《微生物学基础》课件

微生物学基础微生物学是研究微生物形态、结构、生理、生化、遗传和生态等特性的科学第一章微生物学概述微生物定义肉眼不可见的微小生物研究历史从显微镜发明到现代技术发展分类体系原核生物、真核微生物和病毒应用领域微生物的定义和特点微小体积简单结构需要借助显微镜才能观察细胞结构相对简单或无细胞结构代谢多样快速繁殖具有丰富多样的代谢方式微生物在生物界中的地位细菌域古菌域包括所有真细菌特殊环境中的原核生物12病毒真核域43非细胞形式，寄生性包括微型真核生物微生物学发展简史年16651胡克首次观察到植物细胞年16762列文虎克发现微生物年18573巴斯德提出生源论年18844科赫建立病原体鉴定原则年19285弗莱明发现青霉素年19536DNA双螺旋结构确定微生物学的研究内容和应用领域医学微生物学研究病原微生物特性开发疫苗和抗生素工业微生物学发酵工业和生物制品生物能源开发农业微生物学生物肥料和生物农药土壤微生物群落研究环境微生物学污染物降解和生物修复水处理和废物处理第二章原核微生物古菌极端环境微生物1真细菌2最常见的原核生物共同特征3无核膜和细胞器的原核细胞结构细菌的基本形态和大小球菌杆菌螺旋菌特殊形态直径长度，宽度长度分支杆菌、芽孢杆菌等

0.5-

2.0μm2-8μm

0.5-

1.0μm3-15μm单球菌、双球菌、链球菌直杆菌、弯曲杆菌螺旋形态，运动性强细菌的细胞结构

（一）细胞壁功能1保护细胞形态和抵抗渗透压主要成分2肽聚糖（交联的糖肽分子）革兰氏阳性菌3厚肽聚糖层，含特殊脂酸革兰氏阴性菌4薄肽聚糖层，外有脂多糖外膜细菌的细胞结构

（二）细胞膜和细胞质细胞膜细胞质•磷脂双分子层结构•半流动胶体•含特殊蛋白质•含酶和代谢物•选择性通透•无内膜系统•参与能量代谢•含拟核区和核糖体细菌的细胞结构

（三）核区和核糖体核区特点核糖体特征无核膜包被核糖体70S单个环状分子由和亚基组成DNA30S50S直接接触细胞质蛋白质合成场所DNA质粒非必需的额外DNA携带特殊性状基因可自主复制细菌的细胞结构

