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1、單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,,,*,,北京大學微生物課件,天狼后期工作室,,,北京大學微生物課件,1,,緒 論,,一、,什么是微生物,二、人類對微生物的認識史,三、微生物學的發(fā)展促進了人類的進步,四、微生物的五大共性,五、微生物學及其分科,,,緒 論,2,一、什么是微生物,,1 定義：,微生物,（microorganism, microbe）是一切肉眼看不見或 看不清楚的微小生物的總稱。它們都是一些個體微?。ㄒ话?0.1mm）、構造簡單的低等生物。,2,種類,：包括屬于原核類的細菌（真細菌和古生菌）、放線菌、藍細菌（舊稱“藍綠

2、藻”或“藍藻”）、支原體、立克次氏體和衣原體；屬于真核類的真菌（酵母菌、霉菌和蕈菌）、原生動物和顯微藻類；以及屬于非細胞類的病毒和亞病毒（類病毒、擬病毒和朊病毒）。,,,一、什么是微生物,3,,,北京大學微生物學課件,4,3 特點：,,,?。▊€體微?。? μm（微米）級：光學顯微鏡下可見（細胞）,nm（納米）級：電子顯微鏡下可見（細胞器，病毒）,簡（構造簡單） 單細胞,簡單多細胞,非細胞（即“分子生物”）,低（進化地位低） 原核類：細菌（真細菌，古生菌），放線菌，藍細菌，,,支原體，立克次氏體，衣原體等,真核類：真菌（酵母菌，霉菌，蕈菌），原生動物，,顯微藻類,非細胞類：病毒，亞病毒（類病

3、毒，擬病毒，朊病毒）,,,,,,,3 特點：,5,4 微生物并非生物分類學上的名詞，而是所有形體微小、結構簡單 的低等 生物的總稱。,生物的分類概貌：（兩界系統(tǒng)、三界系統(tǒng)、四界系統(tǒng)、五界系統(tǒng)、六界系統(tǒng)、三總界五界系統(tǒng)、三域學說）,,非細胞生物 亞病毒,病毒,生物,原核生物 細菌,放線菌 原核生物界 微生物,藍細菌,細胞生物 古生菌,真核生物 真菌 酵母菌,霉菌 真菌界,蕈菌,單細胞藻類 真核原生生物界,原生動物,植物 植物界,動物

4、 動物界,,,,,,,,,,,,,4 微生物并非生物分類學上的名詞，而是所有形體微小、結構簡,6,二、人類對微生物世界的認識,,（一）一個難以認識的微生物世界,原因：個體微小，外貌不顯，雜居混生，因果難聯(lián)（形態(tài)與其作用的后果之間）,例：,①,艾滋病（AIDS），由人類免疫缺陷病毒（HIV）引起,從感染病毒至發(fā) 病一般要經過12-13年的潛伏期。,,②,在發(fā)霉的花生、玉米等胚的附近，常易生長,Aspergillus flavus,(黃曲霉)，它會產生劇毒真菌毒素—黃曲霉毒素（aflatoxin），若經常食用這類霉變食物，就會誘發(fā)肝癌等疾病。,,,由于上述認識微生物的4個障礙遲遲未能解決，因此

5、人類在其長期的歷史發(fā)展中，,盡管也有自發(fā)地利用酵母菌等若干有益微生物的活動，但更多的還是被各種病原微生,物所害，例如,鼠疫,（“黑死病”，歷史上3次大流行曾殺死近2億人口，死亡最慘重的二,戰(zhàn)1.1億）、,天花,、,瘧疾,、,麻風,、,梅毒,、,肺結核,（“白疫”）,和,流感,的大流行等。直到今,天，在全球范圍內，不但傳染病仍是死亡的首因（1997年全球達5220萬人），而且還,面臨著舊病卷土重來、新病不斷出現(xiàn)（近20年來又出現(xiàn)30余種）的嚴峻形勢。,,“視而不見，嗅而不聞，觸而不覺，食而不察，得其益而不感其好，受其害而不知其,惡”,,,二、人類對微生物世界的認識,7,（二）微生物學發(fā)展史,,,

6、整個微生物學發(fā)展史是一部逐步克服上述認識微生物的4個障礙（如顯微鏡的發(fā),明，滅菌技術的應用，純種分離和培養(yǎng)技術的建立等），不斷探究它們的生命活,動規(guī)律，并開發(fā)利用有益微生物和控制、消滅有害微生物的歷史?，F(xiàn)扼要地將它,分為5個時期。（史前期、初創(chuàng)期、奠基期、發(fā)展期、成熟期）,,1 史前期,時間：約8000年前-1676,實質：朦朧階段,開創(chuàng)者：各國勞動人民。其中尤以我國的制曲、釀酒技術著稱,特點：,①,未見細菌等微生物的個體;,,②,憑實踐經驗利用微生物的有益活動（進行釀酒、發(fā)面、制醬、釀,醋、漚肥、輪作、治病等）,,,,（二）微生物學發(fā)展史,8,2 初創(chuàng)期,時間：1676-1861,實質：

7、形態(tài)描述階段,開創(chuàng)者：,列文虎克—微生物學的先驅者,特點：,①,自制單式顯微鏡，觀察到細菌等微生物,的個體（標志）；,②,出于個人愛好對一些,微生物進行形態(tài)描述。,標志,：1676年列文虎克用自制的單式望遠鏡觀察到細菌的個體,,3 奠基期,時間：1861-1897,實質：生理水平研究階段,開創(chuàng)者：,巴斯德—微生物學奠基人；科赫—細菌學奠基人,,,2 初創(chuàng)期,9,特點：,①,微生物學開始建立；,②,創(chuàng)立了一整套獨特的微生物學基本研究方法（科 赫）；,③,開始運用“實踐-理論-實踐”的思想方法開展研究；,④,建立了許 多應用性分支學科（細菌學、消毒外科術、免疫學、土壤微生物學、病毒學、植物病理

8、學和真菌學）；,⑤,進入尋找人類和動物病原菌的黃金時期。,標志,：1861年巴斯德根據,曲頸瓶試驗,徹底推翻生命的自然發(fā)生說并建立胚,種學說（germ theory）。,,,科赫學派的重要業(yè)績：,①,科赫法則:病原微生物總是在患傳染病的動物中發(fā)現(xiàn)而不存在于健康個體中；這一,微生物可以離開動物體，并被培養(yǎng)成純種培養(yǎng)物；這種純培養(yǎng)物接種到敏感動物體,后，應當出現(xiàn)特有的病癥；該微生物可以從患病的實驗動物中重新分離出來，并可,在實驗室中再次培養(yǎng)，此后它仍然應該與原始病原微生物相同。,②,微生物研究方法（瓊脂平板培養(yǎng)技術、顯微鏡技術、染色方法、懸滴培,養(yǎng)法以及顯微攝影技術）,③,平板分離方法（尋找并分離

