微生物生理学Microbial Physiology 一、课程基本情况（中英文对照） 课程名称：微生物生理学Microbial Physiology 课程编号：02110640 课程总学时：56 (讲课32，实验24) 课程学分：3.5（讲课2，实验1.5） 课程分类：专业选修 开课学期：秋 开课单位：生物学院微生物与免疫学系 适用专业：生物学院生物科学专业 所需先修课：生物化学、微生物生物学 课程负责人：关国华、陈文峰 二、课程内容简介（中英文对照） 微生物生理学是生物学院生物科学专业微生物方向的方向课。本课程着重研究微 生物代谢活动的规律，内容主要包括：研究微生物代谢的技术和方法、微生物产 能代谢的多样性以及微生物的合成代谢等三部分。微生物代谢的技术和方法中除 介绍细胞破碎技术、亚细胞分离技术等传统技术外，还介绍了基因组学和蛋白质 组学在微生物代谢研究中的应用。微生物产能代谢的多样性中，介绍了多种化能 有机营养型、化能无机营养型以及光能营养型微生物的产能代谢的途径。在微生 物的合成代谢中，着重讲述了微生物对CO2的固定、细菌细胞壁的合成、生物 固氨以及赤霉素、虾青素等次级代谢产物的合成。 Microbial Physiology is the study of the structure,function,energy metabolism, growth,and regulatory mechanisms of microorganisms.Microbial Physiology is helpful to the advanced undergraduate students in microbiology in the college of Biological Sciences to developing an acquaintance with the field.An introduction to methods in Microbial Physiology and cell structure is provided,followed by detailed discussions of microbial metabolism diversity,such as pathways of carbohydrate metabolism,metabolism of substrates other than glucose,fermentation pathways. photosynthesis and inorganic metabolism,methanogenesis,syntrophy,COfixation. nitrogen fixation,cell wall synthesis and biosynthesis of isoprenoids 三、各部分教学纲要（无实验、实习的课程，不写以下第2部分；纯实验、实习 课程，不写以下第1部分) 1、课堂讲授部分（共32学时)
微生物生理学 Microbial Physiology 一、课程基本情况（中英文对照） 课程名称：微生物生理学 Microbial Physiology 课程编号：02110640 课程总学时： 56 （讲课 32 ，实验 24） 课程学分： 3.5 （讲课 2 ，实验 1.5） 课程分类： 专业选修 开课学期： 秋 开课单位：生物学院微生物与免疫学系 适用专业：生物学院生物科学专业 所需先修课：生物化学、微生物生物学 课程负责人：关国华、陈文峰 二、课程内容简介（中英文对照） 微生物生理学是生物学院生物科学专业微生物方向的方向课。本课程着重研究微 生物代谢活动的规律，内容主要包括：研究微生物代谢的技术和方法、微生物产 能代谢的多样性以及微生物的合成代谢等三部分。微生物代谢的技术和方法中除 介绍细胞破碎技术、亚细胞分离技术等传统技术外，还介绍了基因组学和蛋白质 组学在微生物代谢研究中的应用。微生物产能代谢的多样性中，介绍了多种化能 有机营养型、化能无机营养型以及光能营养型微生物的产能代谢的途径。在微生 物的合成代谢中，着重讲述了微生物对 CO2 的固定、细菌细胞壁的合成、生物 固氮以及赤霉素、虾青素等次级代谢产物的合成。 