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拓展教材： 第一章 微生物
第一节 微生物的探究历程
1、 法国微生物学家巴斯德的曲颈瓶实验
操作1：曲颈瓶中加热煮沸的肉汤几天后不变质
曲颈瓶中为加热煮沸的肉汤几天后变质
操作2：去除曲颈瓶的曲径玻璃管后，加热煮沸的肉汤变质
结论1：曲颈瓶中的微生物是空气中的微生物进入肉汤并繁殖产生的，而不是自然发生的。
结论2：曲颈玻璃管的作用：阻止空气中的微生物进入曲颈瓶中
原因分析：曲颈瓶中加热煮沸的肉汤几天后不变质的原因
1、肉汤中的微生物活体已被煮沸杀死
2、空气中的微生物又不能通过弯曲的玻璃管进入瓶内
原因分析：很久后，曲颈瓶中加热煮沸的肉汤也会变质的原因：
曲颈瓶中未被加热杀死的芽孢在一定的条件下萌发形成新的细菌并繁殖。
2、巴氏消毒法
消毒原理：高温杀灭微生物活体
消毒过程：加热到62摄氏度，保持30分钟
优点：杀灭微生物，保持营养物质不被破坏
缺点：不能杀死芽孢（1.05千帕，121摄氏度，15分钟以上方可杀死）
应用：牛奶、奶酪、啤酒等产品的消毒。
3、微生物学与生物学发展的主流汇合，不仅推动了生物学的发展，而且使微生物学成为前沿科学之一。

第二节 显微镜下的微生物
显微镜下的微生物：真细菌和古细菌、真菌、原生生物、病毒等
1、细菌：通常条件下生活的细菌是单细胞原核生物
1.1 类型：按形态分： 球菌、杆菌、螺菌，以及放线菌、支原体、衣原体等
按生存环境条件分： 真细菌和古细菌
1.2 结构：细胞壁（成分为肽聚糖或多糖和蛋白质，功能使细菌具有一定的形态，并能保护细菌细胞）
【成分与植物细胞壁不同；真细菌和古细菌细胞壁的成分也有所不同】
细胞膜【结构特点：一定的流动性；功能特点：选择透过性】
细胞质（其中只有核糖体，没有膜结构的细胞器）
拟核
鞭毛【运动功能】
菌毛【使菌体附着与生物体表面的功能】
荚膜 芽孢【休眠体】
1.3 增殖方式： （二分裂）分裂增殖，属于无性生殖
1.4 生态系统中充当的角色：大多数扮演分解者角色 部分细菌扮演生产者角色，部分细菌扮演消费者角色
1.5 体内核酸种类为2种，核苷酸8种，含氮碱基5种，遗传物质为DNA
1.6 遗传方式：不遵循遗传的三个基本定律，原因：无染色体，不进行减数分裂。
1.7 青霉素和利福平
青霉素能抑制真细菌细胞壁的合成，不能抑制古细菌及真核生物细胞壁的合成
利福平能抑制真细菌RNA的合成，不能抑制古细菌及真核生物RNA的合成
1.8 古细菌 古细菌生活的极端环境很像地球早期的环境，因此古细菌在生物进化上有重要的地位，也是研究进化的好材料；古细菌有的耐热，有的耐酸，有的耐高渗透压，肯能在生物工程上有潜在的使用价值。
2、真菌：真菌是一类具有真正的细胞核，大部分营腐生生活，在生态系统中扮演分解者的角色，并用孢子进行繁殖的真核生物。在自然界的碳循环和氮循环中起着重要作用。
2.1 酵母菌：单细胞真核生物，营异养兼性厌氧生活
2.1.1 酵母菌与质壁分离：酵母菌有细胞壁、有液泡，可以发生质壁分离。
2.1.2 酵母菌增殖方式：通常为出芽生殖，一定条件下也可进行孢子生殖。
2.1.3 酵母菌的呼吸作用：有氧呼吸与无氧呼吸
方程式
计算
2.1.4酵母菌与酿酒：先将米煮一煮的目的是：主要为了杀灭米中的微生物活体。
冷却到30摄氏度后才加入“酒药”目的：过高的温度会抑制或杀死酵母菌。
在中央挖一小洞的原因是：有利于透气，保证酵母菌在开始生长时有足够的氧气，短期内迅速繁殖。
发酵坛无氧发酵环境的形成：有氧呼吸消耗了大量的氧气，同时产生了一部分水，容器中发酵液多了，淹没了米饭，形成无氧环境。
2.2 霉菌 霉菌主要包括青霉、根霉、曲霉等
2.2.1 营养体的基本结构是菌丝。
2.2.2 增殖方式：孢子增殖【无性孢子或有性孢子】
2.3 蕈 美味的蘑菇、香菇、平菇、金针菇以及木耳都是蕈，简称菌菇。
2.3.1 结构 菌柄 菌髓
子实体（地上部分） 菌盖----下部为菌褶 子实层基
子实层---上有孢子
菌丝（地下部分）
2.3.2 营养体的基本结构：菌丝
2.3.3 增殖方式：孢子生殖
2、 原生生物
3.1 单细胞藻类 都有细胞核，有含光合色素的细胞器（如衣藻的杯状叶绿体），它们都是真核生物
3.1.1 单细胞藻类和光合细菌、蓝细菌的区别：
单细胞藻类属于真核生物，有含光合色素的细胞器，而光合细菌和蓝细菌属于原核生物
3.1.2 常见的单细胞藻类：呈绿色的衣藻、小球藻 ，呈黄绿色的甲藻，呈粉红色的硅藻等。
3.1.3 在生态系统中充当的角色：生产者。
3.1.4 对生态系用的意义：它们的光合作用产物对增加水体溶解氧的含量，维持水域生态 系统的稳定性，具有重要的意义。
3.1.5 危害：单细胞藻类的活动常常是影响水体水质的重要原因：有些自来水的异味往往是供水系统中生长的某些单细胞藻类引起的；某些单细胞藻类和蓝细菌等微生物在湖泊或近海大量繁殖（赤潮），大量消耗水中的溶解氧而引起鱼类和其他水生生物的窒息死亡；某些甲藻还会产生神经毒素，并通过食物链危害水生动物和人类。
3.2 原生动物 草履虫和变形虫是我们已经熟悉的原生动物。
3.2.1 特征 原生动物有一个或多个细胞核，几乎都能运动的单细胞真核生物。
3.2.2 生态系统中扮演的角色：部分为消费者，部分为分解者。
3.3 黏菌 黏菌是一类介于原生动物和真菌之间的真核生物。
3.3.1 黏菌无细胞壁，以吞噬方式摄取食物，能像变形虫那样运动。
3.3.2 营养体类型：细胞型和非细胞型两种形态。
环境恶劣时能长出类似真菌的子实体，并形成孢子进行繁殖
微生物的共同特性：微生物个体微小 微生物结构简单 微生物分布广泛
微生物营养方式多样 微生物繁殖快
微生物代谢旺盛的原因：微生物个体小，表面积与体积比大，物质交换速率快。

