资源简介

绪论
1. 粮食危机的主要原因: 粮食的增长赶不上人口的增长,
还有耕地的逐年减少.
2. 生物工程主要包括: 基因工程 细胞工程 发酵工程和酶工程
第1章 人体生命活动的调节和免疫
第1节 人体的稳态
一 内环境与稳态
细胞内液: 细胞内部的液体
1 体液
细胞外液（内环境）: 包括组织液 血浆和淋巴
细胞内液
组织液
淋巴
血浆
血浆：内环境中最活跃的部分，PH值7.35~7.45
缓冲对:H2CO3/NaHCO3 NaH2PO4/Na2HPO4
当人体剧烈运动时产生大量乳酸 碳酸时.乳酸进入血液与NaHCO3发挥作用,生成乳酸钠和碳酸. 碳酸分解形成二氧化碳随呼吸排出体外.
当碳酸钠进入体内与H2CO3反应形成NaHCO3 ,过多的NaHCO3 由肾脏排出
稳态:正常机体在神经系统和体液的调节下,通过各个器官,系统的的协调活动,共同维持内环境的相对稳定状态.
稳态的生理意义：稳态是机体进行正常生命活动的必要条件
二 水和无机盐的平衡和调节
1 水的平衡
水的摄入: 饮水 食物 物质代谢
水的主要来源
水的排出: 肾(排水的主要途径) 皮肤 肺 大肠
2 无机盐的平衡
钠的来源: 食盐
钠的排出: 肾(排出的主要途径) 皮肤 大肠
排出特点: 多吃多排 少吃少排 不吃不排
钾的来源: 食物
钾的排出: 肾(排出的主要途径) 大肠(未被吸收的部分)
排出特点: 多吃多排 少吃少排 不吃也排
3 水和无机盐平衡的意义
高温 剧烈运动 呕吐 腹泻 丢失大量水分和无机盐
无机盐减少(主要是钠盐) 细胞外液渗透压下降 血压下降
心率加快 四肢发冷 严重甚至昏迷
血钾含量过高 心肌舒张 心率过慢
血钾含量过低 心率过快 心肌自动节律异常
三 血糖的调节
（一）血糖平衡
1 血糖的来源: 消化吸收(主要来源)
肝糖元分解 非糖物质转化为葡萄糖
2 血糖的去路: 氧化分解(主要去路)
合成肝糖元 肌糖元 转变成脂肪和氨基酸
正常血糖值80—120mg/dL
（二）血糖平衡的意义
对于保证人体各种组织和器官的能量供应，进而保持人体健康，有非常重要的的意义。
（三）血糖平衡的调节
交感神经：促进肾上腺素分泌 新陈代谢加强
植物性神经
副交感神经：促进胰岛素分泌
皮质： 分泌醛固酮（保钠 泌钾 保水）
肾上腺
髓质： 分泌肾上腺素（升高血糖 新陈代谢加强）
肝脏肌肉 合成糖元
增加 转变 脂肪
去路
氧化分解 CO2+H2O
胰岛B细胞
直接调节 活动增强 抑制 肝糖元分解
血 胰岛素增多 抑制
糖 来源 抑制 非糖物质转化
升 成葡萄糖
高
间接调节 下丘脑某一区域 促进胰岛B细胞
通过副交感神经 分泌胰岛素
胰岛A细胞 增加 促进肝糖元分解
直接调节 活动增强 肝脏 来源 促进非糖物质
血 胰高血糖素增多 转化为葡萄糖
糖
降 肾上腺 分泌肾上腺素
低 间接调节 下丘脑某一区域 升高血糖
通过交感神经 胰岛A细胞 胰高血糖素
3 糖尿病
1） 高血糖 ： 空腹时血糖超过130mg/dL
2） 糖尿 ： 血糖高于160—180mg/dL
原因：胰岛B细胞受损，胰岛素分泌不足。
3） 糖尿病 ：症状：多饮 多食 多尿 体重减轻
治疗：目前没有根治的方法
基因治疗 药物治疗 控制饮食 加强锻炼
四 人的体温及其调节
1 体温：人身体内部的温度, 可因年龄,性别,时间在狭小范围变动
临床以口腔 腋窝 和直肠温度代表体温,其中直肠最接近体温.
