原态无机物
蓝细菌、紫硫细菌、绿硫细菌、藻类
光能有机营养型
光
CO2
有机物
红螺菌科的细菌（如紫色无硫细菌）
化能无机营养型
无机物
CO2
还原态无机物
硝化细菌、硫化细菌、铁细菌、氢细菌
化能无机营养型
有机物
有机物
有机物
绝大多数细菌、全部的真核生物
（一）光能无机营养型（光能自养型）（一般是厌氧气的）
光能自养型：以二氧化碳为唯一碳源或主要碳源，并利用光能进行生长的微生物。
藻类、光合细菌、蓝细菌都属此类型。
光—→叶绿素或细菌叶绿素——→化学能（供菌体）
类胡萝卜素藻胆素→ 辅助色素→ 捕获光能→转移到光反应中心；保护膜系统免受光破坏
（1）藻类和蓝细菌：
CO2+H2O→光+叶绿素→[CH2O]+O2↑（水是供氢体）
（2）光合细菌 紫硫细菌 绿硫细菌
CO2+2H2S→光+细菌叶绿素→[CH2O]+ H2O+2S
[以H2S、S或S2O32-等为氢或电子供体]
（二）光能有机营养营养型（光能异养型）
光能异养型：需以简单的有机物（有机酸、醇等）作为供氢体，利用光能将CO2还原成细胞物质。（红螺菌属为代表）
CO2+2CH3 CH3CH OH→ 光+ 光合色素 [CH2O]+2CH3 CO CH3+H2O
（异丙醇） （丙酮酸）
条件：有光、厌氧。
在黑暗和有O2条件下→ 变成化能异养方式
（三） 化能无机营养型（化能自养菌）
化能自养型：能从无机物氧化过程中获得能量，并以二氧化碳为唯一碳源或主要碳源，进行生长的微生物。
∵无机物→氧化获能少 ∴生长缓慢
（硝化细菌、硫化细菌、铁细菌、氢细菌等）
CO2+H2O→合成→ 有机物
（四）化能有机物营养型（化能异养菌）
化学异养菌（1）绝大多数细菌；（2）全部真菌；（3）病毒；（4）原生动物有机物（碳源和能量）→氧化→ 碳源+能量有机物→碳源+供氢体（电子供体）
第三节 微生物吸收营养物质的机制微生物从外界摄取营养物质的方式因微生物类群和营养物质种类而异，主要有四种方式：单纯扩散、促进扩散、主动运输和基团转位。
一、单纯扩散（被动扩散）
1．定义 由于细胞质膜内外营养物质的浓度差而产生的物理扩散作用。
2．特点：（1）不需要膜上载体蛋白的参与；（2）不消耗能量；（3）运输速度低；（4）能够运送的营养物质种类有限；（5）扩散是非特异的。
以这种方式进入的物质主要有水、溶于水的气体和小的极性分子（如尿素、甘油、乙醇等）。大肠杆菌吸收钠离子就是由单纯扩散进行的。
二、促进扩散（协助扩散、强化扩散）
1．定义：通过细胞质膜上的透性酶，与营养物质特异结合，把营养物质载入细胞膜内的吸收方式。
2．特点：（1）透性酶（或称载体蛋白）位于质膜上，通过其与养料的可逆性结合来加快营养物质的传递速，透性酶多为诱导酶，只有在环境中营养成分的诱导下才能合成。 （2）动力仍然是营养物质在膜内外的浓度梯度，不消耗能量；（3）特异性，即一定的透性酶只能与一定的营养离子或结构相近的分子结合；（4）当营养物质浓度过高时，由于可被结合的透性酶数量有限而表现出饱和效应。
例如：G载体只输送G，大肠杆菌有亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸等多种载体。许多真核微生物输送糖就是通过这种方式。
三、主动运输
1．定义：是一种由渗透酶改变细胞内外物质浓度的平衡点，逆浓度梯度吸收营养物质的方式。
2．特点：（1）具有营养物质和载体蛋白对应的专一性；（2）消耗能量；（3）能逆浓度梯度吸收；（4）能改变营养物质运输反应的平衡点。
主动运输是使微生物在自然界稀薄的养料环境中得以正常生存的重要原因之一。大肠杆菌输送乳糖、半乳糖、阿拉伯糖、钾离子等都通过这种方式。例如大肠杆菌通过对钾离子的主动运输，可使细胞内钾离子浓度高于细胞外3000倍。
四、基团转位
1．定义：是一种在营养物质透过质膜时进行化学修饰，使细胞内的营养物质与底物结构不同，不受浓度梯度影响的吸收方式。
2．特点：（1）有酶系参与，消耗能量；（2）磷酸转移酶系：酶Ⅰ是催化热稳定蛋白HPr的磷酸化；酶Ⅱ是与糖类特异性结合的载体蛋白；HPr 是高能磷酸载体。
第四节 培养基培养基：人工配制的适合微生物生长繁殖或产生代谢产物的混合养料。除满足营养需求外还为微生物生长提供水、PH、Eh等理化条件。
一、培养基的配制原则
1、目的明确
（1）微生物种类培养自养菌：简单无机物培养异养菌：至少应有一种有机物，不能利用CO2
双孢菇：发酵 香菇：木屑
（2）用途：实验室研究：主要看效果生产应用：考虑成本
（3）研究 ① 一般培养：天然培养基
② 精密的生理、生化、遗传研究：合成培养基
2、营养协调各类微生物细胞中各种有机物和元素的含量（%干重）
C
N
蛋白质
脂类
核酸
糖类
P
SMg
KCa
Na Fe
锌铜锰
细菌
48
12.5
55
9
20
9
1.0
/
2.5
0.3
/
1.0
0.1
/
0.5
0.05
/
0.1
0.001
/
0.01
酵母
48
7.5
40
8
8
38
霉菌
48
6
32
8
5
49
经研究，各营养要素间在量的比例上，大体符合以下十倍序列递减规律:
要素：H2O>碳源）＞氮源＞P.S.＞K.Mg＞生长因子、微量元素
（1—10-1）（-10-2）（-10-3）（-10-4）（-10-5）（-10-6）
H2O：所有生物细胞的水分含量都是最高（1）溶剂；（2）营养吸收；（3）参与代谢；（4）渗透压碳：最大量+能量氮：次之+部分能量
C/N：非常重要，（非简单的氮素与碳素的比），微生物对培养基中碳和氮的可利用之比。
营养物质浓度适宜；营养物质间浓度比例适宜。
3、物理化学条件适宜
（1）PH值：PH1—11都有微生物生长
①细菌：最适PH值为PH7.0～8.0
真菌,PH4.0～5.8
②PH值内源调节：由于微生物生长繁殖过程中产生许多代谢产物，会影响培养基中的PH值。因此需要调解。
PH值内源调节：通过培养基内成分来发挥调节培养基PH值的作用称为PH值内源调节。
第一种：磷酸缓冲液：调节K2HPO4,K2HPO4＞二者浓度可调节PH 6.0 —7.8
第二种：CaCO3（备用碱）：由于溶解度极低，不会使培养基中PH值升高。但当微生物产酸时，又会不断中和，防止PH↓过快。
外源调节：当PH变化大时加酸碱调节
（2）渗透压等渗下：利于微生物的生长。
低渗下：无细胞壁细菌死亡、破裂。
高渗下：失水质壁分离，影响生长。
Aw(水分活度)：在天然环境中，微生物可实际利用的自由水或游离水的含量。
定义：在同温、同压下，某溶液的蒸汽压（P）与纯水的蒸汽压（P0）之比
Aw=P/ P0×100%
各种微生物生长Aw范围是0.6—0.998之间。
微生物生长的最低小分活度aw值：
细菌 （1）一般：0.90—0.98 （2）嗜盐菌：0.75以上酵母 （1）一般：0.87—0.91 （2）高渗酵母：0.61—0.75
(3)鲁氏酵母:0.60
霉菌（1）一般0.80—0.87 （2）耐旱菌：0.65—0.75
（3）双孢旱霉：0.60
若干食物的Aw值：
（1）新鲜水果：0.97—0.99 （2）鲜肉（畜）：0.97
（3）面包,0.86 （4）蔗糖饱和液：0.76
(5) 大米、面粉(14%含水)：0.65 （6）奶粉：0.2
4、经济实用以粗代精，以废代好，以烃代粮,以纤代糖，以N2代朊 。
二、培养基的类型
1、按化学组成来分（按对培养基成分的了解程度来分）：
（1）天然培养基：利用动、植物或微生物体或其提取物制成的培养基。
人们无法知道其中的确切成分。
例如：肉汤（牛肉膏）、蛋白胨,麦芽汁、土豆汁、木屑、麦皮、玉米等。
可满足很多营养缺陷型微生物种类的营养需求。
（2）合成培养基（组合培养基、综合培养基）：是一类用高纯度化学试剂配制而成，各种成分（包括微量元素）的量都确切知道的培养基。
例：培养细菌的：葡萄糖铵盐培养基培养放线菌的：高氏一号（淀粉硝盐）
培养真菌的：察氏培养基（蔗糖、硝盐）
优点：成分精确、培养的重演性高缺点：价格较贵、配制麻烦一般用于：营养、代谢、生理、生化、遗传、育种研究等工作。
（3）半合成培养基：既有天然成分又有纯化学试剂的培养基。
2、按培养基的物理状态分：固体、液体、半固体
（1）固体培养基在液体培养基中加凝固剂，通常是加1.5—2%的琼脂（洋芽）。
琼脂：由海藻中提取的多糖、无营养、不易分解、融化温度96℃，凝固温度：40—45℃高度透明、强粘着力，耐高压灭菌。可制成平板、斜面等。
用途：菌种分离、鉴定、菌落计数、杂菌检验。菌种保舱、选种、育种、抗生素活性测定菌种生产等。
又分4种①可逆凝固型：加1.5—2%琼脂
②非可逆凝固型：血清凝固→培养基无机硅胶→凝固剂
③天然固体：木屑、麸、胡萝卜、马铃薯片等。
④滤膜：
（2）半固体：（半凝固）
琼脂：0.2—0.7%
用途：①穿刺培养：观察细菌的运动性
②噬菌体效价测定：
③厌氧菌培养：
④趋化性研究
（3）液体培养基,（工业发酵、试验室都常用，连续培养）
3、按培养基的功能来分
（1）选择性培养基：根据某种微生物的特殊营养要求或其对化学、物理因素的抗性而设计培养基，其功能是使混合菌样中的劣势菌变成优势菌，从而提高该菌的筛选效率。
方法 第一：加富培养，根据分离“目的菌”的特性，加入其专门嗜好的“营养”，使其数量大增，变成优势，然后再分离，易成功。
第二：抑制其它菌生长，使其占优势。
例：链霉素：抑制细菌；青霉素：抑制G+细菌等。
（2）鉴别性培养基：培养基中加有能与某一菌的代谢产物发生显色反应的指示剂，从而用肉眼就能使该菌菌落与外形相似的其它种菌落区分的培养基，就称为鉴别性培养基。
第五章 微生物的代谢第一节 微生物的能量代谢一、细胞中的氧化还原反应与能量产生氧化→还原 相反而偶联的反应氧化反应中：
失去电子的物质称电子供体（或供氢体）被氧化，得到电子的物质称电子受体（受氢体）被还原。在细胞内进行的氧化还原反应中，电子从最初供体转移到最终受体，需经由中间载体，全反应过程的净能量变化决定于最初电子供体和最终电子受体之间的还原势。还原势差越大，产能越多。
还原势：各种基质给出电子而被氧化和接受电子而被还原的趋势是不同的，这种趋势称为基质的还原势E0（单位V或mv）。
生物氧化：有机物在生物体内经过一系列连续的氧化还原反应逐步分解并释放出能量的过程。
二、高能化合物ATP的合成基质养化产生德能量储存于→高能化合物或热量↑
细胞中的高能化合物（高能磷酸化合物）
高能磷酸化合物：乙酰辅酶A、乙酰磷酸、肌酸磷酸、1，3——二磷酸甘油酸、氨甲酰磷酸、磷酸烯醇式丙酮酸、ATP(三磷酸腺苷)
ATP：最常见的和通用高能磷酸化合物，在生物代谢中起重要作用。
ATP————→Pi+ADP+能量（经末端水解）
（二）细胞合成ATP的途径（三个途径）
1、底物水平磷酸化：
底物→氧化→含高能磷酸键的化合物→另一有机物 ADP→转磷酸→ATP
2、氧化磷酸化：通过呼吸链产生ATP的过程〉
物质→氧化→电子+H 经呼吸链经一系列传递→ 电子受体（受氢体）
不断释放能量→可使ADP→ATP
3、光合磷酸化：将光能转化成化学能的过程。
（1）蓝细菌：叶绿素→放氧气→ATP
