1、生物奧賽培訓教程微生物學部分一、生物奧賽綱要微生物學理論部分l分類： 原核微生物細菌門、藍藻門、原綠藻門 真核微生物 綠藻門、結合菌門、子囊菌門、擔子菌門病毒l原核細胞的組成：形態(tài)學l光養(yǎng)和化養(yǎng)l生物技術：發(fā)酵、生物的遺傳操縱二、微生物學的知識體系微生物學微生物學生態(tài)與多樣性感染與免疫遺傳基因表達調控基因工程分類形態(tài)結構營養(yǎng)代謝生長繁殖系統(tǒng)發(fā)育發(fā)酵工業(yè)食品藥物生物制品環(huán)保細胞型微生物：細胞型微生物：非細胞型微生物：非細胞型微生物：原核微生物真核微生物細菌藍藻（藍細菌）放線菌“三菌三體”衣原體支原體 立克次氏體 等酵母菌霉菌大型真菌真病毒亞病毒三、微生物的類型真菌顯微藻類原生動物病毒 一、細菌的

2、形態(tài)學分類 球菌 桿菌 螺旋菌(包括弧菌)淋病球菌大腸桿菌弧形霍亂菌四、原核細胞型微生物 原核微生物的典型結構基本結構： 細胞壁、細胞膜、細胞質、。特殊結構： 莢膜、鞭毛、芽孢等 細胞壁細胞壁細胞膜細胞膜細胞質細胞質擬核擬核原核微生物的結構與功能細胞壁結構：功能：保護：屏障、機械保護是細胞生長、分裂和運動所必須的1. 賦予細胞抗原性、致病性和對噬菌體的敏感性等（古生菌類其細胞壁不含肽聚糖）G+G-厚薄層革蘭氏陽性革蘭氏陰性 原核微生物的結構與功能細胞壁革蘭氏染色結晶紫初染碘液媒染乙醇脫色番紅復染 原核微生物的結構與功能原生質體 細胞膜：控制物質運輸、維持滲透壓、合成細胞壁、著生鞭毛等 細胞質：

3、所含細胞器很單一，只有核糖體。 核區(qū)（擬核）：DNA裸露 原核微生物的結構與功能特殊結構 莢膜：細胞壁外的一層膠狀物質，含多糖或多肽。具有抗干燥、抗吞噬抗干燥、抗吞噬和附著附著等作用 鞭毛：運動 菌毛：吸附 性毛：參與傳遞遺傳物質 芽孢：是某些細菌于生長發(fā)育后期，或環(huán)境條件不利于生長繁殖時，便會在細胞內形成的一個圓形或橢圓形的休眠體休眠體。芽孢具有極強的等特性。一個細菌只產生一個芽孢，并沒有數量的增加。故它并不能并不能說是是生殖細胞生殖細胞。 放線菌的菌絲分化泥土所特有的“泥腥味泥腥味”主要是由放線菌產生的。常見的抗生素抗生素除青霉素和頭孢霉素類外，都是放線菌的產物。支原體衣原體立克次氏體五、

4、五、真真核核微微生生物物酵母菌霉菌大型真菌各種真菌各種真菌五、五、真真核核微微生生物物原生動物原生動物顯微藻類顯微藻類酵母菌酵母菌形態(tài)結構形態(tài)結構單細胞真菌單細胞真菌酵母菌的繁殖酵母菌的繁殖無性繁殖無性繁殖、裂殖、產生節(jié)孢子等；、裂殖、產生節(jié)孢子等；有性生殖有性生殖接合生殖（產生子囊孢子）接合生殖（產生子囊孢子）霉霉 菌菌 霉菌的孢子散發(fā)過程真菌的無性生殖（孢子生殖）真菌的無性生殖（孢子生殖）無隔菌絲、有隔菌絲；無隔菌絲、有隔菌絲；基內菌絲（營養(yǎng)）、氣生菌絲（繁殖）。基內菌絲（營養(yǎng)）、氣生菌絲（繁殖）。菌菌絲絲繁殖繁殖無性繁殖：孢囊孢子、無性繁殖：孢囊孢子、等等有性繁殖：接合孢子、子囊孢子等有

