微生物学_微生物学技术
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微生物:是指一切肉眼看不见或看不清的微小生物类群的总称。基本特点：
五界系统：植物界、动物界、原生生物界、真菌界、原核生物界。三原界：古细菌原界、真细菌原界、真核生物原界。
微生物研究的四项基础技术：
1、显微镜观察技术、2、灭菌技术、3、纯种分离技术、4、微生物培养技术
微生物的特点：
1、体积小、面积大、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 比面值=表面积/体积= R/3 种类多体现五个方面：
1）.物种多样性：
生物200万种，微生物约50万-600万种，已记载20万（1995年）原核3500种，病毒4000种，真菌9万种，原生动物、藻类10万种。每年发现1500个新种（真菌）。
2）.生理代谢类型多样性
表现在：对各种物质甚至有毒物质的分解、多种产能方式、生物固氮作用、合成各种次生代谢产物和复杂有机物、对复杂有机分子基团的生物转化、抵抗极端环境的能力等等 3.）代谢产物多样性 4）.遗传基因多样性
微生物基因组种类多样，基因库资源丰富。2009年8月1日，―万种微生物基因组计划发起及发展战略研讨会‖在深圳华大基因研究院报告厅召开
5）.生态类型多样性
微生物广泛分布于地球表面各处及各种极端环境；微生物与微生物或与其它生物间还存在众多的相互依存关系（互生、共生、寄生、拮抗、捕食等），如此众多的生态系统类型就会产生出各种相应生态型的微生物。
微生物学的应用
1、医疗保健
（1）外科消毒手术的建立
（2）寻找人畜重大传染病的病原体（3）免疫防治法的发明和广泛应用（4）化学治疗剂的普及
（5）抗生素的大规模生产和推广（6）遗传工程菌生产多肽类药物
2、工业生产
酿造行业、酶工业、医药工业、新材料开发、生物化工、食品工业、生物能源 微生物也是人类的敌人
3、农业生产
农用抗生素、生物菌肥、生物农药、微生物饲料
4、环境保护
微生物对污染物的降解和转化、废水处理、生态平衡、生物修复 5.微生物学在生命科学发展中的重要地位
（1）微生物是生物学基本理论研究中的理想实验对象，对微生物的研究促进许多重大生物学理论问题的突破
（2）对生命科学研究技术的贡献（3）微生物与―人类基因组计划‖ 微生物学的基本内容：
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、信息的传递运转
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
学习目的：研究微生物及其生命活动规律是为了更好地利用、控制、改造微生物，为人类服务。除了利用其对人类的有利作用外，还包括防止、消除微生物的有害活动或使之转害为利。
根本任务：开发、利用、改善和保护有益的微生物，控制、消灭或改造有害微生物，为人类社会的进步服务。
广义的细菌：
是指一大类细胞核无核膜包裹，只有被称作核区的裸露DNA的单细胞生物。狭义细菌： 是指一类细胞细短、结构简单、胞壁坚韧、多以二分裂方式繁殖和水生性较强的原核生物。
细菌对人类社会生活的影响：
1.有害影响: 动植物致病菌,引起食物和物品腐烂变质等。
2.有益作用: 细菌发酵产品生产,农业杀虫菌剂、细菌肥料生产，细菌浸矿，微生态制剂，污水处理等。
细菌个体的基本形态: 球状、杆状和螺旋状三大类型
细菌大小： 多数细菌细胞的直径约0.5mm, 长度约0.5~5 mm。
细胞壁概念：是细胞最外的一层厚实、坚韧的外被，主要成分为肽聚糖，具有固定外形和保护细胞等多种功能。
细胞壁功能：
①固定细胞外形和提高机械强度，保护细胞免受外力的损伤； ②为细胞生长、分裂和鞭毛运动所必需； ③阻拦酶蛋白或抗生素等有害物质进入细胞；
④赋予细菌特有的抗原性和致病性(如内毒素)，并与细菌对抗生素和噬菌体的敏感性密切相关。
1、革兰氏阳性细菌的细胞壁结构
特点：细胞壁厚，20~80 nm；化学组分简单，一般含90%肽聚糖 和10%磷壁酸。真细菌细胞壁由无数肽聚糖单体以网状形式交联而成。
肽聚糖概念： 肽聚糖是由N—乙酰胞壁酸（NAM）和N—乙酰葡糖胺（NAG）以及短肽链（主要是四肽）组成的大分子聚合物。青霉素与五肽链的结构上非常类似，因此会竞争性地抑制肽基转移酶，使细胞壁的交联程序受阻，进而达到杀菌的目的。
（2）磷壁酸 ：是结合在革兰氏阳性细菌细胞壁上的一种酸性多糖，是革兰氏阳性细菌所特有的成分之一。
2、革兰氏阴性细菌细胞壁结构
特点：肽聚糖层很薄（仅2~3nm），在肽聚糖层外还有一个外膜，成分较复杂,。
类型
甲肽尾上连接点
肽桥
乙肽连接点
例
I
第四氨基酸
-CO.NH-直接相连
第三氨基酸
E.coli(G-)
II
第四氨基酸
-(Gly)5
第三氨基酸
S.aureus(G+)
III
第四氨基酸
-(肽尾)1~2-
第三氨基酸
M.luteus(G+)
IV
第四氨基酸
-D-Lys-
第二氨基酸
C.poinsettiae(G+)
(2)外膜：
a.是G-细菌细胞壁特有的结构，位于壁的最外层 b.化学成分是脂多糖、磷脂和若干种外膜蛋白 细胞壁缺损 ①原生质体：
②球状体或原生质球： ③L型细菌： ④支原体：
特殊原核微生物细胞壁 ●古生菌
