微生物学教案(2015)授课教案（2014 — 2015 学年度第二学期）课程名称：微生物学课程编码：B13007003总学时：48 总学分： 3 课程类别：专业必修课任课教师：陈晗开课单位：生物工程学院职称：讲师授课专业：生物工程授课班级：13级生物工程1班荆楚理工学院教务处制一、什么是微生物微生物：（microorganism，Microbe）——指一群个体微小、结构简单，用肉眼难以看见或难以看清楚的低等生物的通称。
不是一个分类学上的名词。
主要包括：二、人类对微生物世界的认识史（一）一个难以认识的微生物世界微生物是存在与地球上最古老的生物，但直到大约300年以前才真正有意识地看到微生物，其原因是由于个体微小、群体外貌不显、杂居混生、因果难联。
（二）微生物学发展的主要阶段（重点）1、史前期和初创期——微生物的发现1676年，微生物学的先驱荷兰人列文虎克（Antony van leeuwenhoek）首次观察到了细菌。
2、奠基期（重点介绍巴斯德、科赫等重要代表人物的贡献）；3、发展期（与生命科学的其他学科一起共同发展）1897年发现了酵母菌的无细胞抽提液可将蔗糖转化为酒精，并对葡萄糖进行酒精发酵获得成功。
从此微生物进入了生化研究阶段，并诞生了生物化学学科。
此后，微生物生理和生物化学两个学科紧密结合，共同发展。
4、成熟期标志：DNA结构的双螺旋模型建立。
微生物成为分子生物学中的重要研究对象。
（1）20世纪70年代后微生物成为生物工程学科的主角；（2）广泛运用分子生物学理论和现代研究方法，深刻揭示微生物的各种生命活动规律；（3）以基因工程为主导，把传统的工业发酵提高到发酵工程水平；（4）大量理论性、交叉性和应用性、实验性分支学科飞速发展；（5）微生物基因组的研究三、研究微生物的重要意义（重点）（一）微生物无处不在，我们无时不生活在“微生物的海洋”中；（二）微生物在人们的日常生活、工农业生产和医药、环保等方面有重要的应用；微生物也有可能引起毁灭性的灾害；（四）、微生物学在生命科学中具有重要地位四、微生物的共同特性（举例说明）体积小、面积大代谢旺盛、繁殖快速适应性强，容易变异分布广，种类多第一节原核微生物一、细菌的形态和大小（一般介绍）细菌的基本形态：球形、杆形和螺旋形细菌的特殊形态：举例：古细菌的星形、叶形等；细菌的异常形态介绍外界因素温度、营养条件和培养时间等对形态的影响。
细菌的大小1、测量细菌大小的单位：微米2、细菌大小的表示方法：3、细菌的大小二、原核微生物细胞壁的多样性细胞壁（1）革兰氏阳性细菌的细胞壁特点：厚度大（20~80nm）；只有一层——90%肽聚糖，10%磷壁酸（2）革兰氏阴性细菌的细胞壁（3）古生菌的细胞壁（4）缺壁细菌（5）革兰氏染色的机制细菌的染色1、细菌染色的概述2、细菌的革兰氏染色（重点）（1）革兰氏染色的过程（2）革兰氏染色的意义二、细菌细胞的结构细胞膜细胞膜（一般介绍）细胞膜的结构与化学组成原核细胞细胞膜的结构和组成原核细胞膜的功能古生菌的细胞膜（三）细胞质及其内含物（一般介绍）1、细胞质2、核糖体3、贮藏性颗粒：异染粒、聚β－羟丁酸、肝糖粒、淀粉粒、脂肪粒、硫粒和液泡4、气泡核区（一般介绍）二、细菌细胞的特殊构造细菌细胞内的特殊构造-芽胞（重点和难点）（1）芽孢的形态、大小和着生位置（2）能形成芽孢的细菌种类（3）芽孢的组成和结构（4）芽孢的形成过程（5）芽孢的特性（6）芽孢抗热机制（7）芽孢的本质（8）研究芽孢的意义（9）伴孢晶体第二节真核微生物细胞的结构和功能真核生物：细胞核具有核膜，能进行有丝分裂，细胞质中存在细胞器生物。
