农业微生物学1ppt课件.ppt

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1、农业微生物学1ppt课件 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望第二节 微生物的合成代谢o生物固氮 n是指大气中的分子氮通过微生物固氮酶的催化而还原为氨的过程,生物界中只有原核生物才具有固氮能力n具有固氮作用的微生物近五十个属，包括细菌、放线菌和蓝细菌 n根据固氮微生物与高等植物以及其它生物的关系，可以把它们分为三大类：自生固氮体系，共生固氮体系和联合固氮体系 n微生物能够在常温常压条件下固氨，关键是靠固氮酶的催化作用第二节 微生物的合成代谢o共生固氮体系

2、n根瘤菌（Rhizobium）与豆科植物共生；n弗兰克氏菌（Frankia）与非豆科树木共生；n蓝细菌（cyanobacteria）与某些植物共生；n蓝细菌与某些真菌共生第二节 微生物的合成代谢o自生固氮体系n好氧自生固氮M 固氮单胞菌属（Azotobacter固氮菌属，Azotomonas 固氮单胞菌属，etc）n厌氧自生固氮M（Clostridium 梭菌属）n兼性厌氧自生固氮M（Bacillus，Klebsiella，etc）n大多数光合M（蓝细菌，光合细菌）第二节 微生物的合成代谢o联合固氮体系n不生成共生固氮特殊结构；有较强的寄主专一性雀稗固氮菌（Azotobacter paspal

3、i）与雀稗根系形成联合 第二节 微生物的合成代谢o固氮机制nN2+8e-+8H+nATP（固氮酶固氮酶MgMg2+2+）2NH3+H2+nADP+nPi n固氮反应的必要条件 oATP，e-、H+及其载体，固氮酶，N2，Mg2+，厌氧环境 n固氮酶包括2种组分 o组分I（P1）:真正的固氮酶，又称钼铁蛋白（MoFe），由4个亚基组成。o组分II（P2）:实际上是一种固氮酶还原酶，又称铁蛋白Fe），由2个亚基组成 微生物的生长微生物的生长o细胞生长的标志：外观上是细胞由小长大细胞生长的标志：外观上是细胞由小长大o包括：包括：染色体（或染色体（或DNADNA）的复制、）的复制、核糖体的生物合成、核

4、糖体的生物合成、线粒体的生物合成、线粒体的生物合成、细胞壁的生物合成等细胞壁的生物合成等微生物的生长微生物的生长oIndividual Growth and Synchronous Growth of Microorganisms nSynchronous Growth 同步生长n使培养基中细菌同时分裂，处于相同的生长阶段（处于分裂步调一致的生长状态）叫同步生长。o环境条件诱导法o机械筛选法o其它方法环境条件控制法环境条件控制法o温度调节法o培养基成分控制控制限制因子的量或添加某些抑制剂（氯霉素抑制菌体蛋白合成）o其它方法 用交替见光和黑暗处理光合细菌o缺点：打乱细胞原有的正常代谢。第一节微生

5、物生长及测定o细菌的群体及生长曲线n细菌的生长曲线细菌生长曲线的测定细菌生长曲线的测定o分批培养（单批培养，密闭培养）o曲线的测定：液体将少量细菌接种到一恒定容积的新鲜液体培养基中，在适宜条件下培养，定时取样测定细胞密度，以活细胞数的对数对培养时间所作出的曲线称为生长曲线。微生物的典型生长曲线：延滞期、指数期、稳定期、衰亡期微生物的非典型生长曲线：延滞期、快速生长期、生长衰退期第一节微生物生长及测定o细菌的生长曲线n延滞期(适应期)在延滞期,细菌的增殖率与死亡率相等，均为零；菌数几乎不增加，曲线平稳n指数期,又称对数期(logarithmic phase)细胞增长以指数式进行的快速生长繁殖期称

6、为指数期，也称对数期 Lag phase 调整期、适应期、停滞期o细胞生理特点：分裂迟缓、菌体大、DNA含量高代谢活跃o出现的原因：为了调整代谢（需要合成多种酶，辅酶和某些中间代谢产物）o影响因素：菌种的遗传性、菌龄、接种量、及移种前后所处的环境条件等。缩短意义：可以缩短生产周期，提高设备利用率o缩短措施：增加接种量调整营养成分采用对数期的种子接种选用繁殖快的菌种延滞期延滞期o延滞期特点：延滞期特点：n生长速率等于零n细胞合成新的成分o微生物细胞特点：微生物细胞特点：n补充消耗的材料n适应新的培养基或别的培养条件n细胞形态变大或变长n对外界不良环境敏感。影响延滞期长短的因素与实践意义 o接种龄

7、n对数期“种子”，延滞期较短；延滞期或衰亡期“种子”,延滞期较长o接种量接种量n接种量大，延滞期较短；接种量小，延滞期较长；o培养基成分培养基成分n培养基成分丰富的，延滞期较短；培养基成分与种子培养基一致,延滞期较短 把细菌接种到新鲜的培养基中培养时，并不立即进行分裂繁殖，细菌增殖数为，这时需要合成多种酶，辅酶和某些中间代谢产物，要经过一个调整和适应过程。Microbiology延滞期出现原因Log Phase(指数期）细胞数呈几何级数增加o细胞的生理特点：细胞生长速率R最大，均衡生长：个体形态、化学组成和生理特性等均一致，代时（G，世代时间，增代时间）或倍增时间：最短 酶系活跃，代谢旺盛o出

