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1 第 3 章 农 业 微 生 物 及 其 应 用 技 术 本 章 提 要 本 章 主 要 介 绍 农 业 微 生 物 应 用 的 一 些 基 础 知 识 基 本 理 论 和 实 践 操 作 技 能, 为 进 一 步 利 用 微 生 物, 充 分 发 挥 其 有 益 作 用 打 下 基 础 内 容 包 括 : 主 要 微 生 物 类 群 的 形 态 特 征 繁 殖 方 式 及 其 在 农 业 上 的 应 用 ; 微 生 物 的 营 养 类 型 ; 微 生 物 的 营 养 与 代 谢 ; 微 生 物 的 生 长 与 培 养 ; 以 及 微 生 物 的 形 态 观 察, 培 养 基 制 备 与 灭 菌, 纯 种 分 离, 接 种 与 培 养, 菌 种 保 藏 方 法 等 实 验 操 作 技 术 第 一 节 农 业 微 生 物 的 种 类 和 特 征 自 然 界 中, 除 了 多 种 多 样 的 动 植 物, 还 有 一 大 类 形 体 微 小, 结 构 简 单, 一 般 肉 眼 看 不 见 的 低 等 生 物, 称 为 微 生 物 微 生 物 不 是 生 物 界 的 一 个 独 立 类 群, 也 不 是 分 类 学 上 的 名 称, 而 是 所 有 微 小 生 物 的 统 称 与 农 业 有 关 的 主 要 微 生 物 类 群 有 : 属 于 原 核 生 物 的 细 菌 放 线 菌 蓝 细 菌 ; 属 于 真 核 生 物 的 酵 母 菌 霉 菌 蕈 菌 等 原 核 生 物 和 真 核 生 物 的 主 要 区 别 是 : 原 核 生 物 细 胞 的 核 质 外 没 有 核 膜 包 围 称 为 原 核, 细 胞 内 不 含 任 何 细 胞 器, 细 胞 一 般 进 行 直 接 分 裂 ; 而 真 核 生 物 细 胞 有 结 构 完 整 的 细 胞 核, 由 核 膜 将 细 胞 核 与 细 胞 质 分 开, 称 为 真 核, 细 胞 内 有 各 种 细 胞 器 ( 线 粒 体 叶 绿 体 等 ), 细 胞 主 要 以 有 丝 分 裂 和 减 数 分 裂 的 方 式 进 行 繁 殖 与 其 他 生 物 一 样, 微 生 物 具 有 一 切 生 命 活 动 的 共 同 特 征, 如 生 长 繁 殖, 遗 传 变 异, 新 陈 代 谢 等 但 也 有 其 自 身 特 点 : 形 体 微 小, 结 构 简 单 ; 分 布 广, 种 类 多 ; 生 长 繁 殖 快, 代 谢 能 力 强 ; 易 发 生 变 异 等 一 细 菌 ( 一 ) 细 菌 的 形 态 特 征 细 菌 的 形 态, 包 括 个 体 形 态 和 菌 落 特 征 两 部 分 1. 个 体 形 态 细 菌 是 单 细 胞 原 核 微 生 物, 每 一 个 细 胞 就 是 一 个 独 立 生 活 的 个 体 细 菌 个 体 的 基 本 形 态 可 分 为 : 球 状 杆 状 和 螺 旋 状, 分 别 称 为 球 菌 杆 菌 和 螺 旋 菌 ( 图 3-1,

2 第 一 节 农 业 微 生 物 的 种 类 和 特 征 ,3-3) 平 均 大 小 分 别 为 :0.5 ~ 1 μm,(0.5 ~ 1) μm 5 μm,(0.5 ~ 2) μm (1 ~ 50) μm 有 的 杆 菌 能 形 成 芽 孢 称 为 芽 孢 杆 菌, 如 苏 云 金 芽 孢 杆 菌 图 3-1 各 种 球 菌 图 3-2 各 种 杆 菌 图 3-3 各 种 螺 旋 菌 细 菌 个 体 的 形 态 和 大 小 与 环 境 因 素 有 关, 如 温 度 菌 龄 培 养 物 等 当 培 养 条 件 改 变 或 菌 体 衰 老 时, 常 出 现 畸 形, 但 当 条 件 重 新 适 宜, 又 可 恢 复 原 状 2. 菌 落 特 征 微 生 物 在 固 体 培 养 基 上, 由 一 个 菌 体 经 过 一 定 时 间 和 一 定 温 度 的 培 养, 生 长 繁 殖 成 肉 眼 可 见 并 具 有 一 定 形 状 的 群 体 结 构, 称 为 菌 落 因 此, 可 以 通 过 菌 落 计 数 测 定 其 活 菌 数, 也 可 以 通 过 挑 取 单 菌 落 获 得 纯 种 菌 落 的 形 状 大 小 颜 色 透 明 度 光 泽 及 边 缘 形 状 等 特 点, 因 菌 种 不 同 而 异 ( 图 3-4), 因 而 可 作 为 菌 种 鉴 定 的 依 据 细 菌 的 菌 落 多 数 表 面 光 滑 湿 润 半 透 明 或 不 透 明, 大 多 数 呈 圆 形, 也 有 呈 分 支 状 或 不 规 则 扩 展 状 有 的 有 颜 色, 有 的 表 面 干 燥 有 褶 纹 直 径 一 般 1 ~ 4 mm 菌 体 与 培 养 基 结 合 不 紧, 用 挑

3 58 第 3 章 农 业 微 生 物 及 其 应 用 技 术 图 3-4 平 皿 上 的 菌 落 特 征 针 容 易 挑 起 ( 二 ) 细 菌 的 细 胞 结 构 细 菌 的 细 胞 一 般 具 有 细 胞 壁 细 胞 膜 细 胞 质 及 原 核 等 基 本 结 构 有 些 还 具 有 鞭 毛 荚 膜 芽 孢 等 特 殊 结 构 ( 图 3-5) 图 3-5 细 菌 细 胞 结 构 示 意 图 1. 细 菌 细 胞 的 基 本 结 构 细 胞 壁 位 于 菌 体 最 外 层, 是 一 层 无 色 透 明 的 薄 膜, 坚 韧 而 富 有 弹 性, 起 固 定 菌 体 形 状 和 保 护 菌 体 等 作 用 由 于 不 同 细 菌 细 胞 壁 成 分 和 结 构 不 同, 通 过 革 兰 氏 染 色 反 应 可 以 将 不 同 种 类 的 细 菌 分 为 两 大 类 群, 即 革 兰 氏 阳 性 菌 (G + ) 和 革 兰 氏 阴 性 菌 (G - ) 革 兰 氏 阴 性 菌 的 细 胞 壁 有 两 层, 含 脂 类 较 高, 成 分 较 复 杂 ; 革 兰 氏 阳 性 菌 的 细 胞 壁 只 有 一 层, 含 脂 类 较 低, 成 分 也 较 简 单 细 胞 膜 紧 贴 在 细 胞 壁 里 面 的 一 层 薄 而 柔 软, 且 具 有 选 择 吸 收 特 性 的 半 渗 透 性 膜 主 要 成 分 为 磷 脂 类 蛋 白 质 和 糖 类 其 功 能 是 控 制 物 质 的 吸 收 和 排 除, 调 节 菌 体 内 外 渗 透 压 的 平 衡, 并 且 是 许 多 重 要 酶 系 统 的 活 动 场 所 细 胞 质 细 胞 膜 内 除 核 质 以 外 的 一 切 物 质 统 称 为 细 胞 质 它 是 一 种 无 色 透 明 黏 稠 而 有 一 定 弹 性 的 胶 体, 主 要 成 分 为 蛋 白 质 核 酸 糖 类 脂 类 无 机 盐 和 水 等 幼 龄 细 菌 的 细 胞 质 稠 密 而 均 匀, 核 酸 含 量 较 高, 容 易 染 色 ; 老 龄 细 菌 的 细 胞 质 中 形 成 许 多 颗 粒, 染 色 不 均 匀 细 胞 质 是 细 菌 的 内 在 环 境, 具 有 各 种 酶 系 统, 能 进 行 细 胞 正 常 的 代 谢 活 动 此 外, 细 胞 质 中 还 含 有 各 种 内 含 物, 如 核 糖 体 质 粒 异 染 颗 粒 肝 糖 原 和 淀 粉 粒 等

4 第 一 节 农 业 微 生 物 的 种 类 和 特 征 59 原 核 细 菌 属 原 核 微 生 物, 核 质 外 没 有 核 膜, 也 无 固 定 形 态, 形 成 核 质 区, 故 称 为 原 核 核 内 遗 传 物 质 为 一 个 环 状 染 色 体, 不 含 组 蛋 白, 主 要 成 分 为 脱 氧 核 糖 核 酸 (DNA) 2. 细 菌 细 胞 的 特 殊 结 构 有 些 细 菌 还 具 有 鞭 毛 荚 膜 芽 孢 等 特 殊 结 构 ( 图 3-6) 鞭 毛 是 细 菌 的 运 动 器 官, 使 细 菌 在 液 体 和 水 中 运 动 ( 图 3-6A) ; 荚 膜 对 细 菌 有 保 护 作 用 ( 图 3-6B) ; 有 些 细 菌 生 长 到 一 定 阶 段, 在 一 定 条 件 下, 细 胞 质 浓 缩 细 胞 壁 加 厚 形 成 一 个 圆 形 或 椭 圆 形 的 结 构, 称 为 芽 孢 ( 图 3-6C) 芽 孢 是 细 菌 的 一 种 休 眠 机 构, 对 外 界 具 有 较 强 的 抗 逆 性, 如 对 高 温 干 燥 等 不 良 环 境 和 多 种 药 物 等 具 有 较 强 的 抵 抗 力 适 宜 条 件 下, 芽 孢 又 可 萌 发 成 一 个 新 的 菌 体 有 的 芽 孢 杆 菌, 如 苏 云 金 芽 孢 杆 菌, 在 形 成 芽 孢 的 同 时, 细 胞 内 产 生 一 个 由 蛋 白 质 组 成 的 菱 形 晶 体, 称 为 伴 孢 晶 体, 伴 孢 晶 体 对 鳞 翅 目 昆 虫 的 幼 虫 有 强 烈 的 胃 毒 作 用 图 3-6 细 菌 细 胞 的 特 殊 结 构

5 60 第 3 章 农 业 微 生 物 及 其 应 用 技 术 ( 三 ) 细 菌 的 繁 殖 细 菌 主 要 以 无 性 的 二 分 裂 方 式 进 行 繁 殖, 简 称 裂 殖, 繁 殖 时, 染 色 体 经 过 复 制 和 细 胞 其 他 物 质 平 均 分 配 在 分 裂 后 的 两 个 子 细 胞 中 细 菌 的 繁 殖 速 度 很 快, 在 适 宜 条 件 下, 大 约 20 分 左 右 就 可 分 裂 繁 殖 一 代, 因 此, 短 时 间 内 可 大 量 增 殖 形 成 肉 眼 可 见 的 菌 落 近 年 来 随 着 电 子 显 微 技 术 的 发 展 和 遗 传 学 的 研 究, 证 明 某 些 细 菌 也 有 有 性 繁 殖 过 程 ( 四 ) 农 业 上 常 用 的 细 菌 根 据 新 的 分 类 法, 细 菌 属 于 原 核 生 物 界, 细 菌 门, 真 细 菌 纲, 真 细 菌 亚 纲 真 细 菌 亚 纲 分 为 5 个 目 但 农 业 上 常 用 的 细 菌 主 要 属 真 细 菌 目 和 假 单 胞 细 菌 目 两 个 目 另 外, 有 些 分 解 纤 维 素 的 细 菌 属 黏 细 菌 纲 的 黏 细 菌 目, 现 一 并 列 表 3-1 表 3-1 农 业 上 常 用 细 菌 及 其 分 类 地 位 名 称 目 主 要 特 征 名 称 科 主 要 特 征 属 主 要 种 应 用 情 况 真 细 菌 目 ( 周 生 鞭 毛 ) 杆 状, 革 兰 氏 阴 性, 无 芽 孢, 能 运 动 固 氮 菌 科 根 瘤 菌 科 杆 状 到 大 卵 圆 形, 自 生 固 氮 杆 状, 常 为 多 形 态, 共 生 固 氮 固 氮 菌 属 根 瘤 菌 属 圆 褐 固 氮 菌 等 大 豆 根 瘤 菌 等 固 氮 菌 肥 料 根 瘤 菌 肥 料 杆 状, 革 兰 氏 阳 性, 无 芽 孢, 多 数 不 运 动 乳 酸 杆 菌 科 短 或 长 杆 状, 需 氧 或 不 需 氧, 发 酵 糖 类, 产 生 乳 酸 乳 酸 杆 菌 属 等 植 质 乳 酸 杆 菌 饲 料 青 贮, 农 副 产 品 加 工 杆 状, 革 兰 氏 阳 性, 产 生 芽 孢, 能 运 动 芽 孢 杆 菌 科 杆 状, 生 活 需 要 氧 气 芽 孢 杆 菌 属 巨 大 芽 孢 杆 菌 苏 云 金 芽 孢 杆 菌 乳 状 病 芽 孢 杆 菌 细 菌 肥 料, 杀 虫 剂 杆 状, 生 活 不 需 要 氧 气 芽 孢 梭 菌 属 溶 纤 维 芽 孢 梭 菌 蚀 果 胶 芽 孢 梭 菌 巴 氏 芽 孢 梭 菌 分 解 纤 维 素 和 果 胶 质, 固 氮 性 球 状, 革 兰 氏 阳 微 球 菌 科 动 杆 状, 无 芽 孢, 不 运 产 甲 烷 球 菌 属 产 甲 烷 球 菌 等 产 生 沼 气

6 第 一 节 农 业 微 生 物 的 种 类 和 特 征 61 续 表 名 称 目 主 要 特 征 名 称 科 主 要 特 征 属 主 要 种 应 用 情 况 假 单 胞 细 菌 目 ( 极 生 鞭 毛 ) 杆 状, 革 兰 氏 阴 性, 化 能 自 养 或 异 养 硝 化 细 菌 科 自 养 型, 氧 化 氨 为 亚 硝 酸 氧 化 亚 硝 酸 为 硝 酸 硝 化 细 菌 属 亚 硝 化 单 胞 菌 维 氏 硝 化 细 菌 使 易 挥 发 态 氨 成 为 植 物 可 给 性 硝 酸 盐 硫 细 菌 科 氧 化 含 硫 化 合 物, 细 胞 内 外 沉 积 硫 磺 硫 杆 菌 属 排 硫 硫 杆 菌 氧 化 硫 硫 杆 菌 分 解 磷 矿 粉 甲 烷 单 孢 菌 科 氧 化 甲 烷, 氢 或 一 氧 化 碳 甲 烷 单 胞 菌 属 甲 烷 单 胞 菌 用 做 饲 料 黏 细 菌 目 ( 不 生 鞭 毛 ) 杆 状, 革 兰 氏 阴 性, 细 胞 壁 柔 韧, 滑 行 运 动 食 纤 维 菌 科 球 黏 细 菌 科 不 产 生 休 眠 细 胞 和 子 实 体 休 眠 细 胞 圆 形 或 椭 圆 形 ( 小 孢 囊 ) 食 纤 维 菌 属 生 孢 食 纤 维 菌 属 食 纤 维 菌 生 孢 食 纤 维 菌 分 解 纤 维 素 分 解 纤 维 素 二 放 线 菌 放 线 菌 是 与 细 菌 细 胞 结 构 相 似 的 另 一 类 原 核 微 生 物, 由 于 其 菌 落 特 征 呈 放 射 状 而 得 名 广 泛 分 布 于 自 然 界, 土 壤 空 气 水 中 堆 肥 河 底 和 湖 底 的 淤 泥 中 都 可 以 找 到 尤 其 在 比 较 干 燥, 含 有 机 质 丰 富 的 碱 性 土 壤 中, 放 线 菌 数 量 和 种 类 最 多, 土 壤 中 特 有 的 泥 腥 味 就 是 由 放 线 菌 产 生 的 放 线 菌 可 产 生 多 种 抗 生 素, 生 产 上 常 用 的 抗 生 素 如 井 冈 霉 素 链 霉 素 四 环 素 等 大 多 是 由 放 线 菌 产 生 的 ( 一 ) 放 线 菌 的 形 态 特 征 1. 菌 体 形 态 放 线 菌 的 菌 体 为 单 细 胞 原 核 分 支 的 放 射 状 丝 状 体, 称 为 菌 丝, 宽 度 1 μm 左 右, 无 横 隔 很 多 菌 丝 聚 集 在 一 起 形 成 菌 丝 体 ( 图 3-7), 菌 丝 体 分 为 基 内 菌 丝 ( 营 养 菌 丝 ) 气 生 菌 丝 和 孢 子 丝 ( 图 3-8) 三 部 分 2. 菌 落 特 征 在 固 体 培 养 基 上, 由 一 个 孢 子 或 菌 丝 片 断 萌 发 形 成 的, 具 有 一 定 形 态 的 菌 丝 团, 称 为 菌 落 形 状 一 般 为 圆 形 平 坦 或 有 皱 褶, 边 缘 有 辐 射 状 菌 丝, 质 地 紧 密 坚 实 不 能 无 限 扩 张, 形 成 孢 子 后, 表 面 呈 粉 末 状 由 于 菌 丝 和 孢 子 都 具 有 色 素, 所 以 菌 落 表 面 和 背 面 的 颜 色 往 往 不 同 正 面 是 图 3-7 放 线 菌 的 菌 丝 体 孢 子 丝 和 孢 子 层 的 颜 色, 不 同 种 类 具 有 不 同 而 稳 定

