武汉大学微生物讲义.docx

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武汉大学微生物讲义

微生物学教学组

（二00三年八月二十七日）

一、本课程的性质和任务

   本课程为生物学各专业本科生的必修基础课。

   通过学习微生物的形态结构、生理生化、生长繁殖、遗传变异、生态分布、传染免疫、分类鉴定以及微生物与其他生物的相互关系及其多样性，在工、农、医等方面的应用，了解该学科的发展前沿、热点和问题，使学生牢固掌握微生物学的基本理论和基础知识，了解微生物的基本特性及其生命活动规律，为学生今后的学习及工作实践打下宽厚的基础。

二、教学要求与教学方法

1．以现代观点审视和重新组织教学内容，使课程的内容和结构、概念的提法、名词的解释和语言运用等都适合现代生物学迅速发展的要求，建立新的、优化的微生物学课堂教学体系。

2．在课堂教学中以“打开窗口”、“安装接口”的方法反映当代微生物学科的成就，使学生在学习基础知识的同时，通过一定的“窗口”看到学科发展的前沿，通过“接口”看到目前学的基础知识与前沿的接轨，看到基础知识的延伸及与其他相关学科的密切联系，使学生在学习基础知识的同时获得一定量的最新信息，满足和激发学生的求知欲和主动学习的兴趣。

3．采用多媒体等现代化教学手段辅助教学，丰富教学内容，提高教学质量。

4．课堂教学与学生的课后复习、讨论及专题讲座相接合，并注意通过各种渠道保持与学生的联系，随时了解他们对教学的意见和要求，不断改进教学方法和教学手段。

三、教学学时分配和安排：

   本课程讲授按每周4学时安排，全学时共54学时。

   教学内容及具体学时分配如下：

一、绪论（4）

二、纯培养和显微技术（3）

三、微生物类群与形态（10）

四、微生物的营养（3）

五、微生物的代谢（4）

六、微生物的生长繁殖及其控制（4）

七、病毒（4）

八、微生物遗传（8）

九、微生物与基因工程

（2）

十、微生物的生态（4）

十一、微生物的进化、系统发育与分类鉴定（4）

十二、感染与免疫（4）

四、教学内容和要求：

第1章：

绪论

〖目的要求〗

  通过本章的课堂教学，引导学生走进微生物世界，了解微生物是什么？

做什么？

以及它们与人类的特殊关系；明确微生物学作为一门独立学科在生命科学发展中的重要作用和地位；展望未来，激发学生的学习兴趣和明确肩负的重任。

〖教学内容〗

1、武汉大学“微生物学”课程的建设与发展

2、本学期的教学安排

3、微生物与我们

4、微生物的发现和微生物学的建立与发展

5、微生物的类群及特点

思考题：

试根据微生物的特点，谈谈为什么说微生物既是人类的敌人，更是人类的朋友。

第2章：

纯培养和显微技术

〖目的要求〗

   通过本章的课堂教学，向学生介绍进行微生物学研究的基本技术，即无菌技术、纯种分离技术、培养技术和显微技术，使他们了解微生物学的基本研究方法和研究手段，为后面介绍其他微生物学相关知识打下基础。

〖教学内容〗

1、微生物的分离和纯培养

1.1无菌技术

1.2用固体培养基分离纯培养

1.3用液体培养基分离纯培养

1.4单细胞（孢子）分离

1.5选择培养分离

1.6二元培养物

2、显微镜和显微技术

2.1显微镜的种类及原理

2.2显微观察样品的制备

思考题：

1、为什么说Koch等建立的微生物纯培养技术是微生物学建立与发展的基石？

一般可用哪些方法获得微生物的纯培养？

2、微生物的最显著特征就是个体微小，通常只能通过显微镜进行观察。

试列举在显微观察中通过改变样品的反差以改善观察效果的技术及方法。

第3章：

微生物类群与形态结构

〖目的要求〗

   通过本章的课堂教学，学习各种微生物，包括细菌、古生菌和真核微生物的基本结构特点和生活特性，了解微生物的多样性。

〖教学内容〗

1、真细菌

1.1一般形态及细胞结构

1.2放线菌

1.3支原体、立克次氏体和衣原体

1.4粘细菌（myxobacteria）

1.5蛭弧菌（Bdellovibrio）

1.6蓝细菌（Cyanobacteria）

2、古生菌

2.1概念的提出

2.2细胞形态

2.3细胞结构

3、真核微生物

3.1霉菌

3.2酵母菌

思考题：

1、试根据细菌细胞结构的特点，分析并举例说明为什么它们能在自然界中分布广泛。

2、细菌、粘细菌、放线菌、霉菌、酵母在繁殖方式上各有什么特点？

第4章：

微生物的营养

〖目的要求〗

   通过本章的课堂教学，使学生了解微生物营养类型的特点及多样性，以及根据不同微生物各自的营养要求，配制相应的培养基对微生物培养的理论知识，为今后对微生物的研究与利用打下基础。

