微生物学教程周德庆第三版重点17章.docx
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微生物学教程周德庆第三版重点17章
微生物学教程（周德庆第三版）重点1-7章
绪论微生物与人类
微生物是一切肉眼看不见或看不清的微小生物的总称。
个体微小（一般小于0.1nm）、构造简单。
微生物种类：
①原核类：
细菌（真细菌，古生菌），放线菌，蓝细菌，枝原体，立克次氏体，衣原体。
②真核类：
真菌（酵母菌，霉菌，蕈[xun]菌），原生动物，显微藻类。
③非细胞类：
病毒，亚病毒（类病毒，拟病毒，朊病毒）。
微生物五大共性：
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。
第一章原核生物的形态、构造和功能
一般构造：
细胞壁，细胞膜，细胞质，核区。
特殊构造：
鞭毛，菌毛，性菌毛，糖被（包括荚膜和粘液层）和芽孢，伴孢晶体。
细胞壁是细胞的外被，主要成分肽聚糖。
功能：
①固定细胞外形和提高机械强度②为细胞生长、分裂和鞭毛运动所必需③阻拦大分子有害物质（某些抗生素和水解酶）进入细胞④赋予细菌特定的抗原性以及对抗生素和噬菌体的敏感性⑤与革兰氏染色反应密切相关
革兰氏阳性细菌细胞壁：
磷壁酸，脂磷壁酸，肽聚糖。
厚度大（20层），90%肽聚糖和10%磷壁酸。
革兰氏阴性细菌细胞壁：
肽聚糖，脂蛋白，磷脂，脂多糖，孔蛋白，外膜蛋白。
壁薄，层次多，成分复杂，机械强度较弱。
革兰氏染色法：
涂片固定→结晶紫初染→碘液媒染→乙醇脱色→番红覆染
阳性菌：
紫色。
阴性菌：
红色。
缺壁细菌1.实验室中形成：
①自发缺壁突变：
L型细菌。
②人工方法去壁：
彻底除尽（原生质体）、部分去除（球状体）2.自然界长期进化中形成：
枝原体。
L型细菌：
专指稳定的L型即那些实验室或宿主体内通过自发突变而形成的遗传性稳定的细胞壁缺损菌株。
芽孢形成：
①DNA浓缩，形成束状染色体；②细胞膜内陷，细胞发生不对称分裂，其中小体积部分即为前芽孢；③前芽孢的双层隔膜形成，这时芽孢的抗热性提高；④在上述两层隔膜间充填芽孢肽聚糖后，合成DPA-Ca（吡啶2，6-二羟酸钙），开始形成皮层，再经脱水，使折光率提高；芽孢衣合成结束；⑥皮层合成完成，芽孢成熟，抗热性出现；⑦芽孢囊裂解，芽孢游离外出。
渗透调节皮层膨胀学说：
芽孢的耐热性在于芽孢衣对多价阳离子和水分的透性很差以及皮层的离子强度很高，这就使皮层产生了极高的渗透压去夺取芽孢核心中的水分，其结果造成皮层的充分膨胀和核心的高度失水，正是这种失水的核心才赋予了芽孢极强的耐热性。
放线菌：
是一类主要呈菌丝状生长和一孢子繁殖的陆生性较强的原核生物。
也可以将其定义为一类主要呈丝状生长和以孢子繁殖的革兰氏阳性细菌。
枝原体，立克次氏体，衣原体寄生性逐步增强，是介于细菌和病毒间的一类原核生物。
枝原体的特点：
①细胞很小，光镜下勉强可见；②细胞膜含甾[zai]醇，比其他原核生物的膜更坚韧；③因无细胞壁，故呈革兰氏阴性细菌且形态易变，对渗透压较敏感，对抑制细胞壁合成的抗生素不敏感；④菌落小（0.1~1.0mm），在固体培养基表面呈特有的“油煎蛋”状；⑤以二分裂和出芽等方式繁殖；⑥能在含血清、酵母菌和甾醇等营养丰富的培养基上生长；⑦多数能以糖类作能源，能在有氧或无氧条件下进行氧化型或发酵型产能代谢；⑧基因组很小，仅为0.6~1.1Mb；⑨对能抑制蛋白质生物合成的抗生素（四环素，红霉素等）和破坏含甾醇的细胞膜结构的抗生素（两性霉素、制霉菌素等）都很敏感。
