环境微生物学课件

微生物学绪论一什么是微生物微生物是一些形体微小，以单细胞或简单多细胞、甚或是没有细胞结构的形式存在的低等生物的统称。

小m级：光镜可见nm级：电镜可见形体微小Thewhitebaraboverepresents10microns(0.01mm).Belowaresomeorganismsandcellsdrawntoapproximatescale.virus(0.05to0.1microns)bacteria(0.5to1.5microns)redbloodcell(5microns)lymphocyte(5to8microns)humansperm(60microns)

简单细胞简单多细胞非细胞结构结构简单低原核类：三菌(细菌、放线菌、蓝细菌)

三体(支原体、衣原体、立克次氏体)真核类：真菌原生动物单细胞藻类非细胞生物：病毒类病毒朊病毒进化地位低微生物世界之最个体最小数量最多分布最广形态最简变异最易起源最早胃口最大抗性最强食谱最广休眠最长繁殖最快种类最多二人类对微生物世界的认识过程(一)难以认识的微生物世界

1个体微小

2外貌不显

3杂居混生

4因果难联(二)微生物学史时间：8000年前~1676年特点：个体(未见细菌)思想方法：实践-实践-实践代表人物：中国劳动人民1史前期龙山文化时期裴李岗.磁山文化时期曲蘖酿酒时间：1676年~1861年特点：显微镜下见到微生物形态描述200

年左右代表人物：

Leeuwenhoek--

微生物学先驱者2初创期3奠基期时间：1861年~1897年特点：建立了一套独特研究方法进入生理学领域的研究寻找病原菌思想方法：实践-理论-实践代表人物：

(法)L.Pasteur--微生物学奠基人

(德)R.Koch--细菌学奠基人(法)L.Pasteur--微生物学奠基人否定“生命自然发生学说”巴氏灭菌法“酒病”--“腐败病”--“蚕病”--“禽病”--“人病”病因：微生物(德)R.Koch--细菌学奠基人

荣获1905年诺贝尔医学与生理学奖方法：菌种分离、培养、接种、染色病原菌：炭疽杆菌、结核杆菌柯赫假说4发展期时间：1897年~1953年特点：进入生化水平的研究形成综合性普通微生物学代表人物：(德)E.Buchner5成熟期时间：1953年~现在特点：理论--深入到分子生物学实践--深入到生物工程水平三微生物学的发展促进了人类的进步(一)医疗保健战线上的六大战役(二)微生物在工业发展过程中的六个里程碑(三)微生物学促进农业的发展(四)微生物与生态和环境保护的关系(五)微生物学对生物学基础理论研究的贡献第一章微生物的五大共性体积小面积大吸收多转化快生长旺繁殖快适应强易变异分布广种类多个体小：微米、纳米群体表面积大1扩大了吸收面、排泄面、信息交换面2是将微生物作为群体研究的依据3启发人们利用动、植物的微化意义面积/体积=比面值600/10006/1第一节

体积小面积大第二节吸收多，转化快吸收速度是人的300万倍E.coli每小时消耗自身重量2000倍的糖

意义1为微生物生长提供了充足的物质基础2使微生物发挥“活化工厂”的作用第三节生长旺，繁殖快二均分裂意义1发酵工业：2遗传学研究：缩短实验周期3致病菌：传布快，危害大鼠疫：14世纪，欧洲1/4人口死亡马铃薯晚疫病：1845~1846年，欧洲100万人口饿死肝炎：80年代上海30万人口爱滋病：津巴布韦1/4人口感染

人类(300万年)爬行类(2亿年)

两栖动物(3亿年)鱼类、陆生动物(4亿年)后生动物(6亿年)古细菌蓝细菌好氧性异养细菌真核微生物(35亿年)(32亿年)(20亿年)(15亿年)

第四节适应强，易变异适应强冷：-70~-196C热：300C酸、碱、盐：耐压：合成者+分解者双环生态系统分解者原始的单环生态系统

变异性有利面生产实践中，获得优良特性的变种不利面菌株耐药性1发酵工业中，细粮改吃粗粮2筛选耐高温菌株3筛选弱毒菌株4提高单位产量：1943年20U/ml，现在几万U/ml警钟：滥用抗生素，眼前有好处，长远有副作用40年代：注射10万单位/d现在：注射100万单位/d第五节种类多，分布广种类多生理代谢类型多代谢产物种类多微生物种数多分布广无微不至无孔不入无远不届无物不食无险不攀第二章微生物的形态和构造(一)

原核微生物一研究形态和构造的意义：形态是入门向导，构造是研究基础提高定向筛选效率掌握发酵进程、及时探测杂菌污染分类鉴定中应用二原核微生物的类群光能：蓝细菌“三菌”化能：细菌放线菌“三体”人工培养基：支原体专门寄生：立克次氏体衣原体

第一节细菌

体小而细形简而短(球、杆、弧)是一类壁坚而韧单细胞原核生物二等分裂水生性很强Myobacteriumtuberculosis(TB)二等分裂Bacteriaareallaroundus.Givengoodgrowingconditions,abacteriumgrowsslightlyinsizeorlength,newcellwallgrowsthroughthecenter,andthe"bug"splitsintotwodaughtercells,eachwithsamegeneticmaterial.Iftheenvironmentisoptimum,thetwodaughtercellsmaysplitintofourin20minutes.一细胞的形态构造及其功能(一)形态和染色杆状1形态球状螺旋状杆菌

长杆菌，如

Bactillussubtilis

短杆菌，如Escherichiacoli

球菌单、双链(分裂面一)四联球菌(分裂面二)八叠球菌(分裂面三)葡萄球菌(分裂面多)金黄色葡萄球菌螺旋菌弧菌(vibrio)<1圈螺菌(spirillum)=2~6圈螺旋体(spirochaete)>6圈

