微生物学教案

[教学目标]通过本章的教学，使学生掌握什么是微生物？微生物的基本特征；微生物学和微生物[教学的重点和难点]微生物的概念和微生物的基本特征，微生物学发展过程中起重要作用的人和[教学方法和手段]主要以讲授为主，实验教学为辅。微生物(microbe,microorganism)非分类学上名词，来自法语"Mi微生物是指大量的、极其多样的、不借助显微镜看不见的微小生物类群的总称。因此，微生物通常包括病毒、亚病毒（类病毒、拟病毒、朊病毒）、具原核细胞结构的真细菌、古生菌以及具真核细但是有些例外，如许多真菌的子实体、蘑菇等常肉眼可见；相同的，某些藻类能生长几米长。一般来即使为多细胞的微生物，也没有许多的细胞类型。病毒甚至没有细胞，只有蛋白质外壳包围着的遗传物质，且不能独立存活。非细胞生物原核生物——真细菌、古细菌真核生物——真菌、单细胞藻类、原病毒、亚病毒生动物二、生物分界（微生物在生物界的位置）1、两界系统（亚里斯多德）动物界Animalia：不具细胞壁，可运动，不行光合作用。五界系统是以细胞结构分化的等级以及和光合、吸收、摄食这三种主要营养方式有关的六界：前五界加上病毒界。3、三界（域）系统端嗜盐菌和极端嗜酸嗜热菌也和产甲烷细菌一样，具有既不同其他细菌也不同于其核生物的序列特界(域)生物的系统树。三、微生物的特点生命通过它的耐久性、适应性、它的生长及修复的能力和它的繁殖而延续下去，这是生命的基本新陈代谢，包括外部的和内部的，是一切生命的另一基本特征。控制与调节，是生命的又一基本特征。1、体积小、比表面积大大小以um计，但比表面积（表面积/体积）大，必然有一个巨大的营养吸收，代谢废物排泄和环这一特点也是微生物与一切大型生物相区别的关键所在。）：2、吸收多、转化快这一特性为高速生长繁殖和产生大量代谢物提供了充分的物质基础。3、生长旺、繁殖快极高生长繁殖速度，如E.coli20～30分钟分裂一次，若不停分裂，48小时后分列为2.2×1043个细菌，但随着细菌数量的增加，营养物质的消耗，代谢废物的积累，限制生长速度。这一特性可在短时间内把大量基质转化为有用产品，缩短科研周期。也有不利一面，如疾病、粮食霉变。4、适应强、易变异极其灵活适应性，对极端环境具有惊人的适应力。分布区域广，分布环境广。生理代谢类型多，代谢产物种类多，种数多。所以微生物是很好的研究对象，具有广泛的用途。微生物与人类生活所有方面紧密联系，下面仅列出几个：1、自然界的物质循环和环境保护微生物在碳循环、氮循环和磷循环(地球化学循环)中承担主要作用，构成生物体的所有基本成分。它们可与植物相连系存在共生的关系，维持土壤肥力和环境中有毒化合物的清洁剂(生物除污)。某些微生物是破坏植物的病原菌，它们毁灭重要的作物，但是，也可有另外的作用，即它们是针对这些疾某些微生物可引起众所周知的疾病如：天花(天花病毒)、霍乱(霍乱弧菌)和疟疾(疟原虫属，原生动物)。但是，微生物也能向我们提供抗生素)和其他的医学上的重要药物，通过此种方式控制它们。微生物在生产食品的许多加工业中已被应用了几千年，从酿造、酒的酿制、干酪和面包制作到酿造酱油；害处方面，微生物引起食品酸败和常由于携带在食品上的微生物而引起疾病。传统的微生物已被用于合成许多重要的化合物，如丙酮、醋酸。最近，遗传工程技术的进步已经引导可在微生物中克隆药用的重要多肽，然后，可以大规模的生产。微生物由于比其更复杂的动物和植物更容易操作，已被广泛用作模式生物去研究生物化学和遗传学的过程。几百万个同样的、单细胞的拷贝，能以大量、非常快速而且低值获得均质的实验材料。另外的益处是大多数人对用这些微生物进行实验没有种族上的异议。一、微生物学的基本内容微生物学是研究微生物生命活动规律的学科。它的基本内容是：①微生物细胞的结构和功能，研究细胞的构建及其能量、物质、信息的运转；②微生物的进化和多样性，研究微生物的种类，它们之间的相似性和区别，以及微生物的起源；③生态学规律，研究不同微生物之间以及它们同环境之间的相互作用；④微生物同人类的关系。二、微生物学的发展简史中国古代：酒文化，"仪狄作酒，禹饮而甘之。"《书经》"若作酒醴，尔惟曲蘖（nie）"1、微生物的发现—形态学时期一个想看到的东西，雨水、污水、血液、体液、酒、醋、牙垢等，发现了微生物，称为"微动体"。2、微生物学的奠基—生理学时期微生物学的一套基本技术在19世纪后期均已完善，包括显微术、灭菌方法、加压灭菌器（1）证实了微生物活动和否定了微生物自然发生学说。（2）免疫学—预防种痘生源说：认为微小动物是从微小动物的"种子"或"胚"形成的，"种子"或"胚"存在于空气中。Spallanzani实验，充分加热的有机汁液中长出微生物原因是由于空气将微生物带进了汁液，因而采取完全密封隔绝的封闭法。①首先验证了空气中确实含有显微镜可观察到的"有机体"。②加热过的空气通入汁液（煮沸过）并不导致微生物生长。③在一封闭容器内，对完全灭菌的汁液加上一些收集到的微生物，无例外地引起微生物生长。④设计鹅颈瓶进行实验，最终否定自生说。相信一切发酵作用都和微生物的存在及繁殖有关。不同的发酵是由不同的微生物引起的。观察丁酸发酵时，发现厌氧生命，提出好氧、厌氧术语。（1）建立微生物学研究基本技术①分离和纯化细菌：划线法，混合倒平板法。琼脂、培养皿（Petri）②设计了培养细菌用的肉汁胨培养液和营养琼脂培养基。③设计了细菌染色技术（2）证实疾病的病原菌学说，提出了柯赫准则。①某一种微生物，当被怀疑是病原体时，它一定伴随着病害而存在；②必须能自原寄主分离出这种微生物，并培养成为纯培养；③用已纯化的纯培养微生物，人工接种寄主，必须能诱发与原来病害相同病害；④必须自人工接种发病的寄主内，能重新分离出同一病原微生物并培养成纯培养。其他人：3、现代微生物学发展—分子生物学阶段将青霉素投入生产，是通气培养微生物的开端，将微生物学与工程学结合。1944，Avery肺炎球菌转化实验，确定DNA是遗传物质，标志着分子生物学的形成。（3）分子生物学阶段20世纪70年代，基因工程的发展，工程菌的构建更促进了微生物学的发展。微生物学推动生命科学的发展，促进许多重大理论问题的突破，对生命科学研究技术的贡献，与"人类基因组计划"。4、微生物学的应用前景继续采用微生物作为生命科学的研究材料。微生物生产与动植物生产并列为生物产业的三大支柱。在工业中许多产品利用微生物来生产，如各种生物活性物质(抗生素等)、化工原料(酒精等)。微生物在农业生产中也有着多方面的作用。微生物在食品加工中有广泛用途，发酵食品和许多调味品都离不开微生物。微生物是消除污染、净化环境的重要手段。在新兴的生物技术产业中，微生物的作用更是不可替代。作为基因工程的外源DNA载体，不是微生物本身(如噬菌体)，就是微生物细胞中的质粒；被用作切割与拼接基因的工具酶，绝大多数来自各种微生物。由于微生物生长繁殖快、培养条件较简易，当今大量的基因工程产品主要是以微生物作为受体而进行生产，尤其是大肠杆菌、枯草芽胞杆菌和酿酒醉母。借助微生物发酵法，人们已能生产外源蛋白质药物(如人胰岛素和干扰素等)。尽管基因工程所采用的外源基因可以来自动植物，但由于微生物生理代谢类型的多样性，它们是最丰富的外源基因供体。与高等动植物相比，已知微生物种类只是估计存在数量的很小一部分。哺乳动物和鸟类的物种几乎全部为人们所掌握，被子植物已知种类达93%，但细菌已知种数仅为估计数的12%，真菌为5%，资料，1991—1997发表的微生物学文献大量集中在8个属，尤其是埃希氏杆菌，其中大肠杆菌又占主要部分(Galvez等，1998)。