生物奥赛培训教程
——微生物学部分
提纲
奥赛纲要对微生物学理论部分的要求
微生物学的知识体系
微生物细胞的结构与功能
微生物的营养
微生物的生长与代谢
微生物发酵工业
病毒的基本特征
感染与免疫
微生物遗传学
微生物生态
一、全国及国际奥赛纲要对微生物学理论部分的要求
微生物的细胞生物学：细菌的结构和繁殖、光养和化养
生物技术（生物工程学）：发酵（微生物工程）
免疫：抗原和抗体、细胞和体液免疫、免疫失调引起的疾病
生物系统学
原核： 细菌门、蓝藻门、原绿藻门 放线菌门、立克次氏体、支原体、衣原体
真核： 红藻门、褐藻门、绿藻门、裸藻门、金藻门、粘菌门 接合菌门、子囊菌门、担子菌门、原生动物
病毒： 噬菌体、类病毒、病毒的结构和繁殖
微生物的特殊代谢途径：生物固氮、有害物质的富集
二、微生物学的知识体系
微生物学
二、微生物学的知识体系
微生物学的发展历史

史前期 事件 ：酿酒、奶酪等
初创期 里程碑：显微镜的发明
奠基期 里程碑：曲颈瓶试验 （生源说）
发展期 里程碑： “酒化酶”发酵产酒精成功
成熟期 里程碑： DNA双螺旋的发现
三、微生物细胞的结构与功能
微生物的类型
三、微生物细胞的结构与功能
细菌的形态学分类 球菌 杆菌 螺旋菌（包括弧菌）
淋病球菌
大肠杆菌
弧形霍乱菌
三、微生物细胞的结构与功能
原核微生物的典型结构
细胞壁
细胞壁外结构
原生质体
原核微生物的结构与功能——细胞壁
结构： 与

功能：
保护：屏障、机械保护
是细胞生长、分裂和运动所必须的
赋予细胞抗原性、致病性和对噬菌体的敏感性等
三、微生物细胞的结构与功能
古生菌
假肽聚糖层
G+
G-
厚
薄
肽聚糖层
真细菌
三、微生物细胞的结构与功能
原核微生物的结构与功能——细胞壁——革兰氏染色
三、微生物细胞的结构与功能
细胞壁缺失所导致的三种情况

原生质体：
人工除尽细胞壁或用青霉素抑制细胞壁的合成后，所留下的仅由细胞膜包裹着的脆弱细胞

原生质球：
指还残留部分细胞壁的原生质体

细菌L型：
通过自发突变而形成的遗传性稳定的细胞壁缺陷菌株
三、微生物细胞的结构与功能
原核微生物的结构与功能——原生质体

细胞膜：控制运输、维持渗透压、合成细胞壁、着生鞭毛等

贮藏物：聚-β-羟丁酸、硫粒、藻胆蛋白、异染颗粒等

核区（拟核）：大型环状的双链DNA

特殊的休眠结构——芽孢（内生孢子）

其它：气泡、伴孢晶体、孢囊等
三、微生物细胞的结构与功能
原核微生物的结构与功能——细胞壁外结构

糖被：保护、屏障、储存、吸附、信号识别

鞭毛：运动

菌毛（纤毛）：吸附

性毛：参与传递遗传物质
三、微生物细胞的结构与功能
细菌群体的形态

菌落：以母细胞为中心的一堆肉眼可见的、有一定形态构造的子细胞集团

菌苔：某一纯种的大量细胞密集地接种到固体培养基表面，结果长成的各“菌落”相互联接成一片
三、微生物细胞的结构与功能
放线菌——特征

菌落呈放射状

菌体由多细胞分枝状菌丝组成

菌丝大多无隔膜，其粗细与杆状细菌相似，直径为1微米左右，内有多个拟核
细胞壁革兰氏阳性，主要成份为肽聚糖，含胞壁酸与二氨基庚二酸
三、微生物细胞的结构与功能
放线菌的菌丝分化
三、微生物细胞的结构与功能
三、微生物细胞的结构与功能
三、微生物细胞的结构与功能
真细菌、古生菌与真核生物的比较
三、微生物细胞的结构与功能
真菌

