微生物.docx

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微生物

第1章绪论

1、微生物与人类的关系

可以说，微生物与人类关系的重要性，你怎么强调都不过分，微生物是一把十分锋利的双刃剑，它们在给人类带来巨大利益的同时也带来“残忍”的破坏。

它给人类带来的利益不仅是享受，而且实际上涉及到人类的生存。

2、微生物及其共性

微生物不是生物分类学中的名词，是所有微小生物的统称。

微生物是指用肉眼看不见或看不清的微小生物的总称。

通常包括病毒（viruses）、细菌（Bacteria）、古生菌（Archaea）、真菌（fungi）、原生动物（protozoa）和某些藻类（algae）。

特点：

个体小、结构简、胃口大、食谱广、

繁殖快、易培养、数量大、分布广、

种类多、级界宽、变异易、抗性强、

休眠长、起源早、发现晚

3、微生物的分类地位

目前比较有影响的生物分类系统：

◆1969年魏泰克（R.Whittaker）提出五界系统：

原核生物界、原生生物界、真菌界、植物界、动物界

微生物在此系统中占3/5的席位。

◆1977年伍斯（C.Woese）提出三界（域）系统：

古生菌（Archaea）、细菌（Bacteria）、真核生物（Eukarya）

微生物在此系统中占2/3强的席位。

4、微生物学

是研究微生物在一定条件下的形态结构、生理生化、生长繁殖、遗传变异以及微生物的进化、分类、生态等生命活动规律及其应用的一门学科。

（简言之，微生物学是研究微生物的形态结构、生命活动规律及其应用的一门学科。

）

五、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）微生物学发展的奠基者

法国的巴斯德（LouisPasteur，1822-1895）和德国的柯赫（RobertKoch，1843-1910）是微生物学的奠基人。

巴斯德对微生物学的主要贡献

1.彻底否定了“自生说”（spontaneousgeneration）著名的曲颈瓶试验无可辩驳地证实，空气内确实含有微生物，是它们引起有机质的腐败。

2.免疫学——预防接种

预防鸡霍乱病、牛、羊炭疽病和狂犬病；首次制成狂犬疫苗

3.证实发酵是由微生物引起的

化学家出生的巴斯德涉足微生物学是为了治疗“酒病”

4.其他贡献:

