《工业微生物学》课程教学资源（教案讲义）第四章 病毒知识点梗概和重难点

工业微生物学教案-2020版第九授课单元一、教学目的该授课单元主要介绍病毒的基本特性和病毒粒子的结构与组成，通过学习要求学生熟悉病毒的特性、病毒粒子的形态结构与化学组成、病毒的培养与纯化方法，了解病毒的发现和研究历史、病毒的分类，病毒与发酵工业。二、教学内容第四章病毒与亚病毒第一节概述一、病毒的发现和研究历史二、病毒的特性和定义三、病毒的宿主范围四、病毒的分类五、病毒的培养与纯化第二节病毒的形态结构与化学组成一、病毒的形态结构二、病毒的化学组成第三节病毒的增殖三、教学重点、难点及其处理重点：1.病毒的定义与特点（1）定义：病毒是一类结构极其简单、具有特殊的繁殖方式以及绝对的细胞内寄生的非细胞超显微生物；是既具有化学大分子属性，又具有生物体基本特征

工业微生物学教案-2020 版 第九授课单元 一、教学目的 该授课单元主要介绍病毒的基本特性和病毒粒子的结构与组成，通过学习要 求学生熟悉病毒的特性、病毒粒子的形态结构与化学组成、病毒的培养与纯化方 法，了解病毒的发现和研究历史、病毒的分类，病毒与发酵工业。 二、教学内容 第四章 病毒与亚病毒 第一节 概述 一、病毒的发现和研究历史 二、病毒的特性和定义 三、病毒的宿主范围 四、病毒的分类 五、病毒的培养与纯化 第二节 病毒的形态结构与化学组成 一、病毒的形态结构 二、病毒的化学组成 第三节 病毒的增殖 三、教学重点、难点及其处理 重点： 1.病毒的定义与特点 （1）定义：病毒是一类结构极其简单、具有特殊的繁殖方式以及绝对的细胞 内寄生的非细胞超显微生物；是既具有化学大分子属性，又具有生物体基本特征

既具有细胞外的感染性颗粒形式，又具有细胞内的繁殖性基因形式的独特生物类群。（2）特点：主要在以下7个方面区别于细胞型微生物：①个体微小：②不具有细胞结构；③一种病毒只含有一种核酸；④绝对的细胞内寄生；③以核酸复制和蛋白质合成、然后装配的方式进行繁殖；③在离体条件下，以无生命的生物大分子状态存在，并保持其侵染性；③对大多数抗生素不敏感，对干扰素敏感。2.病毒的形态结构和化学组成（1）病毒的形态结构：结构完整的、有感染性的单个病毒称为毒粒（virion)或"病毒粒子”（virusparticle），其基本构造是核衣壳（nucleocapsid），即病毒的蛋白质壳体和病毒核酸（核心）构成的复合物。衣壳是由大量蛋白质亚基（称为原体，protomer）通过次级键、按对称形式有规律地排列而成。衣壳的结构类型有3种：螺旋对称、二十面体对称和复合对称。相对应的病毒粒的形态为3类：①呈螺旋对称的杆状，如烟草花叶病毒（TMV）；②呈二十面体对称的球状，如腺病毒；③呈复合对称的蚪状，如大肠杆菌的T偶数噬菌体。有些病毒的核衣壳外还包裹着的一层脂蛋白膜，这些病毒称为有包膜的病毒。而无包膜的病毒称为裸病毒。（2）病毒的化学组成：病毒粒的基本成分是核酸（DNA或RNA）和蛋白质，有包膜病毒还含有脂类和糖类等。核酸是病毒的遗传物质，病毒基因组的核酸有ssDNA、dsDNA、ssRNA和dsRNA四种基本类型，其中根据基因组核酸是线状还是环状，是单一分子还是分段，以及单链核酸的极性分成不同的种类，病毒蛋白分为结构蛋白和非结构蛋白，前者包括衣壳蛋白、包膜蛋白和存在于病毒中的酶类，而后者指由病毒基因组编码的，在病毒复制过程中产生并具有一定功能但并不结合于毒粒中的蛋白质。3.病毒的培养方法：二元培养法，重点掌握噬菌体的培养方法，即双层平板法。4.病毒的增殖（1）特点：病毒感染敏感宿主细胞后，病毒核酸进入细胞，通过其复制与表达产生子代病毒基因组和新的蛋白质，然后由这些新合成的病毒组分装配成