〖教学内容〗

1、微生物的营养要求

1.1微生物细胞的化学组成

1.2营养物质及其生理功能

1.3微生物的营养类型（nutritionaltypes）

2、培养基

2.1选用和设计培养基的原则和方法

2.2培养基的类型及应用

3、营养物质进入细胞

3.1扩散（diffusion）

3.2促进扩散（facilitateddiffusion）

3.3主动运输（activetransport）

3.4膜泡运输（memberanevesicletransport）

思考题：

试比较营养物质进入微生物细胞的几种方式的特点。

第5章：

微生物的代谢

〖目的要求〗

   通过本章的课堂教学，使学生了解微生物代谢类型的特点及多样性。

〖教学内容〗

1、代谢概论

2、生物产能代谢

2.1生物氧化

2.2异养微生物的生物氧化

2.3自养微生物的生物氧化

2.4能量转换

3、微生物次级代谢与次级代谢产物

3.1次级代谢与次级代谢产物

3.2次级代谢的调节

思考题：

不同营养类型的微生物在不同条件下产生ATP和还原力的方式与特点。

第6章：

微生物的生长繁殖及其控制

〖目的要求〗

   通过本章的课堂教学，使学生了解微生物生长繁殖的规律，掌握微生物生长的测定方法，及各种物理、化学因素对微生物生长的影响。

〖教学内容〗

1、生物生长的测定

1.1以数量变化对微生物生长情况进行测定

1.2以生物量为指标测定微生物的生长

2、细菌的群体生长繁殖

2.1生长曲线

2.2同步培养

2.3连续培养

3、微生物生长繁殖的控制

3.1控制微生物的化学物质

3.2控制微生物的物理因素

思考题：

细菌的生长繁殖与高等动植物的有哪些异同？

其典型生长曲线可分几期，其划分依据是什么？

第七章：

病毒

〖目的要求〗

   通过本章的课堂教学，使学生了解病毒，包括噬菌体、动植物病毒等的生活周期，掌握反映病毒生长繁殖规律的一步生长曲线的原理和实验方法，及有关病毒非增殖性感染特别是噬菌体溶原性反应的基本概念。

〖教学内容〗

1、概述

1.1病毒的发现和研究历史

1.2病毒的特点和定义

1.3病毒的宿主范围

1.4病毒的培养和纯化

2、毒粒的性质

2.1毒粒的形态结构

2.2毒粒的化学组成

3、病毒的复制

3.1病毒的复制周期

3.2病毒感染的起始

3.3病毒大分子的合成

3.4病毒的装配与释放

4、病毒的非增殖性感染

4.1概念

4.2温和噬菌体的溶源性反应。

思考题

试结合一步生长曲线分析病毒的特点，并与细菌进行比较。

第8章：

微生物遗传

〖目的要求〗

   通过本章的课堂教学，使学生了解细菌的染色体基因组及染色体外的遗传因子（质粒和转座子）的结构和基本特点，掌握微生物基因突变、遗传的基本规律，并在此基础上了解微生物菌种保藏的基本理论和实验方法。

〖教学内容〗

1、遗传的物质基础

1.1DNA作为遗传物质

1.2RNA作为遗传物质

1.3朊病毒的发现与思考

2、微生物的基因组结构

2.1概念：

2.2微生物与人类基因组计划：

2.3微生物基因组结构的特点：

3、质粒和转座因子

3.1质粒的分子结构

3.2质粒的主要类型

4、基因突变及修复

4.1基因突变的特点

4.2几种常见的微生物突变类型

4.3诱变剂与致癌物质——Ames试验

5、细菌基因转移和重组

5.1细菌的接合作用（conjugation）

5.2细菌的转导（transduction）

5.3细菌的遗传转化（genetictransformation）

5.4基因定位和基因组测序

6、菌种保藏

6.1菌种的衰退与复壮

6.2防止衰退的措施

6.3菌种保藏

思考题：

1、如果二个不同营养缺陷标记（a-b-c+d+和a+b+c-d-）的菌株经混合后能产生在基本培养基平板上生长的原养型重组菌株，请设计一个实验来决定该遗传转移过程是转化、转导还是接合?

