微生物生理
微生物生理复习题及答案
微⽣物⽣理复习题及答案第⼀章绪论1、什么是微⽣物⽣理学？研究热点是什么？微⽣物⽣理学是从⽣理⽣化的⾓度研究微⽣物的形态与发⽣、结构与功能、代谢与调节、⽣长于繁殖等的机理，以及这些过程与微⽣物⽣长发育以及环境之间的关系的学科。
研究热点：环境修复；微⽣物发电、⽣物燃料；资源开发利⽤。
2、简要说明微⽣物⽣理学与其他学科的关系。
微⽣物⽣理学既是⼀门基础学科⼜是⼀门应⽤学科。
它的发展与其他学科有着密切的联系，既依赖于微⽣物学、⽣物化学、细胞⽣物学、遗传学基础学科的理论和技术，还需要数学、物理学、化学、化学⼯程、电⼦信息学和设备制造⼯程等的理论和技术。
3、简述微⽣物⽣理学中常⽤的技术与⽅法。
（1）电⼦显微技术，⼀种公认的研究⽣物⼤分⼦、超分⼦复合体及亚细胞结构的有⼒⼿段，也是研究微⽣物不可缺少的⼿段。
(2)DNA分⼦铺展技术，可⽤来检查细菌、噬菌体的染⾊体结构，还可进⾏动态跟踪。
（3）超速离⼼技术（4）光谱分析技术，包括可见光光度法（定量分析），紫外分光光度法，荧光分光光度法，红外分光光度法。
(5）层析技术，⼀种基于被分离物质的物理、化学及⽣物学特性的不同，使它们再某种基质中移动速度不同⽽进⾏分离和分析的⽅法。
纸层析，薄层层析，柱层析。
（6）电泳技术，⽤于对样品进⾏分离鉴定或提纯的技术。
等电聚焦电泳，双向电泳，⽑细管电泳，变性梯度凝胶电泳。
（7）同位素⽰踪技术，利⽤放射性核素作为⽰踪剂对研究对象进⾏标记的威廉分析⽅法。
（8）基因芯⽚与⾼通量测序技术第⼆章微⽣物的细胞结构与功能1.细胞壁及细胞膜的⽣理作⽤是什么？(2)控制细胞⽣长扩⼤(3)参与胞内外信息的传递(4)防御功能(5)识别作⽤（ps1、维持细胞形状,控制细胞⽣长，保护原⽣质体。
细胞壁增加了细胞的机械强度,并承受着内部原⽣质体由于液泡吸⽔⽽产⽣的膨压,从⽽使细胞具有⼀定的形状,这不仅有保护原⽣质体的作⽤,⽽且维持了器官与植株的固有形态.另外,壁控制着细胞的⽣长,因为细胞要扩⼤和伸长的前提是要使细胞壁松弛和不可逆伸展.2.细胞壁参与了物质运输与信息传递细胞壁允许离⼦、多糖等⼩分⼦和低分⼦量的蛋⽩质通过,⽽将⼤分⼦或微⽣物等阻于其外。
微生物生理学
微生物生理学微生物，这个微小却又充满神秘力量的世界，一直以来都在我们身边默默地发挥着巨大的作用。
而微生物生理学，就是探索微生物生命活动规律和机制的科学领域。
想象一下，那些我们肉眼无法直接看到的微小生物，它们有着自己独特的生活方式和生理过程。
微生物生理学，就像是一把神奇的钥匙，帮助我们打开这个微观世界的大门，去了解它们是如何生存、繁衍和与周围环境相互作用的。
首先，让我们来谈谈微生物的营养需求。
微生物虽然小，但它们也需要“吃东西”来获取能量和构建自身的物质。
不同的微生物有着不同的“口味”。
有的喜欢利用简单的糖类，比如葡萄糖；有的则能够分解复杂的有机物，甚至可以利用无机物来合成自身所需的物质。
例如，自养型微生物能够通过光合作用或者化能合成作用，将无机物转化为有机物质，从而满足自身的生长和代谢需求。
而异养型微生物则需要从外界摄取现成的有机物作为营养来源。
微生物获取营养的方式也是多种多样的。
有的通过扩散作用吸收周围环境中的小分子物质；有的则通过主动运输，耗费能量将所需的物质“拉”进体内。
而且，微生物对于营养物质的吸收和利用还受到环境因素的影响。
比如，温度、pH 值、渗透压等条件的变化，都可能影响微生物对营养物质的吸收效率和利用方式。
接下来，我们来看看微生物的代谢过程。
代谢就像是微生物体内的一场繁忙的“工厂生产活动”。
微生物通过一系列复杂的化学反应，将摄入的营养物质转化为能量和各种生物分子。
其中，呼吸作用和发酵作用是微生物获取能量的重要方式。
呼吸作用类似于我们人类的呼吸过程，但微生物的呼吸方式更加多样。
有的进行有氧呼吸，充分利用氧气来产生大量的能量；有的在无氧条件下进行无氧呼吸，也能获取一定的能量维持生命活动。
发酵作用则是一种特殊的代谢方式，在无氧或缺氧的条件下，微生物通过分解有机物产生少量的能量和代谢产物。
微生物的代谢产物也是丰富多样的，有的是对人类有益的，比如抗生素、维生素等；有的则可能是有害的，比如毒素。
微生物的生理
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但实际上，进入微生物细胞物质不停地被生长代谢所利 用，浓度不停降低，细胞外物质不停地进入细胞。这种扩散 是非特异性，没有运载蛋白质（渗透酶）参加，也不与膜上 分子发生反应，本身分子结构也不发生改变。但膜上小孔大 小和形状对被扩散营养物质分子大小有一定选择性。因为单 纯扩散不需要能量作用，所以，物质不能进行逆浓度交换。
铁等主要化学元素组成, 其中碳、氢、氧、氮是组成有机
物质四大元素, 大约占干物质90％～97％。其余3％～10％
是矿物质元素（表3-1）。除上述磷、硫、钾、钙、镁、铁
外, 还有一些含量极微钼、锌、锰、硼、钴、碘、镍、钒
等微量元素。这些矿质元素对微生物生长也起着主要作用。
但微生物细胞化学组成随种类、培养条件及菌龄不一样在
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3.1 微生物营养 3.2 微生物生长 3.3 微生物生长控制 3.4 微生物代谢
