《微生物学研究生》课件.pptVIP

微生物学研究生课程概述系统探索微观世界奥秘研究微生物结构、功能与应用

课程目标和学习成果掌握微生物学基础理论深入理解微生物分类、结构与生理熟练实验技术与方法培养、分离、鉴定与分子生物学技术培养科研思维与能力设计实验、分析数据与解决问题了解学科前沿进展

微生物学的历史和发展117世纪列文虎克发现微生物219世纪巴斯德推翻自然发生说320世纪初弗莱明发现青霉素420世纪中期DNA结构解析与分子生物学兴起521世纪组学技术与合成生物学蓬勃发展

微生物的分类和多样性细菌原核单细胞微生物病毒非细胞形态生命真菌真核微生物原生生物单细胞真核微生物微藻光合自养微生物

原核生物vs真核生物原核生物无核膜无膜结合细胞器环状DNA细胞结构简单代表：细菌、古菌真核生物有核膜含多种膜结合细胞器线性染色体细胞结构复杂代表：真菌、原生生物

细菌的细胞结构细胞壁革兰阳性菌：肽聚糖层厚革兰阴性菌：外膜+薄肽聚糖层细胞膜磷脂双分子层控制物质转运核区环状DNA无核膜包被细胞附属结构鞭毛：运动菌毛：黏附荚膜：保护

病毒的结构和分类1结构特点核酸+蛋白质壳2形态分类杆状、球形、螺旋形、多面体3核酸类型DNA病毒、RNA病毒4宿主范围动物病毒、植物病毒、细菌病毒

真菌的形态和生理形态多样性单细胞酵母、多细胞丝状真菌繁殖方式有性生殖、无性生殖生态角色腐生、寄生、共生应用价值食品发酵、药物生产、环境治理

微生物的营养需求碳源有机碳源或二氧化碳氮源氨盐、硝酸盐或有机氮氧气需求好氧、厌氧、兼性微生物矿物质磷、钾、镁等大量元素生长因子维生素、氨基酸等辅助因子

微生物的生长曲线延滞期适应环境，准备分裂对数期快速分裂，数量指数增长平衡期新生与死亡平衡衰亡期营养耗尽，死亡率增加

影响微生物生长的环境因素pH值酸碱度大多数细菌适宜pH6-8温度生长温度范围嗜冷、嗜温、嗜热微生物水分水活性影响酶活性与代谢速率压力渗透压与气压深海微生物耐高压

微生物的代谢途径糖酵解葡萄糖分解为丙酮酸TCA循环丙酮酸氧化为CO?，产生还原力电子传递链产生跨膜质子动力氧化磷酸化合成ATP提供能量

发酵过程和产物乳酸发酵酒精发酵丙酸发酵丁酸发酵混合酸发酵微生物在无氧条件下通过发酵产生多种有价值的代谢产物乳酸发酵在食品工业中应用最广泛

微生物的能量代谢光合作用光能转化为化学能有氧呼吸完全氧化有机物，产能高无氧呼吸使用替代电子受体发酵部分氧化有机物，产能低

微生物基因组学概述研究微生物基因组结构、功能与进化高通量测序技术推动研究发展

DNA复制和转录过程1DNA复制解旋-引物合成-延伸-连接转录RNA聚合酶结合-链延伸-终止3翻译核糖体转化mRNA为蛋白质后转译修饰蛋白质折叠与功能调控

蛋白质的生物合成转录DNA转录为mRNAmRNA加工真核生物中进行剪接与修饰tRNA氨基酸化tRNA与相应氨基酸结合核糖体翻译起始-延伸-终止三阶段蛋白质折叠形成功能性三维结构

基因表达调控机制转录水平调控启动子与增强子转录因子结合操纵子系统翻译水平调控核糖体结合位点调节mRNA稳定性非编码RNA调控蛋白质水平调控翻译后修饰蛋白质降解途径反馈抑制

微生物的遗传变异10??自发突变率每代每基因组的突变概率3种基因水平转移转化、转导与接合数百种移动遗传元件插入序列、转座子与整合子多样性重组机制促进遗传多样性产生

突变和DNA修复突变原因自发错误、辐射、化学物质突变类型点突变、缺失、插入、倒位修复机制碱基切除修复、错配修复、光修复进化意义遗传多样性来源，适应环境变化

横向基因转移转化作用直接吸收环境DNA接合作用通过性菌毛传递DNA转导作用噬菌体介导的基因转移

质粒和转座子质粒独立于染色体的环状DNA自主复制能力携带抗药性、毒力等基因可通过接合转移基因工程重要载体转座子可移动DNA序列在基因组内转位携带有益或有害基因促进遗传重组增加基因组可塑性

微生物的基因工程技术1目标基因分离PCR扩增或基因合成基因编辑限制性内切酶或CRISPR技术基因重组连接酶构建重组DNA转化与筛选导入宿主细胞并筛选阳性克隆

CRISPR-Cas9系统及应用原理RNA引导的DNA切割系统组成Cas9核酸酶和引导RNA优势高效、精准、简便、多靶点应用基因敲除、基因修饰、抗病育种

微生物组学研究方法样品采集保证代表性与完整性DNA/RNA提取高效裂解与纯化2测序与分析16S测序或宏基因组学数据处理生物信息学分析流程功能验证培养组学与实验验证

宏基因组学分析环境样本采集无需分离培养单一菌株总DNA提取获取所有微生物遗传物质高通量测序产生海量序列数据生物信息分析物种组成与功能注释

微生物生态学原理种群动态微生物种群增长与调控群落互作竞争、互利、共生关系物质循环碳氮等元素生物地球化学循环生态平衡微生物在生态系统中的平衡作用

微生物群落结构和功能微生物多样性指数功能多样性不