《微生物概览》课件

微生物概览课程目标了解微生物定义分类掌握基本结构功能掌握各类微生物基本特征理解微观世界的精妙构造理解生态重要性什么是微生物？基本定义主要类型肉眼无法看见的微小生物细菌、真菌、病毒、原生动物分布广泛存在于水、土、空气、生物体内微生物的发现历史世纪17列文虎克发明显微镜，首次观察到微生物世纪19巴斯德驳斥自然发生说世纪末19科赫建立病原菌学说微生物的分类非细胞生物病毒原核生物细菌和古菌真核生物真菌、原生动物细菌单细胞原核生物个体微小，通常1-10微米无细胞核DNA直接散布在核区中肽聚糖细胞壁提供结构支持和保护细菌的形态球菌杆菌螺旋菌球形细菌，如葡萄球菌杆状细菌，如大肠杆菌螺旋状细菌，如螺旋体细菌的结构

（一）细胞膜控制物质进出的选择屏障细胞壁提供机械保护和形态维持细胞质包含酶和营养物质的胶状物细菌的结构

（二）核区核糖体包涵体含DNA的区域，无核膜包围蛋白质合成工厂，70S型储存营养的细胞内颗粒细菌的特殊结构鞭毛运动器官，螺旋状蛋白质丝菌毛附着结构，辅助结合和交换遗传物质荚膜保护层，增强致病性和抵抗吞噬革兰氏染色革兰氏阳性菌革兰氏阴性菌染色原理染色后呈紫色染色后呈红色基于细胞壁结构差异厚肽聚糖层，无外膜薄肽聚糖层，有外膜临床鉴定和抗生素选择的重要依据细菌的繁殖二分裂DNA复制，细胞等分为两个子细胞芽殖母细胞表面形成芽，发育为子细胞孢子形成特殊环境下产生耐受性孢子细菌的新陈代谢异养型依赖有机物获取能量自养型利用无机物合成有机物兼性营养型能根据环境调整代谢方式细菌的遗传与变异基因突变基因重组质粒DNA序列随机改变通过转导、接合或转化获取外额外环状DNA，携带特殊性状源DNA如抗药性古菌特征类细菌的形态但有独特生化特性栖息地通常为极端环境类型甲烷古菌、嗜热古菌、嗜盐古菌细胞壁无肽聚糖脂质侧链以醚键连接真菌真核生物具有核膜包围的细胞核多样形态包括酵母菌和丝状真菌异养营养分解有机物获取营养酵母菌基本特征常见种类应用领域单细胞真菌，球形或椭圆形•酿酒酵母•酒类制作•白色念珠菌•面包发酵•裂殖酵母•医学研究丝状真菌基本特征菌丝类型常见种类多细胞真菌，由菌丝组成•营养菌丝•青霉菌•生殖菌丝•黑曲霉•蘑菇真菌的繁殖有性繁殖两个配子融合产生子实体无性繁殖产生无性孢子孢子传播通过风、水或动物传播病毒非细胞生物基本结构无细胞结构，仅有核酸与蛋核酸（DNA或RNA）+蛋白白质质外壳寄生特性必须在活细胞内复制病毒的分类病毒RNA遗传物质为RNA，如流感病毒病毒DNA1遗传物质为DNA，如疱疹病毒逆转录病毒RNA逆转录为DNA，如HIV病毒的结构核心核酸（DNA或RNA），携带遗传信息衣壳蛋白质外壳，保护核心包膜部分病毒具有的脂质双层外膜病毒的复制周期吸附与宿主细胞表面特异性结合穿透注入核酸或整个病毒进入脱壳释放核酸合成利用宿主机制复制核酸和合成蛋白组装释放新病毒颗粒成熟并释放重要的病毒性疾病流感艾滋病新冠肺炎由正黏病毒科病毒引起的急性呼吸道HIV攻击免疫系统导致的免疫缺陷SARS-CoV-2引起的呼吸系统疾病感染原生动物单细胞真核生物，包括鞭毛虫、阿米巴、孢子虫、纤毛虫等多样类型原生动物的特征运动方式鞭毛、伪足、纤毛等多种运动方式营养方式自养、异养或兼性营养繁殖方式二分裂、多分裂、接合等微生物的生态学广泛分布环境相互作用从极地到热带，从海底到参与物质循环，维持生态高空平衡群落结构形成复杂微生物网络土壤微生物主要类型细菌、放线菌、真菌、原生动物养分循环参与碳、氮、磷等元素循环肥力影响促进有机质分解，提供植物营养水体微生物淡水微生物海洋微生物净化作用湖泊、河流中的微生物群落占海洋生物量大部分分解有机污染物•藻类•浮游细菌参与自然水体净化•水生细菌•古菌应用于污水处理•原生动物•病毒