《微生物学》课程教学大纲.doc

微生物学课程教学大纲一、课程基本信息 1.课程代码：1201022.课程名称：微生物学3.学时/学分：51学时/3学分4.开课系（部）、教研室：生命科学系、生物工程教研室5.先修课程：普通生物学、生物化学6.面向对象： 生物工程专业二、课程性质与目标1.课程性质：微生物学是一门研究微生物的形态结构及其生命活动的科学。以微生物作为研究材料，往往会加速生物学基本问题研究的进展；微生物与人类健康息息相关，在工业、农业、生态环境保护等行业有着广阔的应用领域，构成了现代生物技术的基础；微生物还在基因工程、发酵工程、酶工程、细胞工程等工作中起着十分重要的作用。因而微生物学是生物工程专业一门必修的专业基础课程，直接关系到人才培养目标的实现。微生物学通常在基础生物学、生物化学等先行课程之后开设，为学生进一步学习细胞生物学、遗传学、分子生物学、生态学等课程奠定了基础。2.课程目标：通过本课程的学习，要求掌握微生物的形态结构、营养代谢、生长繁殖、遗传变异、生态及免疫学的基础知识，了解微生物与人类生活的关系以及在生产实践中的应用。在教学中，还要培养学生严谨的科学态度与分析问题、解决问题的能力；并使学生了解该学科的发展前沿、热点和问题，为学生今后的学习及工作实践打下宽厚的基础。三、教学基本内容及要求第一章 绪 论(3课时)（一）教学的基本要求通过本章的课堂教学，引导学生走进微生物世界，了解微生物是什么？做什么？以及它们与人类的特殊关系；了解微生物的发现与微生物学发展；明确微生物学作为一门独立学科在生命科学发展中的重要作用和地位；展望未来，激发学生的学习兴趣和明确肩负的重任。（二）教学具体内容1.微生物与人类的关系(1课时)2.微生物科学(1课时)2.1微生物学的研究对象及其分类地位2.2微生物的特征2.3微生物学研究内容及其分科3. 微生物的发现与微生物学的发展(1课时)3.1微生物的发现3.2微生物学的奠基3.3现代微生物学的发展与展望3.4我国微生物学发展的概况（三）教学重点和难点1.重点：微生物的发现和微生物学的建立与发展；2.难点：微生物的类群及特点。（四）思考题1.用具体事例说明人类与微生物的关系。2.为什么说巴斯德和柯赫是微生物学的奠基人？3.为什么微生物学比动、植物学起步晚，但却发展非常迅速?4.简述微生物学在生命科学发展中的地位。5.试述微生物学的发展前景。第二章 微生物的纯培养和显微技术(2课时) （一）教学的基本要求通过本章的教学，使学生微生物学研究的基本技术，即无菌技术、纯种分离技术、培养技术和显微技术，使他们了解微生物学的基本研究方法和研究手段，为后面介绍其他微生物学相关知识打下基础。（二）教学具体内容1. 微生物的分离和纯培养(1课时)1.1无菌技术1.2用固体培养基分离纯培养1.3用液体培养基分离纯培养1.4单细胞（孢子）分离1.5选择培养分离1.6二元培养物2. 显微镜和显微技术(1课时)2.1 显微镜的种类及原理2.2 显微观察样品的制备（三）教学重点和难点1.重点：微生物研究的基本技术2.难点：微生物纯培养技术（四）思考题1.如果希望从环境中分离得到厌氧固氮菌，你该如何设计实验?2.为什么光学显微镜的目镜通常都是15?是否可以采用更大放大倍率的目镜(如30)来进一步提高显微镜的总放大倍数? 3.为什么透射电镜和扫描电镜对样品厚度与大小的要求有如此大的差异？能否用扫描电镜来观察样品的内部结构，而用透射电镜来观察样品的表面结构?4.试论电子显微镜在进行生物样品制备与观察时应注意的问题。5对细菌的细胞形态进行观察和描述时应注意哪些方面?你是否能很快地在显微镜下区分同为单细胞的细菌、酵母菌和原生动物?第三章 微生物细胞的结构与功能(8课时)（一）教学的基本要求通过本章的教学，使学生掌握各种微生物，包括细菌、古生菌和真核微生物的基本结构特点和生活特性，了解微生物的多样性。