《微生物生理学》课程授课教案（主讲教师：关国华、陈文峰）

微生物生理学教案 授课学时：32学时 授课对象：生物学院三、四年级本科生 开课学期：秋季学期 开课单位：生物学院微生物与免疫学系 主讲教师：关国华陈文峰 修改日期：2009年12月

微生物生理学教案 授课学时：32 学时 授课对象：生物学院三、四年级本科生 开课学期：秋季学期 开课单位：生物学院微生物与免疫学系 主讲教师：关国华 陈文峰 修改日期：2009 年 12 月

第一讲 章 第一章 绪论 第一节 微生物生理学的研究对象和范围 第二节 微生物生理学的形成和发展 第三节 微生物生理学的新的研究技术和方法 教学目的 通过对微生物生理学的研究对象和范围以及发展史的介绍， 使同学们对微生物生理学有较全面的认识。 敦学手段 课堂讲述、多媒体、提问和课堂讨论 教学重点 微生物生理学对细胞的重建方式及一般规律的研究 维诺格拉夫斯基对化能自养的概念的提出 教学难点 激发同学们学习微生物生理学的兴趣。 类别时间 导言 10分 霹 介绍主要参考书 介绍主要内容 提出要求 正题 15分 二、微生物生理学的研究对象 正题 20分 三、微牛物生理学的研究范围 1、研究微生物细胞的重建方式及一般规律 2、研究微生物 正题 30分 第二节微生物生理学的形成和发展 发现微生物前一观察到微生物→认识到微生物的作用 代谢研究一代谢调控和遗传一基因组学一后基因组学 正题 20分 第三节微生物生理学的新的研究技术和方法 1、克隆基因组 2、测序 3、生物信息学 总结 5分

1 第一讲 章 第一章 绪论 节 第一节 微生物生理学的研究对象和范围 第二节 微生物生理学的形成和发展 第三节 微生物生理学的新的研究技术和方法 教学目的 通过对微生物生理学的研究对象和范围以及发展史的介绍， 使同学们对微生物生理学有较全面的认识。 教学手段 课堂讲述、多媒体、提问和课堂讨论 教学重点 微生物生理学对细胞的重建方式及一般规律的研究 维诺格拉夫斯基对化能自养的概念的提出 教学难点 激发同学们学习微生物生理学的兴趣。 类别 时间 导言 10 分 介绍自己 认识同学 介绍主要参考书 介绍主要内容 提出要求 正题 15 分 第一节 微生物生理学的研究对象和范围 一、微生物生理学的定义 二、微生物生理学的研究对象 正题 20 分 三、微生物生理学的研究范围 1、研究微生物细胞的重建方式及一般规律 2、研究微生物与周围环境之间的关系 3、研究微生物生理活动与人类的关系 正题 30 分 第二节 微生物生理学的形成和发展 发现微生物前→ 观察到微生物→ 认识到微生物的作用→ 代谢研究→ 代谢调控和遗传→ 基因组学→ 后基因组学 正题 20 分 第三节 微生物生理学的新的研究技术和方法 1、克隆基因组 2、测序 3、生物信息学 4、2D 电泳 5、基因芯片 总结 5 分

第二讲 章 第二章代谢概论 节 教学目的 通过对代谢的基本概念、研究代谢的方法和代谢的研究方向 的讲述，使学生掌握如何分析和研究代谢的基本思路和方 教学手段 课堂讲述、多媒体、提问和讨论 教学重点 研究代谢的方法和想路 敦学难点 氧化还原平衡的计算 同位素标记法对EMP途径和ED途径的判断 类别时间（分） 导言5 正题 15 基本概念（新陈代谢、代谢途径、合成代谢途径和分解代谢 途径、初级代谢和次级代谢、代谢组和代谢组学) 正题 10 微生物代谢的研究战略 正题 50 研究代谢的方法 1、营养平衡 静息细胞的概念 碳平衡和氧化还原平衡的计算 2、生物化学 用营养缺陷型的方法寻找代谢途径 添加不同酶的抑制剂的方法确定代谢途径 3、同位素标记法 (用同位素标记葡萄糖不同碳原子，推断不同细菌乙醇 发能的涂径) 4、瓦勃格氏(Warburg)呼吸计法 5、基因水平（基因替代、DNA运动性改变） 6、基因组水平（鸟枪克隆、核酸序列测定、 ORF寻找结构基因、同源序列比较预测功能、 基因芯片) 7、蛋白质组水平（双向电泳） 8、代谢组水平(NMR、MS、HPLC、GC) 正题 15 代谢的研究方向（向量代谢、化能无机营养型和古菌的代谢、 代谢组学) 总结

