一个dna的寿命是多久?在人体内需要多久可以彻底dna水解酶的作用?失去遗传信息的功能。

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下列有关生物大分子的叙述,不正确的是:A.生物大分子都是以碳链为骨架B.生物大分子以主动运输方式出入细胞膜C.多糖、蛋白质、核酸都可以水解生成大量的单体D.DNA双螺旋结构解旋后仍可表达遗传信息  [生物大分子、单体、核酸、多糖、蛋白质、细胞膜、水解、骨架]
下列有关大分子的叙述,不正确的是:
A. 大分子都是以碳链为骨架
B. 生物大分子以主动运输方式出入细胞膜
C. 多糖、蛋白质、核酸都可以水解生成大量的单体
D. 双螺旋结构解旋后仍可表达遗传信息  
答案:B【解析】试题分析:多糖、蛋白质、核酸等大分子都是以碳链为骨架的,故A正确;生物大分子可以胞吞、胞吐的方式出入细胞膜,故B错误;多糖、蛋白质、核酸都可以水解生成大量的单体,多糖的单体是葡萄糖、蛋白质的单体为、核酸的单体为,故C正确;遗传信息的表达包括转录和翻译,双螺旋结构解旋后,其中的一条单链可以作为转录的模板,进而完成翻译,故D正确。考点:本题考查生物大分子的相关知识,意在考查考生理解所学知识的要点,把握知识间的内在联系的能力。 
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[下列有关生物大分子的叙述,不正确的是:A.生物大分子都是以碳链为骨架B.生物大分子以主动运输方式出入细胞膜C.多糖、蛋白质、核酸都可以水解生成大量的单体D.DNA双螺旋结构解旋后仍可表达遗传信息  [生物大分子、单体、核酸、多糖、蛋白质、细胞膜、水解、骨架]]相关内容:
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&&2015年高考生物一轮复习必修2配套课件:第3章第2、3、4节DNA分子的结构、复制及基因是有遗传效应的DNA片段(人教版)
2015年高考生物一轮复习必修2配套课件:第3章第2、3、4节DNA分子的结构、复制及基因是有遗传效应的DNA片段(人教版)
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2015年高考生物一轮复习必修2配套课件:第3章第2、3、4节DNA分子的结构、复制及基因是有遗传效应的DNA片段(人教版)
A.DNA 分子中的⑤⑥⑦⑧依次代表 A、G、C、T
B.①②③构成胸腺嘧啶脱氧核苷酸 C.②和③相间排列,构成了 DNA 分子的基本骨架
D.当 DNA 复制时,DNA 聚合酶催化④的形成
[解析]①②③构成胞嘧啶脱氧核苷酸;当 DNA 复制时,
DNA 聚合酶催化磷酸二酯键的形成,而④是氢键,由解旋酶催
化解开。 [答案]A 【举一反三 1】某学生制作的以下碱基对模型中,正确的 是( )
[解析]解答本题的关键是熟悉DNA 分子的结构。根据DNA
分子结构“两条链反向平行”的特点,可判断出选项 B 正确。
[答案]B 机理 ①碱基互补配对原则;②DNA 双螺旋结构 场 所 真核细胞 细胞核(主要)、线粒体、叶绿体 原核细胞 拟核、细胞质基质 条 件 模板 亲代 DNA 的两条链 原料 4 种游离的脱氧核苷酸 能量 ATP 酶 DNA 解旋酶、DNA 聚合酶等 特点 ①半保留复制;②边解旋边复制;③多复制起点 结果 1 个 DNA 分子形成两个完全相同的子代 DNA 分子,新 合成的每个 DNA 分子中,都保留了原来 DNA 分子中的 一条链 意义 ①遗传信息的传递,使物种保持相对稳定和延续 ②由于复制差错而出现基因突变,从而为进化提供了原 始选择材料 二、DNA 分子的复制 1. DNA 分子的复制: 2. DNA 复制方式(半保留复制)的探究: (1)实验原理:用同位素标记技术和密度梯度离心技术,根 据复制后 DNA 分子在试管中的位置确定复制方式。 (2)实验方法: (3)实验结果: ①亲代 DNA 分子均为15N-DNA,离心形成的带位于下层, 称为重带。 ②第Ⅰ代 DNA 分子离心后位于中层,排除了全保留复制 的可能。 ③第Ⅱ代 DNA 分离后出现轻带和中带,证明出现两种密 度的 DNA 分子,排除了分散复制的可能。
(4)实验结论:DNA 分子为半保留复制。
如果对亲代 DNA 分子用15N 标记,然后在不含15N 的环境
中让其复制,不管复制多少次,总有两个 DNA 分子含有15N,
总有两条链含有15N。
【典例】细菌在15N 培养基中繁殖数代后,使细菌 DNA 的
含氮碱基皆含有15N,然后再移入14N 培养基中培养,抽取亲代
及子代的 DNA 经高速离心分离,下图①~⑤为可能的结果, 下列叙述错误的是( ) A.子一代 DNA 应为②
C.子三代 DNA 应为④ B.子二代 DNA 应为①
D.亲代的 DNA 应为⑤
[解析]DNA 复制的特点是半保留复制,形成的子一代 DNA
应为②;子二代 DNA 应为①;子三代 DNA 应为③;亲代的
DNA 应为⑤。 [答案]C
【举一反三 2】未被标记的细胞在含3H 标记的胸腺嘧啶脱
氧核苷酸的培养基中完成两个细胞周期,然后在不含放射性元
素的培养基中再次分裂至中期,其染色体的放射性标记情况为 (
A.每条染色体的两条单体都被标记
B.每条染色体中都只有一条单体被标记
C.只有半数的染色体中一条单体被标记
D.每条染色体的两条单体都不被标记 [解析]分析过程如下图(“1”表示未标记的 DNA 单链,“3” 表示被3H 标记的 DNA 单链)。 [答案]C 三、碱基互补配对原则及应用 1.根据碱基互补配对原则,A-T,G-C,即: (1)A=T,A1=T2,A2=T1;G=C,G1=C2,G2=C1。
(2)A+G=T+C,即嘌呤=嘧啶=1/2 碱基总数;同样,A +C=T+G。 (3)(A+T)/(G+C)=(A1+T1)/(G1+C1)=(A2+T2)/(G2+C2)。 2.与 DNA 复制相关的计算: (1)DNA 分子复制 n 次,原来的母链始终为 2 条,子代 DNA 分子中含有母链的 DNA 分子总是 2 个。
(2)DNA 分子复制 n 次,产生的子代 DNA 分子有 2n 个。
(3)若 DNA 分子中含有某种碱基 a 个,复制 n 次,所需含
该碱基的游离脱氧核苷酸数(或碱基数)为 a×(2n-1)个。
【典例】下图为真核细胞内某基因结构示意图,共由 1000
对脱氧核苷酸组成,其中碱基 A 占 20%。下列说法正确的是 ( )
A.该基因一定存在于细胞核内染色体 DNA 上
B.该基因的一条脱氧核苷酸链中(C+G)/(A+T)为 3∶2
C.DNA 解旋酶只作用于①部位,限制性内切酶只作用于②
D.该基因复制 3 次,则需要游离的鸟嘌呤脱氧核苷酸 2800 个
[解析]该基因是双链 DNA,也可存在于细胞质中;A 占
20%,T占20%,A+T=40%,双链中 A+T 所占比例等于每
条单链A+T 所占的比例,所以该基因的一条脱氧核苷酸链中(C
+G)/(A+T)为 3∶2;DNA 解旋酶只作于②部位,限制性内切
酶只作用于①部位;D 项,(23-1)×600=4200(个)。 [答案]B
【举一反三 3】(2013 年天津)肠道病毒 EV71 为单股正链(+
RNA)病毒,是引起手足口病的主要病原体之一。下面为该病毒
在宿主细胞肠道内增殖的示意图。 据图回答下列问题: (1)图中物质 M 的合成场所是__________________。催化 ①、②过程的物质 N 是________________。
(2)假定病毒基因组+RNA 含有 7500 个碱基,其中 A 和 U
占碱基总数的 40%。病毒基因组+RNA 为模板合成一条子代+
RNA 的过程共需要碱基 G 和 C________个。
(3)图中+RNA 有三方面的功能分别是_________________
