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1、 体积小、比表面积大 大小以um计，但比表面积（表面积/体积）大，（插入表），必然有一个巨大的营养吸收，代谢废物排泄和环境信息接受面。 这一特点也是微生物与一切大型生物相区别的关键所在。 特点1举例 乳酸杆菌：120，000 鸡蛋：1.5 人（200磅）：0.3 2、吸收多、转化快 这一特性为高速生长繁殖和产生大量代谢物提供了充分的物质基础。 特点2举例 重量相同下：乳酸菌：1小时可分解其体 重1000至10000倍乳糖。 人：2.5105 小时消耗自身体重1000倍乳糖。 3、生长旺、繁殖快 极高生长繁殖速度，如E. coli 20-30分钟分裂一次，若不停分裂，48小时2.21043 菌数

2、增加，营养消耗，代谢积累，限制生长速度。 这一特性可在短时间内把大量基质转化为有用产品，缩短科研周期。 也有不利一面，如疾病、粮食霉变。 4、适应强、易变异 极其灵活适应性，对极端环境具有惊人的适应力。 遗传物质易变异。 5、分布广、种类多 分布区域广，分布环境广。 生理代谢类型多，代谢产物种类多，种数多。 五、微生物作用 1、在自然界物质循环中作用 2、空气与水净化，污水处理 3、工农业生产：菌体，代谢产物，代谢活动 4、对生命科学的贡献 六、分支学科 根据不同研究领域和不同研究对象划分 第二节、微生物学发展简史 科学的历史就是科学本身。- 歌德 中国古代酒文化，仪狄作酒，禹饮而甘之。书经若

3、作酒醴，尔惟曲蘖（nie）齐民要术提倡轮作制。 宋真宗时代（公元998-1022 二、国外微生物学发展 1、微生物的发现-形态学时期 Antony Van Leeuwenhock，1632-1723 第一个报告自己观察的人。他观察了几乎每一个想看到的东西，雨水、污水、血液、体液、酒、醋、牙垢等，发现了微生物，称为微动体。 2、微生物学的奠基-生理学时期 Louis Pasteur，1822-1895 他的一生给人类生活带来了史无前例的影响。 （1）证实了微生物活动和否定了微生物自然发生学说。 （2）免疫学-预防种痘 （3）发酵的研究 （4）其他贡献 否定自生说 关于自然发生的争论： 自然发生说

4、（无生源说）：认为微小动物是从无生命的物质自然发生的。 生源说：认为微小动物是从微小动物的种子或胚形成的，存在于空气中。 已进行的实验：1665年，Fracesco Redi 腐肉生蛆实验，否定了动物自生说。 Spallanzani实验，充分加热的有机汁液中长出微生物原因是由于空气将微生物带进了汁液，因而采取完全密封隔绝的封闭法。 18世纪末发现o2 ，意识到o2 是动物生活必需一种气体。 Pasteur实验 1、首先验证了空气中确实含有显微镜可观察到的有机体 2、加热过的空气通入汁液（煮沸过）并不导致微生物生长。 3、在一封闭容器内，对完全灭菌的汁液加上一些收集到的微生物，无例外地引起微生物

5、生长。 4、设计鹅颈瓶进行实验，最终否定自生说。 免疫学贡献 Edward Jenner，1796发明种痘，不了解机制。 Pasteur 1877研究了鸡霍乱、炭疽病和恐水病，发现钝化病原体可以诱发免疫性和预防疾病。 发酵研究 相信一切发酵作用都和微生物的存在及繁殖有关。不同的发酵是由不同的微生物引起的。 发明巴斯德消毒法。 观察丁酸发酵时，发现厌氧生命，提出好氧、厌氧术语。 Robert Koch 1843-1910 1、建立微生物学研究基本技术 （1）分离和纯化细菌：划线法，混合倒平板法。琼脂、培养皿（Petri） （2）设计了培养细菌用的肉汁胨培养液和营养琼脂培养基。 （3）设计了细菌染

6、色技术 2、证实疾病的病原菌学说，提出了柯赫准则。 柯赫准则 1、某一种微生物，当被怀疑是病原体时，它一定伴随着病害而存在。 2、必须能自原寄主分离出这种微生物，并培养成为纯培养。 3、用已纯化的纯培养微生物，人工接种寄主，必须能诱发与原来病害相同病害。 4、必须自人工接种发病的寄主内，能重新分离出同一病原微生物并培养成纯培养。 其他人 Serge Winogradsky,1856-1953,发现微生物的自养生活。 Beijerinck M. W.,1851-1931，发现了非共生固氮菌。 Joseph Lister,1864,提出无菌外科操作技术。 Elie Metchnikoff 发现白细