可以想像，既然对少数已知微生物的研究就已为人类作通过对多样性微生物的开发必然会为社会带来巨大利益。微生物学事业方兴未艾。微生物基因组学研究将全面展开，以微生物之间、微生物与其他生物、微生物与环境的相互作用为主要内容的微生物生态学、环境微生物学、细胞微生物学将基因组信息在基础上获得长足发展。[教学目标]通过本章的教学，使学生掌握微生物的种类和特征、掌握以细菌为代表原核微生物的形态结构、化学组成和繁殖特征等。[教学的重点和难点]细菌的基本形态、构造和特征；原核微生物之间的区别；革兰氏染色；细菌[教学方法和手段]主要以讲授为主，应用多媒体课件进行形象生动的课堂教学。设计微生物学形态学综合实验，从菌落形态、染色方法和显微镜观察等多方面进行实验教学。）：细胞型：原核微生物(prokaryotes)：细菌、放线菌等。特点是无明显核，也无核膜、核仁。原核生物即广义的细菌，指一大类细胞核无核膜包裹，只存在称作核区（nuc本章主要介绍原核生物的六种类型：细菌、放线菌、蓝细菌、支原体、立克次氏体和衣原体。DNA与类组蛋白连系DNA与组蛋白连系原核细胞和真核细胞的区别原核生物和真核生物原核生物和真核生物细胞之间有许多差别。真核生物的主要特征是有细胞核和如线粒体、叶绿体原核细胞和真核细胞的区别核、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。一、细菌的形态构造及其功能（一）形态与染色1、基本外形：球状——球菌；杆状——杆菌；螺旋状——螺旋菌。球形或近球形，根据空间排列方式不同又分为单、双、链、四联、八叠、葡萄球菌。不同的排列方式是由于细胞分裂方向及分裂后情况不同造成的。细胞呈球状或椭圆形。根据这些细胞分裂产生的新细胞所保持的一定空间排列方式有以下几种情形：见图2-1单球菌——尿素微球菌（图2-1-1）双球菌——肺炎双球菌（图2-1-2）链球菌——溶血链球菌（图2-1-3）八叠球菌——尿素八叠球菌（图2-1-5）葡萄球菌——金黄色葡萄球菌（图或圆柱形，径长比不同，短粗或细长。是细菌中种类最多的。杆菌细胞呈杆状或圆柱形。图2.1中B的7为长杆菌和短杆菌，8（3）螺旋菌（Spirillum）：细胞呈弯曲杆状的细菌统称为螺旋菌。是细胞呈弯曲杆状细菌统称，一般分散存在。根据其长度、螺旋数目和螺距等差别，分为弧菌Vibrio（菌体只有一个弯曲，形似C弧菌偏端单生鞭毛或丛生鞭毛（图2-1-10）细菌形态不是一成不变的，受环境条件影响（如温度、培养基浓度及组成、菌龄等）。异常形态：一般，幼龄，生长条件适宜，形状正常、整齐。老龄，不正常，异常形态。畸形：由于理化因素刺激，阻碍细胞发育引起。衰颓形：由于培养时间长，细胞衰老，营养缺乏，或排泄物积累过多引起。2、细菌染色法由于细菌细胞既小又透明，故一般先要经过染色才能作显微镜观察。细菌染色法负染色：荚膜染色法鉴别染色法细菌染色法活菌：用美蓝或TTC等正染色荚膜染色法革兰氏染色抗酸性染色法芽孢染色法细菌大小的度量单位：以μm为单位。球菌一般以直径来表示，球菌直径0.5～1um。细菌大小的测定：在显微镜下使用显微测微尺测定。细菌大小也不是一成不变的。二、细菌的细胞构造研究细菌细胞结构是分子生物学重要内容之一，有了电子显微镜才有可能。其结构分为基本结构（一）细菌细胞的一般构造基本结构是细胞不变部分，每个细胞都有，如细胞壁、细胞膜、细胞核。①概念：细胞壁（cellwall）是细胞质膜外面具有一定硬度和韧性的壁套，使细胞保持一定形状，保障其在不同渗透压条件下生长，即使在不良环境中也能防止胞溶作用。真细菌的细胞壁由肽聚糖构成，而古细菌细胞壁组成物质极为多样，从类似肽聚糖的物质、假肽聚糖，到多糖、蛋白质和糖蛋白。真细菌细胞壁由肤聚糖构成，肤聚糖是N-乙酰氨基葡萄糖(NAG)和带有交替排列的D-型或L-型氨基酸侧链的N-乙酰胞壁酸(NAM)的多聚体。它是高度的交联的分子，使得细胞具有刚性、强度和保护细胞抵抗渗透压的裂解。肽聚糖有许多独特的特性，如D-型氨基酸，它可作为抗生素攻击肽聚糖的靶目标(抗生素通过抑制或干扰肽聚糖合成而使细胞壁缺损)。革兰氏阳性细菌细胞还含有磷壁酸。保护原生质体免受渗透压引起破裂的作用；维持细菌的细胞形态(可用溶菌酶处理不同形态的细菌细胞壁后，菌体均呈现圆形得到证明)；细胞壁是多孔结构的分子筛，阻挡某些分子进入和保留蛋白质在间质(革兰氏阴性菌细胞壁和细胞质之间的区域)；细胞壁为鞭毛提供支点，使鞭毛运动。③革兰氏染色类。对染色步骤反应的差别是由于两类细菌的细胞外膜结构。革兰氏阳性细菌有单一的膜称作细胞膜(或原生质膜)，周围被厚的肽聚糖层包围(20～80nm)。革兰氏阴性细菌只有一薄层肽聚糖(1—3nm)，但是在肽聚糖层外边，仍有另一层的外膜，作为另外的屏障(图2.3)。革兰氏染色步骤如下：固定过的细胞用暗染色例如结晶紫染色，接着加碘液媒染，细菌细胞壁内由于染色形成结晶紫与碘的复合物。随后加酒精从薄的细胞壁中洗出结晶紫与碘暗染色的复合物，但是结晶紫—碘复合物不能从厚的细胞壁中洗出。最后，用较浅的石炭酸复仍保持第一次的染色结果。保持原来染色(厚的细胞壁)的细胞称作革兰氏阳性，在光学显微镜下呈现蓝紫色。脱色的细胞(薄的细胞壁和外膜)称作革兰氏阴性，染成粉红色或淡紫色。④化学组成与超微结构革兰氏阳性细菌细胞壁具有较厚（30～40nm）而致密的肽聚糖层，多达20层，占细胞壁的成分60-90%，它同细胞膜的外层紧密相连(见图2.4)。外膜革兰氏阴性细菌特殊的是外膜上含有许多独特的结构（见图示2.5如把外膜与肽聚糖层连接起来的布朗(Braun’s)脂蛋白，使营养物被动运输通过膜的[膜]孔蛋白和起保护(LPS)。脂多糖也称为内毒素，对哺乳动物有高度毒性。肽聚糖层G-细菌细胞壁肽聚糖层很薄，约有2-3nm厚。它与外膜的脂蛋白层相连。的一个透明的区域（见图2.3）。它含有与营养物运输和营养物进入有关的蛋白质，有：营养物进入细胞的蛋白；营养物运输的酶，如蛋白[水解]酶；细胞防御有毒化合物，如破坏青霉素的-内酰胺酶。革兰氏阳性细菌以上这些酶常分泌到胞外周围，革兰氏阴性细菌则依靠它的外膜，保持这些酶与菌的⑤G+与G－菌的细胞壁的特征比较缺有⑥细胞壁缺陷细菌A、原生质体（protoplast）：人工条件下用溶菌酶除去细胞壁或用青霉素抑制细胞壁合成后，所）：特点：对渗透压敏感；长鞭毛也不运动；对噬菌体不敏感；细胞不能分裂等。C、细菌L型：一种由自发突变形成的变异型，无完整细胞壁，在固体培养基表面形成"油煎蛋D、支原体：长期进化形成，独立成为柔膜菌纲，柔膜菌目。2、细胞膜与中间体构，使细胞具有选择吸收性能，控制物质的吸收与排放，也是许多生化反应的重要部位。原生质膜是一个磷脂双分子层，其中埋藏着与物质运输、能量代谢和信号接收有关的整合蛋白。另外，有通过电荷相互作用，疏松附着于膜的外周蛋白。膜中的脂类和蛋白质互相相对运动。②成分与结构原生质膜(细胞膜)埋藏在磷脂双分子层中的是有各种功能的蛋白(图2.6)，包括转运蛋白、能量代谢中的蛋白和能够对化学刺激检测和反应的受体蛋白。整合蛋白(integral)是完全地与膜连接而且贯穿全膜的蛋白，所以这些蛋白在此区域中有疏水性氨基酸埋藏在脂中。外周蛋白(peripheralproreins)是由于磷脂带正电荷极性头，只是通过电荷作用与膜松散连接的一类，用盐溶液洗涤可以从纯化的膜上除去。脂类和蛋白质均在运动，而且是彼此之间相对运动。这就是被广泛接受的称作液态镶嵌模式的脂双分子层细胞膜由含有亲水区域的和疏水区域的两亲性分子磷脂组成。