微生物学课程教学大纲

课程编号：0231104

课程名称：微生物学

总学时数：72

实验学时：30/24（单独开课）

先修课及后续课：

    先修课程: 专业导论, 基础化学，生物化学, 生物技术基础实验

    后续课程: 细胞生物学, 遗传学，分子生物学，基因工程，细胞工程，免疫学等

]

一、说明部分 

1．课程性质：

《微生物学》是生物工程、生物技术等专业的专业基础课，授课对象为生物工程专业、生物技术和环境工程专业本科学生。

2．教学目标及意义：

本课程为生物相关专业的专业基础课程，在教学过程中，应注意培养学生观察、思考、分析、归纳的自学能力，并要求学生会捕捉新的信息，注意学科的进展与动向。使学生能够运用微生物学原理，指导和解决今后学习及实际工作中遇到的有关理论问题；结合实验教学，使学生熟知微生物学研究的常规方法和手段，能够熟练进行微生物基本操作。为其他课程的学习奠定坚实的基础。

3．教学内容和要求

本课程系统介绍微生物的形态构造与功能、营养需求、生理代谢、生长繁殖、遗传变异、传染与免疫等生命活动规律及其在科研和实践方面的主要应用，要求学生在理解基本原理和概念的基础上，会归纳解决常见问题所适用的方法与手段，知道微生物在生物学科中的地位和作用。

4．教学重点、难点

,

教学重点：微生物的构造与功能；微生物的营养；微生物的代谢；微生物的生长及控制；微生物的遗传和变异

教学难点：微生物的代谢；微生物的遗传和变异

5．教学方法与手段

以多媒体教学为主，采取讲授、自学、课堂讨论、专题讲座等多种方式讲授课程知识，并要求学生阅读相关参考书籍，培养学生的自学能力，使学生掌握微生物学基本理论及基本操作技术。该课程教材及PPT为英语形式，旨在提高学生专业基础知识的同时，提高学生对专业英语的掌握程度。

6．教材及主要参考书

教材：Microbiology ------A systems approach，Marjorie Kelly Cowan, Kathleen Park Talaro, Mc Graw Hill Higher Education, 2006

主要参考书：

1．A photography atlas for the Microbiology laboratory 3rd Edition, Michael J. Leboffe; Burton E. Pierce; Morton Publishing Company, 2005 

-

2．Microbiology，6/e，Lansing M Prescott, John P Harley, Donald A Klein, Mc Graw Hill Higher Education, 2006

3．微生物学导论（第二版）影印版，2003，科学出版社.

4．周德庆《微生物学教程》（第二版）2002,高等教育出版社. 

5．沈萍《微生物学》（第五版）（中文版）2003,高教出版社. 

6．郝素珍《实用医学免疫学》，,高等教育出版社.

二、正文部分 

Chapter 1   The Main Themes in Microbiology

一．教学要求

》

要求学生熟练掌握微生物的特点

了解人类对微生物的认识史及微生物的发展史，了解巴斯德、科赫在微生物学领域的重要地位和贡献。

了解微生物的发展与人类的关系。

掌握微生物学的分类及微生物的命名规则

掌握基本的专业词汇

二．教学内容

知识要点

1. The Microbial World

;

2. What is Microbiology

3. Why Study Microbes 

4. Characteristics Microscopic Organisms 

5. Historical Aspects

6. Taxonomy

三．本章学时数：4

Chapter 3  Tools of the Laboratory: The Methods for Studying Microorganisms

#

一．教学要求

要求学生熟练掌握光学显微镜的原理，不同显微镜的特点，影响显微镜成像的主要因素，各种显微镜的使用范围。

掌握电子显微镜的原理及与光学显微镜的异同点。

对最新的扫描隧道显微镜，原子力显微镜有初步的了解。

掌握染色技术的原理，染色类型，染色的作用、特点及应用等。

掌握相关的专业词汇

二．教学内容

…

1. Microscope

 History of the Microscope

 Images Produced By Compound Light Microscope

 Measurements of Length

 Relative Size of Different Groups of Microbes 

 Three factors in obtaining an image

 Magnification

 Resolution (or Resolving Power)          

 —

 Contrast

 Important Characteristics of the Compound Microscope

 Types of Microscopy

1.7.1 Bright-field microscopy

1.7.2 Dark-field Microscopy

1.7.3 A Comparison of Bright-field and Dark-field Microscopy

1.7.4 Phase-Contrast Microscopy

1.7.5 Fluorescence Microscopy

]

1.7.6 Basics of Electron Microscopy

1.7.7 Transmission Electron Microscopy (TEM)

1.7.8 Scanning Electron Microscopy (SEM)

1.7.9 Comparison of TEM and SEM

1.7.10 Scanning Tunneling Microscope (STM) and Atomic Force Microscope (AFM)

2. Staining

 Principles of Staining

 Types of Stains

·

2.2.1 Negative stains 

2.2.2 Positive stains      

2.2.3  Simple Stain 

2.2.4  Differential stains 

2.2.5  Special (structural) stains – stains used to highlight specific parts of microbes 

三．本章学时数：5

Chapter 4    Characteristics of Prokaryotic Cells

.