（1）巴斯德消毒法：

60～65℃作短时间加热处理，杀死有害微生物

（2）解决家蚕软化病问题

（3）证实了有些微生物只能在缺氧的环境中生活，并在微生物中引进了“好氧”和“厌氧”两个术语。

柯赫对微生物学的主要贡献

1.具体证实了炭疽病菌是炭疽病的病原菌

2.发现了肺结核病的病原菌（由此获得1905年诺贝尔生理学医学奖）

3.提出了证明某种微生物是否为某种疾病病原体的基本原则—柯赫原则（Koch’spostulates）（又称“柯赫法则”、“柯赫定理”、“柯赫证病律”等）

4.建立了微生物学研究的基本技术

a.固体培养基分离纯化微生物技术

土豆切面→营养明胶→营养琼脂（平皿）

b.培养基的制作及染色技术

柯赫法则：

一种病原物必定存在于患病动物中；

这一病原微生物必能从寄主分离到，并得到纯培养；

分离到的纯培养接种到健康敏感动物，必然出现特有的疾病症状；

从人工接种后发病的动物体，必定能再分离出与原来相同的微生物，并能培养出纯培养。

（六）我国微生物学的发展

1910~1921年：

伍连德,（1879—1960）公共卫生学家,我国检疫、防疫事业的先驱。

对鼠疫和霍乱病原进行了探索和防治，在中国最早建立起卫生防疫机构，培养了第一支预防鼠疫的专业队伍。

在当时这项工作居于国际先进地位。

20~30年代：

对医学微生物有了较多的试验研究，其中汤飞凡等对沙眼病原体的分离和确证是具有国际领先水平的开创性工作。

第2章微生物的纯培养和显微技术

培养物（culture）：

在一定的条件下培养、繁殖得到的微生物群体

混合培养物（mixedculture）：

含有多种微生物的培养物。

纯培养物（pureculture）：

只有一种微生物的培养物

纯培养技术—把特定的（目标）微生物从自然混杂存在的状态中分离、纯化出来，以便被研究和利用

显微技术—包括显微镜的正确使用、显微标本的制作、观察、测定、分析及记录等内容。

第1节微生物的分离和纯培养

无菌技术（aseptictechnique,steriletechnique）：

在分离、转接及培养纯培养物时防止其被其他微生物污染，其自身也不污染操作环境的技术。

灭菌（sterilization）—完全去除或杀死器物表面和内部的一切微生物。

消毒（disinfection）—消灭或减少病原微生物，而不是消灭所有的微生物。

灭菌方法

◆热力灭菌（Heatsterilization）

——干热灭菌（Dryheat）

——湿热灭菌（Moistheat）

◆过滤灭菌（Filtration）

◆化学灭菌（Chemicalagents）

◆辐射灭菌（Radiation）

利用高温杀菌是最重要的灭菌法。

最常用的灭菌方法是高压蒸汽灭菌（autoclaving）,在高压灭菌器（autoclave）中进行，一般培养基的灭菌条件通常为0.1MPa（相当于15lb/in2或1.05kg/cm2），121℃，15~30min。

灭菌的温度及维持的时间随培养基种类和容量等具体情况而定。

有些玻璃器皿也可采用高温干热灭菌，在烘箱内160~170℃处理1h或150℃处理2h。

接种操作：

用接种环（inoculatingloop）或接种针（inoculatingneedle）分离微生物，或在无菌条件下把微生物从一个培养容器转接到另一个培养容器进行培养，是微生物学研究中最常用的基本操作。

一般在无菌条件下进行。

菌落（colony）：

单个（或聚集在一起的一团）微生物在适宜的固体

培养基表面或内部生长、繁殖到一定程度可以形成肉眼

可见的、有一定形态结构的子细胞生长群体。

当固体培养基表面众多菌落连成一片---菌苔（lawn）

采取显微分离法从混杂群体中直接分离单个细胞或单个个体进行培养以获得纯培养，称为单细胞（单孢子）分离法。

根据某种微生物的生长需要，设计一套特定环境条件使之特别适合这种微生物的生长，以便能够从自然界混杂的微生物群体中把这种微生物选择培养出来，这种通过选择培养进行微生物纯培养分离的技术称为选择培养分离。

高温下培养：

分离嗜热细菌

培养基中不含N：

分离固氮菌；

养基加抗生素：

分离抗性菌

富集培养

只有一种微生物的培养物称为纯培养物。

含有二种以上微生物的培养物称为混合培养物。

如果培养物中只含有二种微生物，而且是有意识地保持二者之间的特定关系的培养物称为二元培养物。

二元培养物是保存病毒的最有效途径。

七、菌种保藏

第2节显微镜和显微技术

分辨率（或分辨力）：

能辨别两点之间最小距离的能力

反差：

被观察物区别于背景的程度

分辨率是决定显微镜观察效果的最重要指标，决定于光波的长短和物镜的数值口径

暗视野显微镜：

暗视野显微镜利用特殊的聚光镜实现斜射照明，由样品反射或折射后再进入物镜，这样就在暗视野中见到明亮的物象。

暗视野法主要用于观察活细菌的运动性。

相差显微镜通过其特殊装置——环状光阑（装在聚光镜下面）和环状相（差）板（物镜中），利用光的干涉现象，能将光的相位差转变为人眼可以察觉的振幅差（明暗差），从而使原来透明的物体表现明显的明暗差异，对比度增强。