_____________________________________________。
(4)EV71 病毒感染机体后,引发的特异性免疫有_________。
(5)病毒衣壳由 VP1、VP2、VP3
和 VP4 四种蛋白组成,
其中 VP1、VP2、VP3 裸露于病毒表面,而 VP4 包埋在衣壳内
侧并与 RNA 连接,另外 VP1 不受胃液中胃酸的破坏。若通过
基因工程生产疫苗,四种蛋白中不宜作为抗原制成疫苗的是
________,更适宜作为抗原制成口服疫苗的是________。
[解析](1)图中的M物质是一条多肽链,由于EV71病毒没有细胞器,其合成的场所是宿主细胞的核糖体;①、②过程是以RNA为模板合成RNA的过程,需要的是RNA复制酶(或RNA聚合酶或依赖于RNA的RNA聚合酶)。
(2)病毒合成+RNA的过程:需要先以+RNA为模板合成-RNA,再以-RNA为模板合成+RNA,也就是合成了一条完整的双链 RNA,在这条双链 RNA中A=U,G=C,根据题目中的条件,在病毒+RNA中(假设用第1条链来表示)(A1+U1)=40%,而互补链-RNA中(假设用第 2 条链来表示)(A2+U2)=(A1+U1)=40%,所以两条互补链中 A+U 占双链RNA碱基数的比例是 A+U=40%,则 G+C=60%,所以病毒基因组+RNA为模板合成一条子代+RNA的过程共需要碱基G和C碱基数是%=9000(个)。
(3)由图中可以看出+RNA 的功能是作为翻译的模板翻译
出新的蛋白质;也作为复制的模板形成新的+RNA;还是病毒
的组成成分之一。
(4)EV71 病毒感染机体后进入内环境中首先会引发体液免
疫产生抗体;病毒进入宿主细胞后,会引发细胞免疫。
(5)由于 VP4 包埋在衣壳内侧不适合作为抗原制成疫苗;由
于 VP1 不受胃液中胃酸的破坏,口服后不会改变其性质,所以
更适合制成口服疫苗。 RNA 复制酶(或 RNA 聚合酶
[答案](1)宿主细胞的核糖体
或依赖于 RNA 的 RNA 聚合酶)
(2)9000 (3)翻译的模板 复制的模板 病毒的重要组成成分 (4)体液免疫和细胞免疫 (5)VP4 VP1
与 DNA 内容相关的计算
题型一:与 DNA 结构有关的计算
1.由 120 对碱基组成的 DNA 分子片段,可因其碱基对组成
和序列的不同而携带不同的遗传信息,其种类数最多可达 ( ) A.4120 B.1204 C.460 D.604
[解析]遗传信息是指基因中 4 种脱氧核苷酸的不同排列顺
序,具体到位于同一位置的碱基可以是 4 种碱基中的任意一种,
故在由 n 对碱基组成的 DNA 分子片段中,其排列方式有4n 种。
2.从某种生物组织中提取 DNA 进行分析,其四种碱基数的
比例是鸟嘌呤和胞嘧啶之和占全部碱基数的 46%,又知该 DNA
的一条链(H 链)所含的碱基中 28%是腺嘌呤,问与 H 链相对应 的另一条链中腺嘌呤占该链全部碱基数的( ) A.26% B.24% C.14% D.11%
[解析]由整个 DNA 分子的 G+C=46%,可得出 G+C 占
对应链碱基总数的百分比也为 46%,则 A+T=54%,由 H 链
中 A=28%,得出 T 占对应链碱基总数的百分比为 28%,则A
=54%-28%=26%。
3.分析一个 DNA 分子时,发现 30%的脱氧核苷酸含有胸腺
嘧啶,由此可知该分子中一条链上的鸟嘌呤占该链碱基总数的 最大比例是( ) A.20% B.30% C.40% D.100%
[解析]根据题意,A=T=30%总碱基数,则 G=C=20%总
碱基数,一条链上 G 的最大比例为 40%。
4.(2012 年济南一模)对 DNA 分子的碱基进行数量分析,可
以通过检测其中某种碱基的数目及其比例来推断其他碱基数目
及其比例。假如检测某 DNA 分子得知碱基 A 的数目为 x,其比 例为 y,以下推断正确的有( ) A.碱基总数量为 x/y
B.碱基 C 的数目为 x(0.5y-1)
C.嘌呤与嘧啶的比例为 x/(1-y)
D.碱基 G 的比例为(1-y)/2
[解析]DNA 分子中 A=T,G=C。
题型二:与 DNA 复制有关的计算
5.用一个 DNA 完全被 32P 标记的噬菌体侵染不含 32P 的细
菌。若该细菌解体后释放出 32 个大小、形状一样的噬菌体,则 其中含有 32P 的噬菌体有(
D.32 个 [解析]子代 DNA 中总有两个含有原来的 1 条母链。
6.在噬菌体侵染细菌的实验中,若噬菌体不含放射性,细
菌中脱氧核苷酸被 32P 标记、氨基酸被 15N 标记,则 1 个噬菌体
连续繁殖 3 代,含 32P 和 15N 的噬菌体占子代噬菌体的百分数分 别为( ) A.100%、100%
C.50%、50% B.25%、50%
[解析]噬菌体繁殖过程所需的原料来自细菌体内的脱氧核
苷酸(被32P 标记)、氨基酸(被15N 标记)等,所以子代噬菌体全
都含32P 和15N。
7. 下图为某 DNA 分子片段,假设该 DNA 分子中有碱基 5000 对,A+T 占碱基总数的 34%,若该 DNA 分子在 14N 的 培养基中连续复制 2 次,下列叙述正确的是( )
A.复制时作用于③处的酶为限制性核酸内切酶
B.复制 2 次需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸 9900 个
C.④处指的是腺嘌呤核糖核苷酸
D.子代中含15N 的 DNA 分子占 3/4
[解析]A+T 占碱基总数的 34%,则C+G 占 66%,C为3300, 复制 2 次需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸 3×(个)。
[答案]B 8.某 DNA 分子共有 a 个碱基,其中含胞嘧啶 m 个,则该 DNA 分子复制 3 次需要游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸数为( ) A.7(a-m)
C.7(a/2-m) B.8(a-m)
D.8(2a-m)
[解析]第一步计算出该 DNA 分子中胸腺嘧啶脱氧核苷酸的
数目:C+T=a/2,C=m,所以 T=a/2-m;第二步计算出连
续复制 3 次所需的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的数目:(23-1)×(a/2
-m)=7(a/2-m)。
9.用 32P 标记了玉米体细胞(含 20 条染色体)的 DNA 分子双
链,再将这些细胞转入不含 32P 的培养基中培养,在第二次细
胞分裂的中期、后期,一个细胞中的染色体总条数和被 32P 标 记的染色体条数分别是( ) A.中期 20 和 20、后期 40 和 20
B.中期 20 和 10、后期 40 和 20
C.中期 20 和 20、后期 40 和 10
D.中期 20 和 10、后期 40 和 10
[解析]玉米体细胞含 20 条染色体,有丝分裂中期两条姐妹
染色单体之间由一个共同着丝点连接,所以仍是 20 条染色体。
而后期着丝点分裂,姐妹染色单体分开,一条染色体就成了两
条子染色体,此时染色体数是原来的 2 倍即 40 条。由于DNA
分子的复制是一种半保留复制,有32P 标记的 DNA 分子双链,
在不含32P 的培养基中经第一、二次分裂后,在第二次分裂中
期含32P 的染色体数同染色体数,即 20 条,在后期含32P 的染
色体只占细胞中染色体的一半,即 20 条。 [答案]A
10. (2012 年山东)假设一个双链均被 32P 标记的噬菌体 DNA
由 5000 个碱基对组成,其中腺嘌呤占全部碱基的 20%。用这个
噬菌体侵染只含 31P 的大肠杆菌,共释放出 100 个子代噬菌体。 下列叙述正确的是( ) A.该过程至少需要 3×105 个鸟嘌呤脱氧核苷酸
