第二章:微生物的纯培养与显微技术.doc
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1、第二章:微生物的纯培养与显微技术1、微生物学基础实验技术分离、培养与显微技术对建立微生物学的意义;微生物由于个体微小,绝大多数情况下都是利用群体来研究其属性,微生物物种(菌株)一般也是以群体的形式进行繁衍、保存。由于在通常情况下纯培养物能较好地被研究、利用和保证结果的可重复性,因此,把特定的微生物从自然界混杂存在的状态中分离、纯化出来的纯培养技术是进行微生物学研究的基础。相应地,微生物个体微小的特点也决定了显微技术是进行微生物研究的另一项重要技术,因为绝大多数微生物的个体形态及其内部结构只能通过显微镜才能进行观察和研究。2、如何理解过大、过小的(微)生物其生长速度都较慢?答疑的时候老师也没完全
2、说明白3、常见光学显微镜、电子显微镜的种类以及它们的特点、应用范围?常见光学显微镜有普通光学显微镜、暗视野显微镜、相差显微镜、荧光显微镜等。l 普通光学显微镜:利用目镜和物镜两组透镜系统来放大成像,放大倍数最高只能达到10001500倍。最小可分辨距离 QUOTE ( QUOTE , QUOTE , QUOTE 分别表示光源波长、介质折射率、物镜镜口角的半数)。观察经染色的细胞。l 暗视野显微镜:利用聚光器实现斜射照明,光线由样品反射或折射后进入物镜,因此视野是暗的而样品是亮的,样品与背景反差增大。主要用于观察生活细菌的运动性,看不见内部细微结构。l 相差显微镜:细胞各部分的折射率及厚度差异光
3、程差相位差环状光阑和相差板振幅差(明暗差)。用于观察在普通光学显微镜下不易看到的活细胞和细胞内的细微结构。N。l 荧光显微镜:紫外线照射下,发荧光的物体在黑暗背景下表现为光亮的有色物体。可观察特异的细胞,应用于免疫学、环境微生物学、分子生物学。常见电子显微镜有透射电子显微镜、扫描电子显微镜等。l 透射电子显微镜:以波长比可见光短得多的电磁波取代可见光来成像,可提高分辨能力。电镜镜筒中为高真空,采用电磁圈来汇聚光线,用荧光屏来观察或用胶片记录影像。N。l 扫描电子显微镜:电子束被磁透镜汇聚成极细的电子“探针”,在样品表面进行“扫描”,激发样品表面放出二次电子。用于观察样品的表面结构。扫描隧道显微
4、镜:利用量子力学的隧道效应。需要样品有一定导电性,可不损坏样品。目前分辨率最高,横向达到0.10.2nm,纵向达到0.001nm。直接观察生物大分子。N。原子力显微镜:利用激光装置来检测探针和样品之间的相互作用。可观察不导电样品。4、决定显微镜观察效果的因素是什么?是分辨率(最小可分辨距离)和反差(样品与背景的区别程度)。(两个因素:波长、振幅)5、为什么说扫描隧道显微镜、原子力显微镜不属于电子显微镜?扫描隧道显微镜、原子力显微镜与电子显微镜的原理不同,不是利用电子束来成像。6、为什么观察细菌一般要使用油镜,油镜为何能提高分辨率?因为:油镜利用折射率与玻璃相近的介质(如香柏油,n=1.52),
