《农业微生物学》课件.ppt

农业微生物学,本课程讲授内容介绍及学时安排,绪论（2学时）第一章 原核微生物（5学时）第二章 真核微生物真菌（3学时）第三章 病毒（3学时）第四章 微生物的营养（3学时）第五章 微生物的代谢（5学时）第六章 微生物的生长和环境条件（3学时）第七章 微生物的遗传变异（5学时）第八章 微生物的生态（4学时）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,教材王贺祥主编 农业微生物学 周德庆主编 微生物学教程沈萍、陈向东编微生物学作业书面作业、课堂讨论、小组演讲(PPT)考试闭卷成绩：平时10%,期中20%,期末70%,绪 论,1.微生物的定义、种类和特点 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: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真核生物类:真菌(酵母菌、霉菌和蕈菌)、原生动物和显微藻类非细胞类：病毒和亚病毒（类病毒、拟病毒和朊病毒）,放线菌,蓝细菌,Water:rich in Cyanobacteria,酵母菌,霉菌,丝状真菌,蕈 菌,显微藻类,原生动物,Viruses,绪 论,特点：个体微小、结构简单、进化地位低个体微小 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)构造简单:单细胞、简单多细胞、非细胞进化地位低:原核生物类、真核生物类、非细胞类,绪 论,M的五大共性 体积小、比面大（最基础特征）吸收多、转化快 生长旺、繁殖快 适应强、易变异 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），其大小可达0.75 mm，Thiomargarita namibiensis，-“纳米比亚硫磺珍珠”,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10nm）,小个体、大表面积的意义,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.吸收多、转化快,实例 E.coli(Escherichia coli)大肠埃希氏菌(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,为微生物生长繁殖提供了物质基础 为物质转化、累积代谢产物提供条件 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,实例 Vibrio Natriegens(需钠弧菌)9.8分钟/代E.coli 12.520.0分钟/代意义积极作用: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。消极作用:使病原菌蔓延快，危害大。,4.适应强、易变异,适应性 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。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,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。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,自然界有哪些高适应性的微生物?有些微生物为什么在不寻常的温度条件 下能够生存？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？它们的特殊性质究竟受什么因子所制约？它们在生命演化中占有什么样的地位 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,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 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,生物界的变异率相同(10-5-10 10)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 例：产量变异惊人Penicillium chrysogenum 产黄青霉20U./1943 5100,000U./目前约5,000 倍 抗药变异可怕Staphlococcus aurreus 0.02g/ml/1943 耐药量提高10,000倍,5.分布广、种类多,分布广 为生物圈的开拓者和永久居民实例1：肠道正常菌群种类 100400种 总量1013个 占排泄物干重的1/3 厌氧菌数量是好氧菌的几百至上千倍,分布广,实例2：万米海底 耐高温 100 耐高压 1140 atm 实例3：几万米高空8.5万米处发现微生物 实例4:地层下的岩石球菌，杆菌和真菌,2.M与人类的关系,有益方面面包、奶酪、啤酒、抗生素、疫苗、维生素、酶等重要产品的生产；地球的清洁工参与地球上的物质循环微生物肥料和微生物农药有害方面人类疾病大流行鼠疫(黑死病)、天花、麻风、梅毒、肺结核、爱滋病、SARS等植物病害马铃薯晚疫病,小麦秆锈病,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.微生物学的发展简介,微生物学（Microbiology）研究微生物的生命活动的科学 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 农业微生物学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.微生物学的发展简介,微生物学的发展简史史前期1676年之前（约8000年）朦胧阶段 初创期16761861（约200年）形态描述阶段（列文虎克）奠基期18611897（约40年）生理水平研究阶段（巴斯德、科赫）发展期18971953（约50年）生化水平研究阶段 成熟期1953至今 分子生物学水平阶段,史前期1676年之前（约8000年）,朦胧阶段凭实践经验利用微生物的有益活动缺乏合适的工具来观察微生物1546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；2500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16761861（约200年）,形态描述阶段列文虎克（1632-1723）用自制的显微镜发现了“微小动物”。