2 体温相对恒定的意义
是维持机体内环境稳定，保证新陈代谢等生命活动正常进行的必要条件
3 体温调节(调节能力有限)
寒冷 皮肤冷觉感受器 下丘脑体温调节中枢 传出神经
皮肤血管收缩,减少血流量 减少散热
皮肤立毛肌收缩
骨骼肌收缩,产生不自主战栗 增加产热
肾上腺素分泌增加,代谢加强
炎热 皮肤温觉感受器 下丘脑体温调节中枢 传出神经
皮肤血管舒张,增加血流量
立毛肌舒张 增加散热
汗腺分泌汗液增多
第二节 免疫
第一道防线: 皮肤 黏膜
非特异性免疫 第二道防线: 体液中的杀菌物质和
免疫 吞噬细胞
特异性免疫 体液免疫: 产生抗体与抗原结合
第三道防线 细胞免疫: 效应T细胞与靶细胞密切接触
非特异性免疫: 生来就有,防御多种病原体,应答迅速
特异性免疫: 出生后产生, 防御特定病原体有专一性,应答缓慢
嗜中性粒细胞
吞噬性 粒细胞 嗜酸性粒细胞
嗜碱性粒细胞
白细胞 单核细胞: 游离在血液和体腔中的巨嗜细胞
非吞噬性: 淋巴细胞 T细胞
B细胞
造血干细胞 胸腺 T细胞 抗原刺激 效应T细胞
骨髓 B细胞 抗原刺激 效应B细胞
抗原的性质: 异物性 大分子性 特异性
抗体的化学本质: 免疫球蛋白
一 特异性免疫
1 体液免疫
1)感应阶段: 抗原 吞噬细胞摄取处理 暴露抗原决定簇
呈递 T细胞 呈递 B细胞
(有的抗原可以直接刺激B细胞)
2)反应阶段: B细胞 增殖分化 效应B细胞
小部分
同一种抗原刺激
记忆细胞
3）效应阶段：效应B细胞产生抗体 抗体与相应的抗原
特异性结合 形成沉淀或细胞集团
被吞噬细胞吞噬消化
2 细胞免疫
1）感应阶段：抗原 吞噬细胞摄取处理 暴露抗原决定簇
呈递 T细胞
2)反应阶段: T细胞 增殖分化 效应T细胞
小部分
同一种抗原刺激
记忆细胞
3）效应阶段：效应T细胞与被抗原入侵的靶细胞密切接触
激活靶细胞内的溶酶体酶 ，靶细胞裂解死亡
抗原失去藏身之所，被抗体消灭。
效应T细胞能释放淋巴因子：白细胞介素，干扰素
3 体液免疫和细胞免疫的关系
既各自有独特的作用，又可以相互配合，共同发挥免疫效应。
（1）细菌外毒素：主要是体液免疫发挥作用
（2）胞内寄生菌（结核杆菌，麻风杆菌等）：主要是细胞免疫
（3）病毒感染：往往先通过体液免疫的作用防止病毒通过血液循环而播散，再通过细胞免疫的作用予以彻底消灭。
二 免疫失调引起的疾病
1 过敏反应
概念：已免疫的机体在再次接受相同物质的刺激时所发生的反应
原因：过敏原刺激 效应B细胞产生抗体，这些抗体吸附在皮肤，呼吸道或消化道黏膜以及血液中某些细胞的表面
相同的过敏原再次进入机体 与细胞表面的抗体结合
细胞释放组织胺 毛细血管扩张，血管壁通透性增强
平滑肌收缩和腺体分泌增多。
2 自身免疫病
概念：自身免疫反应对自身的组织和器官造成了损伤并出现了症状
病例：风湿性心脏病，类风湿关节炎 系统性红斑狼疮
4 免疫缺陷病
概念：机体免疫功能不足或缺乏引起的疾病。
包括：先天性免疫缺陷病和获得性免疫缺陷病
获得性免疫缺陷病病例：艾滋病（AIDS）
由人类免疫缺陷病毒（HIV）攻击T细胞，导致患者丧失免疫功能
4 免疫学应用
1）免疫预防：通过‘预防接种’
2）免疫治疗：输入抗体 胸腺素 淋巴因子或某些药物
3）器官移植：因为效应T细胞攻击外来组织器官，要求供者
和受者的主要组织相容性抗原（HLA）一半以上相同
病人可通过长期使用免疫抑制药物，减轻排斥反应
第2章 光合作用与生物固氮
第1节 光合作用
