微生物竞赛培训

1、September 22生物奥赛培训教程微生物学部分chengkai提纲奥赛纲要对微生物学理论部分的要求微生物学的知识体系微生物细胞的结构与功能微生物的营养微生物的生长与代谢微生物发酵工业病毒的基本特征感染与免疫微生物遗传学微生物生态一、全国及国际奥赛纲要对微生物学理论部分的要求微生物的细胞生物学：细菌的结构和繁殖、光养和化养生物技术（生物工程学）：发酵（微生物工程）免疫：抗原和抗体、细胞和体液免疫、免疫失调引起的疾病 生物系统学原核：细菌门、蓝藻门、原绿藻门放线菌门、立克次氏体、支原体、衣原体真核：红藻门、褐藻门、绿藻门、裸藻门、金藻门、粘菌门接合菌门、子囊菌门、担子菌门、原生动物病毒：噬菌

2、体、类病毒、病毒的结构和繁殖 微生物的特殊代谢途径：生物固氮、有害物质的富集 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遗传基因表达调控基因工程分类形态结构营养代谢生长繁殖系统发育发酵工业食品药物生物制品环保二、微生物学的知识体系微生物学的发展历史史前期 事件 ：酿酒、奶酪等 初创期 里程碑：显微镜的发明奠基期 里程碑：曲颈瓶试验 （生源说）发展期 里程碑： “酒化酶”发酵产酒精成功成熟期 里程碑： DNA双螺旋的发现三、微生物细胞的结构与功能微生物的类型细胞型微生物非细胞型微生物病毒原核微生物真核微生物(真)细菌古生菌细菌蓝藻原绿藻放线菌衣原体支原体 立克次氏体 等G+G-酵母菌霉

3、菌蘑菇粘菌真核藻类（绿藻、硅藻等）原生动物真病毒亚病毒因子三、微生物细胞的结构与功能细菌的形态学分类 球菌 杆菌 螺旋菌（包括弧菌）淋病球菌大肠杆菌弧形霍乱菌三、微生物细胞的结构与功能原核微生物的典型结构细胞壁细胞壁外结构原生质体原核微生物的结构与功能细胞壁结构： 与功能：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三、微生物细胞的结构与功能古生菌假肽聚糖层G+G-厚薄肽聚糖层真细菌三、微生物细胞的结构与功能原核微生物的结构与功能细胞壁革兰氏染色结晶紫初染碘液媒染乙醇脱色番红复染三、微生物细胞的结构与功能细胞壁缺失所导致的三种情况原生质体：人工除

4、尽细胞壁或用青霉素抑制细胞壁的合成后，所留下的仅由细胞膜包裹着的脆弱细胞 原生质球：指还残留部分细胞壁的原生质体 细菌L型：通过自发突变而形成的遗传性稳定的细胞壁缺陷菌株 三、微生物细胞的结构与功能原核微生物的结构与功能原生质体细胞膜：控制运输、维持渗透压、合成细胞壁、着生鞭毛等贮藏物：聚-羟丁酸、硫粒、藻胆蛋白、异染颗粒等核区（拟核）：大型环状的双链DNA特殊的休眠结构芽孢（内生孢子）其它：气泡、伴孢晶体、孢囊等三、微生物细胞的结构与功能原核微生物的结构与功能细胞壁外结构糖被：保护、屏障、储存、吸附、信号识别鞭毛：运动菌毛（纤毛）：吸附性毛：参与传递遗传物质三、微生物细胞的结构与功能细菌群体

5、的形态 菌落：以母细胞为中心的一堆肉眼可见的、有一定形态构造的子细胞集团菌苔：某一纯种的大量细胞密集地接种到固体培养基表面，结果长成的各“菌落”相互联接成一片 三、微生物细胞的结构与功能放线菌特征菌落呈放射状菌体由多细胞分枝状菌丝组成菌丝大多无隔膜，其粗细与杆状细菌相似，直径为1微米左右，内有多个拟核细胞壁革兰氏阳性，主要成份为肽聚糖，含胞壁酸与二氨基庚二酸三、微生物细胞的结构与功能放线菌的菌丝分化三、微生物细胞的结构与功能支原体衣原体立克次氏体三、微生物细胞的结构与功能特征细菌支原体立克次氏体衣原体直径0.5-2.0um0.2-0.25um0.3-0.8um0.2-0.3um过滤性不能过滤能