7 62 第 3 章 农 业 微 生 物 及 其 应 用 技 术 图 3-8 放 线 菌 孢 子 丝 形 状 的 色 泽 而 背 面 则 是 营 养 菌 丝 以 及 它 们 所 分 泌 色 素 的 颜 色 有 些 放 线 菌 菌 落 的 形 态 和 大 小 与 产 品 品 质 有 一 定 的 相 关 性, 如 5406 的 菌 落, 凸 形 的 品 质 好, 凹 形 的 品 质 差 ( 二 ) 放 线 菌 的 繁 殖 方 式 放 线 菌 主 要 进 行 无 性 繁 殖, 孢 子 丝 生 长 到 一 定 阶 段, 产 生 许 多 横 隔 膜, 然 后 在 隔 膜 处 断 裂 形 成 孢 子 放 线 菌 的 孢 子 和 孢 囊 孢 子 遇 到 适 宜 条 件, 即 开 始 萌 发, 先 吸 水 膨 大, 出 现 1 ~ 3 个 芽 管, 然 后 长 成 新 的 菌 丝 体, 其 生 活 史 如 图 3-9 除 孢 子 和 孢 囊 孢 子 萌 发 可 以 长 出 新 的 菌 体 外, 菌 丝 断 裂 的 片 断 也 可 繁 殖 成 新 的 菌 体 放 线 菌 一 般 是 革 兰 氏 染 色 阳 性, 不 能 运 动 它 们 菌 丝 的 结 构 虽 与 细 菌 细 胞 相 似, 但 从 菌 丝 生 长 状 态 形 成 孢 子 繁 殖 的 特 性 来 看, 又 与 真 菌 相 似 所 以, 放 线 菌 是 介 于 细 菌 和 真 菌 之 间 的 一 类 微 生 物 ( 三 ) 农 业 上 常 用 的 放 线 菌 放 线 菌 属 于 原 核 生 物 界, 细 菌 门, 真 细 菌 纲, 放 线 菌 亚 纲 放 线 菌 亚 纲 主 要 有 放 线 菌 和 分 支 杆 菌 两 个 目 根 据 我 国 放 线 菌 目 的 分 类 体 系, 农 业 上 常 用 图 3-9 放 线 菌 ( 链 霉 菌 ) 生 活 史 简 图 的 产 生 抗 生 素 的 放 线 菌 主 要 是 放 线 菌 目 链 霉 菌 科 的 链 霉 菌 属, 现 列 表 3-2 介 绍 如 下 :

8 第 一 节 农 业 微 生 物 的 种 类 和 特 征 63 表 3-2 农 业 上 常 用 的 放 线 菌 及 其 分 类 地 位 放 线 菌 目 有 发 育 良 好 的 菌 丝 体, 菌 丝 与 孢 子 直 径 1 μm 左 右, 革 兰 氏 阳 性 链 霉 菌 科 菌 丝 纵 向 分 裂, 无 孢 囊, 气 生 菌 丝 上 有 分 生 孢 子 链 链 霉 菌 属 ( 孢 子 丝 多 种 多 样, 菌 落 紧 密 多 皱, 皮 壳 状 或 平 滑, 有 各 种 颜 色 ) 种 名 产 生 的 抗 生 素 应 用 情 况 吸 水 链 霉 菌 井 冈 霉 素 农 用 吸 水 刺 孢 链 霉 菌 内 疗 素 农 用 可 可 链 霉 菌 多 抗 霉 素 农 用 不 吸 水 链 霉 菌 769 农 用 农 用 小 金 色 链 霉 菌 春 雷 霉 素 医 用 农 用 庆 丰 链 霉 菌 庆 丰 霉 素 农 用 金 霉 素 链 霉 菌 金 霉 素 医 用 农 用 891 农 用 泾 阳 链 霉 菌 5406 农 用 龟 裂 链 霉 菌 土 霉 素 医 用 农 用 灰 色 链 霉 菌 灭 瘟 素 农 用 放 线 菌 酮 农 用 浅 灰 色 链 霉 菌 二 六 号 杀 虫 素 农 用 三 蓝 细 菌 蓝 细 菌 与 高 等 绿 色 植 物 和 高 等 藻 类 一 样, 含 有 光 合 色 素 叶 绿 素 a, 所 以 蓝 细 菌 是 光 合 微 生 物, 可 以 进 行 光 合 作 用 它 常 常 在 土 壤 岩 石 树 皮 上 成 片 生 长, 也 有 许 多 种 类 生 长 在 池 塘 湖 泊 和 海 洋 中 现 代 技 术 研 究 表 明, 它 的 细 胞 核 没 有 核 膜, 也 没 有 有 丝 分 裂 器, 细 胞 壁 也 与 细 菌 相 似, 革 兰 氏 染 色 阴 性, 所 以 现 在 趋 向 于 将 它 们 归 属 于 原 核 微 生 物 这 一 大 群 ( 一 ) 蓝 细 菌 的 形 态 特 征 不 同 蓝 细 菌 之 间 形 态 差 异 极 大, 已 知 有 球 状 杆 状 的 单 细 胞 和 丝 状, 个 体 比 细 菌 大, 一 般 直 径 或 宽 度 为 3 ~ 10 μm, 许 多 个 体 聚 集 在 一 起, 可 以 形 成 肉 眼 可 见 的 很 大 的 群 体 蓝 细 菌 细 胞 的 中 心, 是 原 核 所 在 的 部 位, 没 有 色 素, 周 围 是 含 有 色 素 的 细 胞 质 部 分 色 素 会 因 环 境 条 件, 尤 其 是 光 照 条 件 的 变 化 而 改 变 蓝 细 菌 在 水 池 湖 泊 中 生 长 时 可 使 水 的 颜 色 随 其 本 身 颜 色 的 变 化 而 变 化 蓝 细 菌 的 细 胞 壁 外 面 常 有 果 胶 类 物 质 构 成 的 胶 质 鞘 膜, 许 多 种 类 因 胶 质 融 合 在 一 起, 而 形 成 一 个 较 大 的 胶 团, 呈 球 状 或 块 状 蓝 细 菌 没 有 鞭 毛, 只 能 滑 行 ( 二 ) 蓝 细 菌 的 繁 殖 方 式

9 64 第 3 章 农 业 微 生 物 及 其 应 用 技 术 蓝 细 菌 没 有 有 性 繁 殖 过 程, 以 细 胞 直 接 分 裂 方 式 繁 殖, 有 些 种 类 还 能 形 成 连 锁 体 ( 三 ) 农 业 上 常 用 种 类 及 其 作 用 蓝 细 菌 种 类 很 多, 这 里 重 点 介 绍 三 个 属 1. 鱼 腥 藻 属 细 胞 呈 球 形, 细 胞 分 裂 总 是 在 平 行 面 上 进 行, 因 而 形 成 链 状 丝, 链 状 丝 外 有 一 层 或 薄 或 厚 的 胶 鞘 链 状 丝 中 有 少 数 细 胞, 形 状 与 其 他 细 胞 不 同, 不 含 光 合 色 素, 细 胞 壁 明 显 加 厚, 称 为 异 形 胞 ( 图 3-10) 各 种 能 形 成 异 形 胞 的 蓝 细 菌 有 固 氮 能 力, 鱼 腥 藻 有 好 些 种 类 能 固 氮, 如 生 活 在 红 萍 体 腔 内 的 红 萍 鱼 腥 藻 2. 念 珠 藻 属 念 珠 藻 属 的 链 状 丝 常 蜷 曲 在 坚 固 的 胶 被 中, 雨 后 常 见 的 地 木 耳 就 是 念 珠 藻 的 一 种, 念 珠 藻 的 不 少 种 类 也 有 固 氮 能 力 3. 单 歧 藻 属 细 胞 也 是 按 平 行 的 分 裂 面 分 裂, 形 成 整 齐 的 有 平 行 隔 膜 的 细 胞 丝, 异 形 胞 长 在 细 胞 丝 的 顶 端, 在 细 胞 丝 外 面 有 一 共 同 的 鞘 膜, 许 多 有 鞘 膜 的 细 胞 丝 连 在 一 起 形 成 假 分 支 这 一 属 大 部 分 为 水 生, 其 中 小 单 歧 藻 ( 图 3-11) 有 固 氮 能 力 图 3-10 鱼 腥 藻 图 3-11 小 单 歧 藻 四 酵 母 菌 酵 母 菌 属 单 细 胞 真 菌, 是 应 用 较 早 而 且 重 要 的 一 类 微 生 物 主 要 分 布 在 含 糖 量 高 和 偏 酸 性 的 环 境 中, 在 浆 果 蜜 饯 蔬 菜 表 面 及 葡 萄 园 的 土 壤 中 较 多 ( 一 ) 酵 母 菌 的 形 态 特 征 1. 形 态 结 构 酵 母 菌 的 个 体 类 似 细 菌, 大 多 数 为 单 细 胞, 但 比 细 菌 大 得 多, 宽 1 ~ 5 μm, 长 5 ~ 30 μm, 一 般 呈 球 形 卵 形 或 圆 柱 形, 有 些 菌 体 能 互 相 连 接 并 延 长 成 菌 丝 体, 称 假 菌 丝 ( 图 3-12) 酵 母 菌 有 完 整 的 细 胞 核, 用 碘 液 染 色 后, 可 见 核 膜 核 仁 和 染 色 质 粒 细 胞 壁 由 酵 母 纤 维 组 成, 不 同 于 植 物 细 胞 壁 的 纤 维 素, 某 些 种 类 在 壁 外 还 有 黏 液 层 幼 龄 细 胞 的 细 胞 质 浓 而 且 均 匀,

10 第 一 节 农 业 微 生 物 的 种 类 和 特 征 65 图 3-12 酵 母 菌 的 形 态 老 龄 细 胞 的 细 胞 质 中 出 现 许 多 颗 粒 和 液 泡, 颗 粒 是 细 胞 的 代 谢 产 物, 如 异 染 颗 粒 肝 糖 原 淀 粉 脂 肪 及 线 粒 体 等, 有 些 种 类 则 含 有 很 丰 富 的 核 酸 和 维 生 素 等 液 泡 大 多 数 是 一 个, 也 有 两 个 的, 其 中 充 满 水 分 和 盐 分 2. 菌 落 特 征 酵 母 菌 的 菌 落 形 状 与 细 菌 的 菌 落 相 似, 但 比 细 菌 菌 落 大 而 厚, 多 数 不 透 明, 一 般 为 圆 形, 表 面 光 滑 粘 稠 湿 润 呈 油 脂 状, 多 数 为 乳 白 色, 少 数 为 粉 红 色 或 红 色, 用 接 种 针 很 容 易 从 菌 落 中 将 菌 挑 起 培 养 时 间 较 长 的 菌 落, 表 面 呈 皱 纹 状, 较 干 燥, 颜 色 往 往 变 暗 ( 二 ) 酵 母 菌 的 繁 殖 方 式 酵 母 菌 的 繁 殖 有 无 性 繁 殖 和 有 性 繁 殖 两 种 方 式 1. 无 性 繁 殖 无 性 繁 殖 又 分 出 芽 繁 殖 和 分 裂 繁 殖 出 芽 繁 殖 出 芽 繁 殖 是 酵 母 菌 中 最 普 遍 的 繁 殖 方 法 ( 图 3-13) 成 长 的 芽 体 与 母 细 胞 脱 离 或 暂 时 联 在 一 起, 有 时 在 此 种 情 况 下 可 再 出 新 芽 如 此 连 续 进 行, 各 芽 体 可 互 相 连 接 而 形 成 假 菌 丝 常 见 的 啤 酒 酵 母 热 带 假 丝 酵 母 等 都 进 行 出 芽 繁 殖 图 3-13 酵 母 菌 的 出 芽 繁 殖 过 程 ( 数 字 示 顺 序 ) 分 裂 繁 殖 分 裂 繁 殖 和 细 菌 一 样, 在 分 裂 过 程 中 首 先 细 胞 延 长, 然 后 中 间 出 现 横 隔 而 形 成 两 个 细 胞 有 时 繁 殖 很 快, 两 个 子 细 胞 尚 未 分 离 又 各 生 一 横 隔, 如 此 连 续 进 行, 可 形 成 短 链 进 行 分 裂 繁 殖 的 酵 母 极 少, 只 有 裂 殖 酵 母 菌 2. 有 性 繁 殖 酵 母 菌 有 性 繁 殖 形 成 子 囊 和 子 囊 孢 子 ( 图 3-14) ( 三 ) 农 业 上 常 用 的 酵 母 菌 酵 母 菌 在 真 菌 门 的 子 囊 菌 亚 门 担 子 菌 亚 门 和 半 知 菌 亚 门 中 分 布 较 广, 农 业 上 常 用 的 酵 母 菌 主 要 在 半 知 菌 亚 门 和 子 囊 菌 亚 门 ( 表 3-3)

11 66 第 3 章 农 业 微 生 物 及 其 应 用 技 术 图 3-14 啤 酒 酵 母 菌 的 生 活 史 表 3-3 农 业 上 常 用 的 酵 母 菌 及 其 分 类 地 位 分 类 目 科 属 主 要 种 形 态 特 征 用 途 半 知 菌 亚 门 丛 梗 孢 目 隐 球 酵 母 科 假 丝 酵 母 属 产 朊 假 丝 酵 母 圆 形 或 椭 圆 形, 假 菌 丝 发 达 饲 料 热 带 假 丝 酵 母 圆 形 或 卵 形, 除 假 菌 丝 外, 还 有 真 菌 丝 饲 料 丛 梗 孢 科 地 霉 属 白 地 霉 裂 生 孢 子 圆 筒 形, 有 真 菌 丝 和 横 隔 饲 料 子 囊 菌 亚 门 内 孢 霉 目 酵 母 科 酵 母 菌 属 啤 酒 酵 母 圆 形 或 卵 圆 形, 无 假 菌 丝 酿 酒 饲 料 酵 母 菌 的 应 用 极 为 广 泛, 菌 体 蛋 白 可 作 人 类 食 品 和 保 健 品, 大 多 用 作 动 物 饲 料 ; 此 外, 常 用 于 馒 头 面 包 和 酒 醋 的 发 酵 ; 酵 母 菌 体 还 可 提 取 核 酸 辅 酶 A 细 胞 色 素 c 及 凝 血 质 等 贵 重 药 品 ; 利 用 代 谢 产 物 制 取 维 生 素 有 机 物 和 酶 制 剂 等 ; 用 于 石 油 发 酵 和 石 油 脱 蜡 等 五 霉 菌 霉 菌 是 丝 状 真 菌 的 通 称 或 俗 称 凡 在 基 质 上 长 成 绒 毛 状 棉 絮 状 或 蜘 蛛 网 状 的 真 菌 统 称 霉 菌 在 自 然 界 分 布 很 广, 种 类 繁 多, 据 估 计 约 有 种 以 上 一 般 生 活 在 偏 酸 性 的 环 境 中, 大 量 存 在 于 土 壤, 空 气 中 也 有 很 多 霉 菌 孢 子 霉 菌 分 解 纤 维 素 木 质 素 几 丁 质 及 蛋 白 质 等 复 杂 有 机 物 的 能 力 较 强, 在 自 然 界 的 物 质 循 环 中 起 着 很 大 作 用 ( 一 ) 霉 菌 的 形 态 特 征 1. 形 态 结 构 构 成 霉 菌 营 养 体 的 基 本 单 位 是 菌 丝, 菌 丝 通 常 呈 管 状, 粗 细 不 一, 一 般 宽 5 ~

