微生物生理学1绪论

微生物生理学授课教师：王海洪联系方式：85281389公地址：生命科学学院

北楼211微生物生理学及其研究方法教学内容与教学安排微生物生理学简介微生物生理学内容以微生物为研究对象，研究微生物细胞结构和功能，物质代谢和能量代谢，微生物生长发育以及微生物与其他生物及环境相互作用等生命现象的科学。主要内容微生物细胞的化学组成和结构微生物营养微生物代谢与调控微生物基因表达与调控微生物分化与发育微生物与其它生物及环境相互作用微生物细胞的化学组成及结构细胞壁、细胞膜、细胞质及其附属物的化学组成、结构特点、形成机制和生理功能等微生物的营养微生物的营养类型，微生物对物质的利用及其吸收的方式微生物代谢与调控物质的合成代谢、分解代谢和代谢调节与控制等。微生物代谢与调控能量代谢，包括氧化磷酸化、光合磷酸化。有氧呼吸、无氧呼吸、发酵。环式光合磷酸化、非环式光合磷酸化和紫膜光合磷酸化。微生物基因表达与调控DNA复制、mRNA转录、蛋白质翻译及基因表达调控微生物的分化与发育微生物分化和发育的过程、机制及其调控微生物与其它生物及环境相互作用微生物感染与动物免疫，致病机理与疾病防治。微生物与其它生物及环境相互作用微生物对环境的适应及其应对机制，特别是逆境的应对机制。微生物生理学研究的意义通过研究微生物的生命活动规律，发掘微生物资源，充分利用微生物的有益作用，消除其有害影响，造福人类。微生物与人类生活人类生活离不开微生物。日常生活中的许多食品是通过微生物的作用加工而成的，有些甚至直接以微生物为食物。微生物生理学研究的意义微生物与人类健康人类健康离不开微生物。绝大多数抗生素和其它有生物活性的物质是依赖微生物的代谢或直接从微生物中分离得到的。战胜疾病，人类更离不开对微生物生命规律的研究。微生物生理学研究的意义微生物与人类生产农业生产中已经广泛使用微生物肥料、细菌杀虫剂和病毒杀虫剂等微生物制剂。工业生产中酶制剂、生物质能源转化、石油的加工和特殊工业原料获得均离不开微生物。微生物生理学研究的意义微生物在环境保护中也有广泛的应用。如生物降解有毒有害有机物、重金属转化、工业和生活污水处理和环境污染检测等。微生物与环境保护本课程的教学内容教学内容包括两大部分：微生物生理学的基础理论与一般研究方法；微生物生理学热点问题及进展。基础理论与一般研究方法原核生物的基因与基因组质粒与载体细菌的基因突变获得基因突变结构基因的鉴定调控基因的研究热点问题及进展细菌的S-层结构与功能革兰氏细菌的外膜细菌细胞膜与脂肪酸合成代谢细菌生物被膜细菌的抗药性细菌的群体感应调节本课程的教学安排本课程总时：理论48学时，实验32学时。授课方式：以PPT讲解为主，结合课堂提问与讨论。教材：无教材，相关材料会发给大家。考查与成绩：理论课：100分研究设计性报告：30％，考核方式：课堂讲解和综合口试。平时作业：15％，考核方式：书面报告。期末考试：50％，考核方式：笔试。课堂考勤：5%。本课程的教学安排研究性设计报告：每人一题，课程结束前一个月提交书面报告一份，并开始检查。两种检查方式：课堂上给同学们讲解或找老师口试。讲解的同学自由报名，其余同学进行口试。讲解时间暂定为15分钟。公共邮箱：wswshenglixue@163.com密码：20132013微生物生理学研究策略概述微生物种质资源开发与利用这类课题的主要目的是从丰富的微生物种质资源中筛选得到具有特殊性状的菌种。包括特殊酶生产菌、特殊生物活性物质产生菌、具有抗病抗虫能力的菌等。因此，在课题计划制定中一定要围绕菌种的特殊性。一般的程序如下：1.确定取样点。这主要根据对这类微生物生活习性的了解，选择特殊的取样环境。2.设计最简单的区分目标菌与非目标菌的方法。这主要根据这些菌的特性设计。查阅相关文献对上述两项工作十分重要。微生物生理学研究策略概述4.菌种的再次纯化和筛选。对初步得到的菌株再次纯化，获得纯培养，并且根据其特性再次鉴定。这时要求设计较为精确的分析方法认证确定目标菌的特性。5.

