全国生物科奥赛微生物

生物奥赛培训教程微生物学部分一、生物奥赛纲要微生物学理论部分l分类：原核微生物细菌门、蓝藻门、原绿藻门 真核微生物 绿藻门、结合菌门、子囊菌门、担子菌门病毒l原核细胞的组成：形态学l光养和化养l生物技术：发酵、生物的遗传操纵二、微生物学的知识体系微生物学微生物学生态与多样性感染与免疫遗传基因表达调控基因工程分类形态结构营养代谢生长繁殖系统发育发酵工业食品药物生物制品环保细胞型微生物细胞型微生物：非细胞型微生物：非细胞型微生物：原核微生物真核微生物细菌蓝藻（蓝细菌）放线菌“三菌三体”衣原体支原体 立克次氏体 等酵母菌霉菌大型真菌真病毒亚病毒三、微生物的类型真菌显微藻类原生动物病毒 一、细菌的形态学分类 球菌 杆菌 螺旋菌(包括弧菌)淋病球菌大肠杆菌弧形霍乱菌四、原核细胞型微生物 原核微生物的典型结构基本结构：细胞壁、细胞膜、细胞质、。特殊结构：荚膜、鞭毛、芽孢等 细胞壁细胞壁细胞膜细胞膜细胞质细胞质拟核拟核原核微生物的结构与功能细胞壁结构：功能：1.保护：屏障、机械保护2.是细胞生长、分裂和运动所必须的3.赋予细胞抗原性、致病性和对噬菌体的敏感性等（古生菌类其细胞壁不含肽聚糖）G+G-厚薄层革兰氏阳性革兰氏阴性 原核微生物的结构与功能细胞壁革兰氏染色结晶紫初染碘液媒染乙醇脱色番红复染 原核微生物的结构与功能原生质体 细胞膜：控制物质运输、维持渗透压、合成细胞壁、着生鞭毛等 细胞质：所含细胞器很单一，只有核糖体。核区（拟核）：DNA裸露 原核微生物的结构与功能特殊结构 荚膜：细胞壁外的一层胶状物质，含多糖或多肽。具有抗干燥、抗吞噬抗干燥、抗吞噬和附着附着等作用 鞭毛：运动 菌毛：吸附 性毛：参与传递遗传物质 芽孢：是某些细菌于生长发育后期，或环境条件不利于生长繁殖时，便会在细胞内形成的一个圆形或椭圆形的休眠体休眠体。芽孢具有极强的等特性。一个细菌只产生一个芽孢，并没有数量的增加。故它并不能并不能说是是生殖细胞生殖细胞。放线菌的菌丝分化泥土所特有的“泥腥味泥腥味”主要是由放线菌产生的。常见的抗生素抗生素除青霉素和头孢霉素类外，都是放线菌的产物。支原体衣原体立克次氏体五、五、真真核核微微生生物物酵母菌霉菌大型真菌各种真菌各种真菌五、五、真真核核微微生生物物原生动物原生动物显微藻类显微藻类酵母菌酵母菌形态结构形态结构单细胞真菌单细胞真菌酵母菌的繁殖酵母菌的繁殖无性繁殖无性繁殖、裂殖、产生节孢子等；、裂殖、产生节孢子等；有性生殖有性生殖接合生殖（产生子囊孢子）接合生殖（产生子囊孢子）霉霉 菌菌 霉菌的孢子散发过程真菌的无性生殖（孢子生殖）真菌的无性生殖（孢子生殖）无隔菌丝、有隔菌丝；无隔菌丝、有隔菌丝；基内菌丝（营养）、气生菌丝（繁殖）。基内菌丝（营养）、气生菌丝（繁殖）。菌菌丝丝繁殖繁殖无性繁殖：孢囊孢子、无性繁殖：孢囊孢子、等等有性繁殖：接合孢子、子囊孢子等有性繁殖：接合孢子、子囊孢子等霉菌菌落细菌菌落菌落：(干、大、毛)（或絮状）(湿、粘、小、平)由单个或少数细菌或真菌大量繁殖而形成的肉眼可见的具有一定形态结构的细胞群体。