《微生物基本知识》课件

微生物基本知识目录微生物学概述定义、分类、历史与重要性常见微生物种类细菌、真菌、病毒的特征与应用实验技术与应用第一部分：微生物学概述微生物定义肉眼不可见的微小生物分类系统按照结构与功能特点分组发展历史从显微镜发明到现代技术重要性在生态、医学、工业中的角色微生物的定义概念界定肉眼不可见、需借助显微镜观察的微小生物基本特征个体微小、结构简单、代谢旺盛、繁殖迅速尺寸范围通常在0.1-100微米之间，远小于人类细胞微生物的分类细菌原核生物，无细胞核真菌真核生物，有细胞壁病毒非细胞结构，寄生性微藻光合自养，水生微生物原生动物单细胞真核生物微生物学的发展历史11665年罗伯特·胡克首次观察到细胞21676年列文虎克发现"小动物"（微生物）31860年代巴斯德否定自发生成说41880年代科赫建立病原微生物学5现代分子生物学技术革命微生物学的重要性医学领域疾病诊断、疫苗开发、抗生素生产工业应用发酵食品、药物生产、生物燃料环境保护污染物降解、废水处理、土壤修复科学研究基因工程、生物技术、生命科学第二部分：细菌1广泛分布无处不在的生命形式2结构简单原核细胞结构3种类多样形态和功能变化丰富4适应性强能在极端环境生存细菌的基本特征原核生物无真正细胞核，DNA直接暴露在细胞质中微小体积通常大小为0.5-5微米，单细胞结构二分裂繁殖在适宜条件下可20分钟分裂一次强适应性能在各种极端环境中生存细菌的形态和大小球菌(球状)单球菌、双球菌、链球菌、葡萄球菌杆菌(杆状)短杆菌、长杆菌、弯曲杆菌螺旋菌(螺旋状)弧菌、螺旋体、螺旋菌细菌的细胞结构细胞壁保护和支持细胞形态细胞膜控制物质进出细胞3核质区含DNA的遗传物质核糖体蛋白质合成场所细菌的生理特性营养类型异养型、自养型呼吸类型需氧菌、厌氧菌、兼性厌氧菌温度要求嗜热菌、嗜冷菌、中温菌pH耐受性嗜酸菌、嗜碱菌、中性菌代谢产物酶、毒素、色素、抗生素细菌的生长曲线时间(小时)菌数(对数值)细菌的繁殖方式DNA复制遗传物质复制成两份细胞生长体积增大到原来的两倍细胞分裂中部收缩形成隔膜完成分裂形成两个相同的子细胞重要的细菌种类1000+大肠杆菌肠道菌群，生物工程常用模式生物20+乳酸菌发酵乳制品，益生菌100+芽孢杆菌耐热耐干，工业酶制剂生产50+放线菌产抗生素，土壤肥力第三部分：真菌真核结构有细胞核和细胞器菌丝体多为丝状结构孢子繁殖有性和无性生殖腐生营养分解有机物获取养分真菌的基本特征真核生物具有完整的细胞核和细胞器细胞壁含有几丁质而非纤维素异养营养吸收式营养，不进行光合作用多样形态单细胞酵母和多细胞丝状体真菌的形态和结构酵母菌单细胞，椭圆或球形出芽繁殖，形成假菌丝如啤酒酵母、白色念珠菌丝状真菌多细胞，形成菌丝网络菌丝分为营养菌丝和生殖菌丝如青霉菌、曲霉菌、蘑菇真菌的生理特性1营养获取分泌消化酶，分解外部有机物后吸收2生长条件适宜温度20-30℃，喜酸性环境3代谢产物产生抗生素、有机酸、毒素、酶4环境适应耐干旱、耐低水活度，广泛分布真菌的繁殖方式无性繁殖孢子、分裂、出芽、碎片化有性繁殖配子结合，形成子囊孢子或担孢子孢子萌发形成发芽管，生长为菌丝体菌丝体形成分化为营养菌丝和生殖结构重要的真菌种类第四部分：病毒最简单结构仅有核酸和蛋白质外壳绝对寄生必须在活细