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3.1 微生物营养
微生物同其它生物一样都是含有生命, 需要从它生活环 境中吸收所需各种营养物质来合成细胞物质和提供机体进行 各种生理代谢所需能量, 使机体能进行生长与繁殖。微生物 从环境中吸收营养物质并加以利用过程即称为微生物营养 （nutrition）。营养物质是微生物进行各种生理活动物质 基础。
微生物的生理学功能与代谢机制
微生物的生理学功能与代谢机制微生物是一种在我们日常生活中无所不在的微小生物，它们存在于我们周围的土壤、水源、空气和人体等各种环境中。
虽然它们通常被视为致病的元凶，但实际上，微生物在地球上发挥着至关重要的作用，它们可以分解有机物质、促进土壤肥力、发酵食品以及合成药物等。
了解微生物的生理学功能和代谢机制可以帮助我们更好地利用它们的作用，并对我们的生活和健康产生积极的影响。
1. 微生物的生理学功能微生物具有多种不同的生理学功能，包括分解、协同和共生。
其中，分解是微生物最重要的功能之一，它们能够分解化学物质，使其成为直接或间接的生命体建筑材料。
微生物可以分解糖、脂肪和蛋白质等有机物质，并将其转换成能量、碳和氮等营养元素。
此外，微生物还能够利用电子受体转移链（ETC）来释放能量，并产生氧化还原反应的能量。
微生物在短时间内就可以完成这些工作，速度非常快。
协同是微生物的另一种生理学功能，微生物经常在生态系统中协同工作，例如共同分解有机物质，互相提供其他营养元素以及互相防止其他有害微生物的入侵。
这种协同作用对适应环境和生存至关重要。
共生是微生物的第三种生理学功能，其中包括与其他生物体的相互作用。
有些微生物在其他生物体中营养良好，例如肠道中的某些菌群。
这些微生物可以合成一些维生素和有机酸，使它们可以在肠道中重复生长。
2. 微生物的代谢机制微生物的代谢机制包括分解代谢、发酵代谢和呼吸代谢。
分解代谢是微生物将复杂的有机物质分解成较简单的物质。
它们通过酶水解营养物质，因此也被称为酶解代谢。
微生物不断地分解和合成不同的化学物质，以满足自己的生长、分裂和代谢需求。
发酵代谢是微生物在没有氧气的情况下产生能量的一种方式。
这种代谢方式可以将有机物质转化为小分子的有机酸、酒精和丙酮等，产生大量的能量。
发酵代谢常被应用于酿酒、食品发酵和生物燃料生产中，是微生物工业的一个重要方面。
呼吸代谢是微生物在有氧气的情况下产生能量的一种方式，它使微生物能够更有效地利用氧气。
食品微生物学 第三章微生物的生理 第二节微生物的生长
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（1）微生物的生长曲线 将少量单细胞微生物纯菌种接 种到新鲜的液体培养基中，在最适条件下培养，在培养过程 中定时测定细胞数量，以细胞数的对数为纵坐标，时间为横 坐标，可以画出一条有规律的曲线，这就是微生物的生长曲 线（growth curve）。生长曲线严格说应称为繁殖曲线，因 为单细胞微生物，如细菌等都以细菌数增加作为生长指标。 这条曲线代表了细菌在新的适宜环境中生长繁殖至衰老死亡 的动态变化。根据细菌生长繁殖速度的不同可将其分为四个 时期（见图3-1）。
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第三章
微生物的生理
3.1 微生物的营养 3.2 微生物的生长 3.3 微生物生长的控制 3.4 微生物的代谢
微生物的生理
3.2 微生物的生长
3.2.1 微生物生长与繁殖
微生物在适宜的条件下，不断从周围环境中吸收营养物 质，并转化为细胞物质的组分和结构。同化作用的速度超过 了异化作用，使个体细胞质量和体积增加，称为生长。单细 胞微生物，如细菌个体细胞增大是有限的，体积增大到一定 程度就会分裂，分裂成两个大小相似的子细胞，子细胞又重 复上述过程，使细胞数目增加，称为繁殖。单细胞微生物的 生长实际是以群体细胞数目的增加为标志的。霉菌和放线菌 等丝状微生物的生长主要表现为菌丝的伸长和分枝，其细胞 数目的增加并不伴随着个体数目的增多而增加。
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（4）比浊法 在细菌培养生长过程中，由于细胞数量的 增加，会引起培养物混浊度的增高，使光线透过量降低。在 一定浓度范围内，悬液中细胞的数量与透光量成反比，与光 密度成正比。比浊管是用不同浓度的BaCl2与稀H2SO4配制成 的10支试管，其中形成的BaSO4有10个梯度，分别代表10个 相对的细菌浓度（预先用相应的细菌测定）。某一未知浓度 的菌液只要在透射光下用肉眼与某一比浊管进行比较，如果 两者透光度相当，即可目测出该菌液的大致浓度。 如果要 作精确测定，则可用分光光度计进行。在可见光的450～ 650nm波段内均可测定。
微生物在生态系统中的生理和生态功能
微生物在生态系统中的生理和生态功能微生物是生态系统中最基础的成分之一，它们的生理和生态功能在整个生态系统中起着至关重要的作用。
微生物是有机物质分解和元素循环的主要驱动力之一，同时还参与了多种生态系统过程，如生产力、物质转化和营养平衡等。
在此文中，将讨论微生物在生态系统中的生理和生态功能。
