微生物的生活周期課程概述微生物定義與種類了解微觀世界的多樣性生活周期基本概念認識微生物的生長發(fā)育規(guī)律課程目標和重點什么是微生物？微生物定義肉眼不可見的微小生物生物界地位構(gòu)成生物多樣性的基礎常見類型細菌、真菌、病毒等微小生命體微生物的基本特征微小個體個體大小通常在0.1-10微米簡單結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單但功能完備快速繁殖分裂周期短，數(shù)量增長迅速強大適應性能適應各種極端環(huán)境微生物的分類病毒介于生命和非生命之間真核微生物酵母、霉菌等原核生物細菌和古菌細菌的生活周期概述營養(yǎng)細胞階段吸收營養(yǎng)、生長發(fā)育分裂繁殖階段二分裂產(chǎn)生新細胞休眠階段形成芽胞應對不良環(huán)境細菌的營養(yǎng)細胞階段細胞結(jié)構(gòu)細胞壁、細胞膜、核質(zhì)區(qū)等營養(yǎng)吸收通過運輸?shù)鞍孜胀獠繝I養(yǎng)代謝活動能量獲取與物質(zhì)合成細菌的分裂繁殖DNA復制遺傳物質(zhì)復制產(chǎn)生兩份細胞質(zhì)分裂細胞質(zhì)均等分配細胞壁形成新的隔膜將細胞分為兩個分離形成新細胞兩個完全相同的子細胞細菌的芽胞形成1前芽胞形成DNA復制并偏向細胞一端2包被形成多層保護膜包圍DNA3孢壁合成形成堅硬耐熱的孢壁4母細胞裂解釋放成熟芽胞細菌生活周期的調(diào)控環(huán)境因素溫度、pH值、營養(yǎng)等影響生長基因調(diào)控特定基因啟動或抑制群體感應細胞間信號分子交流真菌的生活周期概述單細胞真菌酵母等通過出芽繁殖絲狀真菌霉菌通過菌絲生長大型真菌蘑菇形成子實體產(chǎn)生孢子酵母的生活周期30分鐘分裂周期適宜條件下完成一次出芽2-3天有性生殖應激條件下進行孢子囊形成4個階段生長曲線延滯期、指數(shù)期、穩(wěn)定期、死亡期絲狀真菌的生活周期菌絲體形成分支菌絲構(gòu)成菌落無性孢子繁殖產(chǎn)生大量分生孢子有性生殖配子體融合形成合子大型真菌的生活周期病毒的生活周期概述吸附和侵入識別并進入宿主細胞基因組復制復制病毒遺傳物質(zhì)蛋白質(zhì)合成利用宿主機器合成病毒蛋白組裝和釋放新病毒顆粒形成并釋放病毒的吸附和侵入膜融合內(nèi)吞作用穿刺注入其他方式病毒基因組的復制DNA病毒利用宿主DNA聚合酶在細胞核內(nèi)復制RNA病毒攜帶RNA依賴的RNA聚合酶在細胞質(zhì)中復制逆轉(zhuǎn)錄病毒RNA先轉(zhuǎn)錄為DNA整合到宿主基因組病毒蛋白的合成1翻譯起始病毒mRNA與宿主核糖體結(jié)合2多肽鏈合成按密碼子序列合成氨基酸鏈3蛋白質(zhì)修飾切割、折疊、糖基化等4功能獲得形成具有特定功能的病毒蛋白病毒粒子的組裝和釋放衣殼組裝蛋白亞基自組裝形成衣殼基因組包裝遺傳物質(zhì)被裝入衣殼病毒釋放出芽或裂解宿主細胞原生動物的生活周期類型代表生物主要特征鞭毛蟲錐蟲具有鞭毛運動肉足蟲變形蟲偽足運動纖毛蟲草履蟲纖毛運動孢子蟲瘧原蟲復雜生活史變形蟲的生活周期營養(yǎng)體階段主動攝食生長二分裂繁殖核分裂后細胞質(zhì)分裂包囊形成不良環(huán)境下形成保護結(jié)構(gòu)草履蟲的生活周期無性生殖橫向二分裂大核直接分裂小核有絲分裂有性生殖共軛過程核置換基因重組調(diào)