模块一：微生物的生物学特性和无菌操作技术

1、模块一 微生物的生物学特性与无菌操作微生物的定义和主要类群无菌操作技术显微镜技术任务一：微生物的定义和主要类群 学习目标：掌握微生物的定义和特点 掌握微生物的主要类群和了解 微生物的分类知识 任务重点：微生物的分类方法和类群 任务难点：区分普通微生物和酿酒微生物 口蹄疫病毒口蹄疫病毒烟草花叶病毒烟草花叶病毒酵母菌酵母菌乳酸菌乳酸菌乳酸菌乳酸菌霉菌霉菌酵母菌酵母菌发霉变质的食物细菌酵母菌霉菌：毛霉 曲霉 青霉病毒微生物的主要类群 一、微生物的定义及特点一、微生物的定义及特点 自然界的一大群体自然界的一大群体形微小、结构简单、形微小、结构简单、 肉眼直接看不见，必须肉眼直接看不见，必须籍助光学显微

2、镜或电子籍助光学显微镜或电子显微镜放大数百倍、数显微镜放大数百倍、数千倍，甚至数万倍才能千倍，甚至数万倍才能观察到的微小生物。观察到的微小生物。v微生物（微生物（microorganism，microbe）:小小：观察借助光镜；测量单位为微米观察借助光镜；测量单位为微米 或纳米或纳米简：简：简单多细胞简单多细胞;单细胞单细胞;无细胞结构无细胞结构低：低：进化程度低，为原始的生命形式进化程度低，为原始的生命形式三个要点三个要点: 体积小、面积大体积小、面积大 吸收多、转化快吸收多、转化快 生长旺、繁殖快生长旺、繁殖快 适应强、易变异适应强、易变异 分布广、种类多分布广、种类多 比面值大比面值大（

3、比面值（比面值= =面积面积/ /体积体积) ); 有利于物质交换和能量、信息的交换；有利于物质交换和能量、信息的交换； 微生物一系列属性均与此特点密切相关。微生物一系列属性均与此特点密切相关。个体小个体小:测量单位：微米或纳米测量单位：微米或纳米t 杆菌的平均长度：杆菌的平均长度：2 2 微米微米；t 15001500个杆菌首尾相连个杆菌首尾相连= = 一粒芝麻的长度一粒芝麻的长度；t 10-10010-100亿个细菌加起来重量亿个细菌加起来重量 = = 1 1毫克毫克特点：特点：微生物的大小比较微生物的大小比较葡萄球菌(1000nm） 牛痘病毒300250nmABCDEFG立克次体450n

4、m衣原体390nmA、大肠杆菌噬菌体、大肠杆菌噬菌体 ( 65 95nm )B、腺病毒、腺病毒 (70nm )C、脊髓灰质炎病毒、脊髓灰质炎病毒 (30nm )D、乙脑病毒、乙脑病毒 ( 40nm )E、蛋白分子、蛋白分子 (10nm )F、流感病毒、流感病毒 ( 100nm )G、烟草花叶病毒、烟草花叶病毒德国科学家德国科学家H. N. Schulz等等1999年在纳米比亚海岸的海底沉积物中年在纳米比亚海岸的海底沉积物中发现的一种硫磺细菌（发现的一种硫磺细菌（sulfur bacterium），其大小可达），其大小可达0.75 mm，Thiomargarita namibiensis，-“纳

5、米比亚硫磺珍珠纳米比亚硫磺珍珠” 生物界的普遍规律生物界的普遍规律：某生物个体越小，某生物个体越小，其单位体重消耗的食物越多；其单位体重消耗的食物越多； 3克地鼠每天消耗与体重等重的粮食；克地鼠每天消耗与体重等重的粮食； 1克闪绿蜂鸟每天消耗两倍于体重的粮食；克闪绿蜂鸟每天消耗两倍于体重的粮食； 大肠杆菌每小时消耗大肠杆菌每小时消耗2000倍于体重的糖；倍于体重的糖；吸收多（胃口大）：吸收多（胃口大）：消耗自身重量消耗自身重量2000倍食物的时间：倍食物的时间：大肠杆菌：大肠杆菌：1小时小时人人 ：500年（按年（按400斤斤/年计算）年计算）食谱广：食谱广：获取营养方式多种多样，其食谱之广获

6、取营养方式多种多样，其食谱之广是动植物完全无法相比的！是动植物完全无法相比的！纤维素、木质素、几丁质、角蛋白、石油、甲醇、纤维素、木质素、几丁质、角蛋白、石油、甲醇、甲烷、天然气、塑料、酚类、氰化物、各种有机物甲烷、天然气、塑料、酚类、氰化物、各种有机物均可被微生物作为粮食均可被微生物作为粮食 大肠杆菌大肠杆菌37培养在牛奶中，培养在牛奶中，12.5 min12.5 min即即可分裂一次；可分裂一次； 一般培养液的菌浓度为一般培养液的菌浓度为10108 8 10109 9个个/ml/ml。繁殖快：繁殖快：大肠杆菌大肠杆菌一个细胞重约一个细胞重约10 12 克，克，平均平均20分钟繁殖一代分钟繁

