微生物学

微生物学

绪论

教学目的和要求: 通过本章的课堂教学，引导学生走进微生物世界，了解微生物是什么？做什么？以及它们与人类的特殊关系；明确微生物学作为一门独立学科在生命科学发展中的重要作用和地位；展望未来，激发学生的学习兴趣和明确肩负的重任。

教学重点、难点: 重点：微生物学的发展史和微生物的五大共性

难点：微生物学的发展史

一、微生物学概述

1 微生物：是一类结构简单、进化地位低下、形体微小、肉眼看不见或看不清楚的生物的总称。

2 微生物的类群

非细胞型生物：病毒、类病毒、朊病毒、拟病毒

细胞型生物

原核生物：细菌、放线菌、蓝细胞、支原体等

真核生物：真菌（霉菌、酵母菌）、藻类等

3.微生物的特点：

个体小(size is small): ≥ 0.2 μm 原核、真核生物，光学显微镜下可见

< 0.2 μm 非细胞生物，电镜下可见（病毒，亚病毒）

结构简单(structure is simple) 单细胞：酵母、细菌、支原体、衣原体、立克次氏体、蓝细菌、原生动物、藻类、放线菌

多细胞：霉菌

非细胞：病毒、类病毒、拟病毒、朊病毒

进化低(evolution is low)

4．微生物在生物界的地位

二、微生物学的发展史

1．微生物学：微生物学是生物学的分支学科之一，它是研究各类微小生物，如细菌、放线菌、真菌、病毒、立克次氏体、枝原体、衣原体、原生动物以及藻类等的形态、生理、生物化学、分类和生态的科学。

2．微生物学的发展史：

根据特点和研究水平分为5个时期：史前期、初创期、奠基期、发展期、成熟期

史前期：

1676年以前未发现微生物个体尤其是细菌细胞的漫长时期

特点:微生物的应用和防治方面，如谷酒、果酒酿造和面包烘制，中国、埃及走在前列

初创期 1676年－1861年近200年历史

始于1676年荷兰的列文虎克(leewenhock)用自制的显微镜看到称之为“微动体”的细菌，止于法国的巴斯德（pastur）通过曲颈瓶实验推翻了生命的自然发生说(spontaneous generation：生物由无机物自发产生)，创立种胚学说（germ theory）

代表人物：荷兰的列文虎克

特点（荷兰的列文虎克的主要成就）：显微镜的发明，419架，最大放大倍数为266倍

首次发现细菌

发表了论文约400篇

奠基期－1897年

始于1861 年法国的巴斯德（pastur）通过曲颈瓶实验推翻了生命的自然发生说(spontaneous generation：生物由无机物自发产生)，创立种胚学说（germ theory），止于1897年德国人 E.Buchner发现“酒化酶”

代表人物：法国的巴斯德（pastur,被称为微生物学的奠基人），德国的柯赫（Koch，被称为细菌学的奠基人）

特点：a 一系列研究方法赫技术的建立：巴氏消毒法，过滤除菌，预防疾病的接种，外科消毒术，柯赫氏法则（证病律）

b 借助于良好的方法开创了寻找病原微生物的黄金时代－第一个“淘金热”

c 微生物学的研究从形态描述到生理学研究的水平

d 开始客观地以辩证唯物主义的“实践－理论－实践”的思想指导科学实验（从实践中总结规律，用于指导实践）

e 分支学科形成，如细菌学，酿造学，植物病理学，土壤微生物学

发展期 1897年－1953年

始于1897年德国人 E.Buchner利用石英砂磨后酵母无细胞滤液把葡萄糖发酵生产酒精和CO2，他把这种能发酵的蛋白质称为“酒化酶”标志着微生物学的研究进入生化水平

特点：a 微生物学的研究进入生化水平，维生素、抗生素、酶、基因（一个基因一个酶学说的提出，基因连锁，有性生殖、细菌质粒F因子的发现）

b 应用分支学科的形成：抗生素学

c 微生物学的第二个“淘金热”－寻找各种有益代谢物：维生素、抗生素、酶

d 分支学科开始综合形成普通微生物学

e 各学科相互渗透、相互促进，如遗传学、生物化学，16人次获诺贝尔奖

成熟期 1953年－

1953年J.D.Watson和H.C. Crick提出了DNA的双螺旋模型，从而将微生物学的研究推进到分子生物学的水平

特点：a 微生物学称为热门的前沿学科

b 称为分子生物学的主要研究对象，从分子水平研究生命活动规律（大分子结构、功能，生理生化的过程及其机制，生物进化）

c 应用方面更主动控制条件，充分利用微生物的活动格拉茨为人类服务 24人12次获诺贝尔奖

3．Important Persons in Microbiology History 1684 Antonie van Leeuwenhoek (discovery of bacteria)

1857-1864 Louis Pasteur (lactic acid fermentation, yeast alcohol fermentation, spontaneous generation theory)

1881-1884 Robert Koch (pure culture, cause of tuberculosis, Koch’s postulates, cause of (霍乱) cholera） 1889 Martinus Beijerinck (concept of a virus)

1929 Alexander Fleming (discovery of penicilin)

1953 James Watson, Francis Crick (DNA structure) 1983 Luc Montagnier (discovery of HIV)

三、微生物学的应用

(一)微生物的作用

众所共知，当前人类正面临着多种危机，诸如粮食危机、能源匮乏、生态恶化和人口爆炸等。人类进入 21 世纪后，将遇到从利用有限的矿物资源时代过渡到利用无限的生物资源时代而产生的一系列的新问题。由于微生物具有五大特点，使得它们能够在解决人类面临的各种危机中发挥其不可替代的独特作用，现分述如下：

1. 微生物与粮食

粮食生产是全人类生存中至关重要的大事。微生物在提高土壤肥力、改进作物特性（如构建固氮植物）、促进粮食增产、防治粮食作物的病虫害、防止粮食霉腐变质以及把多余粮食转化为糖、单细胞蛋白、各种饮料和调味品等方面，都可大显身手。

2 ．微生物与能源

当前，化学能源日益枯竭问题正在严重地困扰着世界各国。微生物在能源生产上有其独特的优点：①把自然界蕴藏量极其丰富的纤维素转化成乙醇；②利用产甲烷菌把自然界蕴藏量最丰富的可再生资源转化成甲烷；③利用光合细菌、蓝细菌或厌氧梭菌等微生物生产“清洁能源” -- 氢气；

④通过微生物发酵产气或其代谢产物来提高石油采收率（黄原胶：水溶性胶体多糖，具增粘、稳定、互溶等优良特性，用它作为注水增稠剂，注入油层驱油；也可作为钻井粘滑剂，同时可脱去石油中的石蜡，改善成品的品质）；⑤研制微生物电池使之实用化。

3. 微生物与资源

微生物能将地球上永无枯竭的纤维素等可再生资源转化成各种化工、轻工和制药等工业原料。这些产品除了传统的乙醇、丙醇、丁醇、乙酸、甘油、乳酸、苹果酸等外，还可生产水杨酸、乌头酸、丙烯酸、已二酸、丙烯酸、长链脂肪酸、亚麻酸油和聚羟基丁酸酯（ PHB ），等等。由于发酵工程具有代谢产物种类多、原料来源广、能源消耗低、经济效益高和环境污染少等优点，故必将逐步取代目前需高温、高压、能耗大和“三废”严重的化学工业。另外微生物在金属矿藏资源的开发和利用上也有独特的作用。

4. 微生物与环境保护

在环境保护方面可利用微生物的地方甚多：利用微生物肥料、微生物杀虫剂或农用抗生素来取代会造成环境恶化的各种化学肥料或化学农药；利用微生物生产的 PHB （聚羟基丁酸酯）制造易降解的医用塑料制品以减少环境污染；利用微生物来净化生活污水和有毒工业污水；利用微生物技术来监察环境的污染度，如用艾姆氏法检测环境中的“三致”物质，利用 EMB 培养来检查饮水的肠道病原菌等。

5. 微生物与人类健康

微生物与人类健康有着密切的关系。首先是因为各种传染病构成了人类的主要疾病，而防治这类疾病的主要手段又是各种微生物产生的药物，尤其是抗生素。自从遗传工程开创以来，进一步扩大了微生物代谢产物的范围和品种，使昔日由动物才能产生的胰岛素、干扰素和白细胞介素等高效药物纷纷转向由“工程菌”来生产。与人类生殖、避孕等密切相关的甾体激素类药物也早已从化工生产方式转向微生物生物转化的生产方式。此外，一大批与人类健康、长寿有关的生物制品，如疫苗、类毒素等均是微生物产品。

(二) 微生物学的应用前景

1 续采用微生物作为生命科学的研究材料。

2 生物生产与动植物生产并列为生物产业的三大支柱。

在工业中许多产品利用微生物来生产，如各种生物活性物质 ( 抗生素等 ) 、化工原料 ( 酒精等 ) 。

微生物在农业生产中也有着多方面的作用。

微生物在食品加工中有广泛用途，发酵食品和许多调味品都离不开微生物。

3 生物是消除污染、净化环境的重要手段。

4 新兴的生物技术产业中，微生物的作用更是不可替代。

作为基因工程的外源 DNA 载体，不是微生物本身 ( 如噬菌体 ) ，就是微生物细胞中的质粒；被用作切割与拼接基因的工具酶，绝大多数来自各种微生物。由于微生物生长繁殖快、培养条件较简易，当今大量的基因工程产品主要是以微生物作为受体而进行生产，尤其是大肠杆菌、枯草芽胞杆菌和酿酒醉母。借助微生物发酵法，人们已能生产外源蛋白质药物 ( 如人胰岛素和干扰素等 ) 。尽管基因工程所采用的外源基因可以来自动植物，但由于微生物生理代谢类型的多样性，它们是最丰富的外源基因供体。

5 与高等动植物相比，已知微生物种类只是估计存在数量的很小一部分

哺乳动物和鸟类的物种几乎全部为人们所掌握，被子植物已知种类达 93% ，但细菌已知种数仅为估计数的 12% ，真菌为 5% ，病毒为 4%(Bull ，1992) 。目前研究的也只是已知种类的很少一部分。根据 SCI(science citation index) 资料， 1991 — 1997 发表的微生物学文献大量集中在8 个属，尤其是埃希氏杆菌，其中大肠杆菌又占主要部分 (Galvez 等， 1998) 。可以想像，既然对少数已知微生物的研究就已为人类作出了重要贡献，通过对多样性微生物的开发必然会为社会带来巨大利益。 6 生物学事业方兴未艾。

微生物基因组学研究将全面展开，以微生物之间、微生物与其他生物、微生物与环境的相互作用为主要内容的微生物生态学、环境微生物学、细胞微生物学将基因组信息在基础上获得长足发展。

Five Common Characteristics of Microorganisms五大特性

１．个体微小，结构简单

微生物的个体极其微小，要测量它们，必须用 um 或 nm 作单位。如一个典型的球菌体积仅为１ um 3 ；最近芬兰科学家 E. O .Kajander 等发现了一种能引起尿结石的纳米细菌，其直径最小仅为 50nm ，甚至比最大的病毒更小一些。这种细菌分裂缓慢，三天才分裂一次，是目前所知的最小的具有细胞壁的细菌。迄今为止所知的个体最大的细菌是一个硫细菌，其大小一般在 0.1-0.3mm, 能够清楚的用肉眼看到。它们的结构也是非常简单的，大多数微生物为单细胞，只有少数为简单的多细胞。又如 PSTV 由 359 个核苷酸组成的 RNA ，长度为 50nm ；朊病毒仅蛋白质分子组成。