B.噬菌体增殖需要细菌提供模板、原料和酶等
C.含 32P 与只含 31P 的子代噬菌体的比例为 1∶49
D.该 DNA 发生突变,其控制的性状即发生改变
[解析]噬菌体的 DNA 含有 10 000 个碱基,A=T=2000 个,
G=C=3000 个。在噬菌体增殖的过程中,DNA 半保留复制,
100 个子代噬菌体含有 100 个 DNA 分子,相当于新合成了 99
个,需要鸟嘌呤脱氧核苷酸 7 000(个)。噬菌体增
殖需要细菌提供原料和酶等,但模板是本身的 DNA。含有32P
的噬菌体有 2 个,其余的 98 个噬菌体只含31P,二者比例为1∶
49。由于DNA 上有非基因序列,基因中有非编码序列,密码
子有简并性等原因,DNA 突变并不一定导致性状改变。 [答案]C 第2、3、4节 DNA分子的结构、复制及基因是 有遗传效应的DNA片段 考点 DNA的结构 1.DNA 双螺旋结构模型的构建者:________________。
2.DNA 的基本单位:_____________。 沃森和克里克 脱氧核苷酸 腺嘌呤 胞嘧啶 反向 脱氧核糖 基本骨架 氢键 T C 3.DNA 的结构特点:
(1)两条脱氧核苷酸长链______平行盘旋成双螺旋结构。
(2)外侧:__________和磷酸交替连接,构成__________; 内侧:碱基通过________连接构成碱基对。 多样性 (3)碱基互补配对原则:A-______,G-______。
4.DNA 的特性:稳定性、__________、特异性。 【考点对应练】
1.下图为 DNA 分子结构示意图,对该图的描述正确的是 (
A.②和③相间排列,构成了 DNA 分子的基本骨架
B.④的名称是胞嘧啶脱氧核苷酸
C.当 DNA 复制时,⑨的形成需要 DNA 连接酶
D.DNA 分子中特定的脱氧核苷酸序列代表了遗传信息
[解析]脱氧核糖与磷酸交替连接排列在外侧,构成了基本
骨架。④中的①是其他脱氧核苷酸的磷酸,所以④不是胞嘧啶
脱氧核苷酸。⑨是氢键,解旋需要 DNA 解旋酶,但形成时不
需要酶。 [答案]D 2.噬菌体的组成物质在某些酶的作用下彻底水解,可以得 到的水解产物主要有( )
A.碱基、核糖、磷酸、氨基酸
B.碱基、脱氧核糖、磷酸、氨基酸
C.碱基、核糖、磷酸、葡萄糖
D.碱基、葡萄糖、磷酸、甘油、脂肪酸
[解析]噬菌体由 DNA 和蛋白质组成,水解得到的基本单位
是脱氧核苷酸和氨基酸,脱氧核苷酸彻底水解得到磷酸、脱氧
核糖、含氮碱基。
[答案]B 概念 以亲代 DNA 分子为模板合成①__________的过程 时间 有丝分裂②____期和③__________________的间期 场所 (1)真核生物:主要在④________,细胞质的叶绿体和
(2)原核生物:在⑤________区
(3)病毒:在⑥______细胞内 条件 模板 亲代 DNA 分子的⑦____条脱氧核苷酸链 原料 ⑧________________ 能量 ATP 酶 ⑨________________________等 考点 DNA 的复制 子代 DNA 间 减数第一次分裂 细胞核 拟核 宿主 两 4 种脱氧核苷酸 解旋酶、DNA 聚合酶 过程 DNA 解旋→以母链为模板,以脱氧核苷酸为单位,
通过⑩________________原则合成子链→子链与相
应的母链螺旋成新的 DNA 特点 边?________边复制,?__________复制 结果 1 个 DNA 分子形成 2 个完全相同的 DNA 分子 意义 使遗传信息从亲代 DNA 传给了子代 DNA,保持了遗
传信息的?________性 (续表) 碱基互补配对 解旋 半保留 连续 【考点对应练】 3.下列有关 DNA 复制的叙述中,正确的是( ) A.DNA 分子在解旋酶的作用下水解成脱氧核苷酸
B.在复制过程中,复制和解旋是同时进行的
C.解旋后以一条母链为模板合成两条新的子链
D.两条新的子链通过氢键形成一个新的 DNA 分子
[解析]DNA 分子在解旋酶的作用下把螺旋的双链解开,在
水解酶的作用下才能水解成脱氧核苷酸;DNA 复制的过程是边
解旋边复制;DNA 复制是分别以解开的两条母链为模板,在
DNA 聚合酶等酶的作用下,利用细胞中游离的 4 种脱氧核苷酸
为原料,按照碱基互补配对原则,各自合成与母链互补的一段
子链;每条新链与其对应的模板链通过氢键形成一个新的
DNA 分子。 [答案]B 4.保证准确无误地进行 DNA 复制的关键步骤是( ) A.DNA 解旋酶促使 DNA 的两条互补链分离
B.游离的脱氧核苷酸的碱基与母链的碱基进行互补配对
C.脱氧核苷酸之间连接成与母链互补的子链
D.模板母链与互补子链盘绕成双螺旋结构
[解析]碱基进行互补配对保证复制精确进行。
[答案]B 考点 基因的概念 1.基因是有________效应的________片段。
2.基因在 DNA 上呈__________排列。
3.基因控制生物的__________。
4.基因中____________________代表遗传信息。 遗传 DNA 线性 性状 碱基排列顺序 【考点对应练】 5.对染色体、DNA、基因三者关系的叙述中,错误的是( )
A.每条染色体上含有一个或两个 DNA,DNA 分子上含有
B.都能复制、分离和传递,且三者行为一致
C.三者都是生物细胞内的遗传物质
D.在生物的传宗接代中,染色体的行为决定着 DNA 和基因
[解析]染色体中的蛋白质不是遗传物质。
[答案]C 6.(双选)下列有关染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸的说法, 不正确的是( )
A.在 DNA 分子结构中,与脱氧核糖直接相连的一般是一个
磷酸和一个碱基
B.基因是具有遗传效应的 DNA 片段,一个 DNA 分子上可
含有成百上千个基因
C.一个基因含有许多个脱氧核苷酸,基因的特异性是由脱
氧核苷酸的排列顺序决定的
D.染色体是 DNA 的主要载体,一条染色体上只含有 1 个
[解析]在 DNA 分子结构中一个脱氧核糖连接一个碱基,但
多数连接两个磷酸,因为脱氧核苷酸是相连的,脱氧核糖与磷
酸交替连接形成基本的骨架结构。只有 DNA 的两端存在两个
脱氧核糖只连着一个磷酸的情况;当染色体复制后,着丝点未
分裂时,一条染色体上含有 2 个 DNA 分子。 [答案]AD 一、DNA 分子的结构
1.DNA 分子结构图解: 2.图解各部分(序号的)含义:
(1)磷酸:是脱氧核苷酸的重要组成基团,DNA 分子中绝大
部分脱氧核糖都连接 2 个磷酸基团,但 1 个 DNA 分子中只有 2
个游离的磷酸。 (2)磷酸二酯键:是两个脱氧核苷酸相连的化学键,可用限 制酶切断,可用 DNA 连接酶或 DNA 聚合酶连接。 (3)脱氧核糖:是脱氧核苷酸的组成部分。 (4)碱基:共有 4 种,分别是 A(腺嘌呤)、G(鸟嘌呤)、T(胸 腺嘧啶)、C(胞嘧啶)。 (5)碱基对:A 与 T、G 与 C 分别配对,配对遵循碱基互补 配对原则。
(6)氢键:配对的碱基之间通过氢键相连,可用 DNA 解旋
酶断裂,也可用高温断裂。碱基 A 和 T、G 和 C 之间分别有 2
个和 3 个氢键。 (7)脱氧核苷酸:含有磷酸、脱氧核糖和含氮碱基各 1 个, 是 DNA 的基本组成单位,DNA 初步水解产物。 (8)脱氧核苷酸链:两条反向平行的脱氧核苷酸链双螺旋成 DNA 分子。 (9)DNA 的内侧:由碱基对按不同的顺序排列而成,决定了 DNA 的特异性和多样性。 (10)DNA 的外侧:由脱氧核糖和磷酸交替连接而成,构成 DNA 的基本骨架。
(1)由于G 和C 碱基对间含三个氢键,A 和T 间含两个氢键,
因此G 和C 碱基对含量越高,DNA 越稳定,耐高温的能力越
(2)DNA 在高温下解旋后,逐渐恢复低温后又恢复螺旋,其