菌种种属鉴定。进行形态观察和生理生化分析，并对其16sRNA基因进行测定。通过与数据库中记录的微生物菌株比较确定它们的种属性。6.测定各种因素对菌株特殊性状的影响。获得最佳的培养条件。3.菌种的初步分离。根据目标微生物的生长特性等，设计培养方法，

如富集培养、选择培养和鉴定培养等，使得分离时，尽量淘汰杂菌，并能初步得到目标菌群。7.大量培养，进行进一步确定得到的菌株能否达到要求。微生物生理学研究策略概述物质的分离纯化技术也是多种多样的。蛋白质类物质要使用蛋白质的分离纯化技术，如盐析、分子筛、离子交换层析、电泳和亲和层析等。化合物的分离技术有有机萃取、蒸馏、层析等。每种技术的使用均要根据研究目标而定。抗虫抗病的研究也有多种，要根据要求和实际的技术水平合理设计，达到既要说明问题，又要经济使用。对于特殊酶和活性物质要进行分离纯化；对于抗病抗虫菌，要进行进一步的抗病抗虫研究。这类项目有时还要求对菌种进行选育。选育是在得到目标菌之后进行的，是对菌株进一步诱变，从中得到性状稳定优良的菌株。关于诱变我们会在以后的章节中讲到。有害微生物的快速鉴定和检测微生物生理学研究策略概述这类项目在动植物检疫、食品安全检测和环境检测中经常遇到。主要是针对一些严重危害人类健康、威胁食品安全的微生物，如肠出血性大肠杆菌、沙门氏菌、霍乱、炭疽杆菌、鼠疫杆菌、金黄色葡萄球菌等。关于这些菌的快速鉴定方法很多，其主要原理是根据这些菌的特性，通过一定的技术手段，快速地与其它细菌区分。根据鉴定原理，大体可将这些鉴定方法，归为三类：细菌学鉴定、免疫学鉴定和分子生物学鉴定。细菌学鉴定：主要根据观察这些菌的培养特性、形态特性、生理生化特性等快速地与其他细菌区分开来。微生物生理学研究策略概述免疫学鉴定：主要根据这些细菌特有的抗原抗体反应，将其与其它细菌区分开来。分子生物学鉴定：主要根据PCR扩增这些细菌特有的基因序列，将其与其它细菌区分。不论使用何种方法，其核心均是寻找这些菌的特殊性，同时要求要快速，因此，此类型课题设计的关键是特异和快速。微生物某些生理功能的研究在目前分生物学技术迅猛发展的条件下，简单的对微生物某些生理功能的描述已经是非常肤浅的，需要更深入地了解这些生理功能产生的机制。微生物的一切生理现象都是由基因控制的。因此，研究微生物生理现象，就是探索相关基因功能的过程。微生物生理学研究策略概述采取正向遗传学的思维，从基因、蛋白质水平开展工作，是常用的策略。1.诱变处理野生菌株，并筛选获得相关的突变菌株，分析研究这些突变菌株生理生化性状及对相应生理功能的影响。其中，突变菌株的筛选方法，主要根据所研究的生理性状设计。2.采用一定的技术手段，获得相关的基因，并通过遗传互补，分析确定基因的功能。获得基因有多种方法，不同的基因往往采用不同的方法。3.构建蛋白表达载体，分离纯化基因的蛋白质产物。体外进行相应的酶学研究。同时采用定点突变技术，对蛋白产物的有关氨基酸位点进行突变，分析蛋白的活性中心。通过蛋白质结构生物学的研究，解析蛋白质结构与功能的关系。微生物生理学研究策略概述目前已经有大量的微生物基因组测序完成，因此，对微生物生理功