目录
第一章 绪论 ................................................................. 3
第一节 食品微生物学的特点及其食品微生物学的研究对象 ...................... 3 第二节 微生物学的发展史（略） ............................................ 4 第三节 21世纪微生物学展望 ............................................... 7 第四节 学习本课程的目的要求 .............................................. 7
第二章 微生物的形态结构...................................................... 9
第一节 原核微生物与真核微 生物的区别 ..................................... 9 第二节 细菌的形态结构 ................................................... 10 第三节 放线菌（Actinomyces） ............................................ 20 第四节 真核生物的形态结构－酵母菌 ....................................... 21 第五节 霉菌 ............................................................. 24 第六节 病毒 ............................................................. 26
第三章 微生物的营养 ........................................................ 29
第一节 微生物的营养元素和细胞的化学组成 ................................. 29 第二节 微生物吸收营养物质的方式 ......................................... 32 第三节 微生物的营养类型 ................................................. 33 第四节 培养基 ........................................................... 35
第四章 微生物的代谢 ........................................................ 39
第一节 化能异养微生物的生物氧化和产能 ................................... 39 第二节 自养微生物的生物氧化 ............................................. 40 第三节 能量转换 ......................................................... 41 第四节 微生物独特的合成代谢 ............................................. 42
第五章 微生物的生长及其控制................................................. 44
第一节 微生物生长 ...................................................... 44 第二节 影响微生物生长的因素 ............................................ 50
第六章 微生物的遗传变异与育种............................................... 63
第一节 遗传变异的物质基础 ............................................... 63 第二节 基因突变和诱变育种 ............................................... 65 第三节 微生物基因重组 ................................................... 67 第四节 菌种的保藏及衰退与复壮 ........................................... 70
第七章 微生物的生态 ........................................................ 74
第一节 微生物在自然界中的分布与菌种资源的开发 ........................... 75 第二节 微生物与生物环境的关系 ........................................... 78
1
第三节 微生物在生态系统中的作用 ......................................... 80
第八章 微生物在食品加工中的应用 ............................................. 82
第一节 细菌在食品工业中的应用乳酸菌在食品工业中的应用 .................. 82 第二节 酵母菌在食品加工中的应用 ........................................ 84 第三节 霉菌在食品工业中的应用 .......................................... 86 第四节 微生物酶制剂及在食品加工中的应用 ................................ 87
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 ....................... 89
第一节 微生物污染食品的来源 ............................................ 89 第二节 食品的细菌污染 .................................................. 89 第三节 霉菌及毒素对食品的污染 .......................................... 90
第十章 食品腐败变质及其控制................................................. 92
第一节 食品的腐败变质 ................................................... 92 第二节 腐败变质的控制 ................................................... 95
2
第一章 绪论
第一节 食品微生物学的特点及其食品微生物学的研究对象
一、概念：
１微生物—是结构简单繁殖快分布广种类多个体微小肉眼直接看不见的微小生物的总称。
２食品微生物学—它是在普通微生物学的基础上，专门研究与食品有关的微生物的性状及其在一定条件下微生物与食品的相互关系。利用有益的微生物发酵生产食品，拓展食品的种类，对食品有害的微生物，控制其生长繁殖，防止食品的腐败及疾病的传播，保证其安全性。