2、自然遗传转化与人工转化之间有什么关系?

为什么在一般情况下它们转化质粒的成功率有如此大的差别?

第9章：

微生物与基因工程

〖目的要求〗

通过本章的课堂教学，使学生了解微生物学在基因工程技术的建立与发展中的重要意义，了解并掌握基因工程的基本过程和基本技术。

〖教学内容〗

1、基因工程概述

1.1基因工程的基本过程

1.2基因工程的发展历史

1.3微生物学与基因工程的关系

2、微生物与基因工程工具酶

2.1限制性核酸内切酶

2.2DNA连接酶（DNAligase）

2.3其它工具酶

3、微生物与克隆载体

3.1质粒克隆载体

3.2λ噬菌体克隆载体

3.3柯斯质粒载体

3.4M13噬菌体载体

3.5噬菌粒载体

3.6真核生物的克隆载体

3.7人工染色体

4、微生物作为克隆载体的宿主

4.1宿主的基本要求与性质

4.2常用的基因工程宿主

5、基因工程的常用技术和方法

5.1PCR的原理和应用

5.2基因工程技术应用举例

思考题：

1、基因工程的基本步骤是怎样的？

其中哪些需涉及到微生物的参与？

2、为什么说微生物学不仅为基因工程提供了理论基础，同时也提供了操作技术？

第10章：

微生物的进化、系统发育和分类鉴定

〖目的要求〗

   通过本章的课堂教学，使学生了解利用现代分子生物学技术建立的有关生物进化和系统发育的理论，掌握微生物分类的基本原理和技术。

〖教学内容〗

1、进化的测量指征

1.1进化指征的选择

1.2RNA作为进化的指征

1.3rRNA和系统发育树

2、细菌分类

1.1分类单元及其等级

1.2微生物的命名

3、细菌分类鉴定的特征和技术

3.1形态学特征

3.2生理生化特征

3.3核酸的碱基组成和分子杂交

3.4其它

4、伯杰氏手册

思考题

1、为什么能用生物大分子作为衡量生物进化的标尺？

有哪些选用原则？

建立16SrRNA系统发育树的意义何在？

2、为什么在现代微生物分类中，任何能稳定地反映微生物种类特征的资料，都有分类学意义，都可以作为分类鉴定的依据？

你知道有哪些项目已被用于细菌学分类和鉴定？

第11章：

微生物的生态

〖目的要求〗

   通过本章的课堂教学，使学生了解微生物在自然分布的特点及与人类生活的密切关系，掌握微生物与其生活在一起的其它生物之间的相互关系，及微生物在自然界物质循环中的重要作用。

〖教学内容〗

1、然界中的微生物

1.1空气中的微生物

1.2水体中的微生物

1.3土壤中的微生物

1.4工农业产品上的微生物

1.5极端环境下的微生物

1.6不可培养的微生物

2、微生物与生物环境间的相互关系

2.1互生

2.2共生

2.3寄生

2.4拮抗

2.5竞争

2.6捕食

3、微生物在生态系统中的作用

思考题：

1、试从微生物的特点分析其分布比动植物更广泛的原因，为什么无菌操作技术是一切微生物学工作的基础？

2、试论微生物与水体富营养化作用，你认为对此类污染该如何进行防治？

3、试用一些典型例子说明微生物与生物环境之间的相互关系。

4、微生物在生态系统中的地位怎样？

第12章：

感染与免疫

〖目的要求〗

   通过本章的课堂教学，使学生了解人体的免疫系统与病原微生物之间的相互关系，掌握有关免疫学的基本知识和基本概念。

〖教学内容〗

1、感染的一般概念

1.1感染的途径与方式

1.2微生物的致病性

1.3传染的类型

2、宿主的非特异免疫

2.1生理屏障

2.2细胞因素

2.3体液因素

2.4炎症

3、宿主的特异性免疫

3.1特异性免疫的一般概念

3.2抗原和抗体

3.3免疫应答

思考题

1.对细菌内毒素和细菌外毒素的免疫应答有何不同?

2.吞噬细胞的功能可因哪些体液因子的作用而增强?

