微生物教案

第一篇：微生物教案

《兽医微生物学》教案

农科组：李建洲

绪论

本节由学生自学，不讲授。布置思考题： 1． 2． 微生物有哪些共性，其共性的基础是什么？

从微生物学科的发展历程，举例阐述微生物学对社会进步的推动作用。

第一章、原核生物的形态、构造和功能

教学目的：细菌是微生物的代表，是生命科学研究和应用的重要基础内容，同时也是学生认识微生物的开始。以细菌作为原核生物的代表，侧重讲述原核生物的亚细胞结构、分子结构与细胞功能的关系。教学方式：多媒体教学。

教学课时: 6学时（细菌细胞构造和功能4学时、放线菌和特殊细菌形态构造2 学时）。教学内容： 第一节 细菌

一、细胞的形态构造及其功能

详细讲授细菌细胞壁肽聚糖、磷壁酸和脂多糖三种功能性大分子的结构、生理功能以及革兰氏染色的机制。引入古细菌概念，详细比较细菌细胞壁与古生菌细胞壁结构的差异，介绍四种缺壁细菌的细胞特征和生理特殊性。

讲授革兰氏阴性菌网外膜的结构特点。通过革兰氏阳性和阴性细菌细胞壁结构的比较，解释这两类细菌对抗生素（如青霉素、链霉素等）、阴离子去污剂、碱性染料敏感性的不同，侧重阐述细菌结构与功能的关系以及基础研究对应用微生物的意义。

介绍细菌的特殊构造，包括：糖被、鞭毛、菌毛、性毛、芽孢等亚细胞构造及功能，讲授芽孢的结构、生理特点以及在工农业中的研究与应用。第二节 放线菌

侧重讲述放线菌的形态构造以及繁殖方式，比较细菌放线菌细胞结构、形态和培养特征的异同。强调放线菌资源的应用价值，引入稀有放线菌概念并介绍资源研究近年创新性的方法和研究趋势。第二节 蓝细菌（由学生自学）第三节 支原体、立克次氏体和衣原体

这些特殊细菌与人类疾病关系密切，简述。侧重比较这三种特殊细菌的形态差异以及鉴别依据。思考与作业：

1．试比较革兰氏阳性菌与阴性菌细胞壁结构的差异，并说明这两类细菌对青霉素和阳离子去污剂敏感性不同的原因。2．生命是缺壁细菌，简述形成原因及实践中的意义。

第二章、真核微生物的形态、构造和功能

教学目的：真核微生物主要包括真菌、微型藻类和原生动物。本章以真菌作为真核微生物的代表，通过丝状真菌、酵母菌以及大型真菌的教授，使学生了解并掌握真核生物的结构，真核生物亚细胞结构与功能的关系，并以亚细胞结构和分子结构与细胞功能的关系作为本章的重点。

教学方式：多媒体教学。

教学课时: 4学时（真菌概述和酵母2学时、丝状真菌和大型真菌2学时）。教学内容：

第一节 真核微生物概述

简单讲述比较真核微生物的类群及其生物学特征。略述真菌细胞壁、膜、等细胞构造。侧重介绍真菌细胞壁“9＋2”结构、真菌细胞质中不同于其它真核生物的细胞器，如膜边体、几丁质酶体、氢化酶体等。并详细讲述这些亚细胞结构的生物学功能。第二节 酵母

酵母是芽殖为主要繁殖方式的一类单细胞真菌。简述酵母菌的一般细胞形态与构造，以啤酒酵母为例，讲授酵母菌的生活史。强调酵母菌在工业微生物、现代生物技术领域中的应用价值。第三节 丝状真菌

鉴于丝状真菌在工农业中的巨大应用价值，同时其形态特征又是真菌学研究入门的必备基础。本节作为全章的重点讲授。着重介绍真菌有性繁殖、无性繁殖、菌丝特化结构，同时引入目前采用形态为主进行的Ainsworth 五个亚门的分类系统。

在此，详细比较细菌、放线菌、酵母菌、丝状真菌的培养特征。第四节 产大型子实体的真菌－蕈菌

简述大型真菌不同发育阶段的特殊形态及相关的基本概念。思考与作业：

1．试理顺染色质、核小体、组蛋白与染色体之间的关系。2．真菌哪些亚细胞结构与动植物不同，比较功能的差异。

第三章、病毒和亚病毒

教学目的：病毒与人类相关密切，许多重大疾病来自于病毒的感染。同时，病毒是分子生物学和基因工程的重要材料。通过本章学习，了解并掌握以噬菌体为主的细菌病毒的一般定义、概念、结构、特性、分离方法、复制特点，并以此作为本课程重要的章节。教学方式：多媒体教学。

教学课时: 4学时（真病毒3.0学时、亚病毒1.0学时）。教学内容： 第一节 病毒

详述病毒的基本形态、构造、化学组分。同时以烈性噬菌体为材料，讲授烈性噬菌体的繁殖方式。同时以一步生长曲线作为重点，侧重讲述： 1． 噬菌体效价测定方法。

2． 剖析一步生长曲试验设计的科学思想和严谨性，讲述烈性噬菌体繁殖的主要特征曲线和相关参数。

引入溶源噬菌体概念，比较烈性噬菌体和溶源噬菌体不同感染结果的机制、增殖特点与鉴别特征。

植物病毒与昆虫病毒：侧重讲授两类病毒的感染机制与繁殖特点。第二节 亚病毒

详细比较类病毒、拟病毒、朊病毒三种特殊的分子病原体的结构、生理特征、可能的感染机制以及危害性。

思考与作业：

1．请设计一试验，如何测定某发酵液中是否存在着溶源噬菌体的感染。

2．查阅文献，阐述动物病毒的增殖方式。

第四章：微生物的营养和培养基

教学目的：通过本章学习，了解并掌握微生物生长的营养基质要求，熟练地利用各种培养基的类型，分离、培养微生物或进行微生物的发酵。本章重点主要为1）微生物4种营养类型、营养进入细胞方式、选择和鉴别培养基的使用。教学方式：多媒体教学。教学课时: 4学时。教学内容： 第一节 第二节 微生物的6类营养要素（略）微生物的营养类型

主要介绍微生物的4种营养类型，侧重阐明光能异养型微生物的概念和营养特征。第三节 营养物质进入细胞的方式

该节为本章的重点。讲授并比较单纯扩散、促进扩散、主动运输和基团移位的营养运动方式。侧重阐明基团移位作为微生物物质吸收的主要方式和运输的生物学特征。第四节 培养基

简述。以EMB培养基为例，侧重讲述选择培养基、鉴别培养基在微生物快速鉴定、特殊微生物的选择分离中的重要作用。引入选择培养的主要环节及意义。思考与作业：

1．查阅资料，说明除课本介绍的4种类型外，微生物还有哪些营养进入细胞的方式。

2．请设计分离降解“666”细菌的选择培养基。

第五章 微生物的新陈代谢

教学目的：微生物新陈代谢反映了微生物生命活动有关能量、物质的分解与合成的过程，揭示了生命活动的内在规律本质特征。是本课程重点讲授的内容。通过本章的学习，要求学生掌握微生物能量代谢、独特的合成代谢以及代谢与代谢调节的基本途径、规律、生物学意义以及在工业发酵中的应用价值。教学方式：多媒体教学。

教学课时: 8学时（能量代谢学3时； 独特合成途径3学时；代谢调控2学时）。教学内容：

第一节 微生物的能量代谢

一、化能异养微生物的生物氧化和产能：拟以下列方面进行讲授： 1． 简述生物共有代谢途径EMP、HMP和TCA途径。2． 详述微生物特有的代谢途径ED途径，侧重生物学特征。3． 简述微生物好氧呼吸产能特点。

4． 以硝酸盐、硫酸盐为例，讲述微生物的无氧呼吸产能特点（详述）

5． 微生物的发酵：简述微生物6种常见的发酵途径；侧重介绍比较同型乳酸发酵与异型乳酸发酵异同点；侧重介绍微生物通过氨基酸的产能Stickland发应

二、自养微生物产ATP和还原力

1．以亚硝化细菌、硝化细菌为例，比较自养菌产能特点。2．光能营养微生物：侧重介绍 1)光合细菌定义与类群、2）循环产能机制、3）嗜盐菌紫膜磷酸化机制 第二节 分解代谢和合成代谢

第三节：微生物独特的合成途径（侧重介绍）1． 自养微生物的CO2固定：Calvin循环（简述）2． 生物固氮（详述）：主要介绍内容为1）固氮微生物的类群、2）固氮的生化机制，侧重固氮酶的结构、电子与能量转运、固氮活性测定方法、微生物防氧机制。

3． 细菌肽聚糖合成（详述）：1）侧重介绍肽聚糖合成全过程、2）抗生素的作用机制。第二节 微生物代谢调节与发酵生产

由于本节涉及工业微生物代谢工程内容，详述： 1． 微生物的代谢调节类型 1）酶合成调节

包括酶的诱导与阻遏、基因调控－乳糖操纵子、转录调控其它方式等。2）酶活性的调节 包括变构调节、反馈抑制。2． 代谢调节在发酵工业中的应用

1）以赖氨酸生产为例阐明解除反馈抑制的应用。2）以苏氨酸为例，阐述抗反馈调节突变株的应用。3）以谷氨酸为例，阐述控制细胞膜渗透性的作用。思考与作业：

1．大肠杆菌是一种兼性厌氧微生物，其产能的机制有哪些类型？ 2．光合微生物按产能方式包括哪些类型？根据红螺菌科的生理特点，简述该类细菌在环境保护中的应用价值。

3． 以二次生长为例，说明细菌基因表达的正、负调控机制。第六章、微生物的生长及其控制 教学目的：

微生物生长和控制是微生物研究基本的方法学，是进行微生物研究与应用必备的基本能力。通过本章讲授，要求学生掌握微生物生长的研究方法和生长规律；以及利用各种物理化学因子控制有害微生物生长。

教学方式：多媒体教学。

教学课时: 4学时（生长测定方法、生长曲线、连续培养2学时；生长影响因素和有害微生物的控制2学时）。教学内容：

第一节 测定生长繁殖的方法

讲授微生物生长的一般研究方法，简述（相关内容试验课讲授）。第二节 微生物生长的规律

讲授微生物典型生长曲线（详述）。

讲授微生物的连续培养，比较恒浊器和恒化器的工作原理、控制方式以及应用范围的不同（详述）。第三节 影响微生物生长的主要因素

简述温度、pH、氧气、对微生物生长的影响。第四节 微生物培养方法概论

讲授微生物固体培养和液体培养的基本方法。侧重介绍厌氧微生物的培养技术和原理。第五节 有害微生物的控制 1.灭菌和消毒的相关概念 2.高温灭菌（简述）

3.杀菌剂、消毒剂和化疗剂：简述常用的杀菌剂和消毒剂、引入LD50、MIC等概念；以磺胺为例，详述抗代谢类似物的作用机制、抗生素的定义和活性的测定方法。思考与作业：

1．比较恒浊器和恒化器两种连续培养装置工作原理的差异以及实践应用的价值。

2．根据磺胺类药物的作用机制，推测细菌出现抗磺胺药物的可能原因。

第七章、微生物的遗传变异和异种 教学目的：

微生物的遗传变异是微生物最根本的生物属性，反映微生物最基本的生物学特征。同时，微生物遗传变异与现代分子生物学关系密切，也是改造微生物，提高工业微生物发酵能力的基础。通过本章学习，要求学生掌握微生物遗传物质、突变机制、诱变育种方法和策略、细菌基因重组的机制等内容。半章是微生物课程的重点。教学方式：多媒体教学。

教学课时: 8学时（遗传物质2学时；、突变和诱变育种3学时、细菌的基因重组3学时）。教学内容： 第一节 遗传变异的基础 简述三个经典的遗传试验。

简述遗传物质在不同水平的存在形式。

详述质粒及有关特征。包括质粒的类型、质粒的特性、质粒在基因工程中的应用。

第二节 基因突变和诱变育种

一、基因突变：计划讲授如下问题： 1． 基因突变的类型（详述）。

2． 基因突变的规律，侧重以影印平板培养法解惑关于基因突变的不对应性问题。

3． 详述基因突变的机制，包括碱基置换、移码突变的点突变和染色体畸变。

4． 在染色体畸变中详述微生物转座子的类型、转座机制及研究意义。

5． 以紫外线为例，详述紫外线引起突变的机制、通常应用注意的问题。

二、突变和育种：计划讲授如下问题： 1．诱变育种应用的意义。

2．诱变育种实际应用必须注意的环节： 1）简述诱变剂选择、突变率、2）详述艾姆氏试验及在食品卫生中的应用。

3）详述高效筛选方案的制定及突变株高效的捡出的创新性方法。4）详述营养缺陷型突变株相关的概念及选育方法。第三节 基因重组和杂交异种

该节为本章的重点，计划讲述如下问题：

一、原核生物的基因重组

1、转化：1）详述受体菌的感受态、转化因子、转化条件、转化过程、2）转染（简述）。

2、普遍转导：详述普遍转导中完全转导和流产转导的过程、特点，比较它们的异同。

3、局限转导：1）详述低频转导的过程及生物学特点、2）详述高频转导的过程、特点、进行高频转导的基本条件。

4、溶源转变（简述）。

5、接合：1）详述大肠杆菌的4种接合类型、2）侧重阐述Hfr菌株的来源与接合过程、特点。3）接合中断试验的特点及研究意义。

6、原生质体融合：讲述原生质体融合的意义、操作过程。

二、真核微生物的基因重组

侧重讲述真菌的异核现象和准性生殖过程。准性生殖育种的原理、具体方法以及在真菌育种中的应用。第六节 菌种的衰退。复壮和保藏

简述菌种衰退的原因。侧重讲述比较七种常规的菌种保藏方法及特点。思考与作业： 1．现因科研需要，请设计出从大肠杆菌中诱变筛选获得一株谷氨基酸营养缺陷型菌株的方法。

2．比较IS、Tn 和Mu噬菌体转座的特点。与转化、转导、接合等比较，其重组的机制有什么不同？

3．比较完全转导和局限转导在媒介、转导频率、转导机制的异同点。

第八章、微生物生态

教学目的：微生物生态学是研究微生物与其它生物及非生物因子之间相互关系的科学。应用微生物生态学在环境保护中具有重要的特殊作用。通过学习，要求学生了解微生物在生物圈的多样性及资源利用价值；掌握微生物在地球化学循环中的作用和污水处理中的应用及其机制。

教学方式：多媒体教学。

教学课时: 4学时（多样性2学时、生物地球化学循环1学时、污水生物处理1学时）教学内容：

第一节 微生物在自然界中的分布与菌种资源的开发 1． 简述微生物在土壤圈、水圈、大气圈中的分布。2． 详述极端环境微生物的类型、分布及应用价值。第二节 微生物与生物环境间的关系

简述微生物同其它生物间的五种关系类型;侧重介绍VitC二步发酵法的互生关系、菌根、根瘤的共生关系。第三节 微生物与自然界物质循环 微生物与自然节物质循环，反应了微生物区别其它生物的独特生态作用，是应用微生物的基础。拟重点讲述如下问题： 1． 碳素循环（简述）。

2． 氮素循环：简述氮素循环中的七个主要环节。

3． 硫素循环：详述细菌沥滤的基本原理、主要过程和研究意义。第四节：微生物与环境保护

微生物治理污水是本节的重点，其它简述。拟以下列内容展开： 1． 水体的污染－富营养化（简述）。

2． 用微生物治理污水：侧重讲述：1）污水监测的指标；2）异生素及共代谢；3）污水处理的原理；4）污水的三级处理；5）污水处理的常用方法及其运行机制，如曝气法、生物转盘法、滤池法。

3． 沼气发酵：简述沼气发酵的微生物类群和三个基本过程。思考与作业：

1．在污水的生物处理中，完全混合曝气法和生物转盘法的工作原理有何异同？

第九章、传染与免疫 教学目的：

微生物学的研究起源于医学，传染和免疫是人类诊断、预防和治疗各种传染病的基础。通过本章的学习，要求学生重点掌握非特异免疫和特异性免疫的主要方式、机制、特点；抗体分子的类别、免疫应答规律和免疫功能；血清学技术及其应用。半章是本课程的重点。教学方式：多媒体教学。

教学课时: 8学时（传染2学时；非特异免疫1学时；特异性免疫3学时；血清学技术2学时）。教学内容： 第一节 传染

该节作为一般讲述。主要内容： 1． 传染和传染病：相关的概念。

2． 影响传染结局的因素：分述病原、宿主免疫力和环境因素三个影响因素。其中，病原体的毒力作为重点叙述，重点包括： 1）侵袭力：包括透明质酸酶等各种酶类的生理作用； 2）毒素：外毒素和内毒素的性质、特征比较；外毒素的捡出方法（鲎试剂法）。

3． 传染的结局（简述）第二节 非特异性免疫

主要介绍病原侵入时，机体多个层次的非特异性免疫，主要讲述： 1． 表皮和屏障

包括皮肤、粘膜、血脑和血胎屏障的作用。2． 吞噬细胞与吞噬作用

主要介绍：1）白细胞的起源和分化；2）侧重讲述巨嗜细胞的四个主要免疫功能。3． 炎症反应 简述炎症的免疫功能。

4． 体液和组织的抗菌物质：主要介绍补体和干扰素。1）补体：简述补体的性质、补体激活、补体免疫特点。2）干扰素：侧重介绍干扰素的类型、作用机制。第三节 特异性免疫

是本章的重点之一，拟讲述：

一、免疫器官

1． 定义、类型、获得方式。

2． 免疫器官及其T、B两类免疫细胞的来源和分化。

二、免疫细胞及其在细胞免疫中的作用 1． T细胞的表面标记(详述)。2． T细胞的分化和功能(详述)。3． B细胞的表面标记个功能(详述)。

4． 其它免疫细胞（NK细胞、K细胞等，简述）。

三、免疫分子及其在体液免疫中的作用 免疫分子具有多种种类，主要介绍：

1． 抗原：包括抗原概念、特性。细菌抗原类型。侧重讲述抗原的异物性和抗原决定簇；共同抗原及交叉反应。

2． 抗体：侧重讲述：1）抗体概念、抗体五个特点、Ig的5种类型和化学结构（以基本结构为主，简述类别和型的划分）；2）Ig的酶解片断，侧重简述Fc段的功能；3）Ig的体和抗原结合价；4）详细比较5种Ig的生物学特性。

3． 抗体细胞的激活和抗体的形成：侧重讲述;1)抗原递呈细胞及其作用；2）抗体的产生过程及其应答规律；3）克隆选择学说；4）抗体多样性

4． 单克隆抗体及杂交瘤技术；主要讲述：1）定义；2）杂交瘤的制备及单抗生产技术；3）单抗及其制备技术的应用。第四节 免疫学方法及其应用

免疫学方法主要包括抗原抗体的体外反应以及抗体的制备技术。在免疫防治、免疫诊断以及分子生物学中应用非常广泛。作为本章的主要内容。讲述内容包括： 1． 抗原抗体一般反应规律（简述）

2． 抗原抗体主要反应：详述凝集反应、沉淀反应以及补体结合反应的原理、具体方法和应用范围。

3． 免疫标记技术：详述酶联免疫吸附法（ELISA）的技术特点和应用范围；介绍双抗体夹心法和间接免疫吸附测定法的主要技术要点。思考与作业：

1．比较内毒素和外毒素的生物学特性。以沙门氏菌为例，说明细菌的毒力和侵袭物质的作用机制。

2．免疫细胞主要有哪些类型？简述它们的起源和分化过程。3．就你所知，乙肝病毒有哪些检测方法？试以ELISA方法，制定HbsAg的检测方法。

第十章、微生物的分类和鉴定

教学目的：微生物分类是研究认识微生物的基础。通过本章学习，要求学生掌握细菌、真菌的分类系统以及主要的分类技术。教学方式：多媒体教学。教学课时:4学时。教学内容：

第一节 通用的分类单元 主要介绍内容包括：

1． 微生物的分类单元，主要介绍种的概念。

2． 微生物的分类和命名法规简介：主要包括双名法、种的命名和科学名书写要求。

第三节 微生物在生物界的地位 主要介绍：

1．超界生物：三域系统。2．细菌的内共生起源。

第三节 各大类微生物的分类系统纲要

1． 伯杰氏细菌系统学书册（第一、第二卷）。

2． Ainsworth 真菌分类系统（安贝氏真菌学词典，第七、第八版）

第四节 微生物分类鉴定方法

分类鉴定技术是本章的重点，侧重介绍常用的分子生物学鉴定方法，如核糖体RNA的碱基系列测序等技术。1． 经典的微生物鉴定方法。

2． 微生物微量快速鉴定技术（简介API等数值鉴定系统）。3． DNA碱基比例的测定。

4． 16SrRNA、18S rRNA、ITS（内转录区间）碱基序列分析（详述）。5． 核酸杂交法。6． 细胞化学成分分析。思考与作业：

1．在微生物的分类鉴定中，常规的细菌和真菌鉴定技术水平有何不同？试分析造成这种差异的可能原因。

第二篇：微生物教案

食品微生物学课程教案

第一章 绪论（3学时）

教学目的：掌握微生物、食品微生物的定义、微生物的特点，微生物学及食品微生物研究的内容、主要分支学科，了解微生物学、食品微生物学的发展史及发展趋势。

教学重点和难点：微生物、食品微生物学的概念、微生物的生物学特性，微生物在生物分类中的地位，食品微生物主要研究的内容、任务。讲授微生物学形态学发展阶段、生理学学阶段和分子微生物时期。21世纪的微生物学的展望，学习本门课程的要求。

