微生物生理学-第1章-绪论1课件

微生物生理学微生物生理学 主讲主讲(zhjing)(zhjing)邓艳芹邓艳芹第一页，共47页。第一章第一章 绪论绪论(xln)(xln)n n一、课程简介n n二、微生物生理学的发展历程n n三、微生物生理学技术(jsh)方法第二页，共47页。课程课程(kchng)(kchng)简介简介 课程性质和地位 微生物生理学是研究微生物生理活动及规律的科学，是微生物学的重要分支科学。微生物生理学重点研究微生物细胞的分子结构(fn z ji u)和代谢途径。微生物生理学是我校食品与生物技术学院生物工程专业本科生的必修课。教学以讲授为主。先修课程主要为微生物学和生物化学。第三页，共47页。课程教学的基本课程教学的基本(jbn)(jbn)要求要求1.微生物生理学的发展史、主要内涵及常见的研究方法2.微生物分解代谢，包括微生物对大分子有机物的分解，以及(yj)其中的产能代谢机制。3.微生物合成代谢，CO2和二碳化合物的同化，氨基酸和糖的生物合成及其微生物特点。4.微生物生长动力学。第四页，共47页。平时成绩：40 0分分 教学(jio xu)安排期末(q m)成绩分配考试卷面成绩(chngj)：60分（闭卷）课堂提问课后习题考勤第五页，共47页。参考资料参考资料n n1 李季伦 主编微生物生理学北京：中国农业出版社，1994年n n2沈萍微生物学北京：高等教育出版社，2006年n n3朱玉贤 主编 现代分子生物学北京：高等教育出版社，2007年n n4 历朝龙 主编生物化学与分子生物学实验(shyn)技术杭州：浙江大学出版社，2003年第六页，共47页。中国(zhn u)知网 万方数据 Google 图书(tsh)第七页，共47页。什么(shn me)是微生物生理学？微生物生理学是一门研究微生物生理学是一门研究(ynji)微生微生物生理活动特点及其规律的学科，是微生物生理活动特点及其规律的学科，是微生物学的一个重要分支学科。物学的一个重要分支学科。第八页，共47页。微生物生理学学科的形成微生物生理学学科的形成(xngchng)(xngchng)及及发展发展实践(shjin)应用理论(lln)发展未来的发展方向?理论成熟应用开发第九页，共47页。公元前数千年至现在，人类利用公元前数千年至现在，人类利用(lyng)(lyng)微生物酿造微生物酿造各种食品等过程中逐步累积了关于微生物生理学的应用经验。各种食品等过程中逐步累积了关于微生物生理学的应用经验。喜酸喜温米酒酸大米、明矾(mngfn)水、较高温度红曲菌实践(shjin)应用阶段第十页，共47页。在发展成一门独立学科之前，微生物生理活动在发展成一门独立学科之前，微生物生理活动已得到已得到(d do)(d do)实践应用，但由于当时科学水实践应用，但由于当时科学水平有限，这些知识只是经验性的，没有上升到平有限，这些知识只是经验性的，没有上升到理论认识阶段理论认识阶段酱酱 菜菜 酱油酱油(jingyu)泡菜泡菜(poci)第十一页，共47页。微生物生理学的理论(lln)发展阶段1.微生物种类与发酵产物(chnw)的关系2.菌株分离方法(fngf)的建立第十二页，共47页。（2 2）18601860年，巴斯德发表关于酒精年，巴斯德发表关于酒精(jijng)(jijng)发酵的发酵的文章文章路易斯巴斯德证明(zhngmng)发酵过程的本质是由微生物引起的化学过程，同时发现，含糖培养基中一种微生物可以引起乳酸发酵，另一种微生物可引起酒精发酵。（1 1）18571857年，巴斯德发表年，巴斯德发表 关于乳酸发酵关于乳酸发酵(f jio)(f jio)的记录的记录第十三页，共47页。（3 3）18611861年，巴斯德对丁醇发酵进行研究年，巴斯德对丁醇发酵进行研究(ynji)(ynji)（4 4）18611861年末，巴斯德首次涉及兼性厌氧微生年末，巴斯德首次涉及兼性厌氧微生物物第十四页，共47页。微生物生理学的理论(lln)发展阶段2.菌株分离方法(fngf)的建立1.微生物种类与发酵(f jio)产物的关系第十五页，共47页。1881年创立了固体培养基划线(hu xin)分离纯种法；应用这种方法,主要的传染病病原菌被相继发现。发现了纯种结核杆菌。1890年，发现了结核菌素，提出用结核菌素(卡介苗的前身)治疗结核病（微生物生理学的医用价值）。罗伯特 科赫第十六页，共47页。微生物生理学的成熟微生物生理学的成熟(chngsh)(chngsh)时期时期1858年，特劳贝（年，特劳贝（Traube）发现与糖发酵有关的可）发现与糖发酵有关的可 能是酵母菌细胞内特定的蛋白质。能是酵母菌细胞内特定的蛋白质。1900年，纽伯格发现葡萄糖发酵成乙醇是由许多年，纽伯格发现葡萄糖发酵成乙醇是由许多(xdu)小小 步骤完成的，每步都有一个酶。步骤完成的，每步都有一个酶。（1）代谢(dixi)途径中酶的重要性及特点第十七页，共47页。19301930年，卡斯特龙发现组成酶和适应酶年，卡斯特龙发现组成酶和适应酶4040年代年代(nindi)(nindi)后期，波洛克和莫诺发现适应酶机后期，波洛克和莫诺发现适应酶机制制1904-19051904-1905，哈登（，哈登（A.HardenA.Harden）发现大肠杆菌等发现大肠杆菌等 在好氧和厌氧条在好氧和厌氧条 件下的葡萄件下的葡萄糖代谢糖代谢(dixi)(dixi)产产 物有所不同，表明细菌具有适物有所不同，表明细菌具有适应性。应性。（2）代谢途径中酶的可调控(dio kn)性研究第十八页，共47页。亚历山大(y l shn d)弗莱明19291929年，亚历山大年，亚历山大(y l shn d)(y l shn d)弗莱明发现了青霉素。弗莱明发现了青霉素。葡萄球菌(p to qi jn)青霉菌青霉素工业开发获得成功，带动了一批微生物初级和次级代谢物产品的开发，如氨基酸、维生素、核苷酸、酶等。微生物生理学发展应用的重要开拓者第十九页，共47页。目前从事微生物生理生化、微生物代谢与调目前从事微生物生理生化、微生物代谢与调控、微生物遗传及育种研究的人员较多，为控、微生物遗传及育种研究的人员较多，为我国经济建设和学科发展我国经济建设和学科发展(fzhn)做出了重做出了重要贡献。要贡献。我国目前(mqin)发展情况第二十页，共47页。微生物生理学未来微生物生理学未来(wili)的发展方向（的发展方向（5）（1）生物化学方面）生物化学方面 主要集中在初级代谢的调节、次主要集中在初级代谢的调节、次级代谢产物合成途径与次级代谢的调级代谢产物合成途径与次级代谢的调节；节；集中研究一些特殊类型生物的生集中研究一些特殊类型生物的生理活动。理活动。第二十一页，共47页。（2）生物）生物(shngw)大分子结构和功大分子结构和功能的研究能的研究n 继续发现继续发现(fxin)与研究新的细胞结构与功与研究新的细胞结构与功 能；能；n 研究膜结构与功能（抗生素的开发）；研究膜结构与功能（抗生素的开发）；n 研究极端环境条件下微生物抗性研究极端环境条件下微生物抗性n 与敏感性的机理及其调节；与敏感性的机理及其调节；第二十二页，共47页。p 生物大分子组建成一个完整的有生物活性的生物大分子组建成一个完整的有生物活性的 p 细胞结构细胞结构(探究生命的起源探究生命的起源(qyun)；p 研究微生物形态发生与分化的分子机理（如研究微生物形态发生与分化的分子机理（如p 酵母菌的形态变化）；酵母菌的形态变化）；p 研究微生物的趋向性（趋化性、趋光性、趋研究微生物的趋向性（趋化性、趋光性、趋p 磁性等）；生物传感器的开发磁性等）；生物传感器的开发（3）从分子水平上研究）从分子水平上研究(ynji)细胞的重建、形态发细胞的重建、形态发生、分化过程与趋向性等行为的特点与研究生、分化过程与趋向性等行为的特点与研究(ynji)第二十三页，共47页。（4）微生物）微生物“代谢代谢(dixi)工程学工程学”研究研究 什么是代谢工程？什么是代谢工程？是指利用是指利用DNA重组技术重组技术(jsh)优化细胞的酶活，优化细胞的酶活，提提 高细胞活力的方法。高细胞活力的方法。Bailey,J.E.Toward a science of metabolic engineering.Science,1991.252:1668-1675发展(fzhn)：70年代DNA重组90年代形成第二十四页，共47页。代谢工程的手段代谢工程的手段(shudun)：应用重组应用重组DNA技术和分子生物学相关的遗传学手技术和分子生物学相关的遗传学手段进行段进行(jnxng)有精确目标的基因操作，通过有目的有精确目标的基因操作，通过有目的的对细胞代谢进行的对细胞代谢进行(jnxng)修饰，从而达到代谢活性修饰，从而达到代谢活性提高的目的。提高的目的。第二十五页，共47页。代谢工程的目标代谢工程的目标(mbio)：u 提高细胞现存代谢提高细胞现存代谢(dixi)途径中天然产物途径中天然产物的产量的产量u 改造细胞现存代谢改造细胞现存代谢(dixi)途径、使其合成途径、使其合成新产物新产物u 对不同细胞代谢对不同细胞代谢(dixi)途径进行拟合、构途径进行拟合、构建全建全 u 新的代谢新的代谢(dixi)通路，从而产生细胞自通路，从而产生细胞自身不能合身不能合u 成的新产物成的新产物u 优化细胞的生物学特性，如：提高生长速优化细胞的生物学特性，如：提高生长速u 率，某些极端环境的耐受性等率，某些极端环境的耐受性等第二十六页，共47页。（5 5）系统）系统(xtng)(xtng)生物学的发展生物学的发展 对微生物生命现象的遗传与调控研究，目前多处对微生物生命现象的遗传与调控研究，目前多处于单基因研究。于单基因研究。研究表明，许多重要的生理现象都是多基因调控研究表明，许多重要的生理现象都是多基因调控的，因此，多基因共同参与的对微生物生命现象的，因此，多基因共同参与的对微生物生命现象（系统（系统(xtng)与进化、生理与代谢、遗传与发育）与进化、生理与代谢、遗传与发育）的整体调控研究将成为微生物学学科的发展趋势。的整体调控研究将成为微生物学学科的发展趋势。A.多基因(jyn)系统生物学第二十七页，共47页。自然环境中同种或异种微生物之间存在自然环境中同种或异种微生物之间存在复杂的信息传递，微生物对环境也同样具复杂的信息传递，微生物对环境也同样具有复杂的信息应答。有复杂的信息应答。对自然系统条件下的微生物进行综合对自然系统条件下的微生物进行综合(zngh)研究，将成为微生物学生理学系研究，将成为微生物学生理学系统研究的问题之一。统研究的问题之一。B.多物种(wzhng)系统生物学第二十八页，共47页。小结小结(xioji)(xioji)n n微生物生理学是阐述微生物的生命活动规律的一门科学，重点内容包括：微生物细胞的结构(jigu)和功能、微生物的营养与物质运输、微生物的分解代谢、微生物的合成代谢、微生物的代谢调节、微生物的次级代谢及其调节、微生物的生长繁殖与环境、微生物的分化、基因组时代的微生物生理学等。第二十九页，共47页。学习重点学习重点(zhngdin)(zhngdin)章节（教章节（教材）材）n n第一章绪论（1学时）n n第四章异养微生物的生物氧化（6学时）n n第五章自养微生物的生物氧化（3学时）n n第六章微生物的合成(hchng)代谢（8学时）n n第九章微生物的生长繁殖与环境（6学时）n n第十章微生物的分化（8学时）第三十页，共47页。微生物生理学中常用微生物生理学中常用(chnyn)(chnyn)的技术与方法的技术与方法纯培养技术纯培养技术染色技术染色技术显微与显微摄影技术显微与显微摄影技术生化技术生化技术放射性同位素技术放射性同位素技术遗传学方法遗传学方法免疫学技术与其他技术免疫学技术与其他技术第三十一页，共47页。细胞细胞(xbo)破碎破碎技术技术 离心技术离心技术层析技术层析技术电泳技术电泳技术过滤技术过滤技术微量测压技术微量测压技术常常用用生生化化(shn hu)技技术术第三十二页，共47页。第三十三页，共47页。第二章 微生物细胞(xbo)的结构与功能n n原核(yun h)微生物n n真核微生物第三十四页，共47页。原核原核(yun h)(yun h)微生物微生物 n n以细菌为典型代表。以细菌为典型代表。n n基本结构基本结构(jigu)(jigu)包括细胞壁、细胞膜、细胞包括细胞壁、细胞膜、细胞质、质、”核区核区”。n n特殊结构特殊结构(jigu)?(jigu)?包括荚膜、鞭毛包括荚膜、鞭毛(binmo)和芽孢等。和芽孢等。第三十五页，共47页。细菌细胞细菌细胞(xbo)结构结构第三十六页，共47页。鞭毛(binmo)芽孢(y bo)纤毛(xinmo)质粒第三十七页，共47页。细胞膜周质空间周质空间(kngjin)肽聚糖层外膜细胞膜肽聚糖层 革兰氏阳性菌与阴性菌第三十八页，共47页。是细菌细胞在其生命活动过程中在一定营养条件下是细菌细胞在其生命活动过程中在一定营养条件下向细胞表面分泌向细胞表面分泌(fnm)(fnm)的一层胶状透明的粘性物质，的一层胶状透明的粘性物质，位于细胞壁的外侧。位于细胞壁的外侧。荚膜：如果分泌的粘性物质与细胞壁结合紧密，有一定荚膜：如果分泌的粘性物质与细胞壁结合紧密，有一定(ydng)的外形和明显的边缘，则的外形和明显的边缘，则称荚膜。称荚膜。糖被糖被粘液层：若与细胞壁结合较松散，无一定粘液层：若与细胞壁结合较松散，无一定(ydng)的外形的外形和明显的边缘，则称粘液层。和明显的边缘，则称粘液层。第三十九页，共47页。化学组分：化学组分：主要为多糖主要为多糖(du tn)(du tn)或多肽，或多肽，还有一定数量的多肽、糖蛋白、还有一定数量的多肽、糖蛋白、脂蛋白等，因菌种而异。含水量脂蛋白等，因菌种而异。含水量90%90%以上。以上。荚膜荚膜粘液(zhn y)层功能：功能：（1 1）对菌体起保护作用）对菌体起保护作用(zuyng)(zuyng)，防止干燥和被吞噬；，防止干燥和被吞噬；（2 2）形成各种形状的菌胶团；）形成各种形状的菌胶团；（3 3）做为贮存物，在碳源缺）做为贮存物，在碳源缺乏时可利用荚膜物质生存。乏时可利用荚膜物质生存。第四十页，共47页。重要应用举例重要应用举例(j l)黄原胶黄原胶野油菜黄单胞菌胞外荚膜中提取的黄原胶，在国内外应用(yngyng)非常广泛，用量很大。第四十一页，共47页。2.2.用途：用途：（1 1）用于油田开发，作为钻）用于油田开发，作为钻井泥浆，提高采油率。井泥浆，提高采油率。（2 2）用于食品工业，作为食品添加剂（蛋）用于食品工业，作为食品添加剂（蛋糕、面包、果冻等），糕、面包、果冻等），19831983年世界卫生组年世界卫生组织（织（WHOWHO）在罗马开会，批准黄原）在罗马开会，批准黄原(hun(hun yun)yun)胶（胶（Xanthon gum Xanthon gum）在世界范围使）在世界范围使用，每年上万吨（美国）用于食品。用，每年上万吨（美国）用于食品。1 1性质：（性质：（1 1）具有假塑性（流变性），乳化）具有假塑性（流变性），乳化稳定性，颗粒稳定性，颗粒(kl)(kl)悬浮性。（悬浮性。（2 2）耐酸碱，）耐酸碱，耐高温。（耐高温。（3 3）抗盐钙。（）抗盐钙。（4 4）高粘度。）高粘度。第四十二页，共47页。是指一大类具有完整是指一大类具有完整(wnzhng)细胞核、结构细胞核、结构精巧的染色体和多种细胞器的微生物。精巧的染色体和多种细胞器的微生物。真核微生物真核微生物真核微生物包括(boku)哪些？真核微生物的特点(tdin)？第四十三页，共47页。线粒体溶酶体粗面内质网核糖体细胞核核仁(h rn)核膜(h m)粗面内质网微管(wi un)中心体囊泡细胞膜高尔基体细胞质具有细胞壁的真核微生物主要是真菌和藻类细胞壁？细胞壁？第四十四页，共47页。原核细胞和真核细胞的区别原核细胞和真核细胞的区别(qbi)项目项目项目项目真核微生物真核微生物真核微生物真核微生物原核微生物原核微生物原核微生物原核微生物形态形态形态形态大多为多细胞，分枝状菌丝体大多为多细胞，分枝状菌丝体大多为多细胞，分枝状菌丝体大多为多细胞，分枝状菌丝体单细胞不分枝（放线菌除外）单细胞不分枝（放线菌除外）单细胞不分枝（放线菌除外）单细胞不分枝（放线菌除外）大小大小大小大小2m2m100m100m2m2m细胞壁细胞壁细胞壁细胞壁几丁质、几丁质、几丁质、几丁质、葡聚糖、葡聚糖、葡聚糖、葡聚糖、甘露聚糖甘露聚糖甘露聚糖甘露聚糖肽聚糖肽聚糖肽聚糖肽聚糖细胞质细胞质细胞质细胞质有线粒体、有线粒体、有线粒体、有线粒体、内质网、内质网、内质网、内质网、液泡等，液泡等，液泡等，液泡等，核糖体形核糖体形核糖体形核糖体形80S80S无线粒体无线粒体无线粒体无线粒体 、内质网等、内质网等、内质网等、内质网等核糖体核糖体核糖体核糖体70S70S细胞核细胞核细胞核细胞核真核真核真核真核原核原核原核原核第四十五页，共47页。第第3 3章预习章预习(yx)(yx)1、无氧呼吸与发酵作用是一回事吗？有什么异同点？2、无氧呼吸和发酵的电子受体分别(fnbi)是什么？3、四种糖代谢途径的特征酶和特征产物是什么？第四十六页，共47页。内容(nirng)总结微生物生理学。1.微生物生理学的发展史、主要内涵及常见的研究方法。2沈萍微生物学北京：高等教育出版社，2006年。公元前数千年至现在，人类利用微生物酿造各种食品等过程中逐步累积了关于微生物生理学的应用经验。继续发现与研究新的细胞结构与功 能。70年代(nindi)DNA重组90年代(nindi)形成。对微生物生命现象的遗传与调控研究，目前多处于单基因研究。免疫学技术与其他技术。重要应用举例黄原胶。2m100m第四十七页，共47页。