12 第 一 节 农 业 微 生 物 的 种 类 和 特 征 μm, 少 数 小 至 0.5 μm 或 大 到 100 μm 大 部 分 无 色 透 明, 有 的 表 现 不 同 颜 色 低 等 霉 菌 的 菌 丝 没 有 横 隔 膜, 单 细 胞 称 无 隔 菌 丝 ; 高 等 霉 菌 的 菌 丝 有 横 隔 膜, 多 细 胞 称 有 隔 菌 丝, 也 像 放 线 菌 那 样 分 为 基 内 菌 丝 和 气 生 菌 丝, 在 气 生 菌 丝 顶 端 可 产 生 各 种 孢 子 霉 菌 菌 丝 细 胞 的 构 造 同 酵 母 菌 细 胞 相 似, 有 细 胞 壁 细 胞 膜 原 生 质 细 胞 核 和 其 他 内 含 物 ( 图 3-15) 菌 丝 隔 膜 的 中 央 有 极 小 的 孔, 细 胞 质 或 养 料 可 互 相 沟 通, 细 胞 核 也 可 以 通 过 图 3-15 霉 菌 菌 丝 2. 菌 落 特 征 霉 菌 的 菌 落 由 无 数 分 支 状 菌 丝 体 组 成, 呈 绒 毛 状, 棉 絮 状 或 蜘 蛛 网 状, 一 般 比 细 菌 菌 落 大 几 倍 至 几 十 倍 在 固 体 培 养 基 上, 霉 菌 菌 落 一 般 比 较 疏 松, 有 些 生 长 快 的 种 类, 能 迅 速 蔓 延 扩 展 ; 有 些 种 类 生 长 则 有 局 限 性 菌 落 最 初 呈 白 色 或 浅 色, 这 是 菌 丝 的 颜 色 随 后 从 菌 落 的 中 央 逐 渐 向 外 扩 展, 在 菌 丝 上 长 出 各 种 颜 色 的 孢 子, 有 时 菌 丝 也 能 分 泌 一 些 色 素, 扩 散 到 培 养 基 内 所 以 不 同 霉 菌 在 培 养 基 的 正 面 和 反 面 显 示 出 不 同 颜 色, 这 些 特 征 是 鉴 别 霉 菌 的 重 要 依 据 ( 二 ) 霉 菌 的 繁 殖 方 式 霉 菌 的 繁 殖 方 式 主 要 有 无 性 繁 殖 和 有 性 繁 殖 两 种, 通 过 产 生 各 种 类 型 的 孢 子 进 行 繁 殖 另 外, 也 可 由 菌 丝 片 断 无 限 伸 长 和 分 支 形 成 菌 丝 体 而 起 繁 殖 作 用 1. 无 性 繁 殖 无 性 繁 殖 是 霉 菌 的 主 要 繁 殖 方 式, 是 指 不 经 过 两 性 细 胞 或 性 器 官 结 合 而 直 接 由 营 养 体 分 化 形 成 无 性 孢 子 的 繁 殖 方 式 多 数 无 隔 膜 菌 丝 的 霉 菌 产 生 孢 囊 孢 子, 如 毛 霉 根 霉 等 ; 有 隔 膜 菌 丝 的 霉 菌 由 分 生 孢 子 梗 产 生 分 生 孢 子, 如 青 霉 曲 霉 等 孢 囊 孢 子 低 等 霉 菌 的 菌 丝 分 化 而 成 孢 囊 梗, 其 顶 端 膨 大 呈 囊 状 的 孢 子 囊 囊 内 的 原 生 质 分 割 成 若 干 小 块, 周 围 形 成 有 细 胞 壁 的 孢 子, 称 为 孢 囊 孢 子 分 生 孢 子 菌 丝 分 化 形 成 各 种 形 状 的 分 生 孢 子 梗, 顶 端 或 侧 面 分 生 出 形 状 颜 色 大 小 不 同 的 孢 子, 称 为 分 生 孢 子 成 熟 后 从 分 生 孢 子 梗 上 脱 落 传 播 2. 有 性 繁 殖 是 指 经 过 两 性 细 胞 或 两 性 器 官 结 合, 经 过 质 配 核 配 和 减 数 分 裂 产 生 有 性 孢 子 的 繁 殖 方 式 在 霉 菌 中, 有 性 繁 殖 不 及 无 性 繁 殖 那 么 经 常 与 普 遍, 往 往 在 自 然 条 件 下 较 多, 在 一 般 培 养 基 上 不 常 出 现 无 隔 膜 菌 丝 的 霉 菌 产 生 接 合 孢 子, 如 毛 霉 根 霉 等 ; 有 隔 膜 菌 丝 的 霉 菌 产 生 子 囊 孢 子, 如 曲 霉 等 接 合 孢 子 由 两 个 同 形 不 同 性 别 的 配 子 囊 ( 性 器 官 ) 相 结 合, 接 触 处 的 细 胞 壁 溶 解, 两 个 细 胞 的 内 含 物 融 合, 形 成 厚 壁 球 形 双 倍 体 的 休 眠 孢 子, 称 接 合 孢 子, 如 根 霉 菌 的 接 合 孢 子 子 囊 孢 子 由 雄 器 和 产 囊 体 两 个 异 型 配 子 囊 ( 性 器 官 ) 相 结 合, 质 配 后 由 产 囊 体 产 生 许 多 棒 形 囊 状 物, 称 子 囊 两 性 核 在 子 囊 内 经 过 核 配 和 减 数 分 裂, 形 成 的 单 倍 体 孢 子, 称 为 子 囊 孢 子 不 同 种 类 的 霉 菌, 孢 子 的 形 态 和 产 生 孢 子 的 器 官 均 不 一 样, 它 们 是 霉 菌 分 类 的 重 要 依 据 霉

13 68 第 3 章 农 业 微 生 物 及 其 应 用 技 术 菌 无 性 繁 殖 所 产 生 的 大 量 分 散 的 无 性 孢 子, 即 可 用 作 纯 种 分 离, 又 可 用 来 接 种, 在 短 期 内 可 得 到 大 量 菌 体, 还 可 长 期 保 存, 有 利 于 进 行 研 究 和 生 产 而 有 性 繁 殖, 除 了 用 其 进 行 杂 交 外, 生 产 上 应 用 很 少 所 以, 大 多 数 霉 菌 的 生 活 史, 包 括 有 性 繁 殖 与 无 性 繁 殖 ( 图 3-16) 图 3-16 根 霉 的 生 活 史 ( 三 ) 农 业 常 用 的 霉 菌 霉 菌 分 布 在 真 菌 门 的 接 合 菌 亚 门 子 囊 菌 亚 门 和 半 知 菌 亚 门 中 农 业 上 常 用 的 霉 菌 主 要 在 半 知 菌 亚 门 和 接 合 菌 亚 门 ( 表 3-4) 目 前 霉 菌 除 应 用 于 传 统 的 酿 酒 制 酱 和 其 他 发 酵 食 品 外, 还 用 来 生 产 酶 制 剂 有 机 酸 抗 生 素 杀 虫 剂 植 物 激 素 及 发 酵 饲 料 等 表 3-4 农 业 上 常 用 的 霉 菌 及 其 分 类 地 位 亚 门 目 科 属 主 要 特 征 分 布 作 用 与 用 途 接 合 菌 亚 门 毛 霉 目 毛 霉 科 根 霉 属 菌 丝 无 隔, 单 细 胞 迅 速 蔓 延, 有 假 根, 孢 子 囊 呈 黑 色, 产 生 孢 子 囊 和 接 合 孢 子 ( 图 3-17) 毛 霉 属 与 根 霉 属 相 似, 但 没 有 假 根 常 长 在 淀 粉 质 的 物 品 上, 如 馒 头 面 包 甘 薯 等 阴 暗 潮 湿 处 的 多 种 有 机 基 质 上 能 将 淀 粉 转 化 为 糖, 用 于 生 产 糖 化 酶 酿 造 甜 酒 等 分 解 淀 粉 和 蛋 白 质 能 力 强, 用 于 制 腐 乳 和 食 品 加 工 等

14 第 一 节 农 业 微 生 物 的 种 类 和 特 征 69 续 表 亚 门 半 知 菌 亚 目 科 属 主 要 特 征 分 布 作 用 与 用 途 丛 丛 曲 霉 菌 丝 分 隔, 分 生 孢 子 梗 顶 端 膨 大, 顶 囊 上 生 辐 射 状 小 梗 梗 属 梗 ( 图 3-18) 菌 落 疏 松, 颜 色 多 样 孢 孢 青 霉 菌 丝 分 隔, 孢 子 梗 呈 扫 帚 形 ( 图 3-19) 菌 落 由 紧 密 目 科 属 到 疏 松, 多 呈 蓝 绿 色 谷 物 空 气 土 壤 和 各 分 解 有 机 质 能 力 强, 用 类 有 机 物 上 于 制 曲 制 醋, 生 产 柠 檬 酸 酶 制 剂 及 糖 化 饲 料 等 空 气 土 壤 及 物 品 上, 青 霉 素 产 生 菌, 也 用 于 腐 烂 的 柑 橘 上 更 多 制 备 农 用 抗 生 素 和 发 酵 饲 料 门 木 霉 属 菌 丝 分 隔, 蔓 延 生 长, 孢 子 梗 球 形, 呈 絮 状 ( 图 3-20) 菌 落 铜 绿 色 上 土 壤 木 材 及 其 他 物 品 分 解 纤 维 素 和 木 质 素, 用 于 饲 料 发 酵 白 僵 菌 属 菌 丝 分 隔, 绒 毛 状, 成 簇, 分 叉, 可 生 节 孢 子 菌 落 如 棉 絮 状 寄 生 于 松 毛 虫 等 140 种 昆 虫 的 幼 虫 蛹 及 成 虫 上 防 治 农 林 业 害 虫 黑 盘 孢 目 瘤 座 孢 科 黑 盘 孢 科 镰 刀 菌 ( 赤 霉 菌 ) 属 毛 盘 孢 属 菌 丝 分 隔, 分 支 茂 密, 分 生 孢 子 有 大 小 两 种, 大 型 的 形 如 镰 刀, 一 般 呈 紫 红 色 菌 丝 分 隔, 分 生 孢 子 长 椭 圆 形 菌 落 放 射 状 橘 红 色, 中 央 有 黑 色 分 生 孢 子 盘 寄 生 于 植 物 和 各 种 有 机 物 上 豆 科 禾 本 科 果 树 蔬 菜 及 经 济 作 物 上 引 起 稻 苗 疯 长, 产 生 赤 霉 素 920 农 用 除 草 剂 图 3-17 根 霉 的 形 态 图 3-18 曲 霉 的 形 态

15 70 第 3 章 农 业 微 生 物 及 其 应 用 技 术 图 3-19 青 霉 的 形 态 图 3-20 木 霉 的 形 态 六 蕈 菌 大 多 数 担 子 菌 和 少 数 子 囊 菌 在 它 们 的 生 活 史 中 都 形 成 大 型 子 实 体 ( 图 3-21), 能 形 成 大 型 子 实 体 的 真 菌 称 为 蕈 菌 蕈 菌 大 多 是 担 子 菌, 少 数 是 子 囊 菌, 很 多 能 食 用 或 药 用, 如 双 孢 蘑 菇 香 菇 平 菇 金 针 菇 灵 芝 及 猴 头 等 还 有 一 些 误 食 会 引 起 人 畜 中 毒 的 毒 蕈, 也 有 引 起 树 木 病 害 和 树 木 腐 烂 的 害 蕈 ( 一 ) 蕈 菌 的 形 态 特 征 蕈 菌 和 霉 菌 一 样, 也 形 成 绒 毛 状 的 菌 丝 体, 并 能 进 一 步 形 成 大 型 子 实 体 不 同 种 的 蕈 菌 子 实 体 形 状 各 异, 其 大 小 为 (3 ~ 18)cm (4 ~ 20)cm 蕈 菌 在 发 育 过 程 中 常 形 成 由 + - 单 核 菌 丝 ( 一 级 菌 丝 ) 进 行 性 结 合 产 生 的 双 核 菌 丝 ( 二 级 菌 丝 ), 又 称 为 营 养 菌 丝 双 核 菌 丝 由 一 种 称 为 锁 状 联 合 ( 图 3-22) 的 特 殊 细 胞 分 裂 方 式 产 生, 并 且 进 一 步 生 长 延 伸

16 第 一 节 农 业 微 生 物 的 种 类 和 特 征 71 图 3-21 几 种 常 见 的 蕈 菌 图 3-22 锁 状 联 合 形 成 过 程 示 意 图 ( 二 ) 蕈 菌 的 繁 殖 方 式 蕈 菌 的 双 核 菌 丝, 在 形 成 子 实 体 时, 首 先 分 化 为 各 种 菌 丝 束 ( 三 级 菌 丝 ) 菌 丝 束 在 条 件 适 宜 时 形 成 菌 蕾, 而 后 逐 渐 膨 大 形 成 子 实 体 子 实 体 成 熟 后, 双 核 菌 丝 顶 端 细 胞 膨 大, 两 个 核 在 其 中 进 行 核 配 ; 核 配 以 后, 经 过 两 次 分 裂, 其 中 一 次 为 减 数 分 裂, 产 生 四 个 单 倍 体 的 子 核, 同 时 顶 细 胞 膨 大 变 成 担 子 ; 然 后 担 子 上 生 出 四 个 小 梗, 四 个 小 核 分 别 进 入 四 个 小 梗 而 发 育 成 四 个 担 孢 子 ( 图 3-23) 图 3-23 担 孢 子 形 成 过 程 示 意 图 担 子 菌 不 形 成 特 定 的 有 性 器 官, 发 育 周 期 从 担 孢 子 萌 发 成 单 核 菌 丝 开 始, 有 性 过 程 是 两 个 不 同 性 别 的 单 核 菌 丝 相 互 结 合 的 过 程 如 黑 木 耳 四 孢 蘑 菇 等 的 子 实 体, 必 须 经 过 异 株 菌 丝 体 间 细 胞 的 结 合 才 能 产 生, 这 种 现 象 叫 做 异 宗 结 合 但 是, 有 些 栽 培 蘑 菇 的 子 实 体, 不 经 过 相 异 菌 丝 体 细 胞 间 的 结 合 也 能 产 生, 这 种 现 象 叫 做 同 宗 结 合 现 将 四 孢 蘑 菇 的 生 活 史 ( 异 宗 结 合 种 类 ) 表 示

17 72 第 3 章 农 业 微 生 物 及 其 应 用 技 术 为 : 有 性 世 代 无 性 世 代 担 孢 子 一 级 菌 丝 体 ( n) ( n) 担 孢 子 一 级 菌 丝 体 ( n) ( n) 接 合 二 级 菌 丝 体 三 级 菌 丝 体 担 子 ( n + n) ( 子 实 体 ) (2n) ( 融 合 ) ( 三 ) 农 业 上 常 用 的 蕈 菌 ( 减 数 分 裂 ) 蕈 菌 分 布 在 担 子 菌 亚 门 和 子 囊 菌 亚 门, 但 多 数 食 用 与 药 用 蕈 菌 主 要 分 布 在 担 子 菌 亚 门 ( 表 3-5) 表 3-5 农 业 上 常 用 的 蕈 菌 及 其 分 类 地 位 亚 门 目 科 属 主 要 种 形 态 特 征 用 途 子 囊 菌 亚 门 担 子 菌 亚 门 盘 菌 目 马 鞍 羊 肚 子 囊 果 近 球 形 至 卵 形, 灰 黑 色 孢 羊 肚 菌 菌 科 菌 属 子 无 色, 卵 圆 形 银 耳 目 银 耳 科 银 耳 属 银 耳 担 子 果 胶 质, 近 耳 形, 白 色 孢 子 无 色, 近 球 形 木 耳 目 木 耳 科 木 耳 属 黑 木 耳 担 子 果 薄, 有 弹 性, 胶 质, 红 褐 色 孢 子 肾 形 或 圆 柱 形 食 用 滋 补 品 食 用 药 用 多 孔 菌 目 齿 菌 科 猴 头 属 猴 头 担 子 果 刺 状, 肉 质, 白 色 至 浅 褐 色, 孢 子 球 形, 无 色 食 用 多 孔 菌 科 灵 芝 属 灵 芝 菌 盖 木 栓 质, 半 圆 形 或 肾 形, 黄 至 红 褐 色 孢 子 卵 形, 褐 色 药 用 伞 菌 目 牛 肝 牛 肝 美 味 菌 盖 宽 厚, 肉 质, 扁 半 球 形, 黄 褐 色 食 用 菌 科 菌 属 牛 肝 菌 孢 子 黄 色, 光 滑, 近 梭 形 口 蘑 科 香 菇 属 香 菇 菌 盖 半 肉 质, 扁 半 球 形, 深 肉 色 孢 子 无 色, 光 滑, 椭 圆 形 侧 耳 属 平 菇 菌 盖 肉 质, 肾 形, 白 色 至 灰 色, 孢 子 圆 柱 形, 光 滑, 无 色 食 用 食 用 金 钱 金 针 菇 菌 盖 肉 质, 扁 半 球 形, 黄 褐 色 孢 子 食 用 菌 属 椭 圆 形, 无 色 光 柄 小 包 脚 草 菇 菌 盖 肉 质, 钟 形, 灰 色 孢 子 光 滑, 食 用 菇 科 菇 属 椭 圆 形, 成 堆, 粉 红 色 伞 菌 科 蘑 菇 属 双 孢 蘑 菇 丛 生, 菌 盖 肉 质, 扁 半 球 形 至 平 展, 白 色 至 淡 黄 色 担 子 有 2 个 担 孢 子, 椭 圆 形, 紫 褐 色 食 用

