1、环境工程微生物学全册配套最环境工程微生物学全册配套最 完整精品课件完整精品课件1 2 3 几点说明几点说明 课程性质课程性质 使用教材使用教材 课程安排课程安排 (56=40+16) 学科特点学科特点 实验科学实验科学 概念多，描述性内容多概念多，描述性内容多 年轻学科，发展快年轻学科，发展快 和我们的生活密切相关和我们的生活密切相关 4 课程网站课程网站 网址：http:/ 省级精品课程（2011年） 5 绪论绪论-微生物学基础微生物学基础 ? 你所知道的微生物有那些？你所知道的微生物有那些？ 微生物有什么作用？微生物有什么作用？ 当看到或听到细菌这个词时，当看到或听到细菌这个词时， 首先想
2、到什么？首先想到什么？ 6 一、微生物定义一、微生物定义 肉眼看不到或看不清楚的微小生物总称。个体肉眼看不到或看不清楚的微小生物总称。个体微小微小，构造，构造简单简单的的 低等低等生物。生物。 通常，直径通常，直径1mm（0.1mm)的生物是微生物，属于微生物学研究的生物是微生物，属于微生物学研究 范畴。范畴。 The word microbe (microorganism) is used to describe an organism that is so small that, normally, it cannot be seen without the use of a micros
3、cope. Viruses, bacteria, fungi, protozoa and some algae are all included in this category. 7 1.形体微小形体微小 肉眼观察不到，借助工具：光学显微镜、电子 显微镜 测量单位：微米微米( (m) )和纳米和纳米( (nm) ) 2.结构简单结构简单 无细胞结构 具原核 真核单细胞，或简单多细胞 3.进化地位低进化地位低 8 光学显微镜透射电子显微镜扫描电子显微镜 9 微生物大小微生物大小 howbig1.swf 10 二、微生物种类 非细胞形态的微生物 病毒（植物病毒、动物病毒、细菌病毒等）、类病毒、拟
4、病毒、病毒（植物病毒、动物病毒、细菌病毒等）、类病毒、拟病毒、 朊病毒等朊病毒等 细胞形态的微生物 原核微生物原核微生物 细菌、古菌、放线菌、蓝细菌、支原体、衣原体、立克次氏体细菌、古菌、放线菌、蓝细菌、支原体、衣原体、立克次氏体 真核微生物真核微生物 藻类、真菌（酵母菌、霉菌）、原生动物、微型后生动物藻类、真菌（酵母菌、霉菌）、原生动物、微型后生动物 11 12 What are Microorganisms? Virus (病毒） Non-cell microbes Bacteria (细菌） Archaea (古菌） Algae (藻类） Fungi (真菌:酵母、霉菌） Protozo
5、a (原生动物） Eukaryotes (真核生物） Prokaryotes (原核生物) 13 What are Prokaryotes? Prokaryotes: Bacteria (细菌细菌) Archaea (古古菌菌) Actinomycetes (放线菌放线菌) Mycoplasma (支原体支原体) Rickettsia (立克氏体立克氏体) Chlamydia (衣原体衣原体) Cyanobacteria (蓝细菌蓝细菌) 14 What are Eukaryotic Microorganisms? Algae Fungi Slime molds Protozoa 15 Vir
6、us: Virus, Viroids and Prions 16 三、微生物在生物界的分类地位三、微生物在生物界的分类地位 17 动物动物 植物植物 生 物 菌菌 病毒病毒 细菌细菌 真菌真菌 藻藻 微型动物微型动物 “微型植物微型植物 ” 虫虫 18 生物分类单元生物分类单元 分类单元-界、门、纲、目、科、属、种界、门、纲、目、科、属、种。 生物分类的基本单元是种。 种以下可再分为亚种、变种、型和菌株等。 人（人（Homo sapiens L.Homo sapiens L.) ) 动物界动物界 脊索动物门（脊索动物亚门）脊索动物门（脊索动物亚门） 哺乳动物纲（真兽亚纲）哺乳动物纲（真兽亚纲）