一．教学要求

明确细菌是微生物学研究的主要对象。了解原核细胞的基本结构和特殊结构，掌握化学组成、结构与功能的关系。了解原核细胞的方式和过程。知道有关微生物的常识如基本形态、大小范围及测定方法、菌落的特征及在分类鉴定中的意义。

    明确G+菌、G-菌的细胞壁组成及异同点，肽聚糖的交联方式。掌握革兰氏染色法的原理和应用；明确细胞壁缺陷型细菌的形成原因、特点及其应用。 

    知道放线菌结构的特点，尤其是抗生素生产方面具有重大的经济价值。知道几种常见代表属及常见生产菌株和致病菌株。

    掌握蓝细菌的主要生理功能是固氮作用和光合作用，了解蓝细菌特有的光合色素——藻胆色素。 

知道古生菌的意义及特点，了解立克次氏体、衣原体、支原体等特点。

掌握一些关于原核微生物的常规和新的研究方法。

-

掌握相关专业词汇。

二．教学内容

 Size and Morphology

 size

 Bacterial Morphology

Bacterial shapes and arrangement

 Structure

 Cell Wall

)

2.1.1 Cell wall of Gram+

2.1.2 Cell wall of Gram-

2.1.3 Gram+ and Gram– Cell Walls

2.1.4 Cell Wall Functions 

2.1.5 Variations in cell wall 

 Plasma Membrane

 Capsule

 Projections From Bacteria

/

            flagella & fimbriae & pili

 Cytoplasm

 Ribosomes

 Nucleoid

 Cell Inclusions

 Endospores 

 Structure of Endospore 

 Processes of Sporeformers

、

 Endospore，cyst，parasporal crystal

 Groups of Bacteria

cyanobacteria – blue-green bacteria 

mycoplasmas – have no cell wall 

rickettsias – parasitc bacteria often transmitted by ticks and fleas. 

chlamydias – “energy parasites” that cannot synthesize ATP 

Archaea: Procaryotes now placed in a different Domain from other bacteria 

Have no peptidoglycan in cell wall and fewer phospholipids in plasma membrane

]

4．Actinomycetes 

三．本章学时数：10

Chapter 5  Characteristics of Fungi

一．教学要求

了解真核细胞壁组成，清楚蜗牛酶对真核细胞壁的作用原理。

掌握真核细胞无性和有性繁殖过程及其生活史，

分辨真核细胞与原核细胞的区别所在。

了解霉菌的形态、功能与分类，营养需求，生活史，应用及危害的防治 

《

 能够比较四大类微生物菌落和细胞形态特征的异同点。

 基本的专业词汇的掌握。

二．教学内容

1. Characteristics of Fungi

2. The history of Eucaryotes

 Structure

Cell Wall

Glycocalyx

]

Flagella    

4. Main group of Eucaryotic microorganism

Yeasts &Molds &Fleshy fungi s

5. Types of Hyphae

 Structural Types        

 Functional types

5.2.1 Special form of Vegetative hyphae

5.2.2 Special form of Aerial hyphae

*

6 Types of Reproduction in Fungi

 Types of Fungal Spores

6.1.1 Types of Asexual Spores

6.1.2 Steps in Production of Sexual Spores

6.1.3 Types of Sexual Spores

6.1.4 Mold reproduction and life cycle 

7. Divisions of the Fungi

8. Fleshy fungi  蕈菌/伞菌 

{

9. Beneficial Effects of Fungi

10. Harmful Effects of Fungi

三．本章学时数：7

Chapter 6  An introduction to the viruses

一．教学要求

明确非细胞形生物——病毒的生物学特点，知道病毒分类的主要依据，了解病毒的形态、构造特点和组分。掌握病毒繁殖步骤特点，了解病毒的生物合成过程特别是逆转病毒生物合成的特点与意义，明确病毒的常规培养方法。

