微生物学基本知识

1、微生物学基本知识2011.04目 录一、微生物的定义与分类二、微生物的特点三、微生物学四、微生物的形态与分类五、环境条件对微生物生长繁殖的影响六、常用杀灭微生物的方法一、微生物的定义与分类 1.微生物的定义 微生物一词不是生物分类学上的专用名词，而是对所有用肉眼看不见或看不清的微小生物的总称。微生物的个体非常微小，小到必须用m级甚至要用nm级来作计量单位，如空气、水和土壤中就存在着大量的各式各样的微生物，靠肉眼无法直接看到它们的存在，必须借助于显微镜把它们放大几百、几千甚至几万倍才能看清其真面目。 一、微生物的定义与分类 1.微生物的定义 微生物的定义可以表述为：微生物是指所有形体微小。具有单

2、细胞或简单的多细胞结构或没有细胞结构的一群最低等生物。按细胞结构的有无分为：1.2.1细胞生物：原核细胞生物：具有原核的细胞生物称为原核生物，由单细胞构成，主要类别为细菌、放线菌等真核细胞生物：具有真核的细胞生物称为真核生物，由单细胞或多细胞构成，主要类别真菌(霉菌、酵母菌)、单细胞藻类、原生动物1.2.2非细胞生物：病毒1.2微生物的分类二、微生物的特点 由于微生物的形体极其微小，因而其比面值极大，这就意味着具有小体积、大面积这一特点的微生物，除具有一般大型生物的共性外，还具有以下其它生物所不能比拟的特性。 2.1体积小，比表面积大 2.2代谢能力强 2.3生长旺，繁殖快 2.4适应性强，易

3、变异 2.5分布广，种类多 二、微生物的特点： 单位：um(10-6 m)或nm(10-9m)2m0.5m杆菌80个杆菌肩并肩总宽度=1根头发丝的宽度1500个杆菌首尾相连总长度=1粒芝麻的长度微生物的体积大小1、体积小，比表面积大二、微生物的特点： 1、体积小，比表面积大不同生物类型细胞大小的比较微生物与其它生物种类的体积比较动物的模式细胞动物细胞核细菌动物、植物和微生物个体大小尺度范围 病毒二、微生物的特点： 1、体积小，比表面积大微生物的比表面积比表面积：个体的表面积与体积之比。设定：人的比表面积=1 则： (与人等重)大肠杆菌比表面积=30万设球菌半径r=0.5m球菌表面积(S)423

4、.14162球菌体积(V)4330.2363比表面=S/V3.1416/0.5236=6设球菌半径2球菌面积(S)50.32球菌体积(V)33.53比表面=S/V50.3/33.51.5 二、微生物的特点： 2、代谢能力强吸收多，转化快奶牛（500kg） 合成0.5kg蛋白质/24h微生物细胞 合成自身重量3040倍的细胞物质/24h吸收多转化快人（50kg） 5001000g/d地鼠（体重3g） 3g/d大肠杆菌 细胞重量2000倍糖/h二、微生物的特点： 3、生长旺，繁殖快微生物代时及每日增殖率微生物名称代时(分)温度日增殖率乳酸菌38252.71011大肠杆菌18371.21024根瘤菌

5、110258.2103枯草杆菌31307.21013光合细菌144301.0103酿酒酵母120304.1103念珠藻1380252.1硅藻1020202.64小球藻4202510.6草履虫642264.92大肠杆菌在合适的生长条件下：12.520分钟 繁殖1代每小时 分裂3代，由1个变成8个。经24小时 分裂72代，重约4722吨经48小时 可产生2.21043个后代。二、微生物的特点： 4、适应性强，易变异1、对营养物质的利用上的适应性。2、对环境条件尤其是恶劣的“极端环境”的适应性。耐0196低温耐250300的高温耐盐（饱和盐水）耐干燥（产芽孢细菌、真菌孢子）耐酸碱、耐缺氧、耐毒物、抗

