农业微生物学1ppt课件.ppt

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1、3.微生物学的发展简介,微生物学的发展简史史前期1676年之前（约8000年） 朦胧阶段 初创期16761861（约200年） 形态描述阶段（列文虎克） 奠基期18611897 （约40年） 生理水平研究阶段（巴斯德、科赫） 发展期18971953（约50年） 生化水平研究阶段 成熟期1953至今 分子生物学水平阶段,第二节 微生物的合成代谢,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为氨的过程, 生物界中只有原核生物才具有固氮能力具有固氮作用的微生物近五十个属，包括细菌、放线菌和蓝细菌 根据固氮微生物与高等植物以及其它生物的关系，可以把它们分为三大类：自生固氮体系，共生固氮体系

2、和联合固氮体系 微生物能够在常温常压条件下固氨，关键是靠固氮酶的催化作用,第二节 微生物的合成代谢,共生固氮体系 根瘤菌（Rhizobium）与豆科植物共生；弗兰克氏菌（Frankia）与非豆科树木共生；蓝细菌（cyanobacteria）与某些植物共生；蓝细菌与某些真菌共生,第二节 微生物的合成代谢,自生固氮体系 好氧自生固氮M 固氮单胞菌属 （Azotobacter固氮菌属，Azotomonas 固氮单胞菌属，etc）厌氧自生固氮M （Clostridium 梭菌属 ）兼性厌氧自生固氮M（Bacillus，Klebsiella，etc）大多数光合M（蓝细菌，光合细菌）,第二节 微生物的合成

3、代谢,联合固氮体系 不生成共生固氮特殊结构；有较强的寄主专一性雀稗固氮菌（Azotobacter paspali）与雀稗根系形成联合,第二节 微生物的合成代谢,固氮机制 N2 + 8e- + 8H+ + nATP（固氮酶Mg2+）2NH3 + H2 + nADP + nPi 固氮反应的必要条件 ATP，e-、H+及其载体，固氮酶，N2，Mg2+，厌氧环境 固氮酶包括2种组分 组分I（P1）: 真正的固氮酶，又称钼铁蛋白（MoFe），由4个亚基组成。组分II（P2）: 实际上是一种固氮酶还原酶，又称铁蛋白Fe），由2个亚基组成,微生物的生长,细胞生长的标志：外观上是细胞由小长大包括： 染色体（或

4、DNA）的复制、 核糖体的生物合成、 线粒体的生物合成、 细胞壁的生物合成等,微生物的生长,Individual Growth and Synchronous Growth of Microorganisms Synchronous Growth 同步生长使培养基中细菌同时分裂，处于相同的生长阶段（处于分裂步调一致的生长状态）叫同步生长。环境条件诱导法机械筛选法其它方法,环境条件控制法,温度调节法培养基成分控制 控制限制因子的量 或添加某些抑制剂（氯霉素抑制菌体蛋白合成）其它方法 用交替见光和黑暗处理光合细菌,缺点： 打乱细胞原有的正常代谢。,第一节微生物生长及测定,细菌的群体及生长曲线 细菌

5、的生长曲线,细菌生长曲线的测定,分批培养（单批培养，密闭培养）曲线的测定：液体 将少量细菌接种到一恒定容积的新鲜液体培养基中，在适宜条件下培养，定时取样测定细胞密度，以活细胞数的对数对培养时间所作出的曲线称为生长曲线。 微生物的典型生长曲线：延滞期、指数期、稳定期、衰亡期 微生物的非典型生长曲线：延滞期、快速生长期、生长衰退期,第一节微生物生长及测定,细菌的生长曲线延滞期(适应期) 在延滞期,细菌的增殖率与死亡率相等，均为零；菌数几乎不增加，曲线平稳指数期, 又称对数期 (logarithmic phase) 细胞增长以指数式进行的快速生长繁殖期称为指数期，也称对数期,Lag phase 调整

6、期、适应期、停滞期,细胞生理特点： 分裂迟缓、菌体大、DNA含量高代谢活跃出现的原因： 为了调整代谢（需要合成多种酶，辅酶和某些中间代谢产物）影响因素： 菌种的遗传性、菌龄、接种量、及移种前后所处的环境条件等。,缩短意义：可以缩短生产周期，提高设备利用率缩短措施： 增加接种量 调整营养成分 采用对数期的种子接种 选用繁殖快的菌种,延滞期,延滞期特点：生长速率等于零细胞合成新的成分微生物细胞特点：补充消耗的材料适应新的培养基或别的培养条件细胞形态变大或变长对外界不良环境敏感。,影响延滞期长短的因素与实践意义,接种龄对数期“种子”，延滞期较短；延滞期或衰亡期“种子”,延滞期较长接种量接种量大，延滞