有细胞器和细胞核

真菌细胞壁多糖主要有几丁质 ( 甲壳质 ) 、纤维素、葡聚糖、甘露聚糖等

真菌细胞的质膜中具有甾醇，而在原核生物的质膜中很少或没有甾醇

鞭杆的横切面呈“ 9+2 ”型
三、微生物细胞的结构与功能
真菌
大多数真菌的营养体是由分枝的菌丝所构成的菌丝体 ，菌丝的结构有两种类型：（1）无隔膜菌丝。（2）有隔膜菌丝。

少部分真菌营养体不形成菌丝，它们是圆形或卵圆形的单细胞真菌，例如酵母菌
三、微生物细胞的结构与功能
真菌——接合菌门——毛霉
三、微生物细胞的结构与功能
真菌——子囊菌门

酵母 青霉菌（分生孢子）
冬虫夏草
麦角菌
三、微生物细胞的结构与功能
真菌——担子菌门——伞菌
担子形成的连续阶段和担孢子
菌褶表面的担孢子
蘑菇的担子果
三、微生物细胞的结构与功能
真菌的分类系统
三、微生物细胞的结构与功能
粘菌门——特征
介于动物和真菌之间的：
就其结构和生理方面看，好像巨大的变形虫动物；
从它的繁殖方面看，产生具细胞壁的孢子，又是真菌的性质。
三、微生物细胞的结构与功能
蓝藻门——特征
无真正的细胞核
细胞壁缺乏纤维素,由黏肽组成,壁外常形成黏性胶质鞘
除叶绿素和类胡萝卜素外,尚含有藻蓝素,部分种类还含有藻红素
繁殖方法主要是分裂生殖，无有性生殖
有的同真菌共生形成地衣,或生活在植物体内形成内生植物
部分属（如念珠藻属）有固氮能力
三、微生物细胞的结构与功能
蓝藻门——形态
三、微生物细胞的结构与功能
红藻门——特征

含有叶绿素a、叶绿素d、叶黄素胡萝卜素、藻红蛋白和藻蓝蛋白
植物体外形多样，除少数是单细胞或群体外，绝大多数为多细胞体
细胞壁由纤维素（内层）和藻胶（琼胶、海萝胶、卡拉胶）（外层）组成
红藻的生殖分为无性和有性两种
三、微生物细胞的结构与功能
硅藻——特征
植物体为单细胞、也可连接成丝状或其他形状的群体；
细胞壁由两个半片（上壳、下壳），由果胶质和硅质组成，没有纤维素；
营养体无运动细胞，仅精子具鞭毛（茸鞭型）；
有细胞核，有载色体，含叶绿素a 和c，a, β—胡萝卜素，叶黄素；
产物：金藻昆布糖（ β— 1，3—葡聚糖）和油滴；
繁殖：细胞分裂进行繁殖；有性生殖少，为同配和异配、卵配生殖
舟形藻
三、微生物细胞的结构与功能
裸藻——特征
无细胞壁
植物体除个别种类为树状群体外，都是具鞭毛游动型的单细胞体
多具1个眼点
色素具Chla、b、β－胡萝卜素，有的具特殊的裸藻红素
贮藏物质均为副淀粉和脂肪
繁殖为纵分裂，环境不适可形成休眠孢囊
三、微生物细胞的结构与功能
甲藻
多数为具双鞭毛的单细胞个体
细胞壁含纤维素，多由许多固定数目的小甲板按一定形式排列组成
含叶绿素a 和c， β—胡萝卜素 、胡萝卜素、硅甲黄素、甲藻黄素及新甲藻黄素等
贮藏物为淀粉和油
繁殖方法为细胞分裂或产生游孢子；有性生殖为同配或异配，但少见。
三、微生物细胞的结构与功能
金藻
植物体为单细胞，群体或分枝丝状体
细胞壁含纤维素和果胶质组成
有些单细胞和群体种类有鞭毛
含叶绿素a 和c， β—胡萝卜素，墨角藻黄素、叶黄素
产物：金藻昆布糖（ β---1，3—葡聚糖）和油滴；
繁殖：细胞分裂（单细胞）或孢子；有性生殖少见；群体种类可断裂
棕囊藻
三、微生物细胞的结构与功能
绿藻——特征
形态多种多样，由单细胞、群体、丝状状和叶状体
有细胞壁，细胞壁两层，外层是果胶质，内层为纤维素
少数单细胞和群体类型具鞭毛（尾鞭型）
含叶绿素a 和b，α, β—胡萝卜素，叶黄素
产物：淀粉，有时为蛋白质和油
繁殖：营养繁殖（细胞分裂）、无性生殖（游动孢子、静孢子）、有性生殖少（为同配和异配、卵配生殖、接合生殖）；
三、微生物细胞的结构与功能
绿藻——小球藻属
单细胞浮游种类，细胞微小，
仅蛋白核小球藻有蛋白核
仅无性生殖
三、微生物细胞的结构与功能
绿藻——衣藻属
单细胞
两条等长的顶生鞭毛
载色体形状多样
细胞壁两层，外层是果胶质，内层为纤维素；伸缩泡起排泄作用，橙红色眼点
行无性生殖和有性生殖（同配）
无世代交替，只有单倍植物体
三、微生物细胞的结构与功能
绿藻——丝藻属
单列细胞不分枝的丝状体
有固着器
营养细胞，细胞壁有层理
细胞单核位于中央
载色体是大形环带状，蛋白核多
三、微生物细胞的结构与功能
绿藻——水绵属
一列细胞构成的丝状体
无鞭毛
载色体带状
细胞壁两层
单核，有大液泡
行接合生殖
三、微生物细胞的结构与功能
蓝藻、原绿藻和绿藻（真核）的比较
念珠藻 原绿藻 衣藻
四、微生物的营养
微生物的营养要求
碳源【糖类、脂肪、有机酸】：能源物质，构成菌体和代谢产物
氮源【无机氮源：氨水、硫酸铵、尿素、硝酸钠；有机氮源：发酵菌丝体、酒糟】：构成菌体和代谢产物，硝化细菌的能源物质
无机盐类【Pb 、 Mg 、 S 、 P 、 Fe、Co、Zn等】：维持酶活力，调节渗透压、pH值、电位等
特殊生长因子【生物素、硫胺素、肌醇等】：构成辅酶的组成部分，促进生命活动
水：溶解营养物质和代谢产物
四、微生物的营养
微生物的营养类型——划分依据
四、微生物的营养
微生物的营养类型——典型类型
四、微生物的营养
培养基的配置——基本原则
选择适宜的营养物质
营养物质的浓度及其比例合适
控制pH条件
灭菌处理
原料来源的选择
四、微生物的营养
培养基的配置——培养基的类型

