重庆工商大学微生物与人类2015版考试资料

绪论一、什么是微生物？微生物的定义：微生物是指那些肉眼看不见的、必须借助光学显微镜或电子显微镜才能看见的个体微小的单细胞或结构简单的多细胞、甚至无细胞结构的低等生物。微生物一词并非生物分类学上的专门名词，而是对所有符合上述条件的生物的通称，包括病毒、细菌、放线菌、立克次氏体、衣原体、支原体、单细胞藻类、真菌、原生动物和微型后生动物等。二、微生物与人类的关系(一)有益关系:食品工业：酿酒、酱油、醋、制面包、酸奶、泡菜、食用菌医药：抗生素、免疫苗轻化工：酶制剂、乙醇、丙酮酸农业：生物农药、农肥环保：生物法处理城市污水、有机固体废弃物绿色能源：沼气、燃料酒精、微生物发电资源利用：微生物冶金、微生物与石油开采基因工程：基因载体、切割酶、连接酶……维持自然界物质循环（二）有害关系1、引起人、畜疾病，农作物病害。2、引起食品腐烂变质，毛料、皮革制品生霉。3、生物武器：被恐怖主义者利用。如炭疽病菌。第一章微生物学史话第一节显微镜与微生物的发现人类利用微生物比认识微生物要早得多。自古以来人们就对微生物的存在有所感受，但由于人眼的分辨力只有0.1mm，而微生物一般都远远小于0.1mm。正因如此，直到显微镜发明以后，人们才开始了对微观世界的探索。1、原始复式显微镜的特点：1590年仅能放大几倍，把肉眼能看见的小物体放大2、胡克与显微镜特点：1664年，英国人胡克能放大数十倍到数百倍的光学显微镜，可观察物体的微观结构，可发现一些肉眼看不见的东西。3、列文虎克与显微镜列文虎克成为第一个看见并描述红细胞的人。第二节巴斯德与微生物学巴斯德（Pasteur,1822-1895）出生于法国的多勒。1847年毕业于巴黎师范学院，获博士学位。1、酒精发酵“发酵是纯粹的化学裂解”2、生物来自生物1862年，巴斯德设计出一个巧妙的曲颈瓶试验。证明了是空气中的微生物使肉汤发生腐败的，而不是肉汤腐败产生微生物。3、巴斯德灭菌法巴氏消毒法(pasteurization)：亦称低温消毒法，是一种利用较低的温度既可杀死病菌又能保持物品中营养物质风味不变的消毒法,现在常常被广义地用于定义需要杀死各种病原菌的热处理方法。方法：①63~66℃，30min②71℃,15s，迅速冷却。目的：杀死其中可能存在的病源菌如结核杆菌、伤寒杆菌。适于：处理牛乳、酒类等饮料，不损害营养与风味。目前市售鲜牛奶部分采用此方法消毒。4、羊炭疽热与鸡霍乱疫苗炭疽热：是一种畜牧业的疫病，羊、牛因之十死其一，而且它还会传染给人。羊被传染后，几小时就可死亡。病源菌:炭疽杆菌是引起炭疽热疾病的病原细菌。巴斯德的羊炭疽热病原菌实验：在巴斯德生活的时代，炭疽热是一种严重影响法国畜牧业的疾病。1877年，巴斯德开始了对炭疽热的研究。通过实验，巴斯德得出了是活的细菌导致了炭疽热，并推论出：人身上的传染病也是由这些看不见的微生物传播的。这一大胆的结论在当时的医学界就像捅了一个马蜂窝。炭疽热疫苗：•受到鸡霍乱的研究工作的启发，巴斯德马上开始了对羊炭疽热免疫的研究。通过实验发现，通过采用氧化、老化等多种技术制得的疫苗，在实验室里确实防止了羊的炭疽热。•在42～43℃高温培养炭疽病原菌能丧失致病能力，将其接种到动物健康体内，能产生对炭疽病的免疫能力。•受到炭疽热和禽霍乱疫苗研制成功的鼓舞，在接下来的2～3年里，巴斯德又分离出包括猪丹毒、产褥热、肺炎等多种疾病的病原微生物。疫苗的概念：用病原微生物(病毒、立克次体、细菌等)所制造的生物制品，用以注射于机体内，使产生免疫力，从而对有关的疾病起预防或治疗作用。狂犬病：狂犬病又称恐水症，是一种由病毒引起的可怕的人蓄共同传染病。这种病毒会侵入人和动物的中枢神经系统，因而十分危险。巴斯德也因此成为第一个发现病毒的人。•1885年7月，巴斯德第一次在人身上注射了狂犬病疫苗，并获得了成功。第三节见证生命科学的发展1、概念：•遗传－亲代的某些性状在子代的体现，叫遗传。遗传确保了子代与亲代在相同的环境中生存。