（四）鞭毛和菌毛鞭毛菌毛•运动器官•细胞黏附结构•由鞭毛蛋白构成•由菌毛蛋白构成•三部分结构•性菌毛参与接合•排列方式多样•普通菌毛助黏附细菌的细胞结构

（五）芽胞和荚膜芽胞荚膜黏液层特殊休眠结构多糖或蛋白质外层松散多糖层高度抗逆性保护细胞助于黏附多层保护结构增强致病性抵抗干燥革兰氏染色法及其原理复染酒精脱色菌被染成红色G-碘液固定菌保持紫色，菌脱色G+G-结晶紫染色形成结晶紫碘复合物-所有细菌都染成紫色细菌的分类与鉴定方法形态学分析生理生化特性显微镜观察细胞形态和染色特性代谢能力和酶活性测定血清学分析分子生物学方法抗原抗体特异性反应3核酸序列、蛋白质组分析古细菌的特征及其与真细菌的区别特征古细菌真细菌细胞膜醚键连接酯键连接细胞壁无肽聚糖含肽聚糖与真核生物相似特殊结构rRNA生存环境常见于极端环境分布广泛第三章真核微生物真菌藻类酵母菌和丝状真菌光合自养微生物分解者和病原体水生态系统基础原生动物单细胞异养生物多样的运动方式真菌的基本特征结构特点有核膜和细胞器的真核细胞细胞壁主要由几丁质和葡聚糖组成营养方式专性异养，吸收式营养生殖方式有性和无性生殖并存酵母菌的形态和结构大小2细胞形态直径3-5μm1单细胞，球形或椭圆形细胞结构3含细胞核、线粒体等细胞器代表种类繁殖方式5酿酒酵母、白色念珠菌主要通过出芽繁殖4霉菌的形态和结构菌丝体1由菌丝网络构成菌丝类型2营养菌丝和生殖菌丝菌丝隔3有隔菌丝和无隔菌丝真菌的生殖方式无性生殖有性生殖•分裂生殖•配子结合•出芽生殖•减数分裂•孢子生殖•子囊孢子形成•担孢子形成藻类的基本特征和分类营养特点生活环境主要类群光合自养生物主要生活在水环境中绿藻、红藻、褐藻、硅藻含叶绿素和其他色素少数种类适应陆地生活根据色素和储藏物质分类原生动物的基本特征和分类原生动物按运动方式分类变形虫类（伪足运动）、鞭毛虫类（鞭毛运动）、纤毛虫类（纤毛运动）和孢子虫类（无运动结构）第四章病毒定义非细胞形态生命体基本组成核酸和蛋白质衣壳特性专性细胞内寄生物大小，需电镜观察20-400nm病毒的基本特性微小体积简单结构比细菌小100倍只含一种核酸（DNA或RNA）只能用电子显微镜观察无细胞结构和代谢系统寄生性特异性必须在活细胞内复制对宿主具有特异性利用宿主细胞的物质和能量感染机制高度专一病毒的结构和形态核酸或，单链或双链DNA RNA衣壳由衣壳蛋白亚基构成囊膜某些病毒有从宿主获得的脂质膜附属结构特殊蛋白如尖突蛋白、酶等病毒的分类病毒的复制周期吸附穿入病毒表面蛋白与宿主受体结合病毒基因组进入宿主细胞释放脱壳新病毒从宿主细胞释放核酸释放，衣壳被降解3组装复制新病毒粒子形成病毒基因表达和复制噬菌体的特性及其生活周期溶菌周期迅速杀死宿主细菌溶原周期病毒基因组整合入宿主诱导刺激促使前噬菌体激活裂解细菌裂解释放新噬菌体第五章微生物的营养与代谢合成代谢构建细胞物质1能量代谢2产生和利用能量营养吸收3获取生命必需物质微生物的化学组成微生物的营养类型营养类型碳源能源代表微生物光合自养型光能蓝藻、绿藻CO₂化能自养型无机物氧化硝化细菌、硫细菌CO₂异养型有机物有机物氧化大多数细菌、真菌混合营养型和有机物光能或化能某些光合细菌CO₂微生物的营养物质吸收方式被动运输易化扩散主动运输•简单扩散•载体蛋白协助•载体蛋白携带•经浓度梯度•沿浓度梯度•逆浓度梯度无能量消耗无能量消耗需消耗能量••••适用于小分子•运输速度快•高选择性培养基的类型和配制原则基础培养基选择性培养基鉴别培养基提供基本营养含抑制剂含指示剂肉汤、蛋白胨水等促进特定微生物生显示代谢特性长计数培养基标准配方用于微生物计数微生物的能量代谢的作用1ATP能量储存和传递分子产能方式2底物水平磷酸化氧化磷酸化3通过电子传递链产生ATP光合磷酸化4利用光能产生ATP微生物的发酵代谢定义过程1厌氧条件下有机物氧化产能有机物既是电子供体又是受体2应用产物4发酵食品生产、生物能源3乳酸、乙醇、丁酸等微生物的呼吸代谢有氧呼吸厌氧呼吸•以氧气为最终电子受体•以非氧气物质为电子受体•完全氧化有机物•如硝酸盐、硫酸盐等•产能效率高•产能效率中等•产物为CO₂和H₂O•产物多样微生物的合成代谢前体代谢物1形成基本构建单元单体合成2氨基酸、核苷酸、脂肪酸等大分子合成3蛋白质、核酸、多糖等细胞结构形成4细胞壁、膜、器官组装第六章微生物的生长与环境因素微生物生长受多种环境因素影响，包括温度、值、水分活度、氧气浓度和渗透压等pH微生物的生长曲线影响微生物生长的环境因素

（一）温度10-15°C25-40°C55-80°C嗜冷菌最适温度中温菌最适温度嗜热菌最适温度极地环境微生物多数环境和病原菌热泉和热液喷口微生物影响微生物生长的环境因素

