《微生物的繁殖》课件

微生物的繁殖微小世界中的生命奇迹课程概述微生物定义与分类肉眼不可见的微小生物繁殖方式多样性无性生殖与有性生殖课程主要内容微生物的类型细菌原核单细胞微生物真菌真核微生物，包括酵母和霉菌病毒非细胞结构，需寄生复制原生动物细菌的形态和结构细菌的大小通常0.5-5微米需要显微镜才能观察形状多样球形、杆状、螺旋状决定细菌分类依据之一细胞结构细胞壁：保护和支持细胞膜：物质转运细菌的特殊结构鞭毛丝状附属物，运动功能菌毛细丝状，用于附着和基因交换芽胞细菌的生活特点营养方式自养型：光合或化能合成异养型：分解有机物呼吸类型需氧菌：需要氧气厌氧菌：在无氧环境生长兼性菌：适应两种环境生活环境土壤、水、空气动植物体内外细菌的繁殖方式：二分裂1DNA复制细菌DNA开始复制2细胞延长细胞体积增大3隔膜形成细胞中央形成隔膜4细胞分离一个细胞分裂为两个理想条件下20分钟一次细菌的生长曲线延滞期细菌适应环境，准备分裂对数期快速分裂，数量指数增长稳定期新生与死亡数量平衡衰退期营养枯竭，死亡率增加影响细菌生长的因素温度最适温度促进生长高温可杀灭细菌pH值多数细菌喜欢中性环境极端pH抑制生长营养碳源、氮源、矿物质缺乏导致生长停滞水分水分不足抑制代谢干燥环境难以生存细菌的芽胞形成启动阶段营养匮乏诱导芽胞形成DNA复制遗传物质复制并分离包被形成母细胞包裹芽胞原基成熟与释放母细胞裂解释放芽胞芽胞的特性121°C抗热性可耐高温灭菌温度100+寿命可存活数十至上百年10x抗辐射性比营养细胞强10倍0%代谢活性处于休眠状态芽胞的萌发激活环境条件适宜，触发萌发皮层分解芽胞皮层水解出芽细胞膜扩张，形成营养细胞生长恢复正常代谢和生长细菌的遗传变异突变DNA自发或诱导改变提供变异原料点突变：单个碱基改变框移突变：阅读框改变基因重组遗传物质交换转化：吸收外源DNA接合：细胞间直接传递转导：通过病毒媒介细菌与人类的关系：有害方面致病性引起人类疾病食物腐败分解食物造成损失工业损害腐蚀金属，降解材料细菌与人类的关系：有益方面发酵食品生产，抗生素制造，生态系统平衡，肠道健康真菌的分类酵母菌单细胞真菌通过出芽繁殖丝状真菌多细胞菌丝体霉菌的主要类型大型真菌形成可见子实体如蘑菇、木耳真菌的结构特征菌丝体由菌丝网络组成菌丝：管状结构，含细胞质菌丝末端：生长和分泌酶孢子繁殖结构可通过风、水传播种类多样，形态各异抵抗力强，存活时间长酵母菌的繁殖：出芽生殖1芽体形成母细胞表面形成小突起2核分裂DNA复制，一核进入芽体3芽体生长芽体体积增大4芽体分离形成独立新细胞丝状真菌的繁殖：孢子繁殖无性孢子分生孢子：菌丝末端形成孢子囊孢子：囊内形成有性孢子子囊孢子：子囊内形成担孢子：担子上形成传播方式风力传播：轻且数量多水流传播：湿环境中扩散真菌的生长条件多数真菌喜欢温暖潮湿环境，微酸性条件有利生长真菌的生态作用分解者角色分解有机质，促进养分循环共生关系菌根：与植物根系共生生态平衡调节生态系统碳氮平衡真菌与人类的关系：有害方面食物霉变产生毒素，造成食物损失真菌感染引起皮肤、肺部等感染材料破坏损害建筑材料和艺术品真菌与人类的关系：有益方面食用菌香菇、平菇等食用菌高蛋白、低脂肪营养价值高药用真菌灵芝、冬虫夏草提取生物活性物质青霉素等抗生素工业发酵面包、啤酒酿造酶制剂生产有机酸制造病毒的基本特征非细胞结构无细胞器和代谢系统专性寄生必须在活细胞内复制3简单构成仅有核酸和蛋白质病毒的结构核酸DNA或RNA，单链或双链1衣壳保护核酸的蛋白质外壳2包膜某些病毒具有的脂质外层3附属结构如尾丝、纤维等特殊结构4病毒的分类DNA病毒单链或双链DNA如疱疹病毒、腺病毒RNA病毒单链或双链RNA如流感病毒、冠状病毒其他分类按形态：螺旋型、多面体型按宿主：动物、植物、细菌病毒病毒的繁殖：裂解式复制吸附病毒识别并附着于宿主细胞侵入核酸进入宿主细胞复制利用宿主合成病毒组分组装组分组装成完整病毒释放细胞裂解释放新病毒病毒的繁殖：溶原性复制1吸附和侵入病毒DNA进入宿主细胞2整合病毒DNA整合入宿主染色体3潜伏病毒DNA随宿主复制而复制4诱导和裂解特定条件下激活，进入裂解周期病毒的变异基因突变复制错误导致核酸序列改变基因重组不同病毒株基因片段交换基因分型导致新病毒变体出现病毒与宿主的相互作用细胞嗜性针对特定细胞类型由表面受体决定决定感染组织范围免疫反