二、微生物的特点：
１、生长繁殖快：微生物具有极高的生长和繁殖速度。按２０分钟繁殖一代，一昼夜繁殖７２代，按几何级数繁殖，由一个菌就产生４７２２３６６５００万亿个细胞。
２、种类多、分布广：从分布上看，微生物分布在自然界的各个角落，除了火山的喷口中心外，正如苏联学者阿梅里扬斯基院士对微生物的描述： “他们真是无处不在??”。可以认为微生物永远是生物圈上下限的开拓者和各项生存记录的保持者。
微生物的种类繁多，９５年的统计，微生物总数在５０－６００万之间，其中人类记载过的２０万左右（其中原核微生物３５００，真核９万，原生动物和藻类１０万种），每年新发现约１５００种新种。
３、个体微小、结构简单：
个体微小：肉眼直接看不见，但是比表面积大。 结构简单：为单细胞结构或非细胞结构（病毒），少数真核微生物为简单的多细胞结构微生物。
４、适应强、易变异：微生物培养的条件简单。
三、微生物在生物分类中的地位
1 早期的分类：动物界和植物界。
2、1866年分为三界系统：动物界、植物界和原生生物界。
3、1969年的Whittaker的五界分类方法：动物界、植物界、原生生物界、真菌 界和原核生物界。
4、1979年六界分类方法：动物界、植物界、原生生物界、真菌界和原核生物界、病毒界。
动物界 植物界
细胞型生物 原生生物界：原生动物、大部分藻类及黏菌。 生物 真 菌 界 ：酵母、霉菌。
原核生物界：细菌、放线菌、蓝细菌等。 非细胞型的生物：病毒界
四、微生物学及其主要分支学科（略）
3
基础微生物学 微生物学 应用微生物学
五、食品微生物学研究的对象和内容
1、研究的对象：细菌、酵母、霉菌、放线菌和病毒。
2、研究的内容：研究微生物生命活动规律的科学。具体研究微生物的形态结构特征、生理生化特性、生长繁殖规律、分类鉴定、遗传变异、微生物与其它生物之间的相互关系、微生物在食品加工的应用和有害微生物的防止。
微生物学的基本知识
研究的内容： 微生物在食品发酵中的应用 有害微生物的控制
第二节 微生物学的发展史（略）
※ 微生物的发现和微生物学的发展
微生物的利用已经几千年的历史，①距今4千多年前的龙山文化时期有酿酒记载，商代发展成为手工业；②早期酱油、醋的酿造；③埃及金字塔中发现了面包；④唐朝（公元7世纪）食用菌的栽培，18世纪传入西方；⑤病原菌的发现。但是，微生物的发现却只有三百多年，经历了三个时期：
1、微生物形态学时期 2、微生物生理学时期
3、微生物的分子时代-分子生物学时期
1、微生物的形态学时期
1590年，荷兰人詹森制作了第一架复式显微镜；
1684（1676）年，荷兰的显微镜业余爱好者-列文虎克用他制作的显微镜详细地观察描述了微生物的形态（河水、雨水、牙垢），观察到杆状、球状、螺旋状的细菌和运动的短杆菌等的图象画下来，命名为“微动体”，并寄给英国皇家协会。他一生中制作了419架显微镜，最大放大率达266倍。
2、微生物学的生理学时期
经历了2个世纪的发展，微生物学进入微生物生理水平研究阶段。 1、巴斯德用他设计的实验否定了微生物自生学说。
2、巴斯德在研究酿酒工业占有重要经济地位的法国葡萄酒变酸的原因时发现了其他微生物，否定了自然发酵学说，并证明了各种发酵是由各种特殊的微生物作用产生的，他精辟地指出，葡萄酒的酸败是由酵母以外的另一种微生物（醋酸菌）的第二次发酵作用引起的，因此，他发明了著名的低温杀菌法-巴氏杀菌法（61.7℃ 143°F,30分钟），挽救了法国葡萄酒酿造界免受酸败之苦，他还改进了葡萄酒的工艺，从而提高了产品的质量。
对微生物是否引起疾病的实验论证是微生物学发展的又一大推动力。16世纪发现病人会将某些东西传播到健康人身上，使健康人患同样的病。微生物的发现，许多科学家猜测疾
4
病与传染病有关，但是当时却无法证明。
1845年，伯克利（M.J.Berkeley）第一次清楚地证明了霉菌引起爱尔兰土豆枯萎病。 1876年，科赫（Robert Koch）-德国乡村医生，证明了微生物引起疾病，研究了家畜炭疽病，他用显微镜观察患病的动物的血液中有许多细菌，科赫取这种动物的血液少量注射到健康动物体内，健康动物患病死亡，这样重复20次，并镜检动物血液，充满了细菌，并在体外培养成功，为疾病的微生物理论和实验研究奠定了基础，
科赫提出了指导特定微生物与特定疾病相关性研究的科赫定理：
①在患病动物体内总能发现特定的微生物，而健康的动物体内则没有； ②在动物体外可以纯培养该微生物；
③将该微生物接种到易感动物体内会引起同样的疾病；
④从试验动物及实验室培养物中重新分离得到的微生物应该是同种微生物。
柯赫（1843-1910）对微生物学的贡献
? 微生物的纯培养技术 ? 证明了微生物是引起传染病的病原
以后的20年中许多病原菌被发现，并建立了微生物的纯培养法，固体培养基分离单菌落方法，科赫实验室的工作人员提出用琼脂做固体培养基的固化剂很快被采纳，从而使这位女科学家成为第一位为微生物做出贡献的美国人；同时，科赫的另一位助手发明了培养皿，科赫和同事还发明了细菌染色法、显微镜摄影技术和悬滴培养法等细菌学研究的基本技术，为以后的结核、霍乱等恶性传染病的研究奠定了基础。
1865年，巴斯德的女儿死于败血症，1866年他的另一个女儿死于伤寒，他将研究转向病原微生物。
1865年，英国医生李斯特（Joseph Lister）从巴斯德的研究成果中得到启发，认识到外科手术之后伤口化脓是由于外界微生物侵入的结果，并努力寻找有效的杀菌药物和防止微生物入侵伤口的方法，提出了无菌的外科手术操作法，从此建立了外科消毒术。
1878年，巴斯德接受了科赫的实验方法做了许多微生物研究工作，他发现了免疫作用，在1880年，他宣布了两项巨大进展，发明了鸡霍乱的减毒菌株称为疫苗（Vaccine），这个名称一直沿用至今。1884年，发明了抗狂犬病疫苗，并首次在遭受狂犬咬伤的病孩子身上使用并获得成功。
1909年，德国医生和化学家埃尔里赫（Paul Ehrlich）用化学药剂控制病菌，发现了治疗梅毒的药物606，开创了化学治疗。他的成功鼓舞了无数的科学家去寻找更多、更好的化学治疗剂，终于在1935年，一位德国医生G.Domagk和同事发明了治疗链球菌感染的新药，一种红色的染料-百浪多息，同年证实其有效成分是磺胺。
※ 1922年医学界成为魔弹的药物-青霉素
弗来明（Alexander Fleming）发现他培养的葡萄球菌被某种杀死了 培养显微镜检测是普通面包上生长青霉菌 推测产生有某种化学物质 通过研究确实分泌了具有抑制其他微生物生长的毒素 命名为盘尼西林（Penicillin）。
1892年，苏联的伊万诺夫斯基发现烟草花叶病毒，开创了病毒学。
1929年报道了该结果，但他的研究结果不被重视，直到1939年，法国的微生物学家发现了一种细菌产生的化合物能用于制止细菌的生长时，弗来明的研究报道才受到重视。
5
第二次世界大战的爆发，军队急需医治伤兵伤口的感染，澳大利亚医生和同事开始分离纯化青霉素，并在美国研究成功了青霉素的扩大发酵和提纯工作，1943年青霉素成功地应用在突尼斯和西西里战役中500名伤兵的治疗，第二次世界大战结束时，青霉素生产量扩大，取代了磺胺类药物。青霉素的工业化生产为整个微生物深层发酵工艺提供了一个典型的样板。这个阶段是微生物学大发展的时期，微生物的研究进入了生物化学水平，各学科相互渗透，产生了分支学科，除抗生素工业外，还有有机酸发酵、有机醇发酵等。
