上海交通大学微生物课复习资料(2)
本站小编 免费考研网/2016-08-13
前者称为寄生物(parasite),后者称为寄主或宿主(host)
(一)微生物间的寄生
1.噬菌体—细菌;
2.蛭弧菌—细菌;
3.真菌—真菌;
4.真菌、细菌—原生动物;
(二)微生物与动植物
各种各样的致病菌多是行寄生生活
择生生物,现一般称为悉生生物或定菌生物(Gnotobiote)指整个个体不携带或只携带已知微生物的生物。与通常携带众多种类微生物且数量很多的普通生物相比,用它做实验研究有很多优点:干扰因素少,操作易控制,既可进行定性分析,也可进行定量分析,实验结果准确、可靠,对于了解微生物与宿主之间复杂的关系及其机理具有十分重要的作用。
四、拮抗
所谓拮抗,系指某种生物产生的代谢产物可抑制它种生物的生长发育甚至将后者杀死。
在一般情况下,拮抗多是指微生物间的“化学战术”,最典型的就是抗生菌所产生的能抑制其它生物生长发育的抗生素;
此外,有时因某种微生物的生长而引起的其它条件的改变(例如缺氧、pH改变等),从而抑制它种生物的现象也称拮抗。
五、竞争
竞争:两个种群因需要相同的生长基质或其它环境因子,致使增长率和种群密度受到限制时发生的相互作用,其结果对两种种群都是不利的。
六、捕食
捕食:一种种群被另一种种群完全吞食,捕食者种群从被食者种群得到营养,而对被食者种群产生不利影响。
对微生物来说,一般有如下几种情况:
1.原生动物吞食细菌和藻类;
2.粘细菌吞食细菌和其它微生物;
3.真菌捕食线虫和其它原生动物;
第三节微生物在生态系统中的作用
一、微生物在生态系统中的地位
生态系统是生物群落和它们所生活的非生物环境结合起来的一个整体。
特点:在一定的空间内,生物的成分和非生物的成分通过物质循环和能量流动互相作用、互相依存而构成的一个生态学功能单位。
生物成分按其在生态系统中的作用,可划分为三大类群:生产者(从无机物合成有机物,例如植物、某些微生物)、消费者(利用有机物进行生活,一般不能将有机物直接分解成有机物,例如动物、某些微生物)和分解者(分解有机物成无机物,形成完整的物质循环)。微生物可以在多个方面但主要作为分解者而在生态系统中起重要作用
3-[微生物营养代谢]
微生物的营养类型:
1. 光能无机自养型(光能自养型)
能以CO2为主要唯一或主要碳源;
进行光合作用获取生长所需要的能量;
以无机物如H2、H2S、S等作为供氢体或电子供体,使CO2还原为细胞物质;
例如:藻类及蓝细菌等和植物一样,以水为电子供体(供氢体),进行产氧型的光合作用,合成细胞物质。红硫细菌,以H2S为电子供体,产生细胞物质,并伴随硫元素的产生。
2.光能有机异养型(光能异养型)
不能以CO2为主要或唯一的碳源;
以有机物作为供氢体,利用光能将CO2还原为细胞物质;
在生长时大多数需要外源的生长因子;
例如,红螺菌属中的一些细菌能利用异丙醇作为供氢体,将CO2 还原成细胞物质,同时积累丙酮。
3.化能无机自养型(化能自养型)
生长所需要的能量来自无机物氧化过程中放出的化学能;
以CO2或碳酸盐作为唯一或主要碳源进行生长时,利用H2、H2S、Fe2+、NH3或NO2-等无机物作为电子供体使CO2还原成细胞物质。
4.化能有机异养型(化能异养型)
生长所需要的能量均来自有机物氧化过程中放出的化学能;
生长所需要的碳源主要是一些有机化合物,如淀粉、糖类、纤维素、有机酸等。
氧化还原电位:又称氧化还原电势(redox potential),是度量某氧化还原系统中的还原剂释放电子或氧化剂接受电子趋势的一种指标,其单位是V(伏)或mV(毫伏)。
