第3章 教案(微生物工程).doc

第2章 教学安排的说明章节题目：原核微生物学时分配：6学时 第一节 微生物代谢的自我调节第二节 微生物的代谢调控第三节 提高代谢产物产量的方法第四节 代谢工程2.1 细菌 4学时 2.2 放线菌 2学时本章教学目的与要求：使学生掌握细菌的一般和特殊结构，革兰氏染色的原理；了解放线菌、篮细菌及其他原核微生物的形态、结构与繁殖。课 堂 教 学 方 案课题名称、授课时数：第一节 微生物代谢的自我调节 2学时授课类型（理论课、实验课、技法课、习题课等）：理论课教学方法与手段（讲授、讨论、指导、多媒体等）：多媒体教学目的要求：使学生掌握细菌的一般和特殊结构，革兰氏染色的原理教学重点、难点：1. 细菌的一般和特殊结构2. 鞭毛、糖被等特殊结构及意义3. 革兰氏染色的原理教学内容及组织安排：第二章 微生物的代谢调控与代谢工程第2章 原核微生物n.指一大类仅含一个DNA分子的原始核区而无核膜包裹的原始单细胞微生物。包括细菌,放线菌，蓝细菌，支原体，衣原体，立克次氏体，螺旋体等等真细菌和古生菌两大类群。(P21图2-1)2.1 细菌n.一大类群结构简单，种类繁多主要以二分裂繁殖和水生性较强的单细胞原核微生物。一，细菌的形态与结构 细菌细胞的形态 1，细菌的大小 常用单位um 杆菌 宽长表示0.5-1um 1-5um 球菌 以直径表示0.5-2um 最小 芬兰科学家 引起尿结石的纳米细菌 d20nm最大 德国 纳米比亚海岸海底沉积物中硫细菌 0.1-0.3mm大0.75mm 2，细菌的形态 基本形态：球状,杆状，螺旋状三种 分别称球菌，杆菌，螺旋菌 球菌：细胞呈球形或椭圆形 单球,双球，链球，等 杆菌：细胞呈杆状或圆柱形 种类最多 螺旋菌：菌体弯曲呈螺旋状的细菌 根据弯曲程度和螺旋次数分为弧菌，螺旋菌 弧菌：弯曲不到一周而呈弓形或逗号形 螺旋菌：弯曲超过一周而呈螺旋状 另：细菌的形态明显受环境条件的影响，有时出现异常形态受培养时间、温度、培养基的组成与浓度等影响。启示在观察比较细菌形态或进行鉴定时，必须注意培养条件的变化而引起的形态变化。条件要适宜、观察要适时。 、细菌细胞的结构 一般结构：细胞壁、细胞膜、细胞质、核区及一些内含物。 特殊结构：鞭毛、糖被、芽孢、伴孢晶体等 P13 图251、 细胞壁 a功能 保护作用 保持细胞外形，提高机械强度。屏障作用 阻拦酶蛋白和某些抗生素等进入细胞，保护细胞免受溶菌酶、消化酶和青霉素等有害物质的损伤。 、为细胞的生长、分裂和鞭毛的？生、运动等所必需。鞭毛运动的支点 、赋予细胞特定抗原性，致病性和对抗生素及噬菌体敏感性。如青霉素 b、细菌的革兰氏染色 细菌小、透明、不易观察研究 1884 丹麦 Gram 发明染色体 将细菌分为两大类：G+G- 染色方法：涂片草酸铵结晶柴初染 碘液媒染 乙醇脱色 沙黄复染 结果 ：菌体呈蓝紫色 G+ 菌体呈红色G- 为什么会出现以上两种结果？二者的区别在哪里？