微生物生物学-李颖 教学大纲

微生物生物学BiologyofMicroorganisms课程编号：课程名称：微生物生物学(BiologyofMicroorganisms)课程总学时：88其中讲课学时：52实验学时：36开课学期：春季面向专业：生物学、生物技术内容简介本课程为生物学院各系必修的一门专业基础课。重点介绍微生物的形态、生理、生态和分类的基本知识和理论。在课堂讲授中，要求学生掌握细菌、古菌、真核微生物、病毒等的形态，生理和生态特点，认识微生物在生命科学和自然界中的重要贡献以及在物质转化中的特殊作用。通过实验课教学，使学生学习并掌握微生物学实验的基本操作技术。课堂讲授部分第一章绪论（2学时）第一节微生物在生物界中的地位一、微生物的定义和特点二、微生物在生物界中的地位第二节微生物学的发展简史一、古代对微生物的利用二、微生物学的初创时期三、微生物学的奠基时期四、微生物学的发展时期五、现代微生物学的发展第三节微生物的应用[主要内容]：本章重点介绍微生物的定义及其在生物界中的地位。并简要介绍微生物学各时期的发展情况和应用范围。[教学要求]：使学生了解微生物的特点和微生物学发展的历史及其在生产和生活中的重要作用。[授课时数]：2学时第二章原核生物细胞的结构与功能（8学时）本章重点讲授原核微生物的形态及细胞结构特点。要求学生掌握常见的原核微生物的类型及其细胞结构特点。第一节原核细胞的模式结构一、细胞壁二、细胞质膜三、内膜结构间体，类囊体，载色体，羧酶体，气泡四、原核五、质粒六、细胞质及其内含物核糖体、糖原和淀粉、聚β-羟基丁酸，异染粒，硫滴和硫粒，磁粒七、细菌细胞的特殊结构（荚膜，鞭毛，菌毛，散毛、芽胞、胞囊）第二节细菌的形态和繁殖一、细菌的形态、排列和大小二、细菌的繁殖和群体形态第三节放线菌一、放线菌的个体形态二、放线菌的繁殖和群体形态第四节蓝细菌一、蓝细菌的形态和结构二、蓝细菌的繁殖第五节其他原核微生物一、螺旋体二、粘细菌三、鞘细菌四、立克次氏体五、枝原体六、衣原体七、蛭弧菌[主要内容]：本章重点讲授原核微生物的形态及细胞结构特点。要求学生掌握常见的原核微生物的类型及其细胞结构特点。[教学要求]：掌握常见的原核微生物的类型及其细胞结构、繁殖特点。[授课时数]：8学时第三章古菌（2学时）本章介绍古菌的形态结构、类型和生理特征。第一节古菌的形态和结构特征一、古菌与其他生物的区别二、古菌的细胞壁三、古菌的细胞膜第二节古菌的类型一、极端嗜盐菌二、甲烷产生菌三、极端嗜热菌四、嗜热枝原体[主要内容]：本章重点介绍古菌的来源、分类特征，结合具体实例，介绍几种古菌的形态和生物学特点。[教学要求]：通过集中特殊古菌的形态特点介绍，掌握古菌的分类地位、生物学特点及其应用价值。[授课时数]：2学时第四章真核微生物（5学时）本章重点介绍真核微生物（真菌和粘菌）的细胞结构特点和无性、有性繁殖方式。第一节真菌一、真菌的细胞结构细胞壁，细胞质膜和内质网膜，细胞核，细胞器，贮存物质，鞭毛二、菌丝体和菌丝结构菌丝体，产孢体，假根，吸胞，菌丝束，菌索，菌核，菌丝陷井三、无性繁殖游动孢子，孢囊孢子，分生孢子，芽孢子，厚垣孢子四、有性繁殖合子，卵孢子，接合孢子，子囊孢子，担孢子五、真菌菌落六、真菌生活周期第二节粘菌一、粘菌的形态原质团、变形虫群合体（假原质团），子实体二、粘菌的生活周期三、粘菌的培养[主要内容]：本章重点介绍真核微生物（真菌、粘菌）的形态、生活周期。