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1、农业微生物学农业微生物学 本课程讲授内容介绍及学时安排o绪论 （2学时）o第一章 原核微生物（5学时） o第二章 真核微生物真菌 （3学时）o第三章 病毒（3学时）o第四章 微生物的营养（3学时）o第五章 微生物的代谢 （5学时）o第六章 微生物的生长和环境条件 （3学时）o第七章 微生物的遗传变异（5学时）o第八章 微生物的生态（4学时）o第九章 微生物在农业和环保上的应用 （3学时）参考书、作业、考试o教材n王贺祥主编 农业微生物学 n周德庆主编 微生物学教程n沈萍、陈向东编微生物学o作业n书面作业、课堂讨论、小组演讲(PPT)o考试n闭卷n成绩：平时10%, 期中20%, 期末70%绪
2、论 o1. 微生物的定义、种类和特点 o微生物（microorganism, microbe）是一切肉眼看不见或看不清楚的微小生物的总称( 一般个体0.1mm).包括:n原核生物类：原核生物类：细菌(真细菌和古生菌)、放线菌、蓝细菌、支原体、立克次氏体和衣原体n真核生物类真核生物类:真菌(酵母菌、霉菌和蕈菌) 、原生动物和显微藻类n非细胞类非细胞类：病毒和亚病毒（类病毒、拟病毒和朊病毒）放线菌放线菌蓝细菌蓝细菌Water: rich in CyanobacteriaCyanobacteria酵母菌酵母菌霉菌霉菌丝状真菌丝状真菌蕈蕈 菌菌显微藻类显微藻类原生动物原生动物Viruses 绪绪 论论
3、o特点特点：个体微小、结构简单、进化地位低n个体微小小 m 级:光学显微镜下可见(细胞),nm级:电子显微镜下可见(细胞器、病毒)n构造简简单:单细胞、简单多细胞、非细胞n进化地位低低:原核生物类、真核生物类、非细胞类绪绪 论论oM M的五大共性的五大共性 n体积小、比面大（最基础特征）体积小、比面大（最基础特征） n吸收多、转化快吸收多、转化快 n生长旺、繁殖快生长旺、繁殖快 n适应强、易变异适应强、易变异 n分布广、种类多分布广、种类多1 体积小、面积大德国科学家H. N. Schulz等1999年在纳米比亚海岸的海底沉积物中发现的一种硫磺细菌（sulfur bacterium），其大小可
4、达0.75 mm，Thiomargarita namibiensis，-“纳米比亚硫磺珍珠”个体小个体小: :测量单位：微米或钠米火星陨石中发现的细菌化石（直径火星陨石中发现的细菌化石（直径10nm10nm）小个体、大表面积的小个体、大表面积的意义意义共性的基础：微生物体积小、面积大是微生 物五大共性基础和关键之所在。 扩大交换面：比面值大则扩大了微生物群体 对外界营养物质的吸收面、产 物和废物的释放面、信息和能 量的交换面 单细胞培养：启发了动植物研究中的单细胞 培养（发酵）。2 2 . . 吸收多、转化快吸收多、转化快实例 E.coli (Escherichia coli) 大肠埃希氏菌
5、( 大肠杆菌 ) 耗乳糖 2000倍/每小时.自重 (约为人类的3,000,000倍) Candiada utilis 产朊假丝酵母 合成蛋白质的能力为大豆的100倍、公牛的100,000倍意义o为微生物生长繁殖提供了物质基础 o为物质转化、累积代谢产物提供条件 o更好地利用这一点，发挥微生物 “活的催化化工厂”之功能3.生长旺、繁殖快o实例 nVibrio Natriegens(需钠弧菌需钠弧菌) 9.8分钟/代nE.coli 12.520.0分钟/代o意义n积极作用:体现于发酵工业， 周转快，效率高； 运用于科学研究，是生化、遗传的良好材料； 适用于农业方面，成为缓解粮食危机的好帮手。 消
6、极作用:使病原菌蔓延快，危害大。4.适应强、易变异o适应性适应性 n个体微小，提供了微生物极其灵活的适应性 为适应多变的进化环境，微生物产生了许多灵活代谢调控机制。n极端环境中的微生物，为人类探索宇宙微生 物拓展了新思路。南极Vostok湖冰芯样品中的微生物从永冻冰层分离微生物嗜盐菌有重要实用价值o淹盐环境中都能找到嗜盐性微生物，这些嗜盐菌有其重要实用价值。 o如: 盐生盐杆菌所含的视觉物质一一细菌视紫红质（bacteriorhodopsin）是开发生物芯片的重要材料之一。另一方面，这种嗜盐古细菌对研究地球生命起源有重要价值。. 探索高低温微生物生命的奥秘 高适应性微生物的研究o自然界有哪些高
7、适应性的微生物?o有些微生物为什么在不寻常的温度条件 下能够生存？o为什么这类微生物在极端高温或低温下 保持它们的强大生命活力和适应力？o它们的特殊性质究竟受什么因子所制约？ o它们在生命演化中占有什么样的地位 o它们在生产实践上有何经济意义等等。高适性微生物的概念o探索奇异生命的奥秘，首先对应了解高适应性微生物的特殊环境高低温、强酸、强碱、高浓度溶质以及干旱、高压等条件, 只能在这种条件下生存、繁殖的微生物叫做高适应性微生物 o其中嗜高温微生物或嗜低温微生物是探讨的主题。自然界确实有这么一些微生物能在高温（100以上）或在低温（2以下）的特殊环境下生存，并保持它的生命活力，人们把这类微生物称
8、为适高温或适低温微生物Scientists isolated the thermostable DNA polymerase Taq, an enzyme that drives PCR, from Thermus aquaticus Yellowstone type-1, a resident of geysers like this one at Yellowstone National Park. 变异惊人 o生物界的变异率相同( 10-5-10 10 ) o微生物界的优势在于个体数惊人， 因此其产生突变数量同样惊人与能见可计 o例：产量变异惊人nPenicillium chrysoge
9、num 产黄青霉产黄青霉n20U./1943 5100,000U./目前约目前约5,000 5,000 倍倍 o抗药变异可怕nStaphlococcus aurreusStaphlococcus aurreus n0.020.02 g g/ml / 1943 耐药量提高10,000倍5.分布广、种类多o分布广分布广 n为生物圈的开拓者和永久居民为生物圈的开拓者和永久居民o实例实例1 1： 肠道正常菌群肠道正常菌群n种类种类 100400100400种种 n总量总量10101313个个 n占排泄物干重的占排泄物干重的1/3 1/3 n厌氧菌数量是好氧菌的几百至上千倍厌氧菌数量是好氧菌的几百至上千
10、倍 分布广分布广o实例实例2 2：万米海底 n耐高温 100 n耐高压 1140 atm o实例实例3 3：几万米高空n8.5万米处发现微生物 o实例实例4 4: 地层下的岩石n球菌，杆菌和真菌 2.M与人类的关系o有益方面o面包、奶酪、啤酒、抗生素、疫苗、维生素、酶等重要产品的生产；o地球的清洁工参与地球上的物质循环o微生物肥料和微生物农药o有害方面o人类疾病大流行n鼠疫(黑死病)、天花、麻风、梅毒、肺结核、爱滋病、SARS等o植物病害n马铃薯晚疫病小麦秆锈病小麦秆锈病 水稻稻粒黑粉病水稻稻粒黑粉病橡胶树白粉病稻瘟病16.叶瘟（1.急性型；.2急性型转慢性型；34.慢性型；5.褐点型；6白点
11、型；）7.健穗；8.穗颈盖初期症状；910.穗颈盖后期症状；11.支梗瘟；1213.节瘟；14.谷粒曾；15.护颖瘟；16.分生孢子梗和分生孢子 3.3.微生物学的发展简介微生物学的发展简介o微生物学（Microbiology）n研究微生物的生命活动的科学 n包括微生物在一定条件下的形态结构、生理生化、遗传变异、微生物的分类与进化、生态等 o农业微生物学n是微生物学的一个分支学科，它主要研究微生物在农业上的应用和与之相关的理论探索。3.3.微生物学的发展简介微生物学的发展简介o微生物学的发展简史微生物学的发展简史n史前期史前期1676年之前（约年之前（约8000年）年） 朦胧阶段 n初创期初创
12、期16761861（约（约200年）年） 形态描述阶段（列文虎克） n奠基期奠基期18611897 （约（约40年）年） 生理水平研究阶段（巴斯德、科赫） n发展期发展期18971953（约（约50年）年） 生化水平研究阶段 n成熟期成熟期1953至今至今 分子生物学水平阶段 史前期史前期16761676年之前（约年之前（约80008000年）年）o朦胧阶段n凭实践经验利用微生物的有益活动n缺乏合适的工具来观察微生物o1546年 Fracastoro（1478-1553)认为肉眼不可见的生物引起人类的疾病。我国8000年前就开始出现了曲蘖酿酒；4000年前埃及人已学会烘制面包和酿制果酒；250
13、0年前发明酿酱、醋，用曲治消化道疾病；公元六世纪(北魏时期),贾思勰的“齐民要术”；公元2世纪，张仲景：禁食病死兽类的肉和 不清洁食物；公元前112年-212年间，华佗：“割腐肉以防传染”；初创期初创期1676167618611861（约（约200200年）年）o形态描述阶段n列文虎克（1632-1723）用自制的显微镜发现了“微小动物”。n缺乏适当的方法来研究微生物列文. 虎克奠基期奠基期186118611897 1897 （约（约4040年）年）o生理水平研究阶段n微生物学奠基人巴斯德（1822-1895）o彻底否定了“自生说”学说o免疫学-预防接种o证实发酵是由微生物引起的o巴斯德消毒法
14、 巴斯德奠基期奠基期186118611897 1897 （约（约4040年）年）o生理水平研究阶段n细菌学奠基人柯赫（1843-1910）o证实了炭疽病菌是炭疽病的病原菌o发现了结核病的病原菌-获诺贝尔奖o柯赫法则o建立了微生物的基本操作技术科赫发展期发展期1897189719531953（约（约5050年）年）o生化水平研究阶段n对无细胞酵母菌“酒化酶”进行研究n发现微生物代谢的统一性o普通生物学开始形成成熟期成熟期19531953至今至今o分子生物学水平阶段nJ. Waston & F. Crick 分子生物学的奠基人，发现了DNA的双螺旋结构n1961 年加古勃（F.Jacab）和莫诺德
