內容簡介
《微生物學實驗(第5版)》第5版仍遵循第3版和第4版的編寫指導思想和基本要求,並按照第4版的編排模式將其分成“微生物學基本實驗技術”和“微生物學綜閤型、研究型實驗”兩大部分,但對其內容和形式均進行瞭更新和修訂。第一部分包括:無菌概念和無菌操作,消毒**,分離純化,顯微觀察,塗片染色,培養基及微生物培養,生理生化反應,快速微量檢測,基因突變,基因轉移,基因文庫構建,PCR技術及其在鑒定細菌中的應用,免疫學的基本技術等。第二部分包括:高産蛋白酶(或其他代謝産物)菌株的篩選及其基因的剋隆和錶達,殺蟲微生物的分離,微生物産沼氣,水和食品的微生物檢測,酸乳、啤酒和泡菜的製作,人體錶麵正常菌群的分離鑒定,用互聯網和計算機輔助基因分析鑒定古菌和細菌,細菌係統發育樹的構建,發現和鑒定細菌新種,用來分離嚴格厭氧菌的“滾管實驗”等。其內容涉及微生物在工業、農業、環境、食品、醫學等領域的應用。
《微生物學實驗(第5版)》在編寫形式上仍突齣瞭以學生為本的思想,在每一個實驗中除讓學生明確其目的、原理和基本操作外,還在相應位置以Box形式告知學生“本實驗為什麼用這種(或這些)菌株?”“安全警示”“本實驗成功的關鍵”等。
與《微生物學實驗(第5版)》配套的數字課程附有實驗技術相關視頻、附錄和參考書目,供讀者查閱和參考以及後續內容拓展與更新。
《微生物學實驗(第5版)》適閤理、工、農、林、醫各類高等綜閤院校和師範院校生命科學方嚮本科生學習使用,也可供其他生物科技人員查閱參考。
內頁插圖
目錄
微生物學實驗規則與安全
第一部分 微生物學基本實驗技術
I 無菌概念和無菌操作技術
實驗1 實驗室環境和人體錶麵的微生物檢查
實驗2 無菌操作技術
II 顯微鏡的構造、性能和使用方法
實驗3 普通光學顯微鏡的使用
實驗4 電子顯微鏡樣品的製備
實驗5 相差、暗視野和熒光顯微鏡的示範觀察
III 微生物的染色、形態和錶麵結構觀察
實驗6 細菌、放綫菌、酵母菌和黴菌的製片和簡單染色
實驗7 革蘭氏染色法和KOH快速鑒定革蘭氏陰性和陽性菌法
實驗8 細菌芽孢、莢膜和鞭毛染色
實驗9 微生物大小的測定
IV 培養基的製備
實驗10 牛肉膏蛋白腖培養基的製備
實驗11 高氏I號培養基的製備
實驗12 馬丁培養基的製備
實驗13 血液瓊脂培養基的製備
V 消毒與滅菌
實驗14 乾熱滅菌
實驗15 高壓蒸汽滅菌
實驗16 紫外綫滅菌
實驗17 微孔濾膜過濾除菌
VI 微生物的純培養
實驗18 微生物的分離與純化
實驗19 厭氧微生物的培養
實驗20 病毒的培養
實驗21 食用真菌的培養
VII 微生物數量的測定
實驗22 顯微鏡直接計數法
實驗23 平闆計數法
實驗24 光電比濁計數法
實驗25 大腸杆菌生長麯綫的製作
實驗26 TCID50病毒定量法
實驗27 噬菌體的效價測定
VIII 環境因素對微生物生長的影響
實驗28 化學因素對微生物生長的影響
實驗29 紫外綫對微生物生長的影響
實驗30 溫度對微生物生長的影響
實驗31 滲透壓對微生物生長的影響
實驗32 pH對微生物生長的影響
實驗33 生物因素(抗生素)對微生物生長的影響
IX 微生物鑒定中常用的生理生化試驗
實驗34 大分子物質的水解試驗
實驗35 糖發酵試驗
實驗36 IMViC試驗
實驗37 快速、簡易的檢測微生物技術
X 微生物的基因突變及基因轉移
實驗38 微生物的誘發突變
實驗39 細菌的接閤作用
實驗40 噬菌體的轉導
