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生物奥赛培训教程,微生物学部分,一、生物奥赛纲要 微生物学理论部分,分类： 原核微生物 细菌门、蓝藻门、原绿藻门 真核微生物 绿藻门、结合菌门、子囊菌门、担子菌门 病毒 原核细胞的组成：形态学 光养和化养 生物技术：发酵、生物的遗传操纵,二、微生物学的知识体系,微生物学,生态与多样性,感染与免疫,细胞型微生物：,非细胞型微生物：,原核微生物,真核微生物,细菌,蓝藻（蓝细菌） 放线菌,“三菌三体”,衣原体,支原体 立克次氏体 等,酵母菌 霉菌 大型真菌,真病毒 亚病毒,三、微生物的类型,真菌,显微藻类,原生动物,病毒,一、细菌的形态学分类 球菌 杆菌 螺旋菌(包括弧菌),淋病球菌,大肠杆菌,弧形霍乱菌,四、原核细胞型微生物,原核微生物的典型结构,基本结构： 细胞壁、细胞膜、细胞质、拟核。 特殊结构： 荚膜、鞭毛、芽孢等,细胞壁,细胞膜,细胞质,拟核,原核微生物的结构与功能细胞壁 结构： 功能： 保护：屏障、机械保护 是细胞生长、分裂和运动所必须的 赋予细胞抗原性、致病性和对噬菌体的敏感性等,（古生菌类 其细胞壁不含肽聚糖）,G+,G-,厚,薄,肽聚糖层,革兰氏阳性,革兰氏阴性,原核微生物的结构与功能细胞壁革兰氏染色,原核微生物的结构与功能原生质体 细胞膜：控制物质运输、维持渗透压、合成细胞壁、着生鞭毛等 细胞质： 所含细胞器很单一，只有核糖体。 核区（拟核）：DNA裸露,原核微生物的结构与功能特殊结构 荚膜：细胞壁外的一层胶状物质，含多糖或多肽。 具有抗干燥、抗吞噬和附着等作用 鞭毛：运动 菌毛：吸附 性毛：参与传递遗传物质 芽孢：,芽孢：是某些细菌于生长发育后期，或环境条件不利于生长繁殖时，便会在细胞内形成的一个圆形或椭圆形的休眠体。 芽孢具有极强的抗热、抗辐射、抗化学药物和抗静水压等特性。,一个细菌只产生一个芽孢，并没有数量的增加。 故它并不能说是芽孢是生殖细胞。,放线菌的菌丝分化,泥土所特有的“泥腥味”主要是由放线菌产生的。 常见的抗生素除青霉素和头孢霉素类外，绝大多数都是放线菌的产物。,五、真核微生物,酵母菌,霉菌,大型真菌,各种真菌,五、真核微生物,原生动物,显微藻类,酵母菌形态结构,单细胞真菌,酵母菌的繁殖,无性繁殖芽殖、裂殖、产生节孢子等； 有性生殖接合生殖（产生子囊孢子）,霉 菌,青霉,曲霉,营养菌丝,气生菌丝,霉菌的孢子散发过程,真菌的无性生殖（孢子生殖）,无隔菌丝、有隔菌丝； 基内菌丝（营养）、气生菌丝（繁殖）。,菌丝,繁殖,无性繁殖：孢囊孢子、分生孢子等 有性繁殖：接合孢子、子囊孢子等,霉菌菌落,细菌菌落,菌落：,(干、大、毛)（或絮状）,(湿、粘、小、平),由单个或少数细菌或真菌大量繁殖而形成的肉眼可见的具有一定形态结构的细胞群体。,细菌的菌落,(湿、粘、小、平),大型真菌,蛋白质衣壳,核酸（DNA或RNA）,六、病毒的基本特征,病毒颗粒的基本结构-,螺旋对称,二十面体对称,烟草花叶病毒,T4 噬菌体 (一种细菌病毒),复合对称,HIV,乙肝病毒,六、病毒的基本特征,病毒颗粒的其它结构- 包 膜(囊膜),六、病毒的基本特征,病毒的特点 病毒在细胞外以成熟的颗粒形式（毒粒）存在； 毒粒在胞外不表现任何生命特征； 毒粒具感染宿主细胞的能力，一旦进入细胞，毒粒便解体，并表现出繁殖、遗传、变异等生命特征。