绪论
1、什么是微生物（Microorganism, microbe）
2、微生物的共性
3、微生物学发展简史
4、微生物学科发展促进了人类进步
5、微生物学及其分科
类 群 :
原核类：细菌、放线菌、支原体、衣原体、立克次氏体、蓝细菌
真核类：真菌（酵母菌、霉菌），原生动物，显微藻类
非细胞类：病毒、类病毒、拟病毒、朊病毒什么是微生物（Microorganism, microbe
1、 ）
●个体微小（<0.1mm），借助显微镜观察形体；
●结构简单：简单多细胞，单细胞或非胞●低等：进化地位低。
二、微生物的共性
1、体积小，表面积大2、吸收多、转化快
3、生长旺、繁殖快4、适应性强、易变异
5、分布广、种类多
●一定体积的物体，分割成越细小的颗粒，
这些颗粒的总表面积越大，表面积/体积比值越大。
●优点：提供巨大的吸收面，排泄面和交换面。
●体积小、表面积大是微生物其它四个共性的 基础
2、吸收多、转化快
●原因：表面积/体积比值大
●例举：乳糖发酵细菌、产朊假丝酵母（Candida utilis）
3、生长旺、繁殖快
●原因：吸收多、转化快 ●例举：大肠杆菌
●利弊：有益--工业发酵、理论研究材料培养；有害--病原微生物、霉腐微生物
4、适应性强、易变异
● 适应强原因：体积小、表面积大；灵活的代谢
调控机制（诱导酶）
●极 端 微 生物 （extreme microorganism）●易变异原因：结构简单、单倍体、巨大交换面
●利弊：有益---育种（青霉素），有害---耐药性
5、分布广、种类多
●分布广：土壤、空气、海洋、人体肠道
●种类多：（1）微生物的生理代谢类型多
（2）代谢产物种类繁多（3）微生物的种数多
●种类多：（1）微生物的生理代谢类型多
微生物特有：分解天然气、石油、纤维素、木质素能力；
多种产能方式：细菌光合作用、嗜盐菌紫膜光合作用、自养细菌的化能合成作用、各种厌氧菌的产能途径
生物固氮作用；
合成次级代谢产物（抗生素、维生素等）能力；
对复杂有机物的生物转化能力（甾体化合物等）；
分解氰、酚、多氯联苯等有毒物质的能力
独特的繁殖方式（病毒、类病毒、肮病毒的复制、增殖）
2）代谢产物种类繁多
含氮代谢产物：氨基酸、核苷酸类
糖类厌气性代谢产物：酒精、乳酸、甘油、丙酮丁醇；
糖类好气性代谢产物：柠檬酸、苹果酸、葡萄糖酸；
微生物多糖：黄原胶、右旋糖苷；
微生物酶类：蛋白酶、淀粉酶、酯肪酶、工具酶；
--次级代谢产物：抗生素、维生素、激素、生物碱
3）微生物的种类多
●目前比较肯定的微生物种数大约10万种，
随着分离、培养方法的改进，研究工 作的深入，新种、新属、新科、新纲陆续被发现。
4）遗传基因多样性
●微生物基因组测序
●基因组种类多样性。
●基因库资源丰富。
5）生态类型的多样性
三、微生物学发展简史
●微生物学发展经历五个时期
1、史前期（8000年前--1676年）2、初创期（1676-1861年）
3、奠基期（1861-1897年）4、发展期（1897-1953年5、成熟期（1953-迄今）
●学习微物学发展历史的目的：
--学习前人严谨治学的科学态度，培养创新意识；
--明确科学技术和研究方法的突破在学科发展中的重要作用；
--明确学科的发展总是与人类生活、生产实践密切相连的。
四、微生物学科发展促进了人类进步
●近代科学中，微生物学是对人类福利贡献最大的一门科学。
1、医疗保健2、食品和医药行业3、微生物学促进农业发展
4、微生物与生态和环境保护的关系5、基础理论研究中的贡献
1、医疗保健
--外科消毒技术的建立 --寻找人畜病原菌
--免疫防治法的应用--化学治疗剂的发明
--抗生素治疗的兴起--用工程菌生产各种生化药物
2、食品和医药行业
--食品微生物发酵--罐头灭菌和长期保存方法