缺乏适当的方法来研究微生物,列文.虎克,奠基期18611897（约40年）,生理水平研究阶段微生物学奠基人巴斯德（1822-1895）彻底否定了“自生说”学说免疫学-预防接种证实发酵是由微生物引起的巴斯德消毒法,巴斯德,奠基期18611897（约40年）,生理水平研究阶段细菌学奠基人柯赫（1843-1910）证实了炭疽病菌是炭疽病的病原菌发现了结核病的病原菌-获诺贝尔奖柯赫法则建立了微生物的基本操作技术,科赫,发展期18971953（约50年）,生化水平研究阶段对无细胞酵母菌“酒化酶”进行研究发现微生物代谢的统一性普通生物学开始形成,成熟期1953至今,分子生物学水平阶段J.Waston&F.Crick 分子生物学的奠基人，发现了DNA的双螺旋结构1961 年加古勃（F.Jacab）和莫诺德（J.Monod）提出了操纵子学说1977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,5.微生物在生物界的分类地位,1753年 二界系统 动物界、植物界 1860年 三界系统 动物界、植物界、原生生物界 1956年 四界系统 动物界、植物界、原生生物界、菌界1969年 五界系统 动物界、植物界、原生生物界、真菌界、原核生物界 1949 1977 六界系统+病毒界,微生物在生物界的分类地位,1978年 三域学说（16S、18SrRNA）细菌域、真核生物域、古生菌域 由共同的远祖进化而来,第一章 原核微生物,原核生物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.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 基本形态:球状、杆状和螺旋状大小：测量单位是微米（m）球菌：只测直径，一般在0.21.5微米 杆菌大小：用宽长 或 长宽表示一般为（0.5-1）（15）螺旋菌：（0.3-1）（1-8）,球菌,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单球菌 双球菌 链球菌 四链球菌 八叠球菌 葡萄球菌,双球菌,链球菌,四链球菌,葡萄球菌,杆 菌,是细菌中最大的一种，形态呈杆状短杆菌：菌体较粗短，似球形，两边钝圆 长杆菌：菌体细长，长：宽2 链杆菌：杆状的细胞呈链存在 棒杆菌：在杆菌细胞的一端或两端膨大 分枝杆菌：细胞细长，有时呈分枝状。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,梭状芽孢杆菌,双歧杆菌,螺旋菌,弧菌：菌体只有一个弯曲，呈弧状 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 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-2,2.细菌的细胞结构,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.细菌的细胞结构,2.1细胞壁（cell wall）是位于细菌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.细胞壁的主要功能固定细胞外形；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.细菌的细胞结构,细菌的革兰氏染色 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,2.细菌的细胞结构,2.1.2 G+细菌的细胞壁厚度大(20-80nm),化学成分简单肽聚糖（Peptidoglycan）90%肽和聚糖组成肽包括四肽尾和肽桥聚糖由一个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.细菌的细胞结构,2.1.2 G+细菌的细胞壁磷壁酸（teichoicacid，即垣酸）10%革兰氏阳性细菌细胞壁所特有的成分 一种酸性多糖,主要成分为甘油磷酸和核糖醇磷酸 分壁磷壁酸和膜磷壁酸（即脂磷壁酸）与肽聚糖分子间发生共价结合的称壁磷壁酸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 的称膜磷壁酸磷壁酸的主要生理功能,2.细菌的细胞结构,2.1.3 G-细菌的细胞壁 厚度较G+细菌薄,层次较多,成分较复杂.G-细菌的肽聚糖层很薄(仅2-3nm)与G+细菌的肽聚糖的差别肽尾的第3个氨基酸为内消旋二氨基庚二酸（m-DAP）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.细菌的细胞结构,2.1.3 G-细菌的细胞壁脂多糖（LPS，lipopolysaccharide）革兰氏阴性细菌特有的成分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 由类脂A、核心多糖和O-特异侧链三部分所组成 主要功能 革兰氏染色反应机制,革兰氏阳性细菌和阴性细菌一系列生物学特性的比较,2.细菌的细胞结构,2.1.5 细胞壁缺损的细菌原生质体（protoplast）球状体或原生质球（sphaeroplast）L型细菌(L-form bacteria),2.细菌的细胞结构,2.2 细胞膜（cellmembrane）细胞膜液态镶嵌模式 细胞膜的功能,2.细菌的细胞结构,2.3 间体（mesosome）2.4 细胞质及其内含物细胞质（cytoplasm）核糖体颗粒状内含物异染颗粒聚-羟丁酸（poly-hydroxybutyrate，PHB）,2.细菌的细胞结构,2.5 核区与质粒核区又称核质体(nuclear body)、原核(prokaryon)、拟核(nucleoid)或核基因组(genome)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.细菌的细胞结构,2.6糖被(glycocalyx)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 成分:多糖、多肽、蛋白质功能:应用:,2.