工业微生物学期末复习

1、1.绪论微生物：并不是分类学上的名词，它是包括所有形体微小的单细胞，或个体结构简单的多细胞，或没有细胞结构的低等生物的通称。微生物学：是研究微生物的形态、生理、分类以及微生物生命活动与自然界、人类、动植物相互关系及其规律性的一门科学。工业微生物学：微生物学的一个重要分支，是微生物在工业生产中的应用学。它从工业生产需要出发来研究微生物的生命及其代谢途径，以及人为控制微生物代谢的规律性。微生物的特点：体积小、面积大；吸收快，转化快；生长旺，繁殖快；易变异，适应性强；种类多，分类广。1590年，荷兰人詹森制作人类史上第一架复式显微镜；1664年英国人胡克用自己设计的显微镜观察到霉菌的子实体结构及皮革

2、表面生长的蓝色霉菌，观察软木塞切片，将植物死细胞壁构成的小孔称为“cell”；荷兰人列文虎克第一个详细描述微生物形态。巴斯德的工作：(1) 发现并证实发酵是由微生物引起的(2) 彻底否定了“自然发生”学说(3) 免疫学预防接种(4) 其他贡献：巴斯德消毒法等。科赫的工作：(1) 微生物学基本操作技术方面的贡献 a） 细菌纯培养方法的建立 b） 配制培养基c） 流动蒸汽灭菌 d） 染色观察、显微摄影、悬滴培养。(2) 对病原细菌的研究作出了突出的贡献： a） 具体证实了炭疽病菌是炭疽病的病原菌；b）发现了肺结核病的病原菌；c）证明某种微生物是否为某种疾病病原体的基本原则科赫定理1 在患病的动物体

3、内总能发现特定微生物，而健康的动物体内则没有；2 在动物体外可以纯培养此微生物；3用该培养物接种到易感动物体内，体内会引起同样的疾病；4 从试验动物及实验室培养物中重新分离得到的微生物应该是同种微生物。2. 微生物的形态与分类正染：利用染料与细胞成分结合而进行的染色过程。负染：与正染的结果相反，细胞不染色而使背景染色，以便看清细胞轮廓。这些染料不与细胞组分结合，为不透明染料。细菌细胞壁：因为细胞壁成分、结构的差异，在与染料作用时，表现出一定的差异，可利用革兰氏染色法将细菌分为G+、G。 G细胞壁中脂类含量高，肽聚糖含量少（10%），肽聚糖层薄（2-3nm），网孔大，又由于被乙醇脱水（脂）后，网

4、孔进一步增大，所以在脱色时，结晶紫和碘的复合物被有机溶剂所提取，故只能显示后来的番红的颜色，而G+细胞壁中肽聚糖含量高，乙醇的脱水作用使肽聚糖层的孔径变小，通透性变低，结晶紫-碘复合物被截留在细胞内，又因为，紫色覆盖了番红染液的红色，因而显示紫色。青霉素抑菌原理：含有高活性-内酰胺环，与连接MNAC的五肽的最后二肽（即D-丙氨酰-D-丙氨酸）结构相似，转肽酶与-内酰胺环的酰胺键共价结合，形成乙酰化转化酶，使转肽作用不能进行，交叉联结受阻，致细胞壁缺损，而失去保护屏障。由于菌体内渗透压高，在等渗环境中水分不断渗入，致细胞肿胀、变形，在自溶酶激活影响下，细菌破裂溶解而死亡。缺壁细胞：由来，在自然界

5、中长期进化和在实验室菌种的发生的自发突变；人为的方法抑制新生细胞壁的合成或对现有细胞壁进行酶解。分类：实验室或宿主体内形成，a、缺壁突变L型细菌（专指那些实验室或宿主体内通过自发突变而形成的遗传性稳定的细胞壁缺陷菌株）；b、人工去壁，原生质体（一般由革兰氏阳性菌形成）基本去尽，球状体（一般由革兰氏阴性菌形成），部分去掉。在自然界中长期进化形成支原体。（了解）细胞膜：位于细胞壁内，电镜下观察呈现液态镶嵌模型结构。功能：控制细胞内外物质运送、交换维持细胞内正常渗透压 合成细胞壁组分的场所和合成荚膜 进行氧化磷酸化或光合磷酸化的产能基地 鞭毛的着生点和为其提供能量。鞭毛：某些细菌体表着生的丝状、波状