衣原体特点：
①有细胞构造；②细胞内同时含有DNA和RNA两种核酸；③有细胞壁（但缺肽聚糖），革兰氏阴性；④有核糖体；⑤缺乏产生能量的酶系，须严格细胞内寄生；⑥以二分裂方式繁殖；⑦对抑制细菌的抗生素和药物敏感；⑧只能使用鸡胚卵黄囊膜、小白鼠腹腔或HeLa细胞组织培养物等活体进行培养。
第二章真核微生物的形态，构造和功能
真核生物是一大类细胞核具有核膜，能进行有丝分裂，细胞质中存在线粒体或同时存在叶绿体等多种细胞器的生物。
真菌、显微藻类和原生动物等是属于真核生物类的微生物，故称为真核微生物。
比较项目
真核生物
原核生物
细胞核
核膜
有
无
DNA含量
低（约5%）
高（约10%）
组蛋白
有
无
核仁
有
无
染色体数
一般＞1
一般为1
有丝分裂
有
无
减数分裂
有
无
生理特征
氧化磷酸化部位
线粒体
细胞膜
真菌特点：
①无叶绿素，不能进行光合作用；②一般具有发达的菌丝体；③细胞壁多含几丁质；④营养方式为异养吸收性；⑤以产生大量无性和有性孢子的方式进行繁殖；⑥陆生性较强。
酵母菌特点：
①一般以单细胞非菌丝状态存在；②多数营出芽繁殖；③能发酵糖类产能；④细胞壁常含甘露聚糖；⑤常生活在含糖较高、酸度较大的水生环境中。
酵母菌细胞壁外层为甘露聚糖，内层为葡聚糖。
细胞膜由三层结构组成：
球状蛋白，磷脂，甾醇。
（成分：
蛋白质，脂质，糖类）
酵母菌繁殖方式：
无性——芽殖、裂殖、产无性孢子。
有性（产子囊孢子）。
营养菌丝体：
密布在固体培养基质内部，主要执行吸取营养物功能的菌丝体。
伸展到空间的菌丝体称为气生菌丝体。
第三章病毒和亚病毒因子
非细胞生物：
①真病毒；②亚病毒因子：
类病毒、拟病毒、卫星病毒、卫星RNA、朊病毒。
病毒是一类由核酸和蛋白质等少数几种成分组成的超显微“非细胞类生物”，其本质是一类含DNA或RNA的特殊遗传因子。
以感染态和非感染态存在。
离体条件下，以生物大分子状态长期保持其感染活性。
病毒特性：
①形体极其微小，一般都能通过细菌滤器，故必须电镜下观察；②没有细胞结构，主要成分为核酸和蛋白质，故称“生物分子”；③每种病毒只含一种核酸，不是DNA就是RNA；④既无产能酶系，也无蛋白质和核酸合成酶系，只能利用宿主生活细胞内现成代谢系统合成自身蛋白质与核酸；⑤以核酸和蛋白质为“元件”的装配实现其大量繁殖；⑥离体条件下以生物大分子状态存在，并可长期保持其侵染活力；⑦对一般抗生素不敏感，对干扰素敏感；⑧有些病毒的核酸还能整合到宿主基因中，并诱发潜伏性感染。
典型病毒的构造：
衣壳粒，核衣壳（衣壳与核酸），包膜。
对称体制
螺旋对称
无包膜
杆状：
烟草花叶病毒（TMV）等
丝状：
大肠杆菌的fl、fd、M13噬菌体等
有包膜
卷曲状：
流感病毒等
弹状：
狂犬病毒等
二十面体对称
无包膜
小型：
脊髓灰质炎病毒等
大型：
腺病毒等
有包膜
疱疹病毒等
复合对称
无包膜
大肠杆菌的T偶数噬菌体等
有包膜
痘苗病毒
噬菌体的繁殖：
吸附，侵入，增殖（复制与生物合成），成熟（装配），裂解（释放）。
噬菌体的增殖：
以核酸的遗传信息向宿主细胞发出指令并提供“蓝图”，使宿主细胞的代谢系统适度改造，合成噬菌体所特有的组分和“部件”，所需原料可通过宿主细胞原有核酸等或从外界环境中取得。
当噬菌体的dsDNA注入宿主细胞后，首先是设法利用宿主细胞内原有的RNA聚合酶转录出噬菌体的mRNA，再由这些mRNA进行翻译，以合成噬菌体特有的蛋白质。