3.补体激活后可能产生对机体有利的免疫也可能造成自身损伤，试举例说明。

4.试举例说明天然免疫与特异性免疫之间并无截然界限。

五、教材

《微生物学》，沈萍，高等教育出版社，2000

附：

一、承担的教学研究项目

“微生物学”课程如何现代化的研究,国家理科人才培养基地创建名牌课程项目，1999～2001

“微生物学”课程如何现代化的研究,国家理科人才培养基地创建名牌课程项目（继续资助），2002～

“充分利用现代化手段、提高微生物学教学水平”，湖北省高等学校教学改革项目，2000，9-2002，9

"现代化教学手段在微生物学教学中的适应与提高"，湖北省高等学校教学改革项目，2002，9～2004，9

微生物学课堂讲授详细提纲

　第一章绪论　

一、武汉大学“微生物学”课程的建设与发展

二、本学期的教学安排

三、微生物与我们

四、微生物的发现和微生物学的建立与发展

（一）微生物的发现

（二）微生物学的奠基

    1.巴斯德

     2.柯赫

（三）微生物学发展过程中的重大事件

（四）20世纪的微生物学

（五）微生物学在生命科学发展中的重要地位

     1、微生物是生物学基本理论研究中的理想实验对象

     2．对生命科学研究技术的贡献

     3．微生物与“人类基因组计划”

（五）我国微生物学的发展

（六）21世纪微生物学展望

五、微生物的类群及特点　

思考题：

1.用具体事例说明人类与微生物的关系，为什么说微生物既是人类的敌人，更是我们的朋友？

2.为什么微生物能成为生命科学研究的“明星”?

3.为什么说巴斯德和柯赫是微生物学的奠基人?

