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

六、参考书及多媒体辅助课件

1．《微生物学教程》，周德庆，高等教育出版社，1993

2．“Microbiology:

AnIntroduction:

ChemistryofLife:

BacteriaIDCD-ROM,andStudentTutorialCD-ROM”，GerardJ.TortoraBerdellR.FunkeChristineL.Case，AddisonWesleyLongman,Inc.，1999

3．“Brock'sBiologyofMicroorganism9TH”，MichaelT.MadiganJohnM.MartinkoJackParker，PrenticeHall，1999

4．“Microbiology”，LansingM.Prescott,DonaldKlein,JohnHarley，McGraw-HillHigherEducation，2002及其中译本“微生物学”，沈萍、彭珍荣主译，高等教育出版社，2003

5．“MicrobeZoo”CD-ROM,theMichiganStateUniversityBoardofTrustees,1998

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

《微生物学实验》教学大纲

微生物学教学组

（二00三年八月二十八日）

一、本课程的性质和任务

   微生物学实验是生物学重要的基础课之一，特别是随着分子生物学的发展与拓宽，微生物学方法与技术显得尤为重要。

此外，医学、农学、林学等学科，甚至地质学、太空学等也需微生物的方法与技术。

因此，熟悉掌握微生物学方法与技术，对其它很多学科的发展有直接的影响。

无菌操作技能和无菌概念的建立是微生物学实验中最重要的内容，由于微生物学实验结果的观察有的需几天后再观察，这样学生需常到实验室来，花费时间较多。

本课程的任务：

1.微生物学实验主要任务是使学生掌握研究与应用微生物的主要方法与技术，包括经典的、常规的、以及现代的方法与技术，使学生具有适应于从事相关学科的基础理论研究与实际生产应用的微生物学实验技能。

2.    与微生物学基础理论课紧密结合，使学生将理性知识与感性认识有机地结合，将书本知识用于实验，在实验中更深地理解基础理论，提高学生的综合能力与创新意识。

3.    提高学生分析问题和解决问题的能力。

根据本学科的特点，逐步使学生认识微生物的基本特性，比较它们与其它生物的相似和不同之处，知道如何研究微生物以及对研究中所出现的问题点样分析，并加以解决。

二、教学要求与教学方法

1.教学要求

1） 注重微生物学基础实验技能的掌握与提高，克服盲目追求新颖而忽视基础的倾向；

2）    实验课前要预习，明确每次实验的目的与基本步骤；

3）    在实验中要有严紧的科学态度，尊重事实与实验结果，要善于发现新现象；

4）    树立密切合作的风气，包括学生与老师、班与班、组与组、组长与组员之间的密配合。

2.教学方法

1）    以学生自己动手为主，老师在适当时间予以提示；

2）    对实验中所出现的一些现象多向学生提出问题，使它们学会分析结果，并与理论知识有机结合；

3）    根据实验的进行程度，引导学生更深入思考，逐步树立他们的创新意思；

4）    严格要求使操作技能规范化，老师作示范，强调其要点学生自己练。

三.教学学时分配与安排

     本课程讲授按每周4学时安排，全学期共16周。

实验一：

1.本学期教学计划安排及要求；2.环境微生物的检测；3.灭菌器皿的准备

实验二 ：

 1.微生物菌落形态的观察；2.细菌简单染色及个体形态的观察

实验三：

1.酸奶的制作； 2.革兰氏染色（革兰氏阳性菌、阴性菌）       

实验四：

培养基的配制         

实验五：

神农架自然保护区土壤样品中微生物的分离与纯化     

实验六：

 1.放线菌的形态结构（试管法）；2.霉菌形态结构的观察（压片法等）    

实验七：

 1.酵母菌死活染色及形态观察；2.细菌的鞭毛染色与运动性观察    

实验八：

 1.平板计数法；2.光电计数法；3.直接计数法（显微镜）        

实验九：

1.大分子物质的水解试验；2.糖发酵试验；3.IMViC试验    

实验十：

 1.化学因素；2.生物因素；3.物理因素    

实验十一-----十二：

1.东湖水体中微生物的检测；2.纯净水中微生物的检测；3.自来水中微生物的检

                     测；4.酸奶中细菌的检查

实验十三：

DNA转化（固体转化法）    

实验十四：

Ames试验     

实验十五：

1.实验问题解答；2.本学期教学总结      

实验十六：

期末考试

四．教学内容和要求

实验一 

[目的要求]

1.证明实验室环境与体表存在微生物。

2.比较来自不同场所与不同条件下细菌的数量和类型。

3.观察不同类群微生物的菌落形态特征。

4.体会无菌操作的重要性。

[实验原理]

平板培养基含有细菌生长所需要的营养成分，当取自不同来源的样品接种于培养基上，在合宜温度下培养，1-2天内每一菌体即能通过很多次细胞分裂而进行繁殖，形成一个可见的细胞群体的集落，称为菌落。