Microbial Physiology is the study of the structure, function, energy metabolism, growth, and regulatory mechanisms of microorganisms. Microbial Physiology is helpful to the advanced undergraduate students in microbiology in the college of Biological Sciences to developing an acquaintance with the field. An introduction to methods in Microbial Physiology and cell structure is provided, followed by detailed discussions of microbial metabolism diversity, such as pathways of carbohydrate metabolism, metabolism of substrates other than glucose, fermentation pathways, photosynthesis and inorganic metabolism, methanogenesis, syntrophy, CO2 fixation， nitrogen fixation, cell wall synthesis and biosynthesis of isoprenoids. 三、各部分教学纲要(无实验、实习的课程，不写以下第 2 部分；纯实验、实习 课程，不写以下第 1 部分) 1、课堂讲授部分（共 32 学时）
第一章绪论（2学时) 微生物生理学研究的对橡和范围，微生物生理学的形成和发展，微生物生理 学研究中常用的技术和方法，包括细胞含水量测定方法，细胞破碎技术，亚细胞 结构的分离技术，以及生物信息学及分子生物学技术在微生物生理学研究中的应 用。主要介绍微生物生理学的定义和研究对象；概括介绍微生物生理学的学科 发展历程和研究热点；详细介绍微生物生理学研究中常用的技术和方法。要求学 生掌握微生物生理学的研究内容、发展史及常用的技术和方法。激发学生对微生 物生理学的学习兴趣和求知欲望。 第二章代谢概论（2学时) 代谢途径的定义，合成代谢和分解代谢及初级代谢和次级代谢的概念及关系 以及研究代谢的方法（细胞水平、分子水平、基因水平、基因组水平、蛋白质组 水平和代谢组水平。 第三章能量代谢(12学时) 第一节能量来自有机化合物 含碳化合物的降解，包括葡萄糖的降解（含EMP途径、HMP途径、ED途径、 磷酸解酮酶途径)，其他单糖、双糖的降解，有氧呼吸，TCA循环（含乙醛酸循 环、TCA循环的回补反应、厌氧菌获得TCA循环中间产物的途径)，氧化磷酸化 (含呼吸链、底物水平磷酸化和电子传递磷酸化)，不完全氧化，微生物发光 无氧呼吸（含硝酸呼吸、硫酸呼吸、延胡索酸呼吸等），发酵（含乳酸发酵，酒 精发酵，丁酸及可溶性产物发酵，甲酸发酵，丙酸发酵，乙酸发酵，甲烷发酵。 含氨化合物的降解，嘌呤、嘧啶的降解，脂肪酸降解，烃类化合物的降解（烷 烃的降解及单加氧酶，烯烃的降解)，芳香族化合物的降解（邻位降解途径和间 位降解途径)，二碳化合物的降解，一碳化合物的降解，内源储藏物质的降解。 第二节能量来自无机物 氢细菌、硝化细菌、铁细菌、硫化细菌等化能自养菌能量及还原力的形成。 第三节能量来自光 简要介绍兰细菌、光合细菌、嗜盐菌对光能的利用。 要求学生掌握不同微生物对有机化合物、无机物和光能的利用途径。 第四章生物合成(16学时) 第一节能量的消耗(0.5学时) 第二节二氧化碳的固定(1.5学时) CO2的固定，包括异养固定和自养固定（卡尔文循环、乙酰CoA途径， 第三节一碳、二碳有机化合物的同化(1学时) 一碳化合物的同化(Sr途径、核酮糖单磷酸途径)，二碳化合物的同化（乙
