微 生 物 学 竞 赛 培 训 微生物学的知识体系微生物学生态与多样性感染与免疫遗传基因表达调控基因工程分类形态结构营养代谢生长繁殖系统发育发酵工业 食品药物生物制品环保 v 教 材 微 生 物 学 教 程 ， 周 德 庆 ， 高 教 出 版 社v 参 考 书 微 生 物 学 ， 精 要 、 题 解 、 测 试 ， 周 德 庆 ， 化 学工 业 出 版 社l推 荐 教 材 与 参 考 书 微生物细胞的结构与功能v微生物的类型细胞型微生物非细胞型微生物病毒原核微生物真核微生物(真)细菌古生菌细菌蓝藻原绿藻放线菌衣原体支原体 立克次氏体 等G +G -酵母菌霉菌真核藻类（绿藻、硅藻等）蘑菇 原生动物真病毒亚病毒因子 一 、 原 核 细 胞 的 组 成 .微 生 物 研 究 对 象 m（微米）级：光学显微镜下可见（细胞） 小（个体微小） nm(纳米）级：电子显微镜下可见（细胞器，病毒） 单细胞微生物 简（构造简单） 简单多细胞 非细胞（即分子生物） 原核类：真细菌(细菌，放线菌，支原体）和古细菌 低（进化地位低）真核类：真菌（酵母、霉菌、蕈菌）、原生动物、单细胞藻类 非细胞类：病毒、亚病毒（类病毒、拟病毒、朊病毒） .细 菌 的 大 小量 度 细 菌 大 小 的 单 位 是 m (微 米 ， 即 10-6 m)。
一般 细 菌 的 直 径 或 宽 度 约 0.5 m， 长 度 约 0.5 5 m特 例 ： 费 氏 刺 尾 鱼 菌 细 胞 可 达 600 60 m； 纳 米比 亚 嗜 硫 珠 菌 细 胞 直 径 0.32 1 mm；纳 米 细 菌 (nanobacteria)细 胞 直 径 仅 为 50 nm左 右 v 细 菌 基 本 形 态 通 常 可 分 为 球 状 、 杆 状 和 螺 旋 状 ， 分 别 被 称 为球 菌 、 杆 菌 和 螺 旋 菌 v 球 菌 分 裂 后 产 生 的 新 细 胞 常 保 持 一 定 的 排 列 方 式 ， 在 分 类 鉴定 上 有 一 定 意 义 v 根 据 球 菌 细 胞 分 裂 面 和 分 裂 后 的 排 列 方 式 ， 又 可 分 为 单 球 菌 、双 球 菌 、 链 球 菌 、 四 联 球 菌 、 八 叠 球 菌 和 葡 萄 球 菌 v 短 杆 菌 近 似 球 状 ， 长 的 杆 菌 近 丝 状 杆 菌 细 胞 常 沿 一 个 平 面分 裂 ， 大 多 数 菌 体 分 散 存 在 ， 但 有 的 杆 菌 呈 长 短 不 同 的 链 状 ，有 的 则 呈 栅 状 或 “ 八 ” 字 形 排 列 等 。
v 细 胞 弯 曲 呈 弧 状 或 螺 旋 状 ， 弯 曲 不 足 一 圈 的 称 弧 菌 ， 如 霍 乱弧 菌 (Vibrio cholerae) 弯 曲 度 大 于 一 周 的 称 为 螺 旋 菌 3.细菌的形态 v细菌的形态学分类 球菌 杆菌 螺旋菌（包括弧菌）淋病球菌大肠杆菌弧形霍乱菌 4.细 菌 细 胞 的 模 式 结 构l一 般 结 构 ： 细 胞壁 、 细 胞 质 膜 、 内含 物 、 核 区 、 间 体 、细 胞 质 l特 殊 结 构 ： 鞭 毛 、菌 毛 、 性 毛 、 芽 孢 、微 荚 膜 、 荚 膜 、 粘液 层 5. 