第二讲生物学基础PPT讲稿.ppt
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1、第二讲生物学基础第1页,共136页,编辑于2022年,星期三主要内容主要内容一、一、微生物学基础微生物学基础二、二、植物学基础植物学基础 三、分子生物学基础三、分子生物学基础第2页,共136页,编辑于2022年,星期三一、原核微生物一、原核微生物1.细菌细菌 形态形态 结构结构第一节第一节第一节第一节 微生物的主要类群微生物的主要类群微生物的主要类群微生物的主要类群第3页,共136页,编辑于2022年,星期三 杆菌杆菌(Bacillus)长长15 m,宽,宽0.51 m大肠杆菌、伤寒杆菌、假单胞菌大肠杆菌、伤寒杆菌、假单胞菌平均长平均长2 m,宽宽度:度:0.5 m 螺旋菌螺旋菌(Spiril
2、lum)长:长:515 m,宽:,宽:0.55 m 球菌球菌(Coccus)0.52m单球菌单球菌链球菌链球菌(Streptococcus)八叠球菌八叠球菌(Sarcina)双球菌双球菌四联球菌四联球菌葡萄球菌葡萄球菌(Staphylococcus)eg.产甲烷八叠球菌产甲烷八叠球菌弧菌弧菌(Vibrio)(只有一个弯曲的螺旋状细菌)(只有一个弯曲的螺旋状细菌)形形态态1)形态)形态eg.肺炎球菌肺炎球菌 自然界中,杆菌最常见,自然界中,杆菌最常见,球菌次之,螺旋状最少。球菌次之,螺旋状最少。第4页,共136页,编辑于2022年,星期三细胞壁、细胞膜、细胞壁、细胞膜、细胞质、核质体、细胞质、核
3、质体、内含物、(间体)内含物、(间体)细菌细菌细胞结细胞结构构一般结构一般结构(基本结构)(基本结构)原生质体原生质体(protoplast)特殊结构特殊结构荚膜(粘液层)荚膜(粘液层)芽孢、鞭毛、菌毛芽孢、鞭毛、菌毛2)结构)结构不是所有细菌都具有的结构不是所有细菌都具有的结构第5页,共136页,编辑于2022年,星期三 特殊构造一:特殊构造一:荚膜(荚膜(capsule)(1)定义)定义 一般厚于一般厚于200nm,硬度和强度远小于细胞壁;有些细菌,硬度和强度远小于细胞壁;有些细菌(硫磺细菌、铁细菌等)粘液层会逐渐变硬形成(硫磺细菌、铁细菌等)粘液层会逐渐变硬形成“鞘鞘”。第6页,共136
4、页,编辑于2022年,星期三糖被(糖被(糖被(糖被(glycocalyxglycocalyx)是某些细菌在一定营养条件下向胞外分泌是某些细菌在一定营养条件下向胞外分泌是某些细菌在一定营养条件下向胞外分泌是某些细菌在一定营养条件下向胞外分泌出厚度不定的胶粘状物质包被于细胞壁的外表出厚度不定的胶粘状物质包被于细胞壁的外表出厚度不定的胶粘状物质包被于细胞壁的外表出厚度不定的胶粘状物质包被于细胞壁的外表糖糖被被示示意意图图 第7页,共136页,编辑于2022年,星期三第8页,共136页,编辑于2022年,星期三钾细菌的染色照片钾细菌的染色照片第9页,共136页,编辑于2022年,星期三(2)功能)功能
5、 保护作用保护作用:大量极性基团可保护菌体免受干旱损伤、噬菌大量极性基团可保护菌体免受干旱损伤、噬菌体的吸附和裂解体的吸附和裂解 贮藏养料贮藏养料:以备营养缺乏时重新利用以备营养缺乏时重新利用 免受毒害免受毒害:作为透性屏障和离子交换系统,保护细菌免受重金:作为透性屏障和离子交换系统,保护细菌免受重金属离子的毒害属离子的毒害 表面附着作用表面附着作用:某些水生丝状细菌的鞘衣状荚膜也有附着作用某些水生丝状细菌的鞘衣状荚膜也有附着作用 细菌间的信息识别作用细菌间的信息识别作用:如如Rhizobium(根瘤菌属)(根瘤菌属)堆积代谢废物堆积代谢废物第10页,共136页,编辑于2022年,星期三 菌种
