微生物與發(fā)酵工程

1、第五章 微生物與發(fā)酵工程,第一節(jié) 微生物的類群,微生物的種類和特點(diǎn)細(xì) 菌放線菌真菌病毒,細(xì) 菌一、細(xì)菌的大小二、細(xì)菌的形態(tài)三、細(xì)菌的結(jié)構(gòu)四、細(xì)菌的營(yíng)養(yǎng)五、細(xì)菌的呼吸方式六、細(xì)菌的繁殖七、細(xì)菌的菌落八、細(xì)菌對(duì)自然界的意義,,放線菌放線菌的形態(tài)結(jié)構(gòu)與功能：生活方式：放線菌的分布放線菌的繁殖,,真菌,酵母菌霉菌大型真菌,,病毒,1、病毒的結(jié)構(gòu)2、病毒的增殖,,,微生物,,原核生物界,原生生物界

2、,真菌界,病毒界,(包括四類),,(細(xì)菌、放線菌、藍(lán)藻),(酵母菌、霉菌、大型真菌),(草履蟲(chóng)、變形蟲(chóng)、衣藻),(噬菌體、艾滋病毒),約有10萬(wàn)種,種類:,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,有的甚至沒(méi)有細(xì)胞結(jié)構(gòu),一般沒(méi)有葉綠素； 多數(shù)個(gè)體十分微小，通常要用光學(xué)顯微鏡或電子顯微鏡才能看到； 數(shù)量多,分布范圍廣； 在適宜條件下能迅速生長(zhǎng)繁殖。,2、特點(diǎn)：,農(nóng)田上層15cm處微生物的數(shù)量,菌落數(shù)與空氣清潔度的關(guān)系,人體微生態(tài)中微生物的含量,人體消化系統(tǒng)中微生

3、物群體 (個(gè)/g),,觀察細(xì)菌常用光學(xué)顯微鏡,,細(xì) 菌,一、細(xì)菌的大小,球菌（coccus),二、細(xì)菌的形態(tài),直徑1--2微米,圖1-2,球菌就是球形的細(xì)菌,它是這類細(xì)菌的總稱，細(xì)胞呈球形或橢圓形。,A ．單球菌B ．雙球菌C．鏈球菌D ．四聯(lián)球菌E．八疊球菌F ．葡萄球菌,桿菌（bacilus),細(xì)胞呈桿狀或圓柱狀,菌體直或稍彎，粗短或細(xì)長(zhǎng)。末端鈍圓、尖、膨大或平裁狀。,大腸桿菌,破傷風(fēng)桿菌,弧菌,螺旋菌,細(xì)菌細(xì)胞呈弧形,

4、其中若菌體多于一個(gè)彎曲，其程度超過(guò)一圈，又稱為螺旋菌。,結(jié)構(gòu),芽孢,依靠分解動(dòng)植物的遺體（尸體、糞便和枯枝落葉），從中吸取有機(jī)物來(lái)生活。例如枯草桿菌，它可以引起食物的腐敗。,(一)異養(yǎng):細(xì)菌一般不含有葉綠素，只能吸收現(xiàn)成的有機(jī)物來(lái)維持生活。這樣的營(yíng)養(yǎng)方式叫做,從活的動(dòng)植物體內(nèi)吸取有機(jī)物來(lái)生活。例如寄生在腸道內(nèi)的痢疾桿菌，它能夠引起細(xì)菌性痢疾。,四、細(xì)菌的營(yíng)養(yǎng)方式,異養(yǎng)。,腐生：,寄生：,(二) 自養(yǎng):光合細(xì)菌 硝化細(xì)菌,五、細(xì)菌的呼吸