8、现原因：细胞完成生理调整，基质营养和环境适宜 o代谢生理等研究材料，增殖酵母菌的最适材料，作为发酵的种子可缩短延迟期。影响指数期代时长短的因素o菌种o营养成分o营养物浓度o培养温度第一节微生物生长及测定o细菌的生长曲线n稳定生长期（stationary phase）新增细胞与逐步衰老死亡细胞在数量上趋于相对平衡状态，这就是群体生长的稳定期 稳定期o细胞数变化：活细胞数保持动态平衡（正生长和负生长相等），总细胞数开始时仍呈上升趋势。菌体产量与营养物质的消耗间呈有规律的比例关系（生长产量常数Y，或称生长得率）：Y=x-x0 C0-C还有更精确的计算方法。o出现原因：营养尤其生长限制因子的消耗，营养

9、物比例失调，有害代谢产物积累，pH值EH值等理化条件不适o细胞生理特点：分裂速度降低 活细胞数达到最大值 开始积累储藏物质 积累发酵产物（次生代谢物，对数期-菌体生长期，稳定期-代谢产物合成期）芽孢细菌产生芽孢*o实践意义：生产收获时期（菌体及相平行的代谢产物）；细胞物质生物测定；促进连续培养原理提出和工艺技术创建稳定期Death phase 衰亡期衰亡期o细胞数变化：活细胞数逐渐下降o细胞生理特点：细胞内颗粒更加明显,出现液泡细胞出现异常形态细胞死亡伴随自溶o产生原因：遗传，培养条件和环境不适宜o细菌生长曲线的用途：研究上生产上第一节 微生物生长的测定o细菌的生长曲线微生物的生长曲线，反映一

10、种微生物在一定的生活环境中(如试管、摇瓶、发酵罐)生长繁殖和死亡的规律。它既可作为营养物和环境因素对生长繁殖影响的理论研究指标，也可用为调控微生物生长代谢的依据，以指导微生物生产实践。第二节环境条件对微生物生长的影响（*）o环境因子对微生物的影响可以分为三类适宜环境：微生物能正常地进行生命活动不适宜环境：微生物的正常生命活动受到抑制或被迫暂时改变原有的一些特征。恶劣环境：微生物死亡或发生遗传变易。第二节环境条件对微生物生长的影响o温度温度通过影响膜的液晶结构、酶和蛋白质的合成及活性、RNA的结构、转录等影响微生物的生命活动。物质溶解度n温度三基点n最适生长温度微生物的生长温度范围 最低温度：微

11、生物能生长的温度低限 最适温度：微生物生长繁殖速度最快的温度 最高温度：微生物能生长的温度高限 致死温度ACBv T 不同生物的温度上限一般有以下规律：不同生物的温度上限一般有以下规律：原核生物高于真核生物；原核生物中古生菌高于真细菌；非光能营养细菌高于光能营养细菌；单细胞生物高于多细胞生物。第二节环境条件对微生物生长的影响o氧浓度nObligate or strict aerobes 专性好氧菌 nFacultative anaerobes 兼性厌氧菌 nMicroaerophilic bacteria 微好氧菌 nAerotolerant anaerobes 耐氧菌 nAnaerobes

12、厌氧菌o专性好氧微生物：strict aerobes分子氧作为最终电子受体，氧参与合成固醇及不饱和脂肪酸；细胞含有超氧化物歧化酶和过氧化氢酶。对氧化还原电位的要求Eh+0.1v可生长，最适在+0.30.4v如:霉菌、大部分放线菌及部分细菌o兼性须氧微生物：facultative aerobesEh+0.1v 通过好氧呼吸获取能量 Eh+0.1v通过发酵或无氧呼吸获取能量细胞含有SOD和过氧化氢酶如：许多酵母和细菌酿酒酵母、大肠杆菌、产气杆菌等o微好氧菌：microaerophilic bacteria只能在较低的氧分压（0.010.03巴）下才能正常生长；也通过有氧呼吸获取能量。如：霍乱弧菌、

13、氢单胞菌属等o耐氧微生物：aerotolerant anaerobe一类可在分子氧存在条件下进行厌氧生活的厌氧菌。仅依靠发酵获得能量细胞内有SOD和过氧化物酶，但无过氧化氢酶。如：乳链球菌、乳酸乳杆菌、膜明串珠菌o厌氧微生物：anaerobe只能在无氧或低Eh值时,才能生长。分子氧可抑制生长或导致死亡。通过发酵或无氧呼吸等获取能量。细胞内缺乏SOD细胞色素氧化酶、过氧化氢酶*等如：梭状芽孢杆菌属、双歧杆菌属、丁酸弧菌属等第二节环境条件对微生物生长的影响o氢离子浓度(pH)o嗜酸菌o嗜中性菌o嗜碱性菌o根据控制作用的效果分类o灭菌（sterilization）:凡是能够杀死或消除材料或物体上全部