2. 吸收多，转化快

科学家研究发现微生物吸收和转化物质的能力比动物、植物要高很多倍，如在合适的环境下， Escherichia coli 每小时内可消耗其自重 2000 倍的乳糖。 Candidautilis( 产朊假丝酵母 ) 合成蛋白质的能力比大豆强 100 倍，比食用公牛强 10 万倍，微生物的这个特性为它们的高速生长繁殖和产生大量代谢产物提供了充分的物质基础，从而使微生物有可能更好地发挥“活的化工厂”的作用，人类对微生物的利用主要体现在它们的生物化学转化能力上。

表 1.1 微生物形态、大小和细胞类型

3. 生长旺，繁殖快

生物界中，微生物具有惊人的生长繁殖速度，其中二等分裂的细菌尤为突出。人们研究得最透砌的微生物是 Escherichia coli( 大肠杆菌 ) ，其细胞在合适的生长条件下，每分裂一次的时间是 12.5-20.0 分钟。如按 20 分钟分裂一次计，则每小时分裂 3 次， 24 小时可达到4.722 × 10 24 个（约4.722 × 10 6 Kg ）。

事实上，由于种种客观条件的限制，细菌的指数分裂速度只能维持数小时，而在液体培养基中，细菌细胞的浓度一般仅能达到 10 8 -10 9 个 /ml 。另外T 2 Phage1 → 150/ 半小时。

微生物的这一特性在发酵工业上具有重要的实践意义，主要体现在它的生产效率高、发酵周期短上。同时也给生物学基本理论的研究带来极大的优越性：它使科研周期大大缩短、经费减少、效率提高。当然，对于危害人、畜和植物等的病原微生物或使物品发霉的微生物来说，它们的这个特性就会给人类带来极大的麻烦甚至严重的祸害，因而需要认真对待。

4. 适应强、易变异

微生物有极其灵活的适应性，这是高等动植物无法比拟的，诸如抗热性、抗寒性、抗盐性、抗酸性、抗压力等能力。例如：在海洋深处的某些硫细菌可在250 ℃ -300 ℃之间生长；嗜盐细菌可在饱和盐水中正常生长繁殖； Thiobacillus thiooxidans( 氧化硫杆菌 ) 在 PH1-2 酸性环境中生长。 Bacillus.sp.( 未定名 ) 的芽孢在琥珀内蜜蜂肠道中已保存了 2500 万年 --4000 万年。

微生物的个体一般都是单倍体，加之它具有繁殖快、数量多以及与外界环境直接接触等原因，虽然微生物的变异频率仅为 ( 10 -6 -10 -9 ) ，也可在短时间内产生大量变异的后代。在微生物育种中利用变异这一特性可获得高产菌株。如：在 1943 年，利用 Penicillium chrysogenum( 产黄青霉 ) 发酵生产青霉素，每毫升青霉素发酵液中只分泌约 20 单位的青霉素，生产 1 茶匙约需数千英磅。而现在通过微生物遗传育种工作者的不懈努力，使该菌产量变异逐渐累积，加之其他条件的改进，每毫升发酵液中达到 5 万单位，甚至达到 10 万单位，成本大大降低。这在动植物育种工作中是不可思议的。这是对人类有益的变异。

实践中常遇到一些有害变异，在医疗中最常见的致病菌对抗生素所产生的抗药性变异。青霉素 43 年刚问世时，对 Staphylococcus aureusr 最低制菌浓度为 0.02ug/ml, 过了几年，制菌浓度不断提高，有的菌株的耐药性竟比原始菌株提高了 1 万倍。如在 40 年代用青霉素治疗时，即使是严重感染的病人，每天只需 10 万单位，而现在成人需 1 ６ 0 万单位，新生儿也不少于４０万单位。病情严重时，甚至用数千万。同时也说明了“滥用抗生素无异于玩火”的口号是有充分科学依据的。

5. 分布广，种类多

在生物圈的每一个角落都有微生物踪迹。如：人体体腔（ 100-400 种，总数约为 100 万亿，其中数量最多的是（脆弱拟杆菌）、海底（硫细菌，100 ℃， 140 个大气压）、高空（ 85km ）、土壤深层；由于微生物的发现比较迟，加上鉴定微生物种的工作以及划分种的标准等问题较复杂，所以目前确定微生物种数只有 10 万多种。随着分离、培养方法的改进和研究工作的进一步的深入，将会有更多的微生物被发现。有人估计目前至多只开发利用了其中的百分之一。因而研究和开发微生物资源的前景是十分灿烂的。

思考题：

1.什么叫微生物? 有何特点? 其主要类群由哪些?

2.微生物学的发展史分为纳几个时期? 代表人是谁? 主要成就有哪些? 各时期的特点如何?

3.试述列文虎克、巴斯德和科赫在微生物学发展史上的杰出贡献。

4.微生物的五大共性是什么?

5. 试述微生物学在生命科学中的重要地位。

6. 你认为现代微生物学的发展有哪些趋势？

7. 你认为微生物学的哪些方面可以继续研究以对生命科学作出贡献？

8. 试就微生物在工业、农业、医药、食品等方面的应用作一简要介绍。

第一章Eukaryotic Microorganisms真核微生物

教学目的和要求: 了解真菌细胞结构和生活特性，了解霉菌的一般特性，掌握真菌繁殖方式、菌落特征和酵母菌生活史 .

教学重点、难点: 重点：真菌繁殖方式

难点：

酵母菌生活史真核微生物是一大类具有真正细胞核、核膜、核仁分化，能进行有丝分裂、细胞质中存在线粒体或同时存在叶绿体等细胞器的微生物。微生物中的真菌（主要包括霉菌、酵母菌及蕈菌）、藻类、原生动物等均属于真核微生物。真菌是类低等的真核生物，它们主要有以下五个特点：①不能进行光合作用；②以产生大量孢子进行繁殖；③一般具有发达的菌丝体；④营养方式为异养型；⑤陆生性较强。Eukaryotic Microorganisms真核微生物：具有细胞核、核膜和核仁，分化较高等的、有线粒体、内质网等细胞器的微小生物。

藻类Algae: Phototrophic eukaryotic microorganisms

真菌Fungi: Nonphotosynthetic eukaryotic microorganisms that contain rigid cell walls

粘菌Slime molds: nonphototrophic eukaryotic microorganisms that lack cell walls and that aggregate to form fruiting structures (cellular slime molds) or masses of protoplasm (acellular slime molds)

原生动物Protozoa: unicellular eukaryotic microorganisms that lack cell walls

第一节酵母菌

一、酵母菌(yeast)概述

酵母菌(yeast):是一群主要进行芽殖、低等的单细胞真菌的总称不是分类名词。

1．特点：①个体一般以单细胞状态存在；②多数营出芽繁殖，也有的裂殖，②能发酵糖类产能；④细胞壁常含甘露聚糖；⑥喜在含糖量较高、酸度较大的水生环境中生长。

2．分布：很广，主要生长在偏酸性的含糖环境：水果、蔬菜、蜜饯的表面和在果园土壤中，动物排泄物、牛奶、油田和炼油厂附近土层中也很易分离到能利用

3．与人类的关系

酵母菌是人类的第一种“家养微生物”。

（1）发酵：乙醇，饮料，有机酸，烘制面包(酿酒酵母)

（2）生产单细胞蛋白（Candida假丝酵母）

有益?? （3）生产核酸、V、麦角甾醇、辅酶、细胞色素c、凝血素等生化药物。

（4）以烃类为原料生产柠檬酸、反丁烯二酸、脂肪酸、甘油、甘油醇

（1）腐败型引起食品腐败

有害? （2）污染发酵工业（不含酒精的饮料酿造）

（3）少数(约25种)酵母菌能引起人或其他动物的疾病，Candida? albican (白假丝酵母，即“白色念珠菌”)和新型隐球菌是呼吸道的正常菌群，一定条件下可引起人体一些表层(皮肤、粘膜)或深层(各内脏、器官)的疾病，例如鹅口疮、阴道炎、轻度肺炎或慢性脑膜炎等。

二、细胞的形态构造

1．酵母菌的形态

大小：典型的真核微生物，细胞宽2．5—10μm，长4．5—21μm。光学显微镜下可模糊地看到它们细胞内的种种结构分化。

形状：球状、卵圆状、椭圆状、香肠状等多种，假菌丝（当它们进行一连串的芽殖后，如果长大的子细胞与母细胞并不立即分离，其间仅以极狭小的面积相连，这种藕节状的细胞串就称假菌丝）（如果细胞相连，且其问的横隔与细胞直径一致，则这种竹节状的细胞串就称真菌丝）。

2．酵母细胞结构

(1)细胞壁

厚约25nm, 约占细胞干重的25％，是一种坚韧的结构,三层，

外层为甘露聚糖，占细胞壁干重的30－34％

内层为葡聚糖，占细胞壁干重的30％，维持细胞壁强度

中间夹有一层蛋白，占细胞壁干重的10％（葡聚糟酶、甘聚糖酶、蔗糖酶、

碱性磷酸酪和脂酶等）。

细胞壁上还含有少量类脂和以环状形式分布在芽痕周围的几丁质（NAG的多聚物）。

(2) 细胞膜，基本同细菌，不同点：有细胞器，膜的功能不同；在酵母细胞膜上所含的各种固醇（占细胞干重的9.66％）中，尤以麦角甾醇(占固醇的72％)居多。它经紫外线照射后形成VD2，防止儿童佝偻病。

细胞膜的功能是：①用以调节细胞外溶质运送到细胞内的渗透屏障；②细胞壁等大分子成分的生物合成和装配地；②部分酶的合成和作用场所。

(3)细胞核Nucleus

酵母菌具有用多孔核膜包裹起来的定形细胞核——真核，染色体数目因种而不同

核膜：双层单位膜，其上存在着大量直径为40一70nm的核孔，用以增大核内外的物质交换。

染色体：DNA＋组蛋白，多条，遗传信息的主要贮存库。在

核仁：1－多个，DNA＋ＲＮＡ＋蛋白质，合成核糖体

中心体：核膜外，有蛋白质亚基组成的丝状结构，与芽殖和有丝分裂相关

（4）线粒体Mitochondria：DNA＋ＲＮＡ＋蛋白质

在有氧条件下，酵母菌细胞内会形成许多线粒体。外形呈杆状或球状，大小为o．3一o．5×3μm，由双层膜包裹着。内膜经折叠后形成脊，其上富含参与电子传递和氧化磷酸化的酶，其功能是进行氧化磷酸化。