,六、病毒的基本特征,温和噬菌体：侵入宿主后并没有立即开始病毒物质合成和组装的病毒，此时的噬菌体基因组称为原噬菌体，而含有原噬菌体的宿主被称为溶源性细菌。 烈性噬菌体：进入菌体后就会改变宿主的性质，使之成为制造噬菌体的“工厂“，大量产生新的噬菌体，最后导致菌体裂解死亡。,六、病毒的基本特征,病毒的繁殖步骤(以噬菌体为例),吸附 侵入 增殖（包括核酸复制与蛋白质合成） 装配 释放,六、病毒的基本特征,病毒的繁殖周期,病毒繁殖的一步生长曲线,潜伏期,裂解期,平稳期,HIV（人类免疫缺陷病毒） 与 AIDS（获得性免疫缺陷综合症）,HIV ? AIDS ?,SARS冠状病毒,禽流感病毒H5N1 A,肝炎病毒 甲型肝炎病毒呈球形，无囊膜，核酸为单链RNA； 乙型肝炎病毒呈球形，具有双层外壳结构，外层相当一般病毒的囊膜，核酸为双链DNA。,亚病毒,类病毒： 无蛋白质外壳，只含 RNA。 朊病毒：只由蛋白质组成。,七、微生物的营养,微生物的营养要求 1、碳源【糖类、脂肪、有机酸】： 能源物质，构成菌体和代谢产物 2、氮源【无机氮源：氨水、硫酸铵、尿素、硝酸钠；有机氮源：发酵菌丝体、酒糟】： 构成菌体和代谢产物，硝化细菌的能源物质 3、能源【辐射能（太阳能）、化学能】： 为生命活动提供最初能量来源 4、无机盐类【Pb 、 Mg 、 S 、 P 、 Fe、Co、Zn等】 维持酶活力，调节渗透压、pH值、电位等 5、特殊生长因子【生物素、硫胺素、肌醇等】： 构成辅酶的组成部分，促进生命活动 6、水：溶解营养物质和代谢产物,七、微生物的营养,微生物的营养类型,七、微生物的营养,微生物的营养类型,氢细菌、硫细菌 硝化细菌、 铁细菌,红螺细菌,蓝藻、藻类、光合细菌 紫（绿）硫细菌,大多数细菌、放线菌、原生动物、几乎全部的真菌,七、微生物的营养,培养基的配置基本原则 选择适宜的营养物质 营养物质的浓度及其比例合适 控制pH条件 灭菌处理 原料来源的选择 ,七、微生物的营养,培养基的配置培养基的类型 成分：天然培养基与合成培养基 形式：液体、固体和半固体培养基 功能：基础培养基、加富培养基、 鉴别培养基、选择培养基,营养物质进入细胞的四种方式： 一、自由扩散(diffusion) 二、协助扩散(facilitated diffusion) 三、主动运输(active transport) 另外，膜泡运输(memberane vesicle transport) 即内吞作用、外排作用。,七、微生物的营养,八、微生物的代谢,代谢特点：初级代谢与次级代谢,指细胞内所发生的全部化学反应,包括分解代谢和合成代谢。,微生物的代谢调节,1、酶活性的调节 2、酶合成的调节,有关背景知识： 酶催化各种生物化学反应的生物催化剂。有专一性、高效性等特点。 （绝大多数酶为蛋白质，而蛋白质的合成是由基因控制的。）,资料1：谷氨酸的生产调节,谷氨酸棒状杆菌 能够利用葡萄糖，经过复杂的代谢过程形成谷氨酸；但当终产物谷氨酸的合成过量时，就会抑制谷氨酸脱氢酶的活性，从而导致合成途径中断。当谷氨酸因消耗而浓度下降时，抑制作用就会被解除，该合成反应又重新启动。