控因素溫度影響營養(yǎng)條件種群密度微生物生活周期的環(huán)境適應溫度適應耐熱蛋白合成膜脂調(diào)整pH值適應質(zhì)子泵調(diào)節(jié)緩沖系統(tǒng)滲透壓適應滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)合成離子轉(zhuǎn)運系統(tǒng)營養(yǎng)適應代謝途徑轉(zhuǎn)換高親和力轉(zhuǎn)運系統(tǒng)極端環(huán)境中的微生物嗜熱菌溫泉、熱液噴口中生存嗜冷菌極地冰層中緩慢生長嗜鹽菌鹽湖中形成紅色菌落微生物的群體行為初始黏附細胞黏附到表面微菌落形成細胞增殖形成小聚集體基質(zhì)分泌產(chǎn)生胞外多糖基質(zhì)成熟生物膜形成三維結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡分散部分細胞脫離尋找新環(huán)境微生物的休眠狀態(tài)細菌芽胞耐熱、耐干燥、耐化學物質(zhì)真菌孢子長期保存遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)原生動物包囊外界環(huán)境惡劣時形成的保護結(jié)構(gòu)生態(tài)意義種群長期生存的重要策略微生物生活周期中的基因表達調(diào)控小RNA調(diào)控翻譯后精細調(diào)節(jié)2全局調(diào)控因子響應環(huán)境信號的主調(diào)控因子3操縱子調(diào)控一組基因的協(xié)同表達微生物生活周期與進化快速繁殖與基因突變高頻率突變產(chǎn)生新性狀水平基因轉(zhuǎn)移接合、轉(zhuǎn)導、轉(zhuǎn)化三種方式適應性進化對環(huán)境壓力的基因組響應微生物生活周期研究方法顯微觀察光學、電子、熒光顯微技術(shù)培養(yǎng)技術(shù)純培養(yǎng)、連續(xù)培養(yǎng)、厭氧培養(yǎng)分子生物學PCR、測序、基因敲除技術(shù)微生物生活周期與生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)有機物分解和合成氮循環(huán)固氮、硝化、反硝化2硫循環(huán)硫化物氧化與硫酸鹽還原3磷循環(huán)磷酸鹽溶解與固定4土壤微生物的生活周期細菌真菌放線菌原生動物其他水體微生物的生活周期淡水微生物藻類、原生動物形成食物網(wǎng)基礎海洋微生物浮游生物產(chǎn)氧固碳極地微生物低溫適應性特化空氣中微生物的生活周期氣溶膠形成從水體、土壤釋放到空氣空氣傳播氣流帶動長距離遷移沉降重力沉降或隨雨雪降落定植在新環(huán)境中生長繁殖人體微生物組的生活周期腸道微生物消化、免疫、代謝調(diào)節(jié)皮膚微生物保護屏障、抵抗病原體口腔微生物生物膜形成、酸代謝呼吸道微生物調(diào)節(jié)局部免疫環(huán)境微生物生活周期與疾病入侵定植病原體突破宿主屏障繁殖擴散在宿主體內(nèi)增殖毒力因子表達產(chǎn)生毒素和致病因子宿主響應免疫系統(tǒng)激活擴散傳播釋放到環(huán)境尋找新宿主益生菌的生活周期100種+益生菌種類乳酸菌、雙歧桿菌為主3-5天定植時間從攝入到腸道穩(wěn)定定植2-3周持續(xù)時間停止攝入后仍能維持的時間發(fā)酵微生物的生活周期酒精發(fā)酵酵母將糖轉(zhuǎn)化為乙醇啤酒、葡萄酒生產(chǎn)乳酸發(fā)酵乳酸菌產(chǎn)生乳酸酸奶、泡菜制作丙酸發(fā)酵丙酸菌產(chǎn)生丙酸干酪發(fā)酵過程抗生素產(chǎn)生菌的生活周期培養(yǎng)時間(天)生物量抗生素產(chǎn)量光合微生物的生活周期藍細菌原核光合微生物固氮能力微藻真核光合微生物富含脂質(zhì)紫色光合細菌厭氧光合作用利用硫化氫作電子供體固氮微生物的生活周期微生物生活周期與生物防治昆蟲病原微生物蘇云金芽胞桿菌防治鱗翅目害蟲植物病原拮抗菌木霉抑制植物病原真菌生物農(nóng)藥微生物制劑田間應用微生物生活周期與環(huán)境治理1污染物檢測鑒定污染物類型和濃度2微生物篩選選擇適合的降解菌株3現(xiàn)場處理注入微生物或刺激原位微生物4降解監(jiān)測跟蹤污染物降解進程微生物生活周期與食品安全食品污染微生物附著于食品表面繁殖擴散適宜條件下快速增殖毒素產(chǎn)生部分微生物產(chǎn)生耐熱毒素控制措施冷藏、殺菌、防腐等多重屏障微生物生活周期與能源生產(chǎn)70%產(chǎn)氣效率沼氣發(fā)酵有機物轉(zhuǎn)化率3-4周發(fā)酵周期完成一批次生物柴油發(fā)酵時間5倍能量回報投入能量與產(chǎn)出能量比微生物生活周期與材料降解極小微生物的生活周期超微型細菌體積僅為普通細菌的1/10簡化基因組只含基本生命功能基因濾過性特征可通過0.2微米濾膜微生物生活周期的數(shù)學模型時間(小時)實際菌數(shù)模型預測微生物生活周期與生物信息學基因組分析全基因組測序基因注釋比較基因組學轉(zhuǎn)錄組分析基因表達譜差異表達分析調(diào)控網(wǎng)絡預測代謝組分析代謝物鑒定代謝通路重構(gòu)代謝流分析單細胞測序技術(shù)與微生物生活周期研究單細胞分離微流控或流式細胞分選技術(shù)全基因組擴增多重置換擴增法文庫構(gòu)建與測序高通量測序平臺應用數(shù)據(jù)分析單細胞基因組拼接與注釋微生物生活周期與合成生物學1設計新生命完全人工設計的生活周期基因組改造重新編程現(xiàn)有微生物標準化元件生物元件模塊化設計微生物生活周期與天體生物學極端環(huán)境啟示地球極端微生物為太空生命提供線索地外生命探測基于微生物特征設計探測方案生命起源研究從化學到生物的演化過程病毒與細胞的共進化內(nèi)源性病毒病毒基因組整合到宿主染色體1防御系統(tǒng)細菌CRISPR系統(tǒng)對抗噬菌體病毒基因馴化病毒基因獲得新功能平衡關(guān)系病毒-宿主形成穩(wěn)定生態(tài)系統(tǒng)微生物生活周期與生物地球化學微生物風化釋放礦物質(zhì)元素元素循環(huán)改變元素化學形態(tài)生物礦化形成生物礦物沉積地質(zhì)記錄微生物活動的歷史痕跡微生物生活周期與氣候變化甲烷產(chǎn)生菌產(chǎn)生強效溫室氣體濕地和反芻動物腸道中活躍海洋微生物浮游植物固定大氣二氧化碳維持海洋碳匯功能永久凍土微生物凍土融化激活微生物活動釋放儲存的碳進入大氣微生物組學與生活周期研究1宏基因組學研究群落全部基因組宏轉(zhuǎn)錄組學分析群落基因表達3宏蛋白組學鑒定群落蛋白質(zhì)組成宏代謝組學研究群落代謝產(chǎn)物微生物生活周期與人類健康微生物生活周期研究的倫理問題基因編輯人工改造微生物的安全與