5、性繁殖：接合孢子、子囊孢子等霉菌菌落細菌菌落菌落：(干、大、毛)（或絮狀）(濕、粘、小、平)由單個或少數細菌或真菌大量繁殖而形成的肉眼可見的具有一定形態(tài)結構的細胞群體。 細菌的菌落(濕、粘、小、平)大型真菌大型真菌蛋白質衣殼蛋白質衣殼核酸核酸（DNARNA）六、病毒的基本特征 病毒顆粒的基本結構-螺旋對稱二十面體對稱煙草花葉病毒煙草花葉病毒 T4 噬菌體噬菌體(一種細菌病毒一種細菌病毒)衣殼核酸核衣殼復合對稱HIV乙肝病毒六、病毒的基本特征 病毒顆粒的其它結構- 包 膜(囊膜)六、病毒的基本特征 病毒的特點 病毒在細胞外以成熟的顆粒形式（毒粒）存在； 毒粒在胞外不表現任何生命特征； 毒粒具感染

6、宿主細胞的能力，一旦進入細胞，毒粒便解體，并表現出繁殖、遺傳、變異等生命特征。六、病毒的基本特征l溫和噬菌體：侵入宿主后并沒有立即開始病毒物質合成和組裝的病毒，此時的噬菌體基因組稱為原噬菌體，而含有原噬菌體的宿主被稱為溶源性細菌。l 烈性噬菌體：進入菌體后就會改變宿主的性質，使之成為制造噬菌體的工廠，大量產生新的噬菌體，最后導致菌體裂解死亡。六、病毒的基本特征病毒的繁殖步驟(以噬菌體為例) 吸附 侵入 增殖（包括核酸復制與蛋白質合成） 裝配 釋放六、病毒的基本特征病毒的繁殖周期病毒繁殖的一步生長曲線潛伏期潛伏期裂解期裂解期平穩(wěn)期平穩(wěn)期 HIV（人類免疫缺陷病毒） 與 AIDS（獲得性免疫缺陷綜

7、合癥）HIV ? AIDS ? SARS冠狀病毒 禽流感病毒H5N1 A 肝炎病毒甲型甲型肝炎病毒呈球形，無囊膜，核酸為單鏈RNA；乙型乙型肝炎病毒呈球形，具有雙層外殼結構，外層相當一般病毒的囊膜，核酸為雙鏈DNA。 亞病毒l類病毒： 無蛋白質外殼，只含 RNA。l朊病毒：只由蛋白質組成。七、微生物的營養(yǎng)微生物的營養(yǎng)要求1、碳源【糖類、脂肪、有機酸】：能源物質，構成菌體和代謝產物2、氮源【無機氮源：氨水、硫酸銨、尿素、硝酸鈉；有機氮源：發(fā)酵菌絲體、酒糟】：構成菌體和代謝產物，硝化細菌的能源物質3、能源【輻射能（太陽能）、化學能】： 為生命活動提供最初能量來源4、無機鹽類【Pb 、 Mg 、 S

8、 、 P 、 Fe、Co、Zn等】維持酶活力，調節(jié)滲透壓、pH值、電位等5、特殊生長因子【生物素、硫胺素、肌醇等】：構成輔酶的組成部分，促進生命活動6、水：溶解營養(yǎng)物質和代謝產物七、微生物的營養(yǎng) 微生物的營養(yǎng)類型劃分依劃分依據據特點特點碳源以CO2為唯一或主要碳源有機物為碳源能源以光為能源通過氧化釋放的化學能為能源七、微生物的營養(yǎng) 微生物的營養(yǎng)類型特點（能源；碳源）特點（能源；碳源）舉例舉例光能；以CO2為唯一或主要碳源光能；有機物為碳源通過氧化釋放的化學能為能源 ； 以CO2 為碳源通過氧化釋放的化學能為能源；以有機物為碳源氫細菌、硫細菌硝化細菌、硝化細菌、 鐵細菌紅螺細菌藍藻、藻類、光合細

9、菌光合細菌紫（綠）硫細菌大多數細菌、放線菌、大多數細菌、放線菌、原生動物、幾乎全部的原生動物、幾乎全部的真菌真菌七、微生物的營養(yǎng)培養(yǎng)基的配置基本原則選擇適宜的營養(yǎng)物質營養(yǎng)物質的濃度及其比例合適控制pH條件滅菌處理原料來源的選擇1. 七、微生物的營養(yǎng) 培養(yǎng)基的配置培養(yǎng)基的類型 成分：天然培養(yǎng)基與合成培養(yǎng)基 形式：液體、固體和半固體培養(yǎng)基 功能：基礎培養(yǎng)基、加富培養(yǎng)基、 鑒別培養(yǎng)基、選擇培養(yǎng)基營養(yǎng)物質進入細胞的四種方式：一、自由擴散(diffusion)二、協(xié)助擴散(facilitated diffusion)三、主動運輸(active transport) 另外，膜泡運輸(memberane v

