微生物概覽課程目標了解微生物定義分類掌握各類微生物基本特征掌握基本結構功能理解微觀世界的精妙構造理解生態重要性什么是微生物？基本定義肉眼無法看見的微小生物主要類型細菌、真菌、病毒、原生動物分布廣泛存在于水、土、空氣、生物體內微生物的發現歷史17世紀列文虎克發明顯微鏡，首次觀察到微生物19世紀巴斯德駁斥自然發生說19世紀末科赫建立病原菌學說微生物的分類非細胞生物病毒原核生物細菌和古菌真核生物真菌、原生動物細菌單細胞原核生物個體微小，通常1-10微米無細胞核DNA直接散布在核區中肽聚糖細胞壁提供結構支持和保護細菌的形態球菌球形細菌，如葡萄球菌桿菌桿狀細菌，如大腸桿菌螺旋菌螺旋狀細菌，如螺旋體細菌的結構（一）細胞壁提供機械保護和形態維持細胞膜控制物質進出的選擇屏障細胞質包含酶和營養物質的膠狀物細菌的結構（二）核區含DNA的區域，無核膜包圍核糖體蛋白質合成工廠，70S型包涵體儲存營養的細胞內顆粒細菌的特殊結構鞭毛運動器官，螺旋狀蛋白質絲菌毛附著結構，輔助結合和交換遺傳物質莢膜保護層，增強致病性和抵抗吞噬革蘭氏染色革蘭氏陽性菌染色后呈紫色厚肽聚糖層，無外膜革蘭氏陰性菌染色后呈紅色薄肽聚糖層，有外膜染色原理基于細胞壁結構差異臨床鑒定和抗生素選擇的重要依據細菌的繁殖二分裂DNA復制，細胞等分為兩個子細胞芽殖母細胞表面形成芽，發育為子細胞孢子形成特殊環境下產生耐受性孢子細菌的新陳代謝自養型利用無機物合成有機物異養型依賴有機物獲取能量兼性營養型能根據環境調整代謝方式細菌的遺傳與變異基因突變DNA序列隨機改變基因重組通過轉導、接合或轉化獲取外源DNA質粒額外環狀DNA，攜帶特殊性狀如抗藥性古菌特征類細菌的形態但有獨特生化特性棲息地通常為極端環境類型甲烷古菌、嗜熱古菌、嗜鹽古菌細胞壁無肽聚糖脂質側鏈以醚鍵連接真菌真核生物具有核膜包圍的細胞核多樣形態包括酵母菌和絲狀真菌異養營養分解有機物獲取營養酵母菌基本特征單細胞真菌，球形或橢圓形常見種類釀酒酵母白色念珠菌裂殖酵母應用領域酒類制作面包發酵醫學研究絲狀真菌基本特征多細胞真菌，由菌絲組成菌絲類型營養菌絲生殖菌絲常見種類青霉菌黑曲霉蘑菇真菌的繁殖有性繁殖兩個配子融合產生子實體無性繁殖產生無性孢子孢子傳播通過風、水或動物傳播病毒非細胞生物無細胞結構，僅有核酸與蛋白質基本結構核酸（DNA或RNA）+蛋白質外殼寄生特性必須在活細胞內復制病毒的分類DNA病毒遺傳物質為DNA，如皰疹病毒1RNA病毒遺傳物質為RNA，如流感病毒逆轉錄病毒RNA逆轉錄為DNA，如HIV病毒的結構核心核酸（DNA或RNA），攜帶遺傳信息衣殼蛋白質外殼，保護核心包膜部分病毒具有的脂質雙層外膜病毒的復制周期吸附與宿主細胞表面特異性結合穿透注入核酸或整個病毒進入脫殼釋放核酸合成利用宿主機制復制核酸和合成蛋白組裝釋放新病毒顆粒成熟并釋放重要的病毒性疾病流感由正黏病毒科病毒引起的急性呼吸道感染艾滋病HIV攻擊免疫系統導致的免疫缺陷新冠肺炎SARS-CoV-2引起的呼吸系統疾病原生動物單細胞真核生物，包括鞭毛蟲、阿米巴、孢子蟲、纖毛蟲等多樣類型原生動物的特征運動方式鞭毛、偽足、纖毛等多種運動方式營養方式自養、異養或兼性營養繁殖方式二分裂、多分裂、接合等微生物的生態學廣泛分布從極地到熱帶，從海底到高空環境相互作用參與物質循環，維持生態平衡群落結構形成復雜微生物網絡土壤微生物主要類型細菌、放線菌、真菌、原生動物養分循環參與碳、氮、磷等元素循環肥力影響促進有機質分解，提供植物營養水體微生物淡水微生物湖泊、河流中的微生物群落藻類水生細菌原生動物海洋微生物占海洋生物量大部分浮游細菌古菌病毒