细菌的细胞结构,2.7 鞭毛（flagellum）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。成分：蛋白质及少量的多糖，脂类 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.细菌的细胞结构,菌毛（Pilus或fimbria）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 性菌毛（sexpilus，F-pilus或sexfimbria）,2.细菌的细胞结构,2.8芽孢 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 特性：具有极强的抗热、抗辐射、抗化学药物和抗静水压的能力。芽孢抗性强的原因:研究芽孢的意义：,2.细菌的细胞结构,2.9伴孢晶体 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）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,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,在半固体培养基上的形态用穿刺接种方法，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，只在穿刺线处生长 在液体培养基中多数细菌呈现均匀浑浊（表现均匀生长）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。形成菌环，在液体中间形成一圈环状物形成沉淀。在液体底部形成沉淀。,4.细菌的繁殖,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.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,第三节原核微生物的分类,1.细菌命名什么是种?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。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 substilus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,2.细菌的分类依据形态学和生理生化特征 血清型和噬菌体型 蛋白质分析 核酸分析,第三节原核微生物的分类,3.细菌的数值分类法通过广泛比较分类单位的性状特征，然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。数值分类五个步骤 数值分类的优点和局限,第三节原核微生物的分类,4.细菌的分类系统世界上三个权威的原核微生物的分类系统前苏联的克拉西尼柯夫系统法国的普雷沃系统美国的伯杰氏系统伯杰氏细菌分类系统简介,第三节原核微生物的分类,“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)第一类 具细胞壁的革兰氏阴性真细菌第二类 具细胞壁的革兰氏阳性真细菌第三类 无细胞壁的真细菌第四类 古细菌,第四节 放线菌(Actinomycetes),1.放线菌的形态结构,第四节 放线菌(Actinomycetes),2.放线菌的菌落特征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。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),3.放线菌的繁殖无性繁殖：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。4.分布特点及与人类的关系,第五节 其它代表性原核微生物,1.蓝细菌（Cyanobacteria）基本概念:蓝藻或蓝绿藻（blue-green algae），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。形态学特点,第五节 其它代表性原核微生物,2.支原体、立克次氏体、衣原体、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 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.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,第二章 真核微生物真菌,第一节 酵母菌单细胞真菌1.酵母菌的形态结构酵母菌的形状与大小 酵母菌的细胞结构,第一节 酵母菌单细胞真菌,2.酵母菌的繁殖与生活史 无性繁殖芽殖(budding)酵母菌最常见的繁殖方式 裂殖(fission):产生掷孢子,节孢子和厚垣孢子 有性生殖 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(1)营养细菌；(2)芽孢子；(3)子囊内子囊孢子,各种类型酵母菌的子囊孢子,第一节 酵母菌单细胞真菌,2.酵母菌的繁殖与生活史酵母菌的生活史 单倍体型-八孢裂殖酵母 双倍体型-路氏类酵母 单双倍体型-啤酒酵母,3种类型酵母菌的生活史,第二节 霉 菌丝状真菌,1.霉 菌的形态结构菌丝,霉菌的营养菌丝,粗糙脉胞菌的菌丝分化 及其细胞壁的成分,第二节 霉 菌丝状真菌,营养菌丝体的特化形态假根(rhizoid)附着胞(sclerotium)菌核(sclerotium)菌索(rhizomorphs)菌丝束(mycelial strands)匍匐菌丝(stolon)捕捉菌丝(hyphal traps),营养菌丝的特化形态 吸器,真菌的菌核,真菌的捕捉菌丝,(1)拳头状捕捉菌丝，其中一些粘住一条线虫；(2)网状捕捉菌丝；(3)环状捕捉菌丝，右侧为3个膨大细胞卡住一条线虫,第二节 霉 菌丝状真菌,气生菌丝体的特化形态结构简单的产生无性孢子子实体 分生孢子头(conidial head)孢子囊(Sporangium),根 霉,毛霉,第二节 霉 菌丝状真菌,气生菌丝体的特化形态结构复杂的产生无性孢子子实体分生孢子器(pycnidium)分生孢子座(sporodochium)分生孢子盘(acervulus),第二节 霉 菌丝状真菌,气生菌丝体的特化形态产有性孢子的结构复杂的子实体称为子囊果(ascocarp)闭囊壳 子囊壳 子囊盘,第二节 霉 菌丝状真菌,霉菌的孢子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。