18 第 二 节 微 生 物 的 营 养 与 代 谢 73 现 将 六 种 类 型 微 生 物 主 要 形 态 特 征 总 结 归 纳 于 表 3-6 表 3-6 微 生 物 主 要 类 群 形 态 特 征 比 较 类 别 个 体 形 态 菌 落 特 征 繁 殖 方 式 细 菌 单 细 胞, 球 状 杆 状 螺 旋 状 细 胞 核 结 构 不 完 善 湿 润 光 滑 半 透 明 或 不 透 明, 无 色 或 有 色 菌 体 和 培 养 基 结 合 不 紧, 易 被 针 挑 起 分 裂 繁 殖 放 线 菌 单 细 胞, 菌 体 丝 状, 宽 度 与 杆 状 细 菌 相 似, 无 横 隔, 分 基 内 菌 丝 与 气 生 菌 丝 细 胞 核 结 构 不 完 善 干 燥, 有 皱 褶, 短 绒 状 或 粉 末 状, 白 色 或 各 种 颜 色 菌 体 和 培 养 基 结 合 紧, 难 被 针 挑 起 由 孢 子 丝 断 裂 形 成 孢 子 或 菌 丝 断 裂 繁 殖 酵 母 菌 霉 菌 蓝 细 菌 蕈 菌 单 细 胞, 比 细 菌 大, 圆 卵 圆 或 椭 圆 形, 有 的 形 成 假 菌 丝 细 胞 核 结 构 完 善 菌 落 特 征 与 细 菌 相 似, 但 较 大 而 厚, 不 透 明, 灰 白 乳 白 或 红 色, 易 被 针 挑 起 单 细 胞 或 多 细 胞, 菌 丝 有 横 隔 或 无 横 菌 落 大, 棉 絮 状 或 绒 毛 状, 疏 隔, 宽 度 似 酵 母 菌, 分 气 生 菌 丝 与 基 内 菌 松, 有 的 蔓 延 不 成 形, 无 色 或 有 各 丝 细 胞 核 结 构 完 善 种 颜 色 单 细 胞, 常 多 个 菌 体 聚 集 成 很 大 群 体, 块 状 或 球 状 等 细 胞 核 结 构 不 完 善 多 细 胞 具 有 分 隔 和 分 支 的 菌 丝 体, 分 能 形 成 各 种 形 状 的 大 型 子 实 为 一 级 菌 丝 二 级 菌 丝 细 胞 核 结 构 完 体, 伞 状 膜 状 等 善 以 无 性 出 芽 繁 殖 为 主 有 性 繁 殖 形 成 子 囊 孢 子 无 性 繁 殖 以 分 生 孢 子 或 孢 囊 孢 子 进 行 有 性 繁 殖 产 生 子 囊 孢 子 和 接 合 孢 子 分 裂 繁 殖 有 性 繁 殖 产 生 担 孢 子 或 子 囊 孢 子 第 二 节 微 生 物 的 营 养 与 代 谢 一 微 生 物 的 营 养 类 型 根 据 微 生 物 所 需 的 营 养 和 能 源 的 不 同, 将 微 生 物 分 为 下 列 四 种 营 养 类 型 : 1. 光 能 自 养 型 这 类 微 生 物 细 胞 中 含 有 与 高 等 植 物 叶 绿 素 相 似 的 光 合 色 素 叶 绿 素 或 细 菌 叶 绿 素, 能 利 用 日 光 作 为 能 源, 进 行 光 合 作 用, 通 过 光 合 磷 酸 化 产 生 ATP, 以 CO2 作 为 惟 一 碳 源 或 主 要 碳 源 合 成 有 机 物 例 如, 蓝 细 菌 体 内 有 叶 绿 素, 其 光 合 作 用 与 高 等 绿 色 植 物 的 光 合 作 用 相 同, 以 水 作 为 供 氢 体, 通 过 光 合 作 用, 将 CO2 还 原 合 成 有 机 物 质, 并 放 出 氧 光 能 CO2 + H2 O (CH2 O) + O2 叶 绿 素 红 硫 细 菌 和 绿 硫 细 菌 体 内 具 有 非 叶 绿 素 的 光 合 色 素, 以 H2 S 或 其 他 无 机 硫 化 物 作 为 供 氢 体, 还

19 74 第 3 章 农 业 微 生 物 及 其 应 用 技 术 原 CO2 为 有 机 物 质, 并 放 出 硫, 这 些 硫 元 素 在 体 内 积 累 ( 红 硫 细 菌 ) 或 在 体 外 积 累 ( 绿 硫 细 菌 ) CO2 + 2H2 S 光 能 光 合 色 素 (CH2 O) + H2 O + 2S 2. 光 能 异 养 型 有 少 数 微 生 物 种 类 具 有 光 合 色 素, 利 用 光 能 把 CO2 还 原 为 糖 类, 但 必 须 以 某 种 有 机 物 作 为 供 氢 体 和 碳 源 湖 泊 和 池 塘 淤 泥 中 的 细 菌, 在 含 有 有 机 物 质 无 硫 化 物 ( 或 含 量 极 低 ) 和 缺 氧 条 件 下, 能 利 用 有 机 酸 醇 等 有 机 物 作 为 供 氢 体, 使 CO2 酮 这 类 微 生 物 生 长 时 大 多 需 要 外 源 生 长 因 素 H3 C 2 CHOH + CO2 H3 C 光 能 光 合 色 素 2CH3 COCH3 + [CH2 O] + H2 O 还 原 成 细 胞 物 质, 并 积 累 丙 这 类 菌 能 利 用 低 分 子 有 机 物 迅 速 繁 殖, 能 净 化 高 浓 度 的 有 机 废 水, 如 果 再 和 活 性 污 泥 法 等 配 合, 净 化 效 率 是 很 高 的, 这 样 既 可 保 护 环 境, 消 除 污 染, 又 可 从 中 生 产 单 细 胞 蛋 白 质, 变 废 为 宝, 很 有 发 展 前 途 3. 化 能 自 养 型 这 类 微 生 物 有 氧 化 一 些 无 机 物 (H2 S FeCO3 NH4 + NO2 - ) 的 能 力, 利 用 氧 化 无 机 物 时 产 生 的 能 量 ( 化 学 能 ), 把 CO2 或 碳 酸 盐 还 原 成 有 机 碳 化 物, 如 硝 化 细 菌 硫 化 细 菌 铁 细 菌 氢 细 菌 等 它 们 广 泛 分 布 在 土 壤 与 水 域 环 境 中, 在 物 质 转 换 过 程 中 起 重 要 作 用 这 类 细 菌 在 氧 化 无 机 物 时 均 需 要 有 氧 的 参 加, 所 以 环 境 中 必 须 有 充 足 的 氧 时 才 能 进 行 4. 化 能 异 养 型 目 前 在 已 知 的 微 生 物 中 大 多 数 属 于 化 能 异 养 型, 有 机 物 通 常 既 是 它 们 生 长 的 碳 源 物 质, 又 是 能 源 物 质 如 淀 粉 糖 类 纤 维 素 有 机 酸 等, 以 有 机 或 无 机 氮 为 氮 源 这 类 微 生 物 种 类 数 量 都 很 多, 包 括 绝 大 多 数 的 细 菌 霉 菌 酵 母 菌 和 放 线 菌 等 化 能 异 养 型 微 生 物 又 可 根 据 它 们 栖 息 场 所 和 获 取 养 料 方 式 的 不 同, 分 为 腐 生 型 和 寄 生 型 两 大 类 前 者 是 利 用 无 生 命 活 性 包 括 动 植 物 残 体 的 有 机 物 作 为 生 长 的 碳 源, 后 者 则 是 寄 生 在 生 活 的 细 胞 内, 从 寄 主 体 内 获 得 生 长 所 需 要 的 营 养 物 质, 离 开 了 寄 主 便 不 能 生 长 繁 殖 在 腐 生 与 寄 生 之 间 还 存 在 着 中 间 的 过 渡 类 型, 称 为 兼 性 腐 生 或 兼 性 寄 生 四 大 营 养 类 型 的 划 分 不 是 绝 对 的, 它 们 在 不 同 条 件 下 生 长 时, 往 往 可 以 互 相 转 变, 并 存 在 着 中 间 过 渡 类 型 上 述 微 生 物 四 大 营 养 类 型 总 结 于 表 3-7 表 3-7 微 生 物 的 营 养 类 型 营 养 类 型 能 源 碳 源 反 应 微 生 物 光 能 自 养 光 能 CO2 光 能 CO2 + H2O (CH2 O) + O2 蓝 细 菌 光 能 CO2 + 2H2 S (CH2 O) + 2S 绿 硫 细 菌 蓝 细 菌 绿 硫 细 菌 紫 硫 细 菌 光 能 异 养 光 能 CO2 及 简 单 有 机 物 2(CH3 )2 CHOH + CO2 光 能 2CH3 COCH3 + (CH2 O) + H2 O 红 螺 菌 红 螺 菌 紫 硫 细 菌 紫 色 非 硫 细 菌

20 第 二 节 微 生 物 的 营 养 与 代 谢 75 续 表 营 养 类 型 能 源 碳 源 反 应 微 生 物 化 能 自 养 氧 化 无 机 物 CO2 2NH3 + 2O2 亚 硝 酸 细 菌 2HNO2 + 4H + + 能 量 亚 硝 酸 细 菌 硝 酸 细 菌 硫 化 细 菌 CO2 + 4H + (CH2 O) + H2 O 化 能 异 养 氧 化 有 机 物 有 机 物 有 机 碳 化 物 既 是 能 源, 又 是 碳 源, 可 分 为 腐 生 寄 生 和 兼 性 寄 生 绝 大 多 数 细 菌 全 部 放 线 菌 全 部 真 菌 二 微 生 物 的 营 养 物 质 ( 一 ) 微 生 物 生 活 所 需 要 的 营 养 物 质 及 其 作 用 1. 碳 素 化 合 物 碳 素 是 微 生 物 代 谢 产 物 和 细 胞 贮 藏 物 质 的 主 要 元 素, 它 作 为 细 胞 结 构 的 原 材 料 和 能 量 来 源 凡 能 供 给 微 生 物 碳 素 营 养 的 物 质, 称 为 碳 源, 从 简 单 碳 素 到 天 然 有 机 含 碳 化 合 物 都 可 作 为 不 同 微 生 物 的 碳 素 来 源 微 生 物 种 类 不 同 对 碳 源 要 求 不 同, 一 般 微 生 物 都 可 利 用 有 机 碳 源 糖 类 是 被 常 用 的 有 机 碳 源, 一 般 霉 菌 放 线 菌 等 都 能 利 用 多 糖 中 的 淀 粉, 但 最 常 用 的 是 葡 萄 糖 和 蔗 糖 生 产 上 常 用 各 种 农 副 产 品 如 马 铃 薯 玉 米 粉 米 糠 及 麦 麸 等 作 为 碳 源 2. 氮 素 化 合 物 氮 是 构 成 微 生 物 细 胞 基 本 物 质 蛋 白 质 和 核 酸 的 主 要 成 分 凡 能 被 微 生 物 利 用 的 含 氮 物 质, 称 为 氮 源 氮 源 分 无 机 氮 源 和 有 机 氮 源 两 类 在 无 机 氮 化 物 中 以 硝 酸 盐 和 铵 盐 利 用 最 多, 其 中 铵 盐 利 用 最 快 有 机 氮 中 以 胨 为 最 常 用, 胨 是 蛋 白 质 的 水 解 产 物, 含 有 氨 基 酸 等 多 种 良 好 氮 源 微 生 物 种 类 不 同 对 氮 源 要 求 不 同 酵 母 菌 霉 菌 放 线 菌 和 部 分 细 菌 能 利 用 铵 盐 硝 酸 盐 等 无 机 氮 源, 而 固 氮 菌 和 根 瘤 菌 能 利 用 空 气 中 的 分 子 态 氮 生 产 上 常 用 黄 豆 饼 粉 花 生 饼 粉 鱼 粉 等 作 为 氮 源 来 培 养 微 生 物 3. 矿 质 元 素 包 括 主 要 元 素 和 微 量 元 素 主 要 元 素 有 磷 硫 镁 钾 钙 等, 它 们 参 与 细 胞 结 构 物 质 的 组 成 能 量 转 移 细 胞 透 性 等 微 量 元 素 包 括 铁 铜 锌 锰 硼 钴 钼 等, 它 们 常 是 酶 的 组 成 部 分, 或 酶 的 激 活 剂 4. 生 长 素 凡 是 微 生 物 生 长 所 不 可 缺 少 的 微 量 有 机 物 质 都 称 为 生 长 素, 如 维 生 素 等, 主 要 是 B 族 维 生 素 它 们 是 各 种 酶 的 辅 基 成 分, 对 微 生 物 的 生 理 活 动 非 常 重 要, 人 工 供 给 时 常 加 酵 母 膏 以 满 足 其 需 要 5. 水 微 生 物 细 胞 一 般 含 有 70 % ~ 90 % 的 水 分, 水 是 微 生 物 机 体 的 主 要 组 成 成 分 水 分 是 微 生 物 最 基 本 的 营 养 要 素, 也 是 体 内 外 的 溶 媒 通 过 水 微 生 物 才 能 吸 收 营 养 和 排 除 废 物 ; 微 生 物 体 内 的 生 化 反 应, 也 必 须 在 水 溶 液 中 进 行 ; 同 时 水 分 子 容 易 扩 散, 利 于 散 热 与 吸 热, 从 而 调 节 细 胞 的 温 度 培 养 微 生 物 时 用 自 来 水 河 水 或 井 水 均 可, 如 有 特 殊 要 求, 要 用 蒸 馏 水

21 76 第 3 章 农 业 微 生 物 及 其 应 用 技 术 ( 二 ) 微 生 物 的 培 养 基 微 生 物 生 长 和 繁 殖 需 要 一 定 的 营 养 物 质 培 养 基 是 以 人 工 方 法 按 照 微 生 物 的 需 要, 用 多 种 物 质 调 制 而 成 的 适 合 不 同 微 生 物 生 长 繁 殖 或 积 累 代 谢 产 物 需 要 的 一 种 营 养 基 质 把 一 定 的 培 养 基 放 入 一 定 的 器 皿 中, 就 提 供 了 人 工 繁 殖 微 生 物 的 场 所 培 养 基 的 基 本 成 分 主 要 包 括 前 面 所 述 的 碳 素 营 养 氮 素 营 养 矿 质 元 素 水 分 和 生 长 素 等, 以 及 这 些 营 养 物 质 之 间 合 理 的 浓 度 比 例 另 外, 培 养 基 还 应 具 有 合 适 的 ph 一 定 的 缓 冲 能 力 和 合 适 的 渗 透 压 等 根 据 制 备 培 养 基 时 所 选 用 营 养 物 质 的 来 源 不 同, 将 培 养 基 分 为 天 然 培 养 基 半 合 成 培 养 基 和 合 成 培 养 基 三 类 1. 天 然 培 养 基 利 用 天 然 的 动 植 物 组 织 器 官 以 及 它 们 的 抽 提 物 等 为 原 料 制 成 的 培 养 基, 称 为 天 然 培 养 基 各 种 农 副 产 品, 如 玉 米 粉 麸 皮 等, 动 植 物 浸 出 液, 如 牛 肉 汁 马 铃 薯 汁 豆 芽 汁 等 都 可 用 以 制 备 天 然 培 养 基 这 类 培 养 基 的 优 点 是 取 材 广 泛 营 养 丰 富, 制 备 方 便, 价 格 低 廉, 适 于 在 生 产 上 进 行 大 规 模 培 养 时 采 用, 如 用 马 粪 培 养 蘑 菇 等 表 3-8 是 几 种 常 用 的 天 然 培 养 基 2. 半 合 成 培 养 基 由 成 分 已 知 的 化 学 药 品 和 成 分 复 杂 的 天 然 物 质 混 合 组 成 的 培 养 基, 称 半 合 成 培 养 基 表 3-9 所 列 是 两 种 实 用 的 半 合 成 培 养 基 在 生 产 中 使 用 天 然 培 养 基 或 半 合 成 培 养 基 时, 对 于 天 然 材 料 的 来 源, 品 种 都 应 该 加 以 固 定, 如 果 改 变 时 应 事 先 做 试 验, 证 明 合 用 后 才 能 在 生 产 上 大 量 使 用 培 养 基 组 成 成 分 马 铃 薯 倡 培 养 基 马 铃 薯 200 g 白 糖 20 g 水 ml 表 3-8 几 种 常 用 的 天 然 培 养 基 牛 肉 浸 汁 培 养 基 瘦 牛 肉 500 g 蛋 白 胨 10 g NaCl 5 g 水 ml 麦 麸 玉 米 粉 培 养 基 麦 麸 500 g 玉 米 粉 300 g 米 糠 200 g 水 适 量 豆 芽 汁 培 养 基 黄 豆 芽 200 g 白 糖 20 g 水 ml 配 制 要 点 马 铃 薯 去 皮, 切 小 新 鲜 牛 肉 去 脂 肪, 麦 麸 玉 米 粉 和 米 将 豆 芽 洗 净, 加 水 块, 加 水 ml, 肌 膜 肌 腱, 切 碎 块, 称 糠 事 先 拌 匀 后, 边 加 ml 煮 沸 30 煮 沸 半 小 时, 用 双 层 500 g 加 水 水 边 搅 拌 至 干 湿 适 分 钟, 用 纱 布 过 滤, 滤 纱 布 过 滤, 滤 汁 中 加 ml, 低 温 处 浸 泡 过 度, 以 手 握 成 团 触 之 汁 中 加 糖, 煮 沸 后 补 糖, 煮 沸 后 补 足 水 量, 夜, 煮 30 分 钟, 用 纱 即 散 为 度,pH 顺 其 自 足 水 量, 调 整 ph 至 ph 顺 其 自 然, 灭 菌 后 布 过 滤, 加 蛋 白 胨 及 然, 灭 菌 后 使 用 ( 无 玉 7.0 ~ 7.2, 灭 菌 后 使 使 用 NaCl, 煮 沸 补 充 水 米 粉 可 以 米 粉 代 替 ) 用 量 ph 调 至 7.4 ~ 7.6 灭 菌 后 使 用 适 于 培 养 的 微 生 物 一 般 霉 菌 和 细 菌 一 般 细 菌 可 用 作 赤 霉 菌 白 僵 菌 的 大 量 培 养 可 用 于 根 瘤 菌 的 培 养 ( 如 ph 调 至 微 酸 性, 也 可 用 于 酵 母 菌 培 养 ) 倡 在 此 培 养 基 中 再 加 入 1 % 酵 母 粉 或 蛋 白 胨, 则 可 培 养 更 多 种 细 菌, 并 促 进 形 成 芽 孢 及 霉 菌 的 孢 子