微生物的生理功能微生物通过其各种生理反应来影响整个生态系统。
微生物可以利用光能或化学反应能力，将简单的无机物质转换成有机物质，进而支配着整个生态系统的能量流和物质转化。
例如，植物通过光合作用将二氧化碳和水转换成葡萄糖，而微生物利用这些葡萄糖作为能源。
微生物也能够利用各种无机盐化合物和气体，例如硝酸盐和氨气，将它们转换成有机物质。
此外，微生物还可以利用各种生物物质，包括碳水化合物、脂类、蛋白质和核酸等，为整个生态系统提供能量。
微生物的生态功能微生物的生态功能包括了加速土壤有机质分解、维护土壤结构和增强土壤肥力等，对整个生态系统起着重要作用。
微生物可以通过分解植物和动物遗体，将其转化为可被植物吸收的养分。
同时，微生物可以分解化学污染物和有毒物质，将其转化为无毒的有机物和无机物。
另外，微生物还可以对土壤结构和质量起着重要作用。
有些微生物会将土壤颗粒粘合在一起，形成透气性较好的团聚体，使土壤积水、侵蚀等问题减少。
此外，微生物可以通过分解各种有机物，增加土壤的肥力。
微生物在生态系统中的规律微生物在生态系统中的规律可以总结为四条：1.微生物的分布和数量受到环境因素的影响。
温度、湿度、水分、氧气和营养物含量是影响微生物数量和分布的主要因素。
2.微生物在生态系统中的作用是复杂的、多方面的和广泛的。
微生物参与营养循环、能量储存、分解生物残渣、保持土壤结构、抑制病原体生长和维持生物多样性等多种作用。
3.微生物的功能和物质转化能力具有强大的适应性。
微生物可以通过适应性变化，使其在不同生态系统中发挥不同的功能。
4.微生物在生态系统中的作用是互相联系的，系统内的一种微生物可以影响到另一种微生物的数量和功能，并且整个微生物群落是可塑的、复杂的和动态变化的。
微生物生理—微生物生长规律
一、生长与繁殖的概念
4、个体生长：微生物细胞个体吸收营养物质，进行新陈 代谢，原生质与细胞组分的增加为个体生长。
5、群体生长：群体中个体数目的增加。可以用重量、体 积、密度或浓度来衡量
群体生长 = 个体生长 + 个体繁殖
二、微生物的生长曲线
一条典型的生长曲线至少可以分为： 迟缓期，对数期，稳定期和衰亡期等四个生长时期
新的培养基，最终可全部死亡。此期细菌的菌体变形或 自溶，染色不典型，难以进行鉴定。
小结
1)生长与繁殖的概念：生长、繁殖、发育、 个体生长、群体生长
2)微生物的生长曲线：迟缓期、对数期、稳 缓期 是细菌植入到新环境后的一个适应阶段。此时菌
体增大，代谢活跃，合成并积累所需酶系统。RNA含 量明显增多，但DNA的量无变化，此时细菌数并不增 加。这一过程一般约需1~4 h。
二、微生物的生长曲线
2、对数期 细菌此时生长迅速，以恒定速度进行分裂繁殖，
活菌数以几何级数增长，达到顶峰，生长曲线接近一 条斜的直线。一般而言，该期的病原菌致病力最强， 其形态、染色特性及生理活性均较典型，对抗菌药物 等的作用较为敏感。大肠杆菌的对数期可持续6~10 h。
二、微生物的生长曲线
3、稳定期 此时因营养的消耗、代谢产物的蓄积等，细菌繁殖
速度下降，死亡数逐步上升，新繁殖的活菌数与死菌数 大致持平。该期细菌的形态及生理性状常有改变，革兰 氏阳性菌此时可染成阴性。毒素等代谢产物大多此时产 生。大肠杆菌的稳定期持续约8 h。
二、微生物的生长曲线
4、衰亡期 细菌开始大量死亡，死菌数超过活菌数。如不移植到
微生物的生长规律
主要内容
生长与繁殖的概念 微生物的生长曲线
一、生长与繁殖的概念
微生物生理学
微生物生理学简介微生物生理学是研究微生物（包括细菌、真菌、病毒等）在生理上的活动和代谢过程的学科。
微生物在地球上广泛存在，并在各个生态系统中扮演着重要角色。
了解微生物生理学有助于我们理解微生物的生命活动和其与环境之间的相互关系。
本文将从微生物的生长、代谢、运动等方面介绍微生物生理学的基本知识。
微生物的生长微生物的生长是指微生物个体数量的增加。
微生物可以通过两种主要方式进行繁殖：有丝分裂和无丝分裂。
有丝分裂适用于真菌和一些原生动物，通过细胞核的分裂和细胞质的分裂来产生新的个体。
无丝分裂适用于细菌和病毒等微生物，在此过程中，微生物通过复制DNA并将其分配给新形成的细胞来繁殖。
微生物的生长受到一系列因素的影响，包括温度、pH值、营养物质和氧气含量等。
不同的微生物对这些环境因素的要求各不相同。
例如，嗜热菌可以在高温环境中生长，而嗜冷菌则适应于低温环境。
微生物的代谢微生物通过代谢产生能量和合成生物分子。
代谢过程可以分为两个主要类型：有氧代谢和厌氧代谢。
有氧代谢是指微生物在氧气存在的情况下进行的代谢过程，产生较多的能量。
厌氧代谢是指微生物在氧气缺乏的条件下进行的代谢过程，产生较少的能量。
微生物通过新陈代谢和合成代谢来维持生理功能。
新陈代谢是指分解有机物质以产生能量的过程，合成代谢是指合成微生物所需的有机物质和细胞组件的过程。
微生物的运动微生物可以有不同的运动方式，包括游动、滑动和极纤毛等。
游动是指微生物利用鞭毛或纤毛等结构在液体中进行活动。
滑动是指微生物利用纤毛或假足等结构在固体表面上移动。
极纤毛是一种很短的纤毛，存在于细菌和某些原生动物中，用于以一种像旋转的方式推动细胞。
微生物的运动与其环境之间的相互作用密切相关。
微生物通过感知环境中的化学物质浓度、光照和温度等刺激来调整自己的运动方式。