胞内复制极其微小通常为20-300纳米可滤过性能通过细菌滤器病毒的基本特征非细胞结构无细胞膜、细胞器和代谢系统单一核酸只含DNA或RNA，不会同时存在专一性寄生只能在特定宿主细胞内繁殖可结晶性纯化后可形成类似晶体的结构病毒的结构核心核酸基因组DNA或RNA，单链或双链线性或环状携带遗传信息衣壳蛋白质外壳由衣壳蛋白亚基构成保护内部核酸螺旋或多面体结构包膜部分病毒特有源自宿主细胞膜含病毒糖蛋白辅助病毒感染病毒的复制周期吸附病毒粒子附着在宿主细胞表面穿透病毒核酸进入宿主细胞合成利用宿主细胞机制合成病毒成分组装病毒成分组装成完整病毒粒子释放新病毒粒子从宿主细胞释放5病毒的分类DNA病毒基因组为DNA，如疱疹病毒、痘病毒1RNA病毒基因组为RNA，如流感病毒、艾滋病毒噬菌体感染细菌的病毒，用于基因研究逆转录病毒RNA转录为DNA，如HIV病毒重要的病毒种类流感病毒引起季节性流感，RNA病毒，易变异冠状病毒包括SARS、MERS和COVID-19病毒艾滋病毒攻击免疫系统，逆转录病毒第五部分：微生物的培养培养基准备提供必要的营养成分、pH值和生长因子无菌操作防止外界污染，确保纯培养接种技术将微生物转移到培养基中培养条件控制温度、湿度、气体组成等结果观察记录生长特征和形态学特点培养基的种类按成分分类合成培养基：化学成分确定复合培养基：含天然提取物半合成培养基：两者结合按功能分类普通培养基：满足基本生长选择培养基：抑制特定菌群鉴别培养基：显示生化特性富集培养基：促进特定菌生长培养基的制备配料按配方称量各组分混合溶解加入蒸馏水，加热搅拌溶解调整pH使用酸碱调节至适宜pH值4高压灭菌121℃，15-20分钟分装倒入平板或试管中凝固备用无菌操作技术操作环境无菌工作台或酒精灯周围30厘米范围内器材灭菌接种环火焰灼烧至红热，冷却后使用开口操作试管开口经火焰灭菌，保持斜向朝下快速操作减少暴露时间，降低污染风险接种方法划线接种分离纯化菌株，获得单菌落涂布接种定量计数，均匀分布倾注平板适用于厌氧菌，在琼脂内生长穿刺接种观察沿穿刺线的生长特性培养条件温度细菌：37℃，真菌：25-28℃氧气需求好氧、厌氧、微需氧、兼性厌氧湿度相对湿度80-90%，防止培养基干燥pH值细菌：6.8-7.4，真菌：5.0-6.0培养时间细菌：24-48小时，真菌：3-7天菌落特征观察形态大小颜色表面边缘质地气味第六部分：微生物的鉴定1分子生物学鉴定基因测序，最精确血清学鉴定抗原抗体反应生理生化鉴定代谢特性分析形态学鉴定外观特征观察形态学鉴定革兰氏染色区分革兰阳性菌（紫色）和阴性菌（红色）抗酸染色鉴定抗酸菌如结核杆菌芽孢染色观察芽孢形成和位置生理生化鉴定糖发酵试验检测微生物利用特定糖的能力2酶活性测定如催化酶、氧化酶、凝固酶试验3IMViC试验吲哚、甲基红、VP、枸橼酸盐试验商业鉴定系统如API条带，自动化生化鉴定血清学鉴定凝集反应抗体与细胞表面抗原结合形成可见凝集物沉淀反应抗体与可溶性抗原结合形成沉淀补体结合试验利用补体系统检测抗原抗体复合物酶联免疫吸附试验ELISA，高特异性和灵敏度的检测方法分子生物学鉴定核酸扩增技术PCR扩增特定基因片段进行鉴定16SrRNA测序细菌分类鉴定的"金标准"基因芯片一次检测多种菌种的高通量技术基因组测序全