清大水處理微生物學課件第2章 非細胞微生物－病毒

第二章非細胞微生物－病毒主要內容：病毒的形態結構病毒的繁殖病毒存活的影響因素去除和破壞水中病毒的方法一、病毒的定義病毒：一類由核酸和蛋白質等少數幾種成分組成的超顯微“非細胞型微生物”，其本質是一種只含DNA或RNA的遺傳因子。

病毒與其他細胞型微生物包括原核微生物和真微生物有著體態、結構、化學組成、生命方式等多方面的明顯區別。第一節病毒的形態結構及分類二、病毒的特點形體極其微小，需用電子顯微鏡觀察沒有細胞構造，又稱“分子生物”每種病毒只含一種核酸，DNA或RNA以核酸和蛋白質的裝配實現大量繁殖專性寄生，寄主細胞內才表現出生命特征無蛋白質和核酸合成酶系，利用宿主細胞內的代謝系統離體條件，為無生命的生物大分子，長期保持侵染活力對抗生素不敏感，對干擾素敏感有的病毒核酸可整合到宿主基因組，誘發潛伏性感染擬病毒：只含有不具獨立侵染性的RNA或DNA組分非細胞生物真病毒：至少含有核酸和蛋白質兩種組分亞病毒類病毒：只含獨立侵染性的RNA組分朊病毒：只含單一蛋白質組分三、病毒的分類1、按組分和侵染性分類：2、按專性宿主分類：動物病毒寄生在人體和動物體內，引起疾病艾滋病病毒非典冠狀病毒肝炎病毒引起的疾病有：流感、艾滋病、麻疹、腮腺炎、甲肝、乙肝等植物病毒

寄生在植物體內，引起疾病如煙草花葉病、番茄叢矮病、馬鈴薯退化病、水稻萎縮病和小麥黑穗病等煙草花葉病毒細菌病毒－噬菌體

1917年D.Herelle在人的糞便中發現；環境毒理學中將其作為模式病毒；可評價水與廢水的處理效率；殺菌。噬菌體放線菌病毒寄生于放線菌，可使放線菌細胞裂解的病毒。藻類病毒－噬藻體真菌病毒DNA病毒細小病毒組的成員一般是ssDNA

其余病毒都是dsDNARNA病毒呼腸孤病毒組的成員是dsRNA

其余的病毒都是ssRNA注：動物病毒以線狀的為dsDNA和ssRNA多，植物病毒以ssRNA為多，噬菌體以線狀的為dsRNA多3、按核酸分類1.病毒的大小

多數能通過細菌過濾器，直徑多數在100nm（20～200nm）上下；

最大的病毒：牛痘苗病毒，直徑最大300nm最小的病毒：口蹄疫病毒，直徑10～22nm四、病毒的形態和結構2.病毒的形態

動物病毒的形態有：球形、卵圓形、磚形等植物病毒的形態有：桿狀、絲狀和球狀噬菌體的形態有：蝌蚪狀和絲狀粘病毒痘病毒皰疹病毒噬菌體病毒的形態和相對大小付粘病毒槍彈性病毒冠狀病毒五、病毒的化學組成和結構（一）化學組成

蛋白質和核酸個體大的病毒除含蛋白質和核酸，還含脂類和多糖2、病毒的核酸RNA多為ss，DNA多為ds1、病毒的蛋白質結構蛋白：位于顆粒外表，起保護作用；決定病毒的抗原性病毒粒子的結構圖(二)形態結構病毒粒子有兩種：不具被膜的裸露病毒粒子在核衣殼外面有被膜包圍所構成的病毒粒子病毒粒的對稱體制

病毒粒的對稱體制只有兩種，即螺旋對稱和二十面對稱；另外一些結構復雜的病毒，實質上是上述兩種對稱結合的結果，也稱為復合對稱。

二十面對稱代表病毒為腺病毒（Adenovirus）二十面體腺病毒模式圖B.螺旋對稱型代表病毒為煙草花葉病毒（TMV）該病毒核酸外由蛋白質衣殼包裹和保護，結構十分穩定，室溫下保存50年不喪失侵染力TMV模式圖C.復合對稱型二十面體對稱螺旋對稱代表病毒為T偶數噬菌體，有3種，即T2、T4和T6T系噬菌體模式圖病毒不存在個體的生長過程，只有兩種基本成分的合成和進一步的裝配過程（同種病毒粒之間沒有年齡和大小之分）動物病毒、植物病毒和噬菌體的繁殖過程基本相似第二節病毒的繁殖吸附、侵入、增值（復制與生物合成）、粒子成熟（裝配）、寄主細胞裂解（釋放）。

以大腸桿菌T系噬菌體為例噬菌體與大腸桿菌相對大小病毒繁殖過程分為5個階段：1.吸附

T系噬菌體以尾部末端吸附到敏感細胞表面的某一特定的化學成分；吸附位點：受體、性菌毛等過程：隨機碰撞、尾絲散開、固著、刺突插入、基板固定侵入2.侵入尾絲展開、釋放溶菌酶，水解細胞壁的肽聚糖形成孔，尾鞘消耗ATP獲得能量而收縮將尾髓壓入大腸桿菌細胞，尾髓將頭部的DNA注入宿主細胞3.復制與生物合成DNA病毒的復制（1）核酸復制（宿主DNA降解）（2）核酸轉錄（3）蛋白質合成RNA病毒的復制4.裝配