5、很多原来由于在透镜及载片表面的反射和折射而损失的光线可以进入物镜,使照明亮度提高,改善观察效果。7、染色前在载玻片上固定微生物细胞的目的是什么?有哪些常用方法?其目的是:杀死细菌并使菌体黏附于玻片上;增加其对染料的亲和力。常用方法有酒精灯火焰加热和化学固定两种。8、有哪些常用观察活体的制片方法,活体观察有何优点和缺点?有压滴法、悬滴法和压(埋)片法。优点:活体观察可以避免一般染色制样时的固定作用对微生物细胞结构的破坏;缺点:由于微生物细胞透明,无法观察细致形态。9、对基因工程菌进行高密度培养的目的是什么?有什么常用方法?外源基因表达产量与细胞浓度正相关。(1)选取最佳培养基成分和各成分含量。(
6、2)补料,这是工程菌高密度培养的重要手段之一。(3)提高溶解氧的浓度,提高好氧菌和兼性厌氧菌培养时的溶氧量也是高密度培养的重要手段之一。(4)防止有害代谢产物的生成。10、什么是二元培养物?在什么情况下使用二元培养物?培养物中只含有两种微生物,并有意识地保持两者之间的特定关系。有些情况下无法获得纯培养,这时使用二元培养物作为替代。如病毒。11、什么是菌落和菌苔?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。12、常用纯种分离的方法有哪些?为什么纯种分
7、离是微生物学研究的第一步?使用微生物的纯培养物有何局限?什么是宏基因组?常用方法:固体培养基:稀释分离法、划线分离法;液体培养基:稀释法;单细胞(孢子)分离。见第1题。局限:不可培养微生物:显微镜观察计数出来的细胞数远远大于用各种培养基培养出来的菌落数。宏基因组(Metagenome)是特定小生境中全部微小生物遗传物质的总和通过基因工程获得新的功能基因。13、为什么要求在特定的培养基上观察菌落的特征?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。培养基不同,菌落形态会发生变化。第三章:原核微生物的细胞形态及繁殖方式
8、1、广义和狭义的细菌指哪些微生物?狭义的细菌指细胞细短(直径约0.5m,长度0.55 m)、胞壁坚韧、通常以二分分裂来繁殖的原核生物。广义的细菌包括真细菌、放线菌、蓝细菌、支原体、立克次氏体和衣原体等原核微生物。2、细菌的基本形态与特殊形态有哪些?细菌的基本形态有球菌、杆菌和螺旋菌(弧菌、螺菌)。细菌的特殊形态有(1)柄细菌 prosthecae bacteria(2)丝状细菌(3)支原体(无壁) mycoplasma3、什么是细菌的衰颓形、畸形?为什么细胞形态会受环境条件的影响?衰颓形:营养缺乏,自身代谢废物积累过多,细胞衰老。畸形:外界理化因素刺激,阻碍了细胞的发育,从而引起形态的异常变化
9、。与细菌的代谢有关。4、细菌的繁殖方式有哪些?(1)均等分裂:二分分裂、复分裂(蛭弧菌);(2)不均等分裂:异型分裂、出芽繁殖;(3)有性繁殖。5、简述柄杆菌的生活史。p370细胞延长,以收缢方式行二分分裂,无隔膜一端长出一根鞭毛,成为游动细胞与母细胞脱离,游动固着在新的基物上鞭毛消失,由长鞭毛处形成新柄。6、简述螺旋体的主要形态特征。菌体细长、弯曲呈螺旋状,细胞外围裹以细胞质膜和细胞壁,形成原生质柱,外面缠绕着周质鞭毛,也称轴丝,轴丝与原生质柱再由3层膜包围,称为外鞘。7、简述黄色粘球菌的生活史及研究粘细菌的意义。营养细胞聚集成细胞堆产生粘孢子形成子实体产生粘孢子发芽粘细菌具有社会性行为,有