2 第二讲 章 第二章 代谢概论 节 教学目的 通过对代谢的基本概念、研究代谢的方法和代谢的研究方向 的讲述，使学生掌握如何分析和研究代谢的基本思路和方 法。 教学手段 课堂讲述、多媒体、提问和讨论 教学重点 研究代谢的方法和思路 教学难点 氧化还原平衡的计算 同位素标记法对 EMP 途径和 ED 途径的判断 类别 时间（分） 导言 5 正题 15 基本概念（新陈代谢、代谢途径、合成代谢途径和分解代谢 途径、初级代谢和次级代谢、代谢组和代谢组学） 正题 10 微生物代谢的研究战略 正题 50 研究代谢的方法： 1、营养平衡 静息细胞的概念 碳平衡和氧化还原平衡的计算 2、生物化学——酶 用营养缺陷型的方法寻找代谢途径 添加不同酶的抑制剂的方法确定代谢途径 3、同位素标记法 （用同位素标记葡萄糖不同碳原子，推断不同细菌乙醇 发酵的途径） 4、瓦勃格氏(Warburg)呼吸计法 5、基因水平（基因替代、DNA 运动性改变） 6、基因组水平（鸟枪克隆、核酸序列测定、 ORF 寻找结构基因、同源序列比较预测功能、 基因芯片） 7、蛋白质组水平（双向电泳） 8、代谢组水平（NMR、MS、HPLC、GC) 正题 15 代谢的研究方向（向量代谢、化能无机营养型和古菌的代谢、 代谢组学） 总结 5

第三讲 要 第三章能量代谢 举 第一节能量来自有机化合物 教学目的 通过对微生物的五条主要的葡萄糖降解途径的讲述，使同学 们建立微生物代谢途径多样性的概念，并掌握这些途径的代 表菌、特征酶、特征中间产物和产能水平。 教学手段 课堂讲述、多媒体、提问和讨论 教学重点 微生物特有的途径 教学难点 ED途径、磷酸解酮酶途径和不同类型的乳酸发酵 类别时间（分） 导言 10 复习微生物的代谢类型（引出下文）、介绍本章的主要内容 和冬背的主更内突 正题 80 碳水化合物的降解 )葡萄糖 (1)葡萄糖降解途径 L.EMP途径 葡萄糖进入细胞的方式 耗能步骤、产能步骤、氧化还原步骤 巴斯德效应 2.HMP途径 3,ED途径 上述三条途径在一些微生物中的分布 4.磷酸解酮酶途径 PK途径 HK途径 同型乳酸发酵 异型乳酸发酵 双歧璃酸发酵 5。葡萄糖的直接氧化 总结 10 对五条途径从代表菌、特征酶、特征中间产物和产能水平上 进行比较

3 第三讲 章 第三章 能量代谢 节 第一节 能量来自有机化合物 教学目的 通过对微生物的五条主要的葡萄糖降解途径的讲述，使同学 们建立微生物代谢途径多样性的概念，并掌握这些途径的代 表菌、特征酶、特征中间产物和产能水平。 教学手段 课堂讲述、多媒体、提问和讨论 教学重点 微生物特有的途径 教学难点 ED 途径、磷酸解酮酶途径和不同类型的乳酸发酵 类别 时间（分） 导言 10 复习微生物的代谢类型（引出下文）、介绍本章的主要内容 和各节的主要内容 正题 80 一、碳水化合物的降解 （一）葡萄糖 （１）葡萄糖降解途径 1. EMP 途径 葡萄糖进入细胞的方式 耗能步骤、产能步骤、氧化还原步骤 巴斯德效应 2. HMP 途径 3. ED 途径 上述三条途径在一些微生物中的分布 4. 磷酸解酮酶途径 PK 途径 HK 途径 同型乳酸发酵 异型乳酸发酵 双歧乳酸发酵 5．葡萄糖的直接氧化 总结 10 对五条途径从代表菌、特征酶、特征中间产物和产能水平上 进行比较