14、微生物的方法杀菌、溶菌；o消毒（disinfection）:能够杀死、消除或降低材料或物体上的病原微生物，使之不致引起疾病的方法；o防腐（antisepsis）:能够防止或抑制微生物生长，但不能杀死微生物群体的方法低温、缺氧、干燥、高渗、高酸度、高醇度、加防腐剂。oo化疗（化疗（chemotherapychemotherapy）：）：利用具有高度选择毒力（selectivetoxicity）即对病原菌具高度毒力而对其宿主基本无毒的化学物质来抑制宿主体内病原微生物的生长繁殖，借以达到治疗该宿主传染病的一种措施磺胺类、抗生素、生物药剂等。o根据控制作用原理、方式和方法分类o物理控制方法o化学控制方

15、法影响灭菌作用效果的因素（时间）作用时间长短作用时间长短 起始微生物总数起始微生物总数微生物的抗性微生物的抗性 作用方式作用方式The use of physical methods in controloHeatn高温杀菌机理：高温使蛋白质、核酸等重要生物大分子发生变性、破坏，以及破坏细胞膜上的类脂成分，导致微生物死亡。nDry heat sterilizationnMoist heat sterilization高温灭菌或消毒的方法1、干热灭菌法o干热灭菌：干热灭菌：150170下处理下处理1-2小时。小时。o适用于玻璃器皿、金属用具等耐热物品的灭菌。适用于玻璃器皿、金属用具等耐热物品的灭

16、菌。o优点：可保持物品的干燥优点：可保持物品的干燥o火焰灭菌（灼烧灭菌）：常用于金属性接种工火焰灭菌（灼烧灭菌）：常用于金属性接种工具、污染物品及实验具、污染物品及实验材料等废弃物的处理。材料等废弃物的处理。2、湿热灭菌（消毒）o湿热灭菌是在含水状态下进行消毒灭菌。湿热灭菌是在含水状态下进行消毒灭菌。o煮煮沸沸消消毒毒、高高压压蒸蒸汽汽灭灭菌菌、间间歇歇加加热热灭灭菌菌、巴氏消毒、实罐灭菌巴氏消毒、实罐灭菌o在相同温度下，湿热灭菌的效力比干热灭菌在相同温度下，湿热灭菌的效力比干热灭菌好。为什么？好。为什么？n热蒸汽对细胞成分的破坏作用更强热蒸汽对细胞成分的破坏作用更强n热蒸汽比热空气穿透力强热

17、蒸汽比热空气穿透力强n蒸汽潜热大，当气体转变为液体时可放出大量热量，故可迅速蒸汽潜热大，当气体转变为液体时可放出大量热量，故可迅速提高灭菌物体的温度。提高灭菌物体的温度。潜热是指当潜热是指当1g100的水蒸汽变成的水蒸汽变成1g100水时，释放出水时，释放出2255.2J 的热量的热量（1）常压法oo巴氏消毒法是一种专用于牛奶、啤酒、果酒巴氏消毒法是一种专用于牛奶、啤酒、果酒等不宜进行高温灭菌的液态风味食品或调料等不宜进行高温灭菌的液态风味食品或调料的低温消毒方法（的低温消毒方法（6085，30min15s）。）。低温维持法低温维持法63，30min 高温瞬时法高温瞬时法72（85），15s；

18、常用；常用oo煮沸消毒法：饮用水的消毒（煮沸消毒法：饮用水的消毒（100处理处理15min以上）以上）oo间隙灭菌法：适用于不耐热培养基的灭菌间隙灭菌法：适用于不耐热培养基的灭菌（诱导芽孢萌发，杀死（诱导芽孢萌发，杀死营养体，连续营养体，连续3次）次）（2）加压法oo常规加压蒸汽灭菌法：常规加压蒸汽灭菌法：常规加压蒸汽灭菌法：常规加压蒸汽灭菌法：121.3 121.3，压力为，压力为，压力为，压力为1kg/cm1kg/cm2 2或或或或1515磅磅磅磅/英寸英寸英寸英寸2 2，维持，维持，维持，维持1530min1530min 115 115，压力为，压力为，压力为，压力为0.7kg/cm0.

19、7kg/cm2 2或或或或1010磅磅磅磅/英寸英寸英寸英寸2 2，维持，维持，维持，维持1020min1020min（过高温度容易被破坏）（过高温度容易被破坏）（过高温度容易被破坏）（过高温度容易被破坏）使用于一切微生物学实验，医疗机构或发酵工厂中使用于一切微生物学实验，医疗机构或发酵工厂中对培养基等多种器材、物料的灭菌。对培养基等多种器材、物料的灭菌。oo连续加压蒸汽灭菌法（连消法）：发酵工业和食品连续加压蒸汽灭菌法（连消法）：发酵工业和食品连续加压蒸汽灭菌法（连消法）：发酵工业和食品连续加压蒸汽灭菌法（连消法）：发酵工业和食品加工生产中使用，让培养基在管道的流动过程中快加工生产中使用，让