10、多细胞分化,有序聚集、排列。研究其分化的发生以及其细胞间的信号通路,对于理解生命进化和分化发育的分子机制有重要意义。两组分系统的数量与组成;粘细菌的基因组在原核生物中是最大的;粘细菌的运动与信号传导。8、研究放线菌对人类的生产实践、科学研究、生态环境有何主要应用?抗生素物质转化与固氮,生产酶制剂与维生素9、鉴于寻找新的抗生素需要花费巨大的人力、物理,改造现有的抗生素是生产新药的重要途径,改造方法有哪些?基因工程、化学合成、半化学合成10、链霉菌的主要形态特征是什么?链霉菌的基内菌丝和气生菌丝发达,产生多种形态的孢子丝和孢子。链霉菌的基内菌丝与孢子丝的颜色常不一致,因此其菌落的正反面颜色也不一样
11、。有时还产生色素。11、放线菌的繁殖方式有哪些?菌丝断裂(诺卡氏菌);分生孢子(链霉菌);孢囊孢子(链孢囊菌、弗兰克氏菌)。12、蓝细菌的异形胞消除氧气的机制是什么?异型胞仅含少量藻胆素,缺乏光和系统,所以不产生氧气或固定CO2。在异型胞内通过NH3+CH2O-谷氨酸盐过程中消耗氧气。13、简述蛭弧菌的生活史及主要的实际应用。蛭弧菌的生活史分为非寄生和寄生两个阶段。寄生阶段:蛭弧菌侵入宿主(细菌)细胞,在膜壁之间形成蛭质体宿主细胞膨胀,蛭弧菌分裂宿主细胞破裂释放子代蛭弧菌。实际应用:防治农业有害细菌、人畜致病菌。14、简述支原体的生物学特点?支原体无细胞壁,只有细胞膜,细胞非常小,柔软而形态多
12、变。革兰氏阴性。部分为致病菌。可用人工培养基直接培养。15、简述衣原体的生活史。衣原体在宿主细胞内存在原体和始体两种形态。具有感染性的原体通过胞饮作用进入宿主细胞,被宿主细胞膜包围形成空泡,原体逐渐增大为始体。始体无感染性,在空泡内以二分裂方式反复繁殖,形成大量新的原体,积聚于细胞质内成为各种形状的包涵体,宿主细胞破裂,释放出原体。16、立克次氏体的主要生物学特点是什么?哪些证据表明线粒体可能起源于类似立克次氏体的原核生物?立克次氏体是原核微生物,革兰氏阴性。营严格的活细胞内寄生,主要以昆虫为媒介,寄生在它们的消化管表皮细胞中,通过节肢动物叮咬和排泄物传播给人和其他动物。缺乏糖酵解途径;存在腺
13、苷酸转化系统;可以利用三羧酸循环的中间产物和谷氨酸;基因组序列的同源性。17、比较支原体、衣原体、立克次氏体与病毒的异同。特征 支原体 立克次氏体衣原体病毒 核酸种类 DNA、RNA DNA、RNA DNA、RNA DNA或RNA 核糖体 有 有 有 无 大分子合成 有 部分 部分 无 合成ATP 有 缺陷 严重缺陷 无 增殖中结构完整性 保持 保持 保持 丧失抗生素敏感 敏感 敏感 敏感 不敏感 18、Woese通过比较16s rRNA序列将所有的生物分为三域,为何选择16s rRNA序列作为分类依据?Woese的结论有何科学意义?这种分类方法又有何局限?为什么说古生菌有可能是最早的生命形式
14、?1.rRNA参与生物蛋白质的合成,在生物漫长的进化过程,其功能保持不变。2.16SrRNA分子中,既含有高度保守的序列区域,又有中度保守和高度变化的序列区域,适用进化距离不同的各类生物亲缘的关系。3.16SrRNA相对分子质量大小适中,便于序列分析。4.16SrRNA普遍存在于真核生物和原核生物中。三域之间的相似性低于60%,而域内的相似性高于70%,后得到其他生物大分子的验证。Woese用这把尺子对微生物系统发育进行了开拓性研究,首次提出了涵盖整个生命界的系统树,发现了生命的第三种形式古生菌。局限:只能得出树状进化,而细菌的进化是网状的,进化过程中有基因的横向转移。古生菌有可能是最早的生命
