微生物生物學BiologyofMicroorganisms課程編號：課程名稱：微生物生物學(BiologyofMicroorganisms)課程總學時：88其中講課學時：52實驗學時：36開課學期：春季面向專業：生物學、生物技術內容簡介本課程為生物學院各系必修的一門專業基礎課。重點介紹微生物的形態、生理、生態和分類的基本知識和理論。在課堂講授中，要求學生掌握細菌、古菌、真核微生物、病毒等的形態，生理和生態特點，認識微生物在生命科學和自然界中的重要貢獻以及在物質轉化中的特殊作用。通過實驗課教學，使學生學習并掌握微生物學實驗的基本操作技術。課堂講授部分第一章緒論（2學時）第一節微生物在生物界中的地位一、微生物的定義和特點二、微生物在生物界中的地位第二節微生物學的發展簡史一、古代對微生物的利用二、微生物學的初創時期三、微生物學的奠基時期四、微生物學的發展時期五、現代微生物學的發展第三節微生物的應用[主要內容]：本章重點介紹微生物的定義及其在生物界中的地位。并簡要介紹微生物學各時期的發展情況和應用范圍。[教學要求]：使學生了解微生物的特點和微生物學發展的歷史及其在生產和生活中的重要作用。[授課時數]：2學時第二章原核生物細胞的結構與功能（8學時）本章重點講授原核微生物的形態及細胞結構特點。要求學生掌握常見的原核微生物的類型及其細胞結構特點。第一節原核細胞的模式結構一、細胞壁二、細胞質膜三、內膜結構間體，類囊體，載色體，羧酶體，氣泡四、原核五、質粒六、細胞質及其內含物核糖體、糖原和淀粉、聚β-羥基丁酸，異染粒，硫滴和硫粒，磁粒七、細菌細胞的特殊結構（莢膜，鞭毛，菌毛，散毛、芽胞、胞囊）第二節細菌的形態和繁殖一、細菌的形態、排列和大小二、細菌的繁殖和群體形態第三節放線菌一、放線菌的個體形態二、放線菌的繁殖和群體形態第四節藍細菌一、藍細菌的形態和結構二、藍細菌的繁殖第五節其他原核微生物一、螺旋體二、粘細菌三、鞘細菌四、立克次氏體五、枝原體六、衣原體七、蛭弧菌[主要內容]：本章重點講授原核微生物的形態及細胞結構特點。要求學生掌握常見的原核微生物的類型及其細胞結構特點。[教學要求]：掌握常見的原核微生物的類型及其細胞結構、繁殖特點。[授課時數]：8學時第三章古菌（2學時）本章介紹古菌的形態結構、類型和生理特征。第一節古菌的形態和結構特征一、古菌與其他生物的區別二、古菌的細胞壁三、古菌的細胞膜第二節古菌的類型一、極端嗜鹽菌二、甲烷產生菌三、極端嗜熱菌四、嗜熱枝原體[主要內容]：本章重點介紹古菌的來源、分類特征，結合具體實例，介紹幾種古菌的形態和生物學特點。[教學要求]：通過集中特殊古菌的形態特點介紹，掌握古菌的分類地位、生物學特點及其應用價值。[授課時數]：2學時第四章真核微生物（5學時）本章重點介紹真核微生物（真菌和粘菌）的細胞結構特點和無性、有性繁殖方式。第一節真菌一、真菌的細胞結構細胞壁，細胞質膜和內質網膜，細胞核，細胞器，貯存物質，鞭毛二、菌絲體和菌絲結構菌絲體，產孢體，假根，吸胞，菌絲束，菌索，菌核，菌絲陷井三、無性繁殖游動孢子，孢囊孢子，分生孢子，芽孢子，厚垣孢子四、有性繁殖合子，卵孢子，接合孢子，子囊孢子，擔孢子五、真菌菌落六、真菌生活周期第二節粘菌一、粘菌的形態原質團、變形蟲群合體（假原質團），子實體二、粘菌的生活周期三、粘菌的培養[主要內容]：本章重點介紹真核微生物（真菌、粘菌）的形態、生活周期。