配制培养基时应尽量利用廉价且易于获得的原料作为培养基成份,特别是在发酵工业中,以降低生产成本。
以粗代精:对微生物来说,各种粗原料营养更加完全,效果更好。而且在经济上也节约。
以“野”代“家”:以野生植物原料代替栽培植物原料,如木薯、橡子、薯芋等都是富含淀粉质的野生植物,可以部分取代粮食用于工业发酵的碳源。
以废代好:以工农业生产中易污染环境的废弃物作为培养微生物的原料。例如,在微生物单细胞蛋白的工业生产过程中,常常利用糖蜜(制糖工业中含有蔗糖的废液)、乳清(乳制品工业中含有乳糖的废液)、豆制品工业废液及黑废液(造纸工业中含有戊糖和己糖的亚硫酸纸浆)等都可作为培养基的原料。在再如,工业上的甲烷发酵主要利用废水、废渣作原料,而在我国农村,已推广利用人畜粪便及禾草为原料发酵生产甲烷作为燃料。另外,大量的农副产品或制品,如麸皮、米糠、玉米浆、酵母浸膏、酒糟、豆饼、花生饼、蛋白胨等都是常用的发酵工业原料。
以简代繁:生产上改进培养基成分时,一般都以“加”法居多,即设法使其营养越来越丰富、含量越来越高。这对微生物生长不一定都有利,有时可尝试使用“减”法,几用稀薄的培养基成分或成分较少的培养基来取代原有的培养基成分,以求取得更好的效果。
以烃代粮:以石油或天然气副产品代替糖质原料来培养微生物。除了生产石油蛋白外,还可以将石油产品转化成一些产值更高的高级醇、脂肪酸、环烷酸等化工产品和若干合成物,以及对石油产品的品质进行改良,如脱硫、脱蜡等。
以纤代糖:开发利用纤维素这种世界上含量最丰富的可再生资源。将大量的纤维素农副产品转变为优质饲料、工业发酵原料、燃料及人类的食品及饮料。
以无机氮代蛋白质:即以大气氮、铵盐、硝酸盐或尿素等一类非蛋白质或非氨基酸廉价原料用作发酵培养基的原料,让微生物转化成菌体蛋白质或含氮的发酵产物供人们利用。
燃烧与生物氧化的比较:
比较项目 燃烧 生物氧化
反应步骤 一步式快速反应 顺序严格的系列反应
条件 激烈 由酶催化,条件温和
产能形式 热、光 大部分为ATP
能量利用率 低 高
生物氧化的形式包括某物质与氧结合、脱氢或脱电子三种;
生物氧化的功能则有产能(ATP)、产还原力[H]和产小分子中间代谢物三种;
呼吸作用与发酵作用的根本区别:电子载体不是将电子直接传递给底物降解的中间产物,而是交给电子传递系统,逐步释放出能量后再交给最终电子受体。
能进行硝酸盐呼吸(即能使硝酸盐还原)的细菌被称为硝酸盐还原细菌,主要生活在土壤和水环境中,它们当中有假单胞菌、依氏螺菌、脱氮小球菌等。在土壤及水环境中,由于好氧性机体的呼吸作用,氧被消耗,造成局部的厌氧环境,这时如果环境中有硝酸盐存在,硝酸盐还原细菌就能通过厌氧呼吸进行生活,但如果在有氧条件下,这些菌则是通过有氧呼吸进行生活-----氧的存在可抑制位于细胞膜上的硝酸盐还原酶的活性。这类菌通常也被作为兼性厌氧菌。
硝酸盐还原菌的反硝化作用对农业生产及地球物质循环都具有重要意义:
1)反硝化作用可使土壤中植物能利用的氮(硝酸盐NO3-)还原成氮气而消失,从而降低了土壤的肥力,对农业生产不利。克服反硝化作用的有效方法之一是松土,保持土壤的疏松状态,排除过多的水分,保证土壤中有良好的通气条件(此时菌行有氧呼吸)
2)反硝化作用在氮素循环中也有重要作用。硝酸盐是一种容易溶解于水的物质,通常通过水从土壤流入水域中。如果没有反硝化作用,硝酸盐将在水中积累,会导致水质变坏与地球上氮素循环的中断。
厌氧呼吸的产能较有氧呼吸少,但比发酵多,它使微生物在没有氧的情况下仍然可以通过电子传递和氧化磷酸化来产生ATP,因此对很多微生物是非常重要的。除氧以外的多种物质可被各种微生物用作最终电子受体,充分体现了微生物代谢类型的多样性。
