微生物學(xué)-緒論

1、1.1 What are the microbe and microbiology? 1.2 The history of microbiology 1.3 The importance of Microbiology 1.4 Important events in the development of microbiology 一、微生物 （一）概念：微生物是一類形體微小、單細(xì)胞或個體較為簡單的多 細(xì)胞，甚至無細(xì)胞結(jié)構(gòu)的低等生物的總稱。 簡單地說是人們對 肉眼看不見的細(xì)小生物的總稱。 指顯微鏡下的才可見的生物，它不是一個分類學(xué)上的名詞。但其中 也有少數(shù)成員是肉眼可見的，例如近年來發(fā)現(xiàn)有的細(xì)菌

2、是肉眼可 見的， 1993 年正式確定為細(xì)菌的 Epulopiscium fishlsoni 以 及 1998 年報道的 Thiomargarita namibiensis ，均為肉眼可 見的細(xì)菌。所以上述微生物學(xué)的定義是指一般的概念，是歷史的 沿革，但仍為今天所適用。 The word microbe (microorganism) is used to describe an organism that is so small that, normally, it cannot be seen without the use of a microscope. Viruses, bacter

3、ia, fungi, protozoa and some algae are all included in this category. 細(xì)胞結(jié)構(gòu)核結(jié)構(gòu)微生物類群 無細(xì)胞結(jié)構(gòu)無核病毒 亞病毒擬病毒 類病毒 朊病毒 有細(xì)胞結(jié)構(gòu)原核 古細(xì)菌 真細(xì)菌 放線菌 藍(lán)細(xì)菌 真核 酵母菌 霉菌 藻類 原生動物 （二）種類 Microbialworld Organisms Infectious agents Prokaryotes (unicellular) eukaryotes virusesviroidsprions EubacteriaArchaea Algae (unicellular or mul

4、ticellular Fungi (unicellular or multicellular Protozoa (unicellular) Other multicellular organisms 個體微小， 結(jié)構(gòu)簡單 代謝活躍， 方式多樣 繁殖快速， 容易變異 抗逆性強， 休眠期長 種類繁多， 數(shù)量巨大 分布廣泛， 分類級寬 個體微小 一般微生物以mmmm表示其大小 （每 g g 細(xì)菌的個數(shù)可達(dá) 10 10 10 10 個 ） 病毒用nmnm表示大小 結(jié)構(gòu)簡單 單細(xì)胞 簡單多細(xì)胞 無細(xì)胞 代謝活躍 吸收、轉(zhuǎn)化物質(zhì)速度極快。 發(fā)酵乳糖的細(xì)菌每小時可分解其自重的1000100001000100

5、00倍 產(chǎn)朊假絲酵母合成蛋白質(zhì)的能力較大豆強100100倍，較成年 公牛強10105 5倍 以同等體積計，一個細(xì)菌在 1 1 小時內(nèi)所消耗的糖即可相 當(dāng)于人在 500 500 年時間內(nèi)所消耗的糧食。 方式多樣 能利用的有機基質(zhì)極為廣泛，COCO2 2 ，甚至有毒物質(zhì) 有機化能，無機化能 光能 好氧呼吸，厭氧呼吸，發(fā)酵，（兼性） 途徑多種多樣 產(chǎn)物多種多樣：蛋白質(zhì)、多糖、核酸、脂肪、抗生素、維 生素、毒素、色素、生物堿， CO 2 CO 2 、 H 2 O H 2 O 、 H 2 S H 2 S 、 NO 2 NO 2 -1 -1 、 NO 3 NO 3 1 1 、 SO 4 SO 4 2 2

6、繁殖快速 大腸桿菌在適宜條件下3737o oC C時的世代時間為1818minmin， 每24 24 h h可分裂8080次，即增殖數(shù)為1.21.2x10 x1024 24個后代。 容易變異 微生物的自然變異頻率可達(dá)1010-5 -510 10-10 -10 變異可涉及到任何形狀 形態(tài)構(gòu)造，代謝途徑，生理特性，抗原抗性， 產(chǎn)物種類，產(chǎn)物數(shù)量 如常見的人體病原菌抗藥性的提高，常需要提高用藥劑 量，則是病原菌變異的結(jié)果。抗生素生產(chǎn)和其他發(fā)酵性 生產(chǎn)中利用微生物變異，提高發(fā)酵產(chǎn)物產(chǎn)量。最典型的 例子是青霉素的發(fā)酵生產(chǎn)，最初發(fā)酵產(chǎn)物每 ml 只含 20 單位左右，而現(xiàn)在已有極大的增加，甚至接近 10