--厌氧纯种发酵技术--深层液体通气发酵技术
--代谢调控理论在发酵工业中的应用--生物工程的兴起
3、微生物学促进农业发展
--微生物农药--菌肥--植物生长激素--高等真菌--饲料
4、微生物与生态和环境保护的关系
--食物链中主要环节，物质循环，污水处理
5、基础理论研究中的贡献
--以微生物作材料，生物学基础理论研究取得许多重大突破:
--分子生物学是在生化、遗传学、微生物学基础上发展起来。
--微生物与基因工程--动、植物细胞应用研究中采用微生物培养/发酵方法。
--微生物学独特实验操作技术。
五、微生物学及其分科
●研究主要内容：从不同水平（层次）研究生命活动五大 基本规律。
●根本任务：发掘、利用、改善有益微生物，控制、消灭、改造有害微生物。
●分科：按研究微生物的基本生活动规律分；按微生物应用领域分等不同分种方式。
Chap 1原核生物的形态、构造和功能
§1 细 菌（bacteria）
§放线菌（actinomycetes）
§3 其它原核微生物
§1 细 菌（bacteria）
一 细胞的形态构造及其功能
1、细菌的基本形态 :球状、杆状、螺旋状
（1） 形态和染色
●自然界中杆状细菌最常见、球菌次之，螺旋状最少； 量度细菌大小的单位是μm（微米，10-6m）作单位。 亚细胞构造的量度用nm（纳米，10-9m）作单位。
2、染色
●细菌的形态和主要构造的观察：一般都要将菌体细胞染色。原因：菌体微小。含水分多，对光线吸收、反射与水溶液差别不大，借助颜色的反衬作用。
●染色方法 ：
--死菌：
正染色
负染色：荚膜染色法等
-- 活菌：用美蓝或TTC（氯化三苯基四氮唑）染色
二）细菌细胞构造与功能
1、细胞壁（cell wall）
（1）组成与结构
● G+菌和G-菌细胞壁构造比较
A、肽聚糖（Peptidoglycan）
●组成和结构特点
●水解肽聚糖的酶类：溶菌酶（lysozyme）、自溶酶（autolytic enzyme）
B、磷壁酸（Teichoic acid）
●存在：●成分与结构实型：磷酸多元醇聚合体，
主要有甘油磷酸型和核糖醇磷坒酸两种类型。
●结构特点（甘油型为例）： ●磷壁酸的功能
C、脂多糖（Lipopolysaccharide,LPS）
●存在：G-菌细胞壁特存成分，组成细胞
外壁外壁层的重要成分。●分子结构类脂A、核心多糖区，0-特异侧链
● LPS的主要功能
D、外壁层中的蛋白质 ：基质蛋白、外壁蛋白、脂蛋白。
（2）细菌的某些特性与细胞坒组成，结构的关系
●草兰氏染色、抗酸染色、溶菌酶敏感性、青毒素敏感性
3）周质空间（periplasmic space）
●即壁膜空间，内含多种蛋白质（酶、结合蛋白、受体蛋白）。
（4）细胞坒的功能
A、固定细胞外形和提高机强度，使其免受渗透压等 外力的损伤；
B、为细胞的生长、分布和鞭毛运动所必需；
C、阻拦大分子有害物质（某些抗生素和水解酶）进入细胞；
D、赋予细菌特定的抗原性以及对抗生素和噬菌体的敏感性。
●缺乏细胞壁的微生物
支原体、粘菌、原生动物、某些嗜盐菌、产甲烷细菌（疵壁菌mendosicutes）原生质体、球状体、L-型细菌
2、细胞膜与间体
●细胞膜的功能：
--控制 细胞内、外的物质的运送、 交换；--维持细胞内正常渗透压的屏障作用；
--合成细胞壁各种组分和荚膜等大分子的场所；--进行氧化磷酸化或光合磷酸化的产能基地；
--许多酶和电子传递组分的所在部位；--鞭毛的着生点和提供其运动所需的能量等。
3、细胞质（cytoplasn）
●聚-β-羟基丁酸（poly-β-hydroxybutyrate PHB●羧化体（carboxysome）
4、核质体（rcuclear booly）
●核区、拟核、核基因组、遗传信息。