（2）光合细菌：不放氧气（菌绿素）
（3）嗜盐细菌：色素蛋白+光→H+ 不断转运到膜外，返回时生成ATP
三、微生物细胞中能量的释放和利用根据最终电子受体性质不同，微生物产生能量方式有3种：（1）发酵；（2）有氧气呼吸；（3）无氧气呼吸
（一）发酵（厌氧代谢）
有机物在细胞内只是部分碳原子被氧化，所形成的某些中间产物又作为受氢体接受氢而形成新的产物。
典型：酒精发酵、乳酸发酵
ATP产生：底物水平的磷酸化电子供体 电子受体有机物——————→有机物+能量+热↑
兼性厌氧微生物的巴斯德效应：
（1）无氧气时：发酵
（2）有氧气时：抑制发酵 巴斯得反应
（二）有氧呼吸（即呼吸作用）
底物氧化时以分子氧作为电子受体，通过呼吸链传递电子，可将有机物彻底氧化，释放大量能量（热量+ATP）
有机物（电子供体）+氧气（电子受体）→CO2+H2O（电子受体）+ATP+垫量有氧气呼吸：是有氧气条件下需氧菌、兼性需氧菌进行的生物氧化过程。
其中：（1）化能异养菌 有机物→CO2+H2O+能量
（2）化能自养菌 ①：H2→氢B → H2O+能量
②：Ｈ2Ｓ、Ｓ、Ｓ2Ｏ2-3→硫B→S、SO2+能量
③：ＮＨ３→硝化Ｂ→亚硝酸+H2O+能量亚硝酸→硝化Ｂ→硝酸+H2O+能量
（三）无氧呼吸：化合物氢化脱下H+e经呼吸链传递、最终交给无机氧化物的过程称为无氧呼吸（厌气菌）
有机物可彻底氧气化，（还原）电子受体：NO3-、NO2-、SO42-、S2O32-、CO2等。电子受体接受一部分能量，因此，APT比有氧气呼吸产生的少。
NO3-→NO2（反硝化）（1）脱氮；（2）脱硫、（3）甲烷发酵
（四）能量的消耗：
1、生物合成：蛋白、核酸、脂类、多糖、贮藏物、细胞物
2、其它生命活动：主动运输、维持细胞渗透压、细胞分裂、细胞运动
3、生物发光：化学能→光能，必需具有发光素和发光素酶
4、有些ATP以热能形式散失：生物热。
第二节 微生物的分解代谢分解代谢：复杂有机物经一系列分解代谢酶系的催化产生能量和小分子物质的过程称为分解代谢。
有机物种类很多，微生物分解各种有机物的途径各异，但已糖分解最重要。
已糖：异养微生物最重要的碳源和能源（1）葡萄糖；（2）果糖。
一、已糖的分解
（一）糖酵解和三梭酸循环（广泛存在于好氧、厌氧和兼性厌氧微生物中）
葡萄糖在有氧气条件下的分解过程主要经过4各阶段：
1、糖酵解：走EM途径1G→降解→2丙酮酸。
2、乙酰辅EA的生成：
丙酮酸→ 丙酮酸脱氢酶系→ 氧化、脱梭,脱氢→乙酰辅酶A
３、ＴCA循环：进一步氧化，必有氧气才能进行反应，总反应式：
乙酰COA+3H2O+3NAD++FAD+ＡDP+Pi→2CO2+COA+3NADH+3H++FADH2+ATP
4、进入呼吸链产能：
NADH+ H+和FADH2→呼吸链→H2O+代谢终产物+大量ATP
1分子G→CO2+H2O+38个ATP
（二）糖降解和其它途径
1、磷酸戊糖途径（PP途径）（多数好氧或兼性好氧微生物都有此途径）
第一阶段：（氧化）6- 磷酸G→脱氢、水解、氧化脱梭→5-磷酸核酮糖+CO2
第二阶段：（非氧化阶段）5- 核酮糖→基因转移、分子重组→7C、4C、3C化合物产生NADPH与NADH（都是辅E）
NADH：用于ATP形成
NADH：生物合成作用的还原剂都是辅E
酵母：在糖的利用上87%走EM途径，13%走PP途径。
青霉：在糖的利用上77%走PP途径、23%走EM途径
2、ED途径：（在细菌中特有的）是少数缺乏完整EM途径的微生物所具有的一种替代途径，在其它生物中还未发现。
其特点：4步反应可获→丙酮酸，EM反应需10步，才可获丙酮酸。
丙酮酸→脱梭→乙醛→还原→乙醇（细菌乙醇发酵）
发酵单胞菌：
假单胞菌,有此途径 产能水平低
1分子G→2分子丙酮+1ATP+2NADH
3、磷酸酮糖酶途径：只在某些原核微生物中发现是PP途径的支路关键酶：磷酸酮糖酶产物：
二、丙酮酸代谢的多样性有氧时：进入TCA循环彻底氧化无氧时：进行乳酸、乙醇、丁酸等发酵
（一）酒精发酵酵母：厌氧气下：1分子G→2分子乙醇+2CO2+2ATP（EM途径）
细菌：ED途径：1分子G→2分子乙醇+2CO2+1ATP (ED途径)
途径不同产能少一半
（二）乳酸发酵：许多细菌能利用G→乳酸，产生乳酸的这类细菌通常称为乳酸细菌。
1、同型乳酸发酵：（乳杆菌、链球菌属中多数细菌）
G+2ADP+2Pi→(EM)2丙酮酸→乳酸脱氢E→2乳酸+2ATP
1G→2乳酸+2ATP
2、异型乳酸发酵（肠膜状明串球菌）
1G→1乳酸+1乙醇+1ATP+CO2
乳酸发酵：自然发酵先驱,不降低营养（缺纤维素E和蛋白E），食品业广泛应用，防腐、提高风味和营养。
（三）丁酸发酵：是由专性厌氧气梭状芽孢杆菌所进行的一种发酵，因产物中有丁酸，称为丁酸发酵。（代表种：丁酸梭菌）
G→EM→丙酮酸
↓
乙酰磷酸←乙酰辅酶A+H2+CO2
↓ ↓缩合（2分子缩合）
乙酸 乙酰乙酰辅酶A
↓
丁酸产物中：丁酸、乙酸、CO2、H2
（四）丙酮酸的其它发酵：分类依据混合发酵：大肠杆菌丙酸发酵：丙酸细菌丁二醇发酵：产气杆菌丁酸丁醇发酵：
第三节 微生物合成代谢（同化作用）
合成代谢要素：小分子单体物质、能量及还原力(这些物质从分解代谢中获得)。
注：合成代谢决不是分解代谢的逆转。
主要区别：（1）E系不同，二个代谢中酶不相同。
（2）分解代谢是产能反应，而合成谢是耗能反应。
（3）真核生物中的分解代谢和合成代谢是在不同细胞区域内完成一、无机养料的同化
（一）二氧化碳的同化（二氧化碳的固定）
1、自养微生物对二氧化碳的固定
6CO2+12NADPH →ATP → C6H2O6+12NADP+
① 主要经卡尔文循环完成的（C3循环）。
② 少数细菌如：绿色光合细菌和厌氧的异养细菌中：缺乏关键E→核酮糖二磷酸羧化E（不能走卡尔文循环）。
可利用TCA循环的反向还原作用对磷酸烯醇式丙酮酸、琥珀酸—CoA羧化、α-酮戊二酸羧化，但需要铁氧还蛋白存在。
2、异养微生物对二氧化碳的固定
TCA循环中如没不断的供应草酰乙酸则环会中断。需PEP酶催化PEP（磷酸烯醇式丙酮酸）羧化（只有少部分碳源来自CO2），固定二氧化碳产生草酰乙酸，使TCA循环正常维持。
(二)硝酸盐的同化还原硝酸盐是无机氮源，高度氧化态的，需还原为氨才能固化为有机氮化物，称为硝酸盐的同化还原作用（硝化）。
需二个阶段：
第一个阶段：硝酸盐还原亚硝酸盐NO3-+NADPH+H+→E →NO2-+H2O+NADP+
供氢体：NADPH+H+或：NADH+H+
E：同化型硝酸还原酶第二阶段：亚硝酸还原成氨 NO2→E1→ NH2OH→E2→ NH3
供氢体,NADPH+H+ NADH++H+
E1：亚硝酸还原E。
E2,胺还原E。E1、E2 都是含金属的蛋白，以金属为辅E。
（三）分子态氮的同化（生物固氮作用）
生物固氮作用：微生物将分子态N2还原为氨（NH3）的作用称为生物固氮作用。
N2+8e+8H++nATP→2NH3+H2+nADP+nPi
上面反应必须具备四个条件：
固氮E；电子供体；电子载体；能量固氮E：分子量很大，由2种组分构成（1）钼铁蛋白；（2）铁蛋白。只有二种组分共同存在时，才构成具固氮功能的E。
在固氮菌中还有其它固氮E：钒固氮E：由钒代替铜的作用。铁固氮E：由铁来替代铜的作用。
固氮E还具有多种催化作用（还原）：
其中：乙炔（C2H2）还原乙烯（C2H4）可测定固氮强度 。
氧气：固氮E对氧气敏感，分子态氧气可使其纯化失活。好氧气性固氮微生物，生活需氧气，而固氮厌氧气，需具备有特殊的细胞结构来调节这一矛盾。
2、N2还原过程
（1）氢和电子来源：① 巴氏梭菌（厌气）,丙酮酸裂解；
② 光合细菌：光合磷酸化；
③ 好氧气固氮菌：TCA循环→NADPH（氢、e供体）；
④ 固氮根瘤菌：贮藏物：聚β—羟基丁酸
（2）电子载体：
黄素蛋白 e——→ e————————→e——————→e
铁氧还蛋白 → 铁蛋白（固氮E中）→ 钼铁蛋白e→还原底物N2→NH3
（3）是高能耗反应微生物：为节省能源，微生物会在没有现成无机氮化物作养料时，才进行固氮作用（多种微生物可固氮都是原核微生物。）
酸盐的同化还原
SO42-+ATP+NADPH+H+（ NADH+H+）→H2S+H2O+NADP+ （NADP+）
↓
丝氨酸→半胱氨酸（有机S）
S由+6→-2被还原二、大分子前体物质的合成（自学为主）
三、细胞结构成分大分子物质的合成（自学为主）
四、微生物合成的次生代谢产物初生代谢：是一类普遍存在于一切生物体中的代谢，这是一类与生物生存有关的涉及到产能和耗能的代谢。
次生代谢：微生物合成一些对微生物本身的生命活动没有明确的功能的物质的过程。这一过程产生的产物称次生代谢产物。
次生代谢产物：（1）糖苷类 （2）多肽类 （3）萜烯类 （4）芳香类常在菌体旺盛生长后期（稳定生长期）合成，并能在菌体内或环境中积累，受环境条件影响较大。
（一）抗生素：是微生物产生的一类能抑制或杀死另一类微生物的化学药剂。已发现3000多种，但应用的只有少数几十种。
杀菌机理,（1）抑制细胞壁的合成；
（2）损伤原生质膜；
（3）干扰蛋白质的合成；
（4）阻碍核酸的合成干扰DNA复制农业抗生素：防治农业病虫害效果显著。
（二）激素：可刺激动物、植物生长或性器官发育的一类物质。如：赤霉素
（三）毒素大多是蛋白质类毒素（1）白喉毒素：
（2）肉毒素：
（3）破伤风毒素：（厌氧气）
（4）伴胞晶体（苏云金杆菌）
（5）黄曲霉毒素：玉米、花生等粮食易有
（四）色素：
第六章 微生物的生长及其控制生长：是细胞体积、内含物和细胞数目的增加。
繁殖：产生新一代的过程。
真菌（丝状）：（1）生长：真正的生长，即细胞由小到大，数目由少变多。
（2）繁殖：有性繁殖或无性孢子繁殖产生新的一代个体。
细菌：生长 群体生长=个体生长+繁殖 包括：生长和繁殖研究细菌的群体生长才有实际意义。
第一节 纯培养微生物群体的生长一、获得纯培养的方法
（一）稀释分离法（p---97）
1、稀释平皿分离法是一种将菌液稀释到能在平板培养基上形成菌落，在挑取所需菌落进行培养，以获得纯种的方法。一般将待分离的样品进行一系列稀释（通常按1：10稀释），多在试管中进行，每支试管装有9ml无菌生理盐水，用无菌吸管吸取1ml菌液注入试管中摇匀，即被稀释10倍。就这样依次稀释，使菌数逐渐减少。应根据样品的含菌量确定具体的稀释度，每个稀释度都应有专用的吸管。从最后三个稀释度的试管中各取定量菌液，注入无菌培养皿中，随即倒入约45℃琼脂培养基，混匀凝固后在适温下培养出菌落。依据菌落特征或其他特性指标，挑取所需要的单个菌落于斜面培养基上，适温下培养，至长满斜面。这样经过依次分离的军种纯度是不高的，需将此菌种在经稀释法或划线法分离，继续挑取单菌落培养。如此反复几次，直到出现的菌落的各种特征都很一致，则可证明该菌种为纯菌种或纯培养（图4-1）。
平皿划线法用接种环沾取少许分离的材料，在平板培养基表面作连续画线，也可交叉画线，随着接种环的移动，菌体得以分散，经适温培养即长出菌落。在开始画线区内的菌体分散度小，难以形成菌落，在最后画线区域的菌体分散度大，可形成单菌落。将符合要求的菌落移至斜面培养基上培养，重复多次，即可获得纯菌种。