實驗41 Ames緻突變和緻癌試驗
XI 分子微生物學基礎技術
實驗42 細菌質粒DNA的小量製備
實驗43 質粒DNA的轉化
實驗44 細菌總DNA的製備
實驗45 細菌基因組文庫的構建
實驗46 應用PCR技術鑒定細菌
XII 免疫學技術
實驗47 凝集反應
實驗48 抗原與免疫血清的製備
實驗49 雙嚮免疫擴散試驗
實驗50 酶聯免疫吸附試驗(ELISA)
實驗51 蛋白質印跡法
第二部分 微生物學綜閤型、研究型實驗
XIII 蘇雲金芽孢杆菌的分離和鑒定
XIV 堿性蛋白酶高産菌株的選育與基因剋隆
實驗XIV-1 産蛋白酶菌株的篩選
實驗XIV-2 蛋白酶産生菌株的初步鑒定和誘變育種
實驗XIV-3 堿性蛋白酶基因的剋隆與錶達
XV 微生物産沼氣
XVI 水中細菌總數和總大腸菌群的測定
XVII 牛乳的巴氏消毒、細菌學檢查及酸乳、泡菜的製作
XVIII 固定化酵母發酵産啤酒和米酒的製作
XIX 利用Biolog自動分析係統分離鑒定人體正常菌群
XX 利用互聯網和計算機輔助基因分析鑒定古菌和細菌
XXI 利用多相分類學方法對細菌進行初步鑒定
前言/序言
《微生物學實驗》第5版的編寫在總體指導思想上仍遵循第3、4版的原則,即:正確處理該教材的基礎性、可操作性和先進性的關係;強調教材的啓發性、開拓性和應用性。在總結前幾版的基礎上,充分吸收瞭廣大教師和學生的意見和建議,本版在內容和編排上吸收和整閤瞭前兩個版本的長處,即:第3版內容的編排、歸納更方便教師的教學;第4版的內容和形式比較新穎、具體實用,有利於學生學習和思考,更方便學生取得實驗的成功。
本版仍按照第4版分成“微生物學基本實驗技術”和“微生物學綜閤型、研究型實驗”二大部分。
對第一部分的修訂:在強調基礎性和實用性的基礎上,根據教學實踐,本版對實驗內容和順序進行瞭適當增加和調整,並將各個實驗歸並入12個模塊。除瞭對原有實驗進行修正外,還增補瞭一些新的實驗:在顯微鏡技術實驗中,對光學顯微鏡和電子顯微鏡的原理進行瞭補充和完善;在細菌染色實驗中,增加瞭“用KOH區分革蘭氏陰性和陽性細菌”;在免疫印跡實驗的最後顯色一步增加瞭更適閤學生實驗的OPD顯色。為瞭進一步完善本版的內容,這一部分還增加瞭:TCID50病毒定量法、紫外綫對微生物生長的影響、九噬菌體的局限性轉導。
對第二部分的修訂:根據學科進展和實際應用的需要,對實驗XVI“水中細菌總數和總大腸菌群的測定”按照國傢新的《生活飲用水衛生標準》進行瞭更新;在相應的實驗中還增加瞭米酒和泡菜的製作;對實驗XX“利用互聯網和計算機輔助基因分析鑒定古菌和細菌”中,對生物信息學相關數據和軟件應用進行瞭更新,並按當前的NCBI網絡實際運行界麵,對操作步驟進行瞭調整,還增加瞭操作截圖,使學生更直觀地瞭解相關操作。其他各實驗,包括思考題和插圖,也都進行瞭不同程度地的更新和調整。此外,根據實際需要,在本部分還增加瞭一個用來分離嚴格厭氧菌的“滾管實驗”和一個實用性很強的綜閤型實驗:“利用多相分類學方法對細菌進行初步鑒定”。
本版每一個實驗均補加瞭實驗用菌株的學名;將“目的要求”和“實驗原理”移到“實驗器材”之前,以增強學生對實驗的理解。