6、附属物，一般有1-数十根，细菌的运动器官，运动理论为旋转论。化学组分主要是蛋白质（蛋白质的亚单位称为鞭毛蛋白，是一种很少的抗原物质，又称作H抗原），还有少量的多糖、脂类和核酸等。鞭毛的基本结构由基体、钩形鞘、鞭毛丝三部分组成。证明鞭毛存在的方法：A、电子显微镜直接观察B、光镜下染色观察C、悬滴片（水浸片）观察其运动D、半固体培养基中穿刺接种，看其周围是否混浊E、菌落边缘不整齐，大而薄，不规则等。鞭毛的着生方式：一端单生、一端丛生、两端单生、两端丛生、周生鞭毛原核核糖体：沉降系数为70S，含有50S大亚基和30S小亚基，60%的蛋白质和40%的rRNA组成。（真核核糖体，沉降系数为80S，含有6

7、0S大亚基和40S小亚基，可游离存在也可结合在内质网上）。芽孢：某些细菌在其生长发育后期，在细胞内形成一个圆形或椭圆形的抗逆性休眠体。特性：具有极强的抗热、抗干燥、抗辐射、抗化学药物和抗静水压的能力。产生菌：主要是G+杆菌，即芽孢杆菌科的两个属（好氧性的芽孢杆菌属和厌氧性的梭菌属） 芽孢耐热机制：渗透调节皮层学说，含有耐热的吡啶-2，6-二羧酸（DPA）芽孢的形成：产芽孢的细胞当细胞停止生长即环境中缺乏营养物质或者有害代谢产物积累过多的时候，就会形成。芽孢形成涉及七个过程：a、DNA浓缩，束状染色质形成；b、细胞膜内陷，细胞发生不对称分裂，其中小体积部分即为前芽孢c、前芽孢的双层隔膜形成，芽孢

8、的抗辐射性提高d、两层隔膜间充填芽孢肽聚糖后，合成DPA，累积钙离子，开始形成皮层，再经脱水，使折光率提高e、芽孢衣合成结束f、皮层合成完成，芽孢成熟，抗热性出现g芽孢囊裂解，芽孢游离外出。（了解）芽孢萌发：由休眠状态的芽孢变成营养状态的细菌的过程 。活化-出芽-生长（了解）活化的方法：短期加热、低PH环境、还原剂处理。活化后要立即接种到合适的培养基中去，否则将恢复到休眠状态。（了解）研究芽孢的意义：在鉴定菌种时用；芽孢的存在有利于菌种的筛选和保藏；可代表灭菌的程度。伴孢晶体：少数芽孢杆菌在形成芽孢的同时，会在芽孢旁形成一颗菱形或双椎形的碱性蛋白质晶体（ 内毒素），对200多种磷翅目昆虫有毒害

9、作用，破坏昆虫正常生理功能并且影响昆虫的神经传导。因而可制成细菌杀虫剂。（苏云金芽孢杆菌）酵母菌细胞壁：厚0.1-0.3um，占细胞干重的18%-25%，结构类似三明治，外层为甘露聚糖，内层为葡聚糖（维持细胞壁强度的主要成分），中间是一层蛋白质分子。此外细胞壁上还含有少量类脂和几丁质（蜗牛消化酶制备酵母原生质体）。酵母菌的繁殖方式：无性繁殖（芽殖、裂殖、产生无性孢子）；有性繁殖（主要是产子囊孢子，包括质配、核配、减数分裂等三个步骤）。真菌无性孢子：节孢子、孢囊孢子、游动孢子、厚垣孢子、分生孢子；有性孢子：接合孢子、卵孢子、接合孢子。假酵母：只进行无性繁殖的酵母菌；真酵母：能够进行有性繁殖的酵母

10、菌。酵母菌的生活史P80 亚病毒的种类：类病毒（没蛋白质外壳，只有游离的RNA分子）、拟病毒（包裹在植物病毒粒子内的，只有RNA组成）、朊病毒（没有核酸，只有蛋白质）。噬菌体生活史：感染宿主细胞后，立即引起细胞裂解的噬菌体称为烈性噬菌体。感染细胞后并不马上引起细胞裂解，而是将病毒的基因组整合到宿主染色体基因组中，随宿主DNA一起复制的噬菌体称为温和性噬菌体（溶原性噬菌体）。带有温和噬菌体的细菌称为溶原性细菌。在少数情况下，温和噬菌体也会引起宿主细胞裂解。在紫外线、丝裂霉素C等处理下，温和噬菌体的基因组会从宿主基因组上切离出来，走向溶菌途径。温和噬菌体赋予溶原性细菌：具有产生噬菌体的潜在能力；具