一细胞壁真菌的细胞壁（1）酵母菌的细胞壁外层：甘露聚糖。
约占30%，以α-糖苷键联结（并非所有酵母菌都有）网状。
去除，细胞可维持正常。
中层：蛋白质含6- 8%，为酶类起催化作用。
内层：葡聚糖约占30-40%，由D -葡萄糖以β -糖苷键联结。
赋予机械强度。
（2）丝状真菌的细胞壁无定形的葡聚糖：β（1-3）、β（1-6）组成粗糙网：糖蛋白组成蛋白质层几丁质微纤维丝：最内层，放射排列二鞭毛与纤毛三细胞质膜四细胞核五细胞质和细胞器第三节真核生物和原核生物的比较1.总体比较2.细胞质比较：3.细胞核比较4.生理性比较概述：（ppt图片演示多种类型培养基及对应的微生物，引发学生对于微生物营养物质的兴趣。
）营养物质：那些能够满足微生物机体生长、繁殖和完成各种生理活动所需的物质微生物营养主要阐明营养物质在生命活动中的生理功能及微生物细胞从外界环境摄取营养物的具体机制。
微生物的营养物（Nutrient)的功能：供物：提供置换与增生细胞的结构物质；供能：供应生命活动的能量；调节：提供各种代谢调节物；确保良好的生理环境等。
研究微生物营养的重要性研究的基础：是开发和研究微生物的基础；设计的依据：筛选微生物的理论依据；实践的必须：为生产实践提供经济、节约和高效益的应用培养基。
第一节微生物的营养要求一微生物细胞的化学组成主要元素：C、H、O、N、S、P (97％) 1.化学元素微量元素: Zn、Mn、Na、Cl、Co、Cu化学元素比例因菌种、培养条件等有所不同，如：幼龄菌含N高，硫细菌较多S，铁细菌较多Fe，等。
2.化学成分及其分析化学元素组成：有机物、无机物和水（70％－90％）有机物分析:1）化学法直接抽提，定性定量分析；2）破碎细胞得亚显微结构，再分析。
3.无机物分析无机物指与有机物结合或单独存在的无机盐等物质；分析：干细胞高温炉（550℃）焚烧得到的灰分，分析其中各种无机元素含量。
水分：细胞表面水分吸干后的重量为湿重；采用低温真空干燥、红外快速烘干方法烘干至恒重为干重。
二营养物质及其生理功能1. 碳源（ source of carbon ）碳源（carbon source）凡是提供微生物营养所需的碳元素（碳架）的营养源。
碳源物质的功能：A. 构成细胞物质；B. 为机体提供整个生理活动所需要的能量（异养微生物）；微生物利用碳源的特点异养微生物：必须利用有机碳源的微生物；自养微生物：凡以无机碳源作主要碳源的微生物。
2. 氮源（Source of nitrogen）氮源（Source of nitrogen）：为微生物生长繁殖等提供所需氮元素的营养物,是构成蛋白质与核酸的主要元素。
氮源物质的主要作用：合成细胞物质中含氮物质；少数自养细菌能利用铵盐、硝酸盐作为机体生长的氮源与能源，某些厌氧细菌在厌氧与糖类物质缺乏的条件下，也可以利用氨基酸作为能源物质。
•实验室常用的氮源：碳酸铵、硝酸盐、硫酸铵、尿素、蛋白胨、牛肉膏、酵母膏等。
•生产上常用的氮源：硝酸盐、铵盐、尿素、氨以及蛋白含量较高的鱼粉、蚕蛹粉、黄豆饼粉、花生饼份、玉米浆等。
3.无机盐（inorganic salt）4.生长因子（growth factor）生长因子：指那些微生物生长所必须而且需要量很少，自身不能合成或合成量不能满足机体生长需要的有机化合物。
分类：维生素、氨基酸、嘌呤和嘧啶；维生素－－辅酶；缺乏合成某种aa能力－－补充aa。
如：肠膜明串珠菌需17种aa ；嘌呤和嘧啶－－辅酶及合成核苷等。