20、培养基在管道的流动过程中快加工生产中使用，让培养基在管道的流动过程中快加工生产中使用，让培养基在管道的流动过程中快速升温、维持和冷却，然后流进发酵罐（热交换）。速升温、维持和冷却，然后流进发酵罐（热交换）。速升温、维持和冷却，然后流进发酵罐（热交换）。速升温、维持和冷却，然后流进发酵罐（热交换）。135140 135140下维持下维持下维持下维持515515秒秒秒秒oo热死时间热死时间热死时间热死时间最短时间（温度恒定）最短时间（温度恒定）最短时间（温度恒定）最短时间（温度恒定）oo热死温度热死温度热死温度热死温度最低温度（时间恒定，最低温度（时间恒定，最低温度（时间恒定，最低温度（时间恒定，

21、10min10min）高压蒸汽灭菌的原理o高压蒸汽灭菌器是利用加压的饱和蒸汽（潜热）高压蒸汽灭菌器是利用加压的饱和蒸汽（潜热）对物品、器械、药液等灭菌的设备，适用于科对物品、器械、药液等灭菌的设备，适用于科学研究、医疗卫生、食品等实验室或工厂使用学研究、医疗卫生、食品等实验室或工厂使用造成蛋白质等变性失活。造成蛋白质等变性失活。o潜热是指当潜热是指当1g100的水蒸汽变成的水蒸汽变成1g100水时，水时，释放出释放出2255.2J的热量的热量 o区别只在于自动化程度的高低（水位控制、温区别只在于自动化程度的高低（水位控制、温度恒定控制、时间控制、自动排放冷空气、程度恒定控制、时间控制、自动排放

22、冷空气、程序化显示）序化显示）o饱和蒸汽压压力指示温度饱和蒸汽压压力指示温度o直接利用温度探测器指示温度直接利用温度探测器指示温度高压蒸汽灭菌过程oo先加水（一般用蒸馏水或去离子水）先加水（一般用蒸馏水或去离子水）淹过淹过电发热管和内筒支架；电发热管和内筒支架；oo放物（要求松散）；放物（要求松散）；oo加盖（对称旋紧），加热，升温加盖（对称旋紧），加热，升温oo排除冷空气（放汽阀）排除冷空气（放汽阀）oo加压（关闭放汽阀），保温，定时加压（关闭放汽阀），保温，定时oo降温，至压力为降温，至压力为“0”，打开放汽阀，打开放汽阀oo开盖取物（注意蒸汽烫伤）开盖取物（注意蒸汽烫伤）（二）影响加压蒸

23、汽灭菌效果的因素oo1、灭菌物体的含菌量、灭菌物体的含菌量oo2、灭菌锅内空气排除程度、灭菌锅内空气排除程度 灭菌锅是靠蒸汽的温度而不是单纯靠压力来灭菌锅是靠蒸汽的温度而不是单纯靠压力来达到灭菌效果。达到灭菌效果。oo3、灭菌对象的、灭菌对象的pH pH小于小于6.0时，微生物易死亡，时，微生物易死亡，pH在在6.08.0时，不易死亡。时，不易死亡。oo4、灭菌对象的体积。、灭菌对象的体积。oo5、加热与散热速度。、加热与散热速度。消毒、灭菌的生物指示菌oo嗜热脂肪芽孢杆菌嗜热脂肪芽孢杆菌（Bacillus stearothermophilus）oo结核分枝杆菌结核分枝杆菌致病菌指示菌致病菌指

24、示菌（Mycobacterium tuberculosisoo沙门氏菌沙门氏菌致病菌指示菌（通用检测）致病菌指示菌（通用检测）（Salmonella spp）（三）高温对培养基成分的有害影响及其防止oo1、有害影响：、有害影响：形成沉淀物、破坏营养、改变形成沉淀物、破坏营养、改变pH等等oo2、防止法、防止法 特殊加热灭菌：分别灭菌（用前后混合）、特殊加热灭菌：分别灭菌（用前后混合）、低压灭菌（降低温度）、缩短时间等低压灭菌（降低温度）、缩短时间等 过滤除菌法过滤除菌法 其他方法：逐一加入法或加螯合剂其他方法：逐一加入法或加螯合剂其它消毒灭菌方法o辐射杀菌辐射杀菌紫外光、电离辐射、某种条件紫外

25、光、电离辐射、某种条件下的强可见光、微波等，可用作控制微生物下的强可见光、微波等，可用作控制微生物的生长和保存食品。的生长和保存食品。o化学药剂的熏蒸（后述）化学药剂的熏蒸（后述）环氧乙烷、甲环氧乙烷、甲醛等醛等三、化学杀菌剂、消毒剂和治疗剂oo（一）表面消毒剂（一）表面消毒剂oo（二）抗代谢药物的代表（二）抗代谢药物的代表磺胺类药物磺胺类药物oo（三）抗生素（三）抗生素化学因素化学因素表面消毒剂表面消毒剂化学因素化学因素气体状态气体状态化学治疗剂化学治疗剂抗代谢药物：磺胺类等抗代谢药物：磺胺类等生物药物等生物药物等抗生素抗生素The Use of Chemical Agents in Con