7、胞的吞噬作用。 Ivanovsky 发现烟草花叶病毒。 P. Ehrlich 现代化疗的开始 3、现代微生物学发展-分子生物学阶段 1、现代发酵工业的形成：1941，Florey & Chain 将青霉素投入生产，是通气培养微生物的开端，将微生物学与工程学结合。 2、微生物代谢作用研究； 1944，Avery 肺炎球菌转化实验，确定DNA是遗传物质，标志着分子生物学的形成。 1953，Watson & Crick 提出DNA双螺旋结构以及半保留复制假说。 3、分子生物学阶段 20世纪70年代，基因工程的发展，工程菌的构建更促进了微生物学的发展。 微生物学推动生命科学的发展 促进许多重大理论问题

8、的突破 对生命科学研究技术的贡献 与人类基因组计划 展望 3节：工业微生物. 3节：工业微生物简介 1、酿酒工业 白酒：四大名酒，五大香型 啤酒、黄酒、葡萄酒（威士忌、白兰地、伏特加、朗姆、金酒） 2、酒精工业 3、溶剂工业（丙酮、丁醇） 4、有机酸工业: 乳酸、柠檬酸、衣康酸、延胡索酸、琥珀酸、苹果酸、酒石酸等。 5、抗生素工业 6、酶制剂工业 7、氨基酸工业 8、酵母工业 9、多糖工业：黄原胶、右旋糖苷、等等 10、石油发酵 11、生物活性物质：核酸类、维生素等 12、其它：微生物农药、沼气发酵、生物制品（菌苗、疫苗） 4节：微生物分类 Microbial taxonomy 分类主要是探索

9、生物之间的亲缘关系，把它们归纳为互相联系的不同类群。 具体任务就是分类、鉴定和命名。 一、分类单位与命名 （一）分类单位: 界,门,纲,目,科,属,种 种是最基本的分类单位,它是一大群表型特征高度相似，亲缘关系极其相近，与同属内其它种有着明显差异的菌株的总称。 种以下又分亚种（变种）,型,类群,菌株（品系） 菌株（品系）（strain）: 表示任何由一个独立分离的单细胞繁殖成的纯种群体及其一切后代。 （二）命名 命名按照国际细菌命名法规,采用林奈氏双名法。 属名 + 种名 +命名人 如大肠杆菌: Escherichia coli （Migula） Castellani & Chalmers 1

10、919 属名:名词,大写首字母,一般描绘主要形态或生理特征。 种名:形容词,小写,代表一个种次要特征。 未确定种名或不指特定的种时，可在属名后加sp.表示。 举例 真菌界 Fungi 真菌门 Eumycophyta 子囊菌纲 Ascomycetes 原子囊亚纲 Protoascomycetes 内孢霉目 Endomycetales 内孢霉科 Endomycetaceae 酵母亚科 Sacchromycetoideae 酵母属 Sacchromyces 酿酒酵母 S. cerevisiae Hansen 二、分类依据 1、形态特征（个体和群体） 细胞形态：形状、大小、排列、染色反应等。 培养：固

11、体- 菌落，半固体- 穿刺，液体。 2、生理生化反应 营养要求：碳源、氮源、营养类型 代谢产物：种类、产量、显色反应 酶：产酶种类、反应特性 3、生态学特征 相互关系、宿主种类、与氧关系等。 4、生活史 5、血清学反应 近年又发展了红外光谱，GC含量，DNA杂交等。 三、分类方法 （一）经典分类法 随机地和不系统地根据一些特征进行分类。主要是形态、生理生化特征。 （二）数值分类法 根据较多特征分类，每一特征地位相同。 1、每一菌株为一操作单位，确定很多特征（50-60 个） 2、比较菌株间的最大相似性 阳性和阴性符合的总和 - 100% 总的测定数 - 无效测定数 85%为同种，65%为同属

