高中生物竞赛辅导_微生物学授课.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,微生物学,竞赛培训,微生物学的知识体系,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,教材,微生物学教程,，周德庆，高教出版社,参考书,微生物学，精要、题解、测试,，周德庆，化学工业出版社,推荐教材与参考书,微生物细胞的结构与功能,微生物的类型,细胞型微生物,非细胞型微生物,病毒,原核微生物,真核微生物,(,真,),细菌,古生菌,细菌,蓝藻,原绿藻,放线菌,衣原体,支原体,立克次氏体 等,G+G-,酵母菌霉菌,真核藻类（绿藻、硅藻等）,蘑菇,原生动物,真病毒,亚病毒因子,一、原核细胞的组成,.,微生物研究对象,m,（微米）级：光学显微镜下可见（细胞）,小（个体微小）,nm(,纳米）级：电子显微镜下可见（细胞器，病毒）,单细胞,微生物 简（构造简单）简单多细胞,非细胞（即分子生物）,原核类：真细菌,(,细菌，放线菌，支原体）和古细菌,低（进化地位低）真核类：真菌（酵母、霉菌、蕈菌）、原生动物、单细胞藻类,非细胞类：病毒、亚病毒（类病毒、拟病毒、朊病毒）,.,细菌的大小,量度细菌大小的单位是,m(,微米，即,10,-6,m),。一般细菌的直径或宽度约,0.5 m,，长度约,0.5,5 m,。,特例：,费氏刺尾鱼菌细胞可达,60060 m,；纳米比亚嗜硫珠菌细胞直径,0.32,1 mm,；,纳米细菌,(nanobacteria),细胞直径仅为,50 nm,左右。,细菌基本形态通常可分为球状、杆状和螺旋状，分别被称为球菌、杆菌和螺旋菌。,球菌分裂后产生的新细胞常保持一定的排列方式，在分类鉴定上有一定意义。,根据球菌细胞分裂面和分裂后的排列方式，又可分为单球菌、双球菌、链球菌、四联球菌、八叠球菌和葡萄球菌。,短杆菌近似球状，长的杆菌近丝状。杆菌细胞常沿一个平面分裂，大多数菌体分散存在，但有的杆菌呈长短不同的链状，有的则呈栅状或“八”字形排列等。,细胞弯曲呈弧状或螺旋状，弯曲不足一圈的称弧菌如霍乱弧菌,(,Vibrio cholerae,),。弯曲度大于一周的称为螺旋菌。,3.,细菌的形态,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,4.,细菌细胞的模式结构,一般结构：细胞壁、细胞质膜、内含物、核区、间体、细胞质。,特殊结构：鞭毛、菌毛、性毛、芽孢、微荚膜、荚膜、粘液层。,5.,细菌的染色,碱性染色剂,=,有色的阳离子,+,无色的阴离子,酸性染色剂,=,无色的阳离子,+,有色的阴离子,染色的方法有很多，如单染色、革兰氏染色、抗酸性染色、荚膜染色、芽孢染色、鞭毛染色等，其中以革兰氏染色,(Gram staining),最为重要，由丹麦细菌学家Gram,于,1884,年创造。,Gram stain,的主要步骤：结晶紫初染,1 min,碘液媒染,1 min,乙醇脱色,20,30 sec,番红复染,1,2 min,镜检菌体呈呈紫色者为革兰氏染色反应阳性细菌,(,常以,G+,表示,),，呈红色者为革兰氏染色反应阴性细菌,(,常以,G,表示,),。,通过这一简单染色几乎可将所有细菌区分为革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌两大类。