7、 灵长目（类人猿亚目）灵长目（类人猿亚目） 人科人科 人属人属 人种人种 19 近100多年，从二界经历过三界系统、四界系统、五 界系统甚至六界系统，最后又出现三原界系统。 二界系统：植物界、动物界 三界系统：植物界、动物界、原生生物界 四界系统：植物界、动物界、原始生物界、菌界 五界系统：动物界、植物界、原生生物界、真五界系统：动物界、植物界、原生生物界、真 菌界、原核生物界菌界、原核生物界 三原界系统：古细菌原界、真细菌原界、真核三原界系统：古细菌原界、真细菌原界、真核 生物原界生物原界 20 四四 （一）（一）个体极小，比表面积大个体极小，比表面积大 （二）（二）繁殖快、代谢速率快繁殖快
8、、代谢速率快 （三）（三）数量多数量多 （四）（四）易变异易变异 （五）（五）种类多、分布广、代谢类型多样种类多、分布广、代谢类型多样 21 22 生物界中，微生物具有最高的繁殖速度。生物界中，微生物具有最高的繁殖速度。 尤其是以尤其是以二分裂方式二分裂方式繁殖的细菌，其速度繁殖的细菌，其速度 更是惊人。更是惊人。 23 z (1)土壤是微生物的“大本营”， 其中细菌数量达数亿个其中细菌数量达数亿个g g，放线，放线 菌孢子达数千万个菌孢子达数千万个g g，霉菌孢子，霉菌孢子 达数百万个达数百万个g g，酵母菌达数十万，酵母菌达数十万 个个g;g; 24 (2)全世界海洋中微生物 的总重量约
9、(3)人体细菌分布情况人体细菌分布情况 肠道：肠道：15,00035,000种种 口腔：口腔：300500种种 皮肤：皮肤：120种种 携带致病菌种类：携带致病菌种类：100种种 细菌总数达细菌总数达 人体细胞数量人体细胞数量10万亿万亿 25 (4)新鲜叶子表面微生物数量达新鲜叶子表面微生物数量达100多万个多万个g 26 为什么微生物较其他生物容易变异呢？为什么微生物较其他生物容易变异呢？ 各种生物变异频率一样各种生物变异频率一样-十分低十分低( (如如1010-5 -5 1010-10 -10） ） 数量大、保护能力差数量大、保护能力差 27 青霉素青霉素 19431943年，发酵水平年
10、，发酵水平2020单位单位/ml /ml ，使用需要几十，使用需要几十 万单位；目前发酵水平达到万单位；目前发酵水平达到1010万单位万单位/ml/ml，使用，使用 则需上百万甚至上千万单位。则需上百万甚至上千万单位。 28 目前已经知道的动物约有150万种，植物50万种，微生物 约20万种。其中细菌、放线菌约1500种。 苏联微生物学家伊姆舍涅茨基曾估计，“目前我们所了解目前我们所了解 的微生物总数，至多也不超过生活在自然界中的微生物总的微生物总数，至多也不超过生活在自然界中的微生物总 数的数的1010”。如果这一估计不错的话，将来的某一天， 微生物的总数可能会超过目前动、植物的种数之和。
11、29 提问提问:自然界中什么地方没有微生物呢？自然界中什么地方没有微生物呢？ 有火的地方有火的地方 微生物只怕微生物只怕“火火” z释迦牟尼佛 z（公元前公元前624年公元前年公元前544年年，古印度） “-众生妄心如太末虫太末虫（极微 末的虫，微生物），处处能缘，独不能缘独不能缘 于火焰于火焰-” 自电 影佛 陀转 30 提问：提问：结合微生物的特点，为什么它是治结合微生物的特点，为什么它是治 污的污的主力军主力军？ 数量多、代谢快、繁殖快数量多、代谢快、繁殖快降解快降解快 易变异、代谢类型多易变异、代谢类型多降解物质种类多降解物质种类多 高效高效 分布广、无处不在分布广、无处不在价廉价廉
12、31 五、微生物命名-双名法 1.学名学名=属名属名+种名种名+（首次定名人）（首次定名人）+现定名人现定名人+定名定名 年份年份 例如例如 (Schroeter) Migula 1920 铜绿假单胞菌铜绿假单胞菌 1920年由年由Migula定名定名 2 .学名学名=属名属名+种名种名+菌株菌株（用字母、符号等字形表示（用字母、符号等字形表示） 例如例如 AS 1.398 枯草杆菌中能生产蛋白酶的一株菌株枯草杆菌中能生产蛋白酶的一株菌株 3.学名学名=属名属名+sp.(或或spp.) sp. 单数；单数；spp. 复数复数 32 举例 Bacillus subtilis 枯草芽孢杆菌 Esc
13、herichia coli 大肠杆菌 Staphylococcus aureus 金黄色葡萄球菌 B. anthracis 炭疽芽孢杆菌 Pseudomonas sp. 一种假单胞菌属细菌 Pseudomonas spp. 几种假单胞菌属细菌 33 六、微生物学定义及其分科 1.1.微生物学定义微生物学定义 研究微生物生命活动的科学。在细胞、分研究微生物生命活动的科学。在细胞、分 子或群体水平上研究微生物的形态结构、子或群体水平上研究微生物的形态结构、 生理代谢、遗传变异、生态分布和分类进生理代谢、遗传变异、生态分布和分类进 化等生命活动的基本规律，控制、消灭或化等生命活动的基本规律，控制、消