进化途径与真细菌及真核生物相互独立的生物类群，主要包括一些嗜极菌，如甲烷菌、嗜盐菌和极端嗜热菌等。
1)、假肽聚糖细胞壁 2）、独特多糖细胞壁 3）、硫酸化多糖细胞壁 4）、糖蛋白细胞壁 5）、蛋白质细胞壁 6）、无细胞壁（热原体属
细胞质膜：紧贴在细胞壁内侧、包围着细胞质的一层柔软、脆弱、富有弹性的半透性薄膜。
特点: 1.原核微生物的细胞膜一般不含胆固醇等甾醇（支原体除外）。
2.很多革兰氏阳性细菌可由细胞质膜内褶而形成囊状构造-间体（mesosome），其中充满着层状或管状的泡囊。
古生菌的细胞膜：甘油、异戊二烯组成的植烷甘油醚。古细菌细胞膜的特点
1）亲水头（甘油）与疏水尾（烃链）间通过醚键连接 2）长链烃是异戊二烯的重复单位 3）单分子层膜或单、双分子层混合膜
4）甘油的3C分子上连接磷酸酯基、硫酸酯基以及多种糖基等。（磷脂酸、磷脂酰甘油、磷脂酰乙醇胺等)5）膜上含独特脂类，如细菌红素、a-胡萝卜素、ß-胡萝卜素、番茄红素、视黄醛。
细胞膜的功能
a)控制细胞内外物质的运送、交换；
b)维持细胞内正常渗透压的渗透屏障作用；
c)合成细胞壁各种组分（LPS、肽聚糖、磷壁酸）和荚膜物质等大分子的场所； d)进行氧化磷酸化或光合磷酸化的产能基地；
e)参与能量代谢，在细菌中，电子传递链和ATP合成酶均位于细胞膜； f)提供鞭毛的着生点并提供鞭毛运动所需能量。
细胞质（cytoplasm）:是细胞质膜包围的除核区外的一切半透明、胶体状、颗粒状物质的总称。1）、聚β-羟基丁酸
由β-丁酸单位形成的直链聚合物，集合成高度折射性的小球状物，随细胞老化更加突出。
能形成芽孢的细菌种类： 在杆菌中能形成芽孢的种类较多，在球菌和螺旋菌中只有少数菌种可形成芽孢。芽孢特点
（1）芽孢是休眠构造而不是繁殖构造（2）芽孢抗逆性极强（3）芽孢休眠能力极强 芽孢的形成两个核区的营养细胞：两套染色体DNA 轴丝形成：两套染色体DNA聚集在一起 芽孢的横隔膜形成： 前芽孢形成：
形成皮层：两层膜之间形成芽孢肽聚糖等
开始合成芽孢衣：在皮层外进一步形成芽孢衣 形成外壁、外壳 成熟
渗透调节皮层膨胀学说：
芽孢的抗热性在于芽孢衣对多价阳离子和水分的透性差及皮层的离子强度高，从而使皮层有极高的渗透压去夺取核心部分的水分，其结果造成皮层的充分膨胀，而核心部分的生命物质却形成高度失水状态，因而产生极强的耐热性。芽孢有生命部位—核心部位含水量稀少（10%-25%），才是耐热机制的关键。
研究芽孢的意义：
1、分类鉴定、2、保存菌种、3、分离菌种、4、生物杀虫、5、灭菌标准
伴孢晶体
少数芽孢杆菌，例如苏云金芽孢杆菌在其形成芽孢的同时，会在芽孢旁形成一颗菱形或双锥形的碱溶性蛋白晶体－δ内毒素，称为伴孢晶体。
由于伴孢晶体对200多种昆虫尤其是鳞翅目的幼虫有毒杀作用，因而可将这类产伴孢晶体的细菌制成有利于环境保护的生物农药－细菌杀虫剂。细菌其它休眠构造-孢囊
孢囊是固氮菌尤其是棕色固氮菌等少数细菌在缺乏营养的条件下，由营养细胞的外壁加厚、细胞失水而形成的一种抗干旱但不抗热的圆形休眠体，一个营养细胞仅形成一个孢囊，因此与芽孢一样只是休眠体。孢囊在适宜的外界条件下，可发芽和重新进行营养生长。
糖被是某些细菌在一定营养条件下向胞外分泌出厚度不定的胶粘状物质包被于细胞壁的外表，此称为糖被。糖被类型：
包裹在单个细胞壁上
有固定层的糖被
荚膜（capsule）
微荚膜（microcapsule）
呈松散状态、未固定的的糖被
粘液层（slime layer）包裹几个细胞或一群细胞
菌胶团（zoogloca）
光滑（Smooth,S-)型菌落——产荚膜的细菌在固体培养基上形成的菌落表面湿润、有光泽、呈粘液状，称S-型菌落。
粗糙（Rough,R-)型菌落——不产荚膜的细菌形成的菌落表面干燥、粗糙、称R-型菌落。荚膜的形成条件
（1）荚膜的形成是微生物的遗传特征之一，是―种‖的特征。
(2)荚膜的形成与组成明显受培养基成分和培养条件的影响（与环境密切相关）。
糖被的主要成分：
多糖、多肽或蛋白质，尤以多糖居多。
糖被的功能：
①保护作用：免受干旱损伤或防止噬菌体的吸附和裂解；保护它们免受宿主白细胞的吞噬，例如肺炎克雷伯氏菌； ②贮藏碳源和能源养料；
③作为透性屏障或(和)离子交换系统，可保护细菌免受重金属离子的毒害； ④表面附着作用，例如引起龋齿的唾液链球菌;⑤细菌间的信息识别作用;⑥堆积代谢废物。荚膜的应用
提取葡聚糖以制备―代血桨‖或葡聚糖生化试剂
食料的粘合剂
黄原胶：作为石油开采中的钻井液添加剂，食品加工的添加剂等 表面层（surface layer,简称s层）
s层是一层包围在原核微生物细胞壁外、由大量蛋白质或糖蛋白亚基以方块型或六角型方式排列的连续层。
鞭毛: 生长在某些细菌体表的长丝状、波状弯曲的蛋白质附属物称为鞭毛，其数目为一至数十条，具有运动功能。鞭毛的长约15~20mm，直径为0.01~0.02mm。G-和G+的鞭毛 鞭毛的功能
与细菌运动有关，是原核生物实现其趋向性(taxis)的有效方式。
鞭毛的观察：
电镜
特殊鞭毛染色，在光学显微镜下观察 半固体穿刺培养
从固体培养基上的菌落形态判断
一般情况下：
菌落形状大，薄且不规则，边缘极不平整，可能有鞭毛。
菌落十分圆滑，边缘平整且相对较厚，可能没有鞭毛。