2、单细胞挑取法：（单胞分离器）常用于真菌孢子分离法。
用显微镜挑取器，从分离材料中挑取一个细胞来培养的方法为单细胞挑取法。把一滴菌液置于无菌载玻片上，用装置于显微镜上的显微挑取器杀上的极细毛吸管挑取一个菌体，将其接种培养，即得到纯培养的微生物。
（二）选择性培养基的利用
1、抑菌剂
① 结晶紫（1：2000—5000倍）可抑制大多数G+细菌青霉素：→抑制G+细菌生长
② 链霉素：抑制原核微生物
③ 伊红、美蓝可抑制细菌，酸可抑制大多数细菌
2、病原菌→感染敏感寄主→再分离→易获纯培养
3、条件选择：高温度死非芽胞菌，剩下再分离易→芽孢菌二、细菌群体生长的测量
（一）细胞数量的测定
1、细胞总数的测定
（1）显微镜计数法（适用于单细胞细菌、酵母）
制菌悬液,镜检：细菌计数器：0.02mm高；血球计数板：0.1mm高
（2）比浊法细胞多→浊度大→比色法测定条件：
①要有标准曲线
②要调节适当浓度（在一定浓度范围内与光密度成直线关系）。
③不宜用深色培养基
2、活细胞数量测定
（1）稀释平皿测数法缺点：①并非所有细胞都可形成肉眼可见菌落。
②有时不可将所有细胞分开。
（2）最大概率法求近似值MPN
临界级数：将最后的有菌生长的稀释度称为临界级数。根据三个临界级数中试验重复中出现的菌阳性为数，查表求MPN值。
适用于：含菌量少的样品、在固体培养基上不易生长的细菌。
（3）浓缩法（滤膜法）
过滤富集、再培养测定菌数
（二）细胞生物量的测定
1、测定细胞干重法：深层培养的真菌适于：菌浓度高、不含颗粒杂质的样品。
2、DNA测定法
DNA在细胞中含量恒定，不受菌齢、环境限制。
DNA和DABA—HCL（3，5—二氨基苯甲酸一盐酸）溶液反应显示特殊的的荧光。根据荧光强度可测DNA含量。
缺点：费时、费事、需条件
3、ATP测定法
4、代谢活性法：耗氧气，产酸、二氧化碳、营养的消耗等受影响因素多。
5、菌丝吃料深度三、分批培养中细菌群体的生长在最适条件下大肠杆菌20min可分裂一次，如果能始终保持这个速度称，在48小时以内，由一个细胞开始其子代细胞可达2.2×1043个，重量可达2.2×1025吨，约为地球重量的3680倍。
（一）细菌的生长曲线定义：将少数纯种单细胞微生物接种到恒容积的液体培养基中在适宜的温度、通气（厌氧菌则不通气）等条件下，它们的群体就会有规律地生长起来。如果以时间为横坐标，细胞数目的对数作纵坐标，就可绘制一条有规律的曲线，这就是微生物的典型生长曲线。
分四个时期（即群体生长周期）各个时期长短决定于菌种特性和培养条件。
1、延缓期（延滞期）：细菌细胞接种到新鲜培养液中，在开始培养的一段时间内细胞数不增加的时期，称为延缓期。
特点,（1）生长速率常数等于零
（2）细胞形态变大或增长很快：如巨大芽孢杆菌，长3.4um→3.5h后9.1um，5.5h后19.8um
（3）细胞内RNA特别是rRNA含量增多，原生质呈嗜碱性。
（4）合成代谢活跃，酶类和ATP合成加快，产生各种诱导E。
（5）对不良条件：NaCL浓度、温度、抗生素等药物反应敏感。
时间：几分钟—几小时影响因素（1）接种菌龄：对数期种子可缩短延迟期
（2）接种量
（3）培养基成分：
2、对数期（指数期）：是指在生长曲线中紧接着延滞期的 一个细胞以几何级数速度分裂的一段时间，表现为一条上升的直线。
特点：（1）生长速率常数（单位时间繁殖的平均代数）最大，因而细胞分裂一次所需的增代时间最短。
（2）细胞进行平衡生长，菌体内各种成分最为均匀，形态、生理特征性较为一致，是研究的好材料。
（3）酶系活跃代谢旺盛。
因此发酵工业中常用做生产种子菌。也是增殖噬菌体的最适宿主菌令。
三参数：（1）繁殖代数（m）,x2= x1×2n
以对数表示：lgx2=lgx1nlg2
∴n= lgx2- lgx1 =3.322(lgx2- lgx1)
lg2
(2)生长速率常数(R)：单位时间的平均代数
R= n = 3.322(lgx2- lgx1)
t2－t1 t2－t1
（3）代时（G）
G= 1 = lg2－lg1
R 3.322(lgx2- lgx1)
影响指数期微生物增代时间的因素：
（1）菌种：不同菌种的代时差异极大。
（2）营养成分：基质营养成分不同，代时不同。
（3）营养物浓度：营养物浓度很低时才会是影响到生长速率，达到一定浓度后随浓度上升速率，不变但影响最终菌体的产量。
（4）温度有明显影响一些细菌的代时菌名
培养基
温度（℃）
代时（分）
Nitrobacter agilis活跃硝化杆菌
组合
37
1200
Pseudomomas natriegenes漂游假单胞菌
肉汤
27
9.8
E.coli 大肠杆菌
肉汤
37
17
E.coli大肠杆菌
牛奶
37
12.5
Enterobacter aerogenes产气肠杆菌
肉汤或牛奶
37
16—18
Enterobacter aerogenes产气肠杆菌
组合
37
29—44
Bacillus mycoides蕈状芽孢杆菌
肉汤
37
28
B.cereus 蜡状芽孢杆菌
肉汤
30
18
B.thermophilus嗜垫芽孢杆菌
肉汤
55
18.3
B.subtilis枯草芽孢杆菌
肉汤
25
26—32
B.megaterium巨大芽孢杆菌
肉汤
30
31
Lactobacillus acidophilus嗜酸乳杆菌
牛奶
37
66—87
Streptoccus lactis乳酸链球菌
牛奶
37
26
S.Lactis 乳酸链球菌
乳糖肉汤
37
48
Salmonella typhi伤寒沙门氏菌
肉汤
37
23.5
Vibrio cholerae霍乱弧菌
肉汤
37
21—38
Staphylococcus aureus金黄色葡萄球菌
肉汤
37
27—30
Clostridium butyricum丁酸梭菌
玉米醪
30
51
Azotobacter chroococcum褐球固氮菌
G
25
240
Rhizobium japonicum大豆根瘤菌
G
25
344—461
Mycobacterium tuberculosis结核分枝杆菌
组合
37
792—932
Treponema pallidum梅毒密螺旋体
家兔
37
1980
E.coli在不同温度下的代时温度(℃) 代时（分） 温度（℃） 代时（分）
10 860 35 22
15 120 40 17.5
20 90 45 20
25 40 47.5 77
30 29
3、稳定期：又称恒定期或最高生长期。
其特点：（1）是生长速率常数等于0，即处于新繁殖的细胞数与衰亡数相等，或正生长与负生长相等的动态平衡之中。
（2）这时菌体产量达到了最高点，而且菌体产量和营养物质的消耗呈现出一定的比例关系，称生长得率（生长产量常数），＜100%。
（3）细胞开始贮存糖原，异染颗粒和脂肪等。
（4）多数芽孢杆菌开始形成芽孢。
（5）有些微生物开始合成次生代谢产物——抗生素。
原因：（1）营养物尤其是限制性因子耗尽。
（2）营养比例失调，例C/N不适等。
（3）酸、醇、毒素或H2O2等有害代谢产物积累。
（4）PH、Eh的等理化条件越来越不适等。
4、衰亡期,继稳定期后，环境变的更不适于细菌生长，个体死亡速度超过新生的速度，活菌数急剧减少，整个群体呈现负增长。R为负数。
此时：（1）细胞多样性、退化态（膨大、不规则形态等）。
（2）有的微生物因蛋白水解酶活力的增强而发生自溶。
（3）有些微生物产生或释放抗生素等次生代谢产物。
（4）芽孢杆菌开始释放芽孢。
（5）G染色不稳定。
（二）固体培养基上细菌群体的生长在固体培养基上，细胞分裂后不能分散开来，因此相对地固定在培养基表面，形成菌落。（是细菌鉴定指标之一）。
菌落：非细胞简单的堆积是有一定形状、结构、并呈现有特色的图案。菌落形成是细胞群体行为，通过细胞间的信号传递来完成，是有组织的行动。有利于发挥群体优势，抵御不良条件。
四、细菌群体生长的连续培养在分批培养时如果在细菌进入对数期时，一方面以一定速度源源不断地输入新鲜培养液，另一方面缓缓地以同样速度移去培养物（包括菌体和代谢产物），可以无限延长对数生长期，这种培养方法称为连续培养。
（一）恒化培养：采用低浓度限制性养料使微生物始终处于在低于最高生长速率条件下进行生长繁殖的一种连续培养。
控制：流入养料和排出培养物的速度过快：菌增殖速度低于排出速度，菌数↓
过慢：限制性因子不够，微生物饿死，菌数↓
用途：用于与生长速率相关的各种理论研究。
（二）恒浊培养：采用高浓度完全养料培养基，使培养的微生物一直以最高生长速率生长的一种连续培养。
控制：1、流入速度慢，菌体增加、浊度大，光电控制使流速加大。
2、排出速度快，菌体排放超过菌体增加数则数量↓浊度下降（但微生物始终处于最高生长速率）。
恒化培养与恒浊培养比较名 称
装置
控制对象
培养基
培养基流速
生长速率
产物
应用
恒浊培养
恒浊器
菌体密度，内控制
无限制因子
不恒定
最高
大量菌体及与菌体相平行的代谢产物
生产
恒化培养
恒化器
培养基流速，外控制
有限制生长因子
恒定
低于最高
不同生长速率的菌体
实验
与分批培养相比连续培养特点：
优点：（1）恒定的条件菌体以恒定速率生长；
（2）缩短周期根高段多利用早、降低成本缺点：（1）营养物利用率低
（2）时间长、污染机会多
（3）菌种易退化连续发酵：（1）高效 （2）自控
（3）产品质量稳定 （4）节约人力、能源第二节 微生物个体的生长与分化一、细胞的生长周期：
细胞生长周期：上一次分裂结束到下一次分裂完成所经历的过程。细胞经历了一次完整的分裂过程。
（一）真核细胞生长周期
1、G1期（分裂间期）：内部合成大分子有机物，准备贮藏物，细胞增大。
2、S期（DNA合成期）：DNA复制和组蛋白合成。
3、G2期（间隔时期）指DNA复制完成以后与细胞开始分裂之前的间隔时期，此时干物质、蛋白质、RNA含量绝继续稳定增加。
4、M期（有机丝分裂期）细胞分裂产生新细胞。
（二）原核细胞的生长周期周期短、阶段不如真核细胞明显。
DNA复制点：迅速生长，细菌有二个以上复制点
∵DNA复制后细胞有时不分裂，∴在一个细胞中有时可观察到2个以上染色体。
1、l期：DNA复制前的准备期
2、R期：DNA复制期
3、D期：细胞分裂期二、细菌细胞的分化（不同于高度生物和真菌）
分化：不同生长时期细胞形态结构、功能发生很大变化叫分化。
芽孢菌→芽孢形成链霉菌→分生孢子黏细菌→子实体根瘤菌→类菌体例如：芽孢形成（7个阶段）（P98—99）
影响因素（1）遗传
（2）环境：温度、PH、营养等研究分化的意义：许多代谢产物在细菌分化的某个阶段才产生。
第三节 环境条件对微生物生长和代谢的影响一、温度因种类多、生长温度范围广0℃以下—100℃以上都微生物生存。但对某一微生物来说都有生长温度的三基点。
三基点：生长繁殖的最低温度、最适温度、最高温度最低温度：微生物能生长的温度下限，在此温度或以上才可生长但生长较缓慢。
最高温度：微生物能生长的温度上限，在此温度下，仍可生长，但超过此温度，微生物停止生长或可造成死亡（需一定时间）。