  把握温和噬菌体和裂性噬菌体侵染宿主的过程和结果。掌握噬菌体一步生长曲线各期特点及意义，深入理解温和噬菌体的整合特性，溶源转化的生物学特性及意义。知道噬菌体效价测定，溶源菌检定的常用方法。

  明确原噬菌体、pfu、自外裂解、裂解量等概念，知道干扰素产生机理及其作用。

|

了解类病毒、卫星病毒、卫星RNA、朊病毒等亚病毒各自化学组成特点、寄生方式及致病性，明确其发现对于生物学基础研究、病理学研究、分子生物学研究等方面的意义。特别注意朊病毒的发现的意义及其繁殖的特点。

掌握相关专业词汇

二．教学内容

1. The history of research the viruses

2. Unique Characteristics of Viruses

3. Size comparison of viruses—how big are they 

4. Viral components

 virion - complete virus that can infect host

~

 Viral components 

4.2.1Virus paraticle (virion)

4.2.2 Naked viruses (nucleocapsids)

4.2.3 Enveloped viruses

5. Morphological Groups of Viruses

6. Classification of Viruses 

6. 1 Characteristics used

 type of nucleic acid 

 ？

 type of host

 morphology

7. Viral Replication

 replicative circle 

 Viral Replication

Adsorption & Penetration & Uncoating & Viral Replication & Assembly & Release

8. Cultivation of Animal Viruses

. cell cultures 

…

. duck and chick embryos     

. live lab animals    

 of Viral Infections

10. Bacteriophage 

 Bacteriophage morphology

 Bacteriophage Replication

 one step growth curve(一步生长曲线)

      Types of Bacteriophage

》

Lytic phage & Lysogenic (temperate) phage 

Lysogenic conversion 

11. Infectious noncellular Particles

Prions & Viroids & Virusoid (viroid-like; satellite)

三．本章学时数：10

Chapter 7 Elements of microbial nutrition, Ecology, and growth

一．教学要求 

掌握微生物的营养需求，及根据营养代谢对微生物的分类。

！

掌握微生物营养物质的运送方式。

掌握微生物培养基配制的要求和基本原则。

明确纯培养的意义，知道纯培养装置的要求，重点了解微生物的常规分离方法和纯培养技术，掌握实验室培养的常用方法和器皿，特别了解厌氧菌培养的除氧装置和方法。知道大规模生产培养常用的培养器及配套装置，了解微生物培养技术的发展特点和动向。 

掌握细菌纯培养的群体生长规律，重点掌握生长曲线各期的特点及其对实际生产和研究中的指导作用。掌握连续培养的理论依据、意义、应用，明确生长因子、生长速率、常数R、代时G、产量常数等概念，知道连续培养器的常规装置和类型。

明确群体生长和繁殖的概念，清楚生长量和繁殖量的意义。重点了解测定微生物生长繁殖常用的生物量、生理指标、计数的原理及方法，特别是其适用范围和优缺点，重点掌握微生物的显微镜直接计数法、平板菌落计数法，微生物细胞干重法的测定。

掌握影响微生物生长的因素。

掌握微生物之间的相互关系。

掌握专业词汇。

…

二．教学内容

1. Growth Requirements of microbe

 Chemical Elements of Microorganism cell

 Minimal Growth Requirements

 Carbon source

 Nitrogen source

 Energy source

 Inorganic salt

 ?

 Growth factors

 Water

2 Transport mechanisms for Nutrient absorption

  Passive

1. diffusion  扩散

2. facilitated diffusion 促进扩散

 Active

3. active transport      主动运输

~

4. group translocation   基团转位

3 Microbiological Media

 Types of Media Based on physical state

 Types of Media Based on Content

 Chemically defined media (synthetic medium): 

