微生物的繁殖微小世界中的生命奇跡課程概述微生物定義與分類肉眼不可見的微小生物繁殖方式多樣性無(wú)性生殖與有性生殖課程主要內(nèi)容微生物的類型細(xì)菌原核單細(xì)胞微生物真菌真核微生物，包括酵母和霉菌病毒非細(xì)胞結(jié)構(gòu)，需寄生復(fù)制原生動(dòng)物細(xì)菌的形態(tài)和結(jié)構(gòu)細(xì)菌的大小通常0.5-5微米需要顯微鏡才能觀察形狀多樣球形、桿狀、螺旋狀決定細(xì)菌分類依據(jù)之一細(xì)胞結(jié)構(gòu)細(xì)胞壁：保護(hù)和支持細(xì)胞膜：物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)細(xì)菌的特殊結(jié)構(gòu)鞭毛絲狀附屬物，運(yùn)動(dòng)功能菌毛細(xì)絲狀，用于附著和基因交換芽胞細(xì)菌的生活特點(diǎn)營(yíng)養(yǎng)方式自養(yǎng)型：光合或化能合成異養(yǎng)型：分解有機(jī)物呼吸類型需氧菌：需要氧氣厭氧菌：在無(wú)氧環(huán)境生長(zhǎng)兼性菌：適應(yīng)兩種環(huán)境生活環(huán)境土壤、水、空氣動(dòng)植物體內(nèi)外細(xì)菌的繁殖方式：二分裂1DNA復(fù)制細(xì)菌DNA開始復(fù)制2細(xì)胞延長(zhǎng)細(xì)胞體積增大3隔膜形成細(xì)胞中央形成隔膜4細(xì)胞分離一個(gè)細(xì)胞分裂為兩個(gè)理想條件下20分鐘一次細(xì)菌的生長(zhǎng)曲線延滯期細(xì)菌適應(yīng)環(huán)境，準(zhǔn)備分裂對(duì)數(shù)期快速分裂，數(shù)量指數(shù)增長(zhǎng)穩(wěn)定期新生與死亡數(shù)量平衡衰退期營(yíng)養(yǎng)枯竭，死亡率增加影響細(xì)菌生長(zhǎng)的因素溫度最適溫度促進(jìn)生長(zhǎng)高溫可殺滅細(xì)菌pH值多數(shù)細(xì)菌喜歡中性環(huán)境極端pH抑制生長(zhǎng)營(yíng)養(yǎng)碳源、氮源、礦物質(zhì)缺乏導(dǎo)致生長(zhǎng)停滯水分水分不足抑制代謝干燥環(huán)境難以生存細(xì)菌的芽胞形成啟動(dòng)階段營(yíng)養(yǎng)匱乏誘導(dǎo)芽胞形成DNA復(fù)制遺傳物質(zhì)復(fù)制并分離包被形成母細(xì)胞包裹芽胞原基成熟與釋放母細(xì)胞裂解釋放芽胞芽胞的特性121°C抗熱性可耐高溫滅菌溫度100+壽命可存活數(shù)十至上百年10x抗輻射性比營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞強(qiáng)10倍0%代謝活性處于休眠狀態(tài)芽胞的萌發(fā)激活環(huán)境條件適宜，觸發(fā)萌發(fā)皮層分解芽胞皮層水解出芽細(xì)胞膜擴(kuò)張，形成營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞生長(zhǎng)恢復(fù)正常代謝和生長(zhǎng)細(xì)菌的遺傳變異突變DNA自發(fā)或誘導(dǎo)改變提供變異原料點(diǎn)突變：?jiǎn)蝹€(gè)堿基改變框移突變：閱讀框改變基因重組遺傳物質(zhì)交換轉(zhuǎn)化：吸收外源DNA接合：細(xì)胞間直接傳遞轉(zhuǎn)導(dǎo)：通過(guò)病毒媒介細(xì)菌與人類的關(guān)系：有害方面致病性引起人類疾病