微生物学最完整经典.ppt
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1、2011/1,微生物学,王睿勇南京大学生命科学学院,2011/1,绪论,微生物一切肉眼看不见或难以看清、必须借助显微镜来观察和研究的微小生物的总称,包括形体微小的单细胞、个体结构简单的多细胞以及无细胞结构的低等生物少数成员肉眼可见大型真菌纳米比亚硫磺珍珠菌:直径100-750微米,2011/1,微生物类群十分庞杂,形态大小、结构差异巨大主要类群有:,2011/1,下列各项中属于原核生物的是。A、蓝藻,支原体 B、衣原体,噬菌体 C、衣藻,金鱼藻 D、放线菌,霉菌 真菌通常是指。A、所有的真核微生物 B、具有丝状体的微生物 C、霉菌、酵母菌和蕈菌 D、霉菌和酵母菌 下列物种之间相似程度最大的一组
2、是。A、疟原虫,血吸虫,蚊子 B、痢疾杆菌,酵母菌,青霉菌 C、蓝藻,硝化细菌,硫细菌 D、水稻,水蛭,水绵,2011/1,微生物分布,微生物无处不在,我们无时不生活在“微生物的海洋”中细菌数亿/g土壤每张纸币带细菌:900万个人体体表及体内存在大量的微生物口腔:细菌种类超过500种肠道:微生物总量达100万亿皮肤表面:平均10万个细菌/cm2粪便干重的1/3是细菌,每克粪便的细菌总数为:1000亿个,提示:与人体相关的一些基本微生物学数据要记住,2011/1,微生物是人类的朋友,微生物是自然界物质循环的关键环节体内的正常菌群是人及动物健康的基本保证帮助消化提供必需的营养物质组成生理屏障微生物
3、可以为我们提供很多有用的物质有机酸、酶、各种药物、疫苗、面包、奶酪、啤酒、酱油等建立在微生物学基础上的现代生物技术,2011/1,少数微生物也是人类的敌人,14世纪,鼠疫耶森氏菌引起的鼠疫导致欧洲1/3总人数(2500万)死亡目前,肺结核、霍乱等卷土重来;艾滋病大规模传播;新的疾病不断出现:疯牛病、军团菌病、埃博拉病毒病、大肠杆菌O157新致病株、SARS(2003)、禽流感(2004)、甲型H1N1流感(2009),对人类造成巨大威胁,提示:重要疾病的病原微生物大的类型一定要记住,还包括有乙肝、结核病、梅毒、疟疾,2011/1,以下哪些病是由病毒引起的?A、结核,脚气 B、禽流感,乙型肝炎
4、C、地中海贫血,流感 D、艾滋病,梅毒 下列哪几项是病毒引起的疾病?A、脊髓灰质炎、腮腺炎 B、流感、艾滋病、肝炎 C、灰指甲、脚癣、肺结核 D、鸡瘟、狂犬病、烟草花叶病,2011/1,微生物学研究微生物在一定条件下的形态结构、生理生化、遗传变异以及微生物的进化、分类、生态等生命活动规律及其应用的一门学科微生物学的界定研究对象个体微小研究技术具有共性(无菌技术、培养基应用、分离技术、纯培养等),显著区别于动、植物研究,2011/1,微生物学发展历史,微生物的发现列文虎克:荷兰人1676年,首次观察到了细菌制作了419架显微镜或放大镜,放大倍数:50-266倍微生物的奠基巴斯德科赫,提示:列文虎
5、克、巴斯德、科赫贡献要记住,2011/1,巴斯德的贡献,发现并证实发酵是由微生物 引起的彻底否定了“自然发生”学说:曲颈瓶试验免疫学预防接种:狂犬疫苗巴斯德消毒法:60-65作短 时间加热处理,杀死有害微 生物,2011/1,科赫的贡献,微生物学基本操作技术方面的贡献细菌纯培养方法的建立设计了各种培养基,实现了在实验室内对各种微生物的培养流动蒸汽灭菌染色观察和显微摄影对病原细菌的研究作出了突出的贡献证实了炭疽杆菌是炭疽病的病原菌发现了肺结核病的病原菌(获诺贝尔奖)提出了证明某种微生物是否为病原体的基本原则科赫法则,提示:巴斯德、科赫贡献及其实验设计是这部分重点,2011/1,首创用明胶固体培养
