緒論第一節什么是微生物1.微生物的概念：一切肉眼看不見或看不清的微小生物的總稱2.微生物的特點：小、多、快、強、廣（1）體積小，面積大（2）吸收多，轉化快（3）生長旺，繁殖快如大腸桿菌（4）適應強，易變異如感冒病毒（5）分布廣，種類多第二節微生物學的發展史及其奠基人(貢獻)巴斯德（微生物學奠基人）：1.徹底否定了自然發生說;2.證明發酵是由微生物引起的;3.發明疫苗，導致免疫學的發端;4.創立了巴氏消毒法.科赫（細菌學奠基人）：1、建立微生物學研究技術（1)分離和純化細菌（2）細菌的固體培養基2、染色技術3、證實病害的病原菌學說第三節微生物學研究的對象、內容及其意義第一章、微生物細胞的結構與功能第一節原核生物細胞的結構與功能細胞的一般結構(細胞壁,革蘭氏染色)結構:基本結構包括細胞壁、細胞膜、細胞質、核區及內含物,特殊結構包括糖被、鞭毛和芽孢細胞壁：主要成分為肽聚糖。主要功能有：定細胞外形和提高機械強度，使其免受滲透壓等外力的損傷為細胞的生長分裂和鞭毛的運動所必須阻攔大分子有害物質進入細胞賦予細菌特定的抗原性及對抗生素和噬菌體的敏感性缺壁細菌eq\o\ac(○,1)L型細菌：指那些實驗室或宿主體內通過自發突變而形成的遺傳性穩定的細胞壁缺陷菌株。eq\o\ac(○,2)原生質體：指在人為條件下，用溶菌霉除盡原有壁或用青霉素抑制新生細胞合成后，僅有一層細胞膜包裹著的圓球形滲透敏感細胞。eq\o\ac(○,3)球狀體：指還殘留著部分細胞壁。eq\o\ac(○,4)支原體：是長期進化過程中形成，適應自然生活條件的無細胞壁的原核生物。革蘭氏染色：eq\o\ac(○,1)涂片固定----結晶紫初染---碘液媒染----乙醇脫色----番紅復染：紫為陽，紅為陰eq\o\ac(○,2)原理：通過結晶紫初染和碘液媒染后，在細胞壁內形成了不溶于水的結晶紫與碘的復合物，革蘭氏陽性菌由于其細胞壁較厚、肽聚糖網層次較多且交聯致密，故遇乙醇脫色處理時，因失水反而使網孔縮小，再加上它不含類脂，故乙醇處理不會出現縫隙，因此能把結晶紫與碘復合物牢牢留在壁內，使其仍呈紫色；而革蘭氏陰性菌因其細胞壁薄、外膜層類脂含量高、肽聚糖層薄且交聯度差，在遇脫色劑后，以類脂為主的外膜迅速溶解，薄而松散的肽聚糖網不能阻擋結晶紫與碘復合物的溶出，因此通過乙醇脫色后仍呈無色，再經番紅等紅色染料復染，就使革蘭氏陰性菌呈紅色。2.細胞的特殊結構(芽孢,莢膜等)芽孢：某些細菌在生長發育后期，細胞內形成一個圓形或橢圓形的含水量低、抗逆性強的休眠結構。一個營養細胞只形成一個芽孢，故芽孢無繁殖功能。（在營養缺乏、代謝產物濃度過高時產生）芽孢的特性：eq\o\ac(○,1)折光性強，不易著色。eq\o\ac(○,2)耐熱性強，任何營養細胞無法比擬。eq\o\ac(○,3)抵抗其它不良環境因子的能力強。對高溫、干燥、輻射、化學藥物有強大的抵抗力eq\o\ac(○,4)一個芽孢萌發只產生一個營養狀態的細胞。