一 光能在叶绿体中的转换
色素 少数特殊状态的叶绿素a: 吸收 转换光能
绝大多数的叶绿素a 全部类胡萝卜素：吸收传递光能
光能 电能 活跃的化学能 稳定的化学能
（电子流）（ ATP，NADPH） （CH2O）
二 C3植物和C4植物
C3植物：仅有C3途径的植物
C4植物：光合作用中，CO2中的C首先转移到C4中，然后再转移到C3中的植物
1 结构特点
C3植物 叶肉细胞：正常的叶绿体
维管束鞘细胞：无叶绿体
C4植物 叶肉细胞：正常的叶绿体
维管束鞘细胞：含没有基粒的叶绿体
有“花环型”结构
（里圈是维管束鞘细胞，外圈是一部分叶肉细胞）
2． C3植物的C3途径（叶肉细胞）
CO2 C3
C5 ATP
NADPH
（CH2O ）
3． C4植物的C4途径（叶肉细胞）和C3途径（维管束鞘细胞）
CO2 C4 C4 CO2 C3
PEP C3 C5 ATP
ADP+Pi ATP NADPH
（CH2O）
（ 叶肉细胞） （维管束鞘细胞）
4．C4植物能利用细胞间隙含量很低的CO2进行光合作用，所以C4植物的光合作用能力强
三 提高农作物的光能利用率
延长光照时间：补充光照
提高农作物的 增大光合作用面积：合理密植，间作套种
光能利用率 增大光照强度
提高光合作用效率 增加CO2浓度
增加矿质元素
钾的作用：合成糖类，运输糖类
第二节 生物固氮
1 实质：固氮微生物将大气中的N2还原成NH3的过程
2 固氮微生物种类
1）与绿色植物共生的
例：根瘤菌 异养需氧型
有专一性 为消费者
2）自生的
例：圆褐固氮菌 异养需氧型
独立固氮，分泌生长素促进植物生长
固氮蓝藻 自养需氧型
3 生物固氮的意义
大气中的氮，必须通过以生物固氮为主的固氮作用，才能被植物吸收利用。动物直接或间接的以植物为食物。
而且在自然界氮循环中具有十分重要的意义。
4 氮循环
1）固氮 生物固氮（主要方式）
高能固氮
工业固氮
2）生物用氮 氨化作用：尿素，动植物遗体 NH3
硝化作用：NH3 NO3（硝酸根）
3）氮分解归还： 反硝化作用：NO3 NO2 N2
5 生物固氮在农业生产中的应用
（1）对豆科作物进行根瘤菌拌种
（2）用豆科植物做绿肥，例如田菁，苜蓿或紫云英
（3）利用基因工程，让小麦，水稻等农作物也能自行固氮
6 小结
名称 种类 新陈代谢类型 生态系统地位 碳源 氮源 能源
根瘤菌 原核生物 异养需氧 消费者 有机物 N2 有机物
圆褐固氮菌 原核生物 异养需氧 分解者 有机物 N2 有机物
固氮蓝藻 原核生物 自养需氧 生产者 CO2 N2 光能
硝化细菌 原核生物 自养需氧 生产者 CO2 NH3 氨氧化
反硝化细菌 原核生物 异养厌氧 分解者 有机物 硝酸根 有机物
1光补偿点：光合作用=呼吸作用时所对应的光照强度
2光饱和点：光合作用强度达到最大值时所需的最小光照强度
3 CO2补偿点：光合作用=呼吸作用时所对应的CO2浓度
4 CO2饱和点：光合作用强度达到最大值时所需的最小CO2浓度
第3章 遗传与基因工程
第1节 细胞质遗传
一 细胞核遗传和细胞质遗传
1.细胞核遗传特点:由核基因控制,遵循三大遗传定律
正交,反交结果一致,都表现显性性状.
遗传物质平均分配,后代性状有一定的分离比
2.细胞质遗传特点:
(1)由质基因控制,不遵循三大遗传定律
(2)母系遗传: 原因是受精卵中的细胞质几乎全部来自卵细胞
(3)后代有性状分离,但无一定的性状分离比.
原因是细胞质内的遗传物质随机,不均等分配.