15、（J. Monod）提出了操纵子学说n1977年，C.Weose 等在分析原核生物16S rRNA 和真核生物18S rRNA序列的基础上，提出了可将自然界的生命分为细菌、古菌和真核生物三域（domain） 4.微生物学分科微生物学分科微生物学分科5.5.微生物在生物界的分类地位微生物在生物界的分类地位o1753年 二界系统 动物界动物界 、植物界、植物界 o1860年 三界系统 动物界、植物界、原生生动物界、植物界、原生生物界物界 o1956年 四界系统 动物界、植物界、原生动物界、植物界、原生生物界、菌界生物界、菌界o1969年 五界系统 动物界、植物界、原生动物界、植物界、原生生物界、真
16、菌界、原核生物界生物界、真菌界、原核生物界 o1949 1977 六界系统 + + 病毒界病毒界 微生物在生物界的分类地位微生物在生物界的分类地位o1978年 三域学说（16S、18SrRNA） n细菌域、真核生物域、古生菌域 n由共同的远祖进化而来 第一章第一章 原核微生物原核微生物o原核生物原核生物n指一大类细胞核无核膜包裹,只存在称作核区(nuclear region)的裸露DNA的原始单细胞生物.n包括:细菌(真细菌和古生菌)、放线菌、蓝细菌、支原体、立克次氏体和衣原体第一节 细菌1.细菌的基本形态和大小 n基本形态:球状、杆状和螺旋状n大小：测量单位是微米（m ）o球菌：只测直径，一
17、般在0.21.5微米 o杆菌大小：用宽长 或 长宽表示一般为（0.5-1）（15）o螺旋菌：（0.3-1） （1-8） 球菌球菌o菌体呈球形或近似球形。-coccus，由于是圆形，在干燥时较不易变形n单球菌 n双球菌 n链球菌 n四链球菌 n八叠球菌 n葡萄球菌 双球菌链球菌四链球菌葡萄球菌杆杆 菌菌o是细菌中最大的一种，形态呈杆状n短杆菌： 菌体较粗短，似球形，两边钝圆 n长杆菌：菌体细长，长：宽2 n链杆菌：杆状的细胞呈链存在 n棒杆菌：在杆菌细胞的一端或两端膨大 n分枝杆菌：细胞细长，有时呈分枝状。 n按杆菌排列则有：链形、栅形、八字形、带衣鞘的丝状等 短杆菌 链杆菌 大肠杆菌 梭状芽孢
18、杆菌双歧杆菌螺旋菌螺旋菌o弧菌：菌体只有一个弯曲，呈弧状 o螺旋菌：菌体弯曲多，26环，两端鞭毛，菌体有坚硬的细胞壁。产甲烷螺旋菌 o螺旋体：螺旋6环以上，菌体无鞭毛，体柔软，有收缩运动的轴丝，无细胞壁或薄。是介于细菌与原生动物之间的单细胞生物。梅毒密螺旋体 霍乱弧菌螺旋菌螺旋体螺旋体-22.2.细菌的细胞结构细菌的细胞结构 o一般结构一般结构：所有细菌共有的，生命必需。 细胞壁、细胞膜、细胞核（核区）和细胞质o特殊结构：特殊结构：部分细菌具有的或一般细菌在特殊环境下才有的。如鞭毛、芽孢、荚膜、菌毛、伴孢晶体等2.2.细菌的细胞结构细菌的细胞结构o2.1细胞壁（cell wall）n是位于细菌
19、细胞最外面的一层厚实、坚韧的外被,主要成分为肽聚糖,具有固定细胞外型和保护细胞不受损伤等多种生理功能.n细胞壁的主要功能o固定细胞外形；协助鞭毛运动；保护细胞免受外力的损伤；为正常细胞分裂所必需；阻拦有害物质进入细胞；与细菌的抗原性、致病性（如内毒素）和对噬菌体的敏感性密切相关。 2.2.细菌的细胞结构细菌的细胞结构o2.1.1细菌的革兰氏染色 n该染色法由丹麦医生C.Gram于1884年创立，故名.其简要操作分初染、媒染、脱色和复染四步.革兰氏染色将细菌分为革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌n 2.2.细菌的细胞结构细菌的细胞结构o2.1.2 G+细菌的细胞壁厚度大(20-80nm),化学成分简
20、单n肽聚糖（Peptidoglycan）90%o肽和聚糖组成n肽包括四肽尾和肽桥n聚糖由一个N-乙酰葡糖胺与一个N-乙酰胞壁酸分子通过-1，4-糖苷键连接而成 。2.2.细菌的细胞结构细菌的细胞结构o2.1.2 G+细菌的细胞壁n磷壁酸（teichoicacid，即垣酸） 10%o革兰氏阳性细菌细胞壁所特有的成分 o一种酸性多糖,主要成分为甘油磷酸和核糖醇磷酸 o分壁磷壁酸和膜磷壁酸（即脂磷壁酸）n与肽聚糖分子间发生共价结合的称壁磷壁酸n由甘油磷酸链分子与细胞膜上的磷脂进行共价结合后形成 的称膜磷壁酸o磷壁酸的主要生理功能 2.2.细菌的细胞结构细菌的细胞结构o2.1.3 G-细菌的细胞壁 厚
21、度较G+细菌薄,层次较多,成分较复杂.nG-细菌的肽聚糖层很薄(仅2-3nm)n与G+细菌的肽聚糖的差别o肽尾的第3个氨基酸为内消旋二氨基庚二酸（m-DAP） o没有特殊的肽桥，其前后两个单体间的联系仅由甲肽尾的第4个氨基酸D-丙氨酸的羧基与乙肽尾第3氨基酸m-二氨基庚二酸的氨基直接连接而成。 2.2.细菌的细胞结构细菌的细胞结构o2.1.3 G-细菌的细胞壁n脂多糖（LPS，lipopolysaccharide） o革兰氏阴性细菌特有的成分o是位于革兰氏阴性细菌细胞壁最外层的一层较厚（810nm）的类脂多糖类物质 o由类脂A、核心多糖和O-特异侧链三部分所组成 o主要功能 o2.1.4革兰氏
22、染色反应机制 革兰氏阳性细菌和阴性细菌一系列生物学特性的比较革兰氏阳性细菌和阴性细菌一系列生物学特性的比较比比 较较 项项 目目G+ 细细 菌菌G- 细细 菌菌1. 革革兰兰氏染色反氏染色反应应能阻留能阻留结结晶紫而染成紫色晶紫而染成紫色可可经经脱色而复染成脱色而复染成红红色色2. 肽聚糖层肽聚糖层厚厚, 层层次多次多薄薄,一般一般单层单层3. 磷壁酸磷壁酸多数含有多数含有无无4. 外膜外膜无无有有5. 脂多糖脂多糖(LPS)无无有有6. 类类脂和脂蛋白脂和脂蛋白低低(仅仅抗酸性抗酸性细细菌含菌含类类脂脂)高高7. 鞭毛鞭毛结结构构基体上着生两个基体上着生两个环环基体上着生四个基体上着生四个环
23、环8. 产产毒素毒素以外毒素以外毒素为为主主以内毒素以内毒素为为主主9. 对对机械力的抗性机械力的抗性强强弱弱10. 细细胞壁抗溶菌霉胞壁抗溶菌霉弱弱强强11. 对对青霉素和黄胺青霉素和黄胺敏感敏感不敏感不敏感12. 链链霉素、霉素、氯氯霉素、四霉素、四环环素素不敏感不敏感敏感敏感13. 碱性染料的抑菌作用碱性染料的抑菌作用强强弱弱14. 对对阴离子去阴离子去污剂污剂敏感敏感不敏感不敏感15. 对对叠氮化叠氮化钠钠敏感敏感不敏感不敏感16. 对对干燥干燥抗性抗性强强抗性弱抗性弱17. 产产芽芽孢孢有的有的产产不不产产2.2.细菌的细胞结构细菌的细胞结构o2.1.5 细胞壁缺损的细菌n原生质体（
24、protoplast） n球状体或原生质球（sphaeroplast） nL型细菌 (L-form bacteria)2.2.细菌的细胞结构细菌的细胞结构o2.2 细胞膜（cellmembrane） n细胞膜液态镶嵌模式 n细胞膜的功能 2.2.细菌的细胞结构细菌的细胞结构o2.3 间体（mesosome）o2.4 细胞质及其内含物n细胞质（cytoplasm） n核糖体n颗粒状内含物n异染颗粒n聚-羟丁酸（poly-hydroxybutyrate，PHB） 2.2.细菌的细胞结构细菌的细胞结构o2.5 核区与质粒n核区又称核质体(nuclear body)、原核(prokaryon)、拟核(
25、nucleoid)或核基因组(genome) n质粒(Plasmid)是游离于细菌染色体之外,或附加在细菌染色体之上,具有独立复制能力的小型共价闭合环状DNA分子,2.2.细菌的细胞结构细菌的细胞结构o2.6糖被(glycocalyx) n是某些细菌细胞壁外附着的一层厚度不定的胶状物质。根据厚度不同可分成：微荚膜、荚膜、粘液层 n成分:多糖、多肽、蛋白质n功能:n应用:2.2.细菌的细胞结构细菌的细胞结构o2.7 鞭毛（flagellum） n运动性微生物细胞表面，着生有一根或数根由细胞内伸出的细长、波曲、毛发状的丝状体结构，即为鞭毛。是细胞的运动器官，起源于细胞质最外层的鞭毛基粒。n成分：蛋
26、白质及少量的多糖，脂类 n在各类细菌中，弧菌、螺菌和假单孢菌普遍都长鞭毛，杆菌中，有的长，有的不长；球菌中只有个别属长.也是菌种分类鉴定中的重要指标.2.2.细菌的细胞结构细菌的细胞结构o菌毛（Pilus或fimbria）n是长在细菌体表的一种纤细（直径79nm）、中空（直径22.5nm）、短直、数量较多（250300根）的蛋白质附属物，在革兰氏阴性细菌中较为常见 o性菌毛（sexpilus，F-pilus或sexfimbria） 2.2.细菌的细胞结构细菌的细胞结构o2.8芽孢 n某些细菌生长到一定阶段，有细胞内形成一个圆形或椭圆形的对 不良环境条件具有较强的抵抗力休眠体叫之 n特性：具有极
27、强的抗热、抗辐射、抗化学药物和抗静水压的能力。 n芽孢抗性强的原因:n研究芽孢的意义： 2.2.细菌的细胞结构细菌的细胞结构o2.9伴孢晶体 n少数芽孢杆菌如苏云金杆菌在形成芽孢的同时，会在芽孢旁形成一颗菱形或双椎形的碱性蛋白质晶体（ 内毒素）n由18种氨基酸组成，对200多种磷翅目昆虫有毒害作用，可以使昆虫肠道穿孔，使昆虫全身麻痹死亡,因而可制成细菌杀虫剂 3.细菌的群体形态o固体培养基上形态固体培养基上形态-菌落：是由单个细菌细胞经生长繁殖而成的肉眼可见的子细胞群体 3.细菌的群体形态o在半固体培养基上的形态n用穿刺接种方法，如该细菌有鞭毛，能运动则沿穿刺线扩散生长，若无鞭毛不能运动，只在