[教學要求]：掌握真菌基本形態結構、無性和有性生殖特征[授課時數]：5學時第五章病毒（5學時）本章重點講述各類病毒的形態結構、化學組成和侵染特性等，并以噬菌體為例，介紹病毒的吸附、侵染、復制和釋放的全過程。第一節病毒的形態結構一、病毒的形態和大小二、病毒的基本結構病毒的核殼和包膜，病毒的核酸，核殼的構型，結構復雜的病毒三、病毒的包含體第二節病毒的分類一、病毒分類系統的依據二、目前病毒的分類系統第三節噬菌體一、噬菌體的形態和結構二、噬菌體的生活周期1．烈性噬菌體的生活周期吸附，侵入，復制，裝配，釋放2．溶原性3．一步生長曲線三、細菌噬菌體第四節動物病毒一、動物病毒的生活周期二、愛滋病毒第五節植物病毒一、植物病毒的侵入二、植物病毒的復制三、病毒的裝配與釋放第六節亞病毒和其他小分子RNA病毒一、朊病毒二、衛星病毒三、衛星RNA四、缺陷干擾顆粒[主要內容]：介紹病毒的來源、結構特征及其復制特點[教學要求]：使學生掌握各類病毒的結構特點[授課時數]：5學時第六章微生物的營養（4學時）本章重點介紹微生物細胞的化學組成，以及它們主動攝取和利用營養物質的幾種方式，并使學生了解培養基的種類及其配制原則。第一節微生物細胞的化學組成和營養要求一、微生物細胞的元素組成二、構成微生物細胞的有機化合物三、微生物營養物質的來源及其功能第二節培養基一、培養基的設計和選用二、培養基的種類第三節微生物的營養類型一、光能無機營養型產氧光合作用，不產氧光合作用二、光能有機營養型三、化能無機營養型硝化細菌、硫化細菌、鐵細菌、氫細菌四、化能有機營養型常見的細菌和真菌第四節微生物吸收營養物質的機制一、被動擴散二、促進擴散三、主動運輸四、基團轉移[主要內容]：本章重點介紹微生物的營養要求、營養類型、吸收營養的機制和營養基質的調配[教學要求]：使學生了解微生物的營養類型和吸收營養的幾種途徑。[授課時數]：3學時第七章微生物的代謝（4學時）微生物的代謝作用包括其生命活動的全部生化反應。本章重點介紹分解代謝與合成代謝的基本特點，以及微生物在建造細胞本身及物質轉化過程中能量的產生和利用。第一節微生物的能量一、ATP的生成底物水平磷酸化，呼吸鏈，光合磷酸化（簡要提示）二、微生物的氧化方式（以不同的微生物為例，說明以下問題）有氧呼吸，發酵作用，厭氧呼吸三、能量的利用第二節微生物的分解代謝一、己糖的分解（以下途徑不作詳細介紹，采用比較方式說明各自的特點）1．糖酵解（EMP途徑）和三羧酸循環（TCA）2．己糖單磷酸途徑（HMP）3．ED途徑二、丙酮酸代謝1．酒精發酵2．乳酸發酵3．丁酸發酵三、多糖的分解（簡要說明）淀粉，纖維素，幾丁質，果膠質四、蛋白質的分解（簡要說明）五、氨基酸的分解（只介紹在微生物中存在的特殊的氨基酸分解方式）第三節微生物的合成作用一、蛋白質的合成生物固氮（重點），氨基酸合成，蛋白質合成二、核酸的合成（簡要）三、微生物細胞壁的合成四、次級代謝及其產物第四節合成代謝與分解代謝的相互關系[主要內容]：本章重點介紹相關概念，微生物的能量來源、分解代謝與合成代謝的關系，生物固氮機理，微生物的次生代謝產物。[教學要求]：使學生了解微生物生活能量的取得和代謝特點[授課時數]：4學時第八章微生物遺傳（4學時）第一節遺傳變異的物質基礎一、證明遺傳物質基礎的經典實驗1.