5節(jié)：自養(yǎng)菌代謝（微生物的自養(yǎng)代謝)
一、光能自養(yǎng)菌
藍(lán)細(xì)菌與高等植物相同，含葉綠素a, b, 其余含菌綠素，有光合膜。光合作用只在有光合色素存在時(shí)才進(jìn)行。
葉綠素（主要色素)：捕獲能量與光反應(yīng)中心
光合色素
類胡蘿卜素（輔助色素)：只捕能并傳至葉綠素
（一)主要類群
P150表解
屬于原核微生物，歸于紅螺菌目，利用硫化氫、氫氣或有機(jī)物作為供氫體。常存在于水較清，可透光的厭氧環(huán)境中。
1、紅螺菌科（紫色無硫細(xì)菌)：有機(jī)物為供氫體，兼性光合。光能異養(yǎng)。
2、著色菌科（紫色硫細(xì)菌)：專性厭氧，專性光合，硫化物為供氫體，體內(nèi)外積累硫。光能自養(yǎng)。
3、綠菌亞目：綠菌科—綠硫細(xì)菌，綠彎菌科—綠色非硫細(xì)菌。專性厭氧，專性光合，硫化物為供氫體，胞外積累硫。
（二)光合作用
光反應(yīng)：光合色素吸收光能并轉(zhuǎn)化為化
學(xué)能的能量轉(zhuǎn)換反應(yīng)。
暗反應(yīng)：利用能量進(jìn)行CO2同化。
光合磷酸化即光能引起葉綠素分子逐出電子，并通過電子傳遞產(chǎn)生ATP的方式。
1、環(huán)式光合磷酸化
逐出電子經(jīng)電子傳遞又回到菌綠素，使其恢復(fù)到原狀態(tài)，其間產(chǎn)生ATP，但不產(chǎn)生還原力，不放出氧氣。光合細(xì)菌屬此類。P151，圖6-33
光合菌還原力來自硫化氫，方式可能是逆向電子傳遞，消耗光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP。
H2S + NAD S + NADH2 積累硫
NADH2+NADP NAD+NADPH2
2、非環(huán)式光合磷酸化
兩個(gè)光反應(yīng)系統(tǒng)，除產(chǎn)生ATP，還有還原力，放出氧氣。植物、藍(lán)細(xì)菌屬此類。
還原力來自水的光解。P151,圖6-34
3、噬鹽菌紫膜的光合作用
無葉綠素或菌綠素參與的獨(dú)特的光合作用，是迄今為止最簡單的光合磷酸化反應(yīng)。（自學(xué))
二、化能自養(yǎng)菌
無機(jī)物氧化獲能,通過卡爾文環(huán)同化CO2
產(chǎn)能主要方式是氧化磷酸化，還原力產(chǎn)生是逆向電子傳遞。P148,圖6-30
無機(jī)物氧化時(shí)，以不同位置進(jìn)入呼吸鏈，這與異養(yǎng)菌不同，產(chǎn)能效率低。圖6-31
1、硝化細(xì)菌
將氨氧化成亞硝酸—亞硝酸細(xì)菌
亞硝酸氧化成硝酸—硝酸細(xì)菌
NH4++1½O2→NO2-+2H++H2O+66千卡
NO2-+½O2 →NO3-+18千卡 圖6-32
2、硫細(xì)菌
引起元素硫或還原態(tài)硫化物氧化，包括光能與化能�；芗戳蚧�(xì)菌。最多是硫桿菌Thiobacillus。
S2-→S→SO32-→SO42-
由于產(chǎn)硫酸，會(huì)引起金屬腐蝕，也可用于濕法冶金。
