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鞭毛结构
基体上着生2个环
基体上着生4个环
产毒素
以外毒素为主
以内毒素为主
对机械力的抗性
强
弱
细胞壁抗溶菌酶
对青霉素和磺胺
敏感
不敏感
对链霉素、氯霉素、四环素
碱性染料的抑菌作用
对阴离子去污剂
对叠氮化钠
对干燥
抗性强
抗性弱
产芽孢
有的产
不产
细胞附器
通常无
种类多,如菌毛、性毛、柄
运动性
大多不运动,运动用周毛
运动或不运动,运动方式多(极毛、周毛、轴丝、滑行)
代谢
多为化能有机营养型
类型多,如光能自养、化能无机营养、化能有机营养
5)革兰氏染色的机制:
通过结晶紫初染后,在细菌的细胞壁以内可以形成不溶于水的结晶紫和碘的复合物。
G+细菌由于其细胞壁较厚、肽聚糖网层次多和交联致密,故遇脱色剂乙醇(或丙酮)处理时,因失水而使网孔缩小,再加上它不含类脂,故乙醇的处理不会溶出缝隙,因此能把结晶紫和碘的复合物牢牢留在壁内,使其保持紫色。
反之,G-细菌因其细胞壁薄、外膜层类脂含量高,肽聚糖层薄和交联度差,遇脱色剂乙醇后,以类脂为主的外膜迅速溶解,这时薄而松散的肽聚糖网不能阻挡结晶紫与碘复合物的溶出,因此细胞退成无色。
这时,再经沙黄等红色染料复染,就使G-细菌呈现红色,而G+细菌则保留最初的紫色(实为紫色加红色)。
3.细胞膜结构、功能P24
4.糖被是指包被于某些细菌细胞壁外的一层厚度不定的透明胶状物质。
糖被的成分一般是多糖,少数是蛋白质多多肽,也有多糖和多肽复合型的。
糖被按其有无固定层次、层次厚薄又可细分为荚膜、微荚膜、粘液层和菌胶团等。
5.某些细菌在其生长发育后期,在细胞内形成的一个圆形或椭圆形、厚壁、含水量低、抗逆性强的休眠构造,成为芽孢。
芽孢是生命世界中抗逆性最强的一种构造,在抗热、抗化学药物和抗辐射等方面十分出色。
6.伴孢晶体,又称δ内毒素,少数芽孢杆菌产生的糖蛋白昆虫毒素。
7.细菌的繁殖方式包括裂殖和芽殖。
裂殖又分为二分裂、三分裂和复分裂。
P33
8.当孢子落在固体基质表面并发芽后,就不断生长、分枝并以放射状向基质表面和内层扩散,形成大量色浅、较细的具有吸收营养和排泄代谢废物功能的基内菌丝体,同时在其上不断向空间方向分化出颜色较深、直径较粗的分枝菌丝,就是气生菌丝。
真核微生物形态构造那功能
1.酵母菌的繁殖方式包括有性生殖(产子囊孢子)和无性生殖。
无性生殖又分为芽殖、裂殖和产无性孢子。
2.当霉菌孢子落在适宜的基质上后,就发芽生长并产生菌丝。
由许多菌丝相互交织而成的一个菌丝集团称菌丝体。
菌丝体分两种:
密布在固体营养基质内部,主要执行吸取营养物功能的菌丝体,称营养菌丝体;
而伸展到空间的菌丝体,称气生菌丝体。
病毒和亚病毒因子
1.病毒粒的基本成分是核酸和蛋白质。
核酸位于它的中心,成为核心或基因组,蛋白质包围在核心周围,形成了衣壳。
2.噬菌体的繁殖一般分为五个阶段,即吸附、侵入、增殖(复制与生物合成)、成熟(装配)和裂解(释放)。
能在短时间内连续完成以上五个阶段而实现其增殖的噬菌体称为烈性噬菌体,反之则称为温和噬菌体。
3.温和噬菌体侵入相应宿主细胞后,由于前者的基因组整合到后者的基因组上,并随后者的复制而进行同步复制,因此,这种温和噬菌体的侵入并不引起宿主细胞裂解,此即称溶源性或溶源现象。
微生物的营养和培养基
1.微生物的六类营养要素:
碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水。
2.凡必须利用有机碳源的微生物,就是为数众多的异养微生物;
反之,凡以无机碳源作唯一或主要碳源的微生物,就是种类较少的自养微生物。
3.对一切异养微生物来说,其碳源同时又兼做能源,因此,这种碳源又称双功能营养物。
4.微生物营养类型
营养类型
能源
氢供体
基本碳源
实例
光能无机营养型(光能自养型)
光
无机物
CO2
蓝细菌、紫硫细菌、藻类
光能有机营养型(光能异养型)
有机物
CO2及简单有机物
红硫菌科(即紫色非硫细菌)
化能无机营养型(化能自养型)
硝化细菌、硫化细菌、铁细菌等
化能有机营养型(化能异养型)
绝大多数原核生物,全部真菌和原生动物
5.四种运输方式不通过膜上载体蛋白:
单纯扩散P93
通过膜上载体蛋白不耗能:
促进扩散
耗能运送前后溶质分子不变:
主动运送
运动前后溶质分子改变:
基团转移
单纯扩散
特异载体蛋白
运送速度
慢
快
溶质运送方面
由浓至稀
由稀至浓
平衡室内外速度
内外相等
内部浓度高得多
运送分子
无特异性
特异性
能量消耗
不需要
需要
运送前后溶质分子
不变
改变
载体饱和效应
与溶质类似物
无竞争性
有竞争性
运送抑制剂
运送对象举例
H2O,CO2,O2,甘油,乙醇,少数氨基酸,盐类,代谢抑制剂
硫酸根,磷酸根,糖(真核生物)
氨基酸,乳糖等糖类,钠离子钙离子等无机离子
葡萄糖,果糖,甘露糖,嘌呤,核苷。
脂肪酸
6.天然培养基是指一类利用动、植物或微生物体包括其提取物制成的培养基,这是一类营养成分即复杂又丰富,难以说出其确切化学组成的培养基。
例如培养多种细菌的牛肉膏蛋白胨培养基,培养酵母菌的麦芽汁培养基。
天然培养基的优点是营养丰富,种类多样,配制方便,价格低廉;
缺点是成分不清楚,不稳定。
一般只适合于菌种培养。
7.组合培养基又称合成培养基或综合培养基,是一类按微生物的营养要求精确设计后用多种高纯化学试剂配制成的培养基。
例如培养E.coli等细菌用的葡萄糖铵盐培养基,培养一些链霉菌的淀粉硝酸盐培养基(常称“高氏一号培养基”),培养真菌的蔗糖硝酸盐培养基(即察氏培养基)。
组合培养基的优点是成分精确,重演性高;
缺点是价格较贵,配制麻烦,且微生物生长比较一般。
一般用于对定量要求较高的研究工作。
8.半组合培养基又称半合成培养基,指一类主要以化学试剂配制,同时还加有某种或某些天然成分的培养基。
例如培养真菌的马铃薯蔗糖培养基。
9.选择性培养基是一类根据某些微生物的特殊营养要求或其对化学、物理因素抗性的原理而设计的培养基,具有使混合菌样中的劣势菌变成优势菌的功能,广泛用于菌种筛选等领域。
加富性选择培养基采用“投其所好”策略达到富集或增殖的目的。
抑制性选择培养基采用“取其所抗”策略达到富集或增殖的目的。
e.g.酵母菌富集培养基、Ashby无氮培养基(好氧性自生固氮菌)、Martin培养基(土壤真菌)、含糖酵母膏培养基(厌氧条件下富集乳酸菌)
10.鉴别性培养基是一类成分中加有能与目的菌的无色代谢产物发生显色反应的指示剂,从而达到只需用肉眼辨别颜色就能方便的从近似菌落中找出目的菌菌落的培养基。
e.g.伊红美蓝乳糖培养基(EMB培养基)鉴别大肠杆菌,深紫色菌落,绿色金属光泽。
微生物新陈代谢
1.生物氧化分为呼吸、无氧呼吸、发酵三种类型。
P114
呼吸
无氧呼吸
发酵
递氢体
呼吸链(电子传递链)
氢受体
O2