（二）教学具体内容1原核微生物(5课时)1.1真细菌一般结构：细胞壁、细胞膜、细胞核、细胞质及其内含物特殊结构：荚膜和粘液层、鞭毛和纤毛、芽孢、伴孢晶体。2. 古生菌(1课时)2.1 概念的提出2.2 细胞形态2.3 细胞结构 3. 真核微生物(2课时)3.1 霉菌3.2 酵母菌（三）教学重点和难点1.重点：微生物的基本结构2.难点：细胞壁中肽聚糖的结构与功能（四）思考题1.试对真细菌、古生菌和真核微生物的10项主要形态、构造和生理功能、成分作一比较表。2.试对G- 细菌细胞壁的结构作一表解。3.试用简图表示G+ 和G- 细菌肽聚糖单体构造的差别，并作简要说明。4.试列表比较G+ 与G- 细菌间的10种主要差别。5.试述细菌革兰氏染色的机制。第四章 微生物的营养(3课时)（一）教学的基本要求通过本章的课堂教学，使学生了解微生物生长繁殖的规律，掌握微生物生长的测定方法，及各种物理、化学因素对微生物生长的影响。（二）教学具体内容1.微生物的营养物质(1课时)1.1 微生物的化学组成1.2 营养物质及其生理功能1.3 微生物的营养类型2. 培养基(1课时)2.1配制培养基的原则2.2培养基的类型及其应用3. 微生物对营养物质的吸收(1课时)3.1简单扩散3.2促进扩散3.3主动运输3.4膜泡运输（三）教学重点和难点1.重点：细菌的营养要求；微生物的营养类型。2.难点：选用和设计培养基原则（四）思考题1.为什么生长因于通常是维生素、氨基酸、嘌呤和嘧啶，而葡萄糖通常不是生长因子?2.以紫色非硫细菌为例，解释微生物的营养类型可变性及对环境条件变化适应能力的灵活性。3.如果要从环境中分离得到能利用苯作为碳源和能源的微生物纯培养物，你该如何设计实验?4.某些微生物对生长因子的需求具有较高的专一性，可利用它们通过“微生物分析” (microbiological assay)对样品中维生素或氨基酸进行定量。试设计实验利用某微生物对某一样品维生索B的含量进行分析。5.以伊红美蓝(EMB)培养基为例，分析鉴别培养基的作用原理。第五章 微生物的代谢(5课时)（一）教学的基本要求要求掌握微生物代谢的特点、微生物发酵的概念及其主要类型；有氧呼吸和无氧呼吸的概念、特点和主要类型，生物固氮作用、细菌的光能自养作用和化能自养作用。（二）教学具体内容1.微生物对自然界有机物质的分解(1课时)1.1 纤维素的分解1.2 淀粉的分解1.3 果胶质的分解1.4 木质素和芳香族化合物的分解1.5 蛋白质和氨基酸的分解1.6 有机农药的分解2.异养微生物的产能代谢(3课时)2.1 生物氧化2.2 异养微生物的生物氧化2.3 自养微生物的生物养化2.4 能量转换3.耗能代谢(1课时)3.1 细胞物质的合成3.2 其它耗能反应：运动、运输、生物发光4.微生物代谢的调节(0.5课时)4.1 酶活性的调节4.2 分支合成途径的调节5.微生物的次级代谢与次级代谢产物(0.5课时)5.1次级代谢与次级代谢产物5.2 次级代谢的调节（三）教学重点和难点1.重点：细菌群体生长规律2.难点：连续培养（四）思考题1.比较酵母菌和细菌的乙醇发酵。2.试比较底物水平磷酸化、氧化磷酸化和光合磷酸化中ATP的产生。3.什么是无氧呼吸?比较无氧呼吸和有氧呼吸产生能量的多少，并说明原因。4.比较自生和共生生物固氮体系及其微生物类群。5.比较光能营养微生物中光合作用的类型。6.简述化能自养微生物的生物氧化作用。第六章 微生物的生长繁殖及其控制(4课时)（一）教学的基本要求通过本章的课堂教学，使学生了解微生物生长繁殖的规律，掌握微生物生长的测定方法，及各种物理、化学因素对微生物生长的影响。（二）教学具体内容1.细菌的个体生长(0.5课时)1.1 细菌染色体的复制与分离1.2 细菌细胞壁的扩增1.3 细菌分裂与调节2.细菌的群体生长(2课时)2.1 细菌群体生长规律2.2 生长的数学模型2.3 同步生长2.4 连续培养3.