7、萬單 位了。 抗逆性強 抗熱性：100100，250250，300 300 抗壓性 ：265265atmatm 抗寒性 ：-12-12 抗酸性 ：0.50.5 抗堿性 ：10.710.7 抗干燥性 抗缺氧性 抗輻射性 抗毒物性 休眠期長 具有特殊的休眠構(gòu)造：芽孢，孢子，胞囊 菌絲體特異結(jié)構(gòu) ：菌核，菌索 芽孢休眠期可達(dá)幾年，幾百年，上千年 甚至報導(dǎo)過 3 000 3 000 4 000 4 000 年前埃及金字塔中的木乃尹上 至今仍有活的病原菌。 種類繁多 目前已確定的微生物種類有10105 5以上，每年仍以幾百 上千的新種在被發(fā)現(xiàn) 目前所了解的微生物種類僅僅為自然界中的0.1%-0.1%-

8、1%1%左右 數(shù)量巨大 每g g土壤含幾億個細(xì)菌 人體腸道內(nèi)菌體總數(shù)達(dá)100100萬億個左右, , 約2 2kg kg 全球海洋中的微生物總重量達(dá)280280億噸 每 g g 新鮮葉子表面可附生 100 100 多萬個微生物 分布廣泛 除了“明火”，火山噴發(fā)中心區(qū)和人為的無菌環(huán) 境外，都有微生物的存在，上至幾十千米外的高 空，下至地表下幾百米的深處，海洋上萬米的水 底層，土壤、水域、空氣，動植物和人類體內(nèi)外， 都已分布有各種不同的微生物。 分類級寬 微生物橫跨了生物六界系統(tǒng)中無細(xì)胞結(jié)構(gòu)生物病 毒界和細(xì)胞結(jié)構(gòu)生物中的原核生物界、原生生物 界、菌物界（真菌界） 除了動物界、植物界外，其余各界都是為

9、微生物 而設(shè)立的，范圍極為寬廣。 1969年Whittaker提出五界分類系統(tǒng)： 原核生物界：古細(xì)菌，真細(xì)菌、藍(lán)細(xì)菌、放線菌 原生生物界：藻類，原生動物 真菌界：酵母，霉菌、蘑菇 植物界 動物界 我國學(xué)者提出六界系統(tǒng)： 病毒界：病毒、亞病毒 遺傳信息都是以DNADNA和RNARNA作為載體，遺傳信息 表達(dá)的規(guī)則相同 都是以ATPATP作為能量代謝的載體 氨基酸、核苷酸、單糖、脂肪酸的合成途徑相 同 蛋白質(zhì)、脂肪、核酸和多糖的合成途徑相同 細(xì)胞的化學(xué)組成相似 （一）概念: 是研究微生物形態(tài)結(jié)構(gòu)、生長繁殖、遺傳變異、生 理生化等特征以及其在自然界中的分布、作用和 與人類及其他生物相互關(guān)系的一門學(xué)科

10、。 通過對各種微生物的研究，達(dá)到利用、控制、改造 它們，使其為人類造福的目的。 （二）、研究內(nèi)容 1 1 微生物本身 形態(tài)結(jié)構(gòu)，分類鑒定，生理生化， 生長繁殖，遺傳變異，生態(tài)分布 2 微生物與微生物和其他生物植物、動物和人類的關(guān) 系有益、有害、致病 3 微生物在自然界各種元素生物地球化學(xué) 循環(huán)中的作用利用、轉(zhuǎn)化、固定 4 4 微生物在工、農(nóng)、醫(yī)、環(huán)境保護(hù)、食品生產(chǎn) 中的應(yīng)用促進(jìn)人類可持續(xù)發(fā)展 是一門既有獨特的理論體系，又有很強實踐性的學(xué)科。 微生物研究作為一門科學(xué) - - 微生物學(xué)，當(dāng)今的發(fā)展無 疑是最為活躍、最為迅速、最為輝煌、影響最大的生命科 學(xué)之一。 （三）微生物學(xué)的分支學(xué)科 以研究微生