,甲菌,乙菌,初染,结晶紫,媒染,碘液,脱色,乙醇,复染,沙黄,紫色（,G,）,红色（,G,-,）,革兰氏染色机理,G,+,菌：细胞壁厚，肽聚糖含量高，交联度大，当乙醇脱色时，肽聚糖因脱水而孔径缩小，故结晶紫,-,碘复合物被阻留在细胞内，细胞不能被酒精脱色，仍呈紫色。,G,菌：肽聚糖层薄，交联松散，乙醇脱色不能使其结构收缩，因其含脂量高,乙醇将脂溶解，缝隙加大，结晶紫,-,碘复合物溶出细胞壁，酒精将细胞脱色，细胞无色，沙黄复染后呈红色,。,阳性菌,阴性菌,显微镜下的,G,+,与,G,细菌,显微镜下的,G,细菌,6.,、,细菌的形态和大小,7.,、,细菌肽聚糖单体构造的比较,A,双糖单位：由一个,N-,乙酰萄糖胺通过,-1,，,4-,糖苷键与另一个,N-,乙酰胞壁酸相连。该糖苷键易被溶菌酶水解。,B,四肽尾或四肽侧链：由四个氨基酸分子按,L,型与,D,型交替方式连接而成。金黄色葡萄球菌在,N-,乙酰胞壁酸上的四肽尾：,L-,AlaD-GluL-LysD-Ala,。大肠杆菌四肽尾的第,3,个氨基酸,L-,lys,为内消旋二氨基庚二酸（,m-DAP),所代替。,C,肽桥或肽间桥：它起着没有特殊的肽桥连接前后两个四肽尾分子的“桥梁”作用。,假肽聚糖结构与肽聚糖相似。,具体差别,:,多糖骨架,:,是由,N-,乙酰葡萄糖胺和,N-,乙酰塔罗糖胺糖醛酸以,-1,，,3-,糖苷键交替连接而成；,肽尾,:,由,L-,Glu,、,L-Ala,、,L-Lys3,个,L,型氨基酸组成；,肽桥,:,由,L-,Glu,一个氨基酸组成。,8.,原核微生物的结构与功能,细胞壁,结构：与,功能：,保护：屏障、机械保护,是细胞生长、分裂和运动所必须的,赋予细胞抗原性、致病性和对噬菌体的敏感性等,古生菌,假肽聚糖层,G+,G-,厚,薄,肽聚糖层,真细菌,9.,原核微生物的结构与功能,细胞壁外结构,糖被：保护、屏障、储存、吸附、信号识别,鞭毛：运动,菌毛（纤毛）：吸附,性毛：参与传递遗传物质,10.,缺壁细菌,缺,壁,细菌,实验室中,形,成,自然界长期进化中形成：支原体,自发缺壁突变：,L,型细菌（,G,+,或,G,-,）,人工方法,去壁,部分去除：球状体（,G-,）,彻底除尽：原生质体（,G+,）,11.,细菌细胞膜的磷脂双分子层,12.,真细菌与古生菌细胞膜的不同,古生菌与其它生物最显著的化学成分差异是体现在细胞膜上，基本差别有,4,点,（,1,）,甘油,的立体构型；（,2,）醚键；（,3,）类异戊二烯链；（,4,）,侧链,的分支,13.,细菌内含物的种类和分布,糖源：大肠杆菌、克雷伯氏菌、蓝细菌芽孢杆菌等,聚,羟丁酸,：,固氮菌、产碱菌、肠杆菌,氮源类,藻青素,：蓝细菌含有,藻青,蛋白：蓝细菌含有,磷源（异染粒）：,迂回螺菌、白喉棒杆菌和分枝杆菌含有,硫源：迂回螺菌菌、白喉棒杆菌、结核分枝杆菌,碳源及,能源类,14.,原核生物鞭毛的结构,15.,细菌的鞭毛、菌毛和性毛的比较,16.,芽孢的耐热性,渗透调节皮层膨胀学说,芽孢耐热机制（一）,芽孢衣（疏水性角蛋白）对多价阳离子和水分的透性很差；,皮层的离子强度很高会产生极高的渗透压去夺取芽孢核心中的水分，而造成芽孢皮层的膨胀和核心的高度失水；,核心部分的生命物质（,DNA,、,RNA,、,Pr,等）处于高度失水状态，各种酶活性降低，因而产生极强的耐热性。,DPA-Ca,的存在,芽孢耐热机制（二）,在皮层和芽孢质中含有营养细胞所没有的,DAP-Ca,，,占芽孢干重的,5 15%,；,DAP-Ca,能稳定芽孢中的生物大分子，,DAP-Ca,的螯合作用会使芽孢中的生物大分子形成一种耐热性的凝胶，从而增强芽孢的耐热性。