全國生物科奧賽微生物

1、生物奧賽培訓(xùn)教程,——微生物學(xué)部分,一、生物奧賽綱要——微生物學(xué)理論部分,分類：原核微生物細(xì)菌門、藍(lán)藻門、原綠藻門 真核微生物 綠藻門、結(jié)合菌門、子囊菌門、擔(dān)子菌門病毒原核細(xì)胞的組成：形態(tài)學(xué)光養(yǎng)和化養(yǎng)生物技術(shù)：發(fā)酵、生物的遺傳操縱,二、微生物學(xué)的知識體系,微生物學(xué),細(xì)胞型微生物：,非細(xì)胞型微生物：,原核微生物,真核微生物,細(xì)菌,藍(lán)藻（藍(lán)細(xì)菌）放線菌,“三菌三體”,衣原體,支原體 立克次氏

2、體 等,,酵母菌霉菌大型真菌,,真病毒亞病毒,,三、微生物的類型,真菌,顯微藻類,原生動物,,病毒,一、細(xì)菌的形態(tài)學(xué)分類 球菌 桿菌 螺旋菌(包括弧菌),淋病球菌,大腸桿菌,弧形霍亂菌,四、原核細(xì)胞型微生物,原核微生物的典型結(jié)構(gòu),基本結(jié)構(gòu)： 細(xì)胞壁、細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)、擬核。特殊結(jié)構(gòu)： 莢膜、鞭毛、芽孢等,,,,,細(xì)胞壁,細(xì)胞膜,細(xì)胞質(zhì),擬核

3、,原核微生物的結(jié)構(gòu)與功能——細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)：功能：保護(hù)：屏障、機械保護(hù)是細(xì)胞生長、分裂和運動所必須的賦予細(xì)胞抗原性、致病性和對噬菌體的敏感性等,（古生菌類其細(xì)胞壁不含肽聚糖）,G+,G-,厚,薄,肽聚糖層,,,,,革蘭氏陽性,革蘭氏陰性,原核微生物的結(jié)構(gòu)與功能——細(xì)胞壁——革蘭氏染色,原核微生物的結(jié)構(gòu)與功能——原生質(zhì)體細(xì)胞膜：控制物質(zhì)運輸、維持滲透壓、合成細(xì)胞壁、著生鞭毛等細(xì)胞質(zhì)：　所含細(xì)胞器很單一，只有核糖

4、體。核區(qū)（擬核）：DNA裸露,原核微生物的結(jié)構(gòu)與功能——特殊結(jié)構(gòu)莢膜：細(xì)胞壁外的一層膠狀物質(zhì)，含多糖或多肽?！　　　【哂锌垢稍?、抗吞噬和附著等作用鞭毛：運動菌毛：吸附　性毛：參與傳遞遺傳物質(zhì)芽孢：,芽孢：是某些細(xì)菌于生長發(fā)育后期，或環(huán)境條件不利于生長繁殖時，便會在細(xì)胞內(nèi)形成的一個圓形或橢圓形的休眠體。　　芽孢具有極強的抗熱、抗輻射、抗化學(xué)藥物和抗靜水壓等特性。,一個細(xì)菌只產(chǎn)生一個芽孢，并沒有數(shù)量的增加。故它

5、并不能說是芽孢是生殖細(xì)胞。,放線菌的菌絲分化,泥土所特有的“泥腥味”主要是由放線菌產(chǎn)生的。常見的抗生素除青霉素和頭孢霉素類外，絕大多數(shù)都是放線菌的產(chǎn)物。,五、真核微生物,酵母菌,霉菌,大型真菌,各種真菌,,五、真核微生物,原生動物,顯微藻類,酵母菌——形態(tài)結(jié)構(gòu),單細(xì)胞真菌,酵母菌的繁殖,無性繁殖——芽殖、裂殖、產(chǎn)生節(jié)孢子等；有性生殖——接合生殖（產(chǎn)生子囊孢子）,霉 菌,青霉,曲霉,營養(yǎng)菌絲,氣生菌絲,霉菌的孢子散發(fā)過程,真菌的無性生