在膜中磷脂以双分子层排列，极性头部亲水区指向膜的外表面，而其疏水区脂肪酸的尾部指向膜的内层。结果，膜对于大分子或电荷高的分子成为一个选择渗透屏障，它们不易通过磷脂双分子的疏水性内层。③功能a维持渗透压的梯度和溶质的转移；b细胞质膜是半渗透膜，具有选择性的渗透作用，能阻止高分子通过，并选择性地逆浓度梯度吸收某些低分子进入细胞；c由于膜有极性，膜上有各种与渗透有关的酶，还可使两种结构相类似的糖进入细胞的比例不同，吸收某些分子，排出某些分子；d细胞质膜上有合成细胞壁和形成横隔膜组分的酶，故在膜的外表面合成细胞壁；e膜内陷形成的中间体(相当于高等植物的粒线体)含有细胞色素，参与呼吸作用；f中间体与染色体的分离和细胞分裂有关，还为细胞质膜上有琥珀酸脱氢酶、NADH脱氢酶、细胞色素氧化酶、电子传递系统、氧化磷酸化酶及细胞质膜上有鞭毛基粒，鞭毛由此长出，即为鞭毛提供附着点。④内膜结构间体（mesosome）是从质膜向内伸展的细胞质中主要单位膜结构，常常同核质相联系，位于细胞分裂处。间体的功能可能参与呼吸作用、同DNA的复制和细胞的分裂有关。载色体(chromatophore)也称为色素体，是光合细菌进行光合作用的部位，由单层的与细胞膜相连的内膜所围绕，主要化学成分是蛋白质和脂类。它们含有菌绿素、胡萝卜素等色素以及光合磷酸化所需的酶系和电子传递体。在绿硫菌科和红硫菌科中存在。类囊体（thylakoid）由单位膜组成，含有叶绿素、胡萝卜素等光合色素和有关酶类，在蓝细菌3、细胞质及其内含物①概念细胞质：是指除核以外，质膜以内的原生质。②细胞质的主要成分细菌细胞质是含水的、含有细胞功能所需的各种分子、RNA和蛋白质的混合物。对所有的细菌都是一样的，细胞质中的主要结构是核糖体。③核糖体核糖体由一个小的亚基和一个大的亚基组成，核糖体的亚基是由蛋白质和RNAs组成的复合物，是细胞中合成蛋白质的场所。原核细胞中的核糖体，尽管在形状上和功能上与真核细胞相似，但是组建核糖体亚基的蛋白质和RNAs性质上有差别。古细菌的核糖体与真细菌的核糖体(70S)同样大小，但是对于白喉毒素和某些抗生素的敏感性却不同，而与真核生物的核糖体相似。业已证明抗生素对人类是非常有用的，因为抑制细菌蛋白质合成的抗生素，对真核生物蛋白质合成无效果，这样就有④内含体某些细菌含有与特殊功能相连系的结构，称作内含体(inclusionbodies)它常常在光学显微镜下观察到。这些颗粒常是储存物，可以与膜结合，例如聚-β-经丁酸盐(PHB)颗粒；细胞质中发现的分散颗粒如多聚磷酸盐颗粒(也称为异染粒)。某些细菌中也能看到脂肪滴。一个有趣的内含体是在蓝细菌(蓝绿藻)和生活在水环境中的其他光合细菌内发现的气泡，在细胞内四周排列的由蛋白质构成的气泡提供浮力，使得细菌漂浮靠近水的表面。详情见表2.4①原核细菌的DNA在细胞质中为单个环状染色体，有些时候称为拟核。细菌的DNA位于细胞质中，由一个染色体构成，不同种的细菌之间染色体大小不同(大肠杆菌染色体有4×106碱基对长)。DNA是环状、致密超螺旋，而且与真核细胞中发现的组蛋白相类似的蛋白质结合。虽然染色体没有核膜包围，但在电子显微镜中常可看到细胞内分离的核区，称为拟核分子大小通常小于大肠杆菌的DNA。②质粒常在细菌中发现小的、染色体外的环状DNA片段，称作质粒。某些细菌还含有染色体外的小分子DNA称作质粒(p1asmids)。其上携带的基因对细菌正常生活并非必需，但在某些情况下对细胞有利，如抗生素抗性质粒。质粒常以不同大小的环状双螺旋存在，它可以独立进行复制，也可整合到染色体上。（二）细菌细胞的特殊构造而特殊结构是细胞可变部分，不是每个都有，如鞭毛、荚膜、芽孢等。包被于某些细菌细胞壁外的一层厚度不定的透明胶状物质。糖被的有无、厚薄与菌种的遗传性相糖被的功能：①保护作用，如保护细胞免受干旱损伤，保护细胞免受吞噬等；②贮藏养料，以备营养缺乏时重新利用；③作为渗透屏障和离子交换系统，以保护细菌免受金属离子的毒害；④表面附细菌间的信息识别作用；⑥堆积代谢废物。2、鞭毛和菌毛鞭毛（flagellum，flagella）是从细胞质膜和细胞壁伸出细胞外面的蛋白质组成的丝状体结构，鞭毛与细菌运动有关，如趋化性和趋渗性等。菌毛（pili）细菌细胞表面发现的特殊的象头发样的蛋白质表膜附属物，有几微米长。性菌毛（sexpili）与遗传物质从一个细菌转移到另一个细菌有关，即在细菌接合交配时起作用。性菌毛比菌毛稍长，数量少，只有一根或几根。①概念和外部多层蛋白质及肤聚糖包围而构成，芽孢对干燥和热具有高度抗性。形成芽孢的细clostridium,Spirillum,Vibrio,Sarcina，每一细胞仅形成一个芽孢，所以其没有繁殖功能。形成芽孢属于细胞分化（形态发生）。②形态与结构芽孢结构相当复杂最里面为核心，含核质、核糖体和一些酶类，由核心壁所包围；核心外面为皮层，由肽聚糖组成；皮层外面是由蛋白质所组成的芽孢衣；最外面是芽孢外壁。一般含内生芽孢的细），聚糖和吡啶-2,6-二羧酸钙（DPA-Ca）。伴胞晶体——苏云金芽孢杆菌，生物农药。③生理特性芽孢在许多细菌中，主要是芽孢杆菌属和梭菌属产生一种特化的繁殖结构，(它无繁殖功能，为抗逆性休眠体)。在光学显微镜下用特殊的芽孢染色(如孔雀绿染色)或通过相差显微镜能够观察到芽例如热、紫外线辐射、化学消毒剂和干燥。由于许多重要的病原菌可产生芽孢，因此，必需设计灭菌措施以除去这些坚硬的结构，因为某些菌能经受住在沸水中煮沸几小时。④芽孢形成过程细菌芽孢的形成过程是细胞分化的一个典型例子，如图2.9和表2.5所示。Ⅲ前阶段形成的较大部分细胞膜继续沿着小的细胞部分延伸并逐步将它包围，形成具有双层膜的Ⅵ皮层形成，芽胞继续发育形成具有对热和化学药物等特殊抗性的芽胞，芽胞成熟Ⅶ营养细胞自溶，芽孢游离而出三、细菌的繁殖和菌落的形成当细菌从周围环境中吸收了营养物质后，发生一系列的系列化合成反应，把进入的营养物质转变成为新的营养物质——DNA、RNA、蛋白质、酶及其他大分子，之后菌体开始了繁殖过程形成两个①裂殖裂殖是细菌最普遍、最主要的繁殖方式，通常表现为横分裂。②细菌的分裂过程首先是核的分裂和隔膜的形成第二步横隔壁的形成最后子细胞的分离①菌落菌落（colony）单个微生物在适宜的固体培养基表面或内部生长、繁殖到一定程度可以形成肉眼可见的、有一定形态结构的子细胞生长群体，称为菌落。当固体培养基表面众多菌落连成一片时，便②菌落特征各种细菌在一定条件下形成的菌落特征具有一定的稳定性和专一性，这是衡量菌种纯度，辨认和鉴定菌种的重要依据。③如何描述菌落特征菌落特征包括大小，形状，隆起形状，边缘情况，表面状态，表面光泽，质地，颜色，透明度等④影响菌落特征的因素组成菌落和细胞结构和生长行为；邻近菌落影响菌落的大小；培养条件。），因菌落呈放射状而得名，是丝状分枝细胞的细菌。一般分布在含水量低，有机质丰富的中性偏碱性土壤中，特殊土腥味。大多数是腐生菌，少数寄生；多数异养，好氧。突出特性是产各种抗生素。一、放线菌与人类生活及生产的关系放线菌是真细菌的一个大类群，放线菌多为腐生，少数为寄生。寄生型放线菌会引起放线菌病和诺卡同时放线菌能产生大量的、种类繁多的抗生素。世界上绝大多数的抗二、形态结构放线菌菌体为单细胞，大多数由分枝发达的菌丝组成。根据放线菌菌丝的形态和功能分为营养菌丝、气生又称为初级菌丝体或一级菌丝体或基内菌丝，匍匐生长于培养基内，主要生理功能是吸收营养物。营养菌丝一般无隔膜；直径0.2-0.8微米；长度差别很大；短的小又称为二级菌丝体。营养菌丝体发育到一定时期，长出培养基外并伸向空间的菌丝为所生菌丝。