无机或有机氧化物(硝酸根,硫酸根,延胡索酸等)
中间代谢物(乙醛,丙酮酸等)
终产物
H2O
还原后的无机或有机氧化物(亚硝酸根,亚硫酸根或琥珀酸等)
还原后的中间代谢物(乙醇,乳酸等)
产能机制
氧化磷酸化
底物水平磷酸化
产能效率
中
低
2.V.P.试验就是利用E.aerogenes(产气肠杆菌)能产生3-羟基丁酮(乙酰甲基甲醇)的原理,因为他在碱性条件下可被氧化成二乙酰,若用有胍基的精氨酸能与二乙酰反应,就可以产生特征性的红色反应(即V.P.阳性),而与E.aerogenes近缘的E.coli呈V.P.阴性,故极易区别两菌。
3.生物固氮是指大气中的分子氮通过微生物固氮酶的催化而还原成氨的过程,生物界中只有原核生物才具有固氮作用。
自生固氮菌是一类不依赖与他种微生物共生而能独立进行固氮的微生物。
共生固氮菌是一类必须与他种生物共生在一起时才能进行固氮的微生物。
联合固氮菌是必须生活在植物根际、叶面或动物肠道等处才能进行固氮的微生物。
4.好氧菌固氮酶避氧害机制
1)好氧性自主固氮菌的抗氧保护机制
1呼吸保护指固氮菌科的菌种能以极强的呼吸作用迅速将周围环境中的氧消耗掉,使细胞周围环境处于低氧状态,借此保护固氮酶。
2构象保护指在高氧分压条件下,一些固氮酶能形成一个无固氮活性但能防止氧害的特殊构象。
目前知道,构象保护的原理是存在一种耐氧蛋白即铁硫蛋白Ⅱ,它在高氧条件下可与固氮酶的两个组分形成耐氧的复合物。
2)蓝细菌固氮酶的抗氧保护机制
1分化出特殊的还原性异形胞固氮作用局限在异形胞内进行。
细胞外有一层外膜阻止氧气进入细胞内;
胞内缺乏产氧光合系统Ⅱ,脱氢酶和氢化酶活性高,维持了很强的还原态;
超氧化物歧化酶活性高,解除氧毒害;
呼吸强度高,消耗氧并产生ATP。
2非异形胞蓝细菌固氮酶的保护固氮作用与光合作用进行时间上的分割;
通过束状群体中央处于厌氧环境下的细胞失去能产氧的光合系统Ⅱ,以便进行固氮作用;
通过提高过氧化物酶和SOD的活性来出去有毒过氧化合物。
3)豆科植物根瘤菌固氮酶的抗氧保护机制
根瘤菌在纯培养情况下,一般不固氮,只有当严格控制在微好氧条件下时,才能固氮。
P141
5.组成酶是在微生物细胞中以较高浓度一直存在的酶,它的合成仅受遗传物质控制即内因控制;
诱导酶是只有当其分解底物或有关诱导物存在时才会合成的酶,它的合成除取决于环境中诱导物外,还受基因控制即受内因和外因共同控制。
微生物生长及其控制
1.测生长量P151
1)直接法粗放的侧体积法(在刻度离心管中测沉淀量)和精确的称干重法。
2)间接法
1比浊法用分光光度计对无色的微生物悬浮液进行测定。
2生理指标法根据实验目的和条件选用合适的与微生物生长量相平行的生理指标,如测含氮量法。
2.计繁殖数只适宜于测定处于单细胞状态的细菌和酵母菌,而对放线菌和霉菌等丝状生长的微生物而言,智能计算其孢子数。
P152
1)直接法用计数板在光学显微镜下直接观察细胞并进行计数。
但接到的数目是包括死细胞在内的总菌数。
为解决这一矛盾,可以用特殊染料作活菌染色再观察。
2)间接法是一种活菌计数法。
依据活菌在液体培养基中会使其变混或在固体培养基上形成菌落的原理。
3平板菌落计数法适用于各种好氧菌或厌氧菌。
主要操作是把稀释后的一定量的菌样通过浇注琼脂培养基或在琼脂平板上涂布的方法,让其内的微生物单细胞一一分散在平板上,待培养后,每一活细胞就形成一个单菌落,此即菌落形成单位(efu),根据efu数乘上稀释度推算出菌样的含菌数。