11、有抗同源噬菌体感染的“免疫性”；溶原性细菌的复愈；获得新的生理特性（溶原转变）。 温和噬菌体的存在状态有：游离态（细胞外呈现感染性毒粒）、整合态、营养态（宿主体内复制）。病毒的增殖过程：复制 吸附-侵入-脱壳-生物大分子的合成-装配与释放五个阶段。3. 微生物营养与生长光能无机自养型（光能自养型）：能以CO2为主要唯一或主要碳源；进行光合作用获取生长所需要的能量；以无机物如H2、H2S、S等作为供氢体或电子供体，使CO2还原为细胞物质；光能有机异养型（光能异养型）：不能以CO2为主要或唯一的碳源；以有机物作为供氢体，利用光能将CO2还原为细胞物质；在生长时大多数需要外源的生长因子；化能无机自养

12、型（化能自养型）：生长所需要的能量来自无机物氧化过程中放出的化学能；以CO2或碳酸盐作为唯一或主要碳源进行生长时，利用H2、H2S、Fe2+、NH3或NO2-等无机物作为电子供体使CO2还原成细胞物质。化能有机异养型（化能异养型）：生长所需要的能量均来自有机物氧化过程中放出的化学能； （以上内容了解） 营养物质：碳源、氮源、无机盐、生长因子、水、能源（化能异养型的能源即碳源）。培养基：通常指人工配置的适合微生物生长繁殖或积累代谢产物的营养基质。广义的，凡是支持微生物生长和繁殖的介质或材料均可作为微生物的培养基。配置原则：营养物质应满足微生物的需求；营养物质的浓度及配比应恰当；物理化学条件适宜（

13、pH、氧化还原电位、水活度等）；根据培养的目的。培养基种类：根据对培养基成分的了解：天然培养基、半合成、合成。根据培养基的物理状态：液体、固体、半固体。根据培养目的：种子、发酵、繁殖、保藏培养基。根据特殊用途：基本培养基、加富培养基、选择培养基、鉴别培养基、测定生理生化特性的培养基。基本培养基（MM）：又称最低限度培养基，指能够满足某菌种的野生型（原养型）菌株最低营养要求的合成培养基。完全培养基（CM）：若在基本培养基中加入富含氨基酸、维生素、碱基等生长因子的营养物质，就可满足各种营养缺陷型的生长要求。加富培养基：在普通培养基中加入血、血清、动植物组织液或其他营养物质（生长因子）的一类营养丰富

14、的培养基。选择性培养基：根据某种或某类微生物的特殊营养要求，或对某些物理、化学条件的抗性而设计的培养基。鉴别培养基：在培养基中添加某种或某些化学试剂后，某种微生物生长过程中产生特殊代谢产物会与加入的这些化学物反应，并出现明显的、肉眼可见的特征性变化，从而使该种微生物与其他微生物区别开来。营养物质进入细胞：简单扩散（单纯扩散）、促进扩散、主动运输、基团转移等。（前两者不需要能量，后两个需要能量，并且促进扩散和主动运输还需要载体蛋白。）如果出填空题，空多，或问答题，可以将主动运输再细分为：初级主动运输、次级主动运输、ATP结合性盒式转运蛋白系统、Na，K-ATPase系统、基团转位、铁载体运输及原

15、生动物中的膜泡运输（胞吞、胞饮）。细菌生长曲线（分批培养）迟缓期：又叫滞留适应期。细菌接种至培养基后，对新环境有一个短暂适应过程（不适应者可因转种而死亡）。此期曲线平坦稳定，因为细菌繁殖极少，菌体体积增大，内含物质量显著增加，代谢机能活跃。迟缓期长短因菌种、接种菌量、菌龄以及营养物质等不同而异。缩短迟缓期，减少不良影响：通过遗传学方法改变菌种的遗传特性使迟缓期缩短；利用对数生长期的细胞作为“种子”；尽量使接种前后培养基的组分不要相差太大；适当扩大接种量。对数期：又称指数生长期。此期生长曲线上活菌数直线上升。细菌以稳定的几何级数极快增长，可持续几小时至几天不等（视培养条件及细菌代时而异）。此阶段

16、细菌的代谢活性及酶活性高而稳定，细胞大小比较一致，生活力强，在生产中常用作“种子”，在科研上作为理想的实验材料。抗生素作用，对该时期的细菌效果最佳。（比生长速率最大）稳定期：该期的生长菌群总数处于平坦阶段，但细菌群体活力变化较大。由于培养基中营养物质消耗、毒性产物（有机酸、H2O2等）积累pH下降等不利因素的影响，细菌繁殖速度渐趋下降，相对细菌死亡数开始逐渐增加，此期细菌增殖数与死亡数渐趋平衡。（活菌最多）衰亡期：营养物质耗尽或有毒物质的大量积累，死亡菌数明显增多。活菌数与培养时间呈反比关系，此期细菌变长肿胀或畸形衰变，甚至菌体自溶，难以辩认其形。生理代谢活动趋于停滞。前一段时间细菌衰亡快，后

