工業(yè)微生物學.doc

課程名稱：工業(yè)微生物學課程編碼：04043100英文名稱：Industrial Microbiology學 時：54 學 分：3適用專業(yè)：生物工程，制藥工程，食品科學與工程，生物技術，食品質量與安全課程類別：必修課程性質：學科基礎課先修課程：生物化學教 材：微生物學 路福平等，中國輕工業(yè)出版社，2005一、 課程性質與任務工業(yè)微生物學是為生物工程、制藥工程、食品科學與工程、食品質量與安全和生物技術專業(yè)開設的一門重要技術基礎課。通過本課程的學習，要求學生掌握微生物的基本知識，包括微生物的形態(tài)、結構、營養(yǎng)、生長、環(huán)境因素對微生物的影響、菌種選育、菌種保藏以及新陳代謝和遺傳變異等；了解微生物在生物界中的地位、在自然界中的分布與作用、特別是在食品、發(fā)酵與制藥工業(yè)中的實際應用等，為其它專業(yè)課的學習奠定良好基礎。雖然工業(yè)微生物學是我校生物工程，制藥工程，食品科學與工程，食品質量與安全，生物技術專業(yè)重要的一門基礎生物學課程，但因為學習時間有限，因而本課程不能詳盡無遺地講解微生物學的各個方面，在內容的選擇和安排上要注意做到主次分明、概念清楚、由淺入深、理論聯系實際，為提高教學質量與教學效果創(chuàng)造有利條件。二、課程教學的基本要求工業(yè)微生物學是生物工程、制藥工程、食品科學與工程、食品質量與安全和生物技術專業(yè)的一門重要技術基礎課，以闡述微生物的形態(tài)結構與功能、微生物的營養(yǎng)、環(huán)境因素對微生物生長的影響以及微生物的遺傳育種為主，同時適當介紹微生物的生態(tài)學、微生物的分類以及傳染與免疫等知識?？紤]到學生已經在生物化學課中學過各種物質代謝的知識，所以在工業(yè)微生物學中不再講解，只介紹微生物的產能方式如呼吸和發(fā)酵。通過本課程的學習，要求學生掌握微生物的基本知識，包括微生物的形態(tài)、結構、營養(yǎng)、生長、環(huán)境因素對微生物的影響、菌種選育、菌種保藏以及新陳代謝和遺傳變異等；了解微生物在生物界中的地位，在自然界中的分布與作用，特別是在食品、發(fā)酵與制藥工業(yè)中的實際應用等，為其它專業(yè)課的學習奠定良好基礎。為適應相應專業(yè)的發(fā)展，還要求比較系統(tǒng)地掌握發(fā)酵專業(yè)中有關微生物的形態(tài)、生理、培養(yǎng)、鑒別、檢出、篩選、保藏等方面的知識；了解微生物對營養(yǎng)物質的需要和營養(yǎng)物質在生命活動中的功能，具有選擇與配制培養(yǎng)基的能力；掌握滅菌的原理與方法；了解環(huán)境因素與微生物生命活動的關系、了解微生物的生長發(fā)育、呼吸與發(fā)酵之間的關系、了解微生物在自然界中的分布及微生物間的相互關系和尋找新菌種的途徑。通過對遺傳變異知識的學習使學生具有分離、篩選和培育微生物新菌種的能力。三、課程內容及教學要求第一章 緒論教學基本內容： 1. 微生物與人類的關系：介紹微生物與我們日常生活息息相關，既給人類帶來無數益處，又給人類帶來災難。2. 微生物的定義、微生物的五大共性。3. 微生物學的分科及微生物學的研究任務。4. 