最低生长温度 一般嗜冷菌（-5—10℃）
极端嗜冷菌（-30℃）
2、最适生长温度（1）嗜冷菌（＜20℃＝
（2）中温菌（20—45℃）室温菌25℃ 体温菌 37℃
（3）嗜热菌＞45℃
3、最高生长温度 嗜热菌（一般80—95℃） （极端105—300℃）
（一）微生物生长的温度类型：
根据微生物的生长温度范围和最适温度的不同，可以把微生物分为高温、中温和低温三种类型。
表4—3微生物的生长温度类型（P100）
微生物类型 最低 最适 最高 分布的主要处所低温型：专性嗜冷菌 -12或更低 5—15 15—20 两极地区兼性嗜冷 -5—0 10—20 25—30 海水及食品冷藏箱中温型,10—20 25—40 40—50 哺乳动物生活环境高温型：嗜热 30 45—60 70 堆肥和沼气发酵地极端嗜热 30 70—90 100以上 温泉和洋底火山口无菌操作：在无菌环境中利用无菌操作手段使用无菌用具而进行的防止除接种目的菌之外其它杂菌污染及防止接菌目的菌对环境和人员污染的操作过程。
意义：（1）分离纯培养必要手段。
（2）一切微生物研究的基础。
（3）防止病源微生物对人、环境的污染。
（二）温度对微生物的影响
（1）在适宜T下微生物生长繁殖最快（温度选择性效应）
（2）对某些代谢生产物的影响：乳链球菌25—30℃产细胞，30℃时产乳酸
（3）对分化影响
（4）高温的影响：
致死温度：10分钟内杀死某种微生物的温度界限称为致死温度。
致死时间：在某一温度下杀死某种微生物所需的最短时间称为致死时间。
多数微生物致死温度：50—65℃、孢子：75—80℃、芽孢：100℃以上几分—几小时巴氏杀菌法：63—66℃30分；70℃ 15分高压蒸汽杀菌：121℃ 30分常压蒸汽杀菌：100℃ 6—8小时干热灭菌：160—170℃ 1—2h
（5）低温的影响：
低温下：E活性降低，膜透性差，细胞休眠，但一般不死亡，因此可在低温下保存菌种。
慢速冷冻：冰晶大，细胞易损伤快速冷冻：冰晶晓，细胞不易损伤甘油：保护剂免受损伤（细胞）
二、水分及其可给性水是细胞主要成分也是生命活动的基本条件之一。
（1）空气湿度：对微生物生长有大影响。
（2）水可给性：与溶液中渗透压有密切关系（固体表面对水的亲和力）。
（一）水分活度（aw）
（1）细菌：0.93—0.99 嗜盐细菌：0.76
（2）酵母：0.88—0.91 嗜高渗酵母:0.73
（3）丝状真菌：0.80左右 地衣菌：0.60
芽孢、真菌孢子、放线菌孢子：可耐干燥、当水分适宜时再萌动。
（二）空气湿度
（三）渗透压渗透压与水分活度成负相关盐渍：食品 干制：食品贮藏三、氢离子浓度（PH）
PH：氢离子浓度的负对数与微生物的关系，纯水的PH值是7
（1）PH1—PH11都有微生物存在
（2）PH4—PH9是多数微生物适宜PH值
（3）嗜酸菌和嗜碱菌可耐极低、极高的PH值
（4）多数细菌、藻、原生动物最适PH为6.5—7.5
（5）放线菌一般喜碱性7.5—8.0
（6）真菌一般喜偏酸、多数最适PH：5.0—6.0
（7）嗜酸细菌可在PH1时生活
（8）每一微生物有最低、最适、最高PH值表4—5一些微生物对氢离子浓度的适应范围微生物
最低
最适
最高
褐球固氮菌
4.5
7.4—7.6
9.0
大豆根瘤菌
4.2
6.8—7.0
11.0
亚硝酸细菌
7.0
7.8—8.6
9.4
氧化硫杆菌
1.0
2.0—2.8
4.0—6.0
嗜酸乳杆菌
4.0—4.6
5.8—6.6
6.8
放线菌
5.0
7.0—8.0
10.0
酵母菌
3.0
5.0—6.0
8.0
黑曲霉
1.5
5.0—6.0
9.0
金黄色葡萄球菌
4.2
7.0—7.5
9.3
醋化醋杆菌
4.0—4.5
5.4—6.3
7.0—8.0
培养微生物时：因代谢过程可产酸或碱，为使PH值不至于有太大变化在培养基中加入缓冲剂。磷酸盐、碳酸盐（备用碱）。
发酵工业中PH值不同代谢途径产物也不同。
例：黑曲霉：PH2-PH3时，分解糖产柠檬酸为主少量草酸中性时：草酸为主，柠檬酸较少。
发酵工业中PH值调节：
治标（1）过酸时：加NaoH、Na2CO3等碱中和
（2）过碱时：加H2SO4、Hcl等酸中和 快速但不持久治本 （1）过酸时：加适当氮源：尿素、NaNO3、NH4OH或蛋白质提高通气量：代谢产NH3
（2）过碱时：加适当碳源：糖、乳酸、油脂等降低通气量：代谢产酸↓PH
（1）C/N高的培养基，后期PH↓
（2）C/N低的培养基，后期PH↑
四、氧气和氢化还原电位
（一）氧气（O2）
表4—6氧气与微生物生活的关系（P104）
微生物 氧气的影响
需氧微生物,专性需氧菌 必须有氧气才能生活兼性需氧菌 有氧气生长更好
微需氧菌 仅需低于大气中氧气量的条件
厌氧微生物：微耐氧菌 不需氧气，有氧气时可以生活
兼性厌氧菌 有氧气，无氧气均可生活
专性厌氧菌 氧气有毒害或致死作用
（1）需氧气菌：大多数细菌、丝状真菌、藻类（以氧气为最终电子受体）
（2）厌氧气菌：自然界中很少 （有氧气可毒害）
梭状芽孢杆菌、产甲烷细菌、硫酸还原细菌
（3）兼性厌氧：有二套酶：① 有氧气：氧气为电子受体
② 无氧气：发酵中间产物为电子受体
（二）环境Eh值与微生物生长
1、Eh值高：有利于好氧气菌生长+0.3V以上，耗氧气后会降低有于厌氧气菌生长
2、Eh值低：有利于厌氧菌生长+0.1V以下 耗氧气后会降低有于厌氧气菌生长
3、影响Eh值因素,（1）通氧气状况好提高Eh
（2）PH值
（3）基质中氧化还原物比例等五、辐射辐射：能量以电磁波形式通过空气传播或传递的一种物理现象。
（一）可见光（波长400—760nm）
1、是光合微生物能量来源
2、有些微生物有趋光性，有光时生长更好
3、真菌子实体形需散射光刺激，黑色素与光有关
4、强烈可见光可引起微生物细胞内E失活而死亡。
（二）紫外线（波长240—300nm）
对微生物有致死作用，以265—266nm紫外光最为强烈，因这一段光波是核酸最易吸收波长。
致死原因：染色体畸变（胸腺嘧啶二聚体T=T）也可变异，诱变育
（三）电离中辐射
X、α、γ、β射线：短波高能射线。照射度使H2O→电离→游离基→波E失活六、化学杀菌剂和抑菌剂灭菌：杀灭一些微生物杀菌、消毒：杀死病原菌防腐、抑菌：抑制微生物生长繁殖相应的杀菌剂无本质区分
（一）有机物化合物
1、酚类、医学上普遍使用的消毒剂。
杀菌机制：（1）损伤壁和膜
（2）E、蛋白质纯化、变性苯酚：常用作比较其它消毒剂杀菌效果的标准物质。
酚价（酚系数）：把被测消毒剂作一系列稀释，使其在一定温度、时间内杀死测试微生物，与在同样条件下达到同样效果的酚的稀释度相比较。用被测消毒剂的稀释度除以酚的稀释度，所得值称酚系数。
2、醇：杀菌机制（杀芽孢性较差）溶解膜中的类脂，破坏膜结构，而且使菌蛋白质变性。
（1）乙醇：70—75% 效果最好
（2）95%乙醇：使细胞表面蛋白凝固，乙醇不易渗入细胞，杀菌效果差。
3、醛类：
杀菌：能与蛋白质中的氨基酸的多种基团共价结合而使其变性。
福尔马林（37—40%）甲醛水溶液戊二醛有较强杀菌力。
4、酸可抑制微生物生长（抑制E活性）。
山梨酸、苯甲酸等都防腐作用。
5、表面活性剂杀菌：可吸附在细胞表面，改变细胞稳定性和透性使胞内物质逸出、死亡。
（1）新洁尔灭
（2）杜灭芬
（二）无机化合物
1、卤化物：F＞CL＞Br＞I杀菌效果碘+乙醇：杀菌效果很好（包括芽孢）
CL:CL2和漂白粉（HCLO）次氯酸+[O]氧化剂
2、重金属杀菌：与蛋白质中—SH基结合使之失活。
3、氧化剂：氧化作用杀菌。
例：过氧化氢高锰酸钾 餐具消毒
（三）染色剂杀菌：带阳电荷的碱性染料上阳离子能与细胞蛋白质氨基酸的羧基或核酸上磷酸基结合阻断正常代谢，G+菌一般敏感。
例：结晶紫、亚甲蓝、丫啶黄、孔雀绿等。
（四）其它
1、抗代谢物：是一类结构上与生物体内的必需代谢物相似并能以竞争方式取代它以干扰病原菌正常代谢过程的化学药剂。
（1）化学药品：对宿主和微生物的作用有选择性。
（2）消毒剂：无选择性
2、抗生素（P52）
第七章 微生物生态生命科学研究对象（10个水平）：
生物圈→生态系统→群落→种群→个体→器官→组织→细胞→细胞器→分子生态学：研究生物系统与环境条件相互作用的规律性的科学。
微生物生态学：研究微生物—微生物，微生物—其它生物的相互关系及微生物—理化等环境因子的相互作用关系的科学。
微生物实验室中纯培养条件下的生物学特性和生活规律与在自然条件下是有很大差别的。 研究微生物生态学的意义：对于保护环境，恢复环境开发利用资源，发挥微生物在工农业、医药等产业的作用意义重大。
第一节 生态系统生物圈与生态系统生物圈：地球表面进行生命活动的有机圈层多个生物系统构成。
∵是地球表面长期演化的产物∴具有层次结构和代谢功能与特点。
包括：活动于大气圈下层、水圈、岩石圈及活动于三圈界面（土壤圈）的生物组成。
生态系统是生物群落与其生存环境组成的整体系统，既是生物圈的基本单元，也是生物圈的功能单元。
生物群落：所有生物（动、植、微生物）
环境条件：生物环境：种群内、种群间→相互关系非生物环境：土、水、空、光、温、风、雨等二、生态系统中的物质流与能量流：任何生态系统都必须有能量供给才会发挥其功能（P184）
（一）能量流和食物链
1、能量流：能在不同生物间的流动称为能量流
2、食物链：能量以食物的形式从一类生物转变另一类生物，这种有依赖性的锁链式食物系统称为食物链。
低营养能-----------------------→流向 高营养能 能量的减少是单向的。
（二）物质流中的生物功能群物质流：表现为生物元素的循环。
三个功能群：（根据生物在生态系统物质循环中作用）
1、生产者：各元素----------→光→植、光合微生物→ 有机物
2、消费者：有机物----------→动、寄生微生物→ 另一有机物+能量
3、分解者：有机物----------→微生物→ 各元素+能量因此物质流是循环的
（三）生态平衡：
生态平衡发展到成熟阶段，在三方面保持平衡：
（1）生产者、消费者、分解者按一定量比关系结合。
（2）物质循环和能量流动协调畅通。
（3）溪统的输入和输出在数量上接近相等。
使生物和环境之间形成相对生态平衡协调稳定的状态。
1、定义：在生态系统内生物与环条之间形成相对协调稳定的状态，即为生态平衡。
2、平衡原因——系统有反馈机能→调节→抵抗干扰→达平衡生态系统：种群多-----------→生物多样性 动物、植物、微生物都具有多样性结构复杂：调节能力强→有限度→超界限→破坏平衡使系统失调甚至崩溃。
三、微生物生态系统的特点：
1、微环境：是指紧密围绕微生物细胞的环境。
∵与微生物的关系更为密切对微生物生存发展有更重要的影响。
∴同一土体内：有许多不同类型的微环境。 一段根系内：有许多不同类型的微环境。
2、稳定性：种类多样性决定其稳定性。
微生物（1）优势种：种类少、数量大
（2）非优势种：种类多、个体数量少。
3、适应性：改变环境能力差，一般不能抵抗环境的剧烈变化，而是通过改变群体的结构以适应新环境，形成新生态系统。