6、辐射适应性强二、微生物的特点： 4、适应性强，易变异易变异青霉素生产菌的发酵水平1940年 每毫升20单位2000年 每毫升10万单位青霉素的使用剂量：1940年 10万元单位/次1980年： 输液80万单位/次2000年： 输液800万-1000万单位/次青霉素对金黄色葡萄球菌最低抑制浓度0.02g/ml200g/ml二、微生物的特点： 、分布广，种类多微生物在自然界的分布：无处不在，无孔不入土壤空气水域生物体内外极端环境正常环境高空深海底2000米深的地层温泉分布广二、微生物的特点： 、分布广，种类多地球上的微生物： 估计有100万种以上已发现的微生物： 约有10万种已开发利用的微生物：

7、约1000种 种类多微生物的微观性研究手段的限制分离培养的局限二、微生物的特点 以上微生物的5个特性是所有微生物的共性，对人类有利也有弊。对在部分有益的微生物，我们要利用特性为人类造福，对少数病原微生物或腐败微生物，我们要设法控制其特性，以减少它们的破坏性和危害性。 三、微生物学 一门研究微生物及其生命活动的学科，是生物学的一个分科。研究的内容涉及微生物的形态结构、分类鉴定、生理生化、生长繁殖、遗传变异、生态以及微生物之间、微生物与其他生物之间的关系，微生物在农业、工业 、环境保护及医疗卫生事业各方面的应用等。 三、微生物学 微生物学的重要性在于它既是应用科学，又是基础学科；防止并消除微生物的

8、有害活动，或使之转害为利，是微生物学的重要研究课题；发掘微生物的资源，充分利用微生物的有益活动，发现微生物的有利作用，是微生物学的另一个重要方面。三、微生物学 微生物学由于其研究任务的不同，形成了一些分支科学。着重于研究微生物生物学基本问题的有普通微生物学、微生物分类学、微生物生理学、微生物生态学、微生物遗传学等。依研究对象的种类而分细菌学、真菌学、病毒学等，在应用生物学方面，有农业微生物学、工业微生物学、医学微生物学、食品微生物学等。微生物学在医药的范畴内就包括了普通微生物学、工业微生物学及医学微生物学的有关内容，它着重于药物的研究制造。保证和提供药物质量，发现新药，从而更有效地防治疾病，保

9、障人类的健康。 三、微生物学 在医药方面广泛应用的药物如抗生素、维生素等都是利用微生物的代谢产物或由微生物本身制成的。因此，根据专业的特点，学习微生物学在于熟悉微生物学的基本理论知识，掌握与专业有关的微生物学的生物特性、消毒与灭菌、微生物的基本操作知识、掌握药物的微生物检查法等；另一方面，由于微生物也能引起制药用原辅料、生产工艺及成品的长霉、染菌、变质，因此，要进一步提高药品的质量，杜绝污染，合理保存药品与原辅料等均与微生物学有密切的关系。四、微生物的形态与分类4.1细菌4.1.1细菌的形态 细菌是一群形体微小、种类繁多的单细胞多形体微生物。其大小以微米计，一般细菌的宽度为0.5-1m，长为1

10、-3m，有的可达数微米，几十微米甚至100-200微米。 基本形态为球形(球菌)、杆形(杆菌)、螺形(螺菌)。属于典型的裂殖菌。四、微生物的形态与分类细菌的基本形状四、微生物的形态与分类球菌分裂后的子细胞的连接方式双球菌单球菌链球菌四、微生物的形态与分类球菌分裂后的子细胞的连接方式八叠球菌四联球菌葡萄球菌四、微生物的形态与分类杆菌的基本形状梭状芽孢杆菌短杆菌长杆菌四、微生物的形态与分类螺旋不满一圈称为弧菌(vibrio)；满26环称为螺旋菌(spirllum)；旋转周数在6环以上的称为螺旋体(spirochaeta)。螺旋菌弧菌螺旋体四、微生物的形态与分类 细菌的特殊形态柄细菌 肾形菌 臂微菌