 Chemically undefined media （Complex media）

 Types of Media Based on Use

 Minimum medium 基础培养基

 …

 All-purpose media 完全培养基

 Selective media 

 Differential media

4. Pure Culture Techniques

 The five I’s

 Pure Culture Techniques

5. Factors Affecting Microbial Growth

     1. Temperature

$

     2. pH

     3. free oxygen

     4. osmotic pressure of environment

6. Bacterial Reproduction

 Binary fission

 Growth of a Bacterial Population

 Phases of Population Growth

lag phase, logarithmic phase, stationary phase, decline (death) phase

[

 Measurement of Growth

7. Relationships Between Microbes

7. 1 Symbiotic relationships   

7. 2 Nonsymbiotic relationships 

 Types of Symbiotic Relationships

Parasitism & Mutualism & Commensalism

 Types of Nonsymbiotic Relationships

Synergism & Antagonism 

#

三．本章学时数：9

Chapter 8   Microbial metabolism

一．教学要求

通过本章的课堂教学，使学生掌握分解代谢和合成代谢的概念，掌握化能异样微生物产能的几种途径，掌握脱氢、递氢、受氢的过程，理解发酵、有氧呼吸、无氧呼吸作用。

了解各发酵类型的出发点和最终产物，了解同（异）型酒精发酵和同（异）型乳酸发酵。

掌握自养微生物的生物氧化形式、产能效率，了解硝化细菌、硫细菌的能量代谢和硝化作用。掌握光能自养微生物环式、非环式光合作用，了解嗜盐杆菌紫膜的光合作用及意义。知道自养微生物固定CO2的方式

能够比较ATP的三种主要产生方式的特点、异同、产能效率。

掌握相关专业词汇。

~

二．教学内容

1. The metabolism of microbes

 Metabolism

 Biological oxidation

 Enzymes

2. The pursuit and utilization of energy 

 Energy Sources for Microbes

2.1.1 External energy sources

~

2.1.2 Oxidation – Reduction Reactions

2.1.3 Adenosine Triphosphate  

2.1.4 Phosphorylation 

2.1.5 Types of Phosphorylation

1. Substrate phosphorylation

2. Oxidative phosphorylation

3. Photophosphorylation 

3. Use of Organic Molecules for Energy

。

 Respiration: breaks down organic molecules using an ETS

 Fermentation: Breaks down organic molecules without using an ETS      

 Features of ETS

 Chemiosmotic Mechanism

 Respiration of Glucose

 Anaerobic respiration

3.6.1 Anaerobic respiration    

3.6.2 Nitrate respiration & Denitrification (反硝化作用)

、

3.6.3 Putrefaction

 Summary for Respiration

 Fermentation

3.8.1 Definition – oxidation of organic molecules that does not use an ETS

3.8.2 Characteristics of fermentation

3.8.3 Patterns of Fermentation

 Summary of oxidation with organic molecules

4. Oxidation of Inorganic Molecules for Energy

（

 Nitrifying bacteria-----ammonia - NH3 oxidation

 sulfur bacteria

 Thiobacillus ferrooxidans（氧化亚铁硫杆菌）

 Oxidation of Inorganic Molecules 

 Synthesize organic molecules by Calvin-Benson cycle

5. Use of Sunlight As Energy Source

 photophosphorylation

 Photosynthesis

\

 Photosynthetic microbes

 Reactions of Photosynthesis

5.4.1 Light Reaction

5.4.2 Types of Photophosphorylation

Cyclic photophosphorylation & Noncyclic photophosphorylation

Halophile(purple membrane photosynthesis)

5.4.3 Dark Reaction     

三．本章学时数：9

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Chapter 9  Genetics

一．教学要求

深入理解原核生物质粒在遗传、理论研究、生产实践中重要意义，重点掌握原核质粒的分子结构与功能，了解几种具有代表性细菌质粒的性质及应用，明确遗传型、基因型、变异型、表型、诱变等概念。 

明确基因组概念和基因突变的类型及特点，掌握点突变与染色体畸变的机制，了解引起自发性突变的可能因素和常用诱变剂及其作用机理，掌握UV诱变机理及修复系统。

了解营养缺陷型。

了解原核细胞转化、转导、接合，明确各自发生的条件、媒介类型，重点掌握普遍转导、局限转导的异同点，明确其媒介类型、所携外源DNA的特点及所得到重组子的特性。

明确F+菌株、F-菌株、F／菌株和Hfr菌株的含义及相互间的转换关系，掌握其在接合现象中所起的作用和结果，尤其是Hfr菌株在利用中断杂交法绘制环状染色体图中的作用。

明确转化、转染、转导、接合、感受态、转化子、转导子、接合子、给体菌、受体菌、外源DNA等概念及意义。

(

了解基因工程的基本原理和基本操作程序，明确给体、受体、载体、工具酶、工程菌的概念，知道基因工程的应用和发展前景。

明确菌种衰退的原因与现象，掌握菌种复壮的原理和方法。明确保藏菌种的原理、目的和原则，重点掌握不同类型微生物常用的保种方法。

二．教学内容

1. Bacterial Genetics 

2. Operon 

 Components

   structural genes & promoter & operator & regulator gene 

 Two Types of Operons

]

 Inducible operons   

Repressible operons   

3. DNA Transfer

 plasmids 

The type of plasmids

Fertility factor，F factor致育因子: plasmid with genes coding for sex pilus

Resistance factor，R factor抗性因子

Bacteriocin production plasmid（产细菌素的质粒）

!