9、多種傳染病的病原菌）,,,特點：①微生物學開始建立；②創(chuàng)立了一整套獨特的微生物學基本研,10,巴斯德學派的主要貢獻：,①胚種學說：,曲頸瓶試驗：1862年，巴斯德終于設計,出一個巧妙的曲頸瓶試驗。他給燒瓶安,裝了一像橫著眼放的S形狀的長頸，當,把燒瓶中的肉湯煮沸時，不僅瓶中的微,生物被殺死了，水蒸汽把瓶頸中的微生,物也殺死了。等到湯放涼時，新鮮的空,氣就可以通過瓶頸自由進到瓶子中，而,帶菌的灰塵由于比空氣重，在長頸向下,彎曲處就被攔截住了。經過這樣處理的培養(yǎng)液放許多天也不會變質。而如果把培養(yǎng)液傾斜，讓它通過長頸的彎曲部，或者把長頸打斷，培養(yǎng)液中很快就會充滿了微生物。這樣就令人信服地證明了，是空

10、氣中的微生物使湯腐敗的，而不是湯腐敗產生微生物。②巴斯德消毒法:低溫維持法，63 ℃、30min;高溫瞬時法，72 ℃、15s。,,,巴斯德學派的主要貢獻：,11,4 發(fā)展期,時間：1897-1953,實質：生化水平研究階段,開創(chuàng)者：E. Büchner—生物化學奠基人,特點：,①,對無細胞酵母菌“酒化酶”進行生化研究（標志）；,②,發(fā)現(xiàn)微生物的,代謝統(tǒng)一性；,③,普通微生物學開始形成（代表人物是美國加里福尼亞,大學伯克利分校的M. Doudoroff）；,④,開展廣泛尋找微生物的有益代,謝產物；,⑤,青霉素的發(fā)現(xiàn)推動了微生物工業(yè)化培養(yǎng)技術的猛進。,標志：1897年德國人E. Büchn

11、er用無細胞酵母菌壓榨汁中的“酒化酶”,（Zymase）對葡萄酒進行酒精發(fā)酵成功。,5 成熟期,時間：1953-至今,實質：分子生物學水平研究階段,開創(chuàng)者：J. Watson和F. Crick—分子生物學奠基人,特點：廣泛運用分子生物學理論和現(xiàn)代研究方法，深刻揭示微生物的各種生,命活動規(guī)律；以基因工程為主導，把傳統(tǒng)的工業(yè)發(fā)酵提高到發(fā)酵工程新,水平；大量理論性、交叉性、應用性和實驗性分支學科飛速發(fā)展；微生,物學的基礎理論和獨特實驗技術推動了生命科學各領域飛速發(fā)展；微生,物基因組的研究促進了生物信息學時代的到來。,標志：1953年4月25日，J. Watson和F. Crick在英國的?自然?雜志

12、上發(fā)表,關于DNA結構的雙螺旋模型。,,,4 發(fā)展期,12,微生物學史簡表,分 期,史前期,初創(chuàng)期,奠基期,發(fā)展期,成熟期,時間/年,約8000年前-1676,1676-1861,1861-1897,1897-1953,1953-至今,實質,朦朧階段,形態(tài)描述階段,生理水平研究階段,生化水平研究階段,分子生物學水平研究階段,開創(chuàng)者,各國勞動人民。其中尤以我國的制曲、釀酒技術著稱,列文虎克—微生物學的先驅者,巴斯德—微生物學奠基人；科赫—細菌學奠基人,E. Büchner—生物化學奠基人,J. Watson和F. Crick—分子生物學奠基人,特點,①,未見細菌等微生物的個體;,②,憑實踐經

13、驗利用微生物的有益活動（進行釀酒、發(fā)面、制醬、釀醋、漚肥、輪作、治病等,①,自制單式顯微鏡，觀察到細菌等微生物的個體；,②,出于個人愛好對一些微生物進行形態(tài)描述。,①,微生物學開始建立；,②,創(chuàng)立了一整套獨特的微生物學基本研究方法（科赫）；,③,開始運用“實踐-理論-實踐”的思想方法開展研究；,④,建立了許多應用性分支學科（細菌學、消毒外科術、免疫學、土壤微生物學、病毒學、植物病理學和真菌學）；,⑤,進入尋找人類和動物病原菌的黃金時期。,①,對無細胞酵母菌“酒化酶”進行生化研究；,②,發(fā)現(xiàn)微生物的代謝統(tǒng)一性；,③,普通微生物學開始形成（代表人物是美國加里福尼亞大學伯克利分校的M. Doudor

14、off）；,④,開展廣泛尋找微生物的有益代謝產物；,⑤,青霉素的發(fā)現(xiàn)推動了微生物工業(yè)化培養(yǎng)技術的猛進。,①,廣泛運用分子生物學理論和現(xiàn)代研究方法，深刻揭示微生物的各種生命活動規(guī)律；,②,以基因工程為主導，把傳統(tǒng)的工業(yè)發(fā)酵提高到發(fā)酵工程新水平；,③,大量理論性、交叉性、應用性和實驗性分支學科飛速發(fā)展；,④,微生物學的基礎理論和獨特實驗技術推動了生命科學各領域飛速發(fā)展；,⑤,微生物基因組的研究促進了生物信息學時代的到來。,標志,,1676年列文虎克用自制的單式望遠鏡觀察到細菌的個體,1861年巴斯德根據曲頸瓶試驗徹底推翻生命的自然發(fā)生說并建立胚種學說（germ theory）。,1897年德國人E

15、. Büchner用無細胞酵母菌壓榨汁中的“酒化酶”（Zymase）對葡萄酒進行酒精發(fā)酵成功。,1953年4月25日，J. Watson和F. Crick在英國的,?,自然,?雜志上發(fā)表關于DNA結構的雙螺旋模型。,,,微生物學史簡表分 期史前期初創(chuàng)期奠基期發(fā)展期成熟期時間/年,13,三、微生物學的發(fā)展促進了人類的進步,,（一）醫(yī)療保健戰(zhàn)線上的六大“戰(zhàn)役”,,1 外科消毒術的建立：1864年時英國一般的醫(yī)院外科手術的死亡率高達,80%，其中最好的愛丁堡醫(yī)院為45%，因此，當時的外科醫(yī)生常被稱為“劊,子手”。當J.Lister發(fā)明外科消毒術（石炭酸消毒）后，1868年，愛丁堡醫(yī),院的外科手術死

16、亡率已降低到15%左右,2 尋找人畜病原菌：在19世紀末至20世紀初的30年間，炭疽芽孢桿菌、麻,風分支桿菌、肺炎鏈球菌、傷寒沙門氏菌、結核分枝桿菌、逗號弧菌、破,傷風梭菌、鼠疫巴斯德氏菌（目前已改稱鼠疫耶爾森氏菌）、痢疾志賀氏,菌,3,免疫防治法,的發(fā)明和廣泛應用：疫苗（種痘最早起源于我國宋朝真宗,（998~1022）年代的人痘。1796年英國醫(yī)生E.Jenner首次為一男孩接種,牛痘苗并取得很大的成功，從此，種牛痘就成為預防天花最有效的措施,了）、菌苗、類毒素及抗血清、,卡介苗,等。,,,三、微生物學的發(fā)展促進了人類的進步,14,4 化學治療劑的發(fā)明和普及：,化學治療劑：為了抑制或殺死潛伏