第三节 微生物的营养
营养：生物获得和利用营养物质的过程称为营养
营养物质：能够满足生物生长、繁殖等生命活动所需要的物质

1、微生物需要的营养物质 一般包括碳源、氮源、无机盐、生长因子和水。

1.1 碳源 碳源是为微生物提供碳素来源的物质
1.1.1 种类： 无机碳源：二氧化碳等
有机碳源：葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、淀粉、纤维素等糖类，蛋白质、脂质等生物大分子，
牛肉膏、蛋白胨等混合物。【葡萄糖是最常采用的有机碳源】
1.1.2 功能：1、称为微生物自身的结构物质和代谢产物
2、绝大部分碳源物质【有机碳源】在微生物的反应过程中，还能为其提供能量，因此碳源物质通常也是能源物质。
1.1.3 不同代谢类型微生物的碳源和能源
光能自养型微生物 碳源：二氧化碳 能源：光能
化能自养型微生物 碳源：二氧化碳 能源：氧化NH3等物质
异养型微生物 碳源：常采用葡萄糖 能源：有机物中的化学能

1.2 氮源 氮源是为微生物提供氮素来源的物质
1.2.1 种类： 无机氮源： 分子氮、铵盐、硝酸盐等
有机氮源：蛋白胨、氨基酸、嘌呤、嘧啶、尿素、胺等
1.2.2功能：主要用于合成细胞中的蛋白质、核酸等含氮物质
1.2.3 常见微生物的氮源：
固氮菌：氮气（分子氮）
硝化细菌：氨气或铵盐
大肠杆菌：牛肉膏、蛋白胨等有机氮源

1.3无机盐
1.3.1 种类： 常量元素：氮、硫、磷、钾、钙、镁等
微量元素：铁、锰、锌、铜等
1.3.2 微量元素的添加：微量元素往往混在天然有机物、自来水等物质中，在配制培养基时，一般不需要特别加入。
注意：培养基配制一般采用自来水而不用蒸馏水！

