高中生物競賽輔導(dǎo)微生物學(xué)授課市公開課獲獎?wù)n件

1、微生物學(xué)競賽培訓(xùn)第1頁第1頁微生物學(xué)知識體系微生物學(xué)生態(tài)與多樣性感染與免疫遺傳基因表示調(diào)控基因工程分類形態(tài)結(jié)構(gòu)營養(yǎng)代謝生長繁殖系統(tǒng)發(fā)育發(fā)酵工業(yè)食品藥物生物制品環(huán)境保護(hù)第2頁第2頁教材微生物學(xué)教程，周德慶，高教出版社參考書微生物學(xué)，精要、題解、測試，周德慶，化學(xué)工業(yè)出版社推薦教材與參考書第3頁第3頁 微生物細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功效微生物類型細(xì)胞型微生物非細(xì)胞型微生物病毒原核微生物真核微生物(真)細(xì)菌古生菌細(xì)菌藍(lán)藻原綠藻放線菌衣原體支原體 立克次氏體 等G+G-酵母菌霉菌真核藻類（綠藻、硅藻等）蘑菇原生動物真病毒亞病毒因子第4頁第4頁一、原核細(xì)胞構(gòu)成第5頁第5頁.微生物研究對象 m（微米）級：光學(xué)顯微鏡下可

2、見（細(xì)胞） ?。▊€體微?。?nm(納米）級：電子顯微鏡下可見（細(xì)胞器，病毒） 單細(xì)胞微生物 簡（結(jié)構(gòu)簡樸） 簡樸多細(xì)胞 非細(xì)胞（即分子生物） 原核類：真細(xì)菌(細(xì)菌，放線菌，支原體）和古細(xì)菌 低（進(jìn)化地位低）真核類：真菌（酵母、霉菌、蕈菌）、原生動物、單細(xì)胞藻類 非細(xì)胞類：病毒、亞病毒（類病毒、擬病毒、朊病毒）第6頁第6頁.細(xì)菌大小量度細(xì)菌大小單位是m (微米，即10-6 m)。普通細(xì)菌直徑或?qū)挾燃s0.5 m，長度約0.55 m。特例：費(fèi)氏刺尾魚菌細(xì)胞可達(dá) 60060 m；納米比亞嗜硫珠菌細(xì)胞直徑0.321 mm；納米細(xì)菌(nanobacteria)細(xì)胞直徑僅為50 nm左右。第7頁第7頁細(xì)菌基

3、本形態(tài)通常可分為球狀、桿狀和螺旋狀，分別被稱為球菌、桿菌和螺旋菌。球菌分裂后產(chǎn)生新細(xì)胞常保持一定排列方式，在分類鑒定上有一定意義。依據(jù)球菌細(xì)胞分裂面和分裂后排列方式，又可分為單球菌、雙球菌、鏈球菌、四聯(lián)球菌、八疊球菌和葡萄球菌。短桿菌近似球狀，長桿菌近絲狀。桿菌細(xì)胞常沿一個平面分裂，大多數(shù)菌體分散存在，但有桿菌呈長短不同鏈狀，有則呈柵狀或“八”字形排列等。細(xì)胞彎曲呈弧狀或螺旋狀，彎曲不足一圈稱弧菌，如霍亂弧菌(Vibrio cholerae) 。彎曲度大于一周稱為螺旋菌。3.細(xì)菌形態(tài)第8頁第8頁細(xì)菌形態(tài)學(xué)分類 球菌 桿菌 螺旋菌（包括弧菌）淋病球菌大腸桿菌弧形霍亂菌第9頁第9頁4.細(xì)菌細(xì)胞模式

4、結(jié)構(gòu)普通結(jié)構(gòu)：細(xì)胞壁、細(xì)胞質(zhì)膜、內(nèi)含物、核區(qū)、間體、細(xì)胞質(zhì)。特殊結(jié)構(gòu)：鞭毛、菌毛、性毛、芽孢、微莢膜、莢膜、粘液層。第10頁第10頁5. 細(xì)菌染色堿性染色劑 = 有色陽離子 + 無色陰離子酸性染色劑 = 無色陽離子 + 有色陰離子染色辦法有諸多，如單染色、革蘭氏染色、抗酸性染色、莢膜染色、芽孢染色、鞭毛染色等，其中以革蘭氏染色(Gram staining)最為主要，由丹麥細(xì)菌學(xué)家Gram于1884年創(chuàng)造。Gram stain主要環(huán)節(jié)：結(jié)晶紫初染1 min 碘液媒染1 min 乙醇脫色2030 sec 番紅復(fù)染12 min鏡檢菌體呈呈紫色者為革蘭氏染色反應(yīng)陽性細(xì)菌(常以G+表示) ，呈紅色者為革