（1）鞭毛（flagella）
●组成成分：鞭毛蛋白（鞭毛素flagellin）●构造： G+ 细菌与G- 细菌鞭 毛构造差别
●鞭毛着生方式：一端单毛、一端丛毛、两端（单毛、成束）、周生、侧生
2）菌毛（pilas）
●存在G-菌（特别是肠道菌，假单胞菌）表面的一种蛋白质附属物，它由菌毛素（piling）形成中空的丝状体。
●种类：一般菌毛和特化菌毛（性菌毛sex pilus, F-Pilus）
(3)糖被（glycocalyx）:
●荚膜（capsule）、微荚膜（microcapsule）、粘液层（slime layer）、菌胶团（zoogloea）。
●糖被生理功能 保护作用、贮藏养料、堆积代谢废物菌体附着、信息识别作用、屏障和交换系统
（4）芽孢（endospore spore）
●定义：●产生芽孢的细菌种类
●芽孢耐热机制（渗透调节皮层膨胀学说）●研究细菌芽孢的意义：
（5）伴孢晶体（parasporal crystal）
（三）、细菌的繁殖
1、裂殖（fission）2、芽殖（budding）
一、细菌群体培养特征
1、固体琼脂平板上菌落形态：菌落（colony）及特征描述、菌苔（lawn）
2、液体培养基中培养特征：混浊、菌膜、或絮状沉淀。3、半固体培养基培养特征
§2 放线菌（actinomycetes）
一、概述
●定义：●分布：●放线菌与人类的关系：
●放线菌重要类群：链霉菌属（Streptomyces）弗兰克氏菌属（Frankia）小单孢菌属（Micromonospora）
二、放线菌的形态构造（以链霉菌为例）
●一般形态与构造
2、 放线菌的繁殖
3、 ●横割分裂，4、 两种途径：细胞内陷、壁膜同5、 时内陷。
三、放线菌的培养特征
●固体培养基平板培养●液体培养基振荡培养
§3 其它原核微生物
一、蓝细菌（cyanobacteria）蓝藻或蓝绿藻
●定义：●形态：●细胞结构特点：●繁殖：
●蓝细菌转基因研究进展：
二、支原体、立克次氏体、衣原体
1、支原体（Mycoplasma）
1）特征：
●个体微小●缺乏细胞壁●可在人工培养基上生长
●二等分裂繁殖●对抗生素（四环素）敏感性
2）种类：胸膜肺炎支原体，类支原体
2、立克次氏体（Rickettsia）
（1）定义：（2）种类：立克次氏体，类 立克次氏体（Rickettsia-like organisms, RLO）。
（2）特征
● 结构●繁殖●对热、四环素等抗生素敏感●培养
（3）与人类关系：
3、衣原体（chlamydia）
●是一类在真核细胞内营专性能量寄生、有独特生活周期（原体、始体）、小型G-原核微生物。
●营专性能量寄生：●独特生活周期：小型G-原核微生物
●培养●传播感染范围●支原体、立克次氏体、衣原体三者主要区别
Chap 3 真核微生物形态构造
§1 . 真核微生物概述
●真核生物、真核微生物
一、真核生物与原核生物的比较：P40.表2-1
二、真核微生物的主要类群
●菌物界（Mycetalia）●真核微生物的主要类群●真菌（Fungi）的特点
三、真核微生物的细胞构造
（一）、细胞壁
1、真菌的细胞壁
●构造：微纤维（单糖的聚合物）、基质（甘露聚糖、葡萄糖、蛋 白质、脂类）。
●不同分类地位真菌的细胞壁多糖
2、藻类的细胞壁
●结构骨架（纤维素）、间质多糖（杂多糖）。
二）鞭毛与纤毛
●真核微生物的“9+2”型鞭毛
● 存在：鞭毛（鞭毛钢的原生动物、藻类、低等水生真 菌的游动孢子或配子），纤毛（纤毛纲的原生 动物：草履虫属）。
三）细胞质膜
（四）细胞核
●构造：核被膜、核仁、核基质。●不同真菌的核染色体数目差别很大。
（五）细胞质和细胞器
1、细胞基质、细胞骨架、内质网、核糖体、高尔基体、溶酶体、微体、线粒体、叶绿体液泡。
