微生物生理學-第一章緒論一、課程簡介二、微生物生理學的發(fā)展歷程三、微生物生理學技術方法課程簡介

課程性質和地位微生物生理學是研究微生物生理活動及規(guī)律的科學，是微生物學的重要分支科學。微生物生理學重點研究微生物細胞的分子結構和代謝途徑。微生物生理學是我校食品與生物技術學院生物工程專業(yè)本科生的必修課。教學以講授為主。先修課程主要為微生物學和生物化學。

課程教學的基本要求

1.微生物生理學的發(fā)展史、主要內涵及常見的研究方法2.微生物分解代謝，包括微生物對大分子有機物的分解，以及其中的產能代謝機制。3.微生物合成代謝，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點。4.微生物生長動力學。平時成績：40分

教學安排期末成績分配考試卷面成績：60分（閉卷）課堂提問課后習題考勤參考資料[1]李季倫主編．微生物生理學．北京：中國農業(yè)出版社，1994年．[2]沈萍．微生物學．北京：高等教育出版社，2006年．[3]朱玉賢主編．現(xiàn)代分子生物學．北京：高等教育出版社，2007年．[4]歷朝龍主編．生物化學與分子生物學實驗技術．杭州：浙江大學出版社，2003年．中國知網(wǎng)萬方數(shù)據(jù)Google圖書什么是微生物生理學？

微生物生理學是一門研究微生物生理活動特點及其規(guī)律的學科，是微生物學的一個重要分支學科。微生物生理學學科的形成及發(fā)展實踐應用理論發(fā)展未來的發(fā)展方向?理論成熟應用開發(fā)

公元前數(shù)千年至現(xiàn)在，人類利用微生物釀造各種食品等過程中逐步累積了關于微生物生理學的應用經(jīng)驗。喜酸喜溫米酒酸大米、明礬水、較高溫度紅曲菌實踐應用階段在發(fā)展成一門獨立學科之前，微生物生理活動已得到實踐應用，但由于當時科學水平有限，這些知識只是經(jīng)驗性的，沒有上升到理論認識階段醬菜醬油泡菜微生物生理學的理論發(fā)展階段1.微生物種類與發(fā)酵產物的關系2.菌株分離方法的建立（2）1860年，巴斯德發(fā)表關于酒精發(fā)酵的文章路易斯·巴斯德證明發(fā)酵過程的本質是由微生物引起的化學過程，同時發(fā)現(xiàn)，含糖培養(yǎng)基中一種微生物可以引起乳酸發(fā)酵，另一種微生物可引起酒精發(fā)酵。（1）1857年，巴斯德發(fā)表《關于乳酸發(fā)酵的記錄》（3）1861年，巴斯德對丁醇發(fā)酵進行研究（4）1861年末，巴斯德首次涉及兼性厭氧微生物微生物生理學的理論發(fā)展階段2.菌株分離方法的建立1.微生物種類與發(fā)酵產物的關系1881年創(chuàng)立了固體培養(yǎng)基劃線分離純種法；應用這種方法,主要的傳染病病原菌被相繼發(fā)現(xiàn)。發(fā)現(xiàn)了純種結核桿菌。1890年，發(fā)現(xiàn)了結核菌素，提出用結核菌素(卡介苗的前身)治療結核病（微生物生理學的醫(yī)用價值）。羅伯特科赫微生物生理學的成熟時期1858年，特勞貝（Traube）發(fā)現(xiàn)與糖發(fā)酵有關的可能是酵母菌細胞內特定的蛋白質。1900年，紐伯格發(fā)現(xiàn)葡萄糖發(fā)酵成乙醇是由許多小步驟完成的，每步都有一個酶。（1）代謝途徑中酶的重要性及特點1930年，卡斯特龍發(fā)現(xiàn)組成酶和適應酶40年代后期，波洛克和莫諾發(fā)現(xiàn)適應酶機制1904-1905，哈登（A.Harden）發(fā)現(xiàn)大腸桿菌等在好氧和厭氧條件下的葡萄糖代謝產物有所不同，表明細菌具有適應性。（2）代謝途徑中酶的可調控性研究亞歷山大·弗萊明1929年，亞歷山大·弗萊明發(fā)現(xiàn)了青霉素。葡萄球菌青霉菌青霉素工業(yè)開發(fā)獲得成功，帶動了一批微生物初級和次級代謝物產品的開發(fā)，如氨基酸、維生素、核苷酸、酶等。微生物生理學發(fā)展應用的重要開拓者目前從事微生物生理生化、微生物代謝與調控、微生物遺傳及育種研究的人員較多，為我國經(jīng)濟建設和學科發(fā)展做出了重要貢獻。我國目前發(fā)展情況微生物生理學未來的發(fā)展方向（5）（1）生物化學方面

主要集中在初級代謝的調節(jié)、次級代謝產物合成途徑與次級代謝的調節(jié)；集中研究一些特殊類型生物的生理活動。（2）生物大分子結構和功能的研究

繼續(xù)發(fā)現(xiàn)與研究新的細胞結構與功能；研究膜結構與功能（抗生素的開發(fā)）；研究極端環(huán)境條件下微生物抗性與敏感性的機理及其調節(jié)；

生物大分子組建成一個完整的有生物活性的細胞結構(探究生命的起源)；研究微生物形態(tài)發(fā)生與分化的分子機理（如酵母菌的形態(tài)變化）；研究微生物的趨向性（趨化性、趨光性、趨磁性等）；生物傳感器的開發(fā)（3）從分子水平上研究細胞的重建、形態(tài)發(fā)生、分化過程與趨向性等行為的特點與研究（4）微生物“代謝工程學”研究

什么是代謝工程？是指利用DNA重組技術優(yōu)化細胞的酶活，提高細胞活力的方法。Bailey,J.E.Towardascienceofmetabolicengineering.Science,1991.252:1668-1675發(fā)展：70年代DNA重組→90年代形成代謝工程的手段：

應用重組DNA技術和分子生物學相關的遺傳學手段進行有精確目標的基因操作，通過有目的的對細胞代謝進行修飾，從而達到代謝活性提高的目的。代謝工程的目標：

提高細胞現(xiàn)存代謝途徑中天然產物的產量改造細胞現(xiàn)存代謝途徑、使其合成新產物對不同細胞代謝途徑進行擬合、構建全新的代謝通路，從而產生細胞自身不能合成的新產物優(yōu)化細胞的生物學特性，如：提高生長速率，某些極端環(huán)境的耐受性等（5）系統(tǒng)生物學的發(fā)展

對微生物生命現(xiàn)象的遺傳與調控研究，目前多處于單基因研究。研究表明，許多重要的生理現(xiàn)象都是多基因調控的，因此，多基因共同參與的對微生物生命現(xiàn)象（系統(tǒng)與進化、生理與代謝、遺傳與發(fā)育）的整體調控研究將成為微生物學學科的發(fā)展趨勢。A.多基因系統(tǒng)生物學

自然環(huán)境中同種或異種微生物之間存在復雜的信息傳遞，微生物對環(huán)境也同樣具有復雜的信息應答。對自然系統(tǒng)條件下的微生物進行綜合研究，將成為微生物學生理學系統(tǒng)研究的問題之一。B.多物種系統(tǒng)生物學小結微生物生理學是闡述微生物的生命活動規(guī)律的一門科學，重點內容包括：微生物細胞的結構和功能、微生物的營養(yǎng)與物質運輸、微生物的分解代謝、微生物的合成代謝、微生物的代謝調節(jié)、微生物的次級代謝及其調節(jié)、微生物的生長繁殖與環(huán)境、微生物的分化、基因組時代的微生物生理學等。學習重點章節(jié)（教材）第一章緒論（1學時）第四章異養(yǎng)微生物的生物氧化（6學時）第五章自養(yǎng)微生物的生物氧化（3學時）第六章微生物的合成代謝（8學時）第九章微生物的生長繁殖與環(huán)境（6學時）第十章微生物的分化（8學時）微生物生理學中常用的技術與方法純培養(yǎng)技術染色技術顯微與顯微攝影技術生化技術放射性同位素技術遺傳學方法免疫學技術與其他技術細胞破碎技術離心技術層析技術電泳技術過濾技術微量測壓技術常用生化技術第二章微生物細胞的結構與功能原核微生物真核微生物原核微生物以細菌為典型代表。基本結構包括細胞壁、細胞膜、細胞質、”核區(qū)”。特殊結構??包括莢膜、鞭毛和芽孢等。細菌細胞結構鞭毛芽孢纖毛質粒細胞膜周質空間肽聚糖層外膜細胞膜肽聚糖層革蘭氏陽性菌與陰性菌

是細菌細胞在其生命活動過程中在一定營養(yǎng)條件下向細胞表面分泌的一層膠狀透明的粘性物質，位于細胞壁的外側。▲莢膜：如果分泌的粘性物質與細胞壁結合緊密，有一定的外形和明顯的邊緣，則稱莢膜。糖被▲粘液層：若與細胞壁結合較松散，無一定的外形和明顯的邊緣，則稱粘液層。化學組分：主要為多糖或多肽，還有一定數(shù)量的多肽、糖蛋白、脂蛋白等，因菌種而異。含水量90%以上。莢膜粘液層功能：（1）對菌體起保護作用，防止干燥和被吞噬；（2）形成各種形狀的菌膠團；（3）做為貯存物，在碳源缺乏時可利用莢膜物質生存。重要應用舉例——黃原膠野油菜黃單胞菌胞外莢膜中提取的黃原膠，在國內外應用非常廣泛，用量很大。2.用途：（1）用于油田開發(fā)，作為鉆井泥漿，提高采油率。（2）用于食品工業(yè)，作為食品添加劑（蛋糕、面包、果凍等），1983年世界衛(wèi)生組織（WHO）在羅馬開會，批準黃原膠（Xanthon

gum

）在世界范圍使用，每年上萬噸（美國）用于食品。1．性質：（1）具有假塑性（流變性），乳化穩(wěn)定性，顆粒懸浮性。（2）耐酸堿，耐高溫。（3）抗鹽鈣。（4）高粘度。

是指一大類具有完整細胞核、結構精巧的染色體和多種細胞器的微生物。真核微生物真核微生物包括哪些？真核微生物的特點？線粒體溶酶體粗面內質網(wǎng)核糖體細胞核核仁核膜粗面內質網(wǎng)