微生物总Word格式.docx

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虽然从细胞结构而言，古生菌同细菌一样都属原核生物，但两者具有不同的进化路线，在细胞壁、细胞膜的组成和结构等方面也存在差异，古生菌是一群生活在与地球进化早期环境相似的极端环境（如高温、高酸、高碱、高盐、高压等）下的微生物

（4）对微生物领域的界定：

微生物一般定义为：

绝大多数凭肉眼看不见或看不清，必须借助显微镜才能看见或看清，以及少数能直接通过肉眼看见的单细胞、多细胞和无细胞结构的微小生物的总称。

但近年发现有的细菌是肉眼可见的，因此，著名微生物学家RogerStanier提出，微生物领域的界定，不应仅根据生物的大小，而且也应该根据有别于动、植物的研究技术。

2.微生物的五大共性

（1）通过具体生动的例子说明微生物的五大共性。

（2）强调在五大共性中，“体积小、面积大”是最重要的属性，微生物由于形态微小而造成小体积大面积系统，是它们有别于所有大生物的本质属性，因而产生了一系列与高等动植物不同的特性，主要有五点：

即体积小、面积大，吸收多、转化快，生长旺、繁殖快，适应强、易变异，分布广、种类多。

3.微生物学（Microbiology）

（1）微生物学是在细胞、分子或群体水平上研究微生物的形态结构、生理代谢、遗传变易、生态分布和分类进化等生命活动的基本规律，并将其应用于工业发酵、医药卫生、生物工程和环境保护等实践领域的学科。

（2）介绍微生物学的具体分科和目前国内在相关微生物学研究领域具有较强实力的科研单位和院校。

本课程是在普通微生物学的基础上，介绍在食品、发酵、医药领域有重要用途的微生物。

（3）微生物学的根本任务包括两个：

发掘、利用、改善和保护有益微生物；

控制、消灭、或改造有害微生物（包括病原微生物和腐败微生物）。

前者是从事生物工程和发酵工程研究所侧重的方面，而后者是从事食品微生物研究所侧重的方面。

难点：

1.微生物学发展史

（1）微生物学发展史分为五个时期，即史前期、初创期、奠基期、发展期和成熟期。

在介绍大致年代的基础上，主要通过介绍各时期的代表人物和具体事例来说明各时期的发展水平。

如史前期：

人们凭经验自发地与微生物打交道，我国劳动人民在曾利用微生物进行曲蘖酿酒方面做出过较大贡献；

初创期：

人类用显微镜观察到了微生物个体，但停留在形态描述阶段，其代表人物是列文虎克（微生物学先驱，制造过400多架单式显微镜和放大镜，放大率一般为50~300倍）；

奠基期：

代表人物是巴斯德（微生物学奠基人）和柯赫（细菌学的奠基人），根据曲颈瓶实验，彻底推翻了“生命自生说”，建立了研究微生物的独特方法和技术，分离出了许多重要病原菌，微生物学的研究进入到生理学研究水平，微生物学科开始形成；

发展期：

E.Buchner对无细胞酵母菌“酒化酶”的研究，开创了生化研究的新时代，出现了寻找各种有益微生物代谢产物的热潮（“酶猎人”、“抗生素猎人”、“维生素猎人”），普通微生物学开始形成，应用微生物分支学科扩大（如抗生素学等）；

成熟期：

1953年，Watson和Crick提出DNA双螺旋结构模型，表明生命科学进入了分子生物学研究的新阶段。

（2）通过生动事例来介绍巴斯德（微生物学奠基人）和柯赫（细菌学的奠基人）对微生物学发展所做出贡献，并在科学思维观和科学家对科学的执着追求精神方面给学生以启迪，如通过曲颈瓶实验的设计无可辩驳地否定的生命的“自生说”；