第二章 微生物主要类群及其形态结构（9学时）

教学目的：掌握原核微生物、真核微生物的概念和主要区别，原核微生物的形态特征、基本结构和特殊结构，真核微生物的形态结构特征，病毒的形态特征，这些形态特征常常是分类的依据之一。

教学重点和难点：原核微生物（细菌、放线菌）的形态特征、细菌的基本结构、特殊结构，细菌基本结构与革兰氏染色的关系，酵母菌、霉菌的形态结构特征，病毒的形态结构特征，学会识别四大类微生物的形态特征。

原核微生物与真核微生物的概念和主要区别、细菌的形态结构、放线菌的形态结构、酵母菌、霉菌的形态结构、病毒的形态结构特征。要求会识别四大类微生物的形态特征。

第三章 微生物的营养（7学时）

教学目的：掌握微生物细胞的化学组成和营养要素，营养物质进入微生物细胞的方式，微生物的营养类型的分类依据，微生物营养类型的特征，掌握微生物培养基制备的原则、方法步骤，培养基的种类。

教学重点和难点：营养物质进入微生物细胞的途径、微生物的营养类型的分类依据，微生物营养类型的特征，培养基制备的方法步骤。

讲授要点：

微生物细胞的化学组成和营养要素，微生物对营养物质的吸收方式，微生物的营养类型、培养基制备的原则、方法步骤。

第四章 微生物的代谢（4学时）

教学目的：掌握微生物的能量代谢的途径，微生物分解代谢、发酵的代谢途径和微生物独特的代谢途径。

教学重点和难点：微生物的能量代谢类型、微生物的分解代谢、微生物发酵的机理和独特代谢。

讲授要点：

微生物的能量代谢类型，微生物的分解代谢途径，微生物发酵的代谢途径，化能异养微生物的生物氧化和产能，自养微生物的生物氧化，微生物独特的合成代谢。

第五章 微生物的生长（7学时）教学目的：熟练掌握微生物生长的概念和测定方法、生长繁殖的规律，掌握物理化学因素对微生物生长的影响，并会在食品工业中灵活应用这些物理化学因素加工食品。

教学重点和难点：微生物的群体生长繁殖规律、重要的物理化学因素对微生物生长的影响。

讲授要点：

微生物的群体生长规律，介绍生长曲线，四个时期的特点，在食品发酵、工业微生物发酵中如何利用四个时期的特点进行生产，讲授4个物理因素和多个化学因素对微生物生长的影响，突出重要的物理因素温度和重要的化学因素pH值对微生物生长的影响，如何利用这些因素在加工和贮藏保鲜中，保障食品的安全性。

第六章 微生物的遗传变异与育种（6学时）

教学目的：掌握微生物遗传变异的物质基础，原核微生物、真核微生物和噬菌体的基因重组，基因的突变与诱变育种，熟练掌握微生物菌种的保藏方法，菌种衰退的表现和防止，复壮的方法。

教学重点和难点：证明DNA是微生物的遗传物质的三个经典实验方法、原核微生物基因重组、真核微生物的基因重组，微生物菌种保藏方法、菌种衰退的识别、防止和复壮方法。

讲授要点：

微生物遗传变异的物质基础，微生物遗传、变异的概念，二者的相互关系，证明DNA是微生物的遗传物质的三个经典实验方法，微生物的基因突变与育种，微生物的基因重组，原核微生物的基因重组方法步骤，转化、转导和接合，真核微生物的基因重组，有性杂交、准性杂交，噬菌体的基因重组，微生物的菌种保藏及复壮，菌种衰退的表现、衰退的防止和复壮。

第七章 微生物的生态（3学时）

教学目的：掌握微生物在自然界中的分布规律，菌种资源的开发，熟练掌握微生物与生物的相互关系。

教学重点和难点：微生物与生物的相互关系，微生物在自然界的分布规律与食品加工的关系。

讲授要点：

微生物在自然界分布的规律，土壤中的微生物，水中的微生物，空气中的微生物，食品中的微生物，微生物与生物的共生关系，共生的类型、微生物与生物的互生关系，互生的类型，拮抗关系，特异性拮抗和广谱性拮抗关系，寄生关系。微生物扮演了物质循环中的重要角色；微生物是有机物的主要分解者；微生物是生态系统中的初级生产者；微生物是物质和能量的贮存者；微生物在地球生物演化中的作用。

第八章 微生物与食品的加工生产（6学时）

教学目的：学会利用有益微生物在食品工业中生产食品，了解细菌、霉菌、酵母菌在食品工业中均可以应用生产食品或食品的原料。

教学重点和难点：微生物在食品工业中生产食品或食品原料的机理，工艺上的关键技术与微生物基本理论知识的关系。

讲授要点：

细菌在食品加工中应用、原理和方法，酵母菌在酒类、面包等加工中的应用与原理方法，霉菌在调味品加工中应用与原理方法，以及微生物与食品原料的发酵生产，如柠檬酸生产、乳酸的发酵生产等。

第九章 微生物污染食品的来源及引起食品变质的主要微生物（5学时）

教学目的：掌握微生物污染的来源、途径，引起食品变质的主要微生物的种类，了解这些规律后，学会在食品工业中控制微生物的污染。

教学重点和难点：微生物污染食品的来源和途径，食品中细菌的数量及其食品卫生学意义，大肠菌群及其食品卫生学意义，霉菌对食品污染，霉菌及毒素的食品卫生学意义。

讲授要点：

微生物污染的来源及其途径，食品中微生物的消长，食品中细菌的污染，菌落总数及卫生学意义，大肠菌群的概念、食品卫生学意义，霉菌对食品的污染，霉菌产生毒素的特点，霉菌及毒素的食品卫生学意义。

第十章 食品的腐败变质及其控制（4学时）

教学目的：掌握微生物引起食品腐败变质的基本条件，食品腐败变质的控制方法。教学重点和难点：食品腐败变质的概念、鉴定，微生物引起食品腐败变质的基本条件，明确食品的防腐保鲜是一项综合性的复杂技术，控制食品的腐败变质，保障食品的安全性，杜绝食物中毒事件发生。讲授要点：

微生物引起食品腐败变质的基本条件，食品发生腐败变质的鉴别方法、处理原则，重点是综合利用知识控制食品的腐败变质，保障食品的安全性，简单介绍现代食品生产GMP、HACCP管理和国际食品法典的知识。1微生物引起食品腐败变质的基本条件2食品腐败变质的化学过程3食品腐败变质的鉴定4腐败变质食品的处理原则5各类食品腐败变质的特征；1食品的防腐保藏技术2防止食品腐败变质的控制方法

第三篇：微生物实验教案

《微生物学》实验教学教案[实验项目] 实验一 微生物学试验常用玻璃仪器洗涤及干热灭菌 [教学时数]

3学时 [实验目的与要求]

1．认识微生物实验所需要的各种器皿，了解常用工具和仪器的名称、用途。2．掌握对玻璃器皿的清洗、包扎方法与干热灭菌的操作过程。[实验原理]

微生物学实验要求较高的无菌状态，因此，实验所用的器皿，大多数要进行消毒、灭菌从而用以培养微生物，所以对其质量、规格、洗涤和包扎方法均有一定要求。

清洁的玻璃器皿是实验得到正确结果的先决条件，包扎方法要能保证防止污染杂菌。

干热灭菌的原理，空的玻璃器皿一般用干热灭菌。干热灭菌是利用高温使微生物细胞内的蛋白质凝固变性而达到灭菌的目的。细胞内的蛋白质凝固性与其本身的含水量有关，在菌体受热时，当环境和细胞内含水量越大，则蛋白质凝固就越快，反之含水量越少，凝固缓慢。与湿热灭菌相比，干热灭菌所需温度要高（160～170℃），时间要长（1～2h），但干热灭菌温度不能超过180℃，否则，包器皿的纸或棉塞就会烧焦，甚至引起燃烧。[实验材料与设备]

1．培养皿、大试管、三角瓶6只、烧杯（500ml）2只、烧杯（1000ml）1只、小试管6只、吸管（0.2ml 2支，0.5ml 2支，1ml 2支，5ml 2支）共8支。2．去污粉、肥皂、清洗剂、毛刷。3．棉花、扎绳、包扎纸。[实验步骤]

（一）学习下列常用仪器的种类、规格和应用范围 1.培养皿

由一底一盖组成一套，常用的培养皿皿底直径90 mm，高15mm,皿底皿盖均为玻璃制成。制成平板，可用于分离、纯化、鉴定菌种、活菌计数以及测定抗生素、噬菌体的效价等。2.试管

(1)大试管(约18mm×180mm): 可装倒平板用的培养基，可作制备斜面用（需要大量菌体时用），装液体培养基用于微生物的振荡培养。

(2)中试管[(13～15)mm×(100～150)mm]: 装液体培养基培养细菌或做斜面用，用于细菌、霉菌、病毒等的稀释和血清学试验。

(3)小试管[(10～12)mm×100mm]:一般用于糖发酵或血清学试验，和其它需要节省材料的试验。3.三角瓶 规格有100mL、250mL、500mL和1000 mL用来装无菌水、培养基和振荡培养微生物等。4.烧杯

规格有50mL、100mL、250mL、500mL和1000mL 用来配制培养基与各种溶液等。5.吸管 规格有0.1mL、1mL、2mL、5mL、10mL用来量取转移各种溶液等。6.量筒 规格有50mL、100mL、250mL、500mL。

（二）学习玻璃器皿的洗涤方法 1.新玻璃器皿的洗涤

在2%的盐酸溶液中浸泡数小时，用自来水冲洗干净。2.旧玻璃器皿的洗涤

（1）试管、培养皿、三角瓶：洗衣粉和去污粉洗刷，自来水冲洗 A 装有固体培养基：刮掉，洗涤

B 带菌的器皿：2%来苏尔或0.25%新洁尔灭消毒液中浸泡24小时或煮沸0.5小时，然后洗涤 C 带病原菌培养物的器皿：先高压蒸汽灭菌，倒去培养物（2）玻璃吸管：吸管尖端与装在水龙头上的橡皮管连接，反复冲洗

A 吸过血液、血清、糖溶液或染料溶液等的玻璃吸管：立即投入盛有自来水的容器中浸泡，实验后集中冲洗。B 塞有棉花的吸管：用水将棉花冲出，然后冲洗

C 吸过含有微生物培养物的吸管：2%来苏尔或0.25%新洁尔灭消毒液中浸泡24小时然后洗 D 吸管内壁有油垢：洗涤液中浸泡数小时，再冲洗

(三)学习各种器皿的包扎

1.培养皿的包扎：牛皮纸或旧报纸包紧，一般以5～8套培养皿包成1包 2.吸管的包扎：

在上端约0.5cm处，塞入一小段1.5 cm长的棉花（勿用脱脂棉），目的是避免将外界或嘴中杂菌吹入管内，或不慎将菌液吸出管外。用4～5 cm宽的长纸条卷起来3.试管和三角瓶等的包扎：用橡皮塞和牛皮纸。(四)干热灭菌 1．装入待灭菌物品

将包好的待灭菌物品（培养皿、吸管等）放入电烘箱内，关好箱门。物品不要摆太挤，以免妨碍空气流通；不要接触电烘箱内壁的铁板，以防包装纸烤焦起火。

2．升温 接通电源，拨动开关，打开电烘箱排气孔，让温度逐渐上升。当温度升至100℃时，关闭排气孔。3．恒温 当温度升达到160～170℃时，恒温调节器会自动控制调节温度，保持此温度2h。干热火菌过程。严防恒温调节的自动控制失灵而造成安全事故。

4．降温 切断电源、自然降温。

5．开箱取物 待电烘箱内温度降到70℃以下后，打开箱门，取出灭菌物品。[指导与训练方案]

1.通过本次实验你认识了微生物学实验常用的哪些器皿？ 2.简述玻璃器皿洗涤的基本要求。3.简述干热灭菌的操作步骤。[实验项目]

实验二 培养基的制备与灭菌 [教学时数]

4学时[实验目的与要求]1．了解培养基的配制原理；掌握配制培养基的一般方法和步骤。2．了解常见灭菌、清毒基本原理及方法；掌握干热天菌、高压蒸汽灭菌及过滤除菌的操作方法。[实验原理]

培养基是人工按一定比例配制的供微生物生长繁殖和合成代谢产物所需要的营养物质的混合物。培养基的原材料可分为碳源、氮源、无机盐、生长因素和水。根据微生物的种类和实验目的不同，培养基也有不同的种类和配制 方法。

从培养基的组成成分可分为: 1.合成培养基：由各种纯化学物质按一定比例配制而成。

2.半合成培养基：一部分纯化学物质和一部分天然物质配制而成。3.天然培养基：利用天然来源的有机物配制而成。

从培养基的物理状态可分为: 1.液体培养基：不加凝固剂的液体状态培养基。2.固体培养基：在液体培养基中加入2%左右的凝固剂的固体状

态的培养基或农副产品培养基。3.半固体培养基：在液体培养基中加入0.2—0.5%凝固剂而成的半固体状培养基。

牛肉膏蛋白胨培养基是一种应用最广泛和最普通的细菌基础培养基。察氏一号培养基是一种应用最广泛和最普通的霉菌培养基。

高压蒸汽灭菌方法主要是通过升温使蛋白质变性从而达到杀死微生物的效果。当蒸汽压达到1.055kg/cm2时，锅内温度可达到121℃，一般维持20min,即可杀死一切微生物的营养体或芽孢，而达到灭菌目的。[实验材料与设备]

1.器材 试管、三角瓶、烧杯、量筒、玻璃棒、培养基、分装器、天平、牛角匙、高压蒸汽灭菌锅、pH度纸、棉花、牛皮纸、记号笔、麻绳、纱布、吸管、培养皿、电烘箱、注射器、微孔滤膜过滤器、镊子等。2.试剂 牛肉膏、蛋白胨、NaCl、琼脂 [实验步骤] 1.称量→溶化→调pH→过滤→分装→加塞→包扎→灭菌→无菌检查 2.干热灭菌：装入待灭菌物品→升温→恒温→降温→开箱取物

3.高压蒸汽灭菌：加水→装物品→加盖→加热→排冷空气→加压→恒压→降压回零→排汽→取物→无菌检查 4.过滤除菌：组装灭菌→连接→压滤→无菌检查→清洗灭菌 关键步骤及注意事项1.要严格按配方配制。2.调pH不要过头。

3.干热灭菌要注意物品不要堆放过紧，注意温度的时间控制，70ºC以下放物、取物。4.高压灭菌要注意物品不要过多，加热后排除冷空气，到时降压回零取物。

5.过滤除菌要注意各部件灭菌，压滤时，压力要适当，不可太猛太快，滤膜要注意清洗保存。[指导与训练方案]

1.培养基配好后，为什么必须立即灭菌?如何检查灭菌后的培养基是无菌的? 2.在配制培养基的操作过程中应注意些什么问题?为什么? 3.培养微生物的培养基应具备哪些条件?为什么? 4.培养基的配制原则是什么? [实验项目]

实验三 环境和人体微生物的检测及无菌操作技术[教学时数]3学时 [实验目的与要求]

1.通过检测环境和人体中微生物的存在，体会微生物分布的广泛性。

2.学习无菌操作的技术，掌握利用稀释涂布平板法从土壤中分离微生物的方法。[实验原理] 自然环境中和人及动物的体表、体内都存在大量的微生物，它们一遇到适合的条件就会大量繁殖。当把取自不同来源的含菌样品接种于含有生长发育需要的各种营养成分的固体培养基时，就会形成肉眼可见的微生物集体群落-菌落。每种微生物菌落都有其独有的特点，如大小、颜色、表面干燥或湿润、隆起或扁平、粗糙或光滑、边缘整齐或不整齐等。因此，可以通过平板培养来检测不同环境下微生物的数量、种类和特点。[实验材料与设备] 1.恒温培养箱、磁力搅拌器、移液枪

2.培养基：牛肉膏蛋白胨培养基、察氏一号培养基；地面以下5-10cm的土壤； 3.酒精灯、无菌棉棒、无菌生理盐水、涂布棒、记号笔、培养皿、吸管、试管、三角瓶 [实验步骤] 1.无菌操作技术 在酒精灯火焰旁操作，将融化并冷却至不烫手的灭菌固体培养基倒入无菌的培养皿，倒量为容积的1/3~1/2或者覆盖皿底5毫米左右，然后平放到桌面待其凝固即为无菌平板。

2.土样的稀释分离

制备土样悬浊液：称取土样1g，迅速倒入盛有99ml无菌水和玻璃球的三角瓶中，置入磁力棒，搅拌10-15min，使土样充分打散，即成10-2的土壤悬浊液。稀释：用无菌移液管吸10-2的土壤悬液0.5mL，放入4.5mL无菌水中即为10-3稀释液，如此重复，可依次制成10-3～10-6的稀释液。(注意：操作时每一个稀释度换用一支移液管，每次吸入土液后，要将移液管插入液面，吹吸3次，每次吸上的液面要高于前一次，以减少稀释中的误差。)3.环境及人体各部位取菌样 4.标记、培养

标记： A-Ⅰ-1-10-5姓名

按培养基类别：细菌培养基--A，霉菌培养基--B 按3个大组：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、按4个中组：1-4 按样品类别：10-

5、10-

6、口腔--a、鼻腔--b、头发--c、空气--d按个人标记：姓名

培养：将接种的平板分别放入细菌和霉菌培养箱中培养。霉菌保持25-27℃，3-5天；细菌35-37℃，1-2天。

[指导与训练方案]

1、无菌倒平板时注意的事项有哪些？

2、平板接种后为什么要倒置培养？

3、通过本次试验你学到了什么？有什么体会？ [实验项目]

实验六 细菌的单染色与革兰氏染色 [教学时数] 3学时

[实验目的与要求]

1.学习对细菌的涂片、染色和无菌操作技术。

2.了解染色原理、学习并掌握单染色和革兰氏染色技术。[实验原理] 细菌的细胞小而透明，在普通的光学显微镜下不易识别，染色后，菌体与背景形成明显的色差，从而能更清楚地观察到其形态和结构。

微生物学中常用的是单染色法和革兰氏染色法。染色部位分芽孢、鞭毛、荚膜染色

其机理主要是由于两类细菌的细胞壁成分和结构不同。G+菌，肽聚糖多，脂质少，酒精不易进入； G-菌，肽聚糖少，脂质多，酒精易进入 [实验材料与设备] 1.菌种：E.coli（大肠杆菌）、B.subtilis（枯草芽孢杆菌）、玉米细菌等

2.试剂：石炭酸复红染色液、革兰氏染色液(草酸铵结晶紫、碘液、95%乙醇、沙黄染色液）3.其他：显微镜、载玻片、生理盐水、酒精灯、接种环、吸水纸、擦镜纸等 [实验步骤]

一、单染色法： 滴无菌水→ 涂片→自然干燥→ 固定→染色→水洗→干燥→镜检（高倍镜、油镜）

二、革兰氏（Gram）染色法

1.涂片

2.初染：在做好的涂面上滴加草酸铵结晶紫染液，染1-1.5分钟，倾去染液，流水冲洗至无紫色。3.媒染：先用新配的路哥氏碘液冲去残水，而后用其覆盖涂面14.脱色：除去残水后，滴加

95%酒精进行脱色约

分钟，后水洗。

秒，后立即用流水冲洗。

5.复染：滴加番红染色液，染1-1.5分钟，水洗后用吸水纸吸干。6.镜检：观察染色结果并绘图。[指导与训练方案]

1.革兰氏染色过程中大肠杆菌、枯草杆菌、玉米细菌、金黄葡萄球菌等分别被染成什么色，分别为革兰氏反应的什么菌 ？

2.涂片用的玻璃片为什么不得有油污？为什么涂片要求菌膜要均匀、薄？ 3.革兰氏染色的原理 4.染色注意事项有哪些？ [实验项目]