7、期较短；接种量小，延滞期较长；培养基成分培养基成分丰富的，延滞期较短；培养基成分与种子培养基一致,延滞期较短,把细菌接种到新鲜的培养基中培养时，并不立即进行分裂繁殖，细菌增殖数为，这时需要合成多种酶，辅酶和某些中间代谢产物，要经过一个调整和适应过程 。,Microbiology,延滞期出现原因,Log Phase (指数期）,细胞数呈几何级数增加细胞的生理特点： 细胞生长速率R最大， 均衡生长：个体形态、化学组成和生理特性等均一致， 代时（G，世代时间，增代时间）或倍增时间：最短 酶系活跃，代谢旺盛出现原因：细胞完成生理调整，基质营养和环境适宜 代谢生理等研究材料，增殖酵母菌的最适材料，作为发

8、酵的种子可缩短延迟期。,影响指数期代时长短的因素,菌种营养成分营养物浓度培养温度,第一节微生物生长及测定,细菌的生长曲线稳定生长期（ stationary phase ） 新增细胞与逐步衰老死亡细胞在数量上趋于相对平衡状态，这就是群体生长的稳定期,稳定期,细胞数变化： 活细胞数保持动态平衡（正生长和负生长相等），总细胞数开始时仍呈上升趋势。 菌体产量与营养物质的消耗间呈有规律的比例关系（生长产量常数Y，或称生长得率）： Y= x - x0 C0 - C 还有更精确的计算方法。出现原因：营养尤其生长限制因子的消耗，营养物比例失调，有害代谢产物积累， pH值EH值等理化条件不适,细胞生理特点： 分

9、裂速度降低 活细胞数达到最大值 开始积累储藏物质 积累发酵产物（次生代谢物，对数期-菌体生长期，稳定期-代谢产物合成期） 芽孢细菌产生芽孢*实践意义：生产收获时期（菌体及相平行的代谢产物）；细胞物质生物测定；促进连续培养原理提出和工艺技术创建,稳定期,Death phase 衰亡期,细胞数变化： 活细胞数逐渐下降细胞生理特点： 细胞内颗粒更加明显,出现液泡 细胞出现异常形态 细胞死亡伴随自溶产生原因：遗传，培养条件和环境不适宜,细菌生长曲线的用途： 研究上 生产上,第一节 微生物生长的测定,细菌的生长曲线 微生物的生长曲线，反映一种微生物在一定的生活环境中 ( 如试管、摇瓶、发酵罐 ) 生长繁

10、殖和死亡的规律。它既可作为营养物和环境因素对生长繁殖影响的理论研究指标，也可用为调控微生物生长代谢的依据，以指导微生物生产实践。,第二节 环境条件对微生物生长的影响（*）,环境因子对微生物的影响可以分为三类适宜环境： 微生物能正常地进行生命活动不适宜环境： 微生物的正常生命活动受到抑制或被迫暂时改变原有的一些特征。恶劣环境： 微生物死亡或发生遗传变易。,第二节 环境条件对微生物生长的影响,温度温度通过影响膜的液晶结构、酶和蛋白质的合成及活性、RNA的结构、转录等 影响微生物的生命活动。物质溶解度温度三基点最适生长温度,微生物的生长温度范围 最低温度：微生物能生长的温度低限 最适温度：微生物生长

11、繁殖速度最快的温度 最高温度：微生物能生长的温度高限 致死温度,A,C,B,v,T ,不同生物的温度上限一般有以下规律：,原核生物高于真核生物；原核生物中古生菌高于真细菌；非光能营养细菌高于光能营养细菌；单细胞生物高于多细胞生物。,第二节 环境条件对微生物生长的影响,氧浓度Obligate or strict aerobes 专性好氧菌 Facultative anaerobes 兼性厌氧菌 Microaerophilic bacteria 微好氧菌 Aerotolerant anaerobes 耐氧菌 Anaerobes 厌氧菌,专性好氧微生物：strict aerobes 分子氧作为最终电

12、子受体，氧参与合成固醇及不饱和脂肪酸；细胞含有超氧化物歧化酶和过氧化氢酶。 对氧化还原电位的要求 Eh+0.1v 可生长，最适在+0.30.4v 如:霉菌、大部分放线菌及部分细菌,兼性须氧微生物：facultative aerobes Eh+0.1v 通过好氧呼吸获取能量 Eh+0.1v 通过发酵或无氧呼吸获取能量 细胞含有SOD和过氧化氢酶 如：许多酵母和细菌 酿酒酵母、大肠杆菌、产气杆菌等,微好氧菌：microaerophilic bacteria 只能在 较低的氧分压（0.010.03巴）下才能正常生长；也通过有氧呼吸获取能量。 如：霍乱弧菌、氢单胞菌属等,耐氧微生物： aerotole