既具有细胞外的感染性颗粒形式，又具有细胞内的繁殖性基因形式的独特生物类 群。 （2）特点：主要在以下 7 个方面区别于细胞型微生物：①个体微小；②不具 有细胞结构；③一种病毒只含有一种核酸；④绝对的细胞内寄生；⑤以核酸复制 和蛋白质合成、然后装配的方式进行繁殖； ⑥在离体条件下，以无生命的生物 大分子状态存在，并保持其侵染性；⑦对大多数抗生素不敏感，对干扰素敏感。 2.病毒的形态结构和化学组成 （1）病毒的形态结构：结构完整的、有感染性的单个病毒称为毒粒 (virion) 或“病毒粒子”（virus particle），其基本构造是核衣壳（nucleocapsid），即病毒的蛋 白质壳体和病毒核酸（核心）构成的复合物。衣壳是由大量蛋白质亚基（称为原 体，protomer）通过次级键、按对称形式有规律地排列而成。衣壳的结构类型有 3 种：螺旋对称、二十面体对称和复合对称。相对应的病毒粒的形态为 3 类：① 呈螺旋对称的杆状，如烟草花叶病毒（TMV）；②呈二十面体对称的球状，如腺 病毒；③呈复合对称的蝌蚪状，如大肠杆菌的 T 偶数噬菌体。有些病毒的核衣壳 外还包裹着的一层脂蛋白膜，这些病毒称为有包膜的病毒。而无包膜的病毒称为 裸病毒。 （2）病毒的化学组成：病毒粒的基本成分是核酸（DNA 或 RNA）和蛋白 质，有包膜病毒还含有脂类和糖类等。核酸是病毒的遗传物质，病毒基因组的核 酸有 ss DNA、ds DNA、ss RNA 和 ds RNA 四种基本类型，其中根据基因组核酸 是线状还是环状，是单一分子还是分段，以及单链核酸的极性分成不同的种类。 病毒蛋白分为结构蛋白和非结构蛋白，前者包括衣壳蛋白、包膜蛋白和存在于病 毒中的酶类，而后者指由病毒基因组编码的，在病毒复制过程中产生并具有一定 功能但并不结合于毒粒中的蛋白质。 3.病毒的培养方法：二元培养法，重点掌握噬菌体的培养方法，即双层平板 法。 4.病毒的增殖 （1）特点：病毒感染敏感宿主细胞后，病毒核酸进入细胞，通过其复制与 表达产生子代病毒基因组和新的蛋白质，然后由这些新合成的病毒组分装配成

子代毒粒，并以一定方式释放到细胞外，这种特殊繁殖方式称复制(replication)。（2）复制周期：一般分为5个连续的阶段：①吸附；②侵入与脱壳；③病毒大分子的合成：④装配；③释放。（3）一步生长曲线（onestepgrowthcurve）：定量描述烈性噬菌体增殖规律的实验曲线，分为3个不同阶段：①潜伏期：毒粒吸附于细胞到受染细胞释放出子代毒粒所需的最短时间。该阶段无病毒粒子释放。②裂解期：宿主细胞迅速裂解，并大量释放侵染性病毒。③平稳期：指受染细胞已全部裂解，此时不再有病毒粒子释放。从一步生长曲线中，可获得病毒繁殖的2个特征性数据，即潜伏期和裂解量。裂解量指每个受染细胞所产生的子代病毒颗粒的平均数目，其值等于平稳期受染细胞所释放的全部子代病毒数目除以潜伏期受染细胞的数目，即等于稳定期病毒效价与潜伏期病毒效价之比。一步生长曲线的绘制方法：将噬菌体和敏感细胞以1：10混合，保温培养并定时取样测定培养物中的噬菌体效价，然后以感染时间为横坐标，噬菌体的感染效价为纵坐标，绘制出定量描述烈性噬菌体生长规律的曲线。难点：1.二十面体对称壳体的构成：衣壳由铃形或按钮形的形态学单位（称为衣壳粒，capsomers）构成。每个衣壳粒一般由5或6个原体（protomer，即蛋白质亚基）组成。五聚体含5个亚基，位于二十面体的顶上：六聚体含6个亚基，形成二十面体的棱和三角面。因为五聚体和六聚体各与5个和6个其它的衣壳粒相邻，所以又分别称做五邻体和六邻体。衣壳粒之间以非共价键结合，组成五聚体和六聚体的蛋白质亚基间的结合力要高于衣壳粒之间的结合强度。在讲解时注意强调衣壳粒（五聚体和六聚体）是电镜下可见的形态学单位，并结合腺病毒衣壳的结构图说明五聚体和六聚体为什么又可称为五邻体和六邻体。2.病毒感染不同宿主的表现：噬菌体侵染细菌，将导致细菌培养液变清亮或在细菌菌苔上形成圆形局部透明区域，即噬菌斑（plague)；动物病毒将引起宿主细胞和组织微观或宏观的改变和异常，称为致细胞病变效应（cytopathiceffect,CPE），如细胞聚集成团、肿大、圆缩、脱落，细胞融合形成多核细胞，细

