生物奧賽培訓(xùn)教程

1、生物奧賽培訓(xùn)教程生物奧賽培訓(xùn)教程二、微生物學(xué)的知識(shí)體系生態(tài)與多樣性感染與免疫遺傳基因表達(dá)調(diào)控基因工程分類形態(tài)結(jié)構(gòu)營(yíng)養(yǎng)代謝系統(tǒng)發(fā)育發(fā)酵工業(yè)食品藥物環(huán)保細(xì)胞型微生物非細(xì)胞型微生物病毒原核微生物真核微生物(真)細(xì)菌古生菌細(xì)菌藍(lán)藻原綠藻放線菌衣原體支原體 立克次氏體 等G+G-酵母菌霉菌真核藻類（綠藻、硅藻等）蘑菇原生動(dòng)物真病毒亞病毒因子三、微生物的類型 一、細(xì)菌的形態(tài)學(xué)分類 球菌 桿菌 螺旋菌（包括弧菌）淋病球菌大腸桿菌弧形霍亂菌四、原核細(xì)胞型微生物 原核微生物的典型結(jié)構(gòu)共同特征： 細(xì)胞壁、細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)、擬核。特殊結(jié)構(gòu)： 夾膜、鞭毛、芽孢等。原核微生物的結(jié)構(gòu)與功能細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)： 與功能：保護(hù)：屏障、

2、機(jī)械保護(hù)是細(xì)胞生長(zhǎng)、分裂和運(yùn)動(dòng)所必須的1. 賦予細(xì)胞抗原性、致病性和對(duì)噬菌體的敏感性等古生菌假肽聚糖層G+G-厚薄肽聚糖層真細(xì)菌原核微生物的結(jié)構(gòu)與功能細(xì)胞壁革蘭氏染色結(jié)晶紫初染碘液媒染乙醇脫色番紅復(fù)染 原核微生物的結(jié)構(gòu)與功能原生質(zhì)體 細(xì)胞膜：控制運(yùn)輸、維持滲透壓、合成細(xì)胞壁、著生鞭毛等 核區(qū)（擬核） 特殊的休眠結(jié)構(gòu)芽孢（內(nèi)生孢子） 原核微生物的結(jié)構(gòu)與功能細(xì)胞壁外結(jié)構(gòu) 糖被：保護(hù)、屏障、儲(chǔ)存、吸附、信號(hào)識(shí)別 鞭毛：運(yùn)動(dòng) 菌毛（纖毛）：吸附 性毛：參與傳遞遺傳物質(zhì) 放線菌的菌絲分化支原體衣原體立克次氏體五、五、真真核核微微生生物物酵母菌霉菌變形蟲原生動(dòng)物霉菌霉菌皮革上的霉菌皮革上的霉菌無(wú)隔菌絲、有

3、隔菌絲；無(wú)隔菌絲、有隔菌絲；基內(nèi)菌絲（營(yíng)養(yǎng)）、氣生菌絲（繁殖）。基內(nèi)菌絲（營(yíng)養(yǎng)）、氣生菌絲（繁殖）。無(wú)性繁殖：子囊孢子、分生孢子。無(wú)性繁殖：子囊孢子、分生孢子。有性繁殖：接合孢子、子囊孢子。有性繁殖：接合孢子、子囊孢子。菌菌絲絲繁殖繁殖酵母菌酵母菌形態(tài)結(jié)構(gòu)形態(tài)結(jié)構(gòu)單細(xì)胞真菌單細(xì)胞真菌酵母菌的繁殖酵母菌的繁殖無(wú)性繁殖無(wú)性繁殖出芽生殖（假菌絲）、節(jié)孢子等；出芽生殖（假菌絲）、節(jié)孢子等；有性生殖有性生殖接合生殖（子囊、子囊孢子）。接合生殖（子囊、子囊孢子）。注意：注意： 芽孢不是生殖細(xì)胞，是休眠的細(xì)胞。芽孢不是生殖細(xì)胞，是休眠的細(xì)胞。六、病毒的基本特征 毒粒的結(jié)構(gòu)T4噬菌體衣殼螺旋對(duì)稱二十面體對(duì)稱核