,四大类微生物的菌落和细胞形态特征,第二节 霉 菌丝状真菌,霉 菌的繁殖方式 无性孢子 游动孢子孢囊孢子 分生孢子 节孢子 厚垣孢子 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,有性繁殖过程质配、核配和减数分离有性结合的类型配子结合配子囊结合精子配合菌丝联合,第二节 霉 菌丝状真菌,有性孢子类型 合子 卵孢子 接合孢子 子囊孢子 担孢子,担孢子与子囊孢子的形成,(1)担孢子；(2)子囊孢子,第二节 霉 菌丝状真菌,霉菌的生活周期无性周期 有性周期 单倍体型 双倍体型 双核型,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,覃菌（mushroom)食用菌 覃菌的发育过程形成一级菌丝形成二级菌丝形成三级菌丝形成子实体产生担孢子,第三章 病 毒,第一节 病毒的形态结构与功能病毒的形态 病毒的大小 病毒的形状,第一节 病毒的形态结构,病毒的结构 螺旋对称结构(helical symmetry)二十面体对称结构(icosahedral symmetry)复合对称壳体(complex symmetry),(1)二十面体对称病毒；(2)螺旋对称病毒,烟草花叶病毒的形态构造,二十面体结构,A.二重对称轴；B.三重对称轴；C.五重对称轴；D.3个壳粒排列成20枚3联体；E.12枚5联体和20枚6联体；F.数目庞大的壳粒,大肠杆菌T4噬菌体的模式图,a.游离的噬菌体；b.噬菌体的尾鞘收缩和尾管穿入细菌细胞,第一节 病毒的形态结构,病毒的化学组成 核酸蛋白质 脂质 碳水化合物 其它成分,第二节 噬菌体,噬菌体的形态结构有尾噬菌体无尾噬菌体丝状噬菌体噬菌体的生活周期,噬菌体T4吸附在大肠杆菌细胞壁上并注入DNAA.未吸附；B、C.尾部附着；D.尾鞘收缩，注入DNA,T偶数噬菌体的装配过程,第三节 病毒的种类,植物病毒人类和脊椎动物病毒 昆虫病毒 亚病毒类病毒 拟病毒 朊病毒,类病毒的特点及其与病毒的比较,第四章 微生物的营养,第一节 微生物的营养物质 微生物细胞的化学组成 水分干物质的组成蛋白质、肽和氨基酸核酸与核苷酸类脂碳水化合物维生素其他有机物质,第四章 微生物的营养,第一节 微生物的营养物质营养物质及其功能水碳源氮源能源矿质养分生长因子,微生物细胞中主要元素含量(占干重%),微生物细胞主要有机成分含量(占干重%),微生物与动植物的营养要素,第二节 微生物的营养类型,第二节 微生物的营养类型,光能无机营养型(photolithotroph)产氧光合作用 光能CO2+H2O-CH2O+O2 叶绿素 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,光能有机营养型(photoorganotroph)光能 2CH32CHOH+CO2-2CH3COCH3+CH2O+H2O 光合色素,化能自养菌的营养特征,化能无机营养型(chemolithotroph),第二节 微生物的营养类型,化能有机营养型(chemoorganotroph)细菌 放线菌 真菌,第三节 培养基,配制培养基的原则目的明确营养协调理化适宜经济节约方法生态模拟参阅文献精心设计试验比较,第三节 培养基,培养基的类型及其应用按对培养基成分的了解程度分天然培养基合成培养基半合成培养基按物理状态分按培养基的功能分,第五章 微生物的代谢,第一节 微生物的分解代谢异养微生物的生物氧化糖酵解（glycolysis）的四种途径：EMP途径HMP途径ED途径磷酸酮糖裂解途径,EMP途径（Embdem-Meyerhof-Parnas pathway）,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。EMP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）,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，只是生成两分子的主要中间代谢产物：3-磷酸-甘油醛。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。EMP途径可提供:2ATP,2NADH,碳骨架.总反应式：葡萄糖+2NAD+2ADP+2Pi 丙酮酸+2NADH+2H+2ATP+2H2O,EMP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 Pathway),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 HMP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。,HMP途径,ED途径(Entner-Doudoroff Pathway),存在于某些缺乏完整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。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),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 ED途径提供:ATP;NADPH;,ED途径,磷酸酮糖裂解途径(PK途径),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,发酵(fermentation)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葡萄糖的发酵类型酵母菌的乙醇发酵与甘油发酵细菌的丁酸发酵丙酮丁醇发酵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,丁酸发酵 丙酮丁醇发酵,不同发酵类型产出的ATP数量,第一节 微生物的分解代谢,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。其特点为氢受体来自细胞外部,氢通过呼吸链进行传递。