,当芽孢萌发释放,DAP-Ca,，,耐热性消失。,17.,链霉菌的形态构造,放线菌,放线菌的菌丝分化,放线菌的细胞结构和细菌没,有多大区别，也是原核生物。,用革兰氏染色法染色后细胞,壁为紫色，所以是革兰氏阳,性的原核生物。但是它们的,形态比细菌复杂些，在显微镜下，观察到菌丝。如果把它们培养在固体培养基上，会长出坚硬的菌落，不同种类的放线菌的菌落颜色不同。如果用放大镜观察这些菌落，你会发现它们的周围好像图画中向四周放射着光芒的太阳，所以科学家称它们为放线菌。,放线菌生长发育到一定阶段，一部分气生菌丝便分化成孢子丝。孢子丝有杆形的、波浪形的、螺旋形的等，上面生有成串的孢子。在适宜的条件下，孢子萌发长出菌丝。,绝大多数抗生素是由放线菌产出的。,放线菌的繁殖方式,在自然条件下，多数形成各种孢子，也有菌丝断裂成孢子状细胞的。,分生孢子：最常见孢囊孢子,基内菌丝断裂（仅少数）,任何菌丝片段（各种放线菌）,放线菌,繁殖方式,借孢子,借菌丝,无鞭毛,有鞭毛,18.,支原体、立克氏体、衣原体和病毒,支原体,衣原体,立克次氏体,支原体曾被认为是能在无生命培养基上生长繁殖的最小的原核细胞型微生物，目前这一地位已经被纳米细菌所取代。,支原体的大小为,0.2,0.25um,可通过滤菌器，常给细胞培养工作带来污染的麻烦。无细胞壁，不能维持固定的形态而呈现多形性。革兰氏染色不易着色。支原体基因组为一环状以双链,DNA,，分子量小（仅有大肠杆菌的五分之一），合成与代谢很有限。,典型的“荷包蛋样”菌落：圆形（直径,10,16um,），核心部分较厚，向下长入培养基，周边为一层薄的透明颗粒区。此外，支原体还能在鸡胚绒毛尿囊膜或培养细胞中生长。,繁殖方式多样，主要为二分裂繁殖，还有断裂、分枝、出芽等方式，盖因缺乏细胞壁造成分裂时二个子细胞大小均所致。同时，支原体分裂和其,DNA,复制不同步，可形成多核长丝体。,立克次氏体引起的传染病：斑疹伤寒（斑疹伤寒立克次氏体）、恙虫热（恙虫病立克次氏体）、,Q,热（,Q,热立克次氏体）等严重传染病。,衣原体是一类在真核细胞内营专性能量寄生的小型,G,原核生物。曾长期被认为是“大型病毒”。目前被承认的衣原体：鹦鹉热衣原体、沙眼衣原体、肺炎衣原体。生活史有原体、始体（网状体）,特征,细菌,支原体,立克次氏体,衣原体,直径,0.5-2.0um,0.2-0.25um,0.3-0.8um,0.2-0.3um,过滤性,不能过滤,能过滤,不能过滤,能过滤,G,染色,G+,或,G-,G-,G-,G-,培养法,人工培养基,人工培养基,宿主细胞,宿主细胞,产,ATP,有,有,有,无,19.,蓝细菌,是一类,G,、无鞭毛、含叶绿素,a,（无叶绿体）、能进行产氧性光合作用的大型原核微生物。,自然界到处都有蓝细菌的存在，有“先锋生物”之称。,类囊体：其中含有叶绿素,a,和藻胆素。,羧酶体：固定,CO,2,的场所。,气泡：存在于水生种类。