微生物学完整教学课件1.ppt

1、微生物学完整教学课件1 绪论绪论: :微生物与我们人类微生物与我们人类 9.119.11改变美国的日子改变美国的日子 SARSSARS改变中国的日子改变中国的日子 改变了微生物在人类心目中的地位改变了微生物在人类心目中的地位 教学要求教学要求 培养兴趣培养兴趣 广泛猎取广泛猎取 加强实践加强实践 注重创新注重创新 专题讨论专题讨论 参考书目参考书目1 1 英文：英文： 1 1、微生物学案头百科微生物学案头百科 （英文原版（英文原版+ +中文导读），中文导读）， Moselio Schaeclhter Moselio Schaeclhter 主编，导读专家：高福教授，主编，导读专家：高福教授，

2、科学出版社，科学出版社， 20062006年；年；(260.00 (260.00 元元) ) 2 2、医学微生物学与寄生虫学（双语版）医学微生物学与寄生虫学（双语版） ，汪世平，汪世平， 叶嗣颖主编，科学出版社，叶嗣颖主编，科学出版社， 2001 2001 年；年； 3 3、微生物学微生物学( (第第5 5版版)()(影印版影印版) ) ，PRESCOTTPRESCOTT、HARLEYHARLEY、 KLEINKLEIN主编，高等教育出版社；主编，高等教育出版社； 微生物的生物界“之最”微生物的生物界“之最” 个体最小：用微米（个体最小：用微米（m）或纳米（）或纳米（nm）来表示。）来表示。

3、形态最简：单细胞、简单多细胞、非细胞。形态最简：单细胞、简单多细胞、非细胞。 胃口最大：吸收多，消耗快。胃口最大：吸收多，消耗快。 食谱最广：“无所不吃”。食谱最广：“无所不吃”。 繁殖最快：几分钟就繁殖一代，繁殖最快：几分钟就繁殖一代，2n递增。递增。 数量最多：土壤、水体、动植物机体。数量最多：土壤、水体、动植物机体。 变异最易：繁殖快、数量多与外界环境直接接触。变异最易：繁殖快、数量多与外界环境直接接触。 抗性最强：抗热、寒、碱、高渗透压、压力。抗性最强：抗热、寒、碱、高渗透压、压力。 微生物的生物界“之最”微生物的生物界“之最” 休眠最长：芽孢杆菌中的芽孢，距今休眠最长：芽孢杆菌中的芽

4、孢，距今3、4千年的千年的 金字塔木乃伊仍有活性。金字塔木乃伊仍有活性。 种类最多：我们所知道的微生物不到总数的种类最多：我们所知道的微生物不到总数的10%， 5%，1%。 分布最广：无孔不入，无处不在。分布最广：无孔不入，无处不在。 起源最早：距今起源最早：距今35亿年前，厌氧性异养细菌，如亿年前，厌氧性异养细菌，如 甲烷菌等古细菌。甲烷菌等古细菌。 发现最晚：发现最晚：17世纪下半叶尤其是世纪下半叶尤其是19世纪下半叶，世纪下半叶， 才开始认识到微生物的客观存在。才开始认识到微生物的客观存在。 界级最宽：动物界、植物界、真菌界、原生生物界级最宽：动物界、植物界、真菌界、原生生物 界、原核生

5、物界、病毒界。界、原核生物界、病毒界。 生物起源简史生物起源简史 地球年龄地球年龄： 约约 46 亿年亿年 细菌年龄细菌年龄： 约约 35 亿年亿年 地球表面产生有机物，还原性大气包围着地球表面产生有机物，还原性大气包围着 地球。产生地球。产生厌氧异养古细菌厌氧异养古细菌如甲烷菌。构成原如甲烷菌。构成原 始单极分解生态系统。始单极分解生态系统。 32亿年前亿年前 蓝细菌蓝细菌产生，构成双极，即合产生，构成双极，即合 成与分解的生态系统。成与分解的生态系统。 2310亿年前亿年前 好氧性异养细菌好氧性异养细菌， 产生第三极即消费者。 动植物年龄动植物年龄(寒武纪年代:5亿亿3千万年千万年前后)

6、4亿年前亿年前 产生鱼类；陆地生物 3亿年前亿年前 产生两栖类 2亿年前亿年前 产生爬行类 人类年龄：人类年龄： 300万年万年前 产生人类 （一）、难以认识的原因（一）、难以认识的原因 个体微小，视而不见。个体微小，视而不见。 外貌不显，作用轻视。外貌不显，作用轻视。 杂居混生，功过难断。杂居混生，功过难断。 因果难联，常受蒙骗因果难联，常受蒙骗。 天花病毒天花病毒(Smallpox virus) 3000年起源于印度或埃及年起源于印度或埃及 病症：发热、大量水泡性病症：发热、大量水泡性 红肿红肿 死亡率：死亡率：30以上；幸存以上；幸存 者常伴随失明等严重残疾者常伴随失明等严重残疾 历史上