（在于细胞壁的化学组成及结构的不同） c、结构与组成 表21 G+G-细胞壁结构与组成的比较P14 图26项目G+G- 内壁层 外壁层结构厚度2025（2080)2-3 810层次单层多层肽聚糖结构多层75亚单位交膜网格紧密坚固单层 30%亚单位交膜网格较疏松与细胞膜关系不紧密紧密组成肽聚糖占干重和的90%510%无垣酸有10%或无无无脂多糖1-4%无11-22%脂蛋白无有或无有与革兰氏染色相关因素“”主要成分肽聚糖 肽聚糖的组成双糖单位 N-乙酰葡胺G N-乙酰胞壁酸M P14图2-7 肽尾 连M得乳酰基上 肽桥 相邻肽尾相连磷壁酸：大多数G+所特有、 功能：协助肽聚糖加固细胞壁 提高膜结合酶的活力 贮藏P元素 调节细胞壁的增长 形成表面抗原 构成噬菌体吸附的受体层点 磷脂脂多糖层:磷脂与多糖紧密结合形成G-特有的脂多糖 脂蛋白 脂多糖 功能：构成G-致病物质-内毒素的物质基础 保护作用 阻溶菌酶、抗生素、染料侵入 吸附 Mg2+ Ca2+等提高细胞壁的稳定性 重要的抗原因子 决定了G抗原表层的多样性 许多噬菌体吸附的受体d革兰氏染色机制 与细胞壁的通透性有关 通过结晶紫初染和碘液媒染后，在细胞膜内形成了不溶于水的结晶紫-碘复合物 G+由于细胞壁较厚，肽聚糖含量多，且网层次多交联致密网孔小，加之其基体上不含脂类物质，经乙醇脱色，不但不含溶出缝隙，反因肽聚糖层网孔失水而使网孔更小。因此能把结晶紫-碘复合物等等留在壁内，使其呈蓝紫色，经复染，仍会呈蓝紫色。 G-由于细胞壁内较薄，肽聚糖含量低，且单层网，交联度差，网孔较大，且外层壁层脂含量多，经乙醇脱色，外壁层脂类物质溶解使网孔更大，造成结晶紫-碘复合物溶出。细胞褪为无色。再经过沙黄等复染，使菌体呈现沙黄的颜色。即红色。 思考：革兰氏染色哪一步可省略？为什么？e,细胞壁缺损型 缺壁突变L形细菌 G+ G- 缺壁细菌 基体去尽原生质体G+ 人工去壁 部分去掉球状体G 原生质体 用溶菌酶除尽细菌原有细胞壁或用青霉素抑制新生细胞壁合成后剩下的部分. 一般 G+ 球形,有鞭毛但不能运动.对环境敏感，亦不能被相应噬菌体感染，但比正常细菌更容易导入外源DNA,是研究遗传物质交换和重组的理想材料+ 本身无繁殖功能,壁再生后可恢复 原生质体 球状体 原生质体融合技术 ,球状体（原生质球） 用溶菌酶+EDTA处理G-除去部分细胞壁的细菌 除去肽聚糖 保留着外壁层的脂多糖脂蛋白 故较原生质体对外界环境有一定的抗性 LPS功能 其他特点基本同原生质体。 ，L型细菌 有些细菌经诱导因子作用在一定条件下形成的遗传性稳定的细胞壁缺陷型菌株 G+G-都可 呈多形态 并非L型 最先是由Lister医学院发现的，故为“L型细菌” L型的回复：除去诱导因子后，L型在一定条件下可以恢复产生细胞壁而变为原来的细菌并非一定 不易回复的叫稳定L型； 易回复的叫不稳定L型。 特点：细胞壁缺损使得通透性增加 抗生素等物质易进入(失去屏障租用）亦可失去作用位点 对作用于细胞壁的抗生素有抗性 对于干扰核酸及合成的抗生素更加敏感 L型在工程学，临床医学，流行病学等研究上有重要意义。2，细胞膜 a,结构与组成 基本结构：P19 双层磷脂，其中镶嵌Pr PL 磷脂双分子层(海洋） 2P 套合Pr （冰山） PP 周缘蛋白(船） b，功能 具有选择透过性（渗透屏障）维持细胞内正常渗透压 物质运输 跨膜蛋白 参与膜脂，细胞壁各种成分以及糖被等的生物合成 参与产能代谢，电子传递链，ATP合成酶均位于细胞膜上 分泌细胞壁和糖被的组分，胞外蛋白以及胞外酶 参与DNA复制与子细胞的分离 提供鞭毛的着生位点 鞭毛基体着生位点c,内膜系统 细胞膜内凹延伸展或折叠所形成的结构 如间体，载色体 羧酶体等 间体 又称中体或中间体 细胞膜内延形成的一个或几个片层状、管状或囊状的膜性结构 功能：类似“线粒体”与核分裂，细胞壁隔膜形成，芽孢形成有关。