微生物學發(fā)展史：介紹微生物學發(fā)展的五個時期，巴斯德和科赫對微生物學發(fā)展的做出的重要貢獻。5. 微生物學發(fā)展促進了人類的進步：介紹醫(yī)療保健上六大“戰(zhàn)役”，微生物在工業(yè)發(fā)展中的六個里程碑，微生物在生命科學發(fā)展中的重要地位。6. 微生物學的發(fā)展趨勢。重點：1.微生物的定義、特點；2.微生物的五大共性；難點：1.微生物學的發(fā)展史，尤其是巴斯德和科赫對微生物學發(fā)展所做出的貢獻；2.微生物學的發(fā)展趨勢。本章主要教學要求：通過本章的學習，要求學生掌握微生物的定義和微生物的五大共性，熟悉微生物學的研究任務和微生物學的分科，了解微生物學的發(fā)展史、巴斯德和科赫對微生物學發(fā)展的做出的重要貢獻和微生物學的發(fā)展趨勢。第二章 原核生物的形態(tài)、構造與功能第一節(jié) 細菌第二節(jié) 放線菌第三節(jié) 藍細菌第四節(jié) 支原體、立克次氏體和衣原體教學基本內容：1.細菌：主要介紹細菌的形態(tài)和大小、原核生物的細胞結構和功能、細菌的繁殖方式、細菌的菌落特征及工業(yè)上常見的有益菌和有害菌。2.放線菌：介紹放線菌的形態(tài)與構造、放線菌的繁殖方式、菌落形態(tài)及工業(yè)生產中常用的放線菌。3.藍細菌：簡單介紹藍細菌的基本形態(tài)結構、特性和重要經濟價值。4.支原體、立克次氏體和衣原體：簡單介紹支原體、立克次氏體和衣原體的基本結構、特性和致病性。重點：1.細菌的細胞結構和功能、繁殖方式、菌落特征及工業(yè)上常見的有益菌和有害菌；2.放線菌的形態(tài)與構造、繁殖方式、菌落形態(tài)及工業(yè)生產中常用的放線菌。難點：革蘭氏陽性細菌和革蘭氏陽性細菌在細胞壁的結構、組成和相關功能方面的異同。本章主要教學要求：此章為本課程的重點內容之一，要求學生了解和掌握細菌、放線菌的細胞形態(tài)、結構與功能、培養(yǎng)特征和繁殖方式等基本理論知識，了解食品發(fā)酵和制藥工業(yè)中常見的細菌和放線菌，并了解藍細菌、支原體、立克次氏體和衣原體的特性和與人類的關系。第三章 真菌的形態(tài)、構造與功能 第一節(jié) 真核微生物概述 第二節(jié) 酵母菌 第三節(jié) 霉菌教學基本內容：1.真核微生物概述：介紹真核細胞與原核細胞的比較，真核微生物的主要類群；2.酵母菌：主要介紹酵母菌的細胞形態(tài)和大小、細胞結構、繁殖方式、生活史、菌落特征及工業(yè)上常見的有益和有害的酵母菌。3.霉菌：介紹霉菌菌絲的種類與構造、菌絲體的功能和特化形式、繁殖方式、生活史、菌落特征及工業(yè)生產中常用的霉菌。重點：1.酵母菌的形態(tài)和大小、細胞結構、繁殖方式、生活史、菌落特征；2.霉菌菌絲的種類與構造、菌絲體的功能和特化形式、繁殖方式、生活史、菌落特征。難點：1.真核細胞與原核細胞構造的異同；2.酵母菌的繁殖方式、生活史； 3.霉菌菌絲體的功能和特化形式、繁殖方式、生活史。本章主要教學要求：此章為本課程的重點內容之一，要求學生了解和掌握原核生物與真核微生物的主要區(qū)別，酵母菌和霉菌的形態(tài)、結構與功能、培養(yǎng)特征、繁殖方式和生活史等基本理論知識，了解食品發(fā)酵和制藥工業(yè)中常見的酵母菌和霉菌。