微生物學(xué)導(dǎo)論揭示微觀世界奧秘探索生命科學(xué)基礎(chǔ)課程概述課程目標(biāo)掌握微生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)內(nèi)容微生物分類、結(jié)構(gòu)、生理和應(yīng)用考核方式什么是微生物學(xué)？1定義研究微小生物的科學(xué)研究對(duì)象細(xì)菌、真菌、病毒等3歷史發(fā)展微生物的分類細(xì)菌單細(xì)胞原核生物真菌具細(xì)胞核的真核生物病毒非細(xì)胞形態(tài)的遺傳物質(zhì)原生動(dòng)物單細(xì)胞真核微生物細(xì)菌的基本結(jié)構(gòu)細(xì)胞壁提供形態(tài)和保護(hù)細(xì)胞膜控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞質(zhì)代謝活動(dòng)場所核區(qū)含DNA的遺傳物質(zhì)革蘭氏染色法原理基于細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)差異步驟染色、脫色、復(fù)染三步驟應(yīng)用細(xì)菌分類和鑒定的基礎(chǔ)細(xì)菌的形態(tài)球菌球形，如葡萄球菌桿菌桿狀，如大腸桿菌螺旋菌螺旋形，如螺旋體細(xì)菌的生理特性營養(yǎng)需求碳源、氮源、無機(jī)鹽生長條件溫度、pH值、氧氣代謝類型自養(yǎng)、異養(yǎng)、兼性細(xì)菌的繁殖DNA復(fù)制遺傳物質(zhì)復(fù)制細(xì)胞質(zhì)分裂細(xì)胞質(zhì)均分細(xì)胞分離形成兩個(gè)子細(xì)胞生長曲線延滯期、指數(shù)期、穩(wěn)定期、衰亡期細(xì)菌的遺傳與變異1基因組結(jié)構(gòu)環(huán)狀DNA，部分含質(zhì)粒突變自發(fā)或誘導(dǎo)DNA變化基因轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化、接合、轉(zhuǎn)導(dǎo)真菌的基本特征細(xì)胞結(jié)構(gòu)真核細(xì)胞，有細(xì)胞壁生活方式腐生或寄生，吸收營養(yǎng)繁殖方式有性和無性結(jié)合常見真菌類型酵母菌：單細(xì)胞絲狀真菌：菌絲體擔(dān)子菌：蘑菇類病毒的基本特征1結(jié)構(gòu)核酸和蛋白質(zhì)外殼2復(fù)制周期依賴宿主細(xì)胞機(jī)制3宿主特異性只感染特定宿主病毒的分類1DNA病毒含DNA的病毒RNA病毒含RNA的病毒逆轉(zhuǎn)錄病毒RNA轉(zhuǎn)錄為DNA原生動(dòng)物概述定義單細(xì)胞真核微生物特征能運(yùn)動(dòng)，多樣化結(jié)構(gòu)分類鞭毛蟲、根足蟲、纖毛蟲微生物的生態(tài)微生物群落多種微生物共存互作微生物與環(huán)境相互影響生態(tài)位特定環(huán)境中的功能角色土壤微生物類型細(xì)菌真菌放線菌作用物質(zhì)分解養(yǎng)分循環(huán)改良土壤應(yīng)用生物肥料生物修復(fù)殺蟲劑水體微生物淡水微生物藻類、細(xì)菌、原生動(dòng)物海洋微生物浮游生物、深海微生物水質(zhì)指標(biāo)大腸桿菌，總菌數(shù)空氣微生物來源土壤、水體、生物表面?zhèn)鞑馊苣z，塵埃顆?？刂品椒ㄟ^濾，紫外線，離子化人體微生物組定義棲息人體的微生物群體組成皮膚、口腔、腸道微生物功能消化、免疫、抵抗病原體微生物的營養(yǎng)營養(yǎng)類型自養(yǎng)型、異養(yǎng)型培養(yǎng)基固體、液體、選擇性培養(yǎng)方法好氧、厭氧、特殊培養(yǎng)微生物的代謝能量代謝呼吸和發(fā)酵碳代謝有機(jī)物合成與分解氮代謝氨化、硝化、固氮發(fā)酵定義在無氧條件下分解有機(jī)物類型乳酸、酒精、丁酸發(fā)酵應(yīng)用食品、飲料、制藥微生物的生長控制物理方法高溫、低溫、輻射、干燥化學(xué)方法消毒劑、抗生素生物方法拮抗微生物、噬菌體抗生素作用機(jī)制抑制細(xì)胞壁合成干擾蛋白質(zhì)合成阻斷核酸合成分類β-內(nèi)酰胺類氨基糖苷類喹諾酮類耐藥性酶降解靶位點(diǎn)變異外排系統(tǒng)消毒與滅菌概念消毒：減少病原體滅菌：殺滅所有微生物方法熱力、輻射、化學(xué)藥劑應(yīng)用醫(yī)療、食品、實(shí)驗(yàn)室微生物與疾病1感染過程附著、入侵、繁殖、損傷2致病因素毒素、酶、內(nèi)毒素3宿主防御物理屏障、免疫系統(tǒng)細(xì)菌性疾病常見病原體結(jié)核桿菌金黃色葡萄球菌大腸桿菌傳播途徑接觸傳播空氣傳播食物傳播預(yù)防措施個(gè)人衛(wèi)生疫苗接種食品安全病毒性疾病常見病毒流感、艾滋、新冠病毒感染機(jī)制利用宿主合成病毒粒子防控策略疫苗、抗病毒藥物、隔離真菌性疾病常見病原真菌白色念珠菌皮癬菌曲霉菌感染類型表淺感染皮膚感染系統(tǒng)感染治療方法抗真菌藥局部用藥系統(tǒng)