17、于人或動物體內部的病原菌，就必須尋找一類對病原菌有強大毒力而對其宿主基本無毒的藥物，這就是化學治療劑。,砷凡納明—梅毒；百浪多息（有效成分是磺胺）--鏈球菌感染；磺胺藥—治療各種感染（產褥熱），對許多病原菌有很高的療效。,5 抗生素的大規(guī)模生產和推廣：青霉素（1929，英國細菌學家A. Fleming）；鏈霉素、土霉素、紅霉素、新霉素、萬古霉素、卡那霉素、慶大霉素,歲。,圖中央是青霉菌，周圍是致病細菌。距青霉素最遠的細菌個大、色濃，活力十足；距青霉菌較近的細菌個較小、色較淺，活力較差；而最接近青霉菌的細菌個最小、色發(fā)白，顯然已經死亡,,,,4 化學治療劑的發(fā)明和普及：圖中央是青霉菌，周圍是致病

18、細菌。,15,6 利用工程菌生產多肽類生化藥物,主要特點是利用微生物作為各種不同生物有關目的基因的受體，由微生物來生產各種生化藥物，其中出抗微生物藥物外，還包括治療各類其他疾病的藥物，例如疫苗（病毒衣殼蛋白、細胞組分疫苗等）、抗體、干擾素、胰島素、激素以及其他各種多肽類藥物等。,,,“戰(zhàn)果”：原先猖獗的細菌性傳染病得到了較好的控制（從人類死亡率的首位退居到四五位之后），天花等烈性傳染病已徹底絕跡（1979年10月26日由WHO—世界衛(wèi)生組織宣布在地球上絕跡），人類平均壽命約提高了25歲。,,,6 利用工程菌生產多肽類生化藥物,16,（二）微生物在工業(yè)發(fā)展過程中的六個里程碑,,1 自然發(fā)酵與食品

19、、飲料的釀造：酒、醬、醋、泡菜、豆豉、酸牛奶、,干酪、面包等,2 罐頭保藏：1804年，法國廚師N. Appert經10年試驗后發(fā)明,3 厭氧純種發(fā)酵技術：本世紀初，在工業(yè)發(fā)酵的早期，人們首先發(fā)展了,不需通氣攪拌等復雜裝置的厭氧純種發(fā)酵技術，利用它來進行乙醇、,丙酮、丁醇、乳酸或甘油生產。,4 深層液體通氣攪拌培養(yǎng)：抗生素、有機酸和酶制劑等發(fā)酵工業(yè),5 代謝調控理論在發(fā)酵工業(yè)上的利用：從50年代中期起，由于對微生物,代謝途徑和調控研究的逐步深入，在發(fā)酵工業(yè)上找到了能突破微生物,代謝調控以累積有用代謝產物的手段，并很快用于大規(guī)模工業(yè)生產,上，例如谷氨酸（1956）和核苷酸類物質—肌苷酸（1966

20、）的發(fā)酵生,產等。,,,（二）微生物在工業(yè)發(fā)展過程中的六個里程碑,17,生物工程的興起,,生物工程學（biotechnology,又譯生物技術）。包括五大工程，即遺傳,工程、細胞工程、微生物工程（發(fā)酵工程）、酶工程（生化工程）和生,物反應器工程。,生物工程學所包括的主要領域及其作用簡括如下：,,改造物種 常規(guī)菌（或常規(guī)細胞株）,生物工程（學）,①遺傳工程,②細胞工程,“工程菌”（或“工程細胞株”）,商品生產 ③微生物工程,④酶工程,⑤生物反應器工程,大量產品 經濟效益,社會效益,生態(tài)效益,,,,,,,生物工程的興起,18,（三）微生物在當代農業(yè)生產中具有十分顯著的作用,

21、,以菌治害蟲、以菌治植病、以菌治草的生物防治技術；以菌增肥效和以,菌促生長（如赤霉菌產生赤霉素等）的微生物增產技術；以菌作飼,（餌）料、以菌當藥物（藥用真菌）和以菌當蔬菜（各種食用菌）的單,細胞蛋白和食用菌生產技術；以及以菌產沼氣等生物能源技術；等等。,,,（四）微生物與環(huán)境保護的關系,,微生物是占地球面積70%以上的海洋和其他水體中光合生產力的基礎；,是一切食物鏈的重要環(huán)節(jié)；是污水處理的關鍵角色；是生態(tài)農業(yè)中最重,要的一環(huán)（可惜不被認識?。?；是自然界重要元素循環(huán)的首要推動者；,以及是環(huán)境污染和監(jiān)測的重要指示生物；等等。,,,（三）微生物在當代農業(yè)生產中具有十分顯著的作用,19,（五）微生物學

22、對生命科學基礎理論研究的重大貢獻,,,微生物的“五大共性”加上培養(yǎng)條件簡便,,1 以微生物作為研究對象解決了生物學上的許多重大問題（基因工程的開,創(chuàng)、PCR技術的建立等）。,,獲諾貝爾生理學或醫(yī)學獎的近一半工作都與微生物有關,2 是分子生物學的三大來源和三大支柱之一：生物化學、微生物學和遺傳學,3 遺傳學研究對象的微生物化促使經典遺傳學發(fā)展為分子遺傳學,4 微生物與基因工程,基因工程即遺傳工程，在其操作中有基因供體、基因載體、工具酶和基因,受體等四個主要方面,5　高等生物研究和利用中的微生物化趨向方興未艾,植物、動物的單細胞培養(yǎng),微生物學中的一套獨特實驗技術迅速擴散到生命科學的各研究領域（消毒

23、,滅菌、無菌操作、純種分離、培養(yǎng)技術等）,,在20世紀生命科學發(fā)展的四大里程碑（DNA功能的闡明，中心法則的提出，遺,傳工程的成功和人類基因組計劃的實施）中，微生物發(fā)揮了無可爭辯的關鍵作用。,,,（五）微生物學對生命科學基礎理論研究的重大貢獻,20,四、微生物的五大共性,,（一）體積小，面積大,（二）吸收多，轉化快,（三）生長旺，繁殖快,（四）適應強，易變異,（五）分布廣，種類多,,,四、微生物的五大共性,21,,（一）體積小，面積大,,,E.coli,（大腸桿菌）平均長度2μm，寬0.5μm1500個,E.coli,頭尾相連，相當于一粒3mm長的芝麻。120個,E.coli,肩并肩，等于

24、一根頭發(fā)寬（60μm）細胞單重為10,-12,g ，1mg: 10億個細菌重。,,比面值：某一物體單位體積所占有的表面積。,任何物體，其體積越小，單位體積所占有面積（面積/體積）即比面值越大。,立方體：1m,3,, 比面值為6，分割成1cm的立方體。,為0.01m,2,×6/0.01m,3,=600,E.coli,：比面值為30萬,,這樣一個極端突出的小體積，大面積體制，具有一個巨大的營養(yǎng)物吸收面，,代謝廢物排泄面和環(huán)境信息的接受面，有利于外界交流。,體積小、面積大是,微生物五大共性的基礎，由它可發(fā)展出一系列其它共性。,,,北京大學微生物學課件,22,（二）吸收多，轉化快,,地鼠 體重30g