它叠生于营养菌丝之上，直径比营养菌丝粗，当气生菌丝发育到一定程度，其上分化出可形成孢子的菌丝即为孢子丝，又名产孢丝或繁殖菌丝三、菌落特征放线菌的菌落由菌丝体组成，一般圆形、光平或有许多皱褶。在光学显微镜下观察，菌落周围具有辐射状菌丝。总的特征介于霉菌和细菌之间。据种的不同分为两类。由大量产生分枝的和气生菌丝的菌种所形成的菌落，如链霉菌。干燥，多皱，菌落小而不蔓延，营养菌丝长在培养基内，所以菌落与培养基结合紧密，不易挑取，或挑起后不易破碎。有时气生菌丝体呈同心圆环状，当孢子丝产生大量孢子并布满整个菌落表面后，才形成絮状，粉状或颗粒状的典型放线菌菌落。有的产生色素。由不产生大量菌丝的种类形成，如诺卡氏菌。菌落粘着力差，结构呈粉质状，用针挑取则粉碎。放线菌主要通过形成无性孢子的方式进行繁殖，也可利用菌丝片断进行繁殖。放线菌生长到一定阶段，一部分菌丝形成孢子丝，孢子丝成熟便分化形成许多孢子，这称为分生五、几种常见的放线菌无气生菌丝，基内菌丝顶端着生一孢子。原放线菌属，降解能力强。只有基内菌丝，不形成孢子，厌氧。形成孢子囊，孢囊孢子。久、革兰氏阴性、无鞭毛、含叶绿素（但不形成叶绿体），能进行产氧性光合作用的大型原核生物。蓝细菌形态差异极大，有单细胞和丝状体两类形态。细胞的直径从0.5～1μm到60μm，丝状体的长度差异很大。多个个体聚集在一起，可形成肉眼可见的很大的群体。在水体中繁茂生长时，可使水体颜色随菌体而发生变化。二、细胞生理特性蓝细菌属于原核生物，细胞壁与G－细菌相似，由肽聚糖等多粘复合物组成，并含有二氨基庚二酸，革兰氏阴性，细胞壁可以分泌许多胶粘物质使一群群的细胞或丝状结合在一起形成胶团或胶鞘；细胞核无核膜，没有有丝分裂器；细胞质中有汽泡，可使细胞漂浮。蓝细菌具有它所特有结构——光合器，光合器有两种不同的构型，一是位于细胞膜的外膜下面呈一连续层；但大多数是位于类囊体的膜层中。光合器中含有光合作用色素有叶绿素a、藻胆素和类胡萝卜素。蓝细菌可进行光合作用。它可利用ATP和还原性物质来还原自由态的氮成为氨。光合作用的产物从邻近的营养细胞向异形胞转移，而固氮作用产物则移向营养细胞。三、常见的蓝细菌类群常见的蓝细菌类群及其特性见表2.6。古细菌是根据16SrRNA寡核苷酸序列分析，显示出三个主要的生物域（真细菌、古细菌和真核一、古细菌的细胞结构特点古细菌的细胞壁和表面古细菌细胞壁的物质极为多样，从类似肽聚糖的物质、假肽聚糖(假胞壁质)，到多糖、蛋白质和糖蛋白。有的古细菌细胞壁含假肽聚糖(假胞壁质)，而有的古细菌则是由两个双向的、不完全结晶的蛋白质或糖蛋白在细胞表面排列而成的表层，其他古细菌在原生质膜外有厚的多糖的细胞壁。古细菌有鉴别性的特征之一是在原生质膜中脂类的性质不像真细菌的脂类由酯键连接甘油，和真核生物一样由醚键连接甘油，它们的脂类也是长链和分支的脂肪酸。古细菌的DNA与真细菌的染色体相似由不含核膜的单个环状DNA分子构成，但大小通常小于大肠杆菌的DNA。如对抗生素链霉素和氯霉素的抗性及对白喉毒素的敏感性。二、真细菌和古细菌的差异三、古细菌的类群和生长环境古细菌类群包括能够在极端环境中生存的细菌，如热泉(例如硫化叶菌属Sulfolobus和热球菌属产甲烷菌；极端嗜盐菌；极端嗜热菌；无细胞壁的古细菌重要了解大小、G、培养、细胞及代谢。介于细菌、病毒之间，专性真核活细胞内寄生，不能人工培养。不滤过，直径0.3-0.6um，存在与寄主细胞质和核中。细胞球状或杆状，不运动。G-，膜疏松，酶系统不完全，不完整的产能代谢，已知可独立生活的最小的细胞型生物。可人工培养，营养要求苛刻，油煎蛋菌落。介于立克次氏体、病毒之间。可滤过，专性活细胞内寄生。G-，"能量寄生物"。各类原核微生[教学目标]通过本章的教学，使学生掌握真核微生物的种类和特征、掌握以酵母菌和丝状真菌为代表真核微生物的形态结构、化学组成和繁殖特征等。[教学的重点和难点]酵母菌和丝状真菌的基本形态、构造和特征；酵母菌和丝状真菌的菌落形态特征和繁殖方式。[教学方法和手段]主要以讲授为主，应用多媒体课件进行形象生动的课堂教学。真核生物真核生物细胞具有复杂的，有膜包被的亚细胞器，使细胞功能区域化。真核生物细胞由膜分隔。细胞含有几种不同类型的由膜包被的细胞器，其中进行着可调控的不同的生理生化过程。膜还可以传递信息，传递新陈代谢的中间产物和终产物，从生物合成位点到使用位质膜质膜是半透膜，把细胞的内外部分隔绝开来，它还参与细胞间的识别，细胞内吞作用和胞吐作用，并附着在细胞表面。膜内的运输体系使它能有选择性地把物质输送到细胞内部。真核生物的质膜是一个分隔细胞内和外的半透明(seml-permeable)屏障，这一点与原核生物相似，但是真核生物的质膜含有固醇，这种扁平分子使膜的硬度增强，使真核细胞更加稳定。膜上还有运输系统，选择重要的物质进入细胞，并参与内吞作用和胞吐作用，在此处，食物颗粒被吞入，废物以膜包被成小泡的形式从细胞内排出。质膜还参与了细胞之间的重要相互作用过程，例如，细胞间的识别系统及细胞在固体表面的附着作用。细胞质细胞质内的水分占70%-85%，溶液中有蛋白质、糖类和盐类。细胞器悬浮在细胞质中。真菌和藻类细胞中还有单层膜包被的液泡。的特点，即其分子组构可以是液体，也可以是半固体。在极稀的溶液中，液泡作为营养物和废物的储藏场所，液泡的高含水量保持了细胞的高膨胀压。细胞骨架细胞骨架由微管、中间纤维和微丝组成，它们维持了细胞的形状。微丝(直径4-7nm)和一种类似于收缩肌的肌动蛋白构成的中等纤维(直径8-10nm)。细胞骨架是一种动力结构，不但支持细胞，还支持变形虫式运动、细胞质流、以及核和细胞的分裂。核及核糖体细胞核是由双层膜包被的细胞器，含有细胞的染色体DNA。核内部有核仁，这是核糖体RNA(rRNA)合成的场所。核糖体由蛋白质和BNA两种亚单位构成，他们是DNA翻译和蛋白核包含有微生物DNA。真核微生物中的核通常包含不止一条染色体，在染色体中，DNA被组蛋白保护起来。在二倍体生物中，这些染色体是成对的。核由双层核膜包被，膜上有孔，在核膜孔处内外膜融合在一起。正是通过这些孔，细胞核能通过mRNA和核糖体对细胞进行稳定的调控。核膜在此处也是与内质网相连的。核内有核仁，它富含RNA，核糖体在此处被合成。真核生物的核糖体基本上与原核生物的相类似，但它们的更大一些，两个亚单位分别为60体。其功能与原核生物的相同。内质网内质网(ER)是由管状和盘状膜组成的复合体，与核膜相连。内质网可以是滑面型，或被核糖体附着而变成粗面型。这种细胞器的主要功能是合成和输送蛋白质和脂类。核的外膜与复杂的、具三维结构的膜管状及层状结构的内质网(ER)相联系。管状ER可被核糖体附着，称为粗面型内质网(RER)，核糖体的翻译和蛋白质的修饰作用在此处进行。这些蛋白质或是分泌到ER腔中，或是插人到膜内。滑面型ER的盘状结构与脂类合成及蛋白质和脂类的细胞间运输有高尔基体高尔基体是一系列扁平的、有膜包被并具孔的囊和泡。从ER分泌而来的小泡与高尔基体(Golgi)融合，其内含物在此进一步进行生化加工。加工后的物质以小泡的形式从Golgi中分泌出来，然后与其他细胞器或质膜融合。高尔基体由一系列扁平的膜包被的囊或潴泡堆积在一起而成，并环绕着管和泡囊的复合体。这个堆积体有着严格的极性，顺式面或形成面接受从ER来的泡囊，泡囊内的物质被高尔基体加工，然后从细胞器的反式面(成熟面)或其边缘以出芽方式放出。高尔基体加工并包装物质使之分泌到其它亚细胞器或细胞膜上。真菌高尔基体不如藻类发达，只有很少几个或单个潴泡。