,真细菌、古生菌与真核生物的比较,特征,真细菌,古生菌,真核生物,有核仁、核膜的细胞核,无,无,有,有复杂内膜的细胞器,无,无,有,核糖体大小,70S,70S,80S,细胞壁含肽聚糖（胞壁酸）,有,无,无,对链霉素等抗生素的敏感性,敏感,不敏感,不敏感,蓝藻、原绿藻和绿藻（真核）的比较,特征,蓝藻,原绿藻,绿藻,有核膜的细胞核,无,无,有,细胞器,无,无,有,光合色素类型,叶绿素,a,、藻胆素,叶绿素,a,、,叶绿素,b,叶绿素,a,、,叶绿素,b,光合作用位点,类囊体,类囊体,叶绿体,细胞大小,0.55um,0.45*0.75um,2um,念珠藻 原绿藻 衣藻,二、微生物的营养,微生物的营养类型,划分依据,划分依据,营养类型,特点,碳源,自养型,以,CO,2,为唯一或主要碳源,异养型,以有机物为碳源,能源,光能营养型,以光为能源,化能营养型,通过氧化释放的化学能为能源,电子供体,无机营养型,以还原性无机物为电子供体,有机营养型,以有机物为电子供体,微生物的营养类型,典型类型,营养类型,能源,电子供体,碳源,举例,光能无机自养型,光能,H,2,、,H,2,SS,、,H,2,O,CO,2,蓝藻、藻类,紫（绿）硫细菌,光能有机异养型,光能,有机物,有机物,红螺细菌,化能无机自养型,化学能,(,无机,),H,2,、,H,2,SFe,2+,、,NO,2,-,CO,2,氢细菌、硫杆菌硝化细菌,化能有机异养型,化学能,(,有机,),有机物,有机物,大肠杆菌、真菌,培养基的配置,基本原则,选择适宜的营养物质,营养物质的浓度及其比例合适,控制,pH,条件,灭菌处理,原料来源的选择,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,微生物代谢的特殊方面,生物固氮,自生固氮菌：巴氏梭菌（好氧）,共生固氮菌：根瘤菌（与豆科植物共生）弗兰克氏菌（与非豆科植物共生）鱼腥藻（与满江红共生）等,联合固氮菌：雀稗固氮菌（生活在植物根际）,固氮条件：固氮酶、,ATP,、电子传递体,三、微生物的生长繁殖,细菌的个体生长,DNA,的复制与分离,细胞壁扩增,细胞分裂,细菌的群体生长,迟缓期,对数生长期,稳定生长期,衰亡期,细菌的连续培养,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,丝状真菌的生活史,霉菌的无性孢子直接由生殖菌丝的分化而形成，常见的有节孢子、厚垣孢子、孢囊孢子和分生孢子。,霉菌的有性繁殖过程包括质配、核配、减数分裂三个过程，常见的有性孢子卵孢子、接合孢子、子囊孢子、担孢子。,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,四、微生物发酵工业,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。,微生物发酵工业的一般流程,种子扩大培养,培养基配制,空气除菌,培养基灭菌,发酵生产,下游处理,发酵设备,菌种及其扩大培养,菌种的选育,自然育种,诱变育种,杂交育种,基因工程育种,种子扩大培养流程,二,【,三,】,级种子扩大培养,斜面菌种,-,一级种子摇床培养,-,二级种子罐培养,【,-,三级种子罐培养,】,-,发酵罐生产,培养基配置（糖化，,Saccharify),：,在工业生产上将淀粉水解为葡萄糖的过程，得到的水解糖液叫淀粉糖。,糖化的原料：薯类淀粉、玉米淀粉、小麦淀粉、大米淀粉等。,水解糖液的质量直接关系到生产菌的生长速度与代谢产物的积累，其中的低聚糖类与复合糖类等杂质越低越好。