14、灭或 改造有害微生物。改造有害微生物。 34 2.2.微生物学分科微生物学分科 基础微生物学基础微生物学应用微生物学应用微生物学 按微生物种类分按微生物种类分按过程或功能分按过程或功能分按与疾病关系分按与疾病关系分按生态环境分按生态环境分按技术与工艺分按技术与工艺分按应用范围分按应用范围分 微微 生生 物物 分分 类类 学学 细细 菌菌 学学 真真 菌菌 学学 病病 毒毒 学学 菌菌 物物 学学 藻藻 类类 学学 原生动物学原生动物学 微微 生生 物物 生生 理理 学学 微微 生生 物物 遗遗 传传 学学 微微 生生 物物 生生 态态 学学 分分 子子 微微 生生 物物 学学 细细 胞胞 微微
15、 生生 物物 学学 微生物基因组学微生物基因组学 免免 疫疫 学学 医学微生物学医学微生物学 流流 行行 病病 学学 土壤微生物学土壤微生物学 海洋微生物学海洋微生物学 环境微生物学环境微生物学 水水 微微 生生 物物 学学 宇宙微生物学宇宙微生物学 分析微生物学分析微生物学 微生物技术学微生物技术学 发酵微生物学发酵微生物学 遗遗 传传 工工 程程 工业微生物学工业微生物学 农业微生物学农业微生物学 医学微生物学医学微生物学 药学微生物学药学微生物学 兽医微生物学兽医微生物学 食品微生物学食品微生物学 预防微生物学预防微生物学 35 3.环境工程微生物学内容 微生物的基础知识；栖息在水体、土
16、壤、空气、城市生活微生物的基础知识；栖息在水体、土壤、空气、城市生活 污水、工业废水和城市有机固体废弃物生物处理和废气生污水、工业废水和城市有机固体废弃物生物处理和废气生 物处理中的微生物及其生态；饮用水卫生细菌学；自然环物处理中的微生物及其生态；饮用水卫生细菌学；自然环 境物质循环与转化；水体和土壤的自净作用，污染水体治境物质循环与转化；水体和土壤的自净作用，污染水体治 理、污染土壤的修复等环境工程净化的原理。理、污染土壤的修复等环境工程净化的原理。 偏重于水环境保护。偏重于水环境保护。 有害微生物有害微生物（病原性、腐蚀性）的监控与防治（病原性、腐蚀性）的监控与防治 有益微生物的有益微生物
17、的培养与利用（水处理中的各种微生物的高效、培养与利用（水处理中的各种微生物的高效、 密集培养、生物强化）密集培养、生物强化） 36 （一）全球气候变暖（一）全球气候变暖 （二）臭氧层的耗损与破坏（二）臭氧层的耗损与破坏 （三）生物多样性减少（三）生物多样性减少 （四）酸雨蔓延（四）酸雨蔓延 （五）森林锐减（五）森林锐减 （六）土地荒漠化（六）土地荒漠化 （七）大气污染（七）大气污染 （八）水污染（八）水污染 （九）海洋污染（九）海洋污染 （十）危险性废物越境转移（十）危险性废物越境转移 21世纪的人类面临的十大环境问题 37 污染控制中的微生物学作用污染控制中的微生物学作用 38 污染控制中的
18、微生物学作用污染控制中的微生物学作用 39 同济大学同济大学 周群英周群英 王士芬编著王士芬编著 高等教育出版社高等教育出版社 第三版第三版 返回返回 第一节第一节 病毒的一般特征及其分类病毒的一般特征及其分类 病毒定义病毒定义 n病毒是一类超显微的非细胞生物，每一种病毒只含有病毒是一类超显微的非细胞生物，每一种病毒只含有 一种核酸；它们只能在活细胞内营专性寄生，靠其宿一种核酸；它们只能在活细胞内营专性寄生，靠其宿 主代谢系统的协助来复制核酸、合成蛋白质等组分，主代谢系统的协助来复制核酸、合成蛋白质等组分， 然后再进行装配得以增殖；在离体条件下，它们能以然后再进行装配得以增殖；在离体条件下，它
19、们能以 无生命的化学大分子状态长期存在并保持其侵染活性。无生命的化学大分子状态长期存在并保持其侵染活性。 一、病毒的特点一、病毒的特点 形体极其微小，必须在电子显微镜下才能观察，可通形体极其微小，必须在电子显微镜下才能观察，可通 过细菌滤器；过细菌滤器； 没有细胞构造，故也称分子生物；没有细胞构造，故也称分子生物； 其主要成分仅有核酸和蛋白质两种；其主要成分仅有核酸和蛋白质两种； 每一种病毒只有一种核酸，不是每一种病毒只有一种核酸，不是DNA就是就是RNA； 既无产能酶系也无蛋白质合成系统（核糖体）；既无产能酶系也无蛋白质合成系统（核糖体）； 在宿主细胞协助下，通过核酸复制和核酸蛋白装配的在宿