4、衣殼核酸六、病毒的基本特征 病毒的特點(diǎn) 病毒在細(xì)胞外以成熟的顆粒形式（毒粒）存在； 毒粒在胞外不表現(xiàn)任何生命特征； 毒粒具感染宿主細(xì)胞的能力，一旦進(jìn)入細(xì)胞，毒粒便解體，并表現(xiàn)出繁殖、遺傳、變異等生命特征。六、病毒的基本特征 溫和噬菌體：侵入宿主后并沒(méi)有立即開(kāi)始病毒物質(zhì)合成和組裝的病毒，此時(shí)的噬菌體基因組稱為原噬菌體，而含有原噬菌體的宿主被稱為溶源性細(xì)菌。 烈性噬菌體：進(jìn)入菌體后就會(huì)改變宿主的性質(zhì)，使之成為制造噬菌體的工廠，大量產(chǎn)生新的噬菌體，最后導(dǎo)致菌體裂解死亡。六、病毒的基本特征病毒的復(fù)制周期及步驟吸附侵入脫殼病毒大分子合成裝配與釋放病毒復(fù)制的一步生長(zhǎng)曲線 HIV（人類免疫缺陷病毒） 與 A

5、IDS（獲得性免疫缺陷綜合癥） SARS冠狀病毒 禽流感病毒H5N1 A HIV（人類免疫缺陷病毒） 與 AIDS（獲得性免疫缺陷綜合癥） 肝炎病毒甲型肝炎病毒呈球形，無(wú)囊膜，核酸為單鏈RNA；乙型肝炎病毒呈球形，具有雙層外殼結(jié)構(gòu)，外層相當(dāng)一般病毒的囊膜，核酸為雙鏈DNA。 七、微生物的營(yíng)養(yǎng)微生物的營(yíng)養(yǎng)要求碳源【糖類、脂肪、有機(jī)酸】：能源物質(zhì)，構(gòu)成菌體和代謝產(chǎn)物氮源【無(wú)機(jī)氮源：氨水、硫酸銨、尿素、硝酸鈉；有機(jī)氮源：發(fā)酵菌絲體、酒糟】：構(gòu)成菌體和代謝產(chǎn)物，硝化細(xì)菌的能源物質(zhì)無(wú)機(jī)鹽類【Pb 、 Mg 、 S 、 P 、 Fe、Co、Zn等】維持酶活力，調(diào)節(jié)滲透壓、pH值、電位等特殊生長(zhǎng)因子【生物素

6、、硫胺素、肌醇等】：構(gòu)成輔酶的組成部分，促進(jìn)生命活動(dòng)1.水：溶解營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和代謝產(chǎn)物七、微生物的營(yíng)養(yǎng) 微生物的營(yíng)養(yǎng)類型劃分依據(jù)劃分依據(jù)劃分依據(jù)營(yíng)養(yǎng)類型營(yíng)養(yǎng)類型特點(diǎn)特點(diǎn)碳源自養(yǎng)型以CO2為唯一或主要碳源異養(yǎng)型以有機(jī)物為碳源能源光能營(yíng)養(yǎng)型以光為能源化能營(yíng)養(yǎng)型通過(guò)氧化釋放的化學(xué)能為能源電子供體無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)型以還原性無(wú)機(jī)物為電子供體有機(jī)營(yíng)養(yǎng)型以有機(jī)物為電子供體七、微生物的營(yíng)養(yǎng) 微生物的營(yíng)養(yǎng)類型典型類型有機(jī)物CO2有機(jī)物CO2碳源碳源有機(jī)物H2、H2SFe2+、NO2-有機(jī)物H2、H2SS、H2O電子供體電子供體大腸桿菌、真菌化學(xué)能 (有機(jī))化能有機(jī)異養(yǎng)型氫細(xì)菌、硫桿菌硝化細(xì)菌化學(xué)能(無(wú)機(jī))化能無(wú)機(jī)自養(yǎng)型紅螺