6、过滤不能过滤能过滤G染色G+或G-G-G-培养法人工培养基人工培养基宿主细胞宿主细胞产ATP有有有无三、微生物细胞的结构与功能真细菌、古生菌与真核生物的比较特征真细菌古生菌真核生物有核仁、核膜的细胞核无无有有复杂内膜的细胞器无无有核糖体大小70S70S80S细胞壁含肽聚糖（胞壁酸）有无无对链霉素等抗生素的敏感性敏感不敏感不敏感三、微生物细胞的结构与功能真菌有细胞器和细胞核真菌细胞壁多糖主要有几丁质 ( 甲壳质 ) 、纤维素、葡聚糖、甘露聚糖等真菌细胞的质膜中具有甾醇，而在原核生物的质膜中很少或没有甾醇鞭杆的横切面呈“ 9+2 ”型三、微生物细胞的结构与功能真菌大多数真菌的营养体是由分枝的菌丝所

7、构成的菌丝体 ，菌丝的结构有两种类型：（1）无隔膜菌丝。（2）有隔膜菌丝。少部分真菌营养体不形成菌丝，它们是圆形或卵圆形的单细胞真菌，例如酵母菌三、微生物细胞的结构与功能真菌接合菌门毛霉三、微生物细胞的结构与功能真菌子囊菌门 酵母 青霉菌（分生孢子）冬虫夏草麦角菌三、微生物细胞的结构与功能真菌担子菌门伞菌担子形成的连续阶段和担孢子 菌褶表面的担孢子蘑菇的担子果三、微生物细胞的结构与功能真菌的分类系统三、微生物细胞的结构与功能粘菌门特征介于动物和真菌之间的：就其结构和生理方面看，好像巨大的变形虫动物；从它的繁殖方面看，产生具细胞壁的孢子，又是真菌的性质。三、微生物细胞的结构与功能蓝藻门特征无真正

8、的细胞核细胞壁缺乏纤维素,由黏肽组成,壁外常形成黏性胶质鞘除叶绿素和类胡萝卜素外,尚含有藻蓝素,部分种类还含有藻红素 繁殖方法主要是分裂生殖，无有性生殖 有的同真菌共生形成地衣,或生活在植物体内形成内生植物 部分属（如念珠藻属）有固氮能力三、微生物细胞的结构与功能蓝藻门形态三、微生物细胞的结构与功能红藻门特征含有叶绿素a、叶绿素d、叶黄素胡萝卜素、藻红蛋白和藻蓝蛋白 植物体外形多样，除少数是单细胞或群体外，绝大多数为多细胞体 细胞壁由纤维素（内层）和藻胶（琼胶、海萝胶、卡拉胶）（外层）组成红藻的生殖分为无性和有性两种 三、微生物细胞的结构与功能硅藻特征植物体为单细胞、也可连接成丝状或其他形状的

9、群体； 细胞壁由两个半片（上壳、下壳），由果胶质和硅质组成，没有纤维素； 营养体无运动细胞，仅精子具鞭毛（茸鞭型）； 有细胞核，有载色体，含叶绿素a 和c，a, 胡萝卜素，叶黄素；产物：金藻昆布糖（ 1，3葡聚糖）和油滴； 繁殖：细胞分裂进行繁殖；有性生殖少，为同配和异配、卵配生殖舟形藻三、微生物细胞的结构与功能裸藻特征无细胞壁植物体除个别种类为树状群体外，都是具鞭毛游动型的单细胞体多具1个眼点色素具Chla、b、胡萝卜素，有的具特殊的裸藻红素贮藏物质均为副淀粉和脂肪繁殖为纵分裂，环境不适可形成休眠孢囊 三、微生物细胞的结构与功能甲藻多数为具双鞭毛的单细胞个体细胞壁含纤维素，多由许多固定数目的

10、小甲板按一定形式排列组成含叶绿素a 和c， 胡萝卜素 、胡萝卜素、硅甲黄素、甲藻黄素及新甲藻黄素等贮藏物为淀粉和油繁殖方法为细胞分裂或产生游孢子；有性生殖为同配或异配，但少见。 三、微生物细胞的结构与功能金藻植物体为单细胞，群体或分枝丝状体细胞壁含纤维素和果胶质组成有些单细胞和群体种类有鞭毛含叶绿素a 和c， 胡萝卜素，墨角藻黄素、叶黄素产物：金藻昆布糖（ -1，3葡聚糖）和油滴； 繁殖：细胞分裂（单细胞）或孢子；有性生殖少见；群体种类可断裂棕囊藻三、微生物细胞的结构与功能绿藻特征形态多种多样，由单细胞、群体、丝状状和叶状体有细胞壁，细胞壁两层，外层是果胶质，内层为纤维素少数单细胞和群体类型具