1944年，美国微生物学家瓦克斯曼（S.Waksman）从近一万株放线菌中找到了疗效显著的链霉素，接着相继发现了氯霉素、金霉素、土霉素、红霉素、新霉素、万古霉素、卡那霉素和庆大霉素等抗生素。 在微生物学发展的生理学时期，以巴斯德和科赫为代表的科学家在微生物学实验方法上取得了突破性的进展，他们创立的加热灭菌法和微生物纯培养等方法至今仍然是微生物学和其他相关学科研究中有效的、无法取代的基本方法。
3、微生物学的分子时代-分子生物学时期
从巴斯德和科赫时代到20世纪70年代，微生物学又走过了漫长的路。今天微生物学已今成为生物科学中最复杂的学科之一，它对整个生物科学的研究和发展影响很大。从获得诺贝尔生理学或医学奖的近一半的工作都与微生物有关中可见其重要性。
1928年格里菲斯（Frederick Griffith）发现了细菌的转化现象；1944年加拿大细菌学家艾弗里（Oswald Avery）等人通过对转化现象化学本质的研究，证实了核酸才是真正的生物遗传物质；1953年，沃森（Jame Dewey Waston）和克里克（Francis Harry Compton Crick）通过对DNA X射线衍射图片的分析，提出了DNA 双螺旋结构模型，这个研究成果被认为在整个生物学发展史上具有划时代的意义。从此，微生物学研究分子时代。
20世纪70年代，基因工程使得人们可以按照意愿定向改造菌种，使获得新型微生物产品成为可能。如今分子生物学逐渐成熟为一门崭新的独立学科。
※ 我国微生物学的发展
我国有5000年文明史的古国，我国劳动人民对微生物的认识和利用是最早的几个国家之一。特别是在制酒、酱油、醋等微生物产品以及用种痘制曲贡献较大。但是微生物作为一门学科进行研究，我国起步较晚。在二十世纪初，中国一批到西方留学的中国科学家开始较系统地介绍微生物学知识，从事微生物学研究工作。
1910-1921年伍连德研究了鼠疫和霍乱的防治，在中国最早建立起卫生防疫机构，培育了人才，这项工作在当时居于国际先进地位。
1920-1930年，汤飞凡等分离和确证了沙眼病原体，在国际上是领先水平，此外在细菌学、病毒学和免疫学等方面的某些领域做出过高水平的成绩。
30年代，开始在高等学校设立酿造科目和农产品制造系，以酿造为主要课程，魏岩寿等在工业微生物学方面做出了开拓性的工作；戴芳澜和俞大绂（fu）是我国的真菌学和植物病理学的奠基人；陈华癸和张宪武对根瘤菌固氮作用的研究创立了我国农业微生物学；高尚荫创建了我国病毒学。
新中国成立后：微生物在我国有了划时代的发展，一些重点大学开设了微生物学专业，50年代以后，轻工院校开设了食品专业、发酵专业，其中食品微生物学是支柱课程，80年代后农业院校建立了食品系，也开设了食品专业，食品微生物学课程和研究工作愈来愈受到重视。
6
第三节 21世纪微生物学展望
1 微生物基因组学将全面展开：包括全基因组的序列分析、功能基因分析和比较分析，是结构、功能和进化基因组学交织的学科。
2 研究微生物生态学、环境微生物、细胞微生物学等，为人类的生存和健康发挥积极的作用。
3 微生物生命现象的特性和共性将更加受到重视，如极端环境下生存和繁殖能力，生长繁殖周期短、易大规模的培养，微生物具备生命现象的特性和共性，将是21世纪进一步解决生物学重大理论问题，如生命的起源与进化等。
4 微生物产业呈现全新的局面：微生物从发现至今，三百年间，特别是二十世纪中期以后，对人类的生产和生活有重大的影响，形成了继动、植物产业后的第三大产业，以微生物的代谢产物和菌体本身为生产对象的生物产业。
5 食品微生物目前受到政府高度重视，开发利用有益的微生物生产食品原料，如有机醇、有机酸、维生素类、核苷酸、氨基酸和医药类等，同时对引起食品腐败的微生物、引起食物中毒的微生物研究防止方法，快速科学的检测方法、修改卫生标准，完善卫生法规等。
微生物与食品工业的关系
? 通过食品冷藏、罐藏、干制和盐渍防腐保鲜 ? 利用有益的微生物发酵生产食品如酸奶、火腿等
与食品工业关 ? 纯种厌氧发酵技术的建立
系非常地密切 ? 液体深层通气搅拌大规模培养技术的创建
? 利用代谢调控理论提高发酵产物的产量的发明 细胞工程 基因工程 生物工程学 发酵工程 酶工程 蛋白质工程
第四节 学习本课程的目的要求
一、目的：
掌握本门课程的基本理论、基本知识、基本技能，开发利用微生物生产对人类生活有利的方面，防止食品腐败变质，保证食品的安全性，杜绝食物中毒。 二、本门课程的教学目标：
1 培养智能型的人才，提高每位同学的智力和能力（包括口头和书面表达能力、思维能力、想象能力、记忆力、分析问题和解决问题的能力、评价他人学术观点的能力以及实际操作能力），在知识的教学中重视能力的提高，素质培养。
2 培养同学们利用已经获得的知识在大脑中建立一个较牢固的“知识网络”，既有一定的深度和广度，又有一定的历史、现状和发展前景的“立体知识”，使同学们在本学科中能站得高一些、看得远一些、想得深一些，将来走得远一些。
3 培养同学们有进一步继续学习的兴趣和动机。
7
三、本课程的教学方法：
1 基本教学法：导知、导学、导思、导法。
2 综合的教学法：采用总结对比教学法、提问法、启发讨论法，让同学们将新旧知识联系起来，并对知识进行深加工；还采用反馈教学法来检验同学们对这门课程掌握的情况，反馈我的教学目标实现情况，即学习中不定期进行测验。
3 教学中有一次讨论课，要求同学们练习写一篇科技论文，并发言讨论，协同各方面的能力提高。
8
第二章 微生物的形态结构
微生物的形态: 是微生物的基本内容之一，也是分类研究的基础。 个体形态—单个细胞的形态 微生物的形态： 群体形态—指微生物在适宜的固体培养基上大量生长繁殖，形成肉
眼可见的群体，此群体称为菌落或菌苔。
第一节 原核微生物与真核微 生物的区别
原核微生物—是指一类细胞核无核膜包裹，核区内只有一条双螺旋结构的脱氧核糖核酸构成的染色体的单细胞生物，包括真细菌和古生菌。细菌、放线菌、蓝细菌、支原体、立克次氏体和衣原体都属于真细菌。
真核微生物—凡是细胞核具有核膜核仁，其染色体除含有双螺旋结构的脱氧核糖核酸（DNA）外还含有组蛋白，能进行有丝分裂、细胞中存在线粒体或同时存在叶绿体等细胞器的生物，称为真核生物。微生物中的酵母、霉菌等真菌、原生动物和地衣等均属于真核生物。以下是原核生物和真核生物的比较图：
细胞结构 原核生物 真核生物 细胞壁 由肽聚糖、其他多糖、蛋白质 通常为多糖组成 和和糖蛋白组成 ，包括纤维素 细胞大小 较小用油镜才能看清楚 较大，用高倍镜观察 细胞膜中的甾醇 无（支原体例外） 有 细胞膜含呼吸或 光合组分 有 无 细胞器 无 有 核糖体 70S 80S 细胞核 拟核 完整的核 核膜 无 有 线粒体 无 有 间体 部分有 无 贮藏物 PHB等 淀粉、糖原等 细胞分裂 缺有丝分裂 进行有丝分裂 鞭毛结构 如有鞭毛较细简单 如有鞭毛较粗而复杂 主要类群 细菌、放线菌、蓝细菌、支原体、 酵母、霉菌、大型的蕈菌 立克次氏体和衣原体
9
第二节 细菌的形态结构
※ 原核微生物的基本结构和特殊结构：
1 细菌的基本形态
2 基本结构：细胞壁、细胞质膜、细胞质和内含物、细胞核。
3 特殊结构：不是所有细菌细胞都具有的构造，称为特殊构造，有荚膜、芽孢、鞭毛、菌毛。
1 原核微生物的基本形态