7、微生物疾病引起的灾难历史上微生物疾病引起的灾难 0 0 5 5 1010 1515 2020 2525 1518151816201620 墨西哥人口随着西班牙殖 民者的到来而急剧下降 死于天花的帝王：死于天花的帝王： 中国清世祖爱新觉罗中国清世祖爱新觉罗 福临福临 （ 1661） 日本天皇日本天皇Gokomyo（1654） 和和 Higashiyama（1709）; 英国女皇玛丽二世（英国女皇玛丽二世（1694） 俄国沙皇彼德二世（俄国沙皇彼德二世（1730） 法国国王路易十五（法国国王路易十五（1774） 奥地利皇帝奥地利皇帝 Ferdinand四世四世 （ 1654）和）和Joseph一世

8、（一世（ 1711） 天花对历史的影响天花对历史的影响 免疫学经验时期：萌芽时期免疫学经验时期：萌芽时期 人痘：起源于中人痘：起源于中 国唐朝国唐朝，广泛应广泛应 用于宋朝用于宋朝 牛痘：牛痘：18世纪末世纪末， 英国医生英国医生Edward Jenner创立创立。 中国的人痘接种中国的人痘接种 基础免疫学基础免疫学（第五版）（第五版）（Fundamental Immunology，Fifth edition，William E. Paul， Lippincott Williams 英国女皇玛丽二世（英国女皇玛丽二世（1694） 俄国沙皇彼德二世（俄国沙皇彼德二世（1730） 法国国王路易十五

9、（法国国王路易十五（1774） 奥地利皇帝奥地利皇帝 Ferdinand四世四世 （ 1654）和）和Joseph一世一世 （1711） 天花对历史的影响天花对历史的影响 免疫学经验时期：萌芽时期免疫学经验时期：萌芽时期 人痘：起源于中人痘：起源于中 国唐朝国唐朝，广泛应广泛应 用于宋朝用于宋朝 牛痘：牛痘：18世纪末世纪末， 英国医生英国医生 Edward Jenner 创立创立。 中国的人痘接种中国的人痘接种 基础免疫学基础免疫学（第五版）（第五版）（Fundamental Immunology，Fifth edition，William E. Paul， Lippincott Willi

10、ams 四、微生物的发现和微生物学的建立与发展 （五)我国微生物学的发展 汤飞凡：沙眼病原体的分离和确证汤飞凡：沙眼病原体的分离和确证 陈华癸：陈华癸：根瘤菌固氮作用的研究 高尚荫：高尚荫：创建了我国病毒学的基础理论研究 和第一个微生物学专业 抗生素的总产量已耀居世界首位抗生素的总产量已耀居世界首位 两步法生产维生素两步法生产维生素C的技术居世界先进水平的技术居世界先进水平 泉生热孢菌全基因组序列测定泉生热孢菌全基因组序列测定 基因水平转移-细菌DNA的主动分泌与摄取 聪明的黏菌 生命起源的研究； 四、微生物的发现和微生物学的建立与发展 （六）21世纪微生物学展望 1微生物自身的特点（共性和特

11、性）将会更加受到关注和利用 以微生物为研究材料继续对一些基本生命现象进行研究； 生物进化方面的研究； 在微生物基因组上进行的考古 性别分化的意义； 生物智慧的发展； 微生物产业的开发； 重要致病菌的特点及其防治； 极端环境的微生物的研究； 共性：共性：微生物具有其他生物共有的基本生物学特性：生长、 繁殖、代谢、共用一套遗传密码等，甚至其基因组 上含有与高等生物同源的基因，充分反映了生物高 度的统一性。 特性：特性：微生物具有其它生物不具备的生物学特性，例如可在 其他生物无法生存的极端环境下生存和繁殖，具有其 他生物不具备的代谢途径和功能，反映了微生物极其 丰富的多样性。 微生物自身特性的进一步

12、开发、利用：例如降解性塑料，分解纤 维素、生产单细胞蛋白等。 借助（利用）微生物特点的基因工程产业：利用微生物生产原本 它们不能生产的药物、疫苗等。 微生物具备生命现象的特性和共性，将是微生物具备生命现象的特性和共性，将是 21世纪进一步解决生物学重大理论问题，世纪进一步解决生物学重大理论问题，如生如生 命起源与进化命起源与进化，物质运动的基本规律物质运动的基本规律等，和实等，和实 际应用问题，如际应用问题，如新的微生物资源的开发利用新的微生物资源的开发利用， 能源能源、粮食粮食等的最理想的材料。等的最理想的材料。 四、微生物的发现和微生物学的建立与发展 （六）21世纪微生物学展望 2与其他学

13、科实现更广泛的交叉，获得新的发展 学科交叉永远是科学创新的源泉！ 微生物基因组的序列测定和分析； 微量热技术对生命过程的研究； 微生物的快速检定； 计算机技术与微生物学的结合； 五、微生物的类群及特点 微生物是微小生物的总称，一般只有借助显微镜才能其进行观察。 微生物 病毒 原核生物： 真细菌、古生菌 真核生物： 真菌（酵母、霉菌、蕈菌等）、 单细胞藻类、 原生动物等 微生物的特点： 个体小个体小、结构简结构简、胃口大胃口大、食谱广食谱广、 繁殖快繁殖快、易培养、数量大易培养、数量大、分布广分布广、 种类多种类多、级界宽级界宽、变异易变异易、抗性强抗性强、 休眠长休眠长、起源早起源早、发现晚发