（5）内质网：平行的膜组成的细长结构

粗面内质网：与核糖体相连

光面内质网：不与核糖体相连

作用：合成脂肪酸、固醇等

（6）细胞质内结构

a. 微体：有一层约7nm单位膜包裹的、直径约0.3μm 的圆形或卵圆形的细胞器，称功能可能是参与甲醇和烷烃的氧化。

b. 核糖体：80s 合成蛋白质的场所

c? 液泡:在成熟的酵母菌细胞中，有一个大形的液泡，内含有一些水解酶、异染粒、脂肪滴，功能可能是起着营养物和水解酶类的贮藏库的作用，同时还有调节渗透压的功能。

d. 环状的“2μm质粒”,它可作外源DNA片段的载体

三、酵母菌的繁殖方式和生活史

1．酵母菌的繁殖方式

芽殖

裂殖

无性繁殖??? 芽裂

出梗孢

产无性孢子(节孢子、掷孢子、厚垣孢子)

有性繁殖：产生有性孢子——子囊孢子,

最典型和最主要的繁殖方式是芽殖、裂殖和产子囊孢子芽殖：芽殖是以出芽方式进行繁殖，是酵母菌最常见的无性繁殖方式

一端出芽

两端出芽：细胞通常呈柠檬状

出芽方式???? 三边出芽：少见，细胞通常呈三角形

多边出芽：多数

(2) 裂殖：是细胞横向分裂而繁殖，少数(如裂殖酵母属)。裂殖过程与细菌的二分裂过程类似

（3）产子囊孢子：两个性别不同的具有单倍体核的酵母营养细胞相互接近时，各自伸出一个小突起而接触。接触处的细胞壁局部溶解形成通道，两个细胞的细胞质由通道进行质配，两个单倍体核也进行核配，从而形成具有二倍体核的接合子细胞。二倍体接合子可以出芽方式形成二倍体营养细胞，进行多代的生长繁殖。在合适的条件下，二倍体接合子或营养细胞可进行减数分裂，双倍体核分裂为4个或8个单倍体子核，每个子核与其周围的细胞质一起形成一个子裹孢子，而原来的营养细胞演变成为子囊，包含着这些子囊孢子(单倍体)。

2．酵母菌的生活史可分三种类型：

①在生活史中单倍体营养阶段较长，二倍体阶段很短，称为单倍体型。如八孢裂殖酵母 (Schizosaccharomyces octospora) 。

②在生活史中二倍营养阶段较长，单倍体阶段较短，称双倍体型。如路德酵母 (Saccharomycodes ludwigii) 。

③在生活史中单倍营养阶段和二倍体营养阶段都可以出芽方式继续繁衍，称单、双倍体型。如酿酒酵母 (Saccharomces cerebisiae) 。

四、酵母菌的培养特征

酵母菌的菌落特征：大多数酵母菌在适宜培养基上形成的菌落与细菌的相似，但较细菌菌落大而且厚，菌落表面湿润、粘稠、易被挑起，其颜色多为乳白色，少数为红色。酵母菌的菌落一般还会散发出一股悦人的酒香味。

有些酵母在液体培养基表面生长，形成于而皱的菌膜或茵醭，其厚薄因种而异，也与需氧性有关。茵醭的形成及其特征有一定分类意义。

酵母菌生活史

第二节霉菌

一、概述

1．定义：霉菌( mold)是一类引起物品霉变、并在表面产生肉眼可见的丝状、绒状或蛛网状的菌丝体、较强的陆生性的丝状真菌。

2．分布：广，水体，土壤，空气，各种动植物体内外。

3．与人类关系

有益：（1）传统酿造：酒、醋，如Rhizopus(根霉), Aspergillus（曲霉）, Mucor（毛霉）

（2）发酵工业：酒精，Penicillin（头孢）等抗生素，柠檬酸、葡萄糖酸等多种有机酸，淀粉酶、蛋白酶和纤维意酵等多种酶制剂，核黄素等维生素，麦角碱等生物碱，真菌多糖等的生产

（3）农业：饲料发酵，植物生长刺激素(赤雷素)，杀虫剂（白僵菌），蔬菜（茭白）

（4）环保：腐生菌分解纤维素、半纤维素和木质素

（5）基本理论研究：霉茵在基本理论研究中应用很广，粗糙脉孢菌（Neurospora)等在建立生化遗传学中的作用

有害：

（1）引起工业产品的霉变，食品腐败：食品、纺织品、皮革、木器、纸张、光学仪器、电工器材和照相胶片等都易被霉菌所霉坏、变质。

（2）引起植物病害：植物传染性病害的主要病原微生物是真菌。真菌约可引起3万种植物病害。如19世纪中叶在欧洲大流行的马铃暮晚疫病；我国于1950年发生的麦锈病和1974年发生的稻瘟病，使小麦和水稻分别减产了60亿kg，等等。

（3）引起动物疾病；不少致病真茵可引起人体和动物的浅部病变(例如皮肤癣菌引起的各种癣症)和深部病变(例如既可侵害皮肤、粘膜，又可侵犯肌肉、骨胳和内脏的各种致病真菌)，在当前已知道的约5万种真菌中被国际确认的人、畜致病菌或条件致病菌已有二百余种(包括酵母菌在内)。

二、霉菌的形态结构

（一）菌丝及菌丝体：营养体的基本单位是菌丝(hyphae)，Φ3—10μm，

无隔菌丝: 无隔膜，单细胞，多核如Rhizopus, Mucor

有隔菌丝: 有隔膜，多细胞，单核或多核如Penicillium

（二）菌丝的变态菌丝在长期适应不同外界环境条件的过程中，产生了不同类型的变态。这些变态的菌丝在长期演化过程中被赋予特殊的功能。 ?

①吸器：许多植物寄生真菌的菌丝体生长在寄主细胞表面，从菌丝上发生旁枝侵入寄主细胞内吸收养料，这种吸收器官称为吸器，吸器有各种形状，如丝状、指状、球状。一般专性寄生真菌，如锈菌、霜霉菌、白粉菌。

②附着胞和侵染垫：这些结构的功能是借以分泌粘液，把菌丝固定在寄主表面，同时产生细的穿透菌比侵入植物细胞壁。

③菌环和菌网：捕虫类真菌常由菌丝分枝组成环状或网状组织来捕捉线虫类原生动物，然后从环上或网上生出菌丝侵入线虫体内吸收养料。组成

菌环的菌丝细胞具有特殊的功能，当线虫进入菌环后，组成菌环的菌丝细胞很快膨胀而把线虫固定在菌环上，然后从线虫体内吸收营养。

④匍匐菌丝和假根：毛霉目的真菌常形成延伸的铺匐状的菌丝，当蔓延到一定距离后，即在基物上生成根状菌丝 -- 假根，再向前形成新的匍匐

状菌丝。根霉和犁头霉是较为典型的产生匍匐菌丝和假根的代表，假根作为营养吸收器官与基物接触。

⑤菌索和菌丝束：这些结构能在缺少营养的环境中为菌体生长提供基本的营养来源，尤其是在高等担子菌中较为常见。

⑥菌核：由菌丝聚集和粘附而形成的一种休眠体，同时它又是糖类和脂类等营养物质的储藏体。

气生菌丝体主要特化成各种形态的子实体。子实体是指在其里面或上面可产生孢子的、有一定形状的任何构造。不同真菌子实体的形态和称呼不同。

无性：孢子囊、分生孢子头、分生孢子座、分生孢子器

有性：子囊果（能产有性孢子的、结构复杂的子实体；按外形可分为三类：闭囊壳、子囊壳、子囊盘）、担子

三、细胞结构组成霉菌菌丝细胞均由细胞壁、细胞膜、细胞质、细胞核、线粒体、核糖体以及内含物组成。

细胞壁：厚约 100-250um ，主要成份为多糖，如几丁质、纤维素、葡聚糖、甘露聚糖、半乳聚糖等。此外，还有蛋白质、类脂、无机盐等。大多数真菌的细胞壁主要成分由几丁质组成，几丁质是由数百个 NAG 分子以 B-1,4 糖苷键连接而成的。如子囊菌、担子菌、半知菌类等。

细胞膜：主要是由脂类（主要是磷脂和鞘脂类）和蛋白质构成。在细胞膜上也有糖类存在，主要位于质膜外表面，具有细胞间识别受体功能。（当盘基网柄菌以无细胞壁的单细胞的形式存在时，当缺乏营养时，它们互相吸引并且聚集为一个多细胞的假原生质团。）

细胞核：是细胞内遗传信息的储存、复制和转录的主要场所，外形为球状或椭圆体状。一切真核生物都有形态完整、有核膜包裹的细胞核，它对

细胞生长、发育、繁殖和遗传、变异等起着决定性的作用。每个细胞通常只含一个核，有的含两个至多个。真菌生物的细胞核由由核膜、核仁（合成 RNA 装配核糖体）、染色质和核基质（是充满于细胞核空间由蛋白纤维组成的网状结构，具有支撑细胞核和提供染色质附着点的功能）等构成。另一些结构组成与其他真核细胞基本相同，如：内质网、核糖体、线粒体、高尔基体、溶酶体、微体、液泡、膜边体等。

四、霉菌的繁殖

霉菌的繁殖能力很强，而且方式多样。菌丝的碎片或菌丝截断均可发育成新的菌丝体，一般称此为断裂繁殖，但在自然界，霉菌主要靠形成无性

孢子和有性孢子繁殖。一般霉菌菌丝生长到一定阶段，先行无性繁殖，到后期在同一菌丝体产生有性繁殖结构，形成有性孢子。

（一）无性孢子

无性繁殖是指不经过两性细胞的结合，只是营养细胞的分裂或营养菌丝的分化而形成同种新个体的过程。

1. 厚垣孢子这类孢子具很厚的壁，是真菌的休眠体，可抵抗热、干燥等不良环境。形成过程：首先在菌丝顶端或中间，一部分原生质浓缩变圆，类脂物质密集，然后在四周生出厚壁或者原来的细胞壁加厚，形成圆形、纺锤形或长方形的厚垣孢子，当条件适宜时可萌发，长出新菌丝。

2. 节孢子由菌丝断裂形成。菌丝生长到一定阶段，出现许多横隔膜，然后从横隔膜处断裂，产生很多单个孢子。

3. 分生孢子菌丝分枝顶端细胞或菌丝分化来的分生孢子梗的顶端细胞分割而成的单个或成簇孢子。分生孢子是最常见的无性孢子，大多数真菌

均以此方式进行繁殖。

4. 孢囊孢子这种孢子形成于一个特殊的囊状结构的孢子囊内。霉菌发育到一定阶段，菌丝加长，顶端细胞膨大成圆形或梨形的囊状结构，囊的

下方有一层无孔隔膜与菌丝分开面形成孢子囊，并逐渐长大，囊中密集细胞质和许多核，每个核外包围细胞质，形成孢子壁，随后，这些包围了

核的细胞质割裂成小块，每块发育成一个孢囊孢子。

（二）有性孢子

经过两个性细胞的结合而产生新个体的过程。有性繁殖过程可分为三个阶段：①质配；②核配；③减数分裂。有性繁殖方式因菌种不同而异，有的霉菌两条营养菌丝就可直接结合，对多数霉菌来说，则由菌丝分化形成特殊的性细胞－配子囊或由配子囊产生的配子囊相互交配，形成有性

孢子。

1. 卵孢子由两个大小不同的配子囊结合后发育而成，小型配了囊叫雄器，大型配子囊叫藏卵器。它们均由菌丝分化而来，当雄器与藏卵器配合时，雄器中的内含物通过授精管进入藏卵器与卵球结合，随后卵球生出外壁即成为卵孢子。

