全國(guó)生物科奧賽微生物課件

生物奧賽培訓(xùn)教程——微生物學(xué)部分一、生物奧賽綱要

——微生物學(xué)理論部分分類： 原核微生物

細(xì)菌門、藍(lán)藻門、原綠藻門

真核微生物

綠藻門、結(jié)合菌門、子囊菌門、擔(dān)子菌門

病毒原核細(xì)胞的組成：形態(tài)學(xué)光養(yǎng)和化養(yǎng)生物技術(shù)：發(fā)酵、生物的遺傳操縱二、微生物學(xué)的知識(shí)體系微生物學(xué)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)代謝生長(zhǎng)繁殖系統(tǒng)發(fā)育發(fā)酵工業(yè)食品藥物生物制品環(huán)保一、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)基本結(jié)構(gòu)：細(xì)胞壁、細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)、擬核。特殊結(jié)構(gòu)：莢膜、鞭毛、芽孢等細(xì)胞壁細(xì)胞膜細(xì)胞質(zhì)擬核原核微生物的結(jié)構(gòu)與功能——細(xì)胞壁

結(jié)構(gòu)：功能：保護(hù)：屏障、機(jī)械保護(hù)是細(xì)胞生長(zhǎng)、分裂和運(yùn)動(dòng)所必須的賦予細(xì)胞抗原性、致病性和對(duì)噬菌體的敏感性等（古生菌類其細(xì)胞壁不含肽聚糖）G+G-厚薄肽聚糖層革蘭氏陽(yáng)性革蘭氏陰性原核微生物的結(jié)構(gòu)與功能——原生質(zhì)體細(xì)胞膜：控制物質(zhì)運(yùn)輸、維持滲透壓、合成細(xì)胞壁、著生鞭毛等細(xì)胞質(zhì)：所含細(xì)胞器很單一，只有核糖體。核區(qū)（擬核）：DNA裸露原核微生物的結(jié)構(gòu)與功能——特殊結(jié)構(gòu)莢膜：細(xì)胞壁外的一層膠狀物質(zhì)，含多糖或多肽。具有抗干燥、抗吞噬和附著等作用鞭毛：運(yùn)動(dòng)菌毛：吸附性毛：參與傳遞遺傳物質(zhì)芽孢：芽孢：是某些細(xì)菌于生長(zhǎng)發(fā)育后期，或環(huán)境條件不利于生長(zhǎng)繁殖時(shí)，便會(huì)在細(xì)胞內(nèi)形成的一個(gè)圓形或橢圓形的休眠體。芽孢具有極強(qiáng)的抗熱、抗輻射、抗化學(xué)藥物和抗靜水壓等特性。一個(gè)細(xì)菌只產(chǎn)生一個(gè)芽孢，并沒(méi)有數(shù)量的增加。故它并不能說(shuō)是芽孢是生殖細(xì)胞。支原體衣原體立克次氏體五、真核微生物酵母菌霉菌大型真菌各種真菌五、真核微生物原生動(dòng)物顯微藻類酵母菌的繁殖無(wú)性繁殖——芽殖、裂殖、產(chǎn)生節(jié)孢子等；有性生殖——接合生殖（產(chǎn)生子囊孢子）霉菌青霉曲霉?fàn)I養(yǎng)菌絲氣生菌絲無(wú)隔菌絲、有隔菌絲；基內(nèi)菌絲（營(yíng)養(yǎng)）、氣生菌絲（繁殖）。菌絲繁殖無(wú)性繁殖：孢囊孢子、分生孢子等有性繁殖：接合孢子、子囊孢子等霉菌菌落細(xì)菌菌落菌落：(干、大、毛)（或絮狀）(濕、粘、小、平)由單個(gè)或少數(shù)細(xì)菌或真菌大量繁殖而形成的肉眼可見(jiàn)的具有一定形態(tài)結(jié)構(gòu)的細(xì)胞群體。