1、菌毛(fimbria)：长在细菌体表的纤细、中空、短直、数量较多的蛋白质类附属物，具有使菌体附着于物体表面的功能。比鞭毛简单，无基体等构造，直接着生于细胞质膜上。直径一般3-10nm，每菌有250~300条。多存于G-
致病菌中，参与菌体吸附于宿主粘膜上皮细胞上。
性毛又称性菌毛(pilus)：长度比菌毛长，数量少，每个细胞仅一至少数几根，其构造和成分与菌毛相同。
功能：参与细菌结合作用，传递遗传物质。细菌的繁殖
细菌一般为无性繁殖。
多数繁殖方式：二分裂繁殖
少数其它方式：
三分裂，如绿色硫细菌
复分裂，如小型弧状细菌
芽殖，如芽生杆菌属
细菌的培养特征主要指细菌在固体、半固体和液体培养基中生长后所表现出的群体形态特征，不同的细菌有其固有的培养特征。
细菌的固体培养特征
菌落（colony）：是指在固体培养基上，由一个细菌或孢子生长、繁殖形成的肉眼可见的群体。
菌落特征: 湿润,较光滑，较透明，较粘稠，易挑起，质地均匀，菌落正反面及边缘与中央部位的颜色一致。
生物学意义:微生物分类鉴定的指征之一。菌苔（bacterial lawn）：是指在固体培养基上由许多细菌或孢子生长、繁殖形成的肉眼可见、相互连成一片的大量菌落群体。
不同的微生物种类，其菌落特征不同。同一种菌在不同培养条件下菌落特征也不尽相同。菌落的特征包括：
1、大小
2、颜色
3、透明度
4、表面状态
5、质地
6、边缘形态
7、隆起形状（正面观）影响菌落形态的因素
1、邻近菌落
2、培养时间
3、培养基成分
4、培养温度 细菌菌落的特征
一般都较小，菌落与培养基结合不紧密，用接种针容易挑起，多数表面较光滑、湿润、较粘稠，易挑取，质地均匀，色泽多样。
2、细菌的半固体培养特征
半固体培养基：含0.35-0.4%琼脂 穿刺接种法：
用途：观察细菌是否扩散生长，判断细菌运动性及是否
含鞭毛。
3、细菌的液体培养特征
多数呈浑浊状，少数形成沉淀、菌醭、菌膜等。放线菌（actinomyces）？
是一类呈菌丝状生长、主要以孢子繁殖和陆生性较强的原核生物。
2、放线菌的特点 原核
菌丝直径与细菌相仿
细胞壁的主要成分是肽聚糖
有鞭毛的放线菌孢子同细菌鞭毛相同 放线菌噬菌体同细菌的相似 pH值同多数细菌相似，呈碱性 DNA重组方式同细菌同 核糖体为70S 对溶菌酶敏感
同细菌有相同敏感的抗生素
高G+C类型，DNA(G+C)mol%为63%~78% 与人类的关系 有利：抗菌素；
酶类、维生素的生产菌；
有固氮能力；
较强的分解复杂有机物的能力。有害：极少数放线菌对人类构成危害。
基内菌丝：又称营养菌丝或初级菌丝体，匍匐生长在培养基内或培养基表面。其主要功能为吸收营养物质和排泄代谢废物，一般无横隔膜(诺卡氏菌属除外)。直径0.2—1.2μm，但长度差别很大，短的小于100μm，长的可达600μm以上。无色或产生水溶性或脂溶性色素而呈现黄、绿、橙、红、紫、蓝、褐和黑等各种颜色。
②气生菌丝：又称二级菌丝体，基内菌丝发育到—定阶段后，向空间长出的菌丝体。一般颜色较深，比基内菌丝粗（直径为1-1.4μm）。气生菌丝长度差别悬殊，直形或弯曲，有分枝。
孢子丝：又称繁殖菌丝或产孢丝，当气生菌丝生长发育到一定阶段，气生菌丝上分化出可形成孢子的菌丝。孢子丝的形状及在气生菌丝上排列的方式随种而异；有的直形，有的波浪形或螺旋形。螺旋的数目、疏密程度、旋转方向等都是种的特征。
④孢子：有球形、椭圆形、杆形和柱形等形状。同一孢子丝上分化出的孢子的形状、大小有时也不一致。所以，不能将其作为区分菌种的唯一依据。
孢子表面有的光滑、有的带小疣、刺或毛发状物。
孢子常具有色素，呈灰、白、黄、橙、红、蓝和绿等颜色，其颜色在一定培养基与培养条件下比较稳定。孢子表面结构和颜色是放线菌菌种鉴定的主要依据之一。
放线菌的繁殖
1.分生孢子(conidium)
放线菌长到一定阶段，一部分气生菌丝形成孢子丝，孢子丝成熟便分化形成许多孢子，称为分生孢子。孢子的产生通过两种横隔分裂方式。孢囊孢子(sporangiospore)
游动放线菌（Actinoplanes）菌丝顶端形成孢子囊，孢子囊内产生具有鞭毛能运动的孢囊孢子。
3、基内菌丝断裂
诺卡氏菌属（Nocardia)当营养菌丝成熟后，会以横割分裂方式突然产生形状、大小较一致的杆菌状、球状或分枝状的分生孢子。4.任何菌丝片段
放线菌也可借菌丝断裂的片段，形成新菌丝体，这种现象常见于液体培养。工业发酵生产抗生素时，放线菌就以此方式大量繁殖。如果静置培养，培养物表面往往形成菌膜，膜上也可生出孢子。
四、放线菌的菌落特征
1、在固体培养基上：
基内菌丝与培养基结合紧密，接种针不易挑起；菌落周缘有辐射的菌丝，称为辐射状菌丝；生长后期表面形成紧密的绒毛状或坚实、干燥、不透明、多皱的表面，上面常有一层色彩鲜艳的干粉；可形成絮状或颗粒状的典型菌落，菌落的正反面颜色往往不一致，菌落边缘培养基的平面有变形现象；有特殊气味（土霉气味）等。
2、在液体培养基上
集结成团，有些沿试管璧生长形成菌膜，也有沉淀，无混浊。
、放线菌的代表属
1、链霉菌属(Streptomyces)
2、诺卡氏菌（Nocardia）
只有基内菌丝，较少数产生薄层气生菌丝，极少数产生孢子丝，依靠菌丝断裂繁殖。如：利福霉素产生菌，是地中海诺卡氏菌。治疗麻风病。
3、小单孢菌属（Micromonospora）