微生物的奇妙世界:探索肉眼看不見的生命 我們生活在一個被無數微小生命占據的世界裏,它們無處不在,從深邃的海洋到我們日常接觸的土壤,再到我們呼吸的空氣,甚至存在於我們身體內部。這些被稱為微生物的生命形式,雖然肉眼無法直接看見,卻在地球生態係統的運轉、我們人類的健康以及工業生産的方方麵麵扮演著至關重要的角色。本書將帶領您深入探索這個看不見的微觀世界,揭開微生物神秘的麵紗,理解它們的生活方式、運作機製及其對我們生活的深遠影響。 一、 微生物學的起源與發展:從好奇到科學 人類對微生物的認知並非一蹴而就。早在古代,人們就對食物的發酵、疾病的傳播有著模糊的認識,但真正將這些現象與肉眼看不見的微小生命聯係起來,則歸功於科學技術的進步。17世紀,荷蘭科學傢安東尼·範·列文虎剋(Antonie van Leeuwenhoek)通過他親手製作的顯微鏡,首次觀測到瞭細菌、酵母等微生物,開啓瞭微生物學的大門。這一發現極大地拓展瞭人類的視野,讓我們得以窺見一個全新的生命領域。 此後,隨著顯微技術、培養技術、染色技術以及分子生物學等領域的不斷發展,微生物學的研究日益深入。從巴斯德(Louis Pasteur)對發酵和疾病病原體的研究,到科赫(Robert Koch)建立的判斷病原體與疾病關係的“科赫法則”,微生物學逐步從一個觀察性的學科發展成為一門嚴謹的科學。如今,微生物學已成為一門龐大而活躍的學科,涵蓋瞭細菌學、真菌學、病毒學、寄生蟲學等多個分支,並且與遺傳學、分子生物學、生態學、醫學、食品科學、環境科學等眾多學科緊密相連,共同推動著科學的進步和人類福祉的提升。 二、 微生物的多樣性:形態各異,功能強大 微生物的世界是一個充滿多樣性的國度。它們在形態、結構、代謝方式和生存環境上都展現齣令人驚嘆的差異。 細菌(Bacteria): 這是最常見的一類微生物,它們是單細胞生物,沒有成形的細胞核。細菌的形狀多種多樣,有球狀的球菌、杆狀的杆菌、螺鏇狀的螺菌等。它們分布極其廣泛,在土壤、水中、空氣中,甚至高溫、高壓、強酸、強堿等極端環境中都能生存。許多細菌對我們有益,例如參與食物發酵的乳酸菌,幫助消化的腸道菌群;但也有少數細菌是緻病菌,會導緻人類和動植物生病。 古菌(Archaea): 它們與細菌在形態上相似,也是單細胞原核生物,但其細胞壁成分、基因組成和代謝特徵與細菌有顯著區彆。古菌常常生活在極端環境中,如深海熱泉、鹽湖、酸性礦泉等,因此被稱為“極端微生物”。它們在地球早期生命演化中扮演瞭重要角色,並且在生物技術領域也展現齣巨大的潛力。 真菌(Fungi): 真菌的種類繁多,包括單細胞的酵母和多細胞的黴菌、蘑菇等。與植物不同,真菌不能進行光閤作用,它們通過吸收現成的有機物來獲取能量。一些真菌是重要的食品加工者,如釀酒酵母;另一些則可能導緻食物腐敗或引起人類疾病,例如引起皮膚感染的真菌。 病毒(Viruses): 病毒是一類更小的微生物,它們不具備獨立的生命活動能力,必須寄生在活細胞內纔能復製。病毒的結構相對簡單,主要由核酸(DNA或RNA)和蛋白質外殼組成。它們可以感染細菌、植物、動物和人類,引起各種各樣的疾病,如流感、艾滋病、新冠肺炎等。病毒學是研究病毒的特性、感染機製及其防治方法的重要學科。 原生動物(Protozoa): 這是一類單細胞真核生物,形態和生活方式多樣。它們通常生活在水中或潮濕環境中,一些是自由生活的,一些是寄生性的,例如引起瘧疾的瘧原蟲。 三、 微生物的生命活動:生化反應的微觀舞颱 盡管微小,微生物卻擁有復雜的生命活動。它們通過新陳代謝來獲取能量和閤成自身物質,並在不同的環境中展現齣驚人的適應能力。 能量代謝: 微生物的能量獲取方式多種多樣。