11、 网格硫细菌 贝日阿托氏菌(丝状) 具子实体的粘细菌四、微生物的形态与分类 结核杆菌的异常形态结核杆菌的正常形态细菌的异常形态四、微生物的形态与分类(1)测量：测微尺(2)长度单位： 微米(m)(3)表示： 球菌:直径0.5-1.0 m 杆菌:宽(0.5-1.0 m )长 螺菌:宽、长、螺距4.1.2细菌的菌落特征 细菌的个体只能借助显微镜才能看见，但单个细菌在固体培养基上繁殖的个体堆集在一起，则形成肉眼可见的群体，即菌落。不同细菌所形成的菌落常不相同，同种细菌常因培养条件不一，菌落形态也有差异。但同种菌种在同一培养基上的菌落形态，有一定的稳定性和专一性，这是掌握菌种纯度、辨认细菌的重要依据。

12、4.1.2细菌的菌落特征菌落形态从大小、形状(圆形、假根形、不规则形等)、隆起形状(如扩展、苔状、低凸、凸面、乳头状等)、边缘(整齐、波状、裂叶状、圆锯齿状、有缘毛等)、表面状态(光滑、皱褶、颗粒状、龟裂状、同心环状等)、表面光泽(闪光、不闪光、金属光泽等)、质地(油脂状、膜状、黏、脆等)、颜色、透明程度等方面来描述。4.1.2细菌的菌落特征粘质沙雷氏菌的菌落特征 4.1.2细菌的菌落特征弗氏志贺氏菌的菌落特征 铜绿假单胞菌的菌落特征沙门氏菌的菌落特征 4.1.2细菌的菌落特征光滑型菌落粗糙型菌落粘液型菌落4.1.3细菌数的测定方法细菌数测定可因方法不一，其结果有差异。常用的测定方法有：活菌计

13、数法与直接计数法。活菌计数法：主要为平板计数（平板计数、涂沫法、滤膜法、MPN法）。以上各计数方法是指在一定培养基经培养后在固体平板上形成可见菌落或在液体培养基呈混浊生长现象作为计数依据，用于特殊细菌计数，如大肠埃希菌、金黄色葡萄球菌都要用特殊培养基。 4.1.3细菌数的测定方法直接计数法：主要为自动菌数测定仪、计数板计数法。是指直接在显微镜下或以自动化仪器定量计数或测定菌细胞的数量。所测的结果不仅包括活菌，也包括死菌。4.1.4细菌的繁殖一般进行无性繁殖，最主要的无性繁殖方式是裂殖，即二分裂或折断分裂。有少数细菌能像酵母菌一样进行芽殖。在最适宜的环境条件下，每隔20-30分钟即分裂出新的一代

14、。4.2霉菌4.2.1霉菌的形态与大小 凡生长在营养基质上形成绒毛状、蜘蛛网状或絮状菌丝体的真菌，统称为霉菌。是一群丝状真菌的通称，是在分类学上很不相同的许多真菌的一部分。霉菌为真核生物，其结构比细菌复杂。 菌丝是霉菌营养体的基本单位，其直径一般为2-10微米，与酵母菌的宽度相似，但比一般杆菌和放线菌菌丝的直径大几倍到几十倍。接着菌丝开始分支形成初级菌丝，继续分支形成次级菌丝，最后生长长发育形成菌丝体或菌丛。 4.2.1霉菌的形态与大小菌丝：管状、伸长、分枝直径3-10m基本特征： 霉菌的形态 4.2.1霉菌的形态与大小无隔膜菌丝有隔膜菌丝根据菌丝的基本形态分 霉菌的形态 4.2.1霉菌的形态

15、与大小霉菌菌体是由分支（或不分支）的菌丝组成，许多菌丝交织在一起成为菌丝体。少数菌丝中间无横隔膜，多数菌丝中间有横隔膜。菌丝依其生理功能不同分为两种。一种是伸入培养基内负责吸收和输送营养的菌丝，称为基内菌丝或营养菌丝；另一种是与培养基表面相连接的伸向空中生长的菌丝，称为气生菌丝。有的气生菌丝发育到一定阶段，分化成为繁殖菌丝，产生各种类型的孢子。 4.2.1霉菌的形态与大小根据菌丝的分布和功能分霉菌的形态 营养菌丝气生菌丝繁殖器官4.2.2霉菌的菌落特征 霉菌的菌落是单个孢子或多个孢子萌发后生长菌丝并交织而成为肉眼可见个体或群体。其菌落形态通常是指在一定的培养基组分和温度下培养一定时间（如3-1