细 菌 的 染 色碱性染色剂 = 有色的阳离子 + 无色的阴离子酸性染色剂 = 无色的阳离子 + 有色的阴离子染色的方法有很多，如单染色、革兰氏染色、抗酸性染色、荚膜染色、芽孢染色、鞭毛染色等，其中以革兰氏染色(Gram staining)最为重要，由丹麦细菌学家Gram于1884年创造Gram stain的主要步骤：结晶紫初染1 min 碘液媒染1 min 乙醇脱色2030 sec 番红复染12 min镜检菌体呈呈紫色者为革兰氏染色反应阳性细菌(常以G+表示) ，呈红色者为革兰氏染色反应阴性细菌 (常以G表示)。
通过这一简单染色几乎可将所有细菌区分为革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌两大类 甲 菌乙 菌 初 染结 晶 紫 媒 染碘 液 脱 色乙 醇 复 染沙 黄紫色（G）红 色 （ G -）革 兰 氏 染 色 机 理G + 菌 ： 细 胞 壁 厚 ， 肽 聚 糖 含 量 高 ， 交 联 度 大 ， 当 乙 醇 脱 色 时 ，肽 聚 糖 因 脱 水 而 孔 径 缩 小 ， 故 结 晶 紫 -碘 复 合 物 被 阻 留 在 细 胞 内 ，细 胞 不 能 被 酒 精 脱 色 ， 仍 呈 紫 色 G 菌 ： 肽 聚 糖 层 薄 ， 交 联 松 散 ， 乙 醇 脱 色 不 能 使 其 结 构 收 缩 ， 因其 含 脂 量 高 ,乙 醇 将 脂 溶 解 ， 缝 隙 加 大 ， 结 晶 紫 -碘 复 合 物 溶 出 细胞 壁 ， 酒 精 将 细 胞 脱 色 ， 细 胞 无 色 ， 沙 黄 复 染 后 呈 红 色 阳 性 菌阴 性 菌 显微镜下的G +与G细菌显微镜下的G细菌 6. 、 细 菌 的 形 态 和 大 小 7. 、 细 菌 肽 聚 糖 单 体 构 造 的 比 较A双 糖 单 位 ： 由 一 个 N-乙 酰 萄 糖 胺 通 过 -1， 4-糖 苷键 与 另 一 个 N-乙 酰 胞 壁 酸 相 连 。
该 糖 苷 键 易 被 溶 菌酶 水 解 B四 肽 尾 或 四 肽 侧 链 ： 由 四 个 氨 基 酸 分 子 按 L型 与 D型交 替 方 式 连 接 而 成 金 黄 色 葡 萄 球 菌 在 N-乙 酰 胞 壁酸 上 的 四 肽 尾 ： L-Ala D-Glu L-Lys D-Ala 大肠 杆 菌 四 肽 尾 的 第 3个 氨 基 酸 L-lys为 内 消 旋 二 氨 基庚 二 酸 （ m-DAP)所 代 替 C肽 桥 或 肽 间 桥 ： 它 起 着 没 有 特 殊 的 肽 桥 连 接 前 后 两个 四 肽 尾 分 子 的 “ 桥 梁 ” 作 用 假 肽 聚 糖 结 构 与 肽 聚 糖 相 似 具 体 差 别 : 多 糖 骨 架 :是 由 N-乙 酰 葡 萄糖 胺 和 N-乙 酰 塔 罗 糖 胺 糖 醛酸 以 -1， 3-糖 苷 键 交 替 连接 而 成 ； 肽 尾 :由 L-Glu、 L-Ala、 L-Lys3个 L型 氨 基 酸 组 成 ； 肽 桥 :由 L-Glu一 个 氨 基 酸组 成 8.原核微生物的结构与功能细胞壁结构： 与功能： 保护：屏障、机械保护是细胞生长、分裂和运动所必须的1.