遗传信息仍存在,可以在肺炎双球菌转化实验中得到体现。 【典例】下图为 DNA 分子结构示意图,对该图的正确描 述是( )细菌_百度百科
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广义的即为。是指一大类无,只存在称作区(nuclear region)(或)的裸露的原始,(eubacteria)和(archaea)两大类群。人们通常所说的即为狭义的,狭义的细菌为的一类,是一类形状细短,结构简单,多以方式进行繁殖的原核生物,是在分布最广、个体数量最多的,是物质的主要参与者。拉丁学名bacteria界细菌界门细菌门基本构成、、核糖体特殊结构荚膜、鞭毛、菌毛直径大小0.5~5μm之间
细菌最早是被人(Antony van Leeuwemhoek,)在一位从未刷过牙的老人牙垢上发现的,但那时的人们认为细菌是自然产生的。直到后来,用鹅颈瓶实验指出,细菌是由中已有细菌产生的,而不是自行产生,并发明了“”,被后人誉为“之父”。[1]
细菌这个名词最初由科学家(Christian Gottfried Ehrenberg,)在1828年提出,用来指代某种细菌。这个词来源于βακτηριον,意为“小棍子”。
1866年,德国动物学家(Ernst Haeckel,)建议使用“”,包括所有(细菌、、和原生动物)。细菌
1878年,外科塞迪悦(Charles Emmanuel Sedillot,)提出“”来描述细菌细胞或者更普遍的用来指体。
因为细菌是,用肉眼无法看见,需要用显微镜来观察。1683年,(Antony van Leeuwenhoek,)最先使用自己设计的显微镜观察到了细菌,大概放大200倍。(Louis Pasteur,)和(Robert Koch,)指出细菌可导致疾病。[1](1)球菌:按其排列方式又可分为、、、八叠球菌,和。
(2)杆菌:细胞形态较复杂,有短杆状、棒杆状、梭状、月亮状、分枝状。
(3)螺旋状:可分为(螺旋不满一环)和(螺旋满2~6环,小的坚硬的)。此外,人们还发现星状和方形细菌。[1]测量细菌大小的单位是微米,球菌直径一般为0.5~1微米,直径与相似。厚度因细菌不同而异,一般为15-30nm。主要成分是,由和构成双糖单元,以β-1,4糖苷键连接成。分子上有四肽侧链,相邻聚糖纤维之间的短肽通过()或()桥接起来,形成了肽聚糖片层,像胶合板一样,粘合成多层。
中的多链在各物种中都一样,而横向短却有种间差异。革兰阳性菌细胞壁厚约20~80nm,有15-50层,每层厚1nm,含20-40%的(teichoic acid),有的还具有少量。革兰阴性菌细胞壁厚约10nm,仅2-3层肽聚糖,其他成分较为复杂,由外向内依次为、和。此外,外膜与细胞之间还有间隙。
是革兰阳性菌细胞壁的主要成分,凡能破坏肽聚糖结构或抑制其合成的物质,都有或杀菌作用。如是N-乙酰胞壁酸酶,抑制转肽酶的活性,抑制肽桥形成。
的功能包括:①保持,提高机械强度;②抑制机械和渗透损伤(革兰阳性菌的细胞壁能耐受20kg/cm2的压力);③介导细胞间相互作用(侵入宿主)④;防止入侵;⑤协助和生长,分裂和;⑥赋予细菌特定的抗原性以及对和的敏感性。
其中还有一些,分为四类:①L型细菌,是指某些在实验室或宿主体内,通过,形成细胞壁缺陷的变异;②,是指在人为条件下(用或青霉素)处理革兰阳性细菌,获得的无壁细胞;③,是指在人为条件下,处理革兰阴性菌,获得的残留部分细胞壁的细胞;④,是指在进化过程中获得的无壁的原核微生物。是典型的单位膜结构,厚约8~10nm,外侧紧贴细胞壁,某些革兰阴性菌还具有细胞外膜。通常不形成,除外,没有其它类似的细胞器,呼吸和的传递链位于细胞膜上。某些行光合作用的原核生物(和),形成结合有色素的内膜,与捕有关。某些革兰阳性细菌质膜内褶形成小管状结构,称为(mesosome)或(图3-11),中膜体扩大了细胞膜的表面积,提高了代谢效率,有拟(Chondroid)之称,此外还可能与的复制有关。细菌和其它原核生物一样,只有,没有,DNA集中在细胞质中的低电子密度区,称或核质体(nuclear body)。细菌一般具有1-4个核质体,多的可达20余个。核质体是环状的双链,所含的遗传信息量可编码种蛋白质,空间构建十分精简,没有。由于没有核膜,因此DNA的复制、的与蛋白质的合成可同时进行,而不像真核细胞那样这些在时间和空间上是严格分隔开来的。
每个细菌细胞约含个,部分附着在细胞膜内侧,大部分游离于中。细菌核糖体的为70S,由大(50S)与小亚单位(30S)组成,大亚单位含有23SrRNA,5SrRNA与30多种蛋白质,小亚单位含有16SrRNA与20多种蛋白质。30S的小亚单位对与很敏感,50S的大亚单位对与很敏感。
细菌核区DNA以外的,可进行自主复制的,称为(plasmid)。质粒是裸露的环状双链DNA分子,所含遗传信息量为2~200个,能进行,有时能整合到核DNA中去。质粒DNA在研究中很重要,常用作与的。
是中的颗粒,起暂时贮存营养物质的作用,包括多糖、、多等。许多细菌的最外表还覆盖着一层物质,边界明显的称为(capsule),如,边界不明显的称为粘液层(slime layer),如。荚膜对细菌的生存具有重要意义,细菌不仅可利用荚膜抵御不良环境;保护自身不受吞噬;而且能有选择地粘附到特定细胞的表面上,表现出对的专一攻击能力。例如,沙门杆菌能专一性地侵犯肠道。细菌荚膜的纤丝还能把细菌分泌的贮存起来,以备攻击靶细胞之用。
另外在细菌入侵时,荚膜可以防止识别细菌,从而存活下来。[1]是某些细菌的运动器官,由一种称为(flagellin)的构成,结构上不同于真核生物的鞭毛。细菌可以通过调整鞭毛旋转的方向(顺和逆时针)来改变。[1]是在某些细菌表面存在着一种比更细、更短而直硬的丝状物,须用电镜观察。特点是:细、短、直、硬、多,菌毛与细菌运动无关,根据形态、结构和功能,可分为和两类。前者与细菌吸附和宿主有关,后者为中空管子,与传递有关。有些细菌在生长发育的后期,个体缩小,细胞壁增厚,形成。芽孢是细菌的休眠体,对不良环境有较强的抵抗能力。小而轻的芽孢还可以随风四处飘散,落在适当环境中,又能萌发成为细菌。细菌快速繁殖和形成芽孢的特性,使它们几乎无处不在。[1]
某些细菌处于不利的环境,或耗尽营养时,形成,又称,是对不良环境有强的,由于芽孢在细菌细胞内形成,故常称为内生孢子。
芽孢的生命力非常顽强,有些湖底沉积土中的芽孢杆菌经500-1000年后仍有活力,的芽孢在pH 7.0时能耐受100℃煮沸5-9.5小时。芽孢由内及外有以下几部分组成:
1.芽孢原生质(spore protoplast,核心core):含浓缩的原生质。
2.(inner membrane):由原来繁殖型细菌的细胞膜形成,包围芽孢原生质。还有细模质。
3.芽孢壁(spore wall):由繁殖型细菌的肽聚糖组成,包围内膜。发芽后成为细菌的。
4.(cortex):是芽孢包膜中最厚的一层,由肽聚糖组成,但结构不同于细胞壁的肽聚糖,交联少,多糖支架中为胞壁酐而不是,四肽由L-Ala组成。
5.(outer membrane):也是由细菌细胞膜形成的。
6.(coat):芽孢壳,质地坚韧致密,由类组成(keratinlike protein),含有大量,具疏水性特征。
7.(exosporium):芽孢外衣,是芽孢的最外层,由脂蛋白及碳水()组成,结构疏松。细菌可以以无性或者两种方式繁殖,最主要的方式是以二分裂法这种的方式:一个细菌细胞细胞壁横向分裂,形成两个子代细胞。并且单个细胞也会通过如下几种方式发生:突变(细胞自身的发生随机改变),转化(无修饰的DNA从一个细菌转移到溶液中另一个细菌中),转染(的或细菌的DNA,或者两者的DNA,通过转移到另一个细菌中),(一个细菌的DNA通过两细菌间形成的特殊的,接合菌毛,转移到另一个细菌)。细菌可以通过这些方式获得DNA,然后进行分裂,将重组的基因组传给后代。许多细菌都含有包含外DNA的质粒。
处于有利环境中时,细菌可以形成肉眼可见的集合体,例如菌簇。
