2008-生物奧賽培訓(xùn)教程

2008—生物奧賽培訓(xùn)教程一、全國及國際奧賽綱要對微生物學理論部分的要求

分類： 原核生物

細菌門 藍藻門 原綠藻門

真核生物

綠藻門 結(jié)合菌門

子囊菌門 擔子菌門

病毒原核細胞的組成：形態(tài)學光養(yǎng)和化養(yǎng)生物技術(shù)：發(fā)酵免疫二、微生物學的知識體系微生物學生態(tài)與多樣性感染與免疫遺傳基因表達調(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)保細胞型微生物非細胞型微生物——病毒原核微生物真核微生物(真)細菌古生菌細菌藍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三、微生物的類型一、細菌的形態(tài)學分類

球菌桿菌螺旋菌（包括弧菌）淋病球菌大腸桿菌弧形霍亂菌四、原核細胞型微生物原核微生物的典型結(jié)構(gòu)共同特征：細胞壁、細胞膜、細胞質(zhì)、擬核。特殊結(jié)構(gòu)：夾膜、鞭毛、芽孢等。原核微生物的結(jié)構(gòu)與功能——細胞壁

結(jié)構(gòu)：與功能：保護：屏障、機械保護是細胞生長、分裂和運動所必須的賦予細胞抗原性、致病性和對噬菌體的敏感性等古生菌假肽聚糖層G+G-厚薄肽聚糖層真細菌原核微生物的結(jié)構(gòu)與功能——細胞壁——革蘭氏染色結(jié)晶紫初染碘液媒染乙醇脫色番紅復(fù)染原核微生物的結(jié)構(gòu)與功能——原生質(zhì)體細胞膜：控制運輸、維持滲透壓、合成細胞壁、著生鞭毛等核區(qū)（擬核）特殊的休眠結(jié)構(gòu)——芽孢（內(nèi)生孢子）原核微生物的結(jié)構(gòu)與功能——細胞壁外結(jié)構(gòu)糖被：保護、屏障、儲存、吸附、信號識別鞭毛：運動菌毛（纖毛）：吸附性毛：參與傳遞遺傳物質(zhì)放線菌的菌絲分化支原體衣原體立克次氏體五、真核微生物酵母菌霉菌變形蟲原生動物霉菌皮革上的霉菌無隔菌絲、有隔菌絲；基內(nèi)菌絲（營養(yǎng)）、氣生菌絲（繁殖）。無性繁殖：子囊孢子、分生孢子。有性繁殖：接合孢子、子囊孢子。菌絲繁殖酵母菌——形態(tài)結(jié)構(gòu)

單細胞真菌酵母菌的繁殖無性繁殖——出芽生殖（假菌絲）、節(jié)孢子等；有性生殖——接合生殖（子囊、子囊孢子）。注意：芽孢不是生殖細胞，是休眠的細胞。六、病毒的基本特征毒粒的結(jié)構(gòu)——T4噬菌體衣殼螺旋對稱二十面

體對稱核

衣

殼核酸六、病毒的基本特征病毒的特點病毒在細胞外以成熟的顆粒形式（毒粒）存在；毒粒在胞外不表現(xiàn)任何生命特征；毒粒具感染宿主細胞的能力，一旦進入細胞，毒粒便解體，并表現(xiàn)出繁殖、遺傳、變異等生命特征。六、病毒的基本特征溫和噬菌體：侵入宿主后并沒有立即開始病毒物質(zhì)合成和組裝的病毒，此時的噬菌體基因組稱為原噬菌體，而含有原噬菌體的宿主被稱為溶源性細菌。烈性噬菌體：進入菌體后就會改變宿主的性質(zhì)，使之成為制造噬菌體的"工廠"，大量產(chǎn)生新的噬菌體，最后導(dǎo)致菌體裂解死亡。六、病毒的基本特征病毒的復(fù)制——周期及步驟吸附侵入脫殼病毒大分子合成裝配與釋放病毒復(fù)制的一步生長曲線HIV（人類免疫缺陷病毒）

與

AIDS（獲得性免疫缺陷綜合癥）SARS冠狀病毒

禽流感病毒——H5N1AHIV（人類免疫缺陷病毒）

與

AIDS（獲得性免疫缺陷綜合癥）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，具有雙層外殼結(jié)構(gòu)，外層相當一般病毒的囊膜，核酸為雙鏈DNA。