1 基本形态：球菌、杆菌和螺旋菌三大类。以杆菌最为常见，球菌次之，螺旋状的最少。此外，近年来还陆续发现少数其他形态的细菌，如三角形、方形和圆盘形等的细菌。许多原核微生物不仅具有其固有的形态，而且具有其一定的排列方式，这也是其生物学特性表现。
1.1 球菌：根据球菌分裂后新细胞排列方式不同分：单球菌、双球菌、链球菌、四联球菌、八叠球菌、葡萄球菌。
1.2 杆菌：是细菌中种类最多的，各种杆菌的长和宽比例差异大。 1.3 螺旋菌：根据螺旋菌菌体弯曲的情况的不同分为弧菌和螺旋菌，前者菌体只有一个弯曲，呈逗点状，香蕉状，如霍乱弧菌；后者菌体有两个以上的弯曲迂转如螺旋，介于细菌与原生动物之间，菌体较为坚硬。如回归热、梅毒、钩端螺旋体。
此外，少数细菌呈三角形、方形和圆盘形等。
微生物的形态变化
? 以下条件导致形态变化： ? 营养条件改变 ? 培养时间过长 形态变化 ? 物理化学因素的变化
环境条件恢复 形态恢复正常
1.4 细菌的大小 (μm、nm)
测定细菌的大小用测微尺在显微镜下测定，一般用微米（ (μm ）、纳米（毫微米， nm ）表示。
杆菌：1.0-5.0X0.5-1.0 μm ，小杆菌在0.7-1.5 X0.2-0.4μm 球菌：直径在0.5-1.0 μm 。
肉眼可见范围：肉眼可见（0.75 mm） 最小的病毒：28 nm
2 原核微生物的基本结构
2.1 细胞壁: 细胞壁(cell wall)是位于细胞最外的一层厚实、坚韧的外被。通过染色、质壁分离 (pasmolysis)或制成原生质体后在光学显微镜下可证实细胞壁的存在；用电子显微镜观察细菌超薄切片等方法，可确证细胞壁的存在。
原生质体——是指在人工的条件下用溶菌酶除去细胞壁或用青霉素抑制细胞壁的合成后，只剩下细胞膜包裹着的脆弱细胞，一般由革蓝氏阳性菌形成。
危害：大多数原核微生物没有细胞壁不能存活，但少数细菌无壁也能生存。如支原体，实际上是自由生活的原生质体，无细胞壁也能生存，其膜坚韧。热原体属是目前唯一知道的
10
缺少细胞壁的古生菌。
②细胞壁的结构(G+、G-)结构比较
革蓝氏阳性菌和革蓝氏阴性菌细胞壁结构比较
金黄色葡萄 大肠杆菌: 薄层 ，15-20nm 球菌: 20-80nm，壁厚多达20层 1 肽聚糖：少，10%，位于内层。 2-3nm 1 肽聚糖: 60~90% 又叫粘肽 2 磷壁酸： 无 2 磷壁酸: 10% 3 类脂质：含量较高，20% 3 类脂质： 无 4 蛋白质：含量高 4 蛋白质：无 5 外膜：由脂多糖、磷脂、脂蛋白等多 种蛋白质组成膜。
11
③周质空间（壁膜空间）
周质空间（periplasmic space periplasm）：又称壁膜间隙，目前有争论，有的观点认为革兰氏阳性菌无周质间隙，有的认为有。它是指存在于细胞壁和细胞膜之间的空隙（宽约１２－１５nm），呈胶状。在周质空间中，存在着许多周质蛋白，⑴有水解酶类，例如蛋白酶、核酸酶等；⑵合成酶类，如肽聚糖合成酶；⑶结合蛋白，具有运送营养物质的作用；⑷受体蛋白：与细胞的趋化性有关。
④细胞壁的功能
1 使细菌具有一定的形态、保护菌体起屏障作用；保护细胞免受外力的损伤，（如大气压G+可抵抗15-25、G-可抵抗5-10）；阻挡有害物质进入细胞（如G-可阻挡分子量超过800的抗生素进入）；
2 与细菌抗原性、毒性有关； 3 协组鞭毛运动；
4 与细菌的抗原性、毒性有关，对噬菌体的敏感性有关。 5 为正常细胞分裂所必须；
原核微生物的细胞壁除了具有以上共性外， G+ G-和古生菌中，还有其各自的特性，这就是细胞壁的多样性。
⑤革蓝氏染色与细胞壁的关系
12
※ 细菌的染色
简单染色法
正染色 革兰氏染色法 鉴别染色法 抗酸性染色法 芽孢染色法 死菌 姬姆萨染色法 负染色： 荚膜染色法等 细菌染色法
活菌：用美蓝、乳酸石炭酸等作活菌染色
⑥革蓝氏染色的机理
由革兰（C. Gram）在1884年发明的革兰氏染色法是一种极其重要的鉴别染色法，不仅可用于鉴别真细菌，也可用于鉴别古生菌。20世纪60年代，莎顿（Salton）曾提出细胞壁在革兰氏染色的关键作用。1983年，彼弗里奇（T Beveridge）等用铂代替革兰氏染色中媒染剂碘的作用，再用电子显微镜观察到结晶紫与铂复合物可被细胞壁阻留，这就进一步证明了革兰氏阳性和阴性菌主要由于细胞壁化学成分的差异而引起了物理特性（脱色能力）的不同导致染色结果的不同。革兰氏阳性菌由于细胞壁较厚，肽聚糖含量较高和其分子交联度较紧密，故在用乙醇洗脱时，肽聚糖网孔会因脱水而明显前收缩，再加上它基本上不含类脂，故乙醇处理不能在壁上溶出缝隙，因此，结晶紫与碘复合物被阻留在细胞壁内，使其呈现出紫色；革兰氏阴性菌因为细胞壁薄、肽聚糖含量低和交联松散，遇乙醇处理时，肽聚糖网孔不易收缩，且它的类脂含量高，所以乙醇处理时脂质溶解，在细胞壁上就会形成较大的缝隙，这样结晶紫与碘的复合物就极易被溶出细胞壁，因此，通过乙醇脱色后，细胞又呈无色，再用沙黄等红色染料进行复染，就使革兰氏阴性细菌呈现红色，而革兰氏阳性细菌仍保留为紫色。
⑦古生菌的细胞壁和缺壁细菌
1 古生菌：古生菌中除了热原体属没有细胞壁外，其它都含有与真菌类似功能的细胞壁，有的由假肽聚糖（N-乙酰葡萄糖胺和N-乙酰塔罗糖胺糖醛酸以β-1，3糖苷键交替而成，如甲烷杆菌属，不被溶菌酶水解）；有的细胞壁有独特的多糖，如半乳糖胺、葡糖醛酸等，或糖蛋白细胞壁、蛋白质细胞壁（如少数的甲烷球菌）。
2 L型细菌——1935年，英国的李斯特（Lister）发现一种自发突变而形成的细胞壁缺损细菌-念珠状杆菌，它的细胞膨大，对渗透压敏感，在固体培养基上形成“油煎蛋”似的小菌落。严格地讲，L型细菌应专指在实验室或宿主体内通过自发突变而形成的遗传性稳定的细胞壁缺损菌株。后来发现许多G+ G-实验室或宿主体内可形成L型。
总结
缺壁突变
实验室或宿主体内形成 基本去尽-（原生质体G+ ） 人工去壁
缺壁细菌 部分去掉-（球状体G-）
在自然界长期进化中形成——支原体
13
2.2细胞质膜（质膜，cytoplasmic membrane，cell membrane） ①细胞膜：
? 是紧贴在细胞壁内侧的一层由磷脂（20％～30％）和蛋白质（50％～70％）组成的
柔软、脆弱、富有弹性的半透性薄膜，约7～8nm厚。 ? 电子显微镜下观察时，细胞膜呈明显的双层结构—在上下两暗色层间夹着一浅色的
中间层的双层膜结构。
? 细胞膜的化学成分：磷脂和蛋白质 。
②细胞膜的生理功能
①选择性地控制细胞内、外的营养物质和代谢产物的运输、交换； ②维持细胞内正常渗透压的屏障；
③合成细胞壁各种组分（LPS、肽聚糖、磷壁酸）和荚膜等大分子的场所； ④进行氧化磷酸化或光合磷酸化的产能基地；
⑤许多酶（β-半乳糖苷酶、有关细胞壁和荚膜的合成酶、ATP酶）和电子传递链组分的所在部位；
⑥是鞭毛的着生点和提供其运动所需的能量等。 ③间体
间体（mesosome）——是一种有细胞质膜内褶而形成的一种囊状、片状和管状构造，一般位于细胞分裂部位或其邻近，主要的功能是促进细胞间隔的形成并与遗传物质的复制及其相互分离有关。多见于革兰氏阳性细菌。每个细胞含有一个至几个，着生部位可在表层或深层。近年来存在其它学术观点，认为间体是电镜制片时因脱水而引起的一种赘像。
2.3细胞质（cytoplasm）和内含物
A 糖原：大肠杆菌、克雷布氏菌、
芽孢杆菌和细菌等
碳及能源类 聚β-羟丁酸（PHB）：固氮菌、
产碱菌和肠杆菌等
有机物 硫粒：紫硫细菌、丝硫细菌、贝
氏硫杆菌等
贮藏物 氮源类：藻青素，蓝细菌含有；藻青蛋白：蓝细菌 多聚磷酸类（异染类）：迂回螺菌、白喉棒杆菌和分