这一过程为早起转录，由此产生的mRNA称早起mRNA，其后的翻译称早期翻译，而产生的蛋白质则称早期蛋白。
早期蛋白种类很多，最重要的是一种只能转录噬菌体次早期基友的次早期mRNA聚合酶；而在T4等噬菌体中，起早期蛋白则称更改蛋白，特点是它本身并无RNA聚合酶的功能，却可与宿主细胞内原有的RNA聚合酶结合以改变后者的性质，把它改造成只能转录噬菌体次早期基因的酶。
至此，噬菌体已能大量合成其自身所需的mRNA了。
利用早期蛋白中新合成的或更改后的RNA聚合酶来转录噬菌体的次早期基因，借以产生早期mRNA的过程，称为次早期转录，由此合成的mRNA称为次早期mRNA，进一步翻译即为此早期翻译，其结果产生了多种次早期蛋白，例如分解宿主细胞DNA的DNA酶，复制噬菌体DNA和DNA聚合酶，HMC（5-羟甲基胞嘧啶）合成酶，以及供晚期基因转录的晚期mRNA聚合酶等。
晚期转录是指在新的噬菌体DNA复制完成后对晚期基因所进行的转录作用，其结果产生了晚期mRNA，由它再经晚期翻译后，就产生了一大批可用于子代噬菌体配装用的“部件”——晚期蛋白，包括头部蛋白，尾部蛋白，各种装配蛋白和溶菌酶等。
噬菌斑：
在涂布有敏感宿主细胞的固体培养基表面，若接种上相应噬菌体的稀释液，其中每一噬菌体粒子由于先侵染和裂解一个细胞，然后以此为中心，再反复侵染和裂解周围大量的细胞，结果就会在菌苔上形成一个具有一定形状、大小、边缘和透明度的噬菌斑。
定量描述烈性噬菌体生长规律的实验曲线，称做一步生长曲线。
（1）潜伏期：
隐晦期和包内积累期；
（2）裂解期；（3）平稳期。
温和噬菌体侵入相应的宿主细胞后，由于前者的基因整合到后者的基因组上，并随后者的复制而进行同步复制。
这种温和噬菌体的侵入不引起宿主细胞裂解，即为溶源性。
宿主成为溶源菌。
噬菌体的侵入和增殖之间分为裂解性周期和溶源性周期。
植物病毒大多数为ssRNA百病毒。
凡在核酸和蛋白质两种成分中，只含其中之一的分子病原体或是由缺陷病毒构成的功能不完整的病原体称为亚病毒因子。
类病毒是一类只含RNA一种成分、专性寄生在活细胞内的分子病原体。
拟病毒又称类类病毒或壳内类病毒，是指一类包裹在真病毒粒中的有缺陷的类病毒。
朊病毒又称“普利昂”或蛋白侵染子，是一类不含核酸的传染性蛋白质分子。
朊病毒与真病毒的主要区别：
①呈淀粉样颗粒状；②无免疫原性；③无核酸成分；④由宿主细胞内的基因编码；⑤抗逆性强，能耐紫外线辐射，杀菌剂和高温。
第四章微生物的营养和培养基
微生物的六类营养要素：
碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐、水。
一切能满足微生物生长繁殖所需碳元素的营养源称为碳源。
凡能提供微生物生长繁殖所需氮元素的营养源称为氮源，氮是构成重要生命物质蛋白质和核酸的主要元素，一般不提供能量。
能为微生物生命活动提供最初能量来源的营养物或辐射能称为能源。
生长因子是一类对调节微生物正常代谢所必须，但不能用简单的碳、氮自行合成的微量有机物。
狭义的生长因子指维生素。
除此之外，还包括碱基、卟啉及其衍生物、甾醇、胺类、C4~C6的分支或直链脂肪酸，有时还包括氨基酸营养缺陷突变株所需的氨基酸。
无机盐有大量元素和微量元素。
营养类型
能源
氢供体
基本碳源
实例
光能自养型
光
无机物
CO2
蓝细菌、紫硫细菌、绿硫细菌、藻类
光能异养型
光
有机物
CO2及简单有机物
紫色非硫细菌
化能自养型