凈化作用分解有機污染物參與自然水體凈化應用于污水處理空氣微生物主要類型細菌、真菌孢子、花粉、病毒傳播途徑氣溶膠、飛沫、塵粒附著健康影響引起呼吸道感染、過敏極端環境中的微生物嗜熱菌生活在高溫環境，最高可耐受121°C嗜冷菌適應低溫環境，可在0°C下生長嗜鹽菌適應高鹽環境，如鹽湖、鹽田微生物與其他生物的關系共生相互依存，雙方受益寄生一方獲益，一方受損競爭爭奪資源，相互抑制微生物與植物的相互作用根瘤菌與豆科植物共生固定大氣氮為植物提供氮源菌根真菌與植物根系形成共生體幫助植物吸收水分和礦物質病原微生物引起植物疾病如細菌性枯萎、真菌性銹病微生物與動物的相互作用正常菌群定植于皮膚、腸道等部位的共生微生物益生菌有益菌種，如乳酸菌、雙歧桿菌病原微生物引起動物疾病的微生物人體微生物組腸道皮膚口腔呼吸道泌尿生殖道人體微生物組是生活在人體各部位的微生物群落總和，在維持健康中發揮重要作用微生物的代謝多樣性光合作用利用光能將CO?轉化為有機物化能自養氧化無機物獲取能量發酵無氧條件下部分氧化有機物呼吸有氧條件下完全氧化獲取能量微生物的能量代謝糖酵解葡萄糖分解為丙酮酸三羧酸循環丙酮酸完全氧化生成CO?電子傳遞鏈梯級傳遞電子產生質子梯度氧化磷酸化利用質子梯度合成ATP微生物的生物合成1核酸合成DNA和RNA的生物合成蛋白質合成氨基酸通過翻譯合成蛋白質脂質和多糖細胞膜和細胞壁組分的合成微生物的次級代謝抗生素抑制或殺死其他微生物的物質色素如類胡蘿卜素、黑色素、花青素毒素如肉毒桿菌毒素、霉菌毒素微生物的基因組學1基因組結構DNA序列組成和排列基因表達調控控制基因開啟和關閉的機制比較基因組學分析不同物種間基因組異同微生物的遺傳工程基因克隆分離特定基因并插入載體基因表達在宿主中表達外源基因基因編輯使用CRISPR-Cas9等技術精確修改基因微生物在發酵工業中的應用酒類發酵利用酵母發酵糖產生酒精奶制品發酵乳酸菌發酵牛奶生產酸奶、奶酪調味品發酵利用霉菌和細菌發酵大豆制作醬油微生物在醫藥領域的應用60%抗生素生產全球藥物市場占比3B疫苗產業年產值（美元）500+生物制品已獲批產品數量微生物在環境保護中的應用生物降解分解有機污染物生物修復恢復污染環境廢水處理活性污泥法凈化水質微生物在農業中的應用生物肥料根瘤菌、固氮菌等提供植物營養生物農藥蘇云金芽胞桿菌等防治害蟲飼料添加劑益生菌改善牲畜消化和健康微生物與新能源生物燃料微生物發酵生產乙醇和柴油微生物燃料電池利用微生物代謝產生電能生物制氫光合細菌和厭氧菌產生氫氣微生物的檢測與鑒定方法1形態觀察顯微鏡直接觀察形態特征培養與生化特定培養基生長和生化反應3分子鑒定PCR、測序等DNA分析技術微生物的分離與純化平板劃線法在固體培養基上連續劃線稀釋傾注平板法將稀釋后的樣品與液態培養基混合后傾注稀釋涂布法將稀釋后的樣品涂布在固體培養基表面微生物的培養基不同培養基類型：普通培養基、選擇培養基、鑒別培養基和富集培養基各有特定功能微生物的生長曲線時間(小時)菌數(對數)典型微生物生長曲線包括：延滯期、對數期、穩定期和衰亡期影響微生物生長的因素營養碳源、氮源、維生素等溫度最適溫度、最高溫度、最低溫度pH值酸堿度對酶活性影響氧氣好氧、厭氧、兼性厭氧微生物的控制方法物理方法高溫滅菌輻射滅菌過濾除菌化學方法酒精消毒氯制劑醛類消毒劑生物方法抗生素噬菌體拮抗微生物病原微生物與感染感染源攜帶病原體的人、動物或環境傳播途徑接觸、飛沫、空氣、媒介傳播易感人群缺乏免疫力的個體預防措施隔離、消毒、免疫接種微生物與免疫先天性免疫非特異性防御，如皮膚屏障、吞噬細胞獲得性免疫特異性防御，B細胞和T細胞介導疫苗