微生物基本知識目錄微生物學概述定義、分類、歷史與重要性常見微生物種類細菌、真菌、病毒的特征與應用實驗技術與應用第一部分：微生物學概述微生物定義肉眼不可見的微小生物分類系統按照結構與功能特點分組發展歷史從顯微鏡發明到現代技術重要性在生態、醫學、工業中的角色微生物的定義概念界定肉眼不可見、需借助顯微鏡觀察的微小生物基本特征個體微小、結構簡單、代謝旺盛、繁殖迅速尺寸范圍通常在0.1-100微米之間，遠小于人類細胞微生物的分類細菌原核生物，無細胞核真菌真核生物，有細胞壁病毒非細胞結構，寄生性微藻光合自養，水生微生物原生動物單細胞真核生物微生物學的發展歷史11665年羅伯特·胡克首次觀察到細胞21676年列文虎克發現"小動物"（微生物）31860年代巴斯德否定自發生成說41880年代科赫建立病原微生物學5現代分子生物學技術革命微生物學的重要性醫學領域疾病診斷、疫苗開發、抗生素生產工業應用發酵食品、藥物生產、生物燃料環境保護污染物降解、廢水處理、土壤修復科學研究基因工程、生物技術、生命科學第二部分：細菌1廣泛分布無處不在的生命形式2結構簡單原核細胞結構3種類多樣形態和功能變化豐富4適應性強能在極端環境生存細菌的基本特征原核生物無真正細胞核，DNA直接暴露在細胞質中微小體積通常大小為0.5-5微米，單細胞結構二分裂繁殖在適宜條件下可20分鐘分裂一次強適應性能在各種極端環境中生存細菌的形態和大小球菌(球狀)單球菌、雙球菌、鏈球菌、葡萄球菌桿菌(桿狀)短桿菌、長桿菌、彎曲桿菌螺旋菌(螺旋狀)弧菌、螺旋體、螺旋菌細菌的細胞結構細胞壁保護和支持細胞形態細胞膜控制物質進出細胞3核質區含DNA的遺傳物質核糖體蛋白質合成場所細菌的生理特性營養類型異養型、自養型呼吸類型需氧菌、厭氧菌、兼性厭氧菌溫度要求嗜熱菌、嗜冷菌、中溫菌pH耐受性嗜酸菌、嗜堿菌、中性菌代謝產物酶、毒素、色素、抗生素細菌的生長曲線時間(小時)菌數(對數值)細菌的繁殖方式DNA復制遺傳物質復制成兩份細胞生長體積增大到原來的兩倍細胞分裂中部收縮形成隔膜完成分裂形成兩個相同的子細胞重要的細菌種類1000+大腸桿菌腸道菌群，生物工程常用模式生物20+乳酸菌發酵乳制品，益生菌100+芽孢桿菌耐熱耐干，工業酶制劑生產50+放線菌產抗生素，土壤肥力第三部分：真菌真核結構有細胞核和細胞器菌絲體多為絲狀結構孢子繁殖有性和無性生殖腐生營養分解有機物獲取養分真菌的基本特征真核生物具有完整的細胞核和細胞器細胞壁含有幾丁質而非纖維素異養營養吸收式營養，不進行光合作用多樣形態單細胞酵母和多細胞絲狀體真菌的形態和結構酵母菌單細胞，橢圓或球形出芽繁殖，形成假菌絲如啤酒酵母、白色念珠菌絲狀真菌多細胞，形成菌絲網絡菌絲分為營養菌絲和生殖菌絲如青霉菌、曲霉菌、蘑菇真菌的生理特性1營養獲取分泌消化酶，分解外部有機物后吸收2生長條件適宜溫度20-30℃，喜酸性環境3代謝產物產生抗生素、有機酸、毒素、酶4環境適應耐干旱、耐低水活度，廣泛分布真菌的繁殖方式無性繁殖孢子、分裂、出芽、碎片化有性繁殖配子結合，形成子囊孢子或擔孢子孢子萌發形成發芽管，生長為菌絲體菌絲體形成分化為營養菌絲和生殖結構重要的真菌種類第四部分：病毒最簡單結構僅有核酸和蛋白質外殼絕對寄生必須在活細胞內復制極其微小