莢膜：如果分泌的粘性物質與細胞壁結合緊密，有一定的外形和明顯的邊緣，則稱莢膜莢膜含水量高，經脫水，特殊染色后光鏡可見莢膜的主要成分：多糖、多肽、蛋白質功能：①保護作用②貯藏養料③作為透性屏障和離子交換系統④表面附著作用（抗原性）⑤細菌間的信息識別作用⑥堆積代謝廢物eq\o\ac(○,7)使病菌免受白細胞吞噬⑧與致病力有關應用：①用于菌種鑒定②用做藥物和生化試劑③用作工業原料④用于污水處理細菌的繁殖縱分裂裂殖二分裂橫分裂三分裂細菌繁殖復分裂芽殖第二節真核細胞的基本結構1.真核細胞的基本結構2.原核細胞和真核細胞的比較項目真核微生物原核微生物形態大多為多細胞，分枝狀菌絲體單細胞不分枝（放線菌除外）大小?2μm—100μm?<2μm細胞壁幾丁質、葡聚糖、甘露聚糖肽聚糖細胞膜有固醇無固醇細胞質有線粒體、內質網、液泡等，無間體、核糖體形80S無線粒體、內質網等有間體、核糖體70S細胞核真核原核抗菌素反應對灰黃霉素、多烯類抗生素敏感、對PC、鏈、氯不敏感反之酸堿度偏酸性中性或偏堿性第二章、原核微生物第二節真細菌螺旋體球菌需氧革蘭氏陰性菌桿菌兼性螺菌厭氧球菌革蘭氏陽性菌乳酸菌桿菌（有芽孢、無芽孢）假絲狀桿菌3、放線菌（古細菌）革蘭氏陰性細菌（藍細菌）：eq\o\ac(○,1)形態形狀：球狀、桿狀，單細胞或多細胞連接的絲狀。eq\o\ac(○,2)大小：直徑范圍，0.5—60μm,大多3-10μm。2、藍細菌的主要生理特點1)進行放氧光合作用(有氧條件下)2)部分具有固N能力（熱帶地區、水稻田）異形胞----形大、壁厚、專司固氮特化靜息孢子----富含貯藏物、抵御不良環境鏈絲段-----具繁殖功能內孢子3.放線菌：是一類呈絲狀生長和以孢子繁殖的G+細菌（介于細菌與絲狀真菌之間而又接近于細菌的一類多核單細胞的絲狀原核生物。）放線菌的菌落特征：落相對于其它細菌來說較小菌落質地致密，表面光平或有皺折放大鏡下可見菌落外圍具輻射狀菌絲。放線菌的繁殖方式---無性繁殖：菌絲斷裂、無性孢子（聚分凝裂、橫隔膜分裂、孢囊孢子）古細菌與真細菌、真核生物的異同2.古細菌的代表屬種：第三章真核微生物第一節真菌概述：無葉綠素，不能進行光合作用；一般具有發達的菌絲體；細胞壁多含有幾丁質；營養方式為異養吸收型；以產大量無性和（或）有性孢子的形式進行繁殖；陸生性較強1.真菌的一般形態2.真菌的繁殖第二節真菌的類別和代表種類形態：球狀，卵圓狀，橢圓狀，柱狀，香腸狀單細胞---酵母菌芽殖無性裂殖真菌繁殖產生無性孢子：節孢子、擲孢子、厚垣有性：產生囊孢子絲狀-----霉菌產生大型子實體----蕈菌第四章病毒第一節病毒的特性1.病毒的特點:eq\o\ac(○,1).形體極其微小（電鏡觀察），一般可通過細菌濾器。eq\o\ac(○,2.)沒有細胞構造，其主要成分僅是核酸和蛋白質兩種,故也稱分子生物。eq\o\ac(○,3.)只含有一種核酸，DNA或RNA。eq\o\ac(○,4.)既無產能酶系也無蛋白質合成系統。eq\o\ac(○,5).在宿主的活細胞內營專性寄生。eq\o\ac(○,6).不能以二分裂法繁殖,在宿主細胞協助下，以復制方式增殖。eq\o\ac(○,7.)無核糖體,不含與能量代謝有關的酶,在活體外無生命特征，并可形成結晶。eq\o\ac(○,8).對一般抗生素不敏感，但對干擾素敏感。病毒的形狀和大小1、桿狀或絲狀(大多為植物病毒)形態2、多面體或球形(大多為動物、真菌病毒)3、蝌蚪狀(噬菌體)3.