揭示轉化因子2.T2噬菌體的感染實驗3.TMV重建實驗二、微生物的基因組結構1、大腸桿菌基因組2、啤酒酵母的基因組3、詹氏甲烷球菌的基因三、質粒和轉座因子1、質粒（1）質粒的類型(按功能劃分)（2）質粒的特性2.可移動的遺傳因子—轉座因子（1）轉座因子的類型及特點（2）轉座的遺傳學效應第二節原核微生物的基因重組一、轉化1、自然轉化2、人工轉化（1）熱激（2）電穿孔法（3）基因槍法二、轉導1、普遍性轉導2、專性轉導3、接合第三節真核微生物的遺傳特點一、有性生殖同宗配合異宗配合（1）一對等位基因的異宗配合（2）多個等位基因的異宗配合二、準性生殖1異核現象及異核體2準性生殖的過程三、核外遺傳因子1，線粒體DNA改變導致的真菌基因型改變：2，酵母菌的2mm質粒第四節微生物的誘變育種一、基因突變1、基因突變的類型2、突變的特點二、育種方法選擇（一）常規誘變育種（二）遺傳工程手段[主要內容]：本章重點介紹微生物遺傳特點[教學要求]：原核和真核微生物基因重組途徑及其特點[授課時數]：4學時第九章微生物的生長與環境條件（5學時）本章重點講述微生物的生長特點以及環境條件對微生物生長的影響。第一節微生物的生長和測定方法一、生長的定義和測定方法二、細胞生長周期三、細菌的群體生長四、二次生長，同步生長和連續培養五、細菌在固體平板上的生長六、真菌的生長第二節微生物的形態形成一、細菌芽孢的形成二、真菌的形態形成1．孢子形成2．性激素3．微生物的二型現象三、粘菌的形態形成第三節環境條件對微生物生長的影響一、溫度二、水的活度和滲透壓三、酸堿度四、O2和Eh值五、輻射可見光，紫外線，電離輻射六、超聲波七、化學殺菌劑和抑菌劑有機和無機化學藥劑，染色劑，表面活性劑，化學治療劑[主要內容]：本章重點講述微生物的生長特點以及環境條件對微生物生長的影響[教學要求]：使學生了解限制微生物生長的物理、化學因素[授課時數]：5學時第十章微生物在自然界的分布與作用（3學時）本章主要說明微生物在自然界的分布特點，以及各類微生物在自然界碳素、氮素、硫素、磷素和鐵素循環中的作用第一節微生物在自然界的分布（本節以學生主講，教師總結的方式進行）一、土壤中的微生物二、水體中的微生物三、空氣中的微生物四、食品中的微生物五、極端環境中的微生物第二節微生物在自然物質循環中的作用一、碳素循環二、氮素循環三、硫素循環四、磷素循環五、鐵素循環[主要內容]：本章重點介紹微生物在自然界物質循環中的作用。[教學要求]：微生物在自然界的存在形式、特點。本章采用學生自學、組織課堂討論的方式進行[授課時數]：3學時第十一章微生物與其他生物的關系（3學時）微生物在自然界無處不在，與其他生物有著密切聯系。本章重點介紹微生物之間和微生物與植物、動物的相互關系。第一節微生物的相互關系一、中性關系二、偏利關系三、協同關系四、互惠關系五、競爭關系六、拮抗作用七、寄生作用第二節微生物與高等植物間的相互關系一、植物根際與根際微生物二、微生物與高等植物間的共生關系1．菌根2．根瘤菌與豆科植物共生固氮3．弗蘭克氏放線菌與非豆科植物的共生固氮三、植物莖、葉和果實上的微生物四、微生物引起的植物病害第三節微生物與人和動物間的相互關系一、互生關系二、捕食關系三、共生關系1．瘤胃微生物與反芻動物的共生關系2．微生物與昆蟲間的共生關系3．微生物與海洋生物共生發光四、寄生關系的病原微生物[主要內容]：本章重點介紹微生物與植物、動物的關系。