6、基分离细菌的科学家是。A、L.Pasteur B、R.Koch C、A.Fleming D、J.Lister巴斯德采用曲颈瓶试验来验证下列哪种学说?A、驳斥自然发生说 B、证明微生物致病 C、认识到微生物的化学结构 D、提出自然发生说,2011/1,20世纪微生物发展重要事件,1928 Griffith 发现细菌转化1929 Fleming 发现青霉素1944 Avery等证实转化过程中DNA是遗传信息的载体1953 Watson和Crick提出DNA双螺旋结构1961 Jacob和Monad提出操纵子学说1977 Woese提出古生菌是不同于细菌和真核生物的特殊类群1982-1983 Pru
7、siner发现朊病毒1995 第一个独立生活的细菌(流感嗜血杆菌)全基团组序列测定完成,提示:整个微生物学发展过程中重要事件很多,以上这些必须记住,2011/1,我国微生物学的发展与贡献,1950年代,汤飞凡:沙眼病原体(衣原体)的分离和确证1970年代,维生素C二步发酵法第一步:采用生黑葡萄糖杆菌或弱氧化醋杆菌,将D-山梨醇转化为L-山梨糖第二步:采用氧化葡萄糖杆菌和芽孢杆菌混合发酵,将L-山梨糖转化为1-酮基-L-古龙酸,再经化学转化为维生素C1999年,泉生热孢菌全基因组序列测定,2011/1,微生物特点,个体微小杆菌的平均长度:2 微米面积/体积比:人=1,大肠杆菌=30万这样大的比表
8、面积特别有利于它们和周围环境进行物质、能量、信息的交换。微生物的其它很多属性都和这一特点密切相关结构简单无细胞单细胞简单多细胞,2011/1,代谢快速消耗自身重量2000倍食物的时间大肠杆菌:1小时人:500年繁殖快速大肠杆菌代时:20分钟一头500kg的食用公牛,24小时生产0.5kg蛋白质;同样重量的酵母菌,24小时可以生产50000kg优质蛋白质,2011/1,食物广泛纤维素、木质素、几丁质、角蛋白、石油、甲醇、甲烷、天然气、塑料、酚类、氰化物、各种有机物易于培养分布广泛几千米的地下数十公里的高空极端环境:强酸、强碱、高热、常年封冻的冰川,提示:围绕降解特定化合物的菌株筛选 可能作为实验
9、设计题目,2011/1,种类繁多微生物种数多微生物的生理代谢类型多代谢产物种类多抗逆性强抗热:某些芽孢,加热煮沸8小时才被杀死抗寒:-12-30的低温生长抗酸碱:细菌能耐受并生长的pH范围:pH 0.5-13耐渗透压:蜜饯、腌制品、饱和盐水中都有微生物生长抗压力:有些细菌可在1400个大气压下生长,2011/1,细菌芽孢在普通条件下最长可存活。A、几小时 B、几天 C、12个月 D、几年 及至几十年,2011/1,容易变异休眠长:最古老芽孢2.5亿年起源早38亿年前,生命在海洋中出现26亿年前,陆地上就可能存在微生物,2011/1,微生物形态结构与主要类群,2011/1,原核生物与真核生物比较
10、,遗传物质原核生物:双螺旋DNA构成一条染色体,仅形成一个核区,没有核膜包被,无核仁,无组蛋白与之结合,存在质粒真核生物:双螺旋DNA构成一条或一条以上的多条染色体,形成一个真核,有核膜包被,有核仁,有组蛋白与之结合;细胞器如线粒体、叶绿体携带有自身的DNA,可自主复制有性生殖原核生物:无减数分裂,只有染色体的一部分遗传重组真核生物:减数分裂,全部染色体参与遗传重组原核生物细胞质有细胞膜包围,细胞膜大量褶皱内陷于细胞质中形成内膜系统,不含其他分化明显的细胞器;真核生物细胞质有细胞膜包围,细胞膜不内陷,内含多种细胞器,细胞器有各自膜包围,细胞器膜与细胞膜之间无直接关系蛋白质合成原核生物:在核糖体