22 第 二 节 微 生 物 的 营 养 与 代 谢 77 表 3-9 两 种 实 用 的 半 合 成 培 养 基 培 养 基 豆 饼 粉 葡 萄 糖 培 养 基 酵 母 膏 甘 露 醇 培 养 基 组 成 成 分 及 ph 适 于 培 养 的 微 生 物 黄 豆 饼 粉 葡 萄 糖 ( 或 蔗 糖 ) 蛋 白 胨 (NH4 )2 SO4 MgSO4 7H2 O KH2 PO4 NaCl CaCO3 水 ph 7.2 ~ 7.4 放 线 菌 15 g 20 g 5 g 2.5 g 2.25 g 0.2 g 4 g 10 g ml 甘 露 醇 酵 母 膏 K2 HPO4 MgSO4 7H2 O NaCl Na2 MO4 2H2 O(0.5 % 溶 液 ) H3 BO3 (0.5 % 溶 液 ) CaCO3 水 ph 7.0 ~ 7.2 根 瘤 菌 10 g 4 g 0.5 g 0.2 g 0.2 g 4 ml 4 ml 5 g ml 3. 合 成 培 养 基 完 全 利 用 已 知 成 分 和 数 量 的 化 学 药 品 配 制 成 的 培 养 基, 称 为 合 成 培 养 基 它 的 优 点 是 各 种 成 分 简 单 而 清 楚, 容 易 控 制, 常 用 于 研 究 微 生 物 形 态 及 生 理 特 性 以 及 微 生 物 代 谢 产 物 的 测 定 等 表 3-10 所 列 为 两 种 常 用 的 合 成 培 养 基 表 3-10 两 种 常 用 的 合 成 培 养 基 培 养 基 察 氏 ( 贝 克 ) 培 养 基 (Czapek medium) 高 氏 I 号 培 养 基 (Gause s I) 组 成 成 分 蔗 糖 NaNO3 30 g 3 g 可 溶 性 淀 粉 KNO3 20 g 1 g K2 HPO4 1 g K2 HPO4 0.5 g MgSO4 7H2 O 0.5 g MgSO4 7H2 O 0.5 g KCl FeSO4 0.5 g 0.01 g NaCl FeSO4 7H2 O 0.5 g 0.5 g 蒸 馏 水 ml 蒸 馏 水 ml 适 于 培 养 的 微 生 物 用 于 培 养 青 霉 属 曲 霉 属 及 其 他 利 用 硝 酸 盐 的 真 菌, 放 线 菌 也 是 鉴 定 曲 霉 青 霉 的 标 准 培 养 基 用 于 分 离 和 培 养 放 线 菌 为 了 观 察 微 生 物 不 同 培 养 特 性, 同 一 组 成 的 培 养 基 可 分 别 调 制 成 液 体 固 体 和 半 固 体 培 养 基 三 种 不 同 形 式 1. 液 体 培 养 基 是 把 各 种 材 料 的 抽 提 物 或 化 学 药 品 按 一 定 量 溶 解 于 定 量 的 水 中 而 成 为 液 体 形 式 的 培 养 基 微 生 物 在 这 种 培 养 基 中 能 更 好 地 接 触 养 料, 生 长 迅 速, 有 利 于 微 生 物 的 生 长 和 积 累 代 谢 产 物 目 前, 微 生 物 发 酵 工 业 大 都 采 用 液 体 培 养 基 在 发 酵 罐 中 进 行 深 层 培 养, 实 验 室 中 多 用 液 体 培 养 基 观 察 微 生 物 的 生 长 特 性

23 78 第 3 章 农 业 微 生 物 及 其 应 用 技 术 2. 固 体 培 养 基 在 液 体 培 养 基 中 加 一 定 量 的 凝 固 剂, 便 成 固 体 培 养 基 常 用 凝 固 剂 有 琼 脂 ( 或 称 冻 粉 或 洋 菜 ) 等, 使 用 量 一 般 控 制 在 1.5 % ~ 2.0 % 除 此 之 外 还 有 直 接 用 植 物 体 制 成 的, 如 马 铃 薯 麸 皮 等 所 做 成 的 固 体 培 养 基, 这 在 我 国 历 史 悠 久 并 有 丰 富 经 验, 已 普 遍 应 用 于 生 产 微 生 物 肥 料 和 发 酵 饲 料 等 方 面 固 体 培 养 基 可 制 成 斜 面 和 平 板, 在 分 离 纯 种 保 存 菌 种 观 察 菌 落 特 征 及 鉴 定 微 生 物 等 方 面 都 不 可 缺 少 3. 半 固 体 培 养 基 半 固 体 培 养 基 是 在 液 体 培 养 基 内 加 入 0.2 % ~ 0.5 % 琼 脂 即 成 此 种 培 养 基 可 用 来 观 察 细 菌 的 运 动 性 等 另 外, 根 据 使 用 目 的, 可 将 培 养 基 分 为 常 用 培 养 基 选 择 性 培 养 基 加 富 培 养 基 和 鉴 别 培 养 基 等 常 用 培 养 基 又 称 基 础 培 养 基, 含 有 某 类 微 生 物 所 需 要 的 营 养 物 质, 并 且 可 以 作 为 一 些 专 用 培 养 基 的 基 础 成 分 如 培 养 异 养 细 菌 的 牛 肉 膏 蛋 白 胨 培 养 基, 培 养 放 线 菌 的 高 氏 一 号 培 养 基, 培 养 酵 母 的 豆 芽 汁 葡 萄 糖 培 养 基, 培 养 霉 菌 的 察 氏 培 养 基, 培 养 一 般 真 菌 用 的 马 铃 薯 葡 萄 糖 琼 脂 培 养 基 (PDA) 等 选 择 性 培 养 基 是 我 们 有 目 的 地 控 制 培 养 基 的 组 成 成 分, 以 达 到 有 利 于 某 种 微 生 物 生 长 发 育 而 抑 制 其 他 微 生 物 生 长 的 培 养 基 利 用 选 择 性 培 养 基 可 以 分 离 培 养 某 一 特 性 的 微 生 物 如 分 离 纤 维 分 解 菌, 利 用 纤 维 素 作 碳 源 而 达 到 分 离 目 的 如 测 5406 活 孢 子 数 时, 常 在 培 养 基 中 加 入 质 量 比 100 mg 桙 kg 的 重 铬 酸 钾, 以 控 制 细 菌 和 真 菌 的 生 长, 减 少 其 干 扰 加 富 培 养 基 也 叫 增 殖 培 养 基, 是 在 培 养 基 中 特 别 加 强 某 种 营 养 成 分, 使 某 种 微 生 物 增 殖 速 度 比 其 他 微 生 物 快 特 别 是 那 些 自 然 界 中 数 量 较 少 的 微 生 物, 经 过 有 意 识 的 增 殖 培 养 再 行 分 离, 就 增 多 了 分 离 机 会 常 用 于 筛 选 前 的 增 殖 培 养 和 研 究 微 生 物 的 营 养 要 求 及 分 离 菌 种 如 精 氨 酸 琼 脂 培 养 基 就 是 从 土 壤 中 分 离 放 线 菌 时 用 的 一 种 加 富 培 养 基 鉴 别 培 养 基 是 用 来 区 别 微 生 物 种 类 的 培 养 基 它 是 在 常 用 培 养 基 中 加 入 某 种 指 示 剂 或 化 学 药 物, 使 某 种 微 生 物 生 长 后, 引 起 特 殊 的 生 理 变 化, 从 而 达 到 鉴 别 的 目 的 总 之, 使 用 培 养 基 的 原 则 是, 要 根 据 不 同 微 生 物 种 类 和 使 用 目 的 选 择 合 适 的 培 养 基 三 微 生 物 对 营 养 物 质 的 吸 收 微 生 物 吸 收 营 养 物 质 及 吸 收 速 度, 与 细 胞 膜 的 结 构 本 身 代 谢 活 动 以 及 营 养 物 质 的 性 质 等 因 素 有 关 ( 一 ) 微 生 物 细 胞 膜 的 结 构 特 性 微 生 物 细 胞 膜 是 具 有 选 择 吸 收 特 性 的 半 透 性 膜, 主 要 成 分 为 蛋 白 质 与 类 脂 ( 图 3-24) 图 3-24 微 生 物 细 胞 膜 镶 嵌 结 构 示 意 图

24 第 二 节 微 生 物 的 营 养 与 代 谢 79 ( 二 ) 微 生 物 对 营 养 物 质 的 吸 收 根 据 对 细 胞 膜 结 构 以 及 物 质 运 输 研 究 结 果 表 明, 目 前 一 般 认 为 微 生 物 吸 收 营 养 物 质 主 要 有 以 下 四 种 方 式 : 1. 单 纯 扩 散 又 称 被 动 扩 散, 在 营 养 物 质 的 吸 收 中, 这 是 一 种 简 单 的 吸 收 方 式, 是 一 种 不 消 耗 细 胞 能 量 的 纯 物 理 渗 透 作 用, 营 养 物 的 进 出 细 胞 主 要 决 定 于 细 胞 内 外 溶 液 的 浓 度 差 溶 质 分 子 ( 营 养 物 质 ) 从 高 浓 度 区 向 低 浓 度 区 扩 散, 溶 剂 分 子 ( 水 ) 则 从 低 浓 度 区 向 高 浓 度 区 渗 透, 这 种 扩 散 是 非 特 异 性 的, 且 速 度 慢 微 生 物 靠 被 动 扩 散 吸 收 营 养 物 质 的 种 类 不 多, 通 常 只 是 一 些 在 环 境 中 含 量 较 高 的 小 分 子 物 质, 如 水 气 体 (CO2 O2 ) 和 盐 类 等 2. 促 进 扩 散 与 单 纯 扩 散 一 样, 也 是 以 物 质 浓 度 梯 度 为 动 力, 不 需 要 代 谢 能 量 但 物 质 在 运 输 过 程 中, 需 要 借 助 位 于 膜 上 的 一 种 载 体 蛋 白 参 与 物 质 的 运 输, 这 种 载 体 蛋 白 又 叫 渗 透 酶, 它 们 大 多 是 诱 导 酶, 仅 当 外 界 存 在 所 需 要 的 某 种 物 质 时, 才 诱 导 产 生 某 种 渗 透 酶 并 且 每 种 载 体 蛋 白 与 被 运 输 的 物 质 之 间 存 在 着 高 度 的 立 体 专 一 性 和 亲 和 力 载 体 蛋 白 起 着 渡 船 的 作 用 ( 图 3-25) 真 菌 吸 收 糖 和 细 菌 吸 收 甘 油 等 物 质 都 是 靠 促 进 扩 散 作 用 图 3-25 促 进 扩 散 机 制 示 意 图 3. 主 动 运 输 是 所 有 细 胞 质 膜 最 重 要 的 特 征 之 一, 特 点 是 被 吸 收 的 物 质 可 以 逆 浓 度 梯 度 运 输 并 且 需 要 代 谢 能 量 主 动 运 输 也 需 要 载 体 蛋 白 参 与, 两 者 之 间 也 存 在 着 高 度 的 立 体 专 一 性 和 亲 和 力, 并 且 这 种 亲 和 力 在 膜 内 外 大 小 不 同, 亲 和 力 大 小 的 改 变 是 由 于 载 体 蛋 白 构 型 变 化 而 引 起 的 ( 图 3-26) 主 动 运 输 是 一 种 主 要 的 吸 收 方 式, 微 生 物 生 长 繁 殖 过 程 中 所 需 要 的 各 种 营 养 物 质 主 要 以 这 种 方 式 吸 收 利 用, 从 而 保 证 了 环 境 中 某 种 物 质 不 足 时 仍 能 根 据 其 需 要 吸 收, 维 持 生 命 活 动 4. 基 团 转 位 基 团 转 位 是 另 一 种 需 要 代 谢 能 量 的 运 输 方 式, 许 多 糖 及 糖 的 衍 生 物 可 利 用 基 团 转 位 输 送, 在 运 输 中 有 磷 酸 转 移 酶 系 统 酶 I 酶 II 和 HPr 参 与 在 基 团 转 位 的 运 输 中, 被 运 输 的 物 质 分 子 发 生 了 化 学 变 化 ( 磷 酸 化 ), 除 此 之 外, 其 他 特 点 都 与 主 动 运 输 相 同 许 多 兼 性 和 专 性 厌 氧 微 生 物 利 用 基 团 转 位 运 输 糖 类 核 苷 和 脂 肪

25 80 第 3 章 农 业 微 生 物 及 其 应 用 技 术 图 3-26 主 动 吸 收 过 程 转 移 溶 质 分 子 时 与 D - 乳 酸 氧 化 相 联 系 四 微 生 物 的 代 谢 及 其 产 物 微 生 物 与 其 他 生 物 一 样, 为 了 自 身 的 生 长 发 育 及 繁 殖 后 代, 需 要 不 断 地 从 外 界 环 境 中 摄 取 营 养 物 质, 经 过 一 系 列 的 生 化 反 应, 转 变 成 能 量 和 构 成 细 胞 物 质, 同 时 积 累 和 排 出 一 些 代 谢 产 物, 维 持 其 正 常 生 命 活 动, 这 一 系 列 的 生 化 过 程 称 为 新 陈 代 谢, 图 解 如 下 : 新 陈 代 谢 合 成 代 谢 ( 同 化 作 用 ) 分 解 代 谢 ( 异 化 作 用 ) 物 质 代 谢 ( 一 ) 分 解 代 谢 1. 糖 类 的 分 解 糖 类 是 异 养 型 微 生 物 的 主 要 碳 素 和 能 量 来 源, 包 括 各 种 多 糖 双 糖 和 单 糖 微 生 物 能 否 利 用 某 些 糖 类, 主 要 决 定 于 所 具 有 的 酶 系 统 性 质 多 糖 如 纤 维 素 淀 粉 等 是 由 单 糖 或 单 糖 衍 生 物 聚 合 成 的 大 分 子 化 合 物, 必 须 经 微 生 物 分 泌 的 胞 外 酶 水 解 为 简 单 物 质 后, 才 能 被 吸 收 利 用 进 入 细 胞 后 的 物 质, 再 继 续 一 系 列 的 分 解 和 合 成, 构 成 细 胞 物 质 或 转 变 成 代 谢 产 物 和 能 量 微 生 物 分 解 糖 类 的 简 单 过 程 如 下 : 多 糖 双 糖 单 糖 丙 酮 酸 有 机 酸 醇 或 醛 二 氧 化 碳 和 水 等 淀 粉 的 分 解 直 链 淀 粉 是 由 葡 萄 糖 通 过 α - 1,4 - 糖 苷 键 连 接 而 成 的, 支 链 淀 粉 除 α - 1,4 - 糖 苷 键 外, 还 含 有 和 α - 1,6 - 糖 苷 键 微 生 物 分 解 淀 粉 的 酶, 常 见 的 有 α - 淀 粉 酶, 水 解 α - 1, 4 - 糖 苷 键, 直 链 淀 粉 被 水 解 后 黏 度 下 降, 通 常 称 为 液 化, 所 以 α - 淀 粉 酶 又 叫 液 化 酶 此 外 还 有 β - 淀 粉 酶, 从 非 还 原 性 末 端 开 始, 以 双 糖 为 单 位, 逐 一 水 解 α - 1,4 - 糖 苷 键 还 有 在 根 霉 和 曲 霉 中 普 遍 存 在 的 葡 萄 糖 淀 粉 酶, 从 非 还 原 端 开 始, 每 次 切 下 一 个 葡 萄 糖 这 种 酶 对 淀 粉 的 糖 化 率