2S+3O2+2H2O →2H2SO4（T. thiooxidans)
4FeSO4+O2+2H2SO4 →2Fe2(SO4)3+2H2O(T. ferrooxidans)
硫酸及硫酸高鐵是有效浸溶劑。
CU2S+ 2Fe2(SO4)3 →2CUSO4 + 4FeSO4 +S
FeS2 +7Fe2(SO4)3 +8H2O →15FeSO4 + 8H2SO4
3、氫細(xì)菌
兼性自養(yǎng)菌。H2 +½O2 →H2O+56.5千卡
4、鐵細(xì)菌
將亞鐵氧化成高鐵，尚未純培養(yǎng)。
自養(yǎng)菌總結(jié)
光合細(xì)菌類群 主要供氫體、 碳源、 生長因子、 O2釋放
綠硫細(xì)菌 S2-、S2O32-，H2 CO2 — —
著色細(xì)菌 S2-、S2O32-，H2 CO2 — —
紅螺細(xì)菌 有機(jī)物 有機(jī)物 + —
藍(lán)細(xì)菌 水 CO2 — +
化能自養(yǎng)型菌生理類群
類群 氧化基質(zhì)及電子供體 氧化產(chǎn)物
亞硝酸細(xì)菌 NH4+ NO2- H2O
硝酸細(xì)菌 NO2- NO3- H2O
硫化細(xì)菌 H2S、S、S2O32-、Fe2+ SO42- H2O Fe3+
氫細(xì)菌 H2 H2O
鐵細(xì)菌 Fe2+ Fe3+
最終電子受體均為O2
第四章：微生物生長
生長：有機(jī)體的細(xì)胞組分與結(jié)構(gòu)在量方面的增加。
繁殖：單細(xì)胞-由于細(xì)胞分裂引起個(gè)體數(shù)目的增加。
多細(xì)胞-通過無性或有性孢子使個(gè)體數(shù)目增加的過程。
發(fā)育：適合條件下，生長與繁殖始終是交替進(jìn)行的，從生長到繁殖是一個(gè)由量變到質(zhì)變的過程，這個(gè)過程稱為發(fā)育。
1節(jié)：微生物的發(fā)育周期
一、概念
發(fā)育周期、單細(xì)胞微生物、絲狀真菌
二、發(fā)育周期中細(xì)胞學(xué)上變化
1、細(xì)胞壁與質(zhì)膜的延伸
質(zhì)膜合成位點(diǎn)在赤道帶，細(xì)胞壁生長也定位在赤道區(qū)，并具有種的特異性。
2、DNA的復(fù)制
1)單向復(fù)制 John Cairns：E. Coli作材料，放射自顯影技術(shù)。染色體從起始點(diǎn)開始，反時(shí)針旋轉(zhuǎn)一周完成。
2)雙向復(fù)制 Hiroshi Yoshikawa：不只按一個(gè)方向復(fù)制，起點(diǎn)與終點(diǎn)不重合。
3)滾環(huán)模型：不對(duì)稱復(fù)制。一股線狀，一股環(huán)狀復(fù)制。
真核微生物復(fù)制有多個(gè)位點(diǎn)，都是雙向。
3、發(fā)育循環(huán)中基因的表達(dá)
DNA的復(fù)制與細(xì)胞分裂是協(xié)調(diào)的。細(xì)胞分裂總是發(fā)生在DNA復(fù)制后的一定時(shí)間內(nèi)。抑制DNA合成的各種化學(xué)處理或突變也抑制細(xì)胞分裂。細(xì)菌DNA復(fù)制需DNA起始蛋白作用。