畸形物理化学因素影响(阻碍细胞发育)异常形营养条件影响衰颓形：菌龄2染色(1)细菌染色法(2)革兰氏染色法金黄色葡萄球菌大肠杆菌G+菌肽聚糖含量高，层多厚，交联度大，无类脂G-菌肽聚糖含量低，层少薄，交联度小，类脂多(二)构造1细菌细胞的一般构造

(1)细胞壁

(2)细胞膜和间体

(3)细胞质

(4)核质体2细菌细胞的特殊构造

(1)荚膜

(2)鞭毛

(3)芽孢(1)细胞壁

位于细胞最外的一层厚实、坚韧的外被，主要由肽聚糖构成，有固定外形和保护细胞等多种功能。肽聚糖肽聚糖单体双糖单位N-乙酰葡萄糖胺(G)N-乙酰胞壁酸(M)肽尾短肽(4~5个氨基酸)肽桥1~5个氨基酸溶菌酶、青霉素对细菌细胞壁的作用青霉素杀细菌Penicillinkillsbacteriabyinterferingwiththeabilitytosynthesizecellwall.Inthissequence,Escherichiacoliwereincubatedinpenicillinfor30minutes.Thebacterialengthen,butcannotdivide.Eventuallytheweakcellwallruptures(lastpanel).磷壁酸功能G+抗原(表面抗原决定因子为磷壁酸)噬菌体的吸附位点聚集阳离子Mg2+保持胞壁透性激活酶活性

G+特有的同肽聚糖混在一起的是一类分子比较短(6~9个)的阴离子多聚物以甘油磷壁酸为主链核糖醇磷壁酸脂多糖

G-特有的位于外壁外层是一类厚度8~10nm

类脂+各种多糖功能保护作用、屏障作用浓缩阳离子Mg2+、Ca2+噬菌体吸附位点G-表面抗原内毒素物质基础外壁层中的蛋白质周质空间(Periplasmicspace)第二节放线菌Actinomycetes一定义：是一类呈菌丝状生长、主要以孢子繁殖和陆生性较强的原核生物。二放线菌近细菌特征原核菌丝直径与细菌相仿细胞壁的主要成分是肽聚糖有鞭毛的放线菌孢子同细菌鞭毛相同放线菌噬菌体同细菌的相似pH值同多数细菌相似，呈碱性DNA重组方式同细菌同核糖体为70S对溶菌酶敏感同细菌有相同敏感的抗生素三放线菌的分布土壤空气、水体、反刍动物肠道四放线菌的作用利产生抗生素、生产酶制剂、提取维生素、固氮作用害动植物病害结核杆菌麻风杆菌疮痂病五放线菌的形态构造(一)形态构造1基内菌丝2气生菌丝3孢子丝吸收营养气生菌丝及孢子丝功能：繁殖直、钩状、螺旋状(圈数、方向)、轮生、螺旋数目、疏密程度、旋转方向等等(二)放线菌的繁殖横割分裂干燥、小、密菌落表面颜色为孢子丝颜色+孢子的颜色菌丝细，直径同细菌类似菌丝密菌落边缘下陷，难以挑起。六放线菌的菌落

第三节蓝细菌(cyanobacteria)异型胞第四节支原体、立克次氏体和衣原体斑疹伤寒突尼斯，巴斯德研究所，尼科尔(1928年诺贝尔奖)，体虱H.T.Ricketts,1910年去世一支原体(Mycoplasma)类菌质体、类胸膜肺炎微生物是一类无壁、G-、能通过细菌滤器、可以人工培养的最小型原核生物。特征无细胞壁，多形(可通过细菌滤器、对抑制细胞壁的青霉素和溶菌酶不敏感、对抑制蛋白质的抗生素敏感膜(外、中、内)三层二等分裂、少芽殖菌落形态：油煎蛋状二立克次氏体(Rickettsia)是一类只能寄生在真核生物细胞内的革兰氏阴性原核微生物。特征有细胞壁(对抑制细胞壁的青霉素和溶菌酶敏感二等分裂有不够完整的产能代谢途径，利用谷氨酸产能而不能利用葡萄糖三衣原体(Chlamydia)是一类在真核细胞内营专性能量寄生的小型革兰氏阴性原核生物生活史萤光抗体染色，黄绿色为衣原体能量寄生物

原体小细胞(壁厚)寄主细胞

始体(空泡)大细胞(壁薄)包涵体破裂大量繁殖感染2特殊结构(1)荚膜capsule某些细菌壁外存在着一层厚度不定的胶状物质。成分多糖多肽功能非必需的储藏养料，堆积代谢产物保护作用附着的物质基础种类菌胶团意义鉴定菌种制成代血浆或Sephadex污水处理三次采油

微荚膜荚膜粘液层

某些细菌长在体表的长丝状、波曲的附属物。鞭毛细丝：鞭毛球蛋白三条丝状亚基一条鞭毛细丝钩形鞘：蛋白质亚基组成基体：套管作用(2)鞭毛flegellumAmotileE.colipropelsitselffromplacetoplacebyrotatingitsflagella.Tomoveforward,theflagellarotatecounterclockwiseandtheorganism"swims".Butwhenflagellarrotationabruptlychangestoclockwise,thebacterium"tumbles"inplaceandseemsincapableofgoinganywhere.Thenthebacteriumbeginsswimmingagaininsomenew,randomdirection.Swimmingismorefrequentasthebacteriumapproachesachemoattractant(food).Tumbling,hencedirectionchange,ismorefrequentasthebacteriummovesawayfromthechemoattractant.Soitisacomplexcombinationofswimmingandtumblingthatkeepstheminareasofhigherfoodconcentrations.

