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《环境微生物学》课程笔记

第一章：绪论

一、微生物的定义与范围

1.微生物的定义：

微生物是一类极其微小的生物体，它们个体微小，通常在显微镜下才能观察到。微生物包括单细胞生物和多细胞生物的微小形态，以及无细胞结构的病毒和类病毒等。

2.微生物的范围：

（1）原核微生物：包括细菌和古生菌，它们没有细胞核和其他膜结构的细胞器。

（2）真核微生物：包括真菌、原生动物、藻类，它们具有细胞核和其他细胞器。

（3）非细胞型微生物：如病毒、类病毒、朊病毒，它们没有细胞结构，必须依赖宿主细胞才能进行繁殖。

二、微生物学的研究内容

1.微生物的形态与结构：

（1）细菌的形态：球状、杆状、螺旋状。

（2）细菌的结构：细胞壁、细胞膜、细胞质、核糖体、拟核等。

（3）真核微生物的结构：细胞核、细胞膜、细胞质、线粒体、内质网、高尔基体等。

2.微生物的生理生化：

（1）微生物的营养需求：碳源、氮源、能源、生长因子等。

（2）微生物的代谢途径：糖酵解、三羧酸循环、氧化磷酸化等。

（3）微生物的代谢调节：酶的诱导与阻遏、反馈抑制等。

3.微生物的遗传与变异：

（1）遗传物质：DNA、RNA。

（2）遗传重组：转化、转导、接合等。

（3）基因突变：点突变、插入突变、缺失突变等。

4.微生物的生态与分布：

（1）微生物在自然界的分布：土壤、水体、空气、极端环境等。

（2）微生物与环境的相互作用：碳循环、氮循环、硫循环等。

5.微生物的应用：

（1）微生物发酵：酿酒、制酱、抗生素生产等。

（2）微生物生物技术：基因工程、蛋白质工程、酶工程等。

（3）微生物环境保护：生物降解、生物修复、废水处理等。

三、微生物学的发展简史

1.微生物学的启蒙时期（17世纪-19世纪中期）：

（1）列文虎克（AntonievanLeeuwenhoek）：首次观察到微生物。

（2）拉扎罗·斯帕兰扎尼（LazzaroSpallanzani）：证明了微生物不是自然发生的。

2.微生物学的奠基时期（19世纪中期-20世纪初）：

（1）路易·巴斯德（LouisPasteur）：证明微生物是引起发酵和疾病的原因，发明巴氏消毒法。

（2）罗伯特·科赫（RobertKoch）：建立微生物病原体的鉴定法则。

3.微生物学的快速发展时期（20世纪初-20世纪中叶）：

（1）分子微生物学的兴起：DNA结构的发现，遗传密码的破译。

（2）微生物技术的应用：抗生素的发现，发酵工业的发展。

4.现代微生物学时期（20世纪中叶至今）：

（1）分子生物学技术的应用：PCR、基因克隆、蛋白质工程等。

（2）微生物基因组学：大量微生物基因组的测序完成。

第二章：微生物形态结构

一、微生物的基本形态

1.微生物的形态分类：

-原核微生物：不具备真正的细胞核，遗传物质直接分布在细胞质中。

-细菌：最常见的原核微生物，具有多种形态。

-放线菌：呈分枝状丝状结构。

-支原体：无细胞壁，形态多样。

-衣原体：专性细胞内寄生。

-立克次氏体：专性细胞内寄生，形状多样。

-真核微生物：具有细胞核和其他细胞器。

-真菌：包括酵母和丝状真菌。

-藻类：具有叶绿素，能进行光合作用。

-原生动物：单细胞真核生物，通常生活在水中。

-非细胞型微生物：无细胞结构，依赖宿主细胞繁殖。

-病毒：具有遗传物质和蛋白质外壳。

-类病毒：仅由遗传物质组成。

-朊病毒：由异常折叠的蛋白质组成。

2.细菌的基本形态：

-球状菌（Coccus）：单个或成对、链状、堆叠等排列方式。

-杆状菌（Bacillus）：直或弯曲，单个或成束排列。

-螺旋菌（Spirillum）：呈螺旋状，可具有单鞭毛或多鞭毛。

二、细菌细胞的大小和显微镜的使用

1.细菌细胞的大小：

-直径：通常在0.2-5μm之间。

-长度：杆状菌可达几十微米。

2.显微镜的使用：

-光学显微镜：放大倍数通常在40-1000倍，用于观察细菌的形态和排列。

-电子显微镜：扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM），放大倍数可达数十万倍，用于观察细菌的超微结构。

三、革兰氏阳性细菌细胞壁

1.革兰氏阳性细菌细胞壁的组成：

-肽聚糖层：较厚，由N-乙酰葡萄糖胺和N-乙酰胞壁酸交替排列组成，交联紧密。

-肽间连结：四肽侧链通过五肽交联桥连接，形成三维网络结构。

-磷壁酸：位于细胞壁表面，具有抗原性和黏附作用。

四、革兰氏阴性细菌细胞壁

1.革兰氏阴性细菌细胞壁的组成：

-肽聚糖层：较薄，由较少的肽聚糖层组