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第三章 非细胞微生物 【知识目标】 1 ．掌握病毒及噬菌体的形态结构及化学组成，理 解病毒的增殖过程。 2 ．了解噬菌体的检测方法及与发酵工业的关系。 【技能目标】 1 ．学会识别噬菌体在发酵工业中造成的污染。 2 ．学会噬菌体检测的方法并处理噬菌体的污染。
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第一节 病毒 一、病毒的生物学特性 1 ．个体极微小。病毒的个体称为病毒粒子，绝大多数能通过细菌过 滤器，必须借助电子显微镜才能看到，常以纳米（ nm ）为单位来表 示其大小。 2 ．无细胞结构，只是由核酸和蛋白质组成的大分子。 3 ．每种病毒只含有一种核酸，或者是 DNA ，或者是 RNA 。 4 ．专性细胞内寄生。 5 ．以复制方式增殖，依靠宿主细胞进行自我复制繁殖。 6 ．在离体条件下，只能以无生命的大分子状态存在，并可长期保持 其侵染性。 7 ．对一般抗生素不敏感，但对干扰素敏感。
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二、病毒的基本形态和大小 1 ．牛痘苗病毒 2 ．传染性脓疱皮炎病毒 3 ．腮腺炎病毒 4 ． T- 偶数噬菌体 5 ．疱疹病毒 6 ．大蚊病毒 7 ．流感病毒 8 ．烟草花叶病毒 9 ．腺病毒 10 ．多瘤病毒 11 ．脊髓灰质炎病毒 图 3-1 几种病毒的形状
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大多数病毒的直径在 10nm ～ 300nm 之间 （图 3-2 ）。病毒大小 悬殊，较大的病毒如痘 病毒为 300nm ，较小的 病毒如口蹄疫病毒 10nm ，所以，不能用 普通光学显微镜观察其 形态，必须用电子显微 镜放大几千倍、几万倍， 甚至十几万倍才能看到 其基本形态。 图 3-2 病毒大小与其他微生物的比较
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三、病毒的基本结构 病毒主要由核心和衣壳两部 分构成，核心与衣壳合称为 核衣壳。 有些病毒在核衣壳外还有一 层膜称包膜。 结构最简单的病毒没有包膜， 只由核衣壳构成，称为裸露 病毒，有包膜的病毒，称为 包膜病毒（图 3-3 ）。 图 3-3 病毒的基本结构
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四、包膜 有些较大型病毒在核衣壳外面有一层膜状结构，称为包膜， 也叫囊膜，如麻疹病毒、腮腺炎病毒。大多数有包膜病毒 呈球形（如流感病毒），但痘病毒呈砖形，狂犬病毒呈弹 形。 包膜由脂质、蛋白质和糖类组成。包膜表面形成包膜突起， 称为刺突，嵌附在包膜脂质中，它是多糖与蛋白质的复合 物（糖蛋白）。刺突因病毒的种类不同而异，可作为鉴定 的依据。 当包膜受到破坏时，包膜病毒也丧失吸附和侵入宿主细胞 的能力，从而丧失感染性。
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五、病毒的增殖 病毒的增殖又称为病毒的复制，是病毒在活细胞中的繁殖 过程。 病毒没有活细胞所具备的细胞器，缺乏完整的酶系统，不 能单独进行新陈代谢，必须借助宿主细胞供给原料和能量， 才能在病毒核酸控制下合成新的病毒核酸和蛋白质并装配 成完整的病毒颗粒，并以一定方式释放到细胞外，再感染 其他细胞。 病毒从进入宿主细胞开始，经复制成为成熟的病毒颗粒并 释放到细胞外的过程称为复制周期，包括吸附、侵入、生 物合成、装配与释放五个连续的过程。
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第二节 噬菌体 一、噬菌体的概念及其主要类型 感染细菌、放线菌、真菌、螺旋体等微生物的病毒称为噬 菌体，即微生物病毒。 噬菌体具有其他病毒的共同特性：个体极微小，没有细胞 结构，主要由核酸（ DNA 或 RNA ）和蛋白质组成，专性 细胞内寄生，以复制方式增殖等。
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噬菌体的基本形态为 蝌蚪形、微球形和纤 线形。从形态学角度 又可将噬菌体分为六 个群（图 3-6 ）。 1 、 2 、 3 群为蝌蚪形， 4 、 5 群为微球形， 6 群为 纤线形。 图 3-6 噬菌体的形态 1 ～ 3 ．蝌蚪形 4 ～ 5 ．微球形 6 ．纤线形
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二、噬菌体的结构特点 图 3-7 噬菌体结构模式图
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三、烈性噬菌体和温和噬菌体 根据噬菌体感染宿主细胞产生的结果不同，可将噬菌体分为 烈性噬菌体和温和噬菌体。 （一）烈性噬菌体 凡能引起宿主细胞迅速裂解的噬菌体，称为烈性噬菌体， 通常把烈性噬菌体的繁殖看成是噬菌体的正常表现。 烈性噬菌体的宿主如果是细菌就称为敏感细菌。从噬菌体 进入细菌开始，到引起细菌裂解并释放出子代噬菌体为止， 为一个增殖周期，一般需 15min ～ 20min 。
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烈性噬菌体的繁殖过程一般分为五个阶段： 即吸附、侵入、复制、装配和释放。