鞭

毛

运

动原核生物与真核生物鞭毛差异(3)芽孢Endospore某些细菌在其生长发育后期，可在细胞内形成一个圆形或椭圆形抗逆性休眠体。

芽孢的形成图示为苏云金芽孢杆菌。芽孢的萌发

由休眠状态的芽孢变为营养状态的细菌过程。活化出芽生长芽孢耐热机制

筛选利保存菌种、鉴定菌种灭菌指标：121℃，10‘

食品工业：罐头发胖害发酵工业产毒菌DPA-Ca吡啶二羧酸钙盐学说皮层膨胀学说实际意义二细菌群体形态菌落(colony)

以母细胞为中心的、肉眼可见的、有一定形态构造的子细胞群体。克隆(clone)

如果菌落是由一个单细胞发展而来的，则它就是一个纯种细胞群或克隆。菌苔(lawn)

大量细胞密集地接种到固体培养基表面，结果长成的“菌落”连成一片。菌落形态是个体形态的集中表现

个体群体球状体小、圆、隆起杆状大、圆、隆起大、扁平鞭毛很大、不规则芽孢透明度差，皮肤状皱褶荚膜群体透明度高，鼻涕状，菌落大(2)细胞膜紧贴细胞壁内侧的一层由磷脂和蛋白质组成的柔软、富有弹性的半透性薄膜功能渗透作用、层析作用主动运输合成基地三基地产能基地酶基地助鞭毛运动间体mesosome

由细胞膜内褶形成的一种管状、层状或囊状结构，一般位于细胞分裂部位或其邻近，其功能主要是促进细胞间隔的形成并与遗传物质的复制及其相互分离有关。(3)细胞质

透明粘液状物质核酸、蛋白质、脂类、糖无机盐、水

C源糖朊有机PHB(聚β-羟丁酸)

藻青素储藏物N源核糖体多肽内含物无机异染颗粒硫磺气泡类囊体羧酶体聚β-羟丁酸功能储藏能源和碳源维持细胞中性环境，避免酸性增高降低细胞渗透压芽孢杆菌固氮菌

由β-丁酸单位形成的直链聚合物，集合成高度折射性的小球状物，随细胞老化更加突出。异染颗粒主要成分偏聚磷酸盐多聚磷酸盐异染现象

这些颗粒可以用很多碱性染料染色。如用甲苯胺蓝染色时同多聚磷酸盐结合成淡红紫色储藏能源和磷源降低渗透压菌种鉴定功能羧酶体

是化能自养类细菌所特有的内膜结构，被一层厚约3.5nm的蛋白质单层膜所包围，是固定CO2的场所。

1,5-2P核酮糖羧化酶酶系Calvine循环中的关键酶

5-P核酮糖激酶气泡

由一层膜包起来，该膜由蛋白质组成，含有重复的蛋白质亚单位。功能使细胞具浮力有利于吸收溶解氧细胞骨架

(4)核质体细菌为大型环状的双链DNA，多为0.25~3mm。每个细菌所含的核质体为1~4个，少数有20多个。核质体为单倍体，仅在染色体复制的短期为双倍体。

第三章微生物的形态和构造(二)

真核微生物EukaryoticMicroorganism膜具有固醇胞壁化学凡是细胞核具有核膜，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的微小生物，就称为真核微生物，包括真菌，原生动物和显微藻类三大类；其中真菌又分为酵母菌，霉菌和大型真菌（覃菌）三类。原核生物向真核生物的进化第一节酵母菌--单细胞真菌

Saccharomycetaceae酵母菌在自然界分布很广，主要生长在偏酸性的含糖环境中。其形态通常呈球状，卵圆状，椭圆状等，可进行无性繁殖和有性繁殖。一酵母菌的形态构造(一)细胞壁外层：甘露聚糖中间：蛋白质内层：葡聚糖(二)细胞膜功能：(三)细胞核及其它

无性：出芽生殖、裂殖、产掷孢子有性：子囊孢子二酵母菌繁殖假菌丝生活史营养体为n或2n营养体只为n营养体只能2n啤酒酵母生活史三酵母菌菌落湿润、光滑稠厚、不透明边缘整齐色调单一啤酒酵母菌落红酵母菌落第二节霉菌——丝状真菌Mould,Mold霉菌：喜温湿，具丝状、绒毛或蛛丝网状的菌丝体，陆生性强，无大型子实体，易引起工农业产品变的真菌。thefruitingbodyoftheLamprodermaslimemold作用工业应用：有机酸(柠檬酸、葡萄糖酸等)，酶制剂(淀粉酶、果胶酶、纤维素酶等)，抗生素(青霉素、灰黄霉素)生产传统食品基本理论研究工农业产品霉变植物、动物病害：黄曲霉素、黄米毒素、杂色曲霉素、展青酶素

一菌丝有隔菌丝无隔菌丝菌丝的顶端生长二菌丝体(一)营养菌丝体特化形态1假根2吸器3附着胞4附着枝5菌核6菌索7匍匐菌丝8菌环、菌网(二)

气生菌丝体特化形态结构简单的子实体分生孢子头孢子囊担子(有性)结构复杂的子实体分生孢子器分生孢子座分生孢子盘子囊果(有性)芽孢子无性孢子游动孢子孢囊孢子分生孢子节孢子厚垣孢子芽孢子掷孢子有性孢子卵孢子子囊孢子结合孢子三真菌的孢子节孢子分生孢子孢囊孢子真菌的有性生殖脉孢霉是研究遗传学的好材料，它的子囊孢子在子囊内呈单向排列，表现出有规律的遗传组合。质配、核配、减数分裂四霉菌菌落