第四讲 登 第三章能量代谢 举 第一节能量来自有机化合物 教学目的 通过对有氧呼吸和氧化磷酸化的学 握微生物在厌氧条 件下获得TCA中间产物的方法，并掌握原核生物呼吸链的 特点。 教学手段■ 课堂讲述、多媒体、提问和讨论 教学重点 原核生物呼吸链的特点 异养微生物在厌氧条件下获得TCA中间产物的方法 不完全氧化 敦学难点 异养微生物在厌氧条件下获得TCA中间产物的方法 原核生物呼吸链的特点 类别时间（分） 导言10 提问葡萄糖的五条降解途径的特点 正题 40 ·、碳水化合物的降解 (一)萄萄糖 (2)能量的产生 1.呼吸链（电子传递链） 1.1真核生物的呼吸链 12原核牛物的呼吸篇 大肠杆菌的呼吸链 氢细菌的呼吸锰 硫细菌的呼吸链 产甲烷菌的呼吸链 正题 40 2.有氧呼吸 21三羧酸循环 2.2三羧酸循环的回补反应 2.3厌氧条件下，异养微生物获得三羧酸循环中间产物 的途径 氧化支路 还原支路 2.4不完全氧化 Bertrand-Hudsonrule 总结10 原核生物的呼吸链

4 第四讲 章 第三章 能量代谢 节 第一节 能量来自有机化合物 教学目的 通过对有氧呼吸和氧化磷酸化的学习，掌握微生物在厌氧条 件下获得 TCA 中间产物的方法，并掌握原核生物呼吸链的 特点。 教学手段 课堂讲述、多媒体、提问和讨论 教学重点 原核生物呼吸链的特点 异养微生物在厌氧条件下获得 TCA 中间产物的方法 不完全氧化 教学难点 异养微生物在厌氧条件下获得 TCA 中间产物的方法 原核生物呼吸链的特点 类别 时间（分） 导言 10 提问葡萄糖的五条降解途径的特点 正题 40 一、碳水化合物的降解 （一）葡萄糖 （２）能量的产生 底物水平磷酸化 氧化磷酸化 1. 呼吸链(电子传递链) 1.1 真核生物的呼吸链 1.2 原核生物的呼吸链 大肠杆菌的呼吸链 氢细菌的呼吸链 硫细菌的呼吸链 产甲烷菌的呼吸链 正题 40 2. 有氧呼吸 2.1 三羧酸循环 2.2 三羧酸循环的回补反应 2.3 厌氧条件下，异养微生物获得三羧酸循环中间产物 的途径 氧化支路 还原支路 2.4 不完全氧化 Bertrand-Hudson rule 总结 10 原核生物的呼吸链

第五讲 安 第三章能量代谢 举 第一节能量来自有机化合物 教学目的 掌握微生物的无氧呼吸的概念、特点及类型 教学手段 课堂讲述、多媒体、提问和讨论 敕学重点 无氧呼吸的主要类型 教学难点 甲烷产生（产甲烷菌所特有的电子载体及辅酶） 类别时间（分） 导言10 复习有氧呼吸、导出无氧呼吸 正题 80 、碳水化合物的降解 (一)葡萄糖 (2)能量的产生 3.无氧呼 31概念、 种类 3.2无氧呼吸和有氧呼吸 3.3同化型代谢与异化型代谢 34硝酸盐呼吸 硝酸盐呼吸与同化型硝酸盐还原的区别 生化途径 电子传递链 3.5疏酸盐呼吸 硫酸盐呼吸与同化型硫酸盐还原的去别 生化途径 电子传 递链 3.6延胡索酸呼吸 3.7甲烷产生 产甲烷古菌 一类立甲烷的基质 CO2形成CH4的生化途径 甲烷菌的特殊辅酶 产甲烷菌的电子传递链 总结 10 无氧呼吸的特点

