高中生物竞赛微生物学全套资料

1第一章绪论第二章微生物类群与形态结构第三章微生物的纯培养和显微技术第四章微生物的营养第五章微生物的代谢第六章微生物的生长繁殖及其控制第七章病毒第八章微生物的遗传第九章微生物生态第十章感染与免疫2细小药丸豌豆60660cm26cm210311.0mm分子60，000，0006000㎡10211.0nm大分子6，000，000600㎡10180.01μm大胶粒600，00060㎡10150.1μm球菌60，0006㎡10121.0μm变形虫6，0006000cm21090.01mm滑石粉粒600600cm21060.1mm1.0cm近似对象比面值总表面积立方体数边长第一章绪论一、微生物学⒈定义:研究微生物在一定条件下的形态结构，生理生化，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科学。2.研究对象——微生物1）微生物与我们微生物无处不在，我们无时不生活在“微生物的海洋”中。细菌数亿/g土壤，土壤中的细菌总重量估计为：10034×1012吨；每张纸币带细菌：900万个人体体表及体内存在大量的微生物：皮肤表面：平均10万个细菌/平方厘米；口腔：细菌种类超过500种；肠道：微生物总量达100万亿，粪便干重的1/3是细菌，每克粪便的细菌总数为：1000亿个；每个喷嚏的飞沫含4500-150000个细菌，重感冒患者为8500万少数微生物也是人类的敌人！鼠疫；天花；艾滋病；疯牛病；埃博拉病毒；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。微生物的特点：（1）体积小，面积大：测量单位：微米或钠米杆菌的平均长度：2微米；1500个杆菌首尾相连=一粒芝麻的长度；10-100亿个细菌加起来重量=1毫克；面积/体积比：人=1，大肠杆菌=30万；这样大的比表面积特别有利于它们和周围环境进行物质、能量、信息的交换。微生物的其它很多属性都和这一特点密切相关。对1cm3固体做10倍系列三维分割后的比面值变化（2）吸收多，转化快：微生物获取营养的方式多种多样，其食谱之广是动植物完全无法相比的！3纤维素、木质素、几丁质、角蛋白、石油、甲醇、甲烷、天然气、塑料、酚类、氰化物、各种有机物均可被微生物作为粮食一头500kg的食用公牛，24小时生产0.5kg蛋白质,而同样重量的酵母菌，以质量较次的糖液（如糖蜜）和氨水为原料，24小时可以生产50000kg优质蛋白质（3）生长旺，繁殖快大肠杆菌一个细胞重约10–12克，平均20分钟繁殖一代24小时后：4722366500万亿个后代，重量达到：4722吨48小时后：2.2×1043个后代，重量达到2.2×1025吨相当于4000个地球的重量！（4）适应强，易变异：抗热：有的细菌能在265个大气压，250℃的条件下生长；自然界中细菌生长的最高温度可以达到113℃；有些细菌的芽孢，需加热煮沸8小时才被杀死；抗寒：有些微生物可以在―12℃~―30℃的低温生长；抗酸碱：细菌能耐受并生长的pH范围：pH0.5~13耐渗透压：蜜饯、腌制品，饱和盐水（NaCl,32%)中都有微生物生长；抗压力：有些细菌可在1400个大气压下生长个体小、结构简、且多与外界环境直接接触繁殖快、数量多（突变率：10-5–10-10）短时间内产生大量的变异后代。（5）分布广，种类多：（6）起源早，发现晚：38亿年前，生命在海洋中出现300多年前人们才真正发现微生物的存在26亿年前，陆地上就可能存在微生物，虽然目前已定种的微生物只有大约10万种，远较动植物为少，但一般认为目前为人类所发现的微生物还不到自然界中微生物总数的1%级界宽（7）休眠长：世界上最古老的活细菌（芽孢）：2.5亿年3.在生物界中的地位Wittaker(1969):五界系统Woes(1977，1990):三原界分类系统，包括细菌，古生菌，真核生物4.