第一章 绪论 （2 学时） 微生物生理学研究的对象和范围，微生物生理学的形成和发展，微生物生理 学研究中常用的技术和方法，包括细胞含水量测定方法，细胞破碎技术，亚细胞 结构的分离技术，以及生物信息学及分子生物学技术在微生物生理学研究中的应 用。 主要介绍微生物生理学的定义和研究对象；概括介绍微生物生理学的学科 发展历程和研究热点；详细介绍微生物生理学研究中常用的技术和方法。要求学 生掌握微生物生理学的研究内容、发展史及常用的技术和方法。激发学生对微生 物生理学的学习兴趣和求知欲望。 第二章 代谢概论 （2 学时） 代谢途径的定义，合成代谢和分解代谢及初级代谢和次级代谢的概念及关系， 以及研究代谢的方法（细胞水平、分子水平、基因水平、基因组水平、蛋白质组 水平和代谢组水平）。 第三章 能量代谢（12 学时） 第一节 能量来自有机化合物 含碳化合物的降解，包括葡萄糖的降解（含 EMP 途径、HMP 途径、ED 途径、 磷酸解酮酶途径），其他单糖、双糖的降解，有氧呼吸，TCA 循环（含乙醛酸循 环、TCA 循环的回补反应、厌氧菌获得 TCA 循环中间产物的途径），氧化磷酸化 （含呼吸链、底物水平磷酸化和电子传递磷酸化），不完全氧化，微生物发光， 无氧呼吸（含硝酸呼吸、硫酸呼吸、延胡索酸呼吸等），发酵（含乳酸发酵，酒 精发酵，丁酸及可溶性产物发酵，甲酸发酵，丙酸发酵，乙酸发酵，甲烷发酵）。 含氮化合物的降解，嘌呤、嘧啶的降解，脂肪酸降解，烃类化合物的降解（烷 烃的降解及单加氧酶，烯烃的降解），芳香族化合物的降解（邻位降解途径和间 位降解途径），二碳化合物的降解，一碳化合物的降解，内源储藏物质的降解。 第二节 能量来自无机物 氢细菌、硝化细菌、铁细菌、硫化细菌等化能自养菌能量及还原力的形成。 第三节 能量来自光 简要介绍兰细菌、光合细菌、嗜盐菌对光能的利用。 要求学生掌握不同微生物对有机化合物、无机物和光能的利用途径。 第四章 生物合成 （16 学时） 第一节 能量的消耗（0.5 学时） 第二节 二氧化碳的固定(1.5 学时) CO2的固定，包括异养固定和自养固定（卡尔文循环、乙酰 CoA 途径）。 第三节 一碳、二碳有机化合物的同化（１学时） 一碳化合物的同化（Ser 途径、核酮糖单磷酸途径），二碳化合物的同化（乙
醛酸循环、甘油酸循环) 第四节糖类的合成(5学时 单糖的合成和相互转化：寡糖及多聚糖的相互转化：细胞壁的合成（肽聚糖的合 成，磷壁酸的合成，脂多糖的合成) 第五节脂类的合成(3课时) 脂肪酸的合成，包括细菌、真菌中脂肪酸合成的区别；不饱和脂肪酸的合成和 环烷脂肪酸的合成磷脂的合成（略讲）：聚-β羟基丁酸的合成（详讲）；吡咯环及 相关化合物的合成，萜烯类及相关化合物的合成。 第六节含氨有机化合物的合成(5课时) 生物固氮，包括固氮酶结构和功能，固氮的生化途径，固氮酶为一多功能的 氧化还原酶体外反应体系，微生物的防氧保护体系等：同化型硝酸还原（略讲）， 包括同化型硝酸还原酶，同化型硝酸还原与异化型硝酸还原的区别；氨的同化 包括GDH、GS酶所催化的反应。 要求学生掌握特殊的微生物生物合成途径。教学重点为细胞壁的生物合成和 生物固氮，教学难点为生物固氨的过程。 习题作业安排 各章节均有若干习题，要求学生按时完成，教师抽查根据出现的问题，及 时辅导。 2、实验部分教学内容与要求：（共24学时） (一不同根瘤菌接种豆科植物及根瘤固氨酶活的测定(8学时) 目的：学习并掌握豆科植物接种根瘤菌的方法及用气相色谱法测定根瘤固 氮酶活性的方法。 内容：豆科植物种子的消毒处理；种子萌发及接种根瘤菌；植物的生长及结 瘤，有效根瘤及无效根瘤的区分；根瘤菌对植物生长情况影响的测定；气相色谱 法测定根瘤的固奥酶活性。 要求：每两人一组。每组学生须完成从植物种子的处理、萌发及接种根瘤菌 植物培养，根瘤观察及根瘤酶活性测定的全过程。记录根瘤对豆科植物生长的影 响。实验分三个阶段，第一个阶段是豆科植物接种根瘤菌的过程，第二阶段是植 物的生长过程，第三个阶段是观察根瘤菌对植物生长的影响及根瘤固氨酶活性测 定过程。 （二)细菌细胞的化学组成的测定（设计实验)(8学时) 目的：学习和掌握细菌细胞的收获、洗涤和裂解的经典方法，掌握细菌细胞 含水量和蛋白的含量的测定方法。 内容：由学生接种、培养细菌细胞，收集对数期的细胞，经离心洗涤，由学