6、殖（孢子生殖）,無隔菌絲、有隔菌絲；基內(nèi)菌絲（營養(yǎng)）、氣生菌絲（繁殖）。,,,菌絲,繁殖,無性繁殖：孢囊孢子、分生孢子等有性繁殖：接合孢子、子囊孢子等,,霉菌菌落,,細(xì)菌菌落,菌落：,(干、大、毛)（或絮狀）,(濕、粘、小、平),由單個或少數(shù)細(xì)菌或真菌大量繁殖而形成的肉眼可見的具有一定形態(tài)結(jié)構(gòu)的細(xì)胞群體。,,細(xì)菌的菌落,(濕、粘、小、平),大型真菌,,,,,蛋白質(zhì)衣殼,核酸（DNA或RNA）,六、病毒的基本特征,病毒顆粒的基本結(jié)構(gòu)-

7、----,螺旋對稱,二十面體對稱,煙草花葉病毒,T4 噬菌體(一種細(xì)菌病毒),復(fù)合對稱,,HIV,乙肝病毒,六、病毒的基本特征,病毒顆粒的其它結(jié)構(gòu)----- 包 膜(囊膜),六、病毒的基本特征,病毒的特點病毒在細(xì)胞外以成熟的顆粒形式（毒粒）存在；毒粒在胞外不表現(xiàn)任何生命特征；毒粒具感染宿主細(xì)胞的能力，一旦進(jìn)入細(xì)胞，毒粒便解體，并表現(xiàn)出繁殖、遺傳、變異等生命特征。,六、病毒的基本特征,溫和噬菌體：侵入宿主后并沒有立即開始病毒

8、物質(zhì)合成和組裝的病毒，此時的噬菌體基因組稱為原噬菌體，而含有原噬菌體的宿主被稱為溶源性細(xì)菌。 烈性噬菌體：進(jìn)入菌體后就會改變宿主的性質(zhì)，使之成為制造噬菌體的"工廠"，大量產(chǎn)生新的噬菌體，最后導(dǎo)致菌體裂解死亡。,六、病毒的基本特征,病毒的繁殖——步驟(以噬菌體為例),吸附侵入增殖（包括核酸復(fù)制與蛋白質(zhì)合成）裝配釋放,,,,六、病毒的基本特征,病毒的繁殖——周期,病毒繁殖的一步生長曲線,潛伏期,裂解期,平穩(wěn)期

9、,HIV（人類免疫缺陷病毒） 與 AIDS（獲得性免疫缺陷綜合癥）,HIV ? AIDS ?,SARS冠狀病毒,禽流感病毒——H5N1 A,肝炎病毒甲型肝炎病毒呈球形，無囊膜，核酸為單鏈RNA；乙型肝炎病毒呈球形，具有雙層外殼結(jié)構(gòu)，外層相當(dāng)一般病毒的囊膜，核酸為雙鏈DNA。,亞病毒,類病毒： 無蛋白質(zhì)外

10、殼，只含 RNA。朊病毒：只由蛋白質(zhì)組成。,七、微生物的營養(yǎng),微生物的營養(yǎng)要求1、碳源【糖類、脂肪、有機酸】：能源物質(zhì)，構(gòu)成菌體和代謝產(chǎn)物2、氮源【無機氮源：氨水、硫酸銨、尿素、硝酸鈉；有機氮源：發(fā)酵菌絲體、酒糟】：構(gòu)成菌體和代謝產(chǎn)物，硝化細(xì)菌的能源物質(zhì)3、能源【輻射能（太陽能）、化學(xué)能】： 為生命活動提供最初能量來源4、無機鹽類【Pb 、 Mg 、 S 、 P 、 Fe、Co、Zn等】維持酶活力，調(diào)節(jié)