11、进行,核糖体为70S,由50S和30S两个亚单位构成真核生物:在核糖体进行,核糖体为80S,由60S和40S两个亚单位构成,细胞器的核糖体为70S,提示:很重要的部分,要牢记,2011/1,原核细胞与真核细胞的不同,表现在:A.原核细胞基因组的大小仅有真核生物基因组大小的一半 B原核细胞具有单链的DNA分子 C原核细胞中与DNA结合的蛋白质较少,而且没有核膜包裹 D原核细胞具有RNA而不是DNA 原核生物 A具有细胞器,但不具有细胞核 B能产生ATP,能独立进行生命过程 C细胞壁含几丁质 D大多具有环状DNA E都是厌氧生物,2011/1,原核细胞的特点是。A、没有核膜,遗传物质集中在一个没有
12、明确界限的 低电子密度区,称为拟核。B、DNA为裸露的环状分子,通常没有结合蛋白。C、没有恒定的内膜系统。D、核糖体为70S型,和真核细胞叶绿体、线粒体的相似。,2011/1,细 菌,形态基本形态:球形、杆状、螺旋形杆菌最常见,其次球菌不同球菌细胞分裂时,会形成不同空间排列方式,可作为分类依据杆菌的排列方式常因生长阶段和培养条件发生变化,不作为分类依据螺旋形:三类:弧菌、螺旋菌、弧菌:螺旋1圈,霍乱弧菌、蛭弧菌 螺旋菌:螺旋2-6圈,迂回螺菌 螺旋体:螺旋6圈,梅毒密螺旋体、钩端螺旋体其他形态:柄细菌、支原体、球衣菌、星形菌、方形菌,提示:注意球菌和杆菌排列方式作为分类依据方面的不同,2011
13、/1,细菌的大小,一般细菌大小范围球菌:直径 0.5-1m杆菌:0.5-1m(直径)1-3m螺旋菌:0.3-1m(直径)1-50m最小细菌:尿结石纳米细菌,直径50nm,与病毒大小类似,3天分裂1次最大细菌:纳米比亚硫磺珍珠菌:直径100-750微米,提示:微生物大小的计量单位一般是微米;最大、最小细菌特例要记住,2011/1,绝大多数细菌的直径为。A、110毫米 B、110微米 C、1-10纳米 D、10毫米以上 细菌的测量单位是。A、nm B、m C、mmD、cm,2011/1,细菌细胞结构,基本构造:细胞壁、细胞膜、间体、细胞质和核区,为所有细菌细胞共有特殊构造:糖被、鞭毛、芽孢、孢囊、
14、菌毛等,只在某些种类细菌中出现,具有特定功能,提示:细胞壁结构要重点掌握,其他结构要了解基本特征,2011/1,细胞壁,包围在细胞表面,内侧紧贴细胞膜的一层较为坚韧、略具弹性的结构,占细胞干重10%-25%,可通过质壁分离、电镜观察、制备原生质体后细胞形态的变化,加以确定功能固定细胞外形和提高机械强度细胞的生长、分裂和鞭毛运动所必需渗透屏障,阻拦酶蛋白和某些抗生素等大分子物质进入细胞,保护细胞免受溶菌酶、消化酶和青霉素等有害物质的损伤细菌特定的抗原性、致病性以及对抗生素和噬菌体的敏感性的物质基础细菌细胞壁具有多样性,2011/1,革兰氏染色,细菌学研究中最重要的染色方法。根据革兰氏染色,细菌分
15、为两大类:革兰氏阳性(G+)和革兰氏阴性(G-)G+和G-细菌在细胞结构、成分、形态、生理、生化、遗传、免疫和药物敏感性等方面都呈现明显差异,2011/1,G+细菌、G-细菌和支原体比较,2011/1,革兰氏染色流程,初染媒染脱色复染,提示:革兰氏染色基本步骤及关键点应掌握,2011/1,革兰氏染色的关键操作步骤是。A、结晶紫染色 B、碘液固定 C、乙醇脱色 D、复染 在细菌学中革兰氏染色法的染色过程中,下列操作不正确的是。A、制作细菌热固定涂片 B、用含I2的乙醇溶液再染色后,然后用乙醇脱色 C、用结晶紫染色后冲洗 D、用蕃红(藏红)复染 大肠杆菌经革兰氏染色后,菌体应呈。A、无色 B、红色
