微生物学期中

1、绪论一 微生物学的奠基 1.巴斯德 (1) 发现并证实发酵是由微生物引起的；化学家出生的巴斯德涉足微生物学是为了治疗“酒病”和“蚕病” (2) 彻底否定了“自然发生”学说著名的曲颈瓶试验无可辩驳地证实，空气内确实含有微生物，是它们引起有机质的腐败。(3) 免疫学预防接种首次制成狂犬疫苗 (4)其他贡献巴斯德消毒法：6065作短时间加热处理，杀死有害微生物 2.柯赫（1）微生物学基本操作技术方面的贡献a）细菌纯培养方法的建立 土豆切面 营养明胶 营养琼脂（平皿） b）设计了各种培养基，实现了在实验室内对各种微生物的培养 c）流动蒸汽灭菌 d）染色观察和显微摄影 （2）对病原细菌的研究作出了突出的

2、贡献：a）具体证实了炭疽杆菌是炭疽病的病原菌； b）发现了肺结核病的病原菌；（1905年获诺贝尔奖） c）证明某种微生物是否为某种疾病病原体的基本原则 著名的柯赫原则 1、 在每一相同病例中都出现这种微生物；2 、要从寄主分离出这样的微生物并在培养基中培养出来；3、用这种微生物的纯培养接种健康而敏感的寄主，同样的疾病会 重复发生；4 、从试验发病的寄主中能再度分离培养出这种微生物来。 微生物的特点： 微生物的五大共性微生物类群与形态结构第一节 真细菌（Eubacteria）一、一般形态及细胞结构球状 杆状 螺旋状 （二）大小最小： 与无细胞结构的病毒相仿（50 nm；）最大： 肉眼可见（0.7

3、5 mm）；1、范围一般细菌的大小范围： 0.5 1 mm （直径）0.2 1 mm （直径） × 1 80 mm（长度）0.3 1 mm （直径） × 1 50 mm（长度）(长度是菌体两端点之间的距离，而非实际长度)（三）细胞的结构一般构造：一般细菌都有的构造特殊构造：部分细菌具有的或一般细菌在特殊环境下才有的构1、细胞壁1）概念：细胞壁（cell wall）是位于细胞表面，内侧紧贴细胞膜的一层较为坚韧，略具弹性的细胞结构。3）细胞壁的功能：（1）固定细胞外形和提高机械强度；（2）为细胞的生长、分裂和鞭毛运动所必需；（3）渗透屏障，阻拦酶蛋白和某些抗生素等大分子物质（分

4、子量大于800）进入细胞，保护细胞免受溶菌酶、消化酶和青霉素等有害物质的损伤；（4）细菌特定的抗原性、致病性以及对抗生素和噬菌体的敏感性的物质基础；4）革兰氏染色与细胞壁：（1）革兰氏染色 简单染色法 正染色 革兰氏染色法 鉴别染色法 抗酸性染色法 芽孢染色法 死菌 姬姆萨染色法 负染色： 荚膜染色法等细菌染色法 活菌：用美蓝或TTC（氧化三苯基四氮唑）等作活菌染色 （2）革兰氏阳性细菌的细胞壁特点：厚度大（2080nm） 化学组分简单，一般只含90%肽聚糖和10%磷壁酸。（3）革兰氏阴性细菌的细胞壁（4）革兰氏阳性和阴性细菌的比较 项 目革兰氏阳性菌革兰氏阴性菌1、革兰氏染色反应能阻留结晶紫

