微生物學筆記(武漢大學-沈萍版)
第一章
1. 巴斯德的工作
(1) 發現并證實發酵是由微生物引起的 (2) 徹底否定了“自然發生”學說
(3) 免疫學——預防接種 (4) 其他貢獻：巴斯德消毒法等
2. 柯赫的工作
(1) 微生物學基本操作技術方面的貢獻
a） 細菌純培養方法的建立 b） 配制培養基
c） 流動蒸汽滅菌 d） 染色觀察和顯微攝影
（2） 對病原細菌的研究作出了突出的貢獻：
a） 具體證實了炭疽病菌是炭疽病的病原菌。 b） 發現了肺結核病的病原菌
c） 證明某種微生物是否為某種疾病病原體的基本原則——柯赫原則
1 在每一病例中都出現這種微生物； 2 要從寄主分離出這樣的微生物并在培養基中培養出來；
3用這種微生物的純培養接種健康而敏感的寄主，同樣的疾病會重復發生；
4 從試驗發病的寄主中能再度分離培養出這種微生物來。
微生物的類群及特點：個體小、結構簡、胃口大、食譜廣、繁殖快、易培養、數量大、分布廣、種類多、級界寬、變異易、抗性強、休眠長、起源早、發現晚、。
第三章
特殊細胞壁的細菌：某些分枝桿菌和諾卡氏菌的細胞壁主要由一類被稱為霉菌酸
（Mycolic acid）的枝鏈羥基脂質組成，后者被認為與這些細菌感染能力有關。
由磷脂分子形成的雙分子膜中加入甾醇類物質可以提高膜的穩定性：
真核生物細胞膜中一般含有膽固醇等甾醇，含量為5%-25%。
原核生物與真核生物的最大區別就是其細胞膜中一般不含膽固醇，而是含有hopanoid（藿烷類化合物 ）。
硫粒：很多化能自養菌在進行產能代謝或生物合成時，常涉及對還原性的硫化物如H2S，硫代硫酸鹽等的氧化。
在環境中還原性硫素豐富時，常在細胞內以折光性很強的硫粒的形式積累硫元素。當環境中環境中還原性硫缺乏時，可被細菌重新利用。
微生物儲藏物的特點及生理功能：
1） 不同微生物其儲藏性內含物不同。例如厭氣性梭狀芽孢桿菌只含PHB，大腸桿菌只儲藏糖原，但有些光合細菌二者兼有。
2） 微生物合理利用營養物質的一種調節方式。當環境中缺乏能源而碳源豐富時，細胞內就儲藏較多的碳源類內含物，甚至達到細胞干重的50%，如果把這樣的細胞移入有氮的培養基時，這些儲藏物將被作為碳源和能源而用于合成反應。
3） 儲藏物以多聚體的形式存在，有利于維持細胞內環境的平衡，避免不適合的pH，滲透壓等的危害。例如羥基丁酸分子呈酸性，而當其聚合成聚-β-羥丁酸（
PHB）就成為中性脂肪酸了，這樣便能維持細胞內中性環境，避免菌體內酸性增高。
4） 儲藏物在細菌細胞中大量積累，是重要的自然資源。
氣泡的膜只含蛋白質而無磷脂。二種蛋白質相互交連，形成一個堅硬的結構，可耐受一定的壓力。膜的外表面親水，而內側絕對疏水，故氣泡只能透氣而不能透過水和溶質。
細菌芽孢的特點：
整個生物界中抗逆性最強的生命體，是否能消滅芽孢是衡量各種消毒滅菌手段的最重要的指標。
芽孢是細菌的休眠體，在適宜的條件下可以重新轉變成為營養態細胞；產芽孢細菌的保藏多用其芽孢。
芽孢的有無、形態、大小和著生位置是細菌分類和鑒定中的重要指標。
芽孢與營養細胞相比化學組成存在較大差異，容易在光學顯微鏡下觀察。（相差顯微鏡直接觀察；芽孢染色）
細菌糖被的特點
（1）主要成分是多糖、多肽或蛋白質，尤以多糖居多。經特殊的莢膜染色，特別是負染色（又稱背景染色）后可在光學顯微鏡清楚地觀察到它的存在。
（2）產生糖被是微生物的一種遺傳特性，其菌落特征及血清學反應是是細菌分類鑒定的指標之一。
（3）莢膜等并非細胞生活的必要結構，但它對細菌在環境中的生存有利。（詳見P 57-58）
（4）細菌糖被與人類的科學研究和生產實踐有密切的關系。（詳見P58）
細菌的趨避運動：鞭毛的功能是運動，這是原核生物實現其趨性（taxis）即趨向性的最有效方式。（參見P60）
化學趨避運動或趨化作用（chemotaxis）：細菌對某化學物質敏感，通過運動聚集于該物質的高濃度區域或低濃度區域。
光趨避運動或趨光性（phototaxis）：有的細菌能區別不同波長的光而集中在一定波長光區內。
趨磁運動或趨磁性（magnetotaxis），趨磁細菌根據磁場方向進行分布。
放線菌的形態與結構
t單細胞，大多由分枝發達的菌絲組成；
t菌絲直徑與桿菌類似，約1mm；t細胞壁組成與細菌類似，革蘭氏染色陽性（少數陰性）；
t細胞的結構與細菌基本相同，
按形態和功能可分為營養菌絲、氣生菌絲和孢子絲三種。
1、養菌絲：匍匐生長于培養基內，吸收營養，也稱基內菌絲。
2、氣生菌絲：營養菌絲發育到一定階段，伸向空間形成氣生菌絲，
3、孢子絲：氣生菌絲發育到一定階段，其上可分化出形成孢子的菌絲，即孢子絲，又稱產孢絲或繁殖菌絲。其形狀和排列方式因種而異，常被作為對放線菌進行分類的依據。
立克次氏體：
1）某些性質與病毒相近
a 、專性活細胞寄生物，除五日熱（戰壕熱）立克次氏體（Rickettsia wolhynica）外均不能在人工培養基上生長繁殖。這是因為它們體內酶系不完全，一些必需的養料需從宿主細胞獲得；細胞膜比一般細菌的膜疏松，營養物質較易通過，細胞內物質也容易漏出。這種可透性膜，一方面使它們有可能容易從宿主細胞獲得大分子物質，另一方面也決定了它們一旦離開宿主細胞則易死亡）
b、大小介于病毒與一般細菌之間，除伯氏立克次氏體（Rickettsia burneti）外，均不能通過細菌過濾器（球狀體：0.2-0.5
mm；桿狀體：0.3-0.5 x 0.3-2 mm；）
2）由于長期適應的結果，立克次氏體形成了一種必須從一種宿主傳至另一宿主的特殊生活方式，它們幾乎都有自己的天然動物宿主，主要以節肢動物（虱、蜱、螨等）為媒介，寄生在它們的消化道表皮細胞中，然后通過節肢動物叮咬和排泄物傳播給人和其他動物。有的立克次氏體能引起人類的流行性斑疹傷寒、恙蟲熱、Q熱等嚴重疾病，而且立克次氏體大多是人獸共患病原體。對熱、干燥、光照、脫水及普通化學試劑的抗性均差，離開宿主僅能存活數小時至數日，但如隨節肢動物糞便排出，在空氣中自然干燥后，其抗性變得相當強。有的可在室溫下保持毒力二年左右。
支原體：
1）無細胞壁，只有細胞膜，細胞形態多變；
2）個體很小，能通過細菌過濾器，曾被認為是最小的可獨立生活的細胞型生物。
3）可進行人工培養，但營養要求苛刻，菌落微小，呈典型的“油煎荷包蛋”；
4）一些支原體能引起人類、牲畜、家禽和作物的病害疾病，如肺炎支原體；
