《微生物的基本特征》課件

微生物的基本特征探索微小世界的奇妙生命揭示肉眼無(wú)法看見(jiàn)的微觀生物特性課程目標(biāo)1認(rèn)識(shí)微生物基本類群理解細(xì)菌、真菌、原生生物和病毒的區(qū)別2掌握微生物特性了解形態(tài)結(jié)構(gòu)、生長(zhǎng)繁殖和代謝特點(diǎn)3了解生態(tài)分布認(rèn)識(shí)微生物在自然界中的廣泛存在理解應(yīng)用價(jià)值什么是微生物？定義肉眼不可見(jiàn)的微小生物需借助顯微鏡觀察特點(diǎn)體積微小但數(shù)量龐大種類繁多且分布廣泛包括類群原核生物：細(xì)菌、古菌真核生物：真菌、原生生物、微藻非細(xì)胞結(jié)構(gòu)：病毒微生物的發(fā)現(xiàn)歷史11665年羅伯特·胡克首次發(fā)現(xiàn)細(xì)胞21676年列文虎克觀察到"小動(dòng)物"31881年科赫純培養(yǎng)技術(shù)問(wèn)世41892年伊萬(wàn)諾夫斯基發(fā)現(xiàn)病毒微生物在生物界中的地位1人類和動(dòng)植物肉眼可見(jiàn)的大型生物2真核微生物真菌、原生生物、微型藻類3原核微生物細(xì)菌、藍(lán)細(xì)菌、古菌4亞微生物病毒、類病毒和朊病毒微生物的主要類群細(xì)菌單細(xì)胞原核生物無(wú)核膜和細(xì)胞器1真菌真核微生物包括酵母菌和霉菌2原生生物單細(xì)胞真核生物生活方式多樣3病毒非細(xì)胞結(jié)構(gòu)只含一種核酸4古菌原核生物但區(qū)別于細(xì)菌常生存于極端環(huán)境5原核微生物：細(xì)菌和古菌細(xì)菌廣泛分布在各種環(huán)境具肽聚糖細(xì)胞壁常見(jiàn)膜脂為脂肪酸對(duì)抗生素敏感古菌多存在于極端環(huán)境無(wú)肽聚糖細(xì)胞壁膜脂為異戊二烯醇醚對(duì)抗生素不敏感真核微生物：真菌、原生生物和微型藻類真菌具有堅(jiān)硬細(xì)胞壁以菌絲體或單細(xì)胞形式存在原生生物單細(xì)胞生物運(yùn)動(dòng)方式多樣微型藻類能進(jìn)行光合作用水生環(huán)境重要生產(chǎn)者病毒：介于生命與非生命之間1生命特征含遺傳物質(zhì)能繁殖后代2非生命特征無(wú)細(xì)胞結(jié)構(gòu)不能獨(dú)立代謝3寄生性需在活細(xì)胞內(nèi)復(fù)制嚴(yán)格的宿主專一性細(xì)菌的基本特征結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單單細(xì)胞原核生物，無(wú)核膜與細(xì)胞器繁殖迅速二分裂方式，最快20分鐘一代代謝多樣能量獲取和物質(zhì)利用方式豐富適應(yīng)性強(qiáng)能在各種極端環(huán)境中生存細(xì)菌的大小和形態(tài)球菌直徑0.5-2μm球形桿菌長(zhǎng)度1-10μm的棒狀螺旋菌螺旋形或彎曲狀分枝菌具分枝狀菌體細(xì)菌的細(xì)胞結(jié)構(gòu)核區(qū)含環(huán)狀染色體1細(xì)胞質(zhì)含核糖體和包涵體2細(xì)胞膜選擇性通透屏障3細(xì)胞壁提供保護(hù)和形狀4莢膜提供黏附和防御5細(xì)菌的細(xì)胞壁革蘭氏陽(yáng)性菌細(xì)胞壁厚主要成分為肽聚糖染色呈紫色如葡萄球菌、芽孢桿菌革蘭氏陰性菌細(xì)胞壁薄外有脂多糖外膜染色呈紅色如大腸桿菌、沙門氏菌細(xì)菌的鞭毛和菌毛結(jié)構(gòu)組成功能分布鞭毛鞭毛蛋白運(yùn)動(dòng)單極、雙極或周生菌毛蛋白亞基黏附和基因交換全身表面細(xì)菌的芽胞芽胞形成環(huán)境惡化時(shí)胞內(nèi)DNA和部分細(xì)胞質(zhì)形成致密結(jié)構(gòu)休眠狀態(tài)代謝活動(dòng)幾乎完全停止，高度抵抗不