实验七 微生物的显微镜计数、大小测量和酵母菌的死活鉴别 [教学时数] 5学时

[实验目的与要求]

1.学习并掌握利用显微镜直接计数的基本方法。2.了解并掌握酵母菌的死活鉴别染色的原理和技术 [实验原理] 1.两种常用计数方法，即直接计数法（血球计数板计数法）和间接计数法（平板菌落计数法）。本实验是利用血球计数板进行直接计数。

2.利用血球计数板，在显微镜下进行计数，由于计数室的容积是一定的，所以可以根据在显微镜下观察到的微生物数目来换算成单位体积内的微生物总数目。由于此法计得的是活菌体和死菌体的总和，故又称为总菌计数法。3.美兰（氧化型呈蓝色，还原型呈无色），活的酵母菌具有将氧化型美兰还原成还原型的能力，故染色后是透明的，而死的酵母菌则被染成了蓝色。

计数方法：计数时，通常数五个（或四个）中方格的总菌数，然后求得每个中方格的平均值，再乘上25或16，就得出一个大方格中的总菌数，然后再换算成lml菌液中的总菌数。设被选作计数的中方格中的总菌数为A，菌液稀释倍数为B，如果是25个中方格的计数板，则1mL菌液中的总菌数=A/5×25×104×B=50000A·B（个）如果是16个中方格的计数板，则1mL菌液中的总菌数=A/4×16×104×B=40000A·B（个）[实验材料与设备] 酵母菌悬液（市售的干酵母粉）血球计数板、盖玻片、吸水纸显微镜、接种环、分类计数器 0.1%的美蓝染色液 [实验步骤] 1 制备菌悬液、染色 用吸管吸取菌悬液（1滴）加入试管，用生理盐水（8滴）进行稀释，滴加（1滴）美兰染色液。加菌悬液样品 将清洁干燥的血球计数板盖上盖玻片，再用毛细滴管将摇匀的菌悬液由盖玻片边缘滴一小滴，让菌液沿缝隙靠毛细渗透作用自动进入计数室，用吸水纸吸去多余水液（注意一定不要有溢出和产生气泡）。3 显微镜计数 加样后静止1 min，先用低倍镜然后换成高倍镜，计数时，对位于线上酵母菌，一般只数上方和左边线上的，当酵母菌芽体达到母细胞大小的二分之一时，可记作两个细胞。计数一个样品要从两个计数室中计得的值来计算样品的含菌量。清洗血球计数板 计数完毕，将计数板在水龙头下冲洗干净，切勿用硬物洗刷，洗完后自行晾干或用电吹风吹干。5.计算 ：利用相应公式进行计算（见前面公式或者课本公式），并将实验结果填入作业中的表格内。实验注意事项

1.要正确使用显微镜，光线亮度要调的合适。

2.菌液制备要精准，稀释倍数要合适。如果浓度过大就再稀释，如果过小再重做。3.计上不计下，计左不计右。出芽计一半

4.浓度稀释标准：以每小方格内含有5-10个酵母细胞为宜，一般稀释10倍即可。5.计数室内一定不要有溢出和产生气泡。

6.其他微生物孢子技术与酵母菌类似，基本操作一样。7.确保血球计数板清洗干净。[指导与训练方案] 1.使用血球计数板计数时，应注意什么？ 2.将计数结果填入表格中。

3.简单说明酵母菌死活染色的原理。[实验项目]

实验八 微生物细胞大小的测定 [教学时数] 3学时

[实验目的与要求]

1.了解测微尺的构造和使用，学习并掌握测定微生物细胞大小的方法。[实验原理] 微生物细胞的大小的测量是在显微镜下用目镜测微尺来进行的，但由于测量的是放大后的图像，故目镜测微尺在不同放大倍率下每格实际代表的长度也随之变化，因此，需用物镜测微尺来校正在不同放大倍率下目镜测微尺每格所代表的实际长度。

物镜测微尺是中央刻有精确刻度的载玻片，一般是将1 mm等分为100格，每格长0．01mm，即10 um，它不直接用于测量细胞大小，而是用于校正目镜测微尺的每格的相对长度。

[实验材料与设备] 酵母菌悬液（市售的干酵母粉）或者制作的霉菌装片

目镜测微尺，物镜测微尺、显微镜、载玻片、盖玻片、吸水纸、0.1%的美蓝染色液 [实验步骤]（—）装目镜测微尺

（二）校正目镜测微尺

1.将物镜测微尺刻度面朝上放在显微镜载物台上

2.先用低倍镜观察，将目镜测微尺刻度与物镜测微尺的刻度平行。使两尺的第一条刻度线相重合，再寻找两尺的另 10 一条重合的刻度线，分别记录两重合线之间物镜测微尺和目镜测微尺所占的格数，由公式计算出目镜测微尺每格所代表的长度。

3.用同样的方法换成高倍镜进行校正，记录并计算在每种倍率下目镜测微尺每一格所代表的长度。

（三）酵母细胞大小的测定

制备菌悬液、染色： 用吸管吸取菌悬液（1滴）加入试管，用生理盐水（8滴）进行稀释，滴加（1滴）美兰染色液。

制片： 用吸管吸取1滴上述菌悬液滴加到干净的载玻片上，盖上盖玻片（注意一定不要有溢出和产生气泡），将多余菌液用吸水纸吸干。

显微镜下观察、测量：在不同倍率下测量菌体的长度和宽度，记录测定值，并计算出酵母的长、宽值。[指导与训练方案] 1.为什么更换不同放大倍数的目镜或物镜时，必须用镜台测微尺重新对目镜测微尺进行校正? 2.如何校正目镜测微尺？ ３．如何测定细菌的大小？

[实验项目1]实验1 常用玻璃仪器包扎及干热灭菌；培养基的制备（口述）与高压蒸汽灭菌（操作-必做）1.1 培养皿、试管、吸管的洗涤包扎及干热灭菌（操作-必做）1.2 培养基分装到三角瓶和试管与高压蒸汽灭菌（操作）[实验项目2 实验2 无菌操作技术，倒平板和接种（操作-必做）1.倒平板，以清水代替；试管接试管；试管接培养皿 [实验项目3] 实验3 细菌的革兰氏染色（操作-必做）1.枯草杆菌 [实验项目4] 实验4 微生物的显微镜计数（操作-必做）

酵母菌[实验项目5]实验5 微生物细胞大小的测定（操作）会校正和测量酵母菌或真菌菌丝

第四篇：环境工程微生物教案

《环境工程微生物学》教案

课程名称：主讲教师：

环境工程微生物学

佘秋生

环境工程微生物学绪论

讲 授 人: 佘秋生 学 时：2 教学方法: 讲授

教学手段: 板书、多媒体 教学目的:

1、认识微生物

2、了解环境与环境工程面临的问题、可持续发展与微生物

3、了解环境工程微生物学的研究对象与任务

4、微生物的发展史

重点难点: 建立环境工程微生物学的基本认识 教 学 内 容:

第一节、微生物概述

一、微生物的概念

一类形态微小.结构简单.单细胞或多细胞的低等生物的通称.包括病毒、细菌、真菌、原生动物和藻类等．其大小用微米(um)表示．

二、微生物的分类

为了识别和研究微生物，各种微生物按其客观存在的生物属性及它们的亲缘关系，有次序地分门别类排列成一个系统，从大到小，按界、门、纲、目、科、属、种等分类． 种

最小的分类单位，具有一定的自然分布区和一定的生理形态的生物类群，是生物进化和自然选择的产物，同一种中的各个个体具有相同的遗传性状，而且彼此交配可以产生后代．

三、微生物的命名

命名原则：微生物的命名是采用生物学中的二名法，即用两个拉丁文命名一个微生物的种． 命名方法：

这个种的名称是由一个属名和一个种名组成，属名和种名都用斜体字表示，属名在前，用拉丁文名词表示，第一个字母大写．种名在后，用拉丁文的形容词表示，第一个字母小写．

为了避免同物异名或同名异物，在微生物的名称后面缀上命名人的姓． 如果只将细菌鉴定到属而没有到种，则该细菌的名称只有属名，没有种名．

四、原核微生物

原核微生物的核很原始，发育不全，只是ＤＮＡ链高度折叠形成的一个核区，没有核膜，核质裸露与细胞质没有明显的界限，称为拟核或似核，也没有细胞器，不进行有丝分裂．原核微生物包括细菌．古菌．放线菌．蓝细菌．立克次氏体．支原体．衣原体和螺旋体等．

五、真核微生物

真核微生物有发育完好的细胞核，核内有核仁和染色质．有核膜将细胞核和细胞质分开，使两者有明显的界限．有高度分化的细胞器，如线粒体．中心体．高尔基氏体．内质网等．进行有丝分裂．包括除蓝藻以外的藻类．酵母菌．霉菌．原生动物．微型后生动物等。

六、微生物的性质

（一）体积小、面积大

（二）吸收多、转化快

（三）生长旺、繁殖快

（四）适应强、易变异

（五）分布广、种类多

第二节 环境与环境工程面临的问题、可持续发展与微生物

５０亿年前，地球是无氧环境，由于蓝藻的作用，使地球变为有氧环境，才有好氧生物的出现．

随着人类的发展，社会的进步，环境污染越来越严重，已成为各国关注的问题． 八大公害

可持续发展观念的提出：

１９８７年挪威首相布伦特兰在其发表的文章“我们共同的未来”中提出．其意义是：当代人类的发展，应该是既满足当代人的需求，又不危及后代人满足其需求的发展。

第三节 环境工程微生物学的研究对象与任务

环境工程微生物学：在微生物学的基础上，研究和环境有关的微生物学科。

一、研究对象

１ 微生物基础

２ 不同环境中的微生物及其生态

３ 卫生细菌学

４ 物质循环与转化

５ 生物净化原理

二、研究任务

１ 充分利用有益微生物资源为人类造福；

２ 防止、控制、消除微生物的有害活动，化害为益。

第四节 人类对微生物世界的认识史一、一个难以认识的微生物世界

个体过于微小 2 群体外貌不显 3 种间杂居混生

形态与作用后果间很难被人认识

二、微生物学发展史

朦胧阶段（史前期:公元前8000-公元1676年）形态描述阶段（初创期:公元1676-1860年）

生理水平研究阶段（奠基期:公元1861-1897年）生化水平研究阶段（发展期:公元1897-1953年）分子生物学发展阶段（成熟期:公元1953年以后）

三、微生物学与其他学科

微生物与农业

微生物饲料 农用抗菌素 生物农药 生物菌肥 2微生物能源 3微生物饲料

菌体蛋白饲料

饲料酵母

维生素饲料

发酵饲料

青贮饲料 4农用抗菌素

某些微生物能够产生具有抑制或杀死植物病原菌的物质,该物质称农用抗菌素。5 生物菌肥

主要是根瘤菌肥即含固氮菌活菌的肥料。6污水处理

高效微生物污水处理技术，其方法是通过化学或辐照的方法筛选出无毒、无致病性、“能吃污水”的高效微生物(HEM)、然后投放到污水处理现场，使污水得到净化。该技术可用于处理城市污水、酿造废水、屠宰废水等各种可生物降解的污水。安全可靠、操作简单，处理效率比传统方法提高50%以上，投资及运行费用降低20-30%，特别适合经费短缺的中小城市、乡村及厂矿使用，并可用于改造老的污水处理设施，使之重新获得新生。

四、微生物的作用

微生物与粮食

粮食生产是全人类生存中至关重要的大事。微生物在提高土壤肥力、改进作物特性（如构建固氮植物）、促进粮食增产、防治粮食作物的病虫害、防止粮食霉腐变质以及把多余粮食转化为糖、单细胞蛋白、各种饮料和调味品等方面，都可大显身手。2 微生物与能源

（1）把自然界蕴藏量极其丰富的纤维素转化成乙醇；

（2）利用产甲烷菌把自然界蕴藏量最丰富的可再生资源转化成甲烷；

（3）利用光合细菌、蓝细菌或厌氧梭菌等微生物生产“清洁能源”--氢气；

（4）通过微生物发酵产气或其代谢产物来提高石油采收率；

（5）研制微生物电池使之实用化。3 微生物与资源

微生物能将地球上永无枯竭的纤维素等可再生资源转化成各种化工、轻工和制药等工业原料。

传统的：乙醇、丙醇、丁醇、乙酸、甘油、乳酸、苹果酸等；

现代的：水杨酸、乌头酸、丙烯酸、已二酸、丙烯酸、长链脂肪酸、亚麻酸油和聚羟基丁酸酯（PHB）等；

另外，微生物在金属矿藏资源的开发和利用上也有独特的作用。4 微生物与环境保护

利用微生物肥料、微生物杀虫剂或农用抗生素来取代会造成环境恶化的各种化学肥料或化学农药；

利用微生物生产的PHB（聚羟基丁酸酯）制造易降解的医用塑料制品以减少环境污染；

利用微生物来净化生活污水和有毒工业污水；利用微生物技术来监察环境的污染度，如用艾姆氏法检测环境中的“三致”物质；

利用EMB培养来检查饮水的肠道病原菌等。5 微生物与人类健康

防治这类疾病的主要手段又是各种微生物产生的药物：抗生素、干扰素和白细胞介素等高效药物纷纷转向由“工程菌”来生产。

与人类生殖、避孕等密切相关的甾体激素类药物

此外，一大批与人类健康、长寿有关的生物制品，如疫苗、类毒素等均是微生物产品。学习本课程的主要参考书

周德庆.微生物学教程，北京：高等教育出版社，1993 沈萍主编.微生物学，北京：高等教育出版社，2000 李建政主编.水处理微生物学,北京:化工出版社,2003年 参考教学网站（课件）

1.武汉大学微生物学教学网站 2.江南大学微生物学教学网站

3.华中农业大学微生物学微生物教学网站 4.长春师范学院微生物学网络课程 5.华南师范大学微生物学教学网站 6.安徽科技学院微生物学网站 7.江西农业大学精品课程

8.西北农林科技大学微生物学教学网站 9.山东大学生命科学院微生物学教学网站

第一章 非细胞结构的超微生物-病毒

讲 授 人: 佘秋生 学 时：2 教学方法: 讲授

教学手段: 板书、多媒体

教学目的: 了解非细胞结构的超微生物-病毒的分类、形态、结构、复制 重点难点: 建立与环境工程微生物学有关病毒的基本认识 教 学 内 容:

一、病毒定义

病毒是一类超显微的非细胞生物，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，靠其宿主代谢系统的协助来复制核酸、合成蛋白质等组分，然后再进行装配而得以增殖；在离体条件下，它们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、病毒的特点

病毒在寄主细胞外，不能独立地进行代谢和繁殖，它们是严格的寄生物，与其它生物相比有明显不同，具有其本身的特点。形体极其微小，必须在电子显微镜下才能观察，一般都可通过细菌滤器。2 没有细胞构造，故也称分子生物。3 其主要成分仅有核酸和蛋白质两种。每一种病毒只有一种核酸，不是DNA就是RNA。5 既无产能酶系也无蛋白质合成系统。6 在宿主细胞的协助下，通过核酸的复制和核酸蛋白装配的形式进行增殖，不存在个体的生长和二分裂法等细胞繁殖方式。在宿主的活细胞内营专性寄生。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 经提纯的病毒结晶能保持侵染力。

人类传染病中，约70—80%属于病毒病，每一种植物至少有一种病毒引起的病害。引起人类疾病的病毒相当多，如肝炎，胆囊炎，狂犬病，爱滋病，风湿关节炎等，也有多种病毒可以致人癌症。对一般抗生素不敏感，但对干扰素敏感。

迄今，还未发现一种药剂或抗菌素对人、动植物体内病毒有效的药物，也没有一种药剂能杀死细胞体内的病毒而又不伤害寄主。经提纯分离在体外的病毒结晶，用不少的药物都可杀死，但寄主细胞内的病毒均不敏感。

三、病毒的分类 根据专性寄主分类：

植物病毒、动物病毒、细菌病毒（噬菌体）、放线菌病毒（噬放线菌体）、藻类病毒、真菌病毒。

动物病毒寄生在人体和动物体内引起人和动物疾病：如流行性感冒、水痘、麻疹、腮腺炎、乙型脑炎、脊髓灰质炎、甲型肝炎、乙型肝炎、天花、爱滋病等。

植物病毒引起植物疾病：烟草花叶病、番茄丛矮病等。

噬菌体寄生在细菌体内引起细菌疾病。用蓝细菌噬菌体控制水华。2 根据核酸分类：DNA病毒和RNA病毒。

四、病毒形态结构和化学组成 病毒的大小和形态

测量的单位是纳米，多数病毒粒子的直径在100nm左右。不同病毒大小差别较大。病毒的形态主要有球形、杆形、砖形等、蝌蚪形等。2 病毒的化学组成和结构

由于病毒是非细胞生物，故单个病毒个体不能称作“单细胞”，这样，就产生了病毒粒子（virion）的名词。病毒粒子有时也称病毒颗粒（virus particle），是指成熟的、结构完整的单个病毒。

病毒粒子的主要成分是核酸和蛋白质。核酸位于病毒粒子的中心，构成了它的核心（核酸内芯）或基因组；蛋白质包围在核心周围，构成了病毒粒子的衣壳。

衣壳是病毒粒子的主要支架结构和抗原成分，对核酸有保护作用。衣壳是由许多在电镜下可辨别的形态学亚单位——衣壳粒所构成。

核心和衣壳合在一起称为核衣壳，它是任何病毒（真病毒）所必须具备的基本结构。有些较复杂的病毒，在其核衣壳外还被一层由类脂或脂蛋白组成的被膜包裹着。有时，被膜上还长有刺突等附属物。

病毒蛋白质的功能：保护病毒使其免受环境因素的影响；决定病毒感染的特异性；使病毒与敏感细胞表面特定部位有特异亲和力，病毒可牢固的附着在敏感细胞上；病毒蛋白质还有致病性、毒力和抗原性。

动植物病毒核酸类型：dsDNA，ssDNA，dsRNA，ss RNA。病毒核酸含量占1-5%不等，如感冒病毒核酸占1%，蛋白质占99%。TMV核酸占5%，蛋白质占95%。核酸可用物理、化学方法分离出来，分离出的核酸仍具有侵染力。

病毒核酸的功能：决定病毒遗传、变异和对敏感宿主细胞的感染力。由于衣壳粒的排列组合不同，使病毒有三种对称性构型。立体对称型（主要是20面体）；螺旋对称型；复合对称型。

五、病毒的繁殖 以噬菌体为例。有如下四步：吸附、侵入、复制、聚集和释放。

（1）吸附：是噬菌体与细菌表面受体发生特异性结合的过程，其特异性取决于噬菌体蛋白与宿主菌表面受体分子结构的互补性。

（2）侵入：噬菌体吸附在细菌细胞壁的受体上以后，核酸注入细菌细胞中，蛋白质壳体留在外面。从吸附到侵入，时间间隔很短，只有几秒到几分钟。

（3）核酸复制：噬菌体核酸进入寄主细胞后，操纵寄主细胞的代谢机能，大量复制噬菌体核酸，但不形成带壳体的粒子，称为潜育期。

（4）聚集和释放：寄主细胞合成噬菌体壳体形成完整的噬菌体粒子。噬菌体粒子成熟，引起寄主细胞的裂解释放出病毒粒子。随种类不同，一个寄主细胞释放10～1000个噬菌体粒子。噬菌体的类型

根据噬菌体与宿主菌的相互关系，噬菌体可分为两类： 毒性噬菌体(virulent phage)：能在宿主细胞内复制增殖，产生许多子代噬菌体，并最终裂解细菌。

温和噬菌体(temperate phage)：噬菌体基因与宿主染色体整合，不产生子代噬菌体，但噬菌体DNA能随细菌DNA复制，并随细菌的分裂而传代。

温和噬菌体的基因组能与宿主菌基因组整合，并随细菌分裂传至子代细菌的基因组中，不引起细菌裂解。整合在细菌基因组中的噬菌体基因组称为前噬菌体(prophage)，带有前噬菌体基因组的细菌称为溶原性细菌(lysogenic bacterium).前噬菌体偶尔可自发地或在某些理化和生物因素的诱导下脱离宿主菌基因组而进入溶菌周期，产生成熟噬菌体，导致细菌裂解。温和噬菌体这种产生成熟噬菌体颗粒和溶解宿主菌的潜在能力，称为溶原性(lysogeny)。