E. coli 細(xì)胞分裂總是發(fā)生在DNA復(fù)制完成后大約20分鐘，而DNA復(fù)制需40分鐘，這樣世代時(shí)間應(yīng)是60分鐘，但…...
三、細(xì)胞分化現(xiàn)象
在某些微生物的發(fā)育循環(huán)中，一個(gè)或一群細(xì)胞會(huì)從一種形態(tài)與功能轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形態(tài)與功能，此稱細(xì)胞分化或形態(tài)發(fā)生。
2節(jié)：微生物純培養(yǎng)的生長
一、純培養(yǎng)的分離方法 表
二、生長測定（適用、注意事項(xiàng))
直接計(jì)數(shù)法（全數(shù))
間接計(jì)數(shù)法（活菌數(shù))
測細(xì)胞物質(zhì)量
三、細(xì)菌純培養(yǎng)群體生長規(guī)律
將少量純培養(yǎng)接種到一恒定體積的新鮮液體培養(yǎng)基中，適宜條件下培養(yǎng)，定時(shí)取樣測定細(xì)菌含量，以培養(yǎng)時(shí)間為橫坐標(biāo)，以細(xì)菌數(shù)目的對(duì)數(shù)或生長速率為縱坐標(biāo)，得繁殖曲線，對(duì)單細(xì)胞而言，又稱生長曲線。
根據(jù)生長速率不同，分為幾個(gè)時(shí)期。
（一)延遲期 lag phase(停滯期、調(diào)整期)
表現(xiàn)：不立即繁殖，生長速率近于0，菌數(shù)幾乎不變，細(xì)胞形態(tài)變大。
特點(diǎn)：分裂遲緩，合成代謝活躍，體積增長快，對(duì)外界不良環(huán)境敏感。
原因：調(diào)整代謝，合成新的酶系和中間代謝產(chǎn)物以適應(yīng)新環(huán)境。
消除：增加接種量；采用最適菌齡接種；培養(yǎng)基成分（種子、發(fā)酵)
（二)對(duì)數(shù)期 log phase
表現(xiàn)：代謝活性最強(qiáng)，幾何級(jí)數(shù)增加，代時(shí)最短，生長速率最大。
特點(diǎn)：細(xì)菌數(shù)目增加與原生質(zhì)總量增加，與菌液濁度增加呈正相關(guān)性。
代時(shí)（generation time)：單個(gè)細(xì)胞完成一次分裂所需時(shí)間，亦即增加一代所需時(shí)間。
G=t1-t0/n y=x•2n n=lgy - lgx/lg2
導(dǎo)出 G = t1 - t0 /3.3(lgy - lgx)
影響G因素：菌種、營養(yǎng)成分、營養(yǎng)物濃度（很低時(shí)影響)、培養(yǎng)溫度。
（三)穩(wěn)定期 stationary phase(最高生長期、靜止期)
表現(xiàn)：新增殖細(xì)胞數(shù)與老細(xì)胞的死亡數(shù)幾乎相等，活菌數(shù)動(dòng)態(tài)平衡。
特點(diǎn)：生長速率又趨于0，細(xì)胞總數(shù)最高。
原因：養(yǎng)分減少；有毒代謝物產(chǎn)生。
穩(wěn)定期細(xì)胞內(nèi)開始積累貯存物，此階段收獲菌體，也是發(fā)酵過程積累代謝產(chǎn)物的重要階段。
延長：補(bǔ)料，調(diào)pH、溫度等。
此時(shí)，菌體總數(shù)量與所消耗的營養(yǎng)物之間存在一定關(guān)系，稱為產(chǎn)量常數(shù)（生長效率)。Y = X - X0 /C 其中X-穩(wěn)定期細(xì)胞干重/ml， X0 -接種時(shí)干重/ml，C-限制性營養(yǎng)物濃度。
根據(jù)這一原理，可進(jìn)行生物測定。
將未知混合物加到只缺乏特定限制性營養(yǎng)物的完全培養(yǎng)基中，測定培養(yǎng)基所能達(dá)到的生長量，就可以計(jì)算出原混合物中特定限制性營養(yǎng)物的濃度。
（四)衰亡期 decline phase
表現(xiàn)：出現(xiàn) “負(fù)生長 ”，有些細(xì)胞開始自溶。
對(duì)于絲狀真菌，細(xì)胞數(shù)目不呈幾何級(jí)數(shù)增加，無對(duì)數(shù)生長期，一般有調(diào)整期，最高生長期，衰退期。
四、連續(xù)培養(yǎng) continuous cultivation