不形成气生菌丝，繁殖时候从基内菌丝长出一个孢子梗，梗顶端着生一个孢子。靠孢子来繁殖。菌落小，直径一般2～3微米。约有30多种,是产生抗生素较多的一个属。如产生庆大霉素的棘孢小单孢菌和绛红小单孢菌。
4、放线菌属（Actinoplanes）
–菌丝较细，有隔，不形成气生菌丝，也不产生孢子，一般为厌气或兼厌气，可断裂成V型或Y型，多为致病菌，如引起牛腭肿病的牛型放线菌。
5、链孢囊菌属（Streptospora）
以基内菌丝为主，很少或不形成气生菌丝，最大特点形成各种形状的孢子囊，孢子囊内有会游动（有鞭毛）的孢囊孢子，靠孢囊孢子繁殖。
2、蓝细菌的细胞结构：与革兰氏阴性细菌细菌相似。•细胞壁：
有内外两层，外层为脂多糖层，内层为肽聚糖层。许多种类在细胞壁外还分泌有胞外多糖，它有粘液层、荚膜或鞘衣等不同形式。2.细胞膜：
壁下面是膜，很少有中间体。
•原 核:
核周围是含有色素的细胞质部分。•类囊体：
数量很多，以平行或卷曲的方式分布在细胞膜附近。在类囊体膜上含有叶绿素a、β-胡萝卜素等
5.藻胆蛋白体(PBP=Phycobiliprotein)：
藻胆蛋白体为类囊体所特有，着生在类囊体膜的外表面上，呈盘状构造，它含有75%藻青蛋白、12%藻蓝素和约12%的藻红蛋白等成分。藻青蛋白和藻红素的功能是吸收光能。环境中的光质可影响藻青蛋白和藻红蛋白的合成。6.核蛋白体：70S
7.气 泡：保持细胞浮在上层水面
8.贮藏物：糖原、聚磷酸盐、PHB以及蓝细菌肽等。
3、蓝细菌细胞有几种特化形式
1）异形胞：是蓝细菌所特有的、结构和功能都很独特的细胞。它一般存在于呈丝状生长的种类中。如鱼腥蓝菌属、念珠蓝菌属和单歧蓝菌属中。异形胞位于细胞链的中间或末端，数目少而不定。
异形胞在光学显微镜下可见，厚壁、浅色，在细胞两端常有折光率高的颗粒存在。
异形胞适应于在有氧条件下进行固氮作用，不含藻胆蛋白，只存在光系统I，异形胞与临近的营养细胞间有厚壁孔道相连。
2）静息孢子：是一种长在蓝细菌细胞链的中间或末端的特化细胞，壁厚、色深，具有抵御不良环境的作用。
3）链丝段：是由蓝细菌的长形细胞链断裂而形成的短片段，具有繁殖的功能。
一、產液菌門
產液菌門被認為是最早或最古老的細菌分支
–研究最多的兩個屬為產液菌屬和氫桿菌屬
1、嗜火產液菌(Aquifex pyrophilus)
–革蘭氏陰性，微好氧桿菌
–極端嗜熱菌，最適溫度為85°C，最高生存溫度的95°C –自營型，氧化氫氣、硫代硫酸和硫產生能量 –為化學無機自營型菌
–基因组已被测序
二、栖熱袍菌門
–第二個最古老或最早分支是栖熱袍菌門 栖熱袍菌屬(Thermotoga)–極端嗜熱菌，最適生長溫度的80°C，最高生長溫度90°C –革蘭氏陰性菌，外面有一 鞘狀套
–栖熱袍菌屬為化學異營性，有糖解路徑 –在碳氫化合物和蛋白消化物進行厭氧生長 –基因體已被定序
產液菌無法在一般有機物上生長，如糖和胺基酸 栖熱袍菌基因體較大，有糖降解基因
–基因體約24%的編碼序列與古生菌基因相似(產液菌 16%類似 與古生菌較類似，也許是基因水平轉移所致
1、異常球菌Deinococcus –異常球菌為球形或桿狀，常成對或成四聯球菌 –為好氧性、嗜溫，過氧化氫酶陽性，能利用幾種糖產酸 –可被染為革蘭氏陽性
細胞壁分層並有革蘭氏陰性菌類似之外膜
缺少磷壁酸，有質膜和大量的棕櫚酸而非磷脂甘油磷脂
對乾燥和輻射均有很強抗性，它們能在300萬-500萬rad的輻射下存活(暴露在100 rad輻射下可使人致死)可由絞肉、糞便、空氣、淡水和其他來源中 分離，但天然生存環境則尚不清楚
具有較多而高效的DNA修復機制和許多重複序列
第一节 真核微生物概述
真核生物：细胞核具有核膜，能进行有丝分裂，细胞质存在多种细胞器的生物。细胞器：细胞核
线粒体
中心粒
高尔基体
溶酶体
叶绿体
一、真核生物与原核生物的差异 主要差异
细胞大小 细壁组成 遗传物质的位置
真菌的主要特点
真菌的分类
三、真核微生物的细胞构造
1、细胞壁
真菌细胞壁——多糖为骨架，含少量蛋白和脂类
低等真菌：纤维素为主
高等真菌：几丁质为主
藻类细胞壁
纤维素
鞭毛
数量少，形态长
具有运动功能的细胞器，比原核生物复杂 纤毛
数量多，形态短 构造与鞭毛类似
3、细胞质和细胞器
细胞基质：细胞代谢活动的主要场所
细胞骨架：由微管、微丝、中间丝等3种蛋白组成的细胞支架，有支持、运输和运动的功能
内质网：脂质双分子层，细胞质中与细胞基质隔离，彼此相通的囊腔系统
粗糙、光滑
核糖体：大亚基60S + 小亚基40S = 80 S
主要细胞器
高尔基体:负责蛋白质翻译后的加工、胞外分泌 溶酶体：含多种酸性水解酶，细胞内消化作用
微体（过氧化物酶体）：含氧化酶和过氧化氢酶，保护细胞免受氧自由基毒害和分解脂肪酸
线粒体：氧化磷酸化反应的场所，为细胞生命活动提供ATP能量 —— ―动力车间‖ 叶绿体:光合作用场所
液泡：存储营养、维持细胞渗透压，溶酶体功能
4.农用真菌：
a.生物农药：山东鲁保一号(无毛炭疽菌)
防治菟丝子。
b.白僵菌：防治昆虫─菜青虫、小菜蛾、棉铃虫、玉米螟等。
c.防治线虫的天敌真菌。
d.赤霉素：920─真菌的代谢产物。
5.真菌可促进物质的转化：动植物体腐烂分解─全球性
的物质大循环。
白僵菌
有害的真菌
1.侵染植物引致病害。 2.引起人、畜病害─皮肤病。 3.食物中毒：甘薯黑斑病菌、麦角菌。 4.使食品、贮藏物质受损：木材、皮毛发霉。