14、现晚 个体小个体小: 测量单位：微米或纳米 杆菌的平均长度：杆菌的平均长度：2 2 微米微米； 15001500个杆菌首尾相连个杆菌首尾相连= = 一粒芝麻的长度一粒芝麻的长度； 1010- -100100亿个细菌加起来重量亿个细菌加起来重量 = = 1 1毫克毫克 面积面积/体积比：体积比：人人 = 1，大肠杆菌大肠杆菌 = 30万万； 这样大的比表面积特别有利于它们和周围环这样大的比表面积特别有利于它们和周围环 境进行物质、能量、信息的交换。微生物的境进行物质、能量、信息的交换。微生物的其它很其它很 多属性都和这一特点密切相关。多属性都和这一特点密切相关。 个体小个体小: 测量单位：微米或

15、钠米 火 星 陨 石 中 发 现 的 细 菌 化 石 （ 直 径 10 nm ） 德国科学家H. N. Schulz等1999年在纳米比亚海岸的海底沉积物中 发现的一种硫磺细菌（sulfur bacterium），其大小可达0.75 mm， Thiomargarita namibiensis，-“纳米比亚硫磺珍珠” 结构简：结构简： 无细胞结构（病毒）； 单细胞； 简单多细胞； 胃口大：胃口大： 消耗自身重量消耗自身重量2000倍食物的时间：倍食物的时间： 大肠杆菌：1小时 人 ：500年（按400斤/年计算） 食谱广：食谱广： 微生物获取营养的方式多种多样，其食谱之广 是动植物完全无法相比的

16、！ 纤维素、木质素、几丁质、角蛋白、石油、甲醇、 甲烷、天然气、塑料、酚类、氰化物、各种有机物 均可被微生物作为粮食 繁殖快：繁殖快： 24小时后： 4722366500万亿个后代，重量达到：4722吨 48小时后：2.2 10 43个后代，重量达到2.2 10 25 吨 相当于相当于4000个地球的重量！个地球的重量！ 大肠杆菌大肠杆菌一个细胞重约一个细胞重约10 12 克，克，平均平均20分钟繁殖一代分钟繁殖一代 一头一头500 500 kgkg的食用公牛，的食用公牛，2424小时生产小时生产 0.5 0.5 kgkg蛋白质蛋白质, , 而同样重量的酵母菌，以质量较次的糖液（如糖蜜）而同样

17、重量的酵母菌，以质量较次的糖液（如糖蜜） 和氨水为原料，和氨水为原料，2424小时可以生产小时可以生产 50000 50000 kgkg优质蛋白质。优质蛋白质。 易培养：易培养： 很多细菌都可以非常方便地进行人工培养！ 数量大：数量大： 在自然界中（土壤、水体、空气，动植物体内和体表） 都生存有大量的微生物！ 分布广：分布广： 人迹可到之处，微生物的分布必然很多， 而人迹不到的地方，也有大量的微生物存在！ 强酸、强碱、高热的极端环境； 数十公里的高空（最高为离地85公里，须用火箭采样）； 几千米的地下； 常年封冻的冰川； 从永冻冰层分离微生物 南极南极Vostok湖冰芯样品中的微生物湖冰芯样品

18、中的微生物 种类多：种类多： 微生物的生理代谢类型多； 代谢产物种类多； 微生物的种数“多”； 虽然目前已定种的微生物只有大约10万种，远较动植物为少， 但一般认为目前为人类所发现的微生物还不到自然界中微生物 总数的1% 级界宽：级界宽： Whittaker的五界分类系统 级界宽：级界宽： Woese三原界分类系统 变异易：变异易： 个体小、结构简、且多与外界环境直接接触 繁殖快、 数量多 短时间内产生大量的变异后代短时间内产生大量的变异后代 突变率：10-5 10-10 变异易：变异易： 青霉素的生产： 20单位/ ml（1943） 10000单位/ ml 青霉素的用量： 最高：10万单位/

19、天（40年代） 数百万-千万单位/次 细菌抗药性的产生：细菌抗药性的产生： 抗（逆）性强：抗（逆）性强： 抗热：有的细菌能在265个大气压，250 的条件下生长； 自然界中细菌生长的最高温度可以达到113 ； 有些细菌的芽孢，需加热煮沸8小时才被杀死； 抗寒：有些微生物可以在12 30的低温生长； 抗酸碱：细菌能耐受并生长的pH范围：pH 0.5 13； 耐渗透压：蜜饯、腌制品，饱和盐水（NaCl, 32%)中 都有微生物生长； 抗压力：有些细菌可在1400个大气压下生长； 休眠长：休眠长： 世界上最古老的活细菌（芽孢）：2.5亿年 Nature 407, 897 - 900 (2000) 起