无机物
无机物
CO2
硝化细菌，硫化细菌、铁细菌、硫细菌、硫磺细菌等
化能异养型
有机物
有机物
有机物
绝大多数原核生物、全部真菌和原生动物
（按它们对能源、氢供体和基本碳源的需要来区分）
基因移位指一类既需要特异性载体蛋白的参与，又需耗能的一种物质运送方式，其特点是溶质在运送前后还会发生分子结构的变化，因此不同于一般的主动运输。
其运送机制主要靠磷酸转移酶系统。
第五章微生物的新陈代谢
生物氧化就是发生在活细胞内的一系列产能性氧化反应的总称。
生物氧化的形式包括某物质与氧结合、脱氢和失去电子三种：
生物氧化的过程可分为脱氢、递氢和受氢（或电子）三个阶段；生物氧化的功能有产能（ATP）、产还原力[H]和产小分子中间代谢产物三种；而其类型包括呼吸、无氧呼吸和发酵三种。
EMP途径的生理功能：
①供应ATP形式的能量和NADH2形式的还原力；②是链接其他几个重要代谢产物途径的桥梁；③为生物合成提供多种中间代谢产物；④通过逆向反应可进行多糖合成。
HMP途径意义：
①供应合成原料，为核酸、核苷酸、NAD（P）+、FAD（FMN）和CoA等的生物合成提供戊糖磷酸，赤藓糖-4-磷酸是合成芳香族；②产还原力，不仅可供脂肪酸、固醇等生物合成之需，还可供通过呼吸链产生大量能量之需；③作为固定二氧化碳的中介；④扩大碳源利用范围；⑤连接EMP途径。
TCA循环的特点（意义）：
①氧气不直接参与其中反应，但必须在有氧条件下运转；②每分子丙酮酸可产4个NADH+H+、一个FADH2和一个GTP，总共相当于15个ATP，因此产能效率极高；③TCA位于一切分解代谢和合成代谢中的枢纽地位，不仅可为微生物的生物合成提供各种碳架原料，而且还与人类的发酵生产紧密相关。
呼吸又称好氧呼吸，是一种最普遍又最重要的生物氧化或产能方式。
呼吸链是指位于原核生物细胞膜上或真核生物线粒体膜上的、由一系列氧化还原电势呈梯度差的。
链状排列的一组氢（或电子）传递体。
氧化磷酸化又称电子链磷酸化，是指呼吸链的递氢（或电子）和受氢过程与磷酸化反应相偶联并产生ATP的作用。
无氧呼吸又称厌氧呼吸，指一类呼吸链末端的氢受体为外源无机氧化物（少数为有机氧化物）的生物氧化。
发酵：
指在无氧等外源氢受体的条件下，底物脱氢后所产生的还原力[H]未经呼吸链传递而直接交某一内源性中间代谢物接受，以实现底物水平磷酸化产能的一类生物氧化反应。
底物水平磷酸化：
指高能化合物的放能水解作用与基团转移相偶联的ATP合成作用，不包括光合磷酸化或呼吸链中氧化磷酸化的ATP生成过程。
凡在分解代谢和合成代谢中具有功能的代谢途径称为两用代谢途径。
代谢物回补顺序又称代谢物补偿途径或添补途径，指能用两种代谢途径中因合成代谢而消耗的中间代谢产物的那些反应。
通过这种机制，一旦制药产能途径中某种关键中间代谢产物必须被大量用作生物合成原料而抽走时，仍可保证能量代谢的正常进行。
经常以较高浓度存在的“常规部队”叫组成酶，只有当其分解底物或有关诱导物存在时才会合成的“机动部队”叫诱导酶。
第六章微生物的生长极其控制
同步培养技术既设法使某一群体中所有个体细胞尽可能都处于同样细胞生长和分裂周期中，然后通过分析此群体在各阶段的生物化学特性变化，来间接了解单个细胞的相应变化规律。
这种通过同步培养的手段而使细胞群体中各个体处于分裂步调一致的生长状态叫同步生长。
定量描述液体培养基中微生物群体生长规律的实验曲线叫生长曲线。
分为延滞期、指数器、稳定期和衰亡期。
延滞期又称停滞期、调整期或适应期。