4.荧光显微镜

原理：

在紫外光照射下，发荧光的物体会在黑暗的背景下表现为光亮的有色物体。

与一般明视野显微镜的主要区别：

a.一般用汞弧光灯的光波

b.暗视野聚光镜

c.滤光片调节光波

透射电子显微镜（transmissionelectronmicroscope,TEM）

1933年，德国人E.Ruska制成了世界上第一台以电子作为“光源”的显微镜——电子显微镜。

与光学显微镜的差异，主要表现在：

a.电子波（波长最短可达到0.005nm）代替光源；

b.电镜镜筒中要求高真空；

c.电镜是用电磁圈来使“光线”汇聚、聚焦；

d.电子像人肉眼看不到，需用荧光来显示或

感光胶片作记录。

2.扫描电子显微镜（scanningelectronmicroscope,SEM）

SEM的造像并不是以电子透射和放大样品，而是以电子束扫描样品，将得到的电信号放大后用显象管显像。

SEM主要被用于观察样品的表面结构。

光学显微镜的制样

有活体直接观察（压滴法；悬滴法；菌丝埋片法）和染色观察二种基本方法

细菌染色法

死菌正染色简单染色法鉴别染色法：

革兰氏染色法抗酸性染色法芽孢染色法

姬姆萨染色法

负染色：

荚膜染色法

活菌：

用美蓝或TTC（氧化三苯基四氮唑）等

作活菌染色

第3章微生物类群与形态结构

第1节真细菌（Eubacteria）

细胞结构

放线菌（Actinomycetes）是具有菌丝、以孢子进行繁殖、革兰氏染色阳性的一类原核微生物，属于真细菌范畴。

根据菌丝的形态与功能不同，分为基内菌丝、气生菌丝与孢子丝三种

菌落形态：

5）分布特点及与人类的关系

放线菌常以孢子或菌丝状态极其广泛地存在于自然界，土壤中最多，其代谢产物使土壤具有特殊的泥腥味。

能产生大量的、种类繁多的抗生素（其中90%由链霉菌产生）有的放线菌可用于生产维生素、酶制制；此外，在甾体转化、石油脱蜡、烃类发酵、污水处理等方面也有应用

少数寄生型放线菌可引起人、动物（如皮肤脑、肺和脚部感染）、植物（如马铃薯和甜菜的疮痂病）的疾病。

链霉菌属（Streptomyces）包括几百个种，是放线菌中种类最多的一个属。

是放线菌中产抗生素最多的属。

支原体（Mycoplasma）：

又称类菌质体，是介于一般细菌与立克次氏体之间的原核微生物。

特性：

1）无细胞壁,只有细胞膜（含类何帕烷hopanoid甾醇）,细胞形态多变；

2）个体很小，能通过细菌过滤器，曾被认为是最小的可独立生活的细胞型生物；

3）可进行人工培养，但营养要求苛刻，菌落微小，呈典型的“油煎荷包蛋”形状；

4）一些支原体能引起人类、牲畜、家禽和作物的病害疾病；

5）应用活组织细胞培养病毒或体外组织细胞培养时，常被支原体污染。

立克次氏体（Rickettsia）是大小介于通常的细菌与病毒之间，在许多方面类似细菌，专性活细胞内寄生的原核微生物。

衣原体（Chlamydia）介于立克次氏体与病毒之间，能通过细菌滤器，专性活细胞内寄

生的一类原核微生物

特性1）细胞结构与细菌类似；

2）介于立克次氏体与病毒之间，细胞呈球形或椭圆形，直径0.2-0.3mm，能通过细菌滤器；

3）专性活细胞内寄生；

4）在宿主细胞内生长繁殖具有独特的生活周期，即存在原体和始体两种形态；

5）衣原体广泛寄于人类、哺乳动物及鸟类，少数致病；

6）衣原体不耐热，60℃10min即被灭活，但它不怕低温，冷冻干燥可保藏多年。

对红霉素、氯霉素、四环素敏感。

一、名词或术语解释

1、缺壁细菌（cellwalldeficientbacteria）

2、L型细菌（L-formofbacteria）

3、芽孢（endospore）

4、伴孢晶体（parasporalcrystal）

5、糖被（glycocalyx）

6、细菌鞭毛（flagellaofbacteria）

7、放线菌（Actinomycetes）

