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
藍細菌與高等植物相同，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才進行。
葉綠素（主要色素）：捕獲能量與光反應中心
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（紫色無硫細菌）：有機物為供氫體，兼性光合。光能異養(yǎng)。
2、著色菌科（紫色硫細菌）：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—綠硫細菌，綠彎菌科—綠色非硫細菌。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：光合色素吸收光能并轉(zhuǎn)化為化
學能的能量轉(zhuǎn)換反應。
暗反應：利用能量進行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
兩個光反應系統(tǒng)，除產(chǎn)生ATP，還有還原力，放出氧氣。植物、藍細菌屬此類。
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特的光合作用，是迄今為止最簡單的光合磷酸化反應。（自學）
二、化能自養(yǎng)菌
無機物氧化獲能,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
無機物氧化時，以不同位置進入呼吸鏈，這與異養(yǎng)菌不同，產(chǎn)能效率低。圖6-31
1、硝化細菌
將氨氧化成亞硝酸—亞硝酸細菌
亞硝酸氧化成硝酸—硝酸細菌
NH4++1½O2→NO2-+2H++H2O+66千卡
NO2-+½O2 →NO3-+18千卡 圖6-32

2、硫細菌
引起元素硫或還原態(tài)硫化物氧化，包括光能與化能�；�能即硫化細菌。最多是硫桿菌Thiobacillus。
S2-→S→SO32-→SO42-
由于產(chǎn)硫酸，會引起金屬腐蝕，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、氫細菌
兼性自養(yǎng)菌。H2 +½O2 →H2O+56.5千卡
4、鐵細菌
將亞鐵氧化成高鐵，尚未純培養(yǎng)。
自養(yǎng)菌總結
光合細菌類群 主要供氫體、 碳源、 生長因子、 O2釋放
綠硫細菌 S2-、S2O32-，H2 CO2 — —
著色細菌 S2-、S2O32-，H2 CO2 — —
紅螺細菌 有機物 有機物 + —
藍細菌 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
亞硝酸細菌 NH4+ NO2- H2O
硝酸細菌 NO2- NO3- H2O
硫化細菌 H2S、S、S2O32-、Fe2+ SO42- H2O Fe3+
氫細菌 H2 H2O
鐵細菌 Fe2+ Fe3+
最終電子受體均為O2

第四章：微生物生長
生長：有機體的細胞組分與結構在量方面的增加。
繁殖：單細胞-由于細胞分裂引起個體數(shù)目的增加。
多細胞-通過無性或有性孢子使個體數(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行的，從生長到繁殖是一個由量變到質(zhì)變的過程，這個過程稱為發(fā)育。
1節(jié)：微生物的發(fā)育周期
一、概念
發(fā)育周期、單細胞微生物、絲狀真菌
二、發(fā)育周期中細胞學上變化
1、細胞壁與質(zhì)膜的延伸
質(zhì)膜合成位點在赤道帶，細胞壁生長也定位在赤道區(qū)，并具有種的特異性。
2、DNA的復制
1）單向復制 John Cairns：E. Coli作材料，放射自顯影技術。染色體從起始點開始，反時針旋轉(zhuǎn)一周完成。
2）雙向復制 Hiroshi Yoshikawa：不只按一個方向復制，起點與終點不重合。
3）滾環(huán)模型：不對稱復制。一股線狀，一股環(huán)狀復制。
真核微生物復制有多個位點，都是雙向。
3、發(fā)育循環(huán)中基因的表達
DNA的復制與細胞分裂是協(xié)調(diào)的。細胞分裂總是發(fā)生在DNA復制后的一定時間內(nèi)。抑制DNA合成的各種化學處理或突變也抑制細胞分裂。細菌DNA復制需DNA起始蛋白作用。
E. coli 細胞分裂總是發(fā)生在DNA復制完成后大約20分鐘，而DNA復制需40分鐘，這樣世代時間應是60分鐘，但…...
三、細胞分化現(xiàn)象
在某些微生物的發(fā)育循環(huán)中，一個或一群細胞會從一種形態(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）
直接計數(shù)法（全數(shù)）
間接計數(shù)法（活菌數(shù)）
測細胞物質(zhì)量
三、細菌純培養(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)，定時取樣測定細菌含量，以培養(yǎng)時間為橫坐標，以細菌數(shù)目的對數(shù)或生長速率為縱坐標，得繁殖曲線，對單細胞而言，又稱生長曲線。
根據(jù)生長速率不同，分為幾個時期。
（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，細胞形態(tài)變大。
特點：分裂遲緩，合成代謝活躍，體積增長快，對外界不良環(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）對數(shù)期 log phase
表現(xiàn)：代謝活性最強，幾何級數(shù)增加，代時最短，生長速率最大。
特點：細菌數(shù)目增加與原生質(zhì)總量增加，與菌液濁度增加呈正相關性。
代時（generation time）：單個細胞完成一次分裂所需時間，亦即增加一代所需時間。

G=t1-t0/n y=x•2n n=lgy - lgx/lg2
導出 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)：新增殖細胞數(shù)與老細胞的死亡數(shù)幾乎相等，活菌數(shù)動態(tài)平衡。
特點：生長速率又趨于0，細胞總數(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：補料，調(diào)pH、溫度等。
此時，菌體總數(shù)量與所消耗的營養(yǎng)物之間存在一定關系，稱為產(chǎn)量常數(shù)（生長效率）。Y = X - X0 /C 其中X-穩(wěn)定期細胞干重/ml， X0 -接種時干重/ml，C-限制性營養(yǎng)物濃度。
根據(jù)這一原理，可進行生物測定。
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)基所能達到的生長量，就可以計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) “負生長 ”，有些細胞開始自溶。
對于絲狀真菌，細胞數(shù)目不呈幾何級數(shù)增加，無對數(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。
若不斷補充新鮮營養(yǎng)，并及時不斷以同樣速度排出培養(yǎng)物，則可延長對數(shù)期。
只要培養(yǎng)液的流動量能使增殖的新菌數(shù)相當于流出的老菌數(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，及時補充營養(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：使所有的細胞都能處于同一生長階段，同時分裂的生長方式。
同步培養(yǎng)法獲得：
（一）機械法（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)整生理條件法（誘導法）
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，使細胞只能進行一次分裂。
3、用穩(wěn)定期的培養(yǎng)物接種：穩(wěn)定期細胞處于衰老狀態(tài)，移入新鮮培養(yǎng)基，可得同步生長。
（三）抑制DNA合成法
DNA合成是細胞分裂前提。抑制一段時間再解除抑制。
3節(jié)：環(huán)境條件對生長影響
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，也與pH有關。
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方式從一個地方傳播或傳遞到另一個地方的能量。
（一）紫外線（非電離輻射）10-380nm
致死主要是細胞中很多物質(zhì)對紫外線吸收。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）
效應無專一性， α、β穿透力較弱，X、 γ較強。
KI對電離輻射具保護作用。
五、干燥
水分對正常生長必不可少，各種微生物抵抗干燥能力不同。
六、滲透壓
微生物對滲透壓有一定適應能力。高滲溶液—質(zhì)壁分離，低滲溶液—細胞膨脹破裂。
七、超聲波（20，000Hz以上）
使細胞破裂，科研中破碎細胞。
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，借以達到治療的一種措施。