20、主细胞协助下，通过核酸复制和核酸蛋白装配的 形式增殖，不存在个体生长和二分裂法繁殖方式；形式增殖，不存在个体生长和二分裂法繁殖方式； 在宿主的活细胞内营专性寄生；在宿主的活细胞内营专性寄生； 离体条件下，以无生命的化学大分子状态存在，并可离体条件下，以无生命的化学大分子状态存在，并可 形成结晶；形成结晶； 二、病毒的分类二、病毒的分类 国际病毒分类委员会国际病毒分类委员会ICTV将病毒分为将病毒分为3个目，个目，73个科，个科， 11个亚科，个亚科，289个属，个属，1950个种（个种（2005.7）。）。 根据专性寄主分类：根据专性寄主分类： 植物病毒、动物病毒、细菌病毒（噬菌体）、放线菌病
21、植物病毒、动物病毒、细菌病毒（噬菌体）、放线菌病 毒（噬放线菌体）、藻类病毒、真菌病毒。毒（噬放线菌体）、藻类病毒、真菌病毒。 根据核酸分类：根据核酸分类： DNA病毒和病毒和RNA病毒病毒。 三、类病毒和朊病毒三、类病毒和朊病毒 类病毒类病毒 马铃薯纺锤形块茎病是马铃薯纺锤形块茎病是1922年在美国发现的，它可使马铃年在美国发现的，它可使马铃 薯减产薯减产2070。 19671971年在美国工作的瑞士学者年在美国工作的瑞士学者T. O. Diener发现，患发现，患 PSTD的块茎抽提物经超离心和凝胶电泳后，出现了一条的块茎抽提物经超离心和凝胶电泳后，出现了一条 比一般病毒分子更小的区带，而
22、健康的块茎却没有。经一比一般病毒分子更小的区带，而健康的块茎却没有。经一 系列试验后，证明它是一个没有衣壳包裹长系列试验后，证明它是一个没有衣壳包裹长50nm棒状的棒状的 RNA分子，称为马铃薯纺锤形块茎病类病毒。分子，称为马铃薯纺锤形块茎病类病毒。 从此，一类新的病原体从此，一类新的病原体类病毒就被广泛承认类病毒就被广泛承认 并进行了深入的研究。之后陆续发现的类病毒并进行了深入的研究。之后陆续发现的类病毒 有番茄簇顶病、柑橘裂皮病、菊花矮化病、菊有番茄簇顶病、柑橘裂皮病、菊花矮化病、菊 花褪绿斑驳病、黄瓜白果病、椰子死亡病和酒花褪绿斑驳病、黄瓜白果病、椰子死亡病和酒 花矮化病等的类病毒。花矮
23、化病等的类病毒。 第二节第二节 病毒形态和结构病毒形态和结构 一、病毒的形态和大小一、病毒的形态和大小 测量的单位是纳米，多数病毒粒子直径在测量的单位是纳米，多数病毒粒子直径在 10300nm之间。之间。 病毒的形态主要有球形、杆形、砖形等、蝌病毒的形态主要有球形、杆形、砖形等、蝌 蚪形等。不同病毒大小差别较大。蚪形等。不同病毒大小差别较大。 有代表性的若干病毒的直径或大小 牛痘病毒牛痘病毒 脊髓灰质炎病毒脊髓灰质炎病毒 二、病毒的化学组成及结构二、病毒的化学组成及结构 由于病毒是非细胞生物，单个病毒个体不能称作由于病毒是非细胞生物，单个病毒个体不能称作 “单细胞单细胞”，这样，就产生了病毒粒
24、子（，这样，就产生了病毒粒子（virion）的）的 名词。名词。 病毒粒子有时也称病毒颗粒（病毒粒子有时也称病毒颗粒（virus particle），是指），是指 成熟的、结构完整的单个病毒。成熟的、结构完整的单个病毒。 （一）病毒的化学组成（一）病毒的化学组成 病毒的化学组成由蛋白质和核酸，有的还含类病毒的化学组成由蛋白质和核酸，有的还含类 脂质和多糖。脂质和多糖。 核酸位于病毒粒子的中心，构成了它的核心（核酸内芯）或基因核酸位于病毒粒子的中心，构成了它的核心（核酸内芯）或基因 组；蛋白质包围在核心周围，构成了病毒粒子的衣壳。组；蛋白质包围在核心周围，构成了病毒粒子的衣壳。 衣壳是病毒粒子的
25、主要支架结构和抗原成分，对核酸有保护作用。衣壳是病毒粒子的主要支架结构和抗原成分，对核酸有保护作用。 衣壳是由许多在电镜下可辨别的形态学亚单位衣壳是由许多在电镜下可辨别的形态学亚单位衣壳粒所构成。衣壳粒所构成。 核心和衣壳合在一起称为核衣壳，它是任何病毒（真病毒）所必核心和衣壳合在一起称为核衣壳，它是任何病毒（真病毒）所必 须具备的基本结构。须具备的基本结构。 有些较复杂的病毒，在其核衣壳外还被一层由类脂或脂蛋白组成有些较复杂的病毒，在其核衣壳外还被一层由类脂或脂蛋白组成 的被膜包裹着。有时，被膜上还长有刺突等附属物。的被膜包裹着。有时，被膜上还长有刺突等附属物。 （二）病毒的结构（二）病毒的
