2008-生物奧賽培訓(xùn)教程

2008—生物奧賽培訓(xùn)教程一、全國(guó)及國(guó)際奧賽綱要對(duì)微生物學(xué)理論部分的要求

分類： 原核生物

細(xì)菌門 藍(lán)藻門 原綠藻門

真核生物

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)酵免疫二、微生物學(xué)的知識(shí)體系微生物學(xué)生態(tài)與多樣性感染與免疫遺傳基因表達(dá)調(diào)控基因工程分類形態(tài)結(jié)構(gòu)營(yíng)養(yǎng)代謝生長(zhǎng)繁殖系統(tǒng)發(fā)育發(fā)酵工業(yè)食品藥物生物制品環(huán)保細(xì)胞型微生物非細(xì)胞型微生物——病毒原核微生物真核微生物(真)細(xì)菌古生菌細(xì)菌藍(lán)藻原綠藻放線菌衣原體支原體立克次氏體等G+

G-酵母菌霉菌真核藻類（綠藻、硅藻等）蘑菇原生動(dòng)物真病毒亞病毒因子三、微生物的類型一、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)共同特征：細(xì)胞壁、細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)、擬核。特殊結(jié)構(gòu)：夾膜、鞭毛、芽孢等。原核微生物的結(jié)構(gòu)與功能——細(xì)胞壁

結(jié)構(gòu)：與功能：保護(hù)：屏障、機(jī)械保護(hù)是細(xì)胞生長(zhǎng)、分裂和運(yùn)動(dòng)所必須的賦予細(xì)胞抗原性、致病性和對(duì)噬菌體的敏感性等古生菌假肽聚糖層G+G-厚薄肽聚糖層真細(xì)菌原核微生物的結(jié)構(gòu)與功能——細(xì)胞壁——革蘭氏染色結(jié)晶紫初染碘液媒染乙醇脫色番紅復(fù)染原核微生物的結(jié)構(gòu)與功能——原生質(zhì)體細(xì)胞膜：控制運(yùn)輸、維持滲透壓、合成細(xì)胞壁、著生鞭毛等核區(qū)（擬核）特殊的休眠結(jié)構(gòu)——芽孢（內(nèi)生孢子）原核微生物的結(jié)構(gòu)與功能——細(xì)胞壁外結(jié)構(gòu)糖被：保護(hù)、屏障、儲(chǔ)存、吸附、信號(hào)識(shí)別鞭毛：運(yùn)動(dòng)菌毛（纖毛）：吸附性毛：參與傳遞遺傳物質(zhì)放線菌的菌絲分化支原體衣原體立克次氏體五、真核微生物酵母菌霉菌變形蟲原生動(dòng)物霉菌皮革上的霉菌無(wú)隔菌絲、有隔菌絲；基內(nèi)菌絲（營(yíng)養(yǎng)）、氣生菌絲（繁殖）。無(wú)性繁殖：子囊孢子、分生孢子。有性繁殖：接合孢子、子囊孢子。菌絲繁殖酵母菌——形態(tài)結(jié)構(gòu)

單細(xì)胞真菌酵母菌的繁殖無(wú)性繁殖——出芽生殖（假菌絲）、節(jié)孢子等；有性生殖——接合生殖（子囊、子囊孢子）。注意：芽孢不是生殖細(xì)胞，是休眠的細(xì)胞。六、病毒的基本特征毒粒的結(jié)構(gòu)——T4噬菌體衣殼螺旋對(duì)稱二十面

體對(duì)稱核

衣

殼核酸六、病毒的基本特征病毒的特點(diǎn)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物質(zhì)合成和組裝的病毒，此時(shí)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(huì)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復(fù)制——周期及步驟吸附侵入脫殼病毒大分子合成裝配與釋放病毒復(fù)制的一步生長(zhǎng)曲線HIV（人類免疫缺陷病毒）

與

AIDS（獲得性免疫缺陷綜合癥）SARS冠狀病毒

禽流感病毒——H5N1AHIV（人類免疫缺陷病毒）

與

AIDS（獲得性免疫缺陷綜合癥）肝炎病毒甲型肝炎病毒呈球形，無(wú)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。

七、微生物的營(yíng)養(yǎng)微生物的營(yíng)養(yǎng)要求碳源【糖類、脂肪、有機(jī)酸】：

能源物質(zhì)，構(gòu)成菌體和代謝產(chǎn)物氮源【無(wú)機(jī)氮源：氨水、硫酸銨、尿素、硝酸鈉；有機(jī)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)無(wú)機(jī)鹽類【Pb、Mg、S、P、Fe、Co、Zn等】

維持酶活力，調(diào)節(jié)滲透壓、pH值、電位等特殊生長(zhǎng)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(dòng)水：溶解營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和代謝產(chǎn)物七、微生物的營(yíng)養(yǎng)微生物的營(yíng)養(yǎng)類型——?jiǎng)澐忠罁?jù)劃分依據(jù)營(yíng)養(yǎng)類型特點(diǎn)碳源自養(yǎng)型以CO2為唯一或主要碳源異養(yǎng)型以有機(jī)物為碳源能源光能營(yíng)養(yǎng)型以光為能源化能營(yíng)養(yǎng)型通過氧化釋放的化學(xué)能為能源電子供體無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)型以還原性無(wú)機(jī)物為電子供體有機(jī)營(yíng)養(yǎng)型以有機(jī)物為電子供體七、微生物的營(yíng)養(yǎng)微生物的營(yíng)養(yǎng)類型——典型類型有機(jī)物CO2有機(jī)物CO2碳源有機(jī)物H2、H2S