鸡霍乱减毒疫苗和狂犬减毒疫苗的发现过程和证实实验；

琼脂作为理想的培养基凝固剂的使用等。

2.微生物学对生命科学发展所做出贡献和发展趋势

（1）简单介绍微生物学在整个生命科学带领下飞速发展的同时，也为生命科学的发展做出了巨大的贡献。

例如：

生命学许多重大理论问题的突破（如遗传的物质基础是什么？

），对分子遗传学和分子生物学的影响等。

（2）21世纪微生物学发展的展望：

1）微生物基因组学研究将全面展开；

2）微生物自身的特点（共性和特性）将会更加受到关注和利用；

3）与其他学科实现更广泛的交叉，获得新的发展。

四、教学方法、手段

（1）微生物与人类的关系：

通过具体生动的例子来说明微生物与我们的日常生活息息相关，既给人类带来无数益处（例如：

面包、奶酪、啤酒、抗生素、疫苗、维生素及酶等重要产品的生产，在冶金、石油、能源、材料及信息等方面的应用），又给人类带来灾难，使学生对微生物有一个感性的认识，同时也引起学习和探索微生物的兴趣（学生参与的方式，以调动学生参与的意识和活跃课堂气氛）。

（2）其余内容采用教师讲授并采用多媒体教学手段。

五、板式设计

既给人类带来无数益处，又给人类带来灾难。

二、什么是微生物、微生物的五大共性

1.什么是微生物（microorganism,microb）

（1）定义：

一切肉眼看不见或看不清的微小生物（直径<

1um）的总称。

（2）特点：

小（个体微小），简（结构简单）,低（进化地位低）。

（3）成员：

古生菌（Archaea）

（1）体积小，面积大（最基本）

（2）吸收多，代谢快

（3）生长旺盛，繁殖快

（4）适应性强，易变异

（5）分布广，种类多

三、微生物学的分科、微生物学的任务

1.微生物学（Microbiology）：

是在细胞、分子或群体水平上研究微生物的形态结构、生理代谢、遗传变易、生态分布和分类进化等生命活动的基本规律，并将其应用于工业发酵、医药卫生、生物工程和环境保护等实践领域的学科。

