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微生物学
陆德源
周德庆
沈萍
人民卫生出版社2002年
高等教育出版社2002年
高等教育出版社2000年
授课教师
蔡苏兰
职称
讲师
单位
微生物与细胞生物学教研室
周次
第1次课
章节
名称
第1章绪论
授课
方式
理论课(Ö
);
实践课( );
实习( )
教 学
时 数
2学时
教学
目的
及
要求
掌握微生物的概念、特点、命名及分类。
了解微生物学的研究范围及其发展简史。
教 学主要 内 容
一、微生物与微生物学
1.微生物的概念
2.微生物的类群及特点
3.微生物的作用
4.微生物的分类及细菌的命名
5.微生物学
二、微生物学的发展简史
1.经验时期(--1676年)
2.发现时期(1676--1861)
3.黄金时期(1861--1897)
4.生理学时期、奠基(1897--1953)
5.发展时期(1953--)
三、其他
重点
与
难点
微生物的概念,微生物的类群及特点
微生物的分类及细菌的命名
微生物学发展过程中典型人物及其贡献
启发提问
举例说明微生物是人类的朋友
少数微生物也是人类的敌人
自学内容
教学手段
多媒体课件教学
参考资料
《微生物学与免疫学》沈关心,高等教育出版社2003
《微生物学》沈萍,高等教育出版社2002
第1章绪论
第一节微生物与微生物学
一、微生物的概念
微生物:
指在自然界广泛分布的个体微小,结构简单,肉眼不能看到,需借助光学显微镜或电子显微镜放大几百倍,几千倍,甚至几万倍才能看到的微小生物的统称。
二、微生物的类群及特点
1.微生物类群
2微生物类群的特点
²
个体小,结构简单:
大小以um计,但比表面积(表面积/体积)大。
结构:
无细胞结构(病毒)
单细胞(细菌,放线菌)
简单多细胞(真菌)
新陈代谢能力强,生长繁殖速度快。
数量大,分布广,种类多;
l分布:
人迹可到之处,微生物的分布必然很多,
而人迹不到的地方,也有大量的微生物存在!
l种类:
微生物的生理代谢类型多;
代谢产物种类多;
微生物的种数“多”;
l数量:
在自然界中(土壤、水体、空气,动物体内和体表)
都生存有大量的微生物!
易变异,抗性强,适应性强。
三、微生物的作用:
既是人类的敌人,更是人类的朋友!
1、自然界的物质循环和环境保护
2、医药领域
3、食品行业
4、生物工程制药
5、基因工程研究
四、微生物的分类及细菌的命名
1、微生物的分类
分类依据:
是否有完整的细胞结构,是否有分化完整的细胞核共分为三类:
非细胞型微生物、原核细胞型微生物、真核细胞型微生物
微生物在生物界的分类地位
1969年,Whittaker提出五界系统学说,我国学者在此基础上提出六界系统学说:
动物界、植物界、真菌界、原生生物界、原核生物界、病毒界
2、细菌命名法
采用生物学的林奈“拉丁双名法”
l属名(名词,大写字母开头)+种名(形容词,小写)+(命名者的姓)
l属名+sp.表示某一属种的某一种菌
l属名+spp.表示某一属种的几种菌*p或spp为species缩写的单复数)
五、微生物学及其研究内容
微生物学是研究微生物生命活动规律的学科。
它的基本内容是:
①微生物细胞的结构和功能,研究细胞的构建及其能量、物质、信息的运转;
②微生物的进化和多样性,研究微生物的种类,它们之间的相似性和区别,以及微生物的起源;
③生态学规律,研究不同微生物之间以及它们同环境之间的相互作用;
④微生物同人类的关系。