•变异－生物体遗传物质在结构上发生了变化，使子代的某些性状与亲代不同，发生了变化，叫变异。变异保证了子代适应环境变化的能力。遗传性和变异性之间可以互相转变，遗传性的动摇就表现为变异，变异性的巩固就成为遗传。2、遗传和变异的物质基础－DNA2.1DNA（脱氧核糖核酸）的组成和结构•双链双螺旋结构：DNA由两条多核苷酸链彼此互补并排列方向相反（一条多核苷酸链的A、T、G、C分别同另一条链的T、A、C、G相对）的以右手旋转的方式围绕同一根轴而互相盘绕形成的，具有一定空间距离的双螺旋结构。基因－遗传因子•概念：基因是一切生物体储存遗传信息的、有自我复制能力的遗传功能单位。它是DNA分子上一个具有特定碱基顺序，即核苷酸顺序的片断。•大小：相对分子量大约为6×105，约有1000个碱基对，每个细菌约有5000~10000个基因。培育植物新品种的途径：1、天然杂交2、人工授粉3、各种物理、化学因素诱导变异4、基因工程（3）基因工程的诞生概念：基因工程－指在基因水平上的遗传工程，又叫基因剪接或核酸体外重组。基因工程的意义：基因工程是人们在分子生物学理论指导下的一种自觉的、能像工程一样事先设计和控制的育种新技术，是人工的、离体的、分子水平上的一种遗传育种的新技术，是既可近缘杂交又可超远缘杂交的育种新技术。基因工程操作步骤：１）先从供体细胞中选择获取带有目的基因的DNA片段；２）将目的DNA的片段和质粒在体外重组；３）将重组体转入受体细胞；４）重组体克隆的筛选与鉴定；５）外源基因表达产物的分离与提纯。基因工程与微生物的关系：•DNA内切酶和连接酶：从微生物体中提取出“切割”DNA的限制性核酸内切酶和DNA连接酶。•基因载体：原核微生物细胞中的质粒是基因工程中基因转移的载体。第二章神奇的微生物第一节微生物的特点:（1）个体极小（2）种类多（3）分布广（4）繁殖快（5）代谢能力强（6）易变异（7）易培养第二节微生物的分类和命名界………真核原生生物界（Protistae）门…………原生动物门（Protozoa）纲………………纤毛纲（Ciliata）目………………缘毛目（Peritrichida）科………………钟形科（Vorticellidae）属………………钟虫属（Voricella）种………小口钟虫（Vorticellamicyostoma）第三节病毒的繁殖1、病毒的繁殖过程动物病毒、植物病毒和噬菌体的繁殖过程基本相似，以大肠杆菌噬菌体为例，分为吸附、侵入、复制、装配和释放等五个步骤。影响细菌形态的因素培养时间培养温度培养基成分浓度pH值（1）球菌（细胞呈球形或椭圆型）单球菌；双球菌；链球菌；四联球菌；八联球菌；葡萄球菌（2）杆菌（细胞呈杆状或圆柱型）单杆菌：长杆菌（近丝状）和短杆菌（近似球状）双杆菌、链杆菌、芽孢杆菌:枯草芽孢杆菌（3）螺旋菌：成螺旋卷曲状（弧菌、螺菌）弧菌：螺纹不足一圈（如：脱硫弧菌）螺菌：螺纹超过一圈（如：紫硫螺旋菌）（如：紫硫螺旋菌）（4）丝状菌：呈丝状。（水生境中）在自然界中各形态菌的存在比例：杆菌＞球菌＞螺旋状5、病毒的应用（1）制备疫苗，预防人类疾病。（2）利用昆虫病毒和噬菌体预防、治疗和控制动、植物疾病。制备生物农药，比化学杀虫剂优越。（3）用于细菌感染治疗，如用绿脓杆菌噬菌体PY051治疗手术后的绿脓杆菌感染。（4）用于筛选抗癌物质和检测致癌物质。（5）测定辐射剂量（6）检测人、植物和动物病原菌。（7）作为细菌和病毒污染的指示生物。（8）蓝细菌病毒用于蓝细菌的生物防治。（9）用浮游球衣菌噬菌体控制浮游球衣菌引起的活性污泥丝状膨胀。第三章微生物的营养和代谢第一节微生物的营养需要和营养物质的吸收1.微生物的营养概念：环境中可被微生物利用（通过分解代谢和合成代谢），有利于细胞组成的物质叫作营养物。1.1微生物的化学组成大量元素C，H，O，N，P,S.占细胞干重97%,前四种元素占细胞干重的09%以上.