微生物学教程

《微生物学教程》，周德庆，高等教育出版社，1993第1章绪论1、教材：2、参考书（1）《微生物学教程》，周德庆，高等教育出版社，19933、参考杂志“微生物学报”、“微生物学通报”、“微生物学杂志”二、微生物与我们微生物既是人类的敌人，更是人类的朋友！微生物是自然界物质循环的关键环节；体内的正常菌群是人及动物健康的基本保证；帮助消化、提供必需的营养物质、组成生理屏障；微生物可以为我们提供很多有用的物质；有机酸、酶、各种药物、疫苗、面包、奶酪、啤酒、酱油等等基因工程为代表的现代生物技术；少数微生物也是人类的敌人！鼠疫；天花；艾滋病；疯牛病；埃博拉病毒。可以说，微生物与人类关系的重要性，你怎么强调都不过分，微生物是一把十分锋利的双刃剑，它们在给人类带来巨大利益的同时也带来“残忍”的破坏。它给人类带来的利益不仅是享受，而且实际上涉及到人类的生存。三、微生物的发现和微生物学的建立与发展（一）古代人民对微生物的认识（二）微生物的发现（列文虎克）：1676年，微生物学的先驱荷兰人列文虎克（Antonyvanleeuwenhoek）首次观察到了细菌。（三）微生物学的奠基1法国人巴斯德（LouisPasteur）（1822～1895）(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：著名的曲颈瓶试验无可辩驳地证实，空气内确实含有微生物，是它们引起有机质的腐败。(3)免疫学——预防接种：巴斯德研究了几种对人类和牲畜危害很大的疾病，如鸡瘟、牛羊炭疽病、人的狂犬病等，并发现引起这些病害的病原体，制成疫苗，用以预防和治疗疾病，为免疫学奠定基础。（挽救了许多人、畜生命）(4)其他贡献巴斯德消毒法：60～65℃作短时间（15-20min）加热处理，杀死有害微生物的方法。2德国人柯赫（RobertKoch）（1843～1910）（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）设计了各种培养基，实现了在实验室内对各种微生物的培养；c）流动蒸汽灭菌；d）染色观察和显微摄影；（2）对病原细菌的研究作出了突出的贡献a）具体证实了炭疽杆菌是炭疽病的病原菌；b）发现了肺结核病的病原菌；（1905年获诺贝尔奖）；c）证明某种微生物是否为某种疾病病原体的基本原则——著名的柯赫原则（四）微生物学发展过程中的重大事件Griffith发现细菌转化；1929Fleming发现青霉素1953Watson和Crick提出DNA双螺旋结构t1977Woese提出古生菌是不同于细菌和真核生物的特殊类群，1982～1983发现朊病毒(prion)（五）20世纪的微生物学1、十九世纪中到二十世纪初微生物学：鉴定病原菌、研究免疫学及其在预防疾病中的作用、寻找化学治疗药物、分析微生物的化学活性。2、20世纪40年代后，微生物自身的特点使其成为生物学研究的“明星”，微生物学很快与生物学主流汇合，并被推到了整个生命科学发展的前沿，获得了迅速的发展，在生命科学的发展中作出了巨大的贡献。微生物学的主要分支学科：按研究对对象分（六）我国微生物学的发展汤飞凡：沙眼病原体的分离和确证（国际领先）陈华癸等：根瘤菌固氮作用的研究（开创农业微生物学）抗生素的总产量已耀居世界首位：两步法生产维生素C的技术居世界先进水平（七）21世纪微生物学展望2．与其他学科实现更广泛的交叉，获得新的发展四、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。微生物类群：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、结构简、胃口大、食谱广、繁殖快、易培养、数量大、分布广、种类多、级界宽、变异易、抗性强、休眠长、起源早、发现晚个体小：测量单位：微米或纳米最小：火星陨石中发现的细菌化石（直径10nm）；最大：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（sulfurbacterium），其大小可达0.75mm，Thiomargaritanamibiensis，----“纳米比亚硫磺珍珠”结构简：无细胞结构（病毒）；单细胞；简单多细胞；胃口大：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！