5、蘭氏染色反應(yīng)陰性細(xì)菌 (常以G表示)。通過這一簡樸染色幾乎可將所有細(xì)菌區(qū)別為革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌兩大類。第11頁第11頁甲菌乙菌初染結(jié)晶紫媒染碘液脫色乙醇復(fù)染沙黃紫色（G）紅色（G-）革蘭氏染色機(jī)理G+ 菌：細(xì)胞壁厚，肽聚糖含量高，交聯(lián)度大，當(dāng)乙醇脫色時，肽聚糖因脫水而孔徑縮小，故結(jié)晶紫-碘復(fù)合物被阻留在細(xì)胞內(nèi)，細(xì)胞不能被酒精脫色，仍呈紫色。G菌：肽聚糖層薄，交聯(lián)松散，乙醇脫色不能使其結(jié)構(gòu)收縮，因其含脂量高,乙醇將脂溶解，縫隙加大，結(jié)晶紫-碘復(fù)合物溶出細(xì)胞壁，酒精將細(xì)胞脫色，細(xì)胞無色，沙黃復(fù)染后呈紅色。第12頁第12頁陽性菌陰性菌第13頁第13頁顯微鏡下G+與G細(xì)菌顯微鏡下G細(xì)菌第14頁

6、第14頁第15頁第15頁6.、細(xì)菌形態(tài)和大小第16頁第16頁7.、細(xì)菌肽聚糖單體結(jié)構(gòu)比較A雙糖單位：由一個N-乙酰萄糖胺通過-1，4-糖苷鍵與另一個N-乙酰胞壁酸相連。該糖苷鍵易被溶菌酶水解。 B四肽尾或四肽側(cè)鏈：由四個氨基酸分子按L型與D型交替方式連接而成。金黃色葡萄球菌在N-乙酰胞壁酸上四肽尾：L-AlaD-GluL-LysD-Ala。大腸桿菌四肽尾第3個氨基酸L-lys為內(nèi)消旋二氨基庚二酸（m-DAP)所代替。C肽橋或肽間橋：它起著沒有特殊肽橋連接前后兩個四肽尾分子“橋梁”作用。第17頁第17頁第18頁第18頁第19頁第19頁 假肽聚糖結(jié)構(gòu)與肽聚糖相同。 詳細(xì)差別: 多糖骨架:是由N-乙

7、酰葡萄糖胺和N-乙酰塔羅糖胺糖醛酸以-1，3-糖苷鍵交替連接而成； 肽尾:由L-Glu、L-Ala、L-Lys3個L型氨基酸構(gòu)成； 肽橋:由L-Glu一個氨基酸構(gòu)成。第20頁第20頁8.原核微生物結(jié)構(gòu)與功效細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)： 與功效：保護(hù)：屏障、機(jī)械保護(hù)是細(xì)胞生長、分裂和運(yùn)動所必須賦予細(xì)胞抗原性、致病性和對噬菌體敏感性等古生菌假肽聚糖層G+G-厚薄肽聚糖層真細(xì)菌第21頁第21頁9.原核微生物結(jié)構(gòu)與功效細(xì)胞壁外結(jié)構(gòu)糖被：保護(hù)、屏障、儲存、吸附、信號辨認(rèn)鞭毛：運(yùn)動菌毛（纖毛）：吸附性毛：參與傳遞遺傳物質(zhì)第22頁第22頁10.缺壁細(xì)菌缺壁細(xì)菌 試驗(yàn)室中形成自然界長期進(jìn)化中形成：支原體自發(fā)缺壁突變：L型細(xì)菌