温和噬菌体可有三种存在状态：A.游离的具有感染性的噬菌体颗粒；B.宿主菌胞质内类似质粒形式的噬菌体核酸；C.前噬菌体。

某些前噬菌体可导致细菌基因型和性状发生改变，这称为溶原性转换(lysogenic conversion)。

六、病毒的培养 病毒的培养特征 在细菌培养液中，细菌被噬菌体感染，细胞裂解，浑浊的菌悬液变成为透明的裂解溶液。在固体培养基上形成噬菌斑。将少量噬菌体与大量宿主细胞混合后，将此混合液与45℃左右的琼脂培养基在培养皿中充分混匀，铺平后培养。经数小时至10余小时后，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亮不长菌的小圆斑，这就是噬菌斑(plaque)。每一个噬菌斑一般是由一个噬菌体粒子形成的。

当一个噬菌体侵染一个敏感细胞后，隔不久即释放出一群子代噬菌体，它们通过琼脂层的扩散又侵染周围的宿主细胞，并引起它们裂解，如此经过多次重复，就出现了一个由无数噬菌体粒子构成的群体-噬菌斑(plaque)。

噬菌斑的形成与细菌菌落的形成有点相似，所不同的只是噬菌斑更像一个“负菌落”。噬菌斑的形成可用于检出、分离、纯化噬菌体和进行噬菌体的计数。病毒的培养基：

病毒是专性寄生在活的敏感宿主细胞内才能生长繁殖的微生物。因此病毒的培养基要求苛刻，专一性强。

敏感细胞要求具备以下条件：

（1）必须是活的敏感宿主或是活的敏感宿主组织细胞；（2）能够提供病毒附着的受体；

（3）敏感细胞内没有破坏特异性病毒的限制性核酸内切酶，病毒进入细胞就可生长繁殖。

不同种类的病毒培养基是不同的。

脊椎动物病毒的培养基：人胚组织细胞、人组织细胞、人肿瘤细胞、动物组织细胞、鸡鸭胚细胞、敏感动物。

植物病毒的培养基：与之相应的敏感植株和敏感的植物组织。噬菌体的培养基：相应的敏感细菌。3 病毒的培养

动物病毒：动物接种、鸡胚接种和组织培养技术 噬菌体：双层琼脂法培养

七、病毒对物理化学因素的抵抗力

物理因素：对病毒影响最大的物理因素是温度、光和干燥。

温度：在宿主细胞外的病毒大多数在55-65℃范围内不到1h灭活。高温使病毒的核酸和蛋白质衣壳受损伤，蛋白质的变性作用阻碍了病毒吸附到宿主细胞上，削弱了病毒的感染力。低温不会灭活病毒，通常在-75 ℃保存病毒。

紫外辐射：有灭活病毒的作用。灭活的部位是病毒的核酸，形成胸腺嘧啶二聚体。大多数肠道病毒对可见光很敏感而被杀死，称为“光灭活作用”。X射线、r射线也有灭活作用。

干燥：干燥也是控制环境中病毒的重要因素。在土壤中，水分含量低于10％时，病毒会迅速灭活。

化学因素： 体内灭活：抗体、干扰素 2 体外灭活：

破坏蛋白质的化学物质：酚、低离子强度环境 破坏核酸的化学物质：甲醛、亚硝酸、氨

影响脂类的化学物质：醚、SDS、氯仿、去氧胆酸

第二章

原核微生物

讲 授 人: 佘秋生 学 时：4 教学方法: 讲授

教学手段: 板书、多媒体 教学目的:

1、了解原核微生物的分类、形态、结构、生长及繁殖等特点

2、了解微生物观察方法-显微镜、染色

重点难点: 原核微生物的分类、形态、结构的基本认识

第一节

细 菌

一、细菌的个体形态、大小与染色

细菌的外形与大小

常见的三种细菌典型形态:球菌、杆菌、螺旋菌。（1）球菌：球形的细菌，大小为0.5~2.0 μm 球菌有单球菌（脲微球菌）、双球菌（肺炎链球菌）、链球菌（乳链球菌）、四联球菌（四联微球菌）、八叠球菌（甲烷八叠球菌）、葡萄球菌（金黄色葡萄球菌）。

（2）杆菌：细胞呈杆状或圆柱状，菌体直或稍弯，粗短或细长。末端钝圆、尖、膨大或平裁状。直径在0.5～1um×1～5um（宽径×长）。

杆菌有单杆菌、双杆菌、链杆菌

（3）螺旋菌：细胞呈弧形的称为弧菌，其中若菌体多于一个弯曲，其程度超过一圈，又称为螺旋菌。直径在0.5～5um，长度不等。

自然界中杆菌最常见，球菌次之，而螺旋菌最少。

（4）丝状细菌：分布在水生境，潮湿土壤和活性污泥中。有铁细菌、硫磺细菌、球衣细菌等。

细菌的染色

由于细菌的细胞极其微小又十分透明，因此用水浸片或悬滴观察法在光学显微镜下进行观察时，只能看到大体形态和运动情况。若要在光学显微镜下观察其形态和主要构造，一般都要对它们进行染色。

革兰氏染色法：该染色法由丹麦医生C.Gram于1884年创立。分为初染、媒染、脱色和复染四步。

革兰氏染色的意义：（1）通过这一染色，可把几乎所有的细菌分成革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌两个大类。因此是分类鉴定的重要指标。

（2）这两类细菌在细胞结构、成分、形态、生理、生化、遗传、免疫、生态和药物敏感性等方面都呈现出明显的差异，因此任何细菌只要先通过很简单的革兰氏染色，即可提供不少其他重要的生物学特性方面的信息。

二、细菌的结构

细菌是单细胞的，所有的细菌都有如下结构：细胞壁、细胞质膜、细胞质及其内含物、细胞核物质。部分细菌有特殊结构：芽孢、鞭毛、荚膜、粘液层、菌胶团、衣鞘及光合作用层片等。1细胞壁

细胞壁是包围在细菌体表最外层的、具有坚韧而带有弹性的薄膜。它约占菌体的10％－25％。

(1)细胞壁的化学组成和结构 细菌分为革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌两大类，两者的化学结构和组成不同。革兰氏阳性菌的细胞壁厚，其厚度为20～80nm，结构较简单，含肽聚糖、磷壁酸少量蛋白质和脂肪。革兰氏阴性菌的细胞壁较薄，厚度为1nm。其结构复杂，分外壁层和内壁层，外壁层又分三层：最外层是脂多糖，中间是磷脂层，内层为脂蛋白。内壁层含脂多糖，不含磷壁酸。

(2)细胞壁的功能

①保护原生质体免受渗透压引起的破裂作用； ②维持细菌的细胞形态；

③细胞壁是多孔结构的分子筛，阻拦某些分子进入和保留蛋白质在间质； ④使细胞具有致病性及对噬菌体的敏感性； ⑤为鞭毛提供支点，使鞭毛运动。(3)革兰氏染色机理

①与细菌等电点有关：革兰氏阳性菌的等电点为pH2~3，革兰氏阴性菌的为pH4~5。可见，革兰氏阳性菌的等电点比革兰氏阴性菌低，说明革兰氏阳性菌带的负电荷比革兰氏阴性菌多。它与草酸铵结晶紫的结合力大，用碘-碘化钾媒染后，两者的等电点均得到降低，但革兰氏阳性菌的等电点降低的多，故与草酸铵结晶紫结合得更牢固，对乙醇脱色的抵抗力更强。它的菌体与草酸铵结晶紫、碘-碘化钾的复合物不被乙醇提取，呈紫色。而革兰氏阴性菌与草酸铵结晶紫的结合能力弱，其菌体与草酸铵结晶紫、碘-碘化钾的复合物很容易被乙醇提取而呈现无色。

②与细胞壁有关：革兰氏阳性菌的脂类物质的含量很低，肽聚糖的含量高。革兰氏阴性菌相反，它的脂类含量高，肽聚糖含量低。用乙醇脱色时，革兰氏阴性菌的脂类物质被乙醇溶解，增加细菌细胞壁的孔径及其通透性，乙醇容易进入细胞内将草酸铵结晶紫和碘-碘化钾复合物提取出来，使菌体呈现无色。革兰氏阳性菌由于脂类物质含量极低，而肽聚糖含量高，乙醇既是脱色剂又是脱水剂，使肽聚糖脱水缩小细胞壁的孔径，降低细胞壁的通透性，阻止乙醇分子进入细胞，草酸铵结晶紫和碘-碘化钾的复合物被截留在细胞内而不被脱色，仍呈现紫色。2原生质体

包括细胞质膜（原生质膜）、细胞质及其内含物、细胞核物质。(1)细胞质膜

① 细胞质膜及其化学组成

细胞质膜是紧贴在细胞壁的内侧而包围细胞质的一层柔软而富有弹性的薄膜。它是半渗透膜。它的重量占菌体的10％，含有60％～70％的蛋白质，含30%～70%的脂类和约20％的多糖。

② 细胞质膜的结构

细胞质膜由上、下两层致密的着色层，中间夹一个不着色层组成。不着色层是由具有正、负电荷，有极性的磷脂双分子层组成，是两性分子。亲水基朝着膜的内、外表面的水向，疏水基在不着色区域。蛋白质主要结合在膜的表面，有的位于均匀的双层磷脂层中，疏水基占优势。膜表面的蛋白质还有多糖。①②③④⑤

③ 细胞质膜的生理功能 细胞质膜的生理功能有：①维持渗透压的梯度和溶质的转移；②细胞质膜上有合成细胞壁和形成横膈膜组分的酶，故可在膜的外表面合成细胞壁；③膜内陷形成的中间体含有细胞色素，可参与呼吸作用；④可在细胞质膜上进行物质代谢和能量代谢；⑤为鞭毛提供附着点。

(2)核糖体

核糖体是分散在细胞质中的亚微颗粒，由RNA和蛋白质组成，是合成蛋白质的场所。其中RNA占60%，蛋白质占40%。大肠杆菌可以分解出三种分子质量不同的RNA，16SRNA、23SRNA和5SRNA。核糖体的沉降系数是70S（由50S和30S两个亚基组成）。

(3)细胞内含颗粒 气泡（水生细菌）：相当于鱼的鱼漂

异染颗粒：可被甲苯胺染成紫红色。化学本质—偏磷酸盐的聚合物。功能：磷源和能源性贮藏物。

聚b-羟基丁酸（简称 PHB）颗粒：能量的贮存物；调节pH。糖原和淀粉粒：用作碳源和能源。硫粒：某些化能自养型硫细菌，贮存的能源物质 通常，一种细菌只含有一种或两种内含颗粒。3 拟核

细菌无核膜和核仁，故称原始核，亦称细菌染色体，由DNA组成。由于高度紧密折叠，拟核只占菌体很小的一部分，在电子显微镜下看到的是一个透明的、不易着色的纤维状区域。拟核携带全部或部分遗传信息，它的功能是决定遗传性状和传递遗传信息，是重要的遗传物质。

荚膜、粘液层和菌胶团

(1)荚膜：是一些细菌在其细胞表面分泌的一种粘性物质，把细胞壁完全包围住。荚膜能相对稳定的附在细胞壁表面，使细菌与外界环境有明显的边缘。荚膜不易着色，一般采用负染色法。

成分：多糖、多肽和脂类，含水率在90％～98％。①②③④⑤ 功能：

① 保护作用：保护细菌免受干燥的影响，保护不受宿主吞噬细胞的吞噬。② 当缺乏营养时，荚膜可被用作碳源和能源。

③ 具荚膜的致病菌毒力强，失去荚膜的致病力下降。

④ 废水生物处理中的细菌荚膜有生物吸附作用，将废水中的有机物、无机物及胶体吸附在细菌体表面上。

(2)粘液层：有些细菌不产生荚膜，其细胞仍可分泌粘性的多糖，疏松地附着在细菌细胞壁表面，与外界没有明显的边缘，则叫粘液层。在废水生物处理过程中有生物吸附作用。

(3)菌胶团：有些细菌由于其遗传特性决定，细菌之间按一定的排列方式粘集在一起，被一个公共的荚膜包围成一定形状的细菌集团叫做菌胶团。菌胶团的形成是由这类细菌遗传特性所决定的。菌胶团的形状 有球形、蘑菇形、椭圆形、分支状、垂丝状及不规则形。

(4)衣鞘：水生境中的丝状菌，如球衣菌属、纤发菌属、发硫菌属、亮发菌属等丝状体表面的粘液层或荚膜硬质化，形成一个透明坚韧的空壳，叫衣鞘。5 芽孢

某些细菌生长到一定阶段，在细胞内形成一个圆形成圆柱形的对不良环境条件具有较强的抵抗逆休眠体。细菌的芽孢都生长在细胞内，又称内生孢子(Endospora)，细菌中只有少数几个属具有芽孢。芽孢对干燥（在干燥下可存活几年、几十年）、紫外线，有毒化学物、热、化学药品抵抗力强，能使细菌渡过不良环境。所以，芽孢使抵御外界不良环境的休眠体。芽胞的大小、形状、位置等随菌种而异，有重要的鉴别意义。芽孢不是繁殖器官，只是休眠体，而且不易着色。

产芽孢细菌的种类：革兰氏阳性杆菌芽孢杆菌属、梭菌属；球菌只有八叠球菌属产生芽孢；螺菌中的孢螺菌属也产生芽孢。

芽孢抗性强的原因：（1）含水量低。（2）有厚、致密的壁。（3）含与抗热性有关的吡啶二羧酸。（4）芽孢内具有抗热性的酶。6鞭毛

由细胞质膜上的鞭毛基粒长出穿过细胞壁伸向体外的一条纤细的波浪状的丝状物。直径0.001~0.02um，长2~50um。具有鞭毛的细菌都能运动，不具有鞭毛的细菌不能运动，但有些细菌仍可运动，这种运动叫做滑动。

化学成分：鞭毛蛋白。

功能：运动，鞭毛的有无以及鞭毛着生的部位是菌种分类鉴定的重要指标。根据鞭毛数目与排列情况分：

一端单毛菌：菌体一端只有一条鞭毛。二端单毛菌：菌体二端各有一条鞭毛。丛毛菌：菌体一端或二端各有一丛鞭毛(偏端丛生鞭毛菌、二端丛生鞭毛菌)。周毛菌：在菌体四周都有鞭毛。实验室可采用特殊染色，使染料的复合物附着并积累在鞭毛上，加粗其直径，可用普通光学显微镜观察。

-+7比鞭毛更细，较短，直硬，数量也较多的细丝。非运动器官G菌多有，G菌少数有。菌毛在普通光学显微镜下看不到，必须用电子显微镜观察。

功能：菌毛分普通菌毛和性菌毛(有吸附作用)。有性菌毛的细菌叫雄性菌。雄性菌与雌性可通过性菌毛接合，没有之不能接合。

三、细菌的培养特征

细菌在固体培养基上的培养特征： 菌落：将单个微生物细胞或一小堆同种微生物细胞接种在固体培养基的表面，当它占有一定的发展空前并给予适宜的培养条件时，该细胞就迅速进行生长繁殖。结果就会形成一个以母细胞为中心的一堆肉眼看见的、有一定形态构造的子细胞集团，称为菌落。

菌苔：如果将某一纯种的大量细胞密集地接种在固体培养基表面，结果形成的各“菌落”相互联结成一片，就是菌苔。

菌落的特征主要由各种微生物特殊的遗传特性决定，同时也与培养基成分及培养条件有关，当固定培养基成分及培养条件相同时，不同种类微生物形成的菌落特征是固定的，可作为微生物鉴定的重要依据。

细菌在固体培养基上的菌落特征：湿润、较光滑、较透明、较粘稠、易挑取、质地均匀以及菌落正反面或边缘与中央部位的颜色一致等。

细菌在液体培养基中的培养特征：

（1）多数细菌呈现均匀浑浊（表现均匀生长）。部分形成菌膜，在液体培养基表面上形成菌膜，液体透明明或者稍浑浊。

（2）在液体底部形成沉淀。菌落在微生物学工作中有很多应用，主要用于微生物的分离、纯化、鉴定、计数等研究和选种、育种等实际工作中。

四、细菌的繁殖方式

细菌一般以二分裂法进行无性繁殖，少数细菌存在有性结合，但发生频率极低。

第二节 古 菌

在过去相当长时间里，由于研究微生物的技术和研究手段落后的原因，对古菌的了解甚少，一直将古菌隶属于细菌的范畴。1977年起，人们改进了研究方法，对细菌进行了深入研究。根据微生物的细胞结构、化学组成以及它们的特殊生活环境作了细致的比较，发现细菌中有一类比较特殊的微生物。因此为区分开这类特殊菌，将细菌划分为古细菌和真细菌，都属于原核微生物。

1977年，美国学者Woese以16S rRNA序列比较为依据，提出的独立于真细菌和真核生物之外的生命的第三种形式。

在分类地位上与真细菌和真核生物并列为三域，在进化谱系上更接近真核生物。在细胞构造上与真细菌较为接近，同属原核生物。多生活于一些生存条件十分恶劣的极端环境中，原名古细菌（Archaebacteria）；后改名古菌（Archaea）。

古菌种类：

产甲烷菌：严格厌氧菌，能够在代谢过程中产生甲烷，培养方法有Hungate滚管法、厌氧手套箱法等。

嗜热嗜酸菌：包括古生硫酸还原菌和极端嗜热古菌。专性嗜热、好氧、兼性厌氧、严格厌氧，革兰氏阴性，最适生长温度70~105℃。

极端嗜盐菌：对NaCl有特殊的适应性和需要性。栖息在高盐环境如晒盐场、天然盐湖或高盐盐渍食物。革兰氏阴性或阳性，好氧或兼性厌氧、化能有机营养型。

第三节 放线菌

放线菌是指一类呈丝状生长、主要以孢子繁殖和陆生性强的原核生物。放线菌一般分布在含水量较低、有机物丰富和呈微碱性的土壤环境中。为泥土所特有的“泥腥味”，主要是由放线菌产生的。在每克土壤中，放线菌的孢子数一般在107左右。除枝动菌属为革兰氏阴性外，其余全部放线菌均为革兰氏染色阳性。

放线菌可以产生抗菌素1700种以上，放线菌还可产生维生素和酶类。弗兰克菌科与多种非豆科植物形成根瘤固氮。放线菌有很强的分解纤维素、石蜡、琼脂、角蛋白和橡胶等复杂有机物的能力，在自然界物质循环和提高土壤肥力等方面有着重要的作用。

只有极少数的放线菌对人类构成危害。1 放线菌的菌丝类型：

放线菌根据菌丝形态和功能分为三类： 基内菌丝（营养菌丝）：菌丝无分隔，可以产生各种水溶性、脂肪性色素，使培养基着色。功能：吸收营养物质。

气生菌丝：由基内营养菌丝长出培养基外，伸向空间的菌丝，直生或分枝丝状，较基内菌丝粗。功能：分化形成孢子丝。

孢子丝：当生长发育到一定阶段，在其气生菌丝上分化出可形成孢子的菌丝。功能：形成孢子，起繁殖作用。放线菌在固体培养基上的菌落特征 在固体培养基表面，放线菌的细胞有基内菌丝和气生菌丝的分化，气生菌丝到成熟时会分化成孢子丝并产生成串的干粉壮孢子，这些气生菌丝或孢子丝伸展在空气中，菌丝间一般都不会存在毛细血管水。这就使放线菌获得其特有的与细菌不同的菌落特征：干燥、不透明、表面呈致密的丝绒状，上有一层色彩鲜艳的干粉；菌落和培养基的连接紧密，难以挑取；菌落的正反面颜色常常不一致，以及菌落边缘培养基的平面有变形现象。放线菌的繁殖：通过分生孢子或孢囊孢子繁殖，也可以一段菌丝繁殖。

第四节 蓝细菌

蓝细菌是一类含有叶绿素a，具有放氧性光合作用的原核生物。蓝细菌亦称篮藻，过去作为藻类的一群。

蓝细菌生长在土壤、岩石上，在树皮上也成片生长，亦有许多种类生长在池塘、湖泊和海洋中。

蓝细菌在污水处理、水体自净中起积极作用。在氮、磷丰富的水体中生长旺盛，可作为水体富营养化的指示生物。某些属种在富营养化的海湾和湖泊中引起海湾的赤潮和湖泊的水华。

蓝细菌特征：

分布广。形态差异大。细胞中含有叶绿素a，进行产氧型光合作用。具有原核生物的典型细胞结构。营养极为简单，不需要维生素，以硝酸盐或氨作为氮源，多数能固氮。分泌粘液层、荚膜或形成衣鞘，具有强的抗干旱能力。无鞭毛，但能在固体表面滑行，进行光趋避运动。许多种类细胞质中有气泡。