6、鉴定菌种鉴定 用作药物和生化试剂用作药物和生化试剂:Leuconostoc mesenteroides(肠膜状明肠膜状明串珠菌串珠菌)的糖被可提取葡萄糖制备生化试剂和代血浆)的糖被可提取葡萄糖制备生化试剂和代血浆 用作工业原料用作工业原料:如:如Xanthomonas campestris(野油菜黄单胞(野油菜黄单胞菌)的糖被(黏液层)可提取黄原胶,已被用于钻井液添加剂、菌)的糖被(黏液层)可提取黄原胶,已被用于钻井液添加剂、印染和食品等工业中印染和食品等工业中 用于污水的生物处理:用于污水的生物处理:例如形成菌胶团的细菌,有助于污例如形成菌胶团的细菌,有助于污水中有害物质的吸附和沉降水中有害
7、物质的吸附和沉降(3)应用)应用第11页,共136页,编辑于2022年,星期三 菌胶团菌胶团:荚膜物质相融合成一块团,内含许多细:荚膜物质相融合成一块团,内含许多细 菌时称菌胶团。菌时称菌胶团。e.g.Zoogloea菌属(动胶菌属)菌属(动胶菌属)枝状动胶菌枝状动胶菌(Zoogloea ramigera)垂垂(悬悬)丝状动胶菌丝状动胶菌(Zoogloea filipendula)第12页,共136页,编辑于2022年,星期三 菌胶团是菌胶团是AS中细菌的主要存在形式中细菌的主要存在形式 有较强的吸附和氧化有机物的能力有较强的吸附和氧化有机物的能力 AS性能的好坏与含菌胶团多少、性能的好坏与含
8、菌胶团多少、大小及结构大小及结构 的紧密程度有关的紧密程度有关 要求结构紧密、吸附沉降性能好要求结构紧密、吸附沉降性能好 遇到不适宜的环境时,菌胶团就发生松散遇到不适宜的环境时,菌胶团就发生松散活性活性污污泥泥(activated sludgeactivated sludge,AS)AS):一种一种绒绒絮状小泥粒,由好氧菌絮状小泥粒,由好氧菌为为主体的微型生物主体的微型生物群以及胶体、群以及胶体、悬悬浮物等浮物等组组成。成。第13页,共136页,编辑于2022年,星期三特殊构造二:芽孢(特殊构造二:芽孢(endospore,spore)(1)定义)定义 某些细菌在其生长发育后期可在细胞内形成某
9、些细菌在其生长发育后期可在细胞内形成 一个圆形或椭圆形的抗逆性休眠体,称为芽孢。一个圆形或椭圆形的抗逆性休眠体,称为芽孢。生物界中抗逆性最强的生命体生物界中抗逆性最强的生命体(在一定环境条件下,细胞质和核质体的浓缩所形成在一定环境条件下,细胞质和核质体的浓缩所形成的一种特殊结构)的一种特殊结构)第14页,共136页,编辑于2022年,星期三各各各各种种种种芽芽芽芽胞胞胞胞示示示示意意意意图图图图第15页,共136页,编辑于2022年,星期三厚度厚度25nm左右;左右;位于芽孢外层,是母细胞的残留物;位于芽孢外层,是母细胞的残留物;重量为芽孢干重的重量为芽孢干重的210;主要成分是脂蛋白。主要成
10、分是脂蛋白。厚度为厚度为3nm左右;左右;主要含疏水性角蛋白和少量磷脂蛋白;主要含疏水性角蛋白和少量磷脂蛋白;对溶菌酶、蛋白酶和表面活性剂有很强的抗性;对溶菌酶、蛋白酶和表面活性剂有很强的抗性;对多价阳离子的透性很差。对多价阳离子的透性很差。在芽孢中占有很大体积(在芽孢中占有很大体积(3660););含有大量的芽孢肽聚糖和吡啶二羧酸钙盐(不含磷壁酸);含有大量的芽孢肽聚糖和吡啶二羧酸钙盐(不含磷壁酸);含水率含水率70,比芽孢平均含水率(,比芽孢平均含水率(40)高;)高;但比一般细菌(但比一般细菌(80)低,渗透压高达)低,渗透压高达20atm左右。左右。含水量极低;含水量极低;不含磷壁酸和
