环境微生物学-第三章病毒

第三章病毒拟病毒：只含有不具独立侵染性的RNA或DNA组分非细胞生物真病毒：至少含有核酸和蛋白质两种组分亚病毒类病毒：只含独立侵染性的RNA组分朊病毒：只含单一蛋白质组分第一节病毒的特征与分类发现1886年，德国农业化学家迈尔在荷兰发现烟草花叶病接种试验证明：烟草花叶病是一种传染性疾病一、病毒的发现及基本特征第一节病毒的特征与分类1892年，俄罗斯伊万诺夫斯基烟草花叶病原（细菌滤器滤过性）发现一、病毒的发现及基本特征1898年，MWBeijerinck对烟草花叶病病原体的研究结果：

能通过细菌滤器；可被乙醇沉淀而不失去其感染性，能在琼脂凝胶中扩散；用培养细菌的方法不能被培养出来，推测只能在活细胞中生活；比细菌小的具有传染性的活的流质第一节病毒的特征与分类发现一、病毒的发现及基本特征1900年前后，包括口蹄疫（footandmouthdisease）在内的多种动植物疾病病原体的滤过性特性被证明。filterableviruses（滤过性病毒）viruses（病毒）FWTwort（1915年）、Fd’Herelle（1917年），分别发现细菌（Shigelladysenteriae）病毒bacteriophagesPhago：“toeat”噬菌体（phage）第一节病毒的特征与分类发现一、病毒的发现及基本特征发现第一节病毒的特征与分类一、病毒的发现及基本特征WMStanley1935年，WMStanley首次提纯并结晶了烟草花叶病毒；

Bawden等证明烟草花叶病毒的本质为核蛋白；1940年，Kausche首先用电镜观察到烟草花叶病毒颗粒；基本特征（6）在寄主外具无生命生物大分子特征，长期保持侵染活力（1）没有细胞结构（2）只含有DNA或RNA（3）没有能量代谢有关的酶系统（4）在特定活细胞内寄生（5）寄主提供原料、能量和生物合成场所一、病毒的发现及基本特征第一节病毒的特征与分类（7）对抗生素不敏感，对干扰素敏感（8）有的病毒核酸可整合到宿主基因组，诱发潜伏性感染表5-1单细胞微生物与病毒性质的比较aDNA病毒和RNA病毒中的一部分;b利福平可抑制痘病毒复制一、病毒的发现及基本特征第一节病毒的特征与分类定义(迄今仍无一个科学而严谨的定义)病毒为具有独立于其宿主的进化史的绝对细胞内寄生物，它的DNA或RNA基因组被其所编码的蛋白质壳体化（encapsidation）。

-------------（Fields等，1990年）按专性宿主分类：1.动物病毒寄生在人体和动物体内，引起疾病艾滋病病毒HIV非典冠状病毒肝炎病毒HBV引起的疾病有：流感、艾滋病、麻疹、腮腺炎、甲肝、乙肝等二、病毒的分类第一节病毒的特征与分类2.植物病毒

寄生在植物体内，引起疾病如烟草花叶病、番茄丛矮病、马铃薯退化病、水稻萎缩病和小麦黑穗病等烟草花叶病毒植物病毒被病毒感染的植物3.细菌病毒－噬菌体

1917年D.Herelle在人的粪便中发现；环境毒理学中将其作为模式病毒；可评价水与废水的处理效率；杀菌。噬菌体4.放线菌病毒5.藻类病毒6.真菌病毒

至1995年，国际病毒分类委员会所报道的已知病毒3600多种，分别属于71个病毒科。分类的依据包括三个方面：

1、核酸的类型（RNA或DNA）

2、病毒基因组体系（单链或双链）

3、病毒粒子包膜的有无二、病毒的分类第一节病毒的特征与分类DNA病毒细小病毒组的成员一般是ssDNA

其余病毒都是dsDNARNA病毒呼肠孤病毒组的成员是dsRNA

其余的病毒都是ssRNA注：动物病毒以线状的为dsDNA和ssRNA多，植物病毒以ssRNA为多，噬菌体以线状的为dsRNA多按核酸分类

病毒和细菌的相对大小支原体痘病毒疱疹病毒流感病毒1μ葡萄球菌细小核糖核酸病毒最大的病毒与最小的病毒天花病毒200×300nm脊髓灰质炎病毒口蹄疫病毒10nm一、病毒的大小第二节病毒的形态和结构不同生物类型细胞大小的比较动物的模式细胞动物细胞核细菌病毒一、病毒的大小第二节病毒的形态和结构

动物病毒的形态有：球形、卵圆形、砖形等植物病毒的形态有：杆状、丝状和球状噬菌体的形态有：蝌蚪状和丝状二、病毒的形态第二节病毒的形态和结构3、蝌蚪状(噬菌体)