第二章纯培养和显微技术

第一节微生物的分离和纯培养

一、无菌技术

1.微生物培养的常用器具及其灭菌

2.接种操作

二、用固体培养基分离纯培养

1.稀释倒平板法

2.涂布平板法

3.平板划线法

4.厌氧微生物的分离

三、用液体培养基分离纯培养

四、单细胞（孢子）分离

五、选择培养分离

1.利用选择平板进行直接分离

2.富集培养

六、二元培养物　

第二节显微镜和显微技术

一、显微镜的种类及原理

1.普通光学显微镜

2.暗视野显微镜

3.相差显微镜

4. 荧光显微镜

5.透射电子显微镜

6.扫描电子显微镜

7.扫描隧道显微镜　　

二，显微观察样品的制备（略）　

思考题：

1、为什么说Koch等建立的微生物纯培养技术是微生物学建立与发展的基石？

一般可用哪些方法获得微生物的纯培养？

2、微生物的最显著特征就是个体微小，通常只能通过显微镜进行观察。

试列举在显微观察（光镜和电镜）中通过改变样

  品的反差以改善观察效果的技术及方法。

3、试利用表格形式对各类显微镜在原理、样品制备和观察方面的异、同进行概括、比较。

4、试找到一篇使用微生物照片的文献，分析该文为什么要使用微生物照片，采用的是何种显微观察技术？

依你之见，   

   该文作者的这张照片还可以用哪些技术获得？

第三章微生物类群与形态结构

第一节真细菌

一、一般形态及细胞结构

（一）个体形态与排列

（二）大小

（三）细胞的结构

    1、细胞壁

    2、细胞质膜

    3、细胞质和内含物

       1）概念

       2）贮藏物

       3）磁小体

   4）羧酶体

       5）气泡

       6）载色体

       7）核糖体

       8）质粒

     4、核区（nuclearregionorarea）

     5、特殊的休眠构造��芽孢

        1）概念

        2）细菌芽孢的特点

        3）芽孢的形成与芽孢的萌发过程

        4）芽孢的耐热机制

        5）芽孢杆菌（Bacillus）芽孢形成的生理调控

        6）伴孢晶体

        7）细菌的其他休眠构造

      6、糖被

         1）概念

         2）特点

       7、鞭毛

          1）概念

          2）观察和判断细菌鞭毛的方法

          3）鞭毛的结构及其运动机制

          4）鞭毛推动细菌运动的特点

       8、菌毛

       9、性毛　

二、放线菌

（一）概念

（二）形态与结构

1、营养菌丝

2、气生菌丝

3、孢子丝

（三）生长与繁殖

（四）菌落形态

（五）分布特点及与人类的关系

三、支原体、立克次氏体和衣原体

（一）立克次氏体

             1、概念：

             2、特性

（二）支原体

             1、概念

             2、特性

     （三）衣原体

             1、概念

             2、特性

四、粘细菌（myxobacteria）

（一）概念

（二）生活史

1、营养细胞

2、子实体

五、蛭弧菌（Bdellovibrio）

（一）概念

（二）特点

（三）寄生方式

六、蓝细菌（Cyanobacteria）

（一）概念

（二）特点　

第二节古生菌

一、概念的提出

二、细胞形态

三、细胞结构

（一）细胞壁

（二）细胞膜

  （三）细胞质和内含物

  （四）细胞核

第三节真核微生物

一、霉菌

（一）概念

（二）分布特点及与人类的关系

   （三）形态结构

                  1、菌丝

                  2、菌丝的特化

                  3、细胞结构

    （四）菌落

    （五）霉菌繁殖方式及生活史

                 1、繁殖方式

                 2、生活史　

二、酵母菌

（一）概念

（二）分布及与人类的关系

  （三）形态结构

       1、个体形态

       2、细胞结构

   （四）菌落特征

   （五）繁殖方式和生活史

               1、无性繁殖

               2、有性繁殖

              3、生活史

思考题：

1、试根据细菌细胞结构的特点，分析并举例说明为什么它们能在自然界中分布广泛。

2、细菌、粘细菌、放线菌、霉菌、酵母在繁殖方式上各有什么特点？

第四章微生物的营养　

第一节微生物的营养要求

一、微生物细胞的化学组成

二、营养物质及其生理功能

三、微生物的营养类型（nutritionaltypes）

    1．光能无机自养型（光能自养型）

    2．光能有机异养型（光能异养型）

    3．化能无机自养型（化能自养型）

    4．化能有机异养型（化能异养型）

    5．营养缺陷型　

第二节培养基

一、选用和设计培养基的原则和方法

   1、选择适宜的营养物质

   2、营养物质浓度及配比合适

   3.物理化学条件适宜

      1）pH

      2）水活度

      3）氧化还原电位

   4.经济节约

   5.精心设计、试验比较

二、培养基的类型及应用

   1、按成份不同划分

     1）天然培养基

     2）合成培养基

   2、根据物理状态划分

     1）固体培养基

     2）半固体培养基

     3）液体培养基

   3、按用途划分

     1）基础培养基

     2）完全培养基

     3）加富培养基和富集培养

     4）鉴别培养基

     5）选择培养基

第三节营养物质进入细胞

一、扩散

二、促进扩散

三、主动运输

初级主动运输

次级主动运输

基团转位

Na+,K+-ATP酶系统

四、膜泡运输

思考题：

试比较营养物质进入微生物细胞的几种方式的特点。

第五章微生物的代谢　

第一节代谢概论

第二节微生物产能代谢

一、生物氧化

二、异养微生物的生物氧化

   1.发酵

   2.呼吸作用

（1）有氧呼吸

（2）无氧呼吸

三．自养微生物的生物氧化

   1.氨的氧化

   2.硫的氧化

   3.铁的氧化

   4.氢的氧化

四．能量转换

   1．底物水平磷酸化

   2．氧化磷酸化

   3．光合磷酸化

     1）环式光合磷酸化

     2）非环式光合磷酸化

     3）嗜盐菌紫膜的光合作用

第三节耗能代谢（自学）

第四节微生物代谢的调节（自学）

第五节微生物次级代谢与次级代谢产物

   一.次级代谢与次级代谢产物

   二.次级代谢的调节（自学）　

思考题：

不同营养类型的微生物在不同条件下产生ATP和还原力的方式与特点。

第六章微生物的生长繁殖及其控制　

第一节微生物生长的测定

一、以数量变化对微生物生长情况进行测定

  1、培养平板计数法

  2、膜过滤法

  3、Themostprobablenumbermethod（液体稀释法）

  4、显微镜直接计数

二、以生物量为指标测定微生物的生长

  1、比浊法

  2、重量法

  3.生理指标法　

第二节细菌的群体生长繁殖

一、生长曲线

二、同步培养

三.连续培养

   1.恒浊连续培养

   2.恒化连续培养　

第三节微生物生长繁殖的控制

一、控制微生物的化学物质

（一）消毒剂（Disinfectant）和防腐剂（Antisepsis）

（二）抗代谢物

  （三）抗生素

      1、概念

      2、作用机制

      3、抗药性的产生

二、控制微生物的物理因素

（一）