2. 接合孢子接合孢子是由菌丝生出的结构基本相似、形态相同或略有不同的两个配子囊接合而成。

3. 子囊孢子真菌的菌丝可分化为产囊器和雄器，然后二者结合形成子囊，再于子囊内产生有性孢子，即子囊孢子。通常每个子囊内包含 4-8 个孢子。子囊果成熟后，子囊孢子从子囊中释放出来，在适宜的条件下萌发成新的菌丝体。

4. 担孢子真菌的菌丝经过特殊分化和有性结合形成担子，在担子上形成有性孢子，称为担孢子。

从上述繁殖方式可看到：霉菌从一种孢子开始，经过一定的生长发育，最后又产生同一种孢子，这一过程包括无性繁殖和有性繁殖两阶段。这一循环称为霉菌的生活史。

五、霉菌的菌落

霉菌菌落：在固体培养上，由一个孢子或一段菌丝生长繁殖形成肉眼可见的菌丝群体。由于霉菌的细胞呈丝状，故它们的菌落与细菌不同，而与放线菌的接近。其主要特征：菌落形态较大，质地一般比放线菌疏松，外观干燥，不透明，呈现或紧或松的蛛网状、绒毛状或棉絮状；菌落与培养基的连接紧密，不易挑取，菌落正反面的颜色和边缘与中心的颜色常不一致等。

六、霉菌的主要代表属

（1）根霉属(Rhizopus)

根霉菌丝无横隔膜，单细胞。菌丝体白色疏松的棉絮状菌落，可蔓延充满整个培养皿。

根留在固体培养基或自然培养物上生长时，由营养菌丝体产生具有延伸功能的弧形匍匐菌丝，在培养基表面向四周蔓延生长，由此菌丝分化出分支状的假根，接触基质并吸取养分。

在与假根相对的方向上生出孢囊梗(柄)，顶端膨大形成孢子囊，内生孢囊孢子。孢子囊内有

近球形的囊轴，囊颈茎部与梗相连处有囊托。孢子囊成熟后，孢囊壁消解或破坏，可释放出大量的孢囊孢子。孢子呈球形、卵形或不规则形，常有棱角和条纹，灰色、灰蓝色或浅褐色等。根霉在一定条件下，也能产生接合孢子进行有性繁殖。

应用：用于制曲酿酒（具有活力强大的淀粉糖化酶）；发酵豆类和谷类食品

（2）毛霉(Mucor )

毛霉的茵丝一般呈白色，不具横隔膜，为单细胞低等丝状真菌。菌丝体生长迅速，但不产生假根。由菌丝体直接生出孢囊梗，单生直立不分支或呈总状分支或呈假轴状分支，孢囊梗顶端膨大为孢子囊．内生孢囊孢子。成熟后孢囊壁消解或破裂释放出孢子，孢子无色、无条纹、光滑。囊内有囊轴，但囊基部无囊托。

毛霉能产接合孢子进行有性繁殖。某些种还能产生厚坦孢子。

应用：? 发酵生产大豆制品（腐乳、豆鼓），具活力强大的蛋白酶，有很强的分解大豆的能力；生产多种酶类：蛋白酶，淀粉酶，脂肪酶，果胶酶，凝乳酶；产生有机酸等：草酸，乳酸，琥珀酸，甘油；转化甾体化合物。

（3）曲霉属(Aspergillus)

曲霉的菌丝有横隔膜，为多细胞丝状真菌, 某些菌丝细胞持化膨大成为厚壁的足细胞，由足纫胞生出直立的分生孢子梗(无横隔)，顶部膨大形成球形的顶囊。在顶囊的表面以放射状生出一层或两层小梗(初生小梗、次生小梗)，小梗的顶端着生成串的分生孢子。顶囊、小梗及分生孢子链一起构成分生孢子头，分生孢子头具有各种不同的颜色和形状。

少数形成有性阶段，产生子囊孢子。

? 应用：

a.生产传统发酵食品: 酱油、豆酱、豆鼓和面酱等(蛋白酶和淀粉酶)

b.生产多种重要的酶制剂：淀粉酶，蛋白酶（酸性或中性蛋白酶，广泛用于蛋白质的分解、食品加工、药用消化剂、制化妆品、纺织工业上除胶浆），果胶酶，葡萄糖氧化酶（用于食品脱糖，氧化葡萄糖生产葡萄糖酸），纤维素酶和半纤维素酶，脱氧核糖核酸酶

c.．生产柠檬酸，葡萄糖酸、抗坏血酸，苹果酸，没食子酸，延胡索酸等有机酸

d. 甾体化合物的转化

黄曲霉群中的某些菌系能产生黄曲霉毒素，引起家禽、家畜中毒死亡．对人还有致癌作用。

（4）青霉(Penicilium)

青霉的菌丝与曲霉相似，有横隔，多细胞，但无足细胞。分生孢子梗直接由气生菌丝生出，顶端不膨大成为顶囊，而是经过多次分支成为帚状梗(孢子穗)。轴状枝由单轮、二轮或多轮分支构成，对称或不对称。最后一轮分支称为小梗，在小梗顶端产生成串的蓝绿色分生孢子。有极小数青霉能

产生闭囊壳，内生子囊和子囊孢子。

应用例：

a. 生产育霉素如点青霉是第一个用于生产育霉素的菌种。1943年开始改用产黄青霉进行工业化大量生产育霉素。

b. 生产半合成新头孢霉素，由产黄青霉发酵提取得到的青霉素G或v，经化学扩环后获得的头孢霉素，酶水解成为7—氨基—3—脱乙酰氧基—头孢霉烷酸(即7—ADCA)母核，再用酶法将新的侧链配基化到7—ADCA母核上，成为新型的头孢霉素(如头孢氨苄等)。

c. 生产其他抗生素：灰黄霉宗（产生菌为展开青霉），桔霉素；产生菌为桔青霉

d. 生产有机酸：葡萄糖酸(产黄青霉、点青留、产紫青霉)，抗坏血酸(产黄青霉、点青霉)等。

e. 生产多种酶类: 葡萄糖氧化酶(点青霉、产紫青霉、产黄青霉)，柠檬酸(点青霉、产黄青霉)，中性、碱性蛋白酶(产黄青霉)，脂肪酶(桔青霉)，凝乳酶(用于干酪，如桔青霉)，真菌细胞壁溶解酶(产紫青霉)等。

第三节真菌的分类

真菌的分类以形态特征为主，生理生化、细胞化学和生态学等特征为辅。多年以来，以 Martin 为代表的真菌学家将真菌分为三纲一类，即真菌属植物界、菌藻植物门、真菌亚门，下分三纲一类：藻状菌纲、子囊菌纲、担子菌纲和半知菌类。

这种真菌分类依据有两点：（ 1 ）菌丝有无隔摸，（ 2 ）是否存在有性繁殖，将其分为三纲一类。

（一）、菌丝无隔摸：

有性孢子为合子、卵孢子或接合孢子、、、、、藻状菌纲

（二）、菌丝有隔摸，如无菌丝靠出芽繁殖：

有性繁殖存在：

（ 1 ）有性孢子为内生在子囊内的子囊孢子、、、、子囊菌纲

（ 2 ）有性孢子为外生在担子上的担孢子、、、、担子菌纲

2 、有性繁殖不详、、、、、、、、、、、、、、半知菌类

上述分类系统存在一些缺点，特别是藻状菌纲太杂乱，成了一个多源的大杂烩，因此真菌学家们提出了各种修改意见，其中认为较好的、并被广泛采用的是 Ainsworth （安思沃斯）于 1966 年提出的分类系统。这一系统将真菌独立为真菌界，下分真菌门和粘菌门两个门，真菌门以下又分5 个亚门，即：①鞭毛菌亚门：菌丝无隔，无性阶段有游动孢子或游动配子，有性阶段产生卵孢子；②接合菌亚门：菌丝无隔，无性阶段没有游动孢子或配子，有性阶段产生接合孢子；③子囊菌亚门：菌丝有隔，有性阶段产生子囊孢子；④担子菌亚门：菌丝有隔，有性阶段产生担孢子：⑤半知菌亚门：菌丝有隔，尚未发现有性阶段。

真核微生物与原核微生物的比较

思考题

1．什么是真菌、酵母菌、霉菌?

2．试列表比较细菌、放线菌、酵母菌和水生型(藻状菌)，并设想它们原生质体的制备方法。

3．什么叫单细胞蛋白(SCP)? 为什么酵母菌是一种优良的单细胞蛋白?

4．试图示酵母菌的一般构造，并画出酿酒酵母的生活史，再分析其生活史的特点

5．简述真菌与人类的关系。

6. 什么叫菌丝、菌丝体、菌丝球、真菌丝、假菌丝、芽痕、蒂痕？

7. 霉菌的营养菌丝及气生菌丝各有何特点？它们可以分化出哪些特殊构造?

8 试述真茵孢子的特点，并说明其实践意义。

9. 试列表比较真菌孢子的种类和各自的特点。

10.? 细菌、放线菌、酵母菌和霉菌四大类微生物的菌落各有何特点?

11．为什么霉菌菌落的中央与边缘、正面与反面在外形、颜色、构造等方面常有明显的差别?放线菌、细菌和酵母菌呢

第四节 Protozoa原生动物

世界卫生组织(WHO)提出6种人类重要的热带病中，由寄生原生动物引起的就占了3种，即疟疾病，锥虫病和利什曼病。

全球每年至少有3.5×108人受到疟原虫的危害，非洲等热带地区每年因疟疾而死亡的人数在1×106以上，我国解放前每年得此病者至少有30×106人。疟疾病和利什曼病在我国南方甚为严重。经调查人兽共患寄生原虫病有93种，我国是这类病的重灾区。弓形虫病在世界上大约有25%～50％的人口受到感染，欧洲一些地区感染率高达80％，我国也有5%～10％的感染率，直接影响优生优育，而且弓形虫还是艾滋病的激活因素，还能引起弓形虫脑炎。我国近年来黑热病疫情严重回升，在四川、甘肃和新疆等疫区新发病例1985～1988年有1069例。

concept:? the most primitive、lowest，most unicellular, a few consist of several or multiple cellular. mobility and lack of cell wall, lack of chlorophyll , lack of fruiting body formation eukaryotic .Many of them are parasitic in other animals and human。

distinguished from prokaryotes by their greater size and eukaryotic nature；distinguished from algae by their greater lack of chlorophyll；distinguished from yeasts and other fungi by their mobility and lack of cell wall；distinguished from slime molds by their lack of fruiting body formation 。

二、contribution? :wide ：marine ,river, lakes ,soil,air in other animals and human。

三、原生动物的基本特征

1．形态：真核原生生物界，单细胞，由原生质和一个或多个细胞核组成无壁有膜。一个或两个以上的细胞核。

原生动物的体形与生活方式相关，例如固着生活的种类，身体多呈锥形、球形，有柄，柄内有肌丝纤维，可使虫体收缩运动，钟形虫（Vorticella），足吸管虫（Podophrya）就是这种体形。

1）漂浮生活的种类，身体多呈球形，并伸出细长的伪足，以增加虫体的表面积，例如辐射虫（Actinosphaerium）及某些有孔虫。

2）营游泳生活的种类，身体呈棱形，例如草履虫（Paramoecium）。

3）适合于底栖爬行的种类，身体多呈扁形，腹面纤毛联合形成棘毛用以爬行，例如棘尾虫（Stylonychia）。

4）营寄生生活的种类或者失去了鞭毛，如利什曼原虫，或者鞭毛借原生质膜与身体相连形成波动膜（undulating membrane），以增加鞭毛在血液或体液中运动的能力，例如锥虫（Trypanosoma）。

2．细胞结构

1）外壳或骨胳：能分泌一些物质形成以加固体形，如：薄甲藻（Glenodinium）能分泌有机质，在体表形成纤维素板；表壳虫（Arcella）能分泌几丁质形成褐色外壳；砂壳虫（Difflugia）能在体表分泌蛋白质胶，再粘着外界的砂粒形成一砂质壳；有孔虫可以分泌碳酸钙形成壳室；而放射虫类（Radiolaria）可在细胞质内分泌形成几丁质的中心囊，并有硅质或锶质骨针伸出体外以支持身体，例如等棘骨虫（Acanthometra）。

2）细胞质可以分为外质（ectoplasm）和内质（endoplasm），外质与内质可以互相转化

外质：透明清晰、较致密，分化出一些细微结构，例如腰鞭毛虫类可分化出刺丝囊（nematocyst）；丝孢子虫类可分化出极囊（polar capsule）；纤毛虫类可分比出刺丝泡（trichocyst）、毒泡（toxicyst）；这些结构在受到刺激时，可放出长丝以麻醉或刺杀敌人，或用以固着，具有攻击和防卫的功能。一些纤毛虫类外质还可分化成肌丝（myoneme），肌丝是由许多可收缩的纤维组成，例如钟形虫的柄部，外质也参与构成运动细胞器，例如鞭毛、纤毛及伪足等。

内质：不透明，含有颗粒，含有细胞质特化形成的执行一定机能的细胞器，例如色素体（chromatophore）、眼点（stigma）、食物泡（food vacuole）、伸缩泡（contractile vacuole）等以及细胞结构、线粒体、高尔基体等。

3）细胞核位于内质中，除了纤毛虫类之外，均有一种类型的核一个或多个。核的外层是一双层膜结构，其上有小孔，核膜内包含有核基质、染色质及核仁。如果核内染色质丰富、均匀而又致密的散布在核内，这种细胞核称为致密核（massive nucleus），如果核质较少，不均匀的散布在核膜内，这种核称为泡状核（vesicular nucleus）。纤毛虫具有两种类型的核，大核（macronucleus）与小核（micronucleus）其大核是致密核，含有RNA，有表达的功能；小核通常是泡状核，含有DNA，无表达功能，与纤毛虫的表型无关，而与生殖有关，也称生殖核。

4）在细胞内产生形态的分化，形成了能够执行各项生命活动和生理功能的胞器。如

运动胞器：鞭毛、伪足和纤毛；

营养胞器：胞口、胞咽和食物泡；

排出废料和调节渗透压的胞器：伸缩泡

收缩变形的功能：肌丝（有些种类的原生动物的细胞膜内）

5）鞭毛与纤毛从结构与机能上两者没有明显的区别，电镜观察结构相同的，只是鞭毛更长（5—200μm）、数目较少（多鞭毛虫类除外），多数鞭毛虫具有1—2根鞭毛。纤毛较短（3—20μm）、数目很多。直径是固定的，两者直径的差别在0.1—0.3μm之间。鞭毛的摆动是对称的，包括几个左右摆动的运动波；纤毛的运动是不对称的，仅包括一个运动波。

鞭毛与纤毛的结构：一层外膜，与细胞的原生质膜相连

膜内共有11条纵行的轴丝，其中9条轴丝从横断面上排成一圈，称为外围纤维（peripheral fibrils）。每条外围纤维是由两个亚纤维（subfibrils）组成双联体，其中一个亚纤维不成管状，断面看具有两个腕，腕的方向均为顺时针排列。在9条外围纤维的中间有两条中心纤维（central fibrils），中心纤维是单管状，外面有中心鞘包围。这就是鞭毛及纤毛轴丝排列的“9＋2”模式。9个外围纤维在进入细胞质内形成一筒状结构，称为毛基体（kinetosome），或称生毛体（blephroplast）。每根外围纤维变成3个亚纤维，成车轮状排列。而中心纤维在进入细胞质之前终止。毛基体向细胞内伸出纤维称为根丝体（rhizoplast）终止在细胞核或其附近。毛基体的结构与中心粒相似，在细胞分裂时，毛基体也可起中心粒的作用。纤毛由于数量很多，在毛基体之间都有动纤丝（kinetodesma）相联，构成一个下纤列系统（infraciliature）进行纤毛间的协调动作。

6）伪足也是一种运动细胞器，它是由原生质的流动而形成，所以伪足及体形都可改变形状，伪足可用来在物体表面上爬行运动。伪足的形成与运动是由细胞质内微丝的排列而决定。伪足的形状可以是叶状、针状、网状等。营养方式包含了生物界的全部营养类型

①动物性营养（holozoic nutrition），以吞食细菌、真菌、藻类或有机颗粒为生，绝大多数，有些具有胞口、胞咽等摄食器；纤毛虫类通过胞口、胞咽等细胞器摄取食物，食物进入体内后被细胞质形成的膜包围成为食物泡（food vacuole），食物泡随原生质而流动，经消化酶作用使食物消化，消化后的营养物经食物泡膜进入内质中，不能消化吸收的食物残渣再通过体表或固定的肛门点（cytopyge）排出体外

②植物性营养（holophytic nutrition），在有阳光的条件下，一些含色素：叶绿素（chlorophyll）、叶黄素（xanthophyll）等的原生动物可利用二氧化碳和水进行光合作用合成碳水化合物，如植物性鞭毛虫，但种类和数量都很少；

③腐生性营养（saprophytic nutrition），以死的机体或无生命的可溶性有机物质为生，孢子虫类

④寄生性营养，以其它生物的机体(即寄主)作为生存的场所，并获得营养和能量 ?

四、原生动物的生殖（reproduction）和生活史（life cycle）。

原生动物的生殖：无性生殖（asexual reproduction），所有的原生动物，在一些种类中它是唯一的生殖方式，例如锥虫。

有性生殖（sexual reproduction）：有或无

1．无性生殖形式：

（1）二分裂（binary fission）：最普遍，一般是有丝分裂（mitotic），分裂时细胞核先由一个分为二个，染色体均等的分布在两个子核中，

随后细胞质也分别包围两个细胞核，形成两个大小、形状相等的子体，二分裂可以是纵裂，如眼虫；也可以是横裂，如草履虫；或者是斜分裂，如角藻（Ceratium）。

（2）出芽生殖（budding reproduction），实际也是一种二分裂，只是形成的两个子体大小不等，大的子细胞称母体，小的子细胞称芽体。（3）多分裂（multiplefission），分裂时细胞核先分裂多次，形成许多核之后细胞质再分裂，最后形成许多单核的子体，多分裂也称裂殖生殖（schizogony），多见于孢子虫纲。

（4）质裂（plasmotomy），这是一些多核的原生动物，如多核变形虫、蛙片虫所进行的一种无性生殖，即核先不分裂，而是由细胞质在分裂时直接包围部分细胞核形成几个多核的子体，子体再恢复成多核的新虫体。

2．有性生殖有两种方式：

（1）配子生殖（gamogenesis），大多数，即经过两个配子的融合（syngamy）或受精（fertilization）形成一个新个体。如果融合的两个配子在大小、形状上相似，仅生理机能上不同，则称为同形配子（isogamete），同形配子的生殖称同配生殖（isogamy）。如果融合的两个配子在大小、形状及机能上均不相同，则称异形配子（heterogamete），根据其大小不同、分别称为大配子（macrogamete）及小配子（microgamete），大、小配子从仅略有大小的区别，分化到形态与机能完全不同的精子（sperm）和卵（ovum）。卵受精后形成受精卵，亦称合子（zygote）。异形配子所进行的生殖称为异配生殖（heterogamy）。

（2）接合生殖（conjugation），纤毛虫所具有。两个二倍体虫体腹面相贴，每个虫体的小核减数分裂，形成单倍体的配子核，相互交换部分小核，交换后的单倍体小核与对方的单倍体小核融合，形成一个新的二倍体的结合核，然后两个虫体分开，各自再行有丝分裂，形成数个二倍体的新个体。

3．原生动物的生活史也有多种类型

仅有分裂生殖，从未出现过有性生殖，子体与母体都是单倍体（haploid），用“N”表示，例如锥虫。

无性生殖与有性生殖，但生活史的大部分时期为单倍体时期（N），二倍体（diploid）时期很短，如鞭毛虫及孢子虫单倍体与二倍体交替出现，单倍体时期为无性世代（asexual generation）。二倍体时期为有性世代（sexual generation），如有孔虫

原生动物的及多细胞动物生活史的绝大部分时期为二倍体，减数分裂发生在受精作用之前，减数分裂之后才产生单倍体的配子，配子在受精作用之后个体又立刻进入二倍体时期，如纤毛虫类

五、分类

传统的分类系统把原生动物门分为4大纲;鞭毛虫纲(Flagallata)、肉足虫纲(Sarcodina)、孢子虫纲(Sporozoa)和纤毛虫纲(Ciliata)。这一传统的分类系统一直沿用到50年代。

自从生物五界分类系统确立以来，原生动物不再是无脊椎动物中的一个门，而上升为原生生物界（Kingdom Protista）分为6门。

第五节 Alage

1.Concept: unicellular、photosynthetic、eukaryotic organism

2. Morphology:Most unicellular , a few filamentous（丝状） or membranous thalli(膜状,), colonial(群体),no tissue, most green , A few brown or red, motile or non-motile

3.Structure: Cell Wall, plasma membrane;nuclei,mitochondria.ribosome,Golgi,Chloroplasts,enderplasmic reticulum,

flagella(9+2)(1-2/per cell)，eyespots(眼点)near the flagella(swim to light)

1) Cell Wall:cellulose ,some impregnated with silica or calcium carbonate（SiO2，CaCO3）,some have no cell wall but have proteinaceous pellicle(蛋白表膜)beneath the plasma membrane;

2) Flagella location:apically（顶生）, laterally(侧生) ,posteriorly（后端）,move by lateral stroke(侧划) or spiral movement（转动）

3)Chloroplasts:structure(single and large,multiple,ribbon-like-带状,stellate-星状)pigment content( carotenoids类胡萝卜素)，number of thylakoid(类囊体) are virable

4．Classification of Algae

based on : Chlorophyll;Carbon Reserve Polymers;Cell Wall Structure; Type of Motility

six major algae and their characteristics

复习思考题

原生动物与其他真核微生物的主要区别在哪里？

原生动物的特殊结构有哪些？其功能各是什么？

原生动物的繁殖方式有哪些？

原生动物分类依据是什么？

原生动物在生物群中的作用如何？

藻类的分类依据是什么？分为哪些类型？各列举1－2代表种。

第三章病毒

教学目的和要求:通过本章的课堂教学，使学生了解病毒，包括噬菌体、动植物病毒等的生活周期，掌握反映病毒生长繁殖规律的一步生长曲线的原理和实验方法，及有关病毒非增殖性感染特别是噬菌体溶原性反应的基本概念。

