微生物学教完整版本

PAGEPAGE2微生物学教程绪论1.微生物是形体微小、单细胞或个体结构简单的多细胞、甚或无细胞结构的低等生物的通称。2.微生物的特点：个体微小、构造简单、进化地位低。3.微生物的分类：原核类、真核类、非细胞类。4.微生物学简史分期史前期初创期奠基期发展期成熟期时间/年约800年前-16761676-18611861-18971897-19531953-至今实质朦胧阶段形态描述阶段生理水平研究阶段生化水平研究阶段分子生物学水平研究阶段开创者各国劳动人民列文.虎克①巴斯德

②科赫E.BUCHNER-生物化学奠基人J.WATSON和F.CRICK-分子生物学奠基人特点①未见微生物个体②凭经验利用微生物①观察微生物个体

②形态描述①微生物学建立

②创立微生物学方法

③实践-理论-实践

④建立分支学科

⑤寻找病原菌①酵母菌

②代谢系统

③普通微生物学

④寻找有益代谢产物

⑤微生物工业化培养技术①微生物生命活动规律

②发酵工程

③分支学科的发展

④基础理论和实验技术

⑤微生物基因组5.微生物的五大共性：①体积小，面积达；②吸收多，转化快；③生长旺，繁殖快；④适应强，易变异；⑤分布广，种类多。6.微生物学：是一门在细胞、分子或群体水平上研究微生物的形态构造、生理代谢、遗传变异、生态分布和分类进化等生命活动基本规律，并将其应用于工业发酵、医药卫生、生物工程和环境保护等实践领域的科学。第一章原核微生物的形态、构造和功能1.原核生物：一大类细胞核无核膜包裹，只存在称作核区的裸露DNA的原始单细胞生物。根据外表特征粗分为6种类型，即细菌、放线菌、蓝细菌、支原体、立克次氏体和衣原体。2.细菌的形态极其简单，基本上只有球状（球菌）、杆状（杆菌）和螺旋状（螺旋菌——弧菌、螺菌和螺旋体）。3.细菌的一般构造包括细胞壁、细胞膜、细胞质和核区等，特殊构造主要是鞭毛、菌毛、性菌毛、糖被（包括微荚膜、荚膜和粘液层）和芽孢等。4.成分占细胞壁干重的%G+细菌G-细菌肽聚糖含量很高（50～90）含量很低（～10）磷壁酸含量较高（﹤50）无类脂质一般无（﹤2）含量较高（～20）蛋白质无含量较高5.G-细菌与G+细菌的肽聚糖的差别仅在于：1）四肽尾的底3个氨基酸不是L-lys，而是被一种只有在原核微生物细胞壁上才有的内消二氨基庚二酸（m-DAP）所代替；2）没有特殊的肽桥，其前后两个单体间的连接仅通过甲四肽尾的第4个氨基酸——D-Ala的羧基与乙四肽尾的第3个氨基酸——m-DAP的氨基直接相连，因而只形成较为疏稀、机械强度较差的肽聚糖网套。6.革兰氏染色法的机制Ⅰ结晶紫液初染和碘液媒染：在细菌的细胞膜内可形成不溶于水的结晶紫与碘的复合物。Ⅱ乙醇脱色：G＋细胞壁较厚、肽聚糖网层次多和交联致密且不含类脂，遇乙醇时，因失水网孔缩小，把结晶紫与碘的复合物牢牢留在壁内，使其保持紫色；G-细胞壁薄、外膜层类脂含量高、肽聚糖层薄和文联度差，结晶紫与碘复合物的溶出，细胞退成无色。