这种对环境的感知和反应既可以是积极的，也可以是消极的，有助于微生物适应不同的生态环境。
结论微生物生理学作为一个重要的学科，研究微生物在生理上的活动和代谢过程。
食品微生物学 第三章微生物的生理 第四节微生物的代谢
第三章
微生物的生理
3.1 微生物的营养 3.2 微生物的生长 3.3 微生物生长的控制 3.4 微生物的代谢
微生物的生理
3.4 微生物的代谢
代谢（metabolism）是微生物细胞与外界环境不断进行 物质交换的过程，即微生物细胞不停地从外界环境中吸收适 当的营养物质，在细胞内合成新的细胞物质并储存能量，这 是微生物生长繁殖的物质基础，同时它又把衰老的细胞和不 能利用的废物排出体外。因而它是细胞内各种生物化学反应 的总和。由于代谢活动的正常进行，保证的微生物的生长繁 殖，如果代谢作用停止，微生物的生命活动也就停止。因此 代谢作用与微生物细胞的生存和发酵产物的形成紧密相关。 微生物的代谢包括微能量代谢和物质代谢两部分。
微生物的生理
第四阶段：2-磷酸甘油酸转变为丙酮酸。这一阶段包括 以下两步反应：
① 2-磷酸甘油酸在烯醇化酶的催化下生成磷酸烯醇式丙 酮酸。
反应中脱去水的同时引起分子内部能量的重新分配，形 成一个高能磷酸键，为下一步反应做了准备。
微生物的生理
② 磷酸烯醇式丙酮酸在丙酮酸激酶的催化下，转变为 丙酮酸。
GDP+ Pi GTP 琥珀酰CoA 琥珀酸硫激酶 琥珀酸 + CoASH
琥珀酰CoA在琥珀酸硫激酶的催化下，高能硫酯键被水 解生成琥珀酸，并使二磷酸鸟苷（GDP）磷酸化形成三磷酸 鸟苷（GTP）。这是三羧酸循环中唯一的一次底物水平磷酸 化。
微生物的生理
⑥琥珀酸脱ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ生成延胡索酸
FAD
FADH2
琥珀酸
NAD+
NADH +H+
苹果酸
草酰乙酸
苹果酸脱氢酶
TCA循环的总反应式如下：
微生物生理学
无活性
PEP
Ⅰ
-Pi
HPr
-Pi
RPr
Pase
有活性
Pyr
Ⅰ
HPr
RPr
-Pi
AC
RPr -Pi
无活性
AC
有活性
乳糖渗透酶与腺苷酸环化酶的协调作用
第四节
代谢产物的分泌
一、氨基酸的分泌
表3-10 乳酸发酵短杆菌细胞内磷脂含量与谷氨酸分泌的关系
干燥菌体内磷脂含量/%
2.0 2.2 3.1 3.6
菌体外L-谷氨酸量 /mg.mL-1
E、在生物素丰富时，培养中途如果添加青霉素、 头孢霉素C，可以使谷氨酸生成。青霉素的作用 机制与控制生物素、控制油酸或添加表面活性剂 以及控制甘油的机制都不同。 添加青霉素是抑制细菌细胞壁的后期合成， 对细胞壁糖肽生物合成系统起作用。这是因为青 霉素取代合成糖肽的底物而和酶的活性中心结合， 使网状结构连接不起来，结果形成不完全的细胞 壁。没有细胞壁保护的细胞膜由于膜内外的渗透 压差，是细胞膜受到机械损伤，失去了作为渗透 障碍物的作用，从而使谷氨酸排出。另一种解释 是：青霉素虽不能抑制磷脂的合成，但能造成磷 脂向胞外分泌。表6-5
如上所述，生物素的作用在于影响细胞膜中的脂肪酸，
而油酸的加入直接增加了合成磷脂所需的不饱和脂肪酸，
所以选育油酸缺陷型就成为了重要的替代手段。当选用油
酸缺陷型时，只要控制油酸的亚适量，就能控制细胞膜的 透性，而与生物素的含量无关。
B 、选用甘油缺陷型： 试验证明，限量甘油（0.02%）培养，细胞膜 的磷脂含量只有非甘油缺陷型菌株的50%。只有 甘油的加入量起作用，而与生物素以及油酸的含 量无关。 这些现象都可以解释一个问题，那就是因为 磷脂是由脂肪酸、甘油、磷酸和R（胆碱、乙醇 酸、丝氨酸、肌醇）4部分组成，缺少其中的一个 都不可能和成，控制其中之一，都可以控制磷脂 的含量。 图6-4
微生物的生理机能和基因调节
微生物的生理机能和基因调节微生物是指那些无法肉眼观察到的微小个体，包括细菌、真菌、病毒、原生动物等，这些小生命虽然看似微不足道，但是却扮演着生物系统中不可或缺的角色。
微生物的活动和生存需要依靠它们独特的生理机能和基因调节，本文将从这两个方面来探讨微生物的生命特性和重要性。
一、微生物的生理机能微生物的生理机能很多，其中最为基本的就是新陈代谢。
与其他生物一样，微生物也需要取得营养物质来生存，并将这些营养物质转化为能量或其他必需物质。
不同种类的微生物会分解不同类型的有机物，如细菌可以分解卡路里和盐分较高的食物，而真菌则对含糖分和蛋白质较高的食物感兴趣。
微生物在完成代谢过程中，常常需要借助一些酶类来加速反应，例如产生能够消化纤维素的酶类。
这些过程为微生物提供了足够的营养和生存所需的基本物质。
除此之外，微生物还能够参与到环境的维持中。
例如，细菌和真菌可以在土壤中分解死亡动植物，促进有机物的循环，同时还能够在土壤中转化肥料，为植物的生长提供养分。
在水体中，微生物也能够通过吸附和转化污染物物质，起到净化水质的作用。
另外，微生物比其他动物和植物更耐受极端环境，他们可以在高温、高压、低温等极端环境中生存，并且在其中发挥着非常独特的生态职能。
二、微生物的基因调节微生物的生理机能受到基因的调节，这些基因通常存在于微生物的染色体DNA中。
通过这些基因的开关调节，微生物可以合理地调节自身的代谢过程。
比如，在面对应激因素时，细菌和细胞会自动合成多种应激蛋白来保持细胞的稳定。