28、穿刺线处生长 o在液体培养基中n多数细菌呈现均匀浑浊（表现均匀生长）n部分形成菌膜(专性需氧菌），在液体培养基表面上形成菌膜，液体透明明或者稍浑浊。n形成菌环，在液体中间形成一圈环状物形成沉淀。n在液体底部形成沉淀。4.细菌的繁殖o二分分裂繁殖是细菌最普遍、最主要的繁殖方式. 但也有少数细菌靠出芽繁殖或劈裂繁殖.o细菌的繁殖首先是从DNA的复制开始的.随着DNA复制的完成,细胞膜内陷,接着细胞壁跟随内陷,最后一分为二个子细胞第二节原核细胞与真核细胞的主要区别第二节原核细胞与真核细胞的主要区别原核细胞原核细胞真核细胞真核细胞细胞大细胞大小小较小直径（较小直径（110微米）微米）较大，直径（较大，
29、直径（10100微米）微米）细胞壁细胞壁主要成分是肽聚糖主要成分是肽聚糖植物细胞有细胞壁，主要成分为纤维素植物细胞有细胞壁，主要成分为纤维素和果胶和果胶细胞质细胞质仅有分散的核糖体，无其它的细仅有分散的核糖体，无其它的细胞器胞器有核糖体、线粒体、叶绿体、内质网、有核糖体、线粒体、叶绿体、内质网、高尔基体等细胞器高尔基体等细胞器细胞核细胞核无成形的细胞核。在细胞内某一无成形的细胞核。在细胞内某一区域内有丝状的区域内有丝状的DNA，核内外无，核内外无核膜，核内无核仁，核膜，核内无核仁，DNA分子上分子上无蛋白质，因此无染色体无蛋白质，因此无染色体有明显的细胞核，外被核膜，内有核仁有明显的细胞核，外
30、被核膜，内有核仁和和DNA、蛋白质组成的染色体（质）、蛋白质组成的染色体（质）转录和转录和翻译翻译出现在同一时间和地点出现在同一时间和地点转录在细胞核中，翻译在细胞质中完成转录在细胞核中，翻译在细胞质中完成分裂方分裂方式式有二分体、出芽和无丝分裂有二分体、出芽和无丝分裂能进行有丝分裂和减数分裂能进行有丝分裂和减数分裂存在环存在环境境可生存在极端环境中，适应温度可生存在极端环境中，适应温度范围较广（与特殊的酶有关）范围较广（与特殊的酶有关）适应的温度范围相对较窄，适宜温度在适应的温度范围相对较窄，适宜温度在2。C50。C（与酶有关）（与酶有关）构成的构成的生物生物原核生物原核生物真核生物真核生物
31、举例举例细菌、蓝藻、放线菌、衣原体细菌、蓝藻、放线菌、衣原体自然界中的绝大多数生物自然界中的绝大多数生物第三节原核微生物的分类o1.细菌命名n什么是种?种是由一群具有高度表型相似性的个体组成,而且它又和其他类群具有明显的差异。种是基本的分类单位。n细菌的种名用双名法表示:属名+种名加词.如枯草芽孢杆菌的种名是Bacillus substilusn原核微生物的分类等级是:原核微生物界、门、纲、目、科、属、种。第三节原核微生物的分类o2.细菌的分类依据n形态学和生理生化特征 n血清型和噬菌体型 n蛋白质分析 n核酸分析第三节原核微生物的分类o3.细菌的数值分类法n通过广泛比较分类单位的性状特征，然
32、后计算它们之间的相似性，再根据相似性的数值划分类群的一种分类方法。n数值分类五个步骤 n数值分类的优点和局限第三节原核微生物的分类o4.细菌的分类系统n世界上三个权威的原核微生物的分类系统o前苏联的克拉西尼柯夫系统o法国的普雷沃系统o美国的伯杰氏系统n伯杰氏细菌分类系统简介第三节原核微生物的分类o“伯杰氏细菌鉴定手册(第九版)”将原核微生物分为35群,归为四大类(或四个门)o第一类 具细胞壁的革兰氏阴性真细菌o第二类 具细胞壁的革兰氏阳性真细菌o第三类 无细胞壁的真细菌o第四类 古细菌第四节 放线菌(Actinomycetes) o1.放线菌的形态结构第四节 放线菌(Actinomycetes
33、)o2.放线菌的菌落特征n易能产生大量分枝和气生菌丝的菌种（如链霉菌）菌落质地致密，与培养基结合紧密，小而不蔓延，不易挑起或挑起后不易破碎。丝绒状，粉末状。n不能产生大量菌丝体的菌种（如诺卡氏菌）粘着力差，粉质，针挑起粉碎第四节 放线菌(Actinomycetes)o3.放线菌的繁殖n无性繁殖：主要通过无性孢子方式繁殖。菌丝片断可繁殖成新的菌体，液体发酵均由菌丝片断繁殖的。 孢子形成有三种：凝聚孢子（分生孢子）、横隔孢子、孢囊孢子。o4.分布特点及与人类的关系第五节 其它代表性原核微生物o1. 蓝细菌（Cyanobacteria） n基本概念基本概念: :蓝藻或蓝绿藻（blue-green a
34、lgae），分布广泛，是一类含有叶绿素a、能以水作为供氢体和电子供体、通过产氧型光合作用将光能转变成化学能、同化CO2为有机物质的光合细菌。 n形态学特点形态学特点第五节 其它代表性原核微生物o2.支原体、立克次氏体、衣原体、n支原体支原体是介于细菌与病毒之间的一类无细胞壁的，也是已知可以独立生活的最小的细胞生物 n立克次氏体立克次氏体是一类只能寄生在真核细胞内的革兰氏阴性原核微生物,有细胞壁但不能独立生活. n衣原体衣原体介于立克次氏体与病毒之间，能通过细菌滤器，专性活细胞内寄生的一类原核微生物 特特 征征细细 菌菌支支 原原 体体立克次氏体立克次氏体衣衣 原原 体体病病 毒毒直径(m)0.
35、5-0.20.2-0.250.2-0.50.2-0.30.25可见性光学显微镜光学显微镜勉强可见光学显微镜光学显微镜勉强可见电子显微镜过滤性不能过滤能过滤不能过滤能过滤能过滤革兰氏染色阳性或阴性阴性阴性阴性无细胞壁有坚韧的细胞壁缺与细菌相似与细菌相似无细胞结构繁殖方式二均分裂二均分裂二均分裂二均分裂复制培养方法人工培养基人工培养基宿主细胞宿主细胞宿主细胞核酸种类DNA和RNADNA和RNADNA和RNADNA和RNADNA或RNA核糖体有有有有无大分子合成有有进行进行只利用宿主机器产生ATP系统有有有无无增殖过程中结构的完整性保持保持保持保持失去入侵方式多样直接昆虫媒介,不清楚决定宿主细胞性质
36、对抗生素敏感敏感(青霉素例外)敏感敏感不敏感对干扰素某些菌敏感不敏感有的敏感有的敏感敏感第二章 真核微生物真菌 o第一节 酵母菌单细胞真菌1. 酵母菌的形态结构n酵母菌的形状与大小 n酵母菌的细胞结构第一节 酵母菌单细胞真菌o2.酵母菌的繁殖与生活史 n无性繁殖o芽殖(budding)酵母菌最常见的繁殖方式 o裂殖(fission):产生掷孢子,节孢子和厚垣孢子 n有性生殖 o酵母菌以形成子囊和子囊孢子(ascospore)的方式进行有性繁殖 啤酒酵母菌啤酒酵母菌 (1)(1)营养细菌；营养细菌；(2)(2)芽孢子；芽孢子；(3)(3)子囊内子囊孢子子囊内子囊孢子 各种类型酵母菌的子囊孢子各种
37、类型酵母菌的子囊孢子 第一节 酵母菌单细胞真菌o2.酵母菌的繁殖与生活史n酵母菌的生活史 o单倍体型-八孢裂殖酵母 o双倍体型-路氏类酵母 o单双倍体型-啤酒酵母 3 3种类型酵母菌的生活史种类型酵母菌的生活史 第二节 霉 菌丝状真菌 o1. 霉 菌的形态结构n菌丝霉菌的营养菌丝霉菌的营养菌丝 粗糙脉胞菌的菌丝分化粗糙脉胞菌的菌丝分化 及其细胞壁的成分及其细胞壁的成分 第二节 霉 菌丝状真菌o营养菌丝体的特化形态n假根(rhizoid) n附着胞(sclerotium) n菌核(sclerotium) n菌索(rhizomorphs) n菌丝束(mycelial strands) n匍匐菌丝(
38、stolon) n捕捉菌丝(hyphal traps) 营养菌丝的特化形态营养菌丝的特化形态 吸器吸器 真菌的菌核真菌的菌核 真菌的捕捉菌丝真菌的捕捉菌丝 (1)(1)拳头状捕捉菌丝，其中一些粘住一条线虫；拳头状捕捉菌丝，其中一些粘住一条线虫；(2)(2)网状捕捉菌丝；网状捕捉菌丝；(3)(3)环状捕捉菌丝，右侧为环状捕捉菌丝，右侧为3 3个膨大细胞卡住一条线虫个膨大细胞卡住一条线虫 第二节 霉 菌丝状真菌o气生菌丝体的特化形态n结构简单的产生无性孢子子实体 o分生孢子头(conidial head) o孢子囊(Sporangium) 根根 霉霉毛霉毛霉第二节 霉 菌丝状真菌o气生菌丝体的特化
39、形态n结构复杂的产生无性孢子子实体o分生孢子器(pycnidium) o分生孢子座(sporodochium) o分生孢子盘(acervulus)第二节 霉 菌丝状真菌o气生菌丝体的特化形态n产有性孢子的结构复杂的子实体称为子囊果(ascocarp) o闭囊壳 o子囊壳 o子囊盘 第二节 霉 菌丝状真菌o霉菌的孢子o霉菌菌落由粗而长的分枝状菌丝组成，菌落疏松，呈绒毛状、絮状或蜘蛛网状，表面有颗粒状孢子比细菌菌落大几倍到几十倍，有的没有固定大小。各种霉菌，在一定培养基上形成的菌落大小、形状、颜色（营养菌丝和孢子堆表现出不同的颜色）等相对稳定，所以菌落特征也为分类依据之一。项项 目目单细胞微生物单
40、细胞微生物丝状微生物丝状微生物细细 菌菌酵母菌酵母菌放线菌放线菌霉菌霉菌细细胞胞核核原核原核真核真核真核真核真核真核排列状况排列状况单个分散或有一定单个分散或有一定排列方式排列方式单个分散或假丝状单个分散或假丝状丝状交织丝状交织丝状交织丝状交织形态特征形态特征小而均匀小而均匀*,个别有个别有芽孢芽孢大而分化大而分化细而均匀细而均匀粗而分化粗而分化菌菌落落含水状态含水状态很湿或较湿很湿或较湿较湿较湿干燥或较干燥干燥或较干燥干燥干燥外观形态外观形态小而突起或大而平小而突起或大而平坦坦大而突起大而突起小而紧密小而紧密大而疏松或大而致密大而疏松或大而致密透明度透明度透明或稍透明透明或稍透明稍透明稍透明
41、不透明不透明不透明不透明与培养基结合程度与培养基结合程度不结合不结合不结合不结合牢固牢固较牢固较牢固颜色颜色多样多样单调单调,一般呈乳白色一般呈乳白色,少数红或黑色少数红或黑色多样多样多样多样正反面颜色差别正反面颜色差别无无无无有有有有边缘边缘*一般看不到细胞一般看不到细胞可见球状可见球状,卵圆状或假卵圆状或假丝状细胞丝状细胞有时可见细丝状细胞有时可见细丝状细胞可见粗线状细胞可见粗线状细胞细胞生长速度细胞生长速度很快很快较快较快慢慢较快较快气味气味一般有臭味一般有臭味多带酒香味多带酒香味常有泥腥味常有泥腥味往往有霉味往往有霉味四大类微生物的菌落和细胞形态特征四大类微生物的菌落和细胞形态特征 第