指少量单细胞微生物新鲜培养液中后，在开始培养的一段时间内，因代谢系统适应新环境的需要，细胞数目没有增加的一段时期。
特点：
①生长速率常数为零；②细胞形态变大或增长；③细胞内的RNA尤其是rRNA含量增高，原生质呈嗜碱性；④合成代谢十分活跃，核糖体、酶类和ATP的合成加速，易产生各种诱导酶；⑤对外界不良条件如NaCl溶液浓度、温度和抗生素等理、化因素反应敏感。
指数期又称对数期，指在生长曲线中，紧接着延滞期的一段细胞数以几何级数增长的时期。
特点：
①生长速率常数R最大，因而细胞每分裂一次时间——代时或原生质增加一倍所需的倍增时间最短；②细胞进行平衡生长，故菌体各部分的成分十分均匀；③酶系活跃，代谢旺盛。
稳定期又称恒定期或最高生长期。
特点：
生长速率常数R等于零，即处于新繁殖的细胞数与衰亡的细胞数相等，或正生长与负生长相等的动态平衡之中。
菌体产量达到最高点，菌体产量与营养物质的消耗间呈现出有规律的比例关系。
衰亡期，微生物的个体死亡速度超过新生速度，整个群体呈现出负生长状态（R为复值）。
细胞形态发生多形化；有的微生物因蛋白水解酶活力的增强而发生自溶；有的微生物在这期会进一步合成或释放对人类有益的抗生素等次生代谢产物。
连续培养是指向培养容器中连续流加新鲜培养液，使微生物的液体培养物长期维持稳定、高速生长状态的一种溢流培养技术，故又称开放培养。
恒浊
恒化
微生物与氧的关系
好氧菌
专性好氧菌
需氧，在正常大气下通过呼吸产能
兼性厌氧菌
以呼吸为主，兼营发酵产能
以呼吸为主，兼营厌氧呼吸产能
微好氧菌
需在微量氧（1.01~3.04kPa）下生活
厌氧菌
耐氧菌
不需氧，只以发酵产能，氧无毒害
（严格）厌氧菌
氧有害或致死，以发酵或无氧呼吸产能
抗生素是一类由微生物或其他生物生命活动过程中合成的次生代谢产物或其人工衍生物，在低浓度时可抑制或干扰其他物种的生命活动。
微生物产生抗药性的原因：
①产生一种能使药物失去活性的酶；②把药物作用的靶位加以修饰和改变；③形成“救护途径”；④使药物不能透过细胞膜；⑤通过主动外排系统把进入细胞内的药物泵出细胞外。
第七章微生物的遗传变异和育种
遗传：
指上一代生物如何将自身的一整套遗传基因稳定的传递给下一代的行为或功能。
遗传型又称基因型，指某一生物个体所含有的全部遗传因子即基因组所携带的遗传信息。
表型指某一生物所具有的一切外表特征和内在特性的总和，是其遗传型在合适环境条件下通过代谢和发育而得到的具体体现。
经典转化实验证明了DNA是遗传信息的物质基础。
噬菌体感染实验证明了DNA中存在着包括合成蛋白质外壳在内的整套遗传信息。
植物病毒的重建实验证明了RNA也是遗传信息的物质基础。
七个水平：
1、细胞水平。
2、细胞核水平。
3、染色体水平。
4、核酸水平。
5、基因水平。
6、密码子水平。
7、核苷酸水平。
凡游离在原核生物核基因组以外，具有独立复制能力的小型共价闭合环状的dsDNA分子，即cccDNA，就是典型的质粒。
含质粒的细胞在正常的培养基上受吖啶类燃料、丝裂霉素C、紫外线、利福平、重金属离子或高温等因子处理时，由于其复制受抑而核染色体的复制继续进行，从而引起子代细胞中不带质粒，叫质粒消除。
质粒在基因工程中的优点：
①相对分子质量小，便于DNA的分离和操作；②呈环状，使其在化学分离过程中能保持性能稳定；③有不受核基因组控制的独立复制起始点；④拷贝数多，使外源DNA可很快扩散；⑤存在抗药性基因等选择性标记，便于含质粒克隆的检出和选择。