此外，微生物的遗传信息是非常规模化的，基因调节可以使微生物的适应性更强，进一步通过优胜劣汰的方式促进微生物品种的演化和繁衍。
在基因调控的机制中，一些具有特殊功能的序列也会相应地调控微生物活动。
其中比较知名的是CRISPR/Cas系统，它是一种范围性免疫系统，可以对病原体的基因片段进行分解和防御。
通过这样的方式，微生物可以在变异、竞争、病毒感染等极端情况下进行自我修复和防御。
微生物的五大营养要素及其生理功能
微生物的五大营养要素及其生理功能微生物是一类极为微小的生物体，包括细菌、真菌和病毒等。
它们以各种不同的方式获取营养，以维持其正常的生物学功能。
微生物的五大营养要素是碳、氮、磷、硫和微量元素。
下面将逐个介绍这些营养要素及其生理功能。
1.碳（C）：碳是微生物体内最重要的元素之一，它是构成有机物的基础。
微生物利用碳来合成细胞组成部分，如蛋白质、核酸、脂质和多糖。
碳还用于能量代谢过程中的有机物氧化，从而获取生命活动所需的能量。
微生物可以从有机和无机源中获取碳。
典型的有机源包括葡萄糖、果糖和乳糖等，而无机源主要是二氧化碳。
2.氮（N）：氮是微生物体内蛋白质和核酸的重要组成元素。
微生物通过氮的转化过程将氨、硝酸盐或有机氮转化为氨基酸，然后合成蛋白质。
微生物还能从一些无机氮化合物中获取能量，如硝酸盐的还原过程能产生反应所需的能量。
3.磷（P）：磷在微生物体内存在于DNA、RNA、ATP（三磷酸腺苷）和磷脂等有机物中。
微生物利用磷合成核酸和能量储存分子ATP，在细胞代谢和生长中起着重要作用。
磷还是微生物体内多元酸和磷脂酰胆碱等重要分子的组成元素。
4.硫（S）：硫在微生物体内存在于蛋白质和核酸的硫氨基酸（如蛋氨酸和半胱氨酸）中。
硫原子具有特定的化学性质，在蛋白质的折叠和稳定性中起着重要作用。
硫还参与微生物体内的代谢反应，如硫酸盐的还原和硫酸胺基酸的反应。
5.微量元素：微生物还需要一些微量元素来完成其生物学功能。
常见的微量元素包括铁（Fe）、锰（Mn）、镁（Mg）、锌（Zn）、铜（Cu）、钴（Co）和钼（Mo）等。
这些微量元素在微生物体内作为辅酶或酶的一部分，参与细胞的代谢过程。
总体而言，微生物的五大营养要素对其生物学功能起着至关重要的作用。
这些要素不仅是构成微生物体结构的基本组成成分，还是微生物体内许多重要化学反应的催化剂。
通过碳、氮、磷、硫和微量元素的摄取和转化，微生物能够完成其代谢过程、细胞增殖、免疫反应和生物修复等生理功能。
微生物的生理与代谢
微生物的生理与代谢微生物是由单细胞生物组成的一个广泛的群体，其种类繁多，包括细菌、真菌、病毒等等。
虽然微生物微小无形，但是它们对人类生存和健康产生着极为重要的影响。
微生物不仅寄生在人体内，还广泛分布在海洋、土壤、空气等环境中。
微生物的生理与代谢研究是微生物学领域的一个重要内容，本文将介绍微生物的生理代谢过程以及其应用。
一、微生物的生理代谢过程微生物的生理代谢过程包括能量代谢和非能量代谢两个部分。
能量代谢主要通过三种生化途径来完成：糖酵解、无氧呼吸和有氧呼吸。
糖酵解是指将葡萄糖等简单碳水化合物分解，产生能量，同时生成乳酸等代谢产物。
无氧呼吸是指微生物在缺氧环境下，通过代谢糖类、脂肪酸或其他有机物质，产生ATP能量，并释放出二氧化碳和水等副产物。
而有氧呼吸则需要氧气参与，将有机物质完全氧化成CO2和H2O，并同时产生ATP能量。
非能量代谢主要包括一些特定的代谢途径。
例如产生酸性物质的乳酸发酵、醋酸发酵和丙酮酸发酵等；发酵坚果及肉类的曲霉、产奶酪的嗜热乳酸菌等。
此外，微生物还可以利用硫化氢、氨气和甲烷等无机化合物进行生物氧化或利用CO2进行光合作用。
二、微生物生理代谢的应用微生物的能量代谢和非能量代谢的研究无疑对现代生物技术的发展产生了很大的影响。
下面我们将依次介绍微生物在食品加工、生物污染控制、医药开发等方面的应用。
1. 食品加工微生物在食品加工中的应用是微生物学的一个重要领域。
比如酿酒，麦芽中的淀粉可以利用酵母发酵成乙醇和二氧化碳；制作奶酪的过程中，乳糖发酵成乳酸，使其凝固，形成奶酪。
此外，微生物还可以生产酸奶和豆浆等发酵食品，以及开发富含菌株蛋白质的饲料等。
2. 生物污染控制微生物在环境污染治理方面的应用也十分广泛，例如：在一些含高浓度污染物的土壤中，可以通过微生物进行生物清洁；微生物菌剂能够适用于受污染的土地疏浚，去除污染物，以及清除水体中的有毒化学物质等。
微生物菌剂选择合适的菌株可以有效地控制生物污染。
微生物生理学
微生物生理学微生物生理学，简单来说就是研究微生物的生命活动和代谢规律。
微生物是一类生命活动丰富、功能多样的生物，对各种化合物都有代谢能力，常常作为重要的工业菌来使用。
微生物生理学研究更是应用广泛，如农业、医学、食品、环保等领域。
下面，我们从微生物的代谢入手，探讨一下微生物生理学的一些基本概念和应用。
第一部分微生物代谢微生物代谢是微生物生理学的核心之一。
代谢是生命活动的基本过程，包括有机物的分解与合成，能量的产生与利用等。
在微生物代谢中，可以分为两种类型，即可以在顺应郭中生存的化能型微生物和以化学反应为生存基础的化学型微生物。
1.1 化能型微生物化能型微生物，也叫做碳源化微生物，可以分解有机物质并利用氮气、二氧化碳等化合物产生大量的能量，从而完成其生存过程。