[教學要求]：微生物之間、微生物與動物、植物之間的關系[授課時數]：3學時第十二章微生物的侵染與免疫（3學時）本章重點介紹微生物侵入寄主的途徑及對寄主防御功能的抵抗。使學生掌握非特異性免疫和特異性免疫的區別，以及抗原和抗體的基本原理與作用特點。第一節侵染一、微生物侵入寄主的過程1．侵入寄主的途徑2．粘附和在體內的擴散二、對寄主防御功能的抵抗1．抗吞噬作用2．對寄主細胞的破壞作用第二節免疫一、非特異性免疫1．肌體的屏障結構2．吞噬細胞3．正常體液和細胞免疫的作用二、特異性免疫1．免疫應答的基本過程2．體液和細胞免疫作用第三節抗原和抗體一、抗原1．抗原的條件2．微生物的抗原性二、抗體1．抗體的結構和種類2．抗體的生物學特征3．抗體生成的遺傳控制第四節血清學反應一、血清學反應的一般規律二、凝集反應三、沉淀反應[主要內容]：本章重點介紹病原微生物的侵染和免疫特點[教學要求]：微生物侵入寄主的途徑及對寄主防御功能的抵抗。使學生掌握非特異性免疫和特異性免疫的區別，以及抗原和抗體的基本原理與作用特點。[授課時數]：3學時第十二章微生物的分類（4學時）微生物的分類是研究微生物的基礎。本章重點介紹：（1）微生物的分類單元；（2）各種常用的分類方法，包括傳統的分類方法、化學分類方法和現代分子生物學技術在微生物分類中的應用；（3）常見的細菌和真菌類群。第一節分類單元的多層次性一、微生物的多層次分類單元二、種的概念1．種2．亞種3．亞種以下等級4．菌株三、雙名法和命名法則第二節細菌分類方法一、傳統分類法1．個體形態和培養特征2．生理生化特征3．生態因子4．對噬菌體和藥物的敏感性5．血清學二、化學分類法1．細胞壁組成2．類脂組成3．類異戊二烯苯醌三、數值分類法四、遺傳學分類法1．染色體和染色體外的基因交換2．DNA堿基組成3．DNA雜交4．16srRNA基因的核苷酸序列分析第二節細菌分類系統和常見的細菌類群一、細菌分類系統二、常見細菌類群的代表1．能運動的螺旋狀和弧狀的革蘭氏陰性細菌（螺菌屬，固氮螺菌屬）2．無芽孢的革蘭氏陰性細菌（大腸埃希氏菌，假單胞菌，固氮菌，根瘤菌）3．革蘭氏陽性球菌（微球菌屬，葡萄球菌屬，鏈球菌屬）4．形成芽孢的革蘭氏陽性桿菌（芽胞桿菌屬，梭菌屬）5．無芽孢的革蘭氏陽性菌（乳酸桿菌）第三節真菌分類一、真菌分類系統二、常見真菌類群的代表1．壺菌門（腐霉屬）2．接合菌門（毛霉屬，根霉屬）3．子囊菌門（酵母菌，脈孢菌屬）4．擔子菌門（蘑菇，黑粉菌）[主要內容]：微生物命名的原則，重點介紹原核與真核微生物的分類方法（舉例），各類為生物形態特征將于后續課程介紹。[教學要求]：使學生了解微生物分類意義、特點及現代常用分類方法。[授課時數]：5學時實驗、實習部分（共36學時）實驗一、環境中微生物的檢測，細菌的簡單染色和革蘭氏染色（3學時）實驗二、細菌的芽胞染色和莢膜染色（3學時）實驗三、細菌的鞭毛染色及其運動性觀察（3學時）實驗四、放線菌的形態觀察（2學時）實驗五、毛霉與根霉的形態觀察（2學時）實驗六、酵母菌的形態及細胞結構的觀察（2學時）實驗七、青霉、曲霉和鐮刀菌的形態觀察（2學時）實驗八、幾種常用培養基的配制，高壓蒸氣滅菌和干熱滅菌（3學時）實驗九、噬菌體效價的測定（3學時）實驗十、微生物對大分子化合物（多糖、蛋白質和脂肪）的水解（2學時）實驗十一、微生物對糖的利用（2學時）實驗十二、溫度和pH對微生物生長的影響（3學時）實驗十三、顯微鏡下測量微生物細胞的大小