通常為20-300納米可濾過性能通過細菌濾器病毒的基本特征非細胞結構無細胞膜、細胞器和代謝系統單一核酸只含DNA或RNA，不會同時存在專一性寄生只能在特定宿主細胞內繁殖可結晶性純化后可形成類似晶體的結構病毒的結構核心核酸基因組DNA或RNA，單鏈或雙鏈線性或環狀攜帶遺傳信息衣殼蛋白質外殼由衣殼蛋白亞基構成保護內部核酸螺旋或多面體結構包膜部分病毒特有源自宿主細胞膜含病毒糖蛋白輔助病毒感染病毒的復制周期吸附病毒粒子附著在宿主細胞表面穿透病毒核酸進入宿主細胞合成利用宿主細胞機制合成病毒成分組裝病毒成分組裝成完整病毒粒子釋放新病毒粒子從宿主細胞釋放5病毒的分類DNA病毒基因組為DNA，如皰疹病毒、痘病毒1RNA病毒基因組為RNA，如流感病毒、艾滋病毒噬菌體感染細菌的病毒，用于基因研究逆轉錄病毒RNA轉錄為DNA，如HIV病毒重要的病毒種類流感病毒引起季節性流感，RNA病毒，易變異冠狀病毒包括SARS、MERS和COVID-19病毒艾滋病毒攻擊免疫系統，逆轉錄病毒第五部分：微生物的培養培養基準備提供必要的營養成分、pH值和生長因子無菌操作防止外界污染，確保純培養接種技術將微生物轉移到培養基中培養條件控制溫度、濕度、氣體組成等結果觀察記錄生長特征和形態學特點培養基的種類按成分分類合成培養基：化學成分確定復合培養基：含天然提取物半合成培養基：兩者結合按功能分類普通培養基：滿足基本生長選擇培養基：抑制特定菌群鑒別培養基：顯示生化特性富集培養基：促進特定菌生長培養基的制備配料按配方稱量各組分混合溶解加入蒸餾水，加熱攪拌溶解調整pH使用酸堿調節至適宜pH值4高壓滅菌121℃，15-20分鐘分裝倒入平板或試管中凝固備用無菌操作技術操作環境無菌工作臺或酒精燈周圍30厘米范圍內器材滅菌接種環火焰灼燒至紅熱，冷卻后使用開口操作試管開口經火焰滅菌，保持斜向朝下快速操作減少暴露時間，降低污染風險接種方法劃線接種分離純化菌株，獲得單菌落涂布接種定量計數，均勻分布傾注平板適用于厭氧菌，在瓊脂內生長穿刺接種觀察沿穿刺線的生長特性培養條件溫度細菌：37℃，真菌：25-28℃氧氣需求好氧、厭氧、微需氧、兼性厭氧濕度相對濕度80-90%，防止培養基干燥pH值細菌：6.8-7.4，真菌：5.0-6.0培養時間細菌：24-48小時，真菌：3-7天菌落特征觀察形態大小顏色表面邊緣質地氣味第六部分：微生物的鑒定1分子生物學鑒定基因測序，最精確血清學鑒定抗原抗體反應生理生化鑒定代謝特性分析形態學鑒定外觀特征觀察形態學鑒定革蘭氏染色區分革蘭陽性菌（紫色）和陰性菌（紅色）抗酸染色鑒定抗酸菌如結核桿菌芽孢染色觀察芽孢形成和位置生理生化鑒定糖發酵試驗檢測微生物利用特定糖的能力2酶活性測定如催化酶、氧化酶、凝固酶試驗3IMViC試驗吲哚、甲基紅、VP、枸櫞酸鹽試驗商業鑒定系統如API條帶，自動化生化鑒定血清學鑒定凝集反應抗體與細胞表面抗原結合形成可見凝集物沉淀反應抗體與可溶性抗原結合形成沉淀補體結合試驗利用補體系統檢測抗原抗體復合物酶聯免疫吸附試驗ELISA，高特異性和靈敏度的檢測方法分子生物學鑒定核酸擴增技術PCR擴增特定基因片段進行鑒定16SrRNA測序細菌分類鑒定的"金標準"基因芯片一次檢測多種菌種的高通量技術基因組測序全基因組分析