細(xì)菌的菌落(濕、粘、小、平)蛋白質(zhì)衣殼核酸（DNA或RNA）六、病毒的基本特征病毒顆粒的基本結(jié)構(gòu)-----螺旋對(duì)稱二十面體對(duì)稱煙草花葉病毒T4噬菌體(一種細(xì)菌病毒)衣殼核酸核衣殼復(fù)合對(duì)稱HIV乙肝病毒六、病毒的基本特征病毒顆粒的其它結(jié)構(gòu)-----包膜(囊膜)六、病毒的基本特征病毒的繁殖——步驟(以噬菌體為例)吸附侵入增殖（包括核酸復(fù)制與蛋白質(zhì)合成）裝配釋放六、病毒的基本特征病毒的繁殖——周期病毒繁殖的一步生長(zhǎng)曲線潛伏期裂解期平穩(wěn)期HIV（人類免疫缺陷病毒）

與

AIDS（獲得性免疫缺陷綜合癥）HIV?AIDS?SARS冠狀病毒

禽流感病毒——H5N1A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。

亞病毒類病毒：無(wú)蛋白質(zhì)外殼，只含RNA。朊病毒：只由蛋白質(zhì)組成。七、微生物的營(yíng)養(yǎng)微生物的營(yíng)養(yǎng)要求1、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2、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)3、能源【輻射能（太陽(yáng)能）、化學(xué)能】：為生命活動(dòng)提供最初能量來(lái)源4、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5、特殊生長(zhǎng)因子【生物素、硫胺素、肌醇等】：

構(gòu)成輔酶的組成部分，促進(jìn)生命活動(dòng)6、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)營(yíng)養(yǎng)類型特點(diǎn)碳源自養(yǎng)型以CO2為唯一或主要碳源異養(yǎng)型有機(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)能為能源七、微生物的營(yíng)養(yǎng)微生物的營(yíng)養(yǎng)類型營(yíng)養(yǎng)類型特點(diǎn)（能源；碳源）舉例光能自養(yǎng)型光能；以CO2為唯一或主要碳源光能異養(yǎng)型光能；有機(jī)物為碳源化能自養(yǎng)型通過(guò)氧化釋放的化學(xué)能為能源；以CO2

為碳源化能異養(yǎng)型通過(guò)氧化釋放的化學(xué)能為能源；以有機(jī)物為碳源氫細(xì)菌、硫細(xì)菌

硝化細(xì)菌、鐵細(xì)菌紅螺細(xì)菌藍(lán)藻、藻類、光合細(xì)菌紫（綠）硫細(xì)菌大多數(shù)細(xì)菌、放線菌、原生動(dòng)物、幾乎全部的真菌七、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、自由擴(kuò)散(diffusion)二、協(xié)助擴(kuò)散(facilitateddiffusion)三、主動(dòng)運(yùn)輸(activetransport)

另外，膜泡運(yùn)輸(memberanevesicletransport)即內(nèi)吞作用、外排作用。七、微生物的營(yíng)養(yǎng)八、微生物的代謝初級(jí)代謝產(chǎn)物次級(jí)代謝產(chǎn)物生長(zhǎng)繁殖是否必需

是

不是產(chǎn)生階段

生長(zhǎng)各個(gè)階段

生長(zhǎng)到一定階段種的特異性

無(wú)

有分布

細(xì)胞內(nèi)