5、方式,有氧條件下,好氧性細(xì)菌.如:枯草桿菌,無(wú)氧條件下,厭氧性細(xì)菌.如:要瘤菌,大腸桿菌,乳酸菌等.,有氧呼吸:,無(wú)氧呼吸:,兼性厭氧:,反硝化細(xì)菌,方式：,20分鐘一30分鐘，細(xì)菌就能分裂一次。細(xì)菌的生殖速度是相當(dāng)快的,細(xì) 菌,六、細(xì)菌的繁殖,細(xì)菌一般以簡(jiǎn)單的二分裂法進(jìn)行無(wú)性繁殖,過(guò)程：,速度：,1、細(xì)胞增大、伸長(zhǎng)2、DNA分子復(fù)制3、細(xì)胞中部的細(xì)胞膜和細(xì)胞壁向內(nèi)生長(zhǎng)形成隔膜，細(xì)胞質(zhì)一分為二，形成二個(gè)子細(xì)胞,,單個(gè)或者少數(shù)細(xì)菌

6、在固體培養(yǎng)基上大量繁殖時(shí)，會(huì)形成一個(gè)肉眼可見(jiàn)的、具有一定形態(tài)結(jié)構(gòu)的子細(xì)胞群體，叫做菌落。,七、細(xì)菌的菌落,每種細(xì)菌在一定條件下所形成的菌落，可以作為菌種鑒定的重要依據(jù)。,特征：,大小、形狀、光澤度、顏色、硬度、透明度等。,功能：,定義：,無(wú)鞭毛的球菌，常形成較小較厚邊緣較整齊的菌落有鞭毛細(xì)菌形成大而扁平、邊緣波浪或鋸齒狀菌落,菌落特點(diǎn):,形態(tài)各異的菌落,幾種菌落,細(xì)菌會(huì)促使動(dòng)植物遺體不斷地腐爛、分解，最終使它們消失掉。動(dòng)植物遺體分解生

7、成的二氧化碳和無(wú)機(jī)鹽，又是植物制造有機(jī)物的必不可少的原料?？梢?jiàn)，細(xì)菌對(duì)于自然界中二氧化碳等物質(zhì)的循環(huán)起著重要的作用,八、細(xì)菌對(duì)自然界的意義,,1、放線菌的形態(tài),放線菌,2、放線菌的結(jié)構(gòu)及其功能,,氣生菌絲,,孢子絲,,孢子,,,,基內(nèi)菌絲,培養(yǎng)基,單細(xì)胞原核生物由分支狀的菌絲構(gòu)成基內(nèi)菌絲：吸收營(yíng)養(yǎng)氣生菌絲：生殖,3、應(yīng)用：從它們中制成了許多的抗菌素，如頭孢拉定、鏈霉素、金霉素、土霉素、慶大霉素、春雷霉素、四環(huán)素、紅霉素和卡那霉素

8、等,放線菌在自然界分布很廣，在土壤、堆肥和湖底、河底的淤泥等處，尤其在土壤中種類和數(shù)量很多。,4、放線菌的分布,5、放線菌的繁殖,放線菌沒(méi)有有性繁殖，主要通過(guò)形成無(wú)性孢子形式進(jìn)行無(wú)性繁殖，成熟的分生孢子或孢囊孢子在適宜環(huán)境里發(fā)芽形成新的菌絲體。,,6、營(yíng)養(yǎng)類型,異養(yǎng)需氧型,腐生,大型真菌(食用菌),生殖方式:孢子生殖,真菌,,酵母菌,1 酵母菌的結(jié)構(gòu),細(xì)胞壁,細(xì)胞核,細(xì)胞膜,細(xì)胞質(zhì),液泡,2.生殖方式,1.出芽生殖:2.孢子生殖

9、:3.有性生殖:,成熟的酵母菌細(xì)胞,向外生出的突起叫芽體,芽體逐漸長(zhǎng)大,最后與母體脫離,成為一個(gè)新的酵母菌.,當(dāng)酵母菌發(fā)育到一定的階段時(shí),一個(gè)酵母菌的細(xì)胞里會(huì)產(chǎn)生幾個(gè)孢子,每個(gè)孢子最終能發(fā)育成一個(gè)新個(gè)體..,,3.細(xì)菌和酵母菌結(jié)構(gòu)的相同點(diǎn)和不同點(diǎn),相同點(diǎn):,細(xì)胞壁細(xì)胞膜細(xì)胞質(zhì),不同點(diǎn):,1.酵母菌有成形的細(xì)胞核,而細(xì)菌沒(méi)有成形的細(xì)胞核2.酵母菌有液泡而細(xì)菌沒(méi)有3. 細(xì)菌細(xì)胞壁成分是肽聚糖酵母菌細(xì)胞壁成分是幾丁質(zhì),都是單細(xì)