8、支原体（Mycoplasma）

9、立克次氏体（Rickettsia）

10、衣原体（Chlamydia）

11、螺旋体（Spirochete）

二、问答题

1、细菌的一般形态如何？

举例说明。

2、简要说明革兰氏阳性和阴性细菌细胞壁的主要构造，比较异同。

3、简述革兰氏染色法的基本步骤，并解释革兰氏染色反应的机理。

4、试简述四类缺壁细菌的形成、特点和实践意义。

5、试从生理功能、结构组成、运动方式和能量来源等方面比较原核微生物的鞭毛与真核微生物鞭毛的异同。

6、试用表解法对细菌的一般构造和特殊构造作一介绍。

7、简述细菌芽孢的构造、特点、功能及研究芽孢的意义。

8、细菌糖被的特点如何？

有何研究意义？

9、简述放线菌的概念、形态结构、繁殖方式、菌落形态及与人类的关系。

10、支原体、衣原体、立克次氏体的基本特点是什么？

试比较与细菌、病毒的异同。

11、什么是粘细菌（myxobacteria）？

其特点如何？

12、什么是蛭弧菌（Bdellovibrio）？

其特点如何？

13、什么是蓝细菌（Cyanobacteria）？

其特点如何？

14、什么是霉菌（mold）？

简述霉菌的一般形状及其与人类的关系。

15、简述酵母菌（yeast）的概念、特点及与人类的关系。

16、什么是粘菌（slimemolds）？

与粘细菌（myxobacteria）有何区别？

17、什么是藻类（algae）？

其特点如何？

18、什么是原生动物（Protozoa）？

其特点如何？

19、试对真细菌、古生菌和真核微生物的10项主要形态、构造和生理功能、成分作一比较表。

20、比较真细菌与古生菌细胞膜的差别。

第四章微生物的营养

营养物质（nutrient）：

那些能够满足微生物机体生长、繁殖和完成各种生理活动所需的物质。

营养（nutrition）：

微生物获得和利用营养物质的过程。

第1节微生物的营养要求

1、微生物细胞的化学组成

2、营养物质及其生理功能

根据营养物质在机体中生理功能的不同。

可将它们分为碳源、氮源、无机盐、生长因子和水五大类。

（能源6大类）

碳源（carbonsource）：

是指在微生物生长发育过程中为微生物提供碳素来源的物质。

2、功能构成细胞自身的细胞物质，成为机体中有机物分子的骨架，如糖、蛋白质、核酸等；

形成代谢产物，如乙醇、有机酸等；

绝大多数碳素化合物也是微生物的能源物质。

氮源（nitrogensource）是指在微生物生长发育过程中为微生物提供氮素来源的物质。

2、功能构成细胞自身的细胞物质，如蛋白质、核酸等；

形成代谢产物，如谷氨酸等；

一般不作为能源，只有少数自养微生物能利用铵盐、硝酸盐同时作为氮源与能源

能源（energysource）：

为微生物生命活动提供最初能量来源的营养物质或光能。

无机盐（inorganicsalt）无机盐或矿质元素主要可为微生物的生命活动提供除碳、氮源之外的各种重要元素。

生长因子（growthfactor）为微生物正常生命活动所必需而且需要量很小，但微生物自身不能合成或合成量不足以满足机体生长需要的有机化合物。

类型及功能：

维生素——主要是作为酶的辅基或辅酶参与新陈代谢。

氨基酸——是组成蛋白质和酶的结构物质。

嘌呤和嘧啶——主要是作为酶的辅酶或辅基，以及用来合成核苷、核苷酸和核酸。

水活度值（wateractivity,aw）是指在一定的温度和压力条件下，溶液的蒸汽压力与同样条件下纯水蒸汽压力之比，即：

aw=Pw/P0

式中：

Pw——溶液蒸气压力

P0——纯水蒸气压力

三、微生物的营养类型

第2节培养基

培养基（medium）是人工配制的，适合微生物生长繁殖或产生代谢产物的营养基质。

常规高压蒸汽灭菌：

1.05kg/cm2，121.3℃15-30min；0.56kg/cm2，112.6℃15-30min