细菌的菌落(湿、粘、小、平)大型真菌大型真菌蛋白质衣壳蛋白质衣壳核酸核酸（DNARNA）六、病毒的基本特征 病毒颗粒的基本结构-螺旋对称二十面体对称烟草花叶病毒烟草花叶病毒 T4 噬菌体噬菌体(一种细菌病毒一种细菌病毒)衣壳核酸核衣壳复合对称HIV乙肝病毒六、病毒的基本特征 病毒颗粒的其它结构-包 膜(囊膜)六、病毒的基本特征 病毒的特点 病毒在细胞外以成熟的颗粒形式（毒粒）存在；毒粒在胞外不表现任何生命特征；毒粒具感染宿主细胞的能力，一旦进入细胞，毒粒便解体，并表现出繁殖、遗传、变异等生命特征。六、病毒的基本特征l温和噬菌体：侵入宿主后并没有立即开始病毒物质合成和组装的病毒，此时的噬菌体基因组称为原噬菌体，而含有原噬菌体的宿主被称为溶源性细菌。l 烈性噬菌体：进入菌体后就会改变宿主的性质，使之成为制造噬菌体的工厂，大量产生新的噬菌体，最后导致菌体裂解死亡。六、病毒的基本特征病毒的繁殖步骤(以噬菌体为例)1.吸附2.侵入3.增殖（包括核酸复制与蛋白质合成）4.装配5.释放六、病毒的基本特征病毒的繁殖周期病毒繁殖的一步生长曲线潜伏期潜伏期裂解期裂解期平稳期平稳期 HIV（人类免疫缺陷病毒）与 AIDS（获得性免疫缺陷综合症）HIV?AIDS?SARS冠状病毒 禽流感病毒H5N1 A 肝炎病毒甲型甲型肝炎病毒呈球形，无囊膜，核酸为单链RNA；乙型乙型肝炎病毒呈球形，具有双层外壳结构，外层相当一般病毒的囊膜，核酸为双链DNA。亚病毒l类病毒：无蛋白质外壳，只含 RNA。l朊病毒：只由蛋白质组成。七、微生物的营养微生物的营养要求1、碳源【糖类、脂肪、有机酸】：能源物质，构成菌体和代谢产物2、氮源【无机氮源：氨水、硫酸铵、尿素、硝酸钠；有机氮源：发酵菌丝体、酒糟】：构成菌体和代谢产物，硝化细菌的能源物质3、能源【辐射能（太阳能）、化学能】：为生命活动提供最初能量来源4、无机盐类【Pb、Mg、S、P、Fe、Co、Zn等】维持酶活力，调节渗透压、pH值、电位等5、特殊生长因子【生物素、硫胺素、肌醇等】：构成辅酶的组成部分，促进生命活动6、水：溶解营养物质和代谢产物七、微生物的营养 微生物的营养类型划分依划分依据据特点特点碳源以CO2为唯一或主要碳源有机物为碳源能源以光为能源通过氧化释放的化学能为能源七、微生物的营养 微生物的营养类型特点特点（能源；碳源）（能源；碳源）举例举例光能；以CO2为唯一或主要碳源光能；有机物为碳源通过氧化释放的化学能为能源；以CO2 为碳源通过氧化释放的化学能为能源；以有机物为碳源氢细菌、硫细菌硝化细菌硝化细菌、铁细菌红螺细菌蓝藻、藻类、光合细菌光合细菌紫（绿）硫细菌大多数细菌、放线菌、大多数细菌、放线菌、原生动物、几乎全部的原生动物、几乎全部的真菌真菌七、微生物的营养培养基的配置基本原则1.选择适宜的营养物质2.营养物质的浓度及其比例合适3.控制pH条件4.灭菌处理5.原料来源的选择 七、微生物的营养 培养基的配置培养基的类型 成分：天然培养基与合成培养基 形式：液体、固体和半固体培养基 功能：基础培养基、加富培养基、鉴别培养基、选择培养基营养物质进入细胞的四种方式：一、自由扩散(diffusion)二、协助扩散(facilitated diffusion)三、主动运输(active transport)另外，膜泡运输(memberane vesicle transport)即内吞作用、外排作用。