5） 應用活組織細胞培養病毒或體外組織細胞培養時，常被支原體污染。
衣原體：
1）細胞結構與細菌類似；具有類似的細胞壁，細胞壁內也含有胞壁酸、二氨基庚二酸等。核糖體也是由30S和50S二個亞基組成。
2）細胞呈球形或橢圓形，直徑為0.2-0.3 mm，能通過細菌濾器；
3）專性活細胞內寄生；衣原體有一定的代謝活性，能進行有限的大分子合成，但缺乏產生能量的系統，必須依賴宿主獲得ATP，因此又被稱為“能量寄生型生物”
4）在宿主細胞內生長繁殖具有獨特的生活周期，即存在原體和始體兩種形態。具有感染性的原體通過胞飲作用進入宿主細胞，被宿主細胞膜包圍形成空泡，原體逐漸增大成為始體。始體無感染性，但能在空泡中以二分裂方式反復繁殖，形成大量新的原體，積聚于細胞質內成為各種形狀的包涵體（inclusion
body），宿主細胞破裂，釋放出的原體則感染新的細胞。
5）衣原體廣泛寄生于人類、哺乳動物及鳥類，少數致病，如沙眼衣原體是人類砂眼的病原體，甚至引起結膜炎、角膜炎、角膜血管翳等臨床癥狀，成為致盲的重要原因。1956年，我國微生物學家湯飛凡等應用雞胚卵黃囊接種法，在國際上首先成功地分離培養出沙眼衣原體。現衣原體可用多種細胞培養。
6） 衣原體不耐熱，60度10分鐘即被滅活，但它不怕低溫，冷凍干燥可保藏多年。對紅霉素、氯霉素、四環素敏感。
粘細菌生活史：
1、營養細胞：桿狀、柔軟、缺乏堅硬的細胞壁，無鞭毛，產生粘液，可在固體表面作“滑行”運動，以分類方式進行繁殖。
2、子實體：營養細胞發育到一定階段，在適宜的條件下彼此向對方移動，在一定位置聚集成團，形成形態各異，肉眼可見的子實體。單個子實體中可能含有109個或更多由某些營養細胞轉變而成的休眠結構，稱為拈孢子（mycospore）。能形成子實體是粘細菌區別于其它原核微生物的最主要標志。而在營養生長階段如果有足夠的養料就不形成子實體，當營養耗盡時，營養細胞群就開始形成子實體。子實體干燥后，可借助風力、水力等到處傳播，遇到適宜的環境又萌發成為營養細胞。
蛭弧菌特性：
1、鞭毛多為偏端單生；
2、生活方式多樣：寄生、兼性寄生，極少數腐生。一般認為后者為突變株；
3、可能成為防治有害細菌的一種有力武器。
藍細菌特性：
1）分布極廣；
2）形態差異極大；有球狀、桿狀和絲狀體，個體直徑一般為3-10 mm，有的可達60 mm。當許多個體聚集在一起，可形成肉眼可見的、很大的群體。若繁茂生長，可使水的顏色隨菌體顏色而變化。
3）細胞中含有葉綠素a，進行產氧型光合作用。它被認為是地球上生命進化過程中第一個產氧的光合生物，對地球上從無氧到有氧的轉變、真核生物的進化起著里程碑式的作用。
4）具有原核生物的典型細胞結構：細胞核無核膜，也不進行有絲分裂，細胞壁含胞壁酸和二氨基庚二酸，革蘭氏染色陰性。
5）營養極為簡單，不需要維生素，以硝酸鹽或氨作為氮源，多數能固氮，其異形細胞（heterocyst）是進行固氮的場所。
6）分泌粘液層、莢膜或形成鞘衣，因此具有強的抗干旱能力。
7）無鞭毛，但能在固體表面滑行，進行光趨避運動。
8）許多種類細胞質中有氣泡，使菌體漂浮，保持在光線最充足的地方，以利光合作用。
古生菌：
1977年，Carl Woese以16S rRNA序列比較為依據，提出的獨立于真細菌和真核生物之外的生命的第三種形式。在分類地位上與真細菌和真核生物并列為三域（Domain），并且在進化譜系上更接近真核生物。在細胞構造上與真細菌較為接近，同屬原核生物。
多生活于一些生存條件十分惡劣的極端環境中，例如高溫、高鹽、高酸等。
真菌：一類低等真核生物
1、具有細胞核，進行有絲分裂； 2、細胞質中含有線粒體但沒有葉綠體，不進行光合作用，無根、莖、葉的分化；
3、以產生有性孢子和無性孢子二種形式進行繁殖； 4、營養方式為化能有機營養（異養）、好氧；
5、不運動（僅少數種類的游動孢子有1-2根鞭毛）； 6、種類繁多，形態各異、大小懸殊，細胞結構多樣；
霉菌：
“絲狀真菌”的統稱，不是分類學上的名詞。霉菌菌體均由分枝或不分枝的菌絲（hypha）構成。許多菌絲交織在一起，稱為菌絲體（mycelium）。
霉菌在自然界分布極廣，土壤、水域、空氣、動植物體內外均有它們的蹤跡。常在潮濕的氣候下大量生長繁殖，長出肉眼可見的絲狀、絨狀或蛛網狀的菌絲體，有較強的陸生（可能因為好氧，在液體中生活不好）。它們同人類的生產、生活關系密切，是人類實踐活動中最早認識和利用的一類微生物。
食物、工農業制品的霉變（據統計全世界平均每年由于霉變而不能食（飼）用的谷物約占2%，這是一筆相當驚人的經濟損失。
有用物品的生產（如風味食品、酒精、抗生素（青霉素、灰黃霉素）、有機酸（檸檬酸、葡萄糖酸、延胡索酸等）、酶制劑（淀粉酶、果膠酶、纖維素酶等）、維生素、甾體激素等。在農業上用于飼料發酵、植物生長刺激素（赤霉素）、殺蟲農藥（白僵菌劑）等）
引起動植物疾病，可引起約3萬種植物病害，是植物傳染性病害的主要病原微生物，例如，我國在1950年發生的麥銹病和1974年發生的稻瘟病，使小麥和水稻分別減產了60億公斤；
霉菌可引起多種人及動物的皮膚疾病及其他一些深層病變，如既可侵害皮膚、粘膜，又可侵害肌肉、骨骼、內臟，如可引起肺炎，此外，一些被霉菌感染的食品也可使人得病，如大米、花生中黃曲霉素、黃米毒素等均可引起動物致癌）
腐生型霉菌在自然界物質轉化中也有十分重要的作用；
菌絲的特化：
1） 菌環：菌絲交織成套狀 2） 菌網：菌絲交織成網狀
捕蟲菌目（Zoopagales）這是在長期的自然進化中形成的特化結構，主要功能是用于吸收營養物質。這些生長在土壤中真菌是捕食者，形成的特異菌絲構成巧妙的網，可以捕捉小型原生動物或無脊椎動物，捕獲物死后，菌絲伸入體內吸收營養。
3）附枝：匍匐菌絲、假根（類似樹根，吸收營養），功能是固著和吸收營養，例如根霉（Rhizopus）匍匐枝和基質接觸處分化出來的根狀結構。
4）附著枝：若干寄生真菌由菌絲細胞生出1-2個細胞的短枝，以將菌絲附著于宿主上，這種特殊的結構即附著枝。
5）吸器：一些專性寄生真菌從菌絲上分化出來的旁枝，侵入細胞內分化成指狀、球狀或絲狀，用以吸收細胞內的營養。為吸收菌絲，進入藻類或植物細胞，二者共生。
6）附著胞，許多植物寄生真菌在其芽管或老菌絲頂端發生膨大，并分泌粘性物，借以牢固地粘附在宿主的表面，這一結構就是附著胞，附著胞上再形成纖細的針狀感染菌絲，以侵入宿主的角質層而吸取營養。