叶绿体: 含叶绿素, 类胡萝卜素
3.质体 白色体: 不含色素
有色体: 含类胡萝卜素
绿色枝条: 只含叶绿体的细胞
白色枝条: 只含白色体的细胞
4.紫茉莉枝条 只含叶绿体的细胞
花斑枝条: 只含白色体的细胞
同时含叶绿体,白色体的细胞
二. 质遗传的物质基础:质基因 (主要是线粒体和叶绿体DNA)
第二节 基因的结构
一 . DNA(基因)的功能: 储存,传递和表达遗传信息
二 . 原核细胞的基因结构
编码区: 能转录相应的mRNA, 进而指导蛋白质的合成
功能：编码蛋白质
不能转录mRNA, 不能编码蛋白质
非编码区 功能：调控遗传信息的表达
包括 编码区上游：含“与RNA聚合酶结合位点”
编码区下游：含有“终止子”
1． 启动子 起始密码 终止子 终止密码
位置： 编码区上游 mRNA上 编码区下游 mRNA上
功能： 转录开始 翻译开始 转录结束 翻译结束
三 ．真核细胞的基因结构
特点：编码区是间隔的，不连续的
编码区： 包括 外显子：能够编码蛋白质
内含子：不能编码蛋白质
编码区上游：含 “与RNA聚合酶结合位点”
非编码区 即 启动子
编码区下游：含 终止子
注：(1)控制不同蛋白质的基因，所含外显子和内含子数目不同
(2)每一个编码蛋白质的基因都含有若干个外显子和内含子
四． 人类基因组研究
1.人类基因组：指人体DNA分子所携带的全部遗传信息。
2．人单倍体基因组：24条双链DNA分子组成（1~22号DNA+XY）
30亿个碱基对，3~3.5万个基因
3.人类基因组计划: 分析测定人类基因组的核苷酸序列
主要内容绘制人类基因组四张图:遗传图,物理图,序列图,转录图.
第三节 基因工程简介
1. 基因工程的概念
基因工程又叫 “基因拼接技术”或 “DNA重组技术”
在生物体外,通过对DNA分子进行人工 ‘剪切’和 ‘拼接”,对生物的基因进行改造和重新组合,然后导入受体细胞内进行无性繁殖,使重组基因在受体细胞内表达,产生出人类所需要的基因产物.
2. 基因操作的工具
1. 基因的剪刀------限制性内切酶
简称 限制酶
主要存在于微生物
特点: 一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列
在特定的切点上切割DNA分子
2．基因的针线------DNA连接酶
实质：连接基因的基本骨架上的磷酸二酯键
3．基因的运输工具-----运载体
（1）运载体必须具备的条件：
能够在宿主细胞中复制并稳定的保存
具有多个限制酶切点，以便能和多种外源基因连接
具有某些标记基因，便于筛选（例如对抗菌素的抗性基因）
（2） 种类： 质粒，噬菌体和动植物病毒
是基因工程最常用的运载体
是能自主复制的小型环状DNA分子
（3）质粒 最常用的质粒是大肠杆菌的质粒
能友好的借居在宿主细胞中
质粒的存在与否对宿主细胞生存没有决定性作用
三． 基因操作的基本步骤
1．提取目的基因
方法：（1）直接分离基因 （最常用的是鸟枪法，又叫散弹射击法）
过程：用限制酶将供体细胞中的DNA切成许多片段，将这些片段载入运载体，然后通过运载体分别转入不同的受体细胞，让目的基因分别在各个受体细胞中大量复制，从中找出含有目的基因的细胞，再用一定的方法把带有目的基因的DNA片段分离出来。
特点：操作简便，但工作量大，具有一定的盲目性
（2）人工合成基因
反转录法：mRNA 逆转录 单链DNA 酶 双链DNA
推测法：已知蛋白质的氨基酸序列 推测mRNA的序列
推测基因的核苷酸序列 化学方法 目的基因
2．目的基因与运载体结合
（1）实质：不同来源的DNA重新组合的过程
（2）要求：用同一种限制酶切割质粒和DNA，使质粒和目的基因产生相同的黏性末端
（3）结果：质粒和目的基因在DNA连接酶的作用下，形成
重组DNA分子（重组质粒）。
（4）过程：
运载体（质粒） + DNA分子
同一种限制性内切酶
一个切口，两个黏性末端 两个切口，两个黏性末端
获得目的基因
DNA连接酶
重组DNA分子（重组质粒）
3．将目的基因导入受体细胞
（1）主要途径：借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径
（2）例： 运载体是质粒， 受体细胞是细菌
细菌 氯化钙处理 细菌细胞壁的通透性增大
使含有目的基因的重组质粒进入受体细胞
（3）注意：真正能摄入重组DNA分子的受体细胞很少。
4．目的基因的检测和表达
（1）检测：依靠重组质粒上的标记基因（例 抗青霉素基因）
（2）表达：受体细胞必须表现出特定的性状，才说明目的基因完成表达。基因工程才算成功。
三． 基因工程的成果与发展前景
1．基因工程与医药卫生
（1）生产基因工程药品：胰岛素，干扰素
（2）用于基因诊断与基因治疗