15、形式:部分生活于极端环境。19、简述古生菌与细菌的主要区别?为什么说古生菌是细菌的形式,真核生物的内涵?古生菌细胞形态独特,细胞壁、细胞膜的组成与细菌不同,基因组较小。基因转录和翻译系统界于细菌与真核生物之间。20、古生菌、细菌与真核生物的异同点。特征 细菌 古菌 真核生物 细胞大小 0.2 m0.2 m 2 m 核膜 无无有遗传物质染色体 一条(环状),质粒一条(环状),质粒多条(线状),细胞器DNA细胞壁 肽聚糖假肽聚糖,蛋白质纤维素、几丁质细胞膜 脂肪酸,酯键,直链异戊二烯,醚键,分枝,甾醇脂肪酸,酯键,直链,甾醇第四章:原核微生物的细胞结构与功能1、细菌细胞壁的功能有哪些?固定细胞外型
16、和提高机械强度;细胞的生长、分裂和鞭毛运动所必需;机械屏障(MW800);抗原性和致病性;噬菌体的侵染位点;一些抗生素的敏感性。2、简述G+、G-细菌细胞壁的组成与结构。G+细胞壁有较厚的网状肽聚糖层,磷壁酸结合在细胞壁(细胞膜)上;G-细菌细胞壁肽聚糖层薄,其外有外膜(或称外壁,由脂多糖、磷脂和脂蛋白等蛋白质组成),外膜与细胞膜间有周质空间。3、简述金黄色葡萄球菌蛋白A的特点与应用:金黄色葡萄球菌蛋白A以共价键与肽聚糖结合,十分稳定,用4mol/L尿素、硫氰盐酸、6mol/L的盐酸胍和pH2.5的酸性条件,以及加热煮沸均不影响其活性。能与人及多种哺乳动物血清IgG分子结合。广泛用于纯化抗体和
17、广谱第二抗体。3、试述革兰氏染色的步骤与机制。(1)初染:用草酸铵结晶紫染液染色1min,用水冲洗。(2)媒染:加革氏碘液冲去残余水分,用碘液覆盖1min,用水冲洗。(3)脱色:载片斜置,滴加95%乙醇,并轻轻摇动载片,至乙醇液不再呈紫色(30s),立即用水冲洗,并用滤纸轻轻吸干。(4)复染:用蕃红染液染色1min,用水冲洗。革兰氏阳性菌的细胞壁含肽聚糖量较高,网状结构致密,经乙醇脱水孔径缩小,使结晶紫与碘形成的大分子复合物难被脱色,复染后细胞呈紫色。而革兰氏阴性菌肽聚糖层薄,网状结构疏松且类脂含量高,经乙醇处理细胞壁孔径变大,结晶紫与碘形成的复合物溶出,复染后细胞呈红色。4、什么是细菌的内毒
18、素与外毒素?细菌在生长过程中合成并分泌到胞外的毒素称外毒素,通常为蛋白质,具有强免疫原性,毒性作用强。按其作用部位可分为细胞毒素、神经毒素和肠毒素。许多革兰氏阳性菌和部分革兰氏阴性菌均可产生外毒素。内毒素即革兰氏阴性菌细胞壁脂多糖(LPS),于菌体裂解时释放,相对毒性较弱,且没有器官特异性。5、简述抗酸性染色的步骤及机制。抗酸性染色用来检验抗酸细菌。过程:碱性品红和苯酚染色,加热蒸馏水冲洗酸性酒精(3%盐酸+95%乙醇)脱色水洗后,加入美兰复染。抗酸细菌呈红色,一般细菌呈蓝色。分支杆菌的细胞壁有特殊的脂类物质分枝菌酸,分支菌酸厚且呈蜡质,可以抵御酸性酒精的脱色作用。6、什么是L型细菌、原生质体
19、和球状体?L型细菌是细菌在某些环境条件下(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变异型。原生质体是在人为条件下,用溶菌酶处理或在含青霉素的培养基中培养而抑制新生细胞壁合成而形成的仅由一层细胞膜包裹的,圆球形、对渗透压变化敏感的细胞,一般由革兰氏阳性细菌形成。球状体是采用上述同样方法,针对革兰氏阴性细菌处理后而获得的残留部分细胞壁(外壁层)的球形体。7、简述肽聚糖合成的主要步骤及细菌萜醇的结构与功能。(1)在细胞质中的合成A 由葡萄糖合成N-乙酰葡糖胺和N-乙酰胞壁酸B 由N-乙酰胞壁酸合成“Park”核苷酸(2)在细胞膜上的合成:连接N-乙酰葡糖胺和N-乙酰胞壁酸“Par