第二节 微生物在自然界中的分布一、大气圈中的微生物
1、空气中缺水、营养物质，有紫外线，不是微生物良好的生活场所，因此空气中微生物数量相对较少。
2、但不同区域微生物数量、种群差别较大。
不同条件下1m3空气的含菌量条件 数量畜舍 1～2×106
宿舍 200000
城市街道 5000
市区公园 200
海洋上空 1—2
北极（北纬80°） 0
3、空气中尘埃多微生物数量多，因为微生物是土、人、动植物体等以微粒、尘埃等形式飘逸到空气中造成的。
4、尘埃性质(由空气下界面性质决定)既影响数量也影响种群。
5、由于尘埃的自然沉降，近地表中空气微生物数量最多。
6、微生物高空记录,（1）30年代用飞机证实20Km存在微生物（首次）（生物圈上限）
（2）70年代中期又发现30Km存在微生物
（3）70年代末用地球物理火箭74Km空高采集到微生物。
（4）最后：又在85Km找到的微生物→目前已知生物圈上限。
处在同温层和大气中层的微生物包括六种：白色微球菌 Micrococus albus
藤黄分枝杆菌Mycobacterium luteum 蝇卷霉 Circinella muscae 黑曲霉 Aspergillus niger
特异青霉 Penicillium notatum（点青霉） 异性丝葚霉 Papulospora anomala（葚ren）
7、四季变化：主要因素T和湿度。
8、随气流传播→造成微生物世界性的传播。
空气消毒：（手术室、无菌室、培养室、病房）
辐射：紫外线光射熏蒸：福而马林、熏蒸剂喷雾：杀菌剂过滤：（1）离子风；（2）纱布、棉8—12层以上；（3）石棉滤板；（4）活性炭；（5）超细纤维过滤纸二、岩石圈中的微生物岩石圈中的微生物是生物学上不活跃部位，微生物种群、数量较少。
（1）岩生微生物：细菌、真菌、藻类、地衣→岩石表面和水接触处
（2）内岩生微生物：岩石下450微生物岩层中有微生物生活厌氧微生物：铁还原菌、硫酸还原菌、产甲烷菌等
（3）沙漠中：蓝细菌和细菌 极地沙漠中：真菌及地衣三、水圈中的微生物
（一）淡水生境中的微生物
1、清水型水生微生物（洁净的湖泊和水库）
（1）数量：微生物数量少（10～103/ml）。
（2）种类：① 典型清水型微生物：化能自养微生物：硫细菌、铁细菌和衣细菌等
光能自养微生物：蓝细菌、绿硫细菌、紫细菌等
②部分腐生型细菌：色杆菌属、无色杆菌属及微球菌属中一些种
③霉菌：水霉属、绵霉属等
④藻类、原生动物：因喜光、好氧常在水面生长，但数量不大。
依据对水生环境中营养物质浓度的要求把细菌为三类：
（1）贫营养型细菌：指一些在1～5mg c/L低含量有机质培养基中生长的细菌。
（2）富营养细菌：指一些能生长在营养物质浓度很高（10gc/L）的培养基中的细菌，它们在贫营养基中反复培养后即行死亡。
（3）兼性贫营养细菌：指一些在富营养培养基中经反复培养后也能适应并生长的贫营养细菌。
因为淡水中溶解态、悬浮态有机物碳的含量一般在1～26mg c/L之间，所以清水中型的腐生微生物很多都是贫营养细菌。
O．I值：某水样中贫营养细菌与总细菌数（包括贫和富）的百分比。
2、腐败型水生微生物：
（1）含清水型微生物，是水中土生微生物或土著种。
污水：城市河水；巷口附近海水、滞留的池水、地下水道水，大量的工业废水、生活废水、人畜排泄物等使有机质含量大增。
（2）同时也嫁带大量的外来腐生微生物：细菌、原生动物大量增殖。
特点：①微生物数量可达：107～108个/ml
②种类：无芽孢G-细菌最多：变形杆菌属、产气肠杆菌属、产碱杆菌属。
还有：芽孢杆菌属、弧菌属、螺菌属等原生动物：纤毛虫类、鞭毛虫类、根足虫类等。
（3）结果：微生物----------------→大量增殖→分解有机质→水变清→M数量减少另外：致病毒→随人畜排泄物→水体[不会长期存在（因条件不适）但在短时间内使传播]
（二）海水中的微生物：
海洋生境：高盐,光变化,T、压力、氧气都有大变化。
土著微生物：耐盐一般在盐2%～4%才能生长，耐静牙（600个大气压）
温度：多数属低温菌；少数是高温菌。
光合细菌和微小藻类是海洋生境中初级生产者。
四、生物圈中的微生物
（一）人体的正常微生物区系:皮膜、黏膜、消化道、尿道→大量微生物生存
1、正常菌群定义：生活在健康动物个各部位、数量大、种类较稳定且一般是有益无害的微生物，称为正常菌群。
一般情况下：正常菌群与动物体保持着一个平衡状态，在菌群内部的各种微生物间也相互制约，从而维持相对的稳定。
正常菌群：相对的、可变的、有条件的。
2、条件致病菌：凡属正常菌群的微生物由于机体防御性能降低、生存部位的改变或因数量急剧增加等情况而引起致病者称为条件致病菌。
3、内源感染：由条件致病菌引起的感染，称为内源感染。
（二）无菌动物：凡在基体内外检查不到任何正常菌群的动物称为无菌动物。
∵无菌动物（1）在没有正常群菌存在的状态下，其免疫系统的机能特别低下，若干器官变小。
（2）营养要求变得特殊，例如需要维生素K。
（3）对属于非致病菌的枯草杆菌和藤黄微球菌变的极为敏感，并易患病。
因此：∴正常群菌 高等生物是“共生复合体”。
生物界共生：广义：生活在一个环境或体系中，双方互利、一方面有利一方面受害，或利害关系不明显都可称为共生。
狭义：仅指对双方有利的关系且形成单独生活时没有的特殊结构并行使特殊功能。
五、极端环境中的微生物极端环境：是指高等动植物不能生长，大多数微生物不能生活的高温、低温、强酸、强碱、高盐、高压、高辐射、缺氧等特殊环境称为极端环境。
极端微生物：可在极端环境中生活的微生物称为极端微生物。
1、嗜热菌：自然生境（草堆、厩肥、煤堆、火山地、地热区土壤、海底火山附近）
好热放线菌、芽孢杆菌可使草堆、堆肥的温度升高、草堆自燃一般生活温度：45—65℃；高：92—98℃；最高：105℃（古细菌）
2、嗜冷菌：极地、高山、冰窖、深海等。
专性：20℃以上则死亡；兼性：范围宽可达30℃以上。
种类：芽孢杆菌属、链霉菌属；八叠球菌属；诺卡氏菌属 （—60℃～0℃环境中分离）。
3、嗜酸菌、仅分布：酸性矿水、酸性热泉和酸性土壤中。
极端嗜酸菌：可PH3以下生活。
氧化硫杆菌：PH0.9～4.5，最适PH2.5，PH0.5下还可存活 硫→氧化→ 硫酸美国：宾夕法尼亚洲的黄铁矿（FeS2）矿区可产300万吨硫酸/年。
苏联：乌拉尔煤矿区→2500吨硫酸/年。
4、嗜碱菌：分布广、碱性、中性土壤中均可分离。
专性嗜碱菌：PH11—PH12下生活，中性不生长。
已分离的有：芽孢杆菌属；微球菌属；棒杆菌属；链霉菌属；无色杆菌属等 假单胞菌属 黄杆菌属
5、嗜盐菌：盐场、盐湖、腌制海产品、死海等。盐：最适12—20%；最高32%（饱和盐水中）
仅已分离到：盐杆菌属的几个种，其细胞膜是红色的可防光化学损伤。
6、嗜压菌：仅分布深海、深海油井。
嗜压菌必需生活高静压条件下：几百—1千多的静压下正常生活，正常大气压下几乎停止生长。
六、农产品中的微生物：
估计2%的粮食因霉变而损失了（全世界）
各种粮食上的主要微生物大米：
灰绿曲、白曲、黄曲、赭曲霉、桔青霉、圆弧青
面粉：
黄曲、谢互曲、青霉、毛霉
小麦：
曲霉、青霉、芽枝霉、链格孢霉、葡萄孢霉、镰孢霉、长蠕孢霉、基点霉、木霉、拟青霉
玉米粉：
黄曲霉、青霉、葡萄青霉
花生：
黄曲、灰绿曲、溜曲、桔青、绳状青、根霉、镰孢霉、粘霉、基点霉
真菌毒素：已发现100多种，14种致癌，2种剧毒（1）黄曲霉毒素细菌；（2）单端孢烯族（镰孢霉）毒素T2。
据报道：自制酱中：12.5%含黄曲霉毒素（天然发酵）
我国：黄曲霉中，产毒菌株30%左右。
第三节 土壤圈及其微生物一、土壤中微生物的分布（土壤具备微生物生存的一切条件因此是微生物的“大本营”）
1、微生物数量,细菌（～108）﹥放线菌（～107）﹥霉菌（～106）﹥酵母菌（～105）﹥藻类（～104）﹥原生动物（～103）
据估计：每亩耕作层土壤中细菌湿重=90－225kg（如土壤有机质以2%计算，则所含细菌干重约为有机质的1%左右）。 微生物活动→改变土壤性质，是土壤肥力的重要标志。
2、不同土质中微生物数量我国主要土壤含菌量（3个/g干±）
土类
地点
细菌
放线菌
真菌
暗棕壤
黑龙江呼玛
2327
612
13
棕壤
辽宁沈阳
1284
39
36
黄棕壤
江苏南京
1406
271
6
红壤
杭州
1103
123
4
棕钙土
宁夏宁武
140
11
4
楼土
陕西武功
951
1032
4
3、土壤中微生物垂直分布（P191表8—1）
4、土壤团粒结构与微生物团粒（团聚体）：是微生物在土壤中生活的微环境之一，因团聚体内外的条件不同微生物分布也不一样。
二、根圈微生物（根际微生物）
（一）根圈及根圈效应
1、根际（根圈）：指生长中的植物根系直接影响的土壤范围。包括根系表面至几mm的土壤区域，是植物根系有效吸收性养分的范围，也是根系分泌作用旺盛的部位，因而是微生物和植物相互作用的界面。
2、根圈效应：同根圈外土壤中微生物群落相比，生活在植物根圈中的微生物在数量、种类和活性上都有明显不同，表现出一定的特异性，这种现象称为根圈效应。
结果：离根越进微生物数量越多。
（二）根圈微生物类群
1、细菌：一般以G-无芽孢为优势：假单胞菌、黄杆菌、土壤杆菌、无色杆菌、色杆菌、肠杆菌、节杆菌、分枝杆菌等。
但随根系生长，老化：→棒状杆菌、芽孢杆菌、放线菌逐渐增多。
2、真菌：随植物生长根际真菌逐渐增多。
3、原生动物：以细菌为食，它们的消长与细菌数量有关，平衡体。
（三）根际微生物对植物影响：
1、改善营养条件（1）分解各种元素；（2）解磷、钾、固氮。
2、分泌植物生长刺激素。
3、分泌抗生素杀死病原菌→生物农药
4、产生铁载体：保护植物免受病原菌侵害。（竞争微量三价铁）。
5、有害：（1）引起病害；（2）分泌毒素→抑制发芽、幼苗生长等；（3）竞争养分三、土壤中微生物的种群结构微生物群落：在自然生境中许多微生物群体在一起构成相对平衡的生物群落称为微生物群落。（微生物区分是静态的）
群落中：群体和群体、群体内部之间相互作用→复杂关系以二种微生物为例：说明微生物和微生物的关系
1、互生关系：一种微生物的生活动对另一种微生物产生有利影响，而本身不受害也不得利。（也称偏利关系）。
互生共栖：二种微生物尽管独自生活，但他们的生活对其伙伴产生有利影响（互相提供营养或消除有害物质）。
2、共生关系：两种微生物之间的互惠作用。两种微生物在一起时形成特殊的结构并行使特殊功能功能，两者高度协调和彼此得利。
地衣：藻+真菌 90—95%
蓝细菌+真菌 5—10%
3、对抗关系：
（1）竞争：二微生物之间相争夺双方均需要的生活条件。
（2）拮抗：一种微生物通过产生特殊代谢产物或改变环境条件中来抑制或杀死另一种微生物的现象称为持抗（偏害共栖）。
特异性拮抗：是微生物产生的特殊次生代谢产物，特异性地杀死一种或少数几种微生物。
非特异性的拮抗：持抗作用没有选择性。
（3）寄生：一种微生物寄生在另一微生物细胞中或表面，从后者取得养料引起前者病害或死亡。 受害：寄主；得利：寄生物
（4）捕食：一种微生物直接吞食另一种微生物的现象。
原生动物→细菌（在一定平衡条件下消长）