10、esicle transport)即內吞作用、外排作用。七、微生物的營養(yǎng)八、微生物的代謝八、微生物的代謝初級代謝產物初級代謝產物次級代謝產物次級代謝產物生長繁殖生長繁殖是否必需是否必需 是是 不是不是產生階段產生階段 生長各個階段生長各個階段 生長到一定階段生長到一定階段種的特異性種的特異性 無無 有有分布分布 細胞內細胞內 細胞內、外細胞內、外舉舉例例 氨基酸、核甘酸、氨基酸、核甘酸、多糖、脂質、維生多糖、脂質、維生素素抗生素、毒素、激抗生素、毒素、激素、色素等素、色素等代謝特點：初級代謝與次級代謝 指細胞內所發(fā)生的全部化學反應指細胞內所發(fā)生的全部化學反應,包括分解代謝和合成代謝。包括分解代

11、謝和合成代謝。 微生物的代謝調節(jié)微生物的代謝調節(jié)1、酶活性的調節(jié)、酶活性的調節(jié)2、酶合成的調節(jié)、酶合成的調節(jié)有關背景知識：酶催化各種生物化學反應的生物催化劑。有專一性、高效性等特點。（絕大多數酶為絕大多數酶為，而蛋白質的合成蛋白質的合成是由基因控制的是由基因控制的。）資料資料1：谷氨酸的生產調節(jié)：谷氨酸的生產調節(jié) 谷氨酸棒狀桿菌谷氨酸棒狀桿菌 能夠利用葡萄糖，經過復能夠利用葡萄糖，經過復雜的代謝過程形成谷氨酸；雜的代謝過程形成谷氨酸；但當終產物但當終產物谷氨酸的谷氨酸的合成過量時，就會抑制谷合成過量時，就會抑制谷氨酸脫氫酶的活性，從而氨酸脫氫酶的活性，從而導致合成途徑中斷。當谷導致合成途徑中斷

12、。當谷氨酸因消耗而濃度下降時，氨酸因消耗而濃度下降時，抑制作用就會被解除，該抑制作用就會被解除，該合成反應又重新啟動。合成反應又重新啟動。 酶活性的調節(jié)酶活性的調節(jié)反饋調節(jié)反饋調節(jié) 資料資料2 在用葡萄糖和乳糖作碳源的培養(yǎng)基上培在用葡萄糖和乳糖作碳源的培養(yǎng)基上培養(yǎng)大腸桿菌，開始時，大腸桿菌只能分養(yǎng)大腸桿菌，開始時，大腸桿菌只能分解葡萄糖而不能分解乳糖，只有當葡萄解葡萄糖而不能分解乳糖，只有當葡萄糖被消耗完畢以后，大腸桿菌才開始利糖被消耗完畢以后，大腸桿菌才開始利用乳糖。用乳糖。分解葡萄糖的酶是大腸桿菌細胞內一直分解葡萄糖的酶是大腸桿菌細胞內一直存在的酶存在的酶分解乳糖的酶是在乳糖誘導下合成的酶

13、分解乳糖的酶是在乳糖誘導下合成的酶屬于：酶合成的調節(jié)屬于：酶合成的調節(jié)酶活性的調節(jié)酶活性的調節(jié)a.酶活性調節(jié)的對象是酶（組成酶和誘導酶活性調節(jié)的對象是酶（組成酶和誘導酶），調節(jié)的結果是酶的催化能力發(fā)生酶），調節(jié)的結果是酶的催化能力發(fā)生變化；變化；b.酶活性調節(jié)的機制酶活性調節(jié)的機制通過酶與代謝過通過酶與代謝過程產生物質的可逆性結合進行調節(jié)；程產生物質的可逆性結合進行調節(jié)；c.酶活性調節(jié)的特點：快速、精確；酶活性調節(jié)的特點：快速、精確；d.酶活性調節(jié)的意義：避免代謝產物積累酶活性調節(jié)的意義：避免代謝產物積累過多。過多。 酶合成的調節(jié)a.組成酶在細胞內一直存在，它的合成只受基因組成酶在細胞內一直存