基因诊断：是用放射性同位素（如32P），荧光分子等标记的DNA分子做探针，利用DNA分子杂交原理，鉴定被检测标本上的遗传信息，达到检测疾病的目的。
例如：A 利用DNA探针迅速检出肝炎患者的病毒，
肠道病毒，单纯疱疹等许多病毒
B 诊断遗传性疾病：检测镰刀型细胞贫血症，苯丙酮尿症
C 肿瘤诊断：白血病检测
基因治疗：把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的。
2．基因工程与农牧业，食品工业
培育高产，稳质和优良品质的农作物，或各种抗逆性的农作物
培育各种优良品质转基因动物，或让目的基因在哺乳动物中表达开辟新的食物来源
3．基因工程与环境保护
（1）环境监测：用DNA探针检测饮用水中病毒的含量（灵敏）
（2）环境净化：把能分解三种烃类的基因都转移到能分解另一种烃类的假单孢杆菌内，创造能分解四种烃类的超级细菌
第四章 细胞与细胞工程
第一节 细胞的生物膜系统
一． 生物膜
1．化学组成：主要由蛋白质，脂质和少量糖类组成
注：不同的生物膜这三类物质含量不同
不同的生物膜所含脂质不同，除含磷脂外，还含胆固醇
2．结构：以磷脂双分子层为基本骨架，蛋白质镶嵌，嵌插，贯穿于磷脂双分子层中
3．概念：化学组成相似，基本结构大致相同的细胞膜，核膜以及各种细胞器膜，统称生物膜。
二． 各种生物膜在结构上的联系
1．直接联系：膜与膜直接相连 （内质网膜与核膜，细胞膜）
2．间接联系：膜与膜之间通过小泡转化
例：内质网 小泡 高尔基体 小泡 细胞膜
细胞膜 内质网 核膜
小泡 紧密相依
高尔基体 线粒体
3．结论：
（1）生物膜在结构上具有一定的连续性
（2）内质网在膜结构的联系中，处于中心地位
三． 各种生物膜在功能上的联系
1．分泌蛋白的合成和分泌
核糖体 内质网 高尔基体 细胞膜（合成蛋白质） （初加工，运输蛋白质） （加工蛋白质） （分泌蛋白质）
2．分泌蛋白的合成，加工，运输和分泌都需要能量ATP
四． 生物膜系统
1．概念：细胞膜，核膜以及内质网，高尔基体，线粒体等由膜围绕而成的细胞器，在结构和功能上是紧密联系的统一整体，它们形成的结构体系，叫做细胞的生物膜系统。
2．作用：
（1）细胞膜使细胞具有一个相对稳定的内环境，同时控制物质运输，能量交换和信息传递。
（2）许多重要的化学反应都在生物膜上进行。
（3）细胞器膜把细胞分隔成许多小的区室，使细胞能同时进行许多化学反应，且不会相互干扰。
五． 研究生物膜的意义
（1）工业方面：模拟生物膜的选择透过性以淡化海水，处理污水
（2）农业方面：从生物膜角度研究农作物抗旱，抗寒，耐盐机理
（3）医学方面：用人工合成的膜材料，研制透析型人工肾。
第二节 细胞工程简介
1．细胞工程概念
应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过某种工程学手段，在细胞整体水平或细胞器水平上，按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品的一门综合科学技术。
2．分类：
植物细胞工程
动物细胞工程
一．植物细胞工程
1．通常采用的技术手段
（1）植物组织培养 共同的理论基础 植物细胞的全能性
（2）植物体细胞杂交
2．细胞全能性
（1）概念：生物体的细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能。
（2）原因：生物体的每一个细胞都含有该物种的全套遗传物质。
都有发育成为完整个体所必需的全部基因。
（3）注意：
在生物体内，细胞并没表现出全能性，而是进行分化。
这是基因在特定的时间和空间条件下选择性表达的结果。
在生物体外，植物细胞脱离了原来所在植物体的控制，在一定的营养物质，激素和其他外界条件的作用下，就可能表现出全能性
（4）全能性比较：受精卵〉生殖细胞（卵细胞和精子） 〉体细胞
（一） 植物组织培养
1．过程
离体植物器官
组织 脱分化 愈伤组织 再分化 胚状体 植物体
细胞 （根，芽）
2．愈伤组织细胞：
排列疏松而无规则，是高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞。
3．应用：
（1）从紫草愈伤组织中提取紫草素
（2）胚状体包裹上人造种皮，制成人工种子
（二） 植物体细胞杂交
1．概念：用两个来自于不同植物的体细胞融合成一个杂种细胞，并且把杂种细胞培育成新的植物体的方法。
2．过程：
去掉细胞壁 原生质体融合 再生出细胞壁 植物组织培养
原生质：细胞内的生命物质
3．注意 原生质体：由细胞膜，细胞质和细胞核构成
原生质层：细胞膜，液泡膜以及两膜之间的细胞质
4．人工诱导原生质体融合的方法
（1）物理法：离心，振动或电刺激
（2）化学法：聚乙二醇（PEG）
5.优缺点
(1) 优点: 克服远源杂交不亲和的障碍,培育新品种.
