微生物学
绪
论
一 什么是微生物
微生物是一些形体微小，以单细胞或简单多细胞、甚或是没有细胞结构的形式存在的低等生物的统称。
小
m级：光镜可见
nm级：电镜可见
形体微小
.
virus(0.05 to 0.1 microns)病毒
bacteria (0.5 to 1.5 microns) 细菌
red blood cell (5 microns) 红细胞
lymphocyte (5 to 8 microns) 淋巴细胞
human sperm (60 microns)人类精子
简
单细胞
简单多细胞
非细胞结构
结构简单
低
原核类：
三菌(细菌、放线菌、蓝细菌)
三体(支原体、衣原体、立克次氏体)
真核类：
真菌
原生动物
单细胞藻类
非细胞生物：
病毒
类病毒
朊病毒
进化地位低
微生物世界之最
个体最小
数量最多
分布最广
形态最简
变异最易
起源最早
胃口最大
抗性最强
食谱最广
休眠最长
繁殖最快
种类最多
二 人类对微生物世界的认识过程
(一)难以认识的微生物世界
1 个体微小
2 外貌不显
3 杂居混生
4 因果难联
(二)微生物学史
时间：8000年前~1676年
特点：个体(未见细菌)
思想方法：实践-实践-实践
代表人物：中国劳动人民
1 史前期
曲蘖酿酒
时间：1676年~1861年
特点：显微镜下见到
微生物
形态描述200
年左右
代表人物：
Leeuwenhoek--
微生物学先驱者
2 初创期
3 奠基期
时间： 1861年~1897年
特点： 建立了一套独特研究方法
进入生理学领域的研究
寻找病原菌
思想方法：实践-理论-实践
代表人物： (法)L.Pasteur--微生物学奠基人
(德)R. Koch--细菌学奠基人（巴斯德和柯赫）
(法)L.Pasteur--微生物学奠基人
否定“生命自然发生学说”
巴氏灭菌法
“酒病”--“腐败病”--“蚕病”--“禽病”--“人病”
病因：微生物
(德)R. Koch--细菌学奠基人荣获1905年诺贝尔医学与生理学奖
方法：菌种分离、培养、接种、染色
病原菌：炭疽杆菌、结核杆菌
柯赫假说
4 发展期
时间：1897年~1953年
特点：进入生化水平的研究
形成综合性普通微生物学
代表人物：(德)E. Buchner(布赫)
5 成熟期
时间：1953年~现在
特点：理论--深入到分子生物学
实践--深入到生物工程水平
微生物的五大共性
体积小 面积大
吸收多 转化快
生长旺 繁殖快
适应强 易变异
分布广 种类多
个体小：微米、纳米
群体表面积大
1 扩大了吸收面、排泄面、信息交换面
2 是将微生物作为群体研究的依据
3 启发人们利用动、植物的微化
意义
面积/体积=比面值
600/1000
6/1
第一节 体积小 面积大
第二节 吸收多，转化快
吸收速度是人的300万倍
E.coli（大肠杆菌）每小时消耗自身重量2000倍的糖
意义
1 为微生物生长提供了充足的物质基础
2 使微生物发挥“活化工厂”的作用
第三节 生长旺，繁殖快
二均分裂
意义
1 发酵工业：
2 遗传学研究：缩短实验周期
3 致病菌：传布快，危害大
鼠疫：14世纪，欧洲1/4人口死亡（鼠疫耶森氏菌）
马铃薯晚疫病：1845~1846年，欧洲100万人口饿死
肝炎：80年代上海30万人口
爱滋病：津巴布韦1/4人口感染
人类(300万年)

爬行类(2亿年)

两栖动物(3亿年)

鱼类、陆生动物(4亿年)

后生动物(6亿年)

古细菌 蓝细菌 好氧性异养细菌 真核微生物
(35亿年) ( 32亿年) (20亿年) (15亿年)
第四节 适应强，易变异
适应强
冷：-70~-196C
热：300C
酸、碱、盐：
耐压：
合成者+分解者
双环生态系统
分解者
原始的单环生态系统
变异性
有利面
生产实践中，获得优良特性的变种