26 第 二 节 微 生 物 的 营 养 与 代 谢 81 是 很 高 的, 可 将 淀 粉 分 解 成 单 个 葡 萄 糖 分 子 分 解 支 链 淀 粉 的 酶 主 要 是 异 淀 粉 酶 ( 又 称 R 酶 ) 异 淀 粉 酶 是 专 一 水 解 α - 1,6 - 糖 苷 键 的 酶 这 种 酶 若 与 α - 淀 粉 酶 协 同 作 用, 可 将 淀 粉 彻 底 分 解 为 麦 芽 糖 和 葡 萄 糖 纤 维 素 分 解 纤 维 素 是 由 葡 萄 糖 通 过 β - 1,4 - 糖 苷 键 连 接 起 来 的 自 然 界 中 纤 维 素 的 来 源 十 分 广 泛, 一 般 生 物 不 能 分 解 纤 维 素, 但 是 也 有 许 多 真 菌 放 线 菌 和 细 菌 具 有 纤 维 素 酶, 能 分 解 纤 维 素, 如 木 霉 青 霉 放 线 菌 及 黏 细 菌 等 微 生 物 分 解 纤 维 素 的 酶 主 要 有 C1 酶 C x 酶 ( β - 1,4 - 葡 聚 糖 酶 ) 和 纤 维 二 糖 酶 ( β - 葡 萄 糖 苷 酶 ) 其 分 解 过 程 可 表 示 如 下 : 天 然 纤 维 素 C 1 C 1 C x 纤 维 二 糖 酶 水 合 非 结 晶 纤 维 素 纤 维 二 糖 葡 萄 糖 葡 萄 糖 2. 蛋 白 质 的 分 解 蛋 白 质 是 由 氨 基 酸 组 成 的 大 分 子 化 合 物, 它 们 不 能 直 接 进 入 细 胞, 经 微 生 物 分 泌 的 胞 外 酶 作 用, 将 蛋 白 质 分 解 为 多 肽 氨 基 酸 后, 才 能 被 微 生 物 吸 收 利 用 进 入 细 胞 后 的 含 氮 化 合 物, 进 一 步 分 解 后 成 为 细 胞 的 组 成 部 分, 或 成 为 排 出 细 胞 外 的 一 些 含 氮 化 合 物 蛋 白 质 在 有 氧 条 件 下, 能 被 微 生 物 彻 底 分 解, 形 成 二 氧 化 碳 氨 氢 甲 烷 等 这 种 分 解 过 程 称 为 腐 化 而 在 缺 氧 条 件 下, 不 能 完 全 分 解, 形 成 氨 基 酸 有 机 酸 等 中 间 产 物, 称 为 腐 败 蛋 白 质 分 解 的 简 单 过 程 如 下 : 脱 羧 作 用 胺 + C O2 蛋 白 酶 肽 酶 转 氨 作 用 蛋 白 质 多 肽 氨 基 酸 新 的 氨 基 酸 脱 氨 作 用 含 氮 部 分 NH 3 不 含 氮 部 分 微 生 物 分 解 蛋 白 质 的 能 力 因 种 类 而 异 梭 菌 芽 孢 菌 许 多 放 线 菌 曲 霉 及 毛 霉 等 分 解 蛋 白 质 的 能 力 较 强 分 解 氨 基 酸 的 微 生 物 种 类 很 多, 氨 基 酸 是 微 生 物 的 重 要 氮 源, 氨 基 酸 脱 氨 基 后 和 有 机 酸 一 样, 可 作 为 碳 源 和 能 源 3. 脂 肪 的 分 解 脂 肪 是 甘 油 和 脂 肪 酸 组 成 的 甘 油 三 酯 在 微 生 物 脂 肪 酶 的 作 用 下, 可 分 解 成 甘 油 和 脂 肪 酸, 然 后 参 与 到 糖 代 谢 中 去 自 然 界 中 分 解 脂 肪 的 微 生 物 以 细 菌 和 真 菌 为 多 CH2 OCOR1 CH2 OH R1 COOH 脂 肪 酶 CH2 OCOR1 + 3H2 O CHOH + R2 COOH CH2 OCOR3 CH2 OH R3 COOH 脂 肪 甘 油 脂 肪 酸 微 生 物 也 具 有 利 用 糖 类 合 成 脂 肪 的 能 力, 例 如, 含 脂 球 拟 酵 母, 在 葡 萄 糖 培 养 基 上 生 长 时,5 小 时 内 合 成 的 脂 肪 可 达 其 细 胞 干 重 的 4 % ~ 11 % 4. 核 酸 分 解 核 酸 是 核 苷 酸 的 多 聚 物, 核 苷 酸 是 由 嘌 呤 碱 或 嘧 啶 碱 与 核 糖 磷 酸 分 子 组 成 在 微 生 物 核 酸 酶 作 用 下, 可 将 核 酸 水 解 成 核 苷 酸, 核 苷 酸 在 核 苷 酸 酶 的 作 用 下, 分 解 成 核 苷 和 磷 酸, 核 苷 经 核 苷 酶 水 解 成 嘧 啶 或 嘌 呤 和 核 糖

27 氮 源 核 酸 酶 核 苷 酸 酶 核 苷 核 苷 酶 嘌 呤 或 密 啶 核 酸 + H 2O 核 苷 酸 磷 酸 核 糖 生 成 的 嘌 呤 或 嘧 啶 在 继 续 分 解 中 经 脱 氨 基 作 用 而 生 成 氨 核 酸 一 般 不 是 微 生 物 氮 碳 和 能 量 的 主 要 来 源, 但 有 些 微 生 物 能 利 用 嘌 呤 和 嘧 啶 作 为 碳 源 和 ( 二 ) 合 成 代 谢 微 生 物 分 解 过 程 中 产 生 的 能 量 大 约 60 % 是 以 热 的 形 式 散 布 出 去, 只 有 结 合 到 高 能 化 合 物 如 ATP 中 的 化 学 能 才 可 以 用 于 微 生 物 生 命 活 动, 例 如, 主 动 吸 收 鞭 毛 运 动 和 生 物 合 成 等 大 部 分 能 量 被 用 在 细 胞 物 质 的 生 物 合 成 上, 一 切 生 物 体 需 要 合 成 的 物 质 主 要 包 括 蛋 白 质 核 酸 多 糖 和 脂 类, 下 面 简 单 介 绍 几 种 大 分 子 物 质 的 生 物 合 成 1. 多 糖 的 生 物 合 成 多 糖 的 合 成 包 括 淀 粉 纤 维 素 细 菌 细 胞 壁 肽 聚 糖 和 几 丁 质 等 的 合 成 多 糖 合 成 时 需 要 一 个 前 体 和 相 应 的 酶, 这 个 前 体 可 能 是 个 短 链 多 糖 此 外 在 复 杂 糖 类 的 合 成 中 需 要 一 个 载 体, 核 苷 酸 可 以 作 为 糖 的 载 体 例 如, 细 菌 合 成 糖 原 就 是 由 A TP 作 用 于 葡 萄 糖, 放 出 一 个 磷 酸,ADP 联 在 葡 萄 糖 上 生 成 腺 苷 二 磷 酸 葡 萄 糖 (ADPG) 某 些 细 菌 利 用 蔗 糖 合 成 糖 需 要 靠 淀 粉 蔗 糖 酶 催 化 2. 脂 类 的 生 物 合 成 脂 类 包 括 脂 肪 磷 脂 甾 醇 类 化 合 物 等 大 多 数 微 生 物 都 是 自 己 合 成 这 些 物 质, 它 们 主 要 是 将 甘 油 和 脂 肪 酸 连 结 起 来 合 成 脂 类 甘 油 来 自 酵 解 的 中 间 产 物 磷 酸 二 羟 丙 酮, 脂 肪 酸 是 长 链 的 碳 氢 化 物, 靠 不 断 连 接 二 碳 的 外 段 乙 酰 辅 酶 A 而 形 成, 然 后, 通 过 酯 酶 的 催 化 作 用 将 甘 油 与 脂 肪 酸 连 结 起 来 在 真 菌 菌 丝 和 酵 母 菌 细 胞 以 及 某 些 种 细 菌 细 胞 中 常 可 发 现 大 量 的 贮 存 油 滴, 这 种 高 含 量 的 脂 肪 与 环 境 条 件 有 密 切 的 关 系 脂 类 在 构 成 微 生 物 细 胞 质 膜 成 分 革 兰 氏 阴 性 细 菌 细 胞 壁 组 分 和 作 为 能 源 贮 存 物 质 等 方 面 都 有 重 要 作 用 3. 氨 基 酸 的 生 物 合 成 氨 基 酸 是 蛋 白 质 生 物 合 成 不 可 少 的 物 质, 有 些 微 生 物 可 以 自 己 由 某 些 物 质 如 葡 萄 糖 和 无 机 盐 等 合 成 所 有 氨 基 酸, 如 大 肠 杆 菌 另 一 些 微 生 物 则 需 要 从 环 境 中 取 得 现 成 氨 基 酸 如 果 微 生 物 具 备 相 应 的 酶, 所 有 氨 基 酸 均 可 直 接 或 间 接 由 糖 类 的 代 谢 中 间 产 物 合 成 4. 嘌 呤 和 嘧 啶 的 合 成 嘌 呤 和 嘧 啶 的 主 要 作 用 是 形 成 核 苷, 核 苷 酸 是 由 嘌 呤 或 嘧 啶 五 碳 糖 和 磷 酸 构 成 的 某 些 氨 基 酸 如 天 冬 氨 酸 甘 氨 酸 和 谷 氨 酸 在 嘌 呤 和 嘧 啶 的 生 物 合 成 中 起 重 要 作 用 微 生 物 合 成 嘌 呤 和 嘧 啶 的 能 力 不 同, 有 的 能 自 己 合 成, 有 些 则 需 外 源 供 给 关 于 蛋 白 质 和 核 酸 的 生 物 合 成 在 许 多 生 物 化 学 和 微 生 物 著 作 中 都 有 详 细 叙 述, 这 里 不 再 重 复 这 两 者 的 合 成 是 密 切 相 关 的, 尤 其 是 蛋 白 质 的 合 成 需 要 核 糖 体 mrna 和 trna 虽 然 它 们 的 某 些 合 成 细 节 还 不 十 分 清 楚, 如 聚 合 酶 类 型 的 特 点 和 功 能, 但 对 其 合 成 的 步 骤 和 轮 廓 是 清 楚 的 82 第 3 章 农 业 微 生 物 及 其 应 用 技 术 图 3-27 十 分 清 楚 的 表 明 了 生 物 细 胞 中 各 种 物 质 合 成 和 代 谢 的 关 系 ( 三 ) 微 生 物 的 代 谢 产 物 微 生 物 从 周 围 环 境 中 吸 取 营 养 物 质, 经 过 代 谢 作 用, 一 部 分 同 化 为 菌 体 组 成 部 分, 或 以 贮 藏 物 质 形 式 贮 积 于 细 胞 中 另 一 部 分 成 为 分 泌 物 或 排 泄 物 排 出 体 外, 这 些 就 是 微 生 物 的 代 谢 产 物, 分 为 以 下 三 大 类 :

28 第 二 节 微 生 物 的 营 养 与 代 谢 83 图 3-27 营 养 和 生 物 合 成 1. 异 化 过 程 中 的 代 谢 产 物 厌 氧 呼 吸 作 用 中 积 累 的 代 谢 产 物, 大 多 是 还 原 性 物 质, 如 酵 母 菌 产 生 的 酒 精 甘 油 ; 丁 酸 芽 孢 梭 菌 产 生 的 丁 醇 丙 酮 丁 酸 ; 乳 酸 细 菌 产 生 的 乳 酸 等 好 氧 呼 吸 作 用 中 积 累 的 代 谢 产 物 主 要 是 有 机 酸 类, 如 黑 曲 霉 产 生 的 柠 檬 酸, 醋 酸 菌 产 生 的 醋 酸 等 2. 同 化 过 程 中 的 代 谢 产 物 同 化 过 程 中 的 代 谢 产 物 主 要 是 分 子 结 构 比 较 复 杂 的 有 机 物 质, 例 如, 根 瘤 菌 将 单 糖 双 糖 或 甘 露 醇 转 化 成 缩 戊 糖 醛 酸 ; 酵 母 细 胞 内 的 肝 糖 颗 粒, 丁 酸 梭 菌 的 淀 粉 粒 等 有 些 微 生 物 还 在 体 内 积 存 大 量 氨 基 酸 或 脂 肪 3. 同 化 异 化 过 程 中 的 代 谢 产 物 同 化 异 化 过 程 中 的 复 合 代 谢 产 物, 包 括 以 下 几 类 : 维 生 素 维 生 素 可 分 为 脂 溶 性 维 生 素 和 水 溶 性 维 生 素 两 类, 它 们 是 低 分 子 有 机 化 合 物, 为 微 生 物 必 需 的 营 养 物 质 有 些 需 要 由 外 界 供 给, 有 些 可 以 自 己 合 成, 有 些 微 生 物 甚 至 能 合 成 远 远 超 过 自 身 所 需 要 的 量, 因 而 大 量 地 分 泌 到 细 胞 外, 如 丙 酸 杆 菌 产 生 维 生 素 B1 2, 分 支 杆 菌 产 生 吡 哆 醇 (B6 ), 酵 母 菌 产 生 B 族 维 生 素 等 抗 生 素 抗 生 素 是 能 抑 制 他 种 微 生 物 生 长 及 活 动 的 物 质, 大 多 数 放 线 菌 以 及 某 些 霉 菌 细 菌 均 能 产 生 抗 生 素, 如 点 青 霉 和 产 黄 青 霉 产 生 的 青 霉 素 ; 荨 麻 青 霉 和 黑 青 霉 产 生 的 灰 黄 霉 素 ; 放 线 菌 产 生 的 土 霉 素 链 霉 素 等, 据 报 道 已 有 三 千 余 种 抗 霉 素, 有 些 还 是 珍 贵 的 医 用 和 农 用 抗 生 素 生 长 刺 激 素 生 长 刺 激 素 是 一 类 具 有 高 度 生 理 活 性 的 物 质, 少 量 存 在 对 于 植 物 的 生 长 发 育 和 一 些 生 理 过 程 都 有 很 大 影 响 有 些 微 生 物 可 以 产 生 较 高 浓 度 的 某 些 植 物 生 长 刺 激 素, 如 水 稻

29 84 第 3 章 农 业 微 生 物 及 其 应 用 技 术 恶 苗 病 菌 ( 赤 霉 菌 ) 产 生 的 赤 霉 素, 茭 白 黑 粉 菌 产 生 的 吲 哚 乙 酸, 5406 还 能 产 生 抗 生 素 和 生 长 刺 激 素 毒 素 毒 素 是 对 动 植 物 细 胞 有 毒 杀 作 用 的 物 质 细 菌 毒 素 有 内 毒 素 和 外 毒 素 两 类, 后 者 易 从 菌 体 内 分 泌 到 外 界 环 境 中, 前 者 则 密 切 地 与 菌 体 相 结 合 而 存 于 菌 体 内, 一 般 在 培 养 条 件 下 不 易 分 泌 到 外 界 环 境 中 来, 而 在 细 菌 死 亡 或 崩 解 时 才 放 出 如 苏 云 金 杆 菌 产 生 的 伴 孢 晶 体 形 态 的 内 毒 素, 对 鳞 翅 目 类 害 虫 有 毒 产 生 的 热 稳 定 性 外 毒 素 对 双 翅 目 类 害 虫 有 毒 真 菌 毒 素 种 类 更 多, 其 中 黄 曲 霉 产 生 的 黄 曲 霉 毒 素 不 仅 对 一 些 害 虫 有 致 死 作 用, 而 且 对 人 有 致 癌 作 用 镰 刀 菌 产 生 的 镰 刀 菌 毒 素, 污 染 饲 料 后, 会 引 起 牲 畜 中 毒 色 素 许 多 微 生 物 能 产 生 色 素, 除 个 别 菌 种 外, 细 菌 色 素 均 在 有 氧 条 件 下 才 形 成 微 生 物 所 形 成 的 色 素, 或 以 颗 粒 状 态 分 布 于 细 胞 质 内, 或 贮 存 于 细 胞 膜 内, 或 均 等 地 扩 散 于 周 围 环 境 中 细 菌 中 有 的 产 生 光 合 色 素, 有 的 产 生 不 溶 性 色 素, 使 菌 落 呈 各 种 颜 色 ; 有 的 产 生 水 溶 性 色 素, 使 培 养 基 着 色 真 菌 和 放 线 菌 产 生 的 色 素 更 多 微 生 物 的 代 谢 产 物, 虽 然 有 的 已 被 利 用, 但 大 部 分 尚 未 很 好 地 利 用, 这 是 一 项 很 大 的 微 生 物 资 源, 有 极 其 广 阔 的 应 用 前 途 常 用 微 生 物 的 代 谢 产 物 见 表 3-11 表 3-11 常 用 微 生 物 及 其 代 谢 产 物 用 途 简 表 微 生 物 类 别 微 生 物 名 称 产 物 用 途 细 菌 枯 草 杆 菌 蛋 白 酶 皮 革 脱 毛 软 化, 胶 卷 回 收, 丝 绸 脱 胶, 洗 涤 剂, 酱 油 酿 造, 水 解 蛋 白, 饲 料, 明 胶 及 蛋 白 胨 制 造 等 淀 粉 酶 酒 精 浓 醪 发 酵, 啤 酒 制 造, 葡 萄 糖 生 产, 糊 精 制 造, 纺 织 品 脱 浆 等 梭 状 芽 孢 杆 菌 丙 酮 丁 醇 乙 醇 工 业 有 机 溶 剂 乳 酸 杆 菌 葡 萄 糖 异 构 酶 工 业 有 机 溶 剂 细 菌 大 肠 杆 菌 内 酰 胺 酶 果 糖 制 造 青 虫 菌 青 虫 菌 粉 剂 制 造 新 型 青 霉 素 杀 螟 杆 菌 杀 螟 杆 菌 粉 剂 农 用 杀 虫 球 形 芽 孢 杆 菌 BS - 10 菌 剂 农 用 杀 虫 剂 苏 云 金 杆 菌 苏 云 金 杆 菌 菌 剂 用 于 灭 蚊 棒 状 短 杆 菌 谷 氨 酸 农 用 杀 虫 剂, 灭 蚊 剂 短 杆 菌 肌 苷 酸 食 用 味 精, 药 用 蜡 状 芽 孢 杆 菌 青 霉 素 酶 医 用, 助 鲜 剂 节 杆 菌 强 的 松 青 霉 素 测 定, 抗 青 霉 素 过 敏 症 多 黏 芽 孢 杆 菌 硫 酸 抗 适 度 素 医 用 野 油 菜 黄 单 胞 菌 黄 原 胶 医 用 固 氮 菌 固 氮 菌 剂 用 于 轻 工 石 油 工 业 等 大 豆 根 瘤 菌 大 豆 根 瘤 菌 剂 农 用 细 菌 肥 料 醋 酸 杆 菌 醋 酸 维 生 素 C 中 间 体 食 用, 医 用