13、rant anaerobe 一类可在分子氧存在条件下进行厌氧 生活的厌氧菌。仅依靠发酵获得能量细胞 内有SOD和过氧化物酶，但无过氧化氢酶。 如：乳链球菌、乳酸乳杆菌、膜明串珠菌,厌氧微生物：anaerobe 只能在无氧或低Eh值时, 才能生长。分子氧可抑制生长或导致死亡。通过发酵或无氧呼吸等获取能量。细胞内缺乏SOD细胞色素氧化酶、过氧化氢酶*等 如：梭状芽孢杆菌属、双歧杆菌属、丁酸弧菌属等,第二节 环境条件对微生物生长的影响,氢离子浓度 (pH) 嗜酸菌嗜中性菌嗜碱性菌,根据控制作用的效果分类灭菌（sterilization）: 凡是能够杀死或消除材料或物体上全部微生物的方法杀菌、溶菌；消

14、毒（disinfection）: 能够杀死、消除或降低材料或物体上的病原微生物，使之不致引起疾病的方法；防腐（antisepsis）: 能够防止或抑制微生物生长，但不能杀死微生物群体的方法低温、缺氧、干燥、高渗、高酸度、高醇度、加防腐剂。化疗（chemotherapy）：利用具有高度选择毒力（selective toxicity）即对病原菌具高度毒力而对其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磺胺类、抗生素、生物药剂等。根据控制作用原理、方式和方法分类物理控制方法化学控制方法,影响灭菌作用效果的因素（时间）,作用时间长短,起始微生物总数,微

15、生物的抗性,作用方式,The use of physical methods in control,Heat高温杀菌机理：高温使蛋白质、核酸等重要生物大分子发生变性、破坏，以及破坏细胞膜上的类脂成分，导致微生物死亡。Dry heat sterilizationMoist heat sterilization,高温灭菌或消毒的方法,1、干热灭菌法,干热灭菌：150170下处理1-2小时。适用于玻璃器皿、金属用具等耐热物品的灭菌。优点：可保持物品的干燥火焰灭菌（灼烧灭菌）：常用于金属性接种工具、污染物品及实验材料等废弃物的处理。,2、湿热灭菌（消毒）,湿热灭菌是在含水状态下进行消毒灭菌。煮沸消毒、

16、高压蒸汽灭菌、间歇加热灭菌、巴氏消毒、实罐灭菌在相同温度下，湿热灭菌的效力比干热灭菌好。为什么？热蒸汽对细胞成分的破坏作用更强热蒸汽比热空气穿透力强蒸汽潜热大，当气体转变为液体时可放出大量热量，故可迅速提高灭菌物体的温度。 潜热是指当1g100的水蒸汽变成1g100水时，释放出2255.2J 的热量,（1）常压法,巴氏消毒法是一种专用于牛奶、啤酒、果酒等不宜进行高温灭菌的液态风味食品或调料的低温消毒方法（6085，30min15s）。 低温维持法63 ，30min 高温瞬时法72（85），15s；常用煮沸消毒法：饮用水的消毒（ 100处理15min以上）间隙灭菌法：适用于不耐热培养基的灭菌（诱

17、导芽孢萌发，杀死营养体，连续3次）,（2）加压法,常规加压蒸汽灭菌法： 121.3，压力为1kg/cm2或15磅/英寸2，维持1530min 115，压力为0.7kg/cm2或10磅/英寸2，维持1020min（过高温度容易被破坏） 使用于一切微生物学实验，医疗机构或发酵工厂中对培养基等多种器材、物料的灭菌。连续加压蒸汽灭菌法（连消法）：发酵工业和食品加工生产中使用，让培养基在管道的流动过程中快速升温、维持和冷却，然后流进发酵罐（热交换）。 135140下维持515秒热死时间最短时间（温度恒定）热死温度最低温度（时间恒定，10min）,高压蒸汽灭菌的原理,高压蒸汽灭菌器是利用加压的饱和蒸汽（潜

18、热）对物品、器械、药液等灭菌的设备，适用于科学研究、医疗卫生、食品等实验室或工厂使用造成蛋白质等变性失活。潜热是指当1g100的水蒸汽变成1g100水时，释放出2255.2J的热量 区别只在于自动化程度的高低（水位控制、温度恒定控制、时间控制、自动排放冷空气、程序化显示）饱和蒸汽压压力指示温度直接利用温度探测器指示温度,高压蒸汽灭菌过程,先加水（一般用蒸馏水或去离子水）淹过电发热管和内筒支架；放物（要求松散）；加盖（对称旋紧），加热，升温排除冷空气（放汽阀）加压（关闭放汽阀），保温，定时降温，至压力为“0”，打开放汽阀开盖取物（注意蒸汽烫伤）,（二）影响加压蒸汽灭菌效果的因素,1、灭菌物体的含

19、菌量2、灭菌锅内空气排除程度 灭菌锅是靠蒸汽的温度而不是单纯靠压力来达到灭菌效果。3、灭菌对象的pH pH小于6.0时，微生物易死亡， pH在6.08.0时，不易死亡。4、灭菌对象的体积。5、加热与散热速度。,消毒、灭菌的生物指示菌,嗜热脂肪芽孢杆菌（Bacillus stearothermophilus）结核分枝杆菌致病菌指示菌（Mycobacterium tuberculosis沙门氏菌致病菌指示菌（通用检测）（Salmonella spp）,（三）高温对培养基成分的有害影响及其防止,1、有害影响： 形成沉淀物、破坏营养、改变pH等2、防止法 特殊加热灭菌：分别灭菌（用前后混合）、低压灭菌