第五节 立克次氏体、支原体和衣原体

一、衣原体[Chlamydia]：具有细胞壁，只能生活在活的细胞内，不能在人工培养基上培养。如引起人的沙眼病的沙眼衣原体。

二、支原体(枝原体)：没有细胞壁，能进行人工培养的最小微生物，在人的唾液和口腔内，支原体检出率约50%-60%。引起人的非典型肺炎、猪气喘病、植物黄化病。支原体是目前已知的可独立生长和生活最简单的生命形式。

三、立克次氏体：有细胞壁，杆、球状，常多态，大小为0.3-1×0.2-0.5um, 只能在活细胞内生长，在动物体外存活困难,对四环素、氯霉素等敏感。立克次医生首先发现这类微生物。他在研究斑疹伤寒病时，不幸感染而牺牲，年仅39岁。他的学生范鲁纳泽克继续研究，同样不幸感染而牺牲。斑疹伤寒病在本世纪初曾引起几万人死亡，立克次氏体还引起Q热、战壕热病等，可用广谱性抗菌素治疗。

四、螺旋体：有细胞壁，大小为0.09-0.75×3-500um。主要有钩端螺旋体、梅毒螺旋体，可以引起毛细血管损害、内脏损害。离开人体迅速死亡，90%靠接触传染5%靠输血传染，用青霉素等可治疗。

第三章 真核微生物

讲 授 人: 佘秋生 学 时：4 教学方法: 讲授

教学手段: 板书、多媒体 教学目的:

1、了解真核微生物的分类、形态、结构、生长及繁殖等特点 重点难点: 真核微生物的分类

真核微生物的种类约占微生物总数的95%以上。从个体形态、群体形态、营养吸收、代谢类型、代谢产物、遗传特性、和生态分布诸方面，真核微生物都展现出一幅多样化的画面。真核微生物包括原生生物界的原生生物、藻类、真菌界的霉菌、酵母菌、及伞菌还包括生物界的微型后生动物。

第一节 原生动物

一、原生动物的概念

动物中最原始、最低等、结构最简单的单细胞动物。形体微小，在10~300微米之间，光学显微镜下可观察到。

原生动物是单细胞真核微生物，无细胞壁，有细胞质、细胞膜，有分化的细胞器，细胞核具核膜。有独立生活的生命特征和生理功能，如摄食、营养、呼吸、排泄、生长、繁殖、运动及对刺激的反应等，均由相应的细胞器执行。

胞口、胞咽、食物胞、吸管—摄食、消化、营养 收集管、伸缩泡、胞肛— 排泄

鞭毛、纤毛、刚毛、伪足— 运动和捕食 眼点— 感觉

有的细胞器执行多种功能，如伪足、鞭毛、纤毛、刚毛既能执行运动功能，又能执行摄食功能，甚至还有感觉功能。

二、原生动物的营养类型 全动性营养：以吞食其他生物和有机颗粒为食。绝大多数原生动物为全动性营养。2 植物性营养：有色素的原生动物如绿眼虫、衣滴虫和植物一样，进行光合作用。3 腐生性营养：某些无色鞭毛虫和寄生的原生动物，借助体表和原生质膜吸收环境和寄主中的可溶性有机物为营养。

三、原生动物的繁殖

二分裂法是原生动物的主要繁殖方式，在环境条件差时出现有性生殖。

四、原生动物的各纲简介 鞭毛纲

称为鞭毛虫，具有一根或几根鞭毛。兼有三种营养类型。大小从几微米到几十微米。主要有眼虫、粗袋鞭虫等。

在自然水体中，鞭毛虫喜在多污带和a—中污带生活。在污水生物处理中，活性污泥培养初期或在处理效果差时鞭毛虫大量出现，可作为污水处理指示生物。肉足纲 称为肉足虫，形体小，无色透明，无固定形状，全动性营养。分根足亚纲（可改变形状）和辅足亚纲（球形），主要有变形虫、太阳虫和辐球虫。以无性生殖为主。

变形虫喜在a—中污带或b—中污带的自然水体中生活。在污水生物处理系统中，则在活性污泥培养中期出现。纤毛纲

称为纤毛虫。有游泳型和固着型两种，以纤毛作为运动和捕食的细胞器，纤毛虫是原生动物中最高级的一类，有固定的、结构精细的摄食细胞器。生殖有分裂生殖和结合生殖。

营养：动物性。喜吃细菌及有机颗粒，与废水生物处理的关系较为密切。

特点：种类多、结构复杂。在活性污泥中的种类数量非常繁多，已发现的种类有6000种，远远超过肉足类和鞭毛类。

纤毛虫是原生动物中构造最复杂的，不仅有比较明显的胞口，还有口围、口前庭和胞咽等司吞食和消化的细胞器官。它的细胞核有大核(营养核)和小核(生殖核)两种，通常大核只有一个，小核则有一个以上。

根据运动情况可分为游泳型、固着型和吸管虫三种。

Ⅰ.游泳型纤毛虫

大小： 180~300um×42~75um 形态：自由游动

如草履虫，豆形虫、肾形虫、漫游虫等。其中在活性污泥中以草履虫居多，每逢净化程度较差时就会大量出现，常被作为水质净化的指示生物。

Ⅱ.固着型纤毛虫

形态：固着、群生相连或个体。1 个体型：

以个体形式生存的为钟虫，因其像一个倒置的种而得名。特征：

A 前端有环形纤毛丛构成的纤毛带，形成似波动膜的构造。B 大多数在后端有尾柄，它们靠尾柄附着在其它物质(如活性污泥、生物滤池的生物膜)上。当环境不良时，柄消失，固着型钟虫成为游动性的。靠前端纤毛的摆动而移到另一环境较好的固体物质上。

常见的单个个体的钟虫类有小口钟虫、沟钟虫、领钟虫等。其中以小口钟虫在各类废水处理中出现频率最大，数量也是最多，小口钟虫的体长为32~70um，宽22~48um，口围12~25um，柄长20~380um。群体型：

固着型纤毛虫中的群体型生物有缩虫、累枝虫、盖虫三种。营养型：以细菌为食。

作用：可以降低水中游离细菌的数量，降低水的浑浊度，对废水生物处理起良好的促进作用，同时常被可作为处理效果较好的指示生物。

Ⅲ.吸管虫

形态：幼虫有纤毛，成虫纤毛消失，长出长短不一的吸管，末端有一根柄固着生活。虫体呈球形、倒圆锥形、三角形，没有口，吸管为捕食工具，以其他原生动物为食。吸管虫用吸管吸住微小动物，并由吸管中释放毒素将其麻醉，继而融化其细胞膜，吸干其体液。

作用：吸管虫多数在污染较重的水体中，可作为废水处理效果平常的指示生物。

五、原生动物在废水生物处理中的作用 原生动物对废水净化的影响

原生动物对废水净化的影响体现在四个方面： ①直接参与废物的去除。动物性营养型的原生动物，如动物性鞭毛虫、变形虫、纤毛虫等能直接利用水中的有机物质，对水中有机物的净化起一定的积极作用。

②产生絮凝物质，促进活性污泥的形成。活性污泥颗粒主要由细菌絮凝而成，实验证明小口钟虫、累枝虫和尾草履虫等纤毛虫能分泌一些促进凝聚的糖类，使它们能够附着在小的絮凝体上，同时促进絮凝体进一步黏附细菌使污泥絮体增大。粘多糖还具有粘连小颗粒的作用，促进活性污泥的增大。生产上常发现在活性污泥培养初期，一旦系统中出现固着型纤毛虫，随后就可看到活性污泥絮体的形成并逐渐增大。

③吞噬细菌，净化出水水质。实验证明，1000m3的水池中，球衣菌可吸收30t有机物质，其中20t被分解为无机质，10t组成细菌自身，如果这10t细菌（包括致病菌）从污水处理厂直接排入天然水体，就会造成新的污染，事实上约有半数以上的细菌，尤其是游离的细菌，在曝气池中不断的被原生动物吃掉。独缩虫中的奇观独缩虫每个群体每小时能吃掉3万个细菌，属于纤毛虫的四膜虫每小时能吃掉500~600个细菌。活性污泥在没有纤毛虫的条件下出水的BOD5为54~70mg/L，在有纤毛虫的条件下出水的BOD5为7~24mg/L。

④促进细菌生长，提高细菌活性。原生动物对细菌的捕食不但不会影响细菌的生长，还能使细菌维持在对数生长期，防止细菌种群的衰老，此外原生动物代谢产生的溶解性有机物也可以被细菌利用，促进细菌的生长。以原生动物为指示生物（1）依据

不同种类的原生动物对环境条件的要求不同，对环境变化的敏感程度也不同，所以可以利用原生动物种群的生长情况，判断生物处理构筑物的运转情况及废水净化的效果。

（2）优越性

用原生动物作为指示生物有两个优点： Ⅰ.观察容易

原生动物的形体比细菌大得多，低倍显微镜即可观察，因此以原生动物为指示生物是较为方便的。

Ⅱ.快速预报

通常污水处理厂每天都要对本厂的出水进行水质监测，若超过国家规定的标准，就要及时追查原因，以求解决。化学分析虽然准确，但有些数据当天得不到如BOD5，根据原生动物与BOD5的对应关系，则可以作出快速的判断，缩短发现问题、解决问题的时间。例如湖南石油化工厂的曝气池中的有柄纤毛虫与BOD5统计数据有以下的比例关系图，二者之间显著相关。由于水体的不同各个处理厂可根据本厂的统计数据建立相关的公司，来进行出水水质的快速预报。

（3）原则

对废水处理构筑物中的原生动物进行镜检时，需同时注意以下几方面：(1)原生动物种类组成；(2)种类的数量变化；(3)各种群的代谢活力。结合这三个方面的长期统计数据与水质的相互关系，可以准确的进行水质的预报。以下是一些通用的判断方法。

Ⅰ.水质毒物判断

如发现群体的纤毛虫缩成一团时表示水中有毒；钟虫的柄脱落也表明水中有毒。纤毛虫接合生殖（即有性生殖）、或形成孢囊也都表明水中存在有毒物质或其他条件如温度、pH等的不适宜。

Ⅱ.溶解氧判断

有些原生动物对水中的溶解氧变化十分敏感。如钟虫细胞前端出现气泡，运动迟缓，说明水中充氧不足，或溶氧过高，水质将变坏。反之则表明溶解氧情况适中良好。

Ⅲ.曝气池处理效果的判断

原生动物的胞囊：在环境条件变坏，如水干枯、水温和pH过高或过低，溶解氧不足，缺乏食物或排泄物积累过多，废水中的有机物超过它的适应能力等原因，都可使原生动物不能正常生活而形成胞囊。胞囊是抵抗不良环境的一种休眠体。一旦形成胞囊，就可判断污水处理不正常。当环境恶化时，原生动物先是身体变圆，鞭毛、纤毛等细胞器缩入体内，细胞水分从体内排出，并分泌一种胶状物质于体表，这些物质凝固成胞壳。胞壳分为两层，外层厚而突起，内层薄而透明。胞囊很容易随灰尘漂浮或被其他动物带到其他地方，胞囊遇到适宜环境胞壳破裂，恢复虫体形状。

第二节 微型后生动物

后生动物也称多细胞动物。在水处理工作中常见的后生动物主要是形体微小的后生动物，主要有轮虫、线虫、寡毛虫、浮游甲壳动物、苔藓动物。

一、轮虫

轮虫是多细胞动物中比较简单的一种。其身体前端有一个头冠，头冠上有一列、二列或多列纤毛形成纤毛环。纤毛环经常摆动，将细菌和有机颗粒等引入口部，纤毛环既是是轮虫的进食工具，又是行动工具。轮虫因其纤毛环摆动时状如旋转的轮盘而得名。形态、生理

形态：长度约400~4000um，多数在500um左右，需在显微镜下观察。身体为长形，分头部、躯干和尾部。头部有轮盘，其咽内有一个几丁质的咀嚼器。躯干呈圆筒形，背腹扁宽，具刺或棘，外面有透明的角质甲膜，尾部末端有分叉的趾，内有腺体分泌的粘液，借以固着在其他物体上。

生理：适应pH范围广，以pH6.8左右生活的种类较多。轮虫以小的原生动物和有机颗粒等为食物，在废水的生物处理中有一定的净化作用。

生殖：雌雄异体，雄体比雌体小得多，并退化，有性生殖少，多为孤雌生殖。指示生物作用

当活性污泥中出现轮虫时，往往表明处理效果良好。但如数量太多，则是污泥膨胀的的前兆。此时轮虫有可能破坏污泥的结构，使污泥松散而上浮。轮虫在水源水中大量繁殖时，有可能阻塞水厂的砂滤池。目前发现的轮虫有252种，活性污泥中常见的轮虫有转轮虫、红眼旋轮虫等。

二、线虫

属于线形动物门的线形纲。线虫为长形，形体微小，多在1mm以下。线虫有好氧和兼性厌氧的，兼性厌氧者在缺氧时大量繁殖。线虫是污水净化程度差的指示生物。

三、寡毛类动物

属环节动物门寡毛纲，比轮虫和线虫高级。身体细长分节，每节两侧有刚毛，靠刚毛爬行运动。在水中的小虫或其幼虫还有摇蚊幼虫、蜂蝇幼虫和颤蚯蚓，这些生物也可以作为指示生物。如指示水中的溶解氧浓度。后生动物比原生动物对水中的溶解氧更敏感，水中无后生动物生长，往往说明溶解氧不足。

四、浮游甲壳动物

甲壳动物是鱼类的基本食料。广泛分布于河流、湖泊和水塘等淡水水体及海洋中，以淡水种为多。这类生物的主要特点是具有坚硬的甲壳，水生浮游生活。是水体污染和水体自净的指示生物。常见的有剑水蚤和水蚤，属节肢动物门的甲壳纲。•在给水排水工程中常见的甲壳类动物有水蚤。甲壳类动物以细菌和藻类为食料。应用：去除氧化塘中过多的藻类。但它们若大量繁殖，可能影响水厂滤池的正常运行。

第三节 藻类

一、藻类一般特征

具有叶绿体，光能自养型，进行光合作用。少数藻类营腐生，极少数与其他生物共生。繁殖方式有有性生殖和无性生殖。分布广泛。已发现22000种，估计只是总数的十分之一。根据形、色、结构等，将藻类分为十一门，即蓝藻、裸藻、绿藻、隐藻、轮藻、金藻、黄藻、硅藻、甲藻、褐藻、红藻。

二、藻类的分类及各门特征简介 蓝藻门

即蓝细菌，见原核微生物一章。2 裸藻门

裸藻门的藻类叫裸藻。因不具细胞壁而得名。它们有鞭毛能运动，动物学将它们列入原生动物门的鞭毛纲。绝大多数裸藻具有叶绿体，内含叶绿素a、b，β-胡萝卜素、三种叶黄素。柄裸藻属以胶柄相连接成群体。其它的裸藻全是游动型的个体，含光合色素的裸藻进行光合作用，即植物性营养。不含色素的裸藻营腐生性营养或全动性营养。

裸藻的繁殖方式为纵裂。代表属有：囊裸藻属、扁裸藻属、柄裸藻属及裸藻属。绿藻门

绿藻门的藻类叫绿藻。它们形体多样，有单细胞的个体、群体和丝状体。个体的形态也多样。单细胞个体的绿藻具有2~4根顶生的、等长的尾鞭型鞭毛。它们含有较多叶绿素a、b，β-胡萝卜素、叶黄素。其贮存物为淀粉和油类，叶绿体内有一至几个有鞘的造粉核。

绿藻的繁殖方式为无性生殖和有性生殖。

绿藻的代表属有：衣藻属、小球藻属、盘藻属、实球藻属、空球藻属、团藻属、栅藻属、盘星藻属、新月藻属、鼓藻属、双星藻属、水绵藻属等。轮藻门

轮藻门的藻类叫轮藻。它们的细胞结构、光合色素和贮存物与绿藻大致相同，不同的是有大型的顶细胞，有节和节间，节上有轮生的分支。为卵配生殖。在淡水和半咸水中生长。金藻门

金藻门的藻类叫金藻。金藻形体多样，有个体和群体。具有一或二根鞭毛，少数有三根鞭毛。体内叶黄素和β-胡萝卜素占优势，藻体呈现黄绿色和金棕色。贮存物有金藻糖和油。

金藻的代表属有：鱼鳞藻属、合尾藻属和钟罩藻属 6 黄藻门

黄藻门的藻类叫黄藻。黄藻的细胞壁大多数由两个半片套组成，含较多的果胶质，体内含叶绿素a、c，β-胡萝卜素和叶黄素，贮存物为油。绝大多数黄藻为淡水产的。

代表属有：黄丝藻属、黄群藻属和拟黄群藻属。7 硅藻门

细胞壁中富含硅，单细胞，形状各异。特征：由上下壳组成 颜色：黄绿色和黄褐色

第四节 真菌

一、酵母菌

酵母菌的细胞结构

细胞壁、细胞质膜、细胞核、细胞质及内含物。酵母菌的细胞壁组分与细菌不同，含葡聚糖、甘露聚糖、蛋白质及脂类。啤酒酵母还含有几丁质。

酵母菌的繁殖及生活史 1 无性繁殖

芽殖：主要的无性繁殖方式，成熟细胞长出一个小芽，到一定程度后脱离母体继续长成新个体。

裂殖：少数酵母菌可以象细菌一样借细胞横割分裂而繁殖，例如裂殖酵母。有性繁殖

酵母菌以形成子囊和子囊孢子的形式进行有性繁殖：两个性别不同的单倍体细胞靠近，相互接触；接触处细胞壁消失，质配；核配，形成二倍体核的接合子：以二倍体方式进行营养细胞生长繁殖，独立生活；下次有性繁殖前进行减数分裂。进行减数分裂，形成4个或8个子囊孢子，而原有的营养细胞就成为子囊。子囊孢子萌发形成单倍体营养细胞。生活史

酵母菌单倍体和双倍体细胞均可独立存在，有三种类型：

(1)营养体只能以单倍体形式存在（核配后立即进行减数分裂）(2)营养体只能以双倍体形式存在（核配后不立即进行减数分裂）(3)营养体既可以单倍体也可以双倍体形式存在，都可进行出芽繁殖。酵母菌中尚未发现其有性阶段的被称为假酵母。酵母菌在固体培养基上的培养特征

大多数酵母菌的菌落特征与细菌相似，但比细菌菌落大而厚，菌落表面光滑、湿润、粘稠，容易挑起，菌落质地均匀，正反面和边缘、中央部位的颜色都很均一，菌落多为乳白色，少数为红色，个别为黑色。酵母菌在液体培养基中的生长特征

不同种的酵母菌表现不一样，有的在培养基液面上形成薄膜，有的酵母菌沉淀在瓶底。发酵型的酵母菌产生二氧化碳气体使培养基表面充满泡沫。

二、霉菌

“丝状真菌”的统称，不是分类学上的名词。霉菌菌体均由分枝或不分枝的菌丝（hypha）构成。许多菌丝交织在一起，称为菌丝体（mycelium）。

霉菌在自然界分布极广，土壤、水域、空气、动植物体内外均有它们的踪迹。常在潮湿的气候下大量生长繁殖，长出肉眼可见的丝状、绒状或蛛网状的菌丝体，有较强的陆生性。它们同人类的生产、生活关系密切，是人类实践活动中最早认识和利用的一类微生物。

食物、工农业制品的霉变（据统计全世界平均每年由于霉变而不能食（饲）用的谷物约占2%，这是一笔相当惊人的经济损失。）。有用物品的生产（如风味食品、酒精、抗生素、有机酸、酶制剂、维生素、甾体激素等）。在农业上用于饲料发酵、植物生长刺激素、杀虫农药等。镰刀霉分解无机氰化物的能力强，对水中氰化物的去除率达90%以上。有的霉菌还可以处理含硝基化合物废水。腐生型霉菌在自然界物质转化中也有十分重要的作用。

霉菌能够引起动植物疾病，可引起约3万种植物病害，是植物传染性病害的主要病原微生物。霉菌可引起多种人及动物的皮肤疾病及其他一些深层病变，如既可侵害皮肤、粘膜，又可侵害肌肉、骨骼、内脏，如可引起肺炎，此外，一些被霉菌感染的食品也可使人得病，如大米、花生中黄曲霉素、黄米毒素等均可引起动物致癌。霉菌的形态、大小

构成霉菌营养体的基本单位是菌丝。菌丝是一种管状的细丝，直径一般为3~10微米，分为两部分，即营养菌丝和气生菌丝。营养菌丝深入培养基内或匍匐盘生在培养基的表面，摄取营养和排泄废物；气生菌丝生长在培养基上方的空气中，长出分生孢子梗和分生孢子。菌丝可伸长并产生分枝，许多分枝的菌丝相互交织在一起，就叫菌丝体。霉菌是由分枝或不分支的菌丝交织形成的菌丝体。霉菌的细胞结构