16、 C、黑色 D、紫色,2011/1,G+:厚度大,化学组分简单:90%肽聚糖+10%磷壁酸,G-:外膜和肽聚糖层组成,化学组分复杂:肽聚糖、脂多糖、磷脂、蛋白质等,2011/1,肽聚糖,细菌细胞壁特有成分G+:三部分组成聚糖(NAG和NAM通过-1,4糖苷键连接)、四肽尾、肽桥G-:两部分组成聚糖、四肽尾。连接方式:甲肽尾第四位氨基酸(D-Ala)与乙肽尾第三位氨基酸(DAP,二氨基庚二酸)直接相连,原核生物所特有的已糖,溶菌酶作用位点,提示:细菌中独有的成分必须了解,2011/1,溶菌酶广泛的存在于正常体液中,其作用是对细菌细胞壁产生水解引起溶菌杀死功效,所以。A、一切细菌都可以被杀死 B、
17、可以抑制一切微生物 C、只对革兰氏阳性菌有效 D、对革兰氏阴性菌无效 E、只对没有荚膜的细菌才有效 溶菌酶水解肽聚糖的作用位点是。A、不同的多糖链之间的肽桥 B、四肽短链与N-乙酰胞壁酸之间的酰胺键 C、N-乙酰胞壁酸与N-乙酰葡萄糖胺之间的-1,4糖苷键,2011/1,肽聚糖结构的多样性,肽聚糖结构中,聚糖结构是一样的,四肽尾通常只有1个氨基酸差异,即Lys DAP。但仍有超过100种的肽聚糖,在这一“肽聚糖的多样性”中,主要的变化发生在肽桥上,2011/1,肽聚糖种类的多样性主要反映在结构的多样性上。A、肽桥 B、粘肽 C、双糖单位 D、四肽尾,2011/1,外膜革兰氏阴性细菌特有构成,位
18、于革兰氏阴性细菌细胞壁外层,由脂多糖、磷脂和脂蛋白等若干种蛋白质组成的膜,2011/1,脂多糖,位于G-细菌细胞壁最外层,厚为8-10nm,由类脂A、核心多糖和O-特异侧链(又称O-多糖或O-抗原)三部分组成脂多糖结构多变,决定了革兰氏阴性细菌细胞表面抗原决定簇的多样性。沙门氏菌属抗原型多达2107种,一般都源自O-特异侧链种类的变化;是躲避宿主免疫系统攻击,保持感染成功的重要手段类脂A是革兰氏阴性细菌致病物质内毒素的物质基础,2011/1,LPS是革兰氏阴性细菌的内毒素,其毒性来自分子中的。A、阿比可糖 B、核心多糖 C、O特异侧链 D、类脂A,2011/1,外膜蛋白,嵌合在脂多糖和磷脂层外
19、膜上的蛋白,有20余种孔蛋白:亲水性小分子物质进出细胞的通道。是一种三聚体跨膜蛋白,中间有一直径约1nm的孔道脂蛋白:是一种锚定蛋白,通过共价键使外膜层牢固地连接在肽聚糖内壁层上的蛋白,2011/1,周质空间,一般指革兰氏阴性细菌中外膜与细胞膜之间的狭窄空间(宽约12-15nm),是进出细胞的物质的重要中转站和反应场所,存在着多种周质蛋白,包括水解酶类、合成酶类(如肽聚糖合成酶)、结合蛋白(如透过酶)、受体蛋白等,2011/1,革兰氏阳性和阴性细菌的比较,提示:牢记革兰氏阳性和革兰氏阴性微生物的主要区别,2011/1,G+和G-细菌的主要区别在于。A、G+有鞭毛,G-无鞭毛 B、G+有肽聚糖,
20、G-无肽聚糖 C、G+有荚膜,G-无荚膜 D、G+有磷壁酸,G-无磷壁酸,2011/1,细胞膜,主要特征与真核生物细胞膜相似原核生物与真核生物细胞膜最大区别就是细胞膜中一般不包含胆固醇,而是含有藿醇膜的流动性很大程度上取决于不饱和脂肪酸的结构和相对含量。细胞膜上长链脂肪酸的链长和饱和度因细菌种类和生长温度而异,通常生长温度要求越高的种,其饱和度也越高,反之则低,2011/1,嗜冷菌在低温下能保持膜的流动性,是因为其细胞内含有大量的。A、饱和脂肪酸 B、不饱和脂肪酸 C、磷脂 D、脂多糖,2011/1,细菌内膜系统,间体:细胞膜内褶而形成的囊状构造,其中充满着层状或管状的泡囊,多见于革兰氏阳性细