(2) 缺点: 不能完全按照人们的意愿设计生物.
二. 动物细胞工程
常用的技术手段
动物细胞培养,动物细胞融合,单克隆抗体,胚胎移植,核移植
其中动物细胞培养是其他动物细胞工程的基础
(一) 动物细胞培养
1. 培养基: (常用液体培养基)
主要成分: 葡萄糖,氨基酸,无机盐,维生素和动物血清
2. 过程:
动物胚胎或
刚出生不久的 剪碎 单个细胞 加培养液 一定浓度的
幼龄动物的 胰蛋白酶处理 细胞悬浮液
器官或组织
培养瓶中 细胞贴壁生长 用胰蛋白酶使 再配成一定浓度的
原代培养 达到满瓶 细胞从瓶壁脱离 细胞悬浮液
分装到2个或2个以上的培养瓶 部分细胞的
传代培养 细胞株 遗传物质改变 细胞系
(传至10代左右,只有极少数细胞存活) 带有癌变特点
(二) 动物细胞融合
1. 动物细胞融合与植物原生质体融合的基本原理相同,
诱导融合的方法类似
2．人工诱导动物细胞融合的方法
（1）生物法：灭活的病毒（例如：灭活的仙台病毒）
（2）化学法：聚乙二醇（PEG）
3. 动物细胞融合技术最重要的用途: 制备单克隆抗体
(三) 单克隆抗体
1.传统方法获得的抗体: 产量低,纯度低,特异性差,反应不灵敏
单克隆抗体: 产量高, 纯度高, 特异性强, 反应灵敏.
2. 过程:
抗原
注射 效应B细胞 细胞融合 杂交瘤细胞 细胞培养
骨髓瘤细胞 筛选 筛选
体外大规模培养
能产生抗体的杂交瘤细胞 从培养液中提取 单克隆抗体
注射到小鼠腹腔增殖
从腹水中提取
3. 应用: 疾病的诊断（例如：单抗诊断盒）,治疗和预防
生物导弹：在单抗上连接抗癌药物，将药物定向带到癌
细胞所在的部位，消灭癌细胞，不伤健康细胞
第5章 微生物与发酵工程
第1节 微生物的类群
病毒: 无细胞结构
微生物 原核生物: 单细胞
原生生物: 单细胞真核生物
真菌: 单细胞或多细胞真核生物
一. 病毒
植物病毒：（例如：烟草花叶病毒）
1.种类: 动物病毒 （例如：HIV病毒，流感病毒）
细菌病毒: (又称”噬菌体”)
核酸: DNA或RNA
由结构相同的衣壳粒组成, 衣壳粒
基本结构 衣壳 排列方式不同,病毒形态不同.
2.结构 （核衣壳） 功能: (1) 保护病毒核酸
(2) 决定病毒抗原特异性
特殊结构 囊膜:一层由蛋白质,多糖和脂质构成的膜
囊膜上生有刺突
3.增殖: 吸附 注入 复制合成 装配 释放
二 . 原核生物 (细菌, 放线菌,蓝藻, 支原体,衣原体,立克次氏体)
1. 细菌
(1)基本结构
细胞壁: 成分为”肽聚糖”
青霉素可抑制肽聚糖的合成,进而抑制细菌繁殖
溶菌酶可分解肽聚糖，破坏细菌的细胞壁
细胞膜: 附着各种酶,为许多酶促反应的场所
核糖体
细胞质 质粒: 小型环状DNA分子
含抗药性基因,固氮基因,抗生素生成基因
贮藏性颗粒: 淀粉粒.硫粒.