25、 ，每天吃掉糧食30—40g ，,1個人每年消耗糧食相當于4倍體重的糖。,E.coli,每小時消耗其細胞重量2000倍的糖。,資料表明，發(fā)酵乳糖的細菌在1小時內可分解其自重1000-10000倍的乳,糖；,Candida utilis,（產朊假絲酵母）合成蛋白質的能力比大豆強100,倍，比食用公牛強10萬倍。,,好處：為微生物的迅速生長繁殖和為人們生產大量發(fā)酵產品提供了充分,的物質基礎。,,這個特性為微生物的高速生長繁殖和合成大量代謝產物提供了充分的物,質基礎，從而使微生物能在自然界和人類實踐中更好的發(fā)揮其超小型,“活的化工廠”的作用。,,,（二）吸收多，轉化快,23,（,三）生長旺，繁殖快,

26、,微生物具有極高的生長和繁殖速度。例：大腸桿菌,Escherichia coli,在37℃的牛奶中,13分鐘可分裂1代,。以20分鐘1代計，則細菌24小時分裂,72次，其后代數為4.722╳10,21,個，重4772噸；48小時后達2.2╳10,43,個，重2.2╳10,25,噸，相當于4000個地球重。事實上，由于種種客觀條件,的限制，細菌的指數分裂速度只能維持數小時，因而在液體發(fā)酵時細菌細,胞的濃度一般僅能達到10,8,—10,9,個/ml左右。,,實踐意義：,（1）發(fā)酵工業(yè)上：具有生產效率高、發(fā)酵周期短的優(yōu)點。有人統(tǒng)計，一,頭500kg重的食用公牛，每晝夜只能從食物中“濃縮”0.5kg蛋

27、白質；同等重,的大豆，在合適的栽培條件下，24h可生產50kg蛋白質；而同樣重的酵母,菌，只要以糖蜜（糖廠下腳料）和氨水做主要養(yǎng)料，在24h內卻可真正合,成50000kg的優(yōu)良蛋白質。,（2）基礎理論研究：它使科研周期大為縮短、經費減少、效率提高。,（3）有害微生物：但對于病原菌，霉腐微生物來說這個特性會給人類帶來極大的麻煩甚至禍害，因此應加以控制。,,,（三）生長旺，繁殖快,24,（四）適應強，易變異,,1 適應性：,①,微生物具有極其靈活的適應性或代謝調節(jié)機制。（誘導酶，,20萬-30萬個蛋白質分子，2000-3000種執(zhí)行不同生理功能的蛋,白質）,,②,微生物對極端環(huán)境的驚人適應力堪稱世

28、界之最。如抗熱、抗,寒、抗干燥、抗酸、抗堿、抗高鹽、抗缺O(jiān),2,、抗高壓、抗輻,射、抗有毒物質毒害等均有極強能力。,,2 變異性：微生物的個體一般都是單細胞、簡單多細胞甚至是非細胞的，,它們通常都是單倍體，加之具有繁殖快、數量多以及與外界環(huán)境,直接接觸等特點，因此即使其變異頻率十分低?。ㄒ话銥?0,-5,-,10,-10,），也可在短時間內產生出大量變異的后代。,,,（四）適應強，易變異,25,（1）有益變異：1943年時，每毫升青霉素（,青霉素產生菌產黃青霉）,發(fā)酵液中該菌只分泌約20單位的青霉素，而病人每天卻要注射幾十萬單位。因此諾貝爾獎獲得者之一H. W. Florey在回憶當時這種菌種

29、以原始的表面培養(yǎng)法進行生產時說：“那時一茶匙黃色粉末，其提煉價值除研究工作精力與時間不計外，約需數千英鎊。”40余年來，通過世界各國微生物遺傳育種工作者的不懈努力，是該菌產量變異逐漸累積，加上其他條件的改進，目前國際上先進的國家，其發(fā)酵水平每毫升已超過5萬單位，甚至接近10萬單位。利用變異和育種使產量獲得如此大幅度的提高，這在動植物育種工作中簡直是不可思議的。這也就是為什么幾乎所有微生物發(fā)酵工廠都特別重視菌種選育工作的一個主要原因。,,（2）有害變異：抗藥性變異。青霉素1943年剛問世時，對金黃色葡萄球菌的最低制菌濃度為0.02μg/ml，過了幾年，制菌濃度不斷提高，有的菌株耐藥性竟比原始菌株

30、提高1萬倍。反映在醫(yī)療實踐上，是40年代初剛使用青霉素治療時，即使是嚴重感染的病人，也只要每天分數次共注射10萬單位即可，而現(xiàn)在，成人每天要注射100萬單位左右，新生兒也不少于40萬單位。,,,（1）有益變異：1943年時，每毫升青霉素（青霉素產生菌產黃,26,（五）分布廣，種類多,,1分布廣：微生物因其體積小、重量輕和數量多等原因，可以到處傳播以至,達到,“無孔不入”,的地步，只要條件合適，它們就可,“隨遇而安”,。地球上除,火山中心區(qū)域外，在土壤圈、水圈、大氣圈以至巖石圈到處都有微生物的,蹤跡。,,（1）人體腸道中的正常菌群：在人體腸道中，經常聚集著100－400種不同,種類的微生物，估計

31、它們的個體總數大于100萬億，重量約等于糞便干重的,1/3。其中數量最多的是一類厭氧菌，主要是,Bacteroids fragilis,（脆弱擬,桿菌），數量達到10,10,-10,11,個/g。（雙岐桿菌）,（2）萬米深海底部的耐熱硫細菌：1974年4月和1977年2月，科學家發(fā)現(xiàn),在東太平洋加拉帕戈斯群島東部，深度1萬米的海底溫泉中，硫細菌的含量,達每ml含100萬-100億個，它們既耐高溫（100℃）又耐高壓（1140大氣,壓）,（3）幾萬米高空中的微生物：在85km的高處，通過地球物理火箭采集到,了微生物。,（4）地層下的微生物：有人在南極洲的羅斯島和泰羅爾盆地128m和427m,的沉

32、積巖心中。找到了活細菌。,,,（五）分布廣，種類多,27,2 種類多：,,（1）物種的多樣性：迄今為止，人類已描述過的生物總數約200萬種。據估計，微生物的總數約在50至600萬種之間，其中已記載過的僅約20萬種。,,（2）生理代謝類型的多樣性：①分解地球上貯量最豐富的初級有機物—天然氣、石油、纖維素、木質素的能力為微生物所壟斷；②微生物有著最多樣的產能方式，諸如細菌的光合作用，嗜鹽菌的紫膜光合作用，自養(yǎng)細菌的化能合成作用，以及各種厭氧產能途徑等；③生物固氮作用；④合成,次生代謝產物,等各種復雜有機物的能力；⑤對復雜有機分子基團的生物轉化能力；⑥分解氰、酚、多氯聯(lián)苯等有毒和劇毒物質的能力；⑦抵

33、抗極端環(huán)境的能力；等等。微生物的分解復雜有機物的能力，產能方式，生物固氮作用，合成各種復雜有機物，分解有毒物質的能力，抵抗極端環(huán)境的能力，繁殖方式等多種多樣。,,次生代謝產物是指那些對細胞自身生命不是必需的、分子結構比較復雜的化合物。例如抗生素等。,伴隨細胞最基本的代謝過程而產生的化合物稱為初生代謝（也稱主流代謝）產物。初生代謝產物大都是結構比較簡單、分子量較小的化合物。例如乙酸等。,,,2 種類多：,28,,（3）代謝產物的多樣性：1992年，有人報道僅微生物產生的次生代謝產物就有16500種，且每年還以500種新化合物的數目增長著。僅,E.coli,一種細菌即產生2000-3000種不同的