良環(huán)境發(fā)芽過(guò)程條件適宜時(shí)吸水膨脹，恢復(fù)代謝活動(dòng)營(yíng)養(yǎng)體細(xì)胞芽胞外殼破裂，釋放新的細(xì)菌細(xì)胞細(xì)菌的營(yíng)養(yǎng)方式光能自養(yǎng)型利用光能合成有機(jī)物化能自養(yǎng)型利用無(wú)機(jī)物氧化能力合成有機(jī)物異養(yǎng)型利用現(xiàn)成有機(jī)物為能源和碳源細(xì)菌的繁殖方式DNA復(fù)制基因組復(fù)制形成兩套相同DNA細(xì)胞生長(zhǎng)細(xì)胞質(zhì)量增加，體積增大隔膜形成細(xì)胞中央形成隔膜向內(nèi)生長(zhǎng)細(xì)胞分離隔膜完成形成兩個(gè)獨(dú)立子細(xì)胞真菌的基本特征144,000已知物種數(shù)估計(jì)總數(shù)可達(dá)300萬(wàn)種5μm酵母菌直徑單細(xì)胞真菌典型大小10μm菌絲寬度絲狀真菌基本結(jié)構(gòu)單元90%營(yíng)養(yǎng)方式絕大多數(shù)為腐生或寄生異養(yǎng)型真菌的形態(tài)和結(jié)構(gòu)單細(xì)胞型如酵母菌，單個(gè)細(xì)胞生活絲狀型由菌絲組成，菌絲網(wǎng)絡(luò)形成菌絲體二相型在不同條件下可轉(zhuǎn)換單細(xì)胞和絲狀形態(tài)子實(shí)體菌絲體分化形成的繁殖結(jié)構(gòu)，如蘑菇酵母菌的特點(diǎn)形態(tài)特征單細(xì)胞球形或橢圓形直徑通常3-5μm繁殖方式主要通過(guò)出芽繁殖部分種類能進(jìn)行有性繁殖重要類群釀酒酵母：發(fā)酵制酒白色念珠菌：條件致病面包酵母：食品工業(yè)絲狀真菌的特點(diǎn)營(yíng)養(yǎng)菌絲氣生菌絲生殖菌絲特化菌絲真菌的營(yíng)養(yǎng)方式腐生分解死亡有機(jī)體獲取養(yǎng)分寄生從活體宿主獲取營(yíng)養(yǎng)共生與其他生物互惠關(guān)系捕食少數(shù)能捕捉小型生物真菌的繁殖方式無(wú)性繁殖出芽法：酵母菌特有分生孢子：最常見(jiàn)方式孢子囊孢子：如毛霉菌絲體斷裂有性繁殖配子結(jié)合配子囊結(jié)合體細(xì)胞結(jié)合形成子囊孢子或擔(dān)孢子原生生物的基本特征單細(xì)胞真核生物具有完整的細(xì)胞核和細(xì)胞器運(yùn)動(dòng)方式多樣鞭毛、纖毛、偽足或滑行運(yùn)動(dòng)水生或濕生大多生活在水中或濕潤(rùn)環(huán)境營(yíng)養(yǎng)方式復(fù)雜自養(yǎng)、異養(yǎng)和混合營(yíng)養(yǎng)多種形式原生動(dòng)物的種類和特點(diǎn)原生植物的種類和特點(diǎn)衣藻單細(xì)胞，有鞭毛，葉綠體呈杯狀裸藻有鞭毛，無(wú)細(xì)胞壁，混合營(yíng)養(yǎng)眼蟲(chóng)有感光器，能進(jìn)行趨光性運(yùn)動(dòng)微型藻類的基本特征光合作用主要能量獲取方式水生環(huán)境主要生活在水中多樣色素含葉綠素和輔助色素4真核結(jié)構(gòu)具有細(xì)胞核和細(xì)胞器常見(jiàn)微型藻類的種類1藍(lán)藻原核結(jié)構(gòu)但有光合作用2綠藻含葉綠素a和b，儲(chǔ)存淀粉3硅藻具硅質(zhì)外殼，呈對(duì)稱結(jié)構(gòu)4甲藻有纖維素壁，常引起赤潮微型藻類的生態(tài)作用產(chǎn)氧作用提供地球50%以上氧氣食物鏈基礎(chǔ)水生生態(tài)系統(tǒng)初級(jí)生產(chǎn)者凈化水質(zhì)吸收水中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和污染物有害藻華過(guò)度繁殖可產(chǎn)生毒素病毒的基本特征結(jié