7、殖一代24小时后：小时后： 4722366500万亿个后代，重量达到：万亿个后代，重量达到：4722吨吨48小时后：小时后：2.2 10 43个后代，重量达到个后代，重量达到2.2 10 25 吨吨相当于相当于4000个地球的重量！个地球的重量！一头一头500 kg500 kg的食用公牛，的食用公牛，2424小时生产小时生产 0.5 kg0.5 kg蛋白质蛋白质, ,而同样重量的酵母菌，以质量较次的糖液（如糖蜜）而同样重量的酵母菌，以质量较次的糖液（如糖蜜）和氨水为原料，和氨水为原料，2424小时可以生产小时可以生产 50000 kg50000 kg优质蛋白质。优质蛋白质。 突变频率一般为突变

8、频率一般为10-510-10，但因繁殖快，但因繁殖快，数量多，与外界环境直接接触，因而在短数量多，与外界环境直接接触，因而在短时间内可出现大量变异的后代。时间内可出现大量变异的后代。 如：流感病毒如：流感病毒 此外，微生物还具有此外，微生物还具有抗性最强、休眠最长、抗性最强、休眠最长、起源最早、发现最晚起源最早、发现最晚等特点。等特点。变异易：变异易：个体小、结构简、且多与外界环境直接接触个体小、结构简、且多与外界环境直接接触 繁殖快、繁殖快、 数量多数量多 突变率：突变率：1010-5-5 10 10-10-10短时间内产生大量的变异后代短时间内产生大量的变异后代青霉素的生产：青霉素的生产：

9、20单位单位/ ml（1943）10000单位单位/ ml青霉素的用量：青霉素的用量：最高：最高：10万单位万单位/天（天（40年代）年代）数百万数百万-千万单位千万单位/次次细菌抗药性的产生：细菌抗药性的产生：如：万米深海的硫细菌；如：万米深海的硫细菌； 8585公里高空的微生物；公里高空的微生物； 地层下地层下128128米和米和427427米的沉米的沉 积岩中的细菌。积岩中的细菌。 微生物种类繁多，现在已知的，微生物种类繁多，现在已知的，已有已有1010万之多。有人估计，自然万之多。有人估计，自然界中还有界中还有80-90%80-90%的菌种有待我们的菌种有待我们去认识，而目前对已发现的

10、微生去认识，而目前对已发现的微生物开发利用的也只有物开发利用的也只有10%10%左右。左右。数量大：数量大：在自然界中（土壤、水体、空气，动植物体内和体表）在自然界中（土壤、水体、空气，动植物体内和体表）都生存有大量的微生物！都生存有大量的微生物！分析表明，微生物占地球生物总量的分析表明，微生物占地球生物总量的60%！南极南极Vostok湖冰芯样品中的微生物湖冰芯样品中的微生物种类多：种类多：t 代谢产物种类多；代谢产物种类多；t 微生物的生理代谢类型多；微生物的生理代谢类型多；t 微生物的种数微生物的种数“多多”；虽然目前已定种的微生物只有大约虽然目前已定种的微生物只有大约10万种，远较动植

11、物为少，万种，远较动植物为少，但一般认为目前为人类所发现的微生物还不到自然界中微生物但一般认为目前为人类所发现的微生物还不到自然界中微生物总数的总数的1%级界宽：级界宽：Whittaker的五界分类系统的五界分类系统 参与发酵淀粉和糖类物质生产酒的微生物。酿酒微参与发酵淀粉和糖类物质生产酒的微生物。酿酒微生物种类很多，大体上可分为酒化菌（酵母菌）、生物种类很多，大体上可分为酒化菌（酵母菌）、糖化菌（丝状菌）和细菌糖化菌（丝状菌）和细菌3大类。大类。 1.1.酒化菌酒化菌 主要为酵母菌，有多种种类，如啤酒酵母，变种主要为酵母菌，有多种种类，如啤酒酵母，变种啤酒酵母，裂殖酵母，生香酵母等。啤酒酵母

12、，裂殖酵母，生香酵母等。 2.2.糖化菌糖化菌 在酿酒工业中常用的有曲霉、根霉、拟内孢霉、在酿酒工业中常用的有曲霉、根霉、拟内孢霉、红曲霉和毛霉等。红曲霉和毛霉等。 3.细菌细菌 在酿酒工业中常用的细菌有乳酸杆菌、醋酸菌、在酿酒工业中常用的细菌有乳酸杆菌、醋酸菌、丁酸菌等。丁酸菌等。课堂小结 微生物的定义：微生物的定义：自然界的一大群体形微小、自然界的一大群体形微小、结构简单、结构简单、 肉眼直接看不见，必须籍助光肉眼直接看不见，必须籍助光学显微镜或电子显微镜放大数百倍、数千学显微镜或电子显微镜放大数百倍、数千倍，甚至数万倍才能观察到的微小生物。倍，甚至数万倍才能观察到的微小生物。 微生物的特

