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1、周德庆编 微生物学教程 课后习题参考答案 绪论 1 什么是微生物 它包括哪些类群 答 微生物是一切肉眼看不见或看不清的微小生物的总称 包括 原核类的细菌 放线菌 蓝细菌 支原体 立克次氏体和衣原体 真核类的真菌 原生动物 和显微藻类 属于非细胞类的病毒和亚病毒 2 人类迟至19 世纪才真正认识微生物 其中主要克服了哪些重大障碍 答 显微镜的发明 灭菌技术的运用 纯种分离技术 培养技术 3 简述微生物生物学发展史上的5 个时期的特点和代表人物 答 史前期 约8000 年前 1676 各国劳动人民 未见细菌等微生物的个体 凭实践经验利用微生 物是有益活进行酿酒 发面 制酱 娘醋 沤肥 轮作 治病等
2、 初创期 1676 1861 年 列文虎克 自制单式显微镜 观察到细菌等微生物的个体 出于个人爱好 对一些微生物进行形态描述 奠基期 1861 1897年 巴斯德 微生物学开始建立 创立了一整套独特的微生物学基本研究方法 开始运用 实践 理论 实践 的思想方法开展研究 建立了许多应用性分支学科 进入寻找 人类动物病原菌的黄金时期 发展期 1897 1953年 e buchner 对无细胞酵母菌 酒化酶 进行生化研究 发现微生物的代谢 统一性 普通微生物学开始形成 开展广泛寻找微生物的有益代谢产物 青霉素的发现推动了微生 物工业化培养技术的猛进 成熟期 1953 至今 j watson 和f c
3、rick 广泛运用分子生物学理论好现代研究方法 深刻揭示微生 物的各种生命活动规律 以基因工程为主导 把传统的工业发酵提高到发酵工程新水平 大量理论性 交叉性 应用性和实验性分支学科飞速发展 微生物学的基础理论和独特实验技术推动了生命科学个领 域飞速发展 微生物基因组的研究促进了生物信息学时代的到来 4 试述微生物与当代人类实践的重要关系 5 微生物对生命科学基础理论的研究有和重大贡献 为什么能发挥这种作用 答 微生物由于其 五大共性 加上培养条件简便 因此是生命科学工作者在研究基础理论问题时最乐于 选用的研究对象 历史上自然发生说的否定 糖酵解机制的认识 基因与酶关系的发现 突变本质的阐明
4、核酸是一切生物遗传变异的物质基础的证实 操纵子学说的提出 遗传密码的揭示 基因工程的开创 pcr 技术的建立 真核细胞内共生学说的提出 以及近年来生物三域理论的创建等 都是因选用微生物作为研 究对象而结出的硕果 为此 大量研究者还获得了诺贝尔奖的殊荣 微生物还是代表当代生物学最高峰的 分子生物学三大来源之一 在经典遗传学的发展过程中 由于先驱者们意识到微生物具有繁殖周期短 培 养条件简单 表型性状丰富和多数是单倍体等种种特别适合作遗传学研究对象的优点 纷纷选用粗糙脉孢 菌 大肠杆菌 酿酒酵母和t 系噬菌体作研究对象 很快揭示了许多遗传变异的规律 并使经典遗传学迅 速发展成为分子遗传学 从197
5、0 年代起 由于微生物既可以作为外源基因供体和基因载体 并可作为基因 受体菌等的优点 加上又是基因工程操作中的各种 工具酶 的提供者 故迅速成为基因工程中的主角 由于小体积大面积系统的微生物在体制和培养等方面的优越性 还促进了高等动 植物的组织培养和细胞 培养技术的发展 这种 微生物化 的高等动 植物单细胞或细胞集团 也获得了原来仅属于微生物所有 的优越体制 从而可以十分方便地在试管和培养皿中进行研究 并能在发酵罐或其他生物反应器中进行大 规模培养和产生有益代谢产物 此外 这一趋势还是原来局限于微生物实验室使用的一整套独特的研究方 法 技术 急剧向生命科学和生物工程各领域发生横向扩散 从而对整