食物腐敗分解食物造成損失工業(yè)損害腐蝕金屬，降解材料細(xì)菌與人類的關(guān)系：有益方面發(fā)酵食品生產(chǎn)，抗生素制造，生態(tài)系統(tǒng)平衡，腸道健康真菌的分類酵母菌單細(xì)胞真菌通過(guò)出芽繁殖絲狀真菌多細(xì)胞菌絲體霉菌的主要類型大型真菌形成可見子實(shí)體如蘑菇、木耳真菌的結(jié)構(gòu)特征菌絲體由菌絲網(wǎng)絡(luò)組成菌絲：管狀結(jié)構(gòu)，含細(xì)胞質(zhì)菌絲末端：生長(zhǎng)和分泌酶孢子繁殖結(jié)構(gòu)可通過(guò)風(fēng)、水傳播種類多樣，形態(tài)各異抵抗力強(qiáng)，存活時(shí)間長(zhǎng)酵母菌的繁殖：出芽生殖1芽體形成母細(xì)胞表面形成小突起2核分裂DNA復(fù)制，一核進(jìn)入芽體3芽體生長(zhǎng)芽體體積增大4芽體分離形成獨(dú)立新細(xì)胞絲狀真菌的繁殖：孢子繁殖無(wú)性孢子分生孢子：菌絲末端形成孢子囊孢子：囊內(nèi)形成有性孢子子囊孢子：子囊內(nèi)形成擔(dān)孢子：擔(dān)子上形成傳播方式風(fēng)力傳播：輕且數(shù)量多水流傳播：濕環(huán)境中擴(kuò)散真菌的生長(zhǎng)條件多數(shù)真菌喜歡溫暖潮濕環(huán)境，微酸性條件有利生長(zhǎng)真菌的生態(tài)作用分解者角色分解有機(jī)質(zhì)，促進(jìn)養(yǎng)分循環(huán)共生關(guān)系菌根：與植物根系共生生態(tài)平衡調(diào)節(jié)生態(tài)系統(tǒng)碳氮平衡真菌與人類的關(guān)系：有害方面食物霉變產(chǎn)生毒素，造成食物損失真菌感染引起皮膚、肺部等感染材料破壞損害建筑材料和藝術(shù)品真菌與人類的關(guān)系：有益方面食用菌香菇、平菇等食用菌高蛋白、低脂肪營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高藥用真菌靈芝、冬蟲夏草提取生物活性物質(zhì)青霉素等抗生素工業(yè)發(fā)酵面包、啤酒釀造酶制劑生產(chǎn)有機(jī)酸制造病毒的基本特征非細(xì)胞結(jié)構(gòu)無(wú)細(xì)胞器和代謝系統(tǒng)專性寄生必須在活細(xì)胞內(nèi)復(fù)制3簡(jiǎn)單構(gòu)成僅有核酸和蛋白質(zhì)病毒的結(jié)構(gòu)核酸DNA或RNA，單鏈或雙鏈1衣殼保護(hù)核酸的蛋白質(zhì)外殼2包膜某些病毒具有的脂質(zhì)外層3附屬結(jié)構(gòu)如尾絲、纖維等特殊結(jié)構(gòu)4病毒的分類DNA病毒單鏈或雙鏈DNA如皰疹病毒、腺病毒RNA病毒單鏈或雙鏈RNA如流感病毒、冠狀病毒其他分類按形態(tài)：螺旋型、多面體型按宿主：動(dòng)物、植物、細(xì)菌病毒病毒的繁殖：裂解式復(fù)制吸附病毒識(shí)別并附著于宿主細(xì)胞侵入核酸進(jìn)入宿主細(xì)胞復(fù)制利用宿主合成病毒組分組裝組分組裝成完整病毒釋放細(xì)胞裂解釋放新病毒病毒的繁殖：溶原性復(fù)制1吸附和侵入病毒DNA進(jìn)入宿主細(xì)胞2整合病毒DNA整合入宿主染色體3潛伏病毒DNA隨宿主復(fù)制而復(fù)制4誘導(dǎo)和裂解特定條件下激活，進(jìn)入裂解周期病毒的變異基因突變復(fù)制錯(cuò)誤導(dǎo)致核酸序列改變基因重組不同病毒株基因片段交換基因分型導(dǎo)致新病毒變體出現(xiàn)病毒與宿主的相互作用細(xì)胞嗜性針對(duì)特定細(xì)胞類型由表面受體決定決定感染組織范圍免疫反應(yīng)天然免疫：非特異性防御獲得性免疫：針對(duì)性應(yīng)答抗體生成與細(xì)胞毒性病毒感染的預(yù)防和控制疫苗激發(fā)免疫系統(tǒng)預(yù)防感染減輕疾病嚴(yán)重程度抗病毒藥物抑制病毒復(fù)制過(guò)程減少病毒載量物理預(yù)防衛(wèi)生習(xí)慣、隔離措施減少病毒傳播機(jī)會(huì)病毒與人類疾病流感病毒，肝炎病毒，艾滋病毒，冠狀病毒病毒在生態(tài)系統(tǒng)中的作用控制微生物種群海洋中控制細(xì)菌和藻類數(shù)量促進(jìn)養(yǎng)分循環(huán)裂解釋放有機(jī)物至水環(huán)境基因轉(zhuǎn)移在不同物種間傳遞基因維持生物多樣性防止單一物種過(guò)度優(yōu)勢(shì)原生動(dòng)物的特征單細(xì)胞真核生物具有完整細(xì)胞器多樣形態(tài)形態(tài)結(jié)構(gòu)極其多樣主要水生需要水環(huán)境生存多種營(yíng)養(yǎng)方式吞噬、吸收、自養(yǎng)等原生動(dòng)物的分類鞭毛蟲有鞭毛，如錐蟲、利什曼蟲纖毛蟲有纖毛，如草履蟲變形蟲形態(tài)可變，如阿米巴孢子蟲形成孢子，如瘧原蟲原生動(dòng)物的繁殖：無(wú)性生殖二分裂細(xì)胞分裂為兩個(gè)子細(xì)胞常見于草履蟲等多分裂核分裂多次后細(xì)胞分裂形成多個(gè)子細(xì)胞常見于瘧原蟲出芽母細(xì)胞表面長(zhǎng)出芽體較少見的繁殖方式原生動(dòng)物的繁殖：有性生殖1接合兩個(gè)個(gè)體暫時(shí)結(jié)合2核交換交換遺傳物質(zhì)3接合體形成形成合子4分離與發(fā)育發(fā)育為新個(gè)體原生動(dòng)物的生活環(huán)境水生環(huán)境淡水：池塘、湖泊、河流海水：各種海洋棲息地土壤環(huán)境土壤孔隙水中生活參與土壤肥力維持共生環(huán)境動(dòng)物腸道內(nèi)共生協(xié)助消化吸收寄生環(huán)境人體和動(dòng)物體內(nèi)寄生可引起疾病原生動(dòng)物與人類的關(guān)系致病原蟲瘧原蟲：引起瘧疾痢疾阿米巴：引起阿米巴痢疾錐蟲：導(dǎo)致錐蟲病環(huán)境指示生物水質(zhì)污染指標(biāo)生態(tài)系統(tǒng)健康指示環(huán)境監(jiān)測(cè)工具微生物的生態(tài)作用有機(jī)物分解分解動(dòng)植物殘?bào)w物質(zhì)循環(huán)碳、氮、磷等元素循環(huán)能量流動(dòng)太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能維持平衡保持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定微生物在食品工業(yè)中的應(yīng)用酸奶生產(chǎn)，面包發(fā)酵，醬油釀造，奶酪成熟微生物在醫(yī)藥工業(yè)中的應(yīng)用70%抗生素生產(chǎn)青霉素、鏈霉素等60%疫苗制備滅活或減毒微生物40%激素與酶胰島素等生物制劑微生物在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用污水處理活性污泥法厭氧消化降解有機(jī)污染物生物修復(fù)石油污染降解重金屬轉(zhuǎn)化農(nóng)藥殘留處理垃圾處理有機(jī)廢物堆肥加速生物降解減少環(huán)境壓力微生物在