Ⅲ复染:G-细菌呈现红色，而G+细菌则仍保留最初的紫色。凡是不能被乙醇脱色，呈蓝紫色，称为革兰氏阳性菌

G+，凡是经乙醇脱色，呈复染剂颜色，称为革兰氏阴性菌

G-，结果不同主要是细胞壁组成及结构差异造成的。重要性:革兰氏染色有着十分重要的理论与实践意义。通过这一染色，几乎可把所有的细菌分成革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌两个大类，因此它是分类鉴定菌种时的重要指标。又由于这两大类细菌在细胞结构、成分、形态、生理、生化、遗传、免疫、生态和药物敏感性等方面都呈现出明显的差异，因此任何细菌只要通过简单的革兰氏染色，就可提供不少其他重要的生物学特性方面的信息。7.细胞内含物：①贮藏物：例1：聚-β—羟丁酸（PHB-是一种存在于许多细菌细胞质内属于类脂性质的碳源类贮藏物，不溶于水而溶于氯仿，可用尼罗蓝或苏丹黑染色，具有贮藏能量，碳源和降低细胞内渗透压等作用。）、例2：异染粒；②磁小体；③羧酶体；④气泡。8.糖被德成分一般是多糖，少数是蛋白质或多肽，也有多糖与多肽复合型。9.鞭毛的长约15-20μｍ，直径为0.01-0.02μｍ。由于鞭毛过细，通常只能用电镜进行观察。原核生物的鞭毛由基体、钩型鞘和鞭毛丝3部分组成。10.菌毛直接生于细胞质膜上。11.芽孢：某些细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、含水量低、抗逆性强的休眠构造。12.伴孢晶体：少数芽孢杆菌（如苏云金芽孢杆菌）在形成芽孢的同时，会在芽孢旁形成一颗菱形、方形或不规则形的碱溶性蛋白质晶体。13.细菌的繁殖方式主要为裂殖（二分裂、三分裂和复分裂）和芽殖。14.菌落：在固体培养基上（内）以母细胞为中心的一堆肉眼可见的，由一定形态、构造等特征的子细胞集团。15.菌苔：细菌在固体培养基接种线上由母细胞繁殖长成的一片密集的、具有一定形态结构特征的细菌群落，是许多菌落连成一片形成的。16.放线菌成丝状生长和以孢子繁殖的革兰氏阳性细菌。17.蓝细菌是革兰氏染色阴性、无鞭毛、含叶绿素a（但不形成叶绿体）、能进行产氧光合作用的大型原核生物。18.支原体是一类无细胞壁、介于独立生活和细胞内寄生生活间的最小型原核生物。19.支原体的特点：①细胞很小；②细胞膜含甾醇；③无细胞壁，呈G-且形态易变；④菌落小，呈“油煎蛋”状；⑤以二分列和出芽等方式繁殖；⑥能在含血清、酵母膏和甾醇等营养丰富的培养基上生长；⑦多数能以糖类作能源，能在有氧或无氧条件下进行氧化型或发酵型产能代谢；⑧基因组很小。20.立克次氏体是一类专性计生于整核细胞内的G-原核生物，有细胞壁和不能独立生活。21.衣原体是一类在真核细胞内营专性能量寄生的小型G-原核生物。有细胞壁但缺肽聚糖。22.比较6个大类原核生物的主要特性：细菌放线菌蓝细菌支原体立克次氏体衣原体直径（um）0.2-0.50.5-13-100.2-0.250.2-0.50.2-0.3可见性光学显微镜光学显微镜光学显微镜光镜勉强可见光学显微镜光镜勉强可见过滤性不能不能不能能不能能革兰氏染色阳性或阴性阳性阴性阴性阴性阴性细胞壁有坚韧的细胞壁有坚韧的细胞壁有坚韧的细胞壁缺壁有坚韧的细胞壁有坚韧的细胞壁繁殖方式二均分裂无性孢子和菌体断裂二均分裂二均分裂二均分裂二均分裂培养方法人工培养人工培养人工培养人工培养宿主细胞宿主细胞核酸种类DNA和RNADNA和RNADNA和RNADNA和RNADNA和RNADNA和RNA核糖体有有有有有有大分子合成有有有有进行进行产生ATP系统有有有有有无增殖过程中结构的完整性保持保持保持保持保持保持入侵方式多样直接昆虫媒介不清楚对抗生素敏感敏感（青霉素除外）敏感敏感对干扰素某些菌敏感不敏感有的敏感有的敏感第二章真核微生物的形态、构造和功能1.原核细胞和真核细胞的区别细胞大小原核生物较小，真核生物较大。细胞壁的主要成分原核生物多数为肽聚糖，真核生物为纤维素、几丁质等。核、核膜、染色体原核生物细胞没有核膜，有一个明显的核区，这个核区上集中了它的主要遗传物质，由一条与类组蛋白相联系的双链DNA构成的染色体组成。真核生物细胞则是由一条或一条以上的双链DNA与组蛋白等结合成的染色体，并由核膜包围。代谢场所原核细胞没有独立的内膜系统，与代谢有关的酶如呼吸酶合成酶等位于细胞膜上，因此它的能量代谢在质膜上进行。真核细胞不仅有独立的内膜系统，还有细胞骨架，呼吸酶在线粒体中，有专用的细胞器来完成各项生理功能，如线粒体、叶绿体。核糖体的大小和分布原核细胞的核糖体大小为70S，常以游离状态或多聚体状态分布于细胞质中。真核细胞的核糖体大小为80S，可以游离状态存在于细胞结合于内质网上。线粒体和叶绿体内有各自在结构上特殊的核糖体。2.酵母菌主要成份为“酵母纤维素”，它呈三明治状——外层为甘露聚糖，内层为葡聚糖，中间夹着一层蛋白质。原生质体的制备：用蜗牛消化酶水解细胞壁3.繁殖方式：⑴无性繁殖：①芽殖②裂殖③产生掷孢子等无性孢子