11、鞭毛（尾鞭型）含叶绿素a 和b，, 胡萝卜素，叶黄素产物：淀粉，有时为蛋白质和油繁殖：营养繁殖（细胞分裂）、无性生殖（游动孢子、静孢子）、有性生殖少（为同配和异配、卵配生殖、接合生殖）； 三、微生物细胞的结构与功能绿藻小球藻属单细胞浮游种类，细胞微小，仅蛋白核小球藻有蛋白核仅无性生殖三、微生物细胞的结构与功能绿藻衣藻属单细胞两条等长的顶生鞭毛载色体形状多样细胞壁两层，外层是果胶质，内层为纤维素；伸缩泡起排泄作用，橙红色眼点行无性生殖和有性生殖（同配）无世代交替，只有单倍植物体三、微生物细胞的结构与功能绿藻丝藻属单列细胞不分枝的丝状体有固着器营养细胞，细胞壁有层理细胞单核位于中央载色体是大形环带

12、状，蛋白核多 三、微生物细胞的结构与功能绿藻水绵属一列细胞构成的丝状体无鞭毛载色体带状细胞壁两层单核，有大液泡行接合生殖三、微生物细胞的结构与功能蓝藻、原绿藻和绿藻（真核）的比较特征蓝藻原绿藻绿藻有核膜的细胞核无无有细胞器无无有光合色素类型叶绿素a、藻胆素叶绿素a、叶绿素b叶绿素a、叶绿素b光合作用位点类囊体类囊体叶绿体细胞大小0.55um0.45*0.75um2um念珠藻 原绿藻 衣藻四、微生物的营养微生物的营养要求碳源【糖类、脂肪、有机酸】：能源物质，构成菌体和代谢产物氮源【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无机盐类【

13、Pb 、 Mg 、 S 、 P 、 Fe、Co、Zn等】：维持酶活力，调节渗透压、pH值、电位等特殊生长因子【生物素、硫胺素、肌醇等】：构成辅酶的组成部分，促进生命活动水：溶解营养物质和代谢产物四、微生物的营养微生物的营养类型划分依据划分依据营养类型特点碳源自养型以CO2为唯一或主要碳源异养型以有机物为碳源能源光能营养型以光为能源化能营养型通过氧化释放的化学能为能源电子供体无机营养型以还原性无机物为电子供体有机营养型以有机物为电子供体四、微生物的营养微生物的营养类型典型类型营养类型能源电子供体碳源举例光能无机自养型光能H2、H2SS、H2OCO2蓝藻、藻类紫（绿）硫细菌光能有机异养型光能有机物

14、有机物红螺细菌化能无机自养型化学能(无机)H2、H2SFe2+、NO2-CO2氢细菌、硫杆菌硝化细菌化能有机异养型化学能 (有机)有机物有机物大肠杆菌、真菌四、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四、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、选择培养基四、微生物的营养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）等联合固氮菌：

15、雀稗固氮菌（生活在植物根际）固氮条件：固氮酶、ATP、电子传递体四、微生物的营养微生物代谢的特殊方面生物固氮N2+6e+6H+12ATP2NH3+12ADP+12Pi固氮酶 包括两个组分组分是真正的“固氮酶”，又称钼铁蛋白或钼铁氧还蛋白组分实质上是一种“固氮酶还原酶”，又称铁蛋白（F）或固氮铁氧还蛋白五、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五、微生物的生长繁殖细菌的群体生长迟缓期对数生长期x2=x12n稳定生长期衰亡期五、微生物的生长繁殖细菌的连续培养恒化连续培养恒浊连续培养五、微生物的生长繁殖影响微生物生长繁殖的因素温度氧气专性好氧菌兼性厌氧菌微好氧菌耐氧

16、菌厌氧菌培养基、光照、氧化还原电位等五、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五、微生物的生长繁殖丝状真菌的生活史五、微生物的生长繁殖微生物生长繁殖的控制消毒是指应用消毒剂等方法杀灭物体表面和内部的病原菌营养体的方法灭菌是指用物理和化学方法杀死物体表面和内部的所有微生物，使之呈无菌状态五、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：

17、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六、微生物发酵工业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。六、微生物发酵工业微生物发酵工业的一般流程种子扩大培养培养基配制空气除菌培养基灭菌发酵生产下游处理发酵设备六、微生物发酵工业菌种及其扩大培养菌种的分离采样预处理富集培养筛选鉴定菌种的选育自然育种诱变育种杂交育种基因工程育种种子扩大培养流程二【三】级种子扩大培养斜面菌种-一级种子摇床培养-二级种子罐培养【-三级种子罐培养】-发酵罐生产六、微生物发酵工业菌种的衰退、复壮及保藏衰退原因：突变（

