1、微生物学,2,定义：是所有形体微小、单细胞或结构较为简单的多细胞生物、甚至没有细胞结构的生物的通称。 种类：微生物类群十分庞杂，包括： 无细胞结构的: 属于原核生物的: 属于真核生物的:,一、什么是微生物,3,二、微生物的特点及其应用,1、体积小、面积大 2、吸收多、转化快 3、生长旺、繁殖快 4、适应强、易变异 5、分布广、种类多,4,以啤酒酵母为例，它在分类学上的地位是：界(Kindom)：真菌界门(Phyllum)：真菌门纲(Class)：子囊菌纲目(Order)：内孢霉目科(Family)：内孢霉科属(Genus)：酵母属种(Species)：啤酒酵母,（一）、微生物的分类单位,界、门
2、、纲、目、科、属、种,三、微生物的分类与命名,5,学名是微生物的科学名称。 双名法： 学名=属名+种的加词+（首次定名人）+现定名人+定名年份,（二）微生物的命名,必要，用斜体表示,可省略，用正体字,微生物的名字有俗名和学名两种。如：红色面包霉粗糙脉孢霉绿脓杆菌铜绿假单胞菌,三名法：用于对亚种的命名，这时在属和种名后加写一个subsp.，然后再附上亚种名称（斜排体）。 如：Bacillus thuringiensis subsp. galleria 苏云金芽孢杆菌腊螟亚种,6,四、原核微生物,细菌 放线菌 支原体、衣原体和立克次氏体 蓝细菌,7,(一)细菌,1、细菌的大小 (1)长度单位：微米
3、(m) (2)表示： 球菌：直径 杆菌： 宽长 螺菌： 宽、长、螺距,球菌(直径)：0.2 1.5 m， 杆菌: 长1 5 m, 宽0.5 1 m。,8,2 、细菌染色法:,9,步骤：,结果:阳性菌紫色 阴性菌红色,由丹麦医生Hans Christian Gram于1884年创立。,革兰氏染色法（Gram Stain）,10,3、细菌的细胞壁,(1)成分：膜素、胞壁酸和特殊的脂类复合物。 膜素:亦称多肽聚糖，即为糖类和蛋白质结合而成的化合物。 胞壁酸:则只是革兰氏阳性菌才有。 脂类复合物:是革兰氏阴性菌的特征。,11,革兰氏阳性菌肽聚糖单体,肽聚糖： 由 N乙酰胞壁酸（NAM）和N乙酰葡糖胺（
4、NAG）以及短肽链（主要是四肽）组成的亚单位聚合而成的大分子聚合物。,(2)细胞壁的基本骨架肽聚糖（共有成分）,肽聚糖网格状结构,12,4、 细胞膜,功能： a)控制细胞内外物质的运送、交换； b)维持细胞内正常渗透压的渗透屏障作用； c)合成细胞壁各种组分和荚膜物质的场所； d)进行氧化磷酸化或光合磷酸化的产能基地； e)参与能量代谢； f)提供鞭毛的着生点并提供鞭毛运动所需能量。,13,5、细胞质及其内含物,细胞质功能：细胞质中含有丰富的酶系，是营养物质合成、转化、代谢的场所。,细胞膜内除核质体外的一切半透明、胶状、颗粒状物质可总称为细胞质。主要成分有：核糖体、贮藏物、各种酶类、中间代谢物
5、及质粒等,14,核糖体,是分散在细胞质中的颗粒状结构，由核糖体核酸（占60%）和蛋白质（占40%）组成。,细菌的核糖体 组成：70s，由50s大亚基和 30s 小亚基。 功能：细胞合成蛋白质的机构。,15,6、核质体(又称核区、拟核),细菌DNA： 长度：一般为：13mm 功能：负载遗传信息。,由大型环状双链DNA纤丝不规则地折叠或缠绕而构成的无核膜、核仁的区域,16,7、质粒的特点：,1、可以在细胞质中独立于染色体之外存在，也可以插入到染色体上以附加体的形式存在； 2、在细胞分裂时，可以不依赖于细菌染色体而独立进行自我复制，也可以插入到细菌染色体中与染色体一道进行复制； 3、质粒可以通过转化