，精確到亞種和株系第七部分：微生物與人類的關系有益作用參與物質循環食品發酵生產藥物和疫苗環境治理生物技術應用有害作用致病食品腐敗變質物品腐蝕損壞生態系統破壞生物武器風險有益微生物腸道菌群維持腸道健康，合成維生素，增強免疫發酵微生物生產酸奶、奶酪、醬油、泡菜等食品藥用微生物產生抗生素、酶、激素等醫藥產品環保微生物降解污染物，參與物質循環有害微生物微生物在食品工業中的應用乳制品發酵乳酸菌發酵生產酸奶、奶酪、酸奶油面包發酵酵母使面團膨脹，產生特有風味醬油釀造曲霉和乳酸菌共同作用，分解蛋白質微生物在醫藥工業中的應用60%抗生素生產青霉菌、鏈霉菌等產生抗生素80+疫苗研發減毒或滅活病原體制備疫苗40%酶制劑消化酶、纖維素酶等工業和醫用酶25+激素與維生素微生物合成胰島素、類固醇和維生素微生物在環境保護中的應用廢水處理活性污泥法分解有機污染物土壤修復降解農藥、石油和重金屬污染堆肥處理有機廢物轉化為有機肥料3沼氣生產厭氧菌分解有機物產生甲烷4第八部分：微生物與疾病感染病原體進入人體2潛伏期無癥狀但病原體繁殖3臨床表現出現疾病癥狀免疫應答機體抵抗病原體康復清除病原體或形成平衡病原微生物細菌如結核桿菌、肺炎球菌、沙門氏菌病毒如流感病毒、肝炎病毒、艾滋病毒真菌如白色念珠菌、皮膚癬菌寄生蟲如瘧原蟲、血吸蟲、蛔蟲4感染與傳播傳染源病人、帶菌者、動物宿主傳播途徑空氣、水、食物、接觸、媒介生物入侵門戶呼吸道、消化道、皮膚、黏膜易感人群免疫力低下者、未接種疫苗者常見傳染病呼吸道感染流感、肺炎、結核病、新冠肺炎消化道感染痢疾、傷寒、霍亂、病毒性肝炎血液傳播艾滋病、瘧疾、乙型肝炎性傳播疾病梅毒、淋病、生殖器皰疹皮膚感染膿皰瘡、癬菌病、麻風微生物與免疫先天免疫物理屏障：皮膚、黏膜化學防御：酸性環境、酶細胞防御：巨噬細胞、NK細胞炎癥反應獲得性免疫體液免疫：B細胞產生抗體細胞免疫：T細胞識別和殺滅免疫記憶：再次感染快速響應免疫耐受：區分自身與非自身疫苗的原理和應用疫苗類型減毒活疫苗、滅活疫苗、亞單位疫苗、mRNA疫苗免疫原理刺激機體產生特異性免疫記憶接種程序初次免疫和加強免疫群體免疫高接種率保護整個人群第九部分：微生物的控制物理控制方法熱力滅菌高壓蒸汽121℃，干熱160-180℃輻射滅菌紫外線、電離輻射破壞DNA過濾除菌膜過濾去除微生物顆粒低溫抑制冷藏或冷凍減緩微生物生長化學控制方法消毒劑類型醇類：乙醇、異丙醇鹵素：氯制劑、碘制劑醛類：甲醛、戊二醛氧化劑：過氧化氫、臭氧酚類：苯酚、六氯酚季銨鹽：洗必泰、苯扎氯胺作用機制細胞壁/膜損傷蛋白質變性核酸損傷酶系統抑制氧化損傷代謝途徑阻斷生物控制方法拮抗微生物利用一種微生物抑制另一種微生物的生長噬菌體療法使用病毒感染并殺死特定細菌益生菌通過競爭抑制有害微生物的定植免疫調節增強宿主免疫力抵抗微生物感染抗生素的作用機制1核酸合成抑制如喹諾酮類2蛋白質合成抑制如四環素、氨基糖苷類細胞壁合成抑制如β-內酰胺類、萬古霉素4細胞膜破壞如多粘菌素消毒與滅菌100%滅菌完全殺滅或去除所有微生物包括芽孢99.9%高水平消毒殺滅所有微生物但不一定能殺滅所有芽孢99%中水平消毒殺滅結核桿菌、大多數病毒和真菌90%低水平消毒殺滅一般細菌但不能殺滅抗性微生物第十部分：微生物學研究新進展基因組學