病毒的主要化學組成：eq\o\ac(○,1)病毒蛋白：主要功能：A、病毒粒子外殼，保護病毒核酸活性。B、感染的特異性eq\o\ac(○,2)核酸：RNA或DNAeq\o\ac(○,3)病毒包含體：寄主細胞中，由寄主蛋白質包裹病毒體形成的聚集體。eq\o\ac(○,4)脂類和糖類4.病毒的分類按照宿主特征：動物病毒、植物病毒、細菌病毒,昆蟲病毒等按照病毒的理化特征：dsDNA病毒、ssDNA病毒、DNA和RNA逆轉錄病毒、dsRNA病毒、－ssRNA病毒、＋ssDNA病毒、亞病毒因子等七種。5.亞病毒因子：是一類比病毒更為簡單，僅具有某種核酸不具有蛋白質，或僅具有蛋白質而不具有核酸，能夠侵染動植物的微小病原體。包括類病毒：病原并不是病毒，而是一種游離的小分子RNA。所有的類病毒RNA沒有mRNA活性，不編碼任何多肽，它的復制是借助寄主的RNA聚合酶II的催化，在細胞核中進行的RNA到RNA的直接轉錄。擬病毒和衛星RNA：病毒的蛋白質衣殼內都含有兩種（RNA分子線狀RNA1、類似于類病毒的環狀RNA2）與衛星RNA相同點①單獨沒有侵染性，必需依賴于輔助病毒才能進行侵染和復制②其RNA不具有編碼能力，需要利用輔助病毒的外殼蛋白，并與輔助病毒基因組RNA一起包裹在同一病毒粒子內③衛星RNA和擬病毒均可干擾輔助病毒的復制。④衛星RNA和擬病毒同輔助病毒基因組RNA比較，它們之間沒有序列同源性。根據衛星RNA和擬病毒的這些共同特性，現在也有許多學者將它們統稱為衛星RNA或衛星病毒。阮病毒：稱蛋白侵染因子，是一種比病毒小、僅含有疏水的具有侵染性的蛋白質分子。第二節噬菌體1.噬菌體的形態：蝌蚪形、微球形、線狀。2.噬菌體的生活周期（烈性噬菌體與溫和噬菌體的生活史比較）第三節昆蟲病毒和植物病毒1.昆蟲病毒：核型多角體病毒、質型多角體病毒、顆粒體病毒植昆蟲病毒做為生物農藥優點：專一性高、毒力大、后效長、使用方便、對人畜安全、無公害。缺點：危害經濟動物昆蟲病毒生產過程：飼養昆蟲---病毒感染----收集病毒2.植物病毒（一）植物病毒的構型與形態：包括兩種：螺旋對稱體、二十面體（球狀）（二）植物病毒的感染特點：eq\o\ac(○,1)嚴格寄生生物，但專一性不強。eq\o\ac(○,2)植物病毒感染植物后，植株常產生花葉、畸形或植株的枯死。eq\o\ac(○,3)植物病毒感染植株后，可在植株細胞內形eq\o\ac(○,4)入侵方式：昆蟲吸食或植株擦傷處成細胞包含體。第五章微生物的營養、代謝及生長第一節微生物的營養營養物質元素水平：碳、氫、氧、氮、硫、磷營養要素：碳源、氮源、能源、生長因子、無機鹽、水微生物的營養類型培養基培養基的配制原則：目的明確、營養協調、理化適宜、經濟節約培養基的類型：eq\o\ac(○,1)按化學成分劃分：合成培養基、半合成培養基、天然培養基eq\o\ac(○,2)按物理狀態劃分：液體培養基、固體培養基、半固體培養基eq\o\ac(○,3)按特定用途劃分：基礎培養基、加富培養基、選擇性培養基、鑒別培養基營養物質吸收方式比較項目單純擴散促進擴散主動運輸基團轉位特異載體蛋白物質運輸方向運輸分子能量消耗運后物質結構無由濃至稀無特異性不需要不變有由濃至稀特異性不需要不變有由稀至濃特異性需要不變有由稀至濃特異性需要改變第二節微生物的代謝1.能量代謝:生物將外界環境中多種形式的最初能源轉換成對一切生命活動都能使用的通用能源—ATP的過程.微生物產生ATP有3種方式：底物水平磷酸化、氧化磷酸化和光合磷酸化底物水平磷酸化：在底物氧化過程中生成含高能磷酸鍵的化合物，并通過相應酶的作用將此高能磷酸根轉移給ADP生成ATP的過程,通式如下：X~P+ADP→X+ATP氧化磷酸化：又可稱為電子傳遞水平磷酸化，由物質氧化產生的質子和電子在通過呼吸鏈的傳遞過程中逐步釋放出能量，該能量可使ADP生成ATP光合磷酸化：光能轉變成化學能的過程，在這種轉化過程中光合色素起著重要作用,主要可分為非環式光合磷酸化和環式光合磷酸化2.分解代謝：又可稱為異化作用，是指微生物將自身或外來的復雜有機物質分解為簡單化合物的過程，在此過程中有能量釋放。根據最終電子受體的不同，呼吸作用分為有氧呼吸、無氧呼吸、發酵作用3種形式3.合成代謝：又可稱為同化作用，是指微生物不斷由外界取得營養物質，合成為自身細胞物質的過程，在此過程中需要吸收能量。無機養料的同化：包括CO2的同化、硝酸鹽的同化和硫酸鹽的同化等第三節微生物的生長及控制獲得純培養體的方法純培養：微生物學中將在實驗條件下從一個單細胞繁殖得到的后代常用的微生物分離方法：稀釋平皿分離法、平皿劃線分離法、稀釋搖管法、單孢挑取法、選擇性培養基分離法細菌生長的測量（一）細胞數量的測定原理優缺點應用顯微鏡直接計數法顯微鏡和計數板直接計數簡便、易操作；但不能區分死菌與活菌菌懸液濃度比濁法分光光度計測定OD，估計菌液濃度快速、簡便；但易受干擾，誤差大菌液生長時的濃度稀釋平皿測數法梯度稀釋、平皿涂布煩瑣、所需時間長；但測定的是活菌菌液的活菌數濾膜濃縮法濾膜收集、平皿計數煩瑣、不易操作，且所需時間長大氣、水等數量少的樣品（二）生物量的測定eq\o\ac(○,1)細胞干重法：微生物培養液離心收集菌體，經干燥后精確稱重eq\o\ac(○,2)DNA含量測定法：根據分離出的樣品中的DNA含量來計算微生物的生物量eq\o\ac(○,3)總氮量測定法：通過化學分析方法測出待測樣品的含氮量，從而推算出細胞的生物量eq\o\ac(○,4)代謝活性法：根據微生物的生命活動強度（如測定單位體積在單位時間內消耗02量）來估算其生物量eq\o\ac(○,5)ATP含量測定法細菌群體生長規律細菌的生長曲線----一條典型的生長曲線可分為延滯期、對數期、穩定期和衰亡期四個時期①.延滯期1.特點：活菌數沒增加，曲線平行于橫軸。生長速率常數=0、細胞形態變大或增長、合成代謝活躍，易產生誘導酶2.原因：適應新的環境，合成新酶，積累必要的中間產物3．影響因素：接種齡、接種量，培養基成分、種子損傷度②.指數期現象：細胞數目以幾何級數增加，其對數與時間呈直線關系。特點：eq\o\ac(○,1)生長速率常數最大，即代時最短.eq\o\ac(○,2)細胞進行平衡生長，菌體大小、形態、生理特征等比較一致eq\o\ac(○,3),代謝最旺盛，酶系活躍影響因素：菌種、營養成分、營養物濃度、培養溫度③.穩定期特點：①新增細胞數與老細胞死亡數幾乎相等，微生物的生長處于動態平衡，培養物中的細胞數目達到最高值。②開始積累內含物，產芽孢的細菌開始產芽孢。③此時期的微生物開始合成次生代謝產物，對于發酵生產來說，一般在穩定期的后期產物積累達到高峰，是最佳的收獲時期。產生原因：eq\o\ac(○,1)營養物的耗盡、eq\o\ac(○,2)有害代謝廢物的積累、eq\o\ac(○,3)物化條件（pH、氧化還原勢等）不合適;eq\o\ac(○,4)營養比例失調④.衰亡期特點：①細胞死亡數增加，群體中的活菌數目急劇下降。②細胞形態發生變化，芽孢開始釋放。③營養耗盡、細菌開始利用自身的貯藏物質作為養料，又稱作內源呼吸階段。微生物連續培養和同步培養連續培養：在整個培養期間，通過一定的方式使微生物能以恒定的比生長速率生長并能持續生長下去的培養方法；包括恒濁培養與恒化培養。恒化連續培養：以恒定流速使營養物質濃度恒定而保持細菌生長速率恒定的方法。恒濁連續培養：通過調節培養基流速，使培養液濁度保持恒定的連續培養方法。（原理：通過調節新鮮培養基流入的速度和培養物流出的速度來維持菌濃度不變,即濁度不變。）同步培養：使群體中的細胞生長發育比較一致均處于同一階段上，即大多數細胞能同時進行生長或分裂的培養方法。離心方法機械方法過濾分離法硝酸纖維素濾膜法環境條件控制技術：溫度、培養基成份控制、其他（如光照和黑暗交替培養）環境條件對微生物生長和代謝的影響（一）溫度：影響生化反應和大分子物理狀態（二）氫離子濃度：微生物的生長pH值范圍極廣，從pH2~10都有微生物能生長；但是絕大多數種類都生活在pH5~9之間。微生物生長的pH值三基點：最低pH值、最適pH值、最高pH值（三）氧氣嚴格需氧菌：包括大多數細菌、幾乎全部的放線菌和絲狀真菌，它們只能在有氧的條件下生長兼性厭氧菌：包括部分細菌和酵母菌，在有氧條件下較好生長，也能在無氧條件下生長一段時間微需氧菌：屬于本類的微生物種類不多，只能在含氧量為2％-10％的微好氣條件下生長，如嗜鹽片球菌嚴格厭氧菌：主要包括部分細菌和原生動物中的少數類群，它們只能在無氧的條件下生長6.微生物生長繁殖的控制測定生長繁殖的方法：測生長量直接法：稱重量法、測體積法、菌體內重要組成測定法（含N量法、DNA/RNA法、葉綠素法）間接法：比濁法、生理指標法計繁殖數：比例計數法、血球計數板法、液體稀釋法、平板菌落計數法、濾膜培養法本章重點、難點：1.微生物的營養類型4.生物固氮5.次級代謝產物和肽聚糖的生物合成7.微生物的生長曲線8.微生物的連續培養及其方法第六章微生物遺傳第一節細菌的基因轉移和重組第二節真核微生物遺傳第三節微生物育種2.體內基因重組育種3.體外基因重組育種菌種的保藏（一）菌種保藏的基本原理根據微生物的生理、生化特點，選用優良菌株,最好是它們的休眠體,人工地創造適合于休眠的環境條件,即干燥、低溫、缺乏氧氣和養料等,使微生物的代謝活動處于最低的狀態但又不至于死亡,從而達到保藏的目的。菌連續在培養基上（內）移種種生活態傳代培養保藏法連續在活宿主上（內）移種保固體斜面藏濕法半固體瓊脂柱方休眠態液體介質（蒸餾水、糖液、其它溶液）法干法藏在玻璃管內吸附在合適的載體上菌種保藏的常用方法：1．斜面冰箱保藏法2、半固體穿刺保藏法3．石蠟油封存法4．砂土管保藏法5．冷凍干燥保藏法（p234）第七章微生物生態第一節微生物生態系統概述1.微生物在生態系統中的作用：有機物的主要分解者、物質循環的主要成員、生態系統的初級生產者（光能營養、化能營養）、物質和能量的儲存者、是地球生物演化中的先鋒種類2.微生物生態系統的特點eq\o\ac(○,1)微環境：緊密圍繞微生物細胞，對微生物生存和發展有直接影響的環境eq\o\ac(○,2)種群的穩定性：生態系統中，微生物種類組成的穩定性。eq\o\ac(○,3)適應性：在生態系統受到干擾時，微生物群落進行適當調整以適應新的環境的特性。4.微生物的群落第二節微生物的分布：（土壤和底層、水中、空氣中、工農業產品上、極端環境下、生物體內外）水體中的微生物2.空氣中的微生物環境條件：無營養和水分、紫外線直射來

源：（土壤、水體、動物）存在狀態：漂浮，短暫停留，以吸附于塵埃微粒上的形式存在。空氣中的塵埃顆粒數與微生物數量有直接關系。分布：越接近地面的空氣含菌量越高，目前人類檢測到微生物存在的最高處為85km的高空。種類：球菌、芽孢桿菌、產色素細菌、真菌孢子空氣中微生物數量的測定：培養皿沉降法空氣中微生物的消毒：紫外線照射、甲醛熏蒸、藥物噴霧、過濾除菌等，常用的過濾介質有棉花、紗布、石棉濾板、活性炭或超細玻璃纖維過濾紙等。大氣微生物分布的影響因子：（1）溫度、濕度（2）地區性質（3）季節的演替（4）氣候條件3.極端環境下的微生物：4.微生物與植物的關系互生----植物內生菌共生----根瘤菌寄生---5．微生物間的相互關系：互生關系、共生關系、寄生關系、拮抗關系、捕食第三節土壤圈及其微生物土壤中微生物的分布土壤中的環境條件：①

土壤中含有大量的有機物

②

土壤中含有大量的礦物質③

土壤中含有一定的④

土壤中含有一定的空隙

⑤

土壤具有保溫性

⑥

土壤的pH值一般為5.5~8.5之間土壤中微生物的數量：按種類遞減細菌——放線菌——霉菌——酵母菌——藻類——原生動物~108 ~107 ~106 ~105 ~104 ~103個/g耕作土壤中，以土壤有機質含量為2%計算，則所含細菌干重約為土壤有機質的1%左右。土壤微生物的代謝活動，可改變土壤的理化性質，進行物質轉化，因此，土壤微生物是構成土壤肥力的重要因素。若按生物量計算則各種微生物的生物量基本相當微生物在土壤中的分布的影響因素：土壤深度、有機物含量、碳源酸堿度根圈微生物根圈(rhizosphere),也稱根際，指植物根系表面至其外圍幾毫米的土壤區域，是植物根系直接影響的土壤范圍。根圈效應：同根圈外的微生物群落相比，根圈中的微生物在數量、種類和活性上表現出一定特異性。根土比：根圈中微生物數量同無根系影響的土壤中微生物數量之比。附生微生物：指生活在植物體表面，主要借其外滲物質或分泌物質為營養的微生物。葉面微生物是主要的附生微生物。氮循環微生物在氮素循環中的作用：固氮、銨同化、氨化作用、硝化作用、硝酸鹽還原和反硝化作用氮循環所涉及的五種基本生化過程：固氮作用：N2NH3（或氨鹽）硝化作用：亞硝化細菌硝化細菌NH3亞硝酸鹽硝酸鹽氨化作用：