由细胞壁、细胞质膜、细胞核、细胞质及内含物等组成。大多数霉菌细胞壁中含有几丁质，少数含有纤维素，能被蜗牛酶水解。霉菌菌落的特点

由于霉菌的菌丝较粗而长，因而霉菌的菌落较大，有的霉菌的菌丝蔓延，没有局限性，其菌落可扩展到整个培养皿，有的种则有一定的局限性，直径1~2厘米或更小。菌落质地一般比放线菌疏松，外观干燥，不透明，呈现或紧或松的蛛网状、绒毛状或棉絮状；菌落与培养基的连接紧密，不易挑取；菌落正反面的颜色和边缘与中心的颜色常不一致。霉菌的繁殖

霉菌有着极强的繁殖能力，而且繁殖方式也是多种多样的。在自然界中，霉菌主要依靠产生形形色色的无性或有性孢子进行繁殖。

第四章 微生物的生理

讲 授 人: 佘秋生 学 时：4 教学方法: 讲授

教学手段: 板书、多媒体 教学目的:

1、了解微生物的生理代谢分类、本质、特点 重点难点: 微生物代谢的化学本质及分类

第一节 微生物的酶

微生物的营养和代谢需在酶的参与下才能正常进行。酶是动物、植物及微生物等生物体内合成的，催化生物化学反应的，并传递电子、原子和化学基团的生物催化剂。微生物种类繁多，酶的种类也繁多。

一、酶的组成

根据酶的组成情况，可以将酶分为两大类：

单成分酶：它们的组成为单一蛋白质。全酶：某些酶分子中除了蛋白质外，还含有非蛋白组分。全酶的蛋白质部分称为酶蛋白，非蛋白质部分包括辅酶及金属离子(或辅助因子cofactor)。酶蛋白与辅助因子组成的完整分子称为全酶。全酶中的各种成分缺一不可，否则全酶会丧失催化特性，单纯的酶蛋白无催化功能。

酶的组成用下式表示：

单成分酶＝酶蛋白 如水解酶类 全酶＝酶蛋白＋有机物 如各种脱氢酶类 全酶＝酶蛋白＋有机物＋金属离子 如丙酮酸脱氢酶 全酶＝酶蛋白＋金属离子 如细胞色素氧化酶

酶各组分的功能：酶蛋白起加速生物化学反应的作用；辅基和辅酶起传递电子、原子、化学基团的作用；金属离子除传递电子外，还起激活剂的作用。

几种重要的辅助因子：

某些小分子物质与酶蛋白结合在一起并协同实施催化作用，这类分子被称为辅助因子。辅助因子是一类具有特殊化学结构和功能的物质。参与的酶促反应主要为氧化-还原反应或基团转移反应。辅酶A(CoA)：它的分子结构含腺嘌呤核苷酸、泛酸和基乙胺等部分，在糖代谢和脂肪代谢中起重要作用，是生物体内代谢反应中乙酰化酶的辅酶，主要在反应中起传递酰基作用，是形成代谢中间产物的重要辅酶。CH3OHOCH2COOOPOPOHOHOPOHOOHOCH2NONOHNCHCNH2NCH3ONHCH2CH2CNHCH2CH2SH2 NAD 和NADP：NAD(烟酰胺-腺嘌呤二核苷酸，又称辅酶I)和NADP+(烟酰胺-腺嘌呤磷酸二核苷酸，又称辅酶II)，是多种重要脱氢酶的辅酶。

NH2CONH2OON+--+++

NNNOCH2OPOPOCH2NOOOOHOHOHOH(OPO3H2)3 FAD和FMN：FAD(黄素-腺嘌呤二核苷酸)和FMN(黄素单核苷酸)，两者均为黄素酶类，是氨基酸氧化酶和琥珀酸脱氢酶的辅基，在脱氢酶催化的氧化-还原反应中，起着电子和质子的传递体作用。

OHOHOHOHNNNCOFMN FADONNNNNH2OHOH

CH2CHCHCHCH2OPOCH2OCH3CH3CNHO4 辅酶Q(CoQ)：又称为泛醌。辅酶Q的活性部分是它的醌环结构，主要功能是作为线粒体呼吸链氧化-还原酶的辅酶，在酶与底物分子之间传递电子。

OCH3OCH3OOCH3(CH2CHCCH2)nHCH3n=6-10

硫辛酸：硫辛酸是少数不属于维生素的辅酶。硫辛酸是6,8-二硫辛酸，有两种形式，即硫辛酸（氧化型）和二氢硫辛酸（还原型）。

S C H S C H CH H 2C H 2C O H 2C H2C OCH 2 焦磷酸硫胺素(TPP)：脱羧酶的辅酶。

磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺：磷酸吡多素是转氨酶的辅酶，转氨酶通过磷酸吡多醛和磷酸吡多胺的相

互

OCH2OPNOHOHHOH3CN转换，起转移氨

O基的作用。CHOHOH3CCH2NH2CH2OPOHOH磷酸吡哆醛 磷酸吡哆胺

和固定CO2的作用。

OCHNNH 生物素：羧化酶的辅酶。生物素的功能是作为CO2的递体，在生物合成中起传递H2CSCH(CH2)4COOH9 四氢叶酸(FH4或THFA)：合成酶的辅酶，其前体是叶酸(又称为蝶酰谷氨酸，维生素B11)。四氢叶酸的主要作用是作为一碳基团，如-CH3,-CH2-,-CHO 等的载体，参与多种生物合成过程。

HH2NNOHNNNHHHCH2NHHOCOOHCH2CH2CNHCHCOOH

二、酶蛋白的结构

大多数酶是蛋白质，具有蛋白质的一切特性。由20种氨基酸组成，有一、二、三、四级结构。一级结构是指多肽链本身的结构。二级结构是指多肽链形成的初级空间结构，由氢键维持其稳定性。氢键受到破坏时，其紧密的空间结构变得松散，多肽链展开，酶蛋白即变性。三级结构是在二级结构的基础上，多肽链进一步弯曲缠绕形成的更复杂的结构，由氢键、盐键及疏水键等维持三级结构的稳定性。四级结构由几个或几十个亚基形成。亚基是由一条或几条多肽链在三级结构的基础上形成的小单位，亚基之间以氢键、盐键、疏水键及范德华力等相连。酶蛋白具有变性、复性现象。

三、酶的活性中心

酶蛋白分子中与底物结合，并起催化作用的小部分氨基酸微区即为酶的活性中心。构成活性中心的微区或处在同一条肽链的不同部位，或处在不同肽链上；在多肽链盘曲成一定空间构型时，它们按一定位置靠近在一起，形成特定的酶活性中心。酶的活性中心分二个功能部位：结合部位和催化部位。两个部位各有其作用，酶的活性中心对催化作用至关重要，但其他部位也很重要，因为它们在维持酶的空间结构，保持酶的活性中心和催化作用等方面都起着不同程度的作用。

四、酶的分类与命名

酶的分类

根据酶所催化的反应类型，把酶划分为6类: 水解酶：催化底物的加水分解反应。主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。如脂肪酶(Lipase)催化的脂的水解反应。

氧化-还原酶：催化氧化-还原反应。包括脱氢酶(dehydrogenase)和氧化酶(Oxidase)。如乳酸(Lactate)脱氢酶催化乳酸的脱氢反应。

转移酶：催化基团转移反应，即将一个底物分子的基团或原子转移到另一个底物的分子上。例如，谷丙转氨酶催化的氨基转移反应。

裂合酶：催化从底物分子中移去一个基团或原子形成双键的反应及逆反应。主要包括醛缩酶、水化酶及脱氨酶等。

异构酶：催化各种同分异构体的相互转化。例如，6-磷酸葡萄糖异构酶催化的反应。

合成酶，又称为连接酶，能够催化C-C、C-O、C-N 以及C-S 键的形成反应。这类反应必须与ATP分解反应相互偶联。

A + B + ATP + H-O-H = A-B + ADP +Pi 如CTP合成酶可催化UTP合成CTP。

酶的命名

(1)习惯命名法:①②③④⑤

① 根据其催化底物来命名；如淀粉酶、蛋白酶。

② 根据所催化反应的性质来命名；如水解酶、转移酶、氧化酶等。③ 结合上述两个原则来命名。

④ 有时在这些命名基础上加上酶的来源或其它特点。如胃蛋白酶等。⑤根据酶在细胞的不同部位，分为胞外酶、胞内酶和表面酶。

(2)国际系统命名法

系统名称包括底物名称、构型、反应性质，最后加一个酶字。习惯名称：谷丙转氨酶

系统名称：丙氨酸：-酮戊二酸氨基转移酶

催化的反应：丙氨酸 + -酮戊二酸 丙酮酸 + 谷氨酸

五、酶的催化特性

催化剂的共性：

① 机理：降低反应活化能，提高反应速度，不改变平衡点； ② 只起催化作用，本身不消耗。酶的特点：

A.生物大分子：除极个别RNA为催化自身反应的酶外，其余所有的酶都是蛋白质。B.高效性：反应速度是无酶催化或普通人造催化剂催化反应速度的106~1016倍； C.酶的催化特性具有专一性，一种酶只作用于一种物质或一类物质，且催化效率极高。D.反应条件温和：常温、常压、中性 酶与底物作用假说：

锁钥学说：认为整个酶分子的天然构象是具有刚性结构的，酶表面具有特定的形状。酶与底物的结合如同一把钥匙对一把锁一样。

诱导契合学说：该学说认为酶表面并没有一种与底物互补的固定形状，而只是由于底物的诱导才形成了互补形状。

六、影响酶活力的因素

外界条件，如温度、酸碱度等对生命活动的影响，在很大程度上，是通过影响酶促反应速度实现的。因而，人们也常常通过对这些因素的控制，影响生命机体内酶促反应的强度和方向，从而促使体内代谢的调节和控制朝着有益于人们需要的方向发展。

影响酶促反应速度的因素

A：酶的浓度对酶促反应速度的影响

酶促反应温度与酶的分子浓度成正比。当底物分子浓度足够时，酶分子越多，底物转化的速度越快。但事实上，当酶的浓度很高时，并不保持这种关系，曲线逐渐折向平缓。根据分析，这可能是高浓度的底物带有较多的抑制剂所致。

B：底物浓度对酶促反应速度的影响

若酶的浓度为定值，底物的起始浓度较低时，酶促反应速度与底物成正比，即随底物浓度的增加而增加。当所有的酶与底物结合后，即使在增加底物浓度，中间产物浓度也不会增加，酶促反应速度也不会增加。而且，在底物浓度相同的情况下，酶促反应速度与酶的初始浓度成正比。

C：pH对酶促反应速度的影响

酶在最适pH的范围之内表现出活性，大于或小于最适pH都会降低酶的活性。酶的最适pH值不是个常数，他随酶的纯度，底物的种类和性质，缓冲剂的种类和性质和抑制剂的性质的改变而改变。PH对酶活力的影响主要表现在两个方面：1改变底物分子和酶分子的带电状态，从而影响酶和底物的结合；2过高和过低的pH都会影响酶的稳定性，进而使酶受到不可逆的破坏。

D：温度对酶促反应速度的影响

酶在最适温度范围之内，酶活性最强，酶促反应速度最大。在适宜的温度范围内，温度每升高10，酶促反应速度可相应提高1～2倍。不同微生物体酶的最适温度不同。

E：激活剂对酶促反应速度的影响

能提高酶活性的物质即为酶的激活剂。激活剂的种类很多，许多酶只有当某一种适当的激活剂存在时，才表现出催化活性或强化其他催化活性，这成为对酶的激活特性。

F：抑制剂对酶从反应速度的影响

能减弱、抑制甚至破坏活性的物质即为酶的抑制剂。它可以降低酶促反应速度。对酶促反应的抑制可分为竞争性抑制和非竞争性抑制。与底物结构类似的物质争先与酶的活性中心结合，从而降低酶促反应速度，这种成为竞争性抑制，是可逆性抑制，通过增加底物浓度最终可解除抑制，恢复酶的活性，此物质成为竞争性抑制剂。抑制剂与酶活性中心以外的位点结合后，底物仍可为酶活性中心结合，但酶不显示活性，即为非竞争性抑制，是不可逆的，增加底物浓度并不能解除酶活性的影响，这种抑制剂为非竞争性抑制剂。

第二节

微生物营养

一、微生物的化学组成

蛋白质、核酸、多糖和脂质这四类生物大分子，占到细胞干重的96％，其余就是组成它们的单体以及无机盐等。水也是微生物细胞的重要组成成分，通常微生物细胞的70％~90%是水，此外还有机酸、维生素、激素等有机化合物。这些形形色色的化学物质均由碳、氢、氧、氮、磷、硫以及其他为数不多的化学元素构成，而且这些化学元素都来自于胞外环境。微生物细胞利用含这些化学元素的物质制造其细胞物质和组分，并进一步将它们组织成为微生物细胞的结构。

二、微生物的营养物及营养类型

微生物需要的营养物质有水、碳素营养源、氮素营养源、无机盐及生长因子。1水

各类微生物都含有大量水分，占90%左右。一般说低等微生物含水量大于高等微生物,幼龄菌含水量大于老龄菌。

水的作用：①微生物机体重要组成；② 直接参加各种代谢反应；③是微生物代谢反应的中间介质；④ 调节微生物细胞温度；⑤水维持细胞膨压。碳源和能源

（1）碳源种类：有机物、无机碳化合物。随微生物种类不同，各有偏好。

（2）微生物的能源种类：化学能、光能。所有微生物细胞内能量传递体都是ATP。

① 无机营养微生物（自养微生物）

光能自养微生物：紫硫细菌和绿硫细菌①②④⑤

紫硫、绿硫细菌代谢方式：

光照

CO2 + H2S → [CH2O]（糖）+ H2O + 2S↓ 菌绿素（与叶绿素大同小异）化能自养微生物（有氧）

2-自养-碳源CO3

2+化能-以 S、H2S、H2、NH3、Fe物质氧化产能

②有机营养微生物（异养微生物）

有机（异养）-以有机物为碳源。

污水处理中异养产能率高、有机污染物充足，异养菌是污水处理的主角 光能异养微生物（无氧有光）光能+色素

有机物 + CO2 → 菌体 [CH2O] 利用小分子有机物作碳源，主要指红螺菌（有氧无光时可化能异养生存）氮源 可作为微生物氮源的物质：有机氮（氨基酸和蛋白质）、无机氮（N2、NH3、铵盐、亚硝酸盐、硝酸盐）等。氮源的作用是提供微生物成为蛋白质的原料。根据对氮源的要求不同，将微生物分为四类：固氮微生物、利用无机氮作为氮源的微生物、需要某种氨基酸作为氮源的微生物、从分解蛋白质中取得氨盐或氨基酸的微生物。实验室中有机氮源-蛋白胨。无机盐

阴离子盐：磷酸盐、硫酸盐、氯化物、碳酸盐、碳酸氢盐。阳离子盐：氨、钾、钠、钙、镁、铁的盐。

P和S、Fe、Mg的需求量较大，同时还需要锌、锰、钴、铝、铜、硼、钒、镍等微量元素。

磷源比较单一，主要是无机磷酸盐或偏磷酸盐。

无机盐的功能：

①细胞的组成成分;②酶的组成成分，维持酶的活性;③调节细胞渗透压、pH、Eh;④某些矿质元素作为化能自养菌的能源。5 生长因子

种类：嘌呤、嘧啶类、维生素类

作用：嘌呤和嘧啶参与合成核酸和辅酶;维生素，重要辅酶

多数微生物不存在生长因子问题，只有少数微生物需要外界提供现成的生长因子，才能生长，如乳酸菌需要多种维生素，因此只能生活在这些物质供应充足的环境，如牛奶中、肠道。

三、碳氮磷比

在环境工程实际应用中还应注意：

1.营养要求小范围可改变

指微生物对碳源等的种类、数量一定程度上可驯化适应（酶的诱导、易变异）2.“营养要平衡”，存在一定比例搭配的现象

主要是指碳氮磷的比例关系，通常称碳氮磷比。如根瘤菌要求碳氮比为11.5：1，土壤中微生物混合群体要求碳氮比为25：1，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。

城市生活污水不存在营养不足的问题，但有的工业废水缺某种营养，当营养量不足时，应供给或补足，但如果工业废水不缺营养，就切勿盲目补充！微生物往往先利用这类现成的容易被吸收、利用的有机物质，而不再利用工业废水中难以吸收、利用的有机物，从而导致微生物分解特殊有机物的能力下降。这与微生物驯化正好相反（反驯化）。

四、培养基 培养基配制原则

（1）根据不同微生物的营养需要配制不同的培养基。

（2）注意营养物质的浓度比和C/N比，一般微生物适应C/N是25:1。（3）调节适宜的pH值，微生物在培养过程中会引起pH变化,为了保持培养基中有恒定的pH值,要加入一些缓冲剂或不溶性的碳酸盐。

（4）根据培养微生物的目的决定成分的量。如培养目的的量为了得到大量的菌体,氮源要高,有利于菌体蛋白质合成。

化能自养菌氧化硫杆菌的培养基：

粉末状硫 10g KH2PO4 4g MgSO4 0.5g CaCl2 0.5g(NH4)2SO4 0.4g FeSO4 0.01g 水 1000mL（自来水即可）

异养细菌的培养基中至少有一种有机物，实验室中通常是葡萄糖。大肠杆菌培养基：葡萄糖0.5g K2HPO4 1g MgSO40.2g NaCl5g NH4H2PO40.4g 水1000mL

五、培养基的类别

根据培养基物理状态、用途、组分组成分类 1 根据物理状态

分为固体培养基、半固体培养基和液体培养基

（1）液体培养基：废水也可看作是一种广义的液体培养基。

（2）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。

（3）半固体培养基：流动性介于固体与液体之间。在液体培养基中加入0.5%或更低浓度的琼脂。

半固体培养基中可以融入少量的溶解氧，这种培养基常被用于培养在较低氧浓度环境下才能最佳生长的细菌。根据培养基组分

分为天然培养基、合成培养基和半合成培养基。（1）合成培养基：纯化学试剂配制而成的培养基。

（2）天然培养基：纯生物制品(细胞提取物)配制而成的培养基。常用的细菌肉汤培养基： 牛肉膏 3g 蛋白胨 5g 水 1000mL pH 7.2～7.4 优点：营养丰富、配制容易。缺点：质量不稳定、选择性差。

（3）半合成培养基：优缺点介于前两者之间，因而使用最广。3 根据培养基用途

分为基础培养基、选择培养基、鉴别培养基 基础培养基：大多数微生物均可在上面生长。

选择培养基：利用微生物对各种化学物质敏感程度的差异，在培养基中加入一些物质，用以抑制非目的微生物的生长并使所要分离的微生物生长繁殖的培养基。

（1）投毒法

常用物质为染料、胆汁酸盐、金属盐类、酸、碱和抗生素。

例如，欲分离古细菌，培养基中通常加入青霉素，古细菌就唯一分离并存活下来。胆汁酸盐——抑制革兰氏阳性菌，能选择性生长革兰氏阴性细菌。

（2）投其所好法

① 专一性营养源培养法

待选细菌专门需要的某种碳源或氮源。例如筛选纤维素分解菌选用纤维素作为培养基中的唯一碳源。各类降解石化废水特殊有机物的细菌筛选通常是以这类有机物为培养基中的唯一碳源，将目的细菌富集筛选下来。①②④⑤

② 理化因素控制法

理化因素-特殊的温度、氧气、pH、盐度等环境条件。主要用于筛选极端环境微生物。如嗜盐、嗜热、嗜冷、嗜酸、嗜碱等的细菌，同时也被用于选择性培养好氧或厌氧细菌。

鉴别培养基：几种细菌由于对培养基中某一成分的分解能力不同，其菌落通过指示剂显示出不同的颜色而被区分开，这种起鉴别和区分作用的培养基叫做鉴别培养基。如EMB培养基。