多见于G+载色体（色素体，类衣体） 紫色光合细菌中存在 绿色光合细菌中存在 光合细菌所特有 相当于“叶绿体”光合作用的场所 羧酶体（多角体） 自养细菌特有固定CO2的场所 3，细胞质及内含物 a 细胞质 处于细胞膜内，核区外的无色透明粘液状物质 主要成分：水Pr、核酸、脂类、糖类、无机盐类。 b 内含物 P21-23 核糖体 沉降系数70S（50大亚基与30小亚基组成）S 与分子量 分子形状有关，分子量越大，形状越密集 ，S越高4,核区与质粒 a 核区（原核，拟核，核质体） 组成：一般环状DNA双链 结构：DNA不与RNA Pr结合，高度折叠缠绕，错综复杂的（超线圈）结构。 功能：贮存遗传信息 b 质粒：核外遗传因子。 通常共价闭合环状超螺旋小型双链DNA 少数线性双链DNA和 环状单链DNA。 特点：能自我复制，稳定遗传，也可插入细菌的染色体中或与其他携带的外源DNA片段共同复制增殖。可单独转移，也可携带染色体片段一起转移 大小1-300KB 所以质粒目前成为遗传工程中重要DNA载体之一。5，鞭毛 一端连于细胞膜。一端？细长的波形纤丝状物。 长15-20um 直径10-20um 是细菌的“运动器官 ” 其有无，着生位置，数目及排列都具有分类鉴定意义。 a 着生位置和数目 P 24 一端单生 两端单生 周生 一端丛生 两端丛生 侧生 判断细菌是否具有鞭毛的方法 光学 染色 显微镜观察法 暗场显微镜 直接观察 菌落外形 细菌水浸片或悬滴标本 运动性 半固体培养基穿刺 菌落外形 b,鞭毛的构造 P25 鞭毛丝 鞭毛钩，基体三部分 鞭毛丝 伸在细胞壁外的纤丝状部分 组成鞭毛蛋白亚基 鞭毛钩 近细胞表面连接鞭毛丝与基体部分，弯曲 较短 单一蛋白 基体 埋在细胞壁与细胞膜中的部分 10-13种蛋白 环+小杆 脂多糖层 L环 G-四环 细胞壁 肽聚糖 P环 表面 S环 细胞膜 内 M环 G+双环 S M C.功能 运动旋转论 挥鞭论 1974 （美）西佛曼西蒙 “拴菌”试验 方法：将单毛菌鞭毛游离端用相应抗体牢牢拴在载玻片上，然后在光学显微镜下观察其行为。 若旋转论 菌应如何？ 不断打转 挥鞭论 伸缩运动 后来发现 S-M环周围 为一对 Mat蛋白（驱动该环快速旋转） 基部 Fli蛋白 （据信号让鞭毛正转或逆转） 思考： 鞭毛是细菌的运动器官 是不是有鞭毛的菌都能运动？ 未必 ( cw缺陷型） 是不是所有菌都靠鞭毛运动？ 否 轴丝 气泡 能运动的菌都具有鞭毛？ 大多数细菌都靠鞭毛运动？ 判断是否具有鞭毛的方法是否绝对或充分？6，菌毛（纤毛） 有些细菌表面具有的较鞭毛细、短、直硬且数量较多的细丝。 功能：吸附 似苍耳 淋病病原菌淋病奈瑟氏菌 使某些细菌缠绕在一起在液体表面形成菌膜，获取充分氧气。 是许多G-的抗原菌毛抗原7，性丝（性毛） 尺寸在于大肠杆菌与其他肠道细菌的雄株菌表面 构造成分与纤毛相同，较长、较宽、数量仅一至少数几根。