七、微生物的营养八、微生物的代谢八、微生物的代谢初级代谢产物初级代谢产物次级代谢产物次级代谢产物生长繁殖生长繁殖是否必需是否必需 是是 不是不是产生阶段产生阶段 生长各个阶段生长各个阶段 生长到一定阶段生长到一定阶段种的特异性种的特异性 无无 有有分布分布 细胞内细胞内 细胞内、外细胞内、外举举例例 氨基酸、核甘酸、氨基酸、核甘酸、多糖、脂质、维生多糖、脂质、维生素素抗生素、毒素、激抗生素、毒素、激素、色素等素、色素等代谢特点：初级代谢与次级代谢 指细胞内所发生的全部化学反应指细胞内所发生的全部化学反应,包括分解代谢和合成代谢。包括分解代谢和合成代谢。微生物的代谢调节微生物的代谢调节1、酶活性的调节、酶活性的调节2、酶合成的调节、酶合成的调节有关背景知识：酶催化各种生物化学反应的生物催化剂。有专一性、高效性等特点。（绝大多数酶为绝大多数酶为，而蛋白质的合成蛋白质的合成是由基因控制的是由基因控制的。）资料资料1：谷氨酸的生产调节：谷氨酸的生产调节 谷氨酸棒状杆菌谷氨酸棒状杆菌 能够利用葡萄糖，经过复能够利用葡萄糖，经过复杂的代谢过程形成谷氨酸；杂的代谢过程形成谷氨酸；但当终产物但当终产物谷氨酸的谷氨酸的合成过量时，就会抑制谷合成过量时，就会抑制谷氨酸脱氢酶的活性，从而氨酸脱氢酶的活性，从而导致合成途径中断。当谷导致合成途径中断。当谷氨酸因消耗而浓度下降时，氨酸因消耗而浓度下降时，抑制作用就会被解除，该抑制作用就会被解除，该合成反应又重新启动。合成反应又重新启动。酶活性的调节酶活性的调节反馈调节反馈调节 资料资料2 在用葡萄糖和乳糖作碳源的培养基上培在用葡萄糖和乳糖作碳源的培养基上培养大肠杆菌，开始时，大肠杆菌只能分养大肠杆菌，开始时，大肠杆菌只能分解葡萄糖而不能分解乳糖，只有当葡萄解葡萄糖而不能分解乳糖，只有当葡萄糖被消耗完毕以后，大肠杆菌才开始利糖被消耗完毕以后，大肠杆菌才开始利用乳糖。用乳糖。分解葡萄糖的酶是大肠杆菌细胞内一直分解葡萄糖的酶是大肠杆菌细胞内一直存在的酶存在的酶分解乳糖的酶是在乳糖诱导下合成的酶分解乳糖的酶是在乳糖诱导下合成的酶属于：酶合成的调节属于：酶合成的调节酶活性的调节酶活性的调节a.酶活性调节的对象是酶（组成酶和诱导酶活性调节的对象是酶（组成酶和诱导酶），调节的结果是酶的催化能力发生酶），调节的结果是酶的催化能力发生变化；变化；b.酶活性调节的机制酶活性调节的机制通过酶与代谢过通过酶与代谢过程产生物质的可逆性结合进行调节；程产生物质的可逆性结合进行调节；c.酶活性调节的特点：快速、精确；酶活性调节的特点：快速、精确；d.酶活性调节的意义：避免代谢产物积累酶活性调节的意义：避免代谢产物积累过多。过多。酶合成的调节a.组成酶在细胞内一直存在，它的合成只受基因组成酶在细胞内一直存在，它的合成只受基因调控；诱导酶只有环境中存在诱导物才能合成，调控；诱导酶只有环境中存在诱导物才能合成，它的合成受基因与诱导物共同控制；它的合成受基因与诱导物共同控制；b.酶合成调节的对象是诱导酶；调节的结果是酶合成调节的对象是诱导酶；调节的结果是使细胞内酶的种类增多；使细胞内酶的种类增多；c.酶合成调节的机制（本质）酶合成调节的机制（本质）原核生物基原核生物基因表达的调控，如大肠杆菌乳糖因表达的调控，如大肠杆菌乳糖操纵子操纵子学说学说；d.酶合成调节的意义：既保证代谢需要，又避酶合成调节的意义：既保证代谢需要，又避免细胞内物质和能量浪费，增强适应性。