用藥微生物檢測技術(shù)24-48h培養(yǎng)法傳統(tǒng)檢測的時(shí)間1000x顯微鏡檢查光學(xué)放大倍數(shù)95%生化鑒定準(zhǔn)確率分子生物學(xué)技術(shù)在微生物學(xué)中的應(yīng)用PCR技術(shù)特定DNA片段擴(kuò)增1基因測序分析DNA序列基因工程修飾微生物基因組免疫學(xué)技術(shù)在微生物學(xué)中的應(yīng)用抗原抗體反應(yīng)特異性免疫識(shí)別ELISA酶聯(lián)免疫吸附測定免疫熒光標(biāo)記抗原或抗體微生物的工業(yè)應(yīng)用發(fā)酵工業(yè)酒精、乳酸、氨基酸生物制品酶、抗生素、維生素生物能源沼氣、生物柴油、乙醇微生物與食品食品發(fā)酵：益處食品腐敗：損失食品安全：控制微生物與農(nóng)業(yè)生物肥料根瘤菌，固氮作用生物農(nóng)藥蘇云金芽孢桿菌植物-微生物互作菌根，促進(jìn)養(yǎng)分吸收微生物與環(huán)境生物修復(fù)降解污染物廢水處理活性污泥法生物降解分解難降解物質(zhì)微生物與醫(yī)藥抗生素生產(chǎn)青霉素，鏈霉素疫苗開發(fā)減毒活疫苗，滅活疫苗益生菌雙歧桿菌，乳酸菌極端環(huán)境微生物嗜熱菌生活在溫泉、海底熱泉最適生長溫度>80°C嗜冷菌生活在極地、深海能在0°C下生長嗜鹽菌生活在鹽湖、鹽田耐受高鹽環(huán)境微生物生態(tài)工程1原理利用微生物群落功能2應(yīng)用污染治理、資源回收3案例分析人工濕地、堆肥系統(tǒng)微生物的遺傳育種誘變育種物理、化學(xué)誘變基因重組轉(zhuǎn)基因技術(shù)代謝工程改造代謝途徑微生物基因組學(xué)1995首個(gè)細(xì)菌基因組流感嗜血桿菌測序年份600平均細(xì)菌基因數(shù)典型細(xì)菌基因組10K+已測序微生物基因組公共數(shù)據(jù)庫收錄數(shù)量微生物蛋白質(zhì)組學(xué)研究方法質(zhì)譜、蛋白質(zhì)芯片2應(yīng)用領(lǐng)域藥物靶點(diǎn)、生物標(biāo)志物最新進(jìn)展單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)微生物代謝組學(xué)研究策略靶向和非靶向分析1應(yīng)用實(shí)例抗生素生產(chǎn)優(yōu)化2發(fā)展趨勢多組學(xué)整合分析3合成生物學(xué)與微生物學(xué)1基本概念設(shè)計(jì)構(gòu)建人工生物系統(tǒng)2研究熱點(diǎn)最小基因組、人工細(xì)胞3倫理問題生物安全、知識(shí)產(chǎn)權(quán)微生物與生物防治原理利用有益微生物控制害蟲病原應(yīng)用實(shí)例蘇云金芽孢桿菌防治鱗翅目害蟲優(yōu)勢與局限性環(huán)保但效果慢，受環(huán)境影響大微生物與生物傳感器原理微生物響應(yīng)特定物質(zhì)類型電化學(xué)、光學(xué)、壓電應(yīng)用領(lǐng)域環(huán)境監(jiān)測、食品安全微生物與納米技術(shù)合成納米材料生物還原金屬離子納米對(duì)微生物影響抗菌或促進(jìn)生長應(yīng)用前景生物傳感器、藥物遞送微生物資源與保護(hù)重要性生物多樣性、基因資源保護(hù)策略原位保護(hù)、異位保存菌種保藏冷凍保存、凍干技術(shù)微生物與生物安全生物安全等級(jí)BSL-1至BSL-4四個(gè)等級(jí)實(shí)驗(yàn)室生物安全防護(hù)設(shè)備、操作規(guī)程生物武器與防御國際公約、檢測技術(shù)微生物學(xué)研究方法傳統(tǒng)方法培養(yǎng)、顯微鏡觀察2現(xiàn)代技術(shù)分子生物學(xué)、組學(xué)技術(shù)未來發(fā)展方向單細(xì)胞技術(shù)、人工智能微生物學(xué)與其他學(xué)科的交叉微生物信息學(xué)大數(shù)據(jù)分析微生物組系統(tǒng)生物學(xué)整體研究微生物網(wǎng)絡(luò)合成生物學(xué)設(shè)計(jì)構(gòu)建新微生物系統(tǒng)微生物學(xué)前沿研究2012CRISPR技術(shù)基因編輯革命開始年份1單細(xì)胞測序可分析單個(gè)微生物細(xì)胞100T微生物組工程人體微生物數(shù)量級(jí)(萬億)微生物與人類健康腸道微生物組消化、營養(yǎng)、免疫微生物與免疫訓(xùn)練免疫系統(tǒng)微生物與慢性疾病肥胖、糖尿病、自閉癥微生物與全球變化甲烷一氧化二氮二氧化碳微生物對(duì)碳循環(huán)、氮循環(huán)和氣候變化有重要影響微生物與生物地球化學(xué)循環(huán)元素循環(huán)碳、氮、硫、磷微生物的作用分解、轉(zhuǎn)化、固定生態(tài)系統(tǒng)平衡維持元素流動(dòng)微生物學(xué)在生物技術(shù)中的應(yīng)用基因工程重組DNA技術(shù)蛋白質(zhì)工