8、（G+或G-）人工辦法去壁部分清除：球狀體（G-）徹底除盡：原生質(zhì)體（G+ ）第23頁第23頁11.細(xì)菌細(xì)胞膜磷脂雙分子層第24頁第24頁12.真細(xì)菌與古生菌細(xì)胞膜不同古生菌與其它生物最明顯化學(xué)成份差別是表達(dá)在細(xì)胞膜上，基本差別有4點(diǎn)（1）甘油立體構(gòu)型；（2）醚鍵；（3）類異戊二烯鏈；（4）側(cè)鏈分支 第25頁第25頁13.細(xì)菌內(nèi)含物種類和分布糖源：大腸桿菌、克雷伯氏菌、 藍(lán)細(xì)菌芽孢桿菌等聚羥丁酸： 固氮菌、產(chǎn)堿菌、腸桿菌氮源類藻青素：藍(lán)細(xì)菌含有藻青蛋白：藍(lán)細(xì)菌含有磷源（異染粒）：迂回螺菌、白喉棒桿菌和分枝桿菌含有 硫源：迂回螺菌菌、白喉棒桿菌、結(jié)核分枝桿菌碳源及能源類第26頁第26頁14.原核

9、生物鞭毛結(jié)構(gòu)第27頁第27頁第28頁第28頁第29頁第29頁15.細(xì)菌鞭毛、菌毛和性毛比較第30頁第30頁16.芽孢耐熱性第31頁第31頁滲入調(diào)整皮層膨脹學(xué)說芽孢耐熱機(jī)制（一）芽孢衣（疏水性角蛋白）對多價陽離子和水分透性很差；皮層離子強(qiáng)度很高，會產(chǎn)生極高滲入壓去奪取芽孢關(guān)鍵中水分，而造成芽孢皮層膨脹和關(guān)鍵高度失水；關(guān)鍵部分生命物質(zhì)（DNA、RNA、Pr等）處于高度失水狀態(tài)，各種酶活性減少，因而產(chǎn)生極強(qiáng)耐熱性。第32頁第32頁DPA - Ca存在芽孢耐熱機(jī)制（二）在皮層和芽孢質(zhì)中含有營養(yǎng)細(xì)胞所沒有DAP - Ca，占芽孢干重5 15%；DAP - Ca能穩(wěn)定芽孢中生物大分子，DAP -Ca螯合作

10、用會使芽孢中生物大分子形成一個耐熱性凝膠，從而增強(qiáng)芽孢耐熱性。當(dāng)芽孢萌發(fā)釋放DAP - Ca，耐熱性消失。第33頁第33頁17.鏈霉菌形態(tài)結(jié)構(gòu)第34頁第34頁放線菌第35頁第35頁放線菌菌絲分化放線菌細(xì)胞結(jié)構(gòu)和細(xì)菌沒有多大區(qū)分，也是原核生物。用革蘭氏染色法染色后細(xì)胞壁為紫色，因此是革蘭氏陽性原核生物。不過它們形態(tài)比細(xì)菌復(fù)雜些，在顯微鏡下，觀測到菌絲。假如把它們培養(yǎng)在固體培養(yǎng)基上，會長出堅(jiān)硬菌落，不同種類放線菌菌落顏色不同。假如用放大鏡觀測這些菌落，你會發(fā)覺它們周圍仿佛圖畫中向四周放射著光芒太陽，因此科學(xué)家稱它們?yōu)榉啪€菌。放線菌生長發(fā)育到一定階段，一部分氣生菌絲便分化成孢子絲。孢子絲有桿形、波浪

11、形、螺旋形等，上面生有成串孢子。在適宜條件下，孢子萌發(fā)長出菌絲。絕大多數(shù)抗生素是由放線菌產(chǎn)出。第36頁第36頁放線菌繁殖方式在自然條件下，多數(shù)形成各種孢子，也有菌絲斷裂成孢子狀細(xì)胞。分生孢子：最常見孢囊孢子基內(nèi)菌絲斷裂（僅少數(shù)）任何菌絲片段（各種放線菌）放線菌繁殖方式借孢子借菌絲無鞭毛有鞭毛第37頁第37頁18.支原體、立克氏體、衣原體和病毒第38頁第38頁支原體衣原體立克次氏體第39頁第39頁支原體曾被認(rèn)為是能在無生命培養(yǎng)基上生長繁殖最小原核細(xì)胞型微生物，當(dāng)前這一地位已經(jīng)被納米細(xì)菌所取代。支原體大小為0.20.25um,可經(jīng)過濾菌器，常給細(xì)胞培養(yǎng)工作帶來污染麻煩。無細(xì)胞壁，不能維持固定形態(tài)而

12、展現(xiàn)多形性。革蘭氏染色不易著色。支原體基因組為一環(huán)狀以雙鏈DNA，分子量?。▋H有大腸桿菌五分之一），合成與代謝很有限。 經(jīng)典“荷包蛋樣”菌落：圓形（直徑1016um），關(guān)鍵部分較厚，向下長入培養(yǎng)基，周圍為一層薄透明顆粒區(qū)。另外，支原體還能在雞胚絨毛尿囊膜或培養(yǎng)細(xì)胞中生長。繁殖方式多樣，主要為二分裂繁殖，還有斷裂、分枝、出芽等方式，蓋因缺乏細(xì)胞壁造成份裂時二個子細(xì)胞大小均所致。同時，支原體分裂和其DNA復(fù)制不同時，可形成多核長絲體。第40頁第40頁立克次氏體引起傳染病：斑疹傷寒（斑疹傷寒立克次氏體）、恙蟲熱（恙蟲病立克次氏體）、Q熱（Q熱立克次氏體）等嚴(yán)重傳染病。 衣原體是一類在真核細(xì)胞內(nèi)營專性

13、能量寄生小型G原核生物。曾長期被認(rèn)為是“大型病毒”。當(dāng)前被認(rèn)可衣原體：鸚鵡熱衣原體、沙眼衣原體、肺炎衣原體。生活史有原體、始體（網(wǎng)狀體）第41頁第41頁特性細(xì)菌支原體立克次氏體衣原體直徑0.5-2.0um0.2-0.25um0.3-0.8um0.2-0.3um過濾性不能過濾能過濾不能過濾能過濾G染色G+或G-G-G-G-培養(yǎng)法人工培養(yǎng)基人工培養(yǎng)基宿主細(xì)胞宿主細(xì)胞產(chǎn)ATP有有有無第42頁第42頁19.藍(lán)細(xì)菌是一類G、無鞭毛、含葉綠素a（無葉綠體）、能進(jìn)行產(chǎn)氧性光合作用大型原核微生物。自然界處處都有藍(lán)細(xì)菌存在，有“先鋒生物”之稱。類囊體：其中含有葉綠素a和藻膽素。羧酶體：固定CO2場合。氣泡：存在

14、于水生種類。第43頁第43頁真細(xì)菌、古生菌與真核生物比較特性真細(xì)菌古生菌真核生物有核仁、核膜細(xì)胞核無無有有復(fù)雜內(nèi)膜細(xì)胞器無無有核糖體大小70S70S80S細(xì)胞壁含肽聚糖（胞壁酸）有無無對鏈霉素等抗生素敏感性敏感不敏感不敏感第44頁第44頁藍(lán)藻、原綠藻和綠藻（真核）比較特性藍(lán)藻原綠藻綠藻有核膜細(xì)胞核無無有細(xì)胞器無無有光合色素類型葉綠素a、藻膽素葉綠素a、葉綠素b葉綠素a、葉綠素b光合作用位點(diǎn)類囊體類囊體葉綠體細(xì)胞大小0.55um0.45*0.75um2um念珠藻 原綠藻 衣藻第45頁第45頁二、微生物營養(yǎng)第46頁第46頁微生物營養(yǎng)類型劃分依據(jù)劃分依據(jù)營養(yǎng)類型特點(diǎn)碳源自養(yǎng)型以CO2為唯一或主要碳源