子代毒粒，并以一定方式释放到细胞外，这种特殊繁殖方式称复制 （replication）。 （2）复制周期：一般分为 5 个连续的阶段：① 吸附；②侵入与脱壳；③病 毒大分子的合成；④装配；⑤ 释放。 （3）一步生长曲线（one step growth curve）：定量描述烈性噬菌体增殖规 律的实验曲线，分为 3 个不同阶段：①潜伏期：毒粒吸附于细胞到受染细胞释 放出子代毒粒所需的最短时间。该阶段无病毒粒子释放。②裂解期：宿主细胞 迅速裂解，并大量释放侵染性病毒。③平稳期：指受染细胞已全部裂解，此时 不再有病毒粒子释放。从一步生长曲线中，可获得病毒繁殖的 2 个特征性数 据，即潜伏期和裂解量。裂解量指每个受染细胞所产生的子代病毒颗粒的平均 数目，其值等于平稳期受染细胞所释放的全部子代病毒数目除以潜伏期受染细 胞的数目，即等于稳定期病毒效价与潜伏期病毒效价之比。一步生长曲线的绘 制方法：将噬菌体和敏感细胞以 1：10 混合，保温培养并定时取样测定培养物 中的噬菌体效价，然后以感染时间为横坐标，噬菌体的感染效价为纵坐标，绘 制出定量描述烈性噬菌体生长规律的曲线。 难点： 1.二十面体对称壳体的构成：衣壳由铃形或按钮形的形态学单位（称为衣壳 粒，capsomers）构成。每个衣壳粒一般由 5 或 6 个原体（protomer，即蛋白质亚 基）组成。五聚体含 5 个亚基，位于二十面体的顶上；六聚体含 6 个亚基，形成 二十面体的棱和三角面。因为五聚体和六聚体各与 5 个和 6 个其它的衣壳粒相 邻，所以又分别称做五邻体和六邻体。衣壳粒之间以非共价键结合，组成五聚体 和六聚体的蛋白质亚基间的结合力要高于衣壳粒之间的结合强度。在讲解时注意 强调衣壳粒（五聚体和六聚体）是电镜下可见的形态学单位，并结合腺病毒衣壳 的结构图说明五聚体和六聚体为什么又可称为五邻体和六邻体。 2.病毒感染不同宿主的表现：噬菌体侵染细菌，将导致细菌培养液变清亮或 在细菌菌苔上形成圆形局部透明区域，即噬菌斑（plague）；动物病毒将引起宿主 细胞和组织微观或宏观的改变和异常，称为致细胞病变效应（cytopathic effect,CPE），如细胞聚集成团、肿大、圆缩、脱落，细胞融合形成多核细胞，细