1.4 生长因子 微生物自身不能合成或合成量不足，但又是微生物生长和代谢所必需的，因此这类物质通常称为生长因子。
1.4.1 种类： 小分子有机物：维生素、氨基酸等
1.4.2 添加：培养基中并非必须添加：如进行光合作用的微生物和某些异养微生物（如大肠杆菌）不需要加入生长因子也能生长；在培养基配制时，某些天然物质中已含有某些生长因子。
1.5 水
注意：微生物生长、繁殖离不开这五大类营养物质，但在配制培养基时可以不完全添加这五类营养物质，因为有的营养物质可以有空气中的气体充当，有的某些营养物质包含在某些化合物中。
2、培养基 培养基时人工配制的，适合微生物生长、繁殖或产生代谢产物的营养基质。
2.1 配制培养基的基本原则： 首要是选择适宜的营养物质
需要进行严格的灭菌：
适宜的PH值、温度等条件
2.1.1 适宜的营养物质：所有微生物的培养基都要含有碳源、氮源、无机盐、生长因子和水。但由于微生物的营养类型复杂，不同微生物类群对营养物质的需求是不同的。
能进行光合作用的微生物：培养基只需要加入无机盐和水【原因：可以利用二氧化碳，自身又能合成各种有机物】
异养型微生物的培养基则需要加入上述营养物质的4-5类，但也有所差异！例如：
大肠杆菌：培养基中只需要加入碳源、几种无机盐和水
酵母菌：豆芽汁蔗糖培养基
许多细菌常采用牛肉膏蛋白胨培养基！
2.1.2 灭菌：操作 1.05千帕、121摄氏度条件下维持15-30分钟
目的：因为在这种温度以上才能杀死培养基中的细菌芽孢
2.2 种类
物理性状分： 固体培养基（含琼脂）：主要用于微生物的分离纯化，
半固体培养基：可以了解微生物的运动轨迹
液体培养基：可以运用于微生物代谢产物的提取
功能分： 通用培养基：可以满足多种微生物的营养需求，例如牛肉膏蛋白胨培养基
选择培养基：具有选择作用的培养基。用来培养特定的微生物，并能够通过缺少某种物质或某种特殊的反应选择出特定的微生物。例如：培养基中不加氮源，可选择出自生固氮菌；不加碳源可以选择出自养型微生物；在培养基中加入伊红、美蓝燃料，可以根据菌落是否呈现出金属光泽的紫黑色，鉴别大肠杆菌。
2.3 配制
2.3.1 过程：计算 称量 溶解 定容 调PH值 灭菌 倒平板
2.3.2 注意：牛肉膏的溶解：可用50毫升烧杯称量，并用少许水加热溶解后再加入到总烧杯中。
琼脂的加法：长条状琼脂需用剪刀剪成小段；用酒精灯将烧杯中溶液加热至沸腾后加入琼脂，继续加热至琼脂完全熔化；加热过程要用玻璃棒不断搅拌，防止琼脂沉淀在杯底被烧焦。
热水定容到200毫升原因：补充蒸发损失的水。
调PH值：用10%的盐酸或10%的氢氧化钠调至7.2---7.4
灭菌后培养基冷却至50摄氏度时在超净工作台，酒精灯外焰区倒平板。
平板培养基的放置：倒置，防止冷凝水污染培养基。
2.3.3 灭菌：手：酒精
接种环：酒精灯
培养基：高压蒸汽灭菌
2.4 微生物的纯化：灭菌 接种 培养
2.4.1 灭菌 将菌种和接种用具置于启动的超净工作台上5-10分钟
2.4.2 接种 方法：平板划线法
用具：接种环
操作区域：酒精灯外焰
操作：1、每次划线前要灼烧；2、冷却后从上一区划线末端开始划线；3、首尾区域不重叠
原理：在三个方向上划线，使接种物逐渐稀释，培养后出现单个菌落
2.4.3 培养 倒置培养皿，于37摄氏度恒温培养箱中培养一段时间
第4节 微生物传染病的传播和预防
微生物传染病：能够从一个宿主传播到另一个宿主的微生物致病因子，如细菌、病毒、真菌、原生动物等微生物，产生的疾病称为微生物传染病
1、微生物传染病的传播： 微生物传染病的传染链：传染源、传播途径、易感人群
1.1 传染源 传染源一般是指能将病原微生物直接传播给宿主的生物。对于人类传染病来说，最主要的传染源是染病生物。
1.2 传播途径 主要有四种：空气传播 接触传播 媒介物传播 病媒传播
传染病的传播途径虽然很多，但各种传染病的传播途径不一定相同，同一种传染病也可以有一条以上传播途径。
1.3 易感人群 容易得某种传染病的人，往往是对该传染病缺乏特异性免疫力，像这一类人群我们称之为易感人群。