4厌氧菌的菌落计数法亨盖特滚管培养法;
半固体深层琼脂法(测定双歧杆菌和乳酸菌)等。
3.同步培养技术是设法使某一群体中的所有个体细胞尽可能都处于同样细胞生长和分裂周期中,然后通过分析此群体在各阶段的生物化学特性变化,来间接了解单个细胞的相应变化规律。
这种通过同步培养的手段而使细胞群体中各个体处于分裂步调一致的生长状态,称为同步生长。
获得微生物同步生长的方法主要有两类:
1)环境条件诱导法用氯霉素抑制细菌蛋白质合成;
藻类细胞的光照、黑暗控制等。
2)机械筛选法利用处于同一生长阶段细胞的体积、大小的相同性,用过滤法、密度梯度离心或膜洗脱法收集同步生长的细胞。
P153
4.生长曲线定量描述液体培养基中微生物群体生长规律的实验曲线。
1)延滞期
出现延滞期的原因,是由于接种到新鲜培养液的种子细胞中,一时还缺乏分解或催化有关底物的酶或辅酶,或者缺乏充足的中间代谢物。
为产生诱导酶或合成有关的中间代谢物,就需要有一段用于适应的时间。
延滞期的特点为:
1生长速率常数为零;
2细胞形态变大或增长,许多杆菌可长成丝状;
3细胞内的RNA尤其是rRNA含量增高,原生质呈嗜碱性;
4合成代谢十分活跃,核糖体、酶类和ATP的合成加速,易产生各种诱导酶;
5对外界不良条件如NaCl溶液溶度、温度和抗生素等理化因素反应敏感。
影响延滞期长短的因素除菌种外,主要有4种:
1接种龄。
以指数期种子接种延滞期短,延滞期或衰亡期种子接种延滞期长,稳定期种子接种延滞期居中;
2接种量。
接种量大延滞期短。
通常采用较大接种量;
3培养基成分;
4种子损伤度。
2)指数期
指数期特点为:
1生长速率常数R最大,代时最短;
2细胞进行平衡生长,故菌体各部分的成分十分均一;
3酶系活跃,代谢旺盛;
4活菌数与总菌数接近。
影响指数期微生物代时长短的因素:
1菌种。
不同菌种代时差别极大;
2营养成分。
同种微生物,在营养丰富的培养基上生长时,其代时较短;
3营养物浓度。
营养物浓度很低时,会影响微生物生长速率,随营养物浓度的逐步提高,生长速率不受影响,仅影响最终的菌体产量。
进一步提高营养物浓度,则都不影响;
4培养温度。
指数期尤其是处于指数期中期的微生物因其具有整个群体的生理特性较一致,细胞各成分平衡增长和生长速率恒定等优点,故事用作代谢、生理和酶学等研究的良好材料,是增殖噬菌体的最适宿主,也是发酵工业中用作种子的最佳材料。
3)稳定期
稳定期到来的原因:
1营养物尤其是生长限制因子的耗尽;
2营养物的比例失调;
3酸、醇、毒素或H2O2等有毒代谢产物的累积;
4pH、氧化还原电势等物理化学条件越来越不适宜等。
稳定期的特点为:
1最佳收获时期;
2活菌数稳定,总菌数在最高水平;
3代谢产物最高峰;
4产生芽孢。
对以生产菌体或菌体生长相平衡的代谢产物(SCP、乳酸等)为目的的发酵产业来说,稳定期是产物的最佳收获期;
对维生素,碱基、氨基酸等物质进行生物测定来说,稳定期是最佳测定时期;
通过对稳定到来原因的研究促进连续培养原理的提出和工艺、技术的创建。
4)衰亡期
产生衰亡期的原因只要是外界环境对继续声场越来越不利,从而引起细胞内的分解代谢明显超过合成代谢,继而导致大量菌体死亡。
衰亡期的特点为:
1死亡数大于增殖数,活菌数明显减少;
2出现多形态的细胞,大小不同、畸形,变为衰退型;
3细胞死亡,出现自溶现象。