第四节 微生物同植物动物的共生关系第一部分 微生物和植物的共生关系类型细菌和植物的共生
（一）根瘤菌和豆科植物的共生体系豆科植物的结瘤情况经调查：
豆科（2万种）碟形花亚科：90%（木本、草本都结瘤）
含羞草亚科：90%以上种结瘤；苏木亚科：1/3种结瘤
2、根瘤菌和豆科植物共生关系的专一性
（1）根瘤菌 有一定的专一性
（2）有效根瘤：由有效菌株浸染而形成的根瘤无效根瘤：没有固氮能力的根瘤有效菌株在不同植物品种上表现不同：有效或无效
3、根瘤菌互接种关系：将能够利用同一根瘤菌菌株形成的共生体系的豆科植物称为互接种关系。
大豆族：只有大豆一种豇豆族：豇豆、花生、绿豆、赤豆、猪尾豆、胡枝子等。
菌株寄生范围：（1）有的很宽：不同种族可互相感染，非豆科也可结瘤。
（2）有的很窄：专一性很强。
影响因素：遗传因素。
（二）根瘤菌和榆科植物可和榆科中许多木本植物共生结瘤固氮。
（三）弗兰克氏放线菌和植物的共生体系
1、放线菌结瘤植物：能够同弗兰克氏放线菌形成根瘤的植物称为放线菌结瘤植物。
已知：24属（7目、8科）
2、弗兰克氏菌：放线菌纲弗兰克氏菌科。
（四）蓝细菌和其它生物的共生体系少数蓝细菌（鱼性藻属、念珠藻属等）：能够同其它生物形成共生固氮体系。
许多生物：真菌、台藓、蕨类植物、裸子和被子植物可和蓝细菌共生固氮二、真菌和植物的共生菌根：真菌和植物根系形成的共生联合体称为菌根。
自然界中大部分植物可形成菌根。（1）改善营养、调节代谢。（2）增强植物抗逆性
（P245表10—3菌根类型）
第二部分 固氮根瘤一、根瘤的形态和结构
（一）外形：（P246 图10—1）
外形：植物决定的茎瘤：
（二）结构二种类型（P247 图10—3）
有限根瘤：无分生组织；
无限根瘤：有分生组织，成熟后可连续生长。
类菌体：存在于含菌组织中的根瘤菌在形态和功能上都同培养基上生长的根瘤菌有很大区别，形态不规则，称为类菌体。
不同植物类菌体形态差异：蚕豆→梨形或膨大杆状花生→大圆球形 大豆→杆状（稍膨大）
类菌体周膜：由寄主细胞合成的包裹着类菌体的膜状结构。
类菌体周膜内外存在豆血红蛋白：根瘤中氧气调节重大作用。
其中蛋白质：寄主合成血红素：类菌体合成固氮线：在有些木本豆科植物根瘤含菌细胞中，类菌体都存在于类似侵入线的结构中，而不是被类菌体周膜所包裹，这种含菌特殊结构称为固氮线。
（三）豆科与非豆科根瘤的异同放线菌根瘤：看作是变态的侧根（P249图10—7）
内生菌（寄生细胞内）三种形态（1）营养菌丝：新感染的
（2）泡囊、颗粒,老化的寄生细胞内常形成二、根瘤的形成
（一）（二）（三）略
（四）根瘤功能的产生和持续
1、固氮作用：固氮E合成和LB（都血红蛋白）同时形成。
LB→O2结合,降低自由氧气浓度
↓ ↓
LBO2→又可释放氧气 → 调节氧气浓度
↓
使类菌体呼吸、固氮协调进行
2、根瘤的持续和衰败
（1）无限根瘤：固氮开始→提供给植物利用，根瘤浸染和新细胞产生继续进行，可持续几个月
（2）多年生豆科根瘤：→持续数年（根瘤生长和固氮）
（3）有限生长型根瘤：固氮后先用于根瘤本身生长然后再供给植物寿命较短：大豆：60天左右。
三、根瘤的固氮作用
（一）氮素的固定和氨的同化自生固氮：在细菌生长发育过程中固氮。
其生固氮：根瘤菌发育成类菌体并停止生长繁殖时开始固氮。
根瘤的固氮能力固氮率：植物种类；能量供应；化合氮多少都是影响因素共生固氮平均提供豆科植物氮素的50%—75%（具体固氮多少决定于：植物种类及条件）。
植物（P256 表10—5）
最高植物（豆科植物）：三叶草、苜蓿的固氮率最高→250KgN/公顷大豆、花生：100 KgN/公顷（平）
具喙田菁：700 KgN/公顷
（2）化合态氮：少量时对根瘤形成固氮有促进作用——“起爆氮”。
过量时：抑制根瘤形成或形成也不固氮，浪费氮肥，也加重污染。
（3）有效根瘤、无效根瘤有效根瘤：可固定足够的氮供植物利用。
无效根瘤：不固氮或固氮极少、植物得不到益处。
固氮量：（1）根瘤数（数量及有、无效比例）
（2）每个根瘤中含菌组织的体积。
（3）根瘤寿命及含菌组织的持续时间完全无效根瘤：寄生物对植物有害（但为害不重）
2、固氮产物的同化：绝大多数分泌到植物细胞质中→同化（豌豆、羽扇豆）酰胺型
→同化（大豆、豇豆）酰脲型
（二）植物生长发育与固氮作用动态变化
1、碳、氮供求关系大豆：固氮1gN→12g碳水化合物豌豆 根系→42%（光合碳化物） 83%呼吸
17%生长根瘤→32%（光合碳化物）16%用于生长
37%呼吸、产能
47%以氨基化合物→转运出去光合产物1/3光合碳化物→根瘤代谢消耗了氮,6%→保留在根瘤中
7%→根生长
87%→地上部
2、植物生长与固氮作用的动态当：（1）新叶中氮快耗尽时，根瘤形成并开始固氮。
（2）随生长、光合作用产物增多，固氮增加，但由于植株的生长消耗，固氮量一直都很有限。
（3）转向生殖生长时：碳化合物除供给生殖器官外，由于植株已停止生长，而此时有效也面积最大，因此固氮量最大，达顶峰
（4）接近生理成熟时，固氮急剧下降。
（三）根瘤中氧气供给调节三层屏障（1）木栓层：阻碍气体扩散，包括氧气扩散
（2）内皮层：细胞排列紧密，氧气扩散造成障碍。
（3）豆血红蛋白：促进氧气扩散，结合氧气降低氧气浓度。
第三部分 菌根的形态和功能一、外生菌根：在木本植物较普遍（乔、灌木）分布广泛，（30余科植物中许多属可形成菌根）。
松科植物：专性外生菌根植物，如没有外生菌根则不能生长或生长不好。
菌根真菌：（1）担子菌为主、子囊菌为次，个别：接合菌、半知菌
（2）多数为广谱寄生→美味牛肝：针、阔叶松乳松：松、樟少数为专性寄生例：小牛肝菌：→落叶松（专性）
毒鹅膏菌→麻栎松茸→赤松
（3）多数可形成美味子实体
（4）人工条件下很难纯栽培。
(一)形态和结构
1、菌套：菌根真菌的菌丝在植物营养根的表面生长繁殖，并交织成套状结构包在根外称为菌套。 菌套使营养根变粗，膨大→替代根毛作用。
2、哈蒂氏网：在菌套内层有许多菌丝透过根的表皮进入皮层组织，在外皮层细胞间蔓延，将细胞逐个包围起来，形成一种特殊的网状结构称为哈蒂氏网。
哈蒂代网有利于菌丝和植物细胞间的物质交流。
影响菌根形成因素：土壤影响最明显。
（1）有机质丰富土壤、菌根易形成。
（2）通气状态好，易形成。
（3）土壤有效养分适度：中等偏下较合适。
过多、过少不利于菌根形成。
（三）外生菌根的作用（共生关系）
有益：1、对植物营养和生长作用：
（1）扩大寄主植物的吸收面积。
（2）产生生长刺激素：吼哚乙酸等。
2、防御林木根部病害
（1）外生菌根根圈微生物群落起防御病原菌侵袭作用。
（2）菌套和哈蒂氏网起机械屏障作用。
（3）外生菌根刺激植物根系分泌抑菌物质。
（4）外生菌根真菌产生抗生素类抑菌物质。
二、丛枝菌根陆生植物80%有丛枝菌根（典型内生菌根）不能形成的只有十几科。
（一）丛枝菌根的结构（P263 图10—18）
1、菌丝：
（1）外生菌丝：在根的外面扩散，发达时可在根的外围形成一松散的菌丝网，但不会形成菌套。菌丝顶端常形成厚垣孢子。
① 厚壁菌丝：粗糙、壁厚、原生质稠密，直径20—27μm，寿命较长
② 薄壁菌丝：由厚壁菌丝长出，较细2—7μm，穿透力强，吸完营养，吸收完营养后细胞质可索回到厚壁菌丝内并行成隔，后调萎，寿命短。
（2）内生菌丝：外生菌丝穿透根的表皮进入皮层细胞间或细胞内即为内生菌丝。
2、丛枝：内生菌丝在皮层细胞内，经过多次双叉分枝成为灌木状结构称为丛枝。
丛枝形成时寄主细胞发生以下变化：
（1）细胞质活性明显增强；
（2）形成新的细胞器（线粒体、内质网、核糖核酸等）；
（3）核增大2—3倍；
（4）贮藏能量物被利用；
（5）呼吸作用增强；
（6）丛枝分解后细胞恢复正常。
3、泡囊：（不普） 有些丛枝菌根内生菌丝顶端膨大形成圆形或椭圆形泡束，内有贮藏物、有繁殖能力可长期存活。
4、孢子和孢子果：
厚垣孢子：外菌丝顶端常形成垣孢子。较大：100—200μm 最大：500μm
有的可形成孢子果。
（二）形成过程（P264，图10—19）
重点：1：从枝形成。
2、影响从枝菌根形成因素：
（1）土壤中菌根菌繁殖体（孢子、菌丝、菌根片断）、数量及萌发速度。
（2）菌种侵染能力。
（3）根系发育的好坏。
（4）环境因素：温、光、水、营养、PH、气
（三）分类（丛枝菌根真菌）
接合菌亚门1、球孢霉目（为主）（1）豆孢霉科 ① 巨孢霉属；② 盾孢霉属
（2）球孢霉科 ① 球孢霉属；② 硬果孢霉属
（3）无柄孢霉科 ① 无柄孢； ② 内养孢霉属
2、内囊霉目 只有内囊霉科的内囊霉属
（四）丛枝菌同根植物代谢与生长的关系
1、植物供给丛枝菌根碳水化合物。
2、丛枝菌根增加了根圈的范围：吸收水、抗旱、改善营养条件
3、帮助植物吸收营养：
（1）磷：最显著作用：提高低磷土壤中植物吸收磷的作用。
作用机制：提高吸收范围，形响微生物区系、提高磷的可供性。
（2）其它元素：明显提高吸收和运送效果。
4、丛枝菌根真菌与其它微生物关系：
（1）共生固氮微生物：促进根瘤形成和固氮作用。
共生细菌：很多丛枝菌中共生有大量细菌，可能与氮代谢有关
（2）根圈微生物：增加根圈微生物数量→通过→促进植物的生长实现的。
5、丛枝菌根与植物病害矛盾：减轻病害为主，报道的65%；
相反报道：较少，不足35%。
假说：抗病微生物在生物地球化学循环中的作用
在生物圈内物质循环的过程中，以高等绿色植物为主的生产者，在无机物的有机质化过程中起着主要的用；以异养型微生物为主的分解者，在有机质的矿质化过程中有着不可代替的作用。两者相辅相成，缺一不可，共同推动着生物圈内的物质循环，使生态系统保持平衡。
1．微生物在碳素循环中的作用
碳素是构成各种生物体最基本的元素，它在自然界中的蕴藏量极为丰富，各种有机物质中都含有碳素，但植物不能直接利用碳素来合成有机物质，只能利用CO2，而空气中二氧化碳含量仅占其容积的0.03%，如果没有补充，空气中二氧化碳就会被植物用尽。然而地球上自出现高等植物以来，空气中二氧化碳的量从未减少，并始终保持平衡。其主要原因就是微生物在分解有机物的过程中，不断释放二氧化碳。据估计，地球上的二氧化碳有90%是由微生物的生命活动产生的。由绿色植物和微生物所引起的上述两个相反的过程，同等重要缺一不可，正是由于这两个相反的过程在生物圈内循环不已，既使自然界的碳素处于不断地转化之中，又维持着地球上生命的延续和人类生活环境的自净作用。
2．微生物在氮素循环中的作用
氮素是合成蛋白质及核酸等成分的最主要物质。所以它是生物必需的主要营养要素之一。地球上氮素的循环主要是通过生物学的过程进行的。空气中的氮气主要是通过固氮微生物的作用，转化成氮素化合物。进入土壤或水域中的有机含氮化合物主要有蛋白质及其各级降解产物，此外还有尿素、嘌呤和嘧啶类物质。这些含氮有机物无论是在有氧或无氧的条件下，均可被不同的微生物经氨化作用转化为氨。氨在有氧的条件下又可通过硝化作用氧化成硝酸。铵盐和硝酸盐是植物和许多微生物良好的无机氮素营养物质，它们可被植物和微生物吸收利用，因此经过氨化作用和硝化作用后，是否能及时地给植物提供速效性的氮素养料，这与土壤中有机残余物成分中的碳、氮比率有关。硝化过程中所形成的硝酸盐，在无氧条件下被反硝化细菌还原成为分子态氧，归还到大气中去，从而降低土壤肥力，对农业生产不利，在农业上采取中耕松土的方法，以抑制反硝化作用。但是反硝化作用是生物圈内氮素循环中不可缺少的环节之一，土壤中淋溶损失的硝酸盐，最终流入海洋中，如果没有反硝化作用的存在，它就会在海洋中越积越多，势必使生物圈中的氮素循环无法进行。同时反硝化作用还能使淡水中的NO3—减少，从而消除了高浓度的NO3—对生物的毒害作用，保持了淡水的饮用性。