20、k”核苷酸需要穿过疏水的细胞膜双分子层类脂载体细菌萜醇(3)在细胞膜外的合成A 转糖基作用(横向连接)B 转肽作用(纵向连接)抗生素的作用机制:与“五”肽尾末端的D-丙氨酰-D-丙氨酸结构类似,竞争性抑制转肽酶的活性。8、古生菌的细胞壁主要有哪些类型?细胞壁组成的哪个特点决定了嗜盐菌的生长对盐有一定的依赖性?假肽聚糖细胞壁(甲烷杆菌);硫酸化多糖细胞壁(盐球菌);独特多糖细胞壁(甲烷八叠球菌);糖蛋白细胞壁(盐杆菌);蛋白质细胞壁。细胞壁带强负电荷,环境中的高浓度Na+可以维持细胞壁的稳定性。当外环境中的Na被降低,或将在高盐溶液中的嗜盐菌移入低盐溶液中,由于赖以维持细胞壁稳定性的Na的减少,
21、会导致细胞壁一块块地破裂,最后嗜盐菌的细胞被裂解。9、古生菌细胞膜区别于细菌细胞膜的主要特点有哪些?。(1)亲水头(甘油)与疏水尾(烃链)之间是通过醚键连接,真细菌则是通过酯键连接;(2)古生菌中组成疏水尾的烃链是异戊二烯的重复单位;(3)古生菌的细胞膜存在着独特的单分子层(热原体)或单、双分子层的混合;(4)在甘油分子的3-C上,可连接与真细菌和真核生物不同的基团,如硫酸酯、多糖等;(5)含有独特脂质,如细菌红素,胡萝卜素, 胡萝卜素、视黄醛等。10、细菌内储藏物的种类、特点是什么?有什么应用?不同微生物其储藏性内含物不同;微生物合理利用营养物质的一种调节方式;储藏物以多聚体的形式存在,有利
22、于维持细胞内环境的平衡,避免不适合的pH,渗透压等的危害。聚-羟丁酸是生产医用塑料、生物降解塑料的良好原料。异染粒在白喉棒杆菌和结核分枝杆菌中极易见到,可用于这些细菌的鉴定。11、芽孢是如何被发现的?其概念、生物学特点是什么?1876,科赫首先发现芽孢。1877,丁道尔发现,肉与新鲜蔬菜的汁液煮沸几分钟可灭菌;干草的汁液煮沸几小时不能灭菌;其他的汁液无法重复干草的结果。同年,科恩在显微镜下观察到“内生孢子”。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、厚壁、含水量极低、抗逆性极强的休眠体,称为芽孢(endospore或spore)。产芽孢的细菌多为杆菌,也有一些球菌、螺菌。芽孢是整
23、个生物界中抗逆性最强的生命体,耐热、辐射、化学药物。在适宜的条件下产生并可以重新转变成为营养态细胞。12、简述芽孢的结构、耐热机制及研究芽孢的意义。耐热机制:渗透调节皮层膨胀学说:芽孢衣的透性差-皮层产生高渗透压-夺取芽孢核心的水分-核心部位含水量的稀少-耐热机制的关键。DPACa2+:与DPA的螯合会使芽孢中的生物大分子形成一种稳定而耐热的凝胶。细菌重要的形态特征,可用于细菌鉴定;分离、筛选芽孢菌;保藏菌种;灭菌的指标。研究芽孢的意义还有研究其抗逆性机理;细胞决定、分化以及发育;不对称分裂;两组分系统;抗生素;感受态;生物被膜等。13、什么是伴孢晶体?有何实际应用?少数芽孢杆菌,例如苏云金芽
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