有时称它们为(分散)高尔溶酶体和过氧化物酶体溶酶体和过氧化物酶体是由高尔基体分泌的、有膜包被的囊泡。溶酶体含有的酸性水解酶参与胞内的消化作用。过氧化物酶体含有氨基酸和脂肪酸降解酶以及过氧化氢酶，后者对降解过程中产生的过氧化氢有解毒作用。高尔基体产生了这些单层膜包被的含酶的细胞器(溶酶体中含酸性水解酶，过氧化物酶体中含胺化酶(aminase)、酰胺酶、脂酶和过氧化氢酶)，这些酶对消化许多不同的大分子是必须的。溶酶体内的pH是酸性的(pH3.5～5)，可使酶在最佳pH下发挥作用，而此pH值是由膜上的质子泵维持的。过氧化物酶体内氨基酸和脂肪酸的降解产生了过氧化氢，这是一种具有潜在细胞毒性的副产物。然而过氧化物酶体中也存在过氧化氢酶，可把此过氧化物降解成水和氧气，从而保护了细胞。线粒体和氢化酶体线粒体是需氧生物呼吸作用和氧化磷酸化作用的场所。它们由双层膜包被，内层膜折叠成盘状或管状，称为嵴。ATP的产生部位就在附着于嵴上的颗粒中。在一些无线粒体的厌线粒体是由双层膜包被的细胞器，呼吸作用和氧化磷酸化作用在此处发生，大约2～3nm长，直径1mm。其数目在细胞中是变化的。其内含有一个小的环形DNA分子，负责编码部分线粒体蛋白和ATP产生于附着在线粒体嵴上的颗粒中，此嵴由线粒体内膜折叠而成(图2.14)。其结构在三个原生生物类群中稍有不同。并非所有的原生动物中都有线粒体，而且这些细胞的新陈代谢基本上是厌氧的。在需氧类型中，最原始的真核生物的线粒体嵴是盘状的。真菌的线粒体是大的、高度分裂的扁平板状嵴，而藻类则具有更多的膨大的嵴。在厌氧原生动物中发现了氢化物酶体，它们是由膜包被的细胞器，具有电子转运途径，即氢化酶转运电子到最终电子受体，生成氢分子。叶绿体叶绿体是由双层膜包被的细胞器，内含光合色素叶绿素。在叶绿体内是成层排列的扁平的泡囊，称为类囊体(thylakoids)，光合系统位叶绿体是含叶绿素的细胞器，能利用光能固定二氧化碳成碳水化合物(光合作用)。叶绿体有双层膜包被，并含有扁平的膜囊称为类囊体，是光合作用中光反应的发生场所(图2.15)。藻类中这些细胞器较大，几乎充满整个细胞。淀粉核是叶绿体内的蛋白性区域，是多糖生物合成的场所。细胞壁细胞壁见于藻类(纤维素为主)和真菌(壳多糖为主)中。它们是细胞与环境的分界，在维持细胞硬度及在控制水分因渗透而过度进入胞内是重要的。植物和真菌细胞的原生质体在大多数情况下由坚硬的细胞壁包被。真菌细胞壁是由壳多糖(以β-1，4-连接的NAG重复单位)和无定型的β-葡聚糖形成的微晶聚合物组成，而植物的细胞壁则是由纤维素(β-1，4-连接的葡萄糖重复单位)和半纤维素组成。鞭毛鞭毛是含微管的细胞膜的延伸。因其可弯曲而导致细胞可运动。鞭毛是由膜包被的细胞延伸物，内含有微管。微管以9对束状排列围绕在鞭毛的外缘，在其内部有一对微管不停地运动。这种结构称轴丝。由于供给ATP后鞭毛可柔软弯曲，故为细胞提供运动性。非分类名词，一群单细胞微生物，属真菌类。第一种"家养微生物"，与人类关系密切。主要分布在含糖较高偏酸性环境中，又称“糖真菌”。特点：①个体一般以单细胞状态存在；②多数营出芽繁殖；③能发酵糖类产能；④细胞壁常含甘露聚糖；⑤常生活在含糖量较高、酸度较大的水生环境中。一、酵母菌的形态（菌体、菌落）和细胞结构酵母菌菌落大多数与细菌菌落相似，表面湿润，粘稠，易挑取，但比细菌菌落大而厚，颜色多为白色，少数为红色，若培养时间太长，其表面可产生皱褶。在液体培养时，有的生长在底部，有的生长均匀，有的则在表面形成菌醭。酵母菌细胞结构有细胞壁、细胞质膜、细胞核、细胞质及细胞壁组分有：葡聚糖、甘露聚糖、蛋白质及脂类等。细胞质膜与原核生物基本相同，但含有固醇。细胞核具有核膜、核仁、和染色体，核膜上有大量核孔。细胞质含有大量RNA、核工业糖体、中心体、线粒体、中心染色质、内质膜、液泡等。异染颗粒、肝糖，脂肪粒、蛋白质和多糖。二、繁殖方式芽殖（budding出芽繁殖是酵母菌进行无性繁殖的主要方式。成熟的酵母菌细胞，先长出一个小芽，芽细胞长到一定程度，脱离母细胞继续生长，尔后双形成新个体。有多边出芽、两端出芽、和三边出芽。芽裂：母细胞总在一端出芽，并在芽基处形成隔膜，子细胞呈瓶状。这种方式很少。裂殖（fission）：少数种类的酵母菌与细菌一样，借细胞横分裂而繁殖。酵母菌以形成子囊孢子进行有性繁殖。当酵母菌发育到一定阶段，两个性别不同的细胞（单倍体核）接近，各伸出一个小的突起而相互接触，使两个细胞结合起来。然后接触处细胞壁溶解，两个细胞的细胞质通过所形成的融合管道进行质配，两个单倍体核也移至融合管道中发生核配形成二倍体核的接合子。接合子可在融合管道的垂直方向形成芽细胞，然后二倍体核移入芽细胞内。此二倍体细胞可以从融合管道上脱离下来，再开始二倍体营养细胞的生长繁殖。很多酵母菌细胞的二倍体细胞可以进行多代的营养生长繁殖，因而酵母菌的单倍体、双倍体细胞都可以独立存在。在合适的条件下接合子经减数分裂，双倍体核分裂为4～8个单倍体核，其外包以细胞质逐渐形成子囊孢子，包含在由酵母菌细胞壁演变来的子囊中。子囊孢子又可萌发成单倍体营养细胞。三、生产上常用的酵母菌非分类名词，丝状真菌统称。通常指菌丝体发达而又不产生大型子实体的真菌。霉菌是异养的真核生物，具有丝状或管状结构，单个分支称为菌丝（霉菌是丝状的、无光合作用的、营异养性营养的真核微生物。其细胞基本单位是菌丝(图2.18)。分支而形成微细的网络结构，称为菌丝体。在原生质膜包被的菌丝细胞质中有核、线粒体、核糖体、高尔基体以及膜包被的囊泡。亚细胞结构由微管和内质网支持和组构。菌丝内细胞质的组分趋向于朝生长点的位置集中。菌丝较老的部位有大量液泡，并可能与较幼嫩的区域以横隔(称为隔膜)分开。菌丝分有隔菌丝和无隔菌丝两种（图2.19有隔菌丝有隔菌丝中有横隔膜将菌丝分隔成多个细胞，在菌丝生长过程中细胞核的分裂伴随着细胞的分裂，每个细胞含有1至多个细胞核。横隔膜可以使相邻细++++胞之间的物质相互沟通。无隔菌丝菌丝中无横隔膜，整个细胞是一个单细胞，菌丝内有许多核，在生长过程中只有核的分裂和原生质量的增加，没有细胞数目的增多。2、真菌细胞壁结构及生长真菌的细胞壁是由多层半晶体壳多糖微原纤维镶嵌在无定型的-葡聚糖基质中而形成的坚硬结构，也可含某些蛋白质。菌丝生长发生在顶端，通过菌丝顶端的细胞膜与囊泡的融合而生长(图2.20)，囊泡内含来自高尔基体的聚合化酶、细胞壁单体酶及软化细胞壁的酶。真菌细胞壁被软化，在膨压的作用下延伸，然后变坚硬。隔膜是横壁，形成于菌丝体内。低等真菌的生长并不随之形成隔膜，只有在菌丝体形成繁殖结构协同进行的，此双核状态是在形成锁状联合(clampconnection)时形成的。这些隔膜与子囊形成中产囊过去认为真菌是多源性的类群，所包含的微生物具有不同的祖先。现在则倾向于单源性分类，认为同一亚门中的所有类群来自于一个祖先。依据形态学及有性生殖，目前把真菌分成4个亚门。接合菌亚门和壶菌亚门称为低等真菌。低等真菌的营养菌丝体是无隔膜的，完整的隔膜仅见于繁殖结构。无性繁殖通过形成孢子囊，有性繁殖则通过形成接合孢子。另外两亚门称为高等真菌，它们有更加复杂的菌丝体和复杂的、有穿孔的隔膜。分为子囊菌亚门和担子菌亚门。子囊菌亚门产生无性的分生孢子和在一种叫子囊的囊形细胞中产生有性的子囊孢子。担子菌亚门中的真菌几乎不产生无性孢子，而是在复杂的子实体上形成棒形的担子，在担子上产第五大类群属于更高等的真菌，它包含所有与有性生殖无关的类型，称为半知菌亚门。分若干亚纲或目，以-ales结尾，其下又分属和种，真菌间用于分类鉴定的最主要区别概括于表2.8。