赋予细胞抗原性、致病性和对噬菌体的敏感性等古生菌假肽聚糖层G + G -厚薄肽聚糖层真细菌 9.原核微生物的结构与功能细胞壁外结构糖被：保护、屏障、储存、吸附、信号识别鞭毛：运动菌毛（纤毛）：吸附性毛：参与传递遗传物质 10.缺 壁 细 菌缺 壁细 菌 实 验 室 中形 成自 然 界 长 期 进 化 中 形 成 ： 支 原 体自 发 缺 壁 突 变 ： L型 细 菌 （ G +或 G -）人 工 方 法去 壁 部 分 去 除 ： 球 状 体 （ G-）彻 底 除 尽 ： 原 生 质 体 （ G+ ） 11.细 菌 细 胞 膜 的 磷 脂 双 分 子 层 12.真 细 菌 与 古 生 菌 细 胞 膜 的 不 同古生菌与其它生物最显著的化学成分差异是体现在细胞膜上，基本差别有4点（1）甘油的立体构型；（2）醚键；（3）类异戊二烯链；（4）侧链的分支 13.细 菌 内 含 物 的 种 类 和 分 布糖 源 ： 大 肠 杆 菌 、 克 雷 伯 氏 菌 、 蓝 细 菌 芽 孢 杆 菌 等聚 羟 丁 酸 ： 固 氮 菌 、 产 碱 菌 、 肠 杆 菌氮 源 类 藻 青 素 ： 蓝 细 菌 含 有藻 青 蛋 白 ： 蓝 细 菌 含 有磷 源 （ 异 染 粒 ） ： 迂 回 螺 菌 、 白 喉 棒 杆 菌 和 分 枝 杆 菌 含 有 硫 源 ： 迂 回 螺 菌 菌 、 白 喉 棒 杆 菌 、 结 核 分 枝 杆 菌碳源及能源类 14.原 核 生 物 鞭 毛 的 结 构 15.细 菌 的 鞭 毛 、 菌 毛 和 性 毛 的 比 较 16.芽 孢 的 耐 热 性 渗 透 调 节 皮 层 膨 胀 学 说 芽 孢 耐 热 机 制 （ 一 ）v 芽 孢 衣 （ 疏 水 性 角 蛋 白 ） 对 多 价 阳 离 子 和 水 分 的 透 性 很 差 ；v 皮 层 的 离 子 强 度 很 高 ， 会 产 生 极 高 的 渗 透 压 去 夺 取 芽 孢 核 心中 的 水 分 ， 而 造 成 芽 孢 皮 层 的 膨 胀 和 核 心 的 高 度 失 水 ； v 核 心 部 分 的 生 命 物 质 （ DNA、 RNA、 Pr等 ） 处 于 高 度 失 水状 态 ， 各 种 酶 活 性 降 低 ， 因 而 产 生 极 强 的 耐 热 性 。
DPA - Ca的 存 在 芽 孢 耐 热 机 制 （ 二 ）v 在 皮 层 和 芽 孢 质 中 含 有 营 养 细 胞 所 没 有 的 DAP - Ca，占 芽 孢 干 重 的 5 15%；v DAP - Ca能 稳 定 芽 孢 中 的 生 物 大 分 子 ， DAP -Ca的螯 合 作 用 会 使 芽 孢 中 的 生 物 大 分 子 形 成 一 种 耐 热 性的 凝 胶 ， 从 而 增 强 芽 孢 的 耐 热 性 v 当 芽 孢 萌 发 释 放 DAP - Ca， 耐 热 性 消 失 17.链 霉 菌 的 形 态 构 造 放线菌 v放线菌的菌丝分化放线菌的细胞结构和细菌没有多大区别，也是原核生物用革兰氏染色法染色后细胞壁为紫色，所以是革兰氏阳性的原核生物但是它们的形态比细菌复杂些，在显微镜下，观察到菌丝如果把它们培养在固体培养基上，会长出坚硬的菌落，不同种类的放线菌的菌落颜色不同如果用放大镜观察这些菌落，你会发现它们的周围好像图画中向四周放射着光芒的太阳，所以科学家称它们为放线菌放线菌生长发育到一定阶段，一部分气生菌丝便分化成孢子丝孢子丝有杆形的、波浪形的、螺旋形的等，上面生有成串的孢子。
