工业微生物学教案-2020版第二授课单元一、教学目的此章为本课程的重点内容之一，计划用五个授课单元讲授原核生物的形态结构和功能。通过本章的学习，要求学生掌握细菌、放线菌的形态、结构与功能、培养特征、生理特征和繁殖方式等基本理论知识，了解食品发酵和制药工业中常见的细菌和放线菌，并了解蓝细菌、支原体、立克次氏体和衣原体的特性和与人类工业生产的关系。该授课单元主要使学生熟悉原核生物的定义和所包括的种类，熟悉细菌细胞的三种基本形态和细菌细胞的一般构造和特殊构造，掌握革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌细胞壁的成分、结构和功能，掌握革兰氏染色的原理，熟悉四类缺壁细菌和古生菌的细胞壁。二、教学内容第二章原核生物的形态、结构与功能，第一节细菌（一）原核生物的定义和种类（二）细菌细胞的形态、排列方式和大小（三）细菌细胞的结构和功能一、细胞壁1.定义，证实细胞壁存在的方法和细胞壁的功能2.革兰氏阳性细菌的细胞壁3.革兰氏阴性细菌的细胞壁4.革兰氏染色的原理5.缺壁细菌6.古生菌的细胞壁三、教学重点、难点及其处理重点：1.原核生物（prokaryotes）：一大类细胞微小、只有称作拟核（无核膜包裹的裸露DNA）的原核单细胞生物
工业微生物学教案-2020 版 第二授课单元 一、教学目的 此章为本课程的重点内容之一，计划用五个授课单元讲授原核生物的形态、 结构和功能。通过本章的学习，要求学生掌握细菌、放线菌的形态、结构与功能、 培养特征、生理特征和繁殖方式等基本理论知识，了解食品发酵和制药工业中常 见的细菌和放线菌，并了解蓝细菌、支原体、立克次氏体和衣原体的特性和与人 类工业生产的关系。 该授课单元主要使学生熟悉原核生物的定义和所包括的种类，熟悉细菌细胞 的三种基本形态和细菌细胞的一般构造和特殊构造，掌握革兰氏阳性细菌和革兰 氏阴性细菌细胞壁的成分、结构和功能，掌握革兰氏染色的原理，熟悉四类缺壁 细菌和古生菌的细胞壁。 二、教学内容 第二章 原核生物的形态、结构与功能， 第一节 细菌 （一）原核生物的定义和种类 （二）细菌细胞的形态、排列方式和大小 （三）细菌细胞的结构和功能 一、细胞壁 1. 定义，证实细胞壁存在的方法和细胞壁的功能 2. 革兰氏阳性细菌的细胞壁 3. 革兰氏阴性细菌的细胞壁 4. 革兰氏染色的原理 5. 缺壁细菌 6. 古生菌的细胞壁 三、教学重点、难点及其处理 重点： 1. 原核生物（prokaryotes）：一大类细胞微小、只有称作拟核（无核膜包 裹的裸露 DNA）的原核单细胞生物
所有原核生物都是微生物，包括真细菌和古生菌两个完全不同的系统发育类群。原核生物可粗分为“三菌”和“三体”，即细菌（含古生菌）、放线菌蓝细菌和支原体、立克次氏体、衣原体。2.细菌细胞的三种基本形态及存在的不同排列方式：通过多媒体播放一些重要工业生产菌和重要医疗致病菌的菌体形态照片，以增强学生对细菌基本形态和排列方式的感性认识。3.以细菌为代表，介绍大多数细菌都具备的构造称“一般构造”，包括细胞壁、细胞质膜、细胞质和内含物、拟核等，只有少数种类才具有的细胞构造称“特殊构造”，包括芽孢、糖被、鞭毛和菌毛等（采用多媒体展现细菌细胞结构的模式图）。4．细胞壁的成分和构造：在一般构造中，细胞壁是介绍的重点内容。细菌细胞壁的成分既独特、复杂，又十分重要。多数原核生物细胞壁所含有的独特成分一一肽聚糖，则是本教学单元的重点内容之一。按照肽聚糖的有无和含量多少，可把原核生物分成4类：1）革兰氏阳性细菌，细胞壁厚，层次少，主要成分为肽聚糖和磷壁酸；2）革兰氏阴性细菌，细胞壁薄，层次多，包括由脂多糖（LPS）、外膜蛋白、磷脂和脂蛋白构成的外膜层，以及由肽聚糖构成的内壁层；3）古生菌，有细胞壁但不含肽聚糖，细胞壁的成分为假肽聚糖、糖蛋白或蛋白质；4）支原体，因无细胞壁而不含肽聚糖。5.革兰氏染色的原理：由于细菌细胞壁的物理构造和化学成分的不同，使它们通过革兰氏染色而显示紫色或红色，前者称为革兰氏阳性细菌，后者称为革兰氏阴性细菌。革氏阳性菌与革氏阴性菌之间的区别在于细胞壁的物理性质。细胞壁中的肽聚糖本身并不被染上颜色，但它可作为渗透性屏障阻止结晶紫与碘大分子复合物的流失。它们初染色特性不同外，在形态、生理代谢、遗传、生态、进化和致病性等一系列生物学特性上均有显著差别，这就是为何革兰氏染色在微生物学工作中受到如此关注的原因。6.脂多糖：是革兰氏阴性细菌细胞壁中的特有成分，为细胞壁最外层的一层较厚的类脂多糖类物质。脂多糖由3部分组成：类脂A，核心多糖和O-特异侧链（或称O-抗原）。其中类脂A是革兰氏阴性致病菌致病性物质内毒素的物质基础；O-特异侧链是
所有原核生物都是微生物，包括真细菌和古生菌两个完全不同的系统发育 类群。原核生物可粗分为“三菌”和“三体”，即细菌（含古生菌）、放线菌、 蓝细菌和支原体、立克次氏体、衣原体。 2. 细菌细胞的三种基本形态及存在的不同排列方式：通过多媒体播放一些 重要工业生产菌和重要医疗致病菌的菌体形态照片，以增强学生对细菌基本形 态和排列方式的感性认识。 3. 以细菌为代表，介绍大多数细菌都具备的构造称“一般构造”，包括细 胞壁、细胞质膜、细胞质和内含物、拟核等，只有少数种类才具有的细胞构造 称“特殊构造”，包括芽孢、糖被、鞭毛和菌毛等（采用多媒体展现细菌细胞结 构的模式图）。 4. 细胞壁的成分和构造：在一般构造中，细胞壁是介绍的重点内容。细菌 细胞壁的成分既独特、复杂，又十分重要。多数原核生物细胞壁所含有的独特 成分——肽聚糖， 则是本教学单元的重点内容之一。按照肽聚糖的有无和含量 多少，可把原核生物分成 4 类：1）革兰氏阳性细菌，细胞壁厚，层次少，主要 成分为肽聚糖和磷壁酸；2）革兰氏阴性细菌，细胞壁薄，层次多，包括由脂多 糖（LPS）、外膜蛋白、磷脂和脂蛋白构成的外膜层，以及由肽聚糖构成的内壁 层；3）古生菌，有细胞壁但不含肽聚糖，细胞壁的成分为假肽聚糖、糖蛋白或 蛋白质；4）支原体，因无细胞壁而不含肽聚糖。 5. 革兰氏染色的原理：由于细菌细胞壁的物理构造和化学成分的不同，使 它们通过革兰氏染色而显示紫色或红色，前者称为革兰氏阳性细菌，后者称为 革兰氏阴性细菌。革氏阳性菌与革氏阴性菌之间的区别在于细胞壁的物理性 质。细胞壁中的肽聚糖本身并不被染上颜色，但它可作为渗透性屏障阻止结晶 紫与碘大分子复合物的流失。它们初染色特性不同外，在形态、生理代谢、遗 传、生态、进化和致病性等一系列生物学特性上均有显著差别，这就是为何革 兰氏染色在微生物学工作中受到如此关注的原因。 6. 脂多糖：是革兰氏阴性细菌细胞壁中的特有成分，为细胞壁最外层的一 层较厚的类脂多糖类物质。 脂多糖由 3 部分组成：类脂 A，核心多糖和 O-特异侧链（或称 O-抗原）。 其中类脂 A 是革兰氏阴性致病菌致病性物质内毒素的物质基础；O-特异侧链是