图示为青霉菌，左为灰黄青霉菌，右为产黄青霉菌。图示为黑曲霉菌落。松：菌丝粗，分布散干：丝状、粉状大：同细菌、放线菌菌落比较颜色：基内菌丝、气生菌丝、孢子

四大类微生物菌落形态特征的比较第四章微生物的形态和构造

(三)非细胞型生物病毒--核蛋白体核酸蛋白质病毒

类病毒亚病毒拟病毒朊病毒活的证据：有繁殖、传播疾病的能力死的证据：可被结晶。结晶性具僵硬、固定、排列规矩第一节病毒病毒是超显微的大分子生物无细胞结构只含一种核酸专性活细胞内寄生体外可以无生命状态存在且保持其侵染性特点：小可通过细菌滤器成分：一种核酸+蛋白质缺乏酶类、无核糖体、无蛋白质合成系统专性活细胞内寄生可结晶，且可在外界长期保存特殊的繁殖方式：复制+装配对干扰素敏感，对抗生素不敏感一病毒形态构造和化学组成(一I病毒的大小单位为nm，即10-9mm(二)病毒的形态1典型的病毒粒子

核衣壳病毒粒子包膜核心：DNA或RNA衣壳：衣壳粒蛋白2构型(1)烟草花叶病毒(TMV)---螺旋对称衣壳衣壳蛋白：占95%，2130个衣壳粒核心RNA：占5%，ssRNA300nm÷2.3nm/圈=130圈130圈 ×161/3个/圈=2130

(2)腺病毒(ADENOVIRUS)---二十面体立体对称1953年发现形状：二十面体腺质体致病性：消化道炎症等。12个顶角20个面30个边衣壳：252个衣壳粒

12个五邻体，240个六邻体核心：dsDNA，线状(3)T偶噬菌体---复合对称

头部尾部目前噬菌体基本形态分为3种蝌蚪形>微球形>丝状椭圆形20面体衣壳粒212内含DNA和中心蛋白螺旋对称衣壳粒144个注射核酸的通道3病毒群体形态包涵体：某些感染病毒的宿主内，出现光镜可见的大小、形态和数量不等的小体。噬菌斑：把适量噬菌体倒在充满细菌的营养琼脂表面，培养一定时间后噬菌体裂解细菌后留下的空斑。空斑、病斑：动物单层细胞培养病毒后留下的，类似于噬菌斑。枯斑：病毒作用于植物留下的局部坏死部分。(三)病毒的化学组成1病毒的核酸RNA多为ss，DNA多为ds2病毒的蛋白质结构蛋白：位于颗粒外表，起保护作用；决定病毒的抗原性酶蛋白：分解性酶；合成性酶病毒侵入后的三种结局裂性噬菌体增殖吸附、侵入、增殖(复制)、装配、释放二病毒的繁殖---以噬菌体为例1吸附位点：受体、性菌毛等过程：随机碰撞、尾丝散开、固着、刺突插入、基板固定感染复数(multiplicityofinfection)：每一敏感细胞可吸附的相应噬菌体的数量。自外裂解(lysisfromwithout)内裂解：2侵入过程：尾丝展开、释放溶菌酶、尾丝尾鞘收缩、DNA注入动物病毒借助胞饮作用或直接穿过膜，植物病毒则通过伤口或昆虫刺吸传染3增殖(1)核酸复制核酸复制核酸转录蛋白质合成DNA病毒(poxvirus)的复制(2)核酸转录

(3)蛋白质合成4装配DNA分子的缩合通过衣壳包裹DNA而形成头部尾丝和尾部其它部件独立装配完成头部与尾部相结合装上尾丝成熟的病毒粒子从被感染细胞内转移到外界的过程。没有包膜的病毒合成溶解细胞的酶，引起内裂解。有包膜的病毒以下图方式进行：5释放三一步生长曲线一步生长曲线：定量描述烈性噬菌体生长规律的实验曲线。裂解量=裂解期平均噬菌斑数潜伏期平均噬菌斑数裂解量：每个被感染细菌释放新的噬菌体的平均数称为“平均收获量，也称裂解量。四溶源性溶源性：温和噬菌体侵入宿主细胞后产生一种新的特性，称为溶源性。1温和噬菌体(temperatephage)：噬菌体吸附或侵入细胞后，其DNA只整合在宿主核染色体组上，并可长期随宿主DNA的复制而同步复制，一般不进行增殖或引起宿主细胞裂解的噬菌体。原噬菌体(前噬菌体)：整合在宿主染色体上的温和噬菌体核酸。游离态：具感染性的病毒粒子整合态：原噬菌体，附着或整合在细菌染色体上营养态：在宿主细胞内指导特定的病毒核酸和蛋白质的合成2溶源性细菌：含有原噬菌体(温和噬菌体)的细菌称为溶源性细菌。溶源性细菌基本特性：(1)溶源性是溶源性细菌的一个极其稳定的遗传特性(2)自发裂解(3)诱发裂解(4)具“免疫性”(5)溶源性细菌的复愈：非溶源化(6)溶源转变：可获得一些新的生理特性E.coli