11、吡啶二羧酸钙(不含磷壁酸和吡啶二羧酸钙(DPA-Ca););核心中的其他成分与一般细胞相似。核心中的其他成分与一般细胞相似。第16页,共136页,编辑于2022年,星期三(2)特点与功能)特点与功能 每一细胞仅形成一个芽孢,无繁殖功能每一细胞仅形成一个芽孢,无繁殖功能 有极强的抗热、抗化学药物和抗静水压等能力有极强的抗热、抗化学药物和抗静水压等能力 有惊人的休眠力有惊人的休眠力 休眠时检查不出代谢活力,可保存几年或几十年;休眠时检查不出代谢活力,可保存几年或几十年;美国从一块美国从一块2500万万4000万年琥珀中的蜜蜂肠道内分万年琥珀中的蜜蜂肠道内分离到有生命的芽胞。离到有生命的芽胞。第17
12、页,共136页,编辑于2022年,星期三普通细胞:普通细胞:5石炭酸(苯酚)溶液中很快死亡石炭酸(苯酚)溶液中很快死亡芽孢:芽孢:5石炭酸(苯酚)溶液中忍耐石炭酸(苯酚)溶液中忍耐15d普通细胞:普通细胞:70 80 10min死亡死亡芽孢:芽孢:100 沸水中生存沸水中生存5.09.5h 121 时时10min是否能消灭芽孢是衡量各种消毒灭是否能消灭芽孢是衡量各种消毒灭菌手段的最重要的指标菌手段的最重要的指标第18页,共136页,编辑于2022年,星期三 含水量低(含水量低(40%)含有耐热的小分子酶类含有耐热的小分子酶类 富含大量吡啶二羧酸钙(富含大量吡啶二羧酸钙(DPA-Ca)和带有二硫
13、键的)和带有二硫键的蛋白质蛋白质 有厚而致密的芽孢壁有厚而致密的芽孢壁(3)为什么抗逆性强?)为什么抗逆性强?第19页,共136页,编辑于2022年,星期三以钙盐的形式存在,钙含量高。在营养细胞和不产芽孢以钙盐的形式存在,钙含量高。在营养细胞和不产芽孢的细菌体内未发现的细菌体内未发现DPA。芽孢形成过程中,。芽孢形成过程中,DPA随即合成,随即合成,芽孢具有耐热性芽孢具有耐热性;芽孢萌发形成营养细胞时,芽孢萌发形成营养细胞时,DPA消失,耐消失,耐热性就丧失。热性就丧失。吡啶二羧酸(吡啶二羧酸(DPA)第20页,共136页,编辑于2022年,星期三(4)能形成芽孢的细菌)能形成芽孢的细菌 这类
14、细菌种类不多这类细菌种类不多 主要是主要是G杆菌,芽孢杆菌科的两个属杆菌,芽孢杆菌科的两个属芽孢杆菌属(芽孢杆菌属(Bacillus)梭菌属(梭菌属(Clostridium)球菌中只有极个别的属才形成芽孢(如:芽孢八叠球菌属球菌中只有极个别的属才形成芽孢(如:芽孢八叠球菌属sporesarcina)能否形成芽孢、芽孢的大小和位能否形成芽孢、芽孢的大小和位置是鉴别菌种的形态特征之一置是鉴别菌种的形态特征之一第21页,共136页,编辑于2022年,星期三特殊构造三:特殊构造三:鞭毛(鞭毛(flegellum)(1)定义)定义 着生在细胞表层的长丝状、波曲的附属物,称着生在细胞表层的长丝状、波曲的附
15、属物,称 为鞭毛。为鞭毛。(2)功能)功能 具有运动功能;具有运动功能;一般每秒可移动一般每秒可移动2080m,为自身长的十到数十倍,为自身长的十到数十倍,非常快。非常快。第22页,共136页,编辑于2022年,星期三第23页,共136页,编辑于2022年,星期三(3)结构与组成)结构与组成 直径直径0.010.02m,其数量为十至数十根,其数量为十至数十根 G,G细菌其结构不同细菌其结构不同 组成主要是蛋白质,有的还含有极少量的多糖组成主要是蛋白质,有的还含有极少量的多糖 和类脂和类脂鞭毛的有无和着生方式是鞭毛的有无和着生方式是细菌分类的依据之一细菌分类的依据之一第24页,共136页,编辑于