异养微生物和自养微生物在最初能源上尽管存在着巨大的差异,但它们生物氧化的本质却是相同的,即都包括脱氢、递氢和受氢三个阶段,其间经过与磷酸化反应相偶连,就可以产生生命活动所需要的通用能源,ATP。但从具体类型看,自养微生物中的生物氧化与产能的类型很多、途径复杂,有些化能自养菌的生物氧化与产能过程至今还了解很少。不论是化能无机营养型,还是光能无机营养型的微生物,在它们生命活动中最重要的反应就是把CO2先还原成[CH2O]水平的简单有机物,然后再进一步合成复杂的细胞成分。这是一个大量耗能和耗还原力[H]的过程。在化能无机营养型微生物中,其所需能量ATP是通过还原态无机物经过生物氧化产生的,还原力[H]则一般是通过耗ATP的无机氢的逆呼吸链传递而产生的;
化能自养微生物以无机物作为能源,一般产能效率低,生长慢,但生态学角度看,它们所利用的能源物质是一般化能异养生物所不能利用的,因此它们与产能效率高、生长快的化能异养微生物之间并不存在生存竞争。
嗜盐菌的细胞膜可分成红色和紫色二部分,前者主要含细胞色素和黄素蛋白等用于氧化磷酸化的呼吸链载体,后者则十分特殊,在膜上呈斑片状(直径约0.5 ?m)独立分布,其总面积约占细胞膜的一半,这就是能进行独特光合作用的紫膜。
含量占紫膜75%的是一种称为细菌视紫红质(bacteriorhodopsin)的蛋白质,它与人眼视网膜上的柱状细胞中所含的一种蛋白质------视野紫红质(rhodpsin)十分相似,二者都以紫色的视黄醛(retinal)作为辅基。
四种生理类型的微生物在不同光照和氧下的ATP合成
微生物 ATP的合成
有氧 无氧
光照 黑暗 光照 黑暗
光合细菌 – – + –
绿藻 + – – –
兼性厌氧菌(E. coli) + + + +
盐生盐杆菌 + + + –
目前认为,细菌视紫红质与叶绿素相似,在光量子的驱动下,具有质子泵的作用,产生质子的跨膜运输而形成ATP。嗜盐菌只有在环境中氧浓度很低和有光照的条件下才能合成紫膜。这时,通过正常的氧化磷酸化已无法满足其能量需要,转而由紫膜的光合磷酸化来提供。
通过紫膜的光能转化而建立的质子梯度除了可驱动ATP的合成外,还可为嗜盐菌在高盐环境中建立跨膜的钠离子电化学梯度,并由此完成一系列的生理生化功能。
嗜盐菌紫膜光合磷酸化的发现,使经典的叶绿素和细菌叶绿素(菌绿素)所进行的光合磷酸化之外又增添了一种新的光合作用类型。紫膜的光合磷酸化是迄今为止所发现的最简单的光合磷酸化反应,这是研究化学渗透作用的一个很好的研究模型。
4-[生长繁殖与控制]
采用培养平板计数法要求操作熟练、准确,否则难以得到正确的结果:
1)样品充分混匀;
2)每支移液管及涂布棒只能接触一个稀释度的菌液;
3)同一稀释度三个以上重复,取平均值;
4)每个平板上的菌落数目合适,便于准确计数;
一个菌落可能是多个细胞一起形成,所以在科研中一般用菌落形成单位(colony forming units, CFU)来表示,而不是直接表示为细胞数。
The most probable number method(液体稀释法)
1)未知样品进行十倍稀释;
2)取三个连续的稀释度平行接种多支试管并培养;
3)长菌的为阳性,未长菌的为阴性;
4)查表推算出样品中的微生物数目(统计学原理);
迟缓期的特点:
1)细胞形态变大或增长,例如巨大芽孢杆菌,在迟缓期末,细胞的平均长度比刚接种时长6倍。一般来说处于迟缓期的细菌细胞体积最大;
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