K12(λ):表示一株带有λ前噬菌体的大肠杆菌K12溶源菌株。三逆转录病毒(Retrovirus)的复制、增殖和致癌原理1癌症：现在知道是受累组织生长紊乱而又不受约束。现知约200多种，15%为病毒所引起，另主要为突变所引起。2逆转录病毒：Temin(1964年)研究劳斯肉瘤病毒(RSV)，提出的前病毒学说(provirustheory)。1970年发现了逆转录酶，荣获了诺贝尔医学和生理学奖。逆转病毒是一类具有包膜的、含ssRNA的球状病毒，呈二十面体。它除含有一些一般病毒所具有的ssRNA、蛋白质、脂肪和糖类外，还含有反转录酶(reversetranscriptase)、核糖核酸酶H(RNaseH可降解RNA-DNA杂种分子中的RNA链)、转化蛋白和DNA连接酶等，艾滋病数字近二十年来1600万人受感染而死全球感染者累计已达5000万1999年有260万人因之死亡新感染者中儿童和青少年居多，全球1999年儿童新感染者为560万“重灾区”为女性，感染者人数超过男性个别南部非洲国家有1/4的人口感染去年全球每分钟有11人感染目前非洲每天为此举行5500个葬礼在不到十年的时间，我国的HIV-1携带者由1千余人上升到30万我国感染者60%为吸毒者注射毒品时感染病毒，其次为性行为传播和母婴关系传播3艾滋病-获得性免疫缺损综合症80年代流行的AIDS(acquiredimmunedeficiencysyndrome)，病原体为人类免疫缺损病毒(HIV，humanimmnodeficiencyvirus)。猿免疫缺损病毒(SIV，simianimmnodeficiencyvirus)人类免疫缺损病毒(HIV，humanimmnodeficiencyvirus)艾滋病(AIDS，acquiredimmunedeficiencysyndrome)艾滋病病毒起源：一是认为这是美国政府的一个生物武器试验；二是认为HIV病毒来源于科学家们早期在非洲对脊髓灰质炎疫苗的试验。HIV感染人体时先由其表面糖蛋白gp120与人辅助T细胞(即T4细胞)表面蛋白CD4特异结合，gp120流在细胞表面而病毒进入T4细胞内。在逆转录酶作用下，以RNA为模板由病毒DNA聚合酶催化得到原病毒DNA并整合到宿主细胞DNA基因组中进行繁殖。由于gp120都留在T4细胞表面，使得其像HIV病毒一样可以去感染另一个T4细胞而形成大的多核合胞体。T4细胞被感染，则失去免疫功能，人则患上爱滋病。这样，使人体变为没有军队的国家，只能招募“雇佣军”--抗生素。一旦雇佣军不济时则全线崩溃，死于象肺结核、肝炎及生理上的一些常见疾病。第二节亚病毒类病毒：最小的、只含RNA一种成分、专性细胞内寄生的分子生物。拟病毒：包裹在植物病毒中的类病毒。病毒

类病毒亚病毒拟病毒朊病毒priondiseasesScrapie:sheep羊搔痒病TME(transmissibleminkencephalopathy):minkCWD(chronicwastingdisease):muledeer,elkBSE(bovinespongiformencephalopathy):cows疯牛病CJD(Creutzfeld-JacobDisease):human克-雅氏病朊病毒(Prion)：普列昂：Proteininfection蛋白质侵染因子，是一类能侵染动物并在宿主细胞内复制的小分子无免疫性的疏水蛋白质。

1982年，美国病毒学家Prusiner发现羊搔痒病致病因子为一种蛋白质，是一种不含核酸的微蛋白颗粒，形态为杆状颗粒，直径25nm，长100-200nm，对朊病毒影响最大的为蛋白酶、氨基酸化学修饰剂和蛋白质变性剂。其复制机制违背了现行的中心法则。

中心法则理由1：RNA核苷酸比DNA核苷酸更容易合成，DNA可能是从RNA进化来的，比RNA更稳定，其作为遗传力的保管员的作用要胜过RNA。如逆转录病毒，它仍携带遗传信息；理由2：新近发现RNA具有酶的功能，称酢酶。进化的结果蛋白质完全担负起了催化的功能。如月元病毒也能携带信息。第五章微生物的营养和培养基营养(Nutrition)tosynthsize(buildup)protoplasmtosupplyenergyforalllifeprocesses营养物(nutrient)第一节微生物的六种营养要素碳源Acarbonsource(e.g.,carbohydrate)氮源Anitrogensource(e.g.,proteinorammonia)能源Energy生长因子Essentialmetabolites(vitamins;possiblyaminoacids)无机盐Certaininorganicions水Water一碳源(carbonsource)(一)定义：凡是可以被微生物用来构成细胞物质的或代谢产物中碳素来源的营养物质(二)碳源谱：如教材表5-2(三)碳源特点1依碳源分类自养微生物：利用无机碳源，如CO2、碳酸盐异养微生物：利用有机碳源，如葡萄糖、淀粉等2最适碳源C-H-O最适碳源糖>醇>有机酸>脂类最适糖类单糖>双糖>多糖最适单糖已糖>戊糖最适多糖淀粉>纤维素>木质素、几丁质二氮源(nitrogensource)(一)定义：凡是可以被微生物用来构成菌体物质的或代谢产物中氮素来源的营养物质(二)碳源谱：如教材表5-4(三)碳源特点1氮源主要不提供能量2最适碳源