10、胞生物,,4.營(yíng)養(yǎng)方式,異養(yǎng): 腐生生活的方式 (體內(nèi)沒(méi)有葉綠素,不能進(jìn)行光合作用),有氧條件無(wú)氧條件,將葡萄糖徹底養(yǎng)化分解為二氧化碳和水,射放大量熱量.,將葡萄糖分解成二氧化碳和酒精.,5.呼吸方式,兼性厭氧,霉菌,青霉,都是由很多的菌絲構(gòu)成的,菌絲內(nèi)沒(méi)有橫隔是 的生物,菌絲內(nèi)具有橫隔, 是 的生物.,

11、單細(xì)胞,多細(xì)胞,青霉和曲霉,放線菌:,青霉和曲霉:,青霉素的應(yīng)用,圖中央是青霉菌，周?chē)侵虏〖?xì)菌。距青霉素最遠(yuǎn)的細(xì)菌個(gè)大、色濃，活力十足；距青霉菌較近的細(xì)菌個(gè)較小、色較淺，活力較差；而最接近青霉菌的細(xì)菌個(gè)最小、色發(fā)白，顯然已經(jīng)死亡.,酵母菌青霉曲霉,細(xì)胞結(jié)構(gòu) 營(yíng)養(yǎng)方式 生殖方式,單多多,腐生生活腐生生活腐生生活,出芽或孢子生殖孢子生殖孢子生殖,,病毒的的身體極為微小，個(gè)體大小一般只有最小細(xì)

12、菌的1%，只有在電子顯微鏡下放大數(shù)十萬(wàn)倍后才能看到它。,病毒多為球狀或多面體狀(如感冒病毒)，棒狀（煙草花葉病毒）、蝌蚪狀（噬菌體）等,1.病毒的形狀,2.病毒的類型,4、遺傳物質(zhì)：只含DNA或RNA,衣殼：（1）由衣殼粒構(gòu)成（2）衣殼粒由1—6個(gè)多肽分子組成。（3）保護(hù)核酸、決定病毒抗原特異性（4）不同病毒排列方式不同,,5、病毒的增殖：,活的宿主細(xì)胞中,不能獨(dú)立的新陳代謝和繁殖,可以怎樣對(duì)噬菌體和細(xì)菌作標(biāo)記?,,病毒的特

13、性,病毒與人類的關(guān)系,2003年的春夏，注定要長(zhǎng)久地留在我們的記憶中，SARS這位不速之客突然降臨，攪動(dòng)著我們的生活與思維，人們從來(lái)沒(méi)有像今天這樣關(guān)注生存空間里各式各樣的病原體和致病途徑，并思考著由此帶來(lái)的一切。從某種意義上講，人類的歷史就是一部與疫病搏斗的歷史，人類生命的成長(zhǎng)歷程就是一個(gè)始終受病毒侵?jǐn)_而又不斷阻擊它們的過(guò)程。自然界的每個(gè)角落都可以找到病毒、細(xì)菌等微生物的蹤跡，它們中的大部分對(duì)人類或其宿主無(wú)害，只有少部分在一定條件下才會(huì)

14、引起傳染病，病毒就是其中最大的元兇。經(jīng)歷過(guò)了SARS風(fēng)波以后，人類至少學(xué)會(huì)了一點(diǎn)——態(tài)度決定一切！,流感,面對(duì)1918年大流感的肆虐橫行，護(hù)士（左上）、警察（右上）、軍人（左下）工作時(shí)都戴上了口罩，盡管如此，這次流感還是奪去了4000萬(wàn)人的生命。,主頁(yè),1918年，某位旅客因沒(méi)帶口罩而被趕下車(chē)。,流感,主頁(yè),1976年福特總統(tǒng)接種流感疫苗,流感,主頁(yè),（核心有DNA） 冠狀流感病毒,流感,主頁(yè),流感病毒侵襲肺細(xì)胞（左上）