第二节微生物学的发展简史
微生物学的发展历史可分为五个时期
一、感性认识阶段(史前期)——1676年前
我国8000年前就开始出现了酿酒;
4000年前埃及人已学会酿制果酒;
2500年前发明酿酱、醋,用曲治消化道疾病;
公元九世纪痘浆法、痘衣法预防天花;
16世纪,古罗巴医生G.Fracastoro:
疾病是由肉眼看不见
的生物(livingcreatures)引起的;
1641年,明末医生吴又可也提出“戾气”学说;
二、形态学发展阶段(初创期)——1676-1861
17世纪中叶荷兰人吕文虎克(AntonivanLeeuwenhoek)用自制的简单显微镜观察并发现了许多微生物。
三、生理学发展阶段(奠基期)——1861-1897
巴斯德:
彻底否定了“自然发生”学说;
免疫学——预防接种;
发现并证实发酵是由微生物引起的;
其他贡献
科赫:
微生物学基本操作技术方面的贡献;
对病原细菌的研究作出了突出的贡献。
四、生化学发展阶段(发展期)——1897-1953
进入微生物生化水平的研究
分支学科更为扩大,出现了抗生素等新学科
开始寻找有益微生物代谢产物
普通微生物学科开始形成
各相关学科和技术的相互渗透和促进,加速了微生物的发展
五、分子生物学发展阶段(成熟期)——1953-至今
J.D.Waston,H.F.C.Crick发现DNA双螺旋模型
迅速成长为十分热门的前言学科;
进入到分子水平的研究,成为分子生物学的研究对象
向着更自觉、更有效和可人为控制的方向发展
其它:
微生物学发展过程中的重大事件
第2次课
第2章细菌
(1)
熟悉细菌的大小与基本形态
掌握细菌基本结构中细菌细胞壁结构和化学组成与功能
掌握革兰染色的原理、方法、意义及革兰阳性菌和革兰阴性菌细胞壁的异同点
了解细胞壁缺陷细菌特性及意义。
一、细菌的大小和形态
1.细菌的大小
2.细菌的形态
二、细菌细胞壁的结构和化学组成以及生理功能
G+和G-细胞壁的结构、革兰氏染色的原理,细菌的特殊结构
细菌细胞壁的共能功能
《微生物学》沈萍,,高等教育出版社2002
细菌(bacteria)的细胞结构在原核生物中具有代表性,是微生物的一大类群,在自然界分布广、种类多,与人类生产和生活的关系也十分密切,是微生物学的主要研究对象。
第一节细菌的形态、结构
球菌大小以其直径表示,杆菌和螺旋菌以其长度与宽度表示。
微米是测量细菌大小的常用单位。
尽管细菌种类繁多,就单个有机体而言,其基本形态可分为球状、杆状与螺旋状三种:
分别被称为球菌、杆菌和螺旋菌。
球状
杆状
螺旋状
基本形态
球菌细胞呈球形或椭圆形。
在分裂后产生的新细胞常保持一定的空间排列方式,在分类鉴定上有重要意义。
l单球菌细胞单个,分散。
l双球菌细胞沿一个平面分裂,新个体成对排列。
如肺炎双球菌。
l链球菌细胞沿一个平面分裂,新个体不但可保持成对的样子,并可连成链状。
如溶血链球菌、乳链球菌。
链的长短往往具特征性,例如乳链菌每2-3个细胞形成一串,而无乳链球菌则形成很长的链。
l四联球菌细胞分裂沿两个互相垂直的平面进行,分裂后四个细胞特征性地连在一起,呈田字形。
如四联微球菌。
l八叠球菌细胞沿着三个互相垂直的方面进行分裂,分裂后每八个细胞特征性地叠在一起呈一立方体。
l葡萄球菌细胞无定向分裂,多个新个体形成一个不规则的群集,犹如一串葡萄。
如金黄色葡萄球菌、白色葡萄球菌。
杆菌细胞呈杆状或圆柱形。
l弧菌菌体只有一个弯曲,其程度不足一圈,犹如“C"
字,或似逗号。
l螺旋菌菌体回转如螺旋状。
螺旋数目和螺距大小因种而异。