11、滲透壓、pH值、電位等5、特殊生長因子【生物素、硫胺素、肌醇等】：構(gòu)成輔酶的組成部分，促進(jìn)生命活動6、水：溶解營養(yǎng)物質(zhì)和代謝產(chǎn)物,七、微生物的營養(yǎng),微生物的營養(yǎng)類型,七、微生物的營養(yǎng),微生物的營養(yǎng)類型,氫細(xì)菌、硫細(xì)菌硝化細(xì)菌、 鐵細(xì)菌,紅螺細(xì)菌,藍(lán)藻、藻類、光合細(xì)菌紫（綠）硫細(xì)菌,大多數(shù)細(xì)菌、放線菌、原生動物、幾乎全部的真菌,七、微生物的營養(yǎng),培養(yǎng)基的配置——基本原則選擇適宜的營養(yǎng)物質(zhì)營養(yǎng)物質(zhì)的濃度及其比例合適控制pH

12、條件滅菌處理原料來源的選擇 ……,七、微生物的營養(yǎng),培養(yǎng)基的配置——培養(yǎng)基的類型成分：天然培養(yǎng)基與合成培養(yǎng)基形式：液體、固體和半固體培養(yǎng)基功能：基礎(chǔ)培養(yǎng)基、加富培養(yǎng)基、 鑒別培養(yǎng)基、選擇培養(yǎng)基,營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的四種方式：一、自由擴散(diffusion)二、協(xié)助擴散(facilitated diffusion)三、主動運輸(active transport)

13、另外，膜泡運輸(memberane vesicle transport)　　　　即內(nèi)吞作用、外排作用。,七、微生物的營養(yǎng),八、微生物的代謝,代謝特點：初級代謝與次級代謝,指細(xì)胞內(nèi)所發(fā)生的全部化學(xué)反應(yīng),包括分解代謝和合成代謝。,微生物的代謝調(diào)節(jié),1、酶活性的調(diào)節(jié)2、酶合成的調(diào)節(jié),有關(guān)背景知識：　　酶——催化各種生物化學(xué)反應(yīng)的生物催化劑。有專一性、高效性等特點?！　。ń^大多數(shù)酶為蛋白質(zhì)，而蛋白質(zhì)的合成是由基因控制的。）,資料1：谷氨

14、酸的生產(chǎn)調(diào)節(jié),谷氨酸棒狀桿菌 能夠利用葡萄糖，經(jīng)過復(fù)雜的代謝過程形成谷氨酸；但當(dāng)終產(chǎn)物——谷氨酸的合成過量時，就會抑制谷氨酸脫氫酶的活性，從而導(dǎo)致合成途徑中斷。當(dāng)谷氨酸因消耗而濃度下降時，抑制作用就會被解除，該合成反應(yīng)又重新啟動。,酶活性的調(diào)節(jié)—反饋調(diào)節(jié),資料2 在用葡萄糖和乳糖作碳源的培養(yǎng)基上培養(yǎng)大腸桿菌，開始時，大腸桿菌只能分解葡萄糖而不能分解乳糖，只有當(dāng)葡萄糖被消耗完畢以后，大腸桿菌才開始利用乳糖。,分解葡萄糖的酶

15、是大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)一直存在的酶,分解乳糖的酶是在乳糖誘導(dǎo)下合成的酶,屬于：酶合成的調(diào)節(jié),①酶活性的調(diào)節(jié),a.酶活性調(diào)節(jié)的對象是酶（組成酶和誘導(dǎo)酶），調(diào)節(jié)的結(jié)果是酶的催化能力發(fā)生變化；b.酶活性調(diào)節(jié)的機制——通過酶與代謝過程產(chǎn)生物質(zhì)的可逆性結(jié)合進(jìn)行調(diào)節(jié)；c.酶活性調(diào)節(jié)的特點：快速、精確；d.酶活性調(diào)節(jié)的意義：避免代謝產(chǎn)物積累過多。,②酶合成的調(diào)節(jié),a.組成酶在細(xì)胞內(nèi)一直存在，它的合成只受基因調(diào)控；誘導(dǎo)酶只有環(huán)境中存在誘導(dǎo)物才能合成，它