病毒的各种形态形态1、杆状或丝状(主要是植物病毒)2、多面体或球形(主要是动物、真菌病毒)第二节病毒的形态和结构二、病毒的形态粘病毒痘病毒疱疹病毒噬菌体病毒的形态和相对大小采用各种电镜技术观察毒粒的形态结构Orfvirus：口疮病毒(接触性脓疱皮炎病毒（负染技术）Ebolavirus：埃博拉病毒（正染技术）Vacciniavirus痘苗病毒（投影技术）不同病毒的形态特征Coronavirus冠状病毒CoronavirusLifeCycle冠状病毒生活史Influenzavirusstructure

Influenzavirion

Influenzaviruslifecycle流感病毒SmallpoxviruslifecycleSmallpoxvirionSmallpoxvirusstructure

天花病毒FootandMouthDiseaseviruslifecycle口蹄疫病毒WestNileVirusWestNileVirusbirdfluvirus西尼罗河病毒HIVvirusstructure

HIVvirion

HIVlifecycleHIVandimmunecellsHIVMatrixproteinshellTransmissionelectronmicrographofHIV-1,buddingandfreeHIVbuddingfromhumanlymphtissue(TEMx133,335)

大量聚集并使宿主细胞发生病变时，就形成了具有一定形态、构造并能用光学显微镜观察和识别的特殊“群体”。如：动植物细胞中的病毒包涵体植物病毒在植物叶片上的枯斑这类“群体形态”有助于病毒的分离、纯化、鉴别和计数等病毒的群体形态（小知识）1、化学组成

蛋白质和核酸个体大的病毒除含蛋白质和核酸，还含脂类和多糖第二节病毒的形态和结构三、病毒的化学组成和结构病毒粒子：成熟的或结构完整，有感染性的病毒个体。结构裸露病毒带封套病毒核酸壳体壳粒核酸壳粒封套核壳体

病毒的粒子的基本结构核酸壳粒壳体核壳体封套病毒粒子第二节病毒的形态和结构三、病毒的化学组成和结构蛋白质衣壳

组成:由一定数量的衣壳粒(由一种或几种多肽链折叠而成的蛋白质亚单位)按照一定的排列组成的病毒外壳.

是病毒的主要成分。但种类不多，蛋白含量随病毒种类不同而不同(40~96%)；病毒蛋白的功能：

A、构成病毒粒子外壳，主要起保护核酸的作用；B、决定病毒的感染的特异性等。病毒蛋白：核酸内芯功能:决定病毒的遗传变异和对敏感宿主细胞的感染力种类:核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA)

动物病毒多含DNA

植物病毒多含RNA

噬菌体多含DNA,少数含RNA此外，无论DNA还是RNA都有单链和双链之分；核酸有正链、负链之分。

廿面体对称的结构

(球状)

螺旋对称的结构

(杆状)

复合对称的结构

(蝌蚪状)典型的病毒粒子的结构第二节病毒的形态和结构三、病毒的化学组成和结构腺病毒粒子的三维结构人体腺病毒负染照片

腺病毒二十面体对称的模式图及负染显微照片。

腺病毒结构（二十面体对称）第二节病毒的形态和结构三、病毒的化学组成和结构A.二十面对称

代表病毒为腺病毒（Adenovirus）二十面体腺病毒模式图B.螺旋对称型

代表病毒为烟草花叶病毒（TMV）该病毒核酸外由蛋白质衣壳包裹和保护，结构十分稳定，室温下保存50年不丧失侵染力TMV模式图引发禽流感的病毒C.复合对称型二十面体对称螺旋对称代表病毒为T偶数噬菌体，有3种，即T2、T4和T6T系噬菌体模式图第三节病毒的繁殖动物病毒、植物病毒和噬菌体的繁殖过程基本相似，此处以大肠杆菌T系噬菌体为例介绍繁殖过程有如下四步：吸附，侵入，复制，聚集与释放吸附侵入复制装配释放一、病毒的繁殖1、吸附：病毒表面蛋白与细胞受体特异性结合，导致病毒附着于细胞表面。吸附侵入复制装配释放2、侵入：不同的病毒可通过不同的侵入方式进入宿主细胞内。如噬菌体可通过注射式，将头部的DNA注入宿主细胞，蛋白外壳留在宿主细胞外。3、复制与聚集。病毒侵入宿主细胞后，立即引起宿主的代谢改变，病毒可借用宿主细胞的合成机构复制核酸、蛋白质。进而装配新的病毒。4、宿主细胞裂解和成熟病毒的释放。病毒感染细胞的主要过程