5 第五讲 章 第三章 能量代谢 节 第一节 能量来自有机化合物 教学目的 掌握微生物的无氧呼吸的概念、特点及类型 教学手段 课堂讲述、多媒体、提问和讨论 教学重点 无氧呼吸的主要类型 教学难点 甲烷产生（产甲烷菌所特有的电子载体及辅酶） 类别 时间（分） 导言 10 复习有氧呼吸、导出无氧呼吸 正题 80 一、碳水化合物的降解 （一）葡萄糖 （２）能量的产生 3. 无氧呼吸 3.1 概念、种类 3.2 无氧呼吸和有氧呼吸 3.3 同化型代谢与异化型代谢 3.4 硝酸盐呼吸 硝酸盐呼吸与同化型硝酸盐还原的区别 生化途径 电子传递链 3.5 硫酸盐呼吸 硫酸盐呼吸与同化型硫酸盐还原的去别 生化途径 电子传递链 3.6 延胡索酸呼吸 3.7 甲烷产生 产甲烷古菌 三类产甲烷的基质 CO2 形成 CH4 的生化途径 产甲烷菌的特殊辅酶 产甲烷菌的电子传递链 总结 10 无氧呼吸的特点

第六讲 数 第三章能量代谢 衣 第一节能量来自有机化合物 教学目的 草握微生物的主要发酵途径 教学手段 课堂讲述、多媒体、提问和讨论 教学重点 各种发酵途径的代表菌、产能水平及终产物 教学难点 发酵同无氧呼吸的区别 类别时间（分） 导言10 提问同学对无氧呼吸的理解 正题 80 碳水化合物的降解 (一)葡萄糖 (2)能量的产生 4.发酵 4.1概念 发酵和无氧呼吸 发酵和不完全氧化 4.3乳酸发酵 4.4酒精发酵 A.酵母菌的酒精发酵 1刑 刷 B.细菌的酒精发酵 4.5丁酸及可溶性产物发酵 a丁酸发酵 b丙酮丁醇发酵 c.丁醇-异丙醇发酷 4.6甲酸发酵 a.混合酸发酵 b丁二醇发鞋 4.7丙酸发酵 琥珀酸丙酸途径 b.丙烯酸途径 总结 10 比较呼吸、无氧呼吸及发酵 6

6 第六讲 章 第三章 能量代谢 节 第一节 能量来自有机化合物 教学目的 掌握微生物的主要发酵途径 教学手段 课堂讲述、多媒体、提问和讨论 教学重点 各种发酵途径的代表菌、产能水平及终产物 教学难点 发酵同无氧呼吸的区别 类别 时间（分） 导言 10 提问同学对无氧呼吸的理解 正题 80 一、碳水化合物的降解 （一）葡萄糖 （２）能量的产生 4．发酵 4.1 概念 发酵和无氧呼吸 发酵和不完全氧化 4.2 从丙酮酸开始的几种发酵 4.3 乳酸发酵（同型、异型、双歧） 4.4 酒精发酵 A．酵母菌的酒精发酵 Ⅰ型 Ⅱ型 Ⅲ型 B．细菌的酒精发酵 4.5 丁酸及可溶性产物发酵 a.丁酸发酵 b.丙酮-丁醇发酵 c.丁醇-异丙醇发酵 4.6 甲酸发酵 a. 混合酸发酵 b. 丁二醇发酵 4.7 丙酸发酵 a. 琥珀酸-丙酸途径 b. 丙烯酸途径 总结 10 比较呼吸、无氧呼吸及发酵

第七讲 数 第三章能量代谢 节 第一节能量来自有机化合物 教学目的 握微生物发光 微生物对烃类、芳香族化合物及二碳化合物的利用 教学手段 课堂讲述、多媒体、提问和讨论 教学重点 微生物发光的原理， 微生物对烃类、芳香族化合物的利用 教学难点 细菌发光的原理、费氏弧菌的群体反应、微生物对烃类的降 解、间位峰解途径、邻位降解途径和二酸酸循环 类别时间（分） 导言 5 提问原核生物的呼吸链的特点 正题 25 碳水化合物的降解 (一)葡萄糖 (3)微生物发光 1、微生物的发光现象 微生物的发光原理 真核生物发光 细菌发光的途径 群体反应 3、微生物发光的意义及应用 环保检测 ATP的定量测定 作为报告基因 正题 20 二、烃类化合物的降解 1、烃类化合物的种类、经类微生物及其作用 2、单加氧酶及双加氧酶 3、直链饱和脂肪烃的氧化 4、烯烃的化 正题 20 三、芳香族化合物的降解 (一)苯丙氨酸与酪氨酸 (仁)多数芳香族化合物的降解 邻位降解途 间位降解途径 (三)苯甲酸的无氧降解 正题 20 四、二碳化合物的降解 乙醇酸 酸（二酸环 B羟基天门冬氨酸途径) 总结 7