2、膜边体（Iomasome）、几丁质酶体（Chitosome）、氢化酶体（Hydrogenosome）。
§1 酵母菌（yeast）
●定义
一、分布以及与人类关系
1、分布2、与人类关系
●单细胞蛋白（Single-cell protein，SCP）
二、酵母菌细胞形态特征
●细胞大而结构分化；细胞单个分散或呈假菌丝；细胞多形态。
三、酵母菌细胞构造
1、细胞壁（cell wall
●组成与结构
甘露聚糖（mannan）（外层）；蛋白质（protein）（中层）；葡聚糖（glucan）（内层类脂，几丁质
●酵母原生质体的制备：
EDTA-α-巯基乙醇 蜗牛消化酶
酵母菌细胞——————————————→原生质体
（预处理）
2、细胞膜（cell membrane）
酵母细胞膜的成分和构造●膜构造与功能、控制胞内外物质交换的主要屏障。
3、细胞核（cell nuclei）
●形态结构：定形（真核）、核膜（双层单位膜）、核孔、染色体
●细胞核的观察：核（相差显微镜）、核膜（电镜）、染色体（姬姆萨染色/ 碱性品红染色）
4、酵母菌其他细胞构造
●线粒体、液泡、2μm质粒
四、酵母菌繁殖和生活史
1、繁殖方法
●无性繁殖
芽殖（budding）：名属常见方式、芽痕（bud scar）、蒂痕（brith scar）.
繁殖（fission）：裂殖酵母属（schizosaccharomyces）
产无性孢子：节孢子：地霉属（Geotrichum）掷孢子：掷孢酵母属（sporobolomyces）厚垣孢子：白段丝酵母属（Candida albicans）
●有性繁殖：子 囊（ ascus）、孢子（ascospore）
2、生活史（Life cycle）
●定义●酵母菌三种类型生活史
a.营养体以单倍体或二倍体形式存在
b.营养体只能以单倍体形式存在
c.营养体只能以二倍体形式存在
五、酵母菌的培养特征
●固体琼脂培养基上菌落特征
● 液体培养基中培养特征
§3、丝状真菌
●定义：真菌（fungi）、霉菌（mould）
●分布、种类、与人类关系
一、1、营养体的基本单位--菌丝（hyphoe）
●菌丝直径大小，隔膜
2、真菌细胞壁成分及物理形态
●菌丝分化及其细胞壁的成分 ●物理形态及成分 壁的网状骨架成分：微纤维（microfibril）纤维素、几丁质
无定形基质成分：葡聚糖、蛋白质、脱乙酰几丁质、甘露聚糖、少量脂类无机盐等。
3、菌丝体（mycelium）
●定义、类型（营养菌丝体、气生菌丝体）
4、营养菌丝体的特化形态
●假根（rhizoid）、吸器（haustorium）、附着胞、附着枝、菌核（selerotium）、菌索、匍匐菌丝（stolon）、菌环（ring），菌网（net）。
5、气生菌丝体的特化形态
（1）结构简单的子实体：分生孢子头；孢子嚢(根霉、毛霉)均产无性孢子（分生孢子、孢囊孢子）；担子（担子菌），产有性孢子（担孢子）。
2）结构复杂的子实体：产无性孢子
分生孢子器、分生孢子座、分生孢子盘
子囊果（ascocarp）三种类型，产有性孢子：闭囊壳、子囊壳、子囊盘
曲霉营养菌丝横；隔示木霉细胞壁及横隔；曲霉顶囊及其分生孢子；横轴腐霉（一种水生真菌）横轴腐霉
（示孢子头与菌丝原生质的自发荧光）
二、真菌的孢子
●类型和特点 ●真菌孢子与细菌芽孢的比 较
●真菌可通过菌丝碎片繁殖，但主要靠形成有性或无性孢子繁殖
●孢子类型、形态特征是真菌分类、鉴定重要形态学依据
三、霉菌的培养特征
●固体琼脂培养基上菌落特征
●液体培养特征
chap 3 非细胞型生物
§1 病毒（Virus）
§.2 亚病毒
chap 4 非细胞型生物
●非细胞型生物种类：病类、亚病毒（类病毒、拟病毒、朊病毒）
●非细胞型生物与细胞型生物的主要区别。