常见的化能型微生物有产酸菌、膜糖体菌等。
这些微生物能够利用糖类、脂肪、蛋白、醇等有机物质产生能量，产生的能量可以用于合成细胞组分或响应外界刺激。
此外，还可以利用无机物质进行能量代谢，例如硫化氢细菌可以利用硫化氢合成ATP。
1.2 化学型微生物化学型微生物，也叫做于外营养物质微生物，不依靠外界有机体大量提供生存必需物质，而是通过化学反应来获得维持基本功能的能量和生物分子。
最典型的例子是大多数甲烷杆菌，它们不依赖于外部有机体大量提供生命必需物质，而是利用甲烷和碳酸盐进行代谢反应，获得能量和所需化合物质。
与化能型微生物不同的是，化学型微生物更多的是通过化学反应来维持生命活动和代谢。
第二部分微生物生理学的应用微生物生理学的应用十分广泛，从食品工业到医学领域，都可以利用到微生物生理学知识。
下面，我们重点介绍其中几个应用。
2.1 食品工业微生物在食品工业中起着极其重要的作用。
酸奶、芝士、酱油等食品的生产离不开微生物的应用。
微生物可以发酵，产生酸、酸性物质、酵素、蛋白质等，根据不同的产品需要，制定不同的菌种和发酵条件，从而生产出不同的食品。
2.2 医学领域微生物在医学领域的应用十分广泛。
《环境微生物学》微生物生理
微生物的物质转运与排泄
膜转运机制
微生物通过细胞膜上的转运蛋白 和通道蛋白实现物质的主动和被 动转运，维持细胞内环境稳态。
物质排泄
微生物通过多种方式将代谢废物 和过剩物质排出体外，以维持细
胞内外环境平衡。
抗性机制
部分微生物具有排出有害物质和 抗生素的抗性机制，这些机制有 助于微生物在污染环境中存活和
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微生物的共生与拮抗
共生关系
微生物间存在多种共生关系，如互惠共生、寄生共生等，它们通过相互合作，共同利用资源，促进彼 此的生长发育。
拮抗作用
某些微生物会分泌抗生素等物质，抑制或杀死其它微生物的生长，以获取更多的生态位和资源。
微生物的菌群互作与生态平衡
菌群互作
环境中存在大量的微生物菌群，它们之 间通过相互作用，形成一个复杂的网络 ，影响着整个生态系统的稳定性和功能 。
氮、磷去除
某些微生物具有硝化、反硝化作用，能够去除废水中的氮、磷等营 养物质，防止水体富营养化。
生物膜技术
利用微生物在载体表面形成生物膜，通过生物膜对废水的吸附、降 解作用，提高废水处理效率。
微生物在固废处理与资源化中的应用
1 2 3
堆肥技术
利用微生物对有机固体废弃物进行好氧堆肥，将 有机物质转化为稳定的腐殖质，实现有机废弃物 的减量化和资源化。
微生物能利用多种营养物 质，包括有机物、无机物 、气体等，表现出极高的 营养类型多样性。
代谢途径多样性
微生物具有多种代谢途径 ，包括好氧呼吸、厌氧呼 吸、发酵等，能够适应不 同环境和底物。
物质循环作用
微生物通过分解和合成作 用，参与环境中物质循环 ，对生态系统稳定和平衡 起到重要作用。
微生物生理学总结
微⽣物⽣理学总结第⼆章微⽣物的结构和功能微⽣物⽣理学：是微⽣物学的分⽀学科，是从⽣理⽣化的⾓度研究微⽣物细胞的形态学结构和功能、新陈代谢、⽣长繁殖等微⽣物⽣命活动规律的学科。
细胞结构⾰兰⽒阳性菌细胞壁：由肽聚糖和磷壁酸组成⾰兰⽒阴性菌细胞壁外壁层：位于肽聚糖层的外部。
类脂A脂多糖: 核⼼多糖o-特异侧链包括: 脂蛋⽩蛋⽩质层: 基质蛋⽩外壁蛋⽩磷脂.内壁层：紧贴胞膜,仅由1-2层肽聚糖分⼦构成,占细胞壁⼲重5— 10%,⽆磷壁酸。
细胞壁的基本⾻架——肽聚糖肽聚糖：是由N—⼄酰胞壁酸（NAM）和N—⼄酰葡糖胺（NAG）以及少数氨基酸短肽链组成的亚单位聚合⽽成的⼤分⼦复合体。
肽聚糖单体：是由NAG 、NAM 、肽尾、肽桥构成。
青霉素（D-丙氨酰-D-丙氨酸的结构类似物，两者互相竞争转肽酶的活性中⼼）:作⽤于肽聚糖肽桥的联结，即抑制肽聚糖的合成，故仅对⽣长着的菌有效，主要是G+菌。
⾰兰⽒染⾊原理：G+ 菌：细胞壁厚，肽聚糖含量⾼，交联度⼤，当⼄醇脱⾊时，肽聚糖因脱⽔⽽孔径缩⼩，故结晶紫-碘复合物被阻留在细胞内，细胞不能被酒精脱⾊，仍呈紫⾊。
G¯菌：肽聚糖层薄，交联松散，⼄醇脱⾊不能使其结构收缩，因其含脂量⾼,⼄醇将脂溶解，缝隙加⼤，结晶紫-碘复合物溶出细胞壁，酒精将细胞脱⾊，细胞⽆⾊，沙黄复染后呈红⾊。
古细菌细胞壁没有肽聚糖、胞壁酸和D-氨基酸，含有假太聚糖⾻架是以β-1，3糖苷键交替连接⽽成，缺壁细菌原⽣质体：⽤青霉素等抗⽣素或者溶菌酶处理G+菌⽽得到的去壁完整的球形体。
原⽣质球：⽤青霉素等抗⽣素或溶菌酶处理G-细菌⽽得到的去壁不完全的近球形体。
L型细菌：某些细菌在特定环境条件下因基因突变⽽产⽣的⽆壁类型。
在⼀定条件下L型细菌能发⽣回复突变⽽恢复为有壁的正常细菌。
⽀原体：在进化过程中天⽣⽆壁的原核微⽣物。
细胞质膜;:要由磷脂双分⼦层和蛋⽩质构成。
细菌细胞与真核细胞的质膜很相似，但不含胆固醇等甾醇细胞质及其内含物细胞质：是在细胞膜内除核区以外的⼀切半透明、胶体状、颗粒状物质的总称。
微生物生理学名词解释
微生物生理学名词解释
嘿，咱今儿就来聊聊微生物生理学那些个名词！
啥是微生物生理学呀？简单说，就是研究微生物咋生活、咋生长、咋繁殖的一门学问。
就好比咱人每天要吃饭、睡觉、玩耍一样，微生物也有它们自己的一套生活方式呢！