不利面
菌株耐药性
1 发酵工业中，细粮改吃粗粮
2 筛选耐高温菌株
3 筛选弱毒菌株
4提高单位产量：1943年20U/ml，现在几万U/ml
警钟：滥用抗生素，眼前有好处，长远有副作用
40年代：注射10万单位/d
现在：注射100万单位/d
第五节 种类多，分布广
种类多
生理代谢类型多
代谢产物种类多
微生物种数多
分布广
无微不至
无孔不入
无远不届
无物不食
无险不攀
第二章 微生物的形态和构造(一)原核微生物
一 研究形态和构造的意义：
形态是入门向导，构造是研究基础
提高定向筛选效率
掌握发酵进程、及时探测杂菌污染
分类鉴定中应用
二 原核微生物的类群
光能：蓝细菌
“三菌”
化能： 细菌
放线菌
“三体” 人工培养基：支原体
专门寄生： 立克次氏体
衣原体
第一节 细菌
体小而细
形简而短(球、杆、弧)
是一类 壁坚而韧 单细胞原核生物
二等分裂
水生性很强
Myobacterium tuberculosis (TB)
二等分裂
Bacteria are all around us. Given good growing conditions, a bacterium grows slightly in size or length, new cell wall grows through the center, and the "bug" splits into two daughter cells, each with same genetic material. If the environment is optimum, the two daughter cells may split into four in 20 minutes.
一 细胞的形态构造及其功能
(一)形态和染色
杆状

1 形态 球状

螺旋状
杆菌
长杆菌，如
Bactillus subtilis
短杆菌，如
Escherichia coli
球菌
单、双链(分裂面一)
四联球菌(分裂面二)
八叠球菌(分裂面三)
葡萄球菌(分裂面多)
金黄色葡萄球菌
螺旋菌
弧菌(vibrio)<1圈
螺菌(spirillum)=2~6圈
螺旋体(spirochaete)>6圈
畸形 物理化学因素影响(阻碍细胞发育)
异常形 营养条件影响
衰颓形：菌龄
2 染色
(1)细菌染色法
革兰氏染色
1884年革兰发明的
细节：通过结晶紫初染和碘液媒染后，在细胞内形成不溶于水的复合物。
革兰氏阴性菌沙黄复染红色：革兰氏阳性菌紫色
原因细胞壁的构成不同：
阴：肽聚糖、类脂、
阳: 肽聚糖、磷壁酸、
(2)革兰氏染色法
金黄色葡萄球菌
大肠杆菌
G+菌 肽聚糖含量高，层多厚，交联度大，无类脂
G-菌 肽聚糖含量低，层少薄，交联度小，类脂多
(二)构造
1 细菌细胞的一般构造
(1)细胞壁
(2)细胞膜和间体
(3)细胞质
(4)核质体
2 细菌细胞的特殊构造
(1)荚膜
(2)鞭毛
(3)芽孢
(1)细胞壁
位于细胞最外的一层厚实、坚韧的外被，主要由肽聚糖构成，有固定外形和保护细胞等多种功能。
肽聚糖
肽聚糖单体
双糖单位
N-乙酰葡萄糖胺(G)
N-乙酰胞壁酸(M)
肽尾
短肽(4~5个氨基酸)
肽桥
1~5个氨基酸
磷壁酸
功能
G+抗原(表面抗原决定因子为磷壁酸)
噬菌体的吸附位点
聚集阳离子Mg2+
保持胞壁透性
激活酶活性
G+特有的
同肽聚糖混在一起的
是一类 分子比较短(6~9个) 的阴离子多聚物
以 甘油磷壁酸 为主链
核糖醇磷壁酸
脂多糖
G-特有的
位于外壁外层
是一类 厚度8~10nm
类脂+各种多糖
功能
保护作用、屏障作用
浓缩阳离子Mg2+、Ca2+
噬菌体吸附位点
G-表面抗原
内毒素物质基础
外壁层中的蛋白质
外膜蛋白与周质空间(Periplasmic space)
水解酶、合成酶，结合蛋白
2 特殊结构
(1)荚膜capsule
某些细菌壁外存在着一层厚度不定的胶状物质。
多糖
多肽
非必需的
储藏养料，堆积代谢产物
保护作用
附着的物质基础
种类
意义
鉴定菌种
制成代血浆或Sephadex
污水处理
三次采油
微荚膜
荚膜
粘液层
(3)芽孢Endospore
某些细菌在其生长发育后期，可在细胞内形成一个圆形或椭圆形抗逆性休眠体。
芽孢的形成
图示为苏云金芽孢杆菌。
二 细菌群体形态
菌落(colony)
以母细胞为中心的、肉眼可见的、有一定形态构造的子细胞群体。
克隆(clone)
如果菌落是由一个单细胞发展而来的，则它就是一个纯种细胞群或克隆。
菌苔(lawn)
大量细胞密集地接种到固体培养基表面，结果长成的“菌落”连成一片。
菌落形态是个体形态的集中表现
个体 群体
球状体 小、圆、隆起
杆状 大、圆、隆起
大、扁平
鞭毛 很大、不规则
芽孢 透明度差，皮肤
状皱褶
荚膜群体 透明度高，鼻
涕状，菌落大