20、源早：起源早： 38亿年前，生命在海洋中出现 26亿年前，陆地上就可能存在微生物 发现晚：发现晚： 300多年前人们才真正发现微生物的存在 微生物的特点： 个体小个体小、结构简结构简、胃口大胃口大、食谱广食谱广、 繁殖快繁殖快、易培养、数量大易培养、数量大、分布广分布广、 种类多种类多、级界宽级界宽、变异易变异易、抗性强抗性强、 休眠长休眠长、起源早起源早、发现晚发现晚 本章思考题： 试根据微生物的特点，谈谈为什么说 微生物既是人类的敌人，更是人类的朋友。 球菌 杆菌 螺旋型菌 特殊形态的细菌特殊形态的细菌 革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌细胞壁的构造 细胞壁类型：革兰氏阳性细菌细胞壁、革兰氏阴

21、性细菌细胞壁革兰氏阳性细菌细胞壁、革兰氏阴性细菌细胞壁 革兰氏阳性细菌 革兰氏阴性细菌 细胞膜 肽聚糖 磷壁酸 脂磷壁酸 肽聚糖 周质空间 细胞膜 外膜 脂多糖 孔蛋白 磷脂 脂蛋白 膜蛋白 膜蛋白 成 分 革兰氏阳性细菌 革兰氏阴性细菌 革兰氏染色反应 肽聚糖含量 肽聚糖结构 细胞壁厚度及层次 磷壁酸 脂多糖与类脂质 脂蛋白质 对溶菌酶 对青霉素和磺胺 与细胞膜的关系 菌体呈紫色 含量高，占细胞壁干重的30 95%) 多层,紧密 20-80nm,单层 多数有,含量较高(60岁）岁） 正常情况下不传染正常情况下不传染 可通过移植手术，或污染的外科手术可通过移植手术，或污染的外科手术 器械传染器

22、械传染 CJDCJD主要发生在老年人主要发生在老年人 nvCJDnvCJD人克雅氏病的新变异人克雅氏病的新变异 1996年，疯牛病大爆发刚过，英国发生了十年，疯牛病大爆发刚过，英国发生了十 多起多起CJD 与一般的与一般的CJD不同，接近不同，接近Kuru病：病： 均发生于年轻人，平均死亡年龄均发生于年轻人，平均死亡年龄27.5岁岁 病症与典型的病症与典型的CJD有所不同，开始主要是焦躁，抑有所不同，开始主要是焦躁，抑 郁；然而伴随颤抖，行动不协调，神经系统病变发郁；然而伴随颤抖，行动不协调，神经系统病变发 生较晚，从发病到死亡约生较晚，从发病到死亡约16个月（个月（CJD：6个月）个月） 是

23、由于疯牛病病原感染的结果是由于疯牛病病原感染的结果 主要发生在英国，现已有主要发生在英国，现已有97个病例个病例 英国历年英国历年CJDCJD的发生情况的发生情况 年份年份 零星性零星性 医源性医源性 家族性家族性 GSSGSS可能的可能的nvCJD 确认的确认的nvCJD 总数总数 198526110-28 198626000-26 198723001-24 198822110-24 198928220-32 199028500-33 199132130-36 199244251-52 199338422-46 199451143-59 199535423-347 199640424-106

24、0 199759641-1080 199863341-1889 199961620-1584 20004412012775 2001410011218 疯牛病疯牛病 从牛到人从牛到人 曾进口英国肉骨粉饲料的国家和地区曾进口英国肉骨粉饲料的国家和地区 4、朊病毒的结构、朊病毒的结构 电镜下呈电镜下呈杆状颗粒杆状颗粒，直径，直径25nm，长，长 125150nm 杆状颗粒呈杆状颗粒呈丛状排列丛状排列，每丛从几十至上百，每丛从几十至上百 蛋白质分子量为蛋白质分子量为2.7万万3万万，无免疫原性，无免疫原性 5、朊病毒的致病性、朊病毒的致病性 导致动物导致动物中枢神经系统中枢神经系统退化、退化、 紊乱

25、等疾病紊乱等疾病 使动物出现使动物出现 脱毛、皮肤骚痒、脱毛、皮肤骚痒、 失去平衡和后肢麻痹失去平衡和后肢麻痹等症状等症状 可以传染给人类可以传染给人类 朊病毒：新的遗传机制？朊病毒：新的遗传机制？ 6、朊病毒的生物学意义、朊病毒的生物学意义 使生物学遗传信息传递的使生物学遗传信息传递的 “中心法则”受到冲击“中心法则”受到冲击 为蛋白质的结构与功能为蛋白质的结构与功能 研究提出新思路研究提出新思路 朊病毒假说朊病毒假说 1 朊病毒假说认为，破坏性蛋白质是包括疯朊病毒假说认为，破坏性蛋白质是包括疯 牛病、羊瘙痒症在内的多种致命性神经系牛病、羊瘙痒症在内的多种致命性神经系 统疾病的病因。统疾病的

26、病因。 根据朊病毒假说，致病蛋白质根据朊病毒假说，致病蛋白质PrPSC能在能在 大脑内自我复制，数量不断增加，直至形大脑内自我复制，数量不断增加，直至形 成纤维，破坏神经细胞，并最终杀死动物。成纤维，破坏神经细胞，并最终杀死动物。 朊病毒假说朊病毒假说 2 PrPSC和大脑中正常的蛋白质和大脑中正常的蛋白质PrPC具有相同的氨基具有相同的氨基 酸序列，但却折叠成不同的三维形状。它能改变所酸序列，但却折叠成不同的三维形状。它能改变所 遇到的任何遇到的任何PrPc的形状，变形成为一个新的的形状，变形成为一个新的PrPSC 分子，这个新生分子，这个新生PrPSC分子反过来又可改变更多分子反过来又可改