7、細(xì)菌光能光能有機(jī)異養(yǎng)型藍(lán)藻、藻類紫（綠）硫細(xì)菌光能光能無(wú)機(jī)自養(yǎng)型舉例舉例能源能源營(yíng)養(yǎng)類型營(yíng)養(yǎng)類型七、微生物的營(yíng)養(yǎng)培養(yǎng)基的配置基本原則選擇適宜的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的濃度及其比例合適控制pH條件滅菌處理1. 原料來(lái)源的選擇七、微生物的營(yíng)養(yǎng) 培養(yǎng)基的配置培養(yǎng)基的類型 成分：天然培養(yǎng)基與合成培養(yǎng)基 形式：液體、固體和半固體培養(yǎng)基 功能：基礎(chǔ)培養(yǎng)基、加富培養(yǎng)基、 鑒別培養(yǎng)基、選擇培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的四種方式一、擴(kuò)散(diffusion)二、促進(jìn)擴(kuò)散(facilitated diffusion)三、主動(dòng)運(yùn)輸(active transport)四、 膜泡運(yùn)輸(memberane vesicle trans

8、port)七、微生物的營(yíng)養(yǎng)八、微生物的代謝八、微生物的代謝初級(jí)代謝產(chǎn)物初級(jí)代謝產(chǎn)物次級(jí)代謝產(chǎn)物次級(jí)代謝產(chǎn)物生長(zhǎng)繁殖生長(zhǎng)繁殖是否必需是否必需 是是 不是不是產(chǎn)生階段產(chǎn)生階段 生長(zhǎng)各個(gè)階段生長(zhǎng)各個(gè)階段 生長(zhǎng)到一定階段生長(zhǎng)到一定階段種的特異性種的特異性 無(wú)無(wú) 有有分布分布 細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞內(nèi) 細(xì)胞內(nèi)、外細(xì)胞內(nèi)、外舉例舉例 氨基酸、核甘酸、氨基酸、核甘酸、多糖、脂質(zhì)、維生素多糖、脂質(zhì)、維生素抗生素、毒素、激抗生素、毒素、激素、色素等素、色素等代謝特點(diǎn)：初級(jí)代謝與次級(jí)代謝 微生物的代謝調(diào)節(jié)微生物的代謝調(diào)節(jié) 在用葡萄糖和乳糖作碳源的培養(yǎng)基上培在用葡萄糖和乳糖作碳源的培養(yǎng)基上培養(yǎng)大腸桿菌，開(kāi)始時(shí)，大腸桿菌只能利養(yǎng)

9、大腸桿菌，開(kāi)始時(shí)，大腸桿菌只能利用葡萄糖而不能利用乳糖，只有當(dāng)葡萄用葡萄糖而不能利用乳糖，只有當(dāng)葡萄糖被消耗完畢以后，大腸桿菌才開(kāi)始利糖被消耗完畢以后，大腸桿菌才開(kāi)始利用乳糖。用乳糖。分解葡萄糖的酶是大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)一直存分解葡萄糖的酶是大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)一直存在的酶在的酶分解乳糖的酶是在乳糖誘導(dǎo)下合成的酶分解乳糖的酶是在乳糖誘導(dǎo)下合成的酶酶合成的調(diào)節(jié) a.組成酶在細(xì)胞內(nèi)一直存在，它的合成只受基因調(diào)組成酶在細(xì)胞內(nèi)一直存在，它的合成只受基因調(diào)控；誘導(dǎo)酶只有環(huán)境中存在誘導(dǎo)物才能合成，它控；誘導(dǎo)酶只有環(huán)境中存在誘導(dǎo)物才能合成，它的合成受基因與誘導(dǎo)物共同控制；的合成受基因與誘導(dǎo)物共同控制； b.酶合成調(diào)節(jié)的