NHCO>NH>NO>N23速效氮源：以蛋白质降解产物存在的氮源

迟效氮源：以蛋白质形式存在的氮源三能源(energysource)能源，就是能为微生物的生命活动提供最初能量来源的营养物或辐射能。异养微生物的能源就是其碳源单功能营养物：如辐射能双功能营养物：NH4+是硝酸细菌的能源和氮源三功能营养物：如”N.C.H.O”是异养微生物的能源、碳源及氮源。有机物：化能异养微生物的能源（同碳源）无机物：化能自养做生物的能源（不同于碳源）辐射能：光能自养和光能异养微生物部能源化学物质能源谱四生长因子(growthfactor)微生物在生长过程中不能自已合成的生长繁殖必需的需要量较少的外界加入的有机物是生长因子谱：维生素氨基酸嘌呤(或嘧啶)提供方式：原料：酵母膏、玉米浆、肝浸出液、麦芽汁、新鲜动植物组织五无机盐(

inorganicions)大量元素：生长所需浓度为10-3~10-4mol/L的元素微量元素：生长所需浓度为10-6~10-8mol/L的元素六水(water)1水的功能胞外：溶剂(营养物质吸收)溶剂(代谢产物的分泌)反应介质胞内维持膨压组成成分：70~90%左右调节温度：水的比热高光合反应、蛋白质水解中，水是反应物氧化、聚合、葡萄糖酵解中，水是生成物2水活度：在相同的温度、压力下，溶液中水的蒸汽压和纯水蒸汽压之比。P溶液P水aw=细菌>酵母菌>霉菌、放线菌>耐盐菌0.9~0.990.8以上0.7以上0.6以上第二节微生物的营养类型异养型：生长时需要复杂有机物作为营养物质的机体。自养型：生长时能以简单无机物作为营养物质的机体。化能营养型：

X还原型+A氧化型

X氧化型+A还原型+能量光能营养型：光能化学能色素第三节营养物质进入细胞的方式无载体不耗能溶质分子不变扩散不耗能溶质分子不变促进扩散有载体耗能溶质分子不变主动运输溶质分子改变基团移位膜功能运送营养物质排泄(代谢产物)简单扩散促进扩散主动运输基团移位第四节培养基是一种人工配制的、适合微生物生长繁殖或产生代谢产物用的营养。原则目的明确营养协调物理化学条件适宜经济节约方法生态模拟查阅文献精心设计试验比较一设计培养基的原则和方法1目的明确何菌？何产物？何种规模？自养菌：不能含有有机物异养菌：供给有机物细菌：牛肉膏蛋白胨培养基放线菌：高氏一号培养基酵母菌：麦芽汁培养基霉菌：查氏培养基主流代谢支流代谢实验室培养种子罐培养发酵罐培养2营养协调1各营养元素之间的比例要协调H2O>C>N>P、S>Mn、Co>生长因子110-210-310-410-510-6

2C/N比率：在微生物的培养基中所含的碳源中碳原子摩尔数与氮原子摩尔数之比。细菌、酵母菌C/N=5/1霉菌、放线菌C/N=10/1氮源过多：菌体生长过旺，不利于积累代谢产物氮源不足：菌体繁殖受到抑制，代谢产物积累(1)控制pH值细菌：7.0~7.5放线菌：7.0~7.5霉菌：4.0~5.8酵母菌：4.0~5.83物理化学条件适宜(2)培养基pH值调节方式缓冲液内源性备用碱:CaCO3

外加调节：直接加酸、碱(工业适用)KH2PO4K2HPO4等克分子量，pH值为6.8(3)调节O2和CO2浓度好氧菌：空气、通气厌氧菌：加入还原剂等4经济节约二培养基的种类及用途(一)按微生物种类(二)按培养基成分细菌：牛肉膏蛋白胨培养基放线菌：高氏一号培养基酵母菌：麦芽汁培养基霉菌：查氏培养基合成培养基半合成培养基天然培养基伊红美蓝培养基(EMB培养基)菌样涂布EMB平板上(三)按培养基用途乳糖发酵乳糖不发酵：无色菌落能力强：紫色菌落能力弱：棕色菌落大肠杆菌沙门氏菌属等产气杆菌等基本培养基富集培养基鉴别培养基固体培养基半固体培养基液体培养基(四)按培养基物理状态加凝固剂：明胶、硅胶、琼脂1.5~2%天然固体：米糠、木屑、马铃薯块滤膜：微孔醋酸纤维薄膜凝固剂为0.5%左右无凝固剂无营养、无分解能力，融点96℃，凝点40℃第六章微生物的代谢和发酵

新陈代谢=分解代谢+合成代谢

分解代谢酶系合成代谢酶系(有机物)复杂分子简单分子+ATP+[H]

第一节微生物的能量代谢

有机物最初能源

日光通用能源还原态无机物化能异养菌光能营养菌化能自养菌(ATP)相当于货币、电力一样一化能异养菌的生物氧化1生物氧化：三个形式(被氧化的形式)2生物氧化的“三、三”与氧化合失去电子脱氢基质底物脱氢递氢受体受氢产能产[H]产小分子中间代谢物H2+1/2O2H2OCH3CHOHCOOHCH3COCOOH+2H++2eFe2+Fe3++e三个阶段(形成能量阶段)三个产物(生物氧化功能)生物合成三要素3异养微生物的产能代谢(从阶段上看)(1)EMP途径根据主要代谢产物的不同，将微生物通过EMP途径发酵分为下列六种类型

酵母的乙醇发酵同型乳酸发酵丙酸发酵丁二醇发酵混合酸发酵丁酸发酵丁酸型发酵丙酮-丁醇发酵丁醇-异丙酮发酵丙酮酸的主要去路厌氧：乙醇发酵、乳酸发酵有氧：2分子丙酮酸加入三羧酸循环(2)HMP途径可分为两个阶段：葡萄糖经磷酸化脱氢、脱羧，形成五碳糖五碳糖经转酮、转醛作用重新合成六碳糖戊糖磷酸支路的生物学意义是直接由葡萄糖起始的、完整的、可单独进行的途径，可以和EMP途径相互补充，增加机体的适应能力。经此途径，糖被彻底分解，故可与三羧酸循环等氧化途径相配合。是还原辅酶II(NADPH2)的提供者，还原型辅酶II是许多生化反应所必不可少的。它的产物是许多重要合成的必要底物。(3)ED途径是少数缺乏完整EMP途径的微生物的替代途径。Enter-Doudoroff途径2-keto-3-deoxy-8-phosphe-gluconicacid2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡糖酸裂解途径(KDPG途径)特点代谢速度快转化率高菌体生存少发酵温度高三羧酸循环(二)递氢和受氢“氢传递”实质上是电子转移。[H]=[H++e-]H+被释放在细胞液中。