15、，毀壞肺泡（右上），導(dǎo)致肺炎，患者肺中充滿液體（左下），然后死去。,流感,主頁(yè),原生生物,原生生物,纖毛蟲(chóng),草履蟲(chóng),原生生物(protist / protoctists)是單細(xì)胞生物，它們的細(xì)胞內(nèi)具有細(xì)胞核和有膜的細(xì)胞器。比原核生物更大、更復(fù)雜。有些原生生物可以借助光合作用制造食物，原生生物界至少包含5萬(wàn)種的生物。原生生物的特征： o 原生生物包括簡(jiǎn)單的真核生物(即具有真正的細(xì)胞核)，多為單細(xì)胞生物，亦有部份是多細(xì)胞的，但

16、不具組織分化。這個(gè)界別是真核生物中最低等的。o 單細(xì)胞的原生生物集多細(xì)胞生物功能于一個(gè)細(xì)胞，包括水份調(diào)節(jié)，營(yíng)養(yǎng)，生殖等。o 營(yíng)養(yǎng)的方式繁多，有些則似真菌，吸收外間營(yíng)養(yǎng)；更有部份既行光合作用，亦可進(jìn)食有機(jī)食物，例如裸藻。o 所有原生生物都生存于水中。,無(wú)細(xì)胞結(jié)構(gòu),核酸和蛋白質(zhì)衣殼構(gòu)成,異養(yǎng)(寄生),DNA或RNA,噬菌體、煙草花葉病毒、流感病毒,藍(lán)藻、細(xì)菌、放線菌、支原體,單細(xì)胞,無(wú)核膜和多種細(xì)胞器,,自養(yǎng)、異養(yǎng)（寄生、腐生）；需氧

17、、厭氧,DNA,DNA,DNA,霉菌、酵母菌、蘑菇,真核細(xì)胞,真核細(xì)胞,多細(xì)胞或單細(xì)胞,異養(yǎng)（寄生、腐生）；需氧,單細(xì)胞,自養(yǎng)、異養(yǎng)（寄生）；需氧、厭氧,草履蟲(chóng)、變形蟲(chóng)、衣藻,目前主要的生物武器有6種：炭疽桿菌、鼠疫桿菌、天花病毒、出血熱病毒、兔熱病桿菌和肉毒桿菌毒素。,炭疽是由炭疽桿菌(兼性厭氧有莢膜的棒狀菌 )引起的一種急性傳染病，可以感染人及一些食草動(dòng)物.吸入炭疽病毒傳染的初期癥狀像一般的感冒,幾天后，癥狀發(fā)展為嚴(yán)重的呼吸問(wèn)題和休

18、克。發(fā)病急驟，有寒戰(zhàn)高熱等中毒癥狀,咳嗽胸痛、呼吸困難、咳血，可因呼吸循環(huán)衰竭在24小時(shí)內(nèi)死亡。吸入炭疽病毒通常是致命的。炭疽桿菌在不利的生長(zhǎng)環(huán)境下可形成芽孢，具備極強(qiáng)的抵抗力和生存力。英國(guó)政府在90年代整理二戰(zhàn)德國(guó)間諜器材時(shí)，發(fā)現(xiàn)了47年前德國(guó)間諜攜帶的裝有炭疽芽孢的玻璃管，其中的炭疽芽孢依然存活。這種幾乎不死的特性使炭疽成為生物武器制劑的首選。,天花病毒是一種DNA類痘病毒，傳染途徑主要為飛沫傳播?；颊甙l(fā)病時(shí)出現(xiàn)高熱、寒戰(zhàn)、頭痛及全