七、微生物的營養(yǎng)微生物的營養(yǎng)要求碳源【糖類、脂肪、有機酸】：

能源物質(zhì)，構(gòu)成菌體和代謝產(chǎn)物氮源【無機氮源：氨水、硫酸銨、尿素、硝酸鈉；有機氮源：發(fā)酵菌絲體、酒糟】：

構(gòu)成菌體和代謝產(chǎn)物，硝化細菌的能源物質(zhì)無機鹽類【Pb、Mg、S、P、Fe、Co、Zn等】

維持酶活力，調(diào)節(jié)滲透壓、pH值、電位等特殊生長因子【生物素、硫胺素、肌醇等】：

構(gòu)成輔酶的組成部分，促進生命活動水：溶解營養(yǎng)物質(zhì)和代謝產(chǎn)物七、微生物的營養(yǎng)微生物的營養(yǎng)類型——劃分依據(jù)劃分依據(jù)營養(yǎng)類型特點碳源自養(yǎng)型以CO2為唯一或主要碳源異養(yǎng)型以有機物為碳源能源光能營養(yǎng)型以光為能源化能營養(yǎng)型通過氧化釋放的化學能為能源電子供體無機營養(yǎng)型以還原性無機物為電子供體有機營養(yǎng)型以有機物為電子供體七、微生物的營養(yǎng)微生物的營養(yǎng)類型——典型類型有機物CO2有機物CO2碳源有機物H2、H2S

Fe2+、NO2-有機物H2、H2S

S、H2O電子供體大腸桿菌、真菌化學能

(有機)化能有機異養(yǎng)型氫細菌、硫桿菌

硝化細菌化學能

(無機)化能無機自養(yǎng)型紅螺細菌光能光能有機異養(yǎng)型藍藻、藻類紫（綠）硫細菌光能光能無機自養(yǎng)型舉例能源營養(yǎng)類型七、微生物的營養(yǎng)培養(yǎng)基的配置——基本原則

選擇適宜的營養(yǎng)物質(zhì)營養(yǎng)物質(zhì)的濃度及其比例合適控制pH條件滅菌處理原料來源的選擇七、微生物的營養(yǎng)培養(yǎng)基的配置——培養(yǎng)基的類型成分：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)基功能：基礎(chǔ)培養(yǎng)基、加富培養(yǎng)基、

鑒別培養(yǎng)基、選擇培養(yǎng)基營養(yǎng)物質(zhì)進入細胞的四種方式一、擴散(diffusion)二、促進擴散(facilitateddiffusion)三、主動運輸(activetransport)四、

膜泡運輸(memberanevesicletransport)七、微生物的營養(yǎng)八、微生物的代謝初級代謝產(chǎn)物次級代謝產(chǎn)物生長繁殖是否必需

是

不是產(chǎn)生階段

生長各個階段

生長到一定階段種的特異性

無

有分布

細胞內(nèi)

細胞內(nèi)、外舉例

氨基酸、核甘酸、多糖、脂質(zhì)、維生素抗生素、毒素、激素、色素等代謝特點：初級代謝與次級代謝

微生物的代謝調(diào)節(jié)在用葡萄糖和乳糖作碳源的培養(yǎng)基上培養(yǎng)大腸桿菌，開始時，大腸桿菌只能利用葡萄糖而不能利用乳糖，只有當葡萄糖被消耗完畢以后，大腸桿菌才開始利用乳糖。分解葡萄糖的酶是大腸桿菌細胞內(nèi)一直存在的酶分解乳糖的酶是在乳糖誘導(dǎo)下合成的酶①酶合成的調(diào)節(jié)a.組成酶在細胞內(nèi)一直存在，它的合成只受基因調(diào)控；誘導(dǎo)酶只有環(huán)境中存在誘導(dǎo)物才能合成，它的合成受基因與誘導(dǎo)物共同控制；b.酶合成調(diào)節(jié)的對象是誘導(dǎo)酶；調(diào)節(jié)的結(jié)果是使細胞內(nèi)酶的種類增多；c.酶合成調(diào)節(jié)的機制（本質(zhì)）——原核生物基因表達的調(diào)控，如大腸桿菌乳糖操縱子學說；d.酶合成調(diào)節(jié)的意義：既保證代謝需要，又避免細胞內(nèi)物質(zhì)和能量浪費，增強適應(yīng)性。資料：谷氨酸的生產(chǎn)調(diào)節(jié)谷氨酸棒狀桿菌能夠利用葡萄糖，經(jīng)過復(fù)雜的代謝過程形成谷氨酸；但當終產(chǎn)物——谷氨酸的合成過量時，就會抑制谷氨酸脫氫酶的活性，從而導(dǎo)致合成途徑中斷。當谷氨酸因消耗而濃度下降時，抑制作用就會被解除，該合成反應(yīng)又重新啟動。