第四章 病毒第一節(jié) 概述第二節(jié) 病毒的形態(tài)結構與化學組成第三節(jié) 病毒的增殖第四節(jié) 噬菌體第五節(jié) 真細胞病毒第六節(jié) 亞病毒第七節(jié)病毒與實踐教學基本內容：1.病毒：主要介紹病毒的特性、病毒的培養(yǎng)與純化、病毒粒子的形態(tài)結構與化學組成、病毒的復制周期、噬菌體與宿主的關系，并介紹發(fā)酵工業(yè)中噬菌體污染的檢測和防治措施，病毒殺蟲劑的應用。2.亞病毒：介紹類病毒、衛(wèi)星病毒、衛(wèi)星RNA和朊病毒的主要特性和致病性。 重點：病毒的特性、病毒的培養(yǎng)與純化、病毒粒子的形態(tài)結構與化學組成。難點：病毒的復制周期、噬菌體與宿主的關系。本章主要教學要求：此章為本課程的重點內容之一，要求學生了解和掌握病毒的特性、形態(tài)結構與化學組成、復制周期、噬菌體與宿主的關系等基本理論知識，并了解發(fā)酵工業(yè)中噬菌體污染的檢測和防治措施，病毒殺蟲劑的應用，亞病毒的種類和主要特性。 第五章 微生物的營養(yǎng)第一節(jié) 微生物細胞的化學組成與營養(yǎng)要素第二節(jié) 微生物的營養(yǎng)類型第三節(jié) 營養(yǎng)物質進入細胞的方式第四節(jié) 培養(yǎng)基教學基本內容：1.微生物細胞的化學組成和營養(yǎng)要求：重點介紹碳源、氮源、能源、生長因子、無機鹽和水六大營養(yǎng)要素在微生物生命活動中功能和供給形式。2.微生物的營養(yǎng)類型：介紹根據碳源和能源劃分的四種營養(yǎng)類型，即光能自養(yǎng)型、光能異養(yǎng)型、化能自養(yǎng)型和化能異養(yǎng)型。3.營養(yǎng)物質進入細胞的方式：介紹單純擴散、促進擴散、主動運輸和基團轉位四種主要運輸方式的運輸特點。4.培養(yǎng)基：介紹選用設計培養(yǎng)基的原則、根據對培養(yǎng)基成分的了解、培養(yǎng)基的物理狀態(tài)和培養(yǎng)基的用途所劃分的培養(yǎng)基的種類，重點介紹選擇性培養(yǎng)基和鑒別性培養(yǎng)基的選擇鑒別性原理和應用。重點：1.碳源、氮源、能源、生長因子、無機鹽和水六大營養(yǎng)要素在微生物生命活動中功能和供給形式；2.光能自養(yǎng)型、光能異養(yǎng)型、化能自養(yǎng)型和化能異養(yǎng)型；3.營養(yǎng)物質進入細胞的方式；4.選擇性培養(yǎng)基和鑒別性培養(yǎng)基的選擇鑒別性原理和應用難點： 1.光能自養(yǎng)型、光能異養(yǎng)型、化能自養(yǎng)型和化能異養(yǎng)型的劃分和主要微生物種類；2.單純擴散、促進擴散、主動運輸和基團轉位四種主要運輸方式的運輸特點；3.選擇性培養(yǎng)基和鑒別性培養(yǎng)基的選擇鑒別性原理和應用。本章主要教學要求：此章為要求學生掌握的重點內容之一，使學生了解六大營養(yǎng)要素在微生物生命活動中功能和供給形式、微生物的營養(yǎng)類型、營養(yǎng)物質進入細胞的四種主要方式、選用設計培養(yǎng)基的原則、培養(yǎng)基的種類。第六章：微生物的新陳代謝 第一節(jié) 代謝概論 第二節(jié) 糖代謝 第三節(jié)氨基酸和蛋白質代謝 第四節(jié)脂類代謝 第五節(jié)微生物代謝調控與發(fā)酵生產教學基本內容：1.