12、3、据数值绘出矩阵图并转换成树状谱。 （三）分子与遗传方法 1、DNA碱基组成：GC% 相同不能说明是同种，但不同则肯定不是同种。 差别10%不是同种，10%可能是同种。 2、核酸分子杂交 比较碱基顺序的同源性 3、16s rRNA寡核苷酸编目分析 水解rRNA产生一系列寡核苷酸片段，顺序分析。 近年来，采用红外、核磁、电镜等新技术越来越广泛。 四、分类系统 原核生物： 伯杰氏细菌鉴定手册第8版，1973 伯杰氏系统细菌学手册第9版，1984 真菌：Ainsworth （1973）系统 酵母：Lodder分类系统 菌种鉴定工作三部曲 1、获得该微生物的纯培养 2、测定一系列必要的鉴定指标 3、

13、查找权威性鉴定手册 一章：微生物类群与形态结构 非细胞型：病毒 细胞型：原核微生物：细菌、放线菌等， 无明显核，也无核膜、核仁。 真核微生物：酵母菌、霉菌， 有明显核，有核膜、核仁。 1节：细菌 Bacteria 是微生物一大类群，主要研究对象。 细菌是单细胞的，大小在1um左右，1000倍以上显微镜才能看到其形状。一、细菌的形态和大小 （一）基本形态 1、球菌 Coccus：球形或近球形，根据空间排列方式不同又分为单、双、链、四联、八叠、葡萄球菌。不同的排列方式是由于细胞分裂方向及分裂后情况不同造成的。 2、杆菌 Bacillus （Bacterium）：杆状或圆柱形，径长比不同，短粗或细长

14、。是细菌中种类最多的。 3、螺旋菌 Spirillum：是细胞呈弯曲杆状细菌统称，一般分散存在。根据其长度、螺旋数目和螺距等差别，分为弧菌Vibrio（菌体只有一个弯曲，形似C字）和螺旋菌（螺旋状，超过1圈）。 与螺旋体 Spirochaeta 区别：无鞭毛。 细菌形态不是一成不变的，受环境条件影响（如温度、培养基浓度及组成、菌龄等） 异常形态 一般，幼龄，生长条件适宜，形状正常、整齐。老龄，不正常，异常形态。 畸形：由于理化因素刺激，阻碍细胞发育引起。 衰颓形：由于培养时间长，细胞衰老，营养缺乏，或排泄物积累过多引起。 （二）细菌大小 如何测量：显微测微尺 球菌直径0.5-1um 杆菌直径0

15、.5-1um ，长为直径1-几倍 螺旋菌直径03-1um，长1-50um 细菌大小也不是一成不变的。 细胞重量10-13-10-12g ，每g细菌 二、细菌细胞结构 研究细菌细胞结构是分子生物学重要内容之一，有了电子显微镜才有可能。 其结构分为基本结构和特殊结构。 基本结构是细胞不变部分，每个细胞都有，如细胞壁、膜、核。 特殊结构是细胞可变部分，不是每个都有，如鞭毛、荚膜、芽孢。 （一）基本结构 1、细胞壁 cell wall：位于细胞表面，较坚硬，略具弹性结构。 功能：1）维持细胞外形；2）保护细胞免受机械损伤和渗透压危害；3）鞭毛运动支点；4）正常细胞分裂必需；5）一定的屏障作用；6）噬菌

16、体受体位点所在。另外与细菌的抗原性、致病性有关。 革兰氏染色 Cristein Gram，1884发明（Koch实验室） 染色过程： 凡是不能被乙醇脱色，呈蓝紫色，称为革兰氏阳性菌 G+ 凡是经乙醇脱色，呈复染剂颜色，称为革兰氏阴性菌 G- 结果不同主要是细胞壁组成及结构差异造成的。 （1）革兰氏阳性菌 Gram positive 以金黄色葡萄球菌为例，Staphylococcus aureus 细胞壁构成：一连续层，厚20-80nm 两部分：网状骨架：微纤丝组成 基质：骨架埋于基质中 化学组成：主要是肽聚糖和磷壁酸 肽聚糖 peptidoglycan （粘肽、胞壁质） 大分子复合体，许多亚单

17、位交联而成。 亚单位 1）双糖单位：N-乙酰胞壁酸（NAM）和N-乙酰葡萄糖胺（NAG）通过-1，4糖苷键相连而成。 2）短肽：L-Ala-D-Glu-L-Lys-D-Ala 3） 肽桥：短肽之间连接。 短肽全部或部分连至NAM上，短肽之间也有连接，组成一网状结构。 肽聚糖是细菌细胞壁特有成分，也是原核微生物特有成分（古生菌没有） 磷壁酸 teichoic acid （垣酸） G+特有成分。 多元醇与磷酸复合物，通过磷酸二酯键与NAM相连。 根据多元醇不同，有甘油型、核糖醇型等5种类型。 主要功能：使壁形成负电荷环境，吸附二价金属离子，维持壁硬度和一些酶活性。还可提供噬菌体位点。 （2）革兰氏