醛酸循环、甘油酸循环） 第四节 糖类的合成（５学时） 单糖的合成和相互转化;寡糖及多聚糖的相互转化;细胞壁的合成（肽聚糖的合 成，磷壁酸的合成，脂多糖的合成）。 第五节 脂类的合成（３课时） 脂肪酸的合成，包括细菌、真菌中脂肪酸合成的区别;不饱和脂肪酸的合成和 环烷脂肪酸的合成;磷脂的合成（略讲）;聚-β羟基丁酸的合成（详讲）;吡咯环及 相关化合物的合成;萜烯类及相关化合物的合成。 第六节 含氮有机化合物的合成（５课时） 生物固氮，包括固氮酶结构和功能，固氮的生化途径，固氮酶为一多功能的 氧化还原酶，体外反应体系，微生物的防氧保护体系等；同化型硝酸还原（略讲）， 包括同化型硝酸还原酶，同化型硝酸还原与异化型硝酸还原的区别；氨的同化， 包括 GDH、GS 酶所催化的反应。 要求学生掌握特殊的微生物生物合成途径。教学重点为细胞壁的生物合成和 生物固氮，教学难点为生物固氮的过程。 习题作业安排 各章节均有若干习题, 要求学生按时完成, 教师抽查, 根据出现的问题, 及 时辅导。 2、实验部分教学内容与要求：（共 24 学时） (一)不同根瘤菌接种豆科植物及根瘤固氮酶活的测定 (8 学时) 目的：学习并掌握豆科植物接种根瘤菌的方法, 及用气相色谱法测定根瘤固 氮酶活性的方法。 内容：豆科植物种子的消毒处理；种子萌发及接种根瘤菌；植物的生长及结 瘤，有效根瘤及无效根瘤的区分；根瘤菌对植物生长情况影响的测定；气相色谱 法测定根瘤的固氮酶活性。 要求：每两人一组。每组学生须完成从植物种子的处理、萌发及接种根瘤菌， 植物培养，根瘤观察及根瘤酶活性测定的全过程。记录根瘤对豆科植物生长的影 响。实验分三个阶段，第一个阶段是豆科植物接种根瘤菌的过程，第二阶段是植 物的生长过程，第三个阶段是观察根瘤菌对植物生长的影响及根瘤固氮酶活性测 定过程。 （二）细菌细胞的化学组成的测定 （设计实验）（８学时） 目的：学习和掌握细菌细胞的收获、洗涤和裂解的经典方法，掌握细菌细胞 含水量和蛋白的含量的测定方法。 内容：由学生接种、培养细菌细胞，收集对数期的细胞，经离心洗涤，由学
生自己设计实验，测定出细菌细胞含水量和蛋白的含量。 要求：每两人一组。实验前先写出具体的实验方案，经指导老师验收后，方 可进行实验。每人交一份研究报告， (三)丝状真菌线粒体DNA的提取和检测（综合实验)(8学时) 目的：实验掌握丝状真菌细胞的破碎技术、亚细胞结构的分离技术、线粒体 的检测技术、线粒体DNA的提取技术以及线粒体DNA的检测技术。 内容：由学生接种、培养丝状真菌，经液氨研磨破碎菌丝，差速离心获取线 粒体并对线粒体进行检测。 要求：每两人为一组，实验前先写出预习报告，经指导老师验收后，方可进 行实验。每人交一份研究报告。 四、使用教材： 李季伦等，微生物生理学，北京农业大学出版社，1993 注：新版的教材正在绵写中。 主要参考书： 1.Moat A.G.等著，李颖等译，微生物生理学（第4版），高等教育出版社， 2009 2.Madigan M T.Martinko J M,Dunlap P V,Clark D P.Brock Biologyof Microorganisms.12thed.New Jersey:Prentice Hall,2009 3.Willey J M,Sherwood L M,Woolverton C J.Prescott,Harley,and Klein's Microbiology.7thed.Boston:McGraw-Hill,2008
生自己设计实验，测定出细菌细胞含水量和蛋白的含量。 要求：每两人一组。实验前先写出具体的实验方案，经指导老师验收后，方 可进行实验。每人交一份研究报告。 （三） 丝状真菌线粒体 DNA 的提取和检测 （综合实验）（８学时 ） 目的：实验掌握丝状真菌细胞的破碎技术、亚细胞结构的分离技术、线粒体 的检测技术、线粒体 DNA 的提取技术以及线粒体 DNA 的检测技术。 内容：由学生接种、培养丝状真菌，经液氮研磨破碎菌丝，差速离心获取线 粒体并对线粒体进行检测。 要求：每两人为一组，实验前先写出预习报告，经指导老师验收后，方可进 行实验。每人交一份研究报告。 四、使用教材： 李季伦等，微生物生理学，北京农业大学出版社,1993。 注：新版的教材正在编写中。 主要参考书： 1. Moat A.G.等著，李颖等译，微生物生理学（第 4 版）， 高等教育出版社， 2009. 2. Madigan M T, Martinko J M, Dunlap P V, Clark D P. Brock Biology of Microorganisms. 12th ed. New Jersey: Prentice Hall, 2009 3. Willey J M, Sherwood L M, Woolverton C J. Prescott, Harley, and Klein’s Microbiology. 7th ed. Boston: McGraw-Hill, 2008