在适宜的条件下，孢子萌发长出菌丝 绝大多数抗生素是由放线菌产出的 放 线 菌 的 繁 殖 方 式在 自 然 条 件 下 ， 多 数 形 成 各 种 孢 子 ， 也 有 菌 丝 断 裂 成孢 子 状 细 胞 的 分 生 孢 子 ： 最 常 见孢 囊 孢 子基 内 菌 丝 断 裂 （ 仅 少 数 ）任 何 菌 丝 片 段 （ 各 种 放 线 菌 ）放 线 菌繁 殖 方 式 借 孢 子借 菌 丝 无 鞭 毛有 鞭 毛 18.支 原 体 、 立 克 氏 体 、 衣 原 体 和 病 毒 v 支 原 体 曾 被 认 为 是 能 在 无 生 命 培 养 基 上 生 长 繁 殖 的 最 小的 原 核 细 胞 型 微 生 物 ， 目 前 这 一 地 位 已 经 被 纳 米 细 菌 所取 代 v 支 原 体 的 大 小 为 0.2 0.25um,可 通 过 滤 菌 器 ， 常 给 细 胞培 养 工 作 带 来 污 染 的 麻 烦 无 细 胞 壁 ， 不 能 维 持 固 定 的形 态 而 呈 现 多 形 性 革 兰 氏 染 色 不 易 着 色 支 原 体 基 因组 为 一 环 状 以 双 链 DNA， 分 子 量 小 （ 仅 有 大 肠 杆 菌 的 五分 之 一 ） ， 合 成 与 代 谢 很 有 限 。
典 型 的 “ 荷 包 蛋 样 ” 菌 落 ： 圆 形 （ 直 径 10 16um） ，核 心 部 分 较 厚 ， 向 下 长 入 培 养 基 ， 周 边 为 一 层 薄 的 透 明颗 粒 区 此 外 ， 支 原 体 还 能 在 鸡 胚 绒 毛 尿 囊 膜 或 培 养 细胞 中 生 长 v 繁 殖 方 式 多 样 ， 主 要 为 二 分 裂 繁 殖 ， 还 有 断 裂 、 分 枝 、出 芽 等 方 式 ， 盖 因 缺 乏 细 胞 壁 造 成 分 裂 时 二 个 子 细 胞 大小 均 所 致 同 时 ， 支 原 体 分 裂 和 其 DNA复 制 不 同 步 ， 可形 成 多 核 长 丝 体 立 克 次 氏 体 引 起 的 传 染 病 ： 斑 疹 伤 寒 （ 斑 疹 伤 寒 立 克次 氏 体 ） 、 恙 虫 热 （ 恙 虫 病 立 克 次 氏 体 ） 、 Q热 （ Q热 立 克 次 氏 体 ） 等 严 重 传 染 病 衣 原 体 是 一 类 在 真 核 细 胞 内 营 专 性 能 量 寄 生 的 小 型 G 原 核 生 物 曾 长 期 被 认 为 是 “ 大 型 病 毒 ” 目 前 被 承 认的 衣 原 体 ： 鹦 鹉 热 衣 原 体 、 沙 眼 衣 原 体 、 肺 炎 衣 原 体 。