代謝概論：簡單介紹新陳代謝的概念，同化作用和異化作用。2.微生物的產能代謝：重點介紹化能異養(yǎng)微生物生物氧化的三種產能方式，即發(fā)酵、有氧呼吸和無氧呼吸，介紹乙醇發(fā)酵（酵母菌的乙醇發(fā)酵途徑和運動發(fā)酵單胞菌的乙醇發(fā)酵途徑）、乳酸發(fā)酵（同型乳酸發(fā)酵和異型乳酸發(fā)酵）、甘油發(fā)酵、丙酮丁醇發(fā)酵、混合酸發(fā)酵及丁二醇發(fā)酵；有氧呼吸與無氧呼吸的概念，并介紹無氧呼吸中硝酸根（反硝化作用）、硫酸根作為最終電子受體的呼吸特點，介紹不同呼吸類型的微生物。介紹化能自養(yǎng)微生物的生物氧化特點，光能自養(yǎng)微生物的光合磷酸化途徑（循環(huán)光合磷酸化、非循環(huán)光合磷酸化和嗜鹽菌紫膜的光合作用）。重點：化能異養(yǎng)微生物生物氧化的三種產能方式，即發(fā)酵、有氧呼吸和無氧呼吸，介紹乙醇發(fā)酵（酵母菌的乙醇發(fā)酵途徑和運動發(fā)酵單胞菌的乙醇發(fā)酵途徑）、乳酸發(fā)酵（同型乳酸發(fā)酵和異型乳酸發(fā)酵）、甘油發(fā)酵、丙酮丁醇發(fā)酵、混合酸發(fā)酵及丁二醇發(fā)酵；有氧呼吸與無氧呼吸的概念難點：.化能異養(yǎng)微生物生物氧化的三種產能方式，即發(fā)酵、有氧呼吸和無氧呼吸的區(qū)別。本章節(jié)主要教學要求：由于學生在生物化學課程中已經學過各種代謝途徑，因此在微生物學中不再作為重點講解。本章內容主要使學生了解呼吸與發(fā)酵作用，重點講解微生物代謝的特殊性，聯系在食品和發(fā)酵生產上的應用，注意體現微生物不同發(fā)酵類型及代謝的特點。第七章 微生物的生長與控制 第一節(jié) 個體細胞生長概述 第二節(jié) 微生物的群體生長 第三節(jié) 微生物生長的測定 第四節(jié) 環(huán)境對微生物生長的影響 第五節(jié) 微生物生長的控制 第六節(jié) 病毒和真菌的控制 第七節(jié) 微生物抗藥性和新型抗微生物藥物的篩選教學的基本內容：1.微生物生長的測定：介紹計數法、質量法和生理指標法測定微生物生長量。2.微生物的生長規(guī)律：重點介紹單細胞微生物的典型生長曲線，并了解絲狀真菌的生長曲線；介紹同步培養(yǎng)的方法（機械篩選法和環(huán)境條件控制法）；恒濁連續(xù)培養(yǎng)和恒化連續(xù)培養(yǎng)的原理、控制方法和應用。3.環(huán)境對微生物生長的影響：介紹溫度、pH、水活度和滲透壓、氧氣、輻射等理化因素對微生物生長的影響。4.微生物生長的控制：介紹消毒、滅菌、防腐和化療四個相關術語；常用的物理滅菌方法，包括各種加熱法、輻射法和過濾法；常用的防腐劑和消毒劑及其用法；兩類化學治療劑包括抗代謝藥物和抗生素的定義以及它們作用于微生物的機理。重點：1.微生物生長的測定方法；2.單細胞微生物的典型生長曲線； 3.同步培養(yǎng)的方法（機械篩選法和環(huán)境條件控制法）；恒濁連續(xù)培養(yǎng)和恒化連續(xù)培養(yǎng)的原理、控制方法和應用；4.溫度、pH、水活度和滲透壓、氧氣、輻射等理化因素對微生物生長的影響； 5.