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,有氧呼吸(aerobic respiration)外源氢受体为O2时的呼吸三羧酸循环(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。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。,TCA循环在微生物代谢中的枢纽地位,糖类 乙醇 乳酸 葡萄糖 丙酮 甘油 EMP 丁醇 脂肪 丙酮酸 丁二醇 B-氧化 脂肪酸 乙酰-CoA 氨基酸 蛋白质 ATP，各种 有机 酸，天冬氨酸，柠檬酸，谷氨酸,三羧酸循环(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,无氧呼吸(anaerobic respiration)外源氢受体为特定无机氧化物(NO3-,SO42-,HCO3-)的呼吸硝酸盐呼吸(nitrate respiration)硫酸盐呼吸(sulfate respiration)硫呼吸(sulfur respiration)碳酸盐呼吸(carbonate respiration)延胡索酸呼吸(fumarate respiration),第一节 微生物的分解代谢,自养微生物的生物氧化化能自养型微生物 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。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,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,NH3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,从亚铁到高铁状态的铁的氧化，是一种产能反应，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,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,光合磷酸化 环式光合磷酸化 厌氧光合细菌利用光能产生ATP的磷酸化反应 非环式光合磷酸化 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 微生物的分解代谢,光合磷酸化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。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,第一节 微生物的分解代谢,能量转换 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.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,CO2的固定 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。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,卡尔文循环经卡尔文循环同化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(P)HC6H1206+18ADP+12NAD(P)+18Pi,第二节 微生物的合成代谢,还原性三羧酸循环固定CO2在光合细菌、绿硫细菌中发现。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,还原的单羧酸环 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,生物固氮 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具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 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 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,共生固氮体系 根瘤菌（Rhizobium）与豆科植物共生；弗兰克氏菌（Frankia）与非豆科树木共生；蓝细菌（cyanobacteria）与某些植物共生；蓝细菌与某些真菌共生,第二节 微生物的合成代谢,自生固氮体系 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）厌氧自生固氮M（Clostridium 梭菌属）兼性厌氧自生固氮M（Bacillus，Klebsiella，etc）大多数光合M（蓝细菌，光合细菌）,第二节 微生物的合成代谢,联合固氮体系 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,固氮机制 N2+8e-+8H+nATP（固氮酶Mg2+）2NH3+H2+nADP+nPi 固氮反应的必要条件 ATP，e-、H+及其载体，固氮酶，N2，Mg2+，厌氧环境 固氮酶包括2种组分 组分I（P1）:真正的固氮酶，又称钼铁蛋白（MoFe），由4个亚基组成。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,肽聚糖的合成Staphylococcus aureus 肽聚糖合成为例细胞质中的合成葡萄糖 N-乙酰葡萄糖胺-UDP(G-UDP)N-乙酰胞壁酸-UDP(M-UDP)N-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,肽聚糖的合成细胞膜中的合成“Park”核苷酸 肽聚糖单体分子-G-M-L-Ala D-Glu L-Lys D-Ala D-Ala,第二节 微生物的合成代谢,肽聚糖的合成细胞膜外的合成 第一步是多糖链的伸长 第二步通过转肽酶的转肽作用(transpeptidation)使相邻多糖链交联 转肽作用为青霉素所抑制,第六章微生物的生长和环境条件,第一节微生物生长及测定细菌生长的定义和测定方法 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