分批培養(yǎng) batch culture ：將微生物置于一定容積的培養(yǎng)基中，經(jīng)過培養(yǎng)生長，最后一次收獲。
若不斷補(bǔ)充新鮮營養(yǎng)，并及時(shí)不斷以同樣速度排出培養(yǎng)物，則可延長對(duì)數(shù)期。
只要培養(yǎng)液的流動(dòng)量能使增殖的新菌數(shù)相當(dāng)于流出的老菌數(shù)，就可保證總菌量不變，此即連續(xù)培養(yǎng)原理。
主要參數(shù)：D（稀釋率)=F（流動(dòng)速率)/V（容積)
連續(xù)培養(yǎng)方法
1、恒濁連續(xù)培養(yǎng) turbidostat
不斷調(diào)節(jié)流速使培養(yǎng)液濁度保持恒定。
裝置
適用：收獲菌體及與菌體相平行的產(chǎn)物。
2、恒化連續(xù)培養(yǎng) chemostat
恒定流速，及時(shí)補(bǔ)充營養(yǎng)，營養(yǎng)物濃度基本恒定，從而保持恒定生長速率。又稱恒組成連續(xù)培養(yǎng)。培養(yǎng)基成分中，必須將某種必需的營養(yǎng)物控制在較低的濃度，以作為限制性因子，而其它營養(yǎng)物過量。常用的有氨、氨基酸、葡萄糖、生長因子、無機(jī)鹽等。
適用；科研
兩種方法比較：
五、同步生長 synchronous growth
概念：使所有的細(xì)胞都能處于同一生長階段，同時(shí)分裂的生長方式。
同步培養(yǎng)法獲得：
（一)機(jī)械法（選擇法)
1、離心沉降分離法
2、過濾分離法
3、硝酸纖維素薄膜法
（二)調(diào)整生理?xiàng)l件法（誘導(dǎo)法)
1、溫度調(diào)整法：亞適生長溫度-->最適生長溫度培養(yǎng)。
2、營養(yǎng)條件調(diào)整法：控制濃度或組成，使細(xì)胞只能進(jìn)行一次分裂。
3、用穩(wěn)定期的培養(yǎng)物接種：穩(wěn)定期細(xì)胞處于衰老狀態(tài)，移入新鮮培養(yǎng)基，可得同步生長。
（三)抑制DNA合成法
DNA合成是細(xì)胞分裂前提。抑制一段時(shí)間再解除抑制。
3節(jié)：環(huán)境條件對(duì)生長影響
一、溫度
影響兩方面。
最低、最適、最高生長溫度，致死溫度。
微生物生長溫度類型：
低溫型（嗜冷微生物)
中溫型（嗜溫微生物)
高溫型（嗜熱微生物)
二、pH
主要影響：引起膜電荷變化，從而影響營養(yǎng)吸收；影響酶活性；改變營養(yǎng)物狀態(tài)和有害物毒性。
有最適pH，此時(shí)酶活性最高，其他條件適合，生長速率最高，但不是生產(chǎn)的最適pH。
微生物細(xì)胞內(nèi)的pH多接近于中性。
pH調(diào)節(jié)措施：
三、氧化還原電位 Eh
Eh與氧分壓有關(guān)，也與pH有關(guān)。
不同種類微生物所要求的Eh不同。
Eh影響酶活性，也影響呼吸作用。
四、輻射
指通過空氣或外層空間以波動(dòng)方式從一個(gè)地方傳播或傳遞到另一個(gè)地方的能量。
（一)紫外線（非電離輻射)10-380nm
致死主要是細(xì)胞中很多物質(zhì)對(duì)紫外線吸收。殺菌作用隨劑量增加而增加。紫外線穿透力弱，應(yīng)用于空氣消毒、表面消毒、菌種誘變。
（二)電離輻射（X、α、β、γ)
效應(yīng)無專一性， α、β穿透力較弱，X、 γ較強(qiáng)。
KI對(duì)電離輻射具保護(hù)作用。
五、干燥
水分對(duì)正常生長必不可少，各種微生物抵抗干燥能力不同。
六、滲透壓
微生物對(duì)滲透壓有一定適應(yīng)能力。高滲溶液—質(zhì)壁分離，低滲溶液—細(xì)胞膨脹破裂。
七、超聲波（20，000Hz以上)
使細(xì)胞破裂，科研中破碎細(xì)胞。
八、表面張力
4.5--6.5x10-4 N/cm，降低影響。
4節(jié)：滅菌與消毒
滅菌 sterilization ：殺死所有微生物。
消毒 disinfection ：殺死一切病原微生物。
防腐 antisepsis：利用理化因素抑制微生物生長繁殖。
化療 chemotherapy：利用具有選擇毒性化學(xué)藥物或抗生素來抑制宿主體內(nèi)病原微生物的生長繁殖，借以達(dá)到治療的一種措施。