第二节 酵母菌——yeast
一、分布
二、酵母菌的形态和结构
三、酵母菌繁殖方式和生活史
1、芽殖 芽痕
假菌丝
2、裂 殖
3、产生无性孢子
4、有性繁殖
5、酵母菌的生活史 单双倍体型 单倍体型 双倍体型
四、酵母菌培养的特征 第三节 丝状真菌——霉菌
一、霉菌的形态结构 霉菌菌丝类型
菌丝体的特化构造
1、生理功能不同
2、对环境的适应 特化营养菌丝
真菌常延伸并连接两丛包囊梗的菌丝，称为匍匐丝（stolon）。由菌丝向基物长出的须根状结构，称为假根（rhizoid）。特化营养菌丝
吸器。寄生真菌在寄主细胞间的菌丝常发生旁枝，侵入寄主
细胞吸取养料，这种伸入寄主细胞内的特殊菌丝分枝，称为吸器(或吸胞 haustoria)。
特化营养菌丝 特化营养菌丝 菌丝组织体
霉菌的繁殖方式
无性孢子
游动孢子 孢囊孢子 分生孢子 节孢子 厚垣孢子 芽孢子 掷孢子
无性孢子
节孢子:菌丝生长到 一定阶段出现许多横隔,然后从横隔外断裂产生许多形如短柱状,筒状或两端呈钝圆形的节孢子.游动孢子:菌丝膨大而成的游动孢子囊内,孢子为圆形,洋梨形或肾形,具一根或两根鞭毛,能够游动.厚垣孢子:菌丝中间(或顶端)的介别细胞膨大,原生质浓缩和细胞壁变厚而形成的休眠孢子.孢囊孢子:生在孢子囊内,内生孢子,在孢子形成 时气生菌丝或孢囊梗顶端膨大,并在下方生出横隔与菌丝分开 而形成 孢子囊.分生孢子;生于菌丝外的孢子.着生于已分化的分生孢子梗或具有一定形状的小梗上,也有些真菌的分生孢子着生在菌丝的顶端.孢囊孢子（sporangiospore）分生孢子(Conidiospore)3
节孢子(arthrospore，又称粉孢子)厚垣孢子（Chlamydospore)
经过两性细胞结合而形成的孢子称为有性孢子。
卵孢子(oospore)接合孢子（zygospore)同宗配合与异宗配合： 子囊孢子（ascospore): 担孢子(basidiospore)
三、霉菌的菌落特征
菌落正反面颜色不一:是由于气生菌丝及其上的子实体的颜色往往比基质内的营养菌丝的颜色深；
菌落中心与边缘颜色不一：菌丝的生理年龄不同、分化情况不同、成熟程度不同造成菌落中心与边缘的颜色和结构也有明显的差异。
课外知识
（一）根霉（Rhizopus)
（二）毛霉（Mucor)
（三）曲霉(Aspergillus)
（四）青霉（Penicillium)蕈菌的发育阶段 锁状联合 在双核菌丝两个核之间侧生一个钩状短枝 有性孢子——担孢子
它是由次生菌丝产生的，双核菌丝以锁状联合的方式发育一定时期，然后其顶端细胞膨大发育为担子，担子内两核融合，经有丝分裂和减数分裂产生四个单倍体小核，此时担子生出四个小梗，每个小核进入一个小梗，成为一个担孢子。大量担子在一起生长时往往整齐排列，形成担子果，如蘑菇、木耳。孢子印制作
第四章 病毒和亚病毒
一、病毒概论 •
1、病毒概念
病毒（Virus）：是一类没有细胞结构，但有遗传复制等生命特征，主要由核酸和蛋白质组成的大分子生物。
•真病毒（Euvirus）和亚病毒（subvirus）
人类传染病中，约70~80%属于病毒病，每一种植物至少有一种病毒引起的病害。引起人类的病毒相当多，如肝炎，胆囊炎，狂犬病，爱滋病，风湿关节炎等，也有多种病毒可以致人癌症。
抗生素的广泛应用已使人类基本上摆脱了细菌性传染病的危害，但占传染病总数约80％的病毒病，至今还没有十分理想的防治手段。
在人类的恶性肿瘤中，约15％是由于病毒感染而诱发的。
病毒是对人类危害最大、个头最小的―杀手‖。
3、人类对病毒的发现和认识过程
4、病毒的特点
5、宿主范围
二、病毒的形态构造和化学成分
2、形态
病毒颗粒的构造
（1）病毒粒子的基本结构（2）病毒的对称性 螺旋对称的病毒粒子 二十面体对称病毒粒子 复合对称的病毒粒子 有囊膜的病毒粒子
3、病毒的组成 病毒的蛋白质 其他成分
4、病毒的群体形态
（1）包涵体（inclusion body）
（2）噬菌斑（plaque）（3）病斑和空斑
三、病毒的繁殖方式
噬菌体的生活周期 烈性噬菌体的生活周期
四、亚病毒
1、类病毒：只有RNA组分，专性寄生在活细胞内的分子病原体
马铃薯纺锤形块茎病
2、拟病毒：包裹在真病毒颗粒内有缺陷的类病毒
丁型肝炎病毒
3、朊病毒
疯牛病、羊瘙痒病
五、病毒的应用
农业害虫的生物防治
利用昆虫病毒
核多角体病毒
杆状病毒
六、艾滋病毒
艾滋病是一种病死率极高的严重传染病，目前还没有可以治愈的方法，但可以预防。艾滋病的医学全名为―获得性免疫缺陷综合征‖（aquired immuno deficiency syndrome,AIDS)，是由人类免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus,HIV)引起的一种严重传染病。
艾滋病毒简称HIV，它侵入人体后破坏人体的免疫功能，使人体发生多种难以治愈的感染和肿瘤，最终导致死亡。
艾滋病病毒对于外界环境的抵抗能力较弱，离开人体后，常温下只可生存数小时至数天。高温、干燥、常用的消毒药品都可以杀灭这种病毒。
感染艾滋病毒4—8周后才能从血液中检测出艾滋病病毒抗体，但在能测出抗体之前已具有传染性。
第五章 微生物的营养 微生物的营养
营养是生命活动的起点，为一切生命活动提供必需的物质基础。