免细胞内物质和能量浪费，增强适应性。操纵子学说此学说认为，DNA上有调节基因(i)和操纵子。操纵子则包括一连串功能相关的基因（结构基因、操纵基因(o)、启动基因（p）)。a.从调节对象看：从调节对象看：b.从调节效果看：从调节效果看：c.从调节机制看：从调节机制看：调节已存在的酶的活性调节已存在的酶的活性,从而控制代谢速率从而控制代谢速率;调节酶量的变化调节酶量的变化直接而迅速直接而迅速 ；间接而缓慢间接而缓慢；代谢水平调节；代谢水平调节；基因水平调节基因水平调节联系联系：细胞内两种方式同时存在，密切：细胞内两种方式同时存在，密切配合，高效、准确控制代谢的正常进行配合，高效、准确控制代谢的正常进行。区别区别八、微生物代谢 微生物代谢的特殊方面 自生固氮菌：巴氏梭菌（好氧）共生固氮菌：弗兰克氏菌（与非豆科植物共生）鱼腥藻（与满江红共生）等 固氮条件：固氮酶、ATP、电子传递体九、微生物的生长繁殖细菌的个体生长1.染色体DNA的复制与分离2.细胞壁扩增3.细胞分裂：无性二分裂 （15-20分钟分裂一次）九、微生物的生长繁殖细菌的群体生长1.迟缓期2.对数生长期3.稳定生长期4.衰亡期九、微生物的生长繁殖 真菌的生长繁殖 裂殖和芽殖：菌丝延长和酵母繁殖的主要方式 无性孢子繁殖：营养细胞分化出新个体（孢子）有性孢子繁殖：不同的性细胞结合而产生新个体九、微生物的生长繁殖 微生物生长繁殖的控制 化学控制：抗微生物剂：杀死或抑制微生物生长的物质 抗代谢物：用与生长因子结构类似的物质干扰微生物 抗生素：一类抗生素：一类 次级代谢产物，具有抑菌或杀菌能力次级代谢产物，具有抑菌或杀菌能力 物理控制：高温灭菌：灼烧、煮沸、干热、湿热灭菌 过滤除菌 高渗作用抑菌 辐射和超声波处理 干燥十、微生物发酵技术 利用生物特性和发酵理论，通过现代化的工程技术手段，进行工业化规模生产，使受培养的微生物或动植物细胞积累所需产品的一门技术学科。十、微生物发酵工业 微生物发酵工业的一般流程种子扩大培养种子扩大培养培养基配制培养基配制空气除菌空气除菌培养基灭菌培养基灭菌发酵生产发酵生产下游处理下游处理发酵设备发酵设备十、微生物发酵工业 发酵生产中间控制 温度菌体生长和积累代谢产物的最适温度往 往是不同的，变温控制；pH值微生物的生长和发酵的最适pH值往往不 同，变化控制；溶氧氧是制约发酵进行的重要因素，加强溶氧；十、微生物发酵工业 发酵实例食品（食用酒精）发酵曲霉制曲原料蒸煮糖化酵母酒母的制备及扩大发酵蒸馏酒糟乙醇杂醇油十、微生物发酵工业 发酵实例药品（青霉素）发酵产黄青霉菌孢子制备种子罐灭菌培养基压缩空气发酵罐预处理罐过滤萃取精制柱萃取过滤结晶洗涤过滤蒸发青霉素钾盐十一、感染与免疫 感染（传染）有机体与病原体相互作用引起的病理过程 免疫 生物体能够“识别自己”和“排除非己”，并保持自身稳定的功能 病原微生物的致病作用1、抗吞噬作用2、病原微生物酶的致病作用3、毒素的致病作用l免疫器官 中枢免疫器官 1、骨髓 2、胸腺周围免疫器官 脾、淋巴结、胸腺、扁桃体等l免疫细胞 吞噬细胞、各种淋巴细胞、l免疫机制 非特异性免疫 机体的自然屏障（如皮肤、粘膜等）吞噬作用和溶菌酶 特异性免疫由淋巴细胞参与的，针对某种病原体。