§1病毒（Virus）
●定义：●分布及种类
一、病毒的形态与大小
●形态：杆状、蝌蚪状、球状、砖块状、丝状等。
●大小：极其微小、一般都可通细菌滤器、电镜观察
二、病毒粒子（virion）
●定义：成熟、结构完整、单个病毒。
●病毒粒子结构与组成
病毒粒子 核衣壳（基本构造）核心：由DNA或RNA构成
衣壳：由许多衣壳粒蛋白构成
包膜（非基本构造）：由类脂或脂蛋白构成
●病毒粒子对称体制：螺旋对称（TMV）、二十面体对称（腺病毒）、复合对称（T偶数噬菌体）。
●病毒核酸
类型：ds DNA/SS DNA, ds RNA/SS RNA;
链状/环状，闭环/缺口环
基因组：单组分/双组分/三组分/多组分（RNA病毒特有）
三、病毒的群体形态
1、包涵体（inclusion body）●定义与实践应用
2、噬菌斑（plaque）●定义与实践应用
3、空斑和病斑：定义4、枯斑：定义
四、噬菌体（bacteriophage, phage）
1、噬菌体的模式结构2、噬菌体的繁殖
●吸附（感染复数，m.o.i）侵入，增殖，装配（成熟）、释放（裂解）、增殖、装配
增殖、装配：
3、噬菌体侵染的结局
●烈性噬菌体（Virulent phage）：一步生长曲线（One-step growth curve）
●温和噬菌体（temperate phage）：定义、特点、存在形成（游离点、整合态和营养态）
●溶源菌（hysogen）：定义、特性、检查方法。
五、真核生物的病毒
1、植物病毒
●种类、形态、核酸（SSRNA）。
●增殖过程与T偶数噬菌体不同点：吸附（被 动）、扩散（胞饮或包膜融入细胞膜或特异性受体转移）、衣壳（侵入后）。
2、人类和脊椎动物病毒
●种类、引起疾病
●增殖过程与T偶数噬菌体不同点：吸附（被 动）、扩散（胞饮或包膜融入细胞膜或特异性受体转移）、脱衣壳（侵入后）。
●人类免疫缺陷病毒（human immunodeficiency virus，HIV
3、昆虫病毒
●病毒多角体（polyhedron）●昆虫病毒种类
§.2亚病毒
●亚病毒是一类与传统的病毒有显著区别的分子生物，仅含有侵染性 RNA/侵染性蛋白质一种成分。
1、类病毒：是至今所知道的最小的、只含有侵染性RNA一种成分，专性细胞内寄生的分子生物。
2、拟病毒：类病毒、植物病毒粒子中的病毒、侵染性 RNA 分子，复制需要辅助病毒。
3、朊病毒：侵染动物细胞、胞内复制、 小分子无免疫性疏水Pro。●病例：羊搔痒病、疯牛病、Kuru病，中心法则的挑战。
§3 病毒与实践
一、噬菌体与发酵工业●危害与预防措施，噬菌体污染出现的现象与杂菌不同。
二、人类和脊椎动物病毒的防治●预防（侵染预防、感受预防），治疗（被动免疫、干扰素、抗生素等）
三、植物病毒病的防治●指导思想（防重于治、综合防治），主要措施。
四、昆虫病毒用于生物防治●主要优点和缺点，病毒多角体的实际意义。
五、病毒在基因工程中的应用●克隆载体（charon）、科斯质粒；
● SV40（Simian Virus 40,即猴病毒40）。
Chap 4 微生物的营养与物质运输
§1 微生物的营养与培养基
§2 营养物质进入细胞的方式
●概述
●营养（nutrition）：生理功能、能量和物质、生长和繁殖。
●营养物（nutrient）：营养功能，提供结构物质,能量、代谢调节物质和 生理环境。
§1 微生物的营养与培养基
一、微生物的营养要素与营养类型
●六种营养要素：碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水。
1、碳源（Carbon source）
●定义：碳元素（碳架）、营养源。
●碳源谱：碳源范围--有机碳源、无机碳源。
●依据利用碳源情况，微生物营养类型有：