34、蛋白質；“工具酶”中的Ⅱ型限制性內切酶，在各種微生物中就已發(fā)現(xiàn)了1143種（1990年初）,,（4）遺傳基因的多樣性：微生物基因組測序工作。截止2000年5月，已發(fā)表的微生物基因組有31個，即將發(fā)表的15個，正在進行的106個。,,（5）生態(tài)類型的多樣性：廣泛分布；微生物與微生物或與其他生物間還存在著眾多的相互依存關系。,,,,北京大學微生物學課件,29,五、微生物學及其分科,,微生物學（Microbiology）是一門在細胞、分子或群體水平上研究微生物,的形態(tài)構造、生理代謝、遺傳變異、生態(tài)分布和分類進化等生命活動基本,規(guī)律，并將其應用于工業(yè)發(fā)酵、醫(yī)藥衛(wèi)生、生物工程和環(huán)境保護等實踐領,域的科學

35、，其根本任務是發(fā)掘、利用、改善和保護有益微生物，控制、消,滅或改造有害微生物，為人類社會的進步服務。,,據不完全統(tǒng)計（1990年），微生物學分支學科已達181門之多。,,1 按研究微生物的基本生命活動規(guī)律為目的來分 總學科稱普通微生物學（General Microbiology）,分科如微生物分類學，微生物生理學，微生物遺傳學，微生物生態(tài)學和分子微生物學等。,,,,五、微生物學及其分科,30,2 按微生物應用領域來分 總學科稱應用微生物學（Applied Microbiology）,分科如工業(yè)微生物學，農業(yè)微生物學，醫(yī)學微生物學，藥用微生物學，診斷微生物學，抗生素學，食品微生物學等。,,3

36、 按研究的微生物對象分 如細菌學，真菌學（菌物學），病毒學，原核生物學，自養(yǎng)菌生物學和厭氧菌生物學等。,,4 按微生物所處的生態(tài)環(huán)境分 如土壤微生物學，微生態(tài)學，海洋微生物學，環(huán)境微生物學，水微生物學和宇宙微生物學等。,,5 按學科間的交叉、融合分 如化學微生物學，分析微生物學，微生物生物工程學，微生物化學分類學，微生物數值分類學，微生物地球化學和微生物信息學等。,,6 按實驗方法、技術分 如實驗微生物學，微生物研究方法等。,,,,2 按微生物應用領域來分 總學科稱應用微生物學（Appli,31,本章重點內容：,,１什么是微生物？它包括那些類群？,２微生物有哪五大共性？其中最基本的

37、是哪一個？為什么？,３請說出微生物的先驅者，微生物學奠基人，細菌學奠基人分別是哪位科學家？,,,本章重點內容：,32,胚種學說：,意大利的科學家斯巴蘭扎尼1765年設計了一個試驗。他準備了兩組瓶子，分別裝入肉湯，一組開著口，讓空氣進出；另一組先煮沸45分鐘，把里邊的微生物都殺死，然后立刻把瓶口封好，不讓空氣中可能有的微生物進去。頭一組瓶子里的肉湯很快就腐敗、變臭，長滿了微生物，而煮過并封口的瓶子中的肉湯始終沒有細菌。斯巴蘭扎尼由此得出結論，就連微生物也不可能自然產生。,但是，那些自然發(fā)生論者對斯巴蘭扎尼的實驗并不服氣，他們說經過像斯巴蘭扎尼那樣嚴酷的處理，空氣中的"生命力"都被煮死了。他們認為

38、生命的自然發(fā)生需要一定的條件。特別是不久后化學家發(fā)現(xiàn)了氧氣，而氧是發(fā)酵和生命所必須的，,消毒并封口后的器皿中缺少氧氣，生命自然發(fā)生的條件被破壞了。,如何才能既讓空氣自由進出，又不讓其中的微生物進到燒瓶中呢？在朋友的啟發(fā)下，1862年，巴斯德終于設計出一個巧妙的曲頸瓶試驗。他給燒瓶安裝了一像橫著眼放的S形狀的長頸，當把燒瓶中的肉湯煮沸時，不僅瓶中的微生物被殺死了，水蒸汽把瓶頸中的微生物也殺死了。等到湯放涼時，新鮮的空氣就可以通過瓶頸自由進到瓶子中，而帶菌的灰塵由于比空氣重，在長頸向下彎曲處就被攔截住了。經過這樣處理的培養(yǎng)液放許多天也不會變質。而如果把培養(yǎng)液傾斜，讓它通過長頸的彎曲部，或者把長頸打

39、斷，培養(yǎng)液中很快就會充滿了微生物。這樣就令人信服地證明了，是空氣中的微生物使湯腐敗的，而不是湯腐敗產生微生物。,,,胚種學說：,33,,第一章,,原核生物的形態(tài)、構造和功能,,,第一節(jié) 細菌,一、細胞的形態(tài)構造及其功能,二、細菌的群體形態(tài),第二節(jié) 放線菌,一、放線菌的形態(tài)構造,二、放線菌的繁殖,三、放線菌的群體特征,第三節(jié) 藍細菌,第四節(jié) 支原體、立克次氏體和衣原體,一、支原體,二、立克次氏體,三、衣原體,,,第一章 原核生物的形態(tài)、構造和功能第一節(jié) 細菌,34,原核生物：,即,廣義的細菌,，指一大類細胞核無核膜包裹，只存在稱作核區(qū)(nuclear,region)的

40、裸露DNA的原始單細胞生物。,根據外表特征：,細菌（狹義的）,、放線菌、藍細菌、支原體、立克次氏體和衣原體,狹義的細菌包括真細菌（eubacteria）和古生菌（archaea）兩大類群。其中除少,數屬古生菌外，多數的原核生物都是真細菌。,第一節(jié) 細 菌,細菌,（bacteria）是一類細胞細而短，結構簡單，細胞壁堅韌，以二等分裂方式繁,殖，水生性較強的原核微生物。,細胞的形態(tài)構造及其功能,（一）形態(tài)和染色：,1 形態(tài)：在自然界所存在的細菌中，以桿菌為最常見，球菌次之，而螺旋狀的則最少。,,,原核生物：即廣義的細菌，指一大類細胞核無核膜包裹，只存在稱作,35,（1）球菌（coccus）

41、：球狀的細菌。單球菌、雙球菌、四聯(lián)球菌、八疊球菌、鏈球菌和葡萄球菌等。,,,（1）球菌（coccus）：球狀的細菌。單球菌、雙球菌、四聯(lián),36,（2）桿菌（bacillus）：桿狀的細菌。,,細胞外形：短桿（球桿）狀、棒桿,狀、梭狀、梭桿狀、分枝狀、螺桿狀、 竹節(jié)狀（兩端平截）和彎月狀等。,,細胞的排列方式：鏈狀、柵狀、“八”字狀以及由鞘衣包裹在一起的絲狀等。,,大腸桿菌,梭狀芽孢桿菌,噬鹽桿菌,,,,（2）桿菌（bacillus）：桿狀的細菌。,37,（3）螺旋菌（spirilla）：螺旋狀的細菌。,,弧菌（vibrio）：螺旋不足一環(huán)者；,螺菌（spirillum）：滿2-6環(huán)的小型、,堅