26、结构 蛋白质的功能：蛋白质的功能： 保护病毒使其免受环境因素的影响；保护病毒使其免受环境因素的影响； 决定病毒感染的特异性；决定病毒感染的特异性； 使病毒与敏感细胞表面特定部位有特异亲和力，病毒使病毒与敏感细胞表面特定部位有特异亲和力，病毒 可牢固的附着在敏感细胞上；可牢固的附着在敏感细胞上； 病毒蛋白质还有致病性、毒力和抗原性。病毒蛋白质还有致病性、毒力和抗原性。 动植物病毒核酸类型动植物病毒核酸类型 dsDNAdsDNA，ssDNAssDNA，dsRNA dsRNA ，ssRNAssRNA。病毒核酸含量占。病毒核酸含量占1-5%1-5%不等，不等， 如感冒病毒核酸占如感冒病毒核酸占1%1%
27、，蛋白质占，蛋白质占99% 99% 。TMVTMV核酸占核酸占5%5%，蛋白质，蛋白质 占占95%95%。 核酸可用物理、化学方法分离出来，分离出的核酸仍具有侵染力。核酸可用物理、化学方法分离出来，分离出的核酸仍具有侵染力。 核酸的功能核酸的功能 决定病毒遗传、变异和对敏感宿主细胞的感染力。决定病毒遗传、变异和对敏感宿主细胞的感染力。 病毒粒子的模式构造 由于衣壳粒排列组合不同，使病毒有三种对称性构型。由于衣壳粒排列组合不同，使病毒有三种对称性构型。 立体对称型（主要是立体对称型（主要是20面体）；螺旋对称型；复合对面体）；螺旋对称型；复合对 称型。称型。 Helical viruses re
28、semble long rods that may be rigid or flexible. Surrounding the nucleic acid, their capsid is a hollow cylinder with a helical structure. An example of a helical virus that is a rigid rod is the tobacco mosaic virus Helical viruses The capsid of most polyhedral viruses is in the shape of a regular p
29、olyhedron with 20 triangular faces and 12 corners. The capsomeres of each face form an equilateral triangle. An example of a polyhedral virus in the shape of an icosahedron is the adenovirus. Another icosahedral virus is the poliovirus. Polyhedral viruses Some viruses, particularly bacterial viruses
30、, have very complicated structures and are called complex viruses. Examples of complex viruses are poxviruses, which do not contain clearly identifiable capsids but have several coats around the nucleic acid. Certain bacteriophages have capsids to which additional structures are attached. Complex vi
31、ruses 噬菌体 一、病毒的繁殖过程一、病毒的繁殖过程 以大肠杆菌以大肠杆菌T系噬菌体为系噬菌体为 例。例。 吸附吸附 侵入侵入 复制与聚集复制与聚集 释放释放 第三节第三节 病毒的繁殖病毒的繁殖 吸附吸附 吸附是噬菌体与细菌表面吸附是噬菌体与细菌表面 受体发生特异性结合的过受体发生特异性结合的过 程，其特异性取决于噬菌程，其特异性取决于噬菌 体蛋白与宿主菌表面受体体蛋白与宿主菌表面受体 分子结构的互补性。分子结构的互补性。 侵入侵入 噬菌体吸附在细菌细胞壁的受体上以后，核酸注入细菌细胞中，噬菌体吸附在细菌细胞壁的受体上以后，核酸注入细菌细胞中， 蛋白质壳体留在外面。从吸附到侵入，时间间隔很