16、的合成受基因與誘導(dǎo)物共同控制；b.　酶合成調(diào)節(jié)的對象是誘導(dǎo)酶；調(diào)節(jié)的結(jié)果是使細(xì)胞內(nèi)酶的種類增多；c.　酶合成調(diào)節(jié)的機制（本質(zhì)）——原核生物基因表達(dá)的調(diào)控，如大腸桿菌乳糖操縱子學(xué)說；d.　酶合成調(diào)節(jié)的意義：既保證代謝需要，又避免細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)和能量浪費，增強適應(yīng)性。,操縱子學(xué)說,此學(xué)說認(rèn)為，DNA上有調(diào)節(jié)基因(i)和操縱子。操縱子則包括一連串功能相關(guān)的基因（結(jié)構(gòu)基因、操縱基因(o)、啟動基因（p）)。,a.從調(diào)節(jié)對象看：b.從調(diào)節(jié)

17、效果看：c.從調(diào)節(jié)機制看：,調(diào)節(jié)已存在的酶的活性,從而控制代謝速率 ; 調(diào)節(jié)酶量的變化,直接而迅速 ； 間接而緩慢；,代謝水平調(diào)節(jié)； 基因水平調(diào)節(jié),聯(lián)系：細(xì)胞內(nèi)兩種方式同時存在，密切配合，高效、準(zhǔn)確控制代謝的正常進(jìn)行。,,區(qū)別,八、微生物代謝,微生物代謝的特殊方面——生物固氮自生固氮菌：巴氏梭菌（好氧）共生固氮菌：根瘤菌（與豆科植物共生） 弗蘭克氏菌（與非豆科植

18、物共生） 魚腥藻（與滿江紅共生）等固氮條件：固氮酶、ATP、電子傳遞體,九、微生物的生長繁殖,細(xì)菌的個體生長染色體DNA的復(fù)制與分離細(xì)胞壁擴增細(xì)胞分裂：無性二分裂 （15-20分鐘分裂一次）,九、微生物的生長繁殖,細(xì)菌的群體生長遲緩期對數(shù)生長期穩(wěn)定生長期衰亡期,九、微生物的生長繁殖,真菌的生長繁殖裂殖和芽殖：菌絲延長和酵母繁殖的主要方式無性孢子繁殖

19、：營養(yǎng)細(xì)胞分化出新個體（孢子）有性孢子繁殖：不同的性細(xì)胞結(jié)合而產(chǎn)生新個體,九、微生物的生長繁殖,微生物生長繁殖的控制化學(xué)控制：抗微生物劑：殺死或抑制微生物生長的物質(zhì)抗代謝物：用與生長因子結(jié)構(gòu)類似的物質(zhì)干擾微生物抗生素：一類 次級代謝產(chǎn)物，具有抑菌或殺菌能力物理控制：高溫滅菌：灼燒、煮沸、干熱、濕熱滅菌過濾除菌高滲作用抑菌輻射和超聲波處理干燥,十、微生物發(fā)酵技術(shù),利用生物特性和發(fā)酵理論，通過現(xiàn)代化的工程技術(shù)手

20、段，進(jìn)行工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)，使受培養(yǎng)的微生物或動植物細(xì)胞積累所需產(chǎn)品的一門技術(shù)學(xué)科。,十、微生物發(fā)酵工業(yè),微生物發(fā)酵工業(yè)的一般流程,十、微生物發(fā)酵工業(yè),發(fā)酵生產(chǎn)——中間控制溫度——菌體生長和積累代謝產(chǎn)物的最適溫度往 往是不同的，變溫控制；pH值——微生物的生長和發(fā)酵的最適pH值往往不 同，變化控制；溶氧——氧是制約發(fā)酵進(jìn)行的重要因素，加強溶氧；,十、微

21、生物發(fā)酵工業(yè),發(fā)酵實例——食品（食用酒精）發(fā)酵,十、微生物發(fā)酵工業(yè),發(fā)酵實例——藥品（青霉素）發(fā)酵,十一、感染與免疫,感染（傳染）有機體與病原體相互作用引起的病理過程免疫生物體能夠“識別自己”和“排除非己”，并保持自身穩(wěn)定的功能,病原微生物的致病作用　1、抗吞噬作用　2、病原微生物酶的致病作用　3、毒素的致病作用,免疫器官 　　中樞免疫器官　　 1、骨髓