胞内出现包涵体（inclusionbody），乃至细胞裂解等。动物病毒感染培养的单层细胞，通过染色（中性红）可区分活细胞和死细胞，从而检出被感染的死细胞区域，称为蚀斑（plaque）。植物叶片被病毒感染部位的细胞快速死亡而形成局部坏死斑称枯斑。四、教学方法、手段本授课单元采用教师讲授与多媒体教学相结合的授课方式。第十授课单元一、教学目的通过该授课单元要求学生掌握烈性噬菌体和温和噬菌体的基本特性、溶源性的特点和发酵工业中噬菌体污染的检测及防治措施；熟悉病毒的增殖过程、一步生长曲线的测定方法和意义；了解病毒杀虫剂的应用和几类亚病毒如类病毒、卫星病毒和病毒的主要特性和致病性。二、教学内容第四章病毒与亚病毒第四节噬菌体一、噬菌体的分类二、噬菌体的复制周期三、温和性噬菌体和溶源性第五节真核细胞病毒第六节亚病毒第七节病毒与实践三、教学重点、难点及其处理重点：

胞内出现包涵体（inclusion body），乃至细胞裂解等。动物病毒感染培养的单层 细胞，通过染色（中性红）可区分活细胞和死细胞，从而检出被感染的死细胞区 域，称为蚀斑（plaque）。植物叶片被病毒感染部位的细胞快速死亡而形成局部坏 死斑称枯斑。 四、教学方法、手段 本授课单元采用教师讲授与多媒体教学相结合的授课方式。 第十授课单元 一、教学目的 通过该授课单元要求学生掌握烈性噬菌体和温和噬菌体的基本特性、溶源 性的特点和发酵工业中噬菌体污染的检测及防治措施；熟悉病毒的增殖过程、 一步生长曲线的测定方法和意义；了解病毒杀虫剂的应用和几类亚病毒如类病 毒、卫星病毒和朊病毒的主要特性和致病性。 二、教学内容 第四章 病毒与亚病毒 第四节 噬菌体 一、噬菌体的分类 二、噬菌体的复制周期 三、温和性噬菌体和溶源性 第五节 真核细胞病毒 第六节 亚病毒 第七节 病毒与实践 三、教学重点、难点及其处理 重点：

1.噬菌体与宿主的关系：根据噬菌体与宿主的关系，可将噬菌体分为两类，即烈性噬菌体和温和噬菌体。前者指感染宿主细胞后能在细胞内正常复制并引起宿主细胞迅速裂解的噬菌体，而温和噬菌体指感染宿主细胞后，噬菌体基因组长期存在于宿主细胞内（整合于宿主的基因组上或以质粒形成独立存在），并随宿主基因组的复制而同步复制，没有成熟噬菌体产生，不引起宿主细胞裂解的噬菌体。这种噬菌体与宿主之间的关系称为溶源性（lysogeny）。凡能引起溶源性的噬菌体称为温和噬菌体，其宿主称为溶源菌。2.温和噬菌体的3种存在形式：（1）游离态：指成熟后被释放并有侵染性的游离噬菌体粒子；（2）整合态：已整合到宿主基因组上的噬菌体核酸，称为前噬菌体（prophage）；（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、合成和装配的状态。3.溶源性感染对细胞的影响(1)免疫性：溶源菌对本身所携带的原噬菌体的同源噬菌体有“免疫性”，即另一个同源噬菌体虽然可再次感染该溶源菌，但其核酸不能复制和表达。而溶源菌可同时被非同源噬菌体感染，表现出双重溶源性。免疫性是由原噬菌体产生阻遏蛋白的可扩散性质决定的。(2)溶源转变(lysogenicconversion）：原噬菌体引起的溶源菌除免疫性以外的其他表形改变，包括细胞表面性质的改变和致病性转变。强调溶源菌出现该新特性是由原噬菌体的基因所携带的，以与后面所讲的局限转导相区别（局限转导使得受体菌出现新表型的基因来源于供体菌，噬菌体只是媒介）。4.噬菌体与发酵工业的关系：发酵工业常遭到噬菌体的污染，因此使学生了解发酵液遭噬菌体污染常出现的异常表现、如何检测发酵液是否被噬菌体污染及如何防止噬菌体污染具有重要的实际意义。难点：1.入噬菌体溶源途径和裂解途径的遗传调控：噬菌体是进入裂解循环还是整合到宿主染色体上形成溶源态，主要取决于CI蛋白与Cro蛋白的合成及它们的调控作用。该部分内容所涉及的知识较深，在微生物遗传学中将详细介绍因此，本课程只作简要介绍