19、身酸痛等癥狀，三至五天后開(kāi)始出疹，并引發(fā)敗血癥、肺炎、全身器官衰竭等。 20世紀(jì)80年代以后出生的人群都沒(méi)有再接種牛痘，也就是說(shuō)對(duì)天花沒(méi)有免疫力。一旦再次出現(xiàn)以天花為手段的生物襲擊，仍有可能發(fā)生世界性的大流行。目前已知的是美國(guó)亞特蘭大的疾病控制中心和一個(gè)是俄羅斯新西伯利亞的維克托國(guó)家病毒實(shí)驗(yàn)室還保留有研究用天花病毒樣本，銷毀或保留它們，哪一種方案會(huì)使世界更安全，尚存在爭(zhēng)議。同時(shí)，在非官方的地方，如一些恐怖組織中是否也保有天花病毒，

20、仍是一個(gè)極其危險(xiǎn)的問(wèn)號(hào)。,出血熱病毒中最著名的是埃博拉病毒，這是病死率很高的一種傳染病，目前僅知，人類主要是通過(guò)與病人或帶病毒血液及排泄物接觸傳播，死亡率在70%以上。更可怕的是這種病至今沒(méi)有治療的特效藥。不過(guò)值得慶幸的是，由于埃博拉病毒人工培養(yǎng)難度較大，危險(xiǎn)性也非其他生物武器可以比擬，目前幾次流行都非人為造成，但是已經(jīng)有一些媒體披露，一些國(guó)家在進(jìn)行埃博拉生物戰(zhàn)劑的研制。,兔熱病由兔熱病桿菌易感動(dòng)物種類很多，野兔和野生嚙齒動(dòng)物是主要傳染

21、源，通過(guò)蜱、蚊和虻等吸血昆蟲(chóng)傳播，污染的飼料和飲水等也是傳播媒介。人類患病后體溫迅速升高，精神委頓，步態(tài)僵硬、不穩(wěn)，體表淋巴結(jié)腫大，2～3天后體溫恢復(fù)正常，但之后又?；厣?。作為生物武器，兔熱病雖然死亡率不高，但可以使敵方部隊(duì)失去戰(zhàn)斗力。相對(duì)來(lái)說(shuō)，屬于一種比較“仁慈”的生物武器。,肉毒桿菌毒素是最致命的毒物之一，也是當(dāng)代生物武器制造者最青睞的高效殺人武器之一。1995年聯(lián)合國(guó)核查人員就發(fā)現(xiàn)伊拉克擁有肉毒桿菌。自然條件下的肉毒桿菌一般存在于

22、動(dòng)物腸道中，排出后形成芽孢可以在土壤中長(zhǎng)期存活?？梢酝ㄟ^(guò)食物、傷口感染等途徑傳播給人類。孢子在沸水中不死，在滅菌不徹底的罐頭中能迅速萌發(fā)繁殖。肉毒素(botulinum toxin)，毒性極強(qiáng)。lmg肉毒素足可殺死100萬(wàn)只以上豚鼠。所以制作罐頭必須高壓滅菌以殺死孢子，煮沸可使肉毒素失去活性。,發(fā)病后病人全身軟弱、頭痛、眩暈，而后出現(xiàn)眼臉下垂、瞳孔放大，重癥者會(huì)出現(xiàn)吞咽、咀嚼甚至呼吸困難，聲音嘶啞或失音，會(huì)因呼吸衰竭、心力衰竭或繼發(fā)肺炎

23、等死亡，一般死亡率超過(guò)50%。,日軍于1942年8月19日開(kāi)始從江西玉山、廣豐、廣信（上饒）沿浙贛線撤退。8月20日，日軍細(xì)菌戰(zhàn)部隊(duì)的一只遠(yuǎn)征隊(duì)（又“731”細(xì)菌部隊(duì)120人，“南京榮字1644”細(xì)菌部隊(duì)36人，共156人組成）到達(dá)衢州。8月25日，日軍細(xì)菌戰(zhàn)首犯石井四郎親自到衢州部署細(xì)菌戰(zhàn)具體作戰(zhàn)計(jì)劃。 自26—31日的6天內(nèi)，石井一方面派飛機(jī)在中國(guó)軍陣地及防區(qū)空投代鼠疫菌的跳蚤，另一方面，派細(xì)菌戰(zhàn)部隊(duì)隨同地面部隊(duì)一邊撤