26、trolo最低抑菌浓度o50%lethal dose,LD50oMinimum lethal dose,MLD（一）表面消毒剂（广谱毒性）oo是指对一切活细胞都有毒性，不能用作活细胞是指对一切活细胞都有毒性，不能用作活细胞或机体内治疗用的化学药剂。或机体内治疗用的化学药剂。oo石炭酸系数（石炭酸系数（Phenol coeffcient，P.C.）：是）：是表示表面消毒剂的相对杀菌强度，指在一定时表示表面消毒剂的相对杀菌强度，指在一定时间内，被试药剂能杀死全部供试菌的最高稀释间内，被试药剂能杀死全部供试菌的最高稀释度与达到同效的石炭酸的最高稀释度之比。度与达到同效的石炭酸的最高稀释度之比。具备一

27、定可比性具备一定可比性oo一般而言，石炭酸系数越高，杀菌强度越强。一般而言，石炭酸系数越高，杀菌强度越强。石炭酸系数的计算oo一般规定处理时间一般规定处理时间10min供试菌被全部杀死供试菌被全部杀死的稀释倍数之比（药剂和石炭酸）。的稀释倍数之比（药剂和石炭酸）。oo供试菌：伤寒沙门氏菌（供试菌：伤寒沙门氏菌（Salmonella typhi）。）。oo某甲药剂稀释某甲药剂稀释300倍（稀释度倍（稀释度1：300）；）；oo石炭酸稀释石炭酸稀释100倍（稀释度倍（稀释度1：100）。）。二二.常用的化学消毒剂常用的化学消毒剂消毒剂：能杀死微生物的制剂防腐剂：能抑制微生物生命活动的制剂o消毒剂的

28、种类氧化作用强氧化剂、漂白粉、氯等凝固蛋白甲醛、酚溶解类脂乙醇、酚、来苏尔脱水作用福尔马林、乙醇与巯基作用重金属、与核酸作用碱性染料与膜作用新洁尔灭o常用的消毒剂70%乙醇福尔马林新洁尔灭（0.25%）漂白粉 自来水0.20.5ppm Cl2 发酵用水 预防性 1ppm 污染过的水 10ppm 发酵设备外壁 20200ppm 空气 1%漂白粉熏蒸o 发酵工厂常用 防霉剂 防霉涂料、硫磺、石灰抗代谢药物oo是一类在化学结构上与细胞内必要代谢物的结构相是一类在化学结构上与细胞内必要代谢物的结构相是一类在化学结构上与细胞内必要代谢物的结构相是一类在化学结构上与细胞内必要代谢物的结构相似，并可干扰正常

29、代谢活动的化学物质，具有选择似，并可干扰正常代谢活动的化学物质，具有选择似，并可干扰正常代谢活动的化学物质，具有选择似，并可干扰正常代谢活动的化学物质，具有选择毒力。毒力。毒力。毒力。竞争性抑制竞争性抑制竞争性抑制竞争性抑制oo最常用的是磺胺类药物。磺胺与叶酸合成前体对氨最常用的是磺胺类药物。磺胺与叶酸合成前体对氨最常用的是磺胺类药物。磺胺与叶酸合成前体对氨最常用的是磺胺类药物。磺胺与叶酸合成前体对氨基苯甲酸（基苯甲酸（基苯甲酸（基苯甲酸（PABAPABA）的结构类似。叶酸是辅酶，在）的结构类似。叶酸是辅酶，在）的结构类似。叶酸是辅酶，在）的结构类似。叶酸是辅酶，在氨基酸、维生素、核酸和蛋白质

30、合成中起重要作用，氨基酸、维生素、核酸和蛋白质合成中起重要作用，氨基酸、维生素、核酸和蛋白质合成中起重要作用，氨基酸、维生素、核酸和蛋白质合成中起重要作用，很多细菌需要自己合成叶酸才能生长。很多细菌需要自己合成叶酸才能生长。很多细菌需要自己合成叶酸才能生长。很多细菌需要自己合成叶酸才能生长。oo磺胺药具有选择毒力：因为人体由于缺乏相应的合磺胺药具有选择毒力：因为人体由于缺乏相应的合磺胺药具有选择毒力：因为人体由于缺乏相应的合磺胺药具有选择毒力：因为人体由于缺乏相应的合成酶，不能自身合成四氢叶酸，必须由外界提供，成酶，不能自身合成四氢叶酸，必须由外界提供，成酶，不能自身合成四氢叶酸，必须由外界提

31、供，成酶，不能自身合成四氢叶酸，必须由外界提供，所以对磺胺不敏感。所以对磺胺不敏感。所以对磺胺不敏感。所以对磺胺不敏感。The use of chemical agents in controlo抗生素 一类由微生物或其他生物生命活动过程中合一类由微生物或其他生物生命活动过程中合成的次生代谢或其人工合成衍生物（半合成）成的次生代谢或其人工合成衍生物（半合成），在很低浓度时就能抑制或干扰它种生物的，在很低浓度时就能抑制或干扰它种生物的生命活动生命活动发现和半合成了几万种，临床使用五、六十发现和半合成了几万种，临床使用五、六十种种抗抗生生素素最最初初是是由由英英国国科科学学家家弗弗来来明明（A.F