10、對(duì)象是誘導(dǎo)酶；調(diào)節(jié)的結(jié)果是使細(xì)酶合成調(diào)節(jié)的對(duì)象是誘導(dǎo)酶；調(diào)節(jié)的結(jié)果是使細(xì)胞內(nèi)酶的種類增多；胞內(nèi)酶的種類增多； c.酶合成調(diào)節(jié)的機(jī)制（本質(zhì)）酶合成調(diào)節(jié)的機(jī)制（本質(zhì)）原核生物基因表原核生物基因表達(dá)的調(diào)控，如大腸桿菌乳糖操縱子學(xué)說(shuō)；達(dá)的調(diào)控，如大腸桿菌乳糖操縱子學(xué)說(shuō)； d.酶合成調(diào)節(jié)的意義：既保證代謝需要，又避免細(xì)酶合成調(diào)節(jié)的意義：既保證代謝需要，又避免細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)和能量浪費(fèi)，增強(qiáng)適應(yīng)性。胞內(nèi)物質(zhì)和能量浪費(fèi)，增強(qiáng)適應(yīng)性。 資料：谷氨酸的生產(chǎn)調(diào)節(jié)資料：谷氨酸的生產(chǎn)調(diào)節(jié) 谷氨酸棒狀桿菌能夠利用谷氨酸棒狀桿菌能夠利用葡萄糖，經(jīng)過(guò)復(fù)雜的代謝葡萄糖，經(jīng)過(guò)復(fù)雜的代謝過(guò)程形成谷氨酸；但當(dāng)終過(guò)程形成谷氨酸；但當(dāng)終產(chǎn)物

11、產(chǎn)物谷氨酸的合成過(guò)谷氨酸的合成過(guò)量時(shí)，就會(huì)抑制谷氨酸脫量時(shí)，就會(huì)抑制谷氨酸脫氫酶的活性，從而導(dǎo)致合氫酶的活性，從而導(dǎo)致合成途徑中斷。當(dāng)谷氨酸因成途徑中斷。當(dāng)谷氨酸因消耗而濃度下降時(shí)，抑制消耗而濃度下降時(shí)，抑制作用就會(huì)被解除，該合成作用就會(huì)被解除，該合成反應(yīng)又重新啟動(dòng)。反應(yīng)又重新啟動(dòng)。 酶活性的調(diào)節(jié)酶活性的調(diào)節(jié) a.酶活性調(diào)節(jié)的對(duì)象是酶（組成酶和誘導(dǎo)酶活性調(diào)節(jié)的對(duì)象是酶（組成酶和誘導(dǎo)酶），調(diào)節(jié)的結(jié)果是酶的催化能力發(fā)生酶），調(diào)節(jié)的結(jié)果是酶的催化能力發(fā)生變化；變化； b.酶活性調(diào)節(jié)的機(jī)制酶活性調(diào)節(jié)的機(jī)制通過(guò)酶與代謝過(guò)通過(guò)酶與代謝過(guò)程產(chǎn)生物質(zhì)的可逆性結(jié)合進(jìn)行調(diào)節(jié)；程產(chǎn)生物質(zhì)的可逆性結(jié)合進(jìn)行調(diào)節(jié)； c.

12、酶活性調(diào)節(jié)的特點(diǎn)：快速、精確；酶活性調(diào)節(jié)的特點(diǎn)：快速、精確； d.酶活性調(diào)節(jié)的意義：避免代謝產(chǎn)物積累酶活性調(diào)節(jié)的意義：避免代謝產(chǎn)物積累過(guò)多。過(guò)多。 a.從調(diào)節(jié)對(duì)象看：從調(diào)節(jié)對(duì)象看： b.從調(diào)節(jié)效果看：從調(diào)節(jié)效果看： c.從調(diào)節(jié)機(jī)制看：從調(diào)節(jié)機(jī)制看：酶合成的調(diào)節(jié)是通過(guò)酶量的變化控制代謝速率，而酶合成的調(diào)節(jié)是通過(guò)酶量的變化控制代謝速率，而酶活性的調(diào)節(jié)是對(duì)已存在的酶活性進(jìn)行控制，它不涉酶活性的調(diào)節(jié)是對(duì)已存在的酶活性進(jìn)行控制，它不涉及酶量變化；及酶量變化；酶活性調(diào)節(jié)直接而迅速，酶合成調(diào)節(jié)間接而緩慢；酶活性調(diào)節(jié)直接而迅速，酶合成調(diào)節(jié)間接而緩慢；酶合成調(diào)節(jié)是基因水平調(diào)節(jié)，它調(diào)節(jié)控制酶合成；酶合成調(diào)節(jié)是基因