21、菌间体与细胞壁合成、核质分裂、细胞呼吸、芽孢形成有关由于具有类似于真核生物线粒体功能,间体又称为拟线粒体,2011/1,细胞质和内含物,细胞质是细胞质膜包围的除核区外的一切半透明、胶状、颗粒状物质的总称。含水量约80%。细胞质的主要成分:核糖体、颗粒状贮藏物、多种酶类和中间代谢物、质粒、各种营养物和大分子的单体等,少数细菌还有类囊体、羧酶体、气泡或伴孢晶体等,2011/1,颗粒状贮藏物,一类由不同化学成分累积而成的不溶性沉淀颗粒,可在光镜下观察到,主要功能是贮存营养物,糖原:大肠杆菌、克雷伯氏菌、芽孢杆菌和蓝细菌等 碳源及能源类 聚-羟丁酸(PHB):固氮菌、产碱菌和肠杆菌等 硫粒:紫硫细菌、
22、丝硫细菌、贝氏硫杆菌等 氮源类 藻青素:蓝细菌 藻青蛋白:蓝细菌 磷源(异染粒):迂回螺菌、白喉棒杆菌、结核分枝杆菌,2011/1,颗粒状贮藏物,聚-羟丁酸(PHB):碳源及能源类贮藏物。它无毒、可塑、易降解,被认为是生产医用塑料、生物降解塑料的良好原料。这类物质易被苏丹黑等脂溶性染料着色,在光镜下可见。,2011/1,特殊休眠结构芽孢,某些细菌在其生活史一定阶段,在细胞内形成一个圆形或椭圆形、厚壁、含水量极低、抗逆性极强的休眠体,称为芽孢芽孢都在菌体内形成,又称内生孢子。含有芽孢的菌体细胞又称孢子囊芽孢成熟后可脱落生成芽孢的细菌主要是杆菌芽孢主要发现于土壤中,任何土壤样品可认为都含有芽孢菌产
23、芽孢细菌主要有:杆菌中好氧的芽孢杆菌属,厌氧的梭菌属;球菌中只有芽孢八叠球菌;螺菌有孢螺菌属,提示:芽孢特征要重点掌握,2011/1,芽孢特点,整个生物界中抗逆性最强的生命体,是否能消灭芽孢是衡量各种消毒灭菌手段的最重要的指标抗性包括抗热、抗辐射、抗化学药物、抗静水压等肉毒梭菌:100,5-9.5小时杀灭;121,10分钟杀灭芽孢不是繁殖体,只是细菌的休眠体,在适宜的条件下可以重新转变成为营养态细胞芽孢的有无、形态、大小和着生位置是细菌分类和鉴定中的重要指标芽孢与营养细胞相比化学组成存在较大差异,容易在光学显微镜下观察,2011/1,在细菌中与抗热、抗紫外线和抗化学物质有关的结构是。A、芽孢
24、B、荚膜 C、细胞壁 D、包含体 某些细菌生长到某个阶段,细胞形成1个芽孢,芽孢的作用是 A、繁殖 B、抵抗不良环境 C、储备营养 D、吸收,2011/1,芽孢结构,芽孢衣对多价阳离子和水分的透性很差,皮层的离子强度很高,产生极高的渗透压夺取芽孢核心的水分,结果造成皮层的充分膨胀,核心部分的细胞质却变得高度失水,因此,具极强的耐热性。,渗透调节皮层膨胀学说,独特成分:2,6-吡啶二羧酸(DPA),2011/1,在芽孢各层结构中,含DPA-Ca量最高的层次是。A、胞外壁 B、芽孢衣 C、皮层 D、芽孢核心,2011/1,伴孢晶体,少数芽孢杆菌如苏云金芽孢杆菌在其形成芽孢的同时,会在芽孢旁形成一颗
25、菱形或双锥形的碱溶性蛋白晶体内毒素,称为伴孢晶体对200多种昆虫尤其是鳞翅目的幼虫有毒杀作用,对人畜毒性很低,故国内外均以工业化方式大量生产菌剂,作为生物农药,2011/1,细菌的其他休眠结构,固氮菌:孢囊粘球菌:粘孢子蛭弧菌:蛭孢囊,2011/1,细菌细胞壁以外的构造糖被,包被于某些细菌细胞壁外的一层厚度不定的胶状物质,其形成与菌种遗传特性有关,也与环境条件(主要营养物质)密切相关 层次厚:荚膜 层次薄:微荚膜,在细胞壁上有固定层,松散、未固定在细胞壁上:黏液层,包裹在单个细胞表面,包裹在细胞群上:菌胶团,糖被,2011/1,糖被特点,主要成分是多糖、多肽或蛋白质,尤以多糖居多。产生糖被是微
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