成分：天然培养基与合成培养基

形式：液体、固体和半固体培养基

功能：基础培养基、加富培养基、 鉴别培养基、选择培养基
四、微生物的营养
微生物代谢的特殊方面——生物固氮

自生固氮菌：巴氏梭菌（好氧）
共生固氮菌：根瘤菌（与豆科植物共生） 弗兰克氏菌（与非豆科植物共生） 鱼腥藻（与满江红共生）等
联合固氮菌：雀稗固氮菌（生活在植物根际）

固氮条件：固氮酶、ATP、电子传递体
四、微生物的营养
微生物代谢的特殊方面——生物固氮

N2+6e+6H++12ATP→2NH3+12ADP+12Pi

固氮酶 包括两个组分
组分Ⅰ是真正的“固氮酶”，又称钼铁蛋白或钼铁氧还蛋白
组分Ⅱ实质上是一种“固氮酶还原酶”，又称铁蛋白（F）或固氮铁氧还蛋白
五、微生物的生长繁殖
细菌的个体生长
染色体DNA的复制与分离

细胞壁扩增

细胞分裂
五、微生物的生长繁殖
细菌的群体生长
迟缓期
对数生长期x2=x1·2n
稳定生长期
衰亡期
五、微生物的生长繁殖
细菌的连续培养

恒化连续培养

恒浊连续培养
五、微生物的生长繁殖
影响微生物生长繁殖的因素

温度
氧气
专性好氧菌
兼性厌氧菌
微好氧菌
耐氧菌
厌氧菌
培养基、光照、氧化还原电位等
五、微生物的生长繁殖
真菌的生长繁殖
裂殖和芽殖：菌丝延长和酵母繁殖的主要方式
无性孢子繁殖：营养细胞分化出新个体（孢子）
有性孢子繁殖：不同的性细胞结合而产生新个体
五、微生物的生长繁殖
丝状真菌的生活史
五、微生物的生长繁殖
微生物生长繁殖的控制

