1、微生物生理学微生物生理学Microbial Physiology郝郝 勃勃Chapter 1 Introduction to Microbial Physiology1-1 微生物生理学的定义与内容微生物生理学的定义与内容1-3 微生物生理学的发展史概要微生物生理学的发展史概要：以名人及其贡献为里程碑以名人及其贡献为里程碑定义定义:微生物生理学是微生物学的分微生物生理学是微生物学的分支学科，着重研究微生物生命活动的支学科，着重研究微生物生命活动的规律以及与周围环境的关系规律以及与周围环境的关系Main Contents:微生物生物化学微生物生物化学1-4 课程的考试与计分方法课程的考试与计分方
2、法1-5 如何学习本课程？如何学习本课程？1-2 微生物代谢概论微生物代谢概论1.1.1 Main ContentsChapter 1 Regulation of Prokaryotic Gene ExpressionChapter 2 Cell Structure and FunctionChapter 3 General Pathways of Carbohydrate MetabolismChapter 4 Energy Production and Metabolite TransportChapter 5 Metabolism of Substrates other than Glu
3、coseChapter 6 Fermentation PathwayChapter 7 Photosynthesis and Inorganic MetabolismChapter 8 Lipids and SterolsChapter 9 Nitrogen MetabolismChapter 10 Biosynthesis and Metabolism of Amino AcidsChapter 11 Secondary Metabolism of Microbes1.1.2Main Topics of Microbial PhysiologyFig.1-4 Capsules of Stre
4、ptococcus pneumoniaeFig.1-5 Microbial appendages（P6）(a)Flagella of Samonella typhimuriumFig.1-5 Microbial appendages（P6）(b)Pili of Escherichia coliFig.1-15 Mature spore of Clostridium botulinum(肉毒梭肉毒梭菌菌).Shown is a wall-defined,multilayered exporium(E),an electron-dense outer coat layer,a thick inne
5、r coat(C)and a less dense cortex(CX).The darkly stained ribosomes(R)and nucleoid areas(N)are clearly differentiated in the spore interior.Bar equals 0.2 m.From p19 of the text.From p14 of the text,Fig.1-10the whole network of metabolism would be put in1.1.3 微生物的营养类型微生物的营养类型 微生物营养:指微生物获得与利用营养物质的过程 无机
6、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 概概 念念表表1-1 微微 生生 物物 营营 养养 类类 型型营 养 类 型能 源碳 源代 表 类 群自养型光能无机营养光CO2蓝细菌、绿色硫细菌、嗜盐细菌化能
7、无机营养无机物CO2硝化细菌、硫化细菌异养型光能有机营养光有机物与CO2红螺菌化能有机营养有机物有机物进一步分为腐生菌和寄生菌 1、光能无机营养型（光能自养型）、光能无机营养型（光能自养型）photolithoautotroph （）不产氧光合作用（）不产氧光合作用 代表菌种：绿硫菌、紫硫菌代表菌种：绿硫菌、紫硫菌 CO2+2H2S （CH2O）+H2O+2S （）产氧光合作用（）产氧光合作用 代表菌种：代表菌种：蓝细菌蓝细菌、藻类、藻类 CO2+H2O （CH2O）+O2 （）嗜盐古细菌（）嗜盐古细菌 以以紫膜紫膜进行特殊的光能转化进行特殊的光能转化 、光能有机营养型（光能异养型）、光能有机
8、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，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，例如合色素，生长时大多需要外源的生长因子，例如红螺菌红螺菌（Rhodospirillum）CO2+2CH3CHOHCH3 （CH2O）+H2O+2CH3COCH3 3、化能无机营养型（化能自养型）、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化
9、能自养型化能自养菌还原CO2而需要的而需要的ATP和还原力和还原力H 是通过氧化无机底物（是通过氧化无机底物（NH4+、NO2-、H2S、H2和和 Fe2+等）来实现的。等）来实现的。化能自养细菌的能量代谢主要有三个特点：化能自养细菌的能量代谢主要有三个特点：无机底物的氧化直接与呼吸链发生联系。由脱氢酶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或氧化还原酶 催化的无机底物脱氢或脱电子后，直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接进入呼吸链传递。这与异养微生物葡萄糖氧化要经过过EMP和和TCA等途径的复杂代谢过程不同。等途径的复杂代谢过程不同