第二节 放线菌Actinomycetes
一 定义：是一类呈菌丝状生长、主要以孢子繁殖和陆生性较强的原核生物。
二 放线菌近细菌特征
原核
菌丝直径与细菌相仿
细胞壁的主要成分是肽聚糖
有鞭毛的放线菌孢子同细菌鞭毛相同
放线菌噬菌体同细菌的相似
pH值同多数细菌相似，呈碱性
DNA重组方式同细菌同
核糖体为70S
对溶菌酶敏感
同细菌有相同敏感的抗生素
三 放线菌的分布
土壤
空气、水体、反刍动物肠道
四 放线菌的作用
利 产生抗生素、生产酶制剂、提取维生素、固氮作用
害 动植物病害
结核杆菌
麻风杆菌
疮痂病
五 放线菌的形态构造
(一)形态构造
1 基内菌丝
2 气生菌丝
3 孢子丝
吸收营养
(二)放线菌的繁殖
横割分裂
干燥、小、密
菌落表面颜色为孢子丝颜色
菌丝细，直径同细菌类似
菌丝密
菌落边缘下陷，难以挑起。
六 放线菌的菌落
第三节 蓝细菌(cyanobacteria)
异型胞
第四节支原体、立克次氏体和衣原体
一 支原体(Mycoplasma)
类菌质体、类胸膜肺炎微生物
是一类无壁、G-、能通过细菌滤器、可以人工培养的最小型原核生物。
特征
无细胞壁，多形(可通过细菌滤器、对抑制细胞壁的青霉素和溶菌酶不敏感、对抑制蛋白质的抗生素敏感
膜(外、中、内)三层
二等分裂、少芽殖
菌落形态：油煎蛋状
二 立克次氏体(Rickettsia)
是一类只能寄生在真核生物细胞内的革兰氏阴性原核微生物。
特征
有细胞壁(对抑制细胞壁的青霉素和溶菌酶敏感
二等分裂
有不够完整的产能代谢途径，利用谷氨酸产能而不能利用葡萄糖
三 衣原体(Chlamydia)
是一类在真核细胞内营专性能量寄生的小型革兰氏阴性原核生物

生活史
萤光抗体染色，黄绿色为衣原体
能量寄生物
原体
小细胞(壁厚)
寄主细胞
始体(空泡)
大细胞(壁薄)
包涵体
破裂
大量繁殖
感染
第三章 微生物的形态和构造(二)真核微生物Eukaryotic Microorganism
凡是细胞核具有核膜，能进行有丝分裂，细胞质中存在线粒体或同时存在叶绿体等细胞器的微小生物，就称为真核微生物，包括真菌，原生动物和显微藻类三大类；其中真菌又分为酵母菌，霉菌和大型真菌（覃菌）三类。
第一节 酵母菌--单细胞真菌 Saccharomycetaceae
酵母菌在自然界分布很广，主要生长在偏酸性的含糖环境中。其形态通常呈球状，卵圆状，椭圆状等，可进行无性繁殖和有性繁殖。
无性：出芽生殖、裂殖
、产掷孢子
有性：子囊孢子
二 酵母菌繁殖
假菌丝
生活史
营养体为n或2n
营养体只为n
营养体只能2n
啤酒酵母生活史
三 酵母菌菌落
湿润、光滑
稠厚、不透明
边缘整齐
色调单一
啤酒酵母菌落
红酵母菌落
第二节 霉菌——丝状真菌Mould, Mold
霉菌：喜温湿，具丝状、绒毛或蛛丝网状的菌丝体，陆生性强，无大型子实体，易引起工农业产品变的真菌。
the fruiting body of the Lamproderma slime mold
霉菌菌落
图示为青霉菌，左为灰黄青霉菌，右为产黄青霉菌。
图示为黑曲霉菌落。
松：菌丝粗，分布散
干：丝状、粉状
大：同细菌、放线菌菌落比较
颜色：基内菌丝、气生菌丝、孢子
四大类微生物菌落形态特征的比较
第四章 微生物的形态和构造(三)非细胞型生物
病毒--核蛋白体
核酸
蛋白质
病毒
类病毒
亚病毒 拟病毒
朊病毒
活的证据：有繁殖、传播疾病的能力
死的证据：可被结晶。结晶性具僵硬、固定、排列规矩
第一节 病毒
病毒是
超显微的大分子生物
无细胞结构
只含一种核酸
专性活细胞内寄生
体外可以无生命状态存在且保持其侵染性
特点：
小
可通过细菌滤器
成分：一种核酸+蛋白质
缺乏酶类、无核糖体、无蛋白质合成系统
专性活细胞内寄生
可结晶，且可在外界长期保存
特殊的繁殖方式：复制+装配
对干扰素敏感，对抗生素不敏感
一 病毒形态构造和化学组成
(一I病毒的大小
单位为nm，即10-9mm
(二) 病毒的形态
1 典型的病毒粒子