27、变更多 PrPC分子的形状。尽管近来的研究已经给朊病毒假分子的形状。尽管近来的研究已经给朊病毒假 说提供了强有力的支持，说提供了强有力的支持，但还缺少一个重要的实验但还缺少一个重要的实验 佐证：佐证：尚无人利用体外合成的纯净尚无人利用体外合成的纯净PrPSC诱导健康诱导健康 动物患上朊病毒症。动物患上朊病毒症。 实验佐证实验佐证 据据2005年年4月月22日出版的日出版的细胞细胞杂志报道，美杂志报道，美 国得克萨斯大学加尔维斯敦医学分部的神经生物国得克萨斯大学加尔维斯敦医学分部的神经生物 学家学家Claudio Soto及其同事正在接近这一目标。及其同事正在接近这一目标。 为了制造更多为了制造

28、更多PrPSC，Soto小组在试管中完成了小组在试管中完成了 20次“感染”过程。在第一次感染中，研究小组次“感染”过程。在第一次感染中，研究小组 将健康脑组织和被羊瘙痒症感染的动物脑组织混将健康脑组织和被羊瘙痒症感染的动物脑组织混 合到一起。就像那些初次接触病毒的动物一样，合到一起。就像那些初次接触病毒的动物一样， 健康脑组织中的健康脑组织中的PrPC被转变成了被转变成了PrPSC。 实验佐证实验佐证 在接下来的若干次感染中，他们用前一次在接下来的若干次感染中，他们用前一次 被感染的脑组织去感染新的健康脑组织。被感染的脑组织去感染新的健康脑组织。 经过这一过程，最初的少量启动分子产生经过这一

29、过程，最初的少量启动分子产生 了数十亿个了数十亿个PrPSC分子。尽管部分羊瘙痒症分子。尽管部分羊瘙痒症 病源组织被带入了最初的几次感染过程，病源组织被带入了最初的几次感染过程， 但它们最终也会被稀释，直到从样本中清但它们最终也会被稀释，直到从样本中清 除出去。不过，脑组织依然具有很强的传除出去。不过，脑组织依然具有很强的传 染性，注入仓鼠大脑后能有效地引发羊瘙染性，注入仓鼠大脑后能有效地引发羊瘙 痒症。痒症。 对实验佐证的质疑对实验佐证的质疑 加州大学旧金山分校的神经生物学家加州大学旧金山分校的神经生物学家 Giuseppe Legname指出，问题在于，由指出，问题在于，由 于研究人员是从

30、感染了羊瘙痒症的脑组织入于研究人员是从感染了羊瘙痒症的脑组织入 手，而不是纯手，而不是纯PrPSC，因此其他一些与羊瘙，因此其他一些与羊瘙 痒症有关的因素可能和痒症有关的因素可能和PrPSC一起被扩增了。一起被扩增了。 但但Legname也表示，该系统可以用来检测也表示，该系统可以用来检测 被感染动物血液中的低水平朊病毒。他说，被感染动物血液中的低水平朊病毒。他说， 为了降低朊病毒通过食物或医学血液制品传为了降低朊病毒通过食物或医学血液制品传 播的几率，这种检测“绝对必要”。播的几率，这种检测“绝对必要”。 朊病毒的两面性：有助于记忆朊病毒的两面性：有助于记忆 哥伦比亚大学艾里克哥伦比亚大学艾

31、里克-坎德尔等发现，一种名为坎德尔等发现，一种名为CPEB的朊的朊 蛋白样的蛋白质，可能有助于神经细胞对记忆的储存。在蛋白样的蛋白质，可能有助于神经细胞对记忆的储存。在 大脑中的短暂电信号可能使大脑中的短暂电信号可能使CPEB转变为朊蛋白构型，从转变为朊蛋白构型，从 而有助于建立长久记忆。而有助于建立长久记忆。 CPEB是海蛞蝓（音：是海蛞蝓（音：KUOYU，一种软梯动物，身体象，一种软梯动物，身体象 蜗牛，但没有壳，吃蔬菜或瓜果的叶子，对农作物有害）蜗牛，但没有壳，吃蔬菜或瓜果的叶子，对农作物有害） 的蛋白质，它位于神经细胞之间的突触连接处。活性的蛋白质，它位于神经细胞之间的突触连接处。活性

32、 CPEB蛋白能够促使其他蛋白质的产生，使得神经细胞与蛋白能够促使其他蛋白质的产生，使得神经细胞与 临近神经原之间建立和维持更为密切的新联系，该过程就临近神经原之间建立和维持更为密切的新联系，该过程就 是记忆的基础。是记忆的基础。 人类和哺乳动物含有人类和哺乳动物含有CPEB蛋白质，如果能够搞清其作用蛋白质，如果能够搞清其作用 的话，将会是相当有意义的。的话，将会是相当有意义的。 7、预防与控制、预防与控制 用污染朊病毒的肉骨粉作饲料喂牛是导致用污染朊病毒的肉骨粉作饲料喂牛是导致BSE的的 病因。自病因。自2000年起，欧盟国家已全面禁止使用。年起，欧盟国家已全面禁止使用。 现在认为，人类的新