内容及分科微生物学基础微生物学应用微生物学按过程或功能分按与疾病的关系分按生态环境分按技术与工艺分按应用范围分细菌学真菌学病毒学菌物学原生动物学藻类学免疫学医学微生物学流行病学分析微生物学微生物学技术学发酵微生物学遗传工程微生物学分类微生物生理学微生物遗传学微生物生态学分子微生物学细胞微生物学微生物基因组学土壤微生物学海洋微生物学环境微生物学水微生物学宇宙微生物学按微生物种类分工业微生物学农业微生物学医学微生物学药学微生物学兽医微生物学食品微生物学预防微生物学4二、微生物的发现和微生物学的建立和发展（一）微生物的发现：我国8000年前就开始出现了曲蘖酿酒，；制酱，醋4000年前埃及人已学会烘制面包和酿制果酒；2500年前发明酿酱、醋，用曲治消化道疾病；公元六世纪(北魏时期)贾思勰的巨著“齐民要术”；公元2世纪，张仲景：禁食病死兽类的肉和不清洁食物；公元前112年-212年间，华佗：“割腐肉以防传染”；公元九世纪痘浆法、痘衣法预防天花；1346年，克里米亚半岛上的法卡城之战(靼坦人-罗马人)；16世纪，古罗巴医生G.Fracastoro：疾病是由肉眼看不见的生物(livingcreatures)引起的；1641年，明末医生吴又可也提出“戾气”学说显微镜的发明：列文虎克（荷兰）：1664年，英国人虎克（RobertHooke）曾用原始的显微镜对生长在皮革表面及蔷薇枯叶上的霉菌进行观察，首次看见并描述微生物：1676年，微生物学的先驱荷兰人列文虎克（Antonyvanleeuwenhoek）首次观察到了细菌。他没有上过大学，是一个只会荷兰语的小商人，但却在1680年被选为英国皇家学会的会员。列文虎克利用业余时间制造过400多架单式显微镜和放大镜，放大率一般为50~200倍。（二）微生物学的建立和发展2、微生物学的奠基法国人巴斯德（LouisPasteur）（1822～1895）(1)发现并证实发酵是由微生物引起的；(2)彻底否定了“自然发生”学说；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。(3)免疫学——预防接种首次制成狂犬疫苗(4)其他贡献巴斯德消毒法：60～65℃作短时间加热处理，杀死有害微生物德国人柯赫（RobertKoch）（1843～1910）（1）微生物学基本操作技术方面的贡献a）细菌纯培养方法的建立土豆切面→营养明胶→营养琼脂（平皿）b）设计了各种培养基，实现了在实验室内对各种微生物的培养c）流动蒸汽灭菌（2）对病原细菌的研究作出了突出的贡献：a）具体证实了炭疽杆菌是炭疽病的病原菌b）发现了肺结核病的病原菌；（1905年获诺贝尔奖）c）证明某种微生物是否为某种疾病病原体的基本原则——著名的柯赫原则史前期初创期：列文虎克、显微镜奠基期发展期成熟期1、发展过程53、微生物学发展过程中的重大事件1890VonBehring风1892Ivanovsky提供烟草花叶病毒是由病毒引起的证据；1928Griffith发现细菌转化；对其机理的研究导致DNA是遗传物质的确证；外源遗传物质导入各种细胞的基因重组技术的建立；1929Fleming发现青霉素；1944Avery等证实转化过程中DNA是遗传信息的载体；1953Watson和CrickDNA双螺旋结构；1970～1972Arber、Smith和Nathans发现并提纯了DNA限制性内切酶1977Woese提出古生菌是不同于细菌和真核生物的特殊类群Sanger首次对f×174噬菌体DNA进行了全序列分析；1982～1983Prusiner(prion)；1983～1984Mullis建立PCR技术；1995第一个独立生活的细菌(流感嗜血杆菌)全基团组序列测定完成；1996第一个自养生活的古生菌基因组测定完成1997第一个真核生物(啤酒酵母)基因组测序完成4、20世纪的微生物学十九世纪末到二十世纪中期：微生物学：鉴定病原菌、研究免疫学及其在预防疾病中的作用、寻找化学治疗药物、分析微生物的化学活性。普通生物学：细胞的构造及其在繁殖和发展中的作用、植物和动物的遗传和进化的机制。