某些成分进行分别灭菌；过滤除菌。

1、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、营养物的浓度及配比合适

发酵生产谷氨酸时：

碳氮比为4/1时，菌体大量繁殖，谷氨酸积累少；

碳氮比为3/1时，菌体繁殖受到抑制，谷氨酸产量则大量增加。

3、物理、化学条件适宜

pH培养基的pH必须控制在一定的范围内，以满足不同类型微生物的生长繁殖或产生代谢产物。

通常培养条件：

细菌与放线菌：

pH7~7.5

酵母菌和霉菌：

pH4.5~6范围内生长

4、经济节约

5、精心设计、试验比较

培养基的类型及应用

1．按培养对象划分

细菌（牛肉膏蛋白胨培养基）：

牛肉膏5g；蛋白胨10g；NaCl5g；H2O1000mL

放线菌（高氏1号培养基）：

淀粉20g；K2HPO40.5g；NaCl0.5g；MgSO4·7H2O0.5g；

KNO31g；FeSO40.01g；H2O1000mL

酵母菌（麦芽汁培养基）：

干麦芽粉加四倍水，在50℃-60℃保温糖化3-4h，用碘液试验检查至糖化完全为止。

煮沸后，沙布过滤，将滤液稀释到5-6波美度（Be°），调pH为6.0。

霉菌（查氏合成培养基）：

NaNO32g；K2HPO41g；KCl0.5g；MgSO4·7H2O0.5g；

FeSO40.01g；蔗糖30g；H2O1000mL

2．按成份不同划分

天然培养基（complexmedium）以化学成分还不清楚或化学成分不恒定的天然有机物组成

合成培养基（syntheticmedium）由化学成份完全了解的物质配制而成的培养基，

半合成培养基（semi-syntheticmedium由成分未知的天然物质和成分已知的物质配成的培养基

3．根据物理状态划分

1）固体培养基

琼脂（agar）——常用,用量为1.5%~2%,适用绝大多数微生物

明胶——目前已较少采用（见表4-12）

硅胶——适合配制分离与培养自养型微生物的培养基

一些由天然固体基质配成的培养基也属于固体培养基

2）半固体培养基：

琼脂含量一般为0.2%-0.7%。

常用来观察微生物的运动特征、分类鉴定及噬菌体效价滴定等。

3）液体培养基：

未加凝固剂呈液态的培养基。

常用于大规模工业生产以及在实验室进行微生物的基础理论和应用方面的研究。

4．按用途划分

1）基础培养基;含有一般微生物生长繁殖所需的基本营养物质的培养基，也称基本培养基。

2）加富培养基和富集培养基；在普通培养基（如肉汤蛋白胨培养基）中加入某些特殊营养物质制成的一类营养丰富的培养基。

这些特殊营养物质包括血液、血清、酵母浸膏、动植物组织液等。

用来培养营养要求比较苛刻的异养型微生物，

3）鉴别培养基；用于鉴别不同类型微生物的培养基

特定的化学反应，产生明显的特征性变化，

根据这种特征性变化,可将该种微生物与其他微生物区分开来。

4）选择培养基：

用于将某种或某类微生物从混杂的微生物群体中分离出来的培养基

根据不同种类微生物的特殊营养需求或对某种化学物质的敏感性不同，在培养基中加入相应的特殊营养物质或化学物质，抑制不需要的微生物的生长，有利于所需微生物的生长。

伊红和美蓝二种苯胺染料可抑制G+细菌和一些难培养的G—细菌。

在低酸度时，这二种染料结合形成沉淀，起着产酸指示剂的作用。

试样中的多种肠道菌会在EMB培养基上产生相互易区分的特征菌落，因而易于辨。

例如大肠杆菌强烈分解乳糖而产生大量的混合酸，菌体呈酸性，菌落被染成深紫色，从菌落表面的反射光中还可看到绿色金属闪光。

第3节营养物质进入细胞

1、扩散（diffusion）：

营养物质穿透原生质膜，由高浓度的胞外（内）环境向低浓度的胞内（外）进行扩散。

特点：

是非特异性的，是一种最简单的、被动的物质跨膜运输方式，为纯粹的物理学过程，扩散的动力来自浓度差。

2、促进扩散（facilitateddiffusion）：