,糖化方法：,酸解法：淀粉,葡萄糖,酶解法：淀粉,糊精、低聚糖,葡萄糖,酸（催化剂）高温高压,淀粉酶,糖化,酶,液化,糖化,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,；,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,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,发酵实例,生物制品的发酵生产,见感染与免疫部分,发酵实例,环保（污水的二级处理）,初级沉淀池,曝气池,二次沉淀池,清水,污水,空气,回流污泥,剩余污泥,五、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。,毒粒的结构,T4,噬菌体,衣壳,螺旋对称,二十面体对称,核衣壳,核酸,毒粒的结构,核衣壳与囊膜,病毒的简单分类,真病毒,DNA,病毒,RNA,病毒,【SARS,病毒,】,亚病毒因子,卫星,RNA,类病毒,【,柑橘裂皮类病毒,】RNA,朊病毒,【,疯牛病病毒,】,蛋白质,病毒的复制,周期及步骤,吸附,侵入,脱壳,病毒大分子合成,装配与释放,病毒复制的一步生长曲线,病毒的复制,周期及步骤,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,。,溶源病毒的性质：,自发裂解性,可诱导性,免疫性,复愈性,溶源转变,SARS,冠状病毒,禽流感病毒,H5N1 A,HIV,（人类免疫缺陷病毒）与,AIDS,（获得性免疫缺陷综合症）,肝炎病毒,甲型肝炎病毒呈球形，无囊膜，核酸为单链,RNA,；,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,。,六、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,生物体能够识别自我和非自我，对非自我作出反应以保持自身稳定的功能,感染的途径,呼吸道、消化道、创伤、接触、垂直感染,微生物的致病性,杀细胞感染,造成宿主的免疫损伤,诱发肿瘤,产生毒素,免疫学的几个基本概念,抗原,Ab,：能够诱导机体产生免疫应答，并能与机体免疫应答产物特异性结合的物质,抗体,Ig,（免疫球蛋白）：在抗原物质刺激下所形成的能与抗体特异性结合的血清活性成分,B,细胞介导的体液免疫：当,B,细胞与抗原特异结合后，,B,细胞分化为浆细胞，大量分泌抗体。,T,细胞介导的细胞免疫：识别抗原后，可直接分泌杀伤蛋白，或协助其它免疫过程,抗体产生的一般规律,初次应答和再次应答,免疫的基本类型,天然（非特异性）免疫：体表屏障、吞噬作用等,获得性（特异性）免疫：,自动免疫,自然免疫：感染,人工（诱导）免疫：注射特异性疫苗,被动免疫,自然免疫：胎盘传递、初乳传递,人工免疫：注射特异性抗体,生物制品的分类,预防类制品,菌苗、,2.,疫苗、,3.,类毒素、,4.,混合制剂,治疗类制品,抗血清与抗毒素、2.,血液制品,诊断类制品,体内诊断用品,体外诊断用品,减毒活脊髓灰质炎疫苗的生产,猴肾细胞,病毒样品,合并过滤,保藏,分装,保藏,加工糖丸,感染,无菌试验、病毒滴定,无菌试验,T,特征检查,其它病原体检查,残余致麻痹力试验,无菌试验、病毒滴定,七、微生物遗传,质粒：细胞中独立于核,DNA,外，能进行自主复制的细胞质遗传因子。,质粒的类型,按结构分：,CCC,型、,OC,型、,L,型,按功能分：致育因子、抗性因子、,Col,质粒、毒性质粒、代谢质粒、隐秘质粒,细菌基因转移和重组的方式,接合作用：细胞与细胞通过直接接触而产生的遗传信息的转移和重组过程,转导作用：由病毒介导的细胞间进行的遗传交换,转化作用：游离,DNA,分子被感受态细胞摄取,