42、二节 霉 菌丝状真菌o霉 菌的繁殖方式 n无性孢子 o游动孢子o孢囊孢子 o分生孢子 o节孢子 o厚垣孢子 o芽孢子 A.游动孢子B.孢囊孢子C.分生孢子D.芽孢子 E.厚垣孢子F.节孢子 孢子囊、孢囊孢子和孢囊梗 第二节 霉 菌丝状真菌o有性繁殖过程n质配、核配和减数分离n有性结合的类型o配子结合o配子囊结合o精子配合o菌丝联合第二节 霉 菌丝状真菌o有性孢子类型 n合子 n卵孢子 n接合孢子 n子囊孢子 n担孢子 担孢子与子囊孢子的形成担孢子与子囊孢子的形成 (1)(1)担孢子；担孢子；(2)(2)子囊孢子子囊孢子第二节 霉 菌丝状真菌o霉菌的生活周期n无性周期 n有性周期 o单倍体型 o
43、双倍体型 o双核型 项项 目目真核生物真核生物原核生物原核生物细胞大小细胞大小1010100m100m1 110m10m细胞壁主要成分细胞壁主要成分纤维素纤维素, ,几丁质几丁质肽聚糖肽聚糖细胞膜细胞膜通常含甾醇通常含甾醇一般物甾醇一般物甾醇间体间体核糖体核糖体叶绿体叶绿体细胞质细胞质-真液泡真液泡-贮藏物贮藏物线粒体线粒体, ,高尔基体高尔基体, ,熔酶体熔酶体内质网内质网, ,流动性流动性无无80S(80S(细胞质核糖体细胞质核糖体) )光能自养生物中有光能自养生物中有有些有有些有淀粉等淀粉等有有有有有有70S70S无无无无聚聚-羟基丁酸等羟基丁酸等无无无无核膜核膜DNADNA含量含量细胞
44、核细胞核-组蛋白组蛋白, ,核仁核仁-有丝分裂有丝分裂, ,减数分裂减数分裂染色体数目染色体数目有有少少( (5%)5%)有有有有1 1条或多条条或多条, ,线状线状无无多多( (10%)10%)无无无无一条一条, ,环状环状鞭毛结构鞭毛结构遗传重组方式遗传重组方式生物固氮能力生物固氮能力专性厌氧生活专性厌氧生活呼吸链位置呼吸链位置光合作用部位光合作用部位化能自养化能自养繁殖方式繁殖方式复杂复杂(9+2(9+2型型, ,有膜有膜) )有性生殖有性生殖, ,准性生殖准性生殖无无无无线粒体中线粒体中叶绿体叶绿体无无有性或无性有性或无性, ,方式多种方式多种简单简单( (单丝单丝, ,无膜无膜) )
45、转化转化, ,转导转导, ,接合接合有些有有些有常见常见细胞质膜上细胞质膜上细胞膜细胞膜有有无性无性, ,二裂殖二裂殖真核生物与原核生物的比较真核生物与原核生物的比较第三节产大型子实体的真菌-覃菌o覃菌（mushroom)n食用菌 n覃菌的发育过程o形成一级菌丝o形成二级菌丝o形成三级菌丝o形成子实体o产生担孢子第三章 病 毒 o第一节 病毒的形态结构与功能n病毒的形态 o病毒的大小 o病毒的形状第一节 病毒的形态结构o病毒的结构 n螺旋对称结构(helical symmetry)n二十面体对称结构(icosahedral symmetry)n复合对称壳体(complex symmetry)
46、(1)(1)二十面体对称病毒；二十面体对称病毒；(2)(2)螺旋对称病毒螺旋对称病毒烟草花叶病毒的形态构造烟草花叶病毒的形态构造 二十面体结构二十面体结构 A.A.二重对称轴；二重对称轴；B.B.三重对称轴；三重对称轴；C.C.五重对称轴；五重对称轴；D .3D .3个壳粒排列成个壳粒排列成2020枚枚3 3联联体；体；E.12E.12枚枚5 5联联体和体和2020枚枚6 6联体；联体；F.F.数目庞大的壳粒数目庞大的壳粒大肠杆菌大肠杆菌T4T4噬菌体的模式图噬菌体的模式图 a.a.游离的噬菌体；游离的噬菌体；b.b.噬菌体的尾鞘收缩和尾管穿入细菌细胞噬菌体的尾鞘收缩和尾管穿入细菌细胞 第一节
47、 病毒的形态结构o病毒的化学组成 n核酸n蛋白质 n脂质 n碳水化合物 n其它成分 第二节 噬菌体o噬菌体的形态结构n有尾噬菌体n无尾噬菌体n丝状噬菌体o噬菌体的生活周期 噬菌体噬菌体T4T4吸附在大肠杆菌细胞壁上并注入吸附在大肠杆菌细胞壁上并注入DNADNAA.A.未吸附；未吸附；B B、C.C.尾部附着；尾部附着；D.D.尾鞘收缩，注入尾鞘收缩，注入DNADNAT T偶数噬菌体的装配过程偶数噬菌体的装配过程 第三节 病毒的种类o 植物病毒o人类和脊椎动物病毒 o昆虫病毒o 亚病毒n类病毒 n拟病毒 n朊病毒 类病毒的特点及其与病毒的比较类病毒的特点及其与病毒的比较比较项目比较项目病毒病毒类
48、病毒类病毒大小大小大大小小成分成分核酸和蛋白质等核酸和蛋白质等裸露的裸露的RNARNA分子分子核酸分子量核酸分子量1010-6-61010-8-8DaDa1010-5-5DaDa耐热性耐热性50506060下失活下失活 至至9090下仍存活下仍存活传播特点传播特点一般不能通过种一般不能通过种子传播子传播可通过种子传播可通过种子传播第四章 微生物的营养 o第一节 微生物的营养物质n 微生物细胞的化学组成 o水分o干物质的组成n蛋白质、肽和氨基酸n核酸与核苷酸n类脂n碳水化合物n维生素n其他有机物质第四章 微生物的营养o第一节 微生物的营养物质n营养物质及其功能o水o碳源o氮源o能源o矿质养分o生
49、长因子元素元素 -细菌细菌 -酵母菌酵母菌 -霉菌霉菌C C -50.4 50.4 - 49.8 49.8 - 47.9 47.9H H -6.76.7-6.76.7- - - 6.7 6.7O O - 30.5 30.5 -31.1 31.1 - 40.2 40.2N N -12.312.3- - -12.412.4 - 5.2 5.2-C:NC:N - -4 45:15:1-4 45:15:1-9 910:110:1微生物细胞中主要元素含量微生物细胞中主要元素含量( (占干重占干重%)%)-成分成分-细菌细菌-酵母菌酵母菌-霉菌霉菌-蛋白质蛋白质-50508080-32327575-141
50、45252-核酸核酸-10102020-6 68 8-1 12 2-糖类糖类-12122828-27276363-7 74040-脂类脂类-5 52020-2 21515-4 44040-微生物细胞主要有机成分含量微生物细胞主要有机成分含量( (占干重占干重%)%)动物动物( (异养异养) )微生物微生物绿色植物绿色植物( (自养自养) )异养异养自养自养水分水分水水水水水水水水碳源碳源糖类糖类, ,脂肪脂肪糖糖, ,醇醇, ,脂肪脂肪, ,有机酸等有机酸等二氧化碳二氧化碳, ,碳碳酸盐酸盐二氧化碳二氧化碳, ,碳碳酸盐酸盐 能源能源与碳源同与碳源同与碳源同与碳源同氧化无机物氧化无机物, ,日
51、光能日光能日光能日光能氮源氮源蛋白质及其降解蛋白质及其降解物物蛋白质及其降蛋白质及其降解产物解产物, ,有机氮有机氮化物化物, ,无机氮化无机氮化物物, ,氮气氮气无机氮化物无机氮化物, ,氮气氮气无机化物无机化物生长因子生长因子维生素维生素部分微生物需维部分微生物需维生素等生长因子生素等生长因子不需要不需要不需要不需要无机元素无机元素无机盐无机盐无机盐无机盐无机盐无机盐无机盐无机盐微生物与动植物的营养要素微生物与动植物的营养要素营养类型营养类型能源能源氢供体氢供体主要碳源主要碳源实例实例光能无机营养型光能无机营养型(光能自养型光能自养型)光能有机营养型光能有机营养型(光能异养型光能异养型)化
52、能无机营养型化能无机营养型(化能自养型化能自养型)化能有机营养型化能有机营养型(化能异养型化能异养型)光光光光无机物无机物*有机物有机物无机物无机物有机物有机物无机物无机物有机物有机物CO2CO2及简单有及简单有机物机物CO2有机物有机物蓝细菌蓝细菌,藻类藻类红螺菌科细菌红螺菌科细菌硝化细菌硝化细菌,硫化细菌硫化细菌,铁细菌铁细菌,氢细菌氢细菌,硫黄硫黄细菌细菌绝大多数细菌绝大多数细菌,全部全部真核微生物真核微生物*NH4+,NO2-,S,H2S,H2及及Fe2+等等第二节第二节 微生物的营养类型微生物的营养类型第二节 微生物的营养类型o光能无机营养型(photolithotroph)n产氧光
53、合作用 光能CO2 + H2O -CH2O+ O2 叶绿素 n不产氧光合作用 光能CO2 + 2H2S - CH2O+ H2O+2S 叶绿素 第二节 微生物的营养类型o光能有机营养型(photoorganotroph) 光能 2CH32CHOH + CO2- 2CH3COCH3 + CH2O + H2O 光合色素细菌类型细菌类型主要碳源主要碳源能源能源电子电子受体受体与氧的关与氧的关系系有机物利有机物利用用1.1.硝化细菌硝化细菌氨氧化细菌氨氧化细菌亚硝酸盐细亚硝酸盐细菌菌 COCO2 2COCO2 2NHNH4 4+ +NONO2 2- - O O2 2O O2 2 好氧好氧好氧好氧 非常有
54、限非常有限非常有限非常有限 2.2.硫氧化细硫氧化细菌菌专性自养型专性自养型兼性自养型兼性自养型COCO2 2COCO2 2或或有机物有机物H H2 2S,S,SS,S,S2 2O O3 32-2-H H2 2S,S,SS,S,S2 2O O3 32-2-, ,有机物有机物O O2 2O O2 2好氧好氧好氧好氧非常有限非常有限有限有限 3.3.铁细菌铁细菌COCO2 2或有机或有机物物FeFe2+2+O O2 2好氧好氧可以利用可以利用4.4.氢细氢细COCO2 2H H2 2O O2 2好氧好氧可以利用可以利用化能自养菌的营养特征化能自养菌的营养特征化能无机营养型化能无机营养型(chemo