核衣壳
病毒粒子
包膜
核心：DNA或RNA
衣壳：衣壳粒蛋白
2 构型
(1)烟草花叶病毒(TMV)---螺旋对称
衣壳
衣壳蛋白：占95%，2130个衣壳粒
核心RNA：占5%，ssRNA
300nm ÷ 2.3nm/圈 = 130圈
130圈 × 16 1/3 个/圈=2130
(2)腺病毒(ADENOVIRUS)---二十面体立体对称
1953年发现
形状：二十面体
腺质体
致病性：消化道炎症等。
12个顶角
20个面
30个边
衣壳：252个衣壳粒
12个五邻体，240个六邻体
核心：dsDNA，线状
(3)T偶噬菌体---复合对称
头部
尾部
目前噬菌体基本形态分为3种
蝌蚪形 > 微球形 > 丝状
椭圆形20面体
衣壳粒212
内含DNA和中心蛋白
螺旋对称
衣壳粒144个
注射核酸的通道
3 病毒群体形态
包涵体：某些感染病毒的宿主内，出现光镜可见的大小、形态和数量不等的小体。
噬菌斑：把适量噬菌体倒在充满细菌的营养琼脂表面，培养一定时间后噬菌体裂解细菌后留下的空斑。
空斑、病斑：动物单层细胞培养病毒后留下的，类似于噬菌斑。
枯斑：病毒作用于植物留下的局部坏死部分。
(三)病毒的化学组成
1 病毒的核酸
RNA多为ss，DNA多为ds
2 病毒的蛋白质
结构蛋白：位于颗粒外表，起保护作用；决定病毒的抗原性
酶蛋白：分解性酶；合成性酶
病毒侵入后的三种结局
裂性噬菌体增殖
吸附、侵入、增殖(复制)、装配、释放
二 病毒的繁殖
---以噬菌体为例
1 吸附
位点：受体、性菌毛等
过程：随机碰撞、尾丝散开、固着、刺突插入、基板固定
感染复数(multiplicity of infection)：每一敏感细胞可吸附的相应噬菌体的数量。
自外裂解(lysis from without)
2 侵入
过程：尾丝展开、释放溶菌酶、尾丝尾鞘收缩、DNA注入
动物病毒借助胞饮作用或直接穿过膜，植物病毒则通过伤口或昆虫刺吸传染
3 增殖
(1)核酸复制
核酸复制
核酸转录
蛋白质合成
DNA病毒(poxvirus)的复制
4 装配
DNA分子的缩合
通过衣壳包裹DNA而形成头部
尾丝和尾部其它部件独立装配完成
头部与尾部相结合
装上尾丝
成熟的病毒粒子从被感染细胞内转移到外界的过程。
没有包膜的病毒合成溶解细胞的酶，引起内裂解。
有包膜的病毒以下图方式进行：
5 释放
四 溶源性
溶源性：温和噬菌体侵入宿主细胞后产生一种新的特性，称为溶源性。
1 温和噬菌体(temperate phage)：噬菌体吸附或侵入细胞后，其DNA只整合在宿主核染色体组上，并可长期随宿主DNA的复制而同步复制，一般不进行增殖或引起宿主细胞裂解的噬菌体。