7 第七讲 章 第三章 能量代谢 节 第一节 能量来自有机化合物 教学目的 掌握微生物发光 微生物对烃类、芳香族化合物及二碳化合物的利用 教学手段 课堂讲述、多媒体、提问和讨论 教学重点 微生物发光的原理， 微生物对烃类、芳香族化合物的利用 教学难点 细菌发光的原理、费氏弧菌的群体反应、微生物对烃类的降 解、间位降解途径、邻位降解途径和二羧酸循环 类别 时间（分） 导言 5 提问原核生物的呼吸链的特点 正题 25 一、碳水化合物的降解 （一）葡萄糖 （3）微生物发光 １、微生物的发光现象 ２、微生物的发光原理 真核生物发光 细菌发光的途径 群体反应 ３、微生物发光的意义及应用 环保检测 ATP 的定量测定 作为报告基因 正题 20 二、烃类化合物的降解 1、烃类化合物的种类、烃类微生物及其作用 2、单加氧酶及双加氧酶 3、直链饱和脂肪烃的氧化 4、烯烃的氧化 正题 20 三、芳香族化合物的降解 (一) 苯丙氨酸与酪氨酸 (二)多数芳香族化合物的降解 邻位降解途径 间位降解途径 (三)苯甲酸的无氧降解 正题 20 四、二碳化合物的降解 乙醇酸 乙醛酸（二羧酸循环、β-羟基天门冬氨酸途径） 草酸 总结 10

第八讲 始 第三章能量代谢 必 第一节能量来自有机化合物 第二节能量来自无机化合物 教学目的 掌握微生物对含氮化合物的降解。 掌握微生物利用无机化合物产能的具体过程。 教学手段 讲解、多傅体提词知计论 教学重点 氢细菌、硫化细菌、铁细菌、亚硝化细菌和硝化细菌的产能 过程 敦学难点 逆电子传递链传递（反向电子传递） 类别时间（分） 导言 复习和提问微生物对芳香族化合物、二碳化合物的降解 正题 10 h、 碳化合物的降解 甲基营养型和甲烷营养型 甲烷营养型的甲烷氧化 厌氧件下的甲棕化 甲基营养型酵母对甲醇的氧化 正题10 六、脂防酸降解（由学生来讲） 正题 七、内源储藏物质的降解（聚β羟基丁酸） 正题 八、含氮化合物的降解 (一)氨基酸的降解 (二)嘌呤的降解 (三)嘧啶的降解 正题 15 第三节能量来自无机化合物 1.氢细菌 2.氢酶Hydrogenase) 3.电子传递链 正题 15 一化细调 1.还原性硫化物的氧化过程 2.疏化细菌的电子传递链」 正题 10 三、铁细菌 1.介绍铁细菌的生活环境 Fe2+氧化的电子流 正题 20 亚硝化细菌和硝化细菌 1,氨氧化细茵中氨的氧化和电子流 2.亚硝酸氧化细菌氧化亚硝酸成硝酸 总结 5 比较化能有机营养型微生物和化能无机营养型微牛物的 能特点

