微生物竞赛培训课件

2019年8月—生物奥赛培训教程——微生物学部分[e-mail]提纲1.奥赛纲要对微生物学理论部分的要求2.微生物学的知识体系3.微生物细胞的结构与功能4.微生物的营养5.微生物的生长与代谢6.微生物发酵工业7.病毒的基本特征8.感染与免疫9.微生物遗传学10.微生物生态一、全国及国际奥赛纲要对微生物学理论部分的要求•微生物的细胞生物学：细菌的结构和繁殖、光养和化养•生物技术（生物工程学）：发酵（微生物工程）•免疫：抗原和抗体、细胞和体液免疫、免疫失调引起的疾病•生物系统学–原核：细菌门、蓝藻门、原绿藻门放线菌门、立克次氏体、支原体、衣原体–真核：红藻门、褐藻门、绿藻门、裸藻门、金藻门、粘菌门接合菌门、子囊菌门、担子菌门、原生动物–病毒：噬菌体、类病毒、病毒的结构和繁殖•微生物的特殊代谢途径：生物固氮、有害物质的富集二、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二、微生物学的知识体系•微生物学的发展历史–史前期事件：酿酒、奶酪等–初创期里程碑：显微镜的发明–奠基期里程碑：曲颈瓶试验（生源说）–发展期里程碑：“酒化酶”发酵产酒精成功–成熟期里程碑：DNA双螺旋的发现三、微生物细胞的结构与功能•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-酵母菌霉菌蘑菇粘菌真核藻类（绿藻、硅藻等）原生动物真病毒亚病毒因子三、微生物细胞的结构与功能•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三、微生物细胞的结构与功能•原核微生物的典型结构细胞壁细胞壁外结构原生质体•原核微生物的结构与功能——细胞壁–结构：与–功能：1.保护：屏障、机械保护2.是细胞生长、分裂和运动所必须的3.赋予细胞抗原性、致病性和对噬菌体的敏感性等三、微生物细胞的结构与功能古生菌假肽聚糖层G+G-厚薄肽聚糖层真细菌三、微生物细胞的结构与功能•原核微生物的结构与功能——细胞壁——革兰氏染色结晶紫初染碘液媒染乙醇脱色番红复染三、微生物细胞的结构与功能•细胞壁缺失所导致的三种情况–原生质体：•人工除尽细胞壁或用青霉素抑制细胞壁的合成后，所留下的仅由细胞膜包裹着的脆弱细胞–原生质球：•指还残留部分细胞壁的原生质体–细菌L型：•通过自发突变而形成的遗传性稳定的细胞壁缺陷菌株三、微生物细胞的结构与功能•原核微生物的结构与功能——原生质体–细胞膜：控制运输、维持渗透压、合成细胞壁、着生鞭毛等–贮藏物：聚-β-羟丁酸、硫粒、藻胆蛋白、异染颗粒等–核区（拟核）：大型环状的双链DNA–特殊的休眠结构——芽孢（内生孢子）–其它：气泡、伴孢晶体、孢囊等三、微生物细胞的结构与功能•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：参与传递遗传物质三、微生物细胞的结构与功能•细菌群体的形态–菌落：以母细胞为中心的一堆肉眼可见的、有一定形态构造的子细胞集团–菌苔：某一纯种的大量细胞密集地接种到固体培养基表面，结果长成的各“菌落”相互联接成一片三、微生物细胞的结构与功能•放线菌——特征–菌落呈放射状–菌体由多细胞分枝状菌丝组成–菌丝大多无隔膜，其粗细与杆状细菌相似，直径为1微米左右，内有多个拟核–细胞壁革兰氏阳性，主要成份为肽聚糖，含胞壁酸与二氨基庚二酸三、微生物细胞的结构与功能•放线菌的菌丝分化三、微生物细胞的结构与功能支原体衣原体立克次氏体三、微生物细胞的结构与功能特征细菌支原体立克次氏体衣原体直径0.5-2.0um0.2-0.25um0.3-0.8um0.2-0.3um过滤性不能过滤能过滤不能过滤能过滤G染色G+或G-------G-G-培养法人工培养基人工培养基宿主细胞宿主细胞产ATP有有有无三、微生物细胞的结构与功