生 活 史 有 原 体 、 始 体 （ 网 状 体 ） 19.蓝 细 菌v是 一 类 G 、 无 鞭 毛 、 含 叶 绿 素 a（ 无 叶 绿体 ） 、 能 进 行 产 氧 性 光 合 作 用 的 大 型 原 核 微生 物 v自 然 界 到 处 都 有 蓝 细 菌 的 存 在 ， 有 “ 先 锋 生物 ” 之 称 v类 囊 体 ： 其 中 含 有 叶 绿 素 a和 藻 胆 素 v羧 酶 体 ： 固 定 CO2的 场 所 v气 泡 ： 存 在 于 水 生 种 类 v真细菌、古生菌与真核生物的比较 v蓝藻、原绿藻和绿藻（真核）的比较 念珠藻 原绿藻 衣藻 二 、 微 生 物 的 营 养 v微生物的营养类型划分依据 v微生物的营养类型典型类型 v培养基的配置基本原则选择适宜的营养物质营养物质的浓度及其比例合适控制pH条件灭菌处理1.原料来源的选择 v培养基的配置培养基的类型成分：天然培养基与合成培养基形式：液体、固体和半固体培养基功能：基础培养基、加富培养基、 鉴别培养基、选择培养基 v微生物代谢的特殊方面生物固氮自生固氮菌：巴氏梭菌（好氧）共生固氮菌：根瘤菌（与豆科植物共生） 弗兰克氏菌（与非豆科植物共生） 鱼腥藻（与满江红共生）等联合固氮菌：雀稗固氮菌（生活在植物根际）固氮条件：固氮酶、ATP、电子传递体 三、微生物的生长繁殖v细菌的个体生长 DNA的复制与分离细胞壁扩增1.细胞分裂 v细菌的群体生长迟缓期对数生长期稳定生长期1.衰亡期 v细菌的连续培养 v真菌的生长繁殖裂殖和芽殖：菌丝延长和酵母繁殖的主要方式无性孢子繁殖：营养细胞分化出新个体（孢子） 有性孢子繁殖：不同的性细胞结合而产生新个体 v丝状真菌的生活史 霉菌的无性孢子直接由生殖菌丝的分化而形成，常见的有节孢子、厚垣孢子、孢囊孢子和分生孢子。
霉菌的有性繁殖过程包括质配、核配、减数分裂三个过程，常见的有性孢子卵孢子、接合孢 子、子囊孢子、担孢子 v微生物生长繁殖的控制化学控制：v抗微生物剂：杀死或抑制微生物生长的物质v抗代谢物：用与生长因子结构类似的物质干扰微生物v抗生素：一类次级代谢产物，具有抑菌或杀菌能力物理控制：v高温灭菌：灼烧、煮沸、干热、湿热灭菌v过滤除菌v高渗作用抑菌 v辐射和超声波处理v干燥 四、微生物发酵工业v利用生物特性和发酵理论，通过现代化的工程技术手段，进行工业化规模生产，使受培养的微生物或动植物细胞积累所需产品的一门技术学科 v微生物发酵工业的一般流程种子扩大培养培养基配制空气除菌培养基灭菌发酵生产下游处理发酵设备 v菌种及其扩大培养菌种的选育v自然育种v诱变育种v杂交育种v基因工程育种种子扩大培养流程二【三】级种子扩大培养v斜面菌种-一级种子摇床培养-二级种子罐培养【-三级种子罐培养】-发酵罐生产 v培养基配置（糖化，Saccharify)：在工业生产上将淀粉水解为葡萄糖的过程，得到的水解糖液叫淀粉糖v糖化的原料：薯类淀粉、玉米淀粉、小麦淀粉、大米淀粉等v水解糖液的质量直接关系到生产菌的生长速度与代谢产物的积累，其中的低聚糖类与复合糖类等杂质越低越好。