7）菌核：是一種休眠的菌絲組織。由菌絲密集地交織在一起，其外層教堅硬、色深，內層疏松，大多呈白色。有些寄生性真菌與宿主共同形成假菌核。例如冬蟲夏草：
8）子座：菌絲交織成墊狀、殼狀等，在子座外或內可形成繁殖器官。
霉菌菌落的特點：
由粗而長的分枝狀菌絲組成，菌落疏松，呈絨毛狀、絮狀或蜘蛛網狀，比細菌菌落大幾倍到幾十倍，有的沒有固定大小。各種霉菌，在一定培養基上形成的菌落大小、形狀、顏色等相
對穩定，所以菌落特征也為分類依據之一。
霉菌的繁殖方式：
1）無性孢子繁殖
不經兩性細胞配合，只是營養細胞的分裂或營養菌絲的分化（切割）而形成新個體的過程。
無性孢子有：厚垣孢子、節孢子、分生孢子、孢囊孢子等。
2）有性孢子繁殖
兩個性細胞結合產生新個體的過程：
a）質配：兩個性細胞結合，細胞質融合，成為雙核細胞，每個核均含單倍染色體（n+n）。
b）核配：兩個核融合，成為二倍體接合子核，此時核的染色體數是二倍（2n）。
c）減數分裂：具有雙倍體的細胞核經過減數分裂，核中的染色體數目又恢復到單倍體狀態。
霉菌有性孢子繁殖的特點：
a）不如無性繁殖那么經常與普遍，在自然條件下較多，在一般
培養基上不常見。
b）方式因菌種不同而異，有的兩條營養菌絲就可以直接結合，
有的則由特殊的性細胞（性器官）相互交配，形成有性孢子。
c）核配后一般立即進行減數分裂，因此菌體染色體數目為單倍，
雙倍體只限于接合子。
d）霉菌的有性繁殖存在同宗配合和異宗配合兩種情況。
e）霉菌的有性孢子包括接合孢子、卵孢子、子囊孢子等。
霉菌的生活史：
無性繁殖階段；菌絲體（營養體）在適宜的條件下產生無性孢子，無性孢子萌發形成新的菌絲體，多次重復。
有性繁殖階段；在發育后期，在一定條件下，在菌絲體上分化出特殊性器官（細胞），質配、核配、減數分裂后形成單倍體孢子，再萌發形成新的菌絲體。
有一些霉菌，至盡尚未發現其生活史中有有性繁殖階段，這類真菌稱為半知菌。
霉菌孢子的特點：
霉菌具有極強的繁殖能力，可以通過無性繁殖或有性繁殖方式產生大量新個體。雖然其菌絲體上任一部分的菌絲碎片都能進行繁殖，但在正常自然條件下，它們還主要靠形形色色的無性或有性孢子進行繁殖。
霉菌的孢子具有小、輕、干、多以及形態色澤各異、休眠期長和抗逆性強等特點。但與細菌的芽孢卻有很大的差別。霉菌孢子形態常有球形、卵形、橢圓形、禮帽形、土星型、腎形、線形、鐮刀形等。每個個體所產生的孢子數量，經常是成千上萬的，有時竟然達到幾百億、幾千億，甚至更多。孢子的這些特點，都有助于真菌在自然界中隨機散播和繁殖。
對人類的實踐來說，孢子的這些特點有利于接種、擴大培養、菌種選育、保藏和鑒定等工作。對人類不利之處則是易于造成污染、霉變和易于傳播動植物的真菌疾病。
真菌孢子與細菌芽孢的比較
項目 霉菌孢子 細菌芽孢
大小 大 小
數目 一條菌絲或一個細胞產多個 1個細胞只產1個
形態 形態、色澤多樣 形態簡單
形成部位 可在細胞內或細胞外形成 只在細胞內形成
細胞核 真核 原核
功能 最重要的繁殖方式 不是繁殖方式，是抗性構造（休眠方式）
抗熱性 不強，在60-70℃下易殺死 極強，一般100℃數十分鐘才能殺死
產生菌 絕大多數種類可以產生 少數細菌可產生
酵母菌的菌落：與細菌菌落類似，但一般較細菌菌落大且厚，表面濕潤，粘稠，易被挑起，多為乳白色，少數呈紅色。
酵母菌的分布及與人類的關系：
1、多分布在含糖的偏酸性環境，也稱為“糖菌”。 2、重要的微生物資源；
3、重要的科研模式微生物； 4、有些酵母菌具有危害性；
酵母菌的繁殖及生活史：
1、無性繁殖
1）芽殖：主要的無性繁殖方式，成熟細胞長出一個小芽，到一定程度后脫離母體繼續長成新個體。
2）裂殖：少數酵母菌可以象細菌一樣借細胞橫割分裂而繁殖，例如裂殖酵母。
2、有性繁殖
酵母菌以形成子囊和子囊孢子的形式進行有性繁殖：
1）兩個性別不同的單倍體細胞靠近，相互接觸；
2）接觸處細胞壁消失，質配；
3）核配，形成二倍體核的接合子：
A、以二倍體方式進行營養細胞生長繁殖，獨立生活；
下次有性繁殖前進行減數分裂。
B、進行減數分裂，形成4個或8個子囊孢子，而原有的營養
細胞就成為子囊。子囊孢子萌發形成單倍體營養細胞。
3、生活史
酵母菌單倍體和雙倍體細胞均可獨立存在，有三種類型：
1）營養體只能以單倍體形式存在（核配后立即進行減數分裂）
2）營養體只能以雙倍體形式存在（核配后不立即進行減數分裂）
3）營養體既可以單倍體也可以雙倍體形式存在，都可進行出芽繁殖。
酵母菌中尚未發現其有性階段的被稱為假酵母
微生物的營養類型：
1． 光能無機自養型（光能自養型）能以CO2為主要唯一或主要碳源；進行光合作用獲取生長所需要的能量；
以無機物如H2、H2S、S等作為供氫體或電子供體，使CO2還原為細胞物質；
例如：藻類及藍細菌等和植物一樣，以水為電子供體（供氫體），進行產氧型的光合作用，合成細胞物質。紅硫細菌，以H2S為電子供體，產生細胞物質，并伴隨硫元素的產生。
2．光能有機異養型（光能異養型）
不能以CO2為主要或唯一的碳源；以有機物作為供氫體，利用光能將CO2還原為細胞物質；在生長時大多數需要外源的生長因子；
例如，紅螺菌屬中的一些細菌能利用異丙醇作為供氫體，將CO2 還原成細胞物質，同時積累丙酮。
3．化能無機自養型（化能自養型）
生長所需要的能量來自無機物氧化過程中放出的化學能；
以CO2或碳酸鹽作為唯一或主要碳源進行生長時，利用H2、H2S、Fe2+、NH3或NO2-等無機物作為電子供體使CO2還原成細胞物質。
4．化能有機異養型（化能異養型）
生長所需要的能量均來自有機物氧化過程中放出的化學能；
生長所需要的碳源主要是一些有機化合物，如淀粉、糖類、纖維素、有機酸等。
氧化還原電位：又稱氧化還原電勢（redox potential），是度量某氧化還原系統中
的還原劑釋放電子或氧化劑接受電子趨勢的一種指標，其單位是V（伏）或mV（毫伏）。
配制培養基時應盡量利用廉價且易于獲得的原料作為培養基成份,特別是在發酵工業中，以降低生產成本。
以粗代精：對微生物來說，各種粗原料營養更加完全，效果更好。而且在經濟上也節約。
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質的野生植物，可以部分取代糧食用于工業發酵的碳源。
以廢代好：以工農業生產中易污染環境的廢棄物作為培養微生物的原料。例如，在微生物單細胞蛋白的工業生產過程中,常常利用糖蜜(制糖工業中含有蔗糖的廢液)、乳清(乳制品工業中含有乳糖的廢液)、豆制品工業廢液及黑廢液(造紙工業中含有戊糖和己糖的亞硫酸紙漿)等都可作為培養基的原料。在再如,工業上的甲烷發酵主要利用廢水、廢渣作原料,而在我國農村，已推廣利用人畜糞便及禾草為原料發酵生產甲烷作為燃料。另外,大量的農副產品或制品，如麩皮、米糠、玉米漿、酵母浸膏、酒糟、豆餅、花生餅、蛋白胨等都是常用的發酵工業原料。
以簡代繁：生產上改進培養基成分時，一般都以“加”法居多，即設法使其營養越來越豐富、含量越來越高。這對微生物生長不一定都有利，有時可嘗試使用“減”法，幾用稀薄的培養基成分或成分較少的培養基來取代原有的培養基成分，以求取得更好的效果。
以烴代糧：以石油或天然氣副產品代替糖質原料來培養微生物。除了生產石油蛋白外，還可以將石油產品轉化成一些產值更高的高級醇、脂肪酸、環烷酸等化工產品和若干合成物，以及對石油產品的品質進行改良，如脫硫、脫蠟等。
以纖代糖：開發利用纖維素這種世界上含量最豐富的可再生資源。將大量的纖維素農副產品轉變為優質飼料、工業發酵原料、燃料及人類的食品及飲料。
以無機氮代蛋白質：即以大氣氮、銨鹽、硝酸鹽或尿素等一類非蛋白質或非氨基酸廉價原料用作發酵培養基的原料，讓微生物轉化成菌體蛋白質或含氮的發酵產物供人們利用。
第五章
燃燒與生物氧化的比較：
比較項目 燃燒 生物氧化
反應步驟 一步式快速反應 順序嚴格的系列反應
條件 激烈 由酶催化，條件溫和
產能形式 熱、光 大部分為ATP
能量利用率 低 高
生物氧化的形式包括某物質與氧結合、脫氫或脫電子三種；
生物氧化的功能則有產能（ATP）、產還原力[H]和產小分子中間代謝物三種；
呼吸作用與發酵作用的根本區別：電子載體不是將電子直接傳遞給底物降解的中間產物，而是交給電子傳遞系統，逐步釋放出能量后再交給最終電子受體。
能進行硝酸鹽呼吸（即能使硝酸鹽還原）的細菌被稱為硝酸鹽還原細菌，主要生活在土壤和水環境中，它們當中有假單胞菌、依氏螺菌、脫氮小球菌等。在土壤及水環境中，由于好氧性機體的呼吸作用，氧被消耗，造成局部的厭氧環境，這時如果環境中有硝酸鹽存在，硝酸鹽還原細菌就能通過厭氧呼吸進行生活，但如果在有氧條件下，這些菌則是通過有氧呼吸進行生活-----氧的存在可抑制位于細胞膜上的硝酸鹽還原酶的活性。這類菌通常也被作為兼性厭氧菌。
硝酸鹽還原菌的反硝化作用對農業生產及地球物質循環都具有重要意義：
1）反硝化作用可使土壤中植物能利用的氮（硝酸鹽NO3-）還原成氮氣而消失，從而降低了土壤的肥力，對農業生產不利。克服反硝化作用的有效方法之一是松土，保持土壤的疏松狀態，排除過多的水分，保證土壤中有良好的通氣條件（此時菌行有氧呼吸）
2）反硝化作用在氮素循環中也有重要作用。硝酸鹽是一種容易溶解于水的物質，通常通過水從土壤流入水域中。如果沒有反硝化作用，硝酸鹽將在水中積累，會導致水質變壞與地球上氮素循環的中斷。
厭氧呼吸的產能較有氧呼吸少，但比發酵多，它使微生物在沒有氧的情況下仍然可以通過電子傳遞和氧化磷酸化來產生ATP，因此對很多微生物是非常重要的。除氧以外的多種物質可被各種微生物用作最終電子受體，充分體現了微生物代謝類型的多樣性。
異養微生物和自養微生物在最初能源上盡管存在著巨大的差異，但它們生物氧化的本質卻是相同的，即都包括脫氫、遞氫和受氫三個階段，其間經過與磷酸化反應相偶連，就可以產生生命活動所需要的通用能源，ATP。但從具體類型看，自養微生物中的生物氧化與產能的類型很多、途徑復雜，有些化能自養菌的生物氧化與產能過程至今還了解很少。不論是化能無機營養型，還是光能無機營養型的微生物，在它們生命活動中最重要的反應就是把CO2先還原成[CH2O]水平的簡單有機物，然后再進一步合成復雜的細胞成分。這是一個大量耗能和耗還原力[H]的過程。在化能無機營養型微生物中，其所需能量ATP是通過還原態無機物經過生物氧化產生的，還原力[H]則一般是通過耗ATP的無機氫的逆呼吸鏈傳遞而產生的；
化能自養微生物以無機物作為能源，一般產能效率低，生長慢，但生態學角度看，它們所利用的能源物質是一般化能異養生物所不能利用的，因此它們與產能效率高、生長快的化能異養微生物之間并不存在生存競爭。
嗜鹽菌的細胞膜可分成紅色和紫色二部分，前者主要含細胞色素和黃素蛋白等用于氧化磷酸化的呼吸鏈載體，后者則十分特殊，在膜上呈斑片狀（直徑約0.5
?m）獨立分布，其總面積約占細胞膜的一半，這就是能進行獨特光合作用的紫膜。
含量占紫膜75%的是一種稱為細菌視紫紅質（bacteriorhodopsin）的蛋白質，它與人眼視網膜上的柱狀細胞中所含的一種蛋白質------視野紫紅質（rhodpsin）十分相似，二者都以紫色的視黃醛（retinal）作為輔基。
四種生理類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 無氧
光照 黑暗 光照 黑暗
光合細菌 – – + –
綠藻 + – – –
兼性厭氧菌（E. coli） + + + +
鹽生鹽桿菌 + + + –
目前認為，細菌視紫紅質與葉綠素相似，在光量子的驅動下，具有質子泵的作用，產生質子的跨膜運輸而形成ATP。嗜鹽菌只有在環境中氧濃度很低和有光照的條件下才能合成紫膜。這時，通過正常的氧化磷酸化已無法滿足其能量需要，轉而由紫膜的光合磷酸化來提供。
通過紫膜的光能轉化而建立的質子梯度除了可驅動ATP的合成外，還可為嗜鹽菌在高鹽環境中建立跨膜的鈉離子電化學梯度，并由此完成一系列的生理生化功能。
嗜鹽菌紫膜光合磷酸化的發現，使經典的葉綠素和細菌葉綠素（菌綠素）所進行的光合磷酸化之外又增添了一種新的光合作用類型。紫膜的光合磷酸化是迄今為止所發現的最簡單的光合磷酸化反應，這是研究化學滲透作用的一個很好的研究模型。
第六章
采用培養平板計數法要求操作熟練、準確，否則難以得到正確的結果：
1）樣品充分混勻；
2）每支移液管及涂布棒只能接觸一個稀釋度的菌液；
3）同一稀釋度三個以上重復,取平均值；
4）每個平板上的菌落數目合適，便于準確計數；
一個菌落可能是多個細胞一起形成，所以在科研中一般用菌落形成單位（colony forming units， CFU）來表示，而不是直接表示為細胞數。
The most probable number method（液體稀釋法）
1）未知樣品進行十倍稀釋； 2）取三個連續的稀釋度平行接種多支試管并培養；
3）長菌的為陽性，未長菌的為陰性； 4）查表推算出樣品中的微生物數目（統計學原理）；
遲緩期的特點：
1）細胞形態變大或增長，例如巨大芽孢桿菌，在遲緩期末，細胞的平均長度比剛接種時長6倍。一般來說處于遲緩期的細菌細胞體積最大；
2）細胞內RNA，尤其是rRNA含量增高，合成代謝活躍，核糖體、酶類和ATP的合成加快，易產生誘導酶。
3） 對外界不良條件反應敏感。
以上特征說明細胞處于活躍生長中，只是分裂遲緩。在此階段后期，少數細胞開始分裂，曲線略有上升。
對數期到穩定期的轉變是細胞重要的分化調節階段：
1）開始儲存糖原等內含物；
2）形成芽孢或建立自然感受態（芽孢桿菌）；
3）發酵過程積累代謝產物的重要階段；某些放線菌抗生素的大量形成也在此時期
衰亡期特點：
1）細菌代謝活性降低； 2）細菌衰老并出現自溶； 3）產生或釋放出一些產物；如氨基酸、轉化酶、外肽酶或抗生素等。
4）菌體細胞呈現多種形態，有時產生畸形，細胞大小懸殊；有些革蘭氏染色反應陽性菌此時會變成陰性反應
恒濁連續發酵與單批發酵相比的優點：
1） 縮短發酵周期，提高設備利用率； 2） 便于自動控制；
3） 降低動力消耗及體力勞動強度； 4） 產品質量較穩定；
磺胺是葉酸組成部分對氨基苯甲酸的結構類似物
磺胺的抑菌作用是因為很多細菌需要自己合成葉酸而生長。
磺胺對人體細胞無毒性，因為人缺乏從對氨基苯甲酸合成葉酸的相關酶----二氫葉酸合成酶，不能用外界提供的對氨基苯甲酸自行合成葉酸，而必須直接利用葉酸為生長因子進行生長。
青霉素b-內酰胺環結構與D-丙氨酸末端結構相似，從而能占據D-丙氨酸的位置與轉肽酶結合，并將酶滅活，肽鏈之間無法彼此連接，抑制了細胞壁的合成。
濕熱比干熱滅菌更好：1）更易于傳遞熱量；2）更易破壞保持蛋白質穩定性的氫鍵等結構；
濕熱對一般營養體和孢子的殺滅條件：
1） 多數細菌和真菌的營養細胞：在60℃左右處理5-10分鐘；2）酵母菌和真菌的孢子：用80℃以上溫度處理；
2） 3）細菌的芽孢：121℃處理15分鐘以上
第七章
1939年，Max Delbruck & Emory Ellis對噬菌體（E. coli / bacteriopage）生長特征的測定：
1、用噬菌體的稀釋液感染高濃度的宿主細胞；2、數分鐘后，加入抗噬菌體的抗血清（中和未吸附的噬菌體）；
3、將上述混合物大量稀釋，終止抗血清的作用和防止新釋放的噬菌體感染其它細胞；4、保溫培養并定期檢測培養物中的噬菌體效價（對噬菌體含量進行計數）；5、以感染時間為橫坐標，病毒的感染效價為縱坐標，繪制出病毒特征性的繁殖曲線；
有尾噬菌體：注射方式將噬菌體核酸注入細胞
1）通過尾部刺突固著于細胞；2）尾部的酶水解細胞壁的肽聚糖，使細胞壁產生小孔；
3）尾鞘收縮，核酸通過中空的尾管壓入胞內，蛋白質外殼留在胞外；
λ噬菌體的的溶源性反應：
1）早期基因表達，產生gpcII，gpcro及gpcIII，后者可防止宿主的裂解酶對gpcII的降解。
2）gpcII的積累促使阻遏蛋白cI的表達
3）阻遏蛋白cI的積累導致噬菌體基因轉錄的終止，形成原噬菌體。
3） 早期表達的gpcro與cI的競爭最終確定λ噬菌體是進入溶源狀態，還是進入裂解循環。
4） （ gpcro表達得早，但與基因組的結合能力較cI弱）
5）阻遏蛋白cI的同樣可以抑制其它新侵入的λ噬菌體的表達，從而使溶源性細菌具有“免疫性”
6）阻遏蛋白cI在一般情況下通過自身的轉錄激活保持低水平的表達，但有時種種原因轉錄水平下降，會偶爾導致溶源性噬菌體進入裂解循環（10-5~10
- 2）。
7）外界因素如紫外線可引起宿主的染色體的破壞，宿主產生應急反應合成具有DNA重組活性的RecA蛋白，導致cI的被降解，噬菌體進入裂解循環。
8）誘發裂解是檢查是否存在溶原性細菌的有效方法
第八章
遺傳型：是指生物所攜帶的全部遺傳因子及基因，是遺傳的物質基礎；
表型（表現型）：具有一定遺傳型的個體，在特定環境條件下通過生長發育所表現出來的形態等生物學特征的總和。
表型飾變：同樣遺傳型的生物，在不同的外界條件下，會呈現不同的表型，但這種表型的差異只與環境有關，表現為暫時性和不可遺傳性，并且表現為全部個體的行為！
遺傳型變異（基因變異、基因突變）：由于環境因素等的影響，導致遺傳物質改變，導致生物特性改變，與表型的飾變相比，這種變異是可以遺傳的，而由于遺傳物質的變異的頻率一般很低，所以這種變異也常常表現為群體中極少數個體的行為（突變頻率通常10-6-10-9）。
基因組（genome）一個物種的單倍體的所有染色體及其所包含的遺傳信息的總稱。
微生物基因組結構的特點：
1、原核生物（細菌、古生菌）的基因組
1）雙鏈環狀的DNA分子（單倍體），2）基因組上遺傳信息具有連續性，大腸桿菌和其它原核生物中基因數基本接近由它的基因組大小所估計的基因數；一般不含內含子，遺傳信息是連續的而不是中斷的。3）功能相關的結構基因組成操縱子結構
操縱子（operon）：功能相關的幾個基因前后相連，再加上一個共同的調節基因和一組共同的控制位點（啟動子、操作子等）在基因轉錄時協同動作。4）結構基因的單拷貝及rRNA基因的多拷貝，5）.基因組的重復序列少而短；
古生菌的基因組在結構上類似于細菌。但是信息傳遞系統(復制、轉錄和翻譯)則與細菌不同而類似于真核生物。具體內容在微生物遺傳學中學習
2、真核微生物（啤酒酵母）的基因組
1）典型的染色體結構
該基因大小為13.5×106bp，分布在16條染色體中。
象所有其它的真核細胞一樣，酵母菌的DNA也是與四種主要的組蛋白(H2A、H2B、H3和H4)結合構成染色質(chromatin)的14bp核小體核心DNA；
染色體DNA上有著絲粒(centromere)和端粒(telomere)，
2）沒有明顯的操縱子結構，
3）有間隔區（即非編碼區）和內含子序列。
而原核生物中非編碼區或內含子均非常少，而人類基因組測序后發現了大量的非編碼區，被稱為基因組上的荒漠，估計只有5-10%用于編碼基因。
4）重復序列多
質粒的檢測：
a） 提取所有胞內DNA后電鏡觀察；
b） 根據質粒的分子大小和結構特征，通過超速離心或瓊脂糖凝膠電泳可將質粒與染色體DNA分開
c） 對于常用菌，可用質粒所帶的某些特點，如抗藥性初步判斷。（一般將菌點在相應的抗性平板上，若抗性還在，證明質粒可能還在，否則則可能質粒已經丟失，在實驗中經常采用這種方法對含質粒的菌株進行初步檢測）
d）但這種方法并不保險，因為質粒可能會整和到染色體上，或者細菌由于某種突變而產生抗藥性等。
產細菌素的質粒（Bacteriocin production plasmid）
抗生素
抑制或殺死近緣，甚至同種不同株的細菌
較廣的抗菌譜
通過核糖體直接合成的多肽類物質
一般是次級代謝產物
編碼細菌素的結構基因及相關的基因一般位于質粒或轉座子上
一般無直接的結構基因，相關酶的基因多在染色體上
很多細菌能產生能抑制或殺死近緣。甚至同種不同株的細菌的因子（細菌蛋白），被稱為細菌素，以和抗生素相區別。抗生素一般具有較廣的抗菌譜。此外，抗生素一般是微生物的次級代謝產物（通過代謝過程而產生），而細菌素一般是直接通過核糖體直接合成的多肽類物質。編碼細菌素的結構基因及涉及細菌素運輸及發揮作用（processing）的蛋白質、及賦予宿主對該細菌素具有“免疫力”的相關產物的基因一般都位于質粒或轉座子上，因此，細菌素可以殺死同種但不攜帶該質粒的菌株。細菌素一般根據產生菌的種類進行命名，例如大腸桿菌（E.
coli）產生的細菌素為colicins（大腸桿菌素），而質粒被稱為Col質粒。而枯草芽孢桿菌（B. subtilis）產生的細菌素被命名為subtilisin（枯草桿菌素）。等等。
細菌素首先發現于大腸桿菌中，有多種col質粒和產生多種colicins，其發揮作用的原理各不相同。例如，有的colicins從產生菌中釋放后，結合到敏感菌細胞膜特定的受體上，而該受體一般是負責一些重要物質，如一些生長因子的運輸的；而另外，有些colicins則阻止一些重要的細胞功能的進行。還有一些colicins則在細胞膜上形成通道，造成鉀離子和質子的外泄，使細胞失去能化膜而不能產生能量。Colicin
E2是一種DNA內切酶，能切斷細胞DNA，而colicin E3是一種核酸酶，能在16SrRNA的特定位點進行切割從而使核糖體失活。
由G+細菌產生的細菌素或與細菌素類似的因子與colicins有所不同，但通常也是由質粒基因編碼，有些甚至有商業價值，例如一種乳酸細菌產生的細菌素NisinA能強烈抑制某些G+細菌的生長，而被用于食品工業的保藏。
誘變劑與致癌物質——Ames試驗
原理：誘變劑的共性原則，即化學藥劑對細菌的誘變率與其對動物的致癌性成正比：超過95%的致癌物質對微生物有誘變作用；而90%以上的非致癌物質對微生物沒有誘變作用
利用細菌突變來檢測環境中存在的致癌物質是一種簡便、快速、靈敏的方法。可以通過某待測物質對微生物的誘變能力間接判斷其致癌能力。
該方法是由美國加利福尼亞大學的Ames教授首先發明，因此又稱Ames試驗。
該試驗是利用鼠傷寒沙門氏菌(Salmonella typhmurium)的組氨酸營養缺陷型菌株(his-)的回復突變性能來進行的。
普遍性轉導中外源DNA的三種后果
1)進入受體的外源DNA通過與細胞染色體的重組交換而形成穩定的轉導子.
2) 如果轉導DNA不能進行重組和復制，其上的基因僅經過轉錄而得到表達，就成為流產轉導（abortive transduction），其特點是在選擇培養基平板上形成微小菌落。DNA不能復制，因此群體中僅一個細胞含有DNA，而其它細胞只能得到其基因產物，形成微小菌落。
3) 3）被降解, 轉導失敗，在選擇平板上無菌落形成。
2.局限性轉導(specialized transduction)
溫和噬菌體感染受體菌后，其染色體會整合到細菌染色體的特定位點上，從而使宿主細胞發生溶源化，例如λ噬菌體，其插入位點的二側分別是gal和bio基因；
如果該溶源菌因誘導而發生裂解時，在前噬菌體二側的少數宿主基因，（對λ噬菌體分別是gal和bio基因），會因偶爾發生的不正常切割而連在噬菌體DNA上，由此產生了一類特殊的噬菌體----缺陷噬菌體，
缺陷噬菌體除含大部分自身的DNA外，缺失的基因被幾個位于前噬菌體整合位點附近的宿主基因取代，這樣形成的雜合DNA分子在宿主細胞內能夠象正常的λDNA分子一樣進行復制、包裝，提供所需要的裂解功能，形成轉導顆粒。
但該缺陷噬菌體沒有正常噬菌體的溶源性和增殖能力，感染受體細胞后，通過DNA整合進宿主染色體而形成穩定的轉導子。
局限性轉導與普遍性轉導的主要區別：
1） 被轉導的基因共價地與噬菌體DNA連接，與噬菌體DNA一起進行復制、包裝以及被導入受體細胞中。而完全轉導包裝的可能全部是宿主菌的基因；
2） 局限性轉導顆粒攜帶特定的染色體片段并將固定的個別基因導入受體，故稱為局限性轉導。
溶源轉變與轉導的不同：
1． 溫和噬菌體不攜帶任何供體菌的基因，當宿主喪失這一噬菌體時，通過溶源轉變而獲得的形狀也同時消失
2． 這種噬菌體是完整的，而不是缺陷的；
枯草芽孢桿菌的自然轉化模型：
a） 細菌生長在一定的培養條件下生長到一定階段，以枯草芽孢桿菌為例是在葡萄糖基本培養基中培養到對數生長末期到穩定期，細胞向胞外分泌一種小分子的蛋白質，稱為感受態因子，其分子量為5000到10000道爾頓。
b） 當培養液中的感受態因子積累到一定濃度后，與細胞表面受體相互作用，通過一系列信號傳遞系統誘導一些感受態一特異蛋白質(competence
specific protein)表達，其中一種是自溶素(autolysin)，它的表達使細胞表面的DNA結合蛋白及核酸酶裸露出來，使其具有與DNA結合的活性。
c） DNA以雙鏈形式在細胞表面的幾個位點上結合并遭到核酸酶的切割，核酸內切酶首先切斷DNA雙鏈中的一條鏈，被切斷的鏈遭到核酸酶降解，成為寡核苷酸釋放到培養基中，另一條鏈與感受態一特異蛋白質結合，并被引導進入細胞，
d） 進入細胞的外源DNA通過同源重組以置換的方式整合進受體染色體DNA，經復制和細胞分裂后形成重組體。
枯草芽孢桿菌的自然轉化的特點：
1） 枯草芽孢桿菌等革蘭氏陽性菌細胞對雙鏈DNA的吸附和攝取是沒有特異性的，轉化是否成功及轉化效率的高低主要取決于轉化給體菌株和轉化受體菌株之間的親源關系，關系越近，則DNA之間的同源性也越高，就越容易在DNA之間發生重組，產生轉化子。
2） 自然感受態除了對線型染色體DNA分子的攝取外，也能攝取質粒DNA，但在通常情況下質粒的自然轉化效率要低得多，這是因為質粒作為細菌染色體外獨立存在的遺傳物質和染色體DNA同源性很差（否則會因為和染色體DNA之間的重組而不穩定），這樣被切割成單鏈后進入細胞的質粒DNA將很難通過重組重新恢復成有活性的狀態（雙鏈閉合環狀），或通過整合進染色體而使相關性狀得到表達；如要提高質粒的自然轉化效率，可以用二種方法：i）使質粒形成多聚體，這樣進入細胞后重新組合成有活性的質粒的幾率大大提高；ii）在質粒上插入受體菌染色體的部分片段，或將質粒轉化進含有與該質粒具有同源區段的質粒的受體菌-------重組獲救。
3） 噬菌體DNA也可被感受態細胞攝取并產生有活性的病毒顆粒，這個過程被稱為轉染(transfection)，其特點是提純的噬菌體DNA以轉化的（而非病毒感染）途徑進入細胞并表達后產生完整的病毒顆粒。
現在把DNA轉移至動物細胞的過程也稱轉染。
主要有如下幾個因素會對微生物菌種的穩定性造成影響：
1． 變異：即通過變異而失去重要的遺傳特性，例如發酵生產能力下降，或研究中所需要的營養缺陷型由于回復突變等而改變
2． 污染：由于微生物在自然界中種類多，分布廣，空氣、桌面、皮膚表面都有大量的各種微生物存在，因此在進行微生物菌種操作（包括接種、培養等）時非常容易污染，從而造成菌種的丟失。
3． 死亡：微生物容易在實驗室里用人工配制的各種培養基培養，但如果超過時間不轉接菌種，由于疏忽培養條件發生改變，及其它各種以外情況（如冰箱停電）都容易造成菌種的死亡。而且這種損失有時是不可挽回的。
菌種保藏：在一定時間內使菌種不死、不變、不亂！
第九章
目前常用的三種體外DNA連接方法為：
① 用T4或E.coli DNA連接酶可連接具有互補粘性末端的DNA片段；
② 用T4 DNA連接酶連接具有平末端的DNA片段；
③ 先在DNA片段末端加上人工接頭，使其形成粘性末端，然后再行連接。
④ 將粘性末端補平或修平（用單鏈酶，如綠豆芽核酸酶）連接
柯斯質粒用于克隆大片段的DNA分子特別有效，而這種特性對于研究高等生物的基因組十分重要。其特點：
1）具有λ噬菌體的特性：在克隆了外源片段后可在體外被包裝成噬菌體顆粒，高效地感染對λ噬菌體敏感的大腸桿菌細胞。進入寄主的柯斯質粒DNA分子，按照λ噬菌體DNA的方式環化，
但無法按噬菌體的方式生活，更無法形成子代噬菌體顆粒。
2）具有質粒載體的特性：在寄主細胞內如質粒一樣進行復制，攜帶有抗性基因和克隆位點，并具氯霉素擴增效應。
3）具有高容量的克隆能力：柯斯質粒本身一般只有5～7kb左右，而它克隆外源DNA片段的極限值竟高達45kb，遠遠超過質粒載體及λ噬菌體載體的克隆能力。同時，由于包裝限制，柯斯質
粒載體的克隆能力還存在一個最低極限值。例如， 5 kb大小的 柯斯質粒載體，插入的外源片段至少不能小于30 kb。
M13是大腸桿菌絲狀噬菌體，其基因組為環狀ssDNA，大小為6407bp。其生活史為：
1）通過性毛感染雄性（F+或Hfr）大腸桿菌，或通過轉染進入雌性大腸桿菌細胞；
2）進入細胞后，轉變成復制型 (RF) dsDNA，然后以滾環方式制出ssDNA。每當復制出單位長度正鏈，即被切出和環化，并被立即組裝成子代噬菌體和以出芽方式（即宿主細胞不被裂解）被釋放至胞外。
M13克隆載體是對野生型M13進行改造后建成，其特點是雖然克隆外源DNA的能力較小，一般只適于克隆300～400bp的外源DNA片段，但特別適合用于制備克隆基因的單鏈DNA。主要被用于制備測序用單鏈DNA模板、特異的單鏈DNA探針，進行定位誘變等，也可用于噬菌體展示（phage
display
第十章 微生物的生態
有關基本概念：
生態系統：在一定的空間內生物的成分和非生物的成分通過物質循環和能量流動互相作用、互相依存而構成的一個生態學功能單位。
生態學：研究生物與其周圍生物和非生物環境之間相互關系
微生物生態學：研究微生物與其周圍生物和非生物環境之間相互關系
第一節 自然界中的微生物
一、空氣中的微生物
分布特點：1．無原生的微生物區系2．來源于土壤、水體及人類的生產、生活活動，
3．種類主要為真菌和細菌，一般與其所在環境的微生物種類有關4．數量取決于塵埃數量
5.在空氣中的停留時間和塵埃大小、空氣流速、濕度、光照等因素有關6． 與人類生活關系密切
二、 水體中的微生物
一） 江河水 特點：
1) 數量和種類與接觸的土壤有密切關系； 2）分布上更多的是吸附在懸浮在水中的有機物上及水底；3) 淡水中的微生物是可以運動的，而且某些淡水中的細菌例如柄細菌具有很異常的形態，這些異常形態使得菌體的表面積與體積之比增加，從而使這些微生物能有效地吸收有限的營養物；4）靠近城市或城市下游水中的微生物多，并且有很多對健康不利的細菌，因此不宜作為飲用水源；5）水體自身存在自我凈化作用：
（二）海水
1）嗜鹽，真正的海洋細菌在缺少氯化鈉的情況下是不能生長的。
2）低溫生長，除了在熱帶海水表面外，在其它海水中發現的細菌多為嗜冷菌。
3 ）耐高壓（特別是生活在深海的細菌），少數微生物甚至可在600個大氣壓下生長，
4） 大多數海洋細菌為G—細菌，并具有運動能力；
（三）水體的富營養化作用和“水花”、“赤潮”
當水體接受了大量的有機物或無機物，特別是磷酸鹽和無機氮化合物，引起水的富營養化。由于水中含有過多的含氮、磷等的營養物質，引起藻類過量生長，產生大量的有機物（藻類）異養微生物氧化這些有機物，耗盡水中的氧，使厭氧菌開始大量生長和代謝，并分解含硫化合物，產生H2S，從而導致水有難聞的氣味，并由于缺氧引起魚和好氧微生物的死亡，最終引起水出現大量沉淀物和水體顏色異常。上述過程又稱富營養化作用，它是水體受到污染并使水體自身的正常生態失去平衡的結果。在水體的富營養化作用中，藻類、藍細菌等的大量繁殖使水體出現顏色，并變得渾濁，許多藻類團塊漂浮在水面上，從而形成所謂的“水花”或“水華”（water
bloom）在海洋中，某些甲藻類大量繁殖也可也可以形成水花，從而使海水出現紅色或褐色，即所謂的赤潮或紅潮（red tides）。
三、土壤中的微生物
1）土壤微生物的數量和分布主要受到營養物、含水量、氧、溫度、pH等因子的影響，并隨土壤類型的不同而有很大變化。
2）土壤微生物的數量和分布受季節影響；
3）微生物的數量也與于土層的深度有關，一般土壤表層微生物最多，隨著土層的加深，微生物的數量逐步減少。
四、工農業產品上的微生物
1．微生物引起的工業產品的霉腐2．食品、農副產品上的微生物
五、極端環境下的微生物
極端環境下微生物的研究有三個方面的重要意義：(1)開發利用新的微生物資源，包括特異性的基因資源；(2)為微生物生理、遺傳和分類乃至生命科學及相關學科許多領域，如：功能基因組學、生物電子器材等的研究提供新的課題和材料；(3)為生物進化、生命起源的研究提供新的材料。
1、嗜熱微生物2、嗜冷微生物3、嗜酸微生物4、嗜堿微生物5、嗜鹽微生物6、嗜壓微生物
六、不可培養的微生物
在自然界中存在的微生物中，已為人們所認識的僅占很小一部分（通常認為僅10%，有人認為在土壤中生活的微生物僅有1%可用目前的方法在實驗室進行培養），其中的原因就在于在在自然界中存在的大多數微生物在目前的條件下不能在實驗室進行人工培養，不可能得到其純培養并對其進行形態及生理、遺傳等特性進行研究。CARL
WOESE在1977就提出的用rRNA（原核的16s和真核的18s）揭示生物的系統發育的方法為我們研究并開發不可培養微生物提供了可能。其方法通常是用各種特定的引物（例如所有真細菌（eubacteria）的保守16s
rRNA區段或某種微生物的特異DNA或16s rRNA保守序列等）進行PCR從各種生態環境中克隆16s rRNA，并對其進行序列分析和同源性分析，發現和開發不可培養微生物。
第二節 微生物與生物環境間的相互關系
自然環境中的微生物一般都不是單獨存在的，存在個體、種群、群落和生態系統從低到高的組織層次
群體（population）：具有相似特性和生活在一定空間內的同種個體群，是組成群落的基本組分。
群落（community）：在一定區域或一定生態環境內，各種生物群體構成的一個生態學結構單位，群落中各生物群體之間存在各種相互作用。
生態系統（ecosystems）：生物群落和它們所生活的非生物環境結合起來的一個整體。生態系統是生物圈的組成單元，生物圈內的任何一個相對完整的自然整體都可以被看作為生態系統，如一個池塘，一片森林，一個污水處理池，等等。
生物圈（biosphere）：地球上所有生物及其所生活的非生命環境的總稱。
一般來說，在生態系統中生物之間的相互關系歸納起來有如下三種：
1． 有利關系：一種生物的生長和代謝對另一種生物的生長產生有利的影響，或相互有利；
2． 有害關系：一種生物的生長對另一種生物的生長產生有害的影響，或相互有害；
3． 中性關系：二種生物生活在一起時，彼此對對方的生長代謝無明顯的有利或有害影響。
微生物間及微生物與其它生物間最常見的幾種相互關系
一、互生
二種可以單獨生活的生物，當它們生活在一起時，通過各自的代謝活動而有利于對方，或偏利于一方的一種生活方式。因此，這是一種“可分可合，合比分好”的相互關系
（一） 微生物間的互生關系 在自然界中，微生物間的互生關系非常普遍，也很重要。
（二） 人體腸道正常菌群 人體腸道正常菌群與宿主間的關系，主要是互生關系，但在某些特殊條件下，也會轉化為寄生關系。
二、 共生
二種生物共居在一起，相互分工協作、相依為命，甚至形成在生理上表現出一定的分工，在組織和形態上產生了新的結構的特殊的共生體。
共生一般有二種情況：互惠共生（二者均得利）和偏利共生（一方得利，但另一方并不受害）
（一） 微生物間的共生關系
例如地衣 地衣是微生物間典型的互惠共生形式，它是藻類和真菌的共生體，
結構上的共生： 生理上的共生：這種共生關系具有重要的生態學意義，對土壤形成具有重要作用。
（二） 微生物和植物間的共生關系
根瘤菌與豆科植物間的共生關系就是典型的例子------形成根瘤共生體。根瘤菌固定大氣中的氣態氮為植物提供氮素養料，而豆科植物的根的分泌物能刺激根瘤菌的生長，同時，還為根瘤菌提供保護和穩定的生長條件。
（三） 微生物與動物的共生關系
1． 與昆蟲的共生關系1）外共生：2）內共生： 2．與反芻動物的共生關系
反芻動物，如牛、羊、駱駝、長頸鹿等以植物的纖維素為主要食物，它們在瘤胃中經微生物發酵變成有機酸和菌體蛋白再供動物吸收利用。與此同時，瘤胃也為里面居住的微生物提供了必要的營養和生長條件
三、 寄生 所謂寄生，一般指一種小型生物生活在另一種相對較大型生物的體內或體表，從中取得營養和進行生長繁殖，同時使后者蒙受損害甚至被殺死的現象。
前者稱為寄生物（parasite），后者稱為寄主或宿主（host）
（一） 微生物間的寄生 1．噬菌體—細菌； 2．蛭弧菌—細菌； 3.真菌—真菌； 4．真菌、細菌—原生動物；
（二） 微生物與動植物
各種各樣的致病菌多是行寄生生活
擇生生物，現一般稱為悉生生物或定菌生物（Gnotobiote）指整個個體不攜帶或只攜帶已知微生物的生物。與通常攜帶眾多種類微生物且數量很多的普通生物相比，用它做實驗研究有很多優點：干擾因素少，操作易控制，既可進行定性分析，也可進行定量分析，實驗結果準確、可靠，對于了解微生物與宿主之間復雜的關系及其機理具有十分重要的作用。
四、拮抗 所謂拮抗，系指某種生物產生的代謝產物可抑制它種生物的生長發育甚至將后者殺死。
在一般情況下，拮抗多是指微生物間的“化學戰術”，最典型的就是抗生菌所產生的能抑制其它生物生長發育的抗生素；
此外，有時因某種微生物的生長而引起的其它條件的改變（例如缺氧、pH改變等），從而抑制它種生物的現象也稱拮抗。
五、競爭 競爭：兩個種群因需要相同的生長基質或其它環境因子，致使增長率和種群密度受到限制時發生的相互作用，其結果對兩種種群都是不利的。
六、捕食 捕食：一種種群被另一種種群完全吞食，捕食者種群從被食者種群得到營養，而對被食者種群產生不利影響。
對微生物來說，一般有如下幾種情況：
1．原生動物吞食細菌和藻類； 2．粘細菌吞食細菌和其它微生物； 3．真菌捕食線蟲和其它原生動物；
第三節 微生物在生態系統中的作用
生態系統是生物群落和它們所生活的非生物環境結合起來的一個整體
特點：在一定的空間內，生物的成分和非生物的成分通過物質循環和能量流動互相作用、互相依存而構成的一個生態學功能單位。
生物成分按其在生態系統中的作用，可劃分為三大類群：生產者（從無機物合成有機物，例如植物、某些微生物）、消費者（利用有機物進行生活，一般不能將有機物直接分解成有機物，例如動物、某些微生物）和分解者（分解有機物成無機物，形成完整的物質循環）。微生物可以在多個方面但主要作為分解者而在生態系統中起重要作用。