真菌的生长与繁殖(0.5课时)3.1 丝状真菌的生长繁殖3.2 酵母菌的生长繁殖4.环境对生长的影响及生长的测定(0.5课时)4.1 环境对微生物生长的影响4.2 微生物生长的测定5.微生物生长繁殖的控制(0.5课时)5.1控制微生物的化学物质5.2控制微生物的物理因素（三）教学重点和难点1. 重点：细菌群体生长规律2. 难点：连续培养（四）思考题1.试述单个细菌细胞的生长与细菌群体生长的区别。2.用来测定细菌生长量的直接计数法和间接计数法一般采用什么具体的方法?并从实际应用、优点、使用的局限性3个方面加以具体分析。3.封闭系统中微生物的生长经历哪几个生长期?以图表示并指明各期的特点。如何利用微生物的生长规律来指导工业生产?4.详述嗜冷菌、嗜温菌、嗜热菌和极端嗜热菌的不同。5.近年来是什么原因导致抗生素不敏感的抗性菌株的增多?第七章 病 毒(4课时)（一）教学的基本要求通过本章的课堂教学，使学生了解病毒，包括噬菌体、动植物病毒等的形态结构和生活周期，掌握反映病毒生长繁殖规律的一步生长曲线的原理和实验方法，及有关病毒非增殖性感染特别是噬菌体溶原性反应的基本概念。（二）教学具体内容1.病毒的形态结构(2课时)1.1 病毒的大小1.2 病毒的基本形态：球状体、杆状体、丝状体、砖状体、弹状体、蝌蚪状体1.3 病毒的基本结构：简单病毒和有被膜病毒的结构。病毒衣壳的对称方式：螺旋对称(TMV)、立方体对称(腺病毒)、复合对称(T4噬菌体)。1.4 包涵体：概念、特征1.5 病毒的化学组成蛋白质，核酸，其它成分2.病毒的复制(1课时)2.1 病毒的复制周期吸附，侵入，生物合成，装配，释放2.2 溶原性2.3 一步生长曲线 3. 病毒的分类与命名(0.5课时)3.1病毒的分类原则3.2 病毒的命名规则3.3 病毒的分类系统4.亚病毒因子(0.5课时)4.1 卫星病毒4.2 卫星RNA4.3 类病毒4.4 朊病毒（三）教学重点和难点1.重点：病毒的结构；病毒的复制。2.难点：噬菌体的繁殖过程、一步生长曲线（四）思考题1.病毒区别于其他生物的特点是什么? 2.亚病毒因子有哪些类，各有何特点? 3.病毒学研究的基本方法有哪些，这些方法的基本原理是什么? 4.病毒壳体结构有哪几种对称形式?毒粒的主要结构类型有哪些? 5.病毒的复制循环分为哪几个阶段，各个阶段的主要过程如何? 第八章 微生物的遗传(4课时)（一）教学的基本要求通过本章的课堂教学，使学生了解细菌的染色体基因组及染色体外的遗传因子（质粒和转座子）的结构和基本特点，掌握微生物基因突变、遗传的基本规律，并在此基础上了解微生物菌种保藏的基本理论和实验方法。（二）教学具体内容1.微生物的遗传物质(0.5课时)1.1 DNA作为遗传物质1.2 RNA作为遗传物质1.3 质粒和转座因子2.微生物的基因组结构(0.5课时)2.1 杆菌的基因组2.2 啤酒酵母的基因组2.3 詹氏甲烷球菌的基因组3.基因突变及其修复(1课时)3.1 基因突变的类型及其分离3.2 基因突变的分子基础3.3 DNA损伤的修复4.细菌的基因转移和重组(1.5课时)4.1 细菌的接合作用4.2 细菌的转导：概念、发现、普遍性转导和局制性转导、转导的普遍性4.3 细菌的遗传转化4.4 基因定位和基因组测序5.微生物育种(0.5课时)5.1 诱变育种5.2 内基因重组育种5.3 DNA Shuffling技术（三）教学重点和难点1.重点：微生物突变和重组的主要规律2.难点：对转化、接合和转导实验的理解（四）思考题1.在人类基因组计划的执行甲，为什么要进行以微生物为主体的模式生物的全基因组序列测定?哪几种生物分别是已完成全基因组测序的第一个独立生活的生物?第一个真核生物?第一个自养生活的生物?2.请设计实验来决定在一种特定的细菌中发生的遗传转移过程是转化、转导还是接合?说明每一种的预期结果。设想有下列条件和材料可以利用：(1)合适的突变株和选择培养基。