呼吸作用有机物CO2O2(外在电子受体存在)(气态氧被还原为水)碳流电子流

发酵作用有机物发酵产物(如乙醇、乳酸等)内部氧化还原作用(无外在电子受体存在)(只有一小部分力量放出水)碳流电子流

无氧呼吸作用有机物CO2氧化态NO3-、SO42-、CO32-(还原为NO2-、SO32-、CH4)碳流电子流1呼吸在生物氧化时以分子氧为最终电子受体。细菌呼吸链特点组分在膜上由一系列氧还电位不同的运转体按顺序组成电子由低电位向高电位流动与氧化磷酸化偶联，产ATP氧化载体的取代性强氧化载体可增可减有分支呼吸链的存在

有机物CO2O2(外在电子受体存在)(气态氧被还原为水)碳流电子流2无氧呼吸在生物氧化时呼吸链末端的最终电子受体为无机氧化物。有机物CO2氧化态NO3-、SO42-、CO32-(还原为NO2-、SO32-、CH4)碳流电子流3发酵作用有机物发酵产物(如乙醇、乳酸等)内部氧化还原作用(无外在电子受体存在)(只有一小部分力量放出水)碳流电子流微生物以有机物为基质，以有机物为最终电子受体的生物氧化过程。狭义广义廉价的原料

有用的代谢产物有O2、无O2有益微生物根据主要代谢产物的不同，将微生物通过EMP途径发酵分为下列六种类型

酵母的乙醇发酵同型乳酸发酵丙酸发酵丁二醇发酵混合酸发酵丁酸发酵丁酸型发酵丙酮-丁醇发酵丁醇-异丙酮发酵二化能自养菌的生物氧化1氢细菌是依靠H2的氧化获得能量，以CO2为碳源的自养菌。氢细菌利用氢化酶氧化分子氢，产生生物合成所需要的能量。2硝化细菌亚硝酸细菌亚硝酸细菌：NH3NO2-硝酸细菌:NO2-NO3-硝酸细菌3硫细菌包括光能自养硫细菌和化能自养硫细菌氧化磷酸化底物磷酸化三细菌的光合作用能量来源：光能ATP细菌叶绿素(光合细菌)光合色素：叶绿素(蓝细菌)细菌视紫质(盐细菌)光合磷酸化：由光能引起叶绿素分子逐出电子，并通过电子传递来产生ATP的方式。类型光合色素环式光合磷酸化非环式光合磷酸化(一)生物氧化和产能1环式光合磷酸化还原力怎么解决？2非环式光合磷酸化还原力来自于水的光解3嗜盐菌紫膜的光合作用1Calvin循环羧化反应还原反应CO2受体的再生(二)自养生物CO2的固定2乙酰-辅酶A途径3还原性TCA循环途径四微生物独特合成途径举例1定义：N2+6[H]2NH3生物固氮固氮生物Mg2++ATP2固氮生物的种类

(1)自生固氮菌：能独立进行固氮的微生物

(2)共生固氮菌：与它种生物共生时才能固氮的微生物

(3)联合固氮菌：必须生活在植物跟际、叶面或动物肠道等处才能固氮的微生物

从固氮生物在分类上高度分散来推断，固氮作用应是原始生物的基本代谢之一3固氮生物的生化机制(1)固氮的必要条件ATP供应还原力及其载体固氮酶还原底物N2镁离子严格的厌氧微环境(2)固氮酶(3)固氮酶活力测定定氮法同位素法乙炔法(1965年)HCCHH2CCH2(4)固氮的生化机制固氮酶H23固氮菌中对固氮酶的保护(1)自生固氮菌的保护呼吸保护作用构象保护作用(2)蓝细菌固氮酶的保护还原性异形胞时空分隔、束状群体、微氧环境等等(3)根瘤菌的抗氧保护豆血红蛋白第七章微生物的生长及其控制个体生长个体繁殖群体生长平衡生长量数量群体生长=个体生长+个体繁殖第一节测定微生物繁殖的方法一、测生长量直接法间接法比例计数法血球计数法测体积称干重比浊法生理指标法直接法间接法液体稀释法平板菌落计数法二、测繁殖数第二节微生物的生长规律一、细菌的个体生长和同步生长1、同步培养（synchronousculture）：即设法使群体中的所有细胞尽可能都处于同样细胞生长和分裂同期中，然后分析此群体的各种生物化学特征，从而了解单个细胞所发生的变化。2、同步生长（synchronousgrowth）：通过同步培养而使细胞群体处于分裂步调的状态，就称同步生长。二、典型生长曲线1、典型生长曲线：将菌种接种在液体培养基中隔一定时间取样，计算菌数，以菌数的对数为纵坐标，生长时间为横坐标作图。包括延滞期、指数期、稳定期和衰亡期等四个时期R(生长速率常数)=分裂次数(代)/单位时间霉菌的生长曲线是否是典型生长曲线？固体培养基表面菌落是否为典型生长曲线？？（一）延滞期（lasphase）

1特点：细胞数目不增加(R=0)细胞长、大代谢旺盛(RNA含量增加)诱导酶迅速合成对不良条件敏感，抵抗力降低2影响因素菌种接种龄：即“种子”的群体生长年龄，即处在生长曲线上的哪一个阶段，这是一种生理年龄。接种量：接种量的大小明显影响延滞期的长短。种子培养基成分：接种到营养丰富的天然培养基中的微生物，要比接种到营养单调的组分培养基中的延滞期短。（二）指数期（exponentialphase）