6、、转导、或接合作用而由一个细胞转移到另一个细胞，使两个细胞都成为带有质粒的细胞； 4、质粒对于细胞生存并不是必要的。,17,质粒应用,18,8、荚膜,负染色 特殊染色,19,荚膜的生理功能,1、荚膜富含水分，可保护细胞免于干燥； 2、能抵御吞噬细胞的吞噬； 3、为主要表面抗原，是有些病原菌的毒力因子； 4、能保护菌体免受噬菌体和其他物质的侵害； 5、是某些病原菌必须的粘附因子； 6、贮藏养料，是细胞外碳源和能源的储备物质,20,荚膜与菌落形态,光滑型菌落 产荚膜的细菌在固体培养基上形成的菌落表面湿润、有光泽、呈粘液状，称S-型菌落。,粗糙型菌落 不产荚膜的细菌形成的菌落表面干燥、粗糙、称R-型
7、菌落。,21,9、鞭毛,由鞭毛丝鞭毛钩基体三部分组成：,鞭毛丝：中空螺旋状、丝状结构。,鞭毛钩：是连接鞭毛丝和基体的一个弯曲筒状部分。,G菌：L环、P环、S环、M环 G+菌：S环，M环,基体：由若干个盘状物即环组成。,22,概念：某些细菌生长到一定阶段或在一定环境条件下，细胞的正常生长和分裂停止，细胞内细胞质浓缩，逐步行成一个圆形、椭圆形或圆柱形的，对不良环境有较强抵抗力的特殊结构。,10、芽胞,芽胞,芽胞囊,23,24,对高温、干燥、辐射、化学药物有强大的抵抗力。 含水量低、壁厚而致密，通透性差,不易着色，折光性强。 芽胞内新陈代谢几乎停止，处于休眠状态，但保持潜在萌发力。 一个芽孢萌发只产
8、生一个营养状态的细胞。,芽孢的特性,25,由分枝状菌丝组成。菌丝无隔膜，仍属单细胞。细胞壁不含几丁质、纤维素；革兰氏阴性。,(二)放线菌,菌丝可分为：基内菌丝气生菌丝孢子丝,26,放线菌的菌落形态,质地: 形状： (1)产生大量分枝状菌丝的菌种： (2)不产生大量菌丝的菌种：,27,放线菌与细菌的比较,同为单细胞，菌丝比真菌细，其直径与细菌接近； 同属原核生物。 胞壁含磷壁酸，二氨基庚二酸，不含几丁质，纤维素；G+; 对环境的要求与细菌相近； 对溶菌酶敏感； 对抗生素的反应像细菌。,(三) 支原体、立克次氏体和衣原体 -支原体:可通过滤菌器。无细胞壁。细胞膜中胆固醇含量多。 -立克次氏体(Ri
9、ckettsia):专性细胞内寄生，通过蚤、虱、蜱、螨传入人体、如斑疹伤寒、战壕热。美国医生H.T.Richetts 1909年首次发现。 -衣原体:能通过细菌滤膜。 有革兰氏阴性细菌特征,含肽聚糖的细胞壁，但酶系统不完全，必须在寄主细胞内生活，有摄能寄生物之称。砂眼是衣原体引起的.,29,支原体,立克次氏体,衣原体,30,(四) 蓝细菌,又称蓝细菌，光合作用与高等植物类似，与光合细菌不一样。 没有叶绿体，仅有十分简单的光合作用结构装置。 细胞遗传信息载体与其它原核细胞一样，是一个环状DNA分子，但遗传信息量很大。 细胞的体积比其它原核细胞大得多。 属单细胞生物，有些以丝状的细胞群体存在 .,
10、31,真核微生物,五、真核微生物,32,1、真菌的分类,Ainsworth分类系统,G.W.Martin分类系统,真菌具有细胞壁，不含叶绿素，无根茎叶的分化，以产生大量孢子进行繁殖，以寄生 或腐生方式生存的真核微生物。,33,2、酵母菌的生活史,生活史或生命周期：,各种酵母的生活史可分为三种类型： (1)单倍体型 (2)双倍体型 (3)单双倍体型,34,(1)单双倍体型 特点：单倍体营养细胞和双倍体营养细胞均可进行芽殖。营养体既可以单倍体形式也可以双倍体形式存在；在特定条件下进行有性生殖。单倍体和双倍体两个阶段同等重要,形成世代交替。,35,(2)单倍体型,特点:营养细胞是单倍体；无性繁殖以裂