2.微生物学的分科

3.微生物学的任务：

发掘、利用、改善和保护有益微生物

控制、消灭、或改造有害微生物

四、微生物学发展史

五个时期

1.史前期（曲蘖酿酒）

2.初创期（形态学研究，列文虎克——微生物学先驱）

3.奠基期（生理学研究）

巴斯德（微生物学奠基人）：

（1）彻底否定了“自然发生”学说；

（2）发现并证实每种发酵都是由特定微生物生长和代谢所引起；

（3）免疫学（预防接种）

（4）其他贡献（巴斯德消毒法等）

柯赫（细菌学的奠基人）：

（1）创立研究微生物的系列独特方法（纯培养方法，营养肉汤琼脂培养基，染色观察和显微摄影等）。

（2）提出柯赫原则（证明某种微生物是否为某种疾病病原体的基本原则）

4.发展期（生化研究）：

E.Buchner：

无细胞酵母菌“酒化酶”，寻找微生物有益代谢产物（“酶猎人”、“抗生素猎人”、“维生素猎人”）

5.成熟期（分子生物学研究）

1953年，DNA双螺旋结构模型

生物工程（Biotechnology）：

70年代兴起，五大工程（遗传工程，细胞工程，发酵工程，酶工程，生物反应器工程）

（1）外科消毒术的建立（J.Lister，1865年）

（2）寻找人畜病原菌（麻风分枝杆菌；

结核分枝杆菌）

（3）免疫防治法的应用（牛痘；

菌苗、疫苗、类毒素、抗血清；

卡介苗）

（4）化学治疗剂的发明（“606”（砷凡纳明）；

“白浪多息”磺胺）

（5）抗生素治疗的兴起（1929，Fleming发现青霉素；

1944，Waksman找到链霉素等）

（6）利用工程菌生产生化药物（干扰素；

胰岛素、激素等）

（1）自然发酵与食品、饮料的酿造

（2）罐头保藏（1804年）

（3）厌氧纯种发酵技术（丙酮、丁醇、乙醇等，20世纪初）

（4）深层液体通气搅拌培养（抗生素、有机酸、酶制剂，40年代）

（5）代谢控制理论在发酵工业上的应用（谷氨酸，1956；

肌苷酸，1966年）

（6）生物工程的兴起（70年代初；

80年代出现基因工程产品，如：

胰岛素、ɑ-干扰素、乙肝疫苗等）

3.微生物学在工业发展中的重要地位

（1）作为理想实验对象，促进了重大生物学理论问题的突破

（2）对生命科学研究技术的贡献（细胞的人工培养，突变体筛选，DNA重组技术）

（3）微生物与“人类基因组计划”（模式生物，基因与基因组功能研究的工具）

六、21世纪微生物学展望

（1）微生物基因组学研究将全面展开；

（2）微生物自身的特点（共性和特性）将会更加受到关注和利用；

（3）与其他学科实现更广泛的交叉，获得新的发展。

六、思考题

1.名词解释：

微生物，科赫法则，自生说

2.微生物的五大共性，其中哪一个最基本？

3.微生物学研究的任务。

4.简述巴斯德和科赫对微生物学发展所做出的主要贡献。

5.试述微生物学的发展前景。

第二授课单元

此章为本课程的重点内容之一，计划用五个授课单元讲授原核生物的形态、结构和功能。

通过本章的学习，要求学生掌握细菌、放线菌的形态、结构与功能、培养特征、生理特征和繁殖方式等基本理论知识，了解食品发酵和制药工业中常见的细菌和放线菌，并了解蓝细菌、支原体、立克次氏体和衣原体的特性和与人类工业生产的关系。

该授课单元主要使学生熟悉原核生物的定义和所包括的种类，熟悉细菌细胞的三种基本形态和细菌细胞的一般构造和特殊构造，掌握革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌细胞壁的成分、结构和功能，掌握革兰氏染色的原理，熟悉四类缺壁细菌和古生菌的细胞壁。

二、教学内容

第二章原核生物的形态、结构与功能，

第一节细菌

（一）原核生物的定义和种类

（二）细菌细胞的形态、排列方式和大小

（三）细菌细胞的结构和功能

一、细胞壁

1.定义，证实细胞壁存在的方法和细胞壁的功能

2.革兰氏阳性细菌的细胞壁

3.革兰氏阴性细菌的细胞壁

4.革兰氏染色的原理

5.缺壁细菌

6.古生菌的细胞壁

1.原核生物（prokaryotes）：

一大类细胞微小、只有称作拟核（无核膜包裹的裸露DNA）的原核单细胞生物。

所有原核生物都是微生物，包括真细菌和古生菌两个完全不同的系统发育类群。

原核生物可粗分为“三菌”和“三体”，即细菌（含古生菌）、放线菌、蓝细菌和支原体、立克次氏体、衣原体。

2.细菌细胞的三种基本形态及存在的不同排列方式：

通过多媒体播放一些重要工业生产菌和重要医疗致病菌的菌体形态照片，以增强学生对细菌基本形态和排列方式的感性认识。

3.以细菌为代表，介绍大多数细菌都具备的构造称“一般构造”，包括细胞壁、细胞质膜、细胞质和内含物、拟核等，只有少数种类才具有的细胞构造称“特殊构造”，包括芽孢、糖被、鞭毛和菌毛等（采用多媒体展现细菌细胞结构的模式图）。