32、leming）在在20世世纪纪20年年代代末末期期偶偶然然发发现现的的，40年年代代初初才才作作为为化化学学治治疗剂生产问世。疗剂生产问世。青霉素抑制藤黄微球菌的生长青霉素抑制藤黄微球菌的生长 抗生素的抗菌谱：抗生素的作用对象的范围。通抗生素的抗菌谱：抗生素的作用对象的范围。通常将对多种类群的细菌有作用的抗生素称为广谱常将对多种类群的细菌有作用的抗生素称为广谱抗生素，如四环素和土霉素既对抗生素，如四环素和土霉素既对G又对又对G-细菌细菌有作用；而只对少数几种细菌有作用的抗生素则有作用；而只对少数几种细菌有作用的抗生素则称为狭谱抗生素，如青霉素只对称为狭谱抗生素，如青霉素只对G菌有效。菌有效。3

33、、抗生素的作用机制oo抑制细胞壁的合成；抑制细胞壁的合成；oo引起细胞壁降解；引起细胞壁降解；oo干扰细胞膜；干扰细胞膜；oo抑制蛋白质的合成抑制蛋白质的合成oo抑制抑制DNA合成；合成；oo抑制抑制DNA复制；复制；oo抑制抑制RNA转录；转录；oo抑制抑制RNA合成。合成。注意：注意：D-环丝氨酸环丝氨酸万古霉素万古霉素杆菌肽杆菌肽青霉素青霉素头孢菌素头孢菌素氯霉素氯霉素第一节微生物的突变o证明遗传物质是DNA的三个经典试验n经典转化实验oExperiments done by Frederick Griffith(in London)in 1928 found there were tw

34、o different types of the bacterium Streptococcus pneumoniae Mixture of R cells&cell matters from S cellsS type cellTMVTMVHRVWild Separation Mixture Infection IsolationHRV植物病毒的重建实验第一节微生物的突变o微生物的变异n突变 o基因突变或称点突变（包括自发突变、诱发突变）o染色体畸变（包括缺失、重复、插入、易位、倒位）第一节微生物的突变o基因突变的自发性和不对应性的证明n变量试验：（Fluctuation Test）o又称波

35、动试验或彷徨试验。1943年美国学者鲁里亚（S、Luria）和德尔波留克（M、Delbrack）设计了此试验。n涂布实验：（Newcombe Expetiment）o1949年Newcombe设计了这一实验 n平板影印培养试验（Replica Plating）o1952年莱德伯格夫妇（V，Lederberg）设计的 第一节微生物的突变o微生物的变异n形态突变型 o生化突变型 n营养缺陷型 n抗性突变型 n抗原突变型 o致死突变型 o条件致死突变型生化突变型生化突变型o营养缺陷型营养缺陷型 n是一类重要的生化突变型是一类重要的生化突变型n由基因突变而引起代谢过程中某种酶的合成能由基因突变而引起代

36、谢过程中某种酶的合成能力丧失，而必须在原有培养基中添加相应的营力丧失，而必须在原有培养基中添加相应的营养成分才能正常生长的突变型养成分才能正常生长的突变型n营养缺陷型在科研和生产实践中有着重要的应营养缺陷型在科研和生产实践中有着重要的应用用 第二节细菌的基因重组n转化n转导n结合n原生质体融合转化o受体菌（感受态细胞）直接吸收了来自同源或异源的DNA片段（质粒和染色体DNA），通过交换，把它整合到自己的基因组中，再经复制就使自己变成一个转化子转化子（TransformantTransformant）。这种受体菌直接接受供体菌的DNA片段而获得部分新的遗传性状的现象就称转化或转化作用o感受态（感

37、受态（competencecompetence）n指受体细胞最易接受外源DNA片段并实现其转化的一种生理状态n不同细胞感受态出现的时期不同，如：有的出现在生长曲线中的指数后期；有的出现有指数末期或稳定期转导Transductiono转导Transduction 通过缺陷型噬菌体为媒介，把供体细胞的DNA小片段携带到受体细胞中，通过交换与整合从而使后者获得前者部分遗传性状的现象n普遍性转导（Generalized Transeuction）n局限性转导(Restricted transduction)n溶源转变(Lysogenic conversion)普遍性转导与局限性转导o普遍性转导n通过极

38、少数完全缺陷型噬菌体对供体菌基因组上任何小片段进行”误包”,而将其遗传性状传递给受体菌的现象.一般用温和噬菌体作为普遍转导的媒介.o局限性转导n指通过部分缺陷的温和噬菌体把供体菌的少数特定基因携带到受体菌中，并与后者的基因组整合、重组，形成转导子的现象普遍性转导与局限性转导区别o被转导的基因共价地与噬菌体DNA连接，与噬菌体DNA一起进行复制、包装以及被导入受体细胞中o局限性转导颗粒携带特殊的染色体片段并将固定的个别基因导入受体，故称为局限性转导。温和噬菌体是局限性转导的典型代表局限性转导通过某些部分缺陷的温和噬菌体把供体菌的少数特定基因转移到受体菌中的转导现象 溶源转变(Lysogenic