13、点：微生物的特点： 酿酒微生物的定义：酿酒微生物的定义：二、微生物的分类方法二、微生物的分类方法 传统分类法传统分类法 遗传特征分类法遗传特征分类法 化学特征分类法化学特征分类法 数值分类法数值分类法 目前应用最多的是目前应用最多的是传统分类法传统分类法和和遗传分类遗传分类一、传统分类法一、传统分类法 根据微生物形态、生理生化、生态和抗原等表表型特征型特征进行分类的方法。（一）形态特征形态特征 1个体形态特征 2群体形态特征 （1）平板上的菌落特征 （2）液体培养特征（二）生理生化特征生理生化特征1营养来源：利用营养的能力。包括碳源、 能源、氮源、无机盐以及生长因子。2代谢产物：产酸、产气等。

14、包括反应类型和酶。3抗逆性：对噬菌体、抗生素、染料等抗微生物因子的反应也是分类鉴定的依据。（三）生态特征三）生态特征 包括微生物的天然生境以及与微生物生活相关连的环境因子。 1氧气氧气 2温度温度 3pH 4盐度盐度 5与其他生物之间的寄生和共生关系与其他生物之间的寄生和共生关系：二、遗传特征分类二、遗传特征分类 从外部形态、生理生化反应到细胞内部，如核酸、蛋白质等，触及生物的化学本质。 （一）核酸分析：DNA的G+C值是恒定的。 （二）DNA杂交试验 （三）细胞壁成分分析-放线菌的分类 （四）红外光谱微生物的分类单元微生物的分类单元界门纲目科属种常用的几种分类概念常用的几种分类概念 种种：是

15、最基本的分类单位，它是一大群表型特征高度：是最基本的分类单位，它是一大群表型特征高度相似，亲缘关系及其相近的微生物有机体的集合，它相似，亲缘关系及其相近的微生物有机体的集合，它们在进化发育阶段上有一定的共同形态和生理特征。们在进化发育阶段上有一定的共同形态和生理特征。现代分类学上规定种内菌株的现代分类学上规定种内菌株的DNADNA同源性同源性70%70% 小种（小种（亚种亚种）：实验室中获得的微生物变异型称：实验室中获得的微生物变异型称为小种或亚种。为小种或亚种。 菌株菌株（品系）（品系）：来源不同的同种微生物的纯培：来源不同的同种微生物的纯培养，均可称为菌株。养，均可称为菌株。 命名的方法：

16、国际法规命名，即林奈所创立的命名的方法：国际法规命名，即林奈所创立的双名法双名法。 双名法的规则双名法的规则：微生物的学名依属和种而命名，由两：微生物的学名依属和种而命名，由两个拉丁字或希腊字或拉丁化了的其它文字组成，属名个拉丁字或希腊字或拉丁化了的其它文字组成，属名在前，为名词，开头字母大写，是该微生物的主要特在前，为名词，开头字母大写，是该微生物的主要特征。种名在后，为形容词。如金黄色葡萄球菌的命名：征。种名在后，为形容词。如金黄色葡萄球菌的命名：Stapylococcus aureus, 为属名为属名+种名种名全称：全称： Stapylococcus aureus Rosenbach 1

17、884,依次代表属名、依次代表属名、种名、命名人的姓和命名年份种名、命名人的姓和命名年份 Micrococcus sp.(spp.), 泛指某一属细菌，不特指属中任何泛指某一属细菌，不特指属中任何一个种一个种Bacillus subtilis var.niger（var：亚种）：亚种）微生物的命名微生物的命名需要牢记的一些微生物学名需要牢记的一些微生物学名 大肠杆菌大肠杆菌: Escherichia coli 枯草杆菌枯草杆菌 Bacillus subtilis 金黄色葡萄球菌金黄色葡萄球菌 Staphylococcus aureus 酿酒酵母酿酒酵母: Saccharomyces cerev

18、isiae 灰色链霉菌灰色链霉菌 Streptomyces griseus 产黄青霉产黄青霉:penicillium chrysogenum微生物古生菌（Archaea）细菌（Bacteria）真菌（酵母、霉菌、蕈菌等） 显微藻类 原生动物等非细胞类：病毒、亚病毒细胞类原核微生物真核微生物细菌又称真细菌，包括普通细菌、放线菌、蓝细菌、 枝原体、立克次氏体和衣原体等微生物的主要类群 1. 1. 原核细胞型微生物原核细胞型微生物 细胞内仅有原始核质，无核膜和细胞内仅有原始核质，无核膜和核仁等结构，不进行有丝分裂，缺乏细胞器，同时含有两类核核仁等结构，不进行有丝分裂，缺乏细胞器，同时含有两类核酸。包括细菌、放线菌、支原体、衣原体、立克次体和酸。包括细菌、放线菌、支原体、衣原体、立克次体和蓝细菌蓝细菌。各种“视野”下的细菌光镜暗视野荧光透射电镜超薄切片冷冻切片扫描电镜DNA蛋白质复合物微生物的分类放线菌的形态微生物的分类 2. 2. 真核细胞型微生物真核细胞型微生物 细胞核分化程度高，有核膜与核细胞核分化程度高，有核膜与核仁等结构，进行有丝分裂，胞质内细胞器完整，同时含有两仁等结构，进行有