工业微生物学.doc
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课程名称：
工业微生物学
课程编码：
04043100
英文名称：
IndustrialMicrobiology
学 时：
54 学分：
3
适用专业：
生物工程，制药工程，食品科学与工程，生物技术，食品质量与安全
课程类别：
必修
课程性质：
学科基础课
先修课程：
生物化学
教 材：
《微生物学》路福平等，中国轻工业出版社，2005
一、课程性质与任务
工业微生物学是为生物工程、制药工程、食品科学与工程、食品质量与安全和生物技术专业开设的一门重要技术基础课。
通过本课程的学习，要求学生掌握微生物的基本知识，包括微生物的形态、结构、营养、生长、环境因素对微生物的影响、菌种选育、菌种保藏以及新陈代谢和遗传变异等；了解微生物在生物界中的地位、在自然界中的分布与作用、特别是在食品、发酵与制药工业中的实际应用等，为其它专业课的学习奠定良好基础。
虽然工业微生物学是我校生物工程，制药工程，食品科学与工程，食品质量与安全，生物技术专业重要的一门基础生物学课程，但因为学习时间有限，因而本课程不能详尽无遗地讲解微生物学的各个方面，在内容的选择和安排上要注意做到主次分明、概念清楚、由浅入深、理论联系实际，为提高教学质量与教学效果创造有利条件。
二、课程教学的基本要求
工业微生物学是生物工程、制药工程、食品科学与工程、食品质量与安全和生物技术专业的一门重要技术基础课，以阐述微生物的形态结构与功能、微生物的营养、环境因素对微生物生长的影响以及微生物的遗传育种为主，同时适当介绍微生物的生态学、微生物的分类以及传染与免疫等知识。
考虑到学生已经在生物化学课中学过各种物质代谢的知识，所以在工业微生物学中不再讲解，只介绍微生物的产能方式如呼吸和发酵。
通过本课程的学习，要求学生掌握微生物的基本知识，包括微生物的形态、结构、营养、生长、环境因素对微生物的影响、菌种选育、菌种保藏以及新陈代谢和遗传变异等；了解微生物在生物界中的地位，在自然界中的分布与作用，特别是在食品、发酵与制药工业中的实际应用等，为其它专业课的学习奠定良好基础。
为适应相应专业的发展，还要求比较系统地掌握发酵专业中有关微生物的形态、生理、培养、鉴别、检出、筛选、保藏等方面的知识；了解微生物对营养物质的需要和营养物质在生命活动中的功能，具有选择与配制培养基的能力；掌握灭菌的原理与方法；了解环境因素与微生物生命活动的关系、了解微生物的生长发育、呼吸与发酵之间的关系、了解微生物在自然界中的分布及微生物间的相互关系和寻找新菌种的途径。
通过对遗传变异知识的学习使学生具有分离、筛选和培育微生物新菌种的能力。
三、课程内容及教学要求
第一章 绪论
教学基本内容：
1.微生物与人类的关系：
介绍微生物与我们日常生活息息相关，既给人类带来无数益处，又给人类带来灾难。
2.微生物的定义、微生物的五大共性。
3.微生物学的分科及微生物学的研究任务。
4.微生物学发展史：
介绍微生物学发展的五个时期，巴斯德和科赫对微生物学发展的做出的重要贡献。
5.微生物学发展促进了人类的进步：
介绍医疗保健上六大“战役”，微生物在工业发展中的六个里程碑，微生物在生命科学发展中的重要地位。
6.微生物学的发展趋势。
重点：
1.微生物的定义、特点；
2.微生物的五大共性；
难点：
1.微生物学的发展史，尤其是巴斯德和科赫对微生物学发展所做出的贡献；
2.微生物学的发展趋势。
本章主要教学要求：
通过本章的学习，要求学生掌握微生物的定义和微生物的五大共性，熟悉微生物学的研究任务和微生物学的分科，了解微生物学的发展史、巴斯德和科赫对微生物学发展的做出的重要贡献和微生物学的发展趋势。
第二章 原核生物的形态、构造与功能
第一节细菌
第二节放线菌
第三节蓝细菌