六、营养物质进入微生物细胞的方式

对绝大多数属于渗透营养型的微生物来说，营养物质通过细胞膜进入细胞的问题，是一个较复杂又很重要的生理学问题。

细胞壁在营养物质运送上不起多大作用，仅简单地排阻分子量过大（＞600Da）的溶质的进入，细胞膜则是控制营养物进入和代谢产物排出的主要屏障。

细胞膜以四种方式控制物质的运送，即单纯扩散（被动扩散）、促进扩散、主动运送和基团移位（基团转位），其中尤以主动运送为最重要。被动扩散（单纯扩散、被动运送）。细胞膜这层疏水性屏障可以通过物理扩散方式让许多小分子、非电离分子尤其是亲脂性的分子被动地通过，这就是单纯扩散。单纯扩散不是细胞获取营养物质的主要方式，因为细胞既不能通过它来选择必需的营养成分，也不能将稀溶液中的溶质分子进行逆浓度梯度运送，以满足细胞的需要。促进扩散与单纯扩散的一个主要差别，是在溶质的运送过程中，必须借助于膜上底物特异性载体蛋白的参与。促进扩散只能把环境中浓度较高的分子加速扩散到细胞内，直至膜两侧的溶质浓度相等时为止，而决不能引起溶质的逆浓度梯度运送。因此，它只对生长在高营养物浓度下的微生物发挥作用。主动运输是微生物吸收营养物质的主要机制。其特点是它的特异性载体蛋白在运送溶质的过程中，需要提供能量（ATP等）；同时，它可逆浓度梯度进行运送，从而使生活在低营养环境下的微生物能获得浓缩形式的营养物。

基团移位也是一种既需特异性载体蛋白又须耗能的运送方式，但溶质在运送前后会发生分子结构的变化，因而不同于上述的主动运送。

第三节 微生物的产能代谢

微生物的能量代谢：

微生物细胞的各项活动，如物质运输、合成代谢、分解代谢、细胞分裂和鞭毛运动等都要利用能量。热力学第一定律指出，能量即不能创生，也不能消灭，只能从一种形式转变成另一种形式。微生物体内的这种能量转变过程称为微生物的能量代谢。

生物能及其存在形式：

ATP是生物能存在的主要形式。在微生物的呼吸过程中，底物的氧化分解产生能量；同时，微生物将能量用于细胞组分的合成。在这两者之间存在能量转移中心-ATP。ATP是能够被生物细胞直接利用的能量形式。

ATP产生方式：底物磷酸化、氧化磷酸化和光合磷酸化。底物磷酸化：厌氧微生物或兼性厌氧微生物在基质氧化过程中，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。

氧化磷酸化：好氧微生物在呼吸时，通过电子传递体系产生ATP的过程叫氧化磷酸化。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的过程叫光合磷酸化。

呼吸作用是微生物ATP的生成的主要方式。

微生物的呼吸类型有三类：发酵、好氧呼吸及无氧呼吸。微生物的产能代谢是通过上述三种类型呼吸作用来实现的，微生物从中获得生命所需要的能量。

一 发酵

“发酵”这一名词用得十分普遍。在发酵工业上，发酵是指任何利用好氧或厌氧微生物来生产有用代谢产物的一类生产方式。在生物氧化或能量代谢中，发酵是指在无氧条件下，底物脱氢后所产生的还原力[H]不经过呼吸链传递而直接交给某一内源氧化性中间代谢产物的一类低效产能反应。

糖酵解也称EMP途径或E-M途径，糖酵解几乎是所有具有细胞结构的生物所共有的主要代谢途径。其过程如下：①②③④⑤

（1）葡萄糖形成葡糖-6-磷酸。

（2）葡糖-6-磷酸经磷酸己糖异构酶异构成果糖-6-磷酸。

（3）果糖-6-磷酸通过磷酸果糖激酶催化成果糖-1，6-二磷酸。磷酸果糖激酶是EMP途径中的一个关键酶，故它的存在就意味着该微生物具有EMP途径。

（4）果糖-1，6-二磷酸在果糖二磷酸醛缩酶的催化下，分裂成磷酸二羟丙酮和甘油醛-3-磷酸两个丙糖磷酸分子。

（5）磷酸二羟丙酮在丙糖磷酸异构酶的作用下转化成甘油醛-3-磷酸。

（6）甘油醛-3-磷酸在甘油醛-3-磷酸脱氢酶的催化下产生1，3-二磷酸甘油酸。（7）1，3-二磷酸甘油酸在磷酸甘油酸激酶的催化下形成3-磷酸甘油酸。（8）3-磷酸甘油酸在磷酸甘油酸变位酶的作用下转变为2-磷酸甘油酸。

（9）2-磷酸甘油酸在烯醇酶作用下经脱水反应而产生含有一个高能磷酸键的磷酸烯醇式丙酮酸。

（10）磷酸烯醇式丙酮酸在丙酮酸激酶的催化下产生了丙酮酸。

二、好氧呼吸 好氧呼吸是一种最普遍和最重要的生物氧化方式，其特点是在有氧条件下,底物按常规方式脱氢后，经完整的呼吸链递氢，最终由分子氧接受氢并产生水和释放能量。葡萄糖通过糖酵解产生的丙酮酸，在有氧条件下，将进入三羧酸循环进行完全氧化，生成H2O 和CO2，并释放出大量能量。丙酮酸的有氧氧化包括两个阶段： 第一阶段：丙酮酸的氧化脱羧

丙酮酸  乙酰辅酶A（乙酰CoA）第二阶段：三羧酸循环

乙酰CoA  H2O 和CO2，释放出能量。（1）丙酮酸的氧化脱羧

丙酮酸氧化脱羧反应是连接糖酵解和三羧酸循环的中间环节。（2）三羧酸循环（TCA）（Krebs 循环、克雷伯斯循环、柠檬酸循环）丙酮酸氧化脱羧产物乙酰CoA与草酰乙酸结合生成柠檬酸进入循环。在循环过程中，乙酰CoA被氧化成 H2O 和CO2，并释放出大量能量。①②③④⑤

① 乙酰CoA及草酰乙酸在柠檬酸合成酶催化下，缩合形成柠檬酸。

② 柠檬酸在顺乌头酸酶催化下，脱水生成顺乌头酸，再水化生成异柠檬酸。

③ 异柠檬酸在异柠檬酸脱氢酸催化下，脱氢形成草酰琥珀酸，草酰琥珀酸脱羧基形成α-酮戊二酸。

④ α-酮戊二酸在α-酮戊二酸脱氢酶系统催化下脱氢形成琥珀酰CoA。⑤ 琥珀酰CoA在有GDP+Pi存在下，由琥珀酰CoA合成酶，催化形成琥珀酸和GTP，GTP可转化为ATP。

⑥ 琥珀酸在琥珀酸脱氢酶催化下形成延胡索酸。⑦ 延胡索酸在延胡索酶催化下形成苹果酸。⑧ 苹果酸在苹果酸脱氢酶催化下，脱氢形成草酰乙酸。

NADH或琥珀酸所携带的高能电子通过呼吸链传递到O2的过程中，释放出大量的能量。这种高能电子传递过程的释能反应与ADP和磷酸合成ATP的需能反应相偶联，是ATP形成的基本机制。

根据氧化-还原电势与自由能变化关系式，计算出在NADH氧化过程中，有三个反应的 G <-30.5kJ/ mol。

NADH2  Q cyt.b  cyt.c1 cyt.a a3  O2 G-55.6kJ/mol-34.7 kJ/mol-102.1kJ/moL 这三个反应分别与ADP的磷酰化反应偶联，产生3个ATP。这些反应称为呼吸链的偶联部位。

从琥珀酸  O2只产生2个ATP。

三、无氧呼吸

无氧呼吸（厌氧呼吸）是一类呼吸链末端的氢受体为外源无机氧化物的生物氧化。这是一类在无氧条件下进行的产能效率较低的特殊呼吸。其特点是底物按常规途径脱氢后，经部分呼吸链递氢，最终由氧化态的无机物受氢。硝酸盐呼吸(反硝化作用)：

在无氧条件下，微生物利用硝酸盐作为呼吸链的最终氢受体。NO3-被还原成NO2-、N2O和N2。其氢供体可以是葡萄糖、乙酸、甲醇等有机物，也可以是H2和NH3。

-C6H12O6 + 4NO3==2N2 + 6CO2 + 6H2O + 1756KJ

--5CH3COOH + 10 NO3==10CO2 + 6H2O + 4N2 + OH

-CH3OH + NO3==0.5N2 + 2H2O +CO2

-6H2 + 4NO3==N2 + 6H2O

NH3 + 4NO3==1.5N2+ 3H2O 反硝化菌：地衣芽孢菌属、铜绿假单胞菌、脱氮球菌、脱氮硫杆菌等。都是兼性厌氧微生物，是自然界氮循环的关键环节！硫酸盐呼吸：

一种由硫酸盐还原细菌把经呼吸链传递的氢交给硫酸盐这类末端氢受体的一种厌氧呼吸。硫酸盐还原的最终产物是H2S，自然界中的大多数H2S是由这一反应产生的。Desulfovibrio desulfuricans（脱硫脱硫弧菌），D．gigas（巨大脱硫弧菌），Desulfotoma culumnigrificans（致黑脱硫肠状菌）以及D．ruminis（瘤胃脱硫肠状菌）等。硫呼吸: Desulfuromonas acetoxidans（氧化乙酸脱硫单胞菌）能进行硫呼吸。其过程为无机硫作为无氧呼吸链的最终氢受体，结果硫被还原成H2S。碳酸盐呼吸：

一类以CO2作为无氧呼吸链的末端氢受体的无氧呼吸。根据其还原产物的不同，可分为两种类型，一类是产甲烷菌产生甲烷的碳酸盐呼吸，另一类为产乙酸细菌产生乙酸的碳酸盐呼吸。

细菌类型：产甲烷菌、产乙酸菌。是废水厌氧处理中关键性微生物。

+-产甲烷菌：4H2 + H + HCO3→CH4↑+ 3H2O +-产乙酸菌：4H2 + 2H + 2HCO3 → CH3COOH + 4H2O（氢来源于发酵）

第五章

微生物的生长繁殖与生存因子

第一节 微生物的生长繁殖

一、微生物生长量的测定方法

（一）、直接计数法

直接测定法可以分为以下几类：

1.涂片染色法

将已知体积(0.01ml)的待测样品，均匀地涂布在载玻片的已知面积内(1cm2)，经固定染色后，在显微镜下选择若干个视野计算细胞的数量，每个视野的直径和面积、对应的微生物体积用目镜测微尺测出，结合视野中的微生物数量从而推算0.01ml样品的微生物数量。

2.计数器测定法

将菌液滴在血球计数板0.1ml 的计数格中，细菌被固定染色后，在显微镜下选择数出若干个小格中的细菌数目，（一般数125个小格），根据比例关系折算出单位体积菌液中细菌的数量。

3.比例计数法

将待测样品溶液与等体积的血液混合，然后涂片，在显微镜下测定细菌与红血球数的比例，因血液中的红血球数已知(男性400~500万个/ml，女性350~450万个/ml)，由此可以测得细菌数量。

4.比浊计数法

测定悬浮细胞的快速方法。

原理：细菌细胞是不完全透光的，光束通过悬浮液时会引起光的散射或吸收，降低透光度，在一定范围内透光度与溶液的混浊度即细胞浓度成正比，藉此可以测定细菌浓度。为了得到实际的细胞绝对含量，通常须将已知细胞浓度的样品按上述测定程序制成标准曲线，然后根据透光度或光密度值从标准曲线中直接查得细菌含量。

（二）间接计数法

1.平板计数法

将待测细菌样品先作10倍梯度稀释，然后取相应稀释度的样品涂布于固体平板培养基上，或与未经融化的固体培养基混合、摇匀，培养一定时间后观察并计数生长的菌数，最终根据细菌数和取样量计算出细菌浓度。一般计数平板的细菌生长菌落数以30~300个为宜。平板计数法是采用最广的一种活菌计数法。

2.液体计数法（MPN法）

根据统计学原理设计的一种方法。先将待测菌液作10倍梯度稀释，然后取相应稀释度的样品分别接种到3管或5管一组液体培养基中，培养一定时间后，观察各管及各组中细菌是否生长、记录结果，再查与之匹配的统计表，即最可能数表(MPN)，算出细菌的最终含量。因此，这种方法又叫最可能数法或MPN法。

3.薄膜过滤计数法

对于某些细菌含量较低的样品(空气或饮用水)，可采用薄膜计数法。将待测样品通过带有许多小孔但又不让细菌透过的微孔滤膜，藉助膜的作用将细菌浓缩，再将膜放于固体培养基表面培养，然后类似于平板计数那样计算结果。这种计数法要求样品中不得含有过多的悬浮性固体或小颗粒。

(三)重量法

细菌细胞尽管很微小，但是仍然具有一定的体积和重量，在细菌生长过程中，测定单位体积液体中细菌群体重量变化直接表示细菌生长数量的方法称为重量法。

1.测定细胞干重法

测定干重时，需先将细菌分离，再烘干称量。分离可采用离心法或过滤法。取已经培养一段时间的待测细菌样品，用离心机收集生长后的细菌细胞，或用滤纸、滤膜过滤截取生长后的细菌细胞，然后在105-110℃下进行干燥，称取干燥后的重量，以此代表细菌生长量的多少。水处理工程设施中的细菌生长量通常采用这种细胞干重测定法。这种方法实际上测得的是水中悬浮物重量，如果水中非细菌类的悬浮物很多的话，势必会严重干扰细菌计数的结果。

2.细胞含N量法

生物细胞内蛋白质氮含量比较稳定，一般为蛋白质干重15~16％，平均为16％。单个细菌中的蛋白质含量(10-15~10-11)g/细胞×(10～18％)细菌的数目=菌体蛋白质-N ÷16% ÷单个细胞蛋白质含量。

3.DNA含量法

同种细菌的DNA含量一致,可通过测定DNA的含量来表示细菌的生长量。

二、研究微生物生长的方法

微生物群体作为研究对象，来研究它们生长，大体上可以分为两种情况，一种是间歇式培养（分批式培养），另一种是连续式培养。通过测定细菌重量或数量随培养时间延续的曲线关系来考察细菌的生长特性。

（一）分批培养和生长曲线

将少量单细胞微生物接种于一定量的液体培养基内，在适宜的条件下培养,并定时取样测定活微生物数目的变化，叫做间歇培养（分批培养）。用坐标法作图,以时间为横坐标,以单细胞微生物数量的对数为纵坐标,可以绘出一条有规律的曲线,称为生长曲线。

（1）停滞期

当细菌被接种到新鲜培养基中，开始一段时间内，通常不立即进行细胞分裂、增殖，生长速率近于零，细胞数目几乎保持不变，甚至稍有减少，这段时间被称为停滞期。

在实际工作中如接种菌种以启动新的水处理设施，投加新鲜污泥时，接种的细菌不习惯于新环境，会出现或长或短的停滞期，停滞期的出现会增加操作时间，降低工作效率。可以通过增加接种量、采用最适种龄、选用繁殖速率快的菌种以及尽量保持接种前后所处的培养介质和条件一致等方法来缩短或消除停滞期。

（2）对数期 ①特点

对数期的细胞分裂速度最快、繁殖一代的时间最短、代谢活动旺盛、对环境变化敏感，并且细胞内的核糖体等组分也像细胞数目一样以同样的对数生长速率增加，细胞合成核糖体以及蛋白质越多，其生长速率也越快。

②细菌代时的计算

细菌的代时即世代时间，或称倍增时间。指细菌繁殖一代即个体数目增加一倍的时间。细菌代时的测定必须以对数期的细胞作为对象。

（3）静止期

如果对数期的细胞分裂不受节制的连续进行，理论上一个代时为20min。重10-12g的细菌，经过48h的对数生长之后，其群体重量可达到地球重量的4000倍。在一个封闭的系统中，细菌的对数生长只能维持一个短暂的时期，最终生长将会降低，代时延长，细胞活力减退。此时新生的细胞数目与死亡的细胞数目相等，总菌数达到最大值，活菌数保持恒定。

特点：

静止期细胞从生理上的年轻转化为衰老，表现为细菌的代谢活力钝化，细胞含有较少的核糖体，RNA和蛋白质合成缓慢，mRNA的水平低下，因此细胞的生长变得不平衡，细胞的形状有的也发生改变。因不能维持细胞壁的合成与修复，细胞的染色特点也发生变化，如G转变为G。

4衰亡期

处于静止期的细菌继续培养，细胞的死亡率将逐渐增加，最终群体中活的细胞数目将以对数速率急剧下降，此阶段就被称为衰亡期。

特点：

衰亡期细胞的总数虽然镜检直接计数可能会保持不变，但间接计数检测到的细胞数目却在减少，同时伴随着细胞的裂解或自溶可释放出一些代谢产物，如氨基酸、转化酶、外肤酶或抗生素等。衰亡期的长短与对数生长期一样在不同微生物中变化是很大的，主要与菌种的遗传特性有关。通过补充营养和能源，以及中和环境毒性，可以减缓死亡期的细胞死亡速率，延长细菌培养物的存活时间。

2连续培养

连续培养与间歇培养不同，它的特点是一方面连续进料，另一方面又连续出料。分为两种：恒浊连续培养和恒化连续培养。

（1）恒浊连续培养

一种使培养液中细菌的浓度恒定，以浊度为控制指标的培养方式。培养基提供足够量的-+营养元素，细菌保持最大速率生长。通过控制进料流速使装置内细菌浊度保持一定，保持理论上的对数生长期，可获得大量菌体或与菌体代谢相平衡的代谢产物。这种方式往往用于细菌的生理生化研究。

（2）恒化连续培养

新鲜培养基以恒定的流速流入，与培养器内的培养基瞬间混合，培养器内的培养基继而也以相同的流速恒定流出，进水组分及反应器中营养物浓度基本不变，因而这种细菌培养称为恒化连续培养。除了SBR法外，其余的污水生物处理法均采用的是恒化连续培养。

第二节 微生物的生存因子

一、温度

温度是微生物的重要的生长因子。在适宜的温度范围内，温度每升高十度，酶促反应速度将提高1～2倍，微生物的代谢速率和生长速率均可相应提高。适宜的培养速度可是微生物以最快的生长速率生长，过高或过低的温度均会降低代谢速率及生长速率。根据一般微生物对温度的最适生长需求，可将微生物分为4大类，以细菌为例，分别是：嗜冷菌、嗜中温菌、嗜热菌及嗜超热菌。大多数细菌是嗜中温菌。

高温灭菌法

(1)干热灭菌法

把金属器械或洗净的玻璃器皿放入电热烘箱内，在150～170℃下维持1～2个小时可达到彻底灭菌的目的。干热可使细胞膜破坏、蛋白质变性和原生质干燥，并可使各种细胞成分发生氧化变质。灼烧是一种最彻底的干热灭菌法，但是其破坏力很强。

(2)湿热灭菌法

是指用100℃以上的加压蒸汽进行灭菌。在同样温度和相同作用时间下，湿热灭菌法比干热灭菌法有效，原因是湿热蒸汽不但透射力强，而且还能破坏维持蛋白质空间结构和稳定性的氢键。在湿热温度下，多数细菌和真菌的营养细胞在60℃左右处理5～10分钟后即被杀死，酵母菌和真菌的孢子稍耐热些，要在80℃下才能杀死，细菌的芽孢更耐热，一般要在120℃下处理15分钟才被杀死。

湿热灭菌法主要有 1.间歇灭菌法

用100℃ 15-30′→28-37℃,12-24hrs(使残留的芽孢萌发或营养细胞再被杀死)→100℃（15-30′）→可以反复2~3次。适用于不耐热药品、营养物、特殊培养基等的灭菌。

2.巴氏消毒法

此法可杀灭物料中的无芽孢杆菌，用与牛奶、酒等在高温下营养和风味容易受破坏，利用较低温度既可杀死病菌又能保持这些营养物质风味不变。

巴氏消毒使用温度： A :62-65℃ 20-30′ B :72℃ 10′（少用）超高温巴氏消毒法：130℃ 2″

牛奶65℃ 30′、71℃ 15′（迅速冷却到00C即可饮用）

二、pH 是影响微生物生长的一个重要因素

1.引起细胞膜电荷的变化，从而影响了微生物对营养物质的吸收。2.影响代谢过程中酶的活性。

3.改变生长环境中营养物质的可给性,以及有害物质毒性。

不同微生物的对pH忍受能力有很大差异。凡对pH变化适应强的微生物，对pH要求不太严格；而对pH变化适应性不强的微生物，则对pH要求很严格。大多数细菌、藻类和原生动物的最适pH为6.5～7.5，细菌一般要求中性和碱偏性，放线菌也是中性和偏碱性，酵母菌和霉菌要求在酸性和偏碱性的环境中生长。

三、氧化还原电位（ORP）

氧化还原电位是物质与氢电极构成原电池时的电压高低，是物质氧化性强弱的标志。氧化环境具有正电位，还原环境具有负电位。各种微生物要求的氧化还原电位不同，而且还受氧分压的影响。通常用pH测定仪mv档测定水样的氧化还原电位。