拟核: 大型环状DNA分子
(控制细菌的主要遗传性状)
鞭毛: 使细菌能够游动
(2)特殊结构 荚膜
芽孢: 某些细菌生长后期,形成一种特有的休眠状态的细胞,它抗逆性强:抗高温,紫外线,干燥.
(3). 增殖方式: 二分裂
(4). 菌落:
概念: 单个或少数细菌在固体培养基上大量繁殖时,形成一个肉眼可见的,具有一定形态结构的子细胞群体.
标准菌落: 一个细菌在固体培养基上繁殖产生的子细胞群体.
特征 无鞭毛的细菌形成的菌落:较小较厚,边缘较整齐
有鞭毛细菌形成的菌落:大而扁平,边缘呈波状或锯齿状
2. 放线菌
(1)结构: 由分枝状的菌丝构成
三. 原生生物( 草履虫 变形虫 衣藻)
单细胞真核生物
四. 真菌(酵母菌 蘑菇)
单细胞或多细胞真核生物
第二节 微生物的营养,代谢和生长
一.微生物的营养
(一)营养物质: 碳源 氮源 生长因子 无机盐和水
1. 碳源
凡是能为微生物提供生长繁殖所需碳元素的营养物质
碳源的来源很多
糖类是最常用的碳源,尤其是葡萄糖
微生物对碳源的需要量最大
不同的微生物,对碳源的要求差别很大
2. 氮源
凡是能为微生物提供所需氮元素的营养物质
氮元素来源很多
无机的铵盐,硝酸盐是最常用的氮源
含C ,H,,O,N的化合物,既是碳源,又是氮源
3. 生长因子
微生物生长不可缺少的微量有机物
(1) 包括: 维生素, 氨基酸, 碱基
(2)作用: 一般是酶和核酸的组成成分
(3) 原因: 微生物缺乏合成这些物质所需的酶或合成能力有限
(二)培养基配制原则
1. 目的要明确
2. 营养要协调: 营养物质的浓度和比例适宜
3. PH值要适宜 :细菌6.5—7.5 ,放线菌7.5—8.5
(三) 培养基的种类
液体培养基: 常用于工业生产
1.物理性质 半固体培养基: 观察微生物的运动,鉴定菌种
固体培养基: 用于微生物分离,计数
2. 化学成分 合成培养基: 分类,鉴定
天然培养基: 工业生产
选择培养基: 加入某种化学物质,抑制不需要的微生物
3. 用途 生长,促进所需微生物生长.
（例：培养基中加青霉素，抑制细菌，放线菌生长，分
离得到酵母菌和霉菌
培养基中加高浓度的食盐，抑制多种细菌生长，
不影响金黄色葡萄球菌的生长，
鉴别培养基: 加入某种指示剂或化学药品,鉴别不同种类的微生物.
（例：培养基中加伊红和美蓝，鉴别是否存在大肠杆菌，
如有大肠杆菌，其代谢产物与伊红和美蓝结合，使
菌落呈深紫色，并带有金属光泽。
二 . 微生物的代谢
(一) 概念
1. 微生物代谢: 微生物细胞内所发生的全部化学反应
2. 代谢异常旺盛的原因
(1) 表面积与体积的比很大,有利于与外界环境物质交换
(2) 物质转换,利用快
3. 代谢产物
初级代谢产物 次级代谢产物
例 氨基酸 ,核苷酸,多糖 抗生素,毒素,激素,色素
脂质,维生素
化学结构 比较简单 十分复杂
与生长繁殖关系 所必需 并非生长繁殖所必需
产生阶段 一直不断产生 生长到一定阶段才产生
存在部位 细胞内 细胞内或细胞外
不同微生物 基本相同 不同
(二) 微生物代谢的调节
方式 酶合成的调节
酶活性的调节
1. 酶合成的调节
组成酶: 只受遗传物质控制
(1) 微生物细胞内的酶 诱导酶: 环境中存在诱导物时才能合成
诱导物消失，诱导酶失活
受遗传物质和诱导物共同控制
(2) 特点: 缓慢,间接调节
(3) 意义: 当环境中存在易被利用的营养物质时,微生物就不必消耗许多物质和能量去合成那些效益不高的诱导酶,既保证代谢需要,又避免细胞内物质和能量的浪费,增强了微生物对环境的适应.