8，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 有明显界面 质地均匀，固定在壁上 荚膜 无明显界面 逐渐稀疏 位固定在壁上 粘液层 利用负染色法可观察到它的存在 有无荚膜是鉴定细菌的依据之一 有荚膜 形成S形菌落 光滑型 无荚膜 形成R形菌落 粗糙型 a,主要成分：水 多糖 或多肽 b,功能： 保护作用 抗干燥 防噬菌体，吸附和裂解，免受白细胞吞噬 致病功能（表面附着作用） 变异链球菌龋齿 分泌葡糖基转移酶 将蔗糖 果聚糖。使细菌牢牢附着于牙齿表面。有细菌发酵产生乳酸，在局部累计后腐蚀牙齿法郎质层。引起龋齿 贮藏养料 以备营养缺乏时重新利用。 c,与人类的关系 有害： 一些致病细菌由于糖被的存在，使得疾病难以防治。 制糖，发酵工业中，污染糖汁和发酵液，影响生产，降低品质。 有益：污水处理 利用其分解 吸附，沉降有害物质。 石油开采中钻井液添加剂或印染业食品业中粘液层中提取多聚糖制备“代血浆” 或多聚糖生化试剂 。 课 堂 教 学 方 案课题名称、授课时数： 2.1 细菌（二） 2.2 放线菌 3学时授课类型（理论课、实验课、技法课、习题课等）：理论课教学方法与手段（讲授、讨论、指导、多媒体等）：讲授教学目的要求：使学生掌握细菌特殊结构芽孢的构造、抗逆机理及研究意义，掌握菌落定义及其特征描述方法，掌握细菌代表属的特点，了解放线菌的一般结构及菌落特征。教学重点、难点：1. 芽孢的构造、抗逆机理及研究意义2.菌落定义及其特征描述方法3.大肠杆菌、金黄色葡萄球菌的特点教学内容及组织安排：2.1 细菌（二）9 芽孢与办孢晶体 （1) 芽孢 a,n 有些细菌在一定生长阶段在细胞内或菌体内形成的一个圆形或同源型，厚壁，折光性强，具有抗逆性的休眠体。 芽孢的形状，位置，大小因种而异。注：内生孢子，但每个营养细胞仅生成一个芽孢。所以芽孢无繁殖功能。 芽孢是细菌的休眠体，具有高度耐热性和抵抗不良环境的作用。但踏兵不是不良环境的产物。所以芽孢形成需要一定外界条件。菌种不同，所需要的条件也不同。大部分芽孢杆菌，在营养缺乏，代谢产物？或温度过高等不良环境下，衰老细胞形成芽孢。而有些细菌则在营养丰富，温度适宜时大量产生芽孢。所以不能把芽孢的形成单纯的理解为不良环境的产物。但芽孢一旦形成，则可以抵抗恶劣环境。（抗热，抗化学药物，抗辐射等）启示：如果生产苏云金芽孢杆菌杀虫菌粉，则需要注意什么？ 首先 研究其芽孢形成的条件 必须在营养充足，温度适宜，通气良好的条件下，幼龄细胞才大量形成芽孢，否则不产生或少产芽孢。 为什么芽孢一旦形成，就可抵抗不良环境条件？ B.芽孢的构造 含水量10%-25%利于抗干燥抗化学物质。 皮层：厚，含吡啶二羧酸 DPA ，大量 Ca2+ 合成吡啶二羧酸钙DPA-Ca 赋予抗热性 渗透压等 芽孢衣：一层或几层，致密，通透性差，抗酶和化学物质透入、 芽孢外壁：有或无 保护层 芽孢抗逆性机制： 抗热：高浓度的DPA-Ca 及含水量极低+酶 渗透调节皮层膨胀学说： 芽孢衣对多价阳离子的透性差，而芽孢层的高离子强度使其具有极高的渗透压，结果，芽孢原生质高度失水兵皱缩成含水量极低的状态，因而产生极强的耐热性。 