教学重点、难点:重点：病毒的形态结构和繁殖，病毒非增殖性感染

难点：一步生长曲线

1892 年俄国学者伊万诺夫斯基首次发现烟草花叶病的感染因子能通过细菌滤器，病叶汁通过滤器后得到的滤液可再感染健康的烟草叶面使之发生花叶病。 1898 年荷兰生物学家贝哲林克进一步肯定了伊万诺夫斯基的结果，并证实该致病因子可被乙醇从悬液中沉淀下来而不失去感染力，但在人工培养基上不能生长。于是他认为该病原体是比细菌小的“有传染性的，活的流质”，并给该病原体起名叫：病毒。 1935 年美国生物学家斯坦莱从烟草花叶病病叶中提取出了病毒结晶，该病毒结晶具有致病力，这表明一般被认为是生命的物质可以像简单的蛋白质分子那样处理。这件事成为分子生物学发展中的一个里程碑。他也因些荣获诺贝尔奖金。随着研究的进展，又证明了烟草花叶病毒结晶中含有核酸和蛋白质两种成份，而只有核酸具有感染和复制能力。这些发现不仅为病毒学的研究奠定了基础，而且为分子生物学的发展作出了重大贡献。

非细胞生物

真病毒：至少含有核酸和蛋白质两种组分

亚病毒：类病毒：只含具有独立侵染性的 RNA 组分

拟病毒：只含不具独立侵染性的 RNA 组分

朊病毒：只含单一蛋白质组分

病毒与其他微生物相比，具有以下特点：

无细胞结构，专性活细胞内寄生；

没有酶或酶系统极不完全，不能进行代谢活动；

个体极小，能通过细菌滤器；

对抗生素不敏感，对干扰素敏感。

根据以上特点，可以认为：病毒是超显微的，没有细胞结构的，专性活细胞内寄生的实体。它们在活细胞外具有一般化学大分子特征，一旦进入宿主细胞又具有生命特征。

第一节病毒

一、病毒的大小与形态

病毒的个体非常微小，测量单位为 nm 。大小可采用不同方法进行研究：电子显微镜法、分级过滤法、电泳法等。研究结果表明大多数病毒比细菌小得多，但比多数蛋白质分子大，而且病毒的大小相差很远。最大的病毒如痘病毒直径达 200nm 以上，最小的病毒如菜豆畸矮病毒的直径只有9-11nm 左右。

病毒的形态有球形、卵圆形、砖形、杆状、丝状及蝌蚪状等。其中动物病毒多为：球形、卵圆形或砖形，如疱疹病毒、流感病毒。植物病毒多为杆状、丝状，如烟草花叶病毒、马铃薯丫病毒。细菌病毒多为蝌蚪状，如噬菌体。

病毒虽然是无法用光学显微镜观察的，但当它们大量集在一起并使宿主细胞发生病变时，就可用光学显微镜加以观察，例如动、植物细胞中的包涵体以及噬菌体的噬菌斑。

病毒感染寄主细胞后，所形成的在光学显微镜下可见的小体，称为包涵体。它属于蛋白质性质，呈圆形、卵圆形或不定形。它们多数位于细胞质内，具嗜酸性，如天花病毒。少数位于细胞核内，具嗜碱性，如疱疹病毒。也有在细胞质和细胞核内都同时存在的，如麻疹病毒。有的包涵体还给予了特殊的名称，如天花病毒包涵体叫顾氏小体；狂犬病毒包涵体叫内基小体；烟草花叶病毒包涵体叫 X 小体。昆虫病毒形成的包涵体称多角体。

在实践上，病毒的包涵体主要有两类应用：①用于病毒病的诊断。②用于生物防治。

噬菌体感染细菌后，使细菌细胞破裂死亡，连续重复感染使大量的细菌死亡，这样在培养细菌的平板上，可以看到一个个透明不长细菌的小圆斑，这些圆斑由无数个噬菌体粒子组成的群体，称为噬菌斑。

人工培养的单层动物细胞感染病毒后，也会形成类似噬菌斑的动物病毒群体，称为空斑。

单层动物细胞受到肿瘤病毒的感染后，会使动物细胞恶性增生，形成类似细菌菌落的病灶，称为病斑。

烟草花叶病毒感染烟草后，在叶片上出现的一个个坏死的病灶，称为枯斑。

二、病毒的化学组成

病毒的化学组成因种而异：大多数病毒由核酸和蛋白质组成，有些结构复杂的病毒还有脂类、多糖和少量的酶。

1. 核酸一种病毒只含有一种核酸 (DNA OR RNA) ，动物病毒有些为 DNA 、有的为 RNA 。植物病毒多为 RNA ，少数为 DNA 。噬菌体多属 DNA ，属于 RNA 。

核酸有单链和双链之分，在一般细胞型生物细胞中， DNA 往往是双链，而 RNA 是单链。可是病毒情况较为复杂。

动物病毒： DNA-ds* 、 DNA-ss 、 RNA-ds 、 RNA-ss

植物病毒： DNA-ds 、 DNA-ss 、 RNA-ds 、 RNA-ss*

细菌病毒： DNA-ds* 、 DNA-ss 、 RNA-ds

病毒核酸功能：是遗传变异的物质基础，控制着病毒的增殖及对宿主的感染性。

2. 蛋白质蛋白质是病毒的主要组成部分。自然界中常见的 20 种氨基酸在病毒的结构中都可找到，但是氨基酸的组合与含量因病毒的种类而异。比较简单的植物病毒大都只含有一种蛋白质。其他病毒均由一种以上的蛋白质构成。

蛋白质的功能：①蛋白质构成病毒粒子的外壳；②保护病毒核酸免受外界理化因子的破坏；③决定病毒感染的特异性；④决定病毒的抗原性。三、病毒的结构

由于电子显微镜技术与生物化学、Ｘ射线衍射等分析技术的综合应用，逐步揭示了病毒粒子的亚显微结构。研究病毒的结构对于了解它们的功能，认识其本质，进行病毒的分类、鉴定，分析病毒的致病作用等有重要的意义。

病毒粒子系指完整的或结构完整、有感染性的病毒个体。在电子显微镜下呈现特定的形态。现已观察到很多病毒粒子具有一定的或共同的下列结构形式。

1. 衣壳粒：是构成病毒粒子的最小形态单位。每个衣壳粒是由 1-6 个同种多肽分子折叠而成的蛋白质亚单位。病毒粒子上不同部位的衣壳粒可由不同多肽分子组成。

2. 衣壳：由衣壳粒以对称的形式，有规律地排列成特定的形状，构成病毒的外壳。

3. 核衣壳：它是病毒蛋白质和核酸的合称。

4. 囊膜：有些病毒在衣壳的外面包裹着一层构造比较复杂的包膜。它由脂类和多糖组成。这种结构具高度的稳定性，可保护病毒核酸不致在细胞外环境中受到破坏。

5. 刺突：有些病毒粒子表面，尤其是在有囊膜的病毒粒子表面具有突起物。

由于衣壳粒排列组合的方式不同，使病毒粒子往往表现出不同的构型。主要有三种情况：

螺旋状对称型：烟草花叶病毒（ TMV ）是衣壳粒螺旋对称病毒的典型代表，烟草花叶病毒呈直杆状，长 300nm ，宽 15nm ，中空内径 4nm ，由158 个氨基酸组成一个皮鞋状的衣壳粒，相对分子量为 17500 ，总共 2130 个衣壳粒，排列成 130 圈螺旋， TMV 的核酸核心是单链的 RNA ，相对分子质量为 260 万，含有 6390 个核苷酸，每 3 个核苷酸与一个衣壳粒相结合，盘绕于蛋白质的中空内径中。

二十面体对称型：二十面体具有 12 个角、 20 个面和 30 条棱。腺病毒的衣壳是典型的二十面体对称，由 252 个衣壳组成，没有包膜。腺病毒的核心是由线状双链 DNA 构成的。其基因组的大小都约为 36500 个核苷酸对。

复合对称型：Ｔ偶数噬菌体 ---T 4 由头部（核心是双链线状 DNA ）、颈部和尾部（尾鞘、尾管、基板、刺突和尾丝）三个部分构成。

螺旋对称：

无包膜：杆状：烟草花叶（ TMV ）病毒等。

丝状：大肠杆菌的 f1 、 fd 、 M13 噬菌体等。

有包膜：卷曲状：正粘病毒（流感病毒）等

弹状：狂犬病毒，水泡性口膜炎病毒等

二十面体对称：

无包膜：小型：脊髓灰质炎病毒，φ X174 对称体制

大型：腺病毒等

有包膜：疱疹病毒等

复合对称

无包膜：大肠杆菌的 T 偶噬菌体（蝌蚪状）等

有包膜：痘病毒（砖块状）

四、病毒的繁殖

病毒的繁殖方式与细胞型微生物不同。病毒是专性活细胞内寄生物，缺乏生活细胞所具备的细胞器，以及代谢必需的酶系统和能量。增殖所需的原料、能量和生物合成的场所均宿主细胞提供。在病毒核酸的控制下合成病毒的核酸、蛋白质等成份。然后在宿主细胞内装配成为成熟的、具有感染性的病毒粒子，再以种方式释放到细胞外，感染其他细胞。这种增殖方式称为复制。

（一）植物病毒的繁殖

植物病毒没有专门的吸附结构，通过昆虫口器、摩擦伤口和人为伤口进入寄主细胞。植物病毒在入住宿主细胞后脱去蛋白质外壳。如 TMV 的衣壳粒以双层盘的形式组装成衣壳， PH 的改变、 RNA 的嵌入对衣壳的装配起关键作用。

（二）动物病毒的繁殖方式

概括起来可分为：吸附、侵入、脱壳、生物合成、装配、释放六个连续步骤。

（三）细菌病毒的繁殖方式

1．吸附吸附是病毒感染宿主细胞的前提，具有高度的专一性。在通常情况下，敏感细胞表面具有特异性表面接受部位，可与相应的病毒结合。2．侵入病毒侵入的方式取决于宿主细胞的性质，尤其是它的表面结构。一般来说有三种情况：①整个病毒粒子进入宿主细胞；②核衣壳进入宿主细胞；③只有核酸进入宿主细胞。

3．生物生物合成包括核酸的复制和蛋白质的合成。首先，噬菌体以其核酸中的遗传信息向宿主细胞发出指令并提供“蓝图”，使宿主细胞的代谢系统按次序地逐一转向合成噬菌体的组分和“部件”，合成所需“原料”可通过宿主细胞原有核酸等的降解、代谢库内的贮存物或从环境中取得。

烈性噬菌体体的增殖方式按核酸类型的不同主要分成三类：即①按早期、次早期和晚期基因的顺序来进行转录、转译和复制的双链 DNA 噬菌体的增殖方式；②按“滚环”模型复制单链 DNA 的增殖方式；③按“花朵”模式复制 A 蛋白（成熟蛋白）、衣壳蛋白和复制酶蛋白的增殖方式。下