16、2022年,星期三特殊构造四:特殊构造四:菌毛(菌毛(pilus&fimbria)(1)定义定义 长在细胞表层的一种纤细(长在细胞表层的一种纤细(79nm)、中空(直)、中空(直径径22.5nm)、短直、数量较多()、短直、数量较多(250300根)的附根)的附属物,主要成分是蛋白质。属物,主要成分是蛋白质。(2)功能功能 使细菌细胞较牢固地粘接在物体表面上,使细菌细胞较牢固地粘接在物体表面上,G 常有菌毛。常有菌毛。第25页,共136页,编辑于2022年,星期三第26页,共136页,编辑于2022年,星期三性菌毛(性菌毛(sex pilus,F-pilus或或sex fimbria)性状介于
17、鞭毛与菌毛之间,每一细胞有性状介于鞭毛与菌毛之间,每一细胞有14根。根。功能功能:经接合方式转移遗传物质。:经接合方式转移遗传物质。第27页,共136页,编辑于2022年,星期三 形态结构、形态结构、DNA结构及其基本生命活动方式与原核结构及其基本生命活动方式与原核细胞相似细胞相似 RNA序列与细菌差别特大序列与细菌差别特大一、原核微生物一、原核微生物2.古生菌古生菌 细菌域细菌域(原核生物)(原核生物)真核生物真核生物 古生菌(古细菌)古生菌(古细菌)第28页,共136页,编辑于2022年,星期三卡尔卡尔乌斯(乌斯(Carl Woese),),1928.72012.12,美国的微生物,美国的
18、微生物学家和物理学家,古生菌学家和物理学家,古生菌(Archaea)发现者)发现者20世纪世纪70年代年代 传统上,形态和生物化学特性传统上,形态和生物化学特性 RNA(mRNA、核糖体蛋白)、核糖体蛋白)第29页,共136页,编辑于2022年,星期三1)形态形态 跟真细菌类似跟真细菌类似,有有G+、G-有球状、螺旋状、叶状、把碟球状、杆状等有球状、螺旋状、叶状、把碟球状、杆状等 单细胞、多细胞单细胞、多细胞 1um第30页,共136页,编辑于2022年,星期三2)主要类群主要类群 产甲烷古生菌(产甲烷古生菌(methanogenic archaeobacetria)古生硫酸还原菌古生硫酸还原
19、菌(archaeobacterial sulfate reducer)极端嗜盐菌(极端嗜盐菌(extremely halophilic archaeobacteria)极端嗜热硫代谢菌极端嗜热硫代谢菌(extremely themophilic so-metabolizer)无细胞壁古生菌无细胞壁古生菌(cell walk-less archaeobacteria)第31页,共136页,编辑于2022年,星期三 嗜热微生物(嗜热微生物(thermophilic microorganism)超嗜热微生物超嗜热微生物(hyperthermophilic microorganism)嗜热:最适温度超
20、过嗜热:最适温度超过45,超嗜热(,超嗜热(80)细胞膜富含饱和脂肪酸,保持高温下膜稳定性细胞膜富含饱和脂肪酸,保持高温下膜稳定性 核酸核酸GC含量高,有助于含量高,有助于DNA的稳定性的稳定性 一般化能自养或异养一般化能自养或异养 以有机物、氢、硫或以有机物、氢、硫或FeS为能量来源,分布在火山口、温泉、为能量来源,分布在火山口、温泉、盐湖、有机物堆等盐湖、有机物堆等第32页,共136页,编辑于2022年,星期三 嗜冷微生物(嗜冷微生物(psychrophilic microorganism)最适温度为最适温度为15或更低,最高不超过或更低,最高不超过20 细胞壁厚,细胞膜不饱和脂肪酸含量高