--自养型（autotroph）:CO2（唯一碳源）。不依赖有机营养物。
--异养型（heterotroph）：至少需要一种大量有机物、正常营养。
--混合型（mixotroph）：碳同化混合类型。
●异养微生物的适宜碳源：糖类、醇类、有机酸类、脂类。
2、能源（energy source）
●定义：提供最初能量来源的营养物或辐射能。异养微生物的能源就是其碳源。
●以能源分类，微生物的营养型有：
--光能营养型（phototrohp）直接利用太阳光辐射能。
--化能营养型（chemotroph）：从脂合物化学反应中获得能量，又分无机营养型有机营养型。
●微生物的营养类型
3、氮源（nifrogen source）
●定义：氮元素、营养源●氮源谱： ●氨基酸自养型与氨基酸异养型
●微生物利用各种氮源的特点：N2（固N）蛋白质及水解物。
4、生长因子（growth factor）
●定义：正常代谢必需，不能自身合成，有机化合物，需要量少。
●微生物与生长因子的关系：
5、无机盐
●定义：C、N以外的各种重要元素，大量元素、微量元素及配制细菌培养基时对无机盐的选择。
●无机元素的来源和功能
6、水：营养要素之一，在微生物生命活动过程的重要作用。
二、微生物的培养基
●培养基（medium）：人工配制，适合微生物生长繁殖或产生代谢产物、混合养料，具备六大营养要素， 比例合适，配制后立即灭菌。
（一）选用和设计培养基的原则
1、目的明确：菌种与目的产物类型、实验室研究或工业生产、种子培养或发酵，C/N比（种子培养基比发酵培养茎低）。
2、营养协调
●确定各种营养要素的数量和比例的依据：细胞成分或元素含量（P92，表4-7）、异养微生物碳源兼作能源、需要量大。
●培养基中各营养要素的含量顺序：水>碳源>氮源> P.S>K.Mg>生长因子。
3、培养基PH应适宜：4、经济节约：
（二）培养基配方设计方法
1、生态模拟：天然基质、“初级”培养基（肉汤、 水果汁、麸皮米糠、米饭面包、肥土、玉米芯。
2、查阅文献：直接或间接相关信息。
3、精心设计：C源、N源的影响、无机盐的影响，
正交试验设计、培养条件（PH、温度、通气量）试验、综合试验、扩大规模试验。
（三）培养基的种类
1、按对培养基成分的了解程度划分：天然培养基、组合培养基、半组合培养基。
2、按培养基外观的物理状态划分：固体培养基（琼脂 1.8—2.0%），半固体培养基（琼脂0.5%）、液体培养基。
3、接培养基的功能划分：
●选择性培养基（selected medium）：特殊营养要求或对 某一理化因素、抗性、提高筛选效率功能。加富培养基（enriched medium）
●鉴别性培养基（differential medium）：指示剂
（与无色代谢物发生显色反应）、菌落易区别，
伊红美蓝乳糖培养基（Eosin Methylene Blue, EMB）鉴别各种肠道杆菌。
§2 .营养物质进入细胞的方式
●概述：
物质运送（material　transport）
一、研究营养物质运送的意义
●与微生物营养、代谢密切相关；
●促进生物膜的结构与功能的研究；细胞膜是物质运输的主要屏障；
●微生物发酵生产实践中有着重要意义。
二、物质运送的方式及分子机制
1、单纯扩散（simple diffusion）/被动运送（passive transport）.
●特点：顺浓度梯度或电位梯度、物理扩散，无特异性，扩散能量　来自分子热运动。
●存在：H2O、气体（O2、CO2、N2等）、乙醇和某些氨基酸。
2、促进扩散（facilitated diffusion）
●机理：底物特异性载体蛋白（carrier protein）膜内外侧结合底物　亲和力不同（结合底物在膜上位移中载体蛋白构型变化引起）。