10、。呼吸链的组分更为多样化，氢或电子可从任一组分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。进入呼吸链。产能效率即产能效率即PO比一般要比异养微生物更低。比一般要比异养微生物更低。、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
11、。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。Escherichia coliSalmonella typhiStaphylococcus aureusLeuconostoc paramesenteroidesBasic NutritionGlucose/NH4+/K+/Mn2+/Fe2+/SO42+/PO43+/Cl-Requied by all for maximum growth in defined mediumAd
12、ditional RequirementsNoneTryptophanNicotinic acidThiamine10 amino acidsNicotinic acidThiaminePantothenatePyridoxalRiboflavinCobalaminBiotin/Folatep-AminobezoateGuanine/Uracil16 Amino acidSodium acetateToween 80Tab.1-2 Nutritional Requirements of Some Organotrophs1.代谢的基本概念以及代谢的微生物特点代谢的基本概念以及代谢的微生物特点2
13、.研究微生物代谢的常用方法研究微生物代谢的常用方法 1-2 微生物代谢概论微生物代谢概论2.1 静息细胞：静息细胞：定义与获得方法定义与获得方法 2.3 放射性同位素示踪：放射性同位素示踪：two tricks 2.2 Warburg压力计压力计:用于气体的测定用于气体的测定 2.4 代谢途径阻断突变株代谢途径阻断突变株：auxotroph&idiotroph(naught)mutant1.2.1 代谢的代谢的基本概念基本概念以及代谢的以及代谢的微生物特点微生物特点1.代谢的代谢的基本概念基本概念代谢：代谢：分解代谢与合成代谢分解代谢与合成代谢代谢途径：代谢途径：中间产物与中产物，直线代谢中间
14、产物与中产物，直线代谢途径与分枝代谢途径，两向代谢途径途径与分枝代谢途径，两向代谢途径代谢的生理功能：代谢的生理功能：初级代谢与次级代谢初级代谢与次级代谢2.代谢的代谢的微生物特点微生物特点代谢速率快代谢速率快代谢的多样性代谢的多样性代谢研究的易操作性代谢研究的易操作性2.1 静息细胞：静息细胞：定义与获得方法定义与获得方法静息细胞：静息细胞：在人工培养条件中内源性营养物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质消耗殆尽的微生物细胞静息细胞应用：静息细胞应用：研究微生物对于外源性研究微生物对于外源性（营养）物质的利用（营养）物质的利用静息细胞的获得举例：静息细胞的获得举例：斜面斜面
15、摇瓶培养摇瓶培养收集细胞收集细胞无菌水中无菌水中 摇瓶摇瓶静息细胞静息细胞2种同位素示踪方法1.同位素竞争法同位素竞争法A*B C A2.逐次标记法逐次标记法Fig 1-24:Warburg respirator1.2.2 研究微生物代谢的常用方法研究微生物代谢的常用方法 图图1-25 以以 E.coli 的营养缺陷型突变株确认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，培养基中加入左为生长实验，培养基中加入4种种生长因子生长因子（表表13）；）；右为互补实验，在培养基中加入微量的右为互补实验，在培养基中加入微量的蛋白胨蛋白胨M1
16、M2WM31-22-33-1 生长生长 因子因子菌株菌株对氨基对氨基苯甲酸苯甲酸邻氨基邻氨基苯甲酸苯甲酸吲 哚色氨酸W+M1-+M2-+M3-+表表13 E.coli 营养缺陷性突变株营养缺陷性突变株M1、M2、M3和野生和野生株株W在不同的补充培养基在不同的补充培养基 中的生长（中的生长（+）或不长（）或不长（-）1.2.2 研究微生物代谢的常用方法研究微生物代谢的常用方法 年年 代代学学 者者发发 现现意意 义义1696Antony Leeuvanhock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1857-1865？Louis Pasteur打破微生物自然发生说厌氧微
17、生物酿酒中不同微生物导致不同的发酵将微生物与其生命活动有机联系1890？Winogradsky硫细菌的生活方式自养营养型1888M.W.Beijerinck Azobacter&Cyanobacteria生物固氮1900Bchner酵母胞外产酒精的反应微生物化学1961Jacob&Monod Operon theory代谢调节So farscientists在重要杂志上的相关报道全方位表表1-4 1-4 著名学者对微生物生理的贡献著名学者对微生物生理的贡献1-4 课程的考试与计分方法课程的考试与计分方法计计 分分平时平时期期 终终 考考 试试1001090主要参考书1.Albert G.Moa
18、t,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1-5 如何学习本课程？如何学习本课程？建议建议：1 提高认识，高度重视提高认识，高度重视2 听讲听讲3 研读教材课件研读教材课件4 勤与任课老师交流勤与任课老师交流5 适当参考其他教材适当参考其他教材6 总结考试经验总结考试经验