14、在，它的合成只受基因調控；誘導酶只有環(huán)境中存在誘導物才能合成，調控；誘導酶只有環(huán)境中存在誘導物才能合成，它的合成受基因與誘導物共同控制；它的合成受基因與誘導物共同控制；b.酶合成調節(jié)的對象是誘導酶；調節(jié)的結果是酶合成調節(jié)的對象是誘導酶；調節(jié)的結果是使細胞內酶的種類增多；使細胞內酶的種類增多；c.酶合成調節(jié)的機制（本質）酶合成調節(jié)的機制（本質）原核生物基原核生物基因表達的調控，如大腸桿菌乳糖因表達的調控，如大腸桿菌乳糖操縱子操縱子學說學說；d.酶合成調節(jié)的意義：既保證代謝需要，又避酶合成調節(jié)的意義：既保證代謝需要，又避免細胞內物質和能量浪費，增強適應性。免細胞內物質和能量浪費，增強適應性。 操縱

15、子學說此學說認為，DNA上有調節(jié)基因(i)和操縱子。操縱子則包括一連串功能相關的基因（結構基因、操縱基因(o)、啟動基因（p）)。 a.從調節(jié)對象看：從調節(jié)對象看： b.從調節(jié)效果看：從調節(jié)效果看： c.從調節(jié)機制看：從調節(jié)機制看： 調節(jié)已存在的酶的活性調節(jié)已存在的酶的活性,從而控制代謝速率從而控制代謝速率 ; 調節(jié)酶量的變化調節(jié)酶量的變化直接而迅速直接而迅速 ； 間接而緩慢間接而緩慢；代謝水平調節(jié)；代謝水平調節(jié)； 基因水平調節(jié)基因水平調節(jié)聯系聯系：細胞內兩種方式同時存在，密切：細胞內兩種方式同時存在，密切配合，高效、準確控制代謝的正常進行配合，高效、準確控制代謝的正常進行。區(qū)別區(qū)別八、微生物

16、代謝 微生物代謝的特殊方面 自生固氮菌：巴氏梭菌（好氧） 共生固氮菌： 弗蘭克氏菌（與非豆科植物共生） 魚腥藻（與滿江紅共生）等 固氮條件：固氮酶、ATP、電子傳遞體九、微生物的生長繁殖細菌的個體生長染色體DNA的復制與分離細胞壁擴增細胞分裂：無性二分裂1. （15-20分鐘分裂一次）九、微生物的生長繁殖細菌的群體生長遲緩期對數生長期穩(wěn)定生長期1. 衰亡期九、微生物的生長繁殖 真菌的生長繁殖 裂殖和芽殖：菌絲延長和酵母繁殖的主要方式 無性孢子繁殖：營養(yǎng)細胞分化出新個體（孢子） 有性孢子繁殖：不同的性細胞結合而產生新個體九、微生物的生長繁殖 微生物生長繁殖的控制 化學控制： 抗微生物劑：殺死或抑

17、制微生物生長的物質 抗代謝物：用與生長因子結構類似的物質干擾微生物 抗生素：一類抗生素：一類 次級代謝產物，具有抑菌或殺菌能力次級代謝產物，具有抑菌或殺菌能力 物理控制： 高溫滅菌：灼燒、煮沸、干熱、濕熱滅菌 過濾除菌 高滲作用抑菌 輻射和超聲波處理 干燥十、微生物發(fā)酵技術 利用生物特性和發(fā)酵理論，通過現代化的工程技術手段，進行工業(yè)化規(guī)模生產，使受培養(yǎng)的微生物或動植物細胞積累所需產品的一門技術學科。十、微生物發(fā)酵工業(yè) 微生物發(fā)酵工業(yè)的一般流程種子擴大培養(yǎng)種子擴大培養(yǎng)培養(yǎng)基配制培養(yǎng)基配制空氣除菌空氣除菌培養(yǎng)基滅菌培養(yǎng)基滅菌發(fā)酵生產發(fā)酵生產下游處理下游處理發(fā)酵設備發(fā)酵設備十、微生物發(fā)酵工業(yè) 發(fā)酵生產中間控制 溫度菌體生長和積累代謝產物的最適溫度往 往是不同的，變溫控制； pH值微生物的生長和發(fā)酵的最適pH值往往不 同，變化控制； 溶氧氧是制約發(fā)酵進行的重要因素，加強溶氧；十、微生物發(fā)酵工業(yè) 發(fā)酵實例食品（食用酒精）發(fā)酵曲霉制曲原料蒸煮糖化酵母酒母的制備及擴大發(fā)酵蒸餾酒糟乙醇雜醇油十、微生物發(fā)酵工業(yè) 發(fā)酵實例藥品（青霉素）發(fā)酵產黃青霉