（二）值pH中性菌嗜酸菌嗜碱菌最适最适最适pH

6.5-

7.5pH5pH

8.5大多数细菌属此类如乳酸菌、醋酸菌如某些土壤微生物影响微生物生长的环境因素

（三）水分活度水分活度定义不同微生物需求可用于微生物生长的自由水•细菌

0.91•酵母

0.88纯水值为aw

1.0•霉菌

0.80•嗜渗菌

0.60影响微生物生长的环境因素

（四）氧气好氧菌需氧气生长如假单胞菌、醋酸杆菌兼性厌氧菌有无氧气均可生长如大肠杆菌、酵母菌专性厌氧菌氧气有毒，仅厌氧生长如梭状芽胞杆菌微需氧菌需低浓度氧气如乳酸菌、坎氏菌影响微生物生长的环境因素

（五）渗透压高渗环境影响微生物适应机制•细胞脱水•合成兼容溶质•蛋白质变性•改变膜通透性•代谢抑制•主动排出盐离子•生长停滞•产生保护蛋白微生物的生长测定方法直接计数法培养计数法显微镜计数、电子计数平板计数、法MPN代谢产物测定生物量测定量、酶活性、产物量干重法、浊度测定ATP第七章微生物的遗传与变异基因重组遗传物质交换1基因突变2序列改变DNA基因结构3组织和特点DNA微生物遗传物质的特点染色体结构单个环状分子DNA基因组大小约

0.6-

9.5Mbp基因密度高基因密度，少内含子额外遗传元件质粒、转座子、噬菌体微生物基因突变的类型和机制突变类型特征影响点突变单个核苷酸改变可能改变氨基酸缺失片段丢失移码或基因功能丧失DNA插入额外片段加入移码或基因中断DNA重排片段位置改变基因表达变化DNA原核生物的基因重组

（一）转化重组整合进入DNA与受体发生同源重组DNA吸附DNA单链穿过细胞膜进入细DNA释放DNA外源DNA与受体细胞表面结胞供体细胞裂解释放DNA合原核生物的基因重组

（二）接合形成毛F细菌形成性菌毛F+细胞连接性菌毛与细胞连接F-转移DNA质粒或染色体复制转移DNA重组整合受体细胞中形成重组体原核生物的基因重组

（三）转导噬菌体感染1噬菌体感染供体细菌错误包装2细菌被错误包装入噬菌体DNA释放感染3携带细菌的噬菌体感染新宿主DNA重组整合4细菌与受体重组DNA DNA质粒及其在微生物中的作用抗生素抗性毒力接合转移携带抗性基因编码致病因子自我传递能力产生降解或泵出酶增强侵染能力促进基因水平转移代谢功能特殊底物降解次级代谢产物合成原核生物基因表达调控启动子操纵子1聚合酶结合位点功能相关基因的表达单位RNA2诱导物阻遏物4与阻遏物结合改变其构型3阻止聚合酶结合RNA微生物的选育和保藏常用选育方法保藏技术•诱变育种•低温冷冻保存•杂交育种•冷冻干燥•基因工程•液氮超低温保存•代谢工程•定期传代培养第八章微生物生态学基础土壤微生物群落水体微生物群落宿主相关微生物群地球上最丰富的微生物栖息地海洋、湖泊、河流中的微生物与动植物共生的微生物群落微生物在自然界中的分布微生物与环境的相互作用微生物群落形成多种微生物共同生活代谢物交换物质循环和能量流动信号通讯群体感应和协同行为环境塑造改变环境理化特性微生物在物质循环中的作用碳循环氮循环有机物合成和分解固氮、硝化、反硝化微生物呼吸和发酵氨化作用硫循环磷循环硫化物氧化和还原磷酸盐溶解有机硫化合物代谢有机磷矿化微生物学在环境保护中的应用生物修复利用微生物降解污染物修复受污染土壤和水体废水处理活性污泥法厌氧消化产沼气垃圾处理堆肥技术垃圾填埋气体利用生物监测指示生物评估环境质量微生物传感器检测污染。