DNA分子的縮合通過衣殼包裹DNA而形成頭部尾絲，尾管和尾鞘獨立裝配完成頭部與尾部相結合裝上尾絲尾管和尾鞘裝成尾部5.噬菌體的釋放

噬菌體粒子成熟后，其水解酶水解宿主細胞壁而使宿主細胞裂解，噬菌體粒子被釋放，進而重新感染新的宿主細胞。噬菌體的釋放第二節病毒的生長規律一步生長：瞬間爆發，過程可重復進行噬菌斑：烈性噬菌體在混有大量活敏感菌的瓊脂培養基中，經培養后，肉眼可見在布滿宿主細胞的菌苔上，有一個個不長菌的斑塊以時間為橫坐標，噬菌斑為縱坐標得到一步生長曲線一步生長曲線平穩期成熟期潛伏期隱晦期裂解量：每個感染細菌平均釋放的噬菌體顆粒的數量裂解期平均噬菌斑數÷潛伏期的噬菌斑數與裂解時間有關病毒的溶原性a、烈性（毒性）噬菌體：進入宿主細胞后進行復制增殖，導致宿主細胞裂解的噬菌體。b、溫和噬菌體：噬菌體吸附或侵入細胞后，其DNA只整合在宿主核染色體組上，并可長期隨宿主DNA的復制而同步復制，一般不進行增殖或引起宿主細胞裂解的噬菌體。根據噬菌體進入宿主細胞后的行為分為：宿主DNA噬菌體DNA噬菌體DNA和宿主染色體整合病毒的溶原性反應原噬菌體

在溶原細菌細胞內的溫和噬菌體核酸稱為原噬菌體。原噬菌體隨宿主細胞分裂傳給子代細胞。原噬菌體沒有感染力，一旦脫離溶原性細菌的染色體后即恢復復制能力，形成毒性噬菌體。溶源性細菌含有原噬菌體的細菌稱為溶源性細菌。烈性噬菌體－敏感細菌－裂解反應溫和噬菌體－原噬菌體－溶源性反應－溶源性細菌溶原性噬菌體的命名

在相應菌株的名稱后加括號，括號內寫上λ，如：大腸桿菌溶原性噬菌體的全稱

EscherichiacoliK12(λ)株名表示溶原性噬菌體第三節病毒在水中存活的影響因素一、物理因素溫度、光及其它輻射、濕度二、化學因素化學物質、抗體、干擾素三、生物因素其它生物產生的抗菌物質一、物理因素對病毒的影響1.溫度宿主細胞外的病毒，55～65℃范圍內1h可滅活高溫滅活病毒的機理高溫使病毒的核酸和蛋白質均受損傷，但滅活蛋白質更快；蛋白質變性阻礙了病毒吸附在宿主細胞上，削弱其感染力。注：低溫不會滅活病毒，通常在－75℃保存病毒。2.光及其他輻射（1）紫外輻射

滅活部位是病毒的核酸，使核酸中的嘧啶環受到影響。（2）可見光在天然水體和氧化塘中，日光對腸道病毒有滅活作用。（3）離子輻射

X射線、γ射線等3.干燥

控制環境中病毒的重要因素。土壤中，水分含量低于10％時，病毒會迅速滅活。污泥中，當固體含量大于65％時，病毒量減低。

相對濕度（RH）病毒存活時間7％腺病毒2型8周柯薩奇病毒B32周35％腸病毒20周體外滅活：酚、低滲緩沖溶液、甲醛、亞硝酸、醚類、十二烷基硫酸鈉、氯仿、強酸、強堿、pH及其他氧化劑等。體內滅活：抗體和干擾素二、化學因素對病毒的影響體外滅活1.破壞病毒蛋白質的化學物質酚、低滲緩沖溶液環境2.破壞核酸的化學物質甲醛、亞硝酸、氨3.影響病毒脂類被膜的化學物質醚、十二烷基硫酸鈉、氯仿等體內滅活1.抗體－直接作用宿主產生的特異蛋白（病毒是抗原）2.干擾素－間接作用宿主產生的糖蛋白，進而誘導抗病毒蛋白產生三、生物因素對病毒的影響鏈霉菌、青霉菌、藻類等會分泌一些抗菌物質。但是，各種鏈霉菌產生的抗生素對大多數病毒無滅活作用。藻類產生的抗菌物質如丙烯酸和多酚對病毒有滅活作用。枯草桿菌、大腸桿菌和銅綠假單胞菌等三種菌顯示抗病毒的活性，病毒的蛋白衣殼可被用作細菌的生長底物。四、去除和破壞水中病毒的方法1.水體中病毒的存活溫度是主要影響因素，與病毒類型有關（教材P15）2.污水處理過程中對病毒的去除一級處理：物理過程（過篩，除渣，初級沉淀去除固體廢物）去除病毒效果差，30％左右