18、阴性菌 Gram negative 以大肠杆菌为例： 内壁层：厚2-3 nm，单（双）分子层，由肽聚糖构成。 与G+区别：交联低；DAP取代 L-Lys；肽桥。 外壁层：内层：脂蛋白层，以脂类部分与肽聚糖相连。中层：磷脂层。外层：脂多糖层，外壁重要成分，8-10 nm。脂多糖 lipopolysaccharide LPS G-特有成分。 结构：类脂A + 核心多糖 + O-侧链 1）内毒素物质基础；2）吸附镁、钙离子；3）决定G-表面抗原；4）噬菌体受体位点。 钙离子是维持LPS稳定性所必需的。 D-AA存在优点 G+与G-比较 革兰氏染色机制 在细胞壁与细胞膜之间，有周质空间（隙），含水解酶

19、、载体蛋白等。 （3）细胞壁缺陷细菌 1、原生质体protoplast：人工条件下用溶菌酶除去细胞壁或用青霉素抑制细胞壁合成后，所留下的部分。一般由G+形成。 2、球形体spheroplast：残留部分细胞壁，一般由G-形成。有一定抗性。 特点：对渗透压敏感；长鞭毛也不运动；对噬菌体不敏感；细胞不能分裂等。 3、细菌 L型：一种由自发突变形成的变异型，无完整细胞壁，在固体培养基表面形成 油煎蛋 状小菌落。 4、支原体：长期进化形成。 2、细胞膜 cell membrane 在细胞壁与细胞质之间的一层柔软而富有弹性的半透性膜。厚7-8nm。蛋白和磷脂，蛋白含量高达75%，种类也多。膜不含甾醇类。

20、 膜结构（插入） 1）高度选择透性膜，物质运输：2）渗透屏障，维持正常渗透压；3）重要代谢活动中心；4）与壁、荚膜合成有关；5）鞭毛着生点，供运动能量。 3、间体 mesosome（中质体） 细胞膜内陷形成。1）拟线粒体，呼吸酶系发达。 2）与壁合成，核分裂，芽孢形成有关。 4、细胞核 nuclear body 核质体 原核无明显核，一反差弱的核区。无核膜、核仁、固定形态，结构简单，细胞分裂前核分裂。一般单倍体。 成分：DNA：环状双链，超线圈结构，负电荷被镁离子、有机碱（精胺、腐胺）所中和。 与真核区别： 5、核糖体 ribosome RS 核糖核蛋白的颗粒状结构，RNA+蛋白。 原核：游离

21、态、多聚核糖体，70S 真核：游离态、结合内质网上，70、80S 多聚核糖体：一条mRNA与一定数目的单个RS结合而成。 6、细胞质及内含物 是无色透明胶状物，原核与真核不同。 主要成分：水、蛋白、核酸、脂类及少量糖和无机盐。富含核糖核酸。 不同细菌细胞内，含不同内含物，是细胞的贮藏物质或代谢产物。 内含物优点？ （二）特殊结构 1、荚膜 capsule：某些细菌细胞壁外面覆盖着一层疏松透明粘性物质。厚度不同，名称不同。 折光率低，负染法观察。90%以上为水，余为多糖（肽）。1）抵抗干燥；2）加强致病力，免受吞噬；3）堆积某些代谢废物；4）贮存物。 2、鞭毛和菌毛 鞭毛flagellum：某些

22、细菌表面一种纤细呈波状的丝状物，是细菌运动器官。 直径20-25nm，长超过菌体若干倍。电镜或特殊染色法观察，悬滴法观察运动。 化学成分：主要是蛋白质。G+与G-区别；原核与真核区别 鞭毛着生位置与数目，可作为分类依据。 鞭毛着生状态决定运动特点。 趋性运动：栓菌实验 菌毛fimbria （pilus ）：许多G-尤其是肠道菌，表面有比鞭毛更细，数目多，短直硬的丝状体。 直径7-10nm ,长2-3um。 性菌毛（F菌毛） 3、芽孢 spore, endospore 某些菌生长一定阶段，于营养细胞内形成一个内生孢子，是对不良有抗性的休眠体。 每一细胞仅形成一个芽孢，所以其没有繁殖功能。 形成芽孢属于细胞分化（形态发生） Bacillus, clostridium, Spirillum, Vibrio,