无菌落生长菌丝顶端的生长使得真菌可以从一个点或一个接种物(inoculum)向新的区域延伸。老的菌丝通常缺乏内含物，因为细胞质流向生长点。这使得在琼脂板上的菌落呈放射状(见图2.21)，在感染的皮肤上呈环癣状，在草地上呈蘑菇圈状。菌落特征霉菌菌落疏松，呈绒毛状、絮状或蜘蛛网状，比细菌菌落大几倍到十几倍；霉菌孢子的形状、构造和颜色以及产生的色素使得霉菌菌落表现出不同结构和色泽特征。5、菌丝的特异化结构(见图2.22)假根是根霉属(Rhizopus)真菌的匍匐枝与基质接触处分化形成的根状菌丝，在显微镜下假根的颜色比其它菌丝要深，它起固着和吸收营养的作用。吸器是某些寄生性真菌从菌丝上产生出来的旁枝，侵入寄主细胞内形成指状、球状或丛枝状结构，用以吸收寄主细胞中的养料。菌核是由菌丝团组成的一种硬的休眠体，一般有暗色的外皮，在条件适宜时可以生出分生孢子梗、菌丝子实体等。子实体是由真菌的营养菌丝和生殖菌丝缠结而成的具有一定形状的产孢结构，如伞菌的子实体二、繁殖方式生活周期所有的真菌都经过一个营养生长期，菌丝体在基质上生长。这一阶段后则是无性和有性繁殖，而四类真菌中的每一类群在其生活周期中均有独特性。真菌的特点是都有一个营养生长时期，这时它们的生物量增加。而在孢子形成之前，其时间的长短以及所需生物量的多少则有多种变化。几乎所有真菌都以产生孢子进行繁殖，但有一些真菌已经丧失了所有产孢结构，而形成不育菌丝体。生活周期的不同阶段产生不同类型的孢子。壶菌纲的无性繁殖通常是在孢子囊中形成能动的(motile)、有单鞭毛的游动孢子，有性繁殖是形壶菌与其他真菌区别极为明显，因为它们具有极为简单的枝(thalli)和能游动的游动孢子。其中一些种类简单到了在宿主细胞内(内生型的)或在宿主细胞上(外生型的)只含有一单个的营养细胞，整个细胞转变成一个含有许多孢子的结构即孢子囊。这种方式称为整体产果式(holocarpic)。这一群中的其他种类则有比较复杂的形态，有假根及简单的菌丝体。壶菌的无性繁殖是通过在孢子囊中产生能动的游动孢子，孢子囊以完全隔膜与营养菌丝隔离。游动孢子具有单根后生鞭毛。在一些壶菌中，有性繁殖是形成二倍体孢子，其形成或是通过单倍体细胞的体细胞融合，或是两种不同配子型的菌丝体融合，或是两种游动配子的融合，或是一个游动配子和一种不动卵的融合(图2.23)。产生的孢子可能经过减数分裂产生单倍体的菌丝体，或是萌发产生一个二倍体的营养菌丝体，通过产生产生单倍体的游动孢子，然后萌发产生单倍体的营养菌丝体。接合菌纲的无性繁殖是在孢子囊中形成非游动的孢囊孢子，有性繁殖是形成接合孢子。在低等真菌中，无性繁殖开始于气生菌丝。此时气生菌丝的顶端，成为孢子囊梗，以一种称作囊轴(columella)的完全隔膜与营养菌丝相隔离(图2.24)。顶端的细胞质分化形成一个孢子囊，内含许多无性孢子。这些孢子中含有单倍体的核，来自于营养菌丝体中核的反复有丝分裂。孢子借助风或水进行传播。在有性繁殖中，不同交配类型的2个核在一个称为接合孢子的特化细胞中融合(图2.24)。在一些种类中，不同的交配型的核可能是在一个菌丝体中(同宗配合)。在另一些种类中，必须具有不同交配型核的两个菌丝体才能融合(异宗配合)。这两种情况下，融合发生在经修饰的菌丝顶端之间称作原配子囊(progametangia)的区域，一旦发生融合，便称作接合孢子。在正在发育的接合孢子中发生减数分裂，通常3个核退化，仅有一个核存留在萌发的菌丝体中。子囊菌纲真菌的无性繁殖是通过在菌丝顶端形成分生孢子。有性繁殖是通过形成子囊孢子。在子囊菌纲的营养阶段，其生活周期的延续是通过形成无性孢子，这些称作分生孢子的单个孢子来自气生菌丝顶端形成的称作分生孢子梗的结构(图2.25)。这些孢子被一完全横隔壁隔离，随后是孢称为芽孢子的形成(blasticsporeformation)(图2.25b)。这些孢子是多细胞的，含有几个来自有丝分裂的单倍体核。分生孢子梗可以聚集形成柄状结构，产生的孢子露在顶端(菌丝束或孢梗束)。另一种情况，数量不同的不育真菌组织，可以保护分生孢子，就像在瓶状的分生孢子器中。一些种类在植物组织中产生分生孢子，分生孢子的聚集体以一种杯状分生孢子盘或垫形式分生孢子座形式穿出植物表皮。这一类群真菌的有性繁殖，发生在不同的交配型菌丝体体细胞融合之后。经过一个短暂的二倍体期后紧接着子囊孢子形成，这是在修饰后的菌丝顶端分化成的囊状子囊中发生的。在子囊发育的最基部形成特殊的隔膜以保证2个不同交配型核能保持在末端细胞内。隔的形成与核分裂相一致(图在较复杂一些的子囊菌纲中，许多子囊在一起形成，成为一个能育组织，称为子实层，在一些类群中，子实层可被大量的营养菌丝体支撑或包被。整个结构称作子实体，作为主要的分类学特征(图播，但子实层并不受水的影响。4、担子菌纲的繁殖担子菌纲的真菌很少进行无性繁殖。有性繁殖则是通过在巨大子实体的菌褶或陷孔中形成担孢这一类群真菌的特点是具有最复杂和最大的结构。它们也以极少产生无性孢子而著称。生活周期的大部分为营养菌丝体形式，可利用复杂的基质。有性繁殖开始的先决条件是通过相容性菌丝的融合获得2个交配型核。2个交配型核单独存在，并存留在延伸期的每个菌丝细胞内，称为双核期。该时期的维持需要在生长过程中形成复杂的隔膜和核的分裂。有性孢子形成的第一步是由环境条件和子实体原基的开始形成而引发的。双核菌丝体延伸并分化形成大的子实体，我们称其为蘑菇和毒草(toad-stool)。在修饰的菌丝顶端形成二倍体并进行减数分裂担子发芽长出4个孢子，担子在一起构成一子实层，对自由水极为敏感。子实层生长在不育的双核支撑组织上可避免雨水冲刷。子实层可存在于子实体下面的菌褶或小孔中，如各种毒蕈和檐状菌三、农业上常见的霉菌接合菌亚门：毛霉、根霉壶菌亚门：绵霉子囊菌亚门：酵母菌、脉孢菌、赤霉）：半知菌亚门：曲霉、青霉、木霉、头孢霉蕈菌包括食用真菌和药用真菌两大类，在分类上分属于子囊菌纲和担子菌纲，具有丰富的营养价一、形态结构蕈菌菌丝分为单核菌丝和双核菌丝单核菌丝由担孢子萌发形成的菌丝，其细胞内含有一个细胞核，也称为初生菌丝。它通常是双核菌丝两条相同或不同的单核菌丝发生细胞质融合，而核不融合。细胞内含有两个核的称为双核菌丝。亦叫次生菌丝或二级菌丝。在大多数蕈菌中，双核菌丝的隔膜处有一个锁状突起叫锁状联合，它是双核菌丝所具有的结实性标志，即能产生子实体。2、子实体和担孢子的形成这种结构称为子实体。子实体就是常称为菇和耳的食用部分，是蕈菌的繁殖器官。担孢子在蕈菌的有性繁殖过程中，双核菌丝的顶端细胞发育成担子，在担子上形成的有性孢子二、中国食用和药用大型真菌(一)食用真菌1、种类资源：担子菌675种，子囊菌45种2、营养：蛋白含量高，AA多达18种左右，特别是人体必需AA。还含有多种维生素、糖类和3、栽培：发展栽培同时，重视采用菌丝体的深层培养，特别是风味特殊而鲜美的种类。菌丝体培养物可新鲜食用，或冷冻干燥成粉，制成食品。目前栽培广而产而产量大的品种：双孢菇、大肥菇、香菇、草菇、金针菇、侧耳（平菇）、凤尾侧耳、滑菇、银耳、木耳、猴头菌、长裙竹荪等。培养料来源多且广，棉子壳、锯末、秸杆、蔗渣、酒糟等。4、应用：食用子实体、菌丝体深层培养。作调味品、香味、饮料等。（二）药用真菌2、应用：有20多个方面，主要抗癌、抑菌。目前认为抗癌物质主要是多糖，如香菇多糖、银耳酸性异多糖、芸芝多糖（PSK）、茯苓多糖、猪苓多糖、灵芝多糖等。细胞型生物小结真核、原核区别第四章病毒与亚病毒[教学目标]通过本章的教学，使学生掌握病毒与亚病毒的基本属性、形态结构和化学成分和繁殖[教学的重点和难点]病毒的基本属性、形态特点和繁殖特征，细胞型生物与非细胞型生物的比[教学方法和手段]主要以讲授为主，应用多媒体课件进行形象生动的课堂教学。