一、微生物的六类营养要素
1、碳源（Carbon source）
微生物工业发酵中用做碳源的原料
2、氮源（Nitrogen source）
4、无机盐（mineral salt）无机盐的生理功能
5、生长因子（growth factor）
6、水（water）
二、微生物的营养类型 营养类型
三、营养物质进入 细胞的方式
单纯扩散 促进扩散 主动运输 基团移位
四种运输营养物质方式的比较
四、培养基(medium)
1、培养基的配制原则
2、培养基组分应适合微生物的营养特点
3、营养物的浓度与比例应恰当
4、物理化学条件适宜（2）渗透压和aw
（3）氧化还原电势(redox potential)
5、培养基的类型及其应用
EMB在鉴别各种肠道杆菌中的作用：
微生物的生长
微生物纯培养的分离
微生物学中将在实验条件下从一个单细胞繁殖得到的后代称为纯培养。
微生物纯培养的分离方法一
稀释涂布法分离微生物、稀释倒平板法分离微生物、平板划线法分离微生物
4、稀释摇滚法
5、液体稀释培养法
6、单细孢分离法
7、选择培养基分离法 微生物的培养方法
根据氧气的需要与否分为两大类：
好氧培养
厌氧培养
根据培养基的物理特性分为两大类：
固体培养
液体培养
二、单细胞微生物的典型生长曲线
1、延滞期（菌龄、接种量）
2、指数期（对数期）—— 菌种、营养条件、温度
3、稳定期 —— 次生代谢物合成4、衰亡期 —— 菌体自溶、形成芽孢 缓慢期（延迟期、滞留适应期）特
点：分裂迟缓、代谢活跃 生原产因：（1）接种时的机械损、（2）细胞分裂必需因子的缺 影响滞留适应期长短的因素
1、培养基成分
2、接种物菌龄
3、接种量（种子：发酵培养基=1：10）
4、菌株的遗传性
2、对数期（指数生长期）特点：
（1）整个群体生理特性一致，研究的良好材料（2）世代时短而稳定（3）代谢活性强
（4）是增殖噬菌体的最适宿主（5）发酵工业用作种子的最佳材料
3、稳定期（最高生长量期）特
点：
1、细菌数量增加率为02、部分细菌大量积累代谢产物
3、最佳收获菌体或与菌体生长平行产物期
4、对维生素，碱基，氨基酸等物质的测定期
4、衰亡期 特
点：
1、菌体活性降低、大量死亡
2、细胞畸变、自溶
3、革兰氏染色不稳定
4、芽孢菌形成芽孢
三、微生物的培养方式
1．分批培养将少量的细菌接种到一定体积的液体培养基中，在适宜的条件下培养，最后一次性收获的过程。
2．连续培养在培养器中不断补充新鲜营养物质，并不断排出部分培养物（包括菌体和代谢产物），以保持长时间生长状态的一种培养方式。
恒浊培养
保持细菌培养液浊度 恒化培养
保持细菌培养液营养物质浓度
生长限制因子：凡处于较低浓度范围内可影响生物速率和菌体产量的某营养物。分批培养与连续培养特征的比较 不同点：分批培养：经历四个时期
连续培养（连续发酵）：理论上,对数生长期
连续培养特点：高效，自控，产品质量较稳定，节约大量人力物力
菌种易退化，易污染杂菌，利用率低
连续还是有限的，一般可达数月至一两年。相同点：群体培养特征
3．半连续培养通过诱导或选择，使所有细胞处于同一生长阶段。4．补料分批培养在发酵罐中的一部分发酵液保留下来作为菌种液，放出其余部分进入提练加工工序，在剩余的培养液中加满新的未接种的培养液，继续培养，如此反复。
5．同步培养
在分批培养过程中，间歇或连续地补加新鲜培养液，但不取出培养物。待培养到适当时期，将其从反应器中放出，从中提取目的生成物（菌体或代谢产物）。若放出大部分培养物后，继续进行补料培养，如此反复进行，则称为重复补料分批培养
与传统分批发酵相比，补料分批发酵的优点在于使发酵系统中的基质浓度维持在低水平，这有以下优点：
①可除去快速利用碳源的阻遏效应，并维持适当的菌体浓度，以减轻供氧矛盾； ②避免有毒代谢物的抑菌作用；
③大为减少了无菌操作要求十分严格的接种的次数。与连续发酵相比，补料分批培养不会产生菌种老化和变异等问题。
四、真菌的生长
1、丝状真菌在固体培养基上的生长
2、在液体培养基中的生长
一、温度
2、最适生长温度：菌株分裂代时最短或生长速率最高时 的培养温度
微生物各生理过程的不同最适温度
真菌生长的最适温度也往往不是产生子实体的最适温度 最适生长温度并非一切生理过程的最适温度 厌氧菌的氧毒害机制
----自由基 理论：
生物体内存在着超氧阴离子自由基，化学性质非常活泼，反应力极强，可对细胞内各种生物活性的大分子和细胞膜产生破坏作用，引起细胞的死亡。
厌氧菌缺乏SOD，受超氧阴离子自由基（）
毒害，对各种重要的生物高分子和膜破坏作用；
三、pH值
微生物代谢活动会改变环境pH值，所以培养基中往往要加缓冲剂：
对于要求pH6.5～7.5的微生物，常用磷酸盐；
要求碱性时，一般用硼酸盐或甘氨酸为好；
若要求pH＞9，则可用重碳酸盐；
弱酸性，用柠檬酸盐；
pH＜4.5，可用柠檬酸盐、乙酸盐或二甲基戊酸盐。
微生物生长繁殖的最适pH与其合成某种代谢产物的最适pH常不一致，在生产实践中，按需要改变pH值，可提高生产效率。生长的最适pH值与发酵的最适pH值 控制有害微生物的措施
遗传与变异的概念 第一节
遗传变异的物质基础
一、证明核酸是遗传物质的三个经典实验
2、噬菌体感染实验
A.D.Hershey & M.Chase
1952年 研究对象： E.coli
噬菌体
二、遗传物质在细胞内的存在部位和方式 第二节