18、负变）现象：产量下降、丧失典型性状复壮原理： “衰退”菌种中，还有少数尚未衰退个体保藏原理：挑选典型菌种的优良纯种，最好采用它们的休眠体（如分生孢子、芽孢等），并创造一个适合其长期休眠的环境条件六、微生物发酵工业培养基配置（糖化，Saccharify)：在工业生产上将淀粉水解为葡萄糖的过程，得到的水解糖液叫淀粉糖。糖化的原料：薯类淀粉、玉米淀粉、小麦淀粉、大米淀粉等。水解糖液的质量直接关系到生产菌的生长速度与代谢产物的积累，其中的低聚糖类与复合糖类等杂质越低越好。糖化方法：酸解法：淀粉葡萄糖酶解法：淀粉糊精、低聚糖 葡萄糖六、微生物发酵工业酸（催化剂） 高温高压淀粉酶糖化酶液化糖化六、微生物发

19、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；六、微生物发酵工业发酵实例食品（食用酒精）发酵曲霉制曲原料蒸煮糖化酵母酒母的制备及扩大发酵蒸馏酒糟乙醇杂醇油六、微生物发酵工业发酵实例药品（青霉素）发酵产黄青霉菌孢子制备种子罐灭菌培养基压缩空气发酵罐预处理罐过滤萃取精制柱萃取过滤结晶洗涤过滤蒸发青霉素钾盐六、微生物发酵工业发酵实例生物制品的发酵生产见感染与免疫部分六、微生物发酵工业发酵实例环保（污水的二级处理）初级沉淀池曝气池二次沉淀池清水污水空气回流污泥剩余污

20、泥七、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。七、病毒的基本特征毒粒的结构T4噬菌体衣壳螺旋对称二十面体对称核衣壳核酸七、病毒的基本特征毒粒的结构核衣壳与囊膜七、病毒的基本特征病毒的简单分类真病毒DNA病毒RNA病毒【SARS病毒】亚病毒因子卫星RNA类病毒【柑橘裂皮类病毒】朊病毒【疯牛病病毒】七、病毒的基本特征病毒的复制周期及步骤吸附侵入脱壳病毒大分子合成装配与释放病毒复制的一步生长曲线七、病毒的基本特征病毒的复制周期及步骤七、病毒的基本特征温和噬菌

21、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。溶源病毒的性质：自发裂解性可诱导性免疫性复愈性溶源转变七、病毒的基本特征SARS冠状病毒 七、病毒的基本特征禽流感病毒H5N1 A七、病毒的基本特征HIV（人类免疫缺陷病毒） 与 AIDS（获得性免疫缺陷综合症）七、病毒的基本特征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。 八、感染与免疫感染（传染）有机体与病原体相互作用引起的病理过程免疫生物体能够识别自我和非自我，对非自我作出反应

22、以保持自身稳定的功能八、感染与免疫感染的途径呼吸道、消化道、创伤、接触、垂直感染微生物的致病性杀细胞感染造成宿主的免疫损伤诱发肿瘤产生毒素八、感染与免疫免疫学的几个基本概念抗原Ab：能够诱导机体产生免疫应答，并能与机体免疫应答产物特异性结合的物质抗体Ig（免疫球蛋白）：在抗原物质刺激下所形成的能与抗体特异性结合的血清活性成分，分IgG、 IgA、 IgM、 IgD、 IgE 五类B细胞介导的体液免疫：当B细胞与抗原特异结合后，B细胞分化为浆细胞，大量分泌抗体。T细胞介导的细胞免疫：识别抗原后，可直接分泌杀伤蛋白，或协助其它免疫过程八、感染与免疫抗体的产生过程的参与细胞巨噬细胞：处理和传递抗原的细胞，但无特异识别抗原的功能 T细胞：在抗体形成过程中起着调节细胞的作用，有特异识别抗原的功能 B细胞：产生抗体的效应细胞，也有特异识别抗原的功能 八、感染与免疫抗体产生的一般规律初次应答和再次应答八、感染与免疫免疫的基本类型天然（非特异性）免疫：屏障结构、吞噬作用、炎症反应、正常体液或组织中的抗菌物质获得性（特异性）免疫：自动免疫自然免疫：感染人工（诱导）免疫