综上所述，氮素在生物圈中经过固氮作用、氨化作用、硝化作用、反硝化作用，以及植物和微生物的氮素同化作用，在相应微生物的作用下，处在不断地循环之中，所以，微生物在自然界的氮素循环中，有着极其重要的作用，它直接关系到农业的收成和人们的健康。
3．微生物在磷素循环中的作用
磷是生物体组成成分的重要元素之一，但土壤中所含的速效性磷一般不能满足作物的需要。自然界通常有较多的磷元素存在于难溶性的无机物（磷酸三钙）和有机物中（核酸、卵磷脂等），不能被植物直接吸收和利用，自然界有许多微生物在其生命活动的过程中，能产生有机酸、硝酸、硫酸和碳酸，这些酸类都可以使不容性的磷酸三钙变为植物可利用的磷酸盐，从而提高了土壤中可给性磷素的含量。土壤中有些微生物（如无色杆菌属和假单孢菌属的某些种）产酸能力特别强，可增加土壤中可溶性磷酸盐的含量，这种细菌制品叫做无机磷细菌肥料；土壤中有许多微生物如蜡状芽孢杆菌、蕈状芽孢杆菌、多粘芽孢杆菌等对有机磷化物的分解能力比较高，它可加速含磷有机物质向有效性磷的转化过程，这种细菌制品叫做有机磷细菌肥料。由上可知，微生物在自然界磷素转化过程中同样具有十分重要的作用。
4．微生物在硫素循环中的作用
硫是生物中的甲硫氨酸、胱氨酸、半胱氨酸、辅酶A、硫胺素及生物素等含硫有机物的组成元素之一，是生物体必需的主要营养元素成分。在成土矿物中虽然含有元素硫，但植物不能吸收利用。自然界中有不少硫化细菌，如氧化硫杆菌等能把硫和硫酸盐氧化成硫酸。硫酸再与碳酸钙等物质反应形成硫酸盐，硫酸盐可被植物吸收利用并和称为含硫有机物。当含硫有机物随动植物遗体或动物排泄进入土壤或水域后，能在一些微生物的作用下，在氨化的同时经过脱硫氢基的过程生成硫化氢。硫酸盐可被自然界存在的反硫化细菌还原成硫化氢，如脱硫弧菌为专性厌氧性细菌，具有强烈的反硫化作用，它在氧化有机物的过程中，以硫酸盐作为电子的最终受体，使之还原为硫化氢。自然界中存在的一些丝状的硫细菌如贝日阿托氏菌属等均能把硫化氢转化成元素硫并贮藏于体内，如果环境中缺乏硫化氢时，它们则把体内贮藏的硫粒进一步氧化成硫酸。一些光能自养型微生物入囊硫菌属，硫螺旋菌属等菌体内含有光合色素，在日光下以硫化氢作为供氢体，把硫化氢氧化成为体中积累的元素硫，当环境中的硫化氢缺少时，便将体内的元素硫氧化成为硫酸。
第六节 微生物与环境保护
一、微生物对污染物的降解与转化
外源污染物是非生物合成的不易分解的污染环境的物质，它们通过各种渠道进入水系、土壤、污泥中，从而产生环境污染物质。
（一）微生物对污染物的降解微生物对合成农药的降解除莠剂敌草隆在未消毒的土壤中降解很快，而在对比的消毒土壤中却降解很慢。大量试验证明，微生物对绝大所数非天然有机物的降解起着重要作用。不同农药种类在土壤中降解的快慢相差很多。
微生物对偶氮化合物的降解在天然环境中存在的少量偶氮化合物，在好气和厌气条件下都能被多种微生物分解。例如，枯草杆菌分解对氨基偶氮苯:苯胺和对苯二胺在进一步被分解。
偶氮化合物是印染工业中极为重要的原料。复杂的人工合成染料和高浓度的含染料废水如果直接排放，就会造成水源的严重污染，在排放前需要进行严格的净化处理。
微生物对氰和腈的降解由于石油化学工业的发展，含有机腈化物（如丙烯腈）和无机氰化物的废水排放量很大。在低浓度下，多种微生物都有分解腈和氰的能力。但在工业废水的高浓度下，同样需先经过严格的净化作用。
塑料的微生物降解增塑剂苯二酸衍生物和磷酸衍生物不易被降解；脂肪酸类和二酸衍生物易被降解。
光照、分子量小于5000的易降解石油的微生物降解降解石油的微生物有细菌、放线菌、真菌（霉菌和酵母菌）、藻类。
降解石油的微生物的应用：石油勘探；解除环境污染；石油脱蜡；单细胞蛋白。
微生物对受污染的深层土壤和地下水的治理
在受污染区周围种植深根、耐水杨树，构成缓冲隔离区拦阻污染物质的外泄，并予以降解。植物根圈是受植物活根影响的区域，由于根圈效应，微生物数量增加，待卸能力增强，相应的降解作用也更为旺盛，特别是树木，其根系发展的范围和表面积的大小是十分有利于污染物的降解的。氧气的供应是加快有机质分解的重要因子。有些植物具有很好的输氧系统，能将光合作用产生的氧从叶部通过茎输送到根部，并分泌岛根圈土壤中。植物在生长过程中，不断地从土壤中吸收水分和养分，部分有机污染物亦随水分而进入植物体内，经过植物的代谢而分解。
（二）微生物对污染物的转化
1.微生物对农药的转化：
（1）微生物在农药转化中的作用：
矿化作用：有许多化学农药是天然化合物的类似物，某些微生物具有分解它们的酶系。它们可以作为微生物的营养来源而被分解利用，如某些衍生物的苯氧羧酸，脂族羧酸和某些有机磷化合物等。
共代谢作用：有些合成的有机化合物不能被微生物降解，但若有另一可供作碳源和能源的辅助基质同时存在，它们则可被部分分解，这个作用称为共代谢作用。
（2）微生物转化农药的方式
去毒作用：即经微生物作用后变有毒为无毒。
活化作用：即经微生物作用后变无毒为有毒或使有毒物质毒性加剧。有些化合物是无毒的，但在降解过程中形成的中间产物有毒，而且有的中间产物能持续一段时间，从而对生态环境带来影响。如无毒的2，4—DB经微生物作用转化2，4—D后，才能起除草剂的作用。
结合：复合或加成作用，使微生物的代谢产物与农药结合，形成更复杂的物质，如氨基酸、有机酸、甲基或其它基团加在作用底物上。
改变毒性谱：这是另一类具有生态意义的转化作用，它能将对某一类生物有毒的物质转化成影响另一类生物的产物。著名例子就是五氯苯醇的脱卤作用和氧化作用，五氯苯醇是日本用于防治真菌病害的一种农药，它对水稻是无害的，但将吸收了这种杀虫剂的水稻残茬翻耕入土壤后，这种化合物可经共代谢作用转化成三氯或四氯化苯酸，丧失了杀真菌性能，却可以抑制水稻后作植物的生长。
消效作用：这是另一种酶促去毒作用。在模拟生态系统中证明，一种具有潜在毒性的化合物在转化成有毒物质以前，其分子进行了另一转化，使毒性去除，如2，4-二氯苯氧丁酸可能转化成植物毒素2，4—二氯苯氧乙酸，但在此之前，由于微生物的酶促裂解作用，它被转化成无毒的2，4—二氯苯酚。
2.合成洗涤剂的微生物转化
（1）结构：脂肪族、芳香类、环类。 硬型烷基苯磺酸钠难降解，软型易降解
（2）菌种和条件：好氧
（3）降解：加氧方式降解
3.多氯联苯的微生物转化
（1）条件：好氧、光照、含氯多少（含氯多，难降解）
（2）菌种：诺卡氏菌、酿酒酵母、解脂假丝酵母
（3）产物：二氧化碳和水二、有毒元素及重金属的转化汞的污染和微生物转化在土壤和水体等自然环境中，汞的浓度很低，一般不超过1ppm，但由于它在工业中被广泛利用，煤炭、石油等燃料中也含有一定量的汞，同时它也是某些农药的成分。随着工业废水的排放，农药的应用和煤炭、石油的燃烧，汞被不断地引入自然环境。通过生物对它的富集作用和它的高毒性可以造成严重的危害。
在自然界，汞以三种状态存在：Hg0、Hg+,Hg2+。一价汞通常成二聚体Hg+—Hg+，歧化生成Hg0和 Hg2+。主要的汞矿是硫化物。HgS俗称朱砂，溶解性极低，在厌氧环境中一般无变化；在通气条件下HgS则发生氧化作用，这可能是由于硫杆菌属的细菌作用，导致了Hg2+的形成。很多细菌能行解毒作用，将可溶性的Hg2+转化成Hg0—元素功。在实验室培养的细菌，如芽孢杆菌属，梭菌属、分歧杆菌属和假单孢菌属的细菌以及曲霉属、脉孢霉属的真菌和酵母菌都能将Hg2+转化成甲基汞和二甲基汞，这与辅酶—维生素B12的作用分不开。甲基汞的毒性比汞Hg+或Hg2+大100倍，二甲基汞可以挥发逸入大气，它的形成速率低于甲基汞。有些微生物能还原甲基汞成 Hg0和甲烷。土壤中的汞通过植物根而被植物吸收，大气中的汞则可通过叶片被吸收。长期食用含汞量稍高的植物也可引起汞中毒。
从G+和G-细菌中分离出的许多质粒上都发现有抗重金属的基因。某些抗药性质粒同时也具有抗汞和抗砷的基因。从金黄色葡萄球菌中分离出的一种大质粒上发现有抗汞、镉、砷等元素的抗性编码。
砷的污染和微生物转化砷是非金属元素，在自然界主要以氧化物（如白砷石As2O3）和硫化物(如雄黄As4S4，雌黄As2S3)存在。砷是一种毒物，俗称砒霜，即三氧化二砷，微溶于水，溶于水后生成亚砷酸（H3AsO3），亚砷酸离子（3+）比砷酸(H3AsO4)离子（5+）更毒。
污染环境的砷化合物的来源是多方面的，因为亚砷酸盐和有机砷化物被用于制作农药和染料，一些含磷酸盐的洗涤剂中也含有少量砷，这些都是砷污染源。砷在土壤中通过微生物的作用能够甲基化，如土生假丝酵母菌、粉红粘帚霉和青霉能使单甲基砷酸盐和二甲基砷酸盐形成三甲基砷。有些甲烷细菌能够利用砷酸盐生成甲基砷。许多微生物能将污水和污泥中的砷转化成三甲基砷。在许多生物的体内发现有甲基砷化合物，而且其合成率还很高。许多细菌，如无色杆菌、假单孢杆菌、黄杆菌、节杆菌和产碱杆菌能将亚砷酸盐氧化为砷酸盐；另一方面，甲烷细菌、脱硫弧菌，某些微球菌在厌氧条件下又能将砷酸盐还原成毒性更强的亚砷酸盐。
镉的污染和对微生物的影响镉是毒性较强的金属。镉中毒主要来自金属镉和Cd2+的盐类。镉与锌为同族元素，性质相似。镉能从锌酶中将锌取代出来，从而破坏了锌酶参与的化学反应。此外，镉中毒还能引起骨病、心血管病和呼吸道病。在现代工业中，由于镉的大量使用，对环境的污染日益严重，威胁着人们的健康。镉的污染主要来自矿山、冶炼厂、电镀厂、电池厂，特种玻璃制造厂和化工厂。随着这些厂矿废水、废渣、废弃的排放，使广大农田和水体遭受污染。镉水平随土层的加深而迅速增加，但其积累负荷量还远远低于应用污水、污泥引起的镉水平的增高。
镉对植物的危害程度属于中等，但容易被植物积累。通过食物链而影响人体健康。不同的植物对镉的摄取累积能力是不一样的。许多研究提出，叶菜类蔬菜比谷类作物摄取利用镉的能力强。微生物具有较强的适应性，一般均能耐较高的镉浓度，如：Zwarum（1973）所作的镉对大肠杆菌的毒性试验表明，当镉浓度上升到6mg/l时，菌数才有下降的趋势；Walter(1975)的试验指出，土壤镉的浓度达到14.6ppm后，对细菌、酵母菌才呈现不良的影响。罗素群等曾研究过镉对曲霉的影响，认为曲霉是处理工厂含镉污水最有前途的一类微生物。
硒污染与微生物转化硒是维持人和哺乳动物健康生长的必须元素，但对它的需要量却很少，超过了需要两句就会引起中毒。土壤中硒的可能存在形态有：硒酸盐、亚硒酸盐和原苏硒。元素硒在土壤中的氧化作用不分是非生物学的，部分则是微生物代谢的结果。光合紫细菌能氧化硒为硒酸盐。加到土壤中的硒酸盐或亚硒酸盐能被多种微生物还原，如假丝酵母属、梭菌属、棒杆菌属、微球菌属、根瘤菌属中都有能引起这一转化的种类。硒酸盐或亚硒酸盐被还原时所积累的终产物是元素硒,而不是硒化氢，这一点与硫酸盐的还原作用不一样。元素硒可以用显微镜检查出来，因为这一金属以明显的红色颗粒聚积于细胞内。硒像汞一样容易产生甲基化作用，其产物为二甲基硒醚。可进行这一反应的微生物有曲霉、假丝酵母属、头孢霉属、棒杆菌属、镰刀菌属、青霉属和一些细菌。产生于土壤中的二甲基硒醚可释放入大气。