基因突变 突变（mutation）：遗传物质的分子结构或数量突然发生的课遗传的变化。
染色体畸变——细胞学上可以看到染色体的变化
基因突变——细胞学上看不到遗传物质的变化
突变体（mutant）：发生了突变的细胞株或菌株 野生型（wild type）：从自然界分离到的任何微生物在其发生突变前的原始菌株
一、基因突变的类型 依表型的改变分为： 形态突变型——
营养缺陷型——因突变而丧失产生某种生物合成酶的能力，并因而成为必须在培养基中添加某种物质才能生长的突变类型。
抗性突变型——因突变而产生了对某种化学药物或致死物理因子的抗性 条件致死突变型——突变后在某种条件下可正常生长繁殖，而在另一条件下却无法生长繁殖的突变型
抗原突变型——因突变而引起的抗原结构发生改变 产量突变型——
二、突变率
定义：每一细胞在每一世代中发生某一性状突变的几率。
突变率为10–8是指该细胞在一亿次细胞分裂中，会发生一次突变。突变率也可以用每一单位群体在每一世代中产生突变株（mutant，即突变型）的数目来表示。如一个含108个细胞的群体，当其分裂为2×108个细胞时，即可平均发生一次突变的突变率也是10–8。突变率 = 突变细胞数/分裂前群体细胞数
突变是独立的。某一基因发生突变不会影响其它基因的突变率。在同一个细胞中同时发生两个基因突变的几率是极低的，因为双重突变型的几率只是各个突变几率的乘积。
若干细菌某一性状的自发突变率
菌
名
突变性状 突变率 E.coli
抗T1噬菌体 3 ×10–8 E.coli
抗T3噬菌体×10–7 E.coli
不发酵乳糖
×10–10 E.coli
抗1 ×10–5 Staphylococcus aureus
抗青霉素 1 ×10–7 S.aureus
抗链霉素 1 ×10–9 Salmonella typhi 抗25g/L链霉素 1 ×10–6 Bacillus megaterium
抗异烟肼 5 ×10–5
三、突变的特点
四、基因突变的自发性和不对应性
紫外线
在各种基因突变中，抗性突变最为常见。但在过去相当长时间内对这种抗性产生的原因争论十分激烈。
五、基因突变的机制
基因突变的原因是多样的，可以是自发或诱发，诱变又可分为点突变和畸变。具体类型可归纳如下：
Ames test：对化学诱变剂做检测
六、基因突变的应用 育种
1、自发突变
随机突变选择正突变株
定向培育
2、诱发突变
诱变剂
物理
紫外线、激光、离子束、X射线、γ射线 化学
烷化剂、碱基类似物、吖啶化合物 第三节
基因重组
微生物中各种形式基因重组的比较 基因重组的意义
原核微生物的基因重组
1、转化（transformation）
4、原生质体融合（protoplast fusion）
定义：通过人为方法，使遗传性状不同的两个细胞的原生质体
进行融合，获得兼有两个亲本性状的稳定重组子的过程。
准性生殖
类似于有性生殖 原始的两性生殖方式
同种而不同菌株的体细胞间发生融合，不通过减数分裂而导致低频率基因重组产生重组子
真核微生物体细胞间自发性原生质体融合现象
第四节
菌种的衰退、复壮和保藏
一、菌种的衰退与复壮
1.菌种衰退（degeneration of strains）：由于自发突变导致某物种原有一系列生物学性状发生量变或质变的现象。衰退的具体表现
（1）原有的形态性状不典型了
（2）生长速度变慢，产生的孢子变少（3）代谢产物的生产能力下降（4）致病菌对宿主的侵染能力下降（5）对外界不良条件抵抗力下降 菌种衰退的原因
（1）有关基因的自发突变
（2）育种后未经很好的分离纯化（3）培养条件的改变（4）污染杂菌
衰退的防止
（1）控制传代次数：尽量避免不必要的移种和传代，并将必要的传代降低到最低限度，以减少自发突变的几率。
（2）创造良好的培养条件
（3）利用不同类型的细胞进行接种传代
（4）采用有效的菌种保藏方法
2.菌种的复壮 狭义复壮
在菌种已发生衰退的情况下，通过纯种分离和测定生产性能等方法，从衰退的群体中找出少数尚未衰退的个体，以达到恢复该菌原有典型性状的一种措施。广义复壮
在菌种的生产性能尚未衰退前就经常有意识地进行纯种分离和生产性能的测定工作，以期菌种的生产性能逐步有所提高。
菌种复壮的方法 1）纯种分离法
2）通过宿主体内生长进行复壮
3）淘汰已衰退的个体
二、菌种的保藏 1.菌种保藏的目的：
妥善保藏菌种，达到菌不死、不衰、不乱以及便于研究、交换和使用的目的。2.菌种保藏原理：
优良纯种的选择（最好休眠体）；
良好休眠环境的创造条件（干燥、低温、缺氧、避光、缺乏营养、加保护剂等）不生长，少死亡，以保持遗传性，减少变异性。菌种保藏中最主要的因素是干燥和低温（液氮-196℃、干冰-70℃）。
3.选择菌种保藏方法要考虑的因素
菌种性状的保持；通用性；简便性；设备的普及性。4.实验室菌种保藏的常用方法：
（1）斜面冰箱保藏法：将菌种接在适当的斜面上，待其生长丰满后，可放在4℃冰箱中保藏。此法一般可保藏3个月左右，各类菌种均可用此法进行保藏。
（2）半固体穿刺保藏法：将菌种接入半固体直立柱中，然后进行培养。待长好后，放入4℃冰箱中保藏。此法可保藏半年左右，它适用于细菌、酵母的菌种保藏。
（3）石蜡油封存法：如果将无菌石蜡油加入到上述保藏的菌种中，使菌种与空气隔绝，则保藏效果更佳，一般可保藏1年左右。根据同样的道理，用灭菌的橡皮塞代替棉花塞，效果更好。此法可保藏1-2年左右，此法适用于各类菌种的保藏。