39、conversion)o当温和噬菌体感染宿主而使其发生溶源化时，因噬菌体的基因整合到宿主的核基因组上，而使后者获得了除免疫性以外的新性状的现象，称为溶源转变。o性质：表面上与转导相似，而本质上不同于转导。溶源转变与转导的区别o当宿主丧失其原噬菌体时,通过溶源转变而获得的新性状也随之消失 o温和噬菌体不携带来自供体菌的外源基因，是噬菌体自身基因使宿主获得新性状 o温和噬菌体是完整的,不是缺陷的 o获得新性状的是溶源化的宿主细胞,不是转导子接合Conjugationo供体菌（“雄性”）通过性菌毛与受体菌（“雌性”）直接接触，把F质粒或其携带的不同长度的核基因组片段传递给后者，使后者获得若干新遗传形

40、状的现象 研究细菌接合的营养缺陷型法原理研究细菌接合的营养缺陷型法原理结合oE.coli 的4种接合型菌株nF F+（雄性）菌株（雄性）菌株:含游离的F因子14个，有 性菌毛14根 n Hfr Hfr（高频重组）菌株（高频重组）菌株:含整合的F因子,有性菌毛 nFF菌株菌株介于F+菌株与Hfr菌株之间，细胞中有游 离的、带小段染色体基因的环状F因子 nF F（雌性）菌株（雌性）菌株：没有F因子，无性菌毛 第二节细菌的基因重组o原生质体融合（*）n通过人工方法，使遗传性状不同的两个细胞的原生质体发生融合，借以获得兼有双亲遗传性状的稳定重组子的过程。n应用原生质体融合技术后，细胞间基因重组的频率大

41、大提高了，在某些例子中，原生质体的重组频率已大于10-1第二节细菌的基因重组o原生质体融合主要步骤n选择亲株、n制备原生质体、n原生质体融合、n原生质体再生 n筛选优良性状的融合子第二节细菌的基因重组o原生质体融合的优点：n可以提高重组率 n可进行多亲本融合 n有利于不同种间、属间微生物的杂交 n通过原生质体融合提高产量 第二节细菌的基因重组o染色体外遗传因子n质粒(plasmid)o一种独立于染色体外，能进行自主复制的共价闭合环状的超螺旋双链DNA分子，主要存在于各种微生物细胞中 o质粒分子的大小范围从1kb左右到1000kb 第二节细菌的基因重组o染色体外遗传因子n转座因子(transpo

42、sable element)n位于染色体或质粒上的一段能改变自身位置的DNA序列，广泛分布于原核和真核细胞中o插入序列o转座子o转座噬菌体(温和噬菌体)第三节诱变育种o诱变育种 利用物理或化学诱变剂处理均匀分散的微生物细胞群=其突变频率大幅度提高，然后设法采用简便、快速和高效的筛选方法，从中挑选少数符合育种目的的突变株，以供生产实践或科学实验之用 诱变育种=诱变+筛选 诱变是随机的；筛选是定向的 目前发酵工业生产菌株都是经过突变改造过的诱变育种的基本原则o选择简便有效、最适剂量的诱变剂 o物理诱变剂紫外线紫外线、X射线、射线和快中子 o化学诱变剂 N-N-甲基甲基-N-N-硝基硝基-N-N-亚

43、硝基胍亚硝基胍(NTG)(NTG)、甲基磺酸乙酯(EMS)、甲基亚硝基脲甲基亚硝基脲(NMU)(NMU)、硫酸二乙酯(DES)、氮芥、乙烯亚胺和环氧乙烷等 o诱变剂的作用 Ames Test诱变育种的基本原则o挑选优良的出发菌株 o单倍体纯种为出发菌株 o采用具有优良性状的菌株 o选择对诱变剂敏感的菌株 o多挑选一些已经过诱变的菌株为出发菌株 o处理单孢子(或单细胞)悬液 诱变育种的基本原则o设计或采用高效筛选方案o变异菌株的筛选n初筛:以量（选留菌株的数量）为主 n复筛:以质（测定数据的精确度）为主o创造新型筛选方法 第三节诱变育种o营养缺陷型的筛选n营养缺陷型的概念及用途 o野生型野生型

44、o营养缺陷型o原养型原养型o用途n营养缺陷型的筛选与鉴定涉及的培养基 概念o野生型n自然界分离到的任何微生物，在其发生人为营养缺陷突变前的原始菌株该微生物的野生型o营养缺陷型n是一类重要的生化突变型。由基因突变而引起代谢过程中某酶合成能力丧失的突变型,必须在原有培养基中添加细胞不能合成的营养成分才能正常生长o原养型n指营养缺陷型突变菌株回复突变或重组后产生的菌株，其营养要求在表型上与野生型相同营养缺陷型的筛选o营养缺陷型的筛选与鉴定涉及的培养基n基本培养基（MM）-o仅能满足某微生物的野生型菌株生长所需的最低成分的合成培养基 n完全培养基（CM）+o可满足某种微生物的一切营养缺陷型菌株的营养需