5.连续培养是指培养容器中连续流加新鲜培养液,使微生物的液体培养物长期维持稳定、高速生长状态的一种溢流培养技术,故又称开放培养。
连续培养器按控制方式分为:
1内控制(控制菌体密度):
恒浊器;
2外控制(控制培养液流速及R):
恒化器。
6.恒浊器是一种根据培养器内微生物的生长密度,并借助光电控制系统来控制培养液流速,以取得菌体密度最高、生长速率恒定的微生物细胞的连续培养器。
恒化器是一种设法使培养液流速保持不变,并使微生物始终在低于其最高生长速率的条件下进行生长繁殖的连续培养装置。
装置
控制对象
培养基
培养基流速
生长速率
产物
应用范围
恒浊器
菌体密度(内控制)
无限制生长因子
不恒定
最高速率
大量菌体或与菌体相平行的代谢产物
生产为主
恒化器
培养基流速(外控制)
有限制生长因子
恒定
低于最高速率
不同生长速率的菌体
实验室为主
7.影响微生物生长的主要因素:
温度;
氧气;
pH。
P160
8.实验室微生物固体培养
1)好氧菌的固体培养试管斜面。
培养皿琼脂平板等
2)厌氧菌的固体培养特殊培养装置加上特殊培养基。
培养基中加入适当还原剂,甚至刃天青等氧化还原电势指示剂。
高层琼脂柱;
厌氧培养皿亨盖特滚管技术;
厌氧罐;
厌氧手套箱。
P167
9.实验室微生物液体培养
1)好氧菌的液体培养氧是好氧菌生长、繁殖中的限制因子。
试管液体培养,仅回合培养兼性厌氧菌;
三角瓶浅层液体培养;
摇瓶培养;
台式发酵罐。
2)厌氧菌的液体培养若单独放在有氧环境下培养,则在培养基中必须加入巯基乙酸、半胱氨酸、维生素C或庖肉(牛肉小颗粒)等有机还原剂,或加入铁丝等能显著降低氧化还原电势的无机还原剂,在此基础上,再用深层培养或同时在液面上封一层石蜡油,保证培养基的氧化还原电势较低,以适合严格厌氧菌的生长。
10.灭菌是采用强烈的理化因素使任何物体内外部的一切微生物永远丧失其生长繁殖能力的措施。
高温、辐射等。
消毒时一种采用较温和的理化因素仅杀死物体表面或内部一部分对人体或动、植物有害的病原菌,而对被消毒的对象基本无害的措施。
药剂消毒、巴氏消毒。
防腐是利用某种理化因素完全抑制霉腐微生物的生长繁殖,即通过制菌作用防止食品、生物制品等对象发生霉腐的措施。
低温、缺氧、干燥、高渗、高酸度、高醇度、加防腐剂。
化疗即化学治疗,是指利用具有高度选择毒力即对病原菌具高度毒力而对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。
灭菌
消毒
防腐
化疗
处理因素
强理化因素
理化因素
化学治疗剂
处理对象
任何物体内外
生物体表,酒、乳等
有机植物体内外
宿主体内
微生物类型
一切微生物
有关病原体
对微生物作用
彻底杀灭
杀死或抑制
抑制或杀死
高压蒸汽灭菌
70%酒精、巴氏
冷藏干燥糖渍
抗生素
11.常用材料消毒方法P173
12.最低抑制浓度指在一定条件下,某化学药剂完全抑制特定微生物生长时的最低浓度;
半致死剂量指在一定条件下,某化学药剂能杀死50%实验动物时的剂量;
最低致死剂量指在一定条件下,某化学药物能引起试验动物群体100%死亡率的最低剂量。
13.表面消毒剂是指对一切活细胞、病毒粒和生物大分子都有毒性,不能用作活细胞或机体内治疗用的化学药剂。
若干重要表面消毒及其应用P177
14.抗生素是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产物或其人工衍生物,它们在很低浓度时就能抑制或干扰它种生物(包括病原菌、病毒、癌细胞等)的生命活动,因而可用作优良的化学治疗剂。