（4）砂土管保藏法：取过筛河砂，用10%盐酸浸泡，用水洗净后，烘干。再取瘦土，以4：1量混合，装入小试管、灭菌后，滴入几滴菌种悬液，用接种针搅匀。然后放入干燥器中，抽气干燥，放入低温保藏。此法一般可保藏1至数年。它适用于产生孢子的微生物的保藏。（5）冰冻干燥保藏法：将高浓度的菌液装入灭菌的安瓿瓶中，放在低温条件下抽气干燥，其中的水分因升华而逸出，形成完全干燥的菌块，然后将安瓿瓶在真空条件下融封。这种方法因菌体内的水分全部被抽掉，无法进行任何代谢作用，所以保藏期很长，一般在5年以上。它适用于各大类微生物的保藏。详细操作方法请参考相关实验书籍 5.菌种的保藏机构
我国菌种保藏有三种方法：斜面传代法；冷冻干燥保藏法；液氮保藏法。
第九章 微生物的生态 微生物生态
生态学（Ecology）是研究有机体及其周围环境相互关系的科学。
生物的生存、活动、繁殖需要一定的空间、物质与能量。生物在长期进化过程中，逐渐形成对周围环境某些物理条件和化学成分，如空气、光照、水分、热量和无机盐类等的特殊需要。各种生物所需要的物质、能量以及它们所适应的理化条件是不同的，这种特性称为物种的生态特性。
微生物生态学：研究微生物群体（微生物区系或正常菌群）与其周围的生物和非生物环境条件间相互作用的规律的学科。
第一节 微生物在自然界的分布 微生物分布
土壤
水体（淡水、海水、饮用水）空气
人类活动相关
生产
发酵工业
生活
健康
土壤是微生物良好的生活场所。土壤为微生物生长提供有利条件：
① 土壤中含有大量的有机物
② 土壤中含有大量的矿物质
③ 土壤中含有一定的水分
④ 土壤中含有一定的空隙
⑤ 土壤具有保温性
⑥ 土壤的pH值一般为5.5~8.5之间
人体内外的正常菌群
三、互生（metabiosis）
定义：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，又称代谢共栖、初级合作。可分可合，合比分好——松散的相互关系 例子
四、共生（symbiosis）
例如：地衣 特点
难分难解，合二为一
根瘤菌与豆科植物 内生菌根
菌丝体存在于根皮层薄壁细胞之间并且进入细胞内部，而在根系较少。具内生菌根的植物，一般都保留着根毛。最常见和最重要的是丛枝状菌根（AM）少数丛枝状菌根末端膨大形成泡囊（VAM）
植物内生菌
内生菌：微生物只生活在植物组织中，或生活周期大部分是在植物体内的称为内生菌，与植物构成共生关系，但不形成特殊结构，包括内生真菌和内生细菌。
内生细菌的研究是从固氮弧菌开始的。
1993年从红豆杉树皮中分离得到Taxomyces andreanae这是一株可以产生紫杉醇的内生真菌。
产生具有医疗效果的化学物质的内生真菌是有待开发的巨大资源。
八、竞争关系
第三节 微生物与自然界的物质循环 微生物在生物圈中的生态地位
微生物的分类和鉴定
分类学涉及三个相互依存又有区别的组成部分
分类(claification)：根据一定的原则对微生物进行分群归类，根据相似性或相关性水平排列成系统，并对各个分类群的特征进行描述，以便查考和对未被分类的微生物进行鉴定 命名(nomenclature)：是根据命名法规，给每一个分类群一个专有的名称
鉴定(identification或determination)：借助于现有的微生物分类系统，通过特征测定，确定未知的、或新发现的、或未明确分类地位的微生物所应归属分类群的过程 常用的细菌分类学术语
1、培养物(culture)：一定时间一定空间内微生物的细胞群或生
长物。
如微生物的斜面培养物、摇瓶培养物等
2、菌株(strain)：从自然界中分离得到的任何一种微生物的纯培养物都可以称为微生物的一个菌株；用实验方法(如诱变)所获得的某一菌株的变异型，也可以称为一个新的菌株，以便与原来的菌株相区别。
3、种（species）： 物种，生物分类中基本的分类单元
微生物的种：具有高度特征相似性的菌株群，这个菌株群与其
它类群的菌株有很明显的区别。
亚种(小种race)（subspecies）：实验室中获得的微生物变异型称为小种或亚种。一般指其某一稳定的特征的种与模式种中不同的种,常在种名、属名的名词后写上subsp.然后再写具体亚种的名词。
第二节
微生物分类鉴定的方法 分类鉴定方法的四个水平
1、细胞形态和习性
微生物细胞的形态、营养要求、生长条件、致病性、抗原性等
2、细胞组分
胞壁、脂类、醌类、光合色素等
3、蛋白质
蛋白质序列、免疫特性
4、核酸
GC含量、核酸杂交、16S/18S rRNA序列、基因组
鉴定工作的步骤
1、获得纯培养物
2、测定一系列必要的鉴定指标
3、查找权威的菌种鉴定手册
1、核酸分析鉴定微生物的遗传型 碱基含量 核酸杂交
核糖体RNA分析
2、细胞化学成分鉴定
细胞壁的成分（肽聚糖结构）细胞膜的磷酸类脂成分 细胞水解液的糖型 代谢产物分析
选择核糖体RNA作生物进化和系统分类研究的优点（1）核糖体存在于一切细胞中（2）生理功能重要且恒定（3）在细胞中含量高，易获得（4）编码基因rDNA稳定（5）rRNA序列保守性高
（6）相对分子量适中，信息量大
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