20、（降低温度）、缩短时间等 过滤除菌法 其他方法：逐一加入法或加螯合剂,其它消毒灭菌方法,辐射杀菌紫外光、电离辐射、某种条件下的强可见光、微波等，可用作控制微生物的生长和保存食品。化学药剂的熏蒸（后述）环氧乙烷、甲醛等,三、化学杀菌剂、消毒剂和治疗剂,（一）表面消毒剂（二）抗代谢药物的代表磺胺类药物（三）抗生素,The Use of Chemical Agents in Control,最低抑菌浓度50% lethal dose, LD50Minimum lethal dose, MLD,（一）表面消毒剂（广谱毒性）,是指对一切活细胞都有毒性，不能用作活细胞或机体内治疗用的化学药剂。石炭酸系数（

21、Phenol coeffcient，P.C.）：是表示表面消毒剂的相对杀菌强度，指在一定时间内，被试药剂能杀死全部供试菌的最高稀释度与达到同效的石炭酸的最高稀释度之比。具备一定可比性一般而言，石炭酸系数越高，杀菌强度越强。,石炭酸系数的计算,一般规定处理时间10min供试菌被全部杀死的稀释倍数之比（药剂和石炭酸）。供试菌：伤寒沙门氏菌（Salmonella typhi）。某甲药剂稀释300倍（稀释度1：300）；石炭酸稀释100倍（稀释度1：100）。,二.常用的化学消毒剂 消毒剂：能杀死微生物的制剂 防腐剂：能抑制微生物生命活动的制剂 消毒剂的种类 氧化作用 强氧化剂、漂白粉、氯等 凝固蛋白

22、 甲醛、酚 溶解类脂 乙醇、酚、来苏尔 脱水作用 福尔马林、乙醇 与巯基作用 重金属、 与核酸作用 碱性染料 与膜作用 新洁尔灭,常用的消毒剂 70%乙醇 福尔马林 新洁尔灭 （0.25%） 漂白粉 自来水0.20.5ppm Cl2 发酵用水 预防性 1ppm 污染过的水 10ppm 发酵设备外壁 20200ppm 空气 1%漂白粉熏蒸 发酵工厂常用 防霉剂 防霉涂料、硫磺、石灰,抗代谢药物,是一类在化学结构上与细胞内必要代谢物的结构相似，并可干扰正常代谢活动的化学物质，具有选择毒力。竞争性抑制最常用的是磺胺类药物。磺胺与叶酸合成前体对氨基苯甲酸（PABA）的结构类似。叶酸是辅酶，在氨基酸、维

23、生素、核酸和蛋白质合成中起重要作用，很多细菌需要自己合成叶酸才能生长。磺胺药具有选择毒力：因为人体由于缺乏相应的合成酶，不能自身合成四氢叶酸，必须由外界提供，所以对磺胺不敏感。,The use of chemical agents in control,抗生素 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或其人工合成衍生物（半合成），在很低浓度时就能抑制或干扰它种生物的生命活动发现和半合成了几万种，临床使用五、六十种,抗生素最初是由英国科学家弗来明（A.Fleming）在20世纪20年代末期偶然发现的，40年代初才作为化学治疗剂生产问世。,青霉素抑制藤黄微球菌的生长,抗生素的抗菌谱：抗生

24、素的作用对象的范围。通常将对多种类群的细菌有作用的抗生素称为广谱抗生素，如四环素和土霉素既对G又对G-细菌有作用；而只对少数几种细菌有作用的抗生素则称为狭谱抗生素，如青霉素只对G菌有效。,3、抗生素的作用机制,抑制细胞壁的合成；引起细胞壁降解；干扰细胞膜；抑制蛋白质的合成抑制DNA合成；抑制DNA复制；抑制RNA转录；抑制RNA合成。,注意：D-环丝氨酸万古霉素杆菌肽青霉素头孢菌素氯霉素,第一节 微生物的突变,证明遗传物质是DNA的三个经典试验经典转化实验Experiments done by Frederick Griffith (in London) in 1928 found there

25、 were two different types of the bacterium Streptococcus pneumoniae,Mixture of R cells & cell matters from S cells,S type cell,TMV,TMV,HRV,Wild Separation Mixture Infection Isolation,HRV,植物病毒的重建实验,第一节 微生物的突变,微生物的变异突变 基因突变或称点突变（包括自发突变、诱发突变） 染色体畸变 （包括缺失、重复、插入、易位、倒位）,第一节 微生物的突变,基因突变的自发性和不对应性的证明变量试验：（Fl

26、uctuation Test）又称波动试验或彷徨试验。1943年美国学者鲁里亚（S、Luria）和德尔波留克（M、Delbrack）设计了此试验。 涂布实验：（Newcombe Expetiment）1949年Newcombe设计了这一实验 平板影印培养试验（Replica Plating）1952年莱德伯格夫妇（V，Lederberg）设计的,第一节 微生物的突变,微生物的变异形态突变型 生化突变型 营养缺陷型 抗性突变型 抗原突变型 致死突变型 条件致死突变型,生化突变型,营养缺陷型 是一类重要的生化突变型由基因突变而引起代谢过程中某种酶的合成能力丧失，而必须在原有培养基中添加相应的营养成

27、分才能正常生长的突变型营养缺陷型在科研和生产实践中有着重要的应用,第二节 细菌的基因重组,转化转导结合原生质体融合,转化,受体菌（感受态细胞）直接吸收了来自同源或异源的DNA片段（质粒和染色体DNA），通过交换，把它整合到自己的基因组中，再经复制就使自己变成一个转化子（Transformant）。这种受体菌直接接受供体菌的DNA片段而获得部分新的遗传性状的现象就称转化或转化作用 感受态（competence）指受体细胞最易接受外源DNA片段并实现其转化的一种生理状态不同细胞感受态出现的时期不同，如：有的出现在生长曲线中的指数后期；有的出现有指数末期或稳定期,转导Transduction,转导T

28、ransduction 通过缺陷型噬菌体为媒介，把供体细胞的DNA小片段携带到受体细胞中，通过交换与整合从而使后者获得前者部分遗传性状的现象 普遍性转导（Generalized Transeuction）局限性转导 (Restricted transduction)溶源转变 (Lysogenic conversion),普遍性转导与局限性转导,普遍性转导 通过极少数完全缺陷型噬菌体对供体菌基因组上任何小片段进行”误包”,而将其遗传性状传递给受体菌的现象.一般用温和噬菌体作为普遍转导的媒介.局限性转导 指通过部分缺陷的温和噬菌体把供体菌的少数特定基因携带到受体菌中，并与后者的基因组整合、重组，形

29、成转导子的现象,普遍性转导与局限性转导区别,被转导的基因共价地与噬菌体DNA连接，与噬菌体DNA一起进行复制、包装以及被导入受体细胞中 局限性转导颗粒携带特殊的染色体片段并将固定的个别基因导入受体，故称为局限性转导。温和噬菌体是局限性转导的典型代表,局限性转导通过某些部分缺陷的温和噬菌体把供体菌的少数特定基因转移到受体菌中的转导现象,溶源转变 (Lysogenic conversion),当温和噬菌体感染宿主而使其发生溶源化时，因噬菌体的基因整合到宿主的核基因组上，而使后者获得了除免疫性以外的新性状的现象，称为溶源转变。 性质：表面上与转导相似，而本质上不同于转导。,溶源转变与转导的区别,当宿

30、主丧失其原噬菌体时,通过溶源转变而获得的新性状也随之消失 温和噬菌体不携带来自供体菌的外源基因，是噬菌体自身基因使宿主获得新性状 温和噬菌体是完整的,不是缺陷的 获得新性状的是溶源化的宿主细胞,不是转导子,接合Conjugation,供体菌（“雄性”）通过性菌毛与受体菌（“雌性”）直接接触，把F质粒或其携带的不同长度的核基因组片段传递给后者，使后者获得若干新遗传形状的现象,研究细菌接合的营养缺陷型法原理,结合,E.coli 的4种接合型菌株F+（雄性）菌株:含游离的F因子14个，有 性菌毛14根 Hfr（高频重组）菌株:含整合的F因子,有性菌毛 F菌株介于F+菌株与Hfr菌株之间，细胞中有游

31、离的、带小段染色体基因的环状F因子 F（雌性）菌株：没有F因子，无性菌毛,第二节 细菌的基因重组,原生质体融合 （*）通过人工方法，使遗传性状不同的两个细胞的原生质体发生融合，借以获得兼有双亲遗传性状的稳定重组子的过程。 应用原生质体融合技术后，细胞间基因重组的频率大大提高了，在某些例子中，原生质体的重组频率已大于10-1,第二节 细菌的基因重组,原生质体融合主要步骤 选择亲株、 制备原生质体、 原生质体融合、 原生质体再生 筛选优良性状的融合子,第二节 细菌的基因重组,原生质体融合的优点： 可以提高重组率 可进行多亲本融合 有利于不同种间、属间微生物的杂交 通过原生质体融合提高产量,第二节

32、细菌的基因重组,染色体外遗传因子质粒(plasmid) 一种独立于染色体外，能进行自主复制的共价闭合环状的超螺旋双链DNA分子，主要存在于各种微生物细胞中 质粒分子的大小范围从1kb左右到1000kb,第二节 细菌的基因重组,染色体外遗传因子转座因子(transposable element) 位于染色体或质粒上的一段能改变自身位置的DNA序列，广泛分布于原核和真核细胞中 插入序列转座子转座噬菌体 (温和噬菌体),第三节 诱变育种,诱变育种 利用物理或化学诱变剂处理均匀分散的微生物细胞群=其突变频率大幅度提高，然后设法采用简便、快速和高效的筛选方法，从中挑选少数符合育种目的的突变株，以供生产实

33、践或科学实验之用 诱变育种=诱变 + 筛选 诱变是随机的；筛选是定向的 目前发酵工业生产菌株都是经过突变改造过的,诱变育种的基本原则,选择简便有效、最适剂量的诱变剂 物理诱变剂紫外线、X射线、射线和快中子 化学诱变剂 N-甲基-N-硝基-N-亚硝基胍(NTG)、甲基磺酸乙酯(EMS) 、甲基亚硝基脲(NMU)、硫酸二乙酯(DES)、氮芥、乙烯亚胺和环氧乙烷等 诱变剂的作用,Ames Test,诱变育种的基本原则,挑选优良的出发菌株 单倍体纯种为出发菌株 采用具有优良性状的菌株 选择对诱变剂敏感的菌株 多挑选一些已经过诱变的菌株为出发菌株 处理单孢子(或单细胞)悬液,诱变育种的基本原则,设计或采

34、用高效筛选方案变异菌株的筛选初筛:以量（选留菌株的数量）为主 复筛:以质（测定数据的精确度）为主创造新型筛选方法,第三节 诱变育种,营养缺陷型的筛选 营养缺陷型的概念及用途 野生型 营养缺陷型原养型用途营养缺陷型的筛选与鉴定涉及的培养基,概念,野生型自然界分离到的任何微生物，在其发生人为营养缺陷突变前的原始菌株该微生物的野生型 营养缺陷型是一类重要的生化突变型。由基因突变而引起代谢过程中某酶合成能力丧失的突变型,必须在原有培养基中添加细胞不能合成的营养成分才能正常生长 原养型指营养缺陷型突变菌株回复突变或重组后产生的菌株，其营养要求在表型上与野生型相同,营养缺陷型的筛选,营养缺陷型的筛选与鉴定

35、涉及的培养基基本培养基（MM）-仅能满足某微生物的野生型菌株生长所需的最低成分的合成培养基 完全培养基（CM）+可满足某种微生物的一切营养缺陷型菌株的营养需要的天然或半合成培养基 补充培养基（SM）x在基本培养基中添加某种营养物质以满足该营养物质缺陷型菌株生长需求的合成或半合成培养基,第三节 诱变育种,营养缺陷型的筛选筛选步骤诱变剂处理淘汰野生型 （抗生素法、菌丝过滤法）检出缺陷型（逐个检出法、影印检出法、夹层培养法、限量补给法） 鉴定缺陷型 （生长谱法）,第四节 微生物与基因工程,基因工程 gene engineering 又称重组DNA技术,就是在体外对不同来源的DNA分子进行重组,将此重

36、组DNA引入合适的寄主细胞内,并使之复制和表达特点 打破了物种的界限,突破了亲缘关系的限制可进行定向变异和育种可创造出自然界中原本没有的生物,第四节 微生物与基因工程,基因工程的应用和发展前景在工业上的应用 在农业上的应用 在医疗上的应用 在环境保护方面的应用 在微生物方面的应用,基因工程在农业上的应用,将固氮菌的固氮基因转移到生长在重要作物上的根际微生物或致瘤微生物中去,或将它引入到这类作物的细胞中,以获得能独立固氮的新型作物品种 将木质素分解酶的基因或纤维素分解酶的基因重组到酵母菌内，使酵母菌能充分利用稻草、木屑等地球上贮量极大并可永 续利用的廉价原料来直接生产酒精，可望为人类开辟一个取之

37、不尽的新能源和化工原料来源 改良和培育农作物和家畜、家禽新品种,包括提高光合作用效率以及各种抗性(植物的抗盐、抗旱、抗病基因以及鱼的抗冻蛋白基因)等,第五节 菌种的退化、复壮和保藏,菌种的衰退与复壮 衰退（degeneration） 由于自发突变的结果,而使某物种原有的一系列生物学性状发生量变或质变的现象常见的衰退现象 菌落和细胞形态的改变 生长速度缓慢，产孢子越来越少抵抗力、抗不良环境能力减弱等代谢产物生产能力或其对宿主寄生能力下降,第五节 菌种的退化、复壮和保藏,菌种的复壮 纯种分离：（平板划线法、涂布法、倾注法、单细胞挑取法等）通过寄主体内生长进行复壮淘汰已衰退的个体,第五节 菌种的退化

38、、复壮和保藏,菌种保藏的方法 斜面菌种低温保藏法 砂土管保藏法 石蜡油封藏法 真空冷冻干燥法,第一节 微生物在生态系统中的作用,微生物在生态系统中的地位 微生物是有机物的主要分解者 微生物是物质循环中的重要成员 微生物是生态系统中的初级生产者 微生物是物质和能量的贮存者 微生物在地球生物演化中的先锋种类,第一节 微生物在生态系统中的作用,微生物与生物地球化学循环氮循环 固氮 氨化作用（Ammonification） 硝化作用（Nitrification）硝酸盐还原和反硝化作用（Nitrate reduction and Denitrification）,第二节 微生物在自然界的分布（*）,微生

39、物在自然界的分布 土壤中的微生物 微生物的大本营、人类最丰富的“菌种资源库”细菌(108),放线菌(107),霉菌(106),酵母菌(105),藻类(104),原生动物(103) 土壤微生物是构成土壤肥力的重要因素。 含细菌干重约为土壤有机质的1%左右,影响土壤中微生物分布的因素,土壤颗粒的性质土壤的水分氧气pH温度营养状况,土壤中的其他微生物,藻类土壤表面或土壤上表层可进行光合作用为土壤提供有机质原生动物土壤表皮15厘米处吞食有机残片和土壤中的细菌病毒分布广泛,数量不多细菌数量增加, 病毒数量也增加,第二节 微生物在自然界的分布,微生物在自然界的分布水体中的微生物 淡水型水体微生物清水型：主

40、要为自养菌（10103/ml）腐水型：异养细菌（107 108/ml） 海水型水体微生物 一些藻类及耐盐细菌 快速流动的水中，存在着对有机或无机污染物的自净作用,第二节 微生物在自然界的分布,微生物在自然界的分布水体中的微生物良好的饮用水细菌含量应在100个/ml以下，当超过500个/ml时，不适合作为饮用水更重要的是水中的微生物种类，一般用大肠菌群数作为是否含有病原菌的指标。3个/L,第二节 微生物在自然界的分布,微生物在自然界的分布空气中的微生物 存在状态：漂浮，短暂停留，以吸附于尘埃微粒上的形式存在。空气中的尘埃颗粒数与微生物数量有直接关系。 分布：越接近地面的空气含菌量越高，目前人类检

41、测到微生物存在的最高处为85km的高空。 种类：球菌、芽孢杆菌、产色素细菌、真菌孢子,第二节 微生物在自然界的分布,微生物在自然界的分布工农业产品上的微生物 工业品类型： 纤维制品、革制品、橡胶制品、油漆、卷烟、化妆品等，塑料、水性涂料等，文物、书画等 食品上微生物的来源：食品原料的采收、运输、加工和包装过程中被微生物污染 农产品上的微生物：粮食和饲料上的微生物,食品、农产品上的微生物,食品是微生物生长繁殖的天然培养基在加工、包装、运输和贮藏等过程中，都可能被霉菌、细菌、酵母菌等微生物污染在合适的温、湿度条件可以迅速生长，产生各种毒素 农产品上存在着大量的微生物 全世界每年因霉变而损失的粮食就

42、占总产量的2%左右花生、玉米、大米、棉籽、胡桃、麦类受霉菌污染产生霉菌毒素是农产品霉腐的突出问题，常引起食物中毒或癌变,Aflatoxin, AFT（黄曲霉菌）,第二节 微生物在自然界的分布,微生物在自然界的分布工农业产品上的微生物控制微生物，防止生物霉腐的方法 用物理或化学方法杀死或去除物品上的一切微生物，再用物理方法防止微生物的再污染 把食品和其它材料保存于微生物不能进行代谢活动或代谢活动水平极低的环境条件下 通过加工或加入添加剂来降低食品和材料的微生物可利用性,第二节 微生物在自然界的分布,微生物在自然界的分布生物体内外的正常菌群 正常菌群：生活在健康动物各部位，数量大、种类较稳定且一般

43、是有益无害的微生物，称为正常菌群 无菌动物（germ-free animal）：体内外检查不到任何正常菌群的动物 悉生生物（gnotobiotics）：已经人为接种某已知纯种微生物的无菌动物,极端自然环境中的微生物（*）,极端微生物学的研究对象嗜热微生物 嗜冷微生物 嗜碱微生物 嗜酸微生物 嗜盐微生物 嗜压微生物,第三节微生物与生物环境之间的关系,互生关系 偏利作用：一种种群因另一种种群的存在或生命活动而得利，而后者没有从前者受益或受害协同作用：相互作用的两种种群相互有利，二者之间是一种非专性的松散的联合,第三节微生物与生物环境之间的关系,共生关系地衣是这种互惠共生关系的典型代表 初级生产者（

44、藻类或蓝细菌） 消费者（真菌）原生动物与藻类的内共生现象（endosymbiosis）,地衣是真菌和单细胞藻的共生体。真菌的菌丝长入单细胞藻内，两种生物结合为一体，二者在生理上互补，为对方提供所需要的物质，他们之间是一种相依为命的互惠互利的关系，失去一方，另一方则不能生存。,第三节微生物与生物环境之间的关系,共生关系微生物与植物间的共生关系 根瘤菌与豆科植物 放线菌、藻状菌、蓝细菌、分枝杆菌和克雷伯氏菌与一些非豆科植物之间的根瘤 菌根，多见于兰科、杜鹃科及其它森林树种 微生物与动物之间的共生关系 白蚁、蟑螂与其消化道中的原生动物及其它微生物（外共生生物） 反刍动物与其瘤胃微生物,第三节微生物与

45、生物环境之间的关系,寄生,病毒就是一个寄生关系的例子,食菌蛭弧菌（Bdellovibrio bacteriovorus）,第三节微生物与生物环境之间的关系,拮抗作用或称偏害作用硫化细菌产生硫酸降低环境的pH，抑制不耐酸的各种细菌生长泡菜和牲畜的青贮饲料就是拮抗作用的例子 抗生素产生菌是拮抗作用的典型代表,第三节微生物与生物环境之间的关系,捕食原生动物捕食细菌和藻类水体生态系统中食物链的基本环节在污水净化中也有重要作用,变形虫食性广,单细胞藻类,细菌,小原生动物，真菌，有机碎片等皆是它们的食物,第三节微生物与生物环境之间的关系,捕食关系（predation）捕食性真菌如少孢节丛孢菌（Arthro

46、botrys oligospora）,微生物与植物的相互作用,根际微生物（Rhizosphere microorganisms）根际是邻接植物根的土壤区域,其中的微生物称为根际微生物植物根对土壤群落的组成和密度有直接的影响根际效应根际土壤：G-棒状的细菌,G+的杆菌、球菌&多型态的细菌植物根对根际M的作用,根际微生物（Rhizosphere microorganisms）根际M对植物生长有益的影响除去对植物生长有毒的H2S不溶性的无机盐可溶性的无机盐植物吸收利用合成AA、植物生长素和赤霉素种子萌发%、促进根毛发育节杆菌、假单胞菌、农杆菌有机物刺激植物生长抑制或杀死植物病原M或者其他植物转移植物

47、中的放射物质和重金属有利于植物吸收Ca2+固N2给植物提供无机和有机氮源,微生物与植物的相互作用,菌根（Mycorrhiza）和根瘤（Nodules）菌根就是真菌与植物根系形成的特殊共生体。外生菌根内生菌根菌根的主要功能促进营养物质和水分的吸收 产生植物生长调节物和抗生素，增强植物体的免疫功能 能刺激根的生长,微生物与植物的相互作用,菌根（Mycorrhiza）和根瘤（Nodules）根瘤 指豆科等植物根部与固氮菌结合形成的瘤状突起根瘤菌和植物的共生固氮作用是M和植物之间最重要的互惠共生关系 主要功能：固定游离态氮并合成含氮化合物，供植物利用,微生物与植物的相互作用,植物的微生物病害属于M对植

48、物的偏害作用发展过程与植物接触病原侵入植物体中病原在植物体中生长病症出现,微生物与植物的相互作用,植物的微生物病害作用方式产生分解酶类降解植物体内大分子化合物 植物结构的破坏产生生长调节因子破坏植物的生长调节系统 植物茎部形成菌瘿或茎部过分伸长 产生毒素植物细胞的线粒体和细胞膜线粒体功能的破坏 改变植物的代谢活性 干扰植物对二氧化碳的固定作用 干扰植物蛋白质的合成从而损伤植物的代谢作用,微生物与植物的相互作用,植物的微生物病害植物的病毒性疾病植物病毒大部分属于单链RNA病毒，少数为DNA病毒 专一性并不强，往往一种病毒可寄生在不同种、属甚至不同科的植物上 症状 植物出现花叶或黄化病症 植株发生

49、矮化、丛枝或畸形 植株出现枯斑或坏死,微生物与植物的相互作用,植物的微生物病害植物的细菌病害植物病原细菌主要分布于支原体属（Mycoplasma）、螺旋体属（Sipiroplasma）、棒杆菌属（Corynebacterium）、土壤杆菌属（Agrobacterium）、假单孢菌属（Pseudomonas）、黄单孢菌属（Xanthomonas）、链霉菌属（Streptomyces）和欧文氏菌属（Erwinina） 植物细菌病害是一类较难防治的病害，常见症状为腐烂（如大白菜软腐病）、萎蔫（如番茄青枯病）、畸形（如苹果根癌病）,植物的微生物病害植物的真菌病害最常见、最严重、造成经济损失最大的植物病

50、害很多真菌可引起植物病害,如锈菌和黑粉菌.20000多种锈菌和1000多种黑粉菌植物病害可感染植物的各个部位,导致各种各样的植物病害,如锈变、黑粉菌、枯萎、腐烂、疫病(稻瘟病)、瘤、卷曲、花斑、菌瘿等西双版纳经济作物病害橡胶树割面条溃疡病由疫霉菌属多种疫霉菌引起 橡胶树白粉病 葡萄霜霉病,微生物与环境保护,水污染富营养化 一种氮、磷等植物营养物质含量过多所引起的水质污染现象,BOD;生化需氧量或生化耗氧量，表示水中有机物等需氧污染物质含量的一个综合指示。说明水中有机物由于微生物的生化作用进行氧化分解，使之无机化或气体化时所消耗水中溶解氧的总数量。COD:化学需氧量又称化学耗氧量。是利用化学氧化