繁殖快：大肠杆菌一个细胞重约10–12克，平均20分钟繁殖一代；易培养：很多细菌都可以非常方便地进行人工培养！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：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！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”；级界宽：Whittaker的五界分类系统；Woese三原界分类系统变异易：青霉素的生产：20单位/ml（1943），10000单位/ml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：pH0.5~13；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；第2章纯培养和显微技术培养物：在一定的条件下培养、繁殖得到的微生物群体。混合培养物：含有多种微生物的培养物；纯培养物：只有一种微生物的培养物。菌落（colony）：单个（或聚集在一起的一团）微生物在适宜的固体培养基表面或内部生长、繁殖到一定程度可以形成肉眼可见的、有一定形态结构的子细胞生长群体。菌苔（lawn）：众多菌落连成一片。不同微生物在特定培养基上生长形成的菌落或菌苔一般都具有稳定的特征（形状、颜色等），可以成为对该微生物进行分类、鉴定的重要依据二、用固体培养基分离纯培养1、稀释倒平板法：操作较麻烦，对好氧菌、热敏感菌效果不好！2、涂布平板法：使用较多的常规方法，但有时涂布不均匀！3、平板划线法4、厌氧微生物的分离：厌氧罐；厌氧手套箱；稀释摇管法。三、用液体培养基分离纯培养稀释法进行液体分离必须在同一个稀释度的许多平行试管中，大多数（一般应超过95%）表现为不生长。四、单细胞（孢子）分离五、选择培养分离：抑制大多数其它微生物的生长；使待分离的微生物生长更快；1.利用选择平板进行直接分离高温下培养：分离嗜热细菌；培养基中不含N：分离固氮菌；培养基加抗生素：分离抗性菌；牛奶平板：分离蛋白酶产生菌；颜色反应：分离特定的菌株；2.富集培养六、二元培养物：大肠杆菌和蛭弧菌第3章微生物类群与形态结构古生菌在进化谱系上与真细菌及真核生物相互并列，且与后者关系更近，而其细胞构造却与真细菌较为接近，同属于原核生物。真细菌（eubacteria）包括：普通细菌、放线菌、蓝细菌、枝原体、立克次氏体和衣原体等第一节真细菌（Eubacteria）一、一般形态及细胞结构（一）个体形态和排列(P28)：基本形态：球状；杆状；螺旋状1、球状1）概念：细胞个体呈球形或椭圆形。2）排列：不同种的球菌在细胞分裂时会形成不同的空间排列方式，常被作为分类依据。单、双、链、四联、八叠、葡萄球菌等。3）例子A金黄色葡萄球菌；B淋病奈瑟氏球菌；C肺炎链球菌2、杆状1）概念：细胞呈杆状或圆柱形，一般其粗细（直径）比较稳定，而长度则常因培养时间、培养条件不同而有较大变化。2）排列：杆状细菌的排列方式常因生长阶段和培养条件而发生变化，一般不作为分类依据。3）例子：A枯草芽孢杆菌；B地衣芽孢杆菌；C铜绿假单胞菌（绿脓杆菌）；D结核分枝杆菌；E炭疽病的病原菌-----炭疽杆菌；F破伤风梭菌3、螺旋状：弧菌，螺旋菌、螺旋体菌弧菌：菌体只有一个弯曲，其程度不足一圈，形似“C”字或逗号，鞭毛偏端生。例子：霍乱弧菌；寄生性弧菌-----蛭弧菌螺旋菌：菌体回转如螺旋，螺旋数目和螺距大小因种而异。鞭毛二端生。细胞壁坚韧，菌体较硬。螺旋体菌：菌体柔软，用于运动的类似鞭毛的轴丝位于细胞外鞘内。