消毒是指应用消毒剂等方法杀灭物体表面和内部的病原菌营养体的方法

灭菌是指用物理和化学方法杀死物体表面和内部的所有微生物，使之呈无菌状态
五、微生物的生长繁殖
微生物生长繁殖的控制
化学控制：
抗微生物剂：杀死或抑制微生物生长的物质
抗代谢物：用与生长因子结构类似的物质干扰微生物
抗生素：一类次级代谢产物，具有抑菌或杀菌能力
物理控制：
高温灭菌：灼烧、煮沸、干热、湿热灭菌
过滤除菌
高渗作用抑菌
辐射和超声波处理
干燥
六、微生物发酵工业
利用生物特性和发酵理论，通过现代化的工程技术手段，进行工业化规模生产，使受培养的微生物或动植物细胞积累所需产品的一门技术学科。
六、微生物发酵工业
微生物发酵工业的一般流程
六、微生物发酵工业
菌种及其扩大培养
菌种的分离
采样预处理富集培养筛选鉴定

菌种的选育
自然育种
诱变育种
杂交育种
基因工程育种

种子扩大培养流程——二【三】级种子扩大培养
斜面菌种->一级种子摇床培养->二级种子罐培养【->三级种子罐培养】->发酵罐生产
六、微生物发酵工业
菌种的衰退、复壮及保藏
衰退
原因：突变（负变）
现象：产量下降、丧失典型性状

复壮
原理： “衰退”菌种中，还有少数尚未衰退个体

保藏
原理：挑选典型菌种的优良纯种，最好采用它们的休眠体（如分生孢子、芽孢等），并创造一个适合其长期休眠的环境条件
六、微生物发酵工业
培养基配置（糖化，Saccharify)：在工业生产上将淀粉水解为葡萄糖的过程，得到的水解糖液叫淀粉糖。
糖化的原料：薯类淀粉、玉米淀粉、小麦淀粉、大米淀粉等。
水解糖液的质量直接关系到生产菌的生长速度与代谢产物的积累，其中的低聚糖类与复合糖类等杂质越低越好。
糖化方法：

酸解法：淀粉——————>葡萄糖
酶解法：淀粉———>糊精、低聚糖 ———>葡萄糖
六、微生物发酵工业
酸（催化剂） 高温高压
淀粉酶
糖化酶
液化
糖化
六、微生物发酵工业
发酵生产——中间控制

温度——菌体生长和积累代谢产物的最适温度往  往是不同的，变温控制；
pH值——微生物的生长和发酵的最适pH值往往不 同，变化控制；
溶氧——氧是制约发酵进行的重要因素，加强溶氧；
六、微生物发酵工业
发酵实例——食品（食用酒精）发酵
六、微生物发酵工业
发酵实例——药品（青霉素）发酵
六、微生物发酵工业
发酵实例——生物制品的发酵生产
见感染与免疫部分
六、微生物发酵工业
发酵实例——环保（污水的二级处理）
七、病毒的基本特征
病毒的特点

病毒在细胞外以成熟的颗粒形式（毒粒）存在；

毒粒在胞外不表现任何生命特征；

毒粒具感染宿主细胞的能力，一旦进入细胞，毒粒便解体，并表现出繁殖、遗传、变异等生命特征。
七、病毒的基本特征
毒粒的结构——T4噬菌体
七、病毒的基本特征
毒粒的结构——核衣壳与囊膜
七、病毒的基本特征
病毒的简单分类

真病毒
DNA病毒
RNA病毒【SARS病毒】

亚病毒因子
卫星RNA
类病毒【柑橘裂皮类病毒】
朊病毒【疯牛病病毒】
七、病毒的基本特征
病毒的复制——周期及步骤
吸附
侵入
脱壳
病毒大分子合成
装配与释放
病毒复制的一步生长曲线
七、病毒的基本特征
病毒的复制——周期及步骤
七、病毒的基本特征
温和噬菌体：侵入宿主后并没有立即开始病毒物质合成和组装的病毒，此时的噬菌体基因组称为原噬菌体，而含有原噬菌体的宿主被称为溶源性细菌。