17、一段时间，细菌产生抗性使得细菌死亡的速率下降。故陈旧培养物上难以鉴别细菌。代时：每个细菌分裂繁殖一代所需的时间，用G表示；倍增时间：在群体生长中细菌数量增加一倍所需的时间。lgNt-lgN0=u（t1-t0）/2.303 ；t1-t0=G=（lnNt-lnN0）/u=ln2/u=0.639/u连续培养：在微生物的整个培养期间，通过一定的方式使微生物能够以恒定的比生长速率生长并能够持续生长下去的一种培养方法。恒浊连续培养不断调节流速而使细菌培养物浊度保持恒定的连续培养。由光电装置检测培养容器中的浊度，根据浊度变化控制新鲜培养液流入和旧培养流出速度，使容器内菌液浓度恒定。工业发酵中用此法可获得大量

18、菌体及代谢产物。恒化培养控制恒定流速，使由于细菌生长而耗去的营养物及时得到补充，又叫恒组成连续培养。影响微生物生长的环境因素：物理因子：温度、水分、表面张力、辐射、液体静压力、声波等；化学因子：氢离子浓度（pH）、氧化还原电位等。（P155-163）灭菌、消毒方法：物理法：干热灭菌法、湿热灭菌法（高压蒸汽湿热灭菌）、过滤除菌法、紫外线灭菌法、射线灭菌法、微波灭菌法；化学法：化学表面消毒剂、防腐剂、化学治疗剂（抗代谢类药物、抗生素等）。菌种保藏：原理：创造一个使微生物代谢不活泼，生长繁殖受抑制，难以突变的环境条件。方法：定期移植保藏，冷冻干燥保藏，甘油保藏，液氮超低温保藏，液体石蜡保藏，砂土、土

19、壤保藏，麸皮保藏，蒸馏水保藏。5. 微生物的菌种选育遗传的物质基础验证实验：1.肺炎链球菌转化实验：1928年格里菲斯存在转化因子使得R型菌转化为有致病性的S型和1944年艾弗里（主）分离S型菌的蛋白质、核酸、多糖等物质，同R型菌混合，证明转化因子是DNA；2.T2噬菌体侵染大肠杆菌实验：1952年冷泉港赫尔希和蔡斯，同位素P32、S35标记，证明DNA是遗传物质。3.烟草花叶病毒（TMV）重建实验：1956年，弗朗克，将普通的TMV与毒株霍式车前花叶病毒（HR）的核酸和蛋白质的拆开和相互重建，证实RNA也可作为遗传物质。质粒常见的类型：F因子（致育因子、性因子）、R因子（抗药性质粒）、Col

20、因子、Ti质粒、巨大质粒（有系列固氮基因）、降解性质粒。突变：指生物的遗传性突然发生变异，并影响生物正常遗传的表型和性状的现象。诱发因素：细胞外的诱发因素（物理、化学诱变剂）、细胞内的诱发因素（引发自发突变的内源诱变剂）、DNA分子内部因素（互变异构效应、环出效应）突变的种类：根据遗传物质改变范围：染色体突变、基因突变；根据突变的表现型：形态突变、生化突变、致死突变、条件致死突变。按照突变机制：染色体数目变化、染色体结构变化、染色体局部座位内的变化（即基因突变）基因突变的特点：自发性及不对称性、稀有性、独立性、可诱变性、稳定性、可逆性。基因突变的效应：1.同义突变：碱基发生置换，由于密码子的简

21、并性，没有改变氨基酸；2.错义突变：碱基发生置换，密码子对应另外一种氨基酸；3.无义突变：正常翻译为氨基酸的碱基置换后变成UAG（琥珀突变）、UAA（赭石突变）、UGA（乳石突变）等终止密码子，形成截短的肽链；4.沉默突变：造成多肽链一个氨基酸的变化，但是不影响该蛋白的结构与功能。DNA突变或损伤的修复：DNA的3-5校正核酸酶活性、光复活（DNA光解酶切除嘧啶二聚体）、烷基转移酶（去烷基修饰）、切除修复（碱基切除修复、核苷酸切除修复）、错配修复、SOS修复系统。酵母菌的有性杂交：基本过程：亲株选择-形成子囊孢子-接合-杂交二倍体的选择。接合：指通过供体菌和受体菌的完整细胞经过直接接触、传递大段DNA（包括质粒）遗传信息的现象。（F+、F-、Hfr、F菌株的特点见作业本）。性导：F因子转入受体细胞后，由于引入体细胞的部分基因，从而形成部分二倍体，这种利用F因子将供体细胞的基因导入受体形成部分二倍体的过程。转导：借助温和型噬菌体为媒介，把供体细胞中的DNA片段携带到受体细胞中