应天然免疫：非特异性防御获得性免疫：针对性应答抗体生成与细胞毒性病毒感染的预防和控制疫苗激发免疫系统预防感染减轻疾病严重程度抗病毒药物抑制病毒复制过程减少病毒载量物理预防卫生习惯、隔离措施减少病毒传播机会病毒与人类疾病流感病毒，肝炎病毒，艾滋病毒，冠状病毒病毒在生态系统中的作用控制微生物种群海洋中控制细菌和藻类数量促进养分循环裂解释放有机物至水环境基因转移在不同物种间传递基因维持生物多样性防止单一物种过度优势原生动物的特征单细胞真核生物具有完整细胞器多样形态形态结构极其多样主要水生需要水环境生存多种营养方式吞噬、吸收、自养等原生动物的分类鞭毛虫有鞭毛，如锥虫、利什曼虫纤毛虫有纤毛，如草履虫变形虫形态可变，如阿米巴孢子虫形成孢子，如疟原虫原生动物的繁殖：无性生殖二分裂细胞分裂为两个子细胞常见于草履虫等多分裂核分裂多次后细胞分裂形成多个子细胞常见于疟原虫出芽母细胞表面长出芽体较少见的繁殖方式原生动物的繁殖：有性生殖1接合两个个体暂时结合2核交换交换遗传物质3接合体形成形成合子4分离与发育发育为新个体原生动物的生活环境水生环境淡水：池塘、湖泊、河流海水：各种海洋栖息地土壤环境土壤孔隙水中生活参与土壤肥力维持共生环境动物肠道内共生协助消化吸收寄生环境人体和动物体内寄生可引起疾病原生动物与人类的关系致病原虫疟原虫：引起疟疾痢疾阿米巴：引起阿米巴痢疾锥虫：导致锥虫病环境指示生物水质污染指标生态系统健康指示环境监测工具微生物的生态作用有机物分解分解动植物残体物质循环碳、氮、磷等元素循环能量流动太阳能转化为化学能维持平衡保持生态系统稳定微生物在食品工业中的应用酸奶生产，面包发酵，酱油酿造，奶酪成熟微生物在医药工业中的应用70%抗生素生产青霉素、链霉素等60%疫苗制备灭活或减毒微生物40%激素与酶胰岛素等生物制剂微生物在环境保护中的应用污水处理活性污泥法厌氧消化降解有机污染物生物修复石油污染降解重金属转化农药残留处理垃圾处理有机废物堆肥加速生物降解减少环境压力微生物在农业中的应用生物肥料固氮菌：固定大气中氮素菌根真菌：提高磷吸收促生菌：促进植物生长生物农药苏云金芽孢杆菌：控制害虫绿僵菌：寄生于昆虫减少化学农药使用微生物在能源领域的应用生物燃料乙醇：玉米、甘蔗发酵生物柴油微藻产油转化为燃料沼气生产厌氧分解有机物产生甲烷氢气生产光合微生物产生氢气微生物的快速检测技术1PCR技术扩增特定DNA片段2ELISA技术抗原抗体特异性反应3流式细胞术单细胞水平快速分析4荧光原位杂交直接可视化检测微生物的培养技术固体培养琼脂平板：观察菌落特征斜面培养：保存菌株液体培养摇瓶培养：好氧微生物厌氧培养：厌氧微生物连续培养化学计量器：营养持续补充产物持续收集微生物的保藏技术低温保藏冻干保藏液氮保藏矿物油保藏低温保藏应用最广泛，冻干技术适用各类微生物微生物的灭菌和消毒物理方法高压灭菌：121°C，15-20分钟干热灭菌：160-180°C，2小时紫外线：破坏DNA过滤：机械截留化学方法酒精：70-75%最有效含氯消毒剂：广谱杀菌过氧化物：强氧化作用甲醛：气体消毒微生物实验室安全BSL-4致命病原体，全封闭防护BSL-3可通过气溶胶传播的病原体BSL-2中等危害病原体BSL-1已知不致病的微生物微生物学研究的新趋势宏基因组学直接测序环境DNA合成生物学设计改造微生物生物信息学大数据分析微生物组基因编辑CRISPR技术应用微生物与人体健康肠道菌群数万亿微生物组成益生菌提高免疫力，改善消化菌群失调与多种疾病相关微生物与全球变化碳循环固定和释放二氧化碳氮循环固氮、硝化和反硝化水循环影响水资源质量气候变化产生或消耗温室气体微生物的进化1原始微生物地球上最早的生命形式2代谢进化从厌氧到需氧环境适应3真核生物出现内共生理论：线粒体起源4水平基因转移非亲代间基因交流极端环境中的微生物嗜热菌生长于80-120°C热泉、海底热液喷口嗜盐菌高盐环境生存盐湖、盐田嗜酸菌pH0-4环境生长酸性矿山排水嗜碱菌pH9-11环境生长苏打湖微生物的群体行为生物膜多种微生物形成的群落包裹于胞外多糖基质中具有较高抗药性如牙菌斑、水管内垢群体感应细胞间通讯机制依赖信号分子浓度协调群体行为影响毒力因子表达微生物与其他生物的相互作用共生互利共生：双方获益寄生一方获益另一方受害竞争争夺同一资源拮抗产生抑制其他微生物物质微生物在生物