溶源病毒的性质：
自发裂解性
可诱导性
免疫性
复愈性
溶源转变
七、病毒的基本特征
SARS冠状病毒
七、病毒的基本特征
禽流感病毒——H5N1 A
七、病毒的基本特征
HIV（人类免疫缺陷病毒） 与 AIDS（获得性免疫缺陷综合症）
七、病毒的基本特征
肝炎病毒

甲型肝炎病毒呈球形，无囊膜，核酸为单链RNA；

乙型肝炎病毒呈球形，具有双层外壳结构，外层相当一般病毒的囊膜，核酸为双链DNA。
八、感染与免疫
感染（传染）
有机体与病原体相互作用引起的病理过程

免疫
生物体能够识别自我和非自我，对非自我作出反应以保持自身稳定的功能
八、感染与免疫
感染的途径
呼吸道、消化道、创伤、接触、垂直感染

微生物的致病性
杀细胞感染
造成宿主的免疫损伤
诱发肿瘤
产生毒素
八、感染与免疫
免疫学的几个基本概念
抗原Ab：能够诱导机体产生免疫应答，并能与机体免疫应答产物特异性结合的物质
抗体Ig（免疫球蛋白）：在抗原物质刺激下所形成的能与抗体特异性结合的血清活性成分，分IgG、 IgA、 IgM、 IgD、 IgE 五类
B细胞介导的体液免疫：当B细胞与抗原特异结合后，B细胞分化为浆细胞，大量分泌抗体。
T细胞介导的细胞免疫：识别抗原后，可直接分泌杀伤蛋白，或协助其它免疫过程
八、感染与免疫
抗体的产生过程的参与细胞

巨噬细胞：处理和传递抗原的细胞，但无特异识别抗原的功能

T细胞：在抗体形成过程中起着调节细胞的作用，有特异识别抗原的功能

B细胞：产生抗体的效应细胞，也有特异识别抗原的功能
八、感染与免疫
抗体产生的一般规律

初次应答和再次应答
八、感染与免疫
免疫的基本类型

天然（非特异性）免疫：屏障结构、吞噬作用、炎症反应、正常体液或组织中的抗菌物质

获得性（特异性）免疫：
自动免疫
自然免疫：感染
人工（诱导）免疫：注射特异性疫苗
被动免疫
自然免疫：胎盘传递、初乳传递
人工免疫：注射特异性抗体
八、感染与免疫
生物制品的分类
预防类制品
菌苗、2. 疫苗、3. 类毒素、4. 混合制剂
治疗类制品
抗血清与抗毒素、2. 血液制品
诊断类制品
体内诊断用品
体外诊断用品
八、感染与免疫
减毒活脊髓灰质炎疫苗的生产
九、微生物遗传
质粒：细胞中独立于染色体外，能进行自主复制的细胞质遗传因子。

质粒的类型
按结构分： CCC型、 OC型、L型
按功能分： 致育因子、抗性因子、Col质粒、 毒性质粒、代谢质粒、隐秘质粒
九、微生物遗传
细菌基因转移和重组的方式

接合作用：细胞与细胞通过直接接触而产生的遗传信息的转移和重组过程
转导作用：由病毒介导的细胞间进行的遗传交换
转化作用：游离DNA分子被感受态细胞摄取
十、微生物生态
微生物在自然届中的分布
土壤>水体>空气

土壤中微生物的数量（每克）
细菌（108）＞放线菌*（107）＞霉菌（106）＞酵母菌（105）＞藻类（104）＞原生动物（103）

极端条件下的微生物
嗜热菌 、嗜冷菌 、嗜酸菌 、嗜碱菌 、嗜盐菌 、嗜压菌或耐压菌
十、微生物生态
微生物与生物环境间的相互关系
互生
微生物间的互生
人体肠道正常菌群
共生
微生物间的共生（地衣：藻、真菌共生）
与植物共生（满江红、根瘤等）
与动物共生（反刍动物与其瘤胃微生物等）
寄生
拮抗
捕食
十、微生物生态
微生物在自然界物质循环中的作用
碳素循环
固定二氧化碳：自养微生物
分解有机物：异养微生物
氮素循环
参与铵盐、亚硝酸盐、硝酸盐、有机含氮物和氮气的生成和转化的代谢
硫素循环
硫素循环的各个环节都有相应的微生物参与
磷素循环
溶解土壤中磷酸钙、分解有机磷化物
铁素循环
Fe2+氧化为Fe3+