好氧活性污泥法，控制在＋200～＋600mV，通过改变曝气力度进行调节。

厌氧污泥消化系统氧化还原电位应控制在在-100～-200mV，过高不利于厌氧细菌的生长，应改进工艺降低水中溶解氧量。

四、溶解氧

根据微生物与分子氧的关系，将微生物分为好氧微生物、厌氧微生物和兼性厌氧微生物。在微生物世界中，绝大多数种类都是好氧微生物或兼性厌氧微生物，厌氧微生物的种类相对较少,一旦提供潮气则会很快复活。

五、渗透压

任何两种浓度的溶液被半渗透膜隔开，均会产生渗透压。当两液面高差产生的压力足够阻止水再流动时，渗透停止，这时出现的两液面高差间的压力就是渗透压，溶液的渗透压取决于其浓度，培养基的渗透压一般不会大于菌体内的渗透压。

六、太阳辐射

太阳辐射中有正面生物学效应的辐射是波长短于1000的红外辐射，它被不产氧的光合细菌用作能源进行光合作用。380～760的可见光是篮细菌和藻类进行光合的主要能源。其余的辐射都是有害的。

第三节 其他不利环境因子对微生物的影响

一、重金属及盐类对微生物的影响

重金属汞、银、铜、铅及其化合物可有效的杀菌防腐，它们是蛋白质的沉淀剂。其杀菌机理是与酶的—SH结合，使酶失去活性；或于菌体蛋白结合，使之变性或沉淀。

铜：硫酸铜对真菌和藻类的杀伤力比细菌强。常用硫酸铜与石灰配制成的波尔多液，在农业上可用以防治某些植物病毒。在远距离取水样作检测时，一般1L混合液中加10ml质量浓度为1g／L的硫酸铜，原因何在？抑制携带过程中微生物的呼吸，尽量保持水质不变。

铅：对细菌等各类微生物也有毒害。将微生物浸在质量浓度为1～5g／L的铅盐溶液中几分钟内就会死亡。

二、干燥对微生物的影响

细菌基本上是生活在水中的生物，干燥使菌体内蛋白质变性，引起代谢活动停止，影响微生物的活性以至生命力，在不受热和其它外界因素干扰下，干燥细胞将处于长期休眠状态，若供给潮气则很快复活。细菌的芽孢、藻类和真菌的孢子及原生动物的胞囊都比营养细胞抗干燥。用干燥法防止食物腐败（细菌滋生），如方便面、干果、肉干、葡萄干等；用干燥法来保存细菌，如将细菌放置在干燥的沙土中可以长期保存，一旦提供潮气则会很快复活。

三、紫外辐射对微生物的影响

紫外辐射是日光的一部分，强烈的日光能杀菌是由于紫外辐射对微生物有致死作用，是由于微生物细胞中的核酸、嘌呤、嘧啶及蛋白质对蛋白辐射有特别强的吸收能力。DNA和RNA对紫外辐射的吸收峰再260nm处，蛋白质对紫外辐射的吸收峰再280nm处，紫外辐射能引起DNA链上的两个胸腺嘧啶分子形成胸腺嘧啶二聚体，致使DNA不能复制，导致微生物死亡。

四、电辐射对微生物的影响

X－射线和r－射线均能使被照射的物质产生电离作用，故称为电离辐射，它们都是高能电磁波，有很强的穿透力。X－射线和r－射线对微生物生命活动的影响力表现为：低剂量照射有促进微生物发育的作用，或引起微生物发生变易；高剂量照射对微生物有致死作用。

五、表面活性物质对微生物的影响 酚

酚是表面活性剂，酚与其衍生物能引起蛋白质变性，并破坏细胞质膜。苯酚又名石炭酸，质量浓度为1g/l的苯酚能抑制微生物生长。10g/l的石炭酸溶液在20分钟内可杀死细菌，30－50g/l的石炭酸溶液几分钟可杀死细菌，50g/l的石炭酸溶液可做喷雾消毒空气，细菌芽孢和病毒在50g/l的石炭酸溶液中仅能存活几个小时。甲酚的杀毒能力比其他酚强几倍，但它难溶于水，易于皂液或碱液形成乳浊液，叫来苏尔。在废水处理生物处理中，酚时微生物的营养源。新洁尔灭

新洁尔灭是季胺盐的一种，是一种表面活性强的杀菌剂，它对许多非芽孢型的致病菌、革兰氏阳性菌及革兰氏阴性菌有着极强的致死作用。稀释度小时有杀菌作用及去污垢作用，对人无毒。但在高稀释度时只有抑菌作用，将质量浓度为50g/l的原液稀释为1g/l的水溶液可用于皮肤消毒，浸泡5分钟即可达到消毒效果。合成洗涤剂

合成洗涤剂去污力强，在硬水中不形成沉淀，它除洗涤污物外，还有杀菌作用。阳离子型洗涤剂比阴离子型洗涤剂的杀菌力强。阳离子型洗涤剂不可生物降解。非离子型洗涤剂没有杀菌力。合成洗涤剂除基本成分外，还有助剂。

六、染料对微生物的影响

孔雀绿、亮绿、结晶紫等三苯甲烷燃料都有抑菌作用。革兰氏阳性菌对染料的反应比革兰氏阴性菌敏感。例如，结晶紫质量浓度为（3.3～5.0）×10g/l时抑制革兰氏阳性菌，需浓缩10倍后才能抑制革兰氏阴性菌。对10g/l的孔雀绿可抑制金黄色葡萄球菌；3.3×10g/l时可抑制大肠杆菌。10g/l的结晶紫可杀死念珠菌和圆酵母菌，10g/l时则起抑制作用。将10g/l的亮绿加入培养基中可抑制革兰氏阳性菌，将大肠杆菌鉴别出来。质量浓度在1g/l以下的染料可作微生物的营养源。-6-

4-6

5-4

七、抗生素对微生物的影响

许多微生物在代谢过程中产生能杀死其他微生物或抑制其他微生物生长的化学物质，即抗生素。抗生素有广谱和狭谱之分。

氯霉素、金霉素、土霉素和四环素可抑制许多不同种类的微生物，叫广谱抗生素。青霉素只能杀死或抑制革兰氏阳性菌，多粘菌素只能杀死革兰氏阴性菌，叫狭谱抗生素。抗生素主要用做药品，在分离微生物时，可在培养基中加入几种合适的抗生素，用以抑制杂菌生长，使所需的微生物正常生长。杀死或抑制细菌生长的抗生素对人体无毒性或毒性很小。一种抗生素一般只对某些微生物有作用，而对另一些无效。这是因为不同的抗生素对微生物作用的不同的作用。

抗生素对微生物的影响有以下四方面：（1）抑制微生物细胞壁的合成（2）破坏微生物的细胞质膜（3）抑制蛋白质的合成（4）干扰核酸的生成

第六章 微生物的遗传和变异

遗传:微生物将生长发育所需要的营养类型和环境条件，以及对这些营养和外界环境条件产生的反应，或出现的一定性状传给后代，并相对稳定的一代一代传下去，这就是生物的遗传。

变异:当微生物从它们适应的环境迁到不适应的环境后，微生物改变自己对营养和环境条件的要求，在新的生活条件下产生适应新的环境的酶，从而适应新环境并适应良好，这是生物的变易。

遗传和变异是一切生物最本质的属性。

第一节 微生物的遗传

一、遗传和变异的物质基础-DNA 通过3个经典实验证明了核酸（DNA和RNA）是遗传物质基础。1.肺炎链球菌的转化现象 2.T4噬菌体感染实验 3.植物病毒重建实验

肺炎链球菌的转化实验：

最早进行转化实验的是F.Griffith（1928）。肺炎链球菌有2种细胞型：

S型菌落：有荚膜，致病的，菌落表面光滑（smooth）R型菌落：不形成荚膜，无致病性，菌落外观粗糙（rough）

1944年，O.T.Avery、C.M.MacLeod和M.McCarty从热死的S型S.pneumoniae中提纯了可能作为转化因子的各种成分，并在离体条件下进行了转化实验：

结果表明，只有S型细菌的DNA才能将S.pneumoniae的R型转化为S型。而且，DNA纯度越高，转化效率也越高，直到只取用纯DNA的6×10g的量时，仍有转化能力。这就说明，S型菌株转移给R型菌株的，决不是某一遗传性状（在这里是荚膜多糖）的本身，而是以DNA为物质基础的遗传因子。

噬菌体感染实验：

1952年A.D.Hershey和M.Chase证实了DNA是噬菌体的遗传物质基础。他们进行了两组实验：一组用含P－DNA核心的噬菌体作感染，一组用含S－蛋白质外壳的噬菌体作感染。

-8结果表明，在噬菌体感染过程中，其蛋白质外壳根本未进入宿主细胞。进入宿主细胞的只有DNA，但却有自身的增值、装配能力，最终会产生一大群既有DNA核心、又有蛋白质外壳的完整的子代噬菌体粒。

植物病毒重建实验：

1956年H.Fraenkel-Conrat用含RNA的烟草花叶病毒(TMA)进行了著名的植物病毒重建实验。当用由TMA-RNA与 HRV-衣壳重建后的杂和病毒去感染烟草时，烟叶上出现的是最典型的TMV病斑。在从中分离出来的新病毒也是未带任何HRV痕迹的典型TMV病毒。反之，用HRV-RNA与TMV-衣壳进行重建时，也可获得相同的结论。

二、核酸的结构和复制

核酸是一种多聚核苷酸，它的基本单位是核苷酸。核苷酸由碱基、磷酸和戊糖组成。DNA的结构

1953年，J.Watson和F.Crick 在前人研究工作的基础上，根据DNA结晶的X-衍射图谱和分子模型，提出了著名的DNA双螺旋结构模型，并对模型的生物学意义作出了科学的解释和预测。

DNA双螺旋结构的特点：

DNA分子由两条DNA单链组成，DNA的双螺旋结构是分子中两条DNA单链之间基团相互识别和作用的结果，双螺旋结构是DNA二级结构的最基本形式。（1）DNA分子由两条多聚脱氧核糖核苷酸链(简称DNA单链)组成,两条链沿着同一根轴平行盘绕，形成右手双螺旋结构。螺旋中的两条链方向相反，即其中一条链的方向为5′→3′，而另一条链的方向为3′→5′。

（2）嘌呤碱和嘧啶碱基位于螺旋的内侧，磷酸和脱氧核糖基位于螺旋外侧。碱基环平面与螺旋轴垂直，糖基环平面与碱基环平面成90度角。

（3）螺旋横截面的直径约为2nm，每条链相邻两个碱基平面之间的距离为0.34nm，每10个核苷酸形成一个螺旋，其螺矩（即螺旋旋转一圈）高度为3.4 nm。

（4）两条DNA链相互结合以及形成双螺旋的力是碱基对所形成的氢键。碱基的相互结合具有严格的配对规律，即A与T结合，G与C结合，这种配对关系，称为碱基互补。A和T之间形成两个氢键，G与C之间形成三个氢键。在DNA分子中，嘌呤碱基的总数与嘧啶碱基的总数相等。

质粒：原核生物细胞中，染色体外的一种环状DNA分子，并非细胞必须，仅与某些性状有关，常作为基因转移的运载工具。

基因：具有遗传功能的DNA分子上的片段，平均1000个碱基对,分子量约6.7×10Da。

5一个DNA分子中含有多个基因，不同基因碱基对的数量和排列序列不同，基因具有自我复制能力。根据基因的功能差异，可分为结构基因、调节基因和操纵基因。

结构基因 因。

调控基因 包括编码结构蛋白和酶蛋白的基因，也包括编码阻遏蛋白和激活蛋白的基包括调节基因、启动基因和操纵基因。DNA的复制

DNA的自我复制大致如下：首先是DNA分子中的两条多核苷酸链之间的氢键断裂，彼此分开成两条单链，然后以各自的多核苷酸链为模板，根据碱基配对的原则吸收细胞中的游离的核苷酸，按照原有链上的碱基配对原则，各自合成出一条新的互补的多核苷酸链。新合成的多核苷酸链和原有的多核苷酸链又以氢键连接成新的双螺旋结构。

三、DNA的变性与复性

利用紫外吸收的变化，可以检测核酸变性的情况。

当天然双链DNA受热或其他因素的作用下，两条链之间的结合力被破坏而分开的成单链DNA，即称DNA变性。

天然状态的DNA在完全变性后，紫外吸收(260nm)值增加25－40%.RNA变性后，约增加1.1%。这种现象称为增色效应.DNA变性的特征

DNA的变性过程是突变性的，它在很窄的温度区间内完成，因此，通常将引起DNA变性的温度称为融点，用Tm表示。一般DNA的Tm值在70-85C之间。DNA的Tm值与分子中的G和C的含量有关。G和C的含量高，Tm值高。因而测定Tm值，可反映DNA分子中GC含量，可通过经验公式计算：（G+C)%=(Tm-69.3)X2.44 核酸的复性

变性DNA在适当的条件下，两条彼此分开的单链可以重新缔合成为双螺旋结构，这一过程称为复性。DNA复性后，一系列性质将得到恢复，但是生物活性一般只能得到部分的恢复。DNA复性的程度、速率与复性过程的条件有关。

将热变性的DNA骤然冷却至低温时，DNA不可能复性，但是将变性的DNA缓慢冷却时，可以复性。分子量越大复性越难。浓度越大，复性越容易。此外，DNA的复性也与它本身的组

第五篇：化妆品微生物 教案（模版）

化妆品微生物教案

课题名称：化妆品微生物 授课班级：

教学时间：10分钟

一．教学目标：

1.通过学习化妆品微生物熟悉化妆品微生物污染菌和它的来源，2.了解化妆品微生物的检验及其卫生标准，3.学会如何预防化妆品的微生物污染。

二．重点与难点及解决办法 1.重点：

化妆品的微生物污染菌和它的来源是本课的重点内容。化妆品污染最多的是腐败菌，可使产品变质，失去商品价值；不仅如此，更重要的是化妆品污染中的致病菌和条件致病性微生物，可对人体造成较大的危害。熟悉了化妆品微生物的污染菌和它的来源，才能更好的预防微生物对化妆品的污染，从而远离疾病，保护我们的身体健康。2.难点：

化妆品的微生物污染是现今令我们所头痛的，在我们的生活环境中，无时无刻都存在着微生物。所以，有关它的一些致病菌，及如何预防这些致病菌给我们带来的疾病，一直都是我们所关注的问题，并且也是一大难题。3.解决办法：

通过PowerPoint演示方法介绍及讲解，结合生活实际帮助学生理解。

三．教学内容：

（引言）大家知道微生物是无所不在的，当然化妆品也不例外。这就是今天我要为为大家讲的内容“化妆品微生物”。大家可能在想化妆品与微生物是怎样联系在一起的呢？化妆品中微生物是通过哪些渠道产生的呢？它对我们人体又会产生怎样的危害？我们要通过怎样的检验来确定我们的化妆品有没有被微生物所感染呢？我们又该怎样预防呢？今天我会为大家一一讲解。

（一）化妆品与微生物

1.化妆品的概念：化妆品是指以涂抹喷洒施于人体表面（皮肤、毛发、指甲、口唇齿等），以达到清洁、护肤、美容和修饰目的的化学工业品。

2.微生物生长所需的物质：营养物质。比如碳源，氮源，无机盐，水和生长因子。

3.化妆品与微生物的关系：化妆品因含有水分，油脂，蛋白质，多元醇等，为微生物的生长创造了良好的条件，造成产品变质。为了抑制微生物的繁殖和消费者使用过程中的产品污染，往往在化妆品中加入防腐剂，但不能过量。因此，化妆品一方面为微生物的生长繁殖提供了良好的环境；另一方面由于防腐剂的应用又可抑制微生物的生长。

（二）化妆品的微生物污染

1.化妆品的微生物污染分为一级污染和二级污染。1)一级污染的概念

一级污染：是指化妆品生产过程中使用的原料、容器和制作过程中的污染。尤其在冷却灌装过程更易受污染。

2)二级污染的概念

二级污染：是化妆品的运输，储存，销售及启封后，使用或存放过程中发生的污染。包括手部接触化妆品后将微生物带入，空气中的微生物落入而被污染。

2.化妆品的微生物污染菌

在日常生活中我们所见到的化妆品微生物包括：细菌、霉菌和致病菌。当然还有一些其他菌类，病原细菌如链球菌，芽胞及梭状芽胞杆菌等这些革兰氏阳性菌。还有假单胞菌，沙门氏菌，弧菌等这些属于革兰氏阴性菌。

化妆品还常受到致病真菌如青霉、曲霉、根霉、毛霉等霉菌的污染。

3.不同种类化妆品的染菌特点及其它们各自特优的菌

1、膏霜类（护肤类）这类化妆品微生物的污染率最高，受污染的微生物种类也最多；有粪大肠菌群、绿脓杆菌、金黄色葡萄球菌等。

2、发用类化妆品富含水分及微生物生长所需的营养。香波的主要成分烷基硫酸盐等较易繁殖绿脓杆菌等细菌与霉菌。

3、粉类化妆品主要是原料的污染，这类化妆品中检出的抵抗力较强的需氧芽胞菌较多。

4、美容类化妆品染菌量不高，但对人健康影响最大，特别眼部化妆品和唇膏等。

4.化妆品微生物污染对健康的危害 1)失去商业价值，造成经济损失

2)使用被微生物污染的化妆品可能引起皮肤、面部器官等局部甚至全身感染。一些致病菌导致各种疾病。

（三）检测与卫生标准 A.化妆品的微生物学标准

a)眼部化妆品及口唇等粘膜用化妆品以及婴儿和儿童用化妆品菌落总数<500CFU／mL 或500CFU／g。

b)其他化妆品菌落总数<1000CFU／mL或1000CFU／g。

c)每克或每毫升产品中不得检出粪大肠菌群、绿脓杆菌和金黄色葡萄球菌。

d)化妆品中霉菌和酵母菌总数不得大于100CFU／mL或100CFU／g。

B.化妆品微生物的检验

化妆品微生物的检验包括菌落种数，霉菌，酵母菌和特定菌的检验

a)菌落种数的检验：化妆品的菌落计数是指1g或1ml样品中，在某种固体上培养后生长的菌落总数，用以判断样品被细菌污染的程度。b)霉菌和酵母菌总数的测定：霉菌和酵母菌总数的测定是指化妆品检样在一定条件培养后，1g或1ml化妆品所污染的活的霉菌和酵母菌数量，一判明化妆品被霉菌和酵母菌污染的程度及其一般的卫生状况。采用倾注平板法，所用培养基为虎红培养基，培养温度为28℃，培养时间为3d，观察并计算所生长的霉菌和酵母菌菌落数。

c)特定菌的检验：特定菌是指化妆品中不得检出的特定微生物。包括致病菌和条件致病菌。我国规定在化妆品中不得检测出的特定菌：大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌。

（四）化妆品微生物污染的预防措施

化妆品微生物的预防措施主要分为：一级污染预防和二级污染预防。

A.一级污染的预防方法：从原料，生产设备，容器，用具，操作人员等来说明

各自的预防方法。通过例举列举各个方面的具体预防措施。B.二级污染的预防方法主要有以下6点：1.加强卫生宣传，减少污染菌混入量；

2.加入适量的防腐剂和抗氧剂；3.常用的化妆工具的清洗和消毒，不要混用或公用；4.面部及使用工具和手的清洁。5.未用过的化妆品开封后的处理。

C.购买和使用化妆品tips：

a)使用化妆品应随用随买，不宜长期保存更不应超过保质期。

b)存放时，置于阴凉、干燥、避光、防冻的清洁卫生处。紫外线，潮湿地，高温和冰冻都会导致化妆品变质。

c)不宜长期保存,开封后尽快用完，最长不应超过六个月。

d)使用时，保持手部洁净，不要将使用过的放回，盖好盖子。应用洁净的物取化妆品，多余的不能放回容器

e)使用较长时间的化妆品要进行灭菌处理，紫外灯照射臭氧灭菌。f)不同类型化妆品在不启封时保存期和变质性状均有差别。

四．作业

1.生产操作人员造成的污染属于

A.一次污染

B.二次污染

C.三次污染

D.四次污染 2.下列哪种细菌不是化妆品中不得检出的特定菌

A.粪大肠菌

B.铜绿假单胞菌

C.金黄色葡萄球菌

D.蜡样芽胞杆菌

E.沙门菌

五．整体感知与总结: 通过学习化妆品微生物，使我们了解了一些有关化妆品微生物的相关概念，初步掌握培养基的成分。对于化妆品微生物的污染来源有了一定的了解，知道了导致化妆品微生物污染的菌类及它的来源。学会一些有关化妆品微生物污染的简单的预防措施以及检测方法。