被动的物质跨膜运输方式；物质运输过程中不消耗能量；不能进行逆浓度运输；运输速率与膜内外物质的浓度差成正比。

（同自由扩散）

通过促进扩散进行跨膜运输的物质需要借助与载体蛋白的作用才能进入细胞；每种载体只运输相应的物质，具有较高的专一性；促进扩散的速率比单纯扩散快。

（不同）

通过促进扩散进入细胞的营养物质主要有氨基酸、单糖、维生素及无机盐等。

3、主动运输（activetransport）

在物质运输过程中需要消耗能量可以进行逆浓度运输

运输过程需要载体蛋白载体蛋白具有专一性

1、初级主动运输（primaryactivetransport）

是由电子传递系统、ATP酶或细菌嗜紫红质引起的质子运输方式（即是一种质子的主动运输方式）。

呼吸能、化学能和光能的消耗，引起胞内质子（或其他离子）外排，导致原生质膜内外建立质子浓度差，使膜处于充能状态，即形成能化膜（energizedmembrane）。

2、次级主动运输（secondaryactivetransport）：

通过初级主动运输建立的能化膜在质子浓度差（或电势差）消失的过程中，往往偶联其他物质的运输（如某些氨基酸、糖和无机离子等），包括三种方式。

同向运输（symport）：

通过同向运输的有某些氨基酸（丙氨酸、丝氨酸、甘氨酸、谷氨酸）、某些糖（半乳糖、岩藻糖、蜜二糖、阿拉伯糖、乳酸）、葡萄糖醛酸及某些阴离子（如HPO42-、HSO4-）等

逆向运输（antiport）、单向运输（uniport）

3、基团转位（grouptranslocation）有一个复杂的运输系统来完成物质的运输；物质在运输过程中发生化学变化；基团转位主要存在于厌氧型和兼性厌氧型细菌中，主要用于糖的运输。

脂肪酸、核苷、碱基等也可通过这种方式运输。

也叫磷酸烯醇式丙酮酸-磷酸糖转移酶运输系统（PTS），简称磷酸转移酶运输系统。

4、Na+,K+-ATP酶（Na+,K+-ATPase）系统：

该酶利用ATP的能量将Na+由细胞内“泵”出胞外，并将K+“泵”入胞内。

该酶有大小两个亚基组成，大亚基可被磷酸化，常将该酶称为“Na+,K+-泵”。

机制：

四、膜泡运输（memberanevesicletransport）：

膜泡运输主要存在于原生动物中，特别是变形虫（amoeba），为这类微生物的一种营养物质的运输方式）。

第五章微生物的代谢

第一节代谢概论

代谢（metabolism）：

是细胞内发生的各种化学反应的总称

分解代谢（catabolism）（异化作用）生物大分子分解为生物小分子产生能量

合成代谢（anabolism）（同化作用）生物小分子合成为生物大分子消耗能量

微生物代谢的特点是代谢旺盛，代谢类型多样化。

第2节微生物代谢产能

生物氧化：

就是发生在或细胞内的一切产能性氧化反应的总称。

化能异养微生物的生物氧化：

生物氧化的形式——按化学本质划分：

包括某物质与氧结合、脱氢或失去电子3种；

生物氧化的过程——按氢状态划分：

脱氢（或电子）、递氢（或电子）和受氢（或电子）3个阶段；

生物氧化的功能——按产物划分：

能量（ATP）、还原力[H]、小分子中间代谢物3种；

生物氧化的类型——按最终电子受体划分呼吸（有氧呼吸、无氧呼吸）和发酵2种。

生物体内葡萄糖被降解成丙酮酸的过程称为糖酵解。

微生物糖酵解的4条途径EMP途径；HM途径；ED途径；WD（磷酸解酮酶）途径

EMP途径（Embden-Meyerhof-Parnaspathway）又称己糖二磷酸途径、糖酵解途径等）可概括为两个阶段（耗能和产能）、3种产物和10个反应。

总反应可表示如下：

主要生理功能：

供应ATP形式的能量和NADH+H+形式的还原力；

是连接其他几个重要代谢途径的桥梁，包括TCA、HM途径和ED途径；

为生物合成提供多种中间代谢物；

通过逆向反应可进行多糖合成。

EMP途径在生产实践方面的意