15、異養(yǎng)型以有機(jī)物為碳源能源光能營養(yǎng)型以光為能源化能營養(yǎng)型通過氧化釋放化學(xué)能為能源電子供體無機(jī)營養(yǎng)型以還原性無機(jī)物為電子供體有機(jī)營養(yǎng)型以有機(jī)物為電子供體第47頁第47頁微生物營養(yǎng)類型典型類型營養(yǎng)類型能源電子供體碳源舉例光能無機(jī)自養(yǎng)型光能H2、H2SS、H2OCO2藍(lán)藻、藻類紫（綠）硫細(xì)菌光能有機(jī)異養(yǎng)型光能有機(jī)物有機(jī)物紅螺細(xì)菌化能無機(jī)自養(yǎng)型化學(xué)能(無機(jī))H2、H2SFe2+、NO2-CO2氫細(xì)菌、硫桿菌硝化細(xì)菌化能有機(jī)異養(yǎng)型化學(xué)能 (有機(jī))有機(jī)物有機(jī)物大腸桿菌、真菌第48頁第48頁培養(yǎng)基配備基本原則選擇適宜營養(yǎng)物質(zhì)營養(yǎng)物質(zhì)濃度及其百分比適當(dāng)控制pH條件滅菌處理原料起源選擇第49頁第49頁培養(yǎng)基配備培

16、養(yǎng)基類型成份：天然培養(yǎng)基與合成培養(yǎng)基形式：液體、固體和半固體培養(yǎng)基功效：基礎(chǔ)培養(yǎng)基、加富培養(yǎng)基、 判別培養(yǎng)基、選擇培養(yǎng)基第50頁第50頁微生物代謝特殊方面生物固氮自生固氮菌：巴氏梭菌（好氧）共生固氮菌：根瘤菌（與豆科植物共生） 弗蘭克氏菌（與非豆科植物共生） 魚腥藻（與滿江紅共生）等聯(lián)合固氮菌：雀稗固氮菌（生活在植物根際）固氮條件：固氮酶、ATP、電子傳遞體第51頁第51頁三、微生物生長繁殖細(xì)菌個體生長DNA復(fù)制與分離細(xì)胞壁擴(kuò)增細(xì)胞分裂第52頁第52頁細(xì)菌群體生長緩慢期對數(shù)生長期穩(wěn)定生長期衰亡期第53頁第53頁細(xì)菌連續(xù)培養(yǎng)第54頁第54頁真菌生長繁殖裂殖和芽殖：菌絲延長和酵母繁殖主要方式無性孢

17、子繁殖：營養(yǎng)細(xì)胞分化出新個體（孢子）有性孢子繁殖：不同性細(xì)胞結(jié)合而產(chǎn)生新個體第55頁第55頁絲狀真菌生活史 霉菌無性孢子直接由生殖菌絲分化而形成，常見有節(jié)孢子、厚垣孢子、孢囊孢子和分生孢子。 霉菌有性繁殖過程包括質(zhì)配、核配、減數(shù)分裂三個過程，常見有性孢子卵孢子、接合孢子、子囊孢子、擔(dān)孢子。 第56頁第56頁微生物生長繁殖控制化學(xué)控制：抗微生物劑：殺死或克制微生物生長物質(zhì)抗代謝物：用與生長因子結(jié)構(gòu)類似物質(zhì)干擾微生物抗生素：一類次級代謝產(chǎn)物，含有抑菌或殺菌能力物理控制：高溫滅菌：灼燒、煮沸、干熱、濕熱滅菌過濾除菌高滲作用抑菌輻射和超聲波處理干燥第57頁第57頁四、微生物發(fā)酵工業(yè)利用生物特性和發(fā)酵理

18、論，通過當(dāng)代化工程技術(shù)手段，進(jìn)行工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)，使受培養(yǎng)微生物或動植物細(xì)胞積累所需產(chǎn)品一門技術(shù)學(xué)科。第58頁第58頁微生物發(fā)酵工業(yè)普通流程種子擴(kuò)大培養(yǎng)培養(yǎng)基配制空氣除菌培養(yǎng)基滅菌發(fā)酵生產(chǎn)下游處理發(fā)酵設(shè)備第59頁第59頁菌種及其擴(kuò)大培養(yǎng)菌種選育自然育種誘變育種雜交育種基因工程育種種子擴(kuò)大培養(yǎng)流程二【三】級種子擴(kuò)大培養(yǎng)斜面菌種-一級種子搖床培養(yǎng)-二級種子罐培養(yǎng)【-三級種子罐培養(yǎng)】-發(fā)酵罐生產(chǎn)第60頁第60頁培養(yǎng)基配備（糖化，Saccharify)：在工業(yè)生產(chǎn)上將淀粉水解為葡萄糖過程，得到水解糖液叫淀粉糖。糖化原料：薯類淀粉、玉米淀粉、小麥淀粉、大米淀粉等。水解糖液質(zhì)量直接關(guān)系到生產(chǎn)菌生長速度與代謝