微生物传染病在某地区的流行示意图：教材28页
病例曲线：染病人数在最初缓慢增加，再快速增加，达到高峰，然后又逐渐下降。
原因分析：在最初，由于具有对该疾病有免疫力的人数较少，【易感人群数量较多】，因此表现出染病人数上升的趋势；后来，由于对该疾病具有免疫力的人数上升，即群体免疫（群体对感染和病原体传播的抵抗力）的增加，引起易感人群人数的下降，当易感人群人数下降到一定值后，染病人数下降。
2、病原菌和病毒的致病过程
2.1 病原菌的致病过程
2.1.1 正常菌群和病原菌 正常菌群的分布：健康人除脑、血液、脑脊液等外，许多表面组织都有许多正常菌群分布。
病原菌：入侵人体后，可以引起人体致病
2.1.2 病原菌具有致病性是其重要的属性。
病原菌定居的位置有着高度的专一性。
2.1.3 病原菌的致病过程：
2.1.3.1 病原菌的入侵：
病原菌通过空气、接触或媒介物等途径粘附于皮肤或粘膜表面 通过产生特殊的代谢产物或酶的作用，或通过伤口进入黏膜内部 向更深组织渗透 进入循环系统，进入宿主的所有器官和系统。
2.1.3.2 病原菌的致病：病原菌感染人体的结局取决于病原菌的毒力和人体免疫力的相互作用。
隐性感染：当机体免疫力较强，病原菌数量较少、毒力较弱时，不出现明显的病症。
潜伏感染：当病原菌与人体免疫力的相互作用保持平衡状态时，病原菌潜伏在病灶内，成为潜伏感染。
显性感染：当人体的免疫力较弱，病原菌入侵数量多，毒力强时，则出现明显的病症。
2.1.3.3 病原菌的致病方式：
方式一：病原菌在组织中大量繁殖，引起炎症、损伤和破坏组织
方式二：病原菌分泌具有强烈毒性的细菌毒素，引起人体中毒，严重损伤人体，引起内环境失衡，甚至导致病人死亡。
2.2 病毒的致病过程
2.2.1 病毒的结构：裸露病毒和包膜病毒 详见教材30页
2.2.2 病毒的入侵：作为病原微生物的病毒一般通过空气、体液等途径进入人体吸附在宿主的敏感细胞
通过胞吞或其包膜与宿主细胞膜融合进入细胞【包膜子粒不进入细胞】
病毒的增殖：在细胞溶酶体酶的作用下，衣壳蛋白质被水解，释放出病毒核酸 病毒核酸利用宿主细胞的核酸和蛋白质合成系统以及细胞中各种物质合成病毒核酸和结构蛋白质
新合成的核酸和结构蛋白质重新组装成新的病毒 攻击其他细胞
病毒的致病方式：
方式一：在细胞中增殖，导致宿主细胞受损和功能障碍，进一步扩展到组织和器官，引起其损伤和功能障碍。
方式二：直接或间接损伤免疫活性细胞，导致人体免疫功能下降，诱发许多其他疾病。
方式三：少数病毒还会引起正常细胞转化呈肿瘤细胞。
2.2.3 病毒具有严格的细胞内寄生特性。
病毒对宿主细胞具有选择性。
3、微生物传染病的预防 预防微生物传染病，可根据传染病的传播规律，切断由传染源、传播途径和易感人群等环节构成的传染链。
3.1 控制传染源 控制传染源是预防微生物传染病的重要措施。
3.2 切断传播途径 勤洗手、饭前便后洗手也是切断传染病传播途径的重要措施。
3.3 保护易感人群 接种疫苗是目前预防微生物传染病最有效的措施。接种疫苗实际上就是减少易感人群人数，保护易感人群，切断传染链，从而达到预防效果的。
参加体育活动增强体质、合理营养、养成良好的卫生习惯、改善居住条件等，也是保护易感人群的重要措施.
4、疫苗 疫苗是用病原细菌和病毒等制备的，其作用是经注射、口服或鼻吸使机体产生主动免疫力。
4.1 疫苗的种类 最早使用的疫苗是灭活或减毒的病原微生物
20世纪80年代开始研制使用的疫苗是通过基因工程制备的更安全的抗原蛋白质
20世纪90年代，开始研制DNA疫苗，并进入临床试验
4.2 疫苗的制备 制备疫苗实际上利用的是病原微生物结构和组成上的抗原（如病毒的衣壳蛋白，细菌的荚膜、外膜、细胞壁等的组分）
4.3 疫苗的有效性 疫苗的有效性很大程度上依赖于病原微生物抗原的稳定性。
病毒RNA在复制过程中很容易发生变异，从而导致抗原的变化，给疫苗的研制带来很大困难。
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