能•真细菌、古生菌与真核生物的比较特征真细菌古生菌真核生物有核仁、核膜的细胞核无无有有复杂内膜的细胞器无无有核糖体大小70S70S80S细胞壁含肽聚糖（胞壁酸）有无无对链霉素等抗生素的敏感性敏感不敏感不敏感三、微生物细胞的结构与功能•真菌–有细胞器和细胞核–真菌细胞壁多糖主要有几丁质(甲壳质)、纤维素、葡聚糖、甘露聚糖等–真菌细胞的质膜中具有甾醇，而在原核生物的质膜中很少或没有甾醇–鞭杆的横切面呈“9+2”型三、微生物细胞的结构与功能•真菌–大多数真菌的营养体是由分枝的菌丝所构成的菌丝体，菌丝的结构有两种类型：（1）无隔膜菌丝。（2）有隔膜菌丝。–少部分真菌营养体不形成菌丝，它们是圆形或卵圆形的单细胞真菌，例如酵母菌三、微生物细胞的结构与功能•真菌——接合菌门——毛霉三、微生物细胞的结构与功能•真菌——子囊菌门酵母青霉菌（分生孢子）冬虫夏草麦角菌三、微生物细胞的结构与功能•真菌——担子菌门——伞菌担子形成的连续阶段和担孢子菌褶表面的担孢子蘑菇的担子果三、微生物细胞的结构与功能•真菌的分类系统三、微生物细胞的结构与功能•粘菌门——特征–介于动物和真菌之间的：•就其结构和生理方面看，好像巨大的变形虫动物；•从它的繁殖方面看，产生具细胞壁的孢子，又是真菌的性质。三、微生物细胞的结构与功能•蓝藻门——特征–无真正的细胞核–细胞壁缺乏纤维素,由黏肽组成,壁外常形成黏性胶质鞘–除叶绿素和类胡萝卜素外,尚含有藻蓝素,部分种类还含有藻红素–繁殖方法主要是分裂生殖，无有性生殖–有的同真菌共生形成地衣,或生活在植物体内形成内生植物–部分属（如念珠藻属）有固氮能力三、微生物细胞的结构与功能•蓝藻门——形态三、微生物细胞的结构与功能•红藻门——特征–含有叶绿素a、叶绿素d、叶黄素胡萝卜素、藻红蛋白和藻蓝蛋白–植物体外形多样，除少数是单细胞或群体外，绝大多数为多细胞体–细胞壁由纤维素（内层）和藻胶（琼胶、海萝胶、卡拉胶）（外层）组成–红藻的生殖分为无性和有性两种三、微生物细胞的结构与功能•硅藻——特征–植物体为单细胞、也可连接成丝状或其他形状的群体；–细胞壁由两个半片（上壳、下壳），由果胶质和硅质组成，没有纤维素；–营养体无运动细胞，仅精子具鞭毛（茸鞭型）；–有细胞核，有载色体，含叶绿素a和c，a,β—胡萝卜素，叶黄素；–产物：金藻昆布糖（β—1，3—葡聚糖）和油滴；–繁殖：细胞分裂进行繁殖；有性生殖少，为同配和异配、卵配生殖舟形藻三、微生物细胞的结构与功能•裸藻——特征–无细胞壁–植物体除个别种类为树状群体外，都是具鞭毛游动型的单细胞体–多具1个眼点–色素具Chla、b、β－胡萝卜素，有的具特殊的裸藻红素–贮藏物质均为副淀粉和脂肪–繁殖为纵分裂，环境不适可形成休眠孢囊三、微生物细胞的结构与功能•甲藻–多数为具双鞭毛的单细胞个体–细胞壁含纤维素，多由许多固定数目的小甲板按一定形式排列组成–含叶绿素a和c，β—胡萝卜素、胡萝卜素、硅甲黄素、甲藻黄素及新甲藻黄素等–贮藏物为淀粉和油–繁殖方法为细胞分裂或产生游孢子；有性生殖为同配或异配，但少见。三、微生物细胞的结构与功能•金藻–植物体为单细胞，群体或分枝丝状体–细胞壁含纤维素和果胶质组成–有些单细胞和群体种类有鞭毛–含叶绿素a和c，β—胡萝卜素，墨角藻黄素、叶黄素–产物：金藻昆布糖（β---1，3—葡聚糖）和油滴；–繁殖：细胞分裂（单细胞）或孢子；有性生殖少见；群体种类可断裂棕囊藻三、微生物细胞的结构与功能•绿藻——特征–形态多种多样，由单细胞、群体、丝状状和叶状体–有细胞壁，细胞壁两层，外层是果胶质，内层为纤维素–少数单细胞和群体类型具鞭毛（尾鞭型）–含叶绿素a和b，α,β—胡萝卜素，叶黄素–产物：淀粉，有时为蛋白质和油–繁殖：营养繁殖（细胞分裂）、无性生殖（游动孢子、静孢子）、有性生殖少（为同配和异配、卵配生殖、接合生殖）；三、微生物细胞的结构与功能•绿藻——小球藻属–单细胞浮游种