19、產(chǎn)物積累，其中低聚糖類與復(fù)合糖類等雜質(zhì)越低越好。第61頁第61頁糖化辦法：酸解法：淀粉葡萄糖酶解法：淀粉糊精、低聚糖 葡萄糖酸（催化劑） 高溫高壓淀粉酶糖化酶液化糖化第62頁第62頁發(fā)酵生產(chǎn)中間控制溫度菌體生長和積累代謝產(chǎn)物最適溫度往 往是不同，變溫控制；pH值微生物生長和發(fā)酵最適pH值往往不 同，改變控制；溶氧氧是制約發(fā)酵進(jìn)行主要原因，加強(qiáng)溶氧；第63頁第63頁發(fā)酵實(shí)例食品（食用酒精）發(fā)酵曲霉制曲原料蒸煮糖化酵母酒母制備及擴(kuò)大發(fā)酵蒸餾酒糟乙醇雜醇油第64頁第64頁發(fā)酵實(shí)例藥物（青霉素）發(fā)酵產(chǎn)黃青霉菌孢子制備種子罐滅菌培養(yǎng)基壓縮空氣發(fā)酵罐預(yù)處理罐過濾萃取精制柱萃取過濾結(jié)晶洗滌過濾蒸發(fā)青霉素鉀鹽

20、第65頁第65頁發(fā)酵實(shí)例生物制品發(fā)酵生產(chǎn)見感染與免疫部分第66頁第66頁發(fā)酵實(shí)例環(huán)境保護(hù)（污水二級處理）初級沉淀池曝氣池二次沉淀池清水污水空氣回流污泥剩余污泥第67頁第67頁五、病毒基本特性病毒特點(diǎn)病毒在細(xì)胞外以成熟顆粒形式（毒粒）存在；毒粒在胞外不表現(xiàn)任何生命特性；毒粒具感染宿主細(xì)胞能力，一旦進(jìn)入細(xì)胞，毒粒便解體，并表現(xiàn)出繁殖、遺傳、變異等生命特性。第68頁第68頁毒粒結(jié)構(gòu)T4噬菌體衣殼螺旋對稱二十面體對稱核衣殼核酸第69頁第69頁毒粒結(jié)構(gòu)核衣殼與囊膜第70頁第70頁病毒簡樸分類真病毒DNA病毒RNA病毒【SARS病毒】亞病毒因子衛(wèi)星RNA類病毒【柑橘裂皮類病毒】RNA朊病毒【瘋牛病病毒】蛋

21、白質(zhì)第71頁第71頁病毒復(fù)制周期及環(huán)節(jié)吸附侵入脫殼病毒大分子合成裝配與釋放病毒復(fù)制一步生長曲線第72頁第72頁病毒復(fù)制周期及環(huán)節(jié)第73頁第73頁溫和噬菌體：侵入宿主后并沒有馬上開始病毒物質(zhì)合成和組裝病毒，此時噬菌體基因組稱為原噬菌體，而含有原噬菌體宿主被稱為溶源性細(xì)菌。溶源病毒性質(zhì)：自發(fā)裂解性可誘導(dǎo)性免疫性復(fù)愈性溶源轉(zhuǎn)變第74頁第74頁SARS冠狀病毒 第75頁第75頁禽流感病毒H5N1 A第76頁第76頁HIV（人類免疫缺點(diǎn)病毒） 與 AIDS（取得性免疫缺點(diǎn)綜合癥）第77頁第77頁肝炎病毒甲型肝炎病毒呈球形，無囊膜，核酸為單鏈RNA；乙型肝炎病毒呈球形，含有雙層外殼結(jié)構(gòu)，外層相稱普通病毒囊膜，核酸為雙鏈DNA。 第78頁第78頁六、感染與免疫感染（傳染）有機(jī)體與病原體互相作用引起病理過程免疫生物體能夠辨認(rèn)自我和非自我，對非自我作出反應(yīng)以保持本身穩(wěn)定功效第79