42、硬,的螺旋狀細菌；,螺旋體（spirochaeta）：旋轉周數多（通常超過6環(huán)）、體長而,柔軟,的螺旋狀細菌。,,,（3）螺旋菌（spirilla）：螺旋狀的細菌。,38,（4）其它形狀：如絲狀、三角形、方形和圓盤形等①柄桿菌（prosthecate bacteria）：細胞上有柄（stalk）、菌絲（hyphae）、附器（appendages）等細胞質伸出物，,細胞呈桿狀或梭狀，并有特征性的細柄。,一般生活在淡水中固形物的表面，其異常形態(tài)使得菌體的表面積與體積之比增加，能有效地吸收有限的營養(yǎng)物。②星形細菌（star-shaped bacteria ）③方形細菌（square-shape

43、d bacteria） ④異常形態(tài)： 環(huán)境條件的變化如物理、化學因子的刺激等會阻礙細胞正常發(fā)育；培養(yǎng)時間過長會造成營養(yǎng)缺乏、細胞衰老、自身代謝產物積累過多等等而使菌體成為異常形態(tài)。當環(huán)境條件恢復正常時，則菌體也會恢復正常形態(tài)。,,2 大?。?量度細菌大小的單位是μm。,球菌以直徑大小表示，一般約0.5~1μm；桿菌以長與寬表示，一般長1~5μm，寬0.5~1μm；螺旋菌則測量其彎曲形長度，其直徑為0.5~1μm，長1~50μm。,細菌的重量更是微乎其微，如一個大腸桿菌細胞的重量僅為10,-12,g，即大約10,9,個大腸桿菌細胞才達到1mg重。,,,（4）其它形狀：如絲狀、三角形、方形和圓盤

44、形等①柄桿菌（p,39,3 染色：,,由于細菌細胞既微小又透明，故一般先要經過染色才能做顯微鏡觀察。,,死菌 正染色 簡單染色法,鑒別染色法 革蘭氏染色法,細菌染色法,抗酸性染色法,芽孢染色法,姬姆薩（Giemsa）染色法等,負染色：莢膜染色法等,活菌：用美藍或TTC（氯化三苯基四氮唑）等作活菌染色,,在上述各種染色法中，尤以革蘭氏染色法（Gram stain）最為重要。,,美藍染色活細胞無色；死細胞或代謝作用微弱的衰老細胞則呈藍色或淡藍色?？顾嵝匀旧?，,檢查抗酸細菌(如結核桿菌、麻風桿菌等)的一種特殊染色法。,,,,,,,,3 染色：,40,革蘭氏染色與G,+,、G,-,細菌：,

45、1884年，,由丹麥醫(yī)生,C.Gram創(chuàng)立,步驟：,甲菌：,乙菌：,各種細菌經革蘭氏染色法染色后，能區(qū)分成兩大類，一類最終染成紫色，稱革蘭氏陽性細菌（Gram positive bacteria, G,+,）,另一類被染成紅色，稱革蘭氏陰性細菌（Gram negative bacteria, G,-,）。,,,革蘭氏染色與G+、G-細菌：1884年，步驟：甲菌： 乙菌：,41,（二）構造,,一般構造：一般細菌都具有的構造，包括細胞壁、細胞膜、細胞質和核區(qū),特殊構造：僅在部分細菌中才有的或在特殊環(huán)境條件下才形成的構造，主要,是鞭毛、菌毛、性菌毛、糖被（包括莢膜和粘液層）和芽孢等。,,,（二）構造

46、,42,1 細菌細胞的一般構造,,（1）細胞壁（cell wall）,,細胞壁,是位于細胞最外的一層厚實、堅韌的外被，主要成分為肽聚糖，具有固定細胞外形和保護細胞不受損傷等多種生理功能。,,細胞壁的主要功能有：,①固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；,②為細胞的生長、分裂和鞭毛運動所必需；,③阻攔大分子有害物質（某些抗生素和水解酶）進入細胞；,④賦予細菌特定的抗原性以及對抗生素和噬菌體的敏感性。,,細菌細胞壁成分的多樣性,：G,+,、G,-,細菌和古生菌中有自己的特點,,,1 細菌細胞的一般構造,43,,,,北京大學微生物學課件,44,G,+,細菌與G,-,細菌細胞壁構造與

47、成分的比較,,G,+,G,-,構 造,厚、一層,薄、兩層,成 分,（占細胞壁干重%）,肽聚糖,磷壁酸,類脂,蛋白質,含量很高（30,～,95）,含量較高（,＜,50）,一般無（,＜2,）,0,含量很低（5,～20）,0,含量較高（約20）,含量較高,,,G+細菌與G-細菌細胞壁構造與成分的比較G+G-構 造厚、一,45,1）G,+,細菌的細胞壁,,特點：厚度大（20-80nm），化學組分簡單、一般含90%肽聚糖和10%磷,壁酸。40層網狀分子。,肽聚糖,（peptidoglycan）,是真細菌細胞壁中的特有成分。,以,Staphylococcus aureus,(金黃色葡萄球菌)為例。,,,1

48、）G+細菌的細胞壁,46,每一肽聚糖單體由3部分組成：,①,雙糖單位：,由一個,N,-乙酰葡萄糖胺通過,β,-1，4-糖苷鍵與另一個,N,-乙酰胞壁酸相連。,②,四肽尾,（tetrapeptide side chain）：,是由4個氨基酸分子按,L,型與,D,型交替方式連接而成。在,S.aureus,中，接在,N,-乙酰胞壁酸上的四肽尾為,L,-Ala、,D,-Glu、,L,-Lys、,D,-Ala。,③,肽橋,（peptide interbridge）：,在,S.aureus,中，肽橋為甘氨酸五肽，它起著連接前后2個四肽尾分子的“橋梁”作用。,,,每一肽聚糖單體由3部分組成：,47,肽橋的變

49、化甚多，由此形成了“肽聚糖的多樣性”（目前已超過100種）,,,肽聚糖分子中的4種主要肽橋類型,,,類型,甲肽尾上連接點,肽 橋,乙肽尾上連接點,實 例,Ι,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ,第四氨基酸,第四氨基酸,第四氨基酸,第四氨基酸,-CO·NH-,-(Gly),5,-,-(肽尾),1-2,-,-,D,-Lys-,第三氨基酸,第三氨基酸,第三氨基酸,第二氨基酸,E.coli,(G,-,),S.aureus,(G,+,),M.luteus,(G,+,)*,C.poinsettiae,(G,+,）**,*,Micrococcus luteus,(藤黃微球菌),**,Corynebacterium poinse

50、ttiae,（星星木棒桿菌）,,,肽橋的變化甚多，由此形成了“肽聚糖的多樣性”（目前已超過10,48,磷壁酸,（teichoic acid）是結合在G,+,細菌細胞壁上的一種酸性多糖，主要成分為甘油磷酸或核糖醇磷酸。,可分兩類：,①壁磷壁酸，與肽聚糖分子進行共價結合的，其含量會隨培養(yǎng)基成分而改變；,②膜磷壁酸或脂磷壁酸，跨越肽聚糖層并與細胞膜相交聯(lián)的。,,,磷壁酸（teichoic acid）是結合在G+細菌細胞壁上,49,主要生理功能：,,①通過分子上的大量負電荷濃縮細胞周圍的Mg,2+,，以提高細胞膜上一些,合成酶的活力；,②貯藏元素；,③調節(jié)細胞內自溶素（autolysin）的活力，借以