30 第 二 节 微 生 物 的 营 养 与 代 谢 85 续 表 微 生 物 类 别 微 生 物 名 称 产 物 用 途 放 线 菌 各 类 放 线 菌 金 霉 素 四 环 素 土 霉 素 链 霉 素 氯 霉 素 红 霉 素 新 生 霉 素 卡 那 霉 素 医 用 及 春 雷 霉 素 等 小 单 孢 菌 庆 大 霉 素 医 用 灰 色 放 线 菌 蛋 白 酶 同 枯 草 杆 菌 蛋 白 酶 球 孢 放 线 菌 甾 体 激 素 医 用 5406 放 线 菌 5406 抗 生 菌 剂 农 用 酵 母 菌 假 丝 酵 母 环 烷 酸 工 业 石 油 脱 蜡 脂 肪 酶 维 绢 纺 脱 脂, 洗 涤 剂 啤 酒 酵 母 啤 酒 饮 料 细 胞 色 素 C, 辅 酶 A, 酵 母 片, 凝 血 质 腺 三 磷 等 生 产 低 凝 固 点 石 油, 菌 体 蛋 白, 医 用, 棉 纤 医 用 阿 氏 假 囊 酵 母 核 黄 素 医 用 脆 壁 酵 母 乳 糖 酶 食 品 工 业 酒 精 酵 母 酒 精 工 业, 医 用, 饮 料 甘 油 酵 母 甘 油 医 药, 军 工 圆 形 酵 母 酵 母 菌 粉 饲 料 霉 菌 白 地 霉 菌 粉, 核 酸 饲 料, 医 用, 农 用 黑 曲 霉 柠 檬 酸 工 业, 医 用, 食 用 酸 性 蛋 白 酶 啤 酒 防 浊 剂, 消 化 剂, 饲 料 糖 化 酶 果 胶 酶 酒 精 发 酵 工 业, 饲 料 饲 料, 食 品 工 业, 纺 织 工 业 栖 土 曲 霉 蛋 白 酶 同 枯 草 杆 菌 蛋 白 酶 根 霉 糖 化 酶 葡 萄 糖 制 造, 酒 精 厂 糖 化 淀 粉 原 料 甾 体 激 素 医 用 头 孢 霉 头 孢 霉 素 医 用 土 曲 霉 甲 叉 丁 二 酸 工 业 镰 刀 菌 赤 霉 素 (920) 植 物 生 长 激 素 犁 头 霉 甾 体 激 素 医 用 青 霉 青 霉 素 医 用 葡 萄 糖 氧 化 酶 蛋 白 去 葡 萄 糖, 罐 头 贮 存, 医 用 灰 黄 霉 菌 灰 黄 霉 素 医 用 木 霉 纤 维 素 霉 淀 粉 加 工, 食 品 加 工, 饲 料 发 酵 黄 曲 霉 淀 粉 酶, 蛋 白 酶 酿 造 红 曲 霉 红 曲 糖 化 酶 制 葡 萄 糖 橘 青 霉 5 - 磷 酸 二 酯 酶 核 酸 降 解 核 苷 酸 无 毛 炭 疽 菌 鲁 保 1 号 菌 剂 农 用 除 草 剂

31 86 第 3 章 农 业 微 生 物 及 其 应 用 技 术 第 三 节 微 生 物 的 生 长 与 培 养 微 生 物 在 适 宜 条 件 下, 不 断 地 吸 收 营 养 物 质 组 成 各 种 细 胞 物 质, 使 其 质 量 与 体 积 迅 速 增 加, 这 就 是 生 长 当 微 生 物 细 胞 生 长 到 一 定 阶 段, 母 细 胞 开 始 分 裂, 产 生 子 细 胞, 个 体 大 量 增 加, 就 是 繁 殖 从 生 长 到 繁 殖, 由 量 变 到 质 变 的 过 程 就 是 发 育 各 种 微 生 物, 由 于 具 有 不 同 的 形 态 和 结 构, 发 育 过 程 中 的 生 长, 表 现 出 的 现 象 也 不 同 为 了 获 得 大 量 菌 体 或 其 代 谢 产 物, 只 有 通 过 微 生 物 群 体 大 量 生 长, 才 能 达 到 目 的 所 以 了 解 微 生 物 群 体 生 长 规 律, 对 生 产 实 际 具 有 重 要 意 义 一 微 生 物 群 体 生 长 规 律 在 纯 培 养 条 件 下, 微 生 物 生 长 的 一 般 规 律 是 : 开 始 缓 慢, 逐 渐 加 快, 到 达 最 高 阶 段 后, 又 逐 步 下 降, 直 至 衰 老 死 亡, 表 现 出 一 个 曲 线 式 的 发 展 过 程 ( 一 ) 微 生 物 的 生 长 曲 线 在 新 鲜 液 体 培 养 基 中, 单 细 胞 微 生 物 的 每 个 菌 体 接 触 的 环 境 条 件 相 同, 得 到 的 营 养 充 分, 都 能 比 较 迅 速 地 生 长 繁 殖 在 培 养 条 件 不 变 的 情 况 下, 定 时 取 样, 计 算 菌 体 数 目 或 细 胞 物 质 重 量 如 以 时 间 为 横 坐 标, 增 长 数 目 或 质 量 为 纵 坐 标, 可 绘 出 一 条 曲 线, 这 种 曲 线 称 为 生 长 曲 线 生 长 曲 线 反 映 单 细 胞 微 生 物 从 开 始 生 长 到 衰 老 整 个 过 程 中 的 菌 体 数 目 ( 或 质 量 ) 和 生 理 变 化 ( 图 3-28) 1. 缓 慢 期 少 量 菌 种 接 种 到 液 体 培 养 基 中 后, 在 开 始 一 段 时 间 内, 细 菌 总 数 不 增 加, 生 长 速 度 近 乎 零, 称 为 缓 慢 期 这 时, 菌 体 虽 不 分 裂, 但 细 胞 生 理 活 性 很 活 跃, 菌 体 体 积 增 长 很 快, 对 外 界 不 利 因 素 较 为 敏 感, 易 被 高 热 低 温 和 高 浓 度 盐 溶 液 等 杀 死, 细 胞 内 RNA 含 量 很 高, 原 生 质 显 示 很 强 的 嗜 碱 性 为 了 缩 短 缓 慢 期, 生 产 上 常 采 用 加 大 接 种 量, 在 种 子 培 养 基 中 加 入 发 酵 培 养 基 中 的 某 些 成 分 和 用 最 适 种 龄 接 种 等 措 施 2. 对 数 期 细 胞 经 过 一 个 时 期 适 应 后, 就 以 最 快 速 度 进 行 繁 殖 每 次 分 裂 的 间 隔 时 间 ( 称 世 代 时 间, 简 图 3-28 微 生 物 的 生 长 曲 线 称 代 时 ) 缩 到 最 短, 菌 数 以 几 何 级 数 ( ) 增 加, 也 就 是 以 2 的 指 数 倍 数 增 加, 所 以 称 对 数 期 此 时 期 菌 体 较 小, 整 齐, 健 壮, 染 色 均 匀, 细 胞 生 理 活 性 旺 盛, 碳 氮 消 耗 也 最 快, 需 供 给 充 足 的 碳 源 氮 源 处 于 对 数 期 的 微 生 物, 是 研 究 基 本 代 谢 的 良 好 材 料 将 对 数 期 的 细 菌 作 为 种 子, 缓 慢 期 可 以 缩 短, 甚 至 不 出 现 所 以 对 数 期 的 微 生 物 也 是 发 酵 生 产 的 良 好 种 子 3. 平 衡 期 经 过 对 数 期 后, 培 养 液 中 的 营 养 物 质 大 量 被 消 耗, 不 利 代 谢 产 物 逐 渐 积 累, 加 之

32 第 三 节 微 生 物 的 生 长 与 培 养 87 离 子 ph 等 条 件 的 变 化, 妨 碍 了 细 菌 正 常 生 长, 细 菌 生 活 力 开 始 衰 退, 分 裂 速 度 减 慢 芽 孢 细 菌 开 始 产 生 芽 孢, 少 数 细 胞 开 始 死 亡, 繁 殖 率 和 死 亡 率 渐 趋 平 衡, 活 细 胞 总 数 维 持 在 最 高 水 平, 曲 线 停 止 上 升, 所 以 称 平 衡 期 此 时, 菌 体 形 态 大 小 典 型, 生 理 生 化 反 应 相 对 稳 定 这 时 期 的 培 养 物 可 作 为 分 类 鉴 定 的 依 据, 同 时 细 胞 内 积 累 的 代 谢 产 物 逐 渐 增 多, 是 发 酵 产 物 生 成 的 重 要 时 期 4. 衰 亡 期 这 个 时 期, 环 境 条 件 变 得 更 不 适 于 细 菌 生 长, 只 有 少 数 细 胞 进 行 繁 殖, 生 长 速 度 越 来 越 慢, 死 亡 细 胞 大 量 增 加, 活 菌 数 显 著 减 少, 曲 线 急 剧 下 降, 所 以 称 衰 亡 期 此 时, 芽 孢 细 菌 形 成 具 有 抵 抗 力 的 芽 孢 有 的 细 胞 开 始 自 溶, 产 生 和 释 放 氨 基 酸 转 化 酶 外 肽 酶 抗 生 素 等 产 物, 少 数 个 体 可 适 应 新 环 境 或 引 起 变 异 在 显 微 镜 下 观 察, 可 看 到 长 形 膨 大 不 规 则 或 巨 大 的 衰 退 型 细 胞 以 上 四 个 阶 段, 可 因 菌 种 种 龄 和 接 种 量 不 同 而 不 同, 同 时 也 受 外 界 环 境 条 件, 如 营 养 温 度 通 气 ph 等 的 影 响 一 般 真 菌 和 放 线 菌 的 生 长 曲 线 与 细 菌 基 本 相 似, 但 它 们 在 旺 盛 生 长 阶 段 菌 数 不 像 细 菌 那 样 呈 对 数 关 系 其 中 酵 母 菌 的 生 长 周 期 与 细 菌 相 似, 缓 慢 期 仅 几 小 时 ; 霉 菌 的 生 长 周 期 较 细 菌 长, 缓 慢 期 要 10 多 小 时 ; 放 线 菌 生 长 较 慢, 缓 慢 期 更 长 霉 菌 的 生 长 曲 线, 以 菌 丝 体 的 干 重 为 指 标, 放 线 菌 则 以 抗 生 素 的 效 价 为 指 标 ( 二 ) 生 长 曲 线 在 生 产 实 践 中 的 应 用 缓 慢 期 菌 体 的 生 理 特 性 对 外 界 因 素 敏 感, 因 此 杀 灭 某 些 有 害 微 生 物 宜 在 此 时 进 行, 这 时 菌 体 遗 传 保 守 性 较 差, 给 以 低 于 致 死 量 因 素, 菌 体 易 发 生 变 异, 故 可 利 用 其 进 行 诱 变 育 种 对 数 期 菌 体 生 长 繁 殖 快, 生 理 代 谢 旺 盛, 短 时 间 可 以 得 到 大 量 菌 体, 但 培 养 液 中 营 养 减 少 和 有 毒 产 物 增 多, 使 菌 体 繁 殖 速 度 受 到 阻 碍 如 能 很 好 地 排 除 这 些 不 利 因 素, 则 菌 体 又 可 恢 复 对 数 生 长 繁 殖 速 度 这 一 时 期 的 菌 种 很 健 壮, 群 体 中 细 胞 化 学 组 成 及 形 态 生 理 特 征 等 比 较 一 致, 因 此, 生 产 上 常 作 接 种 的 材 料 平 衡 期 的 菌 体 繁 殖 速 度 和 生 理 活 性 开 始 下 降 菌 体 为 发 酵 产 品 的 微 生 物 如 根 瘤 菌 等, 要 在 此 时 期 活 细 胞 总 数 维 持 在 最 高 水 平 时 收 获, 否 则 不 仅 延 长 生 产 周 期, 而 且 影 响 产 量 ; 以 代 谢 产 物 为 发 酵 产 品 的 微 生 物 如 抗 生 素 酒 精 等, 要 在 积 累 代 谢 产 物 的 高 峰 期 进 行 收 获, 收 获 过 早, 也 会 影 响 产 量 生 产 上 通 常 通 过 补 充 营 养 物, 调 节 ph, 调 整 温 度 等 措 施, 延 长 平 衡 期, 以 积 累 更 多 的 代 谢 产 物 和 收 获 更 多 的 菌 体 衰 亡 期 的 菌 体 已 到 生 长 末 期 芽 孢 细 菌 形 成 芽 孢, 霉 菌 形 成 孢 子 保 存 菌 种 要 利 用 这 时 期 的 菌 体 和 孢 子 以 芽 孢 伴 孢 晶 体 或 孢 子 为 发 酵 产 品 的 农 药 和 菌 肥, 如 苏 云 金 杆 菌, 5406 放 线 菌 等, 应 在 衰 亡 期 进 行 收 获 二 微 生 物 生 长 量 的 测 定 方 法 测 定 微 生 物 的 生 长 量, 对 于 认 识 微 生 物 生 长 繁 殖 规 律, 了 解 它 们 的 代 谢 机 能 强 度 和 外 界 生 活 条 件 的 影 响, 进 而 控 制 微 生 物 的 生 长 繁 殖 具 有 重 要 意 义 微 生 物 的 生 长 量, 通 常 以 菌 体 数 目 细 胞 物 质 重 量 及 代 谢 活 性 等 作 为 指 标, 可 以 根 据 不 同 目 的 和 具 体 条 件, 采 用 不 同 方 法 测 定 ( 一 ) 测 定 细 胞 物 质 增 长 的 方 法 微 生 物 的 生 长, 实 际 上 就 是 指 微 生 物 细 胞 物 质 重 量 的 增 加 所 以 通 过 物 质 增 长 测 定, 能 够 较