Fe2+、NO2-有機(jī)物H2、H2S

S、H2O電子供體大腸桿菌、真菌化學(xué)能

(有機(jī))化能有機(jī)異養(yǎng)型氫細(xì)菌、硫桿菌

硝化細(xì)菌化學(xué)能

(無(wú)機(jī))化能無(wú)機(jī)自養(yǎng)型紅螺細(xì)菌光能光能有機(jī)異養(yǎng)型藍(lán)藻、藻類紫（綠）硫細(xì)菌光能光能無(wú)機(jī)自養(yǎng)型舉例能源營(yíng)養(yǎng)類型七、微生物的營(yíng)養(yǎng)培養(yǎng)基的配置——基本原則

選擇適宜的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的濃度及其比例合適控制pH條件滅菌處理原料來(lái)源的選擇七、微生物的營(yíng)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的四種方式一、擴(kuò)散(diffusion)二、促進(jìn)擴(kuò)散(facilitateddiffusion)三、主動(dòng)運(yùn)輸(activetransport)四、

膜泡運(yùn)輸(memberanevesicletransport)七、微生物的營(yíng)養(yǎng)八、微生物的代謝初級(jí)代謝產(chǎn)物次級(jí)代謝產(chǎn)物生長(zhǎng)繁殖是否必需

是

不是產(chǎn)生階段

生長(zhǎng)各個(gè)階段

生長(zhǎng)到一定階段種的特異性

無(wú)

有分布

細(xì)胞內(nèi)

細(xì)胞內(nèi)、外舉例

氨基酸、核甘酸、多糖、脂質(zhì)、維生素抗生素、毒素、激素、色素等代謝特點(diǎn)：初級(jí)代謝與次級(jí)代謝

微生物的代謝調(diào)節(jié)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(shí)，大腸桿菌只能利用葡萄糖而不能利用乳糖，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①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(duì)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(jī)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(fèi)，增強(qiáng)適應(yīng)性。資料：谷氨酸的生產(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(shí)，就會(huì)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(shí)，抑制作用就會(huì)被解除，該合成反應(yīng)又重新啟動(dòng)。

②酶活性的調(diào)節(jié)a.酶活性調(diào)節(jié)的對(duì)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(jī)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(diǎn)：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。a.從調(diào)節(jié)對(duì)象看：b.從調(diào)節(jié)效果看：c.從調(diào)節(jié)機(jī)制看：酶合成的調(diào)節(jié)是通過酶量的變化控制代謝速率，而酶活性的調(diào)節(jié)是對(duì)已存在的酶活性進(jìn)行控制，它不涉及酶量變化；酶活性調(diào)節(jié)直接而迅速，酶合成調(diào)節(jié)間接而緩慢；酶合成調(diào)節(jié)是基因水平調(diào)節(jié)，它調(diào)節(jié)控制酶合成；酶活性調(diào)節(jié)是代謝水平調(diào)節(jié)，它調(diào)節(jié)酶活性。聯(lián)系：細(xì)胞內(nèi)兩種方式同時(shí)存在，密切配合，高效、準(zhǔn)確控制代謝的正常進(jìn)行。區(qū)別微生物代謝的人工控制

人工控制微生物代謝的目的——最大限度積累對(duì)人類有用的代謝產(chǎn)物。當(dāng)賴氨酸和蘇氨酸都積累過量時(shí)，就會(huì)抑制天冬氨酸激酶的活性，使細(xì)胞內(nèi)難以積累賴氨酸；而賴氨酸單獨(dú)過量就不會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象。

黃色短桿菌八、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(zhǎng)繁殖細(xì)菌的個(gè)體生長(zhǎng)染色體DNA的復(fù)制與分離細(xì)胞壁擴(kuò)增細(xì)胞分裂：無(wú)性二分裂

（15-20分鐘分裂一次）九、微生物的生長(zhǎng)繁殖細(xì)菌的群體生長(zhǎng)遲緩期對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期穩(wěn)定生長(zhǎng)期衰亡期九、微生物的生長(zhǎng)繁殖真菌的生長(zhǎng)繁殖裂殖和芽殖：菌絲延長(zhǎng)和酵母繁殖的主要方式

無(wú)性孢子繁殖：營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞分化出新個(gè)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(gè)體九、微生物的生長(zhǎng)繁殖微生物生長(zhǎng)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(zhǎng)的物質(zhì)抗代謝物：用與生長(zhǎng)因子結(jié)構(gòu)類似的物質(zhì)干擾微生物抗生素：一類次級(jí)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)酵工業(yè)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(dòng)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)的一般流程種子擴(kuò)大培養(yǎng)培養(yǎng)基配制空氣除菌培養(yǎng)基滅菌發(fā)酵生產(chǎn)下游處理發(fā)酵設(shè)備十、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(zhǎng)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(zhǎng)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(qiáng)溶氧；十、微生物發(fā)酵工業(yè)發(fā)酵實(shí)例——食品（食用酒精）發(fā)酵曲霉制曲原料蒸煮糖化酵母酒母的制備及擴(kuò)大發(fā)酵蒸餾酒糟乙醇雜醇油十、微生物發(fā)酵工業(yè)發(fā)酵實(shí)例——藥品（青霉素）發(fā)酵產(chǎn)黃青霉菌孢子制備種子罐滅菌培養(yǎng)基壓縮空氣發(fā)

酵

罐預(yù)

處

理

罐過

濾萃

取精

制

柱萃

取過

濾結(jié)