51、防止細胞因自溶而死亡；,④作為噬菌體的特異性吸附受體；,⑤賦予G,+,細菌特異的表面抗原，因而可用于菌種鑒定；,⑥增強某些致病菌（如A族鏈球菌）對宿主細胞的粘連，避免被白細胞吞,噬，并有抗補體的作用。,,,磷壁酸有5種類型，主要為甘油磷壁酸和核糖醇磷壁酸兩類。,,,主要生理功能：,50,2）G,-,細菌的細胞壁：,,特點是厚度薄，層次較多，成份較復雜，肽聚糖層很?。▋H2-3nm），故機械強度較G+細菌弱。1-2層網狀分子構成。,,肽聚糖,，以,E.coli,為典型代表。其肽聚糖層埋藏在外膜脂多糖（LPS）層之內。,,差別：,①四肽尾的第三個氨基酸分子不是,L,-Lys，而是被一種只存在于原核生

52、物細胞壁上的特殊氨基酸—內消旋二氨基庚二酸（,m-DAP,）所替代；,②沒有特殊的肽橋，故前后兩單體間的連接僅通過甲四肽尾的第四個氨 基酸（,D,-Ala）的羧基與乙四肽尾的第三個氨基酸（,m-DAP,）的氨基直接相連，因而只形成較稀疏、機械強度較差的肽聚糖網套。,,,2）G-細菌的細胞壁：,51,革蘭氏陰性細菌只有30%的肽聚糖亞單位彼此交織聯(lián)結，比較疏松,,,革蘭氏陰性細菌只有30%的肽聚糖亞單位彼此交織聯(lián)結，比較疏松,52,外膜,（outer membrane,又稱“外壁”）是G,-,細菌細胞壁所特有的結構，它位于壁的最外層，化學成分為脂多糖、磷脂和若干種外膜蛋白。,外膜具有控制細胞的透

53、性、提高Mg,2+,濃度、決定細胞壁抗原多樣性等作用，因而可用于傳染病的診斷和病原的地理定位。,,,脂多糖,（lipopolysaccharide,LPS）,是位于G,-,細菌細胞壁最外層的,一層較厚（8-10nm）的類脂多糖類物質，由類脂A、核心多糖,（core polysaccharide）和,O,-特異側鏈（,O,-specific side chain）3,部分組成。類脂A是G,-,病原菌致病物質內毒素的物質基礎。,,,,外膜（outer membrane,又稱“外壁”）是G-細菌,53,,,北京大學微生物學課件,54,外膜蛋白,（outer membrane proteins）,指嵌

54、合在LPS和磷脂層外膜上的20余種蛋白，多數功能還不清楚。,,①孔蛋白（porins）：是由三個相同分子量（36000）蛋白亞基組成的一種三聚體跨膜蛋白，中間有一直徑約1nm的孔道，通過孔的開、閉，可對進入外膜層的物質進行選擇。非特異性孔蛋白：可通過分子量小于800~900的任何親水性分子 特異性孔蛋白：只容許一種或少數幾種相關物質通過，如維生素B,12,和核苷酸等。,②脂蛋白(lipoprotein)：是一種通過共價鍵使外膜層牢固地連接在肽聚糖內壁層上的蛋白，分子量約為7200。,周質空間(periplasmic space,periplasm)：在G,-,細菌中，其外膜與細胞膜間的狹窄

55、膠質空間（約12-15nm）稱周質空間,其中存在著多種周質蛋白，包括水解酶類、合成酶類和運輸蛋白等。,周質空間是進出細胞的物質的重要中轉站和反應場所。,,表1-3 G,+,細菌與G,-,細菌一系列生物學特性的比較（P16）,,,外膜蛋白（outer membrane proteins）,,55,3）,古生菌,（Archaea）的細胞壁：,,,是一個在進化途徑上很早就與真細菌和真核生物相互獨立的生物類群，主要包括一些獨特生態(tài)類型的原核生物，如產甲烷菌及大多數嗜極菌（extremophile）,包括極端嗜鹽菌、極端嗜熱菌和,Thermoplasma,(熱原體屬)等,,在古生菌中，除,Thermo

56、plasma,沒有細胞壁外，其余都具有與真細菌功能相似的細胞壁。但古細菌的細胞壁不含真正的肽聚糖，而含假肽聚糖、糖蛋白或蛋白質。,,假肽聚糖,的結構雖與肽聚糖相似，但其多糖骨架則是由,N,-乙酰葡糖胺和,N,-乙酰塔羅糖醛酸以,β,-1，3-糖苷鍵（不被溶菌酶水解）交替連接而成，連在后一氨基糖上的肽尾由,L,-Glu、,L,-Ala、,L,-Lys和,L,-Glu3個,L,型氨基酸組成，肽橋則由,L,-Glu1個氨基酸組成。（P17）,,,3）古生菌（Archaea）的細胞壁：,56,4）缺壁細菌,①L型細菌（L-form of bacteria）：指細菌在某些環(huán)境條件下（實驗室或,宿主體內）

57、通過自發(fā)突變而形成的遺傳性穩(wěn)定的細胞壁缺陷變異型。因,英國李斯德（Lister）預防研究所首先發(fā)現(xiàn)而得名（1935年，念珠狀鏈桿,菌,Streptobacillus moniliformis,）；在大腸桿菌、變形桿菌、葡萄球,菌、鏈球菌、分枝桿菌和霍亂弧菌等20多種細菌中均有發(fā)現(xiàn)，被認為可,能與針對細胞壁的抗菌治療有關。,特點：沒有完整而堅韌的細胞壁，細胞呈多形態(tài)；,有些能通過細菌濾器，故又稱“濾過型細菌”,；對滲透敏感，在固體培養(yǎng)基上形成,“油煎蛋”,似的小菌落（直徑在0.1mm左右）。（支原體）,,,4）缺壁細菌①L型細菌（L-form of bacteria,57,,②原生質體（prot

58、oplast）：指在人為條件下，用溶菌酶處理或在含青霉素的培養(yǎng)基中培養(yǎng)而抑制新生細胞壁合成而形成的僅由一層細胞膜包裹的，圓球形、滲透壓變化敏感的細胞，一般,由革蘭氏陽性細菌,形成。,特點：對環(huán)境條件變化敏感，,低滲透壓,、振蕩、離心甚至通氣等都易引起其破裂； 有的原生質體具有鞭毛，但不能運動，也不被相應噬菌體所感染；在適宜條件（如,高滲培養(yǎng)基,）可生長繁殖、形成菌落，形成芽孢，及恢復成有細胞壁的正常結構。 比正常有細胞壁的細菌更易導入外源遺傳物質，是研究遺傳規(guī)律和進行原生質體育種的良好實驗材料。,③球狀體(sphaeroplast)：又稱原生質球：采用上述同樣方法，針對,革蘭氏陰性細菌,處理后