类，细胞微小，–仅蛋白核小球藻有蛋白核–仅无性生殖三、微生物细胞的结构与功能•绿藻——衣藻属–单细胞–两条等长的顶生鞭毛–载色体形状多样–细胞壁两层，外层是果胶质，内层为纤维素；伸缩泡起排泄作用，橙红色眼点–行无性生殖和有性生殖（同配）–无世代交替，只有单倍植物体三、微生物细胞的结构与功能•绿藻——丝藻属–单列细胞不分枝的丝状体–有固着器–营养细胞，细胞壁有层理–细胞单核位于中央–载色体是大形环带状，蛋白核多三、微生物细胞的结构与功能•绿藻——水绵属–一列细胞构成的丝状体–无鞭毛–载色体带状–细胞壁两层–单核，有大液泡–行接合生殖三、微生物细胞的结构与功能•蓝藻、原绿藻和绿藻（真核）的比较特征蓝藻原绿藻绿藻有核膜的细胞核无无有细胞器无无有光合色素类型叶绿素a、藻胆素叶绿素a、叶绿素b叶绿素a、叶绿素b光合作用位点类囊体类囊体叶绿体细胞大小0.5—5um0.45*0.75um2um念珠藻原绿藻衣藻四、微生物的营养•微生物的营养要求1.碳源【糖类、脂肪、有机酸】：能源物质，构成菌体和代谢产物2.氮源【无机氮源：氨水、硫酸铵、尿素、硝酸钠；有机氮源：发酵菌丝体、酒糟】：构成菌体和代谢产物，硝化细菌的能源物质3.无机盐类【Pb、Mg、S、P、Fe、Co、Zn等】：维持酶活力，调节渗透压、pH值、电位等4.特殊生长因子【生物素、硫胺素、肌醇等】：构成辅酶的组成部分，促进生命活动5.水：溶解营养物质和代谢产物四、微生物的营养•微生物的营养类型——划分依据划分依据营养类型特点碳源自养型以CO2为唯一或主要碳源异养型以有机物为碳源能源光能营养型以光为能源化能营养型通过氧化释放的化学能为能源电子供体无机营养型以还原性无机物为电子供体有机营养型以有机物为电子供体四、微生物的营养•微生物的营养类型——典型类型营养类型能源电子供体碳源举例光能无机自养型光能H2、H2SS、H2OCO2蓝藻、藻类紫（绿）硫细菌光能有机异养型光能有机物有机物红螺细菌化能无机自养型化学能(无机)H2、H2SFe2+、NO2-CO2氢细菌、硫杆菌硝化细菌化能有机异养型化学能(有机)有机物有机物大肠杆菌、真菌四、微生物的营养•培养基的配置——基本原则1.选择适宜的营养物质2.营养物质的浓度及其比例合适3.控制pH条件4.灭菌处理5.原料来源的选择四、微生物的营养•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、选择培养基四、微生物的营养•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、电子传递体四、微生物的营养•微生物代谢的特殊方面——生物固氮N2+6e+6H++12ATP→2NH3+12ADP+12Pi–固氮酶包括两个组分•组分Ⅰ是真正的“固氮酶”，又称钼铁蛋白或钼铁氧还蛋白•组分Ⅱ实质上是一种“固氮酶还原酶”，又称铁蛋白（F）或固氮铁氧还蛋白五、微生物的生长繁殖•细菌的个体生长1.染色体DNA的复制与分离2.细胞壁扩增3.细胞分裂五、微生物的生长繁殖•细菌的群体生长1.迟缓期2.对数生长期x2=x1·2n3.稳定生长期4.衰亡期五、微生物的生长繁殖•细菌的连续培养–恒化连续培养–恒浊连续培养五、微生物的生长繁殖•影响微生物生长繁殖的因素–温度–氧气•专性好氧菌•兼性厌氧菌•微好氧菌•耐氧菌•厌氧菌–培养基、光照、氧化还原电位等五、微生物的生长繁殖•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五、微生物的生长繁殖•丝状真菌的生活史五、微生物的生长繁殖•微生物生长繁殖的控制–消毒是指应用消毒剂等方法杀灭物体表面和内部的病原菌营养体的方法–灭菌是指用物理和化学方法杀死物体表面和内部的所有微生物，使之呈无菌状态五、微生物的生长繁殖•微生物生长繁殖的控制–化学控制：•抗微生物剂：杀死