消毒、滅菌、防腐和化療四個相關術語；常用的物理滅菌方法，包括各種加熱法、輻射法和過濾法；常用的防腐劑和消毒劑及其用法；兩類化學治療劑包括抗代謝藥物和抗生素的定義以及它們作用于微生物的機理和在生產中的應用。難點：1.單細胞微生物的典型生長曲線各階段的特點及其研究生長曲線的意義； 2.恒濁連續(xù)培養(yǎng)和恒化連續(xù)培養(yǎng)的原理、控制方法和應用；3.兩類化學治療劑包括抗代謝藥物和抗生素的定義以及它們作用于微生物的機理；本章主要教學要求：此章為本課程的重點內容之一，使學生掌握微生物生長發(fā)育的規(guī)律及生長條件的控制，掌握生長的測定方法，學會同步培養(yǎng)和連續(xù)培養(yǎng)的方法，了解物理因素、化學因素對微生物生長發(fā)育的影響及實際應用，掌握消毒和滅菌的原理和方法等。第八章 微生物的遺傳學 第一節(jié) 遺傳變異的物質基礎 第二節(jié) 質粒 第三節(jié) 基因突變的規(guī)律及類型 第四節(jié) 基因突變的機制 第五節(jié) 微生物的誘變育種 第六節(jié) 原核微生物的基因重組 第七節(jié) 真核微生物的基因重組 第八節(jié) 菌種的衰退、復壯和保藏教學基本內容：1.遺傳變異的物質基礎：介紹遺傳與變異的概念，遺傳性變異與飾變（介紹基因型、表現型和等位基因的定義），證明遺傳變異物質基礎是核酸的三個經典實驗。2.質粒：介紹質粒的結構、檢測方法、特性和主要類型。3.基因突變：介紹基因突變的類型、基因突變的規(guī)律以及基因突變的機制（包括自發(fā)突變和誘發(fā)突變的機制），介紹各種誘變劑如物理誘變劑（紫外線）和化學誘變劑（堿基類似物、亞硝酸、烷化劑、羥胺以及丫啶類化合物）誘變的原理，DNA損傷的修復機制（光復活作用、切除修復、重組修復、SOS修復系統(tǒng)），Ames試驗。4.微生物的誘變育種：介紹誘變育種的幾個原則，包括出發(fā)菌株的選擇、菌懸液的制備、誘變劑的選擇及處理方法、中間培養(yǎng)以及變異菌株的分離與篩選。介紹幾類重要突變株如抗終代謝物結構類似物突變株和營養(yǎng)缺陷型突變株的篩選方法，野生型、營養(yǎng)缺陷型、原養(yǎng)型、基本培養(yǎng)基、完全培養(yǎng)基和補充培養(yǎng)基的概念，篩選營養(yǎng)缺陷型菌株的意義和篩選方法。5.微生物的代謝調節(jié)與發(fā)酵調控：介紹酶活性的調節(jié)種類、酶合成的調節(jié)（大腸桿菌乳糖操縱子的正、負調節(jié)，色氨酸操縱子的調節(jié)）、代謝調控在發(fā)酵工業(yè)的應用（高絲氨酸缺陷型生產賴氨酸）。6.基因重組：包括原核微生物的基因重組和真核微生物的基因重組，介紹轉化、轉導、接合、有性雜交、準性生殖以及原生質體融合。7.菌種的衰退、復壯和保藏：介紹菌種衰退的原因以及菌種復壯和防止退化的措施；并介紹菌種保藏的原理和方法。重點：1.證明遺傳變異的物質基礎是核酸的三個經典實驗； 2.質粒的結構、檢測方法、特性和主要類型； 3.基因突變的類型、基因突變的規(guī)律及基因突變的機制（包括自發(fā)突變和誘發(fā)突變的機制），介紹各種誘變劑如物理誘變劑（紫外線）和化學誘變劑（堿基類似物、亞硝酸、烷化劑、羥胺以及丫啶類化合物）誘變的原理，Ames試驗的測定原理和具體操作；4.