5、而染成紫色可经脱色而复染成红色2、肽聚糖层厚，层次多薄，一般单层3、磷壁酸多数含有无4、外膜无有5、脂多糖（LPS）无有6、类脂和脂蛋白含量低（仅抗酸性细菌含类脂）高7、鞭毛结构基体上着生两个环基体上着生四个环8、产毒素以外毒素为主以内毒素为主9、对机械力的抗性强弱10、细胞壁抗溶菌酶弱强11、对青霉素和磺胺敏感不敏感革兰氏阳性菌：肽聚糖层次多、厚 机械抗性强 对溶菌酶、青霉素敏感不含类脂和脂蛋白 不形成内毒素 革兰氏阴性菌：肽聚糖层次少、薄 机械抗性差 对溶菌酶、青霉素不敏感 类脂、脂蛋白组成外膜 内毒素 5）特殊细胞壁的细菌：某些分枝杆菌和诺卡氏菌的细胞壁主要由一类被称为霉菌酸 （Myco

6、lic acid）的枝链羟基脂质组成，后者被认为与这些细菌感染能力有关。 简单染色法 正染色 革兰氏染色法 鉴别染色法 抗酸性染色法 芽孢染色法 死菌 姬姆萨染色法 负染色： 荚膜染色法等细菌染色法 活菌：用美蓝或TTC（氧化三苯基四氮唑）等作活菌染色 2、细胞1）概念：细胞质膜（cytoplasmic membrane），又称质膜（plasma membrane）、细胞膜（cell membrane）或内膜（inner membrane），是紧贴在细胞壁内侧、包围着细胞质的一层柔软、脆弱、富有弹性的半透性薄膜，厚约78nm，由磷脂（占20%30%）和蛋白质（占50%70%）组成。 （3）液态

7、镶嵌模型(fluid mosaic model) 膜的主体是脂质双分子层；脂质双分子层具有流动性；整合蛋白因其表面呈疏水性，故可“溶”于脂质双分子层 的疏水性内层中；周边蛋白表面含有亲水基团，故可通过静电引力与脂质双分子层表面的极性头相连；脂质分子间或脂质与蛋白质分子间无共价结合；脂质双分子层犹如一“海洋”，周边蛋白可在其上作“漂浮”运动，而整合蛋白则似“冰山”状沉浸在其中作横向移动4）细胞膜的生理功能：选择性地控制细胞内、外的营养物质和代谢产物的运送；是维持细胞内正常渗透压的屏障；合成细胞壁和糖被的各种组分（肽聚糖、磷壁酸、LPS、 荚膜多糖等）的重要基地；膜上含有氧化磷酸化或光合磷酸化等能

8、量代谢的酶系， 是细胞的产能场所；是鞭毛基体的着生部位和鞭毛旋转的供能部位；5）间体（mesosome，或中体）：细胞质膜内褶而形成的囊状构造，其中充满着层状或管状的泡囊。多见于革兰氏阳性细菌。青霉素酶分泌、DNA复制、分配以及细胞分裂有关 “间体”仅是电镜制片时因脱水操作而引起的一种赝像 3、细胞质和内含物1）概念： 细胞质（cytoplasm）是细胞质膜包围的除核区外的一切半透明、胶状、颗粒状物质的总称。含水量约80%。细胞质的主要成分为核糖体、贮藏物、多种酶类和中间代谢物、质粒、各种营养物和大分子的单体等，少数细菌还有类囊体、羧酶体、气泡或伴孢晶体等。5、特殊的休眠构造芽孢1）概念某些细

9、菌在其生长发育后期，在细胞内形成的 一个圆形或椭圆形、厚壁、含水量极低、抗逆性极强的休眠体，称为芽孢（endospore或spore，偶译“内生孢子”）。2）细菌芽孢的特点整个生物界中抗逆性最强的生命体，是否能消灭芽孢是衡量各种消毒灭菌手段的最重要的指标。（常规加压蒸汽灭菌的条件：121，15 min以上 115，30 min以上）芽孢是细菌的休眠体，在适宜的条件下可以重新转变成为营养态细胞；产芽孢细菌的保藏多用其芽孢。6）伴孢晶体（parasporal crystal） 少数芽孢杆菌，例如苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis)在其形成芽孢的同时，会在芽孢旁形成一颗菱形