[教学要求]：掌握真菌基本形态结构、无性和有性生殖特征[授课时数]：5学时第五章病毒（5学时）本章重点讲述各类病毒的形态结构、化学组成和侵染特性等，并以噬菌体为例，介绍病毒的吸附、侵染、复制和释放的全过程。第一节病毒的形态结构一、病毒的形态和大小二、病毒的基本结构病毒的核壳和包膜，病毒的核酸，核壳的构型，结构复杂的病毒三、病毒的包含体第二节病毒的分类一、病毒分类系统的依据二、目前病毒的分类系统第三节噬菌体一、噬菌体的形态和结构二、噬菌体的生活周期1．烈性噬菌体的生活周期吸附，侵入，复制，装配，释放2．溶原性3．一步生长曲线三、细菌噬菌体第四节动物病毒一、动物病毒的生活周期二、爱滋病毒第五节植物病毒一、植物病毒的侵入二、植物病毒的复制三、病毒的装配与释放第六节亚病毒和其他小分子RNA病毒一、朊病毒二、卫星病毒三、卫星RNA四、缺陷干扰颗粒[主要内容]：介绍病毒的来源、结构特征及其复制特点[教学要求]：使学生掌握各类病毒的结构特点[授课时数]：5学时第六章微生物的营养（4学时）本章重点介绍微生物细胞的化学组成，以及它们主动摄取和利用营养物质的几种方式，并使学生了解培养基的种类及其配制原则。第一节微生物细胞的化学组成和营养要求一、微生物细胞的元素组成二、构成微生物细胞的有机化合物三、微生物营养物质的来源及其功能第二节培养基一、培养基的设计和选用二、培养基的种类第三节微生物的营养类型一、光能无机营养型产氧光合作用，不产氧光合作用二、光能有机营养型三、化能无机营养型硝化细菌、硫化细菌、铁细菌、氢细菌四、化能有机营养型常见的细菌和真菌第四节微生物吸收营养物质的机制一、被动扩散二、促进扩散三、主动运输四、基团转移[主要内容]：本章重点介绍微生物的营养要求、营养类型、吸收营养的机制和营养基质的调配[教学要求]：使学生了解微生物的营养类型和吸收营养的几种途径。[授课时数]：3学时第七章微生物的代谢（4学时）微生物的代谢作用包括其生命活动的全部生化反应。本章重点介绍分解代谢与合成代谢的基本特点，以及微生物在建造细胞本身及物质转化过程中能量的产生和利用。第一节微生物的能量一、ATP的生成底物水平磷酸化，呼吸链，光合磷酸化（简要提示）二、微生物的氧化方式（以不同的微生物为例，说明以下问题）有氧呼吸，发酵作用，厌氧呼吸三、能量的利用第二节微生物的分解代谢一、己糖的分解（以下途径不作详细介绍，采用比较方式说明各自的特点）1．糖酵解（EMP途径）和三羧酸循环（TCA）2．己糖单磷酸途径（HMP）3．ED途径二、丙酮酸代谢1．酒精发酵2．乳酸发酵3．丁酸发酵三、多糖的分解（简要说明）淀粉，纤维素，几丁质，果胶质四、蛋白质的分解（简要说明）五、氨基酸的分解（只介绍在微生物中存在的特殊的氨基酸分解方式）第三节微生物的合成作用一、蛋白质的合成生物固氮（重点），氨基酸合成，蛋白质合成二、核酸的合成（简要）三、微生物细胞壁的合成四、次级代谢及其产物第四节合成代谢与分解代谢的相互关系[主要内容]：本章重点介绍相关概念，微生物的能量来源、分解代谢与合成代谢的关系，生物固氮机理，微生物的次生代谢产物。[教学要求]：使学生了解微生物生活能量的取得和代谢特点[授课时数]：4学时第八章微生物遗传（4学时）第一节遗传变异的物质基础一、证明遗传物质基础的经典实验1.