11、物本身分： 普通微生物學(xué) 微生物形態(tài)學(xué) 微生物分類學(xué) 微生物生理學(xué) 微生物生物化學(xué) 微生物生態(tài)學(xué) 微生物遺傳學(xué) 細(xì)胞微生物學(xué) 以研究對象分 ： 細(xì)菌學(xué) 放線菌學(xué) 真菌學(xué) 病毒學(xué) 噬菌體學(xué) 藻類學(xué) 支原體學(xué) 厭氧微生物學(xué) 原生動物學(xué) 以應(yīng)用方面分： 工業(yè)微生物學(xué) 農(nóng)業(yè)微生物學(xué) 食品微生物學(xué) 乳品微生物學(xué) 醫(yī)學(xué)微生物學(xué) 獸醫(yī)微生物學(xué) 抗生素學(xué) 免疫學(xué) 土壤微生物學(xué) 水域微生物學(xué) 環(huán)境微生物學(xué) 沼氣發(fā)酵微生物 學(xué) 水產(chǎn)微生物學(xué) 海洋微生物學(xué) 分析微生物學(xué) 實驗微生物學(xué) 發(fā)酵微生物學(xué) 預(yù)防微生物學(xué) 正在發(fā)展的新興學(xué)科 ： 微生物分子生物學(xué) 微生物化學(xué)分類學(xué) 微生物數(shù)值分類學(xué)微生物地球化學(xué) 宇宙微生物學(xué)

12、 微生物基因組學(xué) 微生物蛋白質(zhì)組學(xué) 微生物分子系統(tǒng)學(xué) Microbiology Bacteriology Protozoology Parasitology MicrobialMorphology Mycology Virology PhycologyorAlgology Microbialphysiology Microbialtaxonomy Microbialgenetics Molecularbiology Microbialecology 史前時期人類對微生物的認(rèn)識與利用 微生物學(xué)初創(chuàng)時期微生物形態(tài)認(rèn)識時期 微生物學(xué)奠基時期微生物生理學(xué)發(fā)展時期 微生物學(xué)發(fā)展時期微生物生物化學(xué)發(fā)展時期

13、 微生物學(xué)成熟時期微生物分子生物學(xué)發(fā)展時 期 一、史前時期人類對微生物的認(rèn)識與利用 在 17 世紀(jì)下半葉，荷蘭學(xué)者呂文虎克（ Antony van Leeuwenhook ）用自制的簡易顯微鏡親眼觀察到細(xì)菌個 體之前，對于一門學(xué)科來說尚沒形成。這個時期稱為微 生物學(xué)史前時期。 釀酒，制醋，制醬 ：8000年前我國曲糵釀酒 種植豆科植物 積肥，壓青，漚糞 麥曲治?。?500年前用曲治消化道疾病 盡管這些還沒有上升為微生物學(xué)理論，但都是控制和應(yīng) 用微生物生命活動規(guī)律的實踐活動。 二、微生物形態(tài)學(xué)發(fā)展階段 17 世紀(jì) 80 年代，呂文虎克用他自己制造的，可放 大 160 倍的顯微鏡觀察牙垢、雨水、井

14、水以及各 種有機質(zhì)的浸出液，發(fā)現(xiàn)到了許多可以活動的 “ 活的小動物 ” ，并發(fā)表了這一 “ 自然界的 秘密 ” 。這是首次對微生物形態(tài)和個體的觀察 和記載。隨后，其他研究者憑借顯微鏡對于其它 微生物類群進(jìn)行的觀察和記載，充實和擴(kuò)大了人 類對微生物類群形態(tài)的視野。但是在其后相當(dāng)長 的時間內(nèi)，對于微生物作用的規(guī)律仍一無所知。 這個時期也稱為微生物學(xué)的創(chuàng)始時期。 發(fā)表了約400400篇有關(guān)論文 The discovery of microorganisms Thefirstpersonto accuratelyobserveand describemicroorganisms AntonyvanLe

15、euwenhock (1632-1723) Thefirstpersontoobserveanddescribe microorganismswastheamateurmicroscopist AntonyvanleeuwenhoekofDelft,Holland. Leeuwenkoekmadehissimple,single-lens microscopewhichcouldamplifytheobjectbeing viewed50300times.Between16731723,he wroteaseriesofletterstotheRoyalSocietyof Londondesc

16、ribingthemicrobesheobservedfrom thesamