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GMP基础知识之微生物基本知识

微生物学基本知识

概述 …………………………………….......................................………………2-4

第一部分 原核微生物…………………......................................………………5-11

第二部分 真核微生物 ………………….......................................…………… 12-17

第三部分 微生物的营养和生态……….....................................………………18-21

第四部分 微生物的代谢和生长……….....................................………………22-29

第五部分 抗生菌和抗生素…………......................................…………………30-30

概 述

微生物的概念

是指一大群个体体积微小，结构简单，大多是单细胞，少数是多细胞，还有些没有细胞结构的低等生物。

微生物包括所有的原核生物（细菌、放线菌、蓝细菌、枝原体等）、非细胞生物（病毒）和真核生物中的酵母菌、霉菌、原生动物和微小藻类。

微生物的类群及特点:

　个体小、结构简、胃口大、食谱广、繁殖快、易培养、数量大、分布广、种类多、级界宽、变异易、抗性强、休眠长、起源早、发现晚。　

个体小、

· 杆菌的平均长度：2 微米；

· 1500个杆菌首尾相连= 一粒芝麻的长度；

· 10-100亿个细菌加起来重量 =1毫克

· 面积/体积比：人 = 1，大肠杆菌 = 30万；

　　这样大的比表面积特别有利于它们和周围环境进行物质、能量、信息的交换。微生物的其它很多属性都和这一特点密切相关。

结构简、

无细胞结构（病毒）；

单细胞；

简单多细胞；

胃口大、

　　消耗自身重量2000倍食物的时间：

大肠杆菌：1小时

人：500年（按400斤/年计算）

食谱广、

　　微生物获取营养的方式多种多样，其食谱之广是动植物完全无法相比的！

　　纤维素、木质素、几丁质、角蛋白、石油、甲醇、甲烷、天然气、塑料、酚类、氰化物、各种有机物均可被微生物作为粮食。

繁殖快、

　　一头500 kg的食用公牛，24小时生产 0.5 kg蛋白质，而同样重量的酵母菌，以质量较次的糖液（如糖蜜）和氨水为原料，24小时可以生产 50000 kg优质蛋白质。

易培养、

　很多细菌都可以非常方便地进行人工培养！

数量大、

　　在自然界中（土壤、水体、空气，动植物体内和体表）都生存有大量的微生物！

　　分析表明，微生物占地球生物总量的60%！

分布广、

　　人迹可到之处，微生物的分布必然很多，而人迹不到的地方，也有大量的微生物存在！　　 eg:

数十公里的高空（最高为离地85公里，须用火箭采样）；

几千米的地下；

强酸、强碱、高热的极端环境；

常年封冻的冰川；

种类多、

· 微生物的生理代谢类型多；

· 代谢产物种类多；

· 微生物的种数“多”；

　　虽然目前已定种的微生物只有大约10万种，远较动植物为少，但一般认为目前为人类所发现的微生物还不到自然界中微生物总数的1%。

级界宽、

变异易、

抗性强、

抗热：有的细菌能在265个大气压，250 ℃的条件下生长；

自然界中细菌生长的最高温度可以达到121 ℃；有些细菌的芽孢，需加热煮沸8小时才被杀死；

抗寒：有些微生物可以在―12℃~ ―30℃的低温生长；

抗酸碱：细菌能耐受并生长的pH范围：pH 0.5 ~ 13；

耐渗透压：蜜饯、腌制品，饱和盐水（NaCl, 32%)中都有微生物生长；

抗压力：有些细菌可在1400个大气压下生长；

休眠长、

　　世界上最古老的活细菌（芽孢）：2.5亿年

起源早、

　　38亿年前，生命在海洋中出现，陆地上就可能存在微生物

发现晚、

　　 300多年前人们才真正发现微生物的存在

第一部分 原核微生物

微生物首先要分为细胞生物和非细胞生物两大类群。非细胞生物包括病毒和噬菌体，在本讲义中不作说明；细胞生物包括一切具有细胞形态的生物，又分为原核生物和真核生物。这两类微生物在细胞结构上，特别在细胞核上有显著区别，原核微生物的细胞核无核膜，细胞中只有明显的核区，核区内含有染色体；真核微生物的细胞核有核膜包围着一个明显的核，染色体位于核内。

细 菌

一、细菌的形态和大小：

细菌是单细胞生物，即一个细胞就是一个个体。细菌的基本形态有三种：球状、杆状和螺旋状，分别称为球菌、杆菌和螺旋菌。

1.球菌大小以直径表示，多为0.5-1.0微米。不同种的球菌在细胞分裂时会形成不同的空间排列方式，常被作为分类依据。

根据分裂后细胞排列方式的不同进行分类：

细胞分裂后，新个体分散而单独存在的是单球菌，如尿素微球菌；

两个细胞成对排列的是双球菌，如肺炎双球菌；

经两次分裂形成的四个细胞连在一起成田字形的是四联球菌，如四联微球菌；

多个细胞排成链状的是链球菌，如乳链球菌；

细胞沿着三个互相垂直的方向进行分裂，分裂后的八个细胞叠在一起成魔方状的是八叠球菌，如尿素八叠球菌；

细胞无定向分裂，形成的新个体排列成葡萄串状的是葡萄球菌，如金黄色葡萄球菌。

2.杆菌的大小以宽度×长度表示，一般为0.2-1.25×0.5-5.0微米。分为单杆菌、双杆菌、链杆菌等。杆菌的排列方式常因生长阶段和培养条件而发生变化，一般不作为分类依据。菌体两端形态各异，如钝圆、平截或略尖等。各种杆菌的长度与直径比例差异很大，有的粗短，有的细长。杆菌是细菌中种类最多的，如大肠杆菌、枯草芽孢杆菌等。

3.螺旋菌大小一般为0.3-1.0×1.0-50微米，根据细胞弯曲程度和螺旋数目分为两种。若菌体弯曲不足一圈，似逗号形，称为弧菌，如霍乱弧菌；菌体回转如螺旋状，则称为螺菌，如减少螺菌。

4.除此之外还有一些特出形态的细菌，如长有附属丝的红微菌，丝状的亮发菌等。

二、细菌的结构：

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细菌细胞是原核细胞，就是在细胞中没有细胞核结构，只有明显核区（拟核），外面无核膜包围。与有真正细胞核的真核细胞相比，其他结构成分也有差异，如原核细胞壁的主要成分是一类含有氨基酸的多糖，称为肽聚糖，而真核细胞壁主要由纤维素或甲壳质组成。

1.细菌细胞的基本结构是一般细菌共有的结构，包括细胞壁、细胞质膜、拟核、细胞质四个部分。此外，有些细菌还具有一些特殊结构，如有些细菌在细胞壁外有鞭毛、纤毛、荚膜或粘液层，在细胞质里有细胞内膜、气泡等，有些细菌在一定生活周期还产生芽孢。

*细胞壁是位于细胞最外面的一层坚韧而略具弹性的结构层，主要由肽聚糖构成，有固定外形和保护细胞等多种功能。

细菌细胞壁除肽聚糖外，还有其他成分，这需要将革兰氏阳性（G ）和革兰氏阴性(G-)这两类在染色反应上有区别的细菌分开来介绍。

细菌细胞壁的主要成分：

G 细胞壁只有一层，其中肽聚糖占很大的比重，约为细胞壁干重的40-90%。此外，磷壁酸可达细胞干重的10%，它是G 细菌的特有成分；G-细胞壁有两层，内壁层也以肽聚糖为主要成分，但只占细胞壁干重的5-10%；外壁层不含肽聚糖，其主要成分为蛋白质、磷脂和脂多糖。

（网络图片，侵权删除）

脂多糖由O侧链、核心多糖和类脂A三部分组成。不同种类的细菌脂多糖的化学组成不同。它的主要功能：

1）脂多糖结构的多变，决定了革兰氏阴性细菌细胞表面抗原决定簇的多样性；

2）脂多糖负电荷较强，与磷壁酸相似，也有吸附Mg2 、Ca2 等阳离子以提高其在细胞表面浓度的作用，对细胞膜结构起稳定作用。

3）类脂A是革兰氏阴性细菌致病物质——内毒素的物质基础；

4）具有控制某些物质进出细胞的部分选择性屏障功能；

5）许多噬菌体在细胞表面的吸附受体。

革兰氏阴性细菌的细胞壁，由于肽聚糖含量较少，网孔较大，被乙醇脱水后网孔进一步增大，所以在脱色时，结晶紫和碘复合物易被有机溶剂所抽提；而革兰氏阳性菌则不是这样，所以革兰氏染色反应，是有细胞壁的理化性质所决定的。

革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌除在细胞壁的构造上具有差异外，还有其他一些差异：

*细胞质膜是紧贴在细胞壁内侧，包围细胞质的一层柔软且富有弹性的半透性薄膜，是重要的代谢活动中心，对于细菌的呼吸、能量的产生、运动、生物合成、内外物质的交换运送等均有重要的作用。

*拟核位于细胞质内，是一种没有核膜、没有核仁、没有固定形态、结构也较简单的原始形态的核，其实质是一个大型环状的双链DNA分子，是负载细菌遗传信息的物质基础。

*细胞质是由细胞质膜包围着的，除拟核以外一切透明、胶状、颗粒状物质的总称。具有维持细胞内环境平衡等多种功能，分散于细胞质中的核糖体颗粒是蛋白质合成的场所。

2.细菌细胞的特殊结构包括鞭毛、菌毛、荚膜、芽孢等，是某些细菌在某生长阶段具有的结构。

*鞭毛和纤毛：鞭毛是某些细菌表面着生的一至数根由细胞内伸出的细长、波曲的丝状体，具有运动的功能。鞭毛在菌体上的着生位置、数目因种而异。菌毛（又称纤毛）是在细菌体表的比鞭毛更细、更短、直硬、且数量较多（250-300根）的丝状体，与细菌吸附或性结合有关。

鞭毛是细菌的运动器官，往往有化学趋向性，常朝向有高浓度营养物质的方向移动，而避开对其有害的环境。常存在于杆菌及弧菌中。鞭毛的数量、分布可用以鉴别细菌。鞭毛抗原有很强的抗原性，通常称为H抗原，对某些细菌的鉴定、分型及分类具有重要意义

*荚膜或粘液层：荚膜是某些细菌向细胞壁表面分泌的一层厚度不定的胶状物质，它犹如穿在菌体表面的一件外套，用显微镜观察，中心部位是细菌菌体，在暗色背景下荚膜成透明状环绕菌体，具有抗干燥、抗吞噬和附着作用。

粘液层在靠近细胞处比较稠密，远离细胞处比较稀疏，无明显边缘，可看作是细胞的分泌物。

如果许多细菌细胞的荚膜物质融合成为一团胶状物，内含多数细菌，则称为菌胶团。这在防止原生动物吞噬中起重要作用。还具有沉降性能。

细菌一般在机体内和营养丰富的培养基中才能形成荚膜。有荚膜的细菌在固体培养基上形成光滑型（S型）或粘液型（M）菌落，失去荚膜后菌落变为粗糙型（R）。荚膜并非细菌生存所必需，如荚膜丢失，细菌仍可存活。

荚膜除对鉴别细菌有帮助外，还能保护细菌免遭吞噬细胞的吞噬和消化作用，因而与细菌的毒力有关。荚膜抗吞噬的机理还不十分清楚，可能由于荚膜粘液层比较光滑，不易被吞噬细胞捕捉之故。荚膜能贮留水分使细菌能抗干燥，并对其他因子（如溶菌酶、补体、抗体、抗菌药物等）的侵害有一定抵抗力。

*芽孢是某些细菌（芽孢杆菌属及梭状芽孢杆菌属）于生长后期，在细胞内形成的一个圆形、椭圆形或圆柱形的折光性很强的不易着色的休眠体，称为内芽孢，简称芽孢。它是细菌在一定生活周期产生的内生孢子。每个细菌一般只产生一个芽孢，一般来说芽孢不起繁殖作用，只起度过不良环境的作用。

芽孢由细菌细胞即营养细胞中部分原生质浓缩失水而成。能产生芽孢的多为杆菌，厌气性的梭菌也能产生芽孢。产芽孢母细胞的外壳称芽孢囊。

芽胞一般只在动物体外才能形成，并受环境影响，当营养缺乏，特别是碳源、氮源或磷酸盐缺乏时，容易形成芽胞。不同细菌开成芽胞还需不同的条件，如炭疽杆菌须在有氧条件下才能形成芽胞。成熟的芽胞可被许多正常代谢物如丙氨酸、腺苷、葡萄糖、乳酸等激活而发芽，先是芽胞酶活化，皮质层及外壳迅速解聚，水分进入，在合适的营养和温度条件下，芽胞的核心向外生长成繁殖体，开始发育和分裂繁殖。芽胞并非细菌的繁殖体，而是处于代谢相对静止的休眠休态，以维持细菌生存的持久体。

芽胞含水量少（约40%），蛋白质受热不易变性。芽胞具有多层厚而致密的胞膜，由内向外依次为核心、内膜、芽胞壁、皮质、外膜、芽胞壳和芽胞外衣。特别是芽胞壳，无通透性，有保护作用，能阻止化学品渗入。芽胞形成时能合成一些特殊的酶，这些酶较之繁殖体中的酶具有更强的耐热性。芽胞核心和皮质层中含有大量吡啶二羧酸（Dipicolinic acid,DPA）,占芽胞干重的5～15%，是芽胞所特有的成分，在细菌繁殖体和其他生物细胞中都没有。DPA能以一种现尚不明的方式，使芽胞的酶类具有很高的稳定性。芽胞形成过程中很快合成DPA，同时也获得耐热性。

芽胞呈圆形或椭圆形，其直径和在菌体内的位置随菌种而不同，例如，炭疽杆菌的芽胞为卵圆形、比菌体小，位于菌体中央；破伤风杆菌芽胞正圆形、比菌体大，位于顶端，如鼓槌状。这种形态特点有助于细菌鉴别。芽胞在自然界分布广泛，因此要严防芽胞污染伤口、用具、敷料、手术器械等。芽孢在构造、化学成分和生理特性上都与营养细胞有很大的不同。芽胞的抵抗力强，对热力、干燥、辐射、化学消毒剂等理化因素均有强大的抵抗力，用一般的方法不易将其杀死。有的芽胞可耐100℃沸水煮沸数小时。杀灭芽胞最可靠的方法是高压蒸汽灭菌。当进行消毒灭菌时往往以芽胞是否被杀死作为判断灭菌效果的指标。

芽孢是细菌的休眠体，在适宜的条件下可以重新转变成为营养态细胞；因此产芽孢细菌的保存多用其芽孢。芽孢的有无、形态、大小和着生位置是细菌分类和鉴定中的重要指标。

三、细菌的繁殖：

二分分裂繁殖是细菌最普遍、最主要的繁殖方式。在分裂前先延长菌体，染色体复制为二，然后垂直于长轴分裂，细胞赤道附近的细胞质膜凹陷生长，直至形成横膈膜，同时形成横隔壁，这样便产生两个子细胞。每个子细胞都具有一个DNA分子。

在少数细菌中，还存在着其他的繁殖方式，如不等二分裂、出芽繁殖、三分裂和多分裂等。不等二分裂是二分裂的变体形式，柄细菌的繁殖就是一个典型的例子。柄细菌的形态很有趣，它仅在一端生出一根鞭毛（细菌的运动“器官”）。繁殖前，在生鞭毛的一端长出一个柄，此时，鞭毛就消失了，之后，细胞伸长，在细胞的另一端长出一根鞭毛。细胞分裂后，形成形态不同的两个子细胞，一个有柄但无鞭毛，另一个只有鞭毛却无柄。有鞭毛的细胞生长到一定阶段，又开始上述的不等二分裂繁殖过程。

单个或少数细菌细胞生长繁殖后，会形成以母细胞为中心的一堆肉眼可见、有一定形态构造的子细胞集团，这就是菌落。许多菌落连成一片时，则称之为菌苔。细菌菌落常表现为湿润、粘稠、光滑、较透明、易挑取、质地均匀以及菌落正反面或边缘与中央部位颜色一致等。细菌的菌落特征因种而异。菌落可作为菌种鉴定和判断纯度的重要依据。

放线菌

放线菌多为革兰氏阳性细菌，不能运动，利用有机质为碳原和能源。多数菌生长较缓慢，产生可深入培养基内的营养菌丝和生长在表面的气生菌丝，菌丝直径与杆菌类似，约1mm，并形成无性孢子。由于孢子、气生菌丝和营养菌丝颜色不同，常使菌落正反面成不同颜色。放线菌的菌落形态多干燥致密，不易被挑起。

放线菌以多核的分枝丝状作为共同特征，即在放线菌菌丝的生长过程中，核不断复制、分裂，但细胞不分裂，这样的菌丝称为无隔膜菌丝。

放线菌的菌丝按形态和功能可分为营养菌丝、气生菌丝和孢子丝三种。

1、养菌丝：匍匐生长于培养基内，吸收营养，也称基内菌丝。

2、气生菌丝：营养菌丝发育到一定阶段，伸向空间形成气生菌丝，

3、孢子丝：气生菌丝发育到一定阶段，其上可分化出形成孢子的菌丝，即孢子丝，又称产孢丝或繁殖菌丝。其形状和排列方式因种而异，常被作为对放线菌进行分类的依据。

放线菌的用途：

放线菌是广泛分布于土壤中的优势微生物类群，其分枝状的菌丝体能够产生各种胞外水解酶，降解土壤中的各种不溶性有机物质以获得细胞代谢所需的各种营养，对有机物的矿化有着重要作用，从而参与自然界物质循环，净化环境、改良土壤。

放线菌代谢功能各异，大多数放线菌能产生生物活性物质，是一类具有广泛实际用途和巨大经济价值的微生物资源。药理学研究发现，放线菌产生的许多结构复杂的此生代谢产物具有医药和植物保护方面的用途，已广泛应用作为抗细菌，抗真菌和抗肿瘤药物。在目前已经发现的数万种微生物来源的生物活性物质中，约有70%是由放线菌所合成的各种此生代谢产物，如抗生素，有机酸、氨基酸、维生素、甾体、酶及酶抑制剂、免疫调节剂等。

弗兰克氏根瘤放线菌能够诱导大范围的放线菌跟植物产生根瘤、结瘤固氮，促进植物自身的生长，并增强土壤肥力。这类放线菌与200多个树种具有共生结瘤固氮的能力，是陆地生态系统中有机氮输入的主要贡献者之一，在自然界氮素循环和生态平衡中起着重要作用。

此外，放线菌特有的形态和生物学特性也是研究生物形态发育和分化的良好材料。

然而，也有少数放线菌对人、动物或植物是致病的，虽然其致病性与真菌和细菌相比是微不足道的，但认识他们对于临床鉴定和诊断同样是重要的。

放线菌的多样性

放线菌种类繁多，广泛存在于不同的自然生态环境中，如土壤、水、油，落叶丛、海滨沙滩，盐碱地等，一些放线菌种群也栖息于动、植物及人的组织中。迄今，放线菌有150多个属，有效描述的种达2000多个。其中链霉菌属的种500多个，占了很大比例；其他重要的属，如诺卡氏菌属、分枝杆菌属、棒杆菌属、节杆菌属、小单孢菌属等，所包含的种也为数众多。尽管如此，据估计，目前分离到的自然界中放线菌的种类不足实际存在种类的1%。因此，放线菌还有极其丰富多样的未知世界等待人们去发现。

第二部分 真核微生物

真核微生物是一大类具有真正细胞核，具有核膜与核仁分化的较高等的微生物，细胞内有线粒体等较复杂的细胞结构。这类微生物包括酵母菌、霉菌、微细藻类、原生动物和大型真菌等。其共性特点有：

1、具有细胞核，进行有丝分裂；

2、细胞质中含有线粒体但没有叶绿体，不进行光合作用，无根、茎、叶的分化；

3、以产生有性孢子和无性孢子二种形式进行繁殖；

4、营养方式为化能有机营养（异养）、好氧；

5、不运动（仅少数种类的游动孢子有1-2根鞭毛）；

6、种类繁多，形态各异、大小悬殊，细胞结构多样。

酵母菌

酵母菌是一类单细胞的真核微生物的通俗名称。

有细胞壁、细胞膜、细胞核、细胞质、液泡、线粒体等，有的还具有微体。

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酵母菌的形态结构

酵母菌是单细胞真核微生物。酵母菌细胞的形态通常有球形、卵圆形、腊肠形、椭圆形、柠檬形或藕节形等。比细菌的单细胞个体要大得多，一般为1-5微米×5-30微米。酵母菌无鞭毛，不能游动。

酵母菌具有典型的真核细胞结构，酵母菌的繁殖及生活史：

其繁殖方式包括无性繁殖和有性繁殖。

1.无性繁殖方式包括芽殖和裂殖两种：

A芽殖：芽殖是酵母菌最普遍的繁殖方式。其过程是：成熟的母细胞在其形成芽体的部位长出芽细胞，芽细胞脱离母体，成为新的个体细胞。如果不脱离母细胞，又长出新芽，子细胞就和母细胞连接在一起，形成藕节状或竹节状的细胞串，称为假菌丝或真菌丝。

B裂殖：少数酵母以裂殖方式进行繁殖，当母细胞长到一定大小时，细胞核开始分裂，之后，在细胞中间产生一隔膜，将细胞一分为二。还有些酵母菌可形成一些无性孢子如节孢子、掷孢子、厚垣孢子等。

2. 有性繁殖，酵母菌以形成子囊和子囊孢子的形式进行有性繁殖：1）两个性别不同的单倍体细胞靠近，相互接触；2）接触处细胞壁消失，质配；3）核配，形成二倍体核的接合子：A、以二倍体方式进行营养细胞生长繁殖，独立生活；下次有性繁殖前进行减数分裂。B、进行减数分裂，形成4个或8个子囊孢子，而原有的营养细胞就成为子囊。子囊孢子萌发形成单倍体营养细胞。3. 生活史酵母菌单倍体和双倍体细胞均可独立存在，有三种类型：1）营养体只能以单倍体形式存在（核配后立即进行减数分裂）2）营养体只能以双倍体形式存在（核配后不立即进行减数分裂）3）营养体既可以单倍体也可以双倍体形式存在，都可进行出芽繁殖。

酵母菌的菌落：与细菌菌落类似，但一般较细菌菌落大且厚，表面湿润，粘稠，易被挑起，多为乳白色，少数呈红色。有些种类培养时间长了，菌落皱缩。

霉菌

霉菌是“丝状真菌”的统称，不是分类学上的名词。霉菌菌体均由分枝或不分枝的菌丝（hypha）构成。许多菌丝交织在一起，称为菌丝体（mycelium）。

霉菌在自然界分布极广，土壤、水域、空气、动植物体内外均有它们的踪迹。常在潮湿的气候下大量生长繁殖，长出肉眼可见的丝状、绒状或蛛网状的菌丝体，有较强的陆生（可能因为好氧，在液体中生活不好）。它们同人类的生产、生活关系密切，是人类实践活动中最早认识和利用的一类微生物。

食物、工农业制品的霉变（据统计全世界平均每年由于霉变而不能食（饲）用的谷物约占2%，这是一笔相当惊人的经济损失。

有用物品的生产（如风味食品、酒精、抗生素（青霉素、灰黄霉素）、有机酸（柠檬酸、葡萄糖酸、延胡索酸等）、酶制剂（淀粉酶、果胶酶、纤维素酶等）、维生素、甾体激素等。在农业上用于饲料发酵、植物生长刺激素（赤霉素）、杀虫农药（白僵菌剂）等）

引起动植物疾病，可引起约3万种植物病害，是植物传染性病害的主要病原微生物，例如，我国在1950年发生的麦锈病和1974年发生的稻瘟病，使小麦和水稻分别减产了60亿公斤；

霉菌可引起多种人及动物的皮肤疾病及其他一些深层病变，如既可侵害皮肤、粘膜，又可侵害肌肉、骨骼、内脏，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、花生中黄曲霉素、黄米毒素等均可引起动物致癌）

腐生型霉菌在自然界物质转化中也有十分重要的作用；

霉菌的一般形态：

构成真菌营养体的基本单位是菌丝。菌丝是一种管状细丝，大都无色透明，宽度一般为3-10mm，比细菌和放线菌的宽度大几倍到几十倍。菌丝自尖端生长，并产生很多分枝，成为分枝菌丝。分枝菌丝相互交错成一团菌丝称为菌丝体。

真菌菌丝分为无隔膜菌丝和有隔膜菌丝两种类型：

1.无隔膜菌丝：是多核菌丝，菌丝只有核分裂，没有细胞分裂。随着核的分裂，细胞不断延伸和分枝，细胞壁则成为套在这种分枝丝状的多核细胞外的壁套。

2.有隔膜菌丝：核分裂伴随着细胞分裂，成为有许多细胞连接而成的菌丝。

菌丝的特化：

1）菌环：菌丝交织成套状

2）菌网：菌丝交织成网状

　　这是在长期的自然进化中形成的特化结构，主要功能是用于吸收营养物质。这些生长在土壤中真菌是捕食者，形成的特异菌丝构成巧妙的网，可以捕捉小型原生动物或无脊椎动物，捕获物死后，菌丝伸入体内吸收营养。

3）附枝：匍匐菌丝、假根（类似树根，吸收营养），功能是固着和吸收营养，例如根霉（Rhizopus）匍匐枝和基质接触处分化出来的根状结构。

4）附着枝：若干寄生真菌由菌丝细胞生出1-2个细胞的短枝，以将菌丝附着于宿主上，这种特殊的结构即附着。

5）吸器：一些专性寄生真菌从菌丝上分化出来的旁枝，侵入细胞内分化成指状、球状或丝状，用以吸收细胞内的营养。为吸收菌丝，进入藻类或植物细胞，二者共生。

6）附着胞，许多植物寄生真菌在其芽管或老菌丝顶端发生膨大，并分泌粘性物，借以牢固地粘附在宿主的表面，这一结构就是附着胞，附着胞上再形成纤细的针状感染菌丝，以侵入宿主的角质层而吸取营养。

7）菌核：是一种休眠的菌丝组织。由菌丝密集地交织在一起，其外层教坚硬、色深，内层疏松，大多呈白色。有些寄生性真菌与宿主共同形成假菌核。

8）子座：菌丝交织成垫状、壳状等，在子座外或内可形成繁殖器官。

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霉菌菌落的特点：

　　由粗而长的分枝状菌丝组成，菌落疏松，呈绒毛状、絮状或蜘蛛网状，比细菌菌落大几倍到几十倍，有的没有固定大小。各种霉菌，在一定培养基上形成的菌落大小、形状、颜色等相对稳定，所以菌落特征也为分类依据之一。

霉菌的繁殖方式：

1）无性孢子繁殖：不经两性细胞配合，只是营养细胞的分裂或营养菌丝的分化（切割）而形成新个体的过程。无性孢子有：厚垣孢子、节孢子、分生孢子、孢囊孢子等。2）有性孢子繁殖两个性细胞结合产生新个体的过程：a）质配：两个性细胞结合，细胞质融合，成为双核细胞，每个核均含单倍染色体（n n）。b）核配：两个核融合，成为二倍体接合子核，此时核的染色体数是二倍（2n）。c）减数分裂：具有双倍体的细胞核经过减数分裂，核中的染色体数目又恢复到单倍体状态。霉菌有性孢子繁殖的特点：a）不如无性繁殖那么经常与普遍，在自然条件下较多，在一般培养基上不常见。

b）方式因菌种不同而异，有的两条营养菌丝就可以直接结合，有的则由特殊的性细胞（性器官）相互交配，形成有性孢子。c）核配后一般立即进行减数分裂，因此菌体染色体数目为单倍，双倍体只限于接合子。d）霉菌的有性繁殖存在同宗配合和异宗配合两种情况。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：

无性繁殖阶段：菌丝体（营养体）在适宜的条件下产生无性孢子，无性孢子萌发形成新的菌丝体，多次重复。有性繁殖阶段：在发育后期，在一定条件下，在菌丝体上分化出特殊性器官（细胞），质配、核配、减数分裂后形成单倍体孢子，再萌发形成新的菌丝体。有一些霉菌，至尽尚未发现其生活史中有有性繁殖阶段，这类真菌称为半知菌。

霉菌孢子的特点：

霉菌具有极强的繁殖能力，可以通过无性繁殖或有性繁殖方式产生大量新个体。虽然其菌丝体上任一部分的菌丝碎片都能进行繁殖，但在正常自然条件下，它们还主要靠形形色色的无性或有性孢子进行繁殖。

霉菌的孢子具有小、轻、干、多以及形态色泽各异、休眠期长和抗逆性强等特点。但与细菌的芽孢却有很大的差别。霉菌孢子形态常有球形、卵形、椭圆形、礼帽形、土星型、肾形、线形、镰刀形等。每个个体所产生孢子数量，经常是成千上万的，有时竟然达到几百亿、几千亿，甚至更多。孢子的这些特点，都有助于真菌在自然界中随机散播和繁殖。

对人类的实践来说，孢子的这些特点有利于接种、扩大培养、菌种选育、保藏和鉴定等工作。对人类不利之处则是易于造成污染、霉变和易于传播动植物的真菌疾病。

真菌孢子与细菌芽孢的比较

第三部分 微生物的营养和生态

一、微生物的营养物质：

各类细菌对营养物质的要求差别很大。包括水、碳源、氮源、无机盐和生长因子等。其主要营养元素及其生理功能。

1．水：细菌湿重的80～90%为水。细菌代谢过程中所有的化学反应、营养的吸收和渗透、分泌、排泄均需有水才能进行。

水不仅是微生物细胞的组成成分，也是最好的溶剂和在细胞中进行各种生化反应的良好介质。在有些情况下，由于水与溶质或其它分子结合，而不能被微生物利用。所以把微生物的可用水用水的活度表示（

）。水的活度是指在相同的温度和压力下，溶液中水的蒸气压和纯水的蒸气压之比。微生物生长需要一定的水活度，通常在0.63-0.99。一般来说，细菌的

值较高，酵母菌和霉菌次之，只有耐盐细菌和几种耐旱真菌能在

值为0.6左右情况下生长。当环境中的

值低于微生物生长需要时，微生物的生长受阻，甚至停止生长。

2．碳源：各种无机或有机的含碳化合物（CO2、碳酸盐、糖、脂肪等）都能被细菌吸收利用，作为合成菌体所必需的原料，同时也作为细菌代谢的主要能量来源。致病性细菌主要从糖类中获得碳，己糖是组成细菌内多糖的基本成分，戊糖参与细菌核酸组成。

多数微生物最好碳源是葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖和淀粉，其次是有机酸、醇和脂类。但自养型微生物只能利用CO2或碳酸盐作为唯一碳源。各类微生物细胞中的含碳量约占细胞干重的50%。

3．氮源：从分子态氮到夏杂的含氮化合物都可被不同的细菌利用。但多数病原菌是利用有机氮化物如氨基酸、蛋白胨作为氮源。少数细菌（如固氮菌）能以空气中的游离氮或无机氮如硝酸盐、铵盐等为氮源，主要用于合成菌体细胞质及其他结构成分。

各类微生物的含氮量差异较大，细菌和酵母菌的含氮量较高，约占干重的7-13%，霉菌占5%左右。

　　4．矿质元素（无机盐）：钾、钠、钙、镁、硫、磷、铁、锰、锌、钴、铜、钼等是细菌生长代谢中所需的无机盐成份。除磷、钾、钠、镁、硫、铁需要量较多外，其他只需微量。各类无机盐的作用为：①构成菌体的各种组成成份；②调节菌体内外渗透压、pH和氧化还原电位；③促进酶的活性或作为某些辅酶组分；④某些元素可作为自养微生物的能源，与细菌的生长繁殖及致病作用密切相关。

如白喉杆菌产毒株其毒素产量明显受培养基中铁含量的影响。培养基中铁浓度降至7mg/L时，可显著增加毒素的产量，故在培养产毒株白喉杆菌PW2制备类毒素的生产中，多采用含铁很少的培养基，其毒素产量可达细菌产生蛋白量的5%以上，约占细菌外分泌总蛋白的75%以上，使培养基含毒素量达500ug/L研究认为低铁可影响细胞壁的通透性，利于毒素释放。亦有人认为宿主含铁蛋白可抑制白喉毒素基因，故低铁时可导致白喉毒素产量增高。

　　5．生长因子：很多细菌在其生长过程中还必需一些自身不能合成的化合物质，称为生长因子（Growth factor）。生长因子必须从外界得以补充，其中包括维生素、某些氨基酸、脂类、嘌呤、嘧啶等。

各种细菌对生长因子的要求不同，如大肠杆菌很少需要生长因子，而有些细菌如肺炎球菌则需要胱氨酸、谷氨酸、色氨酸、天冬酰胺、核黄素、腺嘌呤、尿嘧啶、泛酸、胆碱等多种生长因子。致病菌合成能力差，生长繁殖过程必需供复杂的营养物质以使其获得相应的生长因子。有些生长因子仅为少数细菌所需，如流行性感冒杆菌需V、X两种因子，而金黄色葡萄球菌生长过程可合成较多的V因子。

二、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。

三、微生物对营养物质的吸收

微生物吸收营养物质与细胞膜的透性关系密切，物质需透过细胞膜才能被微生物吸收。物质透过细胞膜由单纯扩散、促进扩散、主动运输和基团转移几种方式。

四、微生物的生态

1.土壤中的微生物

土壤是微生物良好的生活场所。因为土壤具有微生物生长繁殖所需要的各种环境条件，土壤中的有机物为微生物提供良好的碳源、氮源和能源及矿质营养要求；土壤酸碱度多在5.5-8.5之间，是一般微生物最适范围；土壤渗透压多在3-6之间，其空隙中充满空气和水分，并具有保温性，所以土壤中存在大量微生物。

　　土壤中的细菌来自天然生活在土壤中的自养菌和腐物寄生菌以及随动物排泄物及其尸体进入土壤的细菌。它们大部分在离地面10～20厘米深的土壤处存在。土层越深，菌数越少，暴露于土层表面的细菌由于日光照射和干燥，不利于其生存，所以细菌数量少。

　　土壤中的微生物以细菌为主，放线菌和真菌次之，藻类和原生动物较少。土壤中微生物绝大多数对人是有益的，它们参与大自然的物质循环，分解动物的尸体和排泄物；固定大气中的氮，供给植物利用；土壤中可分离出许多能产生抗生素的微生物。进入土壤中的病原微生物容易死亡，但是一些能形成芽胞的细菌如破伤风杆菌、气性坏疽病原菌、肉毒杆菌、炭疽杆菌等可在土壤中存活多年。因此土壤与创伤及战伤的厌氧性感染有很大关系。

2.水中的微生物

　　水也是微生物存在的天然环境，是微生物栖息的第二天然场所。水中的细菌来自土壤、尘埃、污水、人畜排泄物及垃圾等。水中微生物种类及数量因水源不同而异。一般地面水比地下水含菌数量多，并易被病原菌污染。在自然界中，水源虽不断受到污染，但也经常地进行着自净作用。日光及紫外线可使表面水中的细菌死亡，水中原生生物可以吞噬细菌，藻类和噬菌体能抑制一些细菌生长；另外水中的微生物常随一些颗粒下沉于水底污泥中，使水中的细菌大为减少。

　　水中的病菌如伤寒杆菌、痢疾杆菌、霍乱弧菌、钩端螺旋体等主要来自人和动物的粪便及污染物。因此，粪便管理在控制和消灭消化道传染病有重要意义。但直接检查水中的病原菌是比较困难的，常用测定细菌总数和大肠杆菌菌群数，来判断水的污染程度，目前我国规定生活饮用水的标准为1m1水中细菌总数不超过100个；每1升水中大肠菌群数不超过3个。超过此数，表示水源可能受粪便等污染严重，水中可能有病原菌存在。 3.空气中的微生物　　空气没有微生物生活所需要的基本条件，因此不是微生物生长繁殖的场所，但空气中却漂浮着许多微生物。

空气中的微生物分布的种类和数量因环境不同有所差别。空气中的微生物来源于人畜呼吸道的飞沫及地面飘扬起来的尘埃。由于空气中缺乏营养物及适当的温度，细菌不能繁殖，且常因阳光照射和干燥作用而被消灭。只有抵抗力较强的细菌和真菌或细菌芽胞才能存留较长时间。当它们落到合适的基质上，在合适的条件下会生长繁殖。

室外空气中常见产芽胞杆菌、产色素细菌及真菌孢子等；室内空气中的微生物比室外多，尤其是人口密集的公共场所、医院病房、门诊等处，容易受到带菌者和病人污染。如飞沫、皮屑、痰液、脓汗和粪便等携带大量的微生物，可严重污染空气。某些医疗操作也会液成空气污染，如高速牙钻修补或超声波清洁牙石时，可产生微生物气溶胶；穿衣、铺床时使织物表面微生物飞扬到空气中，清扫及人员走动尘土飞场也是医院空气中微生物的来源。室内空气中常见的病原菌有脑膜炎奈瑟氏菌、结核杆菌、溶血性球菌、白喉杆菌、百日咳杆菌等。空气中微生物污染程度与医院感染率有一定的关系。空气细菌卫生检查有时用甲型溶血性链球菌作为指示菌，表明空气受到人上呼吸道分泌物中微生物的污染程度。因此空气中微生物的多少是大气被污染程度的标志之一。

四、细菌生长繁殖条件

1.　充足的营养

必须有充足的营养物质才能为细菌的新陈代谢及生长繁殖提供必需的原料和足够的能量。

2. 适宜的温度

细胞生长的温度极限为-7℃～90℃。各类细菌对温度的要求不同，可分为：

嗜冷菌（psychrophiles）,最适生长温度为（10℃～20℃）；

嗜温菌（mesophiles）,20℃～40℃;

嗜热菌（thermophiles）,在高至56℃～60℃生长最好。

病原菌均为嗜温菌，最适温度为人体的体温，即37℃，故实验室一般采用37℃培养细菌。有些嗜温菌低温下也可生长繁殖，如5℃冰箱内，金黄色葡萄球菌缓慢生长释放毒素，故食用过夜冰箱冷存食物，可致食物中毒。

3. 合适的酸碱度

在细菌的新陈代谢过程中，酶的活性在一定的ph范围才能发挥。多数病原菌最适ph为中性或弱碱性（ph7.2～7.6）。人类血液、组织液ph为7.4，细菌极易生存。胃液偏酸，绝大从数细菌可被杀死。个别细菌在碱性条件下生长良好，如霍乱孤菌在ph8.4～9.2时生长最好;也有的细菌最适ph偏酸，如结核杆菌（ph6.5～6.8）、乳本乡杆菌（ph5.5）。细菌代谢过程中分解糖产酸，ph下降，影响细菌生长，所以培养基中应加入缓冲剂，保持ph稳定。

4. 必要的气体环境

氧的存大与否和生长有关，有些细菌仅能在有氧条件下生长；有的只能在无氧环境下生长；而大多数病原菌在有氧及无氧的条件下均能生存。一般细菌代谢中都需CO2，但大多数细菌自身代谢所产生的CO2即可满足需要。有些细菌，如脑膜炎双球菌在初次分离时需要较高浓度的co2（5～10%），否则生长很差甚至不能生长。

第四部分 微生物的代谢和生长

一、微生物的代谢：

微生物细胞所进行的化学反应总称为代谢。代谢可分为物质代谢和能量代谢，物质代谢又可分为分解代谢和合成代谢，能量代谢分为产能代谢和耗能代谢。

分解代谢：外界环境中分子量较小的有机物能被微生物直接吸收，而分子量较大的有机物必须经过微生物分解为分子量较小的有机物才能被吸收，微生物能对自然界各种有机物进行分解。

产能代谢：微生物代谢所需能量，绝大多数是通过生物氧化作用而获得的。所谓生物氧化即在酶的作用下生物细胞内所发生的系列氧化还原反应。

　　微生物获得能量的基质主要是糖类，通过糖的氧化或酵解释放能量，并以高能磷酸键的形式（ADP、ATP）储存能量。

细菌生物氧化的类型分为呼吸与发酵。在生物化过程中，细菌的营养物（如糖）经脱氢酶作用所脱下的氢，需经过一系列中间递氢体（如辅酶I、辅酶II、黄素蛋白等）的传递转运，最后将氢交给受氢体。

呼吸和发酵的区别在于最终电子受体的不同：以无机物为受氢体的生物氧化过程，称为呼吸，其中以分子氧为受氢体的称需氧呼吸；而以无机化合物（如硝酸盐、硫酸盐）为受氢体的称厌氧呼吸。生物氧化中以各种有机物为受氢体的称为发酵。微生物能以各种有机物作微生物氧化基质进行呼吸和发酵，其中以葡萄糖为最重要。

1．需氧呼吸（Resperitory）：细菌的呼吸链位于细胞膜上，需氧呼吸伴有氧化磷酸化作用，产生大量能量并以高能磷酸键形式贮存于ATP中。1分子葡萄糖经三羧酸循环完全氧化后，可产生38个分子ATP以供细菌合成代谢和生长繁殖之用。

2.厌氧呼吸：这些微生物是以无机物作为最终电子受体进行有机物的生物氧化。能作为最终电子受体的无机物主要有硝酸盐、硫酸盐和碳酸盐。

　　3．发酵（Fermentation）:酶系统不完善的细菌，生物氧化过程不彻底，所产生的能量很低。通过无氧发酵，1分子葡萄糖只能产生2分子ATP，仅为需氧呼吸所产生能量的1/19。专性厌氧菌和兼性厌氧菌都能通过发酵获取能量。

3．细菌的呼吸类型：根据细菌对氧的需要不同，主要分为四类：（1）专性需氧菌（Obligateaerobe）如结核杆菌；（2）专性厌氧菌(Obligate anaerobe)如破伤风杆菌；（3）兼性厌氧菌(Facultative anaerobe)在有氧或无氧或无氧环境中均能生长，但以有氧时生长较好，大多数病原菌属此类；（4）微需氧菌(Microaerophilic bacteria)如空肠弯曲菌，宜在低氧压下生长，氧压增高对其有抑制作用。一般细菌在代谢中需少量的CO2，以提供细菌合成核酸中的嘌呤、嘧啶等。

专性厌氧菌不能呼吸，只能发酵。其原因是：①厌氧菌缺乏细胞色素与细胞色素氧化酶，因此不能氧化那些氧化还原电势较高的氧化型物质。②厌氧菌缺乏过氧化氢酶、过氧化物酶和超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase）,不能清除有氧环境下所产生的超氧离子（O2-）和过氧化氢（H2O2），因而难以存活。③有氧条件下，细菌某些酶的-SH基被氧化为S-S基（如琥珀酸脱氢酶等），从而酶失去活性，使细菌生长受到抑制。总之，厌氧菌的厌氧原因可有多种因素与机理。

合成代谢：当细菌细胞处于适当的环境时，会吸取环境中物质以组成菌体各种成分，进行生长和繁殖，细胞物质的合成是需要各种原料和能量的。一般来讲，合成过程分为三级：1.降解反应，在反应过程能产生能量；2.小分子合成反应，在反应过程需要消耗能量；3.把小分子化合物转变为大分子化合物。

代谢调节：微生物的代谢受着严格的调节。使复杂的代谢活动取得协调，从而使微生物能及时地得到所需的代谢产物和停止生产过剩的代谢产物。代谢调节主要通过酶的调节，包括酶合成调节和酶活性调节。

*外毒素（exotoxin）

外毒素是某些细胞生长繁殖过程中分泌到菌体外的一种代谢产物。其主要成分是蛋白质。许多革兰氏阳性菌及部分革兰氏阴性菌均能产生外毒素。

常见细菌外毒素

二、微生物的生长：

细菌繁殖速度之快是惊人的。大肠杆菌的代时为20分钟，以此计算，在最佳条件下8小时后，1个细胞可繁殖到200万上，10小时后可超过10亿，24小时后，细菌繁殖的数量可庞大到难以计数据和程度。但实际上，由于细菌繁殖中营养物质的消耗，毒性产物的积聚及环境PH的改变，细菌绝不可能始终保持原速度无限增殖，经过一定时间后，细菌活跃增殖的速度逐渐减慢，死亡细菌逐增、活菌率逐减。

将一定数的细菌接咱适当培养基后，研究细菌生长过程的规律，以培养时间为横坐标，培养物中活菌数的对数以纵坐标，可得出一条生长曲线。

细菌群体的生长繁殖可分为四期：

迟缓期（lag phase）

细菌接种至培养基后，对新环境有一个短暂适应过程（不适应者可因转种而死亡）。此期曲线平坦稳定，因为细菌繁殖极少。迟缓期长短因素种、接种菌量、菌龄以及营养物质等不同而异，一般为1～4小时。此期中细菌体积增大，代谢活跃，为细菌的分裂增殖合成、储备充足的酶、能量及中间代谢产物。

对数期(logarithmic phase)

又称指数期(exponential phage)。此期生长曲线上活菌数直线上升。细菌以稳定的几何级数极快增长，可持续几小时至几天不等（视培养条件及细菌代时而异）。此期细菌形态、染色、生物活性都很典型，对外界环境因素的作用敏感，因此研究细菌性状以此期细菌最好。抗生素作用，对该时期的细菌效果最佳。

稳定期（stationary phase）

该期的生长菌群总数处于平坦阶段，但细菌群体活力变化较大。由于培养基中营养物质消耗、毒性产物（有机酸、H2O2等）积累ph下降等不利因素的影响，细菌繁殖速度渐趋下降，相对细菌死亡数开始逐渐增加，此期细菌增殖数与死亡数渐趋平衡。细菌形态、染色、生物活性可出现改变，并产生相应的代谢产物如外毒素、内毒素、抗生素、以及芽胞等。

衰亡期（decline phase）

随着稳定期发展，细菌繁殖越来越慢，死亡菌数明显增多。活菌数与培养时间呈反比关系，此期细菌变长肿胀或畸形衰变，甚至菌体自溶，难以辩认其形。生理代谢活动趋于停滞。故陈旧培养物上难以鉴别细菌。

当使真菌菌丝体均匀的分布于培养液中时，其生长繁殖规律与细菌相似。

三、理化因子对微生物生长的影响：

影响微生物生长和死亡的因素

生长是微生物与外界环境因素共同作用的结果。环境条件的改变，可引起微生物形态、生理、生长、繁殖等特征的改变；或者抵抗、适应环境条件的某些改变；当环境条件的变化超过一定极限，则导致微生物的死亡。

　　为了抑制和消除微生物的有害作用，人们常采用多种物理、化学或生物学方法，来抑制或杀死微生物。常用以下术语来表示对微生物的杀灭程度。

　　灭菌：用物理或化学方法杀灭物体上所有的微生物（包括病原微生物和非病原微生物及细菌芽胞、霉菌孢子等），称为灭菌。

　　消毒：用物理或化学方法仅能杀灭物体上的病原微生物，而对非病原微生物及芽胞和孢子不一定完全杀死，称为消毒。用来消毒的药物称为消毒剂。

　　防腐：防止或抑制微生物生长和繁殖的方法称为防腐或抑菌。用于防腐的化学药品称为防腐剂。某些化学药物在低浓度时为防腐剂，在高浓度时则成为消毒剂。

　　无菌：指没有活的微生物存在。采取防止或杜绝一切微生物进入动物机体或物体的方法，称为无菌法。以无菌法操作时称为无菌操作。在进行外科手术或微生物学实验时，要求严格的无菌操作，防止微生物的污染。

　　不同的微生物对各种理化因子的敏感性不同，同一因素不同剂量对微生物的效应也不同，或者起灭菌作用，或者可能只起消毒或防腐作用。在了解和应用任何一种理化因素对微生物的抑制或致死作用时，还应考虑多种因素的综合效应。例如在增高温度的同时加入另一种化学药剂，则可加速对微生物的破坏作用。大肠杆菌在有酚存在的情况下，温度从30℃增至42℃时明显加快死亡；微生物的生理状态也影响理化因子的作用。

营养细胞一般较孢子抗逆性差，幼龄的、代谢活跃的细胞较之老龄的、休眠的细胞易被破坏；微生物生长的培养基以及它们所处的环境对微生物遭受破坏的效应也有明显的影响。如在酸或碱中，热对微生物的破坏作用加大，培养基的粘度也影响抗菌因子的穿透能力；有机质的存在也干扰抗微生物化学因子的效应，或者由于有机物与化学药剂结合而使之失效，或者有机质覆盖于细胞表面，阻碍了化学药剂的渗入。

常见的影响微生物生长与死亡的物理、化学因素主要有：

1.温度：

　　温度是影响有机体生长与存活的最重要的因素之一。它对生活机体的影响表现在两方面：一方面随着温度的上升，细胞中的生物化学反应速率和生长速率加快。在一般情况下，温度每升高10℃，生化反应速率增加一倍；另一方面，机体的重要组成如蛋白质、核酸等对温度都较敏感，随着温度的增高而可能遭受不可逆的破坏。因此，只有在一定范围内，机体的代谢活动与生长繁殖才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影响，如再继续升高，则细胞功能急剧下降以至死亡。

　　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。各种微生物都有其生长繁殖的最低温度、最适温度、最高温度和致死温度。

　　最低生长温度：是指微生物进行繁殖的最低温度界限，如果低于此温度，则生长完全停止。

　　最适生长温度：能够使微生物迅速生长繁殖的温度叫做最适生长温度，在此温度下，微生物群体生长繁殖速度最快，代时最短。不同微生物的最适生长温度是不一样的。

　　最高生长温度：是指微生物生长繁殖的最高温度界限。

　　致死温度：最高生长温度若进一步升高，便可杀死微生物，这种致死微生物的最低温度界限即为致死温度，致死温度与处理时间有关。

　　微生物按其生长温度范围可分为低温微生物、中温微生物和高温微生物三类。　

2.氢离子浓度(pH)：

环境中的酸碱度通常以氢离子浓度的负对数即pH值来表示。环境中的pH值对微生物的生命活动影响很大，主要作用在于：引起细胞膜电荷的变化，从而影响了微生物对营养物质的吸收；影响代谢过程中酶的活性；改变生长环境中营养物质的可给性以及有害物质的毒性。

　每种微生物都有其最适pH值和一定的pH范围。在最适范围内酶活性最高，如果其他条件适合，微生物的生长速率也最高。大多数细菌、藻类和原生动物的最适pH为6.5-7.5，在pH 4-10之间也可以生长；放线菌一般在微碱性即pH7.5-8最适合；酵母菌、霉菌则适合于pH5-6的酸性环境，但生存范围在pH1.5-10之间。有些细菌甚至可在强酸性或强碱性环境中生活。

　　微生物在基质中生长，代谢作用改变了基质中氢离子浓度。随着环境pH值的不断变化，微生物生长受阻，当超过最低或最高pH值时，将引起微生物的死亡。为了维持微生物生长过程中pH值的稳定，配制培养基时要注意调节pH值，而且往往还要加入缓冲物以保证pH在微生物生长繁殖过程中的相对稳定。

　　强酸和强碱具有杀菌力。无机酸杀菌力虽强，但腐蚀性大。某些有机酸如苯甲酸可用做防腐剂。强碱可用作杀菌剂，但由于它们的毒性大，其用途局限于对排泄物及仓库、棚舍等环境的消毒。强碱对革兰氏阴性细菌与病毒比对革兰氏阳性细菌作用强。

3.氧化还原电位： 　　氧化还原电位(Φ)对微生物生长有明显影响。环境中Φ值与氧分压有关，也受pH的影响。pH值低时，氧化还原电位高；pH值高时，氧化还原电位低。 　　各种微生物生长所要求的Φ值不一样。一般好氧性微生物在Φ值＋0.1伏以上均可生长，以Φ值为＋0.3伏－＋0.4伏时为适。厌氧性微生物只能在Φ值低于＋0.1伏以下生长。兼性厌氧微生物在＋0.1伏以上时进行好氧呼吸，在＋0.1伏以下时进行发酵。

4.辐射： 　　辐射是指通过空气或外层空间以波动方式从一个地方传播或传递到另一个地方的能源。它们或是离子或是是电磁波。电磁辐射包括可见光、红外线、紫外线、X射线和Υ射线等。 　　(1)紫外辐射 紫外线是非电离辐射，以波长265-266纳米的杀菌力最强。紫外辐射对微生物有明显的致死作用，是强杀菌剂，紫外杀菌灯管在医疗卫生和无菌操作中广泛应用。由于紫外线穿透能力差，不易透过不透明的物质，故紫外杀菌灯只适用于空气及物体表面消毒。

　　(2)电离辐射 X射线与α射线、β射线和Υ射线均为电离辐射。在足够剂量时，对各种细菌均有致死作用。常用于一次性塑料制品的消毒，也用于食品的消毒。

5.水分： 　　水分是微生物的正常生命活动必不可少的。干燥会导致细胞失水而造成代谢停止以至死亡。微生物的种类，环境条件，干燥的程度等均影响干燥对微生物的效果。休眠孢子抗干燥能力也很强，在干燥条件下可长期不死，这一特性已用于菌种保藏，如用砂土管来保藏有孢子的菌种。在日常生活中也常用烘干、晒干和熏干等方法来保存食物。

6.渗透压： 　　水或其他溶剂经过半透性膜而进行扩散的现象就是渗透。在渗透时溶剂通过半透性膜时的压力即谓渗透压。其大小与溶液浓度成正比。 　　适宜于微生物生长的渗透压范围较广，而且它们往往对渗透压有一定的适应能力。突然改变渗透压会使微生物失去活性，逐渐改变渗透压，微生物常能适应这种改变。对一般微生物来说，它们的细胞若置于高渗溶液中，水将通过细胞膜从低浓度的细胞内进入细胞周围的溶液中，造成细胞脱水而引起质壁分离，使细胞不能生长甚至死亡。相反，若将微生物置于低渗溶液或水中，外环境中的水将从溶液进入细胞内引起细胞膨胀，甚至使细胞破裂。 　　

由于一般微生物不能耐受高渗透压，所以日常生活中常用高浓度的盐或糖保存食物，如腌渍蔬菜、肉类及蜜饯等。

7.超声波： 　　超声波具有强烈的生物学作用。超声波的作用是使细胞破裂，所以几乎所有的微生物都能受其破坏，其效果与频率、处理时间、微生物种类、细胞大小、形状及数量等均有关系。

8.重金属及其化合物： 　　一些重金属离子是微生物细胞的组成成分，当培养基中这些重金属离子浓度低时，对微生物生长有促进作用，反之会产生毒害作用；也有些重金属离子的存在，不管浓度大小，对微生物的生长均会产生有害或致死作用。

因此，大多数重金属及其化合物都是有效的杀菌剂或防腐剂。其作用最强的是Hg、Ag和Cu。如：二氯化汞又名升汞，是杀菌力极强的消毒剂。0.1-1%浓度的硝酸银常用于皮肤的消毒。

9.有机化合物： 　　对微生物具有有害效应的有机化合物种类很多，其中酚、醇、醛等能使蛋白质变性，是常用的杀菌剂。 　　酚：酚又名石炭酸。它们对细菌的有害作用可能主要是使蛋白质变性，同时又有表面活性的作用，破坏细胞膜的透性，使细胞内含物外溢。当浓度高时是致死因子，反之则起抑菌作用。

　　甲酚是酚的衍生物。杀菌力比酚强几倍。甲酚在水中的溶解度较低，但在皂液与碱性溶液中易形成乳液。市售的消毒剂煤酚皂液（来苏尔）就是甲酚与肥皂的混合液，常用3-5%的溶液来消毒皮肤、桌面及用具等。

　　醇：它是脱水剂、蛋白质变性剂，也是脂溶剂，可使蛋白质脱水、变性，损害细胞膜而具杀菌能力。乙醇是普遍使用的消毒剂，常用于实验室内的玻棒、玻片及其他用具的消毒。50-70％的乙醇便可杀死营养细胞；70%的乙醇杀菌效果最好，超过70%以至无水酒精效果较差。

　　甲醛：甲醛也是一种常用的杀细菌与杀真菌剂，效果良好。纯甲醛为气体状，可溶于水，市售的福尔马林溶液就是37-40％的甲醛水溶液。

10.卤族元素及其化合物： 　　碘：是强杀菌剂。3-7%碘溶于70-83%的乙醇中配制成碘酊，是皮肤及小伤口有效的消毒剂。碘一般都作外用药。

　　氯气或氯化物：这是一类最广泛应用的消毒剂。 氯气一般用于饮水的消毒，次氯酸盐等常用作食品加工过程中的消毒。氯气和氯化物的杀菌机制，是氯与水结合产生了次氯酸(HClO)，次氯酸易分解产生新生态氧，这是一种强氧化剂，对微生物起破坏用。

11.表面活性剂： 　　具有降低表面张力效应的物质称为表面活性剂。这类物质加入培养基中，可影响微生物细胞的生长与分裂。如肥皂、漂白粉、洗衣粉等。

12.染料： 　　染料，特别是碱性染料，在低浓度下可抑制细菌生长。由于这些染料具有选择性抑菌的特点，故常在培养基中加入低浓度的染料配制成选择培养基。例如：碱性三苯甲烷染料，包括孔雀绿、亮绿、结晶紫等，对革兰氏阳性菌有很强的抑制作用。 13．化学疗剂： 　　能直接干扰病原微生物的生长繁殖并可用于治疗感染性疾病的化学药物即为化学疗剂。它能选择性地作用于病原微生物新陈代谢的某个环节，使其生长受到抑制或致死。但对人体细胞毒性较小，故常用于口服或注射。化学疗剂种类很多，按其作用与性质又分为抗代谢物和抗生素等。

常用消毒剂的种类、性质和用法

第五部分 抗生菌和抗生素

抗生素（antibiotics）一种由微生物所产生的特殊的次生代谢有机物。既不参与细胞结构，也不是细胞的贮存养料；对产生菌本身无害，但对其他微生物则有专一的作用；在有效浓度很低的情况下，能够抑制敏感菌种的生长和代谢活性或使其致死。

现已报道的几千种抗生素，按结构可分为6个类型：

（1）糖的衍生物，主要由氨基己糖的衍生物组成，如链霉素；

（2）多肽类抗生素，主要或全部由氨基酸组成，有多肽或蛋白质的某些特性，如多粘菌素、青霉素；

（3）多烯类抗生素，分子结构中有多个双键，如制霉菌素、两性霉素；

（4）大环内酯抗生素，是由一个或多个单糖组成并与碳链一起形成一个巨大的芳香内酯不化合物，如红霉素；

（5）四环类抗生素，都具有四个缩合苯环，如四环素

（6）嘌呤类抗生素，都含有嘌呤环，如嘌呤霉素。抗生素不同于一般消毒齐或杀虫剂，它主要干扰细胞的生理代谢（包括酶活性），使细胞不能以正常途径维持其生命活动而停上去生长甚至死亡。因经，抗生素的作用也就消失。抗生至少的作用对象有一定范围：这种作用范围就称为该抗生素的抗菌素、四环素等。主要作用革兰氏阳性菌或阴性菌的称窄谱抗生素，前者如青霉素，后者如多粘菌至少。

已知抗生素的作用部位大致有几种：

（1）抑制细胞壁的形成，如青霉素，主要是抑制细胞壁中肽聚糖的合成。多氧霉素（一种效果很好的杀真菌剂）主要作用是抑制真攻细胞壁中几丁质的合成。（2）影响细胞膜的功能，如多粘菌至少与细胞结合，作用于脂多糖、脂蛋白，因此对革兰氏阴性菌有较强的杀菌作用，制霉菌素与真菌细胞膜中的类固醇结合，破坏细胞膜的结构。

（3）干扰蛋白质的合成，通过抑制蛋白质生物合成抑制微生物生长的抗生素较多，如卡那霉素、链霉素等。

（4）阻碍核酸的合成，主要通过抑制DNA或RNA的合成，抑制微生物的生长，例如利福霉素、博莱霉素等。

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