13、水平調(diào)節(jié)，它調(diào)節(jié)控制酶合成；酶活性調(diào)節(jié)是代謝水平調(diào)節(jié)，它調(diào)節(jié)酶活性。酶活性調(diào)節(jié)是代謝水平調(diào)節(jié)，它調(diào)節(jié)酶活性。 聯(lián)系：細(xì)胞內(nèi)兩種方式同時(shí)存在，密切配聯(lián)系：細(xì)胞內(nèi)兩種方式同時(shí)存在，密切配合，高效、準(zhǔn)確控制代謝的正常進(jìn)行。合，高效、準(zhǔn)確控制代謝的正常進(jìn)行。區(qū)別區(qū)別微生物代謝的人工控制微生物代謝的人工控制 人工控制微生物代謝的目人工控制微生物代謝的目的的最大限度積累對(duì)人最大限度積累對(duì)人類有用的代謝產(chǎn)物。類有用的代謝產(chǎn)物。當(dāng)賴氨酸和蘇氨酸都積累過(guò)量時(shí)，就當(dāng)賴氨酸和蘇氨酸都積累過(guò)量時(shí)，就會(huì)抑制天冬氨酸激酶的活性，使細(xì)胞會(huì)抑制天冬氨酸激酶的活性，使細(xì)胞內(nèi)難以積累賴氨酸；而賴氨酸單獨(dú)過(guò)內(nèi)難以積累賴氨酸；而賴氨

14、酸單獨(dú)過(guò)量就不會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象。量就不會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象。 黃色短桿菌黃色短桿菌八、微生物代謝 微生物代謝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（與豆科植物共生） 弗蘭克氏菌（與非豆科植物共生） 魚腥藻（與滿江紅共生）等 固氮條件：固氮酶、ATP、電子傳遞體九、微生物的生長(zhǎng)繁殖細(xì)菌的個(gè)體生長(zhǎng)染色體DNA的復(fù)制與分離細(xì)胞壁擴(kuò)增細(xì)胞分裂：無(wú)性二分裂1. （15-20分鐘分裂一次）九、微生物的生長(zhǎng)繁殖細(xì)菌的群體生長(zhǎng)遲緩期對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期穩(wěn)定生長(zhǎng)期1. 衰亡期九、微生物的生長(zhǎng)繁殖 真菌的生長(zhǎng)繁殖 裂殖和芽殖：菌絲延長(zhǎng)和酵母繁殖的主要方式 無(wú)性孢子繁殖：營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞分化出新個(gè)體（孢子） 有性孢子繁殖：不同的性細(xì)胞結(jié)合而產(chǎn)生新個(gè)體九、微生物的生長(zhǎng)繁殖 微生物生長(zhǎng)繁殖的控制 化學(xué)控制： 抗微生物劑：殺死或抑制微生物生長(zhǎng)的物質(zhì) 抗代謝物：用與生長(zhǎng)因子結(jié)構(gòu)類似的物質(zhì)干擾微生物 抗生素：一類次級(jí)代謝產(chǎn)物，具有抑菌或殺菌能力 物理控制： 高溫滅菌：灼燒、煮沸、干熱、濕熱滅菌 過(guò)濾除菌 高滲作用抑菌 輻射和超聲波處理 干燥十、微生物發(fā)酵工業(yè) 利用生物特性和發(fā)酵理論，通過(guò)現(xiàn)代化的工程技術(shù)手段，進(jìn)行工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)，使受培養(yǎng)的微生物或動(dòng)植物細(xì)胞積累所需產(chǎn)品的一門技術(shù)學(xué)科。十、微生物發(fā)酵工業(yè)