。
l弧菌与螺旋菌的显著特征,前者往往为偏端单生鞭毛或丛生鞭毛,后者两端都有鞭毛。
二、细菌的细胞结构
其结构可分为两部分:
一是不变部分或基本结构,如细胞壁、细胞膜、细胞核和核糖体,为全部细菌细胞所共有;
二是可变部分或特殊结构,如鞭毛、菌毛、荚膜、芽孢和气泡等。
1.基本结构
细胞壁
l概念:
细胞壁是位于细胞表面,内侧紧贴细胞膜的一层较为坚韧,略具弹性的细胞结构。
l证实细胞壁存在的方法:
(1)细菌超薄切片的电镜直接观察;
(2)质、壁分离与适当的染色,可以在光学显微镜下看到细胞壁
(3)机械法破裂细胞后,分离得到纯的细胞壁;
(4)制备原生质体,观察细胞形态的变化;
l细胞壁的功能
(1)保护细胞,使其免受由于渗透压的变化而引起的细胞破裂
(2)维持细菌的基本形态;
(3)为细胞的生长、分裂和鞭毛运动所必需;
(4)细胞壁是多孔性的,水和直径小于1nm的物质可以自由通过,故有一定的通透性和机械阻挡作用;
(5)细菌的细胞壁还与细菌的致病性、抗原性和对某些药物及噬菌体的敏感性有关。
l革兰染色与细胞壁:
C.Gram(革兰)于1884年发明的一种鉴别不同类型细菌的染色方法。
其染色要点:
先用结晶紫染液染色,再加媒染剂--碘液处理,使菌体着色,然后用乙醇脱色,最后用复染液(沙黄或番红)复染。
显微镜下菌体呈红色者为革兰氏染色阴性细菌(常以G-表示),呈深紫色者为革兰氏染色阳性反应细菌(常以G+表示)。
G+菌与G-菌细胞壁的化学组成结构具有明显差异。
(1)革兰阳性细菌
细胞壁的化学组成以肽聚糖为主,另外还结合磷壁(酸)质。
肽聚糖是由若干个N-乙酰葡萄胺和N-乙酰胞壁酸以及少数氨基酸短肽链组成的亚单位聚合而成。
以β1,4葡萄糖苷键连接,形成肽聚糖多糖链。
以肽键连接的氨基短肽,形成了肽聚糖的肽链,其氨基酸的组成和排列顺序,通常为L-丙氨酸、D-谷氨酸、L-赖氨酸和D-丙氨酸。
相邻的短肽通过一定的方式将肽聚糖亚单位交叉联结成重复结构。
磷壁(酸)质又名垣酸,可分为甘油型和核糖醇型两种。
(2)革兰氏阴性细菌
革兰氏阴性细菌细胞壁分为内壁层和外壁层。
内壁层由肽聚糖组成。
肽聚糖多糖链结构与革兰氏阳性细菌相同,但肽链中的L-赖氨酸往往被其他二氨基酸取代。
由于它们只有30%的肽聚糖亚单位彼此交织联结,故其网状结构不及革兰氏阳性细菌的坚固,显得比较疏松。
外壁层再分为内、中、外三层。
最外层为脂多糖层,中间为磷脂层,内层为脂蛋白层
l细胞壁缺陷细菌
(1)原生质体(protoplast)在革兰氏阳性细菌培养物中加溶菌酶或在含青霉素等的培养基里培养阳性细菌,便可破坏或抑制细胞壁的合成。
细菌除去细胞壁后剩下的部分叫做原生质体。
特点:
均呈球形、对环境条件很敏感,、有的原生质体还保留着鞭毛,但不能运动,也不能被相应的噬菌体感染。
(2)球形体(spheroplast)多用革兰氏阴性细菌,以上述同样方法处理便可获得。
球形体较之原生质体外界环境具一定抗性,并能在普通培养基上生长。
(3)L-型细菌(bacterialL-form)是细菌在某些环境条件下所形成的变异型。
没有完整而坚韧的细胞壁,细胞呈多形态,有的能通过滤器,故又称"
滤过型菌"
在低渗条件下生长缓慢,在固体培养基上形成一种直径约0.1mm的微小菌落,
第3次课
第2章细菌
(2)
掌握细菌细胞膜、细胞质、核质的结构和化学组成以及生理功能
一、细胞膜
定义、结构、组成、功能
二、细胞质
三、核质
细菌基本结构的结构与功能
细菌基本结构包括哪几部分?