32、短，只有几蛋白质壳体留在外面。从吸附到侵入，时间间隔很短，只有几 秒到几分钟。秒到几分钟。 复制和聚集复制和聚集 噬菌体核酸进入寄主细胞后，操纵寄主细胞的代谢机能，大量噬菌体核酸进入寄主细胞后，操纵寄主细胞的代谢机能，大量 复制噬菌体核酸，但不形成带壳体的粒子，称为潜育期。寄主复制噬菌体核酸，但不形成带壳体的粒子，称为潜育期。寄主 细胞合成噬菌体壳体形成完整的噬菌体粒子。细胞合成噬菌体壳体形成完整的噬菌体粒子。 释放释放 噬菌体粒子成熟，引起寄主细胞的裂解释放出病毒粒子。随种噬菌体粒子成熟，引起寄主细胞的裂解释放出病毒粒子。随种 类不同，一个寄主细胞释放类不同，一个寄主细胞释放10101000
33、1000个噬菌体粒子。个噬菌体粒子。 v 根据噬菌体与宿主菌的相互关系，噬菌体可分为两类： v 毒性噬菌体毒性噬菌体(virulent phage)(virulent phage)：能在宿主细胞内复制增殖， 产生许多子代噬菌体，并最终裂解细菌。 v 温和噬菌体温和噬菌体(temperate phage)(temperate phage)：噬菌体基因与宿主染色 体整合，不产生子代噬菌体，但噬菌体DNA能随细菌DNA 复制，并随细菌的分裂而传代。 二、噬菌体的溶原性二、噬菌体的溶原性 温和噬菌体的基因组能与宿主菌基因组整合，并随细菌分裂传至子代 细菌的基因组中，不引起细菌裂解。整合在细菌基因组中的
34、噬菌体基 因组称为前噬菌体前噬菌体(prophage)，带有前噬菌体基因组的细菌称为溶原性溶原性 细菌细菌(lysogenic bacterium)。 前噬菌体偶尔可自发地或在某些理化和生物因素的诱导下脱离宿主菌 基因组而进入溶菌周期，产生成熟噬菌体，导致细菌裂解。温和噬菌 体这种产生成熟噬菌体颗粒和溶解宿主菌的潜在能力，称为溶原性溶原性 (lysogeny)。 温和噬菌体可有三种存在状态：A. 游离的具有感染性的噬菌体颗粒； B. 宿主菌胞质内类似质粒形式的噬菌体核酸；C. 前噬菌体。 某些前噬菌体可导致细菌基因型和性状发生改变，这称为溶原性转换溶原性转换 (lysogenic conver
35、sion)。 温和噬菌体温和噬菌体 第四节第四节 病毒的测定与培养病毒的测定与培养 一、病毒的测定一、病毒的测定 样品中的病毒数量可用颗粒计数法、间接计数样品中的病毒数量可用颗粒计数法、间接计数 法或感染效价法进行测定。法或感染效价法进行测定。 （一）病毒颗粒计算法（一）病毒颗粒计算法 用电子显微镜计数。用电子显微镜计数。 （二）间接计数法（二）间接计数法 用血细胞凝集试验计数是分别将红细胞与一系用血细胞凝集试验计数是分别将红细胞与一系 列列10倍稀释的病毒样品混合，观察结果。以能倍稀释的病毒样品混合，观察结果。以能 引起血细胞凝集的最高稀释倍数为病毒的效价。引起血细胞凝集的最高稀释倍数为病毒
36、的效价。 （三）病毒感染效价测定法（三）病毒感染效价测定法 测定法与病毒培养方法基本相同测定法与病毒培养方法基本相同. n二、病毒的培养特征二、病毒的培养特征 （一）病毒在液体培养基中的培养特征（一）病毒在液体培养基中的培养特征 在细菌培养液中，细菌被噬菌体感染，细胞裂解，浑在细菌培养液中，细菌被噬菌体感染，细胞裂解，浑 浊的菌悬液变成为透明的裂解溶液。浊的菌悬液变成为透明的裂解溶液。 在固体培养基上在固体培养基上-噬菌斑噬菌斑 将少量噬菌体与大量宿主细胞混合后，将此混合液与将少量噬菌体与大量宿主细胞混合后，将此混合液与 45左右的琼脂培养基在培养皿中充分混匀，铺平后左右的琼脂培养基在培养皿中
37、充分混匀，铺平后 培养。经数小时至培养。经数小时至10余小时后，在平板表面布满宿主余小时后，在平板表面布满宿主 细胞的菌苔上，可以用肉眼看到一个个透亮不长菌的细胞的菌苔上，可以用肉眼看到一个个透亮不长菌的 小圆斑，就是噬菌斑小圆斑，就是噬菌斑(plaque) 。每一个噬菌斑一般是。每一个噬菌斑一般是 由一个噬菌体粒子形成的。由一个噬菌体粒子形成的。 n（一）病毒在固体培养基中的培养特征（一）病毒在固体培养基中的培养特征 当一个噬菌体侵染一个敏感细胞后，不久即释放出一群子代当一个噬菌体侵染一个敏感细胞后，不久即释放出一群子代 噬菌体，它们通过琼脂层扩散又侵染周围的宿主细胞，并引噬菌体，它们通过琼
38、脂层扩散又侵染周围的宿主细胞，并引 起它们裂解，如此多次重复，就出现了一个由无数噬菌体粒起它们裂解，如此多次重复，就出现了一个由无数噬菌体粒 子构成的群体子构成的群体噬菌斑。噬菌斑。 噬菌斑的形成与细菌菌落的形成有点相似，所不同的只是噬噬菌斑的形成与细菌菌落的形成有点相似，所不同的只是噬 菌斑更像一个菌斑更像一个“负菌落负菌落”。 噬菌斑的形成可用于检出、分离、纯化噬菌体和进行噬菌体噬菌斑的形成可用于检出、分离、纯化噬菌体和进行噬菌体 的计数。的计数。 噬菌斑噬菌斑 荧光假单胞菌荧光假单胞菌 Quantification of viruses Plaque assay technique fo