59、而獲得的殘留部分細胞壁（外壁層）的球形體。與原生質體相比，它對外界環(huán)境具有一定的抗性，可在,普通培養(yǎng)基,上生長。,④支原體(Mycoplasma)：在長期進化過程中形成的、適應自然生活條件的無細胞壁的原核生物。因它的細胞膜中含有一般原核生物所沒有的甾醇，所以即使缺乏細胞壁，其細胞膜仍有較高的機械強度。,,,②原生質體（protoplast）：指在人為條件下，用,58,5,）,革蘭氏染色的機制：,,,G,+,細菌與G,-,細菌主要是由于其細胞壁化學成分的差異而引起了物理特性（脫色能力）的不同，正由于這一物理特性的不同才決定了最終染色反應的不同：通過結晶紫初染和碘液媒染后，在細菌的細胞膜內可形成不

60、溶于水的結晶紫與碘的復合物。G,+,細菌由于其細胞壁較厚、肽聚糖網層次多和交聯(lián)致密，故遇脫色劑乙醇（或丙酮）處理時，因失水而使網孔縮小，再加上它不含類脂，故乙醇的處理不會溶出縫隙，因而能把結晶紫與碘的復合物牢牢留在壁內，使其保持紫色。反之，G,-,細菌因其細胞壁薄、外膜層類脂含量高、肽聚糖層薄和交聯(lián)度差，遇脫色劑乙醇后，以類脂為主的外膜迅速溶解，這時薄而松散的肽聚糖網不能阻擋結晶紫與碘復合物的溶出，因此細胞褪成無色。這時再經沙黃等紅色染料復染，就使G,-,細菌呈現(xiàn)紅色，而G,+,細菌則仍保留最初的紫色（實為紫加紅色）了。,,① 肽聚糖層薄厚；,② 交聯(lián)緊密程度；,③ 是否含類脂,,,5）革蘭氏

61、染色的機制：,59,,（2）細胞膜（cell membrane）,,1)又稱細胞質膜(cytoplasmic)、質膜(plasmamembrane)。是緊貼在細胞壁內側的一層由磷脂和蛋白質組成的柔軟、富有彈性的半透性薄膜。厚約7～8 nm，由磷脂（占20%～30%）和蛋白質（占50%～70%）組成。,2)功能：,①是細胞生命的最后一道屏障，具保護作用。②控制的細胞內外物質的運送和交換。③合成細胞壁各種組分（LPS、肽聚糖、磷壁酸）和莢膜等大分子的場所。④進行氧化磷酸化或光合磷酸化的產能基地。⑤許多酶和電子傳遞鏈組分的所在部位。⑥鞭毛著生點和運動能量的供給部。,,,（2）細胞膜（cel

62、l membrane）,60,3)細胞膜的化學組成與結構模型：,A．磷脂：親水的極性端和疏水的非極性端(磷脂層外端親水，內部疏水)。在極性頭的甘油3C上，,不同種微生物具有不同的R基，如磷脂酸、磷脂酰甘油、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰膽堿、磷脂酰絲氨酸或磷脂酰肌醇等,；非極性尾則由長鏈脂肪酸通過酯鍵連接在甘油的C1和C2位上組成，其鏈長和飽和度因細菌種類和生長溫度而異。,在生理溫度下，脂肪酸末端排列成固定的晶格；不飽和脂肪酸的雙鍵可導致膜結構的變形。當磷脂分子中二者同時存在時，在一定條件下就阻礙了形成晶格結構所需要的有秩序排列。,膜的流動性很大程度上取決于不飽和脂肪酸的結構和相對含量。細胞膜上長鏈脂肪

63、酸的鏈長和飽和度因細菌種類和生長溫度而異，通常生長溫度要求越高的種，其飽和度也越高，反之則低。,B．膜蛋白：具運輸功能的整合蛋白（integral protein）或內嵌蛋白（intrinsic protein）具有酶促作用的周邊蛋白（peripheral protein）或膜外蛋白(extrinsic protein) 膜蛋白約占細菌細胞膜的50%～70%，比任何一種生物膜都高，而且種類也多。--------細胞膜是一個重要的代謝活動中心。,,,,3)細胞膜的化學組成與結構模型：,61,C．甾醇類物質：由磷脂分子形成的雙分子膜中加入甾醇類物質可以提高膜的穩(wěn)定性， 真核生物細胞膜中一般含有膽

64、固醇等甾醇，含量為5%-25%；原核生物與真核生物的最大區(qū)別就是其細胞膜中一般不含膽固醇等甾醇（支原體例外），而是含有hopanoid類甾醇。,hopanoid類甾醇，其作用被認為也是穩(wěn)定細胞膜的結構；90%的化石燃料的前體物質是kerogen（油原，或稱油母巖質），Kerogen中細菌特有的hopanoid類甾醇占有很高的比例 ，Kerogen是由于細菌的活動而形成；在地下沉積物中細菌特有的hopanoid類甾醇的含量高達10,11-12,噸，與目前地球上存在的活的生物（living organisms）體內含有的有機碳的含量總和相當。 hopanoid被認為是地球上含量最豐富的生物分子。,

65、,D．,液態(tài)鑲嵌模型,(fluid mosaic model),1972年，辛格（J.S.Singer）和尼科爾森（G.L.Nicolson）提出：,①膜的主體是脂質雙分子層；②脂質雙分子層具有流動性；③整合蛋白因其表面呈疏水性，故可“溶”于脂質雙分子層的疏水性內層中；④周邊蛋白表面含有親水基團，故可通過靜電引力與脂質雙分子層表面的極性頭相連；⑤脂質分子間或脂質與蛋白質分子間無共價結合；⑥脂質雙分子層猶如一“海洋”，周邊蛋白可在其上作“漂浮”運動，而整合蛋白則似“冰山”狀沉浸在其中作橫向移動。,,,C．甾醇類物質：由磷脂分子形成的雙分子膜中加入甾醇類物質可以,62,,,北京大學微生物學課件,6

66、3,,,,北京大學微生物學課件,64,,4）間體mesosome,是一種由細胞膜內褶而形成的囊狀構造，其內充滿著層狀或管狀的泡囊。一般位于細胞分裂部位或其鄰近。其主要功能是促進細胞間隔的形成與遺傳物質的復制及其相互分離有關。多見于G,+,細菌。,,,4）間體mesosome,65,（3）細胞質和內含物,,細胞質（cytoplasm）是指被細胞膜包圍的除核區(qū)以外的一切半透明、膠體狀、顆粒狀物質的總稱。主要成分有核糖體、內含物、羧化體、各種酶類、中間代謝物、無機鹽、載色體和質粒等。,,與真核生物明顯不同的是，原核生物的細胞質是不流動的,。,,1）核糖體：由65%核糖核酸和35%蛋白質組成的顆粒體。由50S大亞基和30S小亞基組成。,,2）細胞內含物（inclusion body，貯藏物）指細胞質內一些形狀較大的顆粒狀構造。,,①貯藏物（reserve materials）：一類由不同化學成分累積而成的不溶性顆粒，主要功能是貯存營養(yǎng)物。,,,（3）細胞質和內含物,66,,,北京大學微生物學課件,67,①,聚-,β,-羥丁酸,(poly-β-hydroxybutyrate,,PHB,)：巨大芽