⑵有性繁殖——产生子囊及子囊孢子4.酵母菌的生活史分为①营养体既能以单倍体也能以二倍体形式存在；②营养体只能以单倍体形式存在；③营养体只能以二倍体形式存在。5.霉菌的营养菌丝和气生菌丝1)营养菌丝体：伸入培养基吸收营养；

2)气生菌丝体：向空中生成，形成繁殖器官。

营养菌丝的特化结构：①假根②吸器③附着枝附着胞⑤菌核⑥菌索⑦匍匐菌丝⑧菌环和菌网；

气生菌丝的特化结构：子实体。第三章病毒和亚病毒1.病毒的特性：①形体极其微小；②没有细胞构造；③每一种病毒只含有一种核酸，不是DNA就是RNA；④无产能酶系，无蛋白质和核酸合成酶系，只能利用宿主活细胞内现成代谢系统合成自身的核酸和蛋白质组分；⑤以核酸和蛋白质等“元件”的装配实现其大量繁殖；⑥在离体条件下，能以无生命的生物大分子状态存在，并可长期保持其侵染活力；⑦对一般抗生素不敏感，但对干扰素敏感；⑧有些病毒的核酸还能整合到宿主的基因组中，并诱发潜伏性感染。2.病毒里的对称体制3.噬菌体的繁殖分为五个阶段，即吸附、侵入、增殖（复制与生物合成）、成熟（装配）和裂解（释放）。4.一步生长曲线：定量描述烈性噬菌体增殖规律的实验曲线称作一步生长曲线或一级生长曲线。3个重要的特征参数——潜伏期、裂解期和裂解量。3期——潜伏期、裂解期和平稳期。①潜伏期：从噬菌体吸附细菌细胞至细菌细胞释放出新的噬菌体的最短时间。又可分为隐晦期和胞内累积期。②裂解期：从被感染的第一个细胞裂解至最后一个细胞裂解完毕所经历的时间。③平稳期：指被感染的宿主已全部裂解，溶液中噬菌体数达到最高点后的时期。裂解量：每个被感染的细菌释放新的噬菌体的平均数5.病毒：是超显微的，无细胞结构，专性活细胞内寄生，在活细胞外具一般化学大分子特征，一旦进入宿主细胞又具有生命特征。