10、或双锥形的碱溶性蛋白晶体内毒素，称为伴孢晶体。特点：不溶于水，对蛋白酶类不敏感；容易溶于碱性溶剂。 伴孢晶体对200多种昆虫尤其是鳞翅目的幼虫有毒杀作用，因而可将这类产伴孢晶体的细菌制成有利于环境保护的生物农药细菌杀虫剂。Bt 生物杀虫剂的研究与应用： 1、液体或固体发酵生产菌体在农田直接施用；2、将毒蛋白克隆到植物中构建基因工程抗虫作物；3、研究如何提高Bt杀虫剂的生产与应用水平7）细菌的其他休眠构造7、细菌细胞壁以外的构造 鞭毛(flagellum,复flagella) 1) 概念某些细菌细胞表面着生的一至数十条长丝状、螺旋形的附属物，具有推动细菌运动功能，为细菌的“运动器官”。 鞭毛的有

11、无和着生方式具有十分重要的分类学意义 2）观察和判断细菌鞭毛的方法t 电子显微镜直接观察（鞭毛长度：1520m；直径：0.010.02m） t 光学显微镜下观察：鞭毛染色和暗视野显微镜t 根据培养特征判断：半固体穿刺、菌落（菌苔）形态3）鞭毛的结构及其运动机制有关鞭毛运动的机制曾有过“旋转论”（rotation theory）和“挥鞭论”（bending theory）的争议。1974年，美国学者西佛曼（M.Silverman）和西蒙（M.Simon）曾设计了一个“拴菌”试验(tethered-cell experiment)，设法把单毛菌鞭毛的游离端用相应抗体牢牢“拴”在载玻片上，然后在光学

12、显微镜下观察细胞的行为。结果发现，该菌是在载玻片上不断打转（而非伸缩挥动），从而肯定了“旋转论”是正确的。鞭毛的生长方式是在其顶部延伸二、放线菌 （一）概念在形态上具有分枝状菌丝、菌落形态与霉菌相似，以孢子进行繁殖。“介于细菌与丝状真菌之间又接近细菌的一类丝状原核生物”放线菌实际上是属于细菌范畴内的原核微生物，只不过其细胞形态为分枝状菌丝。放线菌是具有菌丝、以孢子进行繁殖、革兰氏染色阳性的一类原核微生物，属于真细菌范畴。（二）形态与结构t 单细胞，大多由分枝发达的菌丝组成；t 菌丝直径与杆菌类似，约1mm； t 细胞壁组成与细菌类似，革兰氏染色阳性（少数阴性）；t 细胞的结构与细菌基本相同，

13、按形态和功能可分为营养菌丝、气生菌丝和孢子丝三种。 1、营养菌丝 匍匐生长于培养基内，吸收营养，也称基内菌丝。 2、气生菌丝 营养菌丝发育到一定阶段，伸向空间形成气生菌丝， 3、孢子丝 气生菌丝发育到一定阶段，其上可分化出形成孢子的菌丝，即孢子丝，又称产孢丝或繁殖菌丝。其形状和排列方式因种而异，常被作为对放线菌进行分类的依据。 气生菌丝发育到一定阶段，其上可分化出形成孢子的菌丝，即孢子丝 （五）分布特点及与人类的关系广泛地存在于自然界，尤其是土壤中，其代谢产物使土壤具有特殊的泥腥味。 能产生大量的、种类繁多的抗生素（其中90%由链霉菌产生） 有的可用于生产维生素、酶制制；此外，在甾体转化、石油

14、脱蜡、烃类发酵、污水处理等方面也有应用少数寄生型放线菌可引起人、动物（如皮肤、脑、肺和脚部感染）、植物（如马铃薯和甜菜的疮痂病）的疾病。三、支原体、立克次氏体和衣原体（一）立克次氏体（Rickettsia） 1、概念立克次氏体（Rickettsia）是大小介于通常的细菌与病毒之间，在许多方面类似细菌，专性活细胞内寄生的原核微生物。（二）支原体（Mycoplasma） 1、概念又称类菌质体，是介于一般细菌与立克次氏体之间的原核微生物。 （三）衣原体（Chlamydia） 1、概念介于立克次氏体与病毒之间，能通过细菌滤器，专性活细胞内寄生的一类原核微生物六、蓝细菌（Cyanobacteria）1、