1)抑制细胞壁合成青霉素;
氨苄青霉素;
头孢菌素;
D-环丝氨酸;
万古霉素;
杆
菌肽;
瑞斯托毒素。
2)引起细胞壁降解溶葡球菌素。
3)干扰细胞膜功能短杆菌酪肽;
短杆菌肽;
多粘菌素。
4)抑制蛋白质合成链霉素;
新霉素;
卡那霉素;
四环素;
氯霉素;
红霉素;
伊短
菌素;
嘌呤霉素;
林可霉素。
5)抑制DNA合成狭霉素C;
萘啶酮酸;
灰黄霉素。
6)抑制DNA复制丝裂霉素。
7)抑制RNA转录放线菌素D。
8)抑制RNA合成利福平;
利福霉素。
微生物遗传变异和育种
1.变异是指生物体在某种外因或内因的作用下引起的遗传物质结构和数量的改变,亦即遗传型的改变。
其特点是在群体中只以极低的概率出现,性状变化幅度大,且变化后的新性状是稳定的、可遗传的。
2.饰变是指外表的修饰性改变,意即一种不涉及遗传物质结构改变而只发生在转录、翻译水平上的表型变化。
其特点是整个群体中的几乎每一个体都发生同样变化;
性状变化的幅度小;
因其遗传物质没变,故饰变是不遗传的。
3.凡游离与原核生物核基因组以外,具有独立复制能力的小型共价闭合环状的dsDNA(双链DNA)分子,即cccDNA,及是典型的质粒。
P194
4.某一野生型菌株因发生基因突变而丧失合成一种或几种生长因子、碱基或氨基酸等能力,因而不能再在基本培养基上正常生长繁殖的变异类型,称为营养缺陷型。
5.某一细胞(或病毒体)在每一世代中发生某一性状突变的几率,称突变率。
可以利用检出选择性突变株的手段,尤其可采用检出营养缺陷型的回复突变株或抗药性突变株的方法来测定某基因的突变株。
6.基因突变的特点:
1自发性。
指可自发地产生各种遗传性状的突变;
2不对应性。
指突变性状(如抗青霉素)与引起该突变的原因(如用紫外线照射或化学诱变剂诱变)间无直接对应关系;
3稀有性。
通常自发突变的概率很低;
4独立性。
某基因的突变率不受它种基因突变率的影响;
5可诱变性。
自发突变的频率可因诱变剂的影响而大为提高(10至105倍);
6稳定性。
发生基因突变后产生的新遗传性状是稳定的、可遗传的;
7可逆性。
野生型菌株的某一性状既可发生正向突变也可发生相应的回复突变。
7.移码突变指诱变剂会使DNA序列的一个或少数几个核苷酸发生增添(插入)或缺失,从而使该处后面的全部遗传密码的阅读框架发生改变,并进一步引起转录和翻译错误的一类突变。
8.碱基置换转换:
A↔G,T↔G
颠换A↔T,A↔C
点突变G↔C,G↔T
移码突变缺失:
ABCAB↑ABCA
诱变添加:
ABCA↓BCAB
缺失:
abcghijkl
基因突变添加重复:
abcabcdef
畸变插入:
abcpqrdef
易位(转座):
abcpqrghi
倒位:
abcfedghi
自发突变P203
9.诱变育种是指利用物理、化学等诱变剂处理均匀而分散的微生物细胞群,在促进其突变率显著提高的基础上,采用简便、快速和高效的筛选方法,从中挑选出少数符合目的的突变株,以供科学实验或生产实践使用。
诱变育种过程中,诱变和筛选是两个主要环节,由于诱变是随机的,筛选则是定向的,故筛选更重要。
出发菌株绝大多数个体死亡
少数存活多数未变
少数突变多数负变
少数正变多数幅度小
少数幅度大多数不
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