39、r quantification of bacterial viruses. 若将噬菌体按一定倍数稀释，通过噬斑计数，可测定若将噬菌体按一定倍数稀释，通过噬斑计数，可测定- 噬斑形成单位噬斑形成单位(plaque forming units，pfu) 三、病毒的培养基三、病毒的培养基 敏感细胞要求具备条件：敏感细胞要求具备条件： 必须是活的敏感宿主或是活的敏感宿主组织细胞；必须是活的敏感宿主或是活的敏感宿主组织细胞； 能够提供病毒附着的受体；能够提供病毒附着的受体； 敏感细胞内没有破坏特异性病毒的限制性核酸内切酶，敏感细胞内没有破坏特异性病毒的限制性核酸内切酶， 病毒进入细胞就可生长繁殖。病毒
40、进入细胞就可生长繁殖。 第五节第五节 病毒对物理、化学因素、抗生素的抵抗病毒对物理、化学因素、抗生素的抵抗 力及在污水处理过程中的去除效果力及在污水处理过程中的去除效果 温度 在宿主细胞外病毒大多数在在宿主细胞外病毒大多数在55-65范围内不到范围内不到1h灭活。灭活。 高温使病毒核酸和蛋白质衣壳受损伤，蛋白质变性作高温使病毒核酸和蛋白质衣壳受损伤，蛋白质变性作 用阻碍病毒吸附到宿主细胞上，削弱了病毒的感染力。用阻碍病毒吸附到宿主细胞上，削弱了病毒的感染力。 低温不会灭活病毒，通常在低温不会灭活病毒，通常在-75 保存病毒。保存病毒。 光和其他辐射 紫外辐射：有灭活病毒的作用。灭活的部位紫外辐
41、射：有灭活病毒的作用。灭活的部位 是病毒核酸，形成胸腺嘧啶二聚体。是病毒核酸，形成胸腺嘧啶二聚体。 可见光：大多数肠道病毒对可见光很敏感而可见光：大多数肠道病毒对可见光很敏感而 被杀死，称为被杀死，称为“光灭活作用光灭活作用”。 离子辐射：离子辐射：X射线、射线、r射线也有灭活作用。射线也有灭活作用。 干燥 干燥也是控制环境中病毒的重要因素。干燥也是控制环境中病毒的重要因素。 在土壤中，水分含量低于在土壤中，水分含量低于10时，病毒时，病毒 会迅速灭活。会迅速灭活。 体内灭活：抗体、干扰素体内灭活：抗体、干扰素 体外灭活：体外灭活： 破坏蛋白质的化学物质：破坏蛋白质的化学物质：酚、低离子强度环
42、境酚、低离子强度环境 破坏核酸的化学物质：破坏核酸的化学物质：甲醛、亚硝酸、氨甲醛、亚硝酸、氨 影响脂类的化学物质：影响脂类的化学物质：醚、醚、SDS、氯仿、去氧胆酸、氯仿、去氧胆酸 一级处理（物理过程）去除一级处理（物理过程）去除30%； 二级处理（生物过程）去除二级处理（生物过程）去除9099%； 三级处理（深度处理）可使病毒滴度三级处理（深度处理）可使病毒滴度LOG值下值下 降降46。 86 第二章第二章 原核微生物原核微生物 87 终日沸腾的温泉成了古细菌最后的天堂终日沸腾的温泉成了古细菌最后的天堂 第一节第一节 古菌域（古菌域（Archaea） 88 概念的提出概念的提出 1977年
43、，年，Woese以以16S rRNA序列比较为依据，提出的独序列比较为依据，提出的独 立于真细菌和真核生物之外的生命的第三种形式。立于真细菌和真核生物之外的生命的第三种形式。 t 在分类地位上与真细菌和真核生物并列为三域，在分类地位上与真细菌和真核生物并列为三域， t 并且在进化谱系上更接近真核生物。并且在进化谱系上更接近真核生物。 t 在细胞构造上与真细菌较为接近，同属原核生物。在细胞构造上与真细菌较为接近，同属原核生物。 t 多生活于一些生存条件十分恶劣的极端环境中，多生活于一些生存条件十分恶劣的极端环境中， t 例如高温、高盐、高酸等。例如高温、高盐、高酸等。 t 原名：古细菌（原名：古
44、细菌（Archaebacteria）；后改名：古菌（）；后改名：古菌（Archaea） 89 古菌古菌 90 （一）古菌的形态（一）古菌的形态 显微镜下，古菌与细菌具有类似的个体形态显微镜下，古菌与细菌具有类似的个体形态 一、古菌的特点一、古菌的特点 91 92 （二）古菌的细胞结构（二）古菌的细胞结构 在细胞结构与功能上，古生菌既有类似真细菌在细胞结构与功能上，古生菌既有类似真细菌 之处，也有类似真核生物之处，还具有一些自之处，也有类似真核生物之处，还具有一些自 己独特的特点。己独特的特点。 93 细胞壁细胞壁 具有与真细菌类似功能的细胞壁具有与真细菌类似功能的细胞壁 细胞壁的结构和化学成分