另外,少数革兰阴性菌长有将性状不同的个体细胞的,转移到另一细胞内,使之发生遗传变异的过程。细菌的基因重组有:
1.转化。受菌直接摄取供菌的游离DNA片断,并将它整合到自己的基因组中,而获得供菌部分遗传性状的现象。
2.转导。以噬菌体为,供菌中的DNA片段被带至受菌中,使后者获得部分遗传性状。
3.。当感染其寄主,将噬菌体基因带入寄生基因组时,使后者获得新的性状的现象。当寄生菌丧失该噬菌体时,所获得新的性状亦消失。
4.接合。供菌与受菌通过直接接触或性菌毛介导,供菌的大段DNA(包括质粒)进入受菌,而与后者发生基因重组的现象。
致病性:细菌对的侵犯,包括细菌吸附于体表,侵入组织或细胞,生长繁殖,产生毒素,乃至扩散蔓延以及抗拒寄主的一系列防御机能,造成机体损伤。
吸附:细菌能以它表面的特殊成分和结构附着于寄主体表或各器官的上皮粘膜,如的某些菌株借其表面抗原(K88)吸附于肠上皮,借其表面丝状突出物吸附于尿道上皮,借其表面特异性M于咽部粘膜等。
侵入机体:分三种不同现象:
1.细菌在表面生长繁殖,释放毒素,进入人体,如、等。
2.有些细菌在吸附后,细胞膜上形成裂隙,细菌进入细胞内繁殖产生毒素,使细胞死亡,如和。
3.另有些细菌,通过粘膜进入皮下组织,并进一步扩散如链球菌所致及等。
在体内繁殖:细菌在体内繁殖,要求适合它生长的营养条件和抵抗寄主的能力,如,由于具有,能利用尿素生长,并产生氨损伤组织,所以比其他细菌引起更为严重的。又如布氏杆菌能在胎型绒毛膜和中大量生长,造成,因为组织中有丰富的赤癣醇是布氏杆菌生长的刺。
扩散:某些细菌能产生可溶性物质,分解基质中的,造成皮下扩散,如化脓性链球菌。另外有些细菌如、杆菌,在淋巴结内不被清除,反而能生长繁殖,通过淋巴液扩散至体内其他部位。在机体抵抗力差时,的细菌可侵入血循环造成。
对寄主防御机能的抵抗:如链球菌的、的荚膜、的、结核杆菌的抑制和抵抗溶菌酶的作用,有些致病菌还能产生某些物质杀伤吞噬细胞等,这些均能使细菌在机体内存活而致病。
毒素:有和两类,的毒素和葡萄球菌的即是外毒素(在体外产生)。还有在传染病中起主要作用或起部分致病作用的如白喉、破伤风的毒素以及链球菌的等。引起肠道感染的细菌,可产生一些毒素激活使cAMP增加,肠道分泌增多而致。内毒素是和革兰氏阴性细菌细胞壁相关的多糖蛋白质,复合物,脂多糖是其主要成分,内毒素可以引起微循环灌注不足,、弥漫性毛细血管内凝血和施瓦茨曼氏反应(局部皮肤反应)等。细菌具有许多不同的代谢方式。一些细菌只需要作为它们的,被称作。那些通过光合作用从光中获取的,称为光合自养生物。那些依靠氧化化合物中获取能量的,称为。另外一些细菌依靠形式的碳作为碳源,称为。
光合自养菌包括蓝细菌,它是已知的最古老的生物,可能在制造地球大气的氧气中起了重要作用。其他的进行一些不制造氧气的过程。包括绿,绿非硫细菌,紫硫细菌,紫非硫细菌和太阳杆菌。
正常生长所需要的营养物质包括氮,硫,磷,维生素和金属元素,例如钠,钾,钙,镁,铁,锌和钴。
根据它们对氧气的反应,大部分细菌可以被分为以下三类:一些只能在氧气存在的情况下生长,称为需氧菌;另一些只能在没有氧气存在的情况下生长,称为;还有一些无论有氧无氧都能生长,称为。细菌也能在人类认为是极端的环境中旺盛得生长,这类生物被称为。一些细菌存在于温泉中,被称为;另一些居住在高盐湖中,称为喜盐微生物;还有一些存在于酸性或环境中,被称为嗜酸细菌和嗜碱细菌;另有一些存在于冰川中,被称为。运动型细菌可以依靠鞭毛,细菌滑行或改变浮力来四处移动。另一类细菌,螺旋体,具有一些类似鞭毛的结构,称为,连接的两细胞膜。当他们移动时,身体呈现扭曲的螺旋型。则不具轴丝,但其具有鞭毛。
细菌鞭毛以不同方式排布。细菌一端可以有单独的极鞭毛,或者一丛鞭毛。表面具有分散的鞭毛。
运动型细菌可以被特定刺激吸引或驱逐,这个行为称作,例如,,,趋机械性。在一种特殊的细菌,中,个体细菌互相吸引,聚集成团,形成。并可根据形状分为三类,即:、和(包括、、)。按细菌的方式来分类,分为两大类:和,其中异养菌包括和寄生菌。按细菌对的需求来分类,可分为需氧(完全需氧和微需氧)和(不完全厌氧、有氧耐受和完全厌氧)细菌。按细菌生存温度分类,可分为喜冷、常温和喜三类。细菌的发现者:荷兰商人。细菌很小,只能用显微镜才能看见。细菌
细菌(英语:Bacteria)是的主要类群之一,属于细菌域。细菌是所有生物中数量最多的一类,据估计,其总数约有5×10^30个。细菌的个体非常小,目前已知最小的细菌只有0.2长,因此大多只能在下看到它们。细菌一般是单,细胞结构简单,缺乏、以及膜状胞器,例如线粒体和。基于这些特征,细菌属于(Prokaryota)。原核生物中还有另一类生物称作(Archaea),是科学家依据关系而另辟的类别。为了区别,本类生物也被称做(Eubacteria)。
细菌广泛分布于和水中,或著与其他生物。人体身上也带有相当多的细菌。据估计,人体内及表皮上的细菌细胞总数约是人体细胞总数的十倍。此外,也有部分种类分布在极端的环境中,例如,甚至是废弃物中,它们被归类为,其中最著名的种类之一是海栖热袍菌(Thermotoga maritima),科学家是在意大利的一座中发现这种细菌的。然而,细菌的种类是如此之多,科学家研究过并命名的种类只占其中的小部分。细菌域下所有门中,只有约一半能在培养的种类。
细菌的营养方式有自养及异养,其中异营的腐生细菌是中重要的分解者,使能顺利进行。部分细菌会进行,使元素得以转换为利用的形式。细菌也对有很大的影响。一方面,细菌是许多疾病的,包括、、、、、等疾病都是由细菌所引发。然而,人类也时常利用细菌,例如及的制作、部分的制造及废水的处理等,都与细菌有关。在领域中,细菌有也著广泛的运用。
细菌是一种单细胞,生物学家把这种生物归入“”。细菌细胞的非常像普通植物细胞的细胞壁,但没有。因此,细菌往往与其他缺乏的植物结成团块,并被看作属于“”。细菌因为特别小而区别于其他。实际上,细菌也包括存在着的最小的细胞。此外,细菌没有明显的核,而具有分散在整个细胞内的。因此,细菌有时与称为“”的简单结成团块,蓝绿藻也有分散的,但它还有。人们越来越普遍地把细菌和其他大一些的归在一起,形成既不属于植物界也不属于的一类生物,它们组成生命的第三界——“原生物界”。有些细菌是“病原的”细菌,其含义是致病的细菌。然而,大多数类型的细菌不是致病的,而的确常常是非常有用的。例如,土壤的肥沃在很大程度上取决于住在土壤中的细菌的活性。“”,恰当地说,是指任何一种形式的微观生命。“”一词用得更加普遍,因为它指的是任何一点小的生命,甚至是一个稍大一点的生物的一部分。例如,包含着实际生命组成部分的一个种子的那个部分就是胚芽,因此我们说“小麦胚芽”。此外,和(载着最终将发育成一个完整生物的极小生命火花)都称为“”。然而,在一般情况下,微生物和菌株都用来作为细菌的同义词;而且确实尤其适用于致病的细菌。细菌具有不同的形状。大部分细菌根据形状分为三类:杆菌是棒状;球菌是球形(例如或葡萄球菌);是螺旋形,包括弧菌、螺旋菌和螺旋体。
细菌的结构十分简单,原核生物,没有成形的细胞核,没有膜结构的细胞器例如线粒体和叶绿体,但是有细胞壁,有的细菌还有鞭毛和荚膜,根据细胞壁的组成成分,细菌分为革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌。“革兰氏”来源于丹麦细菌学家革兰(Hans Christian Gram),他发明了。
有些细菌细胞壁外有多糖形成的荚膜,形成了一层遮盖物或包膜。荚膜可以帮助细菌在干旱季节处于休眠状态,并能储存食物和处理废物。鞭毛可以帮助细菌运动。细菌
细菌的分类的变化根本上反应了发展史思想的变化,许多种类甚至经常改变或改名。随着基因测序,基因组学,生物信息学和计算的发展,细菌学被放到了一个合适的位置。最初除了蓝细菌外(它完全没有被归为细菌,而是归为),其他细菌被认为是一类真菌。随着它们的特殊的结构被发现,这明显不同于其他生物(它们都是真核生物),导致细菌归为一个单独的种类,在不同时期被称为原核生物,细菌,。一般认为真核生物来源于原核生物。