2. 酶活性的调节
(1) 例： 谷氨酸棒状杆菌利用葡萄糖形成 谷氨酸
当谷氨酸合成过量时，就会抑制谷氨酸脱氢酶的活性，减少谷氨酸的合成量。
(2) 特点: 快速, 精细 ,直接
(3) 意义: 通过调节酶的活性,调节代谢产物的产生量.避免细胞内代谢产物大量积累
注: 酶合成调节和酶活性调节同时存在,密切配合,协调起作用
(三) 微生物代谢的人工控制
1. 措施: (1) 改变微生物遗传特性(基因突变)
例：对黄色短杆菌进行诱变处理，选育不能合成高丝氨酸脱氢酶的菌种，让黄色短杆菌大量积累赖氨酸
(2) 控制生产过程中的条件
例：谷氨酸生产中，采取一定的手段改变细胞膜的透性，使谷氨酸排出细胞，减少积累，促进谷氨酸合成。
三. 微生物的生长（群体）
1. 测定条件: (1) 少量同种微生物 (2) 恒定容积
(3) 液体培养基 (4) 定期取样测定
2. 测定方法: (1) 测细菌的数目 (2) 测细菌的重量
3. 细菌生长规律曲线
(1) 调整期: 细菌代谢活跃，体积增长较快，大量合成酶ATP等
对数期获得的菌种
缩短调整期方法 用与菌种相同的培养基
加大接种量
(2) 对数期: 细菌增长率最大,代谢旺盛,个体形态和生理特性比较稳定.常作为生产用的菌种和科研材料.
(3) 稳定期: 细菌数目达到最大值,种内斗争最激烈,新增细菌数目与死菌数目达到动态平衡.细胞内大量积累代谢产物,特别是次级代谢产物,芽孢也在这个时期形成.
(4) 衰亡期: 死亡率超过繁殖速率,活菌数目急剧下降,细胞出现多种形态,甚至畸形,有些细胞开始解体,释放代谢产物
4. 影响微生物生长的环境因素
温度 PH值(影响酶的活性,细胞膜的稳定性) 氧气
一般厌氧型：某些链球菌
厌养生物 绝对厌氧型：产甲烷杆菌，乳酸菌
兼性厌氧型：酵母菌
第三节 发酵工程简介
一．应用发酵工程的生产实例--------谷氨酸发酵生产味精
1．谷氨酸产生菌：谷氨酸棒状杆菌，黄色短杆菌
2．装置：发酵罐98kPa蒸汽灭菌
3．培养液：其中生物素是生长因子，通过搅拌增加溶氧
4．产物提取：提取的谷氨酸先用适量的Na2CO3中和，再经过
过滤，浓缩，离心分离等步骤，便可制成味精
二．发酵工程
1．概念
采用现代工程技术手段，利用微生物某些特定功能，为人类生产有用的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程的一种新技术
2．内容
菌种的选育 培养基的配制 灭菌 扩大培养和接种
发酵过程 分离提纯 代谢产物: 蒸馏,萃取,离子交换
菌体本身: 过滤, 沉淀
二. 应用:
1．医药工业
生产药品，如抗生素 维生素 动物激素 药用氨基酸 核苷酸
重组乙肝疫苗等基因工程药品
2．食品工业
（1）传统发酵产品：啤酒 果酒 食醋
（2）食品添加剂：L-苹果酸 柠檬酸 乳酸等酸味剂
肌苷酸 谷氨酸等鲜味剂
红曲素等色素
高果糖浆，甜菜糖等甜味剂
3． 单细胞蛋白( 就是微生物菌体 )
小结
常见微生物种类
名称 种类 新陈代谢类型 生态地位
蓝藻 原核生物 自养需氧型 生产者
乳酸菌 原核生物 异养厌氧型 分解者
放线菌 原核生物 异养需氧型 分解者
霉菌 真核生物 异养需氧型 分解者
酵母菌 真核生物 异养兼性厌氧型 分解者
蘑菇等真菌 真核生物 异养需氧型 分解者
草履虫，变形虫 真核生物 异养需氧型 消费者
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