第四节支原体、立克次氏体和衣原体
教学基本内容：
1.细菌：
主要介绍细菌的形态和大小、原核生物的细胞结构和功能、细菌的繁殖方式、细菌的菌落特征及工业上常见的有益菌和有害菌。
2.放线菌：
介绍放线菌的形态与构造、放线菌的繁殖方式、菌落形态及工业生产中常用的放线菌。
3.蓝细菌：
简单介绍蓝细菌的基本形态结构、特性和重要经济价值。
4.支原体、立克次氏体和衣原体：
简单介绍支原体、立克次氏体和衣原体的基本结构、特性和致病性。
重点：
1.细菌的细胞结构和功能、繁殖方式、菌落特征及工业上常见的有益菌和有害菌；
2.放线菌的形态与构造、繁殖方式、菌落形态及工业生产中常用的放线菌。
难点：
革兰氏阳性细菌和革兰氏阳性细菌在细胞壁的结构、组成和相关功能方面的异同。
本章主要教学要求：
此章为本课程的重点内容之一，要求学生了解和掌握细菌、放线菌的细胞形态、结构与功能、培养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的关系。
第三章 真菌的形态、构造与功能
第一节真核微生物概述
第二节酵母菌
第三节霉菌
教学基本内容：
1.真核微生物概述：
介绍真核细胞与原核细胞的比较，真核微生物的主要类群；
2.酵母菌：
主要介绍酵母菌的细胞形态和大小、细胞结构、繁殖方式、生活史、菌落特征及工业上常见的有益和有害的酵母菌。
3.霉菌：
介绍霉菌菌丝的种类与构造、菌丝体的功能和特化形式、繁殖方式、生活史、菌落特征及工业生产中常用的霉菌。
重点：
1.酵母菌的形态和大小、细胞结构、繁殖方式、生活史、菌落特征；
2.霉菌菌丝的种类与构造、菌丝体的功能和特化形式、繁殖方式、生活史、菌落特征。
难点：
1.真核细胞与原核细胞构造的异同；
2.酵母菌的繁殖方式、生活史；
3.霉菌菌丝体的功能和特化形式、繁殖方式、生活史。
本章主要教学要求：
此章为本课程的重点内容之一，要求学生了解和掌握原核生物与真核微生物的主要区别，酵母菌和霉菌的形态、结构与功能、培养特征、繁殖方式和生活史等基本理论知识，了解食品发酵和制药工业中常见的酵母菌和霉菌。
第四章 病毒
第一节 概述
第二节病毒的形态结构与化学组成
第三节病毒的增殖
第四节噬菌体
第五节真细胞病毒
第六节亚病毒
第七节 病毒与实践
教学基本内容：
1.病毒：
主要介绍病毒的特性、病毒的培养与纯化、病毒粒子的形态结构与化学组成、病毒的复制周期、噬菌体与宿主的关系，并介绍发酵工业中噬菌体污染的检测和防治措施，病毒杀虫剂的应用。
2.亚病毒：
介绍类病毒、卫星病毒、卫星RNA和朊病毒的主要特性和致病性。
重点：
病毒的特性、病毒的培养与纯化、病毒粒子的形态结构与化学组成。
难点：
病毒的复制周期、噬菌体与宿主的关系。
本章主要教学要求：
此章为本课程的重点内容之一，要求学生了解和掌握病毒的特性、形态结构与化学组成、复制周期、噬菌体与宿主的关系等基本理论知识，并了解发酵工业中噬菌体污染的检测和防治措施，病毒杀虫剂的应用，亚病毒的种类和主要特性。
第五章 微生物的营养
第一节微生物细胞的化学组成与营养要素
第二节微生物的营养类型
第三节营养物质进入细胞的方式
第四节培养基
教学基本内容：
1.微生物细胞的化学组成和营养要求：
重点介绍碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水六大营养要素在微生物生命活动中功能和供给形式。
2.微生物的营养类型：
介绍根据碳源和能源划分的四种营养类型，即光能自养型、光能异养型、化能自养型和化能异养型。
3.营养物质进入细胞的方式：
介绍单纯扩散、促进扩散、主动运输和基团转位四种主要运输方式的运输特点。
4.培养基：
介绍选用设计培养基的原则、根据对培养基成分的了解、培养基的物理状态和培养基的用途所划分的培养基的种类，重点介绍选择性培养基和鉴别性培养基的选择鉴别性原理和应用。
重点：
1.碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水六大营养要素在微生物生命活动中功能和供给形式；
2.光能自养型、光能异养型、化能自养型和化能异养型；
3.营养物质进入细胞的方式；
4.选择性培养基和鉴别性培养基的选择鉴别性原理和应用
难点：
1.光能自养型、光能异养型、化能自养型和化能异养型的划分和主要微生物种类；
2.单纯扩散、促进扩散、主动运输和基团转位四种主要运输方式的运输特点；
3.选择性培养基和鉴别性培养基的选择鉴别性原理和应用。
本章主要教学要求：
此章为要求学生掌握的重点内容之一，使学生了解六大营养要素在微生物生命活动中功能和供给形式、微生物的营养类型、营养物质进入细胞的四种主要方式、选用设计培养基的原则、培养基的种类。
第六章：
微生物的新陈代谢
第一节 代谢概论
第二节 糖代谢
第三节 氨基酸和蛋白质代谢
第四节 脂类代谢
第五节 微生物代谢调控与发酵生产
教学基本内容：
1.代谢概论：
简单介绍新陈代谢的概念，同化作用和异化作用。
2.微生物的产能代谢：
重点介绍化能异养微生物生物氧化的三种产能方式，即发酵、有氧呼吸和无氧呼吸，介绍乙醇发酵（酵母菌的乙醇发酵途径和运动发酵单胞菌的乙醇发酵途径）、乳酸发酵（同型乳酸发酵和异型乳酸发酵）、甘油发酵、丙酮丁醇发酵、混合酸发酵及丁二醇发酵；有氧呼吸与无氧呼吸的概念，并介绍无氧呼吸中硝酸根（反硝化作用）、硫酸根作为最终电子受体的呼吸特点，介绍不同呼吸类型的微生物。
介绍化能自养微生物的生物氧化特点，光能自养微生物的光合磷酸化途径（循环光合磷酸化、非循环光合磷酸化和嗜盐菌紫膜的光合作用）。
重点：
化能异养微生物生物氧化的三种产能方式，即发酵、有氧呼吸和无氧呼吸，介绍乙醇发酵（酵母菌的乙醇发酵途径和运动发酵单胞菌的乙醇发酵途径）、乳酸发酵（同型乳酸发酵和异型乳酸发酵）、甘油发酵、丙酮丁醇发酵、混合酸发酵及丁二醇发酵；有氧呼吸与无氧呼吸的概念
难点：
.化能异养微生物生物氧化的三种产能方式，即发酵、有氧呼吸和无氧呼吸的区别。
本章节主要教学要求：
由于学生在生物化学课程中已经学过各种代谢途径，因此在微生物学中不再作为重点讲解。
本章内容主要使学生了解呼吸与发酵作用，重点讲解微生物代谢的特殊性，联系在食品和发酵生产上的应用，注意体现微生物不同发酵类型及代谢的特点。
第七章 微生物的生长与控制
第一节 个体细胞生长概述
第二节 微生物的群体生长
第三节 微生物生长的测定
第四节 环境对微生物生长的影响
第五节 微生物生长的控制
第六节 病毒和真菌的控制
第七节 微生物抗药性和新型抗微生物药物的筛选
教学的基本内容：
1.微生物生长的测定：
介绍计数法、质量法和生理指标法测定微生物生长量。
2.微生物的生长规律：
重点介绍单细胞微生物的典型生长曲线，并了解丝状真菌的生长曲线；介绍同步培养的方法（机械筛选法和环境条件控制法）；恒浊连续培养和恒化连续培养的原理、控制方法和应用。
3.环境对微生物生长的影响：
介绍温度、pH、水活度和渗透压、氧气、辐射等理化因素对微生物生长的影响。
4.微生物生长的控制：
介绍消毒、灭菌、防腐和化疗四个相关术语；常用的物理灭菌方法，包括各种加热法、辐射法和过滤法；常用的防腐剂和消毒剂及其用法；两类化学治疗剂包括抗代谢药物和抗生素的定义以及它们作用于微生物的机理。
重点：
1.微生物生长的测定方法；
2.单细胞微生物的典型生长曲线；
3.同步培养的方法（机械筛选法和环境条件控制法）；恒浊连续培养和恒化连续培养的原理、控制方法和应用；
4.温度、pH、水活度和渗透压、氧气、辐射等理化因素对微生物生长的影响；