16、0天后）所呈现的形状、大小、颜色、纹饰以及组成等。不同种的霉菌，其形状随菌种的生长方式不一而异，特征差别很大，故可作为分类鉴定的依据。 4.2.2霉菌的菌落特征(一)菌落形态：绒毛状、絮状、蜘蛛网状(二)菌落大小：较放线菌、细菌大得多(三)菌落外形：圆形、无限发展(四)颜色：孢子或孢子梗色素、胞外色素。4.2.2霉菌的菌落特征各种曲霉的菌落 各种病原真菌的菌落 青霉的菌落 4.2.3霉菌的代表属2.繁殖：分生孢子3.应用：抗生素1.形态特征：菌丝有隔，具分子孢子梗及扫帚状分生孢子头。青霉4.2.3霉菌的代表属曲霉2.繁殖：分生孢子1.形态特征：菌丝有隔，具足细胞、分生孢子梗及膨大顶囊。3.应用

17、：酿造酒、酱，有机酸、酶制剂。4.2.3霉菌的代表属根霉2.繁殖：孢囊孢子、厚垣孢子、接合孢子。1.形态特征：菌丝发达。具假根和匍匐菌丝。3.应用：糖化菌（淀粉酶）4.2.3霉菌的代表属毛霉2.繁殖：孢囊孢子、厚垣孢子、接合孢子。1.形态特征：菌丝发达，白色无隔多核。3.应用：腐乳：蛋白酶4.2.4霉菌的繁殖 在正常自然条件下，霉菌是通过产生气生菌丝分化出各种形态的子实体如孢子囊、分生孢子头、分生孢子器等再产生各种无性孢子（如孢囊孢子、分生孢子、芽孢子等）和有性孢子（接合孢子、子囊孢子、卵孢子等）分别进行无性繁殖和有性繁殖的。4.2.4霉菌的繁殖繁殖方式菌丝片段（液体） 无性孢子有性孢子厚垣孢

18、子节孢子孢囊孢子 分生孢子游动孢子卵孢子 接合孢子 子囊孢子 孢子4.2.4霉菌的繁殖-无性孢子繁殖厚垣孢子菌丝部分细胞原生质浓缩变圆，壁加厚，球形或纺缍形休眠体菌丝断裂形成矩形的孢子。 节孢子4.2.4霉菌的繁殖-无性孢子繁殖青霉Penicillium 的分生孢子菌丝顶端细胞或菌丝分化成的分生孢子梗的顶端细胞分割缢缩而成的单个或者成簇的孢子。曲霉Aspergillus的分生孢子4.2.4霉菌的繁殖-无性孢子繁殖青霉的分生孢子梗顶部 曲霉的分生孢子顶囊部 4.2.4霉菌的繁殖-无性孢子繁殖镰刀霉的大分生孢子根霉Rhizopus 的孢囊孢子的扫描电镜照片4.2.4霉菌的繁殖-无性孢子繁殖游动孢子

19、形成于孢子囊内的并具有鞭毛，能运动的无性孢子。4.2.4霉菌的繁殖有性孢子繁殖霉菌有性繁殖过程(1)质配（形成双核细胞）(2)核配（产生二倍体接合子核）(3)减数分裂（单倍体核）4.2.4霉菌的繁殖有性孢子繁殖卵孢子菌丝分化成不同形的配偶细胞（雄器、藏卵器）结合，形成具双层外壁的孢子。4.2.4霉菌的繁殖有性孢子繁殖接合孢子由两菌丝生出形态相同或略有不同配子囊接合而成的厚壁、粗糙、黑壳孢子。根霉 Rhizopus 的结合孢子4.2.4霉菌的繁殖有性孢子繁殖接合孢子形成过程a.菌丝原配子囊b.原配子囊配子囊c.配子囊结合形成接合孢子4.2.4霉菌的繁殖有性孢子繁殖子囊孢子：在子囊中形成的有性孢子

20、。子囊：两性细胞结合形成的一种圆球形或为棒状囊状的结构。子囊果：子囊菌丝体保护组织构成的子实体4.2.4霉菌的繁殖有性孢子繁殖闭囊果子囊壳子囊盘子囊果4.3酵母菌4.3.1酵母菌的形态与大小 酵母菌为单细胞真核生物，其细胞形态一般为球形、椭圆形、卵形或香肠形等。其细胞大小一般为3-6微米*5-10微米，最长的可达100微米。其体积比细菌大二十几倍。4.3酵母菌基本特征：单细胞, 椭圆形、圆形或柱形。 宽1-5um,长5-30um。4.3酵母菌特殊形态：假菌丝假菌丝是由酵母菌细胞与其子细胞连接而成的链状丝。假菌丝、芽生孢子、厚垣孢子. 4.3.2酵母菌的菌落特征酵母菌在合适的固体培养基表面生长所

21、形成的菌落，与很多细菌菌落相似，但比细菌菌落较大、较厚、较不透明。其菌落形状一般呈圆形或近圆形，边缘圆整，颜色均一，多数呈乳白色或浅黄色，少数呈红色；菌落表面一般较湿润、光滑；菌落隆起呈半圆形或圆台形；菌落质地均匀，较粘稠，呈固态油脂状，容易挑起等。4.3.2酵母菌的菌落特征 啤酒酵母的菌落红酵母的菌落各种酵母菌的菌落4.3.3酵母菌的繁殖酵母菌的繁殖方式可分为无性繁殖和有性繁殖两种方式。无性繁殖又可分为芽殖、裂殖、芽裂、产无性孢子等几种方式，而有性繁殖则以产生有性孢子-子囊孢子的方式进行繁殖。其中最典型和最主要的繁殖方式是芽殖、裂殖、子囊孢子。4.3.3酵母菌的繁殖无性繁殖有性繁殖芽殖、裂殖

22、厚垣孢子、节孢子子囊孢子繁殖方式4.3酵母菌(一)无性繁殖1、芽殖a.多边出芽b.两端出芽c.三边出芽芽殖的方式4.3酵母菌3、厚垣孢子(一)无性繁殖2、裂殖：分裂繁殖。五、环境条件对微生物生长繁殖的影响微生物生长所需的营养元素，少量的是以气态分子形式提供，大量的是以有机或无机化合物形式提供。根据这些营养物质在微生物细胞中生理功能的不同，将它们分为水、碳源、氮源、无机盐和生长因子5种营养要素。微生物的一切生命活动都离不开环境，同一种微生物在不同环境中会有不同表现。微生物的生长繁殖受到各种生物和非生物的环境条件的影响，这里主要讲一下非生物的环境条件，即物理和化学条件对微生物生长繁殖的影响。5.1

23、环境条件对微生物生长繁殖的影响 环境条件对微生物生长繁殖的影响大致可分为三类：1.适宜的环境，微生物能正常在进行生命活动；2.不适宜的环境，微生物正常的生命活动受到抑制或被迫暂时改变原有的一些特性；3.恶劣的环境，微生物死亡或发生遗传变异。5.2物理条件对微生物生长繁殖的影响对微生物生长繁殖有影响的物理因子主要包括温度、水分、表面张力和辐射等。这里主要讲温度与水分两方面。5.2.1温度温度通过影响微生物膜的液晶结构、酶和蛋白质的合成和活性，以及RNA的结构及转录等影响微生物的生命活动。具体表现在两个方面：一方面，随着微生物所处环境的温度的升高，细胞中生物化学反应速率加快，生长速率加快；另一方面

24、，随着温度上升，细胞中对温度敏感的组成物质（如蛋白质、核酸等）可能会受到不可逆的破坏。 5.2.1温度微生物生长的适宜温度：最低生长温度：微生物能够生长繁殖的最低温度；最高生长温度：微生物能够生长繁殖的最高温度；最适生长温度：微生物能够生长繁殖速率最大的温度。5.2.1温度从微生物总体而言，其生长温度范围较广，已知微生物在-1095均可生长，但每种微生物只能在其最低生长温度与最高生长温度之间的范围内生长。在低于最低生长温度的情况下，生长完全停止；在高于最高生长温度的情况下，不但停止生长，而且会导致死亡。5.2.1温度不同种的微生物的最低、最适和最高生长温度不同；同种微生物的最低、最适和最高生长

25、温度也会因其所处的环境不同而有变化。5.2.1温度根据微生物的最适生长温度，可将微生物分为以下三类：1.嗜冷微生物：最适温度在-1020以下的微生物；2.嗜温微生物：最适温度在2537的微生物，自然界中绝大多数的微生物均属此类，污染药品是细菌最普遍的是一些中温菌；3. 嗜热微生物：能在4050温度下生长，最适生长温度在55左右的微生物； 5.2.2水分微生物的生命活动离不开水，严格讲离不开可被微生物利用的水。根据微生物对环境中水分的要求不同，可将微生物分为干生性、中生性、湿生性微生物。其相对湿度范围分别是65%80%、80%90%、90%以上。几乎所有的微生物都是湿生性微生物。 5.3化学条件

26、对微生物生长繁殖的影响对微生物生长繁殖有影响的化学因子主要包括氢离子浓度、氧化还原电位等。这里主要讲氢离子浓度。5.3化学条件对微生物生长繁殖的影响5.3.1氢离子浓度指培养基或环境中的pH值。微生物生长的最适氢离子浓度通常都较低，一般为10-910-4mol/L（即pH值为4.09.0）。对不同微生物的生长pH值来说，也存在最高、最适与最低3个数值。凡其最适生长pH值偏于碱性范围的微生物，可分为嗜碱微生物和耐碱微生物；凡其最适生长pH值偏于酸性范围的微生物，可分为嗜酸微生物和耐酸微生物。六、常用杀灭微生物的方法微生物的分布微生物在地球的生物圈内无处不在，漂浮在空中，栖息于土壤各层，游弋于各类

27、水域（海洋、湖泊、江河、沼泽），附着于人和动植物体表或体内，对人类和环境无时不在产生巨大的影响。 六、常用杀灭微生物的方法微生物的作用绝大多数微生物对人和动物是有益的，有些还是必不可少的。 微生物已广泛应用于农业、食品、医药、酿造、化工、制革、石油等行业，发挥了越来越重要的作用。抗生素、酸奶、疫苗、酒类等等；六、常用杀灭微生物的方法微生物的危害微生物中也有一部分能引起人或动植物病害，这些具有治病性的微生物，称为病原微生物。如人类的许多传染病（如感冒、伤寒、痢疾、结核、脊髄灰质炎、病毒性肝炎等），均是由病原微生物引起的。它们通过气流相互接触或人工接种等方式，传播到合适的基质或生物对象上面造成种种

28、危害。六、常用杀灭微生物的方法对这些有害微生物应采取有效的措施来杀 死或控制它们。6.1概念灭菌：采用强烈的理化因素使任何物体内、外部的一切微生物永远丧失其生长繁殖力的措施，称为灭菌。例如各种高温灭菌措施。灭菌实质上可分杀菌和溶菌两种过程，前者指菌体虽死，但形体尚存，后者指菌体杀死后，细胞发生溶化、消失的现象。6.1概念消毒：所谓毒就是传染源或致病菌的意思，相对灭菌而言，消毒是一种采用较温和的理化因素，仅杀死物体表面或内部一部分对人体有害的病原菌，而对被消毒的物体基本无害的措施。如常用的对皮肤、水果进行药剂消毒的方法，对牛奶、啤酒等进行消毒处理的巴氏消毒法。它只是对病原微生物的繁殖体的致死作用

29、，但不能杀死芽孢等全部微生物。6.1概念防腐：就是利用某种理化因素完全抑制微生物的生物繁殖，从而达到防止食品等发生变质的措施。化疗：利用具有高度选择毒力的化学物质来抑制宿主体内病原微生物和生长繁殖，借以达到该传染病的一种措施。6.2常用杀菌方法6.2.1高温杀菌法：一种典型的物理杀菌方法。高温杀菌法的原理是：高温能引起蛋白质和核酸不可逆地变性失活；高温能破坏细胞质中其他活性物质；细胞膜被热溶解而形成小孔使胞内物质泄漏致死。6.2常用杀菌方法6.2.1.1干热灭菌法：适用于金属制品、清洁玻璃、陶瓷器皿；一般在150-170保持1-2小时，即可达到彻底杀菌的目的；灼烧是一种最彻底的干热灭菌法：但它只能用于接种环、接