55、lithotroph)(chemolithotroph)第二节 微生物的营养类型o化能有机营养型(chemoorganotroph) n细菌 n放线菌 n真菌第三节 培养基o配制培养基的原则n目的明确n营养协调n理化适宜n经济节约o方法n生态模拟n参阅文献n精心设计n试验比较第三节 培养基o培养基的类型及其应用n按对培养基成分的了解程度分o天然培养基o合成培养基o半合成培养基n按物理状态分n按培养基的功能分第五章 微生物的代谢 o第一节 微生物的分解代谢n异养微生物的生物氧化o糖酵解（glycolysis）的四种途径： nEMP途径nHMP途径nED途径n磷酸酮糖裂解途径EMP途径（Embde
56、m-Meyerhof-Parnas pathway）o又称糖酵解途径或己糖二磷酸途径，是绝大多数生物所共有的一 条主流代谢途径。以1分子葡萄糖为底物，约经10步反应而产生2 分子丙酮酸、2分子NADH+H+和2分子ATP的过程。 oEMP途径的生理功能：（1）供应ATP形式的能量和NADH2形式 的还原力（2）是连接其他几个重要代谢途径的桥梁，包括三羧酸循环、 HMP途径和ED途径等（3）为生物合成提供多种多种中间代谢物（4）通过逆向反应可以进行多糖的合成。 EMP途径（Embdem-Meyerhof-Parnas pathway）o第一阶段可认为是不涉及氧化还原反应及能量释放的准备阶段，只是
57、生成两分子的主要中间代谢产物：3-磷酸-甘油醛。o第二阶段发生氧化还原反应，合成ATP并形成两分子的丙酮酸。 oEMP途径可提供: 2ATP, 2NADH, 碳骨架.o总反应式：葡萄糖 + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi 丙酮酸 + 2NADH + 2H+ + 2ATP + 2H2O EMPEMP途径途径 1.PEP-磷酸葡萄糠转移酶运输系统;2.磷酸葡萄糖异构酶;3.磷酸果糖激酶;4.果糖二磷酸醛缩酶;5.丙糖磷酸异构酶;6.3-磷酸甘油醛脱氢酶;7.3-磷酸甘油酸激酶;8.磷酸甘油酸变位酶;9.烯醇化酶;10.丙酮酸激酶HMP途径(Hexose monophosphate Pathw
58、ay)o其特点是葡萄糖不经EMP途径和TCA循环而得到彻底氧化，(1分子6-磷酸葡萄糖转变成1分子3-磷酸甘油醛，3分子CO2和6分子NADPH)并能产 生大量NADPH形式的还原力以及多种重要的中间代谢产物。 EMP和HMP途径一般同时存在，单独存在较少见 oHMP途径在微生物生命活动中的意义： （1）供应合成原料，该途径可产生从3C到7C的碳化合物，如戊糖 -磷酸、赤藓糖-4- 磷酸；（2）产大量NADPH形式的还原力；（3）作为固定CO2的中介；（4）扩大碳源利用范围；（5）连接EMP途径。HMPHMP途径途径ED途径(Entner-Doudoroff Pathway)o存在于某些缺乏完
59、整EMP途径的微生物中的一种替代途径，为微生物所特有。葡萄糖只经4步反应即可快速获得由EMP途径须经10 步反应才能形成的丙酮酸。 o意义：是少数EMP途径不完整的细菌所特有的利用葡萄糖的替代途径，可与其他途径相互协调，满足微生物对能量、还原力和不 同中间代谢产物的需要。ED途径(Entner-Doudoroff Pathway)o一分子葡萄糖经ED途径最后生成两分子丙酮酸，一分子ATP，一分子NADPH和NADH oED途径提供: ATP; NADPH;EDED途径途径 磷酸酮糖裂解途径(PK途径) o该葡萄糖分解途径就目前所知仅存在于肠膜明串珠菌和双岐杆菌中,分解产物为乳酸、CO2、乙醇或
60、乙酸。这两种细菌基本不具有EMP、HMP和ED途径。 第一节 微生物的分解代谢o发酵(fermentation)n发酵是指在无氧等外源氢受体的条件下,底物脱氢后所产生的还原力H未经呼吸链传递而直接交某一内源性中间代谢物接受,以实现底物水平磷酸化产能的一类生物氧化反应n葡萄糖的发酵类型o酵母菌的乙醇发酵与甘油发酵o细菌的丁酸发酵o丙酮丁醇发酵o混合酸发酵及丁二醇发酵酵母菌的乙醇发酵与甘油发酵途径酵母菌的乙醇发酵与甘油发酵途径 丁酸发酵丁酸发酵 丙酮丁醇发酵丙酮丁醇发酵 发酵类型发酵类型产产ATPATP数数( (个个/ /葡萄糖葡萄糖) ) 乙醇发酵乙醇发酵酵母菌酵母菌2 2细菌细菌2 2或或1
61、1 酵母菌甘油发酵酵母菌甘油发酵加有亚硫酸氢钠加有亚硫酸氢钠少量少量控制控制pHpH在在7.67.60 0乳酸发酵乳酸发酵同型同型2 2明串珠菌明串珠菌1 1双岐杆菌双岐杆菌2.52.5丙酸发酵丙酸发酵琥珀酸途径琥珀酸途径 2 2丙烯酸途径丙烯酸途径3 3丁酸发酵丁酸发酵 3 3丙酮丙酮- -丁醇发酵丁醇发酵2 2混合酸发酵混合酸发酵2.52.5丁二醇发酵丁二醇发酵2 2不同发酵类型产出的不同发酵类型产出的ATPATP数量数量 第一节 微生物的分解代谢o呼吸葡萄糖分解(生物氧化)中所脱之氢通过电子传递链传给外源氢受体(O2或特定无机氧化物),并逐步释放化学能,形成ATP的过程称为呼吸。其特点为
62、氢受体来自细胞外部,氢通过呼吸链进行传递。o呼吸作用与发酵作用的根本区别： 电子载体不是将电子直接传递给底物降解的中间产物，而是交给电子传递系统，逐步释放出能量后再交给最终电子受体 第一节 微生物的分解代谢o有氧呼吸(aerobic respiration) 外源氢受体为O2时的呼吸o三羧酸循环(tricarboxylic acid cyle, TCA) 又称Krebs循环或柠檬酸循环，是指由丙酸酸经过一系 列循环反应而彻底氧化、脱羧，形成CO2、H2O、NADH2的过程。 n意义：TCA循环是绝大多数化能异养微生物的氧化性代谢中起着 关键性的作用，是产能的主要途径。是分解代谢和合成代谢的枢纽
63、。TCA循环在微生物代谢中的枢纽地位n n 糖类糖类 乙醇乙醇 n n 乳酸乳酸 n n 葡萄糖葡萄糖 丙酮丙酮 n n 甘油甘油 EMPEMP 丁醇丁醇 脂肪脂肪 丙酮酸丙酮酸 丁二醇丁二醇 n n B-B-氧化氧化 n n 脂肪酸脂肪酸 乙酰乙酰-CoA-CoA n n n n 氨基酸氨基酸 蛋白蛋白质质 n n n n ATPATP，各种各种 有机有机 酸酸 ，天冬氨酸，柠檬酸，谷氨天冬氨酸，柠檬酸，谷氨酸酸三羧酸循环三羧酸循环( (虚线表示可用于各种生物合成的中间代谢物虚线表示可用于各种生物合成的中间代谢物) ) 第一节 微生物的分解代谢o无氧呼吸(anaerobic respirat
64、ion) 外源氢受体为特定无机氧化物(NO3-,SO42-,HCO3-)的呼吸n硝酸盐呼吸(nitrate respiration)n硫酸盐呼吸(sulfate respiration) n硫呼吸(sulfur respiration)n碳酸盐呼吸(carbonate respiration)n延胡索酸呼吸(fumarate respiration)第一节 微生物的分解代谢o自养微生物的生物氧化n化能自养型微生物 化能自养微生物无色素，所需能量是氧化无机物时，通过氧化磷酸化产生的ATP，被氧化产生能量的无机物有氢、氨、亚硝酸、硫代氢、硫代硫酸盐、铁等，细菌为氢细菌，硝化细菌硫细菌和铁细菌。 o
65、化能自养菌的能量代谢的特点： （1）无机底物的氧化直接与呼吸链发生联系 （2）呼吸链的组分更为多样化 （3）产能效率即P/O比一般要比异养微生物低氢的氧化 o氢细菌（嗜粒假单胞菌）从氢的氧化中获得能量ATP，是通过电子传递而得到的。氢细菌的细胞膜有电子传递体。有氢化酶，电子直接从氢传递给电子传递给系统，电子在吸台手链传递过程中产生ATP 氨的氧化 oNH3同亚硝酸是可以用作能源的最普物的无机氮化合物，能被硝化细菌所氧化。在有氧条件下进行。硝化作用就是氨氧化为亚硝酸，亚硝酸氧化为硝酸的过程。 先由亚硝化细菌将氨氧化为亚硝酸 再由硝化细菌将亚硝酸氧化为硝酸铁的氧化 o从亚铁到高铁状态的铁的氧化，是
66、一种产能反应，少量能量可以被利用。嗜酸性的氧化亚铁硫杆菌在低pH环境中利用亚铁氧化放出能量生长。 硫的氧化 o硫细菌（或称硫氧化细菌）对硫化氢、硫以及硫代硫酸盐的氧化得到能量，最后都被氧化为硫酸。这些硫细菌称为无色硫细菌（colourless, sulfur bacteria），以区别于含有叶绿素的绿硫细菌和紫硫细菌。如：氧化亚铁硫杆菌（Thiobocillus ferrooxidans） 第一节 微生物的分解代谢o光合磷酸化 n环式光合磷酸化 o厌氧光合细菌利用光能产生ATP的磷酸化反应 n非环式光合磷酸化 o各种绿色植物、藻类和蓝细菌所共有的利用光能产生ATP的磷酸化反应 第一节 微生物的
67、分解代谢o光合磷酸化n嗜盐菌紫膜的光合作用 嗜盐菌在无氧的条件下，利用光能所造成的紫膜蛋白上视黄醛辅基结构变化，可使质子不断驱至膜外，从而膜两测建立一个质子动势，由它来推动ATP的合成。n只有嗜盐菌才有的无叶绿体或菌绿素参与的独特光合作用 嗜盐菌的紫膜及其光合磷酸化嗜盐菌的紫膜及其光合磷酸化 第一节 微生物的分解代谢o能量转换 n底物水平磷酸化 通过转移底物在生物氧化过程中形成的高能化合物的高能磷酸键，直接形成ATP的过程称为底物水平磷酸化. n氧化磷酸化 又称电子传递磷酸化 是指呼吸链的递氢和受氢过程与磷酸化反应偶联并产生ATP的作用.第二节 微生物的合成代谢第二节 微生物的合成代谢o CO
68、2的固定 n将空气中的CO2同化成细胞物质的过程，称为CO2的固定作用。微生物有两种同化CO2的方式，一类是自养式，另一类为异养式。在自养式中， CO2加在一个特殊的受体上，经过循环反应，使之合成糖并重新生成该受体。在异养式中， CO2被固定在某种有机酸上。n自养微生物同化CO2所需要的能量来自光能或无机物氧化所得的化学能，固定CO2的途径主要有三条 第二节 微生物的合成代谢o卡尔文循环n经卡尔文循环同化CO2的途径可划分为三个阶段:CO2的固定;被固定的CO2的还原；CO2受体的再生。卡尔文循环每循环一次，可将六分子CO2同化成一分子葡萄糖，其总反应式为： 6C02+18ATP+12NAD(