三、微生物与污水处理
在污水的生物学处理过程中，微生物起着特别重要的作用，它们能将水体中的含碳有机污物分解成CO2、H2S、CH4等气体；将含氮有机污物分解成氨、硝酸、亚硝酸和氮；能使汞、砷等对人体有毒的重金属盐类在水体中进行转化，以便与回收或出去；同时在污水处理的过程中，许多病原性寄生物常因环境不适而死去。因此利用微生物的活动，清除水体中的污染物质，使环保工作的重要课题之一。 根据污水处理过程中起作用的微生物对氧气要求的不同，可将污水生物处理分为需氧处理和厌氧处理两大类。常用的方法有：活性污泥法、生物膜法、氧化塘法、厌氧消化法和土地处理法五大类型。下面以应用最广的活性污泥（activated sludge）法为例，介绍污水处理的微生物学原理。
污水的处理分为一级处理和二级处理，有时还有三级处理。一级处理是活性污泥法的预处理，其功能是去除砂、浮渣、浮油和部分悬浮物。二级处理是利用需氧微生物去除水中的有机物。 其做法是让经过一级处理的污水与回流污泥混合后流入曝气池，曝气3~8小时，这时污水的一部分有机物作为活性污泥微生物的营养源和/或能源而被去除，另一部分则随污泥进入二级沉淀池而被沉淀。在二级沉淀池中的停留时间一般为2~3小时。污泥沉淀后，固液分离，清液流出，沉淀的污泥小部分回流再生，大部分为剩余污泥排出池外。污水经过二级处理后，BOD值可下降75~90%，但这并不表示污水中所含有机物已被矿化了这么多，因为大部分有机物质和细菌的细胞物质都吸附在活性污泥中，并未被矿化，它们随污泥沉淀在二级沉淀池中。因此，污泥从二级沉淀池中排除后，按正规的工艺流程还得注入厌氧消化塔中，经进一步的厌氧消化过程，污泥才能使用，一般使用作肥料。
在污水处理过程中，微生物是以活性污泥的形式存在并起作用的。所谓活性污泥就是以需氧性细菌为主体的微生物与水中的悬浮物质、胶体物质聚集在一起形成肉眼可见的絮状颗粒，也称絮状体。活性污泥有较强的吸附力，pH缓冲力和氧化分解有机质的能力。 活性污泥中的微生物类群非常多，但其中的主要成员为细菌，特别是异养细菌占优势，伴以腐生的原生动物，它们构成基本的营养层次。然后是以细菌为食料的捕食性原生动物占优势。
四、微生物降解质粒及其应用
随着分子生物学和分子遗传学的发展，已有人尝试通过基因工程的手段去选育出能降解某些合成化合物的高效菌种，以加速这些物质的转化。降解质粒的发现，开辟了利用质粒分子育种和基因工程手段治理环境污染的新途径。
各种合成化合物能否被微生物降解，决定于微生物能否产生相应的酶系，而酶的合成直接受基因的控制。近年来的许多试验证明，合成化合物降解酶系的编码大多在质粒上，如2，4—d的生物降解，即由质粒携带的基因所控制（Chakrabartar,1978）。简浩然（1986）等获得了一株携带六六六降解质粒的假单孢菌，并成功地将这一质粒转移到了大肠杆菌和恶臭假单孢菌的菌株中，使后者获得了降解六六六的能力。
五、环境污染的微生物监测测定水污染的指标:
污水中的污物浓度指标和净化程度，普遍采用单位体积水中氧的消耗量，亦即BOD和COD这一间接指标予以指示。
BOD (Biochemical Oxygen Demand)——生化需氧量
BOD是目前污水处理中用得很广泛的污染指标和净化指标，它是指在有足够溶解氧的条件下，微生物分解有机物时的好氧量，常用BOD5，即5日生化需氧量，表示在20℃下，将污水培养5日后，1升污水中溶解氧的消耗量。BOD20为20日生化需氧量。不加特殊说明BOD是指BOD5。如果污水含有不利于微生物生长的毒物，抑制了微生物的生长，或者因为污水中的营养太单一，微生物不能很好生长，这时若用BOD做指标则意义不大，因为它不能真实反映污水的污染情况，因此得采用另一指标COD。
COD (Chemical Oxygen Demand)——化学需氧量
COD 是用强氧化剂（K2Cr2O7或KMnO4）使污染物氧化所耗氧量。被氧化的物质包括有机物和无机物，测定的结果分别标极为CODCr或CODMn，不表记时，COD系指CODCr。在常用的两种氧化剂中，KMnO4的氧化能力要弱一些，用它时，往往只有60%左右的污染物被氧化。K2Cr2O7的氧化能力强，氧化率达80—100%。因此实际使用中常把CODCr 的测定值近似地代表污水中的全部有机质含量。
BOD表示的是污水中可生物降解的有机物，而CODCr 值表示的接近污水中全部的有机物，因此BOD/COD值越大，表明污水所含的污染物质中可生物降解的部分所占的比例越大，亦即污水的可生物降解性好。
第八章 微生物的应用第一节 微生物接菌剂土壤中：微生物群落对作物生长有重要影响。
如果：往土壤中人为接种有益微生物，可以改变土壤中微生物土著种群，有益植物生长。且因减少过度施肥减少污染应用前景十分广阔。
一、接菌剂的性质定义：1、菌肥（菌剂）（生物肥）：利用有益微生物为植物提供有效养料促进生长的微生物接种剂。
菌剂：用量十分小，同无机肥、有机肥有重大区别。
定义2、微生物农药：利用微生物防治植物病虫害和清除杂草，这类微生物制剂称为微生物农药。
应具备：（1）活菌剂、活菌数要达标 5亿个/g。
（2）在土壤中可存活，与土著细菌竞争可显优势。
（3）对植物有利而且对人、畜无害。
（4）吸附剂：草炭或土壤；
植物材料：稻壳、有机肥；
惰性材料：无机、有机二、接菌剂的应用土壤微生物静态平衡：各种土壤都有一定的微生物群落，接种微生物进入土壤后数量会下降，当能满足它的生长要求时数量会上升，达到一定水平，但有数量极限。
土壤栽菌量：土壤能承载的微生物的总数量，各种土壤都有一定限度。
使用时：要存活、还要大量繁殖形成局部优势才可发挥较好效果。
（一）根瘤菌剂
1896年欧洲首先出现根瘤菌剂的专利产品，一百多年来，全世界范围它的应用一直在发展。
1、应用方法
（1）种子拌菌：简单易行，少量菌剂能使每一粒种子黏附一定量细菌，制成包衣化种子效果更好。
缺点：和根接触面积小，根瘤少，特别是在种过豆科植物土壤中施用效果不明显。
（2）土壤混菌优点：结瘤量多，因与根系接触多增产明显。
缺点：用菌量多，大面积应用不方便。
2、应用时间：
施用方法,播种时：—次播前：—次播后：一次最好：多次
（1）播种前：拌种可提前几个月拌种。
（2）播种时：拌种施用：
混土施用：
（3）播种后：再按不同层次施用1—2次效果更好。
（二）固氮细菌制剂
1、固氮菌剂,自生固氮菌，只有在生长繁殖时才固氮，且主要供自己用，待细菌菌体死亡后才可被植物利用。
受土壤性质影响大,贫瘠：固氮菌不生长也不固氮；
过于肥沃：化合态氮多，固氮菌生长但不固氮。
因此：多年来效果不稳定。
增产原因：（1）固氮
（2）另外与产生植物激素及抗菌物质有关。
施用时：应配合秸杆还田，使用C/N比大的有机肥不仅可促进接入的固氮菌生长也可促进土著固氮菌的生长,增产明显。
2、联合固氮菌剂固氮螺菌作用：（1）固氮
（2）促进植物吸收养分
（3）产生植物激素→刺激根毛发育关键：施用方法：如能随根系生长而发展→效果最好。
（三）促生细菌剂
PGPR菌剂作用：1、改善植物营养状况；
2、抑制病原菌促使植物产生抗性，分泌抑菌剂；
3,清除杂草因此很有前途、前景看好。
（四）菌根菌（外生菌根）
1、林业育苗应用前景好：促长；防病
2、食用菌生产：松茸、牛肝有前景。
丛枝菌根：应用也很有潜力。
第二节 微生物农药化保：化学有机农药的出现也是农业上的一次革命，在防治作物病虫草害方面，确促高产丰收，发挥了巨大作用，目前在我国以是植保领域主力军。
但是：残毒高；毒性强、食品及环境污染、天敌杀害、生态体系破坏；抗药性发展等，制约其进一步发展，且将来会被逐渐取代。
发展微生物农药：高效、安全、经济、环保等，因此十分迫切。
微生物农药：安全、环保等优势，应用前景广阔，但目前效率慢、残效期短、杀菌（虫） 谱不广，需进一步解决。
一、微生物农药的性质种类生物防治：利用自然界中某些生物控制虫害、病害及其它有害生物的方法称为生物防治。
二类：微生物杀虫剂：以菌治虫，杀虫能力强、效率高、队人、畜无害。
微生物杀菌剂：以菌治菌二、微生物对害虫的防治
（一）细菌杀虫剂已发现的昆虫致病菌：苏云金杆菌；金龟子芽孢杆菌；缓死芽孢杆菌；环形芽孢杆菌；天幕虫梭菌已制成菌品菌剂应用。
其它：铜绿假单孢菌；金龟子立克次氏体还未应用。
1、苏云金杆菌：
杀虫机理：（1）伴胞晶体：蛋白质晶体δ—内毒素，当敏感昆虫幼虫吞食后晶体水解成毒性肽→中毒。 幼虫吞食后麻痹瘫痪、停食、破坏肠上皮细胞、败血症死亡。
（2）有些变种可产生外毒素，苏云金素（耐高温）杀家蝇幼虫。
培养条件：营养要求不严、易培养、成本低。
多种原料可生长（麦麸、豆饼、玉米粉等）。
杀虫范围：鳞翅目；双翅目；鞘翅目部分昆虫的幼虫，多个种（P284）
使用方法：喷雾、喷粉、撒毒土。
注：蚕十分敏感。
2、金龟子芽孢杆菌；缓死芽孢杆菌：对蛴螬（金龟子幼虫）有高度致病力，可多年防治。
培养：在人工培养基上一般不生长，可用活体幼虫培养制备菌剂，每个幼虫可产：2×109～5×109个芽孢。
3、球形芽孢杆菌：
其中一菌株：对孑孓高毒力菌株（可产内毒素）
培养：容易、营养要求简单、成本低。
（二）杀虫抗生素（广泛应用）
阿维菌素：新型杀虫抗生素——从除虫链霉素菌丝中提出来。
优点：（1）广谱杀螨、杀虫效显；
（2）击倒速度快，持效期较长；
（3）消灭抗药性害虫效果明显；
（4）对人、畜安全、不污染环境；
（5）使用成本低。
（三）真菌杀虫剂已知有500多种真菌可寄生于昆虫和螨类，致病而死，分属在5个亚门中都有。
1、鞭毛菌：
雕蚀菌属：水生专性病原真菌，寄生于蚊幼虫体内，野外蚊群中，90—100%被寄生→控制蚊种群数量。
2、接合菌：
虫霉目：一大群重要的杀虫霉菌，分生孢子使播，侵染快，在适合条件下可引发害虫病害大流行。
（1）蝗虫霉：使蝗虫群中死虫数高达95%。
（2）蚜 霉：寄生多种蚜虫、叶螨,蚧类（软体）等。
3、子囊菌：
虫草属：100多个种。
4、半知菌：
自僵菌：丝孢霉目、丝孢霉科。
三个种：球孢白僵菌；卵孢白僵菌；小球孢白僵菌。
杀虫：分生孢子接触虫体后萌发出芽管，芽管分泌毒素穿透细胞壁进入出体内，并在虫体内大量繁殖，长满菌丝后，虫体僵死。
培养条件：（1）温度：5—35℃，22—26℃最适孢子萌发：30℃湿度25—50%有利。
（2）营养：玉米粉、豆饼粉生长良好。
防治对象：玉米螟、松毛虫，可控制多年。
（四）其它微生物杀虫剂
1、昆虫病毒：（1）杀虫谱广；（2）培养困难；（3）致死时间长,还未大面积应用。
2、原生动物杀虫剂：目前还未十分成熟三、微生物对植物病害的防治应用
1,抗生素直接应用：（1）浸种、苗床喷洒；
（2）生育期喷洒（全生育期皆可）
（3）果木：涂抹（枝条）
2、抗生素菌剂应用：
活菌剂：对治疗土传病效果好。