枝杆菌含有
无机物 硫粒：紫硫粒细菌、丝硫细菌、贝氏硫细菌等自养
细菌含有。
细胞质: 是细胞质膜内除核区外的一切半透明、胶状、颗粒状物质的总称。大约80%为水份，原核微生物的细胞质是不流动的，这与真核微生物明显不同。细胞质的主要成分是核糖体、贮藏物、多种酶类和代谢物、质粒、各种营养物和大分子的单体等，少数细菌还含有类囊体、羧酶体、气泡或半孢晶体等。
※ 聚β-羟丁酸（PHB）的结构
是存在于许多细菌细胞质内属于类脂的碳源类贮藏物质。
14
功能：贮藏能量、碳源和降低细胞内的渗透压。 ※ 异染颗粒和藻青素的结构
柱形鱼腥蓝细菌的藻青素结构，为氮源贮藏物
异染颗粒：是无机偏磷酸的的聚合物，功能是贮藏磷元素。
藻青素一种内源性氮源贮藏物，也有贮存能源的作用，常常存在于蓝细菌中。 ※ B 磁小体
是细胞内磁铁矿Fe3O4的晶体颗粒，功能：赋予细胞两极永久磁性。
磁小体-其作用是导向作用，即借于特殊结构鞭毛游向该菌最有利的泥、水面微氧环境处生活。
※羧酶体、气泡的功能
羧酶体: 又称羧化体，是存在一些自养细菌细胞内的多角形或六角形内含物，大小与噬菌体相仿，约10nm，功能是在自养细菌的CO2固定中起着关键作用。
气泡：是许多光合营养型、无鞭毛运动的水生细菌中存在的充满气体的泡囊状内含物，大小为0.2-1.0μmX75nm，外有2nm厚的蛋白质膜包裹，其功能是调节细胞比重，使细胞漂浮在最适水层中获取光能、O2和营养物质。一般每个细胞含几个至几百个气泡。
2.4 细胞核-核区（nuclear region or area ）
细胞核：又称原核、拟核，无核膜、核仁，为深度卷曲的DNA双螺旋细丝，只有少量蛋白质与之结合。一般为单倍体，在染色体复制的段时间内呈双倍体。
细胞核的功能：遗传物质。
质粒——许多细菌细胞存在着染色体外的遗传物质，为环状的双股DNA分子，能自我复制，称为质粒。其功能是对次生代谢产物（抗生素、色素、毒素、酶的抑制剂等）起调控作用。可以稳定遗传，近年来发现酵母、霉菌和放线菌均有质粒存在。
3 原核微生物的特殊结构
3.1 鞭毛(flagella)：有些细菌表面着生有细长波浪型弯曲的丝状物，是细菌的运动器官，称为鞭毛。鞭毛直径很细，0.01-0.02μm，比菌体长许多倍，在15-20μm范围，其数目1-几十条。
① 鞭毛的功能：运动器官。 悬滴法暗视野显微镜观察 ② 鞭毛的观察方法： 半固体穿刺法观察
特殊染色法显微镜观察
③ 鞭毛的成分：蛋白质，少量的多糖。 ④ 鞭毛的形态
⑤ 根据鞭毛着生位置和数目分：
单毛菌： 一端或两端各生一根鞭毛。 丛毛菌： 一端或两端各生丛毛菌。 周毛菌： 菌体周围都着生有鞭毛。 总结： 球菌： 大多数无鞭毛。 杆菌： 有的有鞭毛。 螺旋菌：大多数有鞭毛。 3.2 荚膜 (capsule)
荚膜: 有些细菌在其细胞壁表面覆盖一层松散的粘液样物质，具有一定的外形，相对稳
15
定地附着于细胞外，叫荚膜。
菌胶团— 当荚膜中包裹有几个菌时叫菌胶团。
S型菌落— 产荚膜的细菌在琼脂培养基上形成的菌落表面湿润、有光泽、粘液状称为光滑型的菌落。
R型菌落— 不产荚膜的细菌所形成的菌落表面较干燥，叫粗糙型的菌落。
① 荚膜的成分：90%为水分，固形物为多糖、多肽或蛋白质。以多糖为主。如肠膜状明串株菌以葡聚糖为主；变异链球菌以果聚糖为主；炭疽杆菌以聚谷酰胺为主；巨大芽孢杆菌以多肽和多糖为主。
② 荚膜的功能：
A 保护作用：保护菌体免受干躁的影响，防止噬菌体的吸附和白细胞的吞噬； B 贮藏养分： 以备营养缺乏时重新利用。
C 屏障作用，保护菌体免受重金属离子的毒害；
D 表面附着作用：黏附在呼吸道和牙齿上，如引起龋齿的唾液链球 菌、变异链球菌使蔗糖变成果聚糖，让细菌牢牢黏附在牙齿表面；
E 细菌之间的信息识别作用；如根瘤菌属。 F 堆积代谢废物； ③ 荚膜的形态：
3.3 芽孢
芽孢—某些细菌在其生长发育的后期，在细胞内由细胞质浓缩脱水形成一个多层厚膜、折光性很强，圆形或椭圆形、圆柱形，对不良环境具有较强抵抗力的休眠体叫芽孢（endospore ，spore）（或叫内生孢子）。
① 芽孢的成分：芽孢膜、孢壁酸、2，6-吡啶二羧酸、少量的DNA及抗性酶系。
② 芽孢的性质：抗逆性强，多层厚膜，含水量少，坚实，代谢低。 A 抗热性强，芽孢含水量少40%，不易凝固蛋白、核酸，2，6-吡啶二羧酸钙，耐热性强。 B 耐干燥的能力强，干燥的芽孢可存活几年，所以可以采用沙土管保存1-3年，也耐渗透压。C 对紫外线、X射线、以及一切化学药品都有较强的抵抗力，化学药品不易渗透进去。
③ 芽孢的形态：一般形态为圆形、卵圆形、椭圆形和圆柱形。 中央芽孢 ④位置： 偏端芽孢 末端芽孢 游离芽孢 ⑤芽孢的形成过程：由细菌的营养细胞一部分细胞质浓缩失水而成，电镜下观察时细胞当中核物质凝集，向细胞的一端移动，细胞膜借助于中体内陷、延伸、延长形成双层膜，构成芽孢的横膈膜壁将核物质与部分细胞质包围而形成芽孢，几小时后游离出菌体，以后菌体破裂。
有的不产芽孢
杆菌 好气性的芽孢杆菌属: 如枯草芽孢杆菌、
有部分产芽孢 蕈状芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌、
中央芽孢杆菌 。
厌气性芽孢杆菌：羧状芽孢杆菌、解糖嗜 ⑥细菌 热羧状芽孢杆菌。
球菌： 大多数不产芽孢，少数产芽孢，如生孢八叠球菌属除外。 螺旋菌： 只有少数产芽孢。
16
⑦芽孢对食品的污染：食品科学家对芽孢菌污染食品的来源做了详细的研究，研究发现，芽孢细菌主要是通过土壤污染原料的，这些芽孢就会被带进工厂，污染设备，并能发芽，生长产生更多的芽孢。嗜热脂肪芽孢杆菌和凝结芽孢杆菌为平酸菌，均为兼性芽孢杆菌，在罐头食品中可生长，前者存在于各种气候带的土壤中，而后者相对稀少。嗜热解糖梭菌为厌氧芽孢菌，可引起罐头腐败产气，胀罐严重的出现罐头胖罐、突角或破裂。
3.4菌毛（fimbriae）
菌毛— 由叫纤毛、伞毛和线毛，着生于细胞膜上，长在细菌的体表纤细、中空、短直，数量较多的蛋白质类的附属物，直径3-10nm，一个细菌约有250- 300根菌毛。
①功能： 具有使菌体附着于组织细胞的功能。 ②成分： 蛋白质。
③细菌中一般以革蓝氏阴性细菌有菌毛，这些致病菌借助于菌毛吸附在宿主细胞上。 性菌毛： 性菌毛一般见于革蓝氏阴性细菌的雄性菌株中，向雌性菌株传递遗传物质。但比菌毛长，数量少，一根到几根。
伴孢晶体（parasporal crystal）
少数的芽孢杆菌，例如苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis)在其形成芽孢的同时，在芽孢旁形成一菱形或双锥形的蛋白晶体——δ内毒素，称为伴孢晶体。
伴孢晶体的特点：不溶于水，而且对蛋白酶类不敏感；易溶于碱性溶液。
产生伴孢晶体的微生物对农业上的200多种昆虫尤其是鳞翅目的幼虫有毒杀作用，因而可将产生伴孢晶体的细菌大规模的培养，制成有利于环境保护的生物农药——细菌杀虫剂。
4 细菌的繁殖和菌落的构成
1 主要繁殖方式：分裂繁殖，又叫裂殖菌，为无性的。
2 有性繁殖：近年来发现有性的繁殖，少数细菌通过性菌毛的结合，将雄性菌的DNA输入到雌性菌的体内，使雌性菌获得雄性菌的某些遗传特征。
3 菌落的构成：细菌在固体培养基上大量生长繁殖，形成一群新的群体聚集为肉眼可见的菌落或菌苔。一个菌落由一个细菌繁殖而形成。