virulence plasmid（毒性质粒）

Metabolic plasmid（代谢质粒）

cryptic plasmid（隐秘质粒）

 DNA transfer always one-way from donor to recipient

 Possible Results of DNA Transfer

 Types of DNA Transfer

  Conjugation & Transformation & Transduction

4. Genetic Engineering

…

 Definitions

  genetic engineering & Recombinant DNA & cloning vector & cloning host

 Key enzymes – restriction endonucleases 

 Action of Restriction Endonucleases

 Steps in Genetic Engineering

5. Mutation

 Definitions

 Variation & mutation & mutant & Prototroph & auxotroph & genetic code 

（

auxotroph &resistant mutant & conditional lethal mutant & morphological mutant

 Genetic Code 

 Types of Mutations

 Cause of Mutation

 Types of Mutagens

 Ames Test

三．本章学时数：8

Chapter 11-12  Control of Microbial Growth

！

一．教学要求

了解各种理化因素对微生物生长的影响机理、后果及其控制。明确灭菌、防腐、抑菌、消毒、最适生长温度、最适pH等概念。掌握湿（干）热灭菌法、连消法、巴氏消毒法、过滤除菌法等常规方法的规定指标和适用范围。理解石碳酸系数的意义。知道实验室、无菌室（箱）的常规消毒方法。 

明确化疗与化学治疗剂、抗生素、抗菌谱等概念，了解化学治疗剂的特点、种类，掌握抗代谢物、抗生素影响微生物生长的作用机制及作用位点，了解微生物产生耐药性的途径及控制。

二．教学内容

1. Reasons for controlling growth

2. Approaches to Controlling Growth

.  Killing microbes – microbicidal agents(杀菌剂) 

.  Preventing microbial growth – microbistatic agents 抑菌剂

\

.  Removal of microbes

.  Terminology of Control 

1. Antimicrobial agents/germicide 抗菌剂/杀菌剂

2. Sterilization灭菌

3. Commercial sterilization 商业灭菌

4. Disinfection消毒

5. Disinfectant 消毒剂

6. Antisepsis防腐

—

7. Antiseptic防腐剂

8. Sanitization 净化

9. Asepsis无菌 

3. Physical Methods of Control

 Targets of physical methods

 Physical Methods Used

heat & filtration & cold desiccation & radiation               

4. Chemical Methods of Control

~

Antimicrobial agent 

Bacteriostatic agent 抑菌剂 & Bactericide/Germicide杀菌剂 & Bacteriolysis 溶菌剂

 Factors Affecting Use of Chemical Agents

 Germicidal Levels

 Groups of Germcides

 Disinfectant, Antisepsis

 Chemosterilize 化学灭菌剂

5. Chemotherapeutic Agents

 Important Properties of Chemotherapeutic Agents

 Drug Interactions

 Sources of Chemotherapeutic Agents

 Actions of Chemotherapeutic Agents

 Actions of Antiviral Drugs

 Disk-Sensitivity Test

 Resistance to Antibiotics

三．本章学时数：8

Chapter 13-14 Microbe Human Interactions & Body Defenses Against Disease

一．教学要求

知道传染与免疫、致病力与免疫力、免疫应答等概念，明白免疫技术对微生物遗传与分类方面的意义。

了解非特异性免疫的机理及其免疫组成。了解特异性免疫的获得方式及其免疫系统。了解抗原的性质、结构、种类；了解抗体的结构、5种抗体的特性与功能。

二．教学内容

Chapter 13 Microbe Human Interactions

1. Human Host and microbes

2. Progress of an infection

3. The events in infection

4. Pathogenicity－－－ Virulence Factors

Invasiveness  &  toxins

5. Microbe Pathogenicity

6. Kinds of Disease

7. Patterns of Transmission

Chapter 14  Body Defenses Against Disease

1. Definitions

 Immunity 免疫

 Immunology 免疫学

 Nonspecific Defenses – produce same response regardless of pathogen

 Specific Defenses – response is different for each pathogen, involves immune responses 免疫应答

2. Immune system

 Function of immune system

immunological defence      免疫防御

immunological homeostasis  免疫自稳 

immunological surveillance  免疫监视 

3. Nonspecific Defenses

4. Specific Defenses

 Antigens 

 Antibodies

 Antigen-Antibody Reactions

三．本章学时数：2

教研室：生物工程     执笔人：葛春梅、郑敏     系主任审核签名：