1特点：生长速率常数最大，繁殖数>死亡数代时短，即细胞每分裂一次所需的代时G（增代时间，generationtime）或原生质增加一倍所需的倍增时间（doublingtime）最短.成分均匀酶活力高，酶系活跃，代谢旺盛。2三个重要参数（三）稳定期（stationaryphase）

1特点：细胞数目不增加(R=0)，即处于新繁殖的细胞数与衰亡的细胞数相等，或正生长与负生长相等的动态平衡之中。菌体产量达到了最高点，而且菌体产量与营养物质的消耗间呈现出一定的比例关系细胞长、大代谢旺盛(RNA含量增加)诱导酶迅速合成对不良条件敏感，抵抗力降低2稳定期到来的原因主要是：营养物尤其是生长限制因子的耗尽；营养物的比例失调，如C／N比值不合适；酸、醇、毒素或H20等有害代谢产物的累积；pH、氧化还原势等物化条件越来越不适宜。3应用

稳定期是以生产菌体或与菌体生长相平行的代谢产物，例如单细胞蛋白、乳酸等为目的的一些发酵生产的最佳收获期，也是对某些生长因子例如维生素和氨基酸等进行生物测定的必要前提。此外，由于对稳定期到来的原因进行研究，还促进了连续培养技术的设计和研究。（四）衰亡期（declinePhase或deathPhase）1特点：个体死亡的速度超过新生的速度(繁殖数<死亡数)，整个群体就呈现出负生长（R<0）。细胞形态多样，例如会产生很多膨大、不规则的退化形态；有的微生物因蛋白水解酶活力的增强就发生自溶（autolysis）；有的微生物在这时产生或释放对人类有用的抗生素等次生代谢产物；在芽抱杆菌中，芽抱释放往往也发生在这一时期。2影响因素环境不利，分解代谢速度>>合成速度三微生物的连续培养

连续培养（continuousculture）又称开放培养（openculture），是相对于上述绘制典型生长曲线时所采用的那种单批培养（batchculture）或密闭培养（closedculture）而言的。原理：通过认识稳定期到来，并采取相应的有效措施：反“稳定期”的到来。。恒法器（turbidostat）这是根据培养器内微生物的生长密度，并借光电控制系统来控制培养液流速，以取得菌体密度高、生长速度恒定的微生物细胞的连续培养器。在恒浊器中的微生物，始终能以最高生长速率进行生长，并可在允许范围内控制不同的菌体密度。恒化器（chemostat或bactosen）与恒浊器相反，恒化器是一种设法使培养液流速保持不变，并使微生物始终在低于其最高生长速率条件下进行生长繁殖的一种连续培养装置。这B一种通过控制某一种营养物的浓度，使其始终成为生长限制因子的条件下体到的，第三节理化因子对微生物生长的影响

一温度生长温度的三基点最低温度最适温度最高温度最适温度：某菌分裂代时最短、生长速率最高的温度。嗜冷菌：<20℃中温菌：20~45℃嗜热菌：>45℃二氧气1微生物与O2关系2厌氧菌受氧毒害机制三pH值

缓冲液内源性备用碱:CaCO3

外加调节：直接加酸、碱(工业适用)等克分子量，pH值为6.8KH2PO4K2HPO4一基本概念第二节有害微生物的控制1灭菌2消毒3防腐4化疗二高温灭菌

湿热灭菌效力高的原因：1)有水，蛋白质易凝固2)热蒸汽的穿透力强3)蒸汽有潜热存在三化学杀菌剂(一)表面消毒剂对一切活细胞都有毒性、不能用作活细胞内的化学治疗用的化学药剂石炭酸系数：在一定时间内被试药剂能杀死全部供试菌的最高稀释度与达到同效石炭酸的最高稀释度的比率。(二)化学治疗剂抗代谢药物--磺胺类嘌呤对抗物--6-巯基嘌呤氨基酸对抗物--5-甲基色嘌呤吡哆醇对抗物--异烟肼抗代谢药物一磺脓类药物1934年德国Domagk对各种偶氮染料进行抗菌试验--

‘百浪多息’可治疗人的链球菌病及儿童的丹毒磺胺是PABA的结构类似物，发生竞争性桔抗作用，形成“假二氢叶酸”(三)抗生素由生物在其生命活动中产生的一种次生代谢物，在低浓度时可抑制或杀死其它的微生物。抗菌谱：抗生素对微生物作用的范围。抗生素的作用方式抑制细胞壁的形成：青霉素、杆菌肽、环丝氨酸阻碍核酸的合成：利福霉素、丝裂霉素、博莱霉素干扰蛋白质的合成：链霉素、红霉素、四环素损伤细胞膜的功能：多粘菌素、短杆菌素多粘菌素萘啶酸、诺氟沙星、环丙沙星第八章微生物的遗传变异和育种遗传(heredity)遗传型(genotype)表型(phenotype)变异(variation)饰变(modification)第一节遗传变异的物质基础一遗传的物质基础1DNA复制2转录3转译原核生物只有一种RNA多聚酶转录后不需加工，直接作为mRNAmRNA只能存活几分钟、几小时转录和转移可同时进行，是偶联的原核生物的mRNA是多基因的(polycistronic)，即它们编码几个多肽二证明DNA为遗传物质的三个经典实验1转化实验2噬菌体感染实验3病毒的拆开和重组实验七个水平细胞水平细胞核水平染色体水平核酸水平基因水平密码子水平核苷酸水平三遗传物质在细胞内的存在部位和方式1细胞核