8 第八讲 章 第三章 能量代谢 节 第一节 能量来自有机化合物 第二节 能量来自无机化合物 教学目的 掌握微生物对含氮化合物的降解。 掌握微生物利用无机化合物产能的具体过程。 教学手段 讲解、多媒体、提问和讨论 教学重点 氢细菌、硫化细菌、铁细菌、亚硝化细菌和硝化细菌的产能 过程 教学难点 逆电子传递链传递（反向电子传递） 类别 时间（分） 导言 5 复习和提问微生物对芳香族化合物、二碳化合物的降解 正题 10 五、一碳化合物的降解 甲基营养型和甲烷营养型 甲烷营养型的甲烷氧化 厌氧条件下的甲烷氧化 甲基营养型酵母对甲醇的氧化 正题 10 六、脂肪酸降解（由学生来讲） 正题 5 七、内源储藏物质的降解 (聚β-羟基丁酸) 正题 5 八、含氮化合物的降解 （一）氨基酸的降解 （二）嘌呤的降解 （三）嘧啶的降解 正题 15 第二节 能量来自无机化合物 一、 氢细菌(hydrogen-oxidizing bacteria) 1. 氢细菌 2. 氢酶(Hydrogenase) 3. 电子传递链 正题 15 二、硫化细菌 1. 还原性硫化物的氧化过程 2. 硫化细菌的电子传递链 正题 10 三、 铁细菌 1. 介绍铁细菌的生活环境 2. Fe2+氧化的电子流 正题 20 四、亚硝化细菌和硝化细菌 1. 氨氧化细菌中氨的氧化和电子流 2. 亚硝酸氧化细菌氧化亚硝酸成硝酸 总结 5 比较化能有机营养型微生物和化能无机营养型微生物的产 能特点

第九讲 数 第三章能量代谢 节 第三节能量来自光 敕学目的 掌握微生物利用光能的三种类型 教学手段 课堂讲述、多媒体、提问和讨论 教学重点 不产氧光合作用和极端嗜盐菌紫膜的光合作用 教学难点 比较不产氧光合作用、产氧光合作用和极端嗜盐菌紫膜的光 合作用 类别时间（分） 导言 10 复习和提问化能无机营养型微生物的产能，引出光能营养型 微生物对能量的利用。 正题 20 (一)光合作用 (二)光能营养型生物 (三)不产氧光合作用 紫色细菌和绿色细菌 见)立每业△作田 绿色植物 藻类和蓝细菌 (五)叶绿素和细菌叶绿素 正题 20 二、不产氧光合作用 (一)紫硫细菌光合作用的电子流 (一)循环光合选酸化 (三)绿色细菌还原力的产生 (四)紫色细菌光合作用的遗传学 正题 汤 三、产氧光合作用 (一)非循环光合磷酸化 (二)产氧光合作用的电子流 (三)有氧和无氧光合作用的比较 正题 20 四、极端嗜盐闲紫膜的光合作用 (一)基本概念 紫膜 细菌视紫红质 视紫红质 视黄醛 (二)极端嗜盐菌紫膜的光合作用的模型 总结 10 比较化能有机营养型微生物、化能无机营养型微生物及光能 营养型微生物的产能特点 9

9 第九讲 章 第三章 能量代谢 节 第三节 能量来自光 教学目的 掌握微生物利用光能的三种类型 教学手段 课堂讲述、多媒体、提问和讨论 教学重点 不产氧光合作用和极端嗜盐菌紫膜的光合作用 教学难点 比较不产氧光合作用、产氧光合作用和极端嗜盐菌紫膜的光 合作用 类别 时间（分） 导言 10 复习和提问化能无机营养型微生物的产能，引出光能营养型 微生物对能量的利用。 正题 20 第三节 能量来自光 一、概念 （一）光合作用 （二）光能营养型生物 （三）不产氧光合作用 紫色细菌和绿色细菌 （四）产氧光合作用 绿色植物、藻类和蓝细菌 （五）叶绿素和细菌叶绿素 正题 20 二、不产氧光合作用 （一）紫硫细菌光合作用的电子流 （二）循环光合磷酸化 （三）绿色细菌还原力的产生 （四）紫色细菌光合作用的遗传学 正题 20 三、产氧光合作用 （一）非循环光合磷酸化 （二）产氧光合作用的电子流 （三）有氧和无氧光合作用的比较 正题 20 四、极端嗜盐菌紫膜的光合作用 （一）基本概念 紫膜 细菌视紫红质 视紫红质 视黄醛 （二）极端嗜盐菌紫膜的光合作用的模型 总结 10 比较化能有机营养型微生物、化能无机营养型微生物及光能 营养型微生物的产能特点