抗原特异性的物质基础，构成O-特异侧链的糖的种类、顺序和空间构型是菌株特异的。难点：1.革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌在细胞壁的结构、组成和功能方面的异同：通过多媒体展现两类细菌细胞壁的结构模式图，以比较两类细菌在细胞壁结构和组成上的差异：再分别详细介绍革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌细胞壁各组分的结构和功能。重点比较两类菌细胞壁中肽聚糖的差异，并介绍革兰氏阳性细菌细胞壁中的独特成分一一磷壁酸和革兰氏阴性细菌细胞壁中的独特成分一一脂多糖。2．从立体结构而言，肽聚糖是具有一定交联度的多层网状构造，由肽和聚糖两部分组成，其中聚糖由N-乙酰葡糖胺和N-乙酰胞壁酸相间连接，形成长链骨架，N-乙酰胞壁酸上连有四肽尾，不同的聚糖链间通过肽桥交联。看似复杂的肽聚糖分子，若把它的基本组成单位解剖一下，就显得简单多了。其单体有3部分组成：双糖单位，四肽尾和肽桥。革兰氏阳性菌与阴性菌肽聚糖结构单体的差别主要有以下两个方面：1）革兰氏阴性菌四肽尾第3个氨基酸是内消旋二氨基庚二酸(m-DAP)，而革兰氏阳性菌是L-1yS；2）革兰氏阴性菌（大肠杆菌）没有特殊的肽桥，前后两个单体间的连接仅通过甲肽尾第4个氨基酸（DAla）的羧基与乙肽尾第3个氨基酸（m-DAP）的氨基直接相连，只形成较为疏稀、机械强度较差的肽聚糖网套。而革兰氏阳性菌（金黄色葡萄球菌）的肽桥是甘氨酸五肽
抗原特异性的物质基础，构成 O-特异侧链的糖的种类、顺序和空间构型是菌株 特异的。 难点： 1. 革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌在细胞壁的结构、组成和功能方面的 异同：通过多媒体展现两类细菌细胞壁的结构模式图，以比较两类细菌在细胞 壁结构和组成上的差异；再分别详细介绍革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌细 胞壁各组分的结构和功能。重点比较两类菌细胞壁中肽聚糖的差异，并介绍革 兰氏阳性细菌细胞壁中的独特成分——磷壁酸和革兰氏阴性细菌细胞壁中的独 特成分——脂多糖。 2. 从立体结构而言，肽聚糖是具有一定交联度的多层网状构造，由肽和聚 糖两部分组成，其中聚糖由 N-乙酰葡糖胺和 N-乙酰胞壁酸相间连接，形成长 链骨架，N-乙酰胞壁酸上连有四肽尾，不同的聚糖链间通过肽桥交联。 看似复杂的肽聚糖分子，若把它的基本组成单位解剖一下，就显得简单多了。其 单体有 3 部分组成：双糖单位，四肽尾和肽桥。革兰氏阳性菌与阴性菌肽聚糖结 构单体的差别主要有以下两个方面：1）革兰氏阴性菌四肽尾第 3 个氨基酸是内 消旋二氨基庚二酸(m-DAP)，而革兰氏阳性菌是 L-lys；2）革兰氏阴性菌（大肠 杆菌）没有特殊的肽桥，前后两个单体间的连接仅通过甲肽尾第 4 个氨基酸（DAla）的羧基与乙肽尾第 3 个氨基酸（ m-DAP ）的氨基直接相连，只形成较为 疏稀、机械强度较差的肽聚糖网套。而革兰氏阳性菌（金黄色葡萄球菌）的肽桥 是甘氨酸五肽
第三授课单元一、教学目的该授课单元主要使学生熟悉细菌细胞质膜的化学组成、结构模型和功能，并了解古生菌细胞质膜的独特性和多样性；熟悉细菌内含物的组分及功能；熟悉细菌核区的特点。二、教学内容第二章原核生物的形态、结构与功能第一节细菌（三）细菌细胞的结构和功能二、细胞质膜1.化学组成2.结构模型3.功能4.古生菌细胞膜的独特性和多样性5.间体三、细胞质和内含物1.贮藏物：①聚-β-羟丁酸（PHB）：②多糖类贮藏物；③异染粒；④硫粒：?藻青素2.磁小体3.羧酶体4.气泡四、核区三、教学重点、难点及其处理重点：1.细菌细胞质膜的化学组成、结构和功能：磷脂是细菌细胞膜双分子层的主要成分，另外，还含有大量的蛋白质。细菌细胞膜中的蛋白质含量比任何一种生物膜都高（约占细胞膜的75%），而且种类多，由于细菌细胞内无膜包裹的细胞器，因此，很多生理功能都是在细胞膜上完成的，细胞膜是细菌重要的代谢活动中心