面以其中的第二类 -- 双链 DNA 噬菌体的增殖方式为典型代表来加以介绍。

当噬菌体 dsDNA 侵入宿主细胞后，首先设法利用宿主细胞原有的 RNA 聚合酶来转录噬菌体的 mRNA 。然后由这些 mRNA 进行转译，以合成噬菌体特有的蛋白质。这种利用细菌原有的 RNA 聚合酶转录噬菌体的早期基因而合成 mRNA 的过程常称早期转录，由此产生的 mRNA 称早期 mRNA ，其后的转译称早期转译，而产生的蛋白质则称早期蛋白。

利用早期蛋白中新合成的或更改后的 RNA 聚合酶来转录噬菌体的次早期基因，借以产生次早期 mRNA 的过程，称为次早期转录。由此合成的 mRNA 称次早期 mRNA ，进一小的转译称次早期转译，其结果产生了多种次早期蛋白。例如分解宿主细胞 DNA 的 DNA 酶，复制噬菌体 DNA 的 DNA 聚合酶，以及供晚期基因转录用的晚期 mRNA 聚合酶。

晚期转录是指在新的噬菌体 DNA 复制完成后对晚期基因所进行的转录作用。其结果产生了晚期 mRNA ，现经晚期转译后，就产生一大批可用于子代噬菌体装配用的“部件” -- 晚期蛋白，它们是头部蛋白，尾部蛋白，各种装配蛋白和溶菌酶等。

4．装配病毒核酸的复制与病毒蛋白质的合成是分开进行的，由分别合成好的核酸与蛋白质组成完整的新的病毒粒子的过程。

5．释放成熟的病毒粒子从被感染细胞内转移到外界的过程称为病毒释放。病毒的释放是多样的，有的通过破裂，出芽作用或通过细胞之间的接触而扩散。

上述增殖生活周期是较短的，例如： E. ColiT 系噬菌体在合适的温度下为 15--25min 。第一个宿主细胞裂解后所产生的子代噬菌体量称裂解量。不同的噬菌体有不同的裂解量，例如： T2 为 150 左右， T4 约 100 ， f2 则可高达 10000 左右。

第二节噬菌体

噬菌体是侵染细菌放线菌等细胞型微生物的病毒。广泛分布于自然界。 1915 年英国人陶尔特在培养葡萄球菌时，发现菌落上出现了透明斑，用接种针接触斑后再接触另一菌落，不久被接触的部分又出现透明斑。 1917 年法国人第赫兰尔在巴斯德研究所观察到，痢疾杆菌的新鲜液体培养物能被加入的某种污水的无细菌滤液所溶解，混浊的培养物变清了，若将此澄清液再进行过滤，并加到另一敏感菌株的新鲜培养物中结果同样变清。以上现象称为陶尔特－第赫兰乐现象。第赫兰尔将该溶菌因子命名为噬菌体。

一、噬菌体的形态结构

与其他病毒一样，噬菌体除有其特异性宿主外，并无显著区别。它们都是由蛋白质和核酸组成。基本形态为蝌蚪形、球形、和丝状三种。从结构看以可分为六种不同的类型。

二、噬菌体的繁殖

病毒粒子并无个体的生长过程，而只有其两种基本成分的合成和装配，即：核酸复制 + 蛋白质合成=核蛋白（病毒粒子）。噬菌体的繁殖一般可分五个阶段，即吸附、侵入、增殖（复制与生物合成）、成熟（装配）、裂解（释放）。

根据噬菌体与宿主的关系可分为烈性噬菌体和温和噬菌体两大类。

1. 烈性噬菌体是指凡在短时间内能连续完成吸附、侵入、增殖、装配、裂解这五个阶段而实现其繁殖的噬菌体。烈性噬菌体进入菌体后就改变宿主的性质，使之成为制造噬菌体的工厂大量产生新的噬菌体，最后导致菌体烈解死亡。

2. 温和噬菌体是指凡吸附并侵入细胞后，噬菌体的 DNA 只整合在宿主的核染色体组上，并可长期随宿主 DNA 的复制而进行同步复制，因而在一般情况下不进行增殖和引起宿主细胞裂解的噬菌体。

3. 噬菌斑：由于噬菌体的作用而使布满细菌细胞的菌苔上，出现肉眼可见的一个个透亮的小圆斑。

4. 噬菌体效价：每毫升试样中所含的侵染性的噬菌体粒子数，也即噬菌斑形成单位数。

三、一步生长曲线

一步生长曲线是指能定量描述烈性噬菌体生长规律的实验曲线。将高浓度的敏感菌培养物与适量相应的噬菌体悬液相混合一定时间。以离心术或加入抗病毒血清除去过量的游离噬菌体，把经过上述处理的菌悬液进行高倍稀释，以免发生第二次吸附和感染，致使每个菌体只含有一噬菌体，培养后每隔一定时间取样，接种于敏感菌培养物中培养，通过固体培养物表面噬菌斑的多少，就可测知每个噬菌体感染细菌后释放的新的噬菌体数目，再以培养时间为横座标，以噬菌斑数为纵座标作图，绘成的曲线即为噬菌体的一步生长曲线。

一步生长曲线可分为三个时期：①潜伏期是指菌体的核酸侵入宿主细胞后至第一个噬菌体粒子装配前的一段时间。②裂解期是指溶液中噬菌体粒子急剧增多的一段时间。③稳定期溶液中噬菌体总数达到最高点后的时期。

四、溶源性

溶源性是温和噬菌体侵入宿主细胞后产生的一种特性。当温和噬菌体侵入宿主细胞后，其 DNA 随着宿主细胞的 DNA 复制而复制，但噬菌体的蛋白质不能合成，宿主细胞也不裂解，继续进行正常的分裂，但在偶尔情况下，某一代其中有一个宿主细胞发生裂解释放出新的子代噬菌体，而在这许多代不发生裂解的宿主细胞中又检查不到噬菌体，但它们都具有产生成熟噬菌体粒子的潜在能力。人们把温和噬菌体侵入宿主细菌所引起的

这种特性叫做溶源性。

含有温和噬菌体的 DNA 而又找不到形态上可见的噬菌体粒子的宿主细菌叫溶源性细菌。

附着或融合在溶源性细菌染色体上的温和噬菌体的核酸称为原噬菌体或前噬菌体。

溶源性细菌的基本特性：

①自发裂解在没有任何外来噬菌体感染的情况下，极少数溶源细胞中的原噬菌体偶尔也可恢复活动，进行大量的复制成为营养噬菌体核酸，并接着成熟为噬菌体粒子，引起宿主细胞裂解。

②诱发裂解用某些适量的理化因子如紫外线、丝裂霉素 C 等处理溶源性细菌能导致原噬菌体活化，产一生具有感染力的噬菌体粒子，结果使整个细胞裂解并释放出大量噬菌体。

③免疫性溶源性细菌对其本身产生的噬菌体或外来的同源噬菌体不敏感。这此噬菌体虽可入溶源性细菌，但不能增殖，也不导致溶源性细菌裂解。

④复愈性溶源性细胞有时消失了其中的原噬菌体，变成非溶源性细胞，这时即不发生自发裂解也不发生诱发裂解。

⑤溶源转变如白喉杆菌只有在含有特定的原噬菌体才能产生白喉毒素引起被感染机体发病。

在自然界中溶源菌是普遍存在的，那如何检验溶源菌呢？具体方法是将少量溶源菌与大量的敏感性批示菌（遇溶源菌裂解后所释放的温和噬菌体会发生裂解性生活周期者）相混合，然后加至琼脂培养基中倒平板。过一段时间后溶源菌就长成菌落。由于在溶源菌分裂过程中有极少数个体会发生自发裂解，其释放的噬菌体可不断侵染溶源菌菌落周围的指示菌菌苔，所以会产生一个个中央有溶源菌小菌落、四周有透明圈的特殊噬菌斑。从上述内容可知温和噬菌体可以三种状态存在：

1. 游离态：指已成熟释放并具有侵染性的游离噬菌体；

2. 融合态：指整合在宿主核染色体上处于前噬菌体的状态；

3. 营养态：指前噬菌体经外界理化因子诱导后，脱离宿主核基因组而处于积极复制和装配的状态。

五、噬菌体的分离培养

噬菌体是超显微的微生物，在光学显微镜下不能看见，在人工培养基上又不能生长，那么如何检测有无噬菌体的存在呢？

通过所学的有关特性便可判断：

1. 噬菌体对宿主具高度的特异性，可利用敏感菌株去培养和发现它。

2. 噬菌体侵染宿主细胞后引起裂解，可通过观察含有敏感菌株的琼脂平板上是否有噬菌斑和液体培养基中培养物是否变清予判断。

噬菌体广泛存在于自然界，凡有细菌的地方几乎都有噬菌体。分离噬菌的方法与分离细菌方法相似，一般采用琼脂平板稀释法，所不同的是在培养基中，不但要有一般的培养物，而且还必须有生活的敏感菌作为噬菌体的培养基。

六、噬菌体的应用与防治

由于噬菌体的某些生物学特性，使其在人类的生产实践和生物学基础理论研究中都有一定阶值。可概括为以下几个方面：①用于鉴定未知菌；②用于临床，治疗某些传染性疾病；③检验植物病原菌；④测定辐射量；⑤是研究分子生物学的重要工具和理想材料，主要是作为基因工程的载体。噬菌体会给人类生产带来极大的危害。如抗生素工业、微生物农药、有机溶剂发酵工业普遍存在着噬菌体的危害，当发酵过程中污染了噬菌体后，轻者使发酵周期延长，发酵单位降低；重则造成倒罐，酿成经济损失。预防噬菌体污染的措施主要有：①决不使用可疑的菌种；②严格保持环境卫生；③决不排放或随便丢弃活菌液；④噬菌体会给人类生产带来极大的危害。如抗生素工业、微生物农药、有机溶剂发酵工业普遍存在着噬菌体的危害，当发酵过程中污染了噬菌体后，轻者使发酵周期延长，发酵单位降低；重则造成倒罐，酿成经济损失。预防噬菌体污染的措施主要有：①决不使用可疑的菌种；②严格保持环境卫生；③决不排放或随便丢弃活菌液；④注意通气质量；⑤加强管道及发酵罐的灭菌；⑥不断筛选抗性菌种，并经常轮换生产菌种。

如果预防不成，一旦发现噬菌体污染时，要及时采取合理措施。如：①尽快提取产品；②使用药物抑制，加入草酸盐、柠檬酸铵等螯合剂（抑制噬菌体的吸咐和侵入）或加入金霉素、四环素等抗生素（抑制噬菌体的增殖或吸附）；③及时改用抗噬菌体生产菌株。

第三节亚病毒

亚病毒包括卫星病毒、卫星 RNA 、类病毒和朊病毒。在亚病毒因子中，仅有类病毒和朊病毒能独立复制；朊病毒颗粒不具有基因组核酸；卫星病毒与卫星 RNA 都具有核酸基因组，它们与 DI 颗粒类似，必须依赖辅助病毒进行复制，与 DI 颗粒不同的是，它们与其辅助病毒没有核酸序列同源性。卫星病毒、卫星 RNA 、类病毒和 DI 颗粒的性质比较于下表中。