15、概念也称蓝藻或蓝绿藻（blue-green algae），是一类含有叶绿素a、能以水作为供氢体和电子供体、通过光合作用将光能转变成化学能、同化CO2为有机物质的光合细菌。以前曾归于藻类，因为它和高等植物一样具有光和色素-叶绿素a，能进行产氧型光合作用。第三节 真核微生物真核微生物的特征： 细胞核具有核膜；能进行有丝分裂；细胞质中存在线粒体或同时存在叶绿体等细胞器； 真核微生物的种类约占微生物总数的95%以上。从个体形态、群体形态、营养吸收、代谢类型、代谢产物、遗传特性、和生态分布诸方面，真核微生物都展现出一幅多样化的画面。一、 霉菌（一）概念霉菌（mold）是一些“丝状真菌”的统称，不是分类学

16、上的名词。霉菌菌体均由分枝或不分枝的菌丝（hypha）构成。许多菌丝交织在一起，称为菌丝体（mycelium）。（二）分布特点及与人类的关系在自然界分布极广； 霉菌同人类的生产、生活关系密切，是人类实践活动中最早认识和利用的一类微生物。 全世界平均每年由于霉变而不能食（饲）用的谷物约占2%。 有用物品的生产； （五）霉菌繁殖方式及生活史霉菌的繁殖方式: 无性孢子 有性孢子 菌丝断片1）无性孢子繁殖 不经两性细胞配合，只是营养细胞的分裂或营养菌丝的分化（切割）而形成新个体的过程。无性孢子有：厚垣孢子、节孢子、分生孢子、孢囊孢子等2）有性孢子繁殖 两个性细胞结合产生新个体的过程： a）质配：两个性

17、细胞结合，细胞质融合，成为双核细胞，每个核均含单倍染色体（n+n）。 b）核配：两个核融合，成为二倍体接合子核，此时核的染色体数是二倍（2n）。 c）减数分裂：具有双倍体的细胞核经过减数分裂，核中的染色体数目又恢复到单倍体状态。二、 酵母菌（一）概念酵母菌（yeast）是一群单细胞的真核微生物。这个术语也是无分类学意义的普通名称，通常用于以芽殖或裂殖来进行无性繁殖单细胞真菌，以与霉菌区分开。有些可产生子囊孢子进行有性繁殖。（二）分布及与人类的关系1、多分布在含糖的偏酸性环境，也称为“糖菌”。 2、重要的微生物资源； 3、重要的科研模式微生物； 4、有些酵母菌具有危害性； （五）繁殖方式和生活史

18、1、无性繁殖 1）芽殖:主要的无性繁殖方式，成熟细胞长出一个小芽，到一定程度后脱离母体继续长成新个体。 2）裂殖:少数酵母菌可以象细菌一样借细胞横割分裂而繁殖，例如裂殖酵母。3、生活史 酵母菌单倍体和双倍体细胞均可独立存在，有三种类型：1）营养体只能以单倍体形式存在（核配后立即进行减数分裂） 2）营养体只能以双倍体形式存在（核配后不立即进行减数分裂） 3）营养体既可以单倍体也可以双倍体形式存在，都可进行出芽繁殖。 酵母菌中尚未发现其有性阶段的被称为假酵母 第四章微生物的营养微生物的特点： 食谱广、胃口大 营养物质：能够满足微生物机体生长、繁殖和完成各种 生理活动所需的物质营养：微生物获得和利用