6、个生命科学的发展 作出了方法学 上的贡献 6 微生物有哪五大共性 其中最基本的是哪一个 为什么 答 体积小 面积大 吸收多 转化快 生长旺 繁殖快 适应强 易变异 分布广 种 类多 其中 体积小面积大最基本 因为一个小体积大面积系统 必然有一个巨大的营养物质吸收面 代 谢废物的排泄面和环境信息的交换面 并由此而产生其余4 个共性 7 讨论五大共性对人类的利弊 答 吸收多 转化快 为高速生长繁殖和合成大量代谢产物提供了充分的物质基础 从而使微生物能 在自然界和人类实践中更好地发挥其超小型 活的化工厂 的作用 生长旺盛 繁殖快 在发酵工业 中具有重要的实践意义 主要体现在它的生产效率高 发酵周期短
7、上 且若是一些危害人 畜和农作物的 病原微生物或会使物品霉腐变质的有害微生物 它们的这一特性就会给人类带来极大的损失或祸害 适 应强 易变异 有益的变异可为人类创造巨大的经济和社会效益 有害的变异使原本已得到控制的相应 传染病变得无药可治 进而各种优良菌种产生性状的退化则会使生产无法正常维持 分布广 种类多 可以到处传播以至达到 无孔不入 的地步 只要条件合适 它们就可 随遇而安 为人类在新世纪中 进一步开发利用微生物资源提供了无限广阔的前景 8 试述微生物的多样性 答 物种的多样性 生理代谢类型的多样性 代谢产物的多样性 遗传基因的多样性 生态类 型的多样性 9 什么是微生物学 学习微生物学
8、的任务是什么 答 微生物学是一门在细胞 分子或群体水平上研究微生物的形态构造 生理代谢 遗传变异 生态分布和 分类进化等生命活动基本规律 并将其应用于工业发酵 医药卫生 生物工程和环境保护等实践领域的科 学 其根本任务是发掘 利用 改善和保护有益微生物 控制 消灭或改造有害微生物 为人类社会的进 步服务 第一章原核生物的形态 构造和功能 1 试设计一张表格 比较以下6 个大类原核生物的主要特性 细菌 放线菌 蓝细菌 支原体 立克次氏体 衣原体 直径 um 0 2 0 5 0 5 1 3 10 0 2 0 25 0 2 0 5 0 2 0 3 可见性 光学显微镜 光学显微镜 光学显微镜 光镜勉强
9、可 见 光学显微镜 光镜勉强可 见 过滤性 不能 不能 不能 能 不能 能 革兰氏染色 阳性或阴性 阳性 阴性 阴性 阴性 阴性 细胞壁 有坚韧的细 胞壁 有坚韧的细 胞壁 有坚韧的细 胞壁 缺壁 有坚韧的细 胞壁 有坚韧的细 胞壁 繁殖方式 二均分裂 无性孢子和 菌体断裂 二均分裂 二均分裂 二均分裂 二均分裂 培养方法 人工培养 人工培养 人工培养 人工培养 宿主细胞 宿主细胞 核酸种类 DNA 和 RNA DNA 和 RNA DNA 和 RNA DNA 和 RNA DNA 和 RNA DNA 和 RNA 核糖体 有 有 有 有 有 有 大分子合成 有 有 有 有 进行 进行 产生 ATP
10、 系统 有 有 有 有 有 无 增殖过程中结 构的完整性 保持 保持 保持 保持 保持 保持 入侵方式 多样 直接 昆虫媒介 不清楚 对抗生素 敏感 敏感 青霉素 除外 敏感 敏感 对干扰素 某些菌敏感 不敏感 有的敏感 有的敏感 2 典型细菌的大小和重量是多少 试设想几种形象化的比喻加以说明 答 一个典型的细菌可用E coli作代表 它的细胞平均长度约为2um 宽度约0 5um 形象地说 若把1500 个细菌的长径相连 仅等于一颗芝麻的长度 如果把120 个细胞横向紧挨在一起 其总宽度才抵得上一根 人发的粗细 它的重量更是微乎其微 若以每个细胞湿重约10 2g 计 则大约109 个E col
11、i细胞才达1mg重 3 试图示G 和G 细菌细胞壁的主要构造 并简要说明其异同 G 细菌与G 细菌的细胞壁都含肽聚糖和磷壁酸 不同的是含量的区别 如下表 成分 占细胞壁干重的 G 细菌 G 细菌 肽聚糖 含量很高 50 90 含量很低 10 磷壁酸 含量较高 50 无 类脂质 一般无 2 含量较高 20 蛋白质 无 含量较高 4 试图示肽聚糖的模式构造 并指出G 和G 细菌肽聚糖结构的差别 答 图示略 G 细菌与G 细菌的肽聚糖的差别仅在于 1 四肽尾的底3 个氨基酸不是L lys 而是被一种只有在原核微 生物细胞壁上才有的内消二氨基庚二酸 m DAP 所代替 2 没有特殊的肽桥 其前后两个单