33、型克雅氏病与食用污染朊病现在认为，人类的新型克雅氏病与食用污染朊病 毒的牛肉有关，因此受到高度重视。毒的牛肉有关，因此受到高度重视。 有证据表明，朊病毒无宿主特异性，可使其他反有证据表明，朊病毒无宿主特异性，可使其他反 刍兽和猫发病。通过口服或脑内接种，可在绵羊、刍兽和猫发病。通过口服或脑内接种，可在绵羊、 山羊、貂、绒猴、鼠猴、小鼠及仓鼠传代。山羊、貂、绒猴、鼠猴、小鼠及仓鼠传代。 第四章第四章 微生物的营养微生物的营养与培养基与培养基 营养营养(nutrition)：生物体从外部环境中摄取对其生命活：生物体从外部环境中摄取对其生命活 动必须的能量和物质动必须的能量和物质，以满足正常生长和繁

34、殖需要的一以满足正常生长和繁殖需要的一 种最基本的生理功能种最基本的生理功能。 营养物营养物(nutrient)：具有营养功能的物质。：具有营养功能的物质。 营养物提供生命活动的结构物质营养物提供生命活动的结构物质、能量能量、代谢调节物质代谢调节物质 和良好的生理环境和良好的生理环境。 一些一些微生物可利用非物质形式的能源微生物可利用非物质形式的能源光能。光能。 一、细胞化学组成一、细胞化学组成 整个生物界大体相同，主要是整个生物界大体相同，主要是C、H、O、N（占干重（占干重90 97%），），C占约占约50%，此外为各种无机元素，由这些元素再，此外为各种无机元素，由这些元素再 组成化合物。

35、其中组成化合物。其中C/N一般是一般是5:1。 第一节第一节 微生物的六种营养要素微生物的六种营养要素 元素元素 大量元素：碳、氢、氧、氮、磷、硫大量元素：碳、氢、氧、氮、磷、硫 其他元素：钾、钠、钙、镁、铁、锰、铜、其他元素：钾、钠、钙、镁、铁、锰、铜、 钴、锌、钼等钴、锌、钼等 存在方式存在方式 有机物：蛋白质、糖、有机物：蛋白质、糖、类类脂、核酸、维生素、降脂、核酸、维生素、降 解产物、代谢中间产物解产物、代谢中间产物 无机盐灰分无机盐灰分 水水 细胞湿重的细胞湿重的70%90% 元素元素 细菌细菌 酵母菌酵母菌 霉菌霉菌 碳碳 50 49.8 47.0 氮氮 15 7.5 5.2 氢氢

36、 8 5.7 6.7 氧氧 20 31.1 40.2 磷磷 3 1.5 1.2 硫硫 1 0.3 0.2 微生物细胞中几种主要元素的相对含量微生物细胞中几种主要元素的相对含量（%干重干重） 一般生物能利用的，微生物能利用；一般生物能利用的，微生物能利用； 一般生物不能利用的，微生物也能利用；一般生物不能利用的，微生物也能利用； 对一般生物有害的，微生物还能利用对一般生物有害的，微生物还能利用。 微生物是杂食性的：微生物是杂食性的： 二、主要营养物及其功能二、主要营养物及其功能 碳源（碳源（Carbon source） 氮源（氮源（Nitrogen source) 能源（能源（Energy so

37、urce) 生长因子（生长因子（Growth factor ) 无机盐无机盐(Inorganic salt) 水水(Water) 六种营养要素六种营养要素 参与微生物细胞的组成参与微生物细胞的组成 提供微生物机体进行各种生理活动所需的能量提供微生物机体进行各种生理活动所需的能量 形成微生物代谢产物的来源形成微生物代谢产物的来源 功能功能: : 营养物质是微生物新陈代谢和一切生命活动的物质基础，失营养物质是微生物新陈代谢和一切生命活动的物质基础，失 去这个基础，生命也就停止。去这个基础，生命也就停止。 异养微生物：必须利用有机碳源异养微生物：必须利用有机碳源 自养微生物：能利用无机碳源自养微生物

38、：能利用无机碳源 （一）碳源（一）碳源(carbon source) 一切能满足微生物生长繁殖所需碳元素的营养物。一切能满足微生物生长繁殖所需碳元素的营养物。 碳源是需要量最大的营养物，又称大量营养物（碳源是需要量最大的营养物，又称大量营养物（macronutrients） 有机碳源：有机碳源：蛋白质，核酸，蛋白质，核酸，淀粉淀粉，葡萄糖等葡萄糖等 无机碳源：无机碳源： CO2 , Na2CO3 , CaCO3等等 异养微生物的碳源同时也是能源异养微生物的碳源同时也是能源 糖类：糖类： 葡萄糖，果糖，麦芽糖，蔗糖，淀粉，半乳糖，乳糖，甘露葡萄糖，果糖，麦芽糖，蔗糖，淀粉，半乳糖，乳糖，甘露 糖