抗化学物质 芽孢衣的不通透性 原生质的高度脱水状态与物质运输 抗辐射 芽孢衣中含二硫键的氨基酸c，芽孢的形成 芽孢的形成通常是不良环境的产物 通常在必需养料耗尽而停止产生时形成见P30 轴丝形成 芽孢隔壁形成 一大一小 前芽孢形成 抗辐射性提高 原皮层形成 折光率提高 芽孢外衣 皮层发育完毕 芽孢成熟 芽孢衣形成 芽孢内衣 芽孢释放 d,研究芽孢的意义 分类鉴定 芽孢的形状、大小、在具体的位置，因种而异。 杆菌 芽孢d菌体粗度 多是剧中 枯草芽孢杆菌 梭菌 芽孢 d菌体粗度 多近端生或端生 破伤风梭菌 是不是.芽孢杆菌即表明 其芽孢 d菌体 .梭菌 .即表明其芽孢d菌体 灭菌是否彻底的衡量标准芽孢 为什么 因为芽孢具有高度耐热等抗逆性 提高产芽孢的筛选效率（有些可伴随产生有用的产物）为什么 因为其高度耐热 所以高温处理即可 长期保藏菌体 为什么 因为芽孢代谢基本停止休眠期特长 如一般芽孢普通条件可存几年到几十年 有的上百年 赋予某些产芽孢细菌的强致病性 抗逆性 不易防治（2） 伴孢晶体 有些细菌在产生芽孢的同时，形成是斜棱方形，方形或不规则形的晶体状多肽内含物。二 细菌的繁殖 最普遍，最主要的繁殖方式二分裂 垂直细胞长轴 分裂过程 细胞核 （DNA 核区）和细胞质分裂 横隔壁形成 子细胞分离 分裂类型 a 同型分裂b异形分裂三 培养特征 菌落：由单个微生物（单个或多个细胞)在固体培养基上生长，繁殖形成的肉眼可见得具有一定形态结构的子细胞生长群落 菌苔：当固体培养基表面从多菌落连成一片时，形成的微生物生长群体即为菌苔群落特征 是分类鉴定的重要依据 具有特异性，稳定性大小、形状、隆起程度、边缘状况、表面状态、颜色、质地、透明程度等细菌菌落的共同特征（固体培养）：湿润、粘稠、易挑起、质地均匀、及菌落各部分颜色一致 注：菌落特征又受培养条件，培养基成分，培养时间影响。故菌种鉴定时注意检测条件一致液体培养：使培养液浑浊或在液体表面形成膜或产生藻状沉淀。四，常见细菌代表 1，金黄色葡萄球菌属（Staphylococcus) G+ 直径0.5-1.5um 葡萄串状群体，无鞭毛，不能运动，兼厌气性。大多数生活在温血动物的皮屑，皮腺和粘膜上。有些菌株有致病性。 2，大肠杆菌（Escherichia） G-1.1-1.5um2.0-6.0um 周生鞭毛，能运动，无芽孢，兼厌气性，生活于人体或温血动物的下肠道和粪便中。 3，乳酸杆菌（Lactobacillus) G+ 成串的小杆菌，有时形成长条。但不分支，我鞭毛不能运动，兼厌气性，但无氧好于有氧。是青贮饲料和乳制品中起重要作用的微生物。 酸奶：保加利亚乳酸杆菌。2.2 放线菌n, 具有菌丝，以孢子进行繁殖，革兰氏染色阳性的一类原核微生物。是介于细菌和真菌之间又接近细菌的一类丝状原核生物。 细胞构造，细胞壁化学成分 d 大小 对环境PH要求 碱性 细菌 对抗生素的敏感性 菌体呈丝状，产孢繁殖，菌落状态 真菌 与人类关系 分布极广，土地中最多 “土腥味”链霉菌 生活方式 腐生 自然界物质循环 寄生 人，动植物的病原体 代谢物抗生素和酸 区分 链霉素 放线菌 青霉素 霉菌一， 形态结构 多分枝状菌丝 G+据形态，功能不同分为基内菌丝，气生菌丝，孢子丝。 基内菌丝（初级菌丝） 生长在培养基内 功能