)構(gòu)特點(diǎn)非細(xì)胞結(jié)構(gòu)只含一種核酸(DNA或RNA)蛋白質(zhì)衣殼包裹復(fù)制特性必須在活細(xì)胞內(nèi)復(fù)制劫持宿主細(xì)胞機(jī)制具有嚴(yán)格的宿主特異性代謝特性無(wú)自身代謝系統(tǒng)不能獨(dú)立產(chǎn)生能量不能自主合成蛋白質(zhì)病毒的結(jié)構(gòu)遺傳物質(zhì)DNA或RNA，單鏈或雙鏈衣殼由蛋白質(zhì)亞基組成的保護(hù)層包膜部分病毒具有，源自宿主細(xì)胞膜附屬結(jié)構(gòu)如尾部、刺突等特殊結(jié)構(gòu)病毒的復(fù)制周期吸附病毒識(shí)別并附著在宿主細(xì)胞表面穿透病毒核酸進(jìn)入宿主細(xì)胞合成利用宿主機(jī)制復(fù)制病毒核酸與蛋白質(zhì)組裝病毒組分組裝成完整病毒粒子釋放病毒粒子出芽或宿主細(xì)胞裂解釋放病毒的分類核酸類型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)代表病毒感染對(duì)象DNA雙鏈二十面體或復(fù)雜結(jié)構(gòu)皰疹病毒動(dòng)物DNA單鏈小型球形細(xì)小病毒動(dòng)物RNA雙鏈多層衣殼輪狀病毒動(dòng)物RNA單鏈正義有包膜冠狀病毒動(dòng)物RNA單鏈負(fù)義桿狀或多形態(tài)流感病毒動(dòng)物微生物的生長(zhǎng)特征1群體生長(zhǎng)以種群整體增長(zhǎng)速率表征2指數(shù)增長(zhǎng)適宜條件下呈幾何級(jí)數(shù)增加3世代時(shí)間種群數(shù)量翻倍所需時(shí)間4有限生長(zhǎng)受環(huán)境容量限制最終達(dá)平衡微生物生長(zhǎng)的環(huán)境因素溫度最低、最適和最高生長(zhǎng)溫度水分水活度影響代謝活動(dòng)pH值酸堿度影響酶活性氧氣好氧、兼性或厭氧要求微生物的生長(zhǎng)曲線時(shí)間(小時(shí))菌落數(shù)量(log)微生物的代謝特征分解代謝復(fù)雜物質(zhì)分解釋放能量1能量轉(zhuǎn)化ATP形成和利用2合成代謝簡(jiǎn)單物質(zhì)構(gòu)建復(fù)雜分子3代謝調(diào)控酶活性和基因表達(dá)控制4微生物的能量代謝需氧呼吸電子最終受體：O?產(chǎn)能效率高：38ATP/葡萄糖代表菌：大多數(shù)好氧菌厭氧呼吸電子受體：NO??、SO?2?等產(chǎn)能中等：22ATP/葡萄糖代表菌：反硝化菌、硫酸鹽還原菌發(fā)酵電子受體：內(nèi)源有機(jī)物產(chǎn)能低：2ATP/葡萄糖代表菌：乳酸菌、酵母菌微生物的物質(zhì)代謝微生物的遺傳與變異基因組特點(diǎn)細(xì)菌：環(huán)狀DNA真菌：線狀染色體復(fù)制機(jī)制半保留復(fù)制復(fù)制速度快變異來(lái)源自發(fā)突變水平基因轉(zhuǎn)移進(jìn)化速率繁殖快，變異頻繁適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)微生物的基因轉(zhuǎn)移方式1轉(zhuǎn)化直接吸收環(huán)境中的外源DNA轉(zhuǎn)導(dǎo)通過(guò)噬菌體介導(dǎo)DNA轉(zhuǎn)移接合通過(guò)細(xì)胞間物理接觸傳遞DNA質(zhì)粒轉(zhuǎn)移獨(dú)立于染色體的DNA分子轉(zhuǎn)移微生物的突變1點(diǎn)突變單個(gè)核苷酸變化2缺失與插入DNA片段丟失或額外添加3基因重排DNA序列順序變化4適應(yīng)性結(jié)果抗藥性、新代謝能力產(chǎn)生微生物在自然界中的分布土壤每克含數(shù)十億微生物物種多樣性最高1水體淡水和海洋中廣泛存在垂直分布規(guī)律明顯2空氣以孢子形式存在數(shù)量隨環(huán)境變化3生物體表面和體內(nèi)構(gòu)成微生物群落與宿主共同進(jìn)化4極端環(huán)境溫泉、深海、鹽湖等特殊適應(yīng)性微生物5土壤中的微生物1有機(jī)層豐富的真菌和分解者2表土層好氧菌為主，數(shù)量最多3亞表層兼性厭氧菌增多4深層土壤厭氧菌為主，數(shù)量減少水體中的微生物空氣中的微生物1.5K每立方米數(shù)量城市空氣中平均微生物數(shù)量90%耐受型以孢子和芽孢形式存在50%季節(jié)變化春季花粉期微生物數(shù)量增加比例10X室內(nèi)外差異封閉空間微生物濃度倍數(shù)極端環(huán)境中的微生物嗜熱菌適應(yīng)80-110°C高溫環(huán)境嗜冷菌能在-20°C以下生長(zhǎng)嗜鹽菌能在25%鹽度環(huán)境中生存嗜壓菌適應(yīng)上千大氣壓環(huán)境微生物的生態(tài)作用物質(zhì)循環(huán)分解有機(jī)物，促進(jìn)碳氮循環(huán)生態(tài)平衡調(diào)節(jié)生態(tài)系統(tǒng)功能與結(jié)構(gòu)環(huán)境凈化降解污染物，修復(fù)生態(tài)系統(tǒng)初級(jí)生產(chǎn)光合微生物固定碳源微生物在物質(zhì)循環(huán)中的作用碳循環(huán)光合固碳和有機(jī)物分解1氮循環(huán)固氮、硝化、反硝化2硫循環(huán)氧化還原轉(zhuǎn)化無(wú)機(jī)硫化物3磷循環(huán)礦化和可溶化磷酸鹽4微生物與其他生物的相互關(guān)系寄生微生物從宿主獲益，宿主受損共生雙方互惠互利互生雙方必須共存才能生存捕食微生物捕食其他微生物微生物與人類的關(guān)系有益關(guān)系腸道菌群促進(jìn)消化吸收皮膚菌群抵御病原體產(chǎn)生維生素訓(xùn)練免疫系統(tǒng)有害關(guān)系致病菌引發(fā)感染產(chǎn)毒菌導(dǎo)致中毒食品腐敗變質(zhì)材料生物降解有益微生物及其應(yīng)用食品微生物發(fā)酵食品生產(chǎn)：酸奶、奶酪、豆豉益生菌改善腸道健康，增強(qiáng)免疫力農(nóng)業(yè)微生物固氮菌、解磷菌、生防菌工業(yè)微生物酶制劑、有機(jī)酸、抗生素生產(chǎn)有害微生物及其防控微生物在工業(yè)中的應(yīng)用40%制藥產(chǎn)業(yè)抗生素、激素等藥物生產(chǎn)占比60%酶制劑工業(yè)用酶來(lái)源于微生物比例7B生物塑料微生物來(lái)源可降解塑料市值(美元)15%年增長(zhǎng)率微生物工業(yè)應(yīng)用市場(chǎng)增速微生物在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用生物肥料根瘤菌固氮菌根真菌促吸收解磷菌活化磷素生物農(nóng)藥蘇云金桿菌防蟲(chóng)木霉抑制植物病原菌昆蟲(chóng)病毒控制害蟲(chóng)土壤改良分解秸稈修復(fù)污染土壤改善土壤結(jié)構(gòu)微生物在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用污水處理活性污泥法降解有機(jī)物固體廢物處理堆肥化處理有機(jī)垃圾生物修復(fù)降解石油等污染物生物監(jiān)測(cè)微生物指示環(huán)境質(zhì)量微生物在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用抗生素生產(chǎn)青霉素、鏈霉素等藥物來(lái)源疫苗制備減毒或滅活微生物制備疫苗基因治療病毒載體遞送治療基因微生物學(xué)研究方法概述技術(shù)類型方法用途分離培養(yǎng)平板劃線、稀釋涂布獲得純培養(yǎng)物顯微觀察光學(xué)、