,酶活性的调节反馈调节,资料2 在用葡萄糖和乳糖作碳源的培养基上培养大肠杆菌，开始时，大肠杆菌只能分解葡萄糖而不能分解乳糖，只有当葡萄糖被消耗完毕以后，大肠杆菌才开始利用乳糖。,分解葡萄糖的酶是大肠杆菌细胞内一直存在的酶,分解乳糖的酶是在乳糖诱导下合成的酶,属于：酶合成的调节,酶活性的调节,a.酶活性调节的对象是酶（组成酶和诱导酶），调节的结果是酶的催化能力发生变化； b.酶活性调节的机制通过酶与代谢过程产生物质的可逆性结合进行调节； c.酶活性调节的特点：快速、精确； d.酶活性调节的意义：避免代谢产物积累过多。,酶合成的调节,a.组成酶在细胞内一直存在，它的合成只受基因调控；诱导酶只有环境中存在诱导物才能合成，它的合成受基因与诱导物共同控制； b. 酶合成调节的对象是诱导酶；调节的结果是使细胞内酶的种类增多； c. 酶合成调节的机制（本质）原核生物基因表达的调控，如大肠杆菌乳糖操纵子学说； d. 酶合成调节的意义：既保证代谢需要，又避免细胞内物质和能量浪费，增强适应性。,操纵子学说,此学说认为，DNA上有调节基因(i)和操纵子。操纵子则包括一连串功能相关的基因（结构基因、操纵基因(o)、启动基因（p）)。,a.从调节对象看： b.从调节效果看： c.从调节机制看：,调节已存在的酶的活性,从而控制代谢速率 ; 调节酶量的变化,直接而迅速 ； 间接而缓慢；,代谢水平调节； 基因水平调节,联系：细胞内两种方式同时存在，密切配合，高效、准确控制代谢的正常进行。,区别,八、微生物代谢,微生物代谢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（与豆科植物共生） 弗兰克氏菌（与非豆科植物共生） 鱼腥藻（与满江红共生）等 固氮条件：固氮酶、ATP、电子传递体,九、微生物的生长繁殖,细菌的个体生长 染色体DNA的复制与分离 细胞壁扩增 细胞分裂：无性二分裂 （15-20分钟分裂一次）,九、微生物的生长繁殖,细菌的群体生长 迟缓期 对数生长期 稳定生长期 衰亡期,九、微生物的生长繁殖,真菌的生长繁殖 裂殖和芽殖：菌丝延长和酵母繁殖的主要方式 无性孢子繁殖：营养细胞分化出新个体（孢子） 有性孢子繁殖：不同的性细胞结合而产生新个体,九、微生物的生长繁殖,微生物生长繁殖的控制 化学控制： 抗微生物剂：杀死或抑制微生物生长的物质 抗代谢物：用与生长因子结构类似的物质干扰微生物 抗生素：一类 次级代谢产物，具有抑菌或杀菌能力 物理控制： 高温灭菌：灼烧、煮沸、干热、湿热灭菌 过滤除菌 高渗作用抑菌 辐射和超声波处理 干燥,十、微生物发酵技术,利用生物特性和发酵理论，通过现代化的工程技术手段，进行工业化规模生产，使受培养的微生物或动植物细胞积累所需产品的一门技术学科。,十、微生物发酵工业,微生物发酵工业的一般流程,十、微生物发酵工业,发酵生产中间控制 温度菌体生长和积累代谢产物的最适温度往 往是不同的，变温控制； pH值微生物的生长和发酵的最适pH值往往不 同，变化控制； 溶氧氧是制约发酵进行的重要因素，加强溶氧；,十、微生物发酵工业,发酵实例食品（食用酒精）发酵,十、微生物发酵工业,发酵实例药品（青霉素）发酵,十一、感染与免疫,感染（传染） 有机体与病原