真病毒：至少含有核酸和蛋白质两种组分的病毒。亚病毒：凡在核酸和蛋白质两种成分中，只含其中之一的分子病原体称为亚病毒。类病毒：是一类只含RNA一种成分、专性寄生在活细胞内的分子病原体。拟病毒：是指一类包裹在真病毒粒中的有缺陷的类病毒。朊病毒：是一类不含核酸的传染性蛋白质分子，因能引起宿主体内现成的同类蛋白质分子发生与其相似的构象变化，从而使宿主治病。第四章微生物的营养和培养基1.营养：是指生物体从外部环境中摄取对其生命活动必需的能量和物质，以满足正常生长和繁殖需要的一种最基本的生理功能。2.微生物的6类营养要素：碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水。3.4.5.培养基：是指人工配制的、适合微生物生长繁殖或产生代谢产物用的混合营养料。6.选用和设计培养基的4个原则：目的明确、营养协调、理化适宜（pH、渗透压和水活度）、经济节约。下表选择几条记：选用和设计培养基的4种方法：生态模拟、参阅文献、精心设计、试验比较。7.培养基的分类：按对培养基成分的了解作分类：天然培养基、组合培养基、半组合培养基。按培养基外观的物理状态作分类：液体培养基、固体培养基。按培养基对微生物的功能作分类：选择性培养基、鉴别性培养基。8.EMB（伊红美蓝）在鉴别各种肠道杆菌中的作用概括如下：第五章微生物的新陈代谢1.底物脱氢的4条途径：EMP途径、HMP途径、ED途径、TCA循环。2.发酵：在无氧等外源氢受体的条件下，底物脱氢后所产生的还原力[H]未经呼吸链传递而直接交某一内源性中间代谢物接受，以实现底物水平磷酸化的一类生物氧化反应。3.两用代谢途径：凡在分解代谢和合成代谢中均具有功能的代谢途径。4.代谢物回补顺序（代谢物补偿途径或添补途径）：是指能补充两用代谢途径中因合成代谢而消耗的中间代谢物的那些反应。5.生物固氮反应6要素：（1）ATP的供应；（2）还原力[H]及其传递载体；（3）固氮酶；（4）还原底物——N2；（5）镁离子；（6）严格的厌氧微环境。第六章微生物的生长及其控制1.生长：有机体的细胞组分与结构在量方面的增加。分个体生长和群体生长两类，个体生长指微生物细胞因同化作用超过异化作用的速度，造成原生质总量不断增长的现象；群体生长是指某一微生物群体中因个体的生长、繁殖而导致该群体的总重量、体积、个体浓度增长的现象。2.繁殖：在各种细胞组份呈平衡增长的情况下，个体的体积或重量达到某一限度时，通过细胞分裂，引起个体数目增加的现象。3.测生长量的方法：直接法、间接法（比浊法、生理指标法）。4.微生物的典型生长曲线粗分为4个时期：延滞期、指数期、稳定期和衰亡期。延滞期：特点：第一，生长速率常数为零；第二，细胞形态变大或增长；第三，细胞内的RNA尤其是rRNA含量增高，原生质呈嗜碱性；第四，合成代谢旺盛；第五，对外界不良条件如NaC1溶液浓度、温度和抗生素等理、化因素反应敏感。缩短延滞期：第一，用对数期的菌种接种；第二，接种量适量增大；第三，发酵培养基成分和种子培养基的成分尽量接近。指数期：特点：第一，生长速率常数最大；第二，细胞进行平衡成长；第三，酶系活跃，代谢旺盛。应用：是用作代谢、生理等研究的良好材料，是增殖噬菌体的最适宿主，也是发酵工业中用作种子的最佳材料。稳定期:原因：1，微生物有害代谢产物的积累；2，营养物尤其是生长限制因子的耗尽；3，营养物的比例失调；4，pH、氧化还原势等物理化学条件越来越不适宜。