DI 颗粒、卫星病毒、卫星 RNA 、类病毒性质的比较表

a ：因缺失部位而有所不同，脊髓灰质炎病毒 DI RNA 能复制但不被壳体化

b:STMV 基因组的3′ 端与辅助病毒有序列和结构的相似性

c: 某些嵌合的卫星 RNA 与其辅助病毒基因组有广泛的3′ 序列同源性

1971 年以来，陆续发现了比病毒更为简单的生命形式。它们是类病毒（ Diener,1971 ）、拟病毒（ Randles,1981 ）以及朊病毒（ Prusiner,1982 ）。

一、类病毒 (viroid)

类病毒是裸露的，仅含一个单链环状低相对分子质量 RNA 分子的病原体。发现的第一个类病毒是马铃薯纺锤形块茎病类病毒 (Potato spindletuber viroid ， PSTV) ，这是一种导致马铃薯严重减产的病原体，棒状，无蛋白外壳。它仅含一个由 359 个核苷酸组成的单链环状 RNA 分子 ( 相对分子质量约 100 000) 。该分子内有很多碱基 (~70 ％ ) 通过氢键配对而形成双螺旋区，未配对碱基则形成内环。双螺旋区与内环交替排列形成一个伸长的棒状分子。

迄今为止所知的类病毒都是侵染植物致病的，例如，马铃薯纺锤形块茎病、柑橘裂皮、菊花矮缩病、菊花褪绿斑驳病、椰子坏死病、黄瓜白果病以及酒花矮化病等。

类病毒 RNA 相对分子质量虽小，但能独立侵染寄主，侵入寄主后也能自我复制，不需要辅助病毒。

最近报道，动物中也有 DNA 类病毒。

二、拟病毒 (virusoid)

1981 年以来， Randles 等分别陆续从绒毛烟、苜蓿、莨菪以及地下三叶草分离到几种在核酸组成与生物学性质方面比较特殊的绒毛烟斑驳病毒(velvet tobacco mottle Virus ， VTMoV) 、苜蓿暂时性条斑病毒 (1ucernetransient streak virus ， LTSV) 、莨菪斑驳病毒 (solanum nodiflorum mottle virus ， SNMV) 和地下三叶草斑驳病毒 (subterranean clover mottle Virus ， SCMoV) 。 1983 年，这些病毒被定为拟病毒。又称类类病毒 (viroid — like) 。这是一类包裹在病毒衣壳内的类病毒。拟病毒的粒子中含有两类核酸，一类为线状单链 RNA(RNA-1) ，相对分子质量较大 ( 约1.5 × 106) ；另一类是环状单链 RNA(RNA-2) ，其相对分子质量与二级结构均与类病毒的相似。但与类病毒 RNA 不同的是， RNA-2 不能单独侵染寄主和复制自身。拟病毒的 RNA-1 与 RNA-2 之间存在着互相依赖的关系，两者必须同时存在才能感染寄主，复制核酸和产生新的拟病毒粒子。

RNA 植物病毒中也有一类由于基因组太小而没有足够的遗传信息，因此不能单独侵染寄主并进行复制的所谓卫星病毒，他们都含单链 RNA( 相对分子质量 2.8 × 105--5 × 105) 。

三、朊病毒

朊病毒 (prion) 是具侵染性并在宿主细胞内复制的蛋白质颗粒。现在认为，引起山羊和绵羊搔痒病 (scrapie) 以及人的 Kuru 病和

Crentzfeld-Jacob 病 (CJ 病，脑脱髓鞘病变 ) 的病原体是朊病毒。

l982 年，美国的 S.B.Prusiner 在研究引起羊搔痒病的病原体时发现，该病原体在经过高温、辐射以及化学药品等能使病毒失活的处理后依然存活，而且它只对蛋白酶是敏感的，因而认为，病原体是一种仅由蛋白质组成的侵染性颗粒，并命之为朊病毒。

电子显微镜下的朊病毒为杆状颗粒，直径 25nm ，长 100--200nm( 一般为 125--150nm) ，杆状颗粒不单独存在，而呈丛状排列，丛的大小与形状不一，颗粒丛所含颗粒多时可有 100 个。

朊病毒的发现具有重大的理论和实践意义。生物学的“中心法则”认为，遗传信息的流向是“ DNA →← RNA → 蛋白质”。通过对朊病毒的深入研究可能会更加丰富“中心法则”的内容。此外，还有可能对一些疾病的病因、传播研究以及治疗带来新的希望。

第四节病毒与实践

病毒与人类实践的关系极为密切。由它们引起的宿主病害既可使人类健康和对畜牧业、栽培业和发酵工业带来不利的影响，又可利用它们进行生物防治，此外，还可利用病毒进行疫菌生产和作为遗传工程中的外源基因载体，直接或间接地为人类创造出巨大的经济效益、社会效益和生态效益。

一、噬菌体与发酵工业

噬菌体对发酵工业的危害很大。大罐液体发酵若受噬菌体严重污染时，轻则引起发酵周期延长、发酵液变清和发酵产物难以形成等事故，重则造成倒罐、停产甚至危及工厂命运，这种情况在谷氨酸发酵、细菌淀粉酶或蛋白酶发酵、丙酮丁醇发酵以及干扰生素发酵中司空见惯。

要防止噬菌体的污染，必须确立防重于治的观念，例如决不使用可疑菌种，严格保持环境卫生，决不任意丢弃和排放有生产菌种的菌液，注意通气质量（选用 30~40m 高空的空气再经严格过滤），加强发酵罐和管道灭菌，不断筛选抗噬菌体菌种，经常轮换生产菌种，以及严格会客制度等。

二、昆虫病毒用于生物防治

在动物界中，昆虫是种类最多、数量最大、分布最广和与人类关系极其密切的一个大群。其中一部分对人类有益，而大量的则对人类有害。长期来，人类在与害虫作斗争过程中，曾创造过物理治虫、化学治虫、绝育治虫、性激素引诱治虫和生物治虫（包括动物治虫、以虫治虫、细菌治虫、真菌治虫和病毒治虫）等手段，其中利用病毒制剂进行生物治虫由于具有资源丰富（已发现的病毒近 2000 种）、致病力强和专一性强等优点，故发展势头很旺，前景诱人。当然，在现阶段由于其杀虫速度慢、不易大规模生产、在野外易失活和杀虫范围窄等缺点，还难以普遍推广。目前正在利用遗传工程等高科技手段对其进行改造之中。

三、病毒在基因工程中的应用

在基因工程操作中，把外源目的基因导入受体细胞并使之表达的中介体，称为载体（ vector ）。除原核生物的质粒（ plasmid ）外，病毒是最好的载体。

（一）噬菌体作为原核生物基因工程的载体

E.coli 的λ噬菌体，是一种研究得十分详尽的含线状 dsDNA 的温和噬菌体。在其基因组中，约有一半是对自身生命活动十分必要的“必要基因”，另一半则是对其自身生命活动无重大影响的“非必要基因”，因此可被外源基因取代而建成良好的基因工程载体。这类载体有很多优点：① 遗传背景清楚；② 载有外源基因时，仍可与宿主的核染色体整合并同步复制；③ 宿主范围狭窄，使用安全；④ 由于其两端各具 12 个核苷酸组成的粘性末端，故可组成科斯质粒（ cosmid, 又称粘性质粒或粘粒）；⑤感染率极高（近 100% ），比一般质粒载体的转化率高出千倍。由λ噬菌体构建的载体如：① 凯隆载体（ Charon ） , 是一种用内切酶改造后所构建成的特殊λ噬菌体载体，在其上可插入小至数 kb （千碱基对）大至 23kb 的外源 DNA 片段；② 科斯质粒，是一种由含粘性末端的λ -DNA 和质粒 DNA 组建成的重组体，优点是具有质粒载体和噬菌体载体两者的长处，其本身相对分子质量虽小（ 6kb ），却可插入各种来源的相对分子质量较大（ 35-53kb ）的外源 DNA 片段，当把它在体外包装成λ噬菌体后，即可高效地感染其 E.coli 宿主，并进行整合、复制和表达。

（二）动物 DNA 病毒作为动物基因工程的载体

可作为基因工程载体的动物病毒很多，主要为 SV40{simian virus 40, 即猴病毒 40} ，其次为人的腺病毒 . 牛乳头瘤病毒 . 痘苗病毒以及 RNA 病毒等。 SV40 是一种寄生在猴细胞中的 DNA 病毒，能使实验动物致癌。其生活周期包括引起宿主细胞裂解和转化成癌细胞两个阶段。其cccDNA{ 共价闭环 DNA} 的相对分子质量为 3*10 6 。 SV-DNA 是一个复制子，当侵染其宿主细胞后，既能自我复制，也能整合在宿主的染色体组上。若在野生型 SV-DNA 上直接接一外源 DNA ，会因其相对分子质量太大而无法正常包装，故须使用缺失了编码衣壳蛋白后期基因的突变株作载体。为补偿这一功能缺陷，这种突变株还须与其辅助病毒 {helper virus, 如 SV-tsA} 一起感染，才能在宿主体内正常繁殖。利用这一系统，已将家兔或小鼠的β - 珠蛋白或人生激素的基因在猴肾细胞中获得了表达。

( 三 ) 植物 DNA 病毒作为植物基因工程的载体

因含 DNA 的植物病毒种类较少，故病毒载体在植物基因工程中应用的起步较晚。花椰菜花叶病毒 {CMV} 是一种由昆虫传播的侵染十字花科植物的病毒，含 8kb 的环状 dsDNA ，存在多种限制性内切酶的切点。在其非必要基因区内插入外源 DNA 后，所形成的重组体仍具侵染性。但由于它不能与宿主核染色体组发生整合，因此还无法获得遗传性稳定的转基因植株。此外，一些真核藻类的 DNA 病毒也有发展前景。

( 四 ) 昆虫 DNA 病毒作为真核生物基因工程的载体

杆状病毒 {Baculovirus} 在昆虫中具有广泛的宿主，包括鳞翅目 . 膜翅目 . 脉翅目 . 鞘翅目和半翅目等昆虫以及蜘蛛和蜱螨等节肢动物。病毒体呈杆状，大小 40~60nm*200~400nm, 外有被膜，含 8%~15% 环状 dsDNA 。它们作为外源基因载体的优点是：①具有在宿主细胞内复制的cccDNA; ②不侵染脊椎动物，对人畜十分安全；③核型多角体蛋白基因是病毒的非必要基因区，它带有强启动子，可使此基因表达产物达到宿主细胞总蛋白量的 20% 或虫体干重的 10% ；④可作为重组病毒的选择性标记，原因是外源 DNA 的插入并不影响病毒的繁殖，却丧失了形成多角体的能力；⑤对外源基因有很大容量 { 可插入 100kb 的 DNA 片段 } ；⑥有强启动子作病毒的晚期启动子，故任何外源基因产物，甚至对病毒有毒性的产物也不影响病毒的繁殖与传代。目前，利用杆状病毒作载体已成功地获得了产生人β - 干扰素和α - 干扰素的昆虫细胞株；国内已报道利用重组了毒素基因的杆状病毒作生物防治剂，可使害虫既受病毒侵染又受毒素侵害，双重地杀灭害虫，达到快速 . 高效 . 对人畜无害且不产生抗药性害虫的良好效果。

本章思考题