39、，纤维二糖，纤维素，半纤维素，甲壳素，木质素，等糖，纤维二糖，纤维素，半纤维素，甲壳素，木质素，等 有机酸：有机酸： 乳酸，柠檬酸，延胡索酸，低级脂肪酸，高级脂肪酸，氨乳酸，柠檬酸，延胡索酸，低级脂肪酸，高级脂肪酸，氨 基酸，等基酸，等 醇类：醇类： 乙醇，等乙醇，等 脂类：脂类： 脂肪，磷脂，等脂肪，磷脂，等 烃类：烃类： 天然气，石油，石油馏分，石蜡油天然气，石油，石油馏分，石蜡油 ，等，等 CO2 碳酸盐：碳酸盐： NaHCO3, CaCO3, 白垩，等白垩，等 其他：其他： 芳香族化合物，氰化物，蛋白质，肽，核酸芳香族化合物，氰化物，蛋白质，肽，核酸 微生物可利用的碳源微生物可利用的碳

40、源(化合物分类化合物分类) ( ) 能为微生物的生命活动提供最初能量来源的化学物质或能为微生物的生命活动提供最初能量来源的化学物质或 辐射能辐射能。 （三）能源（三）能源(energy source) 异养微生物的碳源同时也是能源异养微生物的碳源同时也是能源 无机物：化能自养微生物的能源无机物：化能自养微生物的能源 能源谱能源谱 化学物质化学物质 辐射能：光能自养和光能异养微生物的能源辐射能：光能自养和光能异养微生物的能源 有机物：化能异养微生物的能源有机物：化能异养微生物的能源 （化能营养型）（化能营养型） （光能营养型）（光能营养型） 单功能：单功能： 辐射能辐射能 双功能：双功能： 还原

41、态无机养料还原态无机养料，如如NH4+既是硝酸盐细菌的能既是硝酸盐细菌的能 源源，又是氮源又是氮源 三功能：三功能： N C H O类营养物质常是异养微生物的能类营养物质常是异养微生物的能 源源，碳源兼氮源碳源兼氮源 一种营养物具有一种以上营养要素的功能一种营养物具有一种以上营养要素的功能 ( ) 培养基中生长因子来源：培养基中生长因子来源： 酵母膏、玉米浆、麦芽汁等。酵母膏、玉米浆、麦芽汁等。 作用：辅酶或酶活化作用：辅酶或酶活化所需所需。 维生素维生素 微生物的种微生物的种 硫胺素硫胺素(B1) Bacillus anthracis (炭疽芽孢杆菌炭疽芽孢杆菌) 核黄素核黄素 Clostr

42、idium tetani (破伤风梭菌破伤风梭菌) 烟酸烟酸 Brucella abortus (流产布鲁氏杆菌流产布鲁氏杆菌) 吡哆酸吡哆酸(B6) Lactobacillus spp. (各种乳酸杆菌各种乳酸杆菌) 生物素生物素 Leuconostoc mesenteroides (肠膜状明串珠菌肠膜状明串珠菌) 泛酸泛酸 Proteus morganii (摩氏变形杆菌摩氏变形杆菌) 叶酸叶酸 Leuconostoc dextranicum (葡聚糖明串珠菌葡聚糖明串珠菌) 钴胺酸钴胺酸(B12) Lactobacillus spp. 维生素维生素K Bacteroides melani

43、nogenicus (产黑素拟杆菌产黑素拟杆菌) 若干细菌所需要的维生素若干细菌所需要的维生素 维生素维生素 转移的对象转移的对象 代谢功能代谢功能 硫胺素硫胺素(B1) 乙醛基乙醛基 焦磷酸硫胺素是脱羧酶、转醛酶、焦磷酸硫胺素是脱羧酶、转醛酶、 转酮酶的辅基，与转酮酶的辅基，与a a酮酸的氧酮酸的氧 化脱羧和酮基转移有关化脱羧和酮基转移有关 吡哆醇吡哆醇(B6) 氨基氨基 磷酸吡哆醛是氨基酸消旋酶、转磷酸吡哆醛是氨基酸消旋酶、转 氨酶与脱羧酶的辅基，参与氨基氨酶与脱羧酶的辅基，参与氨基 酸的消旋、脱羧和转氨酸的消旋、脱羧和转氨 叶酸叶酸 甲基甲基 即辅酶即辅酶F(四氢叶酸四氢叶酸)，参与一碳

44、，参与一碳 基的转移，与合成嘌呤、嘧啶、基的转移，与合成嘌呤、嘧啶、 核甘酸、丝氨酸和甲硫氨酸有关核甘酸、丝氨酸和甲硫氨酸有关 维生素维生素B12 羧基，甲基羧基，甲基 钴酰胺辅酶，参与一碳基的转移，钴酰胺辅酶，参与一碳基的转移， 与甲硫氨酸和胸苷酸有关与甲硫氨酸和胸苷酸有关 维生素的生理功能维生素的生理功能 （五）无机盐（五）无机盐 (inorganic salts) 所需浓度在所需浓度在10-3-10-4M 的元素为大量元素的元素为大量元素 所需浓度在所需浓度在10-6-10-8M 的元素为微量元素的元素为微量元素 无机盐的生理功能无机盐的生理功能 无机盐无机盐 大量元素大量元素 微量元素