33 88 第 3 章 农 业 微 生 物 及 其 应 用 技 术 准 确 地 反 映 微 生 物 的 生 长 量 1. 干 重 法 这 是 一 个 常 用 的 方 法, 即 直 接 称 量 样 品 的 湿 重 和 干 重, 因 为, 单 位 体 积 培 养 物 中, 细 胞 的 干 重 可 用 来 表 示 菌 体 的 生 产 量 将 微 生 物 接 种 到 液 体 培 养 基 中 通 气 振 荡 培 养, 经 一 定 时 间 后, 将 单 位 体 积 培 养 液 中 的 菌 体 收 集 并 用 离 心 或 过 滤 的 方 法 将 其 从 培 养 基 分 离 出 来, 用 清 水 充 分 洗 净 后 将 菌 丝 于 80 ~ 100 的 干 燥 箱 内 烤 干 到 恒 重, 或 在 60 下 采 用 真 空 冷 冻 干 燥, 其 菌 体 干 重 可 直 接 用 精 密 仪 器 测 定, 用 来 表 示 菌 液 的 相 对 含 菌 量, 以 此 作 为 生 长 量 的 指 标 也 可 估 算 出 具 体 的 含 菌 数, 如 1 mg 干 燥 的 细 菌 约 相 当 于 (4 ~ 5) 10 9 个 细 胞, 此 法 较 为 直 接 而 又 可 靠, 得 到 的 结 果 相 当 准 确 测 定 放 线 菌 霉 菌 等 菌 丝 生 长 的 微 生 物 的 生 长 量, 最 好 用 此 法 细 菌 也 可 以 用, 一 般 干 重 约 为 湿 重 的 20 % ~ 25 % 如 果 用 固 体 培 养 基 培 养 丝 状 菌, 则 当 菌 落 长 成 后, 可 用 短 时 间 高 压 灭 菌 的 方 法, 使 洋 菜 溶 化, 滤 出 菌 丝, 然 后 用 热 蒸 馏 水 洗 净, 再 烤 干, 测 干 重 因 为 高 压 灭 菌 可 能 会 影 响 菌 丝 内 某 些 物 质 的 含 量, 所 以 需 要 适 当 控 制 灭 菌 的 时 间 和 温 度, 用 这 种 方 法 获 得 的 结 果 是 相 当 准 确 的 2. 测 总 氮 量 法 取 一 定 量 培 养 物 中 的 菌 体, 充 分 洗 净, 除 去 培 养 基 中 带 来 的 含 氮 成 分, 用 凯 氏 微 量 定 氮 法 测 定 含 氮 量 一 般 细 菌 含 氮 量 约 为 细 胞 干 重 的 14 %, 从 而 可 以 推 算 出 细 胞 物 质 的 含 量 和 微 生 物 的 生 长 量 3. 测 DNA 法 DNA 与 DABA - 2HCL( 即 新 鲜 配 制 的 质 量 比 20 % 3,5 - 二 氨 基 苯 甲 酸 盐 酸 溶 液 ) 显 示 特 殊 的 荧 光 反 应 定 容 培 养 物 的 菌 体 悬 液, 应 用 这 种 荧 光 反 应 强 度, 求 得 DNA 含 量, 可 以 直 接 反 映 所 含 细 胞 物 质 量, 也 可 以 根 据 DNA 含 量, 计 算 出 细 菌 数 量, 每 个 细 胞 平 均 含 μg DNA ( 二 ) 菌 体 数 目 的 测 定 方 法 单 细 胞 微 生 物 是 指 细 菌 和 酵 母 菌 等, 它 们 的 生 长 量 不 是 测 定 细 胞 的 大 小 而 是 测 定 菌 体 数 目, 也 即 微 生 物 繁 殖 量 的 测 定 放 线 菌 和 霉 菌 的 孢 子 也 可 用 此 法 1. 比 浊 法 这 是 一 种 测 定 菌 液 中 细 胞 数 的 快 速 方 法, 测 定 的 是 细 胞 全 数 根 据 菌 悬 液 中 的 含 菌 量 与 透 光 量 成 比 例 关 系 的 原 理, 用 浊 度 计 光 电 比 色 计 等 仪 器, 来 间 接 测 量 菌 体 浓 度 可 用 未 知 细 胞 数 的 悬 液 和 已 知 细 胞 数 的 悬 液 相 比, 将 未 知 悬 液 的 浊 度 稀 释 到 已 知 悬 液 的 相 等 浊 度, 再 从 已 知 悬 液 的 细 胞 数 和 未 知 悬 液 的 稀 释 倍 数, 推 算 出 未 知 悬 液 含 的 细 胞 数 也 可 先 用 其 他 准 确 的 计 数 法 测 出 某 种 菌 液 对 应 于 一 定 透 光 率 或 光 密 度 的 菌 体 浓 度, 作 成 标 准 曲 线, 然 后 供 未 知 菌 液 测 定 时 查 对 但 用 该 法 测 定 时 应 注 意 菌 液 的 浓 度 不 能 太 低, 颜 色 不 宜 太 深, 且 不 能 混 有 其 他 颗 粒 状 物 质, 否 则 将 导 致 较 大 的 误 差 2. 血 细 胞 计 数 板 计 数 法 用 特 制 的 血 细 胞 计 数 器 在 显 微 镜 下 直 接 计 量 细 胞 的 个 数, 然 后 再 换 算 出 单 位 体 积 内 的 细 胞 量, 这 是 一 种 常 用 的 方 法, 比 较 简 便 且 测 定 速 度 较 快 取 一 定 容 积 和 稀 释 倍 数 的 单 细 胞 微 生 物 悬 液 置 于 计 数 器 载 玻 片 与 盖 玻 片 之 间 的 计 数 室 内, 由 于 计 数 室 的 容 积 是 已 知 的 ( 总 面 积 为 1 mm 2, 高 0.1 mm) 并 有 一 定 刻 度 计 数 板 内 每 小 格 的 容 积 为 1 桙 ml, 在 显 微 镜 下 统 计 若 干 小 格 的 细 胞 数, 求 出 每 小 格 的 平 均 菌 数, 再 算 出 该 样 本 ( 菌 液 ) 的 含 菌 数 每 毫 升 原 菌 液 含 菌 数 = 每 小 格 平 均 菌 数 稀 释 倍 数 3. 比 例 计 算 法 如 果 没 有 血 细 胞 计 数 板, 可 采 用 此 法 即 将 待 测 菌 液 与 等 体 积 的 血 液 相 混

34 第 三 节 微 生 物 的 生 长 与 培 养 89 合, 制 成 涂 片, 染 色 后 在 显 微 镜 下 测 得 菌 数 与 红 细 胞 的 比 例 因 为 正 常 人 血 液 中 所 含 红 细 胞 数 量 比 较 稳 定, 每 毫 升 约 500 万 个, 这 样, 根 据 细 菌 与 红 细 胞 的 比 例, 就 可 推 算 出 菌 液 中 的 菌 数 4. 染 色 涂 片 法 先 将 待 测 菌 液 稀 释, 用 吸 管 吸 取 一 定 稀 释 度 的 菌 液 0.01 ml, 使 均 匀 地 涂 片 1 cm 2 面 积 内, 固 定 后 染 色, 在 显 微 镜 下 观 察, 计 算 每 一 视 野 中 的 平 均 数, 根 据 计 算 出 的 视 野 面 积, 换 算 出 1 cm 2 中 的 含 菌 数 很 显 然, 在 显 微 镜 下 要 观 察 整 个 涂 布 区 域 是 很 困 难 的, 因 此, 人 们 常 常 任 意 选 择 几 个 乃 至 十 几 个 视 野 来 计 算 细 胞 的 数 量, 如 果 借 助 镜 台 测 微 尺 测 得 视 野 的 直 径, 就 可 计 算 出 视 野 的 面 积 ( 面 积 = π r 2,r 为 视 野 半 径, 单 位 cm) 然 后 用 1 cm 2 内 的 视 野 数 乘 以 每 个 视 野 中 的 细 胞 平 均 数, 再 乘 以 100( 因 只 用 了 0.01 ml 样 品 的 涂 布 ), 就 等 于 每 毫 升 菌 液 的 细 胞 数, 其 计 算 公 式 如 下 : 每 毫 升 原 菌 液 含 菌 数 = 视 野 中 的 平 均 数 1 cm 2 桙 视 野 面 积 100 稀 释 倍 数 5. 平 皿 培 养 计 数 法 这 是 根 据 一 个 活 菌 在 平 板 培 养 基 上 形 成 一 个 菌 落 的 原 理, 测 定 菌 体 数 目 的 方 法 此 法 测 得 的 为 活 菌 数, 所 以 称 为 间 接 计 数 法, 又 叫 活 菌 计 数 法 测 得 的 菌 落 数 就 是 待 测 样 品 所 含 的 活 菌 数, 所 得 的 数 值 往 往 比 直 接 法 测 定 的 数 字 小 测 定 细 菌 数 量 一 般 采 用 每 平 皿 中 长 出 30 ~ 300 个 菌 落 的 稀 释 度 为 宜, 其 计 算 公 式 是 : 每 毫 升 菌 液 的 细 胞 数 = 1 ml 中 的 菌 落 数 稀 释 倍 数 此 法 常 用 于 测 定 水 土 壤 食 品 及 其 他 材 料 中 的 活 菌 数, 而 且 即 使 样 品 中 含 菌 数 量 极 少 也 可 测 出 ( 三 ) 代 谢 活 性 的 测 定 方 法 在 一 定 条 件 下, 测 定 微 生 物 细 胞 代 谢 作 用 所 消 耗 或 产 生 的 物 质 量 也 可 以 反 应 微 生 物 的 生 长 量 例 如, 对 氧 的 吸 收, 或 形 成 的 二 氧 化 碳 等, 作 为 微 生 物 生 长 状 况 的 指 标 1. 呼 吸 强 度 测 定 法 利 用 一 种 特 制 的 仪 器 瓦 氏 呼 吸 仪, 可 测 出 一 定 量 微 生 物 细 胞 呼 吸 时 氧 的 消 耗 量 或 二 氧 化 碳 的 产 生 量, 作 为 微 生 物 生 长 量 变 化 的 一 种 指 标 2. 酸 度 测 定 法 糖 类 发 酵 产 生 酸 的 量, 也 与 菌 量 的 多 少 成 一 定 比 例 如 乳 酸 细 菌 生 长 过 程 中, 乳 酸 的 产 量, 就 可 作 为 乳 酸 细 菌 生 长 量 的 指 标 3. 糖 量 测 定 法 在 含 糖 培 养 基 中, 微 生 物 的 生 长 发 育 以 糖 为 主 要 能 源 和 碳 源, 因 此 测 定 培 养 基 中 的 残 糖 量, 也 可 作 为 微 生 物 生 长 繁 殖 的 指 标 综 上 所 述, 每 种 方 法 都 各 有 其 优 点 和 局 限 性, 具 体 工 作 中 根 据 需 要 对 不 同 的 方 法 进 行 选 择 三 微 生 物 的 接 种 与 培 养 为 了 对 某 些 材 料 中 所 含 有 的 微 生 物 和 已 分 离 获 得 的 微 生 物 纯 菌 种 进 行 研 究, 首 先 必 须 创 造 一 些 条 件, 使 这 些 微 生 物 能 保 存 下 来, 以 供 进 行 各 方 面 的 试 验 为 此, 需 要 将 微 生 物 的 纯 菌 种 或 含 有 微 生 物 的 材 料 ( 如 水 土 壤 等 ) 转 移 到 培 养 基 上, 这 个 过 程 就 叫 做 微 生 物 的 接 种 经 微 生 物 接 种 后 的 培 养 基 放 置 在 一 定 条 件 下, 使 微 生 物 在 培 养 基 上 进 行 良 好 的 生 长 繁 殖, 这 一 过 程 就 是 微 生 物 的 培 养 ( 一 ) 微 生 物 的 接 种 将 微 生 物 接 种 于 培 养 基 中, 根 据 不 同 的 培 养 基 类 型, 有 不 同 的 接 种 方 法, 即 使 同 一 种 培 养 基, 因 实 验 要 求 的 不 同, 也 可 以 有 不 同 的 方 法

35 90 第 3 章 农 业 微 生 物 及 其 应 用 技 术 1. 涂 布 法 将 纯 菌 或 含 菌 材 料, 均 匀 地 涂 布 在 固 体 培 养 基 表 面 或 者 将 含 菌 材 料 在 固 体 培 养 基 的 表 面 仅 作 局 部 涂 布, 然 后 再 用 划 线 法 使 它 们 分 散 在 整 个 培 养 基 表 面 2. 划 线 法 将 纯 菌 或 含 菌 材 料 用 微 生 物 接 种 针 在 固 体 培 养 基 表 面 进 行 划 线, 使 微 生 物 细 胞 能 分 散 在 培 养 基 表 面, 并 使 接 种 量 在 培 养 基 表 面 起 稀 释 作 用 即 在 培 养 基 单 位 面 积 内 的 接 种 量 从 多 量 逐 渐 依 次 减 少 成 为 少 量, 这 是 进 行 微 生 物 分 离 时 的 一 种 常 规 接 种 方 法 3. 倾 注 法 取 少 许 纯 菌 或 少 许 含 菌 材 料 ( 一 般 是 液 体 材 料 ), 先 放 入 无 菌 的 培 养 皿 中, 而 后 倾 入 已 融 化 并 冷 却 至 48 左 右 的 琼 脂 灭 菌 培 养 基 中, 使 它 与 含 菌 材 料 均 匀 混 合, 冷 却 使 其 凝 固 成 平 板 4. 点 植 法 将 纯 菌 或 含 菌 材 料 用 接 种 针 在 固 体 培 养 基 表 面 的 几 个 点 接 触 一 下 这 种 方 法 常 应 用 于 霉 菌 的 接 种 5. 穿 刺 法 用 接 种 针 使 微 生 物 纯 菌 种 经 穿 刺 进 入 到 培 养 基 中 穿 刺 法 常 应 用 于 半 固 体 深 层 培 养 基 通 过 穿 刺 进 行 培 养, 有 助 于 初 步 了 解 这 种 菌 种 对 氧 的 需 要 情 况 以 及 有 无 动 力 产 生 6. 浸 洗 法 用 接 种 针 挑 取 含 菌 材 料 后, 即 插 入 液 体 培 养 基 中, 将 菌 洗 入 培 养 基 内 有 时 也 可 将 某 些 固 形 含 菌 材 料 直 接 浸 入 培 养 液 中, 把 附 着 在 表 面 的 菌 体 洗 下 ( 二 ) 微 生 物 的 培 养 微 生 物 的 培 养 就 是 根 据 微 生 物 的 生 理 特 征, 用 适 宜 的 营 养 基 质 和 培 养 条 件 培 养 微 生 物 的 过 程 由 于 不 同 种 类 的 微 生 物 需 要 的 条 件 不 完 全 相 同, 因 此, 培 养 的 方 法 也 不 同 1. 需 氧 培 养 对 一 些 需 氧 微 生 物 的 培 养, 必 须 在 有 氧 环 境 中 进 行 在 实 验 室 中, 不 论 是 液 体 培 养 基 或 固 体 培 养 基 经 微 生 物 接 种 后, 一 般 放 置 于 保 温 箱 中 培 养, 这 就 是 有 氧 条 件 下 的 培 养 因 为 培 养 基 在 试 管 内 或 在 其 他 容 器 内 总 是 有 空 气 接 触 的 有 时, 为 了 能 加 快 繁 殖 的 速 度, 或 进 行 大 量 液 体 培 养 时, 常 采 用 通 气 搅 拌 或 振 荡 方 法 来 充 分 供 氧 但 在 通 气 培 养 时 所 供 给 的 空 气 必 须 经 过 净 化 无 菌 处 理 2. 厌 氧 培 养 培 养 厌 氧 性 微 生 物 时, 必 须 除 去 培 养 基 中 的 氧 气 或 使 氧 化 还 原 电 势 降 低, 并 在 培 养 过 程 中 一 直 保 持 与 外 界 氧 隔 绝 在 培 养 中 保 持 无 氧 环 境 的 方 法 很 多, 有 物 理 法 化 学 法 生 物 法 等 来 除 氧 或 隔 绝 氧 3. 表 面 培 养 表 面 培 养 即 在 固 体 培 养 基 上 的 培 养, 多 用 于 菌 种 的 分 离 纯 化 保 藏 和 种 子 制 备 将 含 有 许 多 微 生 物 的 菌 悬 液 稀 释 到 一 定 比 例 后, 接 种 到 琼 脂 培 养 基 的 固 体 斜 面 上, 经 保 温 培 养, 可 以 得 到 纯 种 斜 面 上 的 菌 体, 在 4 下 可 保 藏 3 ~ 6 个 月 实 验 室 进 行 表 面 培 养 常 采 用 试 管 扁 瓶 和 培 养 皿 试 管 和 扁 瓶 常 用 棉 塞 封 口, 易 于 保 藏 培 养 皿 有 配 对 的 玻 璃 上 盖, 既 可 阻 止 杂 菌 进 入, 又 易 于 观 察 表 面 培 养 法 操 作 简 便, 设 备 简 单, 常 用 于 实 验 室 小 规 模 培 养, 但 其 大 规 模 生 产 的 潜 力 很 小 4. 深 层 培 养 深 层 培 养 即 在 液 体 培 养 基 中 的 培 养 菌 体 在 液 体 培 养 基 中 处 于 悬 浮 状 态, 培 养 基 中 通 入 空 气, 使 微 生 物 充 分 利 用 空 气 中 的 氧 气 深 层 培 养 易 于 获 得 混 合 均 一 的 菌 体 悬 浮 液, 从 而 便 于 对 系 统 进 行 监 控, 也 容 易 大 规 模 工 业 生 产, 成 为 大 量 培 养 微 生 物 的 一 种 重 要 方 法 实 验 室 的 小 型 深 层 培 养, 常 采 用 摇 瓶 一 般 使 用 的 摇 瓶 为 上 部 较 小 并 开 口 的 锥 形 烧 瓶, 瓶 口 封 以 多 层 纱 布 或 用 高 分 子 滤 膜 以 阻 止 空 气 中 的 杂 菌 或 杂 质 进 入 瓶 内, 而 空 气 可 以 透 过 瓶 塞 进 入 瓶 内 供 菌 体 呼 吸 摇 瓶 内 盛 培 养 基, 经 灭 菌 后 接 入 菌 种, 然 后 置 于 振 荡 器 ( 又 称 摇 床 ) 上 保 温 振 荡 培 养 摇 瓶 培 养 法 是 实 验 室 获 取 菌 体 的 常 用 方 法, 也 可 用 作 大 规 模 生 产 的 种 子 培 养