例子：梅毒密螺旋体4、其它形状柄杆菌（prosthecatebacteria）：细胞上有柄（stalk）、菌丝（hyphae）、附器（appendages）等细胞质伸出物，细胞呈杆状或梭状，并有特征性的细柄。星形细菌（star-shapedbacteria）；方形细菌（square-ahapedbacteria）4）异常形态环境条件的变化：物理、化学因子的刺激阻碍细胞正常发育；培养时间过长：细胞衰老；营养缺乏；自身代谢产物积累过多。环境条件恢复正常。（二）大小1、范围：最小：与无细胞结构的病毒相仿（50nm）；最大：肉眼可见（0.75mm），（Thiomargaritanamibiensis）（0.75mm）；最小：nanobacteria；最大和最小细菌的个体大小悬殊：一般细菌的大小范围：球菌：0.5~m（直径）1m（长度）m（直径）X1~80杆菌：0.2~1m（直径）X1~50螺旋菌：0.3~1m（长度）(长度是菌体两端点之间的距离，而非实际长度)2、测量方法：显微镜测微尺；显微照相后根据放大倍数进行测算；2、细菌大小测量结果的影响因素（参见P31）（三）细胞的结构一般构造：一般细菌都有的构造；特殊构造：部分细菌具有的或一般细菌在特殊环境下才有的构造。1、细胞壁1）概念：细胞壁（cellwall）是位于细胞表面，内侧紧贴细胞膜的一层较为坚韧，略具弹性的细胞结构。2）证实细胞壁存在的方法：（1）细菌超薄切片的电镜直接观察；（2）质、壁分离与适当的染色，可以在光学显微镜下看到细胞壁；（3）机械法破裂细胞后，分离得到纯的细胞壁；（4）制备原生质体，观察细胞形态的变化；3）细胞壁的功能：（1）固定细胞外形和提高机械强度；（2）为细胞的生长、分裂和鞭毛运动所必需；（3）渗透屏障，阻拦酶蛋白和某些抗生素等大分子物质（分子量大于800）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；（4）细菌特定的抗原性、致病性以及对抗生素和噬菌体的敏感性的物质基础；4）革兰氏染色与细胞壁（1）革兰氏染色：C.Gram（革兰）于1884年发明的一种鉴别不同类型细菌的染色方法。1、初染：用碱性染料结晶紫对菌液涂片进行初染；2、媒染：用碘溶液进行媒染，其作用是提高染料和细胞间的相互作用从而使二者结合得更牢固；3、脱色：用乙醇或丙酮冲洗进行脱色。在经历脱色后仍将结晶紫保留在细胞内的为革兰氏阳性细菌，而革兰氏阴性细菌的结晶紫被洗掉，细胞呈无色；4、复染：用一种与结晶紫不同颜色碱性染料对涂片进行复染。例如沙黄，它使原来无色的革兰氏阴性细菌最后呈现桃红到红色，而革兰氏阳性细菌继续保持深紫色。表3-1革兰氏阳性和阴性细菌细胞壁成分的比较（P39）（2）革兰氏阳性细菌的细胞壁特点：厚度大（20~80nm），化学组分简单，一般只含90%肽聚糖和10%磷壁酸。肽聚糖(peptidoglycan)：又称粘肽(mucopeptide)、胞壁质(murein)或粘质复合物(mucocomplex)，是真细菌细胞壁中的特有成分。磷壁酸（teichoicacid）A、肽聚糖：厚约20~80nm，由40层左右的网格状分子交织成的网套覆盖在整个细胞上。双糖单位：双糖单位中的β-1,4-糖苷键很容易被溶菌酶(lysozyme)所水解，从而引起细菌因肽聚糖细胞壁的“散架”而死亡。B、磷壁酸革兰氏阳性细菌细胞壁上特有的化学成分，主要成分为甘油磷酸或核糖醇磷酸。壁磷壁酸，它与肽聚糖分子间进行共价结合，含量会随培养基成分而改变，一般占细胞壁重量的10%，有时可接近50%。用稀酸或稀碱可以提取。膜磷壁酸：跨越肽聚糖层并与细胞膜相交联的膜磷壁酸（又称脂磷壁酸），由甘油磷酸链分子与细胞膜上的磷脂进行共价结合后形成。其含量与培养条件关系不大。可用45%热酚水提取，也可用热水从脱脂的冻干细菌中提取。（3）革兰氏阴性细菌的细胞壁A、肽聚糖：埋藏在外膜层之内，是仅由1~2层肽聚糖网状分子组成的薄层(2~3nm)，含量约占细胞壁总重的10%，故