69、P)HC6H1206+18ADP+12NAD(P)+18Pi第二节 微生物的合成代谢o还原性三羧酸循环固定CO2n在光合细菌、绿硫细菌中发现。n每循环一次，可固定四分子CO2，合成一分子草酰乙酸，消耗三分子ATP、两分子NAD（P）H和一分子FADH2。 第二节 微生物的合成代谢o还原的单羧酸环 n这个体系与还原羧酸环不同，不需要ATP，只要有Fd(red)就可运转。Fd(red)由H2或NADH2提供电子生成。光合细菌也有可能利用这个体系把CO2转换成乙酸 第二节 微生物的合成代谢o生物固氮 n是指大气中的分子氮通过微生物固氮酶的催化而还原为氨的过程, 生物界中只有原核生物才具有固氮能力n具
70、有固氮作用的微生物近五十个属，包括细菌、放线菌和蓝细菌 n根据固氮微生物与高等植物以及其它生物的关系，可以把它们分为三大类：自生固氮体系，共生固氮体系和联合固氮体系 n微生物能够在常温常压条件下固氨，关键是靠固氮酶的催化作用 第二节 微生物的合成代谢o共生固氮体系 n根瘤菌（Rhizobium）与豆科植物共生；n弗兰克氏菌（Frankia）与非豆科树木共生；n蓝细菌（cyanobacteria）与某些植物共生；n蓝细菌与某些真菌共生第二节 微生物的合成代谢o自生固氮体系 n好氧自生固氮M 固氮单胞菌属 （Azotobacter固氮菌属，Azotomonas 固氮单胞菌属，etc）n厌氧自生固氮
71、M （Clostridium 梭菌属 ）n兼性厌氧自生固氮M（Bacillus，Klebsiella，etc）n大多数光合M（蓝细菌，光合细菌）第二节 微生物的合成代谢o联合固氮体系 n不生成共生固氮特殊结构；有较强的寄主专一性雀稗固氮菌（Azotobacter paspali）与雀稗根系形成联合 第二节 微生物的合成代谢o固氮机制 nN2 + 8e- + 8H+ + nATP（固氮酶固氮酶MgMg2+2+）2NH3 + H2 + nADP + nPi n固氮反应的必要条件 oATP，e-、H+及其载体，固氮酶，N2，Mg2+，厌氧环境 n固氮酶包括2种组分 o组分I（P1）: 真正的固氮酶，
72、又称钼铁蛋白（MoFe），由4个亚基组成。o组分II（P2）: 实际上是一种固氮酶还原酶，又称铁蛋白Fe），由2个亚基组成 第二节 微生物的合成代谢o肽聚糖的合成Staphylococcus aureus 肽聚糖合成为例n细胞质中的合成o葡萄糖 N-乙酰葡萄糖胺-UDP( G-UDP ) N-乙酰胞壁酸-UDP( M-UDP ) oN-乙酰胞壁酸-UDP “Park”核苷酸( M-UDP ) UDP- N-乙酰胞壁酸五肽第二节 微生物的合成代谢o肽聚糖的合成n细胞膜中的合成 o“Park”核苷酸 肽聚糖单体分子 - G - M- L-Ala D-Glu L-Lys D-Ala D-Ala 第二
73、节 微生物的合成代谢o肽聚糖的合成n细胞膜外的合成 o第一步是多糖链的伸长 o第二步通过转肽酶的转肽作用(transpeptidation)使相邻多糖链交联 o转肽作用为青霉素所抑制 细胞质中合成细胞质中合成 细胞膜中合成细胞膜中合成 细胞膜外合成细胞膜外合成第六章微生物的生长和环境条件o第一节微生物生长及测定n细菌生长的定义和测定方法 o定义 微生物生长代谢的结果。当同化异化作用，细胞物质量，个体重量和体积，就是生长。 个体生长个体繁殖群体生长；群体生长个体生长 个体繁殖o纯培养 微生物学中将在实验室条件下得到1个细胞繁殖后代的过程称为纯培养。 第一节微生物生长及测定o测定方法n细胞数量的测
74、定 o直接测数法或总菌数测定法 o比浊法 o稀释平板计数法 血球计数板示意图稀释平板菌落计数法 第一节 微生物生长及测定o测定方法n细胞生物量的测定 o细胞干重法 o总氮量测定法 oDNA含量测定法 o代谢活性法 方 法 应 用 涂片染色法血球计数板法比浊法 可同时计数不同类型的 微生物数量，常用于牛奶、土壤中的细菌计数可用于不同类型微生物的计数微生物学分析，肉汤培养物或水悬浮液中的细菌数估计 平皿菌落计数法液体稀释法薄膜过滤计数法 食品、水、土 壤、医学、卫生以及培养物中的细菌计数因某种原因而不能用琼脂平皿活菌计数时被采用，如牛奶等适用于量大而且含菌数很低的材料，如空气、水等定氮法测DNA法
75、测定细胞干重法生理指标测定法 主要用于代谢研究，适于细胞浓度高的样品同上用于调查研究，适用于细胞浓度高的材料微生物学分析研究 细菌生长测定法 第一节微生物生长及测定o细菌的群体及生长曲线 n细菌的生长曲线 第一节微生物生长及测定o细菌的生长曲线n延滞期(适应期) 在延滞期,细菌的增殖率与死亡率相等，均为零；菌数几乎不增加，曲线平稳n指数期, 又称对数期 (logarithmic phase) 细胞增长以指数式进行的快速生长繁殖期称为指数期，也称对数期 生长曲线的指数期 菌 名 培 养 基 温度 ( ) 时间 (min) 大肠杆菌 肉 汤 37 17 荧光假单胞菌 肉 汤 37 34 34.5
76、菜豆火疫病假单胞菌 肉 汤 25 150 白菜软腐病欧氏杆菌 肉 汤 37 71 94 甘蓝黑腐病黄杆菌 肉 汤 25 98 大豆根瘤菌 葡 萄 糖 25 343.8 460.8 枯草杆菌 葡萄糖肉汤 25 26 32 巨大芽孢杆菌 肉 汤 30 31 霉状芽孢杆菌 肉 汤 37 28 腊状芽孢杆菌 肉 汤 30 18.8 丁酸梭菌 玉 米 醪 30 51 保加利亚乳酸杆菌 牛 乳 37 39 74 肉毒梭菌 葡萄糖肉汤 37 35 乳酸链球菌 牛 乳 37 23.5 26 园褐固氮菌 葡 萄 糖 25 240 霍乱孤菌 肉 汤 37 21 38 某些微生物的生长代时 第一节微生物生长及测定o
77、细菌的生长曲线n指数期o影响指数期代时长短的因素n菌种n营养成分n营养物浓度n培养温度第一节微生物生长及测定o细菌的生长曲线n稳定生长期（ stationary phase ） 新增细胞与逐步衰老死亡细胞在数量上趋于相对平衡状态，这就是群体生长的稳定期 n稳定生长期到来的原因n衰亡期（ decline phase 或 death phase ） 群体中细胞死亡率逐渐上升，以致死亡菌数逐渐超过新生菌数， 群体中活菌数下降，曲线下滑 第一节 微生物生长的测定o细菌的生长曲线 微生物的生长曲线，反映一种微生物在一定的生活环境中 ( 如试管、摇瓶、发酵罐 ) 生长繁殖和死亡的规律。它既可作为营养物和环
78、境因素对生长繁殖影响的理论研究指标，也可用为调控微生物生长代谢的依据，以指导微生物生产实践。 第一节微生物生长及测定o同步生长和连续培养n同步生长 同步培养(synchronous culture) ：设法使群体中的所有细胞尽可能处于同的细胞生长和分裂周期中的方法。通过同步培养而使细胞群体中各个体处于分裂步调一致的生长状态，这种生长状态称为同步生长n获得同步生长的方法o环境诱导法o机械分离法第一节微生物生长及测定o同步生长和连续培养n分批培养与连续培养o分批培养 在一个相对独立密闭的系统中，一次性投入培养基对微生物进行接种培养的方式一般称为分批培养 (batch culture) o连续培养连
79、续培养是指在深入研究分批培养中生长曲线形成的内在机制的基础上，开放培养系统，不断补充营养液、解除抑制因子、优化生长代谢环境的培养方式 分批培养与连续培养比较第一节微生物生长及测定o连续培养n恒浊连续培养 (恒浊器turbidostat): 不断调节流速使培养液浊度保持恒定。适用：收获菌体及与菌体相平行的产物。恒浊连续发酵与单批发酵相比的优点：1） 缩短发酵周期，提高设备利用率；2） 便于自动控制；3） 降低动力消耗及体力劳动强度；4） 产品质量较稳定；第一节微生物生长及测定o连续培养n恒化连续培养 (恒化器chemostat)恒定流速，及时补充营养，营养物浓度基本恒定，从而保持恒定生长速率。又
80、称恒组成连续培养。培养基成分中，必须将某种必需的营养物控制在较低的浓度，以作为限制性因子，而其它营养物过量。常用的有氨、氨基酸、葡萄糖、生长因子、无机盐等。适用：科研n连续培养的优缺点优点：高效，便于自动控制，产品质量稳定。缺点：菌种易退化，易污染杂菌，培养基利用率低。 第一节微生物生长及测定o连续培养n连续培养的优缺点优点：高效，便于自动控制，产品质量稳定。缺点：菌种易退化，易污染杂菌，培养基利用率低。o连续发酵n优点n缺点第二节 环境条件对微生物生长的影响o几个概念n防腐 n消毒n灭菌第二节 环境条件对微生物生长的影响o温度 n最低生长温度 n最适生长温度 n最高生长温度 n致死温度 各种
81、细菌的芽孢在湿热中的致死温度和致死时间 三大类微生物最低、最适、最高生长温度及其范围 蛋白质含水量 ( ) 蛋白质凝固温度 ( ) 灭菌时间（ min ） 50 25 18 6 0 5674 8080 90145160 170 30 303030 30 蛋白质含水量与其凝固温度的关系 第二节 环境条件对微生物生长的影响o高温灭菌 n干热灭菌 o灼热灭菌法 o干热灭菌法 n湿热灭菌 o 煮沸消毒法 o 高压蒸汽灭菌法 o间歇灭菌法 o巴斯德消毒法 第二节 环境条件对微生物生长的影响o氢离子浓度 (pH) npH 值影响微生物生长的机制 微生物 pH 值 最 低 最 适 最 高 圆褐固氮菌 大豆根
82、瘤菌亚硝酸细菌 氧化硫硫杆菌 嗜酸乳酸杆菌放线菌 酵母菌 黑曲霉 4.5 4.2 7.0 1.0 4.04.65.0 3.0 1.5 7.47.6 6.87.07.88.6 2.02.8 5.86.67.08.0 5.06.0 5.06.0 9.0 11.09.4 4.06.06.810.0 8.0 9.0 多种微生物的最低、最适与最高 pH 值范围 第二节 环境条件对微生物生长的影响o湿度、渗透压与水活度o氧和氧化还原电位 n专性好氧菌 n兼性厌氧菌 n微好氧菌 n耐氧菌 n厌氧菌 第二节 环境条件对微生物生长的影响o辐射 o化学杀菌剂和抑菌剂n氧化剂 n还原剂 n表面活性物质 n重金属盐类