揭示转化因子2.T2噬菌体的感染实验3.TMV重建实验二、微生物的基因组结构1、大肠杆菌基因组2、啤酒酵母的基因组3、詹氏甲烷球菌的基因三、质粒和转座因子1、质粒（1）质粒的类型(按功能划分)（2）质粒的特性2.可移动的遗传因子—转座因子（1）转座因子的类型及特点（2）转座的遗传学效应第二节原核微生物的基因重组一、转化1、自然转化2、人工转化（1）热激（2）电穿孔法（3）基因枪法二、转导1、普遍性转导2、专性转导3、接合第三节真核微生物的遗传特点一、有性生殖同宗配合异宗配合（1）一对等位基因的异宗配合（2）多个等位基因的异宗配合二、准性生殖1异核现象及异核体2准性生殖的过程三、核外遗传因子1，线粒体DNA改变导致的真菌基因型改变：2，酵母菌的2mm质粒第四节微生物的诱变育种一、基因突变1、基因突变的类型2、突变的特点二、育种方法选择（一）常规诱变育种（二）遗传工程手段[主要内容]：本章重点介绍微生物遗传特点[教学要求]：原核和真核微生物基因重组途径及其特点[授课时数]：4学时第九章微生物的生长与环境条件（5学时）本章重点讲述微生物的生长特点以及环境条件对微生物生长的影响。第一节微生物的生长和测定方法一、生长的定义和测定方法二、细胞生长周期三、细菌的群体生长四、二次生长，同步生长和连续培养五、细菌在固体平板上的生长六、真菌的生长第二节微生物的形态形成一、细菌芽孢的形成二、真菌的形态形成1．孢子形成2．性激素3．微生物的二型现象三、粘菌的形态形成第三节环境条件对微生物生长的影响一、温度二、水的活度和渗透压三、酸碱度四、O2和Eh值五、辐射可见光，紫外线，电离辐射六、超声波七、化学杀菌剂和抑菌剂有机和无机化学药剂，染色剂，表面活性剂，化学治疗剂[主要内容]：本章重点讲述微生物的生长特点以及环境条件对微生物生长的影响[教学要求]：使学生了解限制微生物生长的物理、化学因素[授课时数]：5学时第十章微生物在自然界的分布与作用（3学时）本章主要说明微生物在自然界的分布特点，以及各类微生物在自然界碳素、氮素、硫素、磷素和铁素循环中的作用第一节微生物在自然界的分布（本节以学生主讲，教师总结的方式进行）一、土壤中的微生物二、水体中的微生物三、空气中的微生物四、食品中的微生物五、极端环境中的微生物第二节微生物在自然物质循环中的作用一、碳素循环二、氮素循环三、硫素循环四、磷素循环五、铁素循环[主要内容]：本章重点介绍微生物在自然界物质循环中的作用。[教学要求]：微生物在自然界的存在形式、特点。本章采用学生自学、组织课堂讨论的方式进行[授课时数]：3学时第十一章微生物与其他生物的关系（3学时）微生物在自然界无处不在，与其他生物有着密切联系。本章重点介绍微生物之间和微生物与植物、动物的相互关系。第一节微生物的相互关系一、中性关系二、偏利关系三、协同关系四、互惠关系五、竞争关系六、拮抗作用七、寄生作用第二节微生物与高等植物间的相互关系一、植物根际与根际微生物二、微生物与高等植物间的共生关系1．菌根2．根瘤菌与豆科植物共生固氮3．弗兰克氏放线菌与非豆科植物的共生固氮三、植物茎、叶和果实上的微生物四、微生物引起的植物病害第三节微生物与人和动物间的相互关系一、互生关系二、捕食关系三、共生关系1．瘤胃微生物与反刍动物的共生关系2．微生物与昆虫间的共生关系3．微生物与海洋生物共生发光四、寄生关系的病原微生物[主要内容]：本章重点介绍微生物与植物、动物的关系。