4.细胞壁的成分和构造：

在一般构造中，细胞壁是介绍的重点内容。

细菌细胞壁的成分既独特、复杂，又十分重要。

多数原核生物细胞壁所含有的独特成分——肽聚糖，则是本教学单元的重点内容之一。

按照肽聚糖的有无和含量多少，可把原核生物分成4类：

1）革兰氏阳性细菌，细胞壁厚，层次少，主要成分为肽聚糖和磷壁酸；

2）革兰氏阴性细菌，细胞壁薄，层次多，包括由脂多糖（LPS）、外膜蛋白、磷脂和脂蛋白构成的外膜层，以及由肽聚糖构成的内壁层；

3）古生菌，有细胞壁但不含肽聚糖，细胞壁的成分为假肽聚糖、糖蛋白或蛋白质；

4）支原体，因无细胞壁而不含肽聚糖。

5.革兰氏染色的原理：

由于细菌细胞壁的物理构造和化学成分的不同，使它们通过革兰氏染色而显示紫色或红色，前者称为革兰氏阳性细菌，后者称为革兰氏阴性细菌。

革氏阳性菌与革氏阴性菌之间的区别在于细胞壁的物理性质。

细胞壁中的肽聚糖本身并不被染上颜色，但它可作为渗透性屏障阻止结晶紫与碘大分子复合物的流失。

它们初染色特性不同外，在形态、生理代谢、遗传、生态、进化和致病性等一系列生物学特性上均有显著差别，这就是为何革兰氏染色在微生物学工作中受到如此关注的原因。

6.脂多糖：

是革兰氏阴性细菌细胞壁中的特有成分，为细胞壁最外层的一层较厚的类脂多糖类物质。

脂多糖由3部分组成：

类脂A，核心多糖和O-特异侧链（或称O-抗原）。

其中类脂A是革兰氏阴性致病菌致病性物质内毒素的物质基础；

O-特异侧链是抗原特异性的物质基础，构成O-特异侧链的糖的种类、顺序和空间构型是菌株特异的。

1.革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌在细胞壁的结构、组成和功能方面的异同：

通过多媒体展现两类细菌细胞壁的结构模式图，以比较两类细菌在细胞壁结构和组成上的差异；

再分别详细介绍革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌细胞壁各组分的结构和功能。

重点比较两类菌细胞壁中肽聚糖的差异，并介绍革兰氏阳性细菌细胞壁中的独特成分——磷壁酸和革兰氏阴性细菌细胞壁中的独特成分——脂多糖。

2.从立体结构而言，肽聚糖是具有一定交联度的多层网状构造，由肽和聚糖两部分组成，其中聚糖由N-乙酰葡糖胺和N-乙酰胞壁酸相间连接，形成长链骨架，N-乙酰胞壁酸上连有四肽尾，不同的聚糖链间通过肽桥交联。

看似复杂的肽聚糖分子，若把它的基本组成单位解剖一下，就显得简单多了。

其单体有3部分组成：

双糖单位，四肽尾和肽桥。

革兰氏阳性菌与阴性菌肽聚糖结构单体的差别主要有以下两个方面：

1）革兰氏阴性菌四肽尾第3个氨基酸是内消旋二氨基庚二酸（m-DAP），而革兰氏阳性菌是L-lys；

2）革兰氏阴性菌（大肠杆菌）没有特殊的肽桥，前后两个单体间的连接仅通过甲肽尾第4个氨基酸（D-Ala）的羧基与乙肽尾第3个氨基酸（m-DAP）的氨基直接相连，只形成较为疏稀、机械强度较差的肽聚糖网套。

而革兰氏阳性菌（金黄色葡萄球菌）的肽桥是甘氨酸五肽。

本授课单元涉及细菌的形态和结构，授课方式为在多媒体提供细菌形态图和结构模式图的基础上进行讲授。

另外，采用比较的方式，以使学生熟悉革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌在细胞壁的结构、组成和功能方面的异同。