特点：生长速率常数等于零，这时菌体产量达到最高点，而且菌体产量与营养物的消耗间呈现出有规律的比例关系。衰亡期：出现"负生长"，有些细胞开始自溶。5.影响延滞期长短的因素很多，除菌种外，主要有3种：接种龄、接种量和培养基成分。6.影响微生物生长的主要因素：温度、pH和氧气。7.8.9.调节pH的措施分“治标”和“治本”两大类。“治标”是在培养基pH发生变酸或变碱后，用相应的碱或酸进行调节；“治本”是在过酸时增加氮源和提高通气量的方式进行调节，培养基过碱时用增加适当碳源和降低通气量的方式进行调节。10.控制害菌的措施杀灭法：杀菌：彻底杀灭（一切微生物）——杀菌、溶菌消毒：部分杀灭（仅杀灭病原菌）抑制法：防腐：抑制霉腐微生物化疗：抑制宿主体内的病原菌11.灭菌是指采用强烈的理化因素使任何物体内外部的一切微生物永远丧失其生长繁殖能力的措施。消毒是指采用较温和的理化因素，仅杀死物体表面或内部一部分对人体或动、植物有害的病原菌而对被消毒对象基本无害的措施。防腐是指利用某种理化因素完全抑制霉腐微生物的生长繁殖的措施。化疗是指利用对病原菌具有高度毒力而对其宿主基本无毒的化学物质来抑制宿主体体内病原微生物的生长繁殖，借以达到治疗该宿主传染病的一种措施。灭菌完全杀死微生物，而其它方法则是抑制微生物的生长繁殖。12.影响加压蒸气灭菌效果的因素：灭菌物体含菌量、灭菌锅内空气排除程度、灭菌对象的pH、灭菌对象的体积、加热与散热速度。13.若干重要抗生素及其作用机制：抑制细胞壁合成、引起细胞壁降解、干扰细胞膜、抑制蛋白质合成（如：嘌呤霉素）、抑制DNA合成、抑制DNA复制、抑制RNA转录、抑制RNA合成。14.微生物产生抗药性的原因有：⑴产生一种能使药物失去活性的酶；⑵把药物作用的靶位加以修饰和改变；⑶形成“救护途径”；⑷使药物不能透过细胞膜；⑸通过主动外排系统把进入细胞内的药物泵出细胞外。第七章微生物的遗传变异和育种1.遗传型（又称基因型）：指某一生物个体所含有的全部遗传因子及基因组所携带的遗传信息。遗传型是一种内在的可能性或潜力，其实质是遗传物质上所负载的特定遗传信息。2.3个经典实验：经典转化实验（说明以DNA为物质基础的遗传物质）、噬菌体感染实验（在DNA中，存在和包括合成蛋白质外壳在内的整套遗传信息）、植物病毒的重建实验（在RNA病毒中，遗传的物质基础也是核酸）。共同结论：只有核酸才是负载遗传信息的真正物质基础。3.质粒：凡游离于缘何生物和基因组以外，具有独立复制能力的小型共价闭合环状的dsDNA分子，即cccDNA。4.营养缺陷型：某一野生型菌株因发生基因突变而丧失合成一种或几种生长因子、碱基或氨基酸的能力，因而无法再在基本培养基上正常生长繁殖的变异类型。5.抗性突变型：指野生型菌株因发生基因突变，而产生的对某化学药物或致死物理因子的抗性变异类型。6.条件致死突变型：某菌株或病毒经基因突变后，在某种条件下可正常地生长、繁殖并呈现其固有的表型，而在另一种条件下却无法生长、繁殖，这种突变类型称为条件致死突变型。7.基因突变的特点：①自发性；②不对应性；③稀有性；④独立性；⑤可诱变性；⑥稳定性；⑦可逆性。8.基因突变自发性和不对应性的实验证明——Luria等的变量试验；Newcombe的涂布试验；Lederberg等的影印平板培养法。