比如说“酶”，这就像是微生物的小工具，能帮它们搞定各种化学反应。
就像你有把趁手的剪刀，能轻松剪开各种东西一样。
微生物有了酶，就能在它们的小世界里大展拳脚啦！
还有“代谢”，哎呀呀，这可是微生物的大工程！它们要把吃进去的东西变成自己能用的，就跟咱盖房子似的，得一砖一瓦地搭建起来。
微生物的代谢过程那可复杂了，各种物质进进出出，忙得不亦乐乎。
“生长曲线”呢，就像是微生物的成长记录。
从出生到长大，每个阶段都有不同的表现。
这不就跟咱小时候的照片一样嘛，看着就能知道咱是咋一点点长大的。
“发酵”，哇哦，这个可有意思啦！微生物通过发酵能弄出好多有用的东西呢，像酸奶、酒啊，都是发酵的成果。
你想想，这多神奇呀，小小的微生物能搞出这么多好吃好喝的。
微生物生理学里的名词可多了去了，每个都有它独特的意义和作用。
咱可不能小瞧这些小家伙们，它们虽然小，但是能量大着呢！它们在
我们的生活中无处不在，影响着我们的方方面面。
我觉得微生物生理学真的太有趣啦！它让我们更加了解这些小小的
生命，也让我们对这个世界有了更深的认识。
所以呀，大家都应该来
了解了解微生物生理学，说不定会有很多惊喜的发现呢！。
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定义: 微生物生理学是微生物学的分 1-2 微生物代谢概论 支学科，着重研究微生物生命活动的 规律以及与周围环境的关系 1-3 微生物生理学的发展史概要： Main Contents:微生物生物化学
表1—3 E.coli 营养缺陷性突变株M1、M2、M3和野生 株W在不同的补充培养基 中的生长（+）或不长（-）
生长 因子
菌株 W M1 M2 M3
对氨基 苯甲酸 + -
邻氨基 苯甲酸 + + -
吲哚
+ + +
色氨酸
+ + + +
-
表1-4
年代 学
著名学者对微生物生理的贡献
者 发 现 意 义 第一次（报道）在自制显 微镜下观察到微生物 开创对新的生 命类型的研究
Additional Requirements
None
Tryptophan
Nicotinic acid Thiamine 10 amino acids
1-2 微生物代谢概论
1. 代谢的基本概念以及代谢的微生物特点 2. 研究微生物代谢的常用方法 2.1 静息细胞：定义与获得方法 2.2 Warburg压力计:用于气体的测定 2.3 放射性同位素示踪：two tricks 2.4 代谢途径阻断突变株：auxotroph & idiotroph (naught) mutant
1. 同位素竞争法
A* B A C
2. 逐次标记法
图1-25 以 E.coli 的营养缺陷型突变株确认 色氨酸生物合成途径中间产物的实验操作
左为生长实验，培养基中加入4种生长因子（表1—3）； 右为互补实验，在培养基中加入微量的蛋白胨
M1 M2 W 1-2
M3
1.2.2 研究微生物代谢的常用方法
Tab. 1-2 Nutritional Requirements of Some Organotrophs
Escherichia coli Basic Nutrition
Glucose / NH4+ / K+ / Mn2+ / Fe2+ / SO42+ / PO43+ /Cl-
Salmonella typhi
3、化能无机营养型（化能自养型） Chemolithoautotroph 化能自养型化能自养菌还原CO2而需要的ATP和还原力 [H] 是通过氧化无机底物（NH4+、NO2-、H2S、H2 和 Fe2+ 等）来实现的。
化能自养细菌的能量代谢主要有三个特点：
①无机底物的氧化直接与呼吸链发生联系。由脱氢酶 或氧化还原酶 催化的无机底物脱氢或脱电子后，直 接进入呼吸链传递。这与异养微生物葡萄糖氧化要经 过EMP和TCA等途径的复杂代谢过程不同。 ②呼吸链的组分更为多样化，氢或电子可从任一组分 进入呼吸链。 ③产能效率即P／O比一般要比异养微生物更低。
1900 1961
Bü chner
酵母胞外产酒精的反应
微生物化学 代谢调节
全方位
Jacob & Monod Operon theory
在重要杂志上的相关报道
So far scientists
1-4 课程的考试与计分方法
计 分 实 100
验
期 终
考 试
15
85
主要参考书
• 1. Albert G. Moat, John W. Foster and Michael P. Spector, Microbial Physiology (4th Edition) Wiley-Liss, Inc., New York, 2002. 2. 李季伦 主编，微生物生理学，北京：中国 农业出版社，1994年 3. 卫扬保， 微生物生理学，武汉：武汉大学 出版社，1991年。 4. 李铭亮，微生物生理学，台北：芸轩图书 出版社，2002年 5. 杨生玉 等主编，微生物生理学，北京：化 学工业出版社，2007年
以名人及其贡献为里程碑
1-4 课程的考试与计分方法 1-5 如何学习本课程？
1.1.1 Main Contents
Chapter 5 Regulation of Prokaryotic Gene Expression