11、殖方式进行；双倍体细胞不能独立生活，因为双倍体阶段短，一经生成立即减数分裂。,36,(3)双倍体型,特点：营养体为双倍体，不断进行芽殖，双倍体营养阶段长，单倍体的子囊孢子在子囊内发生接合。单倍体阶段仅以子囊孢子形式存在，故不能独立生活。,37,3、霉菌的形态结构,霉菌的菌体由分枝或不分枝的菌丝构成。菌丝是中空管状结构，有分枝，有隔膜或无隔膜。根据菌丝有无隔膜，可以将真菌分成低等真菌和高等真菌两大类。 许多菌丝分枝连接，相互交织在一起所构成的形态称菌丝体。,38,霉菌菌丝类型,无隔菌丝：为长管状单细胞，胞质内含多个核。这是低等真菌所具有的菌丝类型。,有隔菌丝：菌丝中有隔膜，被隔膜隔开的一段菌丝就
12、是一个细胞，菌丝由多个细胞组成，每个细胞内有一至多个核。这是高等真菌所具有的类型。,39,真菌的鞭毛,40,4、真菌的繁殖方式,厚,41,六、病毒,capsid,core,envelope,spike,nucleocapsid,病毒粒子成熟的（结构完整）、具有侵染力的单个病毒。,Capsomere or capsomer,1、病毒粒子的基本结构,42,一种病毒至含有一种核酸（DNA或RNA）。植物病毒绝大多数含DNA;少数含RNA；动物病毒一部分含DNA，一部分含RNA；细菌病毒普遍含DNA，含RNA的极少。 病毒的核酸类型极为多样化： 病毒的DNA与RNA均有单链和双链：dsDNAssDNA
13、dsRNAssRNA,2.病毒的核酸,43,病毒DNA分子有线装和环状之分。 病毒核酸有正链（）和负链（）的区分：规定：将碱基序列与mRNA一致的核酸单链定位正链，将碱基序列与mRNA互补的核酸单链定位负链。有以下6 种类型：()DNA大部分DNA病毒()RNA动物呼肠孤病毒（）DNA 大肠杆菌X174噬菌体（）RNA所有单链RNA病毒大部分植物病毒（）DNA腺病毒（）RNA 流感病毒,44,3、烈性噬菌体与温和噬菌体的生活史比较,吸附,侵入,增殖,成熟,裂解,整合,同步复制,自发或诱导,多次循环,裂解性循环,溶原性循环,45,七、微生物营养,46,根据微生物对生长因子需要的可分为：,1. 野
14、生型 原养型不需要生长因子而能在基础培养基上生长的菌株 2. 营养缺陷型由于自发或诱发突变等原因从野生型菌株产生的需要提供特定生长素物质才能生长的菌株,47,微生物的营养类型,48,八、微生物的代谢 按代谢产物在机体中作用不同分： 初级代谢：提供能量、前体、结构物质等生命活动所必须的代谢物的代谢类型；产物：氨基酸、核苷酸等. 次级代谢：在一定生长阶段出现非生命活动所必需的代谢类型；产物：抗生素、色素、激素、生物碱等,49,微生物的能量代谢,中心任务：把外界环境中的各种初级能源转换成对一切生命活动都能使用的能源ATP。,有机物最初能源 日光 通用能源还原态无机物,化能自养菌,化能异养菌,光能营养
15、菌,50,肽聚糖：绝大多数原核微生物细胞壁所含有的独特成分。 合成特点： 合成机制复杂，步骤多，合成部位几经转移； 合成过程要有能够转运与控制肽聚糖结构元件的载体参与。 合成过程：依发生部位分成三个阶段： 细胞质阶段：合成派克（Park）核苷酸 细胞膜阶段：合成肽聚糖单体 细胞膜外阶段：交联作用形成肽聚糖,微生物结构大分子 肽聚糖的合成,51,52,肽聚糖的合成与抗生素的作用机制,抗生素能抑制细菌细胞壁的合成，但是它们的作用位点和作用机制是不同的。 -内酰胺类抗生素：是D-丙氨酰-D-丙氨酸的结构类似物，两者相互竞争转肽酶的活性中心。 杆菌肽：能与十一异戊烯焦磷酸络合，因此抑制焦磷酸酶的作用，