通过研究rRNA序列,微生物学家伍兹(Carl Woese)于1976年提出,原核生物包含两个大的类群。他将其称为真细菌(Eubacteria)和古细菌(Archaebacteria),后来被改名为细菌(Bacteria)和(Archaea)。伍兹指出,这两与真核细胞是由一个原始的生物分别起源的不同的种类。研究者已经抛弃了这个模型,但是获得了普遍的认同。这样,细菌就可以被分为几个界,而在其他体系中被认为是一个界。它们通常被认为是一个单源的群体,但是这种方法仍有争议。古细菌(archaeobacteria)(又可叫做或者古菌)是一类很特殊的细菌,多生活在极端的中。具有原核生物的某些特征,如无核膜及内膜系统;也有真核生物的特征,如以起始蛋白质的合成、核糖体对氯霉素不敏感、和真核细胞的相似、DNA具有内含子并结合;此外还具有既不同于原核细胞也不同于真核细胞的特征,如:细胞膜中的脂类是不可皂化的;细胞壁不含肽聚糖,有的以蛋白质为主,有的含,有的类似于肽聚糖,但都不含、D型氨基酸和。
①温度。细菌对低温的较强,大多数细菌在(-190℃)或(-252℃)下可保存多年。对细菌有明显的杀伤作用,大多数无菌在100℃煮沸时立即死亡,而有芽孢的细菌对高热有抗力,如炭疽芽孢可耐受煮沸5-15分钟,比干热效果强,因为湿热灭菌渗透性大。
②干燥。大多数细菌的繁殖体在干燥空气中很快死亡,有些菌如对干燥耐力强,在干痰中保存数月后仍有传染性,干燥不能作为有效的手段,只能用于保存食物,但细菌在&15%、真菌在湿度&5%时,均不利其生长,因此干燥的食物可保持相当一段时间而不坏。
③。紫外线对细菌的作用包括及致死,的波长260μm时作用最强。主要作用于细菌的DNA,但紫外线的穿透力很弱,一薄层盖玻片就能吸收大部分紫外线,紫外线适量照射可以杀死细菌,但在照射后3小时再用可见光照射,则部分细菌又能恢复其活力,这种现象称为光复活作用。可见光杀菌作用虽不大,但在通过某些染料时,染料放出的荧光具有与紫外线同样的作用,可杀死细菌,称为光感作用。其原理尚不太清楚。
④射线。可以放出α、β、γ三种射线。穿透力强,在几秒钟内就能灭菌;穿透力比α、β射线都强,但对细菌作用弱,消毒需要的时间长;穿透力弱,有杀菌和抑菌作用。电离射线损伤细胞的DNA,使细胞死亡,通过介质时还可引起猛烈冲击。其他影响的溶液如、、等也可使一些细菌不生长或。域:原核生物域 Bacteria
Thermodesulfobacteria
Deinococcus-Tmus
Chrysiogenetes
Chloroflexi
Thermomicrobia
Nitrospirae
Deferribacteres
Cyanobacteria
Proteobacteria
Firmicutes
Actinobacteria
霉菌门Planctomycetes
Chlamydiae
Spirochaetes
Fibrobacteres
Acidobacteria
Bacteroidetes
黄杆菌门Flteria
鞘脂杆菌门Sphingobacteria
Fusobacria
Verrucomicrob
Dictyoglomi
Gemm细菌对环境,人类和动物既有用处又有危害。一些细菌成为病原体,导致了、伤寒、、、和。在植物中,细菌导致叶斑病、火疫病和萎蔫。感染方式包括接触、空气传播、食物、水和带菌微生物。病原体可以用处理,抗菌素分为杀菌型和抑菌型。
细菌通常与及其他种类的真菌一起用于酦酵食物,例如在醋的传统制造过程中,就是利用空气中的(Acetobacter)使酒转变成醋。其他利用细菌制造的食品还有、、、醋、酒、优格等。细菌也能够分泌多种,例如链霉素即是由(Steptomyces)所分泌的。
降解多种的能力也常被用来清除污染,称做生物复育(bioremediation)。举例来说,科学家利用嗜菌(methanotroph)来分解美国的三氯和污染。
细菌也对人类活动有很大的影响。例如奶酪及优格的制作、部分抗生素的制造、的处理等,都与细菌有关。在领域中,细菌有也着广泛的运用。生物学家预言,21世纪将是造福人类的时代。说起细菌发电,可以追溯到1910年,英国植物学家利用铂作为放进的培养液里,成功地制造出世界上第一个。1984年,美国科学家设计出一种太空飞船使用的细菌电池,其电极的活性物质是宇航员的和活细菌。不过,那时的细菌电池放电效率较低。到了20世纪80年代末,细菌发电才有了重大突破,英国化学家让细菌在电池组里分解分子,以释放电子向阳极运动产生电能。其方法是,在糖液中添加某些诸如染料之类的作为,来提高输送电子的能力。在细菌发电期间,还要往电池里不断地充气,用以搅拌细菌培养液和氧化物质的混合物。据计算,利用这种细菌电池,每100克糖可获得1352930库仑的电能,其效率可达40%,远远高于使用的电池的效率,而且还有10%的潜力可挖掘。只要不断地往电池里添入糖就可获得2安培电流,且能持续数月之久。
利用细菌发电原理,还可以建立细菌发电站。在10米见方的立方体盛器里充满细菌培养液,就可建立一个1000千瓦的细菌发电站,每小时的耗糖量为200千克,发电成本是高了一些,但这是一种不会污染环境的&绿色&电站,更何况技术发展后,完全可以用诸如锯末、秸秆、落叶等废弃的有机物的物来代替糖液,因此,细菌发电的前景十分诱人。
各发达国家如八仙过海,各显神通:美国设计出一种综合细菌电池,是由电池里的首先利用太阳光将二氧化碳和水转化为糖,然后再让细菌利用这些糖来发电;将两种细菌放入电池的特制糖浆中,让一种细菌吞食糖浆产生醋酸和有机酸,而让另一种细菌将这些酸类转化成,由氢气进入发电;英国则发明出一种以为电池液,以铂金为电极的细菌电池。
而且,各种不同的细菌电池相继问世。例如有一种综合细菌电池,先由电池里的单细胞藻类利用日光将二氧化碳和水转化成糖,然后再让细菌利用这些糖来发电。还有一种细菌电池则是将两种细菌放入电池的特制糖浆中,让一种细菌吞食糖浆产生醋酸和有机酸,再让另一种细菌将这些酸类转化成氢气,利用氢气进入磷酸燃料电池发电。
人们还惊奇地发现,细菌还具有捕捉太阳能并把它直接转化成电能的&特异功能&。美国科学家在和大盐湖里找到一种嗜盐杆菌,它们含有一种紫色素,在把所接受的大约10%的阳光转化成化学物质时,即可产生电荷。科学家们利用它们制造出一个小型实验性太阳能细菌电池,结果证明是可以用嗜盐性细菌来发电的,用盐代替糖,其成本就大大降低了。由此可见,让细菌为人类供电已不是遥远的设想,而是不久的现实。身体大肠内的细菌靠分解内部的废弃物生活。这些东西由于不可消化,人体系统拒绝处理它们。这些细菌自己装备有一系列的酶和新陈代谢的通道。这样,它们能够继续把遗留的有机化合物进行分解。它们中的大多数的工作都是分解植物中的。大肠内部大部分的细菌是厌氧性的细菌,意思就是它们在没有氧气的状态下生活。它们不是呼出和呼入氧气,而是通过把的分解成为小的分子和二氧化碳来获得。这一过程称为“发酵”。
一些脂肪酸通过大肠的肠壁被重新吸收,这会给我们提供额外的能源。剩余的脂肪酸帮助细菌迅速生长。其速度之快可以使它们在每20分钟内繁殖一次。因为它们合成的一些和比它们需要的多,所以它们非常慷慨地把多余的维生素供应给它们这个群体中其他的生物,也提供给你——它们的宿主。尽管你不能自己生产这些维生素,但你可以依靠这些对你非常友好的细菌来源源不断供应给你。
科学家们刚刚开始明白这一集体中不同的细菌之间的复杂关系,以及它们同人这个宿主之间的相互作用。这是一个动态的系统,随着在饮食结构和年龄上的变化,这一系统也做出相应的调整。你一出生就开始在体内汇集你所选择的细菌的种类。当你的饮食结构从变为牛奶,又变成不同的固体食物时,你的体内又会有新的细菌来占据主导地位了。