第二章原核生物的形态、构造和功能

原核生物：

指一类细胞微小、细胞核无核膜包裹（只存在称作拟核或核区的裸露DNA）的原始单细胞生物。

分两个域真细菌域（广义的细菌，包括“三菌”和“三体”）

古生菌域

（一）细菌细胞的形态、排列方式和大小

三种基本形态：

球状（其次），杆状（最多），螺旋状（最少）

（二）细菌细胞的结构和功能

一般构造：

细胞壁，细胞质膜，细胞质和内含物，核区（拟核）

特殊构造：

芽孢，糖被，鞭毛，菌毛，性毛

1.革氏阳性细菌细胞壁

特点：

厚度大（20-80nm），化学组分简单，含90%肽聚糖和10%磷壁酸

（1）肽聚糖（peptidoglycan，金黄色葡萄球菌）

特点：

由25-40层左右的网格状分子，交联度75%，厚20~80nm。

单体：

双糖单位（N-乙酰葡糖胺和N-乙酰胞壁酸以β-1,4-糖苷键连接，

可被溶菌酶水解）

四肽尾（L-Ala-D-Glu-L-Lys-D-Ala）

肽桥（甘氨酸五肽）

（2）磷壁酸（teichoicacid）：

革氏阳性菌细胞壁特有（酸性多糖）

按照成分分为甘油醇型磷壁酸

核糖醇型磷壁酸

按结合部位分为壁磷壁酸

膜磷壁酸

2.革氏阴性细菌细胞壁

层次多、厚度低，成分复杂

（1）肽聚糖（大肠杆菌）

1~2层肽聚糖网状分子（交联度30%）组成的薄层（2~3nm），占细胞壁总重5%-10%。

对机械强度的抵抗力弱。

革兰氏阳性菌与阴性菌肽聚糖结构单体的差别：

1四肽尾的第3个氨基酸是内消旋二氨基庚二酸（m-DAP），而不是L-Lys；

2没有特殊的肽桥，只形成较为疏稀、机械强度较差的肽聚糖网套。

（2）外膜

脂多糖（lipopolysaccharide,LPS）：

类脂A（内毒素的物质基础）

3部分组成核心多糖

O-特异侧链（决定抗原性的差异）

磷脂

脂蛋白

3.革兰氏染色的机理

革氏阳性菌

革氏阴性菌

肽聚糖

含量高，交联密

含量低，交联疏松

脂类

一般无

含量高

乙醇作用

脱水，孔径缩小，结构更紧密

脂溶，孔径增大，结构变得疏松

大分子复合物滞留

大分子复合物溶出

结果

紫色

红色

4.缺壁细菌

（1）4类缺壁细菌

实验室或宿主体内形成自发突变：

L型细菌

人工去壁基本去尽：

原生质体（G+）

部分去掉：

球状体体（G-）

在自然界长期进化中形成：

支原体

（2）青霉素的杀菌作用原理

青霉素是肽聚糖单体五肽尾末端D-Ala-D-Ala的结构类似物，可竞争性地抑制肽聚糖合成中转肽酶的活性，从而阻断肽聚糖肽链之间的交联，形成缺乏机械强度的肽聚糖，由此产生了原生质体或球状体之类的细胞壁缺损细菌，它们在不利的渗透压环境下极易破裂死亡。

作用特点：

对生长旺盛的革氏阳性菌有明显的抑制作用；

而对处于生长休止期的细胞无抑制作用。

（3）溶菌酶去除细胞壁的作用机制

通过水解肽聚糖分子中N-乙酰葡萄糖胺与N-乙酰胞壁酸间的β-1,4-糖苷键，引起细胞壁“散架”，形成细胞壁完全脱去或部分除去的原生质体（革氏阳性菌）或球状体（革氏阴性菌）。

5.古生菌的细胞壁

无真正的肽聚糖，而是由假肽聚糖（不被溶菌酶水解）、独特多糖、硫酸化多糖、糖蛋白或蛋白质构成。

假肽聚糖：

是某些古生菌细胞壁的主要成分。

其多糖骨架由N-乙酰葡萄糖胺和N-乙酰塔罗糖胺糖醛酸以β-1,3-糖苷键交替连接而成。

连在后一氨基糖上肽尾由L-Glu，L-Ala和L-Lys3个L型氨基酸组成，肽桥则由L-Glu一个氨基酸组成。

古生菌：

是一类在进化起就与真细菌和真核生物的远祖相互独立演化原核生物，主要包括一些与地球早期环境联系的极端微生物（嗜热菌、嗜酸菌、嗜盐菌等）和产甲烷菌等。

主要特点细胞壁无肽聚糖，细胞膜脂由醚键连接，以及真细菌有明显差别的16SrRNA序列等。

原核生物，细菌细胞壁，肽聚糖（peptidoglycan），假肽聚糖，磷壁酸（teichoicacid），脂多糖，外膜，古生菌，L型细菌，原生质体（proteplast），球状体