[教学要求]：微生物之间、微生物与动物、植物之间的关系[授课时数]：3学时第十二章微生物的侵染与免疫（3学时）本章重点介绍微生物侵入寄主的途径及对寄主防御功能的抵抗。使学生掌握非特异性免疫和特异性免疫的区别，以及抗原和抗体的基本原理与作用特点。第一节侵染一、微生物侵入寄主的过程1．侵入寄主的途径2．粘附和在体内的扩散二、对寄主防御功能的抵抗1．抗吞噬作用2．对寄主细胞的破坏作用第二节免疫一、非特异性免疫1．肌体的屏障结构2．吞噬细胞3．正常体液和细胞免疫的作用二、特异性免疫1．免疫应答的基本过程2．体液和细胞免疫作用第三节抗原和抗体一、抗原1．抗原的条件2．微生物的抗原性二、抗体1．抗体的结构和种类2．抗体的生物学特征3．抗体生成的遗传控制第四节血清学反应一、血清学反应的一般规律二、凝集反应三、沉淀反应[主要内容]：本章重点介绍病原微生物的侵染和免疫特点[教学要求]：微生物侵入寄主的途径及对寄主防御功能的抵抗。使学生掌握非特异性免疫和特异性免疫的区别，以及抗原和抗体的基本原理与作用特点。[授课时数]：3学时第十二章微生物的分类（4学时）微生物的分类是研究微生物的基础。本章重点介绍：（1）微生物的分类单元；（2）各种常用的分类方法，包括传统的分类方法、化学分类方法和现代分子生物学技术在微生物分类中的应用；（3）常见的细菌和真菌类群。第一节分类单元的多层次性一、微生物的多层次分类单元二、种的概念1．种2．亚种3．亚种以下等级4．菌株三、双名法和命名法则第二节细菌分类方法一、传统分类法1．个体形态和培养特征2．生理生化特征3．生态因子4．对噬菌体和药物的敏感性5．血清学二、化学分类法1．细胞壁组成2．类脂组成3．类异戊二烯苯醌三、数值分类法四、遗传学分类法1．染色体和染色体外的基因交换2．DNA碱基组成3．DNA杂交4．16srRNA基因的核苷酸序列分析第二节细菌分类系统和常见的细菌类群一、细菌分类系统二、常见细菌类群的代表1．能运动的螺旋状和弧状的革兰氏阴性细菌（螺菌属，固氮螺菌属）2．无芽孢的革兰氏阴性细菌（大肠埃希氏菌，假单胞菌，固氮菌，根瘤菌）3．革兰氏阳性球菌（微球菌属，葡萄球菌属，链球菌属）4．形成芽孢的革兰氏阳性杆菌（芽胞杆菌属，梭菌属）5．无芽孢的革兰氏阳性菌（乳酸杆菌）第三节真菌分类一、真菌分类系统二、常见真菌类群的代表1．壶菌门（腐霉属）2．接合菌门（毛霉属，根霉属）3．子囊菌门（酵母菌，脉孢菌属）4．担子菌门（蘑菇，黑粉菌）[主要内容]：微生物命名的原则，重点介绍原核与真核微生物的分类方法（举例），各类为生物形态特征将于后续课程介绍。[教学要求]：使学生了解微生物分类意义、特点及现代常用分类方法。[授课时数]：5学时实验、实习部分（共36学时）实验一、环境中微生物的检测，细菌的简单染色和革兰氏染色（3学时）实验二、细菌的芽胞染色和荚膜染色（3学时）实验三、细菌的鞭毛染色及其运动性观察（3学时）实验四、放线菌的形态观察（2学时）实验五、毛霉与根霉的形态观察（2学时）实验六、酵母菌的形态及细胞结构的观察（2学时）实验七、青霉、曲霉和镰刀菌的形态观察（2学时）实验八、几种常用培养基的配制，高压蒸气灭菌和干热灭菌（3学时）实验九、噬菌体效价的测定（3学时）实验十、微生物对大分子化合物（多糖、蛋白质和脂肪）的水解（2学时）实验十一、微生物对糖的利用（2学时）实验十二、温度和pH对微生物生长的影响（3学时）实验十三、显微镜下测量微生物细胞的大小