83、 第二节 环境条件对微生物生长的影响o化学疗剂 n抗生素抗生素 n抗代谢物抗代谢物 第七章 微生物的遗传和变异o遗传性 o遗传型 o表型 o饰度 第一节 微生物的突变o微生物的变异n突变 o基因突变（ gene mutation ）或称点突变（ point mutation ） o染色体畸变 第一节 微生物的突变o微生物的变异n形态突变型 o生化突变型 n营养缺陷型 n抗性突变型 n抗原突变型 o致死突变型 o条件致死突变型 第一节 微生物的突变o基因突变 第一节 微生物的突变o基因突变 n自发突变 o自发突变机制o自发突变特性n诱发突变 若干诱变剂的作用机制及诱变功能若干诱变剂的作用机制及诱
84、变功能 第一节 微生物的突变o基因突变n诱发突变o碱基置换 由亚硝酸引起的 AT GC 转换过程。 He 和 Hk 分别为烯醇式和酮式次黄嘌呤 第一节 微生物的突变o基因突变n诱发突变o移码突变 o染色体畸变 第一节 微生物的突变o基因突变的自发性和不对应性的证明n变量试验：（Fluctuation Test）o又称波动试验或彷徨试验。1943年美国学者鲁里亚（S、Luria）和德尔波留克（M、Delbrack）设计了此试验。 n涂布实验：（Newcombe Expetiment）o1949年Newcombe设计了这一实验 n平板影印培养试验（Replica Plating）o1952年莱德伯
85、格夫妇（V，Lederberg）设计的 第二节 细菌的基因重组o转化Transformation 第二节 细菌的基因重组o转导Transduction 通过缺陷型噬菌体为媒介，把供体细胞的DNA小片段携带到受体细胞中，通过交换与整合从而使后者获得前者部分遗传性状的现象 n普遍性转导（Generalized Transeuction）n局限性转导 (Restricted transduction)n溶源转变 (Lysogenic conversion)第二节 细菌的基因重组n普遍性转导（Generalized Transeuction） 由于完全缺陷型噬菌体携带了供体菌染色体片段，当它去感染受体
86、菌时，使后者获得这部分遗传性状的现象称为普遍性转导 n局限性转导 (Restricted transduction) 是指通过部分缺陷的温和噬菌体把供体菌的少数特定基因携带到受体菌中并获得表达的转导现象。 第二节 细菌的基因重组o溶源转变 (Lysogenic conversion)n当温和噬菌体感染宿主而使其发生溶源化时，因噬菌体的基因整合到宿主的核基因组上，而使后者获得了除免疫性以外的新性状的现象，称为溶源转变。 n性质：表面上与转导相似，而本质上不同于转导。第二节 细菌的基因重组o溶源转变与转导的区别n当宿主丧失其原噬菌体时，通过溶源转变而获得的新性状也随之消失 n温和噬菌体不携带来自供
87、体菌的外源基因，是噬菌体自身基因使宿主获得新性状 n温和噬菌体是完整的，不是缺陷的 n获得新性状的是溶源化的宿主细胞，不是转导子第二节 细菌的基因重组o接合Conjugation研究细菌接合的营养缺陷型法原理研究细菌接合的营养缺陷型法原理细菌重组的实验证据细菌重组的实验证据 第二节 细菌的基因重组oE.coli 的4种接合型菌株nF F+ +（雄性）菌株（雄性）菌株: :含游离的F因子14个，有 性菌毛14根 n HfrHfr（高频重组）菌株（高频重组）菌株: :含整合的F因子,有性菌毛 nFF菌株菌株介于F+菌株与Hfr菌株之间，细胞中有游 离的、带小段染色体基因的环状F因子 nF F（雌性
88、）菌株（雌性）菌株：没有F因子，无性菌毛 第二节 细菌的基因重组o原生质体融合 n通过人工方法，使遗传性状不同的两个细胞的原生质体发生融合，借以获得兼有双亲遗传性状的稳定重组子的过程。 n应用原生质体融合技术后，细胞间基因重组的频率大大提高了，在某些例子中，原生质体的重组频率已大于10-1 第二节 细菌的基因重组o原生质体融合主要步骤 n选择亲株、 n制备原生质体、 n原生质体融合、 n原生质体再生 n筛选优良性状的融合子第二节 细菌的基因重组o原生质体融合的优点： n可以提高重组率 n可进行多亲本融合 n有利于不同种间、属间微生物的杂交 n通过原生质体融合提高产量 第二节 细菌的基因重组o染
89、色体外遗传因子n质粒(plasmid) 电子显微镜下观察到的完整的细菌染色体和质粒电子显微镜下观察到的完整的细菌染色体和质粒( (箭头所指处为质粒箭头所指处为质粒) ) 第二节 细菌的基因重组o染色体外遗传因子n转座因子(transposable element) o插入序列o转座子o转座噬菌体 (温和噬菌体)第七章 微生物的遗传和变异 o第三节 诱变育种n什么是诱变育种n诱变育种=诱变 + 筛选 诱变是随机的；筛选是定向的 目前发酵工业生产菌株都是经过突变改造过的o青霉素生产菌株的选育 1943年，产黄青霉产20单位/ml的青霉素诱变育种+其它措施，目前达到5万10万单位/ml 。 第三节
90、诱变育种o诱变育种的基本路线第三节 诱变育种o诱变育种的基本步骤 n挑选优良的出发菌株 o单倍体纯种为出发菌株 o采用具有优良性状的菌株 o选择对诱变剂敏感的菌株 o多挑选一些已经过诱变的菌株为出发菌株 n处理单孢子(或单细胞)悬液 第三节 诱变育种o诱变育种的基本步骤 n选择简便有效、最适剂量的诱变剂 o物理诱变剂紫外线紫外线、X射线、射线和快中子 o化学诱变剂 N-N-甲基甲基-N-N-硝基硝基-N-N-亚硝基胍亚硝基胍(NTG)(NTG)、甲基磺酸乙酯(EMS) 、甲基亚硝基脲甲基亚硝基脲(NMU)(NMU)、硫酸二乙酯(DES)、氮芥、乙烯亚胺和环氧乙烷等 o诱变剂的作用 第三节 诱变
91、育种o诱变育种的基本步骤 n利用复合处理的协同效应 n变异菌株的筛选n设计或采用高效筛选方案o变异菌株的筛选n初筛:以量（选留菌株的数量）为主 n复筛:以质（测定数据的精确度）为主n创造新型筛选方法 第三节 诱变育种o营养缺陷型的筛选 n营养缺陷型的概念及用途 o野生型野生型 o营养缺陷型o原养型原养型o用途n营养缺陷型的筛选与鉴定涉及的培养基 第三节 诱变育种o营养缺陷型的筛选n营养缺陷型的筛选与鉴定涉及的培养基o基本培养基（MM）-o完全培养基（CM）+o补充培养基（SM）x第三节 诱变育种o营养缺陷型的筛选n筛选步骤o诱变剂处理o淘汰野生型 n抗生素法 n菌丝过滤法 青霉素法 菌丝过滤法
92、o适于：丝状（放线菌、霉菌）o原理：野生型基本培养基上发育成菌丝；缺陷型孢子不萌发可通过滤膜，野生型菌丝不能通过。 第三节 诱变育种o营养缺陷型的筛选n筛选步骤o检出缺陷型 n逐个检出法 n影印检出法 n夹层培养法 n限量补给法逐个检出法逐个检出法 影印检出法影印检出法夹层培养法 限量补给法 o在含少量的（0.01%）蛋白胨的MM上培养n大菌落为野生型 n小菌落的为缺陷型。第三节 诱变育种o营养缺陷型的筛选n筛选步骤o鉴定缺陷型 n生长谱法 生长谱法生长谱法 l斜面菌种-生理盐水洗下细胞-洗涤-涂布（105个/皿）纸片1:氨基酸混合液; 纸片2:维生素混合液; 纸片3: 核酸水解液; 纸片4:
93、 酵母水解液 第四节 微生物与基因工程o基因工程 gene engineering 又称重组DNA技术,就是在体外对不同来源的DNA分子进行重组,将此重组DNA引入合适的寄主细胞内,并使之复制和表达n特点 o打破了物种的界限,突破了亲缘关系的限制o可进行定向变异和育种o可创造出自然界中原本没有的生物第四节 微生物与基因工程o基因工程的应用和发展前景n在工业上的应用 n在农业上的应用 n在医疗上的应用 n在环境保护方面的应用 n在微生物方面的应用 第五节 菌种的退化、复壮和保藏o菌种的衰退与复壮 n衰退（degeneration） 由于自发突变的结果,而使某物种原有的一系列生物学性状发生量变或质
94、变的现象n常见的衰退现象 o菌落和细胞形态的改变 o生长速度缓慢，产孢子越来越少o抵抗力、抗不良环境能力减弱等o代谢产物生产能力或其对宿主寄生能力下降第五节 菌种的退化、复壮和保藏o衰退的防止 n控制传代次数 n选择合适的培养条件n采用不宜衰退的细胞进行传代n采用有效的菌种保藏方法第五节 菌种的退化、复壮和保藏o菌种的复壮 n纯种分离：（平板划线法、涂布法、倾注法、单细胞挑取法等）n通过寄主体内生长进行复壮n淘汰已衰退的个体 第五节 菌种的退化、复壮和保藏o菌种的保藏 n目的 o存活，不丢失，不污染 o防止优良性状丧失 o随时为生产、科研提供优良菌种第五节 菌种的退化、复壮和保藏o菌种的保藏n
95、原理 o选用优良的纯种，最好是休眠体，（如分生孢子、芽胞等）o创造长期降低微生物代谢强度，难以发生突变的环境条件。（其环境要素是干燥、低温、缺氧、缺营养 以及添加保护剂等）第五节 菌种的退化、复壮和保藏o菌种保藏的方法 n斜面菌种低温保藏法 n砂土管保藏法 n石蜡油封藏法 n真空冷冻干燥法 方法名称主要措施适宜菌种保藏期评价冰箱保藏法（斜面）冰箱保藏法（半固体）石蜡油封藏法*沙土保藏法冷冻干燥法低温低温低温、缺氧干燥、无营养干燥、无氧、低温、有保护剂各大类细菌、酵母菌各大类*产孢子微生物各大类36月612月12年110年515年以上简便简便简便简便有效简便有效第五节 菌种的退化、复壮和保藏o国