12、体间的连接 仅通过甲四肽尾的第4 个氨基酸 D Ala 的羧基与乙四肽尾的第3 个氨基酸 m DAP 的氨基直接相 连 因而只形成较为疏稀 机械强度较差的肽聚糖网套 5 什么是缺壁细菌 试列表比较4 类缺壁细菌的形成 特点和实际应用 答 在自然界长期进化中和实验室菌种的自发突变中都会产生少数缺细胞壁的种类 或是用人为的方法通 过抑制新生细胞壁的合成或对现成细胞壁进行酶解而获得人工缺壁的细菌统称为缺壁细菌 比较如下 类型 形成 特点 实际应用 L 型细菌 L form of bacteria 在某些环境条件下 实验 室或宿主体内 通过自发 突变而形成的遗传性稳 定的细胞壁缺陷变异型 1 没有完整
13、而坚韧的细胞壁 细胞呈多形 态 2 有些能通过细菌滤器 故又称 滤过型 细菌 3 对渗透敏感 在固体培养基上形成 油 煎蛋 似的小菌落 直径在 0 1mm 左右 可能与针对细 胞壁的抗菌治 疗有关 原生质体 protoplast 在人为条件下 用溶菌酶 处理或在含青霉素的培 养基中培养而抑制新生 细胞壁合成而形成的仅 由一层细胞膜包裹的 圆 球形 对渗透压变化敏感 的细胞 一般由革兰氏阳 性细菌形成 1 对环境条件变化敏感 低渗透压 振荡 离心甚至通气等都易引起其破裂 2 有的原生质体具有鞭毛 但不能运动 也不被相应噬菌体所感染 在适宜条件 如 高渗培养基 可生长繁殖 形成菌落 形成 芽孢 及
14、恢复成有细胞壁的正常结构 3 比正常有细胞壁的细菌更易导入外源遗 传物质 是研究遗传规律和进行原生质体育 种的良好实验材料 球状体 sphaeroplast 又称原生质球 是对革兰 氏阴性细菌处理后而获 得的残留部分细胞壁 外 壁层 的球形体 与原生 质体相比 它对外界环境 具有一定的抗性 可在普 通培养基上生长 支原体 mycoplasma 在长期进化过程中形成 的 适应自然生活条件的 无细胞壁的原核生物 细胞膜中含有一般原核生物所没有的甾醇 所以即使缺乏细胞壁 其细胞膜仍有较高的 机械强度 6 试述染色法的机制并说明此法的重要性 答 革兰氏染色的机制为 通过结晶紫初染和碘液媒染后 在细菌的
15、细胞膜内可形成不溶于水的结晶紫与 碘的复合物 G 由于其细胞壁较厚 肽聚糖网层次多和交联致密 故遇脱色剂乙醇处理时 因失水而使网 孔缩小 在加上它不含类脂 故乙醇的处理不会溶出缝隙 因此能把结晶紫与碘的复合物牢牢留在壁内 使其保持紫色 反之 G 细菌因其细胞壁薄 外膜层类脂含量高 肽聚糖层薄和交联度差 遇脱色剂乙醇 后 以类脂为主的外膜迅速溶解 这时薄而松散的肽聚糖网不能阻挡结晶紫与碘复合物的溶出 因此细胞 退成无色 这时 在经沙黄等红色染料复染 就使G 细菌呈红色 而G 细菌则仍保留最初的紫色 此法证 明了G 和G 主要由于起细胞壁化学成分的差异而引起了物理特性的不同而使染色反应不同 是一种
16、积极重 要的鉴别染色法 不仅可以用与鉴别真细菌 也可鉴别古生菌 7 何为 拴菌试验 它何以能说明鞭毛的运动机制 答 拴菌 试验 tethered cellexperiment 是1974年 美国学者西佛曼 M Silverman 和西蒙 M Simon 曾设计的一个实验 做法是 设法把单毛菌鞭毛的游离端用相应抗体牢牢 拴 在载玻片上 然后在光学 显微镜下观察细胞的行为 因实验结果发现 该菌是在载玻片上不断打转 而非伸缩挥动 故肯定了 旋 转论 是正确的 8 渗透调节皮层膨胀学说是如何解释芽孢耐热机制的 答 渗透调节皮层膨胀学说认为 芽孢的耐热性在于芽孢衣对多价阳离子和水分的透性很差皮层的离子强 度很高 从而使皮层产生极高的渗透压夺取芽孢核心的水分 结果造成皮层的充分膨胀 而核心部分的细 胞质却变得高度失水 因此 具极强的耐热性 关键是芽孢有生命的部位即核心部位的含水量很稀少 为 10 25 因而特别有利于抗热 9 什么上菌落 试讨论细菌的细胞形态与菌落形态间的相关性 答 菌落即单个 或聚集在一起的一团 微生物在适宜的固体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