16、这样也就阻止了十一异戊烯磷酸糖基载体的再生，从而使细胞壁（肽聚糖）的合成受阻。,53,个体生长微生物细胞个体吸收营养物质，进行新陈代谢，原生质与细胞组分的增加为个体生长。 群体生长群体中个体数目的增加。可以用重量、体积、密度或浓度来衡量。 群体生长 = 个体生长 + 个体繁殖,九、微生物生长,54,1.无分支单细胞微生物的群体生长曲线,群体生长规律，其结论也基本适用于酵母菌。 生长曲线代表了细菌在新的环境中从开始生长、分裂直至死亡的整个动态变化过程。 一般可以将生长曲线划分为四个时期。,55,典型的生长曲线,延滞期,对数期,稳定期,衰亡期,56,现象：活菌数没增加，曲线平行于横轴。 特点： 生
17、长速率常数= 0 细胞形态变大或增长 细胞内RNA特别是rRNA含量增高，原生质嗜碱性增强 合成代谢活跃，易产生诱导酶 对外界不良条件敏感。 原因：适应新的环境条件，合成新的酶，积累必要的中间产物,.延滞期,57,.对数期,现象： 细胞数目以几何级数增加，其对数与时间呈直线关系。 特点： 生长速率常数最大，即代时最短 细胞进行平衡生长，菌体大小、形态、生理特征等比较一致 代谢最旺盛 细胞对理化因素较敏感 影响因素： 菌种 营养成分 营养物浓度 培养温度,58,. 稳定期,特点： 新增殖的细胞数与细胞的死亡数几乎相等，培养物中的细胞数目达到最高值。 细胞分裂速度下降，开始积累内含物，开始产芽孢。
18、 开始合成次生代谢产物。 产生原因：营养物尤其是生长限制因子的耗尽营养物的比例失调，如碳氮比不合适;有害代谢废物的积累（酸、醇、毒素等）物化条件（pH、氧化还原势等）不合适;,59,. 衰亡期,特点： 细胞死亡数增加，出现“负生长”。 细胞内颗粒更明显，细胞出现多形态、畸形或衰退形，芽孢开始释放。 菌体死亡、自溶等。 产生原因：生长条件的进一步恶化，使细胞内的分解代谢大大超过合成代谢，继而导致菌体的死亡,60,2、控制微生物生长的几个基本概念,灭菌 采用强烈的理化因素是任何物体内外部的一切微生物永远丧失其生长繁殖能力的措施。 消毒采用较温和的理化因素，仅杀死物体表面或内部的一部分对人体有害的病
19、原菌，而对被处理物体基本无害的措施。 防腐 利用理化因素完全抑制霉腐微生物的生长繁殖，从而达到防止物品发生霉腐的措施。 化疗 即化学治疗。利用具有高度选择毒力的化学物质抑制宿主体内病院微生物的生长繁殖，以达到治疗该传染病的一种措施。,61,消毒防腐剂的作用机理,三种方式: 使微生物蛋白质凝固变性,发生沉淀. 破坏菌体的酶系统,影响菌体代谢. 降低微生物表面张力,增加细胞膜的通透性,使细胞发生破裂或溶解.,62,概念：化学治疗剂是指那些能够特异性地作用于某些微生物并具有选择毒性的化学药剂。 种类： 抗代谢药物人工合成的 抗生素微生物所产生的,化学治疗剂,63,抗生素,概念： 抗生素：微生物在其生
20、命过程中所产生的一类低分子量代谢产物，在很低浓度下就能抑制或杀死其它微生物的生长。 作用机制： 1）抑制细胞壁的合成；2）破坏细胞膜功能； 3）抑制蛋白质合成； 4）干扰核酸代谢；,64,（1）存在诱导物时，mRNA得到转录：调节基因 控制部分 结构基因PP R t O z y a t-半乳糖苷酶 渗透酶转乙酰基酶诱导物 阻遏物 失活阻遏物 RNA多聚酶cAMP CRP,乳糖操纵子1,1、乳糖操纵子,DNA RNA蛋白质,十、微生物的遗传与变异,65,乳糖操纵子2,（2）诱导物和辅阻遏物都存在时调节基因 控制部分 结构基因PP R t O z y a t,66,乳糖操纵子3,（3）不存在诱导物