积聚在大肠壁上的细菌是经历过艰难旅程后的。从口腔开始经过小肠,他们受到消化酶和强酸的袭击。那些在完成旅行后而安然无恙的细菌在到达时会遇到更多的障碍。要想生长,它们必须同已经住在那里的细菌争夺空间和营养。幸运的是,这些“友好的”细菌能够非常熟练地把自己粘贴到大肠壁上任何可利用的地方。这些友好的细菌中的一些可以产生酸和被称为“”的抗菌化合物。这些细菌素可以帮助抵御那些令人讨厌的细菌的侵袭。
那些友好的细菌能够控制更危险的细菌的数量,增加人们对“前生命期”食物的兴趣。这种食物含有培养菌,就是其中的一种。在你喝下一瓶酸奶的时候,检查一下标签,看一看哪种细菌将会成为你体内的下一批客人。这就是。2010年3月,据《》报道,美国科学家发现,生长在每个人手上的细菌也是独一无二的!警方通过辨识它们,同样可以获得破案线索。
美国的科学家开展了一项研究,他们分别从三个人的指尖与他们个人电脑的键盘和鼠标上采集细菌样本,然后又从数量众多的,他们未接触过的键盘、鼠标上采集细菌样本。经过对这些样本的DNA比较,科学家们发现,在三人未接触过的电脑部件上找不到存活于三人双手上的细菌。科学家还发现,在室温条件下,手上的细菌离开人体还可以存活两周左右。另外,细菌非常强大,即使我们用杀菌力超强的香皂洗手,它们也能在几小时内“死灰复燃”。1975年,博士在实验中发现了一个怪现象,当他在显微镜下观察含有微生物的水滴时,发现有些细菌很快地向显微镜靠北的一边移动。布莱克摩尔博士以为实验靠北面的窗子射入了更多的光线,诱使这些小东西朝北游动。于是,他换了一个位置,观测到的现象却与先前一样。他又试验了其他几种有可能影响细菌游动方向的因素,细菌并不受这些因素的影响仍旧向北游动。
布莱克摩尔想到鸽子能够依靠地球磁场来为自己导航的现象,他从中得到启示,是否是磁场影响了这些细菌的游动方向呢?他决定用磁铁试一试。当他在显微镜附近放一块磁铁再观察时,看到细菌朝磁铁的北极方向游去。
科学家们又在南半球发现了向南的细菌。科学家还发现,南半球的细菌大多向南运动,赤道附近的细菌向两级的数目大致相同。细菌体中有一块很小很小的(Fe3O4,即,俗称磁铁)常用的细菌牛肉膏0.3克,蛋白胨1.0克,氯化钠0.5克,1.5克,
在烧杯内加水100毫升,放入牛肉膏、和,用蜡笔在烧杯外作上记号后,放在火上加热。待烧杯内各组分溶解后,加入琼脂,不断搅拌以免粘底。等琼脂完全溶解后补足失水,用10%或10%的调整pH值到7.2~7.6,分装在各个试管里,加棉花塞,用30分钟。取新鲜牛心(除去和血管)250克,用刀细细剁成肉末后,加入500毫升和5克蛋白胨。在烧杯上做好记号,煮沸,转用文火炖2小时。过滤,滤出的肉末干燥处理,调到7.5左右。每支试管内加入10毫升肉汤和少量碎末状的干牛心,灭菌,备用。 10克 磷酸氢二钾 0.5克
碳酸钙 3克 硫酸镁 0.2克
酵母粉 0.4克 琼脂 20克
水 1000毫升 1%结晶紫溶液 1毫升
先把加水煮沸溶解,然后分别加入其他组分,搅拌使溶解后,分装,,备用。细菌是非常古老的生物,大约出现于37亿年前。
真核生物细胞中的两种:和,通常被认为是来源于细菌。
微生物大量分布于有食物,潮湿,合适的温度,适于它们繁殖和生长的地方。细菌可以被从一个地方带到另一个地方。人体是大量细菌的栖息地;可以在表面、、、和其他身体部位找到。它们存在于人类呼吸的空气中,喝的水中,吃的食物中。
细菌广泛分布于土壤和水中,或者与其他生物共生。
归类为嗜极生物其中最著名的种类之一是海栖热袍菌(Thermotogamaritima),只有约一半包含能在实验室培养的种类。细菌的营养方式有自营及异营。《GERMS!GERMS!GERMS!》(《细菌!细菌!细菌!》)的故事书。[美]bobbi katz(鲍比·卡兹)
《瘟疫的力量 ——人类与微生物的殊死斗争》[德]克劳迪娅·艾伯哈特-麦兹格 雷拉德·瑞斯 合著
《Methods in Practical Laboratory Bacteriology》Henrik Chart (Editor}《鼠疫》
《致命拜访》妮科尔基德曼
《12只猴子》
《刀锋战士2》
《生化危机》
《卡桑德拉大桥》   《屋顶上的轻骑兵》   《恐怖地带》   《惊变28天》
《末日病毒》大部分细菌是分解者,处在生物链的最底层。还有一部分细菌是消费者和生产者。比如硫细菌,等,他们是异养型,属于生产者,可以利用硫铁等制造自身需要的有机物。而则是消费者,它们与,消耗豆科植物光合作用所生产的有机物,因此为消费者。当然,细菌最主要的作用还是分解者,如果没有细菌真菌等微生物,世界将是的海洋。病毒:构造很简单,外面是一层蛋白质,称为病毒外壳。蛋白质外壳内部包裹着病毒的遗传物质,可以是DNA,也可以是RNA。病毒自己不能完成,也不能完成繁殖,需要寄生在其它细胞内完成。病毒和细菌的绝大部分是对人类没有害的,有害的只是很小的一部分。
病毒和细菌可以通过结膜到达血液中,说明它能够抵抗的消化降解。细菌和病毒共有的生物元素是C、H、O、N、P。细菌一般可在特定培养基上培养,而病毒一般不能。细菌和真菌的名称中均有一个“菌”字,同属微生物,但两者在生物类型、结构、大小、增殖方式和名称上却有着诸多不同。比较如下:
1.生物类型:一是就有无成形的细胞核来看:细菌没有包围形成的细胞核,属于原核生物;真菌有核膜包围形成的细胞核,属于真核生物。二是就组成生物的细胞数目来看:细菌全部是由单个细胞构成,为单细胞型生物;真菌既有由单个细胞构成的单细胞型生物(如酵母菌),也有由多个细胞构成的型生物(如食用菌、等)。
2.细胞结构:细菌和真菌都具有细胞结构,属于细胞型生物,在它们的细胞结构中都具有细胞壁、、,但却存在诸多不同,具体表现在:一是细胞壁的成分不同:细菌细胞壁的主要成分是,而真菌细胞壁的主要成分是。二是细胞质中的细胞器组成不同:细菌只有核糖体一种细胞器;而真菌除具有核糖体外,还有、、线粒体、等多种细胞器。三是细菌没有成形的细胞核,只有拟核;真菌具有。四是细菌没有染色体,其DNA分子单独存在;真菌细胞核中的DNA与蛋白质结合在一起形成染色体()。
3.细胞大小:原核细胞一般较小,直径一般为1μm~10μm;真核细胞较大,直径一般为10μm~100μm。
4.增殖方式:细菌是原核生物,为单细胞型生物,通过而增殖,具有原核生物增殖的特有方式——二分裂;真菌为真核生物,细胞的增殖主要通过进行,因真菌种类的不同其个体增殖方式主要有(如酵母菌)和()等方式。
5.名称组成:尽管在细菌和真菌的名称中都有一个菌字,但细菌的名称中一般含有:球、杆、弧、螺旋等描述细菌形态的字眼,只有例外(实为);而真菌名称中则不含有。临床在检验医学中具有特殊的位置,主要表现在它的高风险性(如培养结果正确与否直接关系到患者的生死)、高干扰性(如标本采集、运送等过程中的诸多因素都会干扰检出率和正确率)、高技术性和高严谨性(准确表达、报告和解释结果直接影响治疗的成败)。因此,细菌培养和药敏试验等属于高度复杂的试验范畴。
由于致病菌的多样性和变异性,临床细菌学始终是一门知识更新和发展较快的学科。为此,从事临床细菌检验的医师和技师必须具有较好的业务素质和敬业精神,要勤于学习和探索,要有严谨求实的作风和对新事物的敏感性,这是高质量完成细菌检验任务的首要条件。
细菌检验的全面质量管理是一个连续的质量管理过程,包括从患者准备,申请单书写,标本采集、标识、保存、运送、处理和检验,结果分析和报告,直至医师的理解和应用(诊治)。为了有效地对这一过程进行全面质量管理,本文从检验前、检验中和检验后三个方面提出相关要求。(一)检验项目的申请
细菌检验项目的申请要有针对性和合理性。临床医师应在熟悉人体各部位正常菌群以及常见致病菌的基础上,结合感染患者的症状、体征,科学地提出检验申请。对于有感染迹象者(WBC增高,中性粒细胞升高,CRP&20mg/L等),应尽快申请做与,并力争在使用抗菌药物之前送检标本,以便及时获得致病菌的有关资料和药敏结果,正确选用抗菌药。对于低临床价值的细菌标本,如口腔和肠内容物、直肠周围脓肿、褥疮、多毛的脓肿、恶露、呕吐物、Foley导管尖等,由于易受正常菌群的污染,细菌培养价值较低,一般不做细菌培养;必须申请细菌培养时,其结果应结合临床分析。由于细菌检验的特殊性,细菌检验申请单必须提供临床信息,特别应说明患者是否使用过抗菌药以及使用过何种抗菌药,以便于实验室有的放矢地抵消抗菌药的作用,提高细菌培养阳性率。