20世纪40年代后，微生物自身的特点使其成为生物学研究的“明星”，微生物学很快与生物学主流汇合，并被推到了整个生命科学发展的前沿，获得了迅速的发展，在生命科学的发展中作出了巨大的贡献。微生物学与生物学发展的主流汇合、交叉，获得了全面、深入的发展5、21世纪微生物学展望与其他学科实现更广泛的交叉，获得新的发展学科交叉永远是科学创新的源泉！微生物基因组的序列测定和分析；微生物的快速检定；微量热技术对生命过程的研究计算机技术与微生物学的结合。三、微生物学对生命科学的促进1.多学科交叉促进微生物学的全面发展2.促进重大理论问题的突破3.对生命科学研究技术的贡献柯赫原则1、在每一相同病例中都出现这种微生物；2、要从寄主分离出这样的微生物并在培养基中培养出来；3、用这种微生物的纯培养接种健康而敏感的寄主，同样的疾病会重复发生；4、从试验发病的寄主中能再度分离培养出这种微生物来。64.微生物与人类基因组计划四、我国微生物学界面临的机遇和挑战思考题：•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。•为什么说巴斯德和柯赫是微生物学的真正奠基人？第二章微生物的纯培养和显微技术微生物的基本特点：小！在绝大多数情况下都是利用微生物的群体来研究其属性；微生物的物种（菌株）一般也是以群体的形式进行繁衍、保存；培养技术在微生物学中具有重要意义！几个概念：培养物：微生物学中，在人为规定的条件下培养繁殖得到的微生物群体称为培养物。混合培养物：含有多种微生物的培养物；纯培养物：只有一种微生物的培养物；纯培养技术是进行微生物学研究的基础微生物个体微小的特点决定了显微技术是进行微生物研究的一项重要技术，因为绝大多数微生物的个体形态及其内部结构只能通过显微镜才能进行观察和研究。第一节微生物的分离和纯培养从混杂的群体中分离特定的某一种微生物，是研究和利用微生物的第一步。一、无菌技术生命科学基础理论：分子遗传学，分子生物学研究技术：动植物细胞培养，组织培养基因组计划：模式生物（真核生物，酵母菌）生物工程学遗传工程（主导）细胞工程微生物工程（发酵工程）（基础）酶工程生物反应器工程获得工程菌（工程细胞柱）医学工业农业获得产品7用于分离、培养微生物的器具事先不含任何微生物；在转接、培养微生物时防止其它微生物的污染。1、微生物培养的常用器具及其灭菌常用的器具：试管、瓶子、培养皿等常用的灭菌方法：高压蒸汽灭菌高温干热灭菌2、接种操作：无菌操作。二、分离纯培养培养基：液体培养基；固体培养基；半固体培养基；1、用固体培养基分离纯培养菌落（colony）：单个微生物在适宜的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。菌苔(lawn):当固体培养基表面众多菌落连成一片时便成为菌苔。固体培养基分离方法不同微生物在特定培养基上生长形成的菌落或菌苔一般都具有稳定的特征（形状、颜色等），可以成为对该微生物进行分类、鉴定的重要依据。同一细菌在不同的培养基平板上形成不同特征的菌落。固体培养基分离方法包括：稀释倒平板涂布平板法平板划线法厌氧微生物分离------稀释摇管法不同形状的菌落82、液体培养基分离方法---------稀释法稀释法进行液体分离必须在同一个稀释度的许多平行试管中，大多数（一般应超过95%）表现为不生长。例如：若同一稀释度的试管中有95%表现为不生长，则生长的试管中仅含一个细胞的几率为：4.8%；含二个细胞的几率为：0.12%；含三个细胞的几率为：0.002%则：0。048/（0.048+0.0012+0.00002）=0.975在有细菌生长的试管中得到纯培养的几率为97.5%3、单细胞（孢子）分离一般采用显微操作仪，在显微镜下进行操作难度与细胞或个体的大小成反比单细胞（单孢子）分离:可以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菌落的培养特征94、选择培养分离用于微生物群落中