細(xì)胞內(nèi)、外舉例

氨基酸、核甘酸、多糖、脂質(zhì)、維生素抗生素、毒素、激素、色素等代謝特點(diǎn)：初級(jí)代謝與次級(jí)代謝

指細(xì)胞內(nèi)所發(fā)生的全部化學(xué)反應(yīng),包括分解代謝和合成代謝。

微生物的代謝調(diào)節(jié)1、酶活性的調(diào)節(jié)2、酶合成的調(diào)節(jié)有關(guān)背景知識(shí)：酶——催化各種生物化學(xué)反應(yīng)的生物催化劑。有專一性、高效性等特點(diǎn)。（絕大多數(shù)酶為蛋白質(zhì)，而蛋白質(zhì)的合成是由基因控制的。）資料1：谷氨酸的生產(chǎn)調(diào)節(jié)谷氨酸棒狀桿菌能夠利用葡萄糖，經(jīng)過(guò)復(fù)雜的代謝過(guò)程形成谷氨酸；但當(dāng)終產(chǎn)物——谷氨酸的合成過(guò)量時(shí)，就會(huì)抑制谷氨酸脫氫酶的活性，從而導(dǎo)致合成途徑中斷。當(dāng)谷氨酸因消耗而濃度下降時(shí)，抑制作用就會(huì)被解除，該合成反應(yīng)又重新啟動(dòng)。

酶活性的調(diào)節(jié)—反饋調(diào)節(jié)資料2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)，大腸桿菌只能分解葡萄糖而不能分解乳糖，只有當(dāng)葡萄糖被消耗完畢以后，大腸桿菌才開(kāi)始利用乳糖。分解葡萄糖的酶是大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)一直存在的酶分解乳糖的酶是在乳糖誘導(dǎo)下合成的酶屬于：酶合成的調(diào)節(jié)①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），調(diào)節(jié)的結(jié)果是酶的催化能力發(fā)生變化；b.酶活性調(diào)節(jié)的機(jī)制——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)；c.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)物積累過(guò)多。②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)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；b.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；c.酶合成調(diào)節(jié)的機(jī)制（本質(zhì)）——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)；d.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。操縱子學(xué)說(shuō)此學(xué)說(shuō)認(rèn)為，DNA上有調(diào)節(jié)基因(i)和操縱子。操縱子則包括一連串功能相關(guān)的基因（結(jié)構(gòu)基因、操縱基因(o)、啟動(dòng)基因（p）)。a.從調(diào)節(jié)對(duì)象看：b.從調(diào)節(jié)效果看：c.從調(diào)節(jié)機(jī)制看：調(diào)節(jié)已存在的酶的活性,從而控制代謝速率;

調(diào)節(jié)酶量的變化直接而迅速；間接而緩慢；代謝水平調(diào)節(jié)；基因水平調(diào)節(jié)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。區(qū)別八、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(yú)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

（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)酵技術(shù)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)微生物發(fā)酵工業(yè)的一般流程種子擴(kuò)大培養(yǎng)培養(yǎng)基配制空氣除菌培養(yǎng)基滅菌發(fā)酵生產(chǎn)下游處理發(fā)酵設(shè)備十、微生物發(fā)酵工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)——中間控制溫度——菌體生長(zhǎng)和積累代謝產(chǎn)物的最適溫度往

往是不同的，變溫控制；

pH值——微生物的生長(zhǎng)和發(fā)酵的最適pH值往往不

同，變化控制；

溶氧——氧是制約發(fā)酵進(jìn)行的重要因素，加強(qiáng)溶氧；十、微生物發(fā)酵工業(yè)發(fā)酵實(shí)例——食品（食用酒精）發(fā)酵曲霉制曲原料蒸煮糖化酵母酒母的制備及擴(kuò)大發(fā)酵蒸餾酒糟乙醇雜醇油十、微生物發(fā)酵工業(yè)發(fā)酵實(shí)例——藥品（青霉素）發(fā)酵產(chǎn)黃青霉菌孢子制備種子罐滅菌培養(yǎng)基壓縮空氣發(fā)

酵

罐預(yù)

處

理

罐過(guò)

濾萃

取精

制

柱萃

取過(guò)

濾結(jié)

晶

洗

滌過(guò)

濾蒸

發(fā)青霉

素

鉀

鹽十一、感染與免疫感染（傳染）有機(jī)體與病原體相互作用引起的病理過(guò)程免疫生物體能夠“識(shí)別自己”和“排除非己”，并保持自身穩(wěn)定的功能病原微生物的致病