5. 水三微生物的营养类型(nutritional types) 根据生长所需要的营养物质的性质，可将生物分成两类:异养型生物：在生长时需要以复杂的有机物质作为营养物质自养型生物：在生长时能以简单的无机物质作为营养物质大多数微生物属于异养型生物，少数微生物属于自养型生物。
根据生长时能量的来源不同，又可将生物分成两种类型:化能营养型生物：依靠化合物氧化释放的能量进行生长;光能营养型生物：依靠光能进行生长;第二节培养基（culture medium）一、选用和设计培养基的原则和方法1.选择适宜的营养物质。
首先考虑不同微生物营养需要。
2.营养物质浓度及配比合适:1)培养基的碳氮比（C/N）2)微生物的最低水活度 aw3)渗透压与等渗培养液3.控制pH条件:培养基的pH必须控制在一定的范围内，以满足不同类型微生物的生长繁殖或产生代谢产物。
4.控制氧化还原电位（Φ）5.原料来源的选择6.灭菌处理二、培养基的类型及应用培养基的名目繁多，种类各异。
可按对培养基成分的了解程度、使用的功能、培养的对象及培养基的外观物理状态等分为若干类。
如：自养、异养细菌一般用牛肉膏、蛋白胨培养基；放线菌高氏1号合成培养基；酵母菌麦芽汁培养基；霉菌用查氏一号培养基；1.按成分划分天然培养基（complex medium）LB和麦芽汁培养基等，成本低，实验室和工业使用广合成培养基（synthetic medium）化学成分了解，如：高氏Ⅰ号和查氏培养基，重复性好、成本高、微生物在上面生长较慢，适于实验室进行营养需要、代谢、分类、菌种选育、遗传分析等2. 以培养基的物理状态分固体培养基：在液体培养基中加入凝固剂，制备而成；半固体培养基：在液中加入少量凝固剂而制备成呈半固体培养基。
0.2～0.7％琼脂含量液体培养基：不含凝固剂，以水质为主体的、组分均匀、用途广泛的一类培养基。
3.按用途划分（1）基础培养基（minimum medium)大多数微生物基本营养要求差不多。
基础培养基含一般微生物生长时所需的基本营养物质。
牛肉膏蛋白胨培养基是最常用的。
（2）加富培养基（enrichment medium)在基础培养基添加特殊营养物质，如：血清、动植物组织液、酵母浸膏等。
用于培养苛刻的异养微生物及富集分离某种微生物。
（3）鉴别培养基（differential medium)加某种化学物质，发生特殊化学反应，产生特征变化；如：明胶培养基鉴别是否产蛋白酶；伊红美蓝培养基用于鉴别水中大肠菌群等与加富培养基区别：加富培养基增加所要分离的微生物量，成为优势菌；选择培养基抑制不需要的微生物，使所需要的为优势菌。
第三节营养物质进入细胞一、扩散(diffusion)教学过程及内容二、促进扩散(facilitated diffusion)三、主动运输(active transport)四、膜泡运输(memberane vesicle transport)新陈代谢简称代谢，泛指发生在活细胞中的各种分解代谢和合成代谢的总和。
分解代谢：异化作用，是指细胞将大分子物质降解成小分子物质，并在这个过程中产生能量的过程。
合成代谢：同化作用，是指细胞利用简单的小分子物质合成复杂的大分子，并在此过程中消耗能量的过程。
在微生物细胞中，分解代谢与合成代谢是同时存在并偶联进行的。
两者的关系是：分解代谢为合成代谢提供了原料和能量，合成代谢又为分解代谢提供了物质基础。
第一节微生物的能量代谢严格地说，能量代谢应包括产能代谢和耗能代谢，但由于微生物与其他生物能量代谢的主要差别具体表现在其多种多样的产能代谢上。