化能自養微生物能夠利用無機物(如氫氣、硫化氫、鐵離子等)氧化産生的能量來閤成有機物;化能異養微生物則需要消耗有機物來獲取能量,這是大多數微生物(包括許多細菌、真菌和原生動物)的方式。光能自養微生物(如某些細菌和藻類)則利用光能閤成有機物。 物質循環: 微生物在地球物質循環中扮演著不可或缺的角色。它們參與碳、氮、硫、磷等元素的轉化,將復雜的有機物分解成簡單的無機物,供植物等生産者利用,從而維持著生態係統的平衡。例如,固氮菌可以將空氣中的氮氣轉化為植物可以吸收的氨,這是自然界氮循環的關鍵環節。 生長與繁殖: 微生物的生長通常是指細胞體積的增大和細胞內物質的積纍,而繁殖則是指細胞數量的增加。細菌和古菌主要通過二分裂進行無性繁殖,效率極高。酵母可以進行齣芽生殖,而黴菌則常通過孢子進行繁殖。病毒的復製則完全依賴宿主細胞的機製。 四、 微生物與人類:亦敵亦友的共生關係 微生物與人類的關係復雜而密切,既有緻病性的一麵,也有互利共生的一麵。 微生物的危害: 一些微生物是重要的病原體,能夠引起各種感染性疾病。它們通過不同的途徑傳播,如空氣傳播、水源傳播、食物傳播、接觸傳播等。控製和預防傳染病是醫學微生物學的重要任務。研究病原微生物的緻病機製、開發抗生素和疫苗是人類與病原微生物鬥爭的重要武器。 微生物的益處: 另一大部分微生物則是人類不可或缺的助手。 食品工業: 釀酒、製醋、發酵乳製品(如酸奶、奶酪)、麵包製作等都離不開微生物的參與。它們能夠産生特定的風味、改善食品的營養價值,並具有防腐作用。 醫藥工業: 抗生素、疫苗、酶製劑、激素等許多重要的藥物和生物製品都是通過微生物發酵生産的。 環境保護: 微生物在汙水處理、垃圾降解、土壤修復等方麵發揮著重要作用。它們能夠分解有機汙染物,淨化水質,改善土壤質量。 農業生産: 根瘤菌可以為豆科植物提供氮素;土壤微生物能夠促進植物生長,抑製病蟲害。 科學研究: 模型微生物(如大腸杆菌、酵母菌)是研究基因調控、細胞信號傳導、疾病發生機製等基礎科學問題的常用工具。 五、 探索微生物的未來:挑戰與機遇並存 隨著科技的不斷進步,我們對微生物的認識正以前所未有的速度深化。基因組學、蛋白質組學、代謝組學等“組學”技術的發展,使得我們可以更全麵地解析微生物的基因信息、功能蛋白以及代謝途徑,從而更深入地理解微生物的生命奧秘。 閤成生物學: 通過人工設計和構建新的生物元器件、模塊甚至完整的生物係統,我們可以利用微生物來生産新型生物燃料、生物材料、藥物,以及開發更高效的環境治理技術。 宏基因組學: 這種技術能夠直接從環境中提取所有微生物的DNA進行測序和分析,從而瞭解環境中微生物群落的組成、功能及其相互關係,這對於理解微生物在復雜生態係統中的作用至關重要,例如人類腸道菌群、土壤微生物群落等。 益生菌與微生物組: 對人體微生物組的研究錶明,我們身體內存在著數量龐大、種類繁多的微生物,它們與我們的健康息息相關。開發和利用益生菌,調節人體微生物組,將為疾病預防和治療開闢新的途徑。 應對全球性挑戰: 在應對氣候變化、糧食安全、新發傳染病等全球性挑戰中,微生物學將扮演越來越重要的角色。例如,利用微生物生産生物肥料以減少化肥使用,開發高效的微生物固碳技術,以及快速研發應對新型病毒的疫苗和藥物。 探索微生物的奇妙世界,不僅能滿足我們對未知的好奇心,更能為人類社會的可持續發展提供強大的科技支撐。本書將為您打開通往這個微觀生命王國的大門,激發您對微生物學的興趣,並為您提供一個堅實的理論基礎和實踐指導,讓您能夠在這個充滿活力的領域進行更深入的學習和探索。