病毒（virus）是在19世纪末才被发现的一类微小病原体。随着研究的深入，现代病毒学家已把这类非细胞生物分成真病毒（Euvirus，简称病毒）和亚病毒（subvirus）两大类。一、什么是病毒病毒是超显微的、没有细胞结构的、专性活细胞内寄生的实体，在活细胞外呈一般化学大分子特征，一旦进入宿主细胞又具有生命特征。①形体及其微小，一般都能通过细菌滤器，电镜可见；②没有细胞构造，其主要成分仅为核酸和蛋白质两种，故又称“分子生物”；③每一种病毒只含有一种核算，不是DNA就是RNA；④既无产能酶系，也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⑤以核酸和蛋白质等“元件”的装配实现大量繁殖；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。二、大小和形态蝌蚪状——蝌蚪状病毒。细菌病毒也即噬菌体多呈蝌蚪状三、化学组成和结构壳粒（capsomer）是构成病毒粒子的最小形态单位，每个壳粒由1-6个同种多肽分子折叠缠绕而成的蛋白质亚单位。也称为衣壳粒壳体（capsid）由壳粒以对称的形式，有规律地排列成杆状、球状、廿面体或其他形状，构成病毒的外壳。也称作衣壳，蛋白质外壳。包膜（envelope）在壳体外层还具有一层由病毒编码的封套，有包膜病毒粒子是以出芽的方式穿过被侵染细胞的核膜或原生质膜。包膜可能含有少量的糖蛋白，例如人类免疫缺陷性病毒(HIV)，也可能含有大量的糖蛋白，例如单纯疤疹病毒(HSV)。病毒的包膜上具有受体，它能使粒子附着并感病毒的对称性病毒的衣壳具有螺旋体对称或二十面体对称。在很多情况下，衣壳被一种膜状结构包围(病毒包膜)。螺旋体对称可以看作蛋白亚基通过有序的螺旋方式，排列在病毒核酸周围，二十面体是一种有规则的立体结构，它由许多蛋白亚基的重复聚集组成，从而形成一种类似于球形的结病毒蛋白病毒蛋白，无论是结构蛋白(衣壳、包膜)还是非结构蛋白(例如，酶)都是由病毒的基因组编码的，这些蛋白在组织培养的复制中可以是必要或非必要的。结构蛋白是核衣壳、基质，或者是包膜中的蛋白，这些蛋白对病毒基因组起保护作用，并且能够利用宿主上的受体在宿主间传递基因组。同样在病毒粒子的装配过程中也起到了主要作用。非结构蛋白包含在病毒体内的非结构蛋白(并不作为病毒体的结构)，它们通常具有酶的活性，这对启动病毒的感染是必要的。其他一些非结构蛋白并不在病毒中存在，但在被感染的细胞中起作用，这DNA连接酶活性，基因调控作用。病毒的核酸病毒基因组在大小、结构和核昔酸的组成上是多种多样的，有线状、环状、双链DNA(dsDNA)、单链DNA(ssDNA)、病毒的基因组携带有作为病毒遗传密码的核酸序列。在被感染的细胞中，基因组被转录(transcribed)和翻译(translated)成氨基酸序列，正是由这些氨基酸序列组成了病毒的蛋白，不论是结构蛋白，还是脂类和糖类病毒所含的脂类主要是一些磷脂、胆固醇和中性脂肪，多数存在于包膜。病毒所含的糖类主要是葡萄糖、龙胆二糖、岩藻糖、半乳糖等。病毒的包含体有的病毒在寄主细胞内还形成包含体结构，它们多数位于细胞质内，具嗜酸性；少数位于细胞核内，具嗜碱性；也有细胞核内和细胞质都存在的类型。寄主细胞被病毒感染后形成的蛋白质结晶体，内含有1至几个病毒粒子。四、病毒的繁殖（烈性噬菌体为例）1、吸附：分两阶段。感染复数m.o.i；2、侵入：头部DNA通过尾管注入至细胞中，外壳留在胞外，自外裂解；3、增殖：包括DNA复制和蛋白质合成。双链DNA噬菌体三阶段转录：遗传信息转移：4、成熟（装配）：潜伏期5、裂解（释放）：裂解期上述烈性噬菌体的生长方式，称为一步生长。称为一步生长曲线。裂解量：每个被感染的细菌释放新的噬菌体的平均数。生物，可以噬菌体颗粒在细菌细胞外存在，但只能在细胞内繁殖。它们由核酸基因组和四周称为衣壳的病毒外壳包围而构成。噬菌体具有侵染细菌的能力，而且在细胞内指令合成噬菌体的成分。一、噬菌体形态、结构像病毒一样噬菌体有许多的类型。它们可以是20面体，几乎是含有20个三角形的面构成的特殊的类型或由20面体的头与螺旋的尾构成的复合结构。基因组是DNA或RNA；单链(ss)或双链(ds)，而其他的是大噬菌体像T4噬菌体，其基因组编码大约135个不同的蛋白。噬菌体由核酸基因组和四周称为衣壳的蛋白质外壳的包围而构成，衣壳蛋白具有保护遗传物质和帮助侵染新的宿主的作用。某些噬菌体也携带有另外的酶和衣壳内部的核酸。外壳是由排列高度有序的结构蛋白亚单位所组成，给噬菌体以特别明显的形状。构成衣壳不同蛋白类型的数目，从如MS2与噬菌体结构相连系有三种噬菌体的形态(图2.32)：遍的形状，因为它非常容易装配成一个由亚单位包裹的外壳。丝状(filamentous)这是由衣壳蛋白装配成的螺旋状结构的长的蛋白管。复合体(complex)某些噬菌体由20面体头部和连接螺旋状尾部复合构成。此类中有T型偶数类群噬菌体头部确为拉长的20面体。尾部能收缩或不能收缩，有尾鞘或没有尾鞘，可有基片(基板)或尾丝相连接。尾部作用是帮助遗传物质注入细胞。二、噬菌体的生活周期典型噬菌体生活周期一个噬菌体典型的生活周期，从噬菌体在细菌细胞表面的特异受体吸附开始，随后遗传物质注入宿主。细菌含有降解外源DNA的限制修饰系统，许多侵染是不成功的。接着核酸复制开始，噬菌体基因编码的酶被合成。最后，合成噬菌体衣壳蛋白，装配成新的噬菌体外壳，同时包装一个拷贝的基因。然后，噬菌体释放，普遍通过裂解进入周围培养基。也即经过吸附，侵入，复制，组装和释放5性质不同，是蛋白质或多糖，它们可在任何时间存在细胞表面或只在某些条件下产生。T4噬菌体结合在大肠杆菌外膜的脂蛋白上(T2、T4、T7、的吸附位点是脂多糖，T2、T6的吸附位点是脂蛋白)，而噬菌体只有当细菌在含有麦芽糖的培养基上生长时，才能结合在外膜的麦芽糖转运蛋白上。侵入(Pentration)。一般只有遗传物质注射进入宿主，留下空蛋白外壳在细胞表面。在噬菌体头部的溶菌酶溶解宿主细胞壁肽聚糖。噬菌体侵入方式视噬菌体结构而定。在T4噬菌体的例子中，T4噬菌体有高度复合结构的收缩性尾，噬菌体通过长的尾丝吸附和基板接触细胞壁之后，尾鞘收缩DNA注入细胞。多数情况进来的DNA可以被内切核酸酶降解，它们是宿主的部分限制修复防御系统，偶然噬菌体的DNA可以存活引起侵染。此防御内切核酸酶称为限制酶，结合在外源DNA的特异序列，并在此位点切离DNA。微生物自己的DNA通常通过甲基化被修饰，阻止这些限制酶降解。某些噬菌体如T偶数噬菌体有包括糖基化作用或甲基化作用和修饰自己DNA的机制，阻止它们在注射时被限在新的噬菌体核酸指导下合成所需的酶。有时这些称为早期蛋白，许多噬菌体切断宿主蛋白质合成和通常转换到产生大量噬菌体结构蛋白、噬菌体装配所需的支架蛋白和裂解及噬菌体释放所需的蛋白。这些称为晚期蛋白。装，同时衣壳包装核酸。释放(release)。许多噬菌体通过裂解细菌细胞壁而释放，这就是生活周期常称为裂解周期，而噬菌体称为烈性噬菌体。酶软化细胞壁和每个细胞释放裂解50-1000个之间的噬菌体。T4噬菌体37℃从侵染到释放时间大约22分钟。其它噬菌体如M13丝状噬菌体穿过细胞壁释放噬菌体并不损伤细胞，所以噬菌体释放经历一个长的时期。宿主细菌仍可继续生长，但以减低的速率生长。溶源性噬菌体生活周期某些噬菌体，典型例子是λ菌体，在细胞进入裂解周期开始，产生终止噬菌体复制的阻遏蛋白。