空气微生物传播途径气溶胶、飞沫、尘粒附着主要类型细菌、真菌孢子、花粉、病毒健康影响引起呼吸道感染、过敏极端环境中的微生物嗜热菌嗜冷菌嗜盐菌生活在高温环境，最高可耐受121°C适应低温环境，可在0°C下生长适应高盐环境，如盐湖、盐田微生物与其他生物的关系寄生一方获益，一方受损共生相互依存，双方受益竞争争夺资源，相互抑制微生物与植物的相互作用根瘤菌菌根真菌病原微生物与豆科植物共生与植物根系形成共生体引起植物疾病固定大气氮为植物提供氮源帮助植物吸收水分和矿物质如细菌性枯萎、真菌性锈病微生物与动物的相互作用正常菌群益生菌定植于皮肤、肠道等部位有益菌种，如乳酸菌、双的共生微生物歧杆菌病原微生物引起动物疾病的微生物人体微生物组微生物的代谢多样性光合作用利用光能将CO₂转化为有机物化能自养氧化无机物获取能量发酵无氧条件下部分氧化有机物呼吸有氧条件下完全氧化获取能量微生物的能量代谢糖酵解葡萄糖分解为丙酮酸三羧酸循环丙酮酸完全氧化生成CO₂电子传递链梯级传递电子产生质子梯度氧化磷酸化利用质子梯度合成ATP微生物的生物合成核酸合成1DNA和RNA的生物合成蛋白质合成氨基酸通过翻译合成蛋白质脂质和多糖细胞膜和细胞壁组分的合成微生物的次级代谢抗生素色素毒素抑制或杀死其他微生物的物质如类胡萝卜素、黑色素、花青素如肉毒杆菌毒素、霉菌毒素微生物的基因组学基因组结构DNA序列组成和排列1基因表达调控控制基因开启和关闭的机制比较基因组学分析不同物种间基因组异同微生物的遗传工程基因克隆基因表达基因编辑分离特定基因并插入载体在宿主中表达外源基因使用CRISPR-Cas9等技术精确修改基因微生物在发酵工业中的应用酒类发酵奶制品发酵调味品发酵利用酵母发酵糖产生酒精乳酸菌发酵牛奶生产酸奶、奶酪利用霉菌和细菌发酵大豆制作酱油微生物在医药领域的应用60%3B抗生素生产疫苗产业全球药物市场占比年产值（美元）500+生物制品已获批产品数量微生物在环境保护中的应用生物修复恢复污染环境生物降解分解有机污染物废水处理活性污泥法净化水质微生物在农业中的应用生物肥料生物农药根瘤菌、固氮菌等提供植苏云金芽胞杆菌等防治害物营养虫饲料添加剂益生菌改善牲畜消化和健康微生物与新能源生物燃料微生物燃料电池生物制氢微生物发酵生产乙醇和柴油利用微生物代谢产生电能光合细菌和厌氧菌产生氢气微生物的检测与鉴定方法形态观察1显微镜直接观察形态特征培养与生化特定培养基生长和生化反应分子鉴定3PCR、测序等DNA分析技术微生物的分离与纯化平板划线法在固体培养基上连续划线稀释倾注平板法将稀释后的样品与液态培养基混合后倾注稀释涂布法将稀释后的样品涂布在固体培养基表面微生物的培养基不同培养基类型普通培养基、选择培养基、鉴别培养基和富集培养基各有特定功能微生物的生长曲线影响微生物生长的因素营养温度值氧气pH碳源、氮源、维生最适温度、最高温酸碱度对酶活性影好氧、厌氧、兼性素等度、最低温度响厌氧微生物的控制方法物理方法化学方法生物方法•高温灭菌•酒精消毒•抗生素•辐射灭菌•氯制剂•噬菌体•过滤除菌•醛类消毒剂•拮抗微生物病原微生物与感染感染源传播途径携带病原体的人、动物或环境接触、飞沫、空气、媒介传播预防措施易感人群隔离、消毒、免疫接种缺乏免疫力的个体微生物与免疫先天性免疫获得性免疫非特异性防御，如皮肤屏特异性防御，B细胞和T细障、吞噬细胞胞介导疫苗接种通过弱毒或灭活病原体诱导免疫记忆抗生素作用机制抑制细胞壁、蛋白质合成或DNA复制主要类型β-内酰胺类、大环内酯类、氨基糖苷类耐药性问题细菌通过突变或获取耐药基因产生抗药性新兴的微生物学研究方向合成生物学微生物组学设计和构建新型生物系统研究微生物群落整体功能单细胞技术系统生物学分析单个微生物细胞特性整合分析微生物代谢网络。