(2)DNase(一种降解裸露DNA分子的酶)。(3)两种滤板：一种能够持留细菌和细菌病毒，但不能持留游离的DNA分子；另一种滤板只能持留细菌。(4)一种可以插入滤板使其分隔成两个空间的玻璃容器(如u型管)。 3.根据突变的光复活修复作用、原理，你认为在进行紫外线诱变处理时，应注意什么?为了使被诱变的细胞能均匀地受到紫外线照射，你将如何做?4Hfr F-和F+ F-杂交得到的接合子都有性菌毛产生吗?它们是否都能被M13噬菌体感染呢?第九章 微生物与基因工程(2课时)（一）教学的基本要求主要掌握微生物进化的测量指征、细菌的分类单元和微生物分类鉴定的特征；了解三域学说及微生物系统发育树；了解微生物的类群和微生物资源的开发利用。（二）教学具体内容1.基因工程概述(0.5课时)1.1 基因工程的发展历史1.2 基因工程的基本过程1.3 微生物与基因工程的关系2. 微生物与克隆载体(0.5课时)2.1 质粒克隆载体2.2 噬菌体克隆载体2.3 柯斯质粒载体2.4 M13噬菌体载体2.5 噬菌体质粒载体2.6 真核生物的克隆载体2.7 人工染色体3.微生物与基因工程工具酶(0.5课时)3.1 限制性核酸内切酶3.2 DNA连接酶4.微生物作为克隆载体的宿主 (0.5课时)4.1 宿主的基本要求与性质4.2 原核生物宿主4.3 真核生物宿主4.4 外源DNA导入宿主细胞4.5 基因文库与CDNA文库的构建4.6 重组体的筛选与鉴定5.表达载体的构建5.1 表达载体中调节开关的作用5.2 表达系统的要求与主要调控元件5.5 非融合蛋白的表达5.6 融合蛋白的表达6.DNA 的合成、体外扩增和定位诱变6.1 DNA 的合成6.2 PCR扩增技术物原理和应用6.3 DNA 的定位诱变7.基因工程的应用及展望7.1 基因工程药物7.2 转基因动、植物7.3 基因治疗7.4 基因工程在微生物研究中的应用7.5 基因工程研究展望（三）教学重点和难点1.重点：基因工程的基本过程和基本技术2.难点：真核微生物的基因重组及基因工程操作原理（四）思考题1从基因工程的基本过程和基因工程的应用及展望两个方面来说明微生物与基因工程的关系。2为什么DNA文库可以直接用于原核生物的目的基因筛选，而不能用于真核生物的目的基因筛选？真核生物目的基因筛选常用的方法是什么？第十章 微生物生态(5课时)（一）教学的基本要求通过本章的课堂教学，使学生了解微生物在自然分布的特点及与人类生活的密切关系，掌握微生物与其生活在一起的其它生物之间的相互关系，及微生物在自然界物质循环中的重要作用。（二）教学具体内容1.微生物在生态系统中的作用(1课时)1.1 微生物在生态系统中的角色1.2 微生物与生物地球化学循环2.生态环境中的微生物(2课时)2.1 土壤中的微生物土壤是微生物栖息的良好场所，2.2 土壤中的微生物及其分布2.3 水体中的微生物水体中的微生物淡水和海水中的微生物，水体中的主要病原微生物，水的细菌学检验2.4 空气中的微生物2.5 极端环境下的微生物2.6 生物体内的微生物及病原微生物的传播3.微生物与环境保护(2课时)3.1 生物对污染物的降解与转化3.2 重金属的转化3.3 污染介质的微生物处理3.4 污染环境的生物修复3.5 环境污染的微生物监测（三）教学重点和难点1.重点：微生物在自然界分布的特点；微生物与其它生物之间的关系。2.难点：微生物与生物环境间的关系（四）思考题1.简述微生物作为重要成员在生态系统中所起到的重要作用。2.在含有难降解污染物污水的生物处理中，向污水处理系统加一定量高效降解菌的生物强化(过去称为投菌法)可以提高处理效果，请从微生物群落组成和功能的角度作出理论解释。3.某一化学农药厂合成一种化学农药，请你提一种实验方法来评价这种农药的生物降解性。4.污水处理也可以说是一种微生物培养过程，试从微生物的基质利用、培养方式和培养目的与微生物的工业发酵进行对比。