微生物的誘變育種：出發(fā)菌株的選擇、菌懸液的制備、誘變劑的選擇及處理方法、中間培養(yǎng)以及變異菌株的分離與篩選，抗終代謝物結構類似物突變株和營養(yǎng)缺陷型突變株的篩選方法；5.微生物的代謝調節(jié)與發(fā)酵調控：介紹酶活性的調節(jié)種類、代謝調控在發(fā)酵工業(yè)的應用（高絲氨酸缺陷型生產賴氨酸）。6.野生型、營養(yǎng)缺陷型、原養(yǎng)型、基本培養(yǎng)基、完全培養(yǎng)基和補充培養(yǎng)基的概念，篩選營養(yǎng)缺陷型菌株的意義和篩選方法； 7.轉化、轉導、接合、有性雜交、準性生殖以及原生質體融合；8.菌種衰退的原因以及菌種復壯和防止退化的措施、菌種保藏手段。難點：1.證明核酸是遺傳變異的物質基礎的微生物學實驗剖析；2.基因突變的類型、基因突變的規(guī)律、各種誘變劑誘變的原理，DNA損傷的修復機制。3.原核生物與真核微生物基因重組方式的介紹，包括轉化（自然轉化，人工轉化）、轉導（普遍性轉導，局限性轉導）、接合（大腸桿菌的性別和F因子、接合現象的發(fā)現和證實、大腸桿菌的接合機制）、釀酒酵母的有性雜交育種程序、準性生殖過程。本章主要教學要求：此章為本課程的重點內容之一，主要使學生掌握微生物遺傳變異的物質基礎、遺傳物質在細胞內的存在方式、基因突變的規(guī)律及類型、微生物的誘變育種、營養(yǎng)缺陷型的篩選方法和應用、酶活性的調節(jié)種類、代謝調控在發(fā)酵工業(yè)的應用、原核生物與真核微生物的基因重組方式、菌種衰退的原因以及菌種復壯和防止退化的措施、菌種保藏手段。第九章 微生物生態(tài)學 第一節(jié) 自然界中的微生物 第二節(jié) 微生物生態(tài)學的研究方法 第三節(jié) 微生物活性的測定方法 第四節(jié) 微生物在自然界物質循環(huán)中的作用 第五節(jié) 微生物之間的關系 第五節(jié) 微生物與環(huán)境治理 第七節(jié) 瘤胃微生物生態(tài)系統(tǒng) 第八節(jié) 產甲烷作用和互養(yǎng)共棲教學基本內容：1.微生物在自然界的分布與菌種資源的開發(fā)：介紹土壤、水和空氣中的微生物群系和種類，從自然界分離微生物的主要程序。2.微生物之間的相互關系：介紹互生、共生、寄生和拮抗的概念，這些關系對微生物生長的作用以及舉例。3.微生物與自然界中的物質循環(huán)：包括碳素循環(huán)、氮素循環(huán)和硫循環(huán)，微生物在這幾種循環(huán)中的作用。4.微生物與環(huán)境保護：微生物對污染物的降解與轉化，微生物對污染物的處理尤其是污水處理的微生物學原理，介紹活性污泥和BOD的概念。重點：1.微生物在自然界的分布；2.微生物之間的相互關系：互生、共生、寄生和拮抗的概念；3.微生物對污染物的處理尤其是污水處理的微生物學原理，介紹活性污泥和BOD的概念。難點：1.互生、共生、寄生和拮抗的概念；2.微生物與自然界中的物質循環(huán)中的作用。本章主要教學要求：使學生了解微生物在自然界中的分布規(guī)律、微生物在自然界物質循環(huán)中的作用、微生物間的相互關系以及開發(fā)利用微生物資源和環(huán)境保護方面的微生物學原理和應用。第十章 微生物的分類