病毒是非细胞生物，专性寄生在活的敏感宿主细胞内1.吸附

T系噬菌体的尾部借尾丝的帮助固着在敏感细胞的细胞壁上；噬菌体与大肠杆菌相对大小吸附侵入2.侵入

尾部酶水解细胞壁的肽聚糖形成孔，尾鞘消耗ATP获得能量而收缩将尾髓压入大肠杆菌细胞，尾髓将头部的DNA注入宿主细胞内，蛋白质外壳留在宿主细胞外。

噬菌体的注射式侵入方式3.复制与聚集装配噬菌体的装配4.噬菌体的释放

噬菌体粒子成熟后，其水解酶水解宿主细胞壁而使宿主细胞裂解，噬菌体粒子被释放，进而重新感染新的宿主细胞。噬菌体的释放二、病毒的溶原性毒（烈）性噬菌体

侵入宿主细胞后，能引起宿主细胞裂解的噬菌体。

第三节病毒的繁殖温和噬菌体

侵入宿主细胞后，其核酸附着并整合在宿主染色体上，和宿主的核酸同步复制，宿主细胞不裂解而继续生长宿主DNA噬菌体DNA噬菌体DNA和宿主染色体整合病毒的溶原性反应原噬菌体

在溶原细胞内的温和噬菌体核酸称为原噬菌体。原噬菌体随宿主细胞分裂传给子代细胞，子代也成为溶原细胞。溶原性是遗传特性。原噬菌体没有感染力，一旦脱离溶原性细菌的染色体后即恢复复制能力，形成毒性噬菌体。

溶源性细胞的特点：5、溶源性细菌的复愈1、溶源性——溶源性细菌稳定的遗传特性2、自发裂解3、诱发裂解4、具免疫性一、病毒的培养特征1.液体培养

敏感菌株接种液体培养基培养液变混浊噬菌体接种培养液变透明第四节病毒的培养2.固体培养基

敏感细菌感染噬菌体形成空斑噬菌斑：噬菌体病毒感染宿主细菌后，细菌菌落就一个个地裂解成一个个空斑，这些空斑就叫噬菌斑。二、病毒的培养基3敏感细胞具备的条件（1）活的敏感细胞（2）能提供病毒附着的受体（3）敏感细胞内没有破坏特异性病毒的限制性核酸内切酶第四节病毒的培养4、噬菌体的生长的测定噬菌体生长的测定——一步生长曲线一步生长曲线：定量描述一群菌体内毒性噬菌体生长规律的实验曲线。感染后培养过程被噬菌体侵染的菌群培养过程定时取培养液与敏感菌混合平板培养不同取样时间培养液与敏感菌混合平板培养产生的噬菌斑数量的动态第四节病毒的培养病毒的滴度

指能产生培养管中的50％CPE（细胞病理效应）的最高病毒稀释度（最少的病毒量），称为TCLD50（组织培养感染剂量）若是敏感动物，则用ID50（使50％敏感动物发生变化的感染剂量）或LD50（引起50％敏感动物死亡的致死剂量）表示病毒的滴度。一、物理因素对病毒的影响1.温度宿主细胞外的病毒，55～65℃范围内1h可灭活高温灭活病毒的机理高温使病毒的核酸和蛋白质均受损伤，但灭活蛋白质更快；蛋白质变性阻碍了病毒吸附在宿主细胞上，削弱其感染力。注：低温不会灭活病毒第五节环境因素对病毒的影响一、物理因素对病毒的影响2.光及其他辐射（1）紫外辐射

灭活部位是病毒的核酸，使核酸中的嘧啶环受到影响。（2）可见光

日光对肠道病毒有灭活作用。（3）离子辐射

X射线等第五节环境因素对病毒的影响3.干燥

相对湿度（RH）病毒存活时间7％腺病毒2型8周柯萨奇病毒B32周35％肠病毒20周二、化学因素对病毒的影响1.破坏病毒蛋白质的化学物质

酚、低渗缓冲溶液环境2.破坏核酸的化学物质

甲醛，亚硝酸，氨3.影响病毒脂类被膜的化学物质

醚，十二烷基硫酸钠，氯仿等第五节环境因素对病毒的影响二、化学因素对病毒的影响三、抗菌物质对病毒的影响一般抗菌物质对病毒无灭活作用第五节环境因素对病毒的影响对一般抗生素不敏感，但对干扰素敏感四、病毒在环境中的存活和在污水处理过程中的去除效果(一)病毒在环境中的存活第五节环境因素对病毒的影响1.水体中病毒的存活温度、病毒类型3-5℃40-90d22-25℃2.5-9d37℃5d肠道病毒滴度下降99.9%所需要的时间与温度之间的关系四、病毒在环境中的存活和在污水处理过程中的去除效果(一)病毒在环境中的存活第五节环境因素对病毒的影响2.土壤中病毒的存活土壤的类型、渗滤液的流速、土壤孔隙的饱和度、pH渗滤液中的阳离子的价数（阳离子吸附病毒的能力：3>2>1）和数量、可溶性有机物和病毒的种类第五节环境因素对病毒的影响3.空气中病毒的存活污水喷灌、生物污水处理——病毒汽溶胶化四、病毒在环境中的存活和在污水处理过程中的去除效果(一)病毒在环境中的存活