原噬菌体(前噬菌体)：整合在宿主染色体上的温和噬菌体核酸。

游离态：具感染性的病毒粒子
整合态：原噬菌体，附着或整合在细菌染色体上
营养态：在宿主细胞内指导特定的病毒核酸和蛋白质的合成
2 溶源性细菌：含有原噬菌体(温和噬菌体)的细菌称为溶源性细菌。
溶源性细菌基本特性：
(1) 溶源性是溶源性细菌的一个极其稳定的遗传特性
(2) 自发裂解
(3) 诱发裂解
(4) 具“免疫性”
(5) 溶源性细菌的复愈：非溶源化
(6) 溶源转变：可获得一些新的生理特性
E. coli K12 (λ):表示一株带有λ前噬菌体的大肠杆菌K12溶源菌株。
三 逆转录病毒(Retrovirus)的复制、增殖和致癌原理
1 癌症：
现在知道是受累组织生长紊乱而又不受约束。现知约200多种，15%为病毒所引起，另主要为突变所引起。
2 逆转录病毒：
Temin(1964年) 研究劳斯肉瘤病毒(RSV)，提出的前病毒学说(provirus theory) 。1970年发现了逆转录酶，荣获了诺贝尔医学和生理学奖。
逆转病毒是一类具有包膜的、含ssRNA的球状病毒，呈二十面体。它除含有一些一般病毒所具有的ssRNA、蛋白质、脂肪和糖类外，还含有反转录酶(reverse transcriptase)、核糖核酸酶H(RNase H可降解RNA-DNA杂种分子中的RNA链)、转化蛋白和DNA连接酶等，
艾滋病数字

近二十年来1600万人受感染而死
全球感染者累计已达5000万
1999年有260万人因之死亡
新感染者中儿童和青少年居多，全球1999年儿童新感染者为560万
“重灾区”为女性，感染者人数超过男性
个别南部非洲国家有1/4的人口感染
去年全球每分钟有11人感染
目前非洲每天为此举行5500个葬礼
在不到十年的时间，我国的HIV-1携带者由1千余人上升到30万
我国感染者60%为吸毒者注射毒品时感染病毒，其次为性行为传播和母婴关系传播
3 艾滋病-获得性免疫缺损综合症
80年代流行的AIDS(acquired immune deficiency syndrome)，病原体为人类免疫缺损病毒(HIV，human immnodeficiency virus)。
猿免疫缺损病毒(SIV，simian immnodeficiency virus)
人类免疫缺损病毒(HIV，human immnodeficiency virus)
艾滋病(AIDS，acquired immune deficiency syndrome)
艾滋病病毒起源：一是认为这是美国政府的一个生物武器试验；二是认为HIV病毒来源于科学家们早期在非洲对脊髓灰质炎疫苗的试验。
HIV感染人体时先由其表面糖蛋白gp120与人辅助T细胞(即T4细胞)表面蛋白CD4特异结合，gp120流在细胞表面而病毒进入T4细胞内。在逆转录酶作用下，以RNA为模板由病毒DNA聚合酶催化得到原病毒DNA并整合到宿主细胞DNA基因组中进行繁殖。由于gp120都留在T4细胞表面，使得其像HIV病毒一样可以去感染另一个T4细胞而形成大的多核合胞体。
T4细胞被感染，则失去免疫功能，人则患上爱滋病。 这样，使人体变为没有军队的国家，只能招募“雇佣军”--抗生素。一旦雇佣军不济时则全线崩溃，死于象肺结核、肝炎及生理上的一些常见疾病。
第二节 亚 病毒
类病毒：最小的、只含RNA一种成分、专性细胞内寄生的分子生物。
拟病毒：包裹在植物病毒中的类病毒。
病毒
类病毒
亚病毒 拟病毒
朊病毒
prion diseases
Scrapie: sheep羊搔痒病
TME (transmissible mink encephalopathy): mink
CWD (chronic wasting disease): muledeer, elk
BSE (bovine spongiform encephalopathy): cows疯牛病
CJD (Creutzfeld-Jacob Disease): human克-雅氏病
朊病毒(Prion)：普列昂：Protein infection 蛋白质侵染因子，是一类能侵染动物并在宿主