第十一章 微生物的进化、系统发育和分类(2课时)（一）教学的基本要求主要掌握微生物进化的测量指征、细菌的分类单元和微生物分类鉴定的特征；了解三域学说及微生物系统发育树；了解微生物的类群和微生物资源的开发利用。（二）教学具体内容1.进化的测量指征(0.5课时)1.1进化指征的选择1.2 rRNA作为进化指征1.3 三域学说与系统发育树2.细菌分类(0.5课时)2.1 分类单元及其等级2.2 细菌分类的伯杰氏手册3.微生物分类鉴定的特征和技术(0.5课时)3.1 形态学和生理生化特征3.2 血清学试验与噬菌体分型3.3氨基酸顺序和蛋白质分析3.4 核酸的碱基组成和分子杂交3.5 遗传重组4.微生物物种多样性(0.5课时)4.1真细菌的多样性4.2古细菌的多样性4.3 真核微生物的多样性4.4 微生物资源的开发利用和保护（三）教学重点和难点1. 重点：微生物进化的测量指征；三域学说。2. 难点：微生物的分类和鉴定（四）思考题1.为什么16S(18S)rRNA目前被挑选作为研究微生物进化的主要对象?2.试述古生菌和细菌的主要区别。3.为什么在从事微生物的工作中不仅要注意种名还要注意菌株名称?4.外单位送来一个细菌培养物要求鉴定，你如何将其鉴定到种?(说明工作步骤)5.现代微生物分类主要根据基因型特征来建立分类单元，基因型特征的测定通常都需要高新的复杂技术，而以实用为目的菌种鉴定却希望采用更易于测定的表型特征，你认为如何解决这一矛盾? 第十二章 传染与免疫(4课时)（一）教学的基本要求主要掌握微生物进化的测量指征、细菌的分类单元和微生物分类鉴定的特征；了解三域学说及微生物系统发育树；了解微生物的类群和微生物资源的开发利用。（二）教学具体内容1.细菌性传染(1课时)1.1 细菌性传染的机制1.2 环境因素对细菌性传染的影响 2. 非特异性免疫(1课时)2.1 生理屏障2.2 体液因素2.3 细胞因素2.4 炎症3.宿主的特异性免疫(1课时)3.1特异性免疫的一般概念3.2 抗原和抗体3.3 细胞介导的体液免疫3.4 T细胞介导的细胞免疫3.5 克隆选择与免疫耐受性4.免疫病理(0.5课时)4.1超敏反应4.2 自身免疫病4.3 移植免疫4.4 免疫缺陷4.5 肿瘤免疫5.免疫学的实际应用(0.5课时)5.1 抗体的制备及应用5.2 免疫学技术5.3 免疫预防（三）教学重点和难点1. 重点：特异性免疫2. 难点：血清学反应规律（四）思考题1.机体对细胞内毒素和细菌外毒素的免疫应答有何不同?2.机体内有哪些具有杀伤功能的细胞?简要说明其特点。3.参与产生抗体的细胞有哪几种?简要说明各自的作用。4.吞噬细胞的功能可因哪些体液因子的作用而增强?5.补体激活后可能产生对机体有利的免疫也可能造成自身损伤，试举例说明。第十三章 微生物工业和产品(2课时)（一）教学的基本要求要求了解微生物发酵的菌种和发酵特征；了解工业发酵的方式；了解微生物工业的主要产品；了解微生物在冶金、能源领域的应用。（二）教学具体内容1. 工业发酵的菌种和发酵特征(0.5课时)1.1 生产菌种的要求和来源1.2 大规模发酵和特征2. 工业发酵方式(0.5课时)2.1 连续发酵2.2 固定化细胞发酵2.3 固体发酵2.4 混合培养物发酵3.发酵的主要产品(0.5课时)3.1 食品和饮料3.2抗生素及其它微生物药物3.3 氨基酸、有机酸、醇、维生素、核甘酸、激素等3.4 酶制剂3.5 微生物农药、肥料和饲料4.微生物在冶金、能源等领域的应用(0.5课时)4.1 微生物冶金4.2 微生物在石油工业中的应用4.3 微生物传感器、燃料电池和DNA芯片4.4 微生物塑料、功能材料4.5 海洋微生物的开发利用（三）教学重点和难点1.重点：微生物发酵的特征2.难点：固定化细胞发酵、微生物冶金（四）思考题1.大规模工业微生物发酵生产与实验室微生物发酵试验有哪些异同？2.某发酵厂生产产品的质量，不同的年批次差别大,请分析其原因。3.要获得用