第三授课单元 一、教学目的 该授课单元主要使学生熟悉细菌细胞质膜的化学组成、结构模型和功能，并 了解古生菌细胞质膜的独特性和多样性；熟悉细菌内含物的组分及功能；熟悉细 菌核区的特点。 二、教学内容 第二章 原核生物的形态、结构与功能 第一节 细菌 （三）细菌细胞的结构和功能 二、细胞质膜 1. 化学组成 2. 结构模型 3. 功能 4. 古生菌细胞膜的独特性和多样性 5. 间体 三、细胞质和内含物 1. 贮藏物：①聚-β-羟丁酸（PHB）；②多糖类贮藏物；③异染粒；④硫粒； ⑤藻青素 2. 磁小体 3. 羧酶体 4. 气泡 四、核区 三、教学重点、难点及其处理 重点： 1. 细菌细胞质膜的化学组成、结构和功能：磷脂是细菌细胞膜双分子层的 主要成分，另外，还含有大量的蛋白质。细菌细胞膜中的蛋白质含量比任何一种 生物膜都高（约占细胞膜的 75%），而且种类多，由于细菌细胞内无膜包裹的细 胞器，因此，很多生理功能都是在细胞膜上完成的，细胞膜是细菌重要的代谢活 动中心
原核生物细胞膜中一般不含胆固醇等笛醇（支原体例外）。而在几种细菌中，含有与固醇类似的五环分子称为类何帕烷（藿烷类化合物，hopanoid），增强了细胞膜的坚韧性。2．细菌的内含物：位于细菌细胞质内，呈颗粒状或泡囊状的构造。4种主要内含物的特点见下表：名称实例碳源或聚-β-羟丁酸（PHB）或聚羟链烷酸（PHA）（固氮菌和产碱菌）能源类糖原（大肠杆菌和芽孢杆菌）：硫粒（紫硫细菌和丝硫细菌）贮藏物氮源类藻青素或藻青蛋白（蓝细菌等）磷源类异染粒（迁回螺菌，棒杆菌和分支杆菌等）磁小体在水生螺菌和嗜胆螺菌中存在羧酶体在硫杆菌和蓝细菌等自养细菌中存在气泡在蓝细菌，红单胞菌和盐杆菌等水生细菌中存在难点：1.真细菌与古生菌细胞膜的不同（1）细胞膜中的磷脂有明显差异真细菌：磷酸甘油酯（疏水尾是脂肪酸，甘油与脂肪酸通过酯键连接)古生菌：磷酸甘油醚（疏水尾是长链烃，一般是异戊二烯的重复单位；甘油与疏水尾通过醚键连接）（2）古生菌细胞膜中存在着独特的单分子层或单、双分子层混合膜，而真细菌和真核生物的细胞质膜都是双分子层。（3）甘油C3上可连接多种不同的基团（磷酸酯基、硫酸酯基及多种糖基)。（4）仅嗜盐菌细胞膜中含多种独特脂类（细胞红素，α-胡萝卜素，β-胡萝卜素、番茄红素、视黄醛）
原核生物细胞膜中一般不含胆固醇等甾醇（支原体例外）。而在几种细菌中， 含有与固醇类似的五环分子称为类何帕烷（藿烷类化合物，hopanoid），增强了细 胞膜的坚韧性。 2. 细菌的内含物：位于细菌细胞质内，呈颗粒状或泡囊状的构造。4 种主 要内含物的特点见下表： 名称 实例 贮藏物 碳源或 能源类 聚-β-羟丁酸（PHB）或聚羟链烷酸（PHA）（固氮菌和产碱菌） 糖原（大肠杆菌和芽孢杆菌）；硫粒（紫硫细菌和丝硫细菌） 氮源类 藻青素或藻青蛋白（蓝细菌等） 磷源类 异染粒（迂回螺菌，棒杆菌和分支杆菌等） 磁小体 在水生螺菌和嗜胆螺菌中存在 羧酶体 在硫杆菌和蓝细菌等自养细菌中存在 气泡 在蓝细菌，红单胞菌和盐杆菌等水生细菌中存在 难点： 1. 真细菌与古生菌细胞膜的不同 （1）细胞膜中的磷脂有明显差异 真细菌：磷酸甘油酯（疏水尾是脂肪酸，甘油与脂肪酸通过酯键连 接） 古生菌：磷酸甘油醚（疏水尾是长链烃，一般是异戊二烯的重复单 位；甘油与疏水尾通过醚键连接） （2）古生菌细胞膜中存在着独特的单分子层或单、双分子层混合膜，而真 细菌和真核生物的细胞质膜都是双分子层。 （3）甘油 C3 上可连接多种不同的基团（磷酸酯基、硫酸酯基及多种糖 基）。 （4）仅嗜盐菌细胞膜中含多种独特脂类（细胞红素，α-胡萝卜素，β-胡 萝卜素、番茄红素、视黄醛）