45、微量元素 一般功能一般功能 特殊功能特殊功能 细胞内一般分子成分细胞内一般分子成分 (P、S、Ca、Mg、Fe等等) 生理调节物质生理调节物质 渗透压的维持渗透压的维持 (Na+等等) 酶的激活剂酶的激活剂 (Mg等等) pH的稳定的稳定 化能自养菌的能源化能自养菌的能源 (S、Fe2+、NH4+、MO2-等等) 无氧呼吸时的氢受体无氧呼吸时的氢受体(NO3-、SO42-等等) 酶的激活剂酶的激活剂 (Cu2+、Mn2+、Zn2+等等) 特殊分子结构成分特殊分子结构成分 (Co、Mo等等) MnSO4过（超）氧化物歧化酶（过（超）氧化物歧化酶（SOD）的辅因子）的辅因子 Co Vit B12复

46、合成分，肽酶的辅因子复合成分，肽酶的辅因子 Mo固氮酶及同化型、异化型硝酸盐还原酶的成分固氮酶及同化型、异化型硝酸盐还原酶的成分 生理作用：生理作用： 细胞组成成分细胞组成成分 生化反应溶剂生化反应溶剂 维持各种生物大分子的稳定性维持各种生物大分子的稳定性，参与某些重要的参与某些重要的 生化反应生化反应 物质运输媒体物质运输媒体 调节细胞温度调节细胞温度 维持细胞的渗透压维持细胞的渗透压 （六）水（六）水 存在状态：游离态（溶剂）和结合态（结构组成）存在状态：游离态（溶剂）和结合态（结构组成） 依碳源不同：依碳源不同： 异养型异养型(heterotrophs): 不能以不能以CO2为主要或唯一

47、碳源为主要或唯一碳源 自养型自养型(autotrophs): 能以能以CO2为主要或唯一碳源为主要或唯一碳源 第二节第二节 微生物营养类型微生物营养类型 依能源不同：依能源不同： 光能营养型光能营养型(phototrophs): 光反应产能光反应产能 化能营养型化能营养型(chemotrophs):物质氧化产能物质氧化产能 依氢供体不同依氢供体不同： 有机营养型有机营养型 (heterotrophs):以有机物为供氢体以有机物为供氢体 无机营养型无机营养型 (autotrophs):以无机物为供氢体以无机物为供氢体 微生物的营养类型微生物的营养类型 营养类型 营养类型 能能 源源 碳源碳源 实

48、实 例例 光能无机营养型光能无机营养型 （光能自养型光能自养型） 光能光能 CO2 蓝细菌蓝细菌 紫硫细菌紫硫细菌 绿硫细菌绿硫细菌 藻类藻类 光能有机营养型光能有机营养型 （光能异养型光能异养型） 光能光能 CO2 及及 简单有机物简单有机物 红螺细菌红螺细菌 化能无机营养型化能无机营养型 （化能自养型）（化能自养型） 无机物无机物 CO2 硝化细菌硝化细菌 硫化细菌硫化细菌 铁细菌铁细菌 氢细菌氢细菌 化能有机营养型化能有机营养型 （化能异养型）（化能异养型） 有机物有机物 有机物有机物 绝 大 多 数 微绝 大 多 数 微 生物生物， 原生动物原生动物 氢供体氢供体 无机物无机物 有机物

49、有机物 无机物无机物 有机物有机物 寄生型寄生型(parasitism) 寄生于活的生物体寄生于活的生物体 腐生型腐生型(saprophytism) 寄生于死亡的生物有机体寄生于死亡的生物有机体 化能异养型微生物（化能异养型微生物（根据它们利用有机物的特性根据它们利用有机物的特性 ） 营养类型划分不是绝对的，不同生活条件下，可相互转变。营养类型划分不是绝对的，不同生活条件下，可相互转变。 在营养物质运送方面，细胞壁仅简单地排阻分子量过大在营养物质运送方面，细胞壁仅简单地排阻分子量过大 (600Da)的溶质进入的溶质进入, 而具有磷脂双分子层和嵌合蛋白分子而具有磷脂双分子层和嵌合蛋白分子 的细胞

50、膜则是控制营养物质进入和排除的主要屏障。的细胞膜则是控制营养物质进入和排除的主要屏障。 依靠胞内外溶液浓度差，顺浓度梯度运输；依靠胞内外溶液浓度差，顺浓度梯度运输； 不消耗代谢能，无特异性；不消耗代谢能，无特异性； 运输氧、二氧化碳、甘油、乙醇、某些氨基酸等小分子；运输氧、二氧化碳、甘油、乙醇、某些氨基酸等小分子； 利用膜内、膜外被运输物质和载体蛋白的亲和力的不同。利用膜内、膜外被运输物质和载体蛋白的亲和力的不同。 特点：特点： 需要特异性的载体蛋白顺浓度梯度运输需要特异性的载体蛋白顺浓度梯度运输 不消耗能量不消耗能量 运输硫酸根、磷酸根、糖（真核）等运输硫酸根、磷酸根、糖（真核）等 载体蛋白