Chapter 7 Cell Structure and Function Chapter 8 General Pathways of Carbohydrate Metabolism
Chapter 15 Biosynthesis and Metabolism of Amino Acids Chapter 21 Secondary Metabolism of Microbes
1.1.2
Main Topics of Microbial Physiology
Fig. 1-4 Capsules of Streptococcus pneumoniae
Fig.1-10 the whole
network
of metabolism
would
be put in…
1.1.3 微生物的营养类型
概
念
• 微生物营养:指微生物获得与利用营养物质的过程 • 无机营养型微生物:以CO2作唯一碳源,不需要有机养 料的微生物 • 有机营养型微生物:只以适宜的有机化合物作为营养 物质的微生物 • 光能无机营养型:以日光为能源,以CO2为碳源合成细 胞有机物的营养类型 • 光能有机营养型：以日光为能源，以外源有机物为碳 源和供氢体合成细胞内物质的营养类型 • 化能无机营养型:通过以氧化无机物释放出的能量还 原CO2成为细胞有机物的营养类型 • 化能有机营养型:用有机物分解时释放出的能量将有 机物分解的中间产物合成新的有机物的营养类型
表1-1 微 生 物 营 养 类 型
营 养 类 型 自 养 型 光能无 机营养 化能无 机营养 能 源 光 碳 源 CO2 代 表 类 群 蓝细菌、绿色硫细 菌、嗜盐细菌 硝化细菌、 硫化细菌 红螺菌 进一步分为 腐生菌和寄生菌
无机物
光 有机物
CO2 有机物与 CO2
有机物
异 养 型
光能有 机营养
Chapter 10 Metabolism of Substrates other than Glucose
Chapter 11 Fermentation Pathway Chapter 12 Photosynthesis and Inorganic Metabolism
Chapter 14 Nitrogen Metabolism
２、光能有机营养型（光能异养型） photoorganoheterotroph 在以二氧化碳为主要碳源时，需要以有机物作为供氢体， 利用光 能将二氧化碳还原成细胞物质，它们的细胞中含有光 合色素，生长时大多需要外源的生长因子，例如 红螺菌（Rhodospirillum） CO2+2CH3CHOHCH3 （CH2O）+H2O+2CH3COCH3
1696
Antony Leeuvanhock
1857Louis Pasteur 1865？ 1890？ Winogradsky 1888
①打破微生物自然发生说 ②厌氧微生物③酿酒中不 同微生物导致不同的发酵
硫细菌的生活方式
将微生物与其 生命活动有机 联系
自养营养型
M.W.Beijerinck Azobacter & Cyanobacteria 生物固氮
1.2.1 代谢的基本概念以及代谢的微生物特点 1. 代谢的基本概念 ①代谢：分解代谢与合成代谢 ②代谢途径：中间产物与中产物，直线代谢 途径与分枝代谢途径，两向代谢途径 ③代谢的生理功能：初级代谢与次级代谢 2. 代谢的微生物特点 ①代谢速率快 ②代谢的多样性 ③代谢研究的易操作性
2.1 静息细胞：定义与获得方法
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精品课件！
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1-5 如何学习本课程？
建议：
1 提高认识，高度重视 2 听讲 3 研读教材课件 4 认真做实验 5 适当参考其他教材 6 勤与任课老师交流 7 总结考试经验
４、化能有机营养型 (化能异养型 , Chemorganoheterotroph)
从有机物氧化过程中获得能量，并以有机物 作为主要碳源进行生长。又可根据它们利用有机 物的特性分为腐生菌和寄生菌，以及它们之间的 过渡类型。
上述营养型的划分不是绝对的，在它们中间 存在着很多过渡类型。例如：氢单胞菌，在完全 是无机养料的环境中，通过氢和氧化获得能量， 同化二氧化碳，营自养生活；当环境中有有机物 时，直接利用有机物碳架物质而营异养生活。又 如：红螺菌，在光照下能利用光能生长，在暗处 有氧条件下，可通过氧化有机物获得能量，实现 生长，表现为化能营养型。 为避免混乱，一般认为依据营养型分类以最 简单的营养条件为根据，即光能营养型先于化能 营养型，自养型先于异养型。
化能有 机营养
1、光能无机营养型（光能自养型） photolithoautotroph （１）不产氧光合作用 代表菌种：绿硫菌、紫硫菌 CO2+2H2S （CH2O）+H2O+2S （２）产氧光合作用 代表菌种：蓝细菌、藻类 CO2+H2O （CH2O）+O2 （３）嗜盐古细菌 以紫膜进行特殊的光能转化
静息细胞：在人工培养条件中内源性营养物 质消耗殆尽的微生物细胞 静息细胞应用：研究微生物对于外源性 （营养）物质的利用 静息细胞的获得举例：
斜面 摇瓶培养 收集细胞
静息细胞
无菌水中 摇瓶
1.2.2 研究微生物代谢的常用方法
Fig 1-24: Warburg respirator