45、均差别甚大；细胞壁的结构和化学成分均差别甚大； 细胞壁不含细胞壁不含二氨基庚二酸二氨基庚二酸和和胞壁酸胞壁酸。 已研究过的一些古菌，细胞壁中没有真正的肽聚糖，已研究过的一些古菌，细胞壁中没有真正的肽聚糖， 而是由多糖（假肽聚糖）、糖蛋白或蛋白质构成，对而是由多糖（假肽聚糖）、糖蛋白或蛋白质构成，对 -内酰胺内酰胺 类抗菌素（青霉素）和溶菌酶不敏感；对蛋白酶敏感。类抗菌素（青霉素）和溶菌酶不敏感；对蛋白酶敏感。 热原体属热原体属(Thermoplasma)没有细胞壁没有细胞壁 94 细胞壁细胞壁 N-乙酰葡糖胺和乙酰葡糖胺和N-乙酰乙酰 塔罗糖胺糖醛酸交替连塔罗糖胺糖醛酸交替连 接而成，肽尾由接
46、而成，肽尾由L-Glu、 L- Ala和和L-lys 3个个L型氨型氨 基酸组成，肽桥则由基酸组成，肽桥则由L- Glu 1个氨基酸组成。个氨基酸组成。 -1,3糖苷键不被溶菌酶水解糖苷键不被溶菌酶水解 95 细胞膜细胞膜 古菌质膜本质上也是由磷脂组成，但比真细菌或真核生物具古菌质膜本质上也是由磷脂组成，但比真细菌或真核生物具 有更明显的多样性。有更明显的多样性。 亲水头（甘油）与疏水尾（烃链）间是通过醚键而不亲水头（甘油）与疏水尾（烃链）间是通过醚键而不 是酯键连接的；是酯键连接的； 细胞膜的化学组分存在多样性；细胞膜的化学组分存在多样性； 古菌质膜中存在独特单分子层膜或单、双分子层混合古菌
47、质膜中存在独特单分子层膜或单、双分子层混合 膜，而真细菌或真核生物质膜都是双分子层。膜，而真细菌或真核生物质膜都是双分子层。 Label1 96 细胞质和内含物细胞质和内含物 t 无复杂内膜的细胞器；无复杂内膜的细胞器； t 核糖体核糖体70S t 有些种类细胞质中具有颗粒有些种类细胞质中具有颗粒 状内含物状内含物 产甲烷嗜热菌细胞内的气泡产甲烷嗜热菌细胞内的气泡 97 核核 区区 没有具有核仁、核摸的细胞核没有具有核仁、核摸的细胞核 染色体脱氧核糖核酸为共价闭合环状染色体脱氧核糖核酸为共价闭合环状 98 （三）代谢（三）代谢 有许多特殊的辅酶，如绝对厌氧的产甲烷菌有有许多特殊的辅酶，如绝对厌
48、氧的产甲烷菌有 辅酶辅酶M、F420、F430等。等。 代谢呈多样性。有异养菌、自养菌和不完全光代谢呈多样性。有异养菌、自养菌和不完全光 合作用合作用3种类型。种类型。 99 （四）呼吸类型（四）呼吸类型 多数严格厌氧、兼性厌氧，个别专性好氧。多数严格厌氧、兼性厌氧，个别专性好氧。 Woese认为古菌没有严格的好氧型，没有完全的认为古菌没有严格的好氧型，没有完全的 光合型。光合型。 100 （五）繁殖方式与繁殖速度（五）繁殖方式与繁殖速度 繁殖方式有二分裂、芽殖。繁殖方式有二分裂、芽殖。 繁殖速度较慢，进化速度也比细菌慢。繁殖速度较慢，进化速度也比细菌慢。 101 （六）生活习性（六）生活习性
49、 大多数古菌生活在极端环境。大多数古菌生活在极端环境。 如盐分高的湖泊，极热、极冷、极酸和绝对厌氧如盐分高的湖泊，极热、极冷、极酸和绝对厌氧 环境。环境。 102 按照古菌生活习性和生理特性，分为三大类型：按照古菌生活习性和生理特性，分为三大类型： 产甲烷菌产甲烷菌 嗜热嗜酸菌嗜热嗜酸菌 极端嗜盐菌极端嗜盐菌 二、古菌的分类二、古菌的分类 103 2001年年“伯杰系统细菌学手册伯杰系统细菌学手册”第二版中，将原核生第二版中，将原核生 物分为古菌域和细菌域。物分为古菌域和细菌域。 古菌域分类为泉古生菌门和广古生菌门。古菌域分类为泉古生菌门和广古生菌门。 （一）泉古生菌门（一）泉古生菌门 极端嗜
50、热、嗜酸，代谢硫。硫在厌氧呼吸中作为电子极端嗜热、嗜酸，代谢硫。硫在厌氧呼吸中作为电子 受体和无机营养的电子源。受体和无机营养的电子源。 有有1纲、纲、3目、目、5科、科、22属。属。 104 （二）广古生菌门（二）广古生菌门 7纲（纲（甲烷甲烷杆菌纲杆菌纲、甲烷球菌、甲烷球菌纲纲、盐杆菌纲盐杆菌纲、热原体纲热原体纲、 热球菌纲热球菌纲、古生球菌、古生球菌纲纲和甲烷嗜高和甲烷嗜高热菌纲），热菌纲），9目，目，15 科，科，48属。属。 产甲烷菌产甲烷菌是是该门中优势类群。该门中优势类群。 105 三、环境保护和环境工程领域中研究古菌三、环境保护和环境工程领域中研究古菌 的意义的意义 n 极端微