存在形式：水、干物质（有机物、无机盐）作用：给细胞以遗传的连续性、透性和生物活性。微生物化学组成实验试：细菌、酵母菌实验试:C5H8O2N霉菌实验试：C12H18O7N注意：只用来说明组成有机体各元素之间的比例关系，不是分子试。水的功能：ａ、水是生物细胞的组成成分ｂ、水是生理生化反应的媒介（吸收、渗透、排泄）ｃ、控制细胞的温度（因水的比热大，又是热的良好导体）ｄ、维持细胞一定的形态1.2.2碳源概念：凡能供给微生物碳素营养的物质，称为碳源。有机碳源：糖类、脂肪、氨基酸、蛋白质、脂肪酸、丙酮酸、柠檬酸、淀粉、纤维素、半纤维素、果胶、醇类、醛类、烷烃类、芳香族化合物（如酚、萘、菲及蒽等）。最好的碳源是葡萄糖、蔗糖，易被吸收利用。无机碳源：CO2或CO32-中的碳素。含量：占干物质总量的５０％左右。功能：ａ、构成微生物细胞的含碳物质（碳架）。ｂ、提供微生物生长、繁殖及运动的能量，是一种能源物质。1.2.3氮源概念：凡能供给微生物氮素营养的物质称为氮源。种类：有机氮源：蛋白质、氨基酸、尿素等。无机氮源：Ｎ2（固氮微生物）、ＮＨ3、硫酸铵、硝酸铵、硝酸钾、硝酸钠等。功能：合成细胞含氮物质的组分，如蛋白质、氨基酸。根据对氮源要求的不同，将微生物分为四类：（１）固氮微生物（利用N2，如根瘤菌、固氮蓝藻）（２）利用无机氮作为氮源的微生物（利用NH3、NH4+、NO2-、NO3-，如亚硝化细菌、硝化细菌、大肠杆菌、放线菌、霉菌、酵母菌及藻类等）（３）需要某种氨基酸作为氮源的微生物（如乳酸细菌）（４）从分解蛋白质中取得铵盐或氨基酸的微生物（如氨化细菌、霉菌、酵母菌及一些腐败细菌）1.2.4无机盐磷酸盐：合成核酸、核蛋白、磷脂、ＡＴＰ、辅酶硫酸盐：合成蛋白质（是胱氨酸、半胱氨酸、蛋氨酸的组分）。氯化物：碳酸盐：碳酸氢盐：这些无机盐中含有钾、钠、钙、镁、铁等元素，其中，微生物对磷和硫的需求量最大。此外，微生物还需要锌、锰、钴、钼、铜、硼、钒、镍等微量元素。无机盐的功能：a.构成细胞组分b.参与酶的组成，构成酶的最大活性（Ｃａ、K是酶激活剂）。c.维持细胞结构的稳定性，调节细胞渗透压。d.维持细胞氧化还原电位。e.供给自养微生物能源（化能自养，好氧硫细菌）。1.2.5生长因子生长因子—指某些微生物不能从普通的氮源、碳源合成，而又是正常生活必须的物质，需另外加入才能满足生长需要的物质。根据化学结构、生理作用分为三类：(1)维生素（B族维生素、维生素C等）(2)氨基酸(3)嘌呤碱、嘧啶碱等。1.3.1无机营养微生物（自养型微生物）碳源：以简单的无机物（CO2或碳酸盐）作营养物质。能源：利用光能或依靠无机物氧化放能获得能量。酶系统：这一类型的微生物具有完备的酶系统，合成有机物的能力很强。根据能量来源不同，自养型微生物又分为光能自养型微生物和化能自养型微生物。1.3.2有机营养微生物（异养型微生物）大多数微生物属异养型微生物特点：a.以复杂有机碳化合物作为碳素营养和能量来源如：糖类、脂肪、蛋白质、有机酸、醇、醛、酮及碳氢化合物、芳香族化合物等。b.酶系统不如自养微生物完备。有腐生性和寄生性两种，前者占大多数。根据所需能源不同异养微生物又分为：（１）光能异养微生物有光合色素，以光为能源，利用有机化合物作为供氢体，还原ＣＯ2，合成细胞有机物质的一类厌氧微生物。２）化能异养微生物腐生型：利用无生命活性的有机物作为生长的碳源。寄生型：寄生在生活的细胞内，从寄主内获得生长所需营养物质。兼性腐生或兼性寄生：既可腐生又可寄生。1.3.3混合营养型既可利用无机碳（CO2、CO32-等），又可利用有机碳化合物作为碳素营养，即为兼性自养微生物。例：新型硫杆菌：当S、H2S多时，可进行自养。当葡萄糖等类物多时，进行异养。1.3.４碳氮磷比由于不同微生物细胞的元素组成比例不同，对各营养元素的比例要求也不同。根瘤菌C:N=11.5:1、土壤中微生物C:N=25:1、好氧微生物处理污水C:N:P=100:5:1、厌氧微生物处理污水C:N:P=100:6:1、有机