21、细胞壁厚,细胞膜不饱和脂肪酸含量高 酶活性在低温下高酶活性在低温下高 分布在高山、海洋、冰箱分布在高山、海洋、冰箱第33页,共136页,编辑于2022年,星期三 嗜酸微生物(嗜酸微生物(acidophilic microorganism)分布酸性矿水、酸性热泉和酸性土壤中分布酸性矿水、酸性热泉和酸性土壤中 专性嗜酸菌能在专性嗜酸菌能在pH10,15%)生产胞外多糖、聚羟基丁酸、食用蛋白、调味剂、生产胞外多糖、聚羟基丁酸、食用蛋白、调味剂、海水淡化、盐碱地开发及能源利用等海水淡化、盐碱地开发及能源利用等第36页,共136页,编辑于2022年,星期三二、真菌二、真菌 真菌是一类低等的真核微生物(酵
22、母菌和霉菌)真菌是一类低等的真核微生物(酵母菌和霉菌)真菌的特点真菌的特点1)不能进行光合作用不能进行光合作用2)以产生孢子进行繁殖以产生孢子进行繁殖3)一般有发达的菌丝一般有发达的菌丝4)异养型异养型5)陆生性较强陆生性较强第37页,共136页,编辑于2022年,星期三1.酵母菌(酵母菌(yeast)单细胞菌单细胞菌 特点特点一般以单细胞状态存在一般以单细胞状态存在多数为芽殖(出芽繁殖)多数为芽殖(出芽繁殖)能发酵糖类产能能发酵糖类产能喜在含糖量高、酸度大的水生环境中生长喜在含糖量高、酸度大的水生环境中生长第38页,共136页,编辑于2022年,星期三 分布与利用分布与利用 果园土壤、水果、
23、蔬菜表面果园土壤、水果、蔬菜表面 炼油厂、油田土层(利用烃类的酵母菌)炼油厂、油田土层(利用烃类的酵母菌)发酵工业:食用单细胞蛋白质来源发酵工业:食用单细胞蛋白质来源环境中的应用:环境中的应用:处理高浓度废水处理高浓度废水 含油废水含油废水 印染废水的脱色(能还原碱性染料)印染废水的脱色(能还原碱性染料)回收蛋白质回收蛋白质第39页,共136页,编辑于2022年,星期三 菌落特征菌落特征 与细菌的菌落相似:较大,有一定透明度、与细菌的菌落相似:较大,有一定透明度、湿润、较光滑湿润、较光滑 颜色比较单调:乳白色、少数为红色、个颜色比较单调:乳白色、少数为红色、个 别为黑色别为黑色 一般还会散发出
24、一般还会散发出“酒香味酒香味”第40页,共136页,编辑于2022年,星期三2.霉菌(霉菌(mould,mold)特点特点形成丝状、绒状或支柱网状菌丝体形成丝状、绒状或支柱网状菌丝体(mycelium)有较强的陆生性有较强的陆生性常引起食物、农产品的霉变,植物病害常引起食物、农产品的霉变,植物病害丝状真菌(丝状真菌(filamentous fungi)的俗称,意为)的俗称,意为“发霉的真菌发霉的真菌”第41页,共136页,编辑于2022年,星期三Fungal Mycelium with Spores,Penicillium sp.(SEM x3,220)Fungal Mycelium with
25、 Hyphae,Sporangia and Spores,Penicillium sp.(SEM x1,560)第42页,共136页,编辑于2022年,星期三Mold Fruiting Structure with Spores(SEM x2,420)黑曲霉黑曲霉第43页,共136页,编辑于2022年,星期三 分布与利用分布与利用 分布广泛、到处可见分布广泛、到处可见污水处理中数目比细菌少污水处理中数目比细菌少大量繁殖会引起污泥膨胀大量繁殖会引起污泥膨胀 分解纤维素、半纤维素、木质素等复杂有机物分解纤维素、半纤维素、木质素等复杂有机物 工业上:有机酸、维生素(核黄素)、酶的生工业上:有机酸、维
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