96、内外菌种保藏机构 n中国微生物菌种保藏委员会(CCCCM) n美国的典型菌种保藏中心(ATCC) n英国国家典型菌种保藏所（NCTC） n法国里昂巴斯德研究所（IPL）第八章 微生物生态 生命科学研究领域： n生物圈（biosphere） n生态系统（ecosystem） n群落（community）n种群（population） n个体、器官、组织、细胞、细胞器、分子生态学生态学第八章 微生物生态o生态学：研究生物系统与其所处环境系统之间的相互作用规律的科学。 o微生物生态学为生态学的一个分支 o微生物生态学：微生物群体对其环境条件的相互作用规律的科学。 o环境条件：非生物环境和生物环境第一
97、节 微生物在生态系统中的作用 o微生物在生态系统中的地位 n微生物是有机物的主要分解者 n微生物是物质循环中的重要成员 n微生物是生态系统中的初级生产者 n微生物是物质和能量的贮存者 n微生物在地球生物演化中的先锋种类 第一节 微生物在生态系统中的作用o微生物与生物地球化学循环n生物地球化学循环（Biogeochemical cycling） n碳循环 o碳在生物圈中的总体循环 o生境中的碳循环 第一节 微生物在生态系统中的作用o微生物与生物地球化学循环n氮循环 o固氮 o氨化作用（Ammonification） o硝化作用（Nitrification）o硝酸盐还原和反硝化作用（Nitrate
98、 reduction and Denitrification） 第一节 微生物在生态系统中的作用o微生物与生物地球化学循环n硫循环 o还原态无机硫化物的氧化 o异化硫酸盐还原 o硫化氢的释放（脱硫作用 )o同化硫酸盐还原 第一节 微生物在生态系统中的作用o微生物与生物地球化学循环n磷循环 o有机磷转化成溶解性无机磷（有机磷矿化）o不溶性无机磷变成溶解性无机磷（磷的有效化）o溶解性无机磷变成有机磷（磷的同化）第一节 微生物在生态系统中的作用o微生物与生物地球化学循环n铁循环 o铁的氧化和沉积 o铁的还原和溶解 o铁的吸收 n其它元素的循环 第二节 微生物在自然界的分布o微生物在自然界的分布 n土
99、壤中的微生物 o微生物的大本营、人类最丰富的“菌种资源库”o细菌(108),放线菌(107),霉菌(106),酵母菌(105),藻类(104),原生动物(103) o土壤微生物是构成土壤肥力的重要因素。 o含细菌干重约为土壤有机质的1%左右第二节 微生物在自然界的分布o微生物在自然界的分布n水体中的微生物 o淡水型水体微生物n清水型：主要为自养菌（10103/ml）n腐水型：异养细菌（107 108/ml） o海水型水体微生物 一些藻类及耐盐细菌 o快速流动的水中，存在着对有机或无机污染物的自净作用第二节 微生物在自然界的分布o微生物在自然界的分布n水体中的微生物o良好的饮用水n细菌含量应在1
100、00个/ml以下，n当超过500个/ml时，不适合作为饮用水n更重要的是水中的微生物种类，一般用大肠菌群数作为是否含有病原菌的指标。3个/L 第二节 微生物在自然界的分布o微生物在自然界的分布n空气中的微生物 o存在状态：漂浮，短暂停留，以吸附于尘埃微粒上的形式存在。空气中的尘埃颗粒数与微生物数量有直接关系。 o分布：越接近地面的空气含菌量越高，目前人类检测到微生物存在的最高处为85km的高空。 o种类：球菌、芽孢杆菌、产色素细菌、真菌孢子第二节 微生物在自然界的分布o微生物在自然界的分布n工农业产品上的微生物 o工业品类型： 纤维制品、革制品、橡胶制品、油漆、卷烟、化妆品等，塑料、水性涂料等
101、，文物、书画等 o食品上微生物的来源：食品原料的采收、运输、加工和包装过程中被微生物污染 o农产品上的微生物：粮食和饲料上的微生物 第二节 微生物在自然界的分布o微生物在自然界的分布n工农业产品上的微生物o控制微生物，防止生物霉腐的方法 n用物理或化学方法杀死或去除物品上的一切微生物，再用物理方法防止微生物的再污染 n把食品和其它材料保存于微生物不能进行代谢活动或代谢活动水平极低的环境条件下 n通过加工或加入添加剂来降低食品和材料的微生物可利用性 第二节 微生物在自然界的分布o微生物在自然界的分布n生物体内外的正常菌群 o正常菌群正常菌群：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
102、害的微生物，称为正常菌群 o无菌动物无菌动物（germ-free animal）：体内外检查不到任何正常菌群的动物 o悉生生物悉生生物（gnotobiotics）：已经人为接种某已知纯种微生物的无菌动物第二节 微生物在自然界的分布o微生物在自然界的分布n根际微生物根际微生物n附生微生物附生微生物第二节 微生物在自然界的分布o微生物在自然界的分布n极端环境下的微生物 o嗜热微生物 o嗜冷微生物 o嗜碱微生物 o嗜酸微生物 o嗜盐微生物 o嗜压微生物第二节 微生物在自然界的分布o菌种资源的开发 n50-600万种微生物 n生物资源 n采样-富集-分离-测定第三节微生物与生物环境之间的关系o互生关系
103、 n偏利作用：一种种群因另一种种群的存在或生命活动而得利，而后者没有从前者受益或受害n协同作用：相互作用的两种种群相互有利，二者之间是一种非专性的松散的联合 第三节微生物与生物环境之间的关系o共生关系n地衣是这种互惠共生关系的典型代表 o初级生产者（藻类或蓝细菌） o消费者（真菌）n原生动物与藻类的内共生现象（endosymbiosis） 地衣是真菌和单细胞藻的共生体。真菌的菌丝长入单细胞藻内，两种生物结合为一体，二者在生理上互补，为对方提供所需要的物质，他们之间是一种相依为命的互惠互利的关系，失去一方，另一方则不能生存。 第三节微生物与生物环境之间的关系o共生关系n微生物与植物间的共生关系微
104、生物与植物间的共生关系 o根瘤菌与豆科植物 o放线菌、藻状菌、蓝细菌、分枝杆菌和克雷伯氏菌与一些非豆科植物之间的根瘤 o菌根，多见于兰科、杜鹃科及其它森林树种 n微生物与动物之间的共生关系微生物与动物之间的共生关系 o白蚁、蟑螂与其消化道中的原生动物及其它微生物（外共生生物） o反刍动物与其瘤胃微生物 菌根（Mycorrhiza）和根瘤（Nodules）o所谓菌根就是真菌与植物根系形成的特殊共生体。o根瘤 指豆科等植物根部的瘤状突起。第三节微生物与生物环境之间的关系o寄生 第三节微生物与生物环境之间的关系o拮抗作用或称偏害作用第九章 微生物在农业和环保上的应用 o第一节 微生物肥料n微生物肥料
105、 是根据微生物在自然界物质循环中分解和合成作用，所产生的促进植物生长和减少植物危害的作用，精心选育菌种，通过一定工艺过程生产而成的生物肥料n使用方法拌种法、蘸根法、土壤混菌法、喷施法 第一节 微生物肥料o微生物肥料n促生细菌剂o植物根圈促生细菌(plant growth-promoting rhizobacteria, PGPR)oPGPR的主要作用n分泌植物促生物质n对豆科植物结瘤的促生作用n促进植物出芽n对土传病害的生物调控作用第一节 微生物肥料o微生物肥料n菌根菌剂o外生菌根o丛枝菌根n固氮菌接种剂n根瘤固氮菌接种剂第二节 微生物农药o微生物杀虫剂n细菌杀虫剂o苏云金芽孢杆菌杀虫剂，简称
106、Bt杀虫剂 o杀虫机理 第二节 微生物农药o微生物杀虫剂n杀虫抗生素o阿维菌素n真菌杀虫剂 o白僵菌杀虫剂 n病毒杀虫剂 第二节 微生物农药o微生物杀菌剂n植物细菌病害的微生物防治n植物真菌病害的微生物防治o微生物除草剂第三节 微生物在环境保护方面的应用o微生物修复技术n原位生物修复 o投菌法o微生物培养法o生物通气法o生物注射法o农耕法o有机黏土法o原位微生物-植物联合修复o抽提地下水和回注系统相结合的方法第三节 微生物在环境保护方面的应用o微生物修复技术n异位生物修复技术o预制床法o堆肥式处理o生物反应器n厌氧生物处理第三节 微生物在环境保护方面的应用o废水的微生物处理n废水微生物处理的基
107、本过程o一级处理也称预处理或物理处理o二级处理利用M的代谢活动去除污水中的可溶性有机物o三级处理第三节 微生物在环境保护方面的应用o活性污泥法n活性污泥反应器的基本结构n活性污泥的生物组成n活性污泥的培养和驯化n絮凝作用n活性污泥的膨胀n活性污泥的处理效果n活性污泥法的优缺点2347159611810活性污泥法处理流程1.原污水; 2.初次沉淀; 3.爆气池; 4.二次沉淀; 5.处理后污水; 6.回流污水; 7.再生池; 8.生污泥; 9.剩余污泥; 10.污泥浓缩池; 11.脱水设备或污泥消化池第三节 微生物在环境保护方面的应用o生物膜法n生物膜中常见的微生物n生物膜法的类型o稳定塘处理法
108、 o厌氧处理法 o光合细菌法第三节 微生物在环境保护方面的应用o微生物在处理废气中的作用及应用o微生物的生物化学作用污染物无害或少害的物质o废气生物处理的2个阶段n气相污染物液相或固相表面的液膜中n微生物液相或固相表面的污染物o适合微生物处理的废气污染组分第三节 微生物在环境保护方面的应用o废气微生物处理的主要方法n微生物吸收法 n微生物洗涤法n微生物过滤法第三节 微生物在环境保护方面的应用o废气微生物处理的主要方法n微生物吸收法 o利用由微生物、营养物和水组成的生物吸收液处理废气o装置由吸收器和废水反应器两部分组成带恶臭的气体水或生物悬浮液进气生物反应器生物悬浮液、水、污染物、气泡、细菌循环水吸收器空气空气生物吸收装置流程图循环水第三节 微生物在环境保护方面的应用o废气微生物处理的主要方法n微生物洗涤法o利用污水处理厂剩余的活性污泥配制混合液，作为吸收剂处理废气 o特点n对脱除复合型臭气效果很好 n脱臭效率可达90% n能脱出很难治理的焦臭 第三节 微生物在环境保护方面的应用o废气微生物处理的主要方法n微生物过滤法o用含有微生物的固体颗粒吸收废气中的污染物，然后微生物再将其转化为无害物质 o堆肥滤池o土壤滤池o微生物过滤箱第三节 微生物在环境保护方面的应用o废气微生物处理的主要方法n微生物过滤法o土壤滤池n构造与堆肥滤池基本相同