F质粒又称F因子、致育因子或性因子，是大肠杆菌等细菌决定性别并有转移能力的质粒。
基因突变简称突变，是变异的一类，泛指细胞内（或病毒体内）遗传物质的分子结构或数量突然发生的可遗传的变化，可自发或诱导产生。
概率很低，一般在百万分之一到亿分之一。
基因突变的七个特点：
①自发性；②不对应性；③稀有性；④独立性；⑤可诱变性；⑥稳定性；⑦可逆性。
Luria等的变量试验和Newcombe的涂布试验证明了自发性；Lederberg等的影印试验证明了不对应性。
诱变育种的原则：
①选择简便有效的诱变剂；②选择优良的出发菌株；③处理单细胞或单孢子悬液；④选用最适的诱变剂量；⑤充分利用复合处理的协同效应；⑥利用和创造形态、生理与产量间的相关指标；⑦设计高效筛选方案；⑧创造新型、高效筛选方法。
艾姆思试验（了解内容P210）
两个独立基因组内的遗传基因，通过一定的途径转移到一起，形成新的稳定基因组的过程，称为基因重组或遗传重组，简称重组。
受体菌直接吸收供体菌的DNA片段而获得后者部分遗传性状的现象，称为转化。
通过转化形成的杂种后代叫转化子。
感受态是指受体细胞最易接受外源DNA片段并能实现转化的一种生理状态。
转化因子（了解内容P218）
转化过程：
①供体菌的dsDNA片段与感受态受体菌细胞表面的膜连DNA结合蛋白相结合，其中一条链被核酸酶切开和水解，另一条进入细胞；②来自供体菌的ssDNA片段被细胞内的感受态特异的ssDNA结合蛋白相结合，并使ssDNA进入细胞，随即在RecA蛋白的介导下与受体菌染色体上的同源区段配对、重组，形成一小段杂合DNA片段；③受体菌染色体组进行复制，于是杂合区也跟着得到复制；④细胞分裂后，形成一个转化子和一个仍保持受体菌原来基因型的子代。
普遍转导是通过极少数完全缺陷噬菌体对供体菌基因组上任何小片段DNA进行“误包”，而将其遗传型传递给受体菌的现象。
（详细了解内容P219）
高频转导裂解物、双重溶源菌。
供体菌通过性菌毛与受体菌直接接触，把F质粒或其携带的不同长度的核基因组片段传递给后者，使后者获得若干新遗传性状的现象叫接合。
大肠杆菌的4种接合型菌株（了解内容P222）
有性杂交一般指不同遗传型的两性细胞间发生的接合和随之进行的染色体重组，进而产生新遗传型后代的一种育种技术。
准性生殖是一种类似于有性生殖，但比他更原始的两性生殖方式，这是一种在同种而不同菌株的体细胞间发生的融合，他可不借减数分裂而导致低频率基因重组并产生重组子。
准性生殖过程：
①菌丝联结；②形成异核体；③核融合；④体细胞交换和单倍体化。
基因工程又称遗传工程，是指人们利用分子生物学的理论和技术，自觉设计、操纵、改造和重建细胞的遗传核心——基因组，从而使生物体的遗传性状发生定向变异，以最大限度地满足人类活动的需要。
基因工程的基本操作：
一、目的基因的取得。
①适当供体物中提取；②逆转录酶作用，由mRNA合成cDNA；③化学方法合成。
二、优良载体的选择。
①是一个相对分子质量较小、结构清楚、有自我复制能力的复制子；②能在受体细胞内大量扩增；③载体上最好只有一个限制性核酸内切酶的切口；④必须有一种选择性遗传标记。
三、目的基因与载体DNA的体外重组。
四、重组载体导入受体细胞进行复制、扩增。
五、重组受体细胞的筛选和鉴定。
六、鉴定外源基因的表达产物。
七、“工程菌”或“工程细菌”的大规模培养。
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