每一种细菌所形成的菌落都有它自己的特点，例如菌落的大小，表面干燥或湿润、隆起或扁平、粗糙或光滑，边缘整齐或不整齐，菌落透明或半透明或不透明，颜色以及质地疏松或紧密等。

因此，可通过平板培养来检查环境中细菌的数量和类型。

[教学内容] 

实验室环境和人体表面微生物的检查

                       实验二

[目的要求]   

1.明确培养基的配制原理。

   2.通过对基础培养基的配制，掌握配制培养基的一般方法和步骤。

[实验原理]

   牛肉膏蛋白胨培养基是一种应用最广泛和最普通的细菌基础培养基，有时又称为普通培养基，由于这种培养基中含有一般细菌生长繁殖所需要的最基本的营养物质，所以可供作微生物生长繁殖之用。

基础培养基含有牛肉膏，蛋白胨和NaCl。

其中牛肉膏为微生物提供碳源、能源、磷酸盐和维生素，蛋白胨主要提供氮源和维生素，而NaCl提供无机盐。

由于这种培养基多用于培养细菌，因此要用稀酸或稀碱将其pH调至中性或微碱性，以利于细菌的生长繁殖。

[教学内容]

牛肉膏蛋白胨培养基的制备

                      实验三 

[目的要求]

   通过对高氏Ⅰ号培养基的配制、掌握配制合成培养基的一般方法。

[实验原理]

   高氏Ⅰ号培养基是用来培养和观察放线菌形态特征的合成培养基。

如果加入适量的抗菌药物（如各种抗生素、酚等），则可用来分离各种放线菌。

此合成培养基的主要特点是含有多种化学成分已知的无机盐，这些无机盐可能相互作用而产生沉淀。

此外，合成培养基有的还要补加微量元素。

[教学内容]

   高氏Ⅰ号培养基的制备

实验四 

[目的要求]

通过对分离真菌的马丁氏（Martin）培养基配制、掌握选择培养基的配制方法，并确选择的原理。

[实验原理]

马丁氏培养基是一种用来分离真菌的选择性培养基。

这种培养基的特点是培养基中加入的孟加拉红和链霉素能有效的抑制细菌和放线功菌的生长，而对真菌无抑制作用，因而真菌在这种培养基上可以得到优势生长，从而达到分离真菌的目的。

[教学内容]

    马丁氏培养基的制备

实验五 

[目的要求]

1.了解干热灭菌的原理和应用范围。

2.学习干热灭菌的操作技术。

[实验原理]

干热灭菌是利用高温使微生物细胞内的蛋白质凝固变性而达到灭菌的目的。

细胞内的蛋白质凝固性与其本身的含水量有关，在菌体受热时，当环境和细胞内含水量越大，则蛋白质凝固就越快，反之含水量越小，凝固缓慢。

[教学内容]

干热灭菌

实验六

[目的要求]

1.了解高压蒸汽灭菌的基本原理及应用范围。

2.学习高压蒸汽灭菌的操作方法。

[实验原理]

高压蒸汽灭菌是将待灭菌的物品放在一个密闭的加压灭菌锅内，通过加热，使灭菌锅隔套间的水沸腾而产生蒸汽。

从而使沸点增高，得到高于100℃的温度。

导致菌体蛋白质凝固变性而达到灭菌的目的。

[教学内容]

高压蒸汽灭菌

实验七 

[目的要求]

了解紫外线灭菌的原理和方法

[实验原理]

紫外线灭菌是用紫外线灯进行的。

波长为200-300nm的紫外线都有杀菌能力，其中以260nm的杀菌力最强。

在波长一定的条件下，紫外线的杀菌效率与强度和时间的乘积成正比。

紫外线杀菌机制主要是因为它诱导了胸腺嘧啶二聚体的形成和DNA链的交联，从而抑制了DNA的复制。

另一方面，由于辐射能使空气中的氧电离成［O］，再使O2氧化生成自臭氧（O3）或使水（H2O）氧化生成过氧化氢（H2O2）。

O3和H2O2均有杀菌作用。

[教学内容]

紫外线灭菌

实验八

[目的要求]

了解过滤除菌的原理；掌握微孔滤膜过滤除菌的方法。

[实验原理]

过滤除菌是通过机械作用滤去液体或气体中细菌的方法。

根据不同的需要选用不同的滤器和滤板材料。

此法除菌的最大优点是可以不破坏溶液中各种物质的化学成分，但由于滤量有限，所以一般只适用于实验室中小量溶液的过滤除菌。

[教学内容]

微孔滤膜过滤除菌

实验九 

[目的要求]

掌握倒平板的方法和几种常用的分离纯化微生物的基本操作技术。

[实验原理]

从混杂的微生物群体中获得只含有某一种或某一株微生物的过程称为微生物的分离与纯化。

常用的方法