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用生物肥料固氮菌：固定大氣中氮素菌根真菌：提高磷吸收促生菌：促進(jìn)植物生長(zhǎng)生物農(nóng)藥蘇云金芽孢桿菌：控制害蟲綠僵菌：寄生于昆蟲減少化學(xué)農(nóng)藥使用微生物在能源領(lǐng)域的應(yīng)用生物燃料乙醇：玉米、甘蔗發(fā)酵生物柴油微藻產(chǎn)油轉(zhuǎn)化為燃料沼氣生產(chǎn)厭氧分解有機(jī)物產(chǎn)生甲烷氫氣生產(chǎn)光合微生物產(chǎn)生氫氣微生物的快速檢測(cè)技術(shù)1PCR技術(shù)擴(kuò)增特定DNA片段2ELISA技術(shù)抗原抗體特異性反應(yīng)3流式細(xì)胞術(shù)單細(xì)胞水平快速分析4熒光原位雜交直接可視化檢測(cè)微生物的培養(yǎng)技術(shù)固體培養(yǎng)瓊脂平板：觀察菌落特征斜面培養(yǎng)：保存菌株液體培養(yǎng)搖瓶培養(yǎng)：好氧微生物厭氧培養(yǎng)：厭氧微生物連續(xù)培養(yǎng)化學(xué)計(jì)量器：營(yíng)養(yǎng)持續(xù)補(bǔ)充產(chǎn)物持續(xù)收集微生物的保藏技術(shù)低溫保藏凍干保藏液氮保藏礦物油保藏低溫保藏應(yīng)用最廣泛，凍干技術(shù)適用各類微生物微生物的滅菌和消毒物理方法高壓滅菌：121°C，15-20分鐘干熱滅菌：160-180°C，2小時(shí)紫外線：破壞DNA過(guò)濾：機(jī)械截留化學(xué)方法酒精：70-75%最有效含氯消毒劑：廣譜殺菌過(guò)氧化物：強(qiáng)氧化作用甲醛：氣體消毒微生物實(shí)驗(yàn)室安全BSL-4致命病原體，全封閉防護(hù)BSL-3可通過(guò)氣溶膠傳播的病原體BSL-2中等危害病原體BSL-1已知不致病的微生物微生物學(xué)研究的新趨勢(shì)宏基因組學(xué)直接測(cè)序環(huán)境DNA合成生物學(xué)設(shè)計(jì)改造微生物生物信息學(xué)大數(shù)據(jù)分析微生物組基因編輯CRISPR技術(shù)應(yīng)用微生物與人體健康腸道菌群數(shù)萬(wàn)億微生物組成益生菌提高免疫力，改善消化菌群失調(diào)與多種疾病相關(guān)微生物與全球變化碳循環(huán)固定和釋放二氧化碳氮循環(huán)固氮、硝化和反硝化水循環(huán)影響水資源質(zhì)量氣候變化產(chǎn)生或消耗溫室氣體微生物的進(jìn)化1原始微生物地球上最早的生命形式2代謝進(jìn)化從厭氧到需氧環(huán)境適應(yīng)3真核生物出現(xiàn)內(nèi)共生理論：線粒體起源4水平基因轉(zhuǎn)移非親代間基因交流極端環(huán)境中的微生物嗜熱菌生長(zhǎng)于80-120°C熱泉、海底熱液噴口嗜鹽菌高鹽環(huán)境生存鹽湖、鹽田嗜酸菌pH0-4環(huán)境生長(zhǎng)酸性礦山排水嗜堿菌pH9-11環(huán)境生長(zhǎng)蘇打湖微生物的群體行為生物膜多種微生物形成的群落包裹于胞外多糖基質(zhì)中具有較高抗藥性如牙菌斑、水管內(nèi)垢群體感應(yīng)細(xì)胞間通訊機(jī)制依賴信號(hào)分子濃度協(xié)調(diào)群體行為影響毒力因子表達(dá)微生物與其他生物的相互作用共生互利共生：雙方獲益寄生一方獲益另一方受害競(jìng)爭(zhēng)爭(zhēng)奪同一資源拮抗產(chǎn)生抑制其他微生物物質(zhì)微生物在生物