v糖化方法：酸解法：淀粉葡萄糖酶解法：淀粉糊精、低聚糖 葡萄糖酸（催化剂） 高温高压淀粉酶糖化酶液化糖化 v发酵生产中间控制温度菌体生长和积累代谢产物的最适温度往 往是不同的，变温控制；pH值微生物的生长和发酵的最适pH值往往不 同，变化控制；溶氧氧是制约发酵进行的重要因素，加强溶氧； v发酵实例食品（食用酒精）发酵曲霉制曲原料蒸煮糖化酵母酒母的制备及扩大发酵蒸馏酒糟乙醇杂醇油 v发酵实例药品（青霉素）发酵产黄青霉菌孢子制备种子罐灭菌培养基压缩空气发酵罐预处理罐过滤萃取精制柱萃取过滤结晶洗涤过滤蒸发青霉素钾盐 v发酵实例生物制品的发酵生产v见感染与免疫部分 v发酵实例环保（污水的二级处理）曝气池清水污水空气回流污泥剩余污泥 五、病毒的基本特征v病毒的特点病毒在细胞外以成熟的颗粒形式（毒粒）存在；毒粒在胞外不表现任何生命特征；毒粒具感染宿主细胞的能力，一旦进入细胞，毒粒便解体，并表现出繁殖、遗传、变异等生命特征 v毒粒的结构T4噬菌体衣壳螺旋对称二十面体对称核衣壳核酸 v毒粒的结构核衣壳与囊膜 v病毒的简单分类真病毒vDNA病毒vRNA病毒【SARS病毒】亚病毒因子v卫星RNAv类病毒【柑橘裂皮类病毒】RNA v朊病毒【疯牛病病毒】蛋白质 v病毒的复制周期及步骤吸附侵入脱壳病毒大分子合成装配与释放病毒复制的一步生长曲线 v病毒的复制周期及步骤 v温和噬菌体：侵入宿主后并没有立即开始病毒物质合成和组装的病毒，此时的噬菌体基因组称为原噬菌体，而含有原噬菌体的宿主被称为溶源性细菌。
v溶源病毒的性质：自发裂解性可诱导性免疫性复愈性溶源转变 vSARS冠状病毒 v禽流感病毒H5N1 A vHIV（人类免疫缺陷病毒） 与 AIDS（获得性免疫缺陷综合症） v肝炎病毒甲型肝炎病毒呈球形，无囊膜，核酸为单链RNA；乙型肝炎病毒呈球形，具有双层外壳结构，外层相当一般病毒的囊膜，核酸为双链DNA 六、感染与免疫v感染（传染）有机体与病原体相互作用引起的病理过程v免疫生物体能够识别自我和非自我，对非自我作出反应以保持自身稳定的功能 v感染的途径呼吸道、消化道、创伤、接触、垂直感染v微生物的致病性杀细胞感染造成宿主的免疫损伤诱发肿瘤产生毒素 v免疫学的几个基本概念抗原Ab：能够诱导机体产生免疫应答，并能与机体免疫应答产物特异性结合的物质抗体Ig（免疫球蛋白）：在抗原物质刺激下所形成的能与抗体特异性结合的血清活性成分B细胞介导的体液免疫：当B细胞与抗原特异结合后，B细胞分化为浆细胞，大量分泌抗体T细胞介导的细胞免疫：识别抗原后，可直接分泌杀伤蛋白，或协助其它免疫过程 v抗体产生的一般规律初次应答和再次应答 v免疫的基本类型天然（非特异性）免疫：体表屏障、吞噬作用等获得性（特异性）免疫：自动免疫自然免疫：感染人工（诱导）免疫：注射特异性疫苗被动免疫 自然免疫：胎盘传递、初乳传递人工免疫：注射特异性抗体 v生物制品的分类预防类制品菌苗、2. 疫苗、3. 类毒素、4. 混合制剂治疗类制品抗血清与抗毒素、2. 血液制品诊断类制品体内诊断用品1.体外诊断用品 v减毒活脊髓灰质炎疫苗的生产猴肾细胞病毒样品合并过滤保藏分装保藏加工糖丸感染无菌试验、病毒滴定无菌试验T特征检查其它病原体检查残余致麻痹力试验无菌试验、病毒滴定 七、微生物遗传v质粒：细胞中独立于核DNA外，能进行自主复制的细胞质遗传因子。
v质粒的类型按结构分：CCC型、OC型、L型 按功能分：致育因子、抗性因子、Col质粒、毒性质粒、代谢质粒、隐秘质粒 v细菌基因转移和重组的方式接合作用：细胞与细胞通过直接接触而产生的遗传信息的转移和重组过程转导作用：由病毒介导的细胞间进行的遗传交换转化作用：游离DNA分子被感受态细胞摄取 。