菌落的形状及边缘状况 1.圆形、边缘整齐、表面光滑；2.不规则状；3.边缘波浪状；4.边缘锯齿状；5.同心圆状；6.边缘缺刻状、表面呈颗粒状；7.丝状；8.假根状
细菌的菌落特征_菌落的凸起情况 1.扁平、扩展；2.低凸面，3.高凸面；4.台状；5.脐状；6.草帽状；7.乳头状；8.褶皱凸面
4 菌落的特征：细菌的菌落呈凝胶状，表面较光滑、湿润，与培养基结合不紧密，易挑起，但不同细菌的菌落其大小、形态、光泽、颜色、硬度、透明度、边缘 、粘稠度不同，菌落的特征对菌种识别有一定的意义。
5 细菌在液体培养基中生长的特征
① 均匀分散在液体培养基中，出现浑浊； ② 有的在液体培养基中出现菌膜； ③ 有的在液体培养基中底部产生沉淀； ④ 有的在液体培养基中容器壁中产生环；
※ 工业上有重要作用的细菌
? 革兰氏阴性无芽孢杆菌：大肠杆菌、醋酸杆菌、假单胞菌、产碱杆菌、黄杆菌、无
色杆菌等。
? 革兰氏阳性无芽孢杆菌：短杆菌、棒状杆菌、乳酸杆菌、双歧杆菌和丙酸杆菌、金
17
黄色葡萄球菌等。
? 革兰氏阳性芽孢杆菌：枯草芽孢杆菌、多粘芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、嗜热脂肪芽
孢杆菌、凝结芽孢杆菌、芽孢梭菌如丙酮丁醇芽孢梭菌（发酵糊精和淀粉，产生丙酮、正丁醇、乙醇、乙酸和CO2、H2）、巴氏芽孢梭菌能产生丁酸，在大曲酒生产中能赋予白酒浓香型香味成分如丁酸乙酯和乙酸乙酯。蜡状芽孢杆菌、肉毒梭状芽孢杆菌等。
? 革兰氏阳性球菌：微球菌、链球菌、明串珠菌。
5 细菌的分类和鉴定： 5.1分类：7级分类单元
界（Kingdom） 细菌界
门（Phylum） 黄杆菌门
纲（Class） 黄杆菌纲 目（Order） 黄杆菌目
科（Family） 黄杆菌科
属(Genus) 黄杆菌属 种(Species) 黄杆菌种
微生物种： 是一群表型特征高度相似，亲缘关系极其相近、与同属内的其他物种有着明显差异的一大群菌株的总称。
（1）学名：每种微生物都有自己 的专门名称，名称分两类，一是俗名，具有大众化和简明等特点，但往往含义不够确切，易于重复，尤其不利于学术交流，如结核杆菌是结核分枝杆菌（Mycobacterium tuberculosis）的俗称，二是学名，它是某一菌种的科学名称，是按“国际命名法规”进行命名并受国际学术界公认的通用正式命名。学名的表示方法分双名法和三名法两种。
（一）双名法：由属名和种名构成。属名的首字母必须大写，种名加词的字母必须小写。例如：
学名=属名+种名加词+（首次定名人+现名定名人+现名定名年份）
斜体字 正体字，一般省略 如：大肠埃希氏菌（大肠杆菌）
Escherichia coli (Migula) Castellani et Chalmers 1919 （二）三名法：当某种微生物是一个亚种（subspercies，简称subsp）或变种(variety，简称var )时，学名就应该按三名法拼写，
学名=属名+种名加词 + 符号subsp或var + 亚种或变种的加词
斜体字 正体字，可省略 斜体，不可省略
(2)有关学名的其它知识
1 属名：是一个表示微生物主要特征的名词或用作名词的形容词，单数，第一个字母应大写。其词源可来自拉丁词、希腊词或其他拉丁化的外来词，也有以组合的方式拼成。属名在重复出现时可缩写成一个、两个或三个字母，在其后加上一个点。例如：Bacillus 芽孢杆菌属可缩写成“B.” 或 “Bac.” ，Pseudomonas 假单胞菌属可缩写成“P. ”，Aspergillus 曲霉属可缩写成”A.“ 。
2 种名加词：又称种加词，它代表一个物种的次要特征。与属名一样，种名加词也由拉
18
丁词、希腊词或外来词组成。字首要小写。
3 亚种（subspecies，subsp，ssp）以下的几个分类名词：
（1）亚种：是进一步细分种时所用的单元，一般指某一明显而稳定的特征外，其余鉴定特征都与模式种相同的种，命名同“三名法”。
（2）变种(variety，var)：是亚种的同义词，故在《国际细菌命名法规》中已不主张再用这一名词。
（3） 型(form)：曾用作菌株的同义词，现已废除，仅作若干变异型的后缀，如生物变异型、形态变异型、致病变异型、噬菌变异型和血清变异型等。
（4）菌株（strain）：又称品系（在非细胞的病毒中则称毒株或株），它表示任何由一个独立分离的单细胞（或单个病毒粒）繁殖而成的纯遗传型的群体及其一切后代。因此，一种微生物的每一不同来源的纯培养物或分离物均可称为某菌种的一个菌株。
5.2 微生物在生物界的地位
(一)两界系统: 我国两千多年前分为动物界和植物界.但科学地叙述两界系统的学者是1707-1778年瑞典生物学家林奈.
(二)三界系统: 动物界、植物界和原生生物界。 (三)四界系统：动物界、植物界和原生生物界（原生动物、真菌、部分藻类）和菌界（细菌、蓝细菌）。
(四)五界系统： 1969年，R. H. Whittaker在Science杂志上发表了《生物界分类的新观点》著名论文，影响很大。动物界、植物界、原生生物界（原生动物、粘菌、单细胞藻类如红藻、绿藻和小球藻）、真菌界和原核生物菌界（包括细菌、蓝细菌等）。
五界学说：纵向显示了从原核生物到真核单细胞生物再到真核多细胞生物的三个进化阶段，横向显示了光合式营养、吸收式营养和摄食式营养三大进化方向。
（五）六界系统：Jahn等在1949年提出了六界系统，有后生动物界、后生植物界、真菌界、原生生物界、原核生物界和病毒界；我国学者王大耜（si）等在1977年提出六界系统的设想，在R. H. Whitaker的基础上加一个病毒界；1966年美国的P. H. Raven等则提出动物界、植物界、原生生物界、真菌界、真细菌界和古生菌界六界系统。
5.3 微生物的分类鉴定方法
(1) 经典的鉴定方法:
个体: 细胞形态、大小、排列、运动性、特殊构造和染色反应等。 形态
群体：菌落形态、在半固体或液体培养基中的生长状态。 营养要求：能源、碳源、氮源、生长因子等。 生理生化反应 酶：产酶种类和反映特性等。
代谢产物：种类、产量、颜色和显色反应等。 对药物的敏感性。
生态特性： 生长温度，与氧、pH值、渗透压的关系、与宿主的关系等，生活史、
有性生殖情况。
血清学反应
对噬菌体的敏感性 其他
19
（2）现代的鉴定方法：
A .DNA碱基的测定：G + C mol%值的测定，这是发表任何微生物新种的必须指标。（G + C）mol%= G + C / A+T+G+C X 100%
B . rRNA寡核特征序列分析: 用16S或18S的rRNA序列进行扩增、测序，分析特征序列，确定不同生物的亲缘关系和进化谱系的方法。
原核生物的核糖体 rRNA 70S 真核生物的核糖体 rRNA 80S
16S 23S 5S 18S 28S 5.8S 1540 2900 120 2300 4200 160 C . 核酸分子杂交方法：可采用DNA-DNA杂交、DNA-rRNA和 rRNA-rRNA分子间的杂交。核酸杂交法是测定核酸分子同源程度和不同物种间亲源关系的有效手段。
(3)通过细胞壁化学成分鉴定：鉴定细胞壁的成分、化学键种类等。 鉴定程序： 微生物纯培养物 经典和现代的鉴定内容 查阅权威性的菌种手册
第三节 放线菌（Actinomyces）
放线菌是一类主要呈菌丝状生长和以孢子繁殖的陆生性较强的原核生物，几乎都是革蓝氏阳性，与细菌十分相似，至今发现有80余属。