1.噬菌体与宿主的关系：根据噬菌体与宿主的关系，可将噬菌体分为两 类，即烈性噬菌体和温和噬菌体。前者指感染宿主细胞后能在细胞内正常复制 并引起宿主细胞迅速裂解的噬菌体，而温和噬菌体指感染宿主细胞后，噬菌体 基因组长期存在于宿主细胞内（整合于宿主的基因组上或以质粒形成独立存 在），并随宿主基因组的复制而同步复制，没有成熟噬菌体产生，不引起宿主 细胞裂解的噬菌体。这种噬菌体与宿主之间的关系称为溶源性（lysogeny）。 凡能引起溶源性的噬菌体称为温和噬菌体，其宿主称为溶源菌。 2.温和噬菌体的 3 种存在形式：（1）游离态：指成熟后被释放并有侵染性 的游离噬菌体粒子；（2）整合态：已整合到宿主基因组上的噬菌体核酸，称为 前噬菌体（prophage ）；（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、合成和装配的状态。 3.溶源性感染对细胞的影响 (1)免疫性：溶源菌对本身所携带的原噬菌体的同源噬菌体有“免疫性”，即另 一个同源噬菌体虽然可再次感染该溶源菌，但其核酸不能复制和表达。而溶源 菌可同时被非同源噬菌体感染，表现出双重溶源性。免疫性是由原噬菌体产生 阻遏蛋白的可扩散性质决定的。 (2)溶源转变(lysogenic conversion) ：原噬菌体引起的溶源菌除免疫性以外的 其他表形改变，包括细胞表面性质的改变和致病性转变。强调溶源菌出现该新 特性是由原噬菌体的基因所携带的，以与后面所讲的局限转导相区别（局限转 导使得受体菌出现新表型的基因来源于供体菌，噬菌体只是媒介）。 4. 噬菌体与发酵工业的关系：发酵工业常遭到噬菌体的污染，因此使学生 了解发酵液遭噬菌体污染常出现的异常表现、如何检测发酵液是否被噬菌体污 染及如何防止噬菌体污染具有重要的实际意义。 难点： 1.λ 噬菌体溶源途径和裂解途径的遗传调控：噬菌体是进入裂解循环还是整 合到宿主染色体上形成溶源态，主要取决于 CI 蛋白与 Cro 蛋白的合成及它们 的调控作用。该部分内容所涉及的知识较深，在微生物遗传学中将详细介绍， 因此，本课程只作简要介绍

2.病毒基因组的表达与复制的时序性：病毒复制的时序性主要表现为基因组转录的时间组织。研究较清楚的是大肠杆菌T4噬菌体，以该噬菌体为例，介绍其基因组的转录的三个阶段：①早期转录：利用大肠杆菌RNA聚合酶转录噬菌体的早期基因，早期基因编码的蛋白质为RNA聚合酶的修饰因子或更改蛋白（可取代宿主原有的因子，改变宿主转录酶的启动子特异性，启动噬菌体次早期转录）；②次早期转录：利用更改后的RNA聚合酶来转录噬菌体的次早期基因，结果产生了降解宿主DNA的酶，噬菌体基因组复制所需的DNA聚合酶，HMC合成酶，供晚期转录的RNA聚合酶；③晚期转录：噬菌体DNA复制完成后对晚期基因的转录主要是病毒粒子的结构蛋白和装配所需的各种酶

2. 病毒基因组的表达与复制的时序性：病毒复制的时序性主要表现为基因 组转录的时间组织。研究较清楚的是大肠杆菌 T4 噬菌体，以该噬菌体为例， 介绍其基因组的转录的三个阶段：①早期转录：利用大肠杆菌 RNA 聚合酶转 录噬菌体的早期基因，早期基因编码的蛋白质为 RNA 聚合酶的修饰因子或更 改蛋白（可取代宿主原有的 σ 因子，改变宿主转录酶的启动子特异性，启动噬 菌体次早期转录）；②次早期转录：利用更改后的 RNA 聚合酶来转录噬菌体 的次早期基因，结果产生了降解宿主 DNA 的酶，噬菌体基因组复制所需的 DNA 聚合酶，HMC 合成酶，供晚期转录的 RNA 聚合酶；③晚期转录：噬菌体 DNA 复制完成后对晚期基因的转录主要是病毒粒子的结构蛋白和装配所需的各 种酶