24、退，一邊散播細(xì)菌，從玉山經(jīng)開(kāi)化華埠至常山，經(jīng)球州、白石至常山；從廣豐經(jīng)新塘邊、清湖至江山，在沿途各城鄉(xiāng)居民區(qū)的井水、水塘、食品（賣(mài)餅、饅頭、水果）中投放霍亂等病菌。從常山經(jīng)招賢、衢縣、樟潭、安仁至龍游；從江山至后溪至衢縣，在沿途各城鄉(xiāng)居民區(qū)的水井、水塘、食品中，投放傷寒與副傷寒等病菌。與此同時(shí)，日軍細(xì)菌部隊(duì)還在衢州各地居民生活環(huán)境中散播炭疽菌、鼠疫及帶鼠疫菌的跳蚤等。8月31日后，日軍全部撤離衢州。 日軍撤退后，衢州沿浙贛線

25、的各縣城鄉(xiāng)居民區(qū)相繼發(fā)生了鼠疫、霍亂、傷寒、副傷寒、痢疾、瘧疾、疥瘡、膿皰瘡、炭疽等傳染病的爆發(fā)流行，數(shù)十萬(wàn)人死于非命。,例題：在噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)中，用同位素32P、31P和32S、35S分別作如下標(biāo)記：,31P、 32P,35S,1、細(xì)菌的生殖方式屬于無(wú)性生殖中的（ ） A、分裂生殖 B、出芽生殖 C、孢子生殖 D、

26、營(yíng)養(yǎng)生殖,能力訓(xùn)練,2、控制細(xì)菌的抗藥性、固氮、抗生素生成等性狀的基位于（ ） A、核區(qū)中 B、質(zhì)粒中 C、線粒體中 D、葉綠體中,4、下列只含一種核酸的生物是 （ ） A、病毒 B、酵母菌 C、小麥 D、變形蟲(chóng),A,A,B,8、下列各項(xiàng)敘述中正確的是

27、 （ ） A、微生物的遺傳物質(zhì)都是DNA B、微生物都屬于原核生物 C、微生物的遺傳物質(zhì)是核酸 D、微生物的生殖方式是孢子生殖,9、圓褐固氮菌、硝化細(xì)菌、超級(jí)細(xì)菌的代謝類型依次是

28、 （ ） ①需氧自養(yǎng) ②需氧異養(yǎng) ③厭氧自養(yǎng) ④厭氧異養(yǎng)A、②①④　　B、②①②　　C、①②③　　D、①②④,C,B,細(xì)胞壁,細(xì)胞膜,核區(qū)(擬核),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,基本結(jié)構(gòu),化學(xué)本質(zhì),功能或應(yīng)用,,,,,細(xì) 胞 質(zhì),核糖體,質(zhì)粒,細(xì)胞質(zhì)基質(zhì),貯藏性顆粒,肽聚糖,保護(hù)，維持細(xì)胞形狀,蛋白質(zhì)、磷脂、糖類,物質(zhì)運(yùn)輸，信息識(shí)別、傳遞等,新陳

29、代謝的主要場(chǎng)所,蛋白質(zhì)、rRNA,小型環(huán)狀DNA分子,控制著細(xì)菌的抗藥性、固氮、抗生素合成等性狀；基因工程中可作運(yùn)載體,貯存著硫或淀粉等物質(zhì),大型環(huán)狀DNA分子，無(wú)核膜核仁,控制著細(xì)菌的主要遺傳性狀,如：硫粒、淀粉粒,（二）細(xì)菌的結(jié)構(gòu),合成蛋白質(zhì)的場(chǎng)所,————,單細(xì)胞原核生物,（二）細(xì)菌的結(jié)構(gòu),鞭 毛,莢 膜,芽 孢,與運(yùn)動(dòng)有關(guān),具保護(hù)功能，可能與細(xì)菌致病性有關(guān),抵抗不良環(huán)境，抗逆性強(qiáng),大腸桿菌,肺炎雙球菌,炭疽桿菌,,細(xì)胞內(nèi)