(二)检验标本的采集、保存、运送和验收
1.患者的准备 主要包括两个方面:一是做好采集部位的清洁和消毒工作,防止正常菌群的污染;二是耐心细致地交待患者,使其主动配合以便采集到有价值的标本。
2.标本采集 标本正确采集十分重要,其目的是千方百计捕捉病原菌并保持其活性,以提高检出率,同时又要尽可能避免非病原菌的污染和干扰。为此,要根据各种感染性疾病和目标病原菌的不同特点,正确合理地确定采样部位、时机和次数。要选用恰当的采样器材并严格按规范操作。一般来讲,采样量多一些有利于病原菌的检出,但应以不影响患者健康和便于操作为前提,因此采样量要恰当。
3.标本保存与送检 盛标本的容器应无菌、不漏和便于密封。要根据目标病原菌的特点决定是否使用保菌液、运送液或增菌液,以及选择何种保菌液、运送液或增菌液。标本采集后应尽可能立即送检。如不能及时送检,要根据目标病原菌的特点确定保存条件(如温度等),在规定的时间内送到实验室。
4.验收和登记 标本的验收和登记要有专人负责。验收的内容主要包括:采样时间与送检时间(注意时间间距)以及送检条件是否符合保存致病菌活力的要求;盛标本容器是否有溢漏和污染;申请单是否填写完整;标本标识是否与申请单一致和唯一等。对不合格的标本要拒收,并向送检医护人员说明拒收原因,告知正确送检的要求,嘱其重新采集和送检标本。
以上各项均与细菌检验的质量密切相关,检验科(细菌室)应与临床科室通过共同研讨,认真制定有关的要求和标准操作程序,并严格执行。(一)致病菌分离鉴定
1.标本(细菌)的接种、分离和鉴定
根据标本和检验目的的不同接种不同的培养基。对阳性培养要分离纯化,然后进行分群和种属鉴定。整个操作过程要按标准操作程序(SOP)进行,不得随意更改操作程序,对于疑难菌株,要查阅文献、组织会诊,不能草率作出结论。
2.检验过程的记录和结果报告
检验过程中所见现象和发现的问题,均应如实地记录,以便于分析实验结果,作出正确结论和发出可信的报告,亦可作为今后总结和改进工作的依据。所发报告内容要登记,以便查询;如原(初步)报告有误或不完善,应发纠正报告。
(二)药敏试验质控
药敏试验应严格按最新发布的NCCLS所规定的、操作方法、药敏纸片和判定标准进行。为了监控试验过程的质量,必须做好药敏质控。
1.常用的药敏质控标准菌株
NCCLS从美国菌种收集中心(ATCC)选择推荐了一些菌株作为质控标准株(见表1)。
2.质控株的保存
尽管质控标准株比其他一些菌株药敏结果是相对稳定的,但反复多次的传代不可避免地会造成菌株的变异。为防止变异,必须将标准株冻干保存。每月从冻干株中复苏1次,种入大豆胰酶消化肉汤中(厌氧菌可用GAM肉汤等)作为工作株。工作株可存于4℃~8℃,并于每周转种1次。通常工作株转种4~5次后即须弃去。在质控中,如发现工作株结果有疑问,应予以更换。反复传代亦易使其敏感性变异,特别是铜绿假单胞菌(ATCC 27853),将会丢失对脲基青霉素的敏感性。如无冻干条件时,可将质控株置入:①含10~15%甘油的大豆胰酶消化肉汤,或②脱纤维羊(或兔)血,或③脱脂奶,或④含50%小牛血清的肉汤,存于-20℃以下环境中(最好-60℃以下),亦可防止变异。
3.药敏质控方法
质控株应每天随临床分离株一道进行药敏试验,质控株的药敏结果如果在质控允许范围内(参见最新CLSI文件),说明实验条件符合要求,结果可信;若药敏结果在质控允许范围外,则实验中可能存在差错。由于质控允许范围的最大值与最小值是质控株在标准条件下多次重复实验的95%可信限,故20次连续质控结果中仅允许1次落在范围外,但不能偏离质控允许范围中间值[(最大值+最小值)/2]4个标准差。由于允许范围恰好包括4个标准差,故落在允许范围外的抑菌圈直径一定要在离中间值一个允许范围(中间值±1个允许范围)之内。此外,20次或更多次药敏结果的平均值应接近中间值。如果20次连续质控结果中≥2次或30次中有≥4次结果超出了允许范围,则提示实验过程中存在问题,必须查找原因加以解决。常规的药敏质控可按下法进行:连续测定某药对质控株的药敏结果,每天一次,共测20或30天,取得20或30个值。⑴如果20个值中仅有一个值,或30个值中仅有三个以下的值超出允许范围,则结果基本可信,可改每天质控一次为每周一次。此后,若某周出现一次质控值超出允许范围,则于当天查找原因(包括用错纸片和质控株,菌株污染,孵育条件错误等),经纠正明显错误后重测,如结果在允许范围内可继续每周一次的质控;如未能找出明显原因则需采取立即纠正措施:连续质控五天,每天一次:①若五次结果皆在允许范围以内,则继续每周一次的质控;②五次结果只要有一次失控,则存在系统误差,需进行增加的纠正措施:查找到原因,然后改每周一次质控为每天一次,完成20(或30)天质控,其间失控次数若在一次(或三次)以内,则再改为每周一次。⑵如果有两个(或四个)以上的值超过允许范围,则继续做每天一次的质控。⑶每当改变试剂、药敏纸片和培养基等时,均要重新进行连续20(或30)天的质控。⑷每次失控均要查找原因,纠正后才能发出报告。
(三)培养基、试剂和染色的质控
1.培养基的质控
无论是自制的还是商业购买的,都应注明生产日期和效期。培养基的质控主要包括以下四个方面:①无菌试验,每批培养基在高压或过滤除菌后均要抽取样本进行培养,以证实无菌生长。②支持生长试验,以适宜的菌株接种,经培养应生长良好。③选择和抑制生长试验,对选择性培养基应至少分别选1株可生长、1株被抑制菌进行接种培养,可生长菌应生长良好,被抑制菌应不能生长。④生化反应培养基至少应分别选阳性和阴性反应菌株各1株,以证实应有的反应。常用的质控菌见表2,请正确选用。
2.生化反应试纸和试剂的质控
试纸和试剂无论是外购的还是自制的,在使用时一定要注明开启时间和失效期。测定代谢产物的试纸或试剂,要用已知阳性和阴性的菌株进行测试,并作好测试记录。测定代谢产物的试剂,要防止细菌的污染。触酶、、试剂在开瓶时以及使用中,每天至少要分别用一阳性和阴性菌测试1次。杆菌肽、Optochin、ONPG、XV纸片(条)在开瓶时以及使用中,每周至少要分别用一阳性和阴性菌测试1次(XV纸片仅做阳性菌)。用于分枝杆菌鉴定的试剂在开瓶或配制时,以及每次使用时,均要做阳性菌对照(铁的摄取试验还要做阴性对照)。抗血清在开瓶时和使用中每月需分别用阳性反应和阴性反应菌做1次测试。抗原检测试剂和DNA探针在每次操作时,均要设阴、阳性对照。其他试剂和纸片仅在开瓶或配制时,做1次阴、阳性反应测试即可。各种常用试纸和试剂的质控菌和预期结果见表3。
3.染色的质控 常用染色的质控要求见表4,质控结果应作好记录。
(四)仪器设备质量监测
实验室内的各种仪器设备的运行情况,应每天进行监测,每一仪器均要有专人按使用说明书要求进行维护保养,仪器上要附有运行记录卡,每天由维护保养人记录温度等指标的变化情况。一旦发现异常或失控,应立即查找原因并进行维修。[2-4]
(五)积极参加室间质评
要按规定参加细菌学的室间质评,对实验室质控水平进行全面评估,不断提高检测水平。检验工作完成后,要综合检验结果,正确及时地发出报告。阳性结果应先通知医师,以争取时间抢救患者。对于可疑的阴性结果或与临床不符的结果,要与医师共同探讨,找出可能的原因,不断提高诊断水平。对于所分离的特殊菌株,最好设法保存,以利于今后的研究工作。经常征求医护人员和患者的意见,加强相互间的沟通,重视医师和患者的投诉和抱怨,定期对质量管理工作进行评价,作出书面总结。要求全体检验人员都知道存在的问题和克服的办法,不断调整和改进质量管理体系。
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