分布：土壤中。
作用：绝大多数为有益菌，抗生素的产生菌种，７０％的抗生素是放线菌生产的，一些抗癌药物、酶的抑制剂、免疫抑制剂和农用杀虫剂等也可生产，极少数放线菌引起人、动物和植物病害。
１放线菌的形态构造
（１）放线菌的单细胞形态： 直线形 基内菌丝（营养菌丝） 波曲形 气生菌丝 孢子丝形态 螺旋形 分生孢子：成串的分生孢子。 轮生和钩状 （２）菌落形态：分为两类
一类代表是链霉菌，菌落小、表面干燥、成辐射状的粉粒状，初期成白色的绒毛状，质地致密，与培养基结合紧密，有不同的颜色。另一类以诺卡氏菌为代表，菌落具有分枝状的基内菌丝（营养菌丝） ，大多数无气生菌丝，成熟的基内菌丝横隔分裂产生分生孢子。在液体培养基中生长特征为，在液体表面和容器壁形成菌苔，液体不混浊，在液体下面有许多白色珠状菌丝球。
（３）放线菌的繁殖：无性的横隔分裂繁殖形成孢子，孢子成圆形、卵圆形、柱形。 （４）放线菌的生理
碳源：可利用淀粉、单糖和双糖等。 氮源：可利用有机氮或无机氮。
20
或300的平均菌落数乘上稀释倍数
? 呈片状生长的菌落超过培养皿的一半不能计数
? 当其两个稀释度都在30-300间，二者的比值大于2时，以其中小的数报告 ? 当其两个稀释度的比值小于或等于2时，以应报告其平均数 实验次数 稀释液及菌落数 10-1 1 2 3 4 5 6 7 多不可计数 多不可计数 多不可计数 多不可计数 27 0 多不可计数 10-2 3 164 295 271 多不可计数 11 0 305 20 46 60 313 5 0 12 - 1.6 2.2 - - - - 16 400 37 750 27 100 313 000 270 ﹤1×10 30 500 1.6×104 3.8 ×104 2.7×104 3.1×105 2.7 ×102 ﹤10 3.1 ×104 两菌落总数报告方式稀释液个/g或ml 个/g或ml 10-之比 液体稀释法 对未知样品作10倍系列稀释。选适宜的3个连续的10倍稀释液各取3ml，接种到3组共9支液体培养基试管中，每管接入1ml，培养一定的时间后，记录每个稀释度出现生长的试管数，然后查MPN（most probable number ，最近似数）表，根据样品的稀释倍数可计算出其中的活菌含量。
3、细胞混浊度的测定 估计细胞数目和粗重的一较快和适用的方法是使用混浊度测定法。一个细胞悬浮液用肉眼观察是呈现浑浊的，这时因为光线通过悬浮液时，细胞散射光线。存在的细胞数越多，分散的光线就越多，因此悬浮液浊度就越大。可以用光度计或分光光度计测量混浊度，分光光度计和光度计射出的光线通过细胞悬浮液时，就可以检测出没有被细胞散射的光线。
3 微生物群体生长的规律
微生物的群体生长规律
单细胞的微生物，如细菌、放线菌在液体培养基中，可以均匀地分布，每个细胞接触的环境条件相同，都有充分的营养物质，故每个细胞都迅速地生长繁殖。霉菌多数是多细胞微生物，菌体呈丝状，在液体培养基中生长繁殖的情况与单细胞微生物不一样，如果采取摇床培养，则霉菌在液体培养中的生长繁殖情况，近似于单细胞微生物。因液体被搅动，菌丝处于分布比较均匀的状态，而且菌丝在生长繁殖过程中不会像在固体培养基上那样有分化现象，孢子产生也较少。
（1）典型的生长曲线
微生物生长繁殖的速度非常快，一般细菌在适宜的条件下，大约20~30分钟就可以分裂一次，如果不断迅速地分裂，短时间内可达惊人的数目，但实际上是不可能的。
在培养条件保持稳定的状况下，定时取样测定培养液中微生物的菌体数目，发现在培养的开始阶段，菌体数目并不增加，一定时间后，菌体数目就增长很快，继而菌体数目增长速度保持稳定，最后增长速度逐渐下降以致等于零。如果以培养时间为横坐标，以单细胞增长
46
数目的对数值作纵坐标，就可作出一条生长曲线。这生长曲线（growth curve）代表单细胞微生物从生长开始到衰老死亡的一般规律。
根据微生物的生长速率常数（growth rate constant），即每小时的分裂代数的不同，一般把典型的生长曲线粗分为延滞期、对数期、稳定期和衰亡期四个时期。
（一） 延滞期（lag phase） 又叫适应期、缓慢期或调整期，是指把少量微生物接种到新培养液刚开始的一段时间细胞数目不增加的时期，甚至细胞数目还可能减少。延滞期有如下特点：（1）生长的速率常数为零。（2）细胞的体积增大，DNA、含量增多为分裂做准备。（3）合成代谢旺盛，核糖体、酶类和ATP的合成加快，易产生诱导酶。（4）对不良环境敏感，例如pH、NaCl溶液浓度、温度和抗生素等化学物质。
发酵工业中常常要采取措施缩短延滞期，其方法主要有： （1）以对数期的菌体作种子菌， （2）适当增大接种量，生产上接种量的多少是影响延滞期的一个重要因素 ，接种量大，延滞期短，接种量小，则延滞期长。一般采用3~8%的接种量，最高不超过1/10。
（3）培养基的成分 为了缩短培养基的营养成分差异，常常在种子培养基中加入生产培养基的某些营养成分，即是种子培养基尽量接近发酵培养基。
（二）对数期（logarithmic phase）
又叫指数期，指在生长曲线中，紧接着延滞期后的一段时期。此时菌体细胞生长的速率常数R最大，分裂快，细胞每分裂繁殖一次的增代时间（即代时，generation time）短，细胞进行平衡生长，菌体内酶系活跃，代谢旺盛，菌体数目以几何级数增加，细胞以惊人的
速度产生，群体的形态与生理特征最一致，抗不良环境的能力强。
在对数期中，以下三个参数尤为重要。
(1) 繁殖代数（n）由生长曲线图可以得出。P134
47
(2) 生长速率常数（R）如前所述生长速率常数的定义的可知 。 (3) 代时（G） 如前所述平均代时的定义可知。
影响微生物对数期增代时间的因素较多，主要有： （1）菌种 ：不同微生物代时差别大，即使是同一菌种，由于培养基成分和物理条件（如培养温度、培养基的pH和营养物质的性质）的不同，其对数期的代时也不同。但是，在一定条件下，各种菌的代时是相对稳定的，多数为20~30分钟，有的长达33小时，快的只有9.8分钟左右。如表4- 不同细菌的代时。
（2 营养成分 同种细菌，营养丰富的培养基，其代时就短，反之则长。 （3）培养温度 ：温度是影响微生物生长速率的重要物理因素。 在微生物的最适生长温度范围时，代时就短。
(三) 稳定期 （stationary phase）
一个单细胞重量约为1×10－12g,显然，在指数生长延长到48小时之前，一定有一些物质限制了群体细胞生长，因此进入稳定期。稳定期又叫最高生长期或恒定期。处于稳定期的微生物其特点是新繁殖的细胞数与衰亡细胞数几乎相等，细胞数目没有净增加或净减少，即是正生长与负生长达动态平衡，此时生长速度逐渐趋向于零。
出现稳定期的原因主要有：
（1）营养物质耗尽，营养物质的比例失调，例如C/N比值不合适等； （2）酸、醇、毒素或过氧化氢等有害代谢产物的累积； （3）pH、氧化还原势等环境条件越来越不适宜等。 在稳定期虽然没有出现生长，但许多细胞功能包括能量代谢和某些生化合成过程都仍然在继续，稳定期的微生物，在数量上达到了最高水平，产物的积累也达到了高峰，这时，菌体的总产量与所消耗的营养物质之间存在着一定关系。此外，由于对稳定期到来的原因进行研究，促进了连续培养技术的产生和研究。生产上常常通过补料、调节温度和pH等措施，延长稳定期，以积累更多的代谢产物。
（四）衰亡期（decline phase或 death phase）