基因组分析，精确到亚种和株系第七部分：微生物与人类的关系有益作用参与物质循环食品发酵生产药物和疫苗环境治理生物技术应用有害作用致病食品腐败变质物品腐蚀损坏生态系统破坏生物武器风险有益微生物肠道菌群维持肠道健康，合成维生素，增强免疫发酵微生物生产酸奶、奶酪、酱油、泡菜等食品药用微生物产生抗生素、酶、激素等医药产品环保微生物降解污染物，参与物质循环有害微生物微生物在食品工业中的应用乳制品发酵乳酸菌发酵生产酸奶、奶酪、酸奶油面包发酵酵母使面团膨胀，产生特有风味酱油酿造曲霉和乳酸菌共同作用，分解蛋白质微生物在医药工业中的应用60%抗生素生产青霉菌、链霉菌等产生抗生素80+疫苗研发减毒或灭活病原体制备疫苗40%酶制剂消化酶、纤维素酶等工业和医用酶25+激素与维生素微生物合成胰岛素、类固醇和维生素微生物在环境保护中的应用废水处理活性污泥法分解有机污染物土壤修复降解农药、石油和重金属污染堆肥处理有机废物转化为有机肥料3沼气生产厌氧菌分解有机物产生甲烷4第八部分：微生物与疾病感染病原体进入人体2潜伏期无症状但病原体繁殖3临床表现出现疾病症状免疫应答机体抵抗病原体康复清除病原体或形成平衡病原微生物细菌如结核杆菌、肺炎球菌、沙门氏菌病毒如流感病毒、肝炎病毒、艾滋病毒真菌如白色念珠菌、皮肤癣菌寄生虫如疟原虫、血吸虫、蛔虫4感染与传播传染源病人、带菌者、动物宿主传播途径空气、水、食物、接触、媒介生物入侵门户呼吸道、消化道、皮肤、黏膜易感人群免疫力低下者、未接种疫苗者常见传染病呼吸道感染流感、肺炎、结核病、新冠肺炎消化道感染痢疾、伤寒、霍乱、病毒性肝炎血液传播艾滋病、疟疾、乙型肝炎性传播疾病梅毒、淋病、生殖器疱疹皮肤感染脓疱疮、癣菌病、麻风微生物与免疫先天免疫物理屏障：皮肤、黏膜化学防御：酸性环境、酶细胞防御：巨噬细胞、NK细胞炎症反应获得性免疫体液免疫：B细胞产生抗体细胞免疫：T细胞识别和杀灭免疫记忆：再次感染快速响应免疫耐受：区分自身与非自身疫苗的原理和应用疫苗类型减毒活疫苗、灭活疫苗、亚单位疫苗、mRNA疫苗免疫原理刺激机体产生特异性免疫记忆接种程序初次免疫和加强免疫群体免疫高接种率保护整个人群第九部分：微生物的控制物理控制方法热力灭菌高压蒸汽121℃，干热160-180℃辐射灭菌紫外线、电离辐射破坏DNA过滤除菌膜过滤去除微生物颗粒低温抑制冷藏或冷冻减缓微生物生长化学控制方法消毒剂类型醇类：乙醇、异丙醇卤素：氯制剂、碘制剂醛类：甲醛、戊二醛氧化剂：过氧化氢、臭氧酚类：苯酚、六氯酚季铵盐：洗必泰、苯扎氯胺作用机制细胞壁/膜损伤蛋白质变性核酸损伤酶系统抑制氧化损伤代谢途径阻断生物控制方法拮抗微生物利用一种微生物抑制另一种微生物的生长噬菌体疗法使用病毒感染并杀死特定细菌益生菌通过竞争抑制有害微生物的定植免疫调节增强宿主免疫力抵抗微生物感染抗生素的作用机制1核酸合成抑制如喹诺酮类2蛋白质合成抑制如四环素、氨基糖苷类细胞壁合成抑制如β-内酰胺类、万古霉素4细胞膜破坏如多粘菌素消毒与灭菌100%灭菌完全杀灭或去除所有微生物包括芽孢99.9%高水平消毒杀灭所有微生物但不一定能杀灭所有芽孢99%中水平消毒杀灭结核杆菌、大多数病毒和真菌90%低水平消毒杀灭一般细菌但不能杀灭抗性微生物第十部分：微生物学研究新进展基因组学