一、细菌的基本结构
1.细胞膜
概述
l细胞膜(cellmembrace)又称原生质膜或质膜(plasmalemma),是外侧紧贴于细胞壁而内侧包围细胞质的一层柔软而富有弹性的半透性薄膜。
间体
l用电子显微镜观察细菌细胞的超薄切片,在细胞质中可见一个或数个较大的、不规则的层状、管状或囊状物,称为间体(mesosome)。
它是细菌细胞质中主要的、典型的单位膜结构,与细胞膜连接。
对间体的生理功能还不完全了解。
2.细胞核
l为细菌的核比较原始,故称为原始形态的核或拟核(nucleoid),它实际上是DNA性质的、与高等生物细胞核功能相似的核物质,所以又称染色质体或细菌染色体。
l在静止期的细菌,核多呈球形、棒状或哑铃状。
正常情况下,一个菌体内具体一个核;
而细菌处于活跃生长时,由于DNA的复制先于细胞分裂,一个菌体内往往有2-4个核;
质粒(plasmid)
l很多细菌细胞质中,除染色体外还有质粒。
它是存在于细菌染色体外或附加于染色体上的遗传物质,绝大多数由共价闭合环状双螺旋DNA分子所构成。
3.细胞质及其内含物
细胞质是细胞膜内的物质,除细胞核外,皆为细胞质。
它无色透明,呈粘液状,主要成分为水、蛋白质、核酸、脂类,并有少量糖及无机盐。
此外还有气泡和颗粒状内含物。
颗粒状内含物在许多细菌细胞中,常含有各种较大的颗粒,大多系细胞贮藏物,如异染颗粒、聚β-羟基丁酸、肝糖、硫滴等。
这些内含物常因菌种而异,即使同一种菌,颗粒的多少也随菌龄和培养条件不同而有很大变化。
往往在某些营养物质过剩时,细菌就将其聚合成各种贮藏颗粒,当营养缺乏时,它们又被分解利用。
核糖体由65%的核糖酸和35%的蛋白质组成。
沉降系数均为70S;
真核微生物细胞器核糖体变为70S,而细胞质中的却为80S。
二、细菌的特殊结构
1.糖被
糖被(glycocalyx)某些细菌在生活过程中,能够向其细胞壁外分泌一层疏松、透明的粘液状物质,称为糖被。
糖被按其有无固定层次、层次厚薄又可细分为:
荚膜(capsule或macrocapsule,大荚膜):
≧0.2um;
微荚膜(microcapsule):
<
0.2um;
粘液层(slimelayer):
边界不明显;
菌胶团(zoogloea):
细菌群体共用一个荚膜
荚膜的化学组成因菌种而异,主要是多糖,有的也含有多肽、蛋白、脂以及由它们组成的复合物--脂多糖、脂蛋白等.
产生荚膜是微生物的一种遗传特性,种的特征,但并非细胞绝对必要的结构,失去荚膜的变异株同样正常生长。
荚膜的形成与环境条件密切相关。
荚膜虽不是细胞的重要结构,但它是细胞外碳源和能源性贮藏物质,并能保护细胞免受干燥的影响,同时能增加某些病原菌的致病能力,使之抵御宿主吞噬细胞的吞噬。
产荚膜细菌,常常给生产带来麻烦。
在一定条件下,有害的东西可变为有益的物质。
2.鞭毛
运动性微生物细胞的表面,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(flagellum)。
它是细菌的"
运动器官"
鞭毛着生的位置和数目是种的特征,具有分类鉴定的意义。
l偏端单生鞭毛菌在菌体的一端只生一根鞭毛,如霍乱弧菌、荧光假单胞菌。
l两端单生鞭毛菌在菌体两端各具一根鞭毛,如鼠兄咬热螺旋体。
l偏端丛生鞭毛菌菌体-端生-束鞭毛,如铜绿假单胞菌、产碱杆菌。
l周生鞭毛菌周身都生有鞭毛,如大肠杆菌、枯草杆菌等。
鞭毛抗原又叫H(H)抗原,各种细菌的鞭毛蛋白质由于氨基酸组成不同导致H抗原性质上的差别,帮可通过血清学反应,进行细菌分类鉴定。
近代科学技术的发展和应用,对鞭毛的结构也有了比较清楚的认识。
例如大肠杆菌,一根完整的鞭毛,从形态上可分为三个部分:
细胞最外面的是螺旋形鞭毛丝,靠近细胞表面的是鞭毛钩,埋在细胞膜里的基体。
3.菌毛
很多革兰氏阴性细菌,尤其是肠道细菌和某些假单胞菌属的菌株以及少数革兰氏阳性细菌的细胞表面,有一些比鞭毛更细、较短而直硬的丝状体结构叫上菌毛(fimbria)。
菌毛不是细菌的"
某不具鞭毛的细菌生有菌毛,有的细菌二者兼有。
菌毛的类型很多,肠道菌就有性毛和普通菌毛两种。
性菌毛(sexpili)是在性质粒(F因子)控制下形成的,故又称F-菌毛(F-pili)。
它比普通菌毛粗而长,数目较少,通过性菌毛,雄性株就可将遗传物质传递给不具性质粒的雌性菌株,使之也能产生性菌毛。
至于遗传物质到底怎样传递的,有待进一步研究。
菌毛亦由蛋白质组成。
4.芽孢
某些细菌,在其生长的一定阶段,在细胞内形成一个圆形,椭圆形的结构,对不良环境条件具有较强的抗性,这种休眠体即称芽孢(spore)或孢子。
能否形成芽孢是细菌种的特征。
芽孢形成的位置、形状、大小因菌种而异,在分类鉴定上有一定意义。
芽孢具有厚而致密的壁,不易着色,在相差显微镜下呈现折光性很强的小体;
用芽孢染色法染色后,普通光学显微镜下也可看见。
芽孢的形成是一个非常复杂的过程,绝非细胞质的简单浓缩和核物质的简单分配。
芽孢形成的机制,有待进一步研究。
芽孢一旦形成,对恶劣环境条件具有很强的抗抵能力。
目前有一种较新的解释芽孢抗热性的理论,被称为"
渗透调节皮层膨胀学说"
应该注意的是一个营养细胞内只能形成一个芽孢,而一个芽孢也只产生一个营养体。
芽孢,仅仅是芽孢细菌生活史中的一环,是细菌的休眠体,而不是一种繁殖方式。
伴孢晶体:
芽孢杆菌属中有些种,如苏云金芽孢杆菌等,形成芽孢的同时,在细胞内产生一种日体状多肽类内含物,称为伴孢晶体。
伴孢晶体由蛋白质组成,是一种毒性晶体,对100种以上的鳞翅目昆虫有毒性。
第4次课
第2章细菌(3)
掌握细菌生长的必要条件、繁殖方式,细菌群体生长的四个时期及意义。
掌握细菌在培养基中的生长情况,细菌培养的用途。
熟悉细菌的营养分型、营养物质与营养物质的吸收方式。
了解培养细菌的方法和条件,培养基的种类和作用,
细菌的营养与生长繁殖
1.细菌细胞的化学组成
2.细菌需要的营养物质及生理功能
3.吸收营养物质的方式
4.细菌的营养类型
5.细菌的生长繁殖
6.细菌的人工培养
营养物质的吸收、营养类型
细菌的生长繁殖的条件
细菌的人工培养、培养基、菌落、生长曲线
微生物如何吃“食物”?
细菌的营养和繁殖
微生物的特点:
食谱广、胃口大。
营养物质(nutrient):
那些能够满足微生物机体生长、繁殖和完成各种生理活动所需的物质。
营养(nutrition):
微生物获得和利用营养物质的过程。
一、微生物的六大营养要素
1.碳源
凡是可以被微生物用来构成细胞物质或代谢产物中碳素来源的物质通称碳源(carbonsource)。
碳源通过机体内一系列复杂的化学变化被用来构成细胞物质和(或)为机体提供完成整个生理活动所需要的能量。
因此,碳源通常也是机体生长的能源。
2.氮源
凡是能被微生物用来构成细胞物质中或代谢产物中氮素来源的营养物质通常称为氮源(nitrogensource)。
3.能源
能为微生物生命活动提供能量来源的营养物或辐射能称为能源(energysource)。
根据来源不同可以把能源分为两类:
一是化学物质,化能有机异养型微生物的能源为有机物,与它们的碳源相同。
化能无机自养型微生物的能源为无机物,与它们的能源物质不同。
二是辐射能,是光能自养型和光能异养型微生物的能源。
4.无机盐
无机盐(mineralsalts)是微生物生长必不可少的一类营养物质,它们为机体生长提
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