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溶菌现象：在细菌培养液中，细菌被噬菌体感染，细菌裂 解，使混浊的菌悬液变澄清，这种现象称为溶菌现象。 噬菌斑：在固体培养基上，如果噬菌体侵染宿主细胞，释 放子代噬菌体，通过培养基扩散到四周细胞，继续侵染， 引起连锁宿主细胞裂解，从而形成肉眼可见的、具有一定 形态、大小和边缘的空斑，称为噬菌斑（图 3-8 ）。在一 定条件下，每个噬菌体可产生一个噬菌斑，所以通过噬菌 斑的计数可知接种到平板上噬菌体粒子的相对数目。 噬菌体的效价：在实践中可采用平板法测定每毫升试样中 所含有的具有侵染性的噬菌体粒子数，称为噬菌体的效价， 又称噬菌斑形成单位数（ plaque-forming unit ，简称成斑 单位，用 pfu 表示）。
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1 7 6 5 4 3 2 图 3-8 噬菌斑的形态 图中白色为溶菌而透明；黑色为细菌生长 1 ．透明 2 ．浑浊 3 ．浑浊中部透明 4 ．有菌生长环 5 ．中心有菌生长点 6 ．有生长环与生长点 7 ．中心有针孔状生长点
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（二）温和噬菌体 概念：有些噬菌体侵入宿主细胞后，不马上增殖，而是潜 伏下来，并将其核酸整合到宿主染色体上，并随宿主染色 体的复制而一起复制，又随宿主分裂而分布到子代宿主体 内，如此不断延续传代，这种不造成宿主细胞裂解的噬菌 体称为温和噬菌体，也叫溶源性噬菌体，这种现象称为溶 源现象。 含有噬菌体基因组的细菌称为溶源性细菌。整合在宿主细 胞核上的核酸称为原噬菌体。溶源性细菌可以抵抗相应烈 性噬菌体的感染，这种抵抗力具有高度的特异性。例如， 用弱病毒感染植物细胞，诱发植物的免疫功能，从而不受 强病毒的感染，而使植物得到保护。
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溶源性细菌的自发裂解的机率极低，只有极少数溶源性细 菌中的噬菌体大量复制而导致细菌裂解，释放噬菌体粒子， 使溶源性细菌变成非溶源性细菌，这个过程称为溶源性细 菌非溶源化。如果在低剂量的紫外线照射或其他物理、化 学方法影响下也能诱发这种现象。 温和噬菌体对于敏感细菌所形成的噬菌斑是浑浊的，这是 因为中央有溶源性细菌生长的缘故。
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四、噬菌体的监测方法 双层平板法 单层平板法 载片快速检测法 气体样品的检查法 液体培养检查法
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五、噬菌体与发酵工业的关系 （一）噬菌体的危害 1 ．丙酮、丁醇发酵与噬菌体污染 2 ．食品工业的噬菌体污染 3 ．抗生素发酵与噬菌体污染
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发酵工业和食品工业被噬菌体污染表现两个方面： 一是发酵周期明显延长，影响产品的产量和质量； 二是污染生产菌种，使发酵液变清，不积累发酵产物，严 重时无法继续发酵，甚至停产。 其原因可能有两个方面： 一是生产菌种本身可能携带有噬菌体，或使用的生产菌种 是溶源性菌； 二是生产环境存在噬菌体，没有做好消毒与灭菌工作。
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（二）噬菌体的防治 1 ．决不使用可疑的生产菌种 2 ．严格保持环境卫生 3 ．严格控制活菌体的排放 4 ．保证发酵系统和空气过滤系统的合理性与无菌状态 5 ．不断筛选抗性菌种，并经常轮换生产菌种
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六、噬菌体感染后的补救措施 在生产中如果发生噬菌体污染，及时采取 合理措施 : （ 1 ）尽快提取产品 ; （ 2 ）使用药物抑制 ; （ 3 ）及时改用抗噬菌体的生产菌株.
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【本章小结】 病毒是一类个体极微小、无细胞结构、只含一种 核酸、专性细胞内寄生、以复制方式增殖的非细 胞微生物。病毒的基本形态有球形、卵圆形、砖 形、杆形、丝状、蝌蚪状等。大多数病毒的直径 在 10nm ～ 300nm 之间。核酸构成病毒的核心， 蛋白质构成病毒的衣壳，只有核衣壳的病毒称裸 露病毒，有包膜的病毒称包膜病毒，包膜由脂质、 蛋白质和糖类组成。病毒的复制包括吸附、侵入、 生物合成、装配与释放五个连续的过程。 噬菌体的基本形态有蝌蚪形、微球形和纤线形。 从形态学角度又可将噬菌体分为六个群。噬菌体
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由核酸和蛋白质组成。大肠杆菌 T 4 噬菌体的构造 是噬菌体的典型代表。 噬菌体又分烈性噬菌体和温和噬菌体。烈性噬菌 体的繁殖是噬菌体的正常表现。噬菌体在培养液 中能出现溶菌现象，在固体培养基上出现噬菌斑， 所以可用于噬菌体的鉴定、计数和纯种分离。噬 菌体检查的方法常用双层平板法和单层平板法。 针对噬菌体的危害，应采取预防为主，综合防治 的措施。
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