②酶活性的調(diào)節(jié)a.酶活性調(diào)節(jié)的對象是酶（組成酶和誘導(dǎo)酶），調(diào)節(jié)的結(jié)果是酶的催化能力發(fā)生變化；b.酶活性調(diào)節(jié)的機制——通過酶與代謝過程產(chǎn)生物質(zhì)的可逆性結(jié)合進行調(diào)節(jié)；c.酶活性調(diào)節(jié)的特點：快速、精確；d.酶活性調(diào)節(jié)的意義：避免代謝產(chǎn)物積累過多。a.從調(diào)節(jié)對象看：b.從調(diào)節(jié)效果看：c.從調(diào)節(jié)機制看：酶合成的調(diào)節(jié)是通過酶量的變化控制代謝速率，而酶活性的調(diào)節(jié)是對已存在的酶活性進行控制，它不涉及酶量變化；酶活性調(diào)節(jié)直接而迅速，酶合成調(diào)節(jié)間接而緩慢；酶合成調(diào)節(jié)是基因水平調(diào)節(jié)，它調(diào)節(jié)控制酶合成；酶活性調(diào)節(jié)是代謝水平調(diào)節(jié)，它調(diào)節(jié)酶活性。聯(lián)系：細胞內(nèi)兩種方式同時存在，密切配合，高效、準確控制代謝的正常進行。區(qū)別微生物代謝的人工控制

人工控制微生物代謝的目的——最大限度積累對人類有用的代謝產(chǎn)物。當賴氨酸和蘇氨酸都積累過量時，就會抑制天冬氨酸激酶的活性，使細胞內(nèi)難以積累賴氨酸；而賴氨酸單獨過量就不會出現(xiàn)這種現(xiàn)象。

黃色短桿菌八、微生物代謝微生物代謝的特殊方面——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）等固氮條件：固氮酶、ATP、電子傳遞體九、微生物的生長繁殖細菌的個體生長染色體DNA的復(fù)制與分離細胞壁擴增細胞分裂：無性二分裂

（15-20分鐘分裂一次）九、微生物的生長繁殖細菌的群體生長遲緩期對數(shù)生長期穩(wěn)定生長期衰亡期九、微生物的生長繁殖真菌的生長繁殖裂殖和芽殖：菌絲延長和酵母繁殖的主要方式

無性孢子繁殖：營養(yǎng)細胞分化出新個體（孢子）

有性孢子繁殖：不同的性細胞結(jié)合而產(chǎn)生新個體九、微生物的生長繁殖微生物生長繁殖的控制化學控制：抗微生物劑：殺死或抑制微生物生長的物質(zhì)抗代謝物：用與生長因子結(jié)構(gòu)類似的物質(zhì)干擾微生物抗生素：一類次級代謝產(chǎn)物，具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十、微生物發(fā)酵工業(yè)利用生物特性和發(fā)酵理論，通過現(xiàn)代化的工程技術(shù)手段，進行工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)，使受培養(yǎng)的微生物或動植物細胞積累所需產(chǎn)品的一門技術(shù)學科。十、微生物發(fā)酵工業(yè)微生物發(fā)酵工業(yè)的一般流程種子擴大培養(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)備十、微生物發(fā)酵工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)——中間控制溫度——菌體生長和積累代謝產(chǎn)物的最適溫度往

往是不同的，變溫控制；

pH值——微生物的生長和發(fā)酵的最適pH值往往不

同，變化控制；

溶氧——氧是制約發(fā)酵進行的重要因素，加強溶氧；十、微生物發(fā)酵工業(yè)發(fā)酵實例——食品（食用酒精）發(fā)酵曲霉制曲原料蒸煮糖化酵母酒母的制備及擴大發(fā)酵蒸餾酒糟乙醇雜醇油十、微生物發(fā)酵工業(yè)發(fā)酵實例——藥品（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)