19、营养物质的过程 营养物质是微生物生存的物质基础，而营养是生物维持和延续其生命形式的一种生理过程。第一节 微生物的营养要求一、微生物细胞的化学组成微生物细胞 : 水：70%-90% 干物质(无机物（盐） 有机物)细胞化学元素组成： 主要元素：碳、氢、氧、氮、磷、硫、微生物、动物、植物之间存在“营养上的统一性” 二、营养物质及其生理功能三、微生物的营养类型光能自养型：以光为能源，不依赖任何有机物即可正常生长光能异养型：以光为能源，但生长需要一定的有机营养化能自养型：以无机物的氧化获得能量，生长不依赖有机营养物化能异养型：以有机物的氧化获得能量，生长依赖于有机营养物质碳源 自养型(autotroph

20、s) 以CO2 为唯一或主要碳源 异养型(heterotrophs) 以有机物为碳源能源 光能营养型(phototrophs) 以光为能源 化能营养型(chemotrophs) 以有机物氧化释放的化学能为能源电子供体 无机营养型(lithotrophs) 以还原性无机物为电子供体 有机营养型(organotrophs) 以有机物为电子供体营养类型电子供体碳源能源举例光能无机自养型（光能自养型）H2、H2S、S或H2OCO2光能着色细菌、蓝细菌、藻类光能有机异养型（光能异养型）有机物有机物光能红螺细菌化能无机自养型（化能自养型）H2、H2S、Fe2+、NH3或NO2-CO2化学能(无机物氧化)氢

21、细菌、硫杆菌、亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)、甲烷杆菌属(Methanobacterium)、醋杆菌属(Acetobacter)化能有机异养型（化能异养型）有机物有机物化学能（有机物氧化)假单胞菌属、芽孢杆菌属、乳酸菌属、真菌、原生动物第二节 培养基常用的灭菌方法： 高压蒸汽灭菌 高温干热灭菌 液体培养基； 固体培养基； 半固体培养基； 菌落（colony）： 单个（或聚集在一起的一团）微生物在适宜的固体培养基表面或内部生长、繁殖到一定程度可以形成肉眼可见的、 有一定形态结构的子细胞生长群体。没有一种培养基或一种培养条件能够满足自然界中一切生物生长的要求，在一定程度上所有的培养基都

22、是选择性的。培养基：人工配制的，适合微生物生长繁殖或产生代谢产物的营养基质。培养基几乎是一切对微生物进行研究和利用工作的基础 任何培养基都应该具备微生物生长所需要六大营养要素：碳源、氮源、无机盐、能源、生长因子、水任何培养基一旦配成，必须立即进行灭菌处理 灭菌,消毒常规高压蒸汽灭菌：1.05kg/cm2,121.315-30分钟；0.56kg/cm2,112.615-30分钟 某些成分进行分别灭菌；过滤除菌；一、选用和设计培养基的原则和方法1、选择适宜的营养物质2、营养物的浓度及配比合适3、物理、化学条件适宜4、经济节约5、精心设计、试验比较 二、培养基的类型及应用1按成份不同划分天然培养基(

23、complex medium) 以化学成分还不清楚或化学成分不恒定的天然有机物组成合成培养基(synthetic medium) 是由化学成份完全了解的物质配制而成的培养基，也称化学限定培养基(chemically defined medium) 2根据物理状态划分固体培养基；半固体培养基；液体培养基4）鉴别培养基(differential medium) 用于鉴别不同类型微生物的培养基特殊化学物质发生特定的化学反应，产生明显的特征性变化，根据这种特征性变化,可将该种微生物与其他微生物区分开来。5）选择培养基(selective medium) 用于将某种或某类微生物从混杂的微生物群体中分离出