5.消毒、灭菌、防腐和化疗四个相关术语；常用的物理灭菌方法，包括各种加热法、辐射法和过滤法；常用的防腐剂和消毒剂及其用法；两类化学治疗剂包括抗代谢药物和抗生素的定义以及它们作用于微生物的机理和在生产中的应用。
难点：
1.单细胞微生物的典型生长曲线各阶段的特点及其研究生长曲线的意义；
2.恒浊连续培养和恒化连续培养的原理、控制方法和应用；
3.两类化学治疗剂包括抗代谢药物和抗生素的定义以及它们作用于微生物的机理；
本章主要教学要求：
此章为本课程的重点内容之一，使学生掌握微生物生长发育的规律及生长条件的控制，掌握生长的测定方法，学会同步培养和连续培养的方法，了解物理因素、化学因素对微生物生长发育的影响及实际应用，掌握消毒和灭菌的原理和方法等。
第八章 微生物的遗传学
第一节 遗传变异的物质基础
第二节 质粒
第三节 基因突变的规律及类型
第四节 基因突变的机制
第五节 微生物的诱变育种
第六节 原核微生物的基因重组
第七节 真核微生物的基因重组
第八节 菌种的衰退、复壮和保藏
教学基本内容：
1.遗传变异的物质基础：
介绍遗传与变异的概念，遗传性变异与饰变（介绍基因型、表现型和等位基因的定义），证明遗传变异物质基础是核酸的三个经典实验。
2.质粒：
介绍质粒的结构、检测方法、特性和主要类型。
3.基因突变：
介绍基因突变的类型、基因突变的规律以及基因突变的机制（包括自发突变和诱发突变的机制），介绍各种诱变剂如物理诱变剂（紫外线）和化学诱变剂（碱基类似物、亚硝酸、烷化剂、羟胺以及丫啶类化合物）诱变的原理，DNA损伤的修复机制（光复活作用、切除修复、重组修复、SOS修复系统），Ames试验。
4.微生物的诱变育种：
介绍诱变育种的几个原则，包括出发菌株的选择、菌悬液的制备、诱变剂的选择及处理方法、中间培养以及变异菌株的分离与筛选。
介绍几类重要突变株如抗终代谢物结构类似物突变株和营养缺陷型突变株的筛选方法，野生型、营养缺陷型、原养型、基本培养基、完全培养基和补充培养基的概念，筛选营养缺陷型菌株的意义和筛选方法。
5.微生物的代谢调节与发酵调控：
介绍酶活性的调节种类、酶合成的调节（大肠杆菌乳糖操纵子的正、负调节，色氨酸操纵子的调节）、代谢调控在发酵工业的应用（高丝氨酸缺陷型生产赖氨酸）。
6.基因重组：
包括原核微生物的基因重组和真核微生物的基因重组，介绍转化、转导、接合、有性杂交、准性生殖以及原生质体融合。
7.菌种的衰退、复壮和保藏：
介绍菌种衰退的原因以及菌种复壮和防止退化的措施；并介绍菌种保藏的原理和方法。
重点：
1.证明遗传变异的物质基础是核酸的三个经典实验；
2.质粒的结构、检测方法、特性和主要类型；
3.基因突变的类型、基因突变的规律及基因突变的机制（包括自发突变和诱发突变的机制），介绍各种诱变剂如物理诱变剂（紫外线）和化学诱变剂（碱基类似物、亚硝酸、烷化剂、羟胺以及丫啶类化合物）诱变的原理，Ames试验的测定原理和具体操作；
4.微生物的诱变育种：
出发菌株的选择、菌悬液的制备、诱变剂的选择及处理方法、中间培养以及变异菌株的分离与筛选，抗终代谢物结构类似物突变株和营养缺陷型突变株的筛选方法；
5.微生物的代谢调节与发酵调控：
介绍酶活性的调节种类、代谢调控在发酵工业的应用（高丝氨酸缺陷型生产赖氨酸）。
6.野生型、营养缺陷型、原养型、基本培养基、完全培养基和补充培养基的概念，筛选营养缺陷型菌株的意义和筛选方法；
7.转化、转导、接合、有性杂交、准性生殖以及原生质体融合；
8.菌种衰退的原因以及菌种复壮和防止退化的措施、菌种保藏手段。
难点：
1.证明核酸是遗传变异的物质基础的微生物学实验剖析；
2.基因突变的类型、基因突变的规律、各种诱变剂诱变的原理，DNA损伤的修复机制。
3.原核生物与真核微生物基因重组方式的介绍，包括转化（自然转化，人工转化）、转导（普遍性转导，局限性转导）、接合（大肠杆菌的性别和F因子、接合现象的发现和证实、大肠杆菌的接合机制）、酿酒酵母的有性杂交育种程序、准性生殖过程。