2.试图示革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌细胞壁的主要构造，并简要说明其异同。

3.试用简图表示革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌肽聚糖单体构造的差别，并作简要说明。

4.试述细菌革兰氏染色的机制。

第三授课单元

该授课单元主要使学生熟悉细菌细胞质膜的化学组成、结构模型和功能，并了解古生菌细胞质膜的独特性和多样性；

熟悉细菌内含物的组分及功能；

熟悉细菌核区的特点。

第二章原核生物的形态、结构与功能

二、细胞质膜

1.化学组成

2.结构模型

3.功能

4.古生菌细胞膜的独特性和多样性

5.间体

三、细胞质和内含物

1.贮藏物：

①聚-β-羟丁酸（PHB）；

②多糖类贮藏物；

③异染粒；

④硫粒；

⑤藻青素

2.磁小体

3.羧酶体

4.气泡

四、核区

1.细菌细胞质膜的化学组成、结构和功能：

磷脂是细菌细胞膜双分子层的主要成分，另外，还含有大量的蛋白质。

细菌细胞膜中的蛋白质含量比任何一种生物膜都高（约占细胞膜的75%），而且种类多，由于细菌细胞内无膜包裹的细胞器，因此，很多生理功能都是在细胞膜上完成的，细胞膜是细菌重要的代谢活动中心。

原核生物细胞膜中一般不含胆固醇等甾醇（支原体例外）。

而在几种细菌中，含有与固醇类似的五环分子称为类何帕烷（藿烷类化合物，hopanoid），增强了细胞膜的坚韧性。

2.细菌的内含物：

位于细菌细胞质内，呈颗粒状或泡囊状的构造。

4种主要内含物的特点见下表：

名称

实例

贮藏物

碳源或

能源类

聚-β-羟丁酸（PHB）或聚羟链烷酸（PHA）（固氮菌和产碱菌）

糖原（大肠杆菌和芽孢杆菌）；

硫粒（紫硫细菌和丝硫细菌）

氮源类

藻青素或藻青蛋白（蓝细菌等）

磷源类

异染粒（迂回螺菌，棒杆菌和分支杆菌等）

磁小体

在水生螺菌和嗜胆螺菌中存在

羧酶体

在硫杆菌和蓝细菌等自养细菌中存在

气泡

在蓝细菌，红单胞菌和盐杆菌等水生细菌中存在

1.真细菌与古生菌细胞膜的不同

（1）细胞膜中的磷脂有明显差异

真细菌：

磷酸甘油酯（疏水尾是脂肪酸，甘油与脂肪酸通过酯键连接）

磷酸甘油醚（疏水尾是长链烃，一般是异戊二烯的重复单位；

甘油与疏水尾通过醚键连接）

（2）古生菌细胞膜中存在着独特的单分子层或单、双分子层混合膜，而真细菌和真核生物的细胞质膜都是双分子层。

（3）甘油C3上可连接多种不同的基团（磷酸酯基、硫酸酯基及多种糖基）。

（4）仅嗜盐菌细胞膜中含多种独特脂类（细胞红素，α-胡萝卜素，β-胡萝卜素、番茄红素、视黄醛）

本授课单元涉及细菌细胞膜、内含物的组成和结构，授课方式结合多媒体提供形态图和结构模式图进行讲授。

磷脂（20~30%，一般无甾醇，支原体例外）

蛋白质（50~70%，较真核生物含量高）

液态镶嵌模型（fluidmosaicmodel）

①物质运输

②渗透屏障

③合成基地（肽聚糖，磷壁酸，LPS，荚膜多糖等）

④产能场所

⑤鞭毛