用Newcombe的涂布试验说明：先在12只培养皿平板上各涂以数目相等（5×104）的大量敏感于噬菌体T1的大肠杆菌，经过5小时的培养，它们约繁殖的了12.3代，于是在皿上长出大量微菌落（约5100个细胞/菌落）。取其中6皿直接喷上T1噬菌体，另6皿则先用灭菌玻棒把上面的微菌落重新均匀涂布一次，然后同样喷上T1。经培养过夜后，计算这两组培养皿上所形成的抗噬菌体菌落数。结果发现，在涂布过的一组中，共有抗性菌落353个，要比未经涂布过的(仅28个菌落)高得多。这也意味着该抗性突变发生在未接触噬菌体前，噬菌体的加入只起甄别这类突变有否发生的作用，而不是诱导突变的因素。9.诱发突变（诱变）：是指通过人为的方法，利用物理、化学或生物因素显著提高基因子发突变频率的手段。10.移码突变：指诱变剂会使DNA序列中的一个或少数几个核苷酸发生增添（插入）或缺失，从而使该处后面的全部遗传密码的阅读框架发生改变，并进一步引起转录和转译错误的一类突变。11.染色体畸变：某些强烈理化因子所引起的染色体结构上的缺失、重复、插入、易位和倒位，也包括染色体数目的变化。12.自发突变：是指生物体在无人工干预下自然发生的低频率突变。13.转化：受体菌直接吸收供体菌的DNA片段而获得后者部分遗传性状的现象。14.感受态：是指受体细胞最易接受外源DNA片断并能实现转化的一种生理状态。15.转化子：转化后的受体菌。16.转化过程：①供体菌的dsDNA片段与感受态受体菌细胞表面的膜连DNA结合蛋白相结合，其中一条链被核酸酶水解，另一条进入细胞；②来自供体菌的ssDNA片段被细胞内的特异蛋白RecA结合，并使其与受体菌核染色体上的同源区段配对、重组，形成一小段杂合DNA区段；③受体菌染色体组进行复制，于是杂合区也跟着得到复制；④细胞分裂后，形成一个转化子和一个仍保持受体菌原来基因型的子代。17.转染：指用提纯的病毒核酸（DNA或RNA）去感染其宿主细胞或其原生质体，可增殖出一群正常病毒后代的现象。18.转导：通过缺陷噬菌体的媒介，把供体细胞的小片段DNA携带到受体细胞中，通过交换与整合，使后者获得前者部分遗传性状的现象。19.普遍转导：通过极少数完全缺陷噬菌体对供体菌基因组上任何小片段DNA进行“误包”，而将其遗传性状传递给受体菌的现象。20.局限转导：指通过部分缺陷的温和噬菌体把供体菌的少数特定基因携带到受体菌中，并与后者的基因组整合、重组，形成转导子的现象。21.结合：供体菌通过性菌毛与受体菌直接接触，把F质粒或其携带的不同长度核基因组片段传递给后者，是后者获得若干新遗传性状的现象。22.衰退：是指由于自发突变的结果，而使某吴重远有一系列生物学状态发生量变或质变的现象。23.复壮：对已衰退的菌种(群体)进行纯种分离和选择性培养，使其中未衰退的个体获得大量繁殖，重新成为纯种群体的措施。狭义的复壮是一消极措施，一般指对已衰退的菌种进行复壮；广义的复壮是一积极的措施，即在菌种的生产性状未衰退前就不断进行纯种分离和生产性状测定，以在群体中获得生产性状更好的自发突变株。24.衰退的防止：控制传代次数、创造良好的培养条件、利用不易衰退的细胞传代、采用有效的菌种保藏方法。25.菌种的复壮：纯种分离法、通过宿主体复壮、淘汰以衰退的个体。第八章微生物的生态1.互生：两种可单独生活的生物，当它们在一起时，通过各自的代谢活动而有利于对方，或偏利于一方的生活方式。2.共生：是指两种生物共居在一起，相互分工合作、相