45、要的天然或半合成培养基 n补充培养基（SM）xo在基本培养基中添加某种营养物质以满足该营养物质缺陷型菌株生长需求的合成或半合成培养基 第三节诱变育种o营养缺陷型的筛选n筛选步骤o诱变剂处理o淘汰野生型（抗生素法、菌丝过滤法）o检出缺陷型（逐个检出法、影印检出法、夹层培养法、限量补给法）o鉴定缺陷型（生长谱法）第四节微生物与基因工程o基因工程 gene engineering 又称重组DNA技术,就是在体外对不同来源的DNA分子进行重组,将此重组DNA引入合适的寄主细胞内,并使之复制和表达n特点 o打破了物种的界限,突破了亲缘关系的限制o可进行定向变异和育种o可创造出自然界中原本没有的生物第四节

46、微生物与基因工程o基因工程的应用和发展前景n在工业上的应用 n在农业上的应用 n在医疗上的应用 n在环境保护方面的应用 n在微生物方面的应用 基因工程在农业上的应用o将固氮菌的固氮基因转移到生长在重要作物上的根际微生物或致瘤微生物中去,或将它引入到这类作物的细胞中,以获得能独立固氮的新型作物品种o将木质素分解酶的基因或纤维素分解酶的基因重组到酵母菌内，使酵母菌能充分利用稻草、木屑等地球上贮量极大并可永 续利用的廉价原料来直接生产酒精，可望为人类开辟一个取之不尽的新能源和化工原料来源o改良和培育农作物和家畜、家禽新品种,包括提高光合作用效率以及各种抗性(植物的抗盐、抗旱、抗病基因以及鱼的抗冻蛋白

47、基因)等第五节菌种的退化、复壮和保藏o菌种的衰退与复壮n衰退（degeneration）由于自发突变的结果,而使某物种原有的一系列生物学性状发生量变或质变的现象n常见的衰退现象 o菌落和细胞形态的改变 o生长速度缓慢，产孢子越来越少o抵抗力、抗不良环境能力减弱等o代谢产物生产能力或其对宿主寄生能力下降第五节菌种的退化、复壮和保藏o菌种的复壮n纯种分离：（平板划线法、涂布法、倾注法、单细胞挑取法等）n通过寄主体内生长进行复壮n淘汰已衰退的个体第五节菌种的退化、复壮和保藏o菌种保藏的方法n斜面菌种低温保藏法 n砂土管保藏法 n石蜡油封藏法 n真空冷冻干燥法第一节 微生物在生态系统中的作用o微生物在

48、生态系统中的地位n微生物是有机物的主要分解者 n微生物是物质循环中的重要成员 n微生物是生态系统中的初级生产者 n微生物是物质和能量的贮存者 n微生物在地球生物演化中的先锋种类 第一节 微生物在生态系统中的作用o微生物与生物地球化学循环n氮循环 o固氮 o氨化作用（Ammonification）o硝化作用（Nitrification）o硝酸盐还原和反硝化作用（Nitrate reduction and Denitrification）第二节微生物在自然界的分布（*）o微生物在自然界的分布n土壤中的微生物 o微生物的大本营、人类最丰富的“菌种资源库”o细菌(108),放线菌(107),霉菌(10

49、6),酵母菌(105),藻类(104),原生动物(103)o土壤微生物是构成土壤肥力的重要因素。o含细菌干重约为土壤有机质的1%左右影响土壤中微生物分布的因素o土壤颗粒的性质o土壤的水分o氧气opHo温度o营养状况土壤中的其他微生物o藻类n土壤表面或土壤上表层n可进行光合作用为土壤提供有机质o原生动物n土壤表皮15厘米处n吞食有机残片和土壤中的细菌o病毒n分布广泛,数量不多n细菌数量增加,病毒数量也增加第二节微生物在自然界的分布o微生物在自然界的分布n水体中的微生物 o淡水型水体微生物n清水型：主要为自养菌（10103/ml）n腐水型：异养细菌（107 108/ml）o海水型水体微生物 一些藻

50、类及耐盐细菌 o快速流动的水中，存在着对有机或无机污染物的自净作用第二节微生物在自然界的分布o微生物在自然界的分布n水体中的微生物o良好的饮用水n细菌含量应在100个/ml以下，n当超过500个/ml时，不适合作为饮用水n更重要的是水中的微生物种类，一般用大肠菌群数作为是否含有病原菌的指标。3个/L 第二节微生物在自然界的分布o微生物在自然界的分布n空气中的微生物o存在状态：漂浮，短暂停留，以吸附于尘埃微粒上的形式存在。空气中的尘埃颗粒数与微生物数量有直接关系。o分布：越接近地面的空气含菌量越高，目前人类检测到微生物存在的最高处为85km的高空。o种类：球菌、芽孢杆菌、产色素细菌、真菌孢子第二