24、来的培养基根据不同种类微生物的特殊营养需求或对某种化学物质的敏感性不同，在培养基中加入相应的特殊营养物质或化学物质，抑制不需要的微生物的生长，有利于所需微生物的生长。第三节 营养物质进入细胞一、扩散(diffusion)物质跨膜扩散的能力和速率与该物质的性质有关,分子量小、脂溶性、极性小的物质易通过扩散进出细胞。扩散并不是微生物细胞吸收营养物质的主要方式,水是唯一可以通过扩散自由通过原生质膜的分子,脂肪酸、乙醇、甘油、苯、一些气体分子(O2、CO2)及某些氨基酸在一定程度上也可通过扩散进出细胞。二、促进扩散(facilitated diffusion)t 被动的物质跨膜运输方式t 物质运输过程

25、中不消耗能量t 参与运输的物质本身的分子结构不发生变化t 不能进行逆浓度运输t 运输速率与膜内外物质的浓度差成正比。通过促进扩散进行跨膜运输的物质需要借助与载体(carrier)的作用才能进入细胞(图4-1)，而且每种载体只运输相应的物质，具有较高的专一性。三、主动运输(active transport)在物质运输过程中需要消耗能量 可以进行逆浓度运输主动运输是广泛存在于微生物中的一种主要的物质运输方式 运输物质所需能量来源：好氧型微生物与兼性厌氧微生物直接利用呼吸能；厌氧型微生物利用化学能(ATP)；光合微生物利用光能；嗜盐细菌通过紫膜(purple membrane)利用光能；基团转移3）

26、试比较营养物质进入微生物细胞的几种方式的基本特点。 微生物的代谢第一节 代谢概论 代谢（metabolism）：细胞内发生的各种化学反应的总称 代谢 ：分解代谢(catabolism) 合成代谢(anabolism) 第二节 微生物产能代谢 一切生命活动都是耗能反应，因此，能量代谢是一切生物代谢的核心问题。能量代谢的中心任务，是生物体如何把外界环境中的多种形式的最初能源转换成对一切生命活动都能使用的通用能源-ATP。这就是产能代谢。 一 生物氧化生物氧化就是发生在细胞内的一切产能性氧化反应的总称 生物氧化的形式：某物质与氧结合、脱氢或脱电子 生物氧化的功能：产能（ATP）、产还原力H和产小分子

27、中间代谢物 生物氧化的形式包括某物质与氧结合、脱氢或脱电子三种 生物氧化的功能为：产能（ATP）、产还原力H和产小分子中间代谢物 分解代谢实际上是物质在生物体内经过一系列连续的氧化还原反应，逐步分解并释放能量的过程，这个过程就是生物氧化，是一个产能代谢过程。 二、异养微生物的生物氧化1. 发酵(fermentation) 有机物氧化释放的电子直接交给本身未完全氧化的某种中间产物，同时释放能量并产生各种不同的代谢产物。 有机化合物只是部分地被氧化，因此，只释放出一小部分的能量。 发酵过程的氧化是与有机物的还原偶联在一起的。被还原的有机物来自于初始发酵的分解代谢，即不需要外界提供电子受体。 发酵的

28、种类有很多，可发酵的底物有碳水化合物、有机酸、氨基酸等，其中以微生物发酵葡萄糖最为重要。 生物体内葡萄糖被降解成丙酮酸的过程称为糖酵解（glycolysis）糖酵解是发酵的基础 主要有四种途径： EMP途径、HMP途径、ED途径、磷酸解酮酶途径。 2. 呼吸作用微生物在降解底物的过程中，将释放出的电子交给NAD（P）+、FAD或FMN等电子载体，再经电子传递系统传给外源电子受体，从而生成水或其它还原型产物并释放出能量的过程，称为呼吸作用。呼吸作用与发酵作用的根本区别：电子载体不是将电子直接传递给底物降解的中间产物，而是交给电子传递系统，逐步释放出能量后再交给最终电子受体。三自养微生物的生物氧化化能无机营养型：以无机物为电子供体，从无机物的氧化获得能量 这些微生物一般也能以CO2为唯一或主要碳源合成细胞物质 从对无机物的生物氧化