噬菌体进入称为溶源化的阶段，噬菌体的基因组随染色体复制而复制，而且通过一个世代传至下一个世代。噬菌体可从溶源阶段自发诱导，进入裂解周期。随宿主复制，大多数溶源性噬菌体(有时称为温和噬菌体)以原噬菌体状态整合至染色体上，但某些噬菌体，如P1噬菌体，却像一个质粒存在细胞许多噬菌体，典型的为λ噬菌体，在宿主内替代裂解生活周期。在进人宿主时，这些噬菌体不进入裂解循环，而是它们进入称为溶源性(lysgeny)的阶段。在此阶段它们或者整合至染色体上形成原噬菌体(prophage)(如λ噬菌体)或者像质粒存在细胞质中(如P1噬菌体)。结果，这些溶源性噬菌体(有时称为温和噬菌体)随着宿主染色体复制而复制，然后分配到子细胞(图2.34)溶源性噬菌体具有特别的特性，因为它们能携带改变宿主表型的功能性基因。称为溶源性转变时改变细菌脂多糖(LPS)O—抗原的组分，因此改变细菌抗原的特性。许多细菌的毒素基因也由温和噬导致寄主细胞裂解，这种现象称为溶源细菌的自发裂解；若用低剂量的紫外线照射处理或其他物理、化学方法处理，能够诱发溶源细胞大量溃溶，释放成熟噬菌体粒子，这就是溶源细菌的诱发裂解。溶源细菌细胞复愈：溶源细胞中的原噬菌体有时会消失，成为非溶源细胞，不会裂解，称为溶源AIDS获得性免疫缺陷综合征年WHO定名为人类免疫缺陷病毒（HIV）。HIV专门侵犯淋巴细胞，造成免疫缺陷。传播途径：血液、母婴、体液凡在核酸和蛋白质两种成分中，只含其中一种成分的分子病原体，成为亚病毒，包括类病毒、拟一、类病毒（viroid）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。类病毒自1970年代在马铃薯纺锤形块茎病（PSTD）中发现。类病毒的发现是生命科学中的一件重大事件，因为它可为生物学家探索生命起源提供一个新的低层次的好对象；可为分子生物学家研究功能生物大分子提供一个绝好的材料；可为病理学家揭开人类和动植物各种传染病疑难杂症的病因带来一个新的视角；也可为哲学家对生命本质问题的认识提供一个新的革命性的例证。），一类包裹在真病毒粒中的有缺陷的类病毒。拟病毒及其微小，一般仅由裸露的RNA（300～400个核苷酸）或DNA组成。被拟病毒“寄生”的真病毒又称辅助病毒，拟病毒则成为它的卫星。三、朊病毒（prion）：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。朊病毒引起的疾病：羊搔痒症（scrapieinsheep牛海绵状脑病（boivnespongiform第五章微生物的营养和培养基[教学目标]通过本章的教学，使学生掌握微生物的营养方式和营养要素构成；微生物的营养类型；培[教学的重点和难点]微生物的营养要素；培养基和种类与功能；特殊培养基的组成和食品科学相关专[教学方法和手段]主要以讲授为主，应用多媒体课件进行形象生动的课堂教学。设计微生物营养学综合实验，从培养基的制造、自然环境和食品中微生物的分离和纯化、微生物的培养特征等多方面进行实微生物要不断地生长繁殖，这就要从它的生活的外部环境中吸取所需要的各种营养物质，合成本身的细胞物质，提供机体进行各种生理活动所需要的能量，保证机体进行正常的生长与繁殖，保证其生命能维持和延续同时将代谢活动产生的废弃物排出体外。那些能够满足微生物机体生长、繁殖和完成各种生理活动所需的物质称为营养物质(nutrient)。而微生物获得和利用营养物质的过程称为营养(nutrition)。一、微生物细胞的化学组成胞的化学元素组成的比例常因微生物种类的不同而各异。组成微生物细胞的化学元素分别来自微生物生长的所需要的营养物质，即微生物生长所需的营养物质应该包含有组成细胞的各种化学元素。这些物质概括为提供构成细胞物质的碳素来源的碳源物质，构成细胞物质的氮素来源的氮源物质和一些含有K、Na、Mg、Ca、Fe、Mn、Cu、Co、Zn、Mo二、微生物的营养物质及其生理功能微生物生长所需要的营养物质主要是以的有机物和无机物的形式提供的，小部分由气体物质供给。微生物的营养物质按其在机体中的生理作用可区分为：碳源、氮源、无机盐、生长因子和水五大从简单的无机含碳化合物如CO2和碳酸盐到各种各样的天然有机化合物都可以作为微生物的碳碳源的生理作用主要有：碳源物质通过复杂的化学变化来构成微生物自身的细胞物质和代谢产物；同时多数碳源物质在细胞内生化反应过程中还能为机体提供维持生命活动的能量，但有些以又CO2为唯一或主要碳源的微生物生长所需的能源则不是来自CO2。糖醇脂烃凡是可以被微生物用来构成细胞物质的或代谢产物中氮素来源的营养物质通称为氮源(sourceof嘌呤、嘧啶、脲、酰胺、氰化物(见表5.2)。氮源物质常被微生物用来合成细胞中含氮物质，少数情况下可作能源物质，如某些厌氧微生物在厌氧条件下可利用某些氨基酸作为能源。作为氮源时会导致培养基pH值下降，称为生理酸性盐，而以硝酸盐作为氮源时培养基pH值会升高，降解产物(胨、肽、氨异养微生物的能源就是其碳源，因此，它们的能源谱就显得十分简单。化能自养微生物的能源十分独特，它们都是一些还原态的无机物质，2+等。能利用这种能源的微生物都是一些原核生物，包括亚硝酸细菌、硝酸细菌、硫化细菌、硫细菌、氢细菌和铁细菌等。一部分微生物能够利用辐射能（光能）进行光合作用获得能源，称为光能营养型。在能源中，更容易理解的是某一具体营养物质可同时兼有几种营养要素功能。例如光辐射能是单为酶活性中心的组成部分、维持生物大分子和细胞结构的稳定性、调节并维持细胞的渗透压平衡、控制细胞的氧化还原电位和作为某些微生物生长的能源物质等(表5.3)。细胞色素及某些酶的组分，某些铁细菌的能源物需微生物生长所需的无机盐一般有磷酸盐、硫酸盐、氯化物以及含有钠、钾、钙、镁、铁等金属元在微生物的生长过程中还需要一些微量元素，微量元素是指那些在微生物生长过程中起重要作用，而机体对这些元素的需要量极其微小的元素，通常需要量在10-6～10-8mol/L(培养基中含量)。微量元素一般参与酶的组成或使酶活化(表5.4)。如果微生物在生长过程中缺乏微量元素，会导致细胞生理活性降低甚至停止生长。由于不同微生无机化学试剂、自来水、蒸馏水、普通玻璃器皿中，如果没有特殊原因，在配制培养基时没有必要另而且单独一种微量元素过量产生的毒害作用更大，因此有必要将培养基中微量元素的量控制在正常范围内，并注意各种微量元素之间保持恰当比例。生长因子(growthfactor)通常指那些微生物生长所必需而且需要量很小，但微生物自身不能合成或合成量不足以满足机体生长需要的有机化合物。根据生长因子的化学结构和它们在机体中的生理功能的不同，可将生长因子分为维生素(vitamin)、氨基酸与嘌呤与嘧啶三大类(见表5.5)。维生素在机体中所起的作用主要是作为酶的辅基或辅酶参与新陈代谢；有些微生物自身缺乏合成某些氨基酸的能力，因此必须在培养基中补充这些氨基酸或含有这些氨基酸的小肽类物质，微生物才能正常生长；嘌呤与嘧啶作为生长因子在微生物机体内的作用主要是作为酶的辅酶或辅基，以及用来合成核苷、核苷酸和核酸。水是微生物生长所必不可少的。水在细胞中的生理功能主要有：①起到溶剂与运输介质的作用，营养物质的吸收与代谢产物的分泌必须以水为介质才能完成；②是热的良好导体，能有效地吸收代谢过程中产生的热并及时地将热迅速散发出体外，从而有效地控制细胞内温度的变化；⑤保持充足的水分是细胞维持自身正常形态的重要因素；⑥微生物通过水合作用与脱水作用控制由多亚基组成的结构，如酶、微管、鞭毛及病毒颗粒