本章主要教学要求：
此章为本课程的重点内容之一，主要使学生掌握微生物遗传变异的物质基础、遗传物质在细胞内的存在方式、基因突变的规律及类型、微生物的诱变育种、营养缺陷型的筛选方法和应用、酶活性的调节种类、代谢调控在发酵工业的应用、原核生物与真核微生物的基因重组方式、菌种衰退的原因以及菌种复壮和防止退化的措施、菌种保藏手段。
第九章 微生物生态学
第一节 自然界中的微生物
第二节 微生物生态学的研究方法
第三节微生物活性的测定方法
第四节 微生物在自然界物质循环中的作用
第五节 微生物之间的关系
第五节 微生物与环境治理
第七节 瘤胃微生物生态系统
第八节 产甲烷作用和互养共栖
教学基本内容：
1.微生物在自然界的分布与菌种资源的开发：
介绍土壤、水和空气中的微生物群系和种类，从自然界分离微生物的主要程序。
2.微生物之间的相互关系：
介绍互生、共生、寄生和拮抗的概念，这些关系对微生物生长的作用以及举例。
3.微生物与自然界中的物质循环：
包括碳素循环、氮素循环和硫循环，微生物在这几种循环中的作用。
4.微生物与环境保护：
微生物对污染物的降解与转化，微生物对污染物的处理尤其是污水处理的微生物学原理，介绍活性污泥和BOD的概念。
重点：
1.微生物在自然界的分布；
2.微生物之间的相互关系：
互生、共生、寄生和拮抗的概念；
3.微生物对污染物的处理尤其是污水处理的微生物学原理，介绍活性污泥和BOD的概念。
难点：
1.互生、共生、寄生和拮抗的概念；
2.微生物与自然界中的物质循环中的作用。
本章主要教学要求：
使学生了解微生物在自然界中的分布规律、微生物在自然界物质循环中的作用、微生物间的相互关系以及开发利用微生物资源和环境保护方面的微生物学原理和应用。
第十章 微生物的分类
第一节 生物的分类单元
第二节 微生物的命名法
第三节微生物的分类鉴定方法，权威性的分类系统
第四节命名法和分类方法
教学基本内容：
介绍微生物的分类单位与命名、分类依据、分类方法和常用的几个微生物的分类系统。
重点：
1.微生物的分类单位与命名法、重要和常用微生物的学名、分类依据（传统分类学与现代分类学）、分类方法和常用的几个微生物的分类系统如伯杰氏手册。
2.三域系统
难点：
1.牢记重要和常用微生物的学名
2.分类依据、分类方法
本章节主要教学要求：
一般性地了解微生物的分类单位与命名、分类依据、分类方法和常用的几个微生物的分类系统。
第十一章 传染与免疫
第一节 细菌性的传染机制
第二节 宿主抗传染的机制
第三节 抗原、抗体
第四节 血清学反应、现代免疫检测技术
第五节 生物制品
教学基本内容：
1.细菌性传染的机制：
一般性地介绍致病菌的毒力，即其侵袭力和毒素，介绍内毒素、外毒素、类毒素和抗毒素的概念。
2.宿主抗传染的机制：
一般性地介绍非特异性免疫和特异性免疫。
3.抗原、抗体：
介绍抗原、抗体的概念和一般特性，抗原抗体的一般结构，单克隆抗体以及淋巴细胞杂交瘤技术。
4.抗原抗体反应：
介绍血清学反应的概念、抗原抗体的反应类型和应用、免疫标记技术，酶联免疫吸附法（ELISA）。
5.生物制品：
一般介绍特异性免疫预防和治疗剂及非特异性免疫治疗剂的种类。
重点：
1.内毒素、外毒素和类毒素的概念；
2.介绍抗原、抗体的概念和一般特性；
3.介绍血清学反应的概念、抗原抗体的反应类型和应用；
难点：
1.内毒素、外毒素和类毒素；
2.抗原、抗体的概念；
3.免疫标记技术，酶联免疫吸附法（ELISA）。
本章节主要教学要求：
一般性地了解细菌性传染的机制、宿主抗传染的机制（非特异性免疫和特异性免疫）、抗原、抗体、抗原抗体反应和应用、酶联免疫吸附法（ELISA）以及生物制品。
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