如果群体细胞达到稳定期后仍继续培养，这些细胞或许仍能维持生命和继续进行代谢，但它们也可能死亡。如果出现死亡，就认为群体细胞处于衰亡期。稳定期后，微生物死亡率逐渐增加，以致死亡数大大超过新生数，群体中活菌数目急剧下降，出现了“负生长”（R为负值），此阶段叫衰亡期。这时，细胞形态多样，例如产生很多膨大、不规则的退化形态；有的细胞内多液泡，革兰氏染色反应为阳性的变成阴性；有的微生物因蛋白水解酶活力的增强发生自溶（autolysis）；有的微生物在这时产生抗生素等次生代谢产物；对于芽孢杆菌，芽孢释放往往也发生在这一时期。
※ 酵母菌和霉菌的生长曲线
酵母菌的生长曲线：与单细胞微生物基本相似。
丝状真菌的生长曲线：在液体或深层培养中，以菌丝干重作为衡量的指标，菌丝的生长过程分为3个阶段：生长停滞期、迅速生长期、衰亡期，6个时期，即停滞期、指数期、线性期、减速期、稳定期、衰亡期。
（2）微生物的连续培养
在分批培养的指数前期，培养条件或许可以维持相对稳定，但在后期，当细胞数目变得非常大的时候，培养基的化学组成一般会发生巨大的变化。对许多研究来说，都希望能长时
48
间地保持培养物处于一种稳定的环境中，这就可以通过使用连续培养而获得。连续培养( continuous culture )又叫开放培养( open culture )，是相对分批培养( batch culture )或密闭培养( closed culture )而言的。
连续培养是在研究典型生长曲线的基础上，认识到了稳定期到来的原因，采取在培养器中不断补充新鲜营养物质，另一方面，及时不断地以同样速度排出培养物（包括菌体和代谢产物）。这样，培养物就可达动态平衡，其中的微生物可长期保持在对数期的平衡生长状态和稳定的生长速率上。
连续培养的方法主要有两类：
①恒浊法 其原理是根据培养器内微生物的生长密度，用光电控制系统（浊度计）来检测培养液的浊度（即菌液浓度），并控制培养液的流速，从而获得菌体密度高、生长速度恒定的微生物细胞的连续培养液。在恒浊器中的微生物，始终能以最高生长速率进行生长，并可在允许范围内控制不同的菌体密度。
② 恒化法 恒化法是使培养液流速保持不变，使微生物始终在低于最高生长速率条件下进行生长繁殖的一种连续培养方法。常常通过控制某一种营养物的浓度，使其成为限制性的因子，而其他营养物均为过量，这样，细菌的生长速率将取决于限制性因子的浓度。随着细菌的生长，菌体的密度会随时间的增长而增高，而限制性生长因子的浓度又会随时间的增长而降低，两者互相作用的结果，出现微生物的生长速率正好与恒速加入的新鲜培养基流速相平衡。
连续培养如用于发酵工业中，就称为连续发酵（continuous fermentation）。连续发酵与分批发酵相比有许多优点： （1）自控性，便于利用各种仪表进行自动控制；（2）高效，它使装料、灭菌、出料、清洗发酵罐等工艺简化了，缩短了生产时间和提高了设备的利用效率；（3）产品质量较稳定；（4）节约了大量动力、人力、水和蒸汽，使水、汽、电的负荷减少。
不足之处：（1）主要是菌种易于退化，使微生物长期处于高速繁殖的条件下，即使是自发突变率
很低，也难以避免变异的发生。（2）容易污染，在连续发酵中，要保持各种设备无渗漏，通气系统不出任何故障，是极其困难的。因此，“连续”是有时间限制的，一般可达数月至一年、两年。（3）连续培养中，营养物的利用率低于分批培养。
在发酵工业中，连续培养技术已广泛用于酵母单细胞蛋白的生产，乙醇、乳酸、丙酮和丁醇等发酵，以及用假丝酵母（Candida spp.）进行石油脱蜡或是污水处理中。
由于细胞的生长差异，同步生长常常只能维持2-3代，之后又逐渐转变为非同步生长。
（3）同步生长
在分批培养中，细菌群体以一定速率生长，但所有细胞并非同时进行分裂，即是培养中的细胞不处于同一生长阶段，它们的生理状态和代谢活动也不完全一样。要研究每个细胞所发生的变化是很困难的。为了解决这一问题，就必须设法使微生物群体处于同一发育阶段，使群体和个体行为变得一致，所有的细胞都能同时分裂，因而发展了单细胞的同步培养（synchronous culture）技术。
获得细菌同步生长的方法主要有两类： ①调整生理条件诱导同步性：主要是通过控制环境条件如温度、光线和处于稳定期的培养物添加新鲜培养基等来诱导同步；
②机械法（又称选择法），一般可用过滤分离法或梯度离心法来达到。在这两种方法中，由于诱导法可能导致与正常细胞循环周期不同的周期变化，所以不及选择法好，这在生理学
49
研究中尤其明显。离心方法
第二节 影响微生物生长的因素
影响微生物生长的外界因素很多，其一是前面讨论过的营养物质，其二是许多物理、化学因素。当环境条件的改变，在一定限度内，可引起微生物形态、生理、生长、繁殖等特征的改变；当环境条件的变化超过一定极限时，则导致微生物的死亡。研究环境条件与微生物之间的相互关系，有助于了解微生物在自然界的分布与作用，也可指导人们在食品加工中有效地控制微生物的生命活动，保证食品的安全性，延长食品的货架期。无论是在自然界中，生物体之间存在相互作用，还是在实验室中纯培养的微生物之间的相互作用，环境因素都能在很大程度上影响它们的生长和代谢产物的能力，这里重点讨论其中最主要的温度、pH、水的有效利用率和氧气等几大因素。
生长繁殖，积累发酵产物 环境 微生物 生长抑制、变异、死亡 食品质量控制 消毒——是指杀死或消除所有病原微生物的措施，可达到防止传染病传播。 防腐——指利用某些理化因子，使物体内外的微生物暂时处于不生长繁殖但又未死亡的方法。常用低温、干燥、盐腌、糖渍等方法，或加化学防腐剂于食品中防止食品腐败、变质。
灭菌——是指利用一切物理或化学因子，使存在于物体内所有活的微生物，永久性地丧失其生活力，包括最耐热的细菌芽孢，是一种彻底杀菌措施。
商业灭菌——又叫杀菌，是从商品的需要出发对食品进行的灭菌，它是指食品经过杀菌处理后按照一定的检验方法检不出活的微生物或仅能检出极少数非病原微生物，而且它们在一定的保存期内不致
引起食品变质腐败。 死亡——对事物来说是不可逆的丧失了生长繁殖能力。
1 物理因素对微生物生长的影响
一、温度
温度是影响微生物生长繁殖最重要的因素之一。在一定温度范围内，机体的代谢活动与生长繁殖随着温度的上升而增加，当温度上升到一定程度，开始对机体产生不利的影响，如再继续升高，则细胞功能急剧下降以至死亡。
与其他生物一样，任何微生物的生长温度尽管有高有低，但总有最低生长温度、最适生长温度和最高生长温度这三个重要指标，这就是生长温度的三个基本点。如果将微生物作为一个整体来看，它的温度三基点是极其宽的，由以下可看出：
最低生长温度（一般为–5 ~–10℃，极端为–30℃） 嗜冷菌 (15~30 ℃) 生长温度三基点 最适生长温度 嗜中温菌 (20~45℃ ) 嗜热菌 ( 55~65℃)
最高生长温度（一般为80~95℃，极端为105~300℃）
就总体而言，微生物生长的温度范围较广，已知的微生物在零下12~100℃均可生长。而每一种微生物只能在一定的温度范围内生长。（图６－８）
当环境温度超过微生物生长的最高温度、或环境温度低于微生物生长的最低温度都会对微生物产生杀灭作用或抑制作用
50
百度搜索“yundocx”或“云文档网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，云文档网，提供经典综合文库食品微生物PPT文字档(西南大学专业课)在线全文阅读。
最新更新：