21、时，mRNA无法转录：调节基因 控制部分 结构基因PP R t O z y a t,67,2. 诱变机制,（1）碱基置换,定义：对DNA来说，碱基的置换属于一种染色体的微小损伤,一般也称点突变。只涉及一对碱基被另一对碱基所置换。 分类：转换，即DNA链中的一个嘌呤被另一个嘌呤或是一个嘧啶被另一个嘧啶所置换；颠换，即一个嘌呤被一个嘧啶,或是一个嘧啶被一个嘌呤所置换。,68,亚硝酸可以使碱基发生氧化脱氨作用。HNO2 胞嘧啶（C） 尿嘧啶（U）HNO2 腺嘌呤（A） 次黄嘌呤（H）HNO2 鸟嘌呤（G） 黄嘌呤（X） 这些反应及形成物均可在DNA复制中产生影响，主要是使碱基对发生转换。,碱基转换的
22、分子机制以亚硝酸为例,69,亚硝酸引起的AT-GC转换细节,70,（2）移码突变,指诱变剂使DNA分子中增加（插入）或缺失一个或少数几个核苷酸，从而使该部位后面的全部遗传密码发生转录和转译错误的一类突变。 丫啶类染料，包括原黄素、丫啶黄、丫啶橙和-氨基丫啶等，以及一系列称为ICR类的化合物，都是移码突变的有效诱变剂。,71,（3）染色体畸变,某些理化因子，如X射线等的辐射及烷化剂、亚硝酸等，除了能引起点突变外，还会引起DNA的大损伤染色体畸变，它包括： 染色体结构上的变化： 缺失 重复 易位 倒位 染色体数目的变化,72,3、原核微生物的基因重组,基因重组的方式 转化 转导 接合 原生质体融合
23、,73,转化的过程,strr,strr,74,转导过程,75,接合：供体与受体细胞直接接触，借性菌毛传递DNA，在受体细胞中发生交换、整合，使之获得供体菌的遗传性状的现象，称为接合。通过接合而获得新性状的受体细胞就称接合子。,76,接合两个亲本细胞通过直接接触来转移遗传物质的基因重组方式。通过接合而获得新性状的受体细胞就是接合子。,A,B,77,原生质体融合的主要步骤：,选择亲株制备原生质体原生质体融合 原生质体再生筛选优良性状的融合重组子,78,十一、微生物在自然界中的分布,生物体内外的正常菌群 人体的正常微生物区系 正常菌群：生活在健康动物各部位，数量大、种类较稳定且一般是有益无害的微生物
24、，称为正常菌群。 变化情况：正常菌群是相对的、可变的、有条件的。 机体防御机能减弱时，部分正常菌群会成为病原微生物； 正常菌群在非正常部位时也可引起疾病； 由于外界因素的影响，破坏了各种微生物之间的相互制约关系，正常菌群也会引起疾病（菌群失调症）。,79,其它生物体,无菌动物：体内外检查不到任何正常菌群的动物 悉生生物：已经人为接种某已知纯种微生物的无菌动物 根际微生物：植物根系经常向周围土壤分泌各种外渗物质，故根际有大量微生物活动。作用是改善植物营养、分泌生长刺激素及抗生素等；有时也有害，与植物争夺N、P等营养、分泌毒素等。 附生微生物：指生活在植物体表面，主要借其外渗物质或分泌物质为营养的
25、微生物。叶面微生物是主要的附生微生物。,80,土壤中的微生物,土壤中的环境条件：是微生物的大本营、也是人类最丰富的“菌种资源库”。 土壤中微生物的数量：按种类递减 细菌放线菌霉菌酵母菌藻类原生动物108 107 106 105 104 103个/g 耕作土壤中，细菌湿重约90 225kg；以土壤有机质含量为2%计算，则所含细菌干重约为土壤有机质的1%左右。 土壤微生物的代谢活动，可改变土壤的理化性质，进行物质转化，因此，土壤微生物是构成土壤肥力的重要因素。 若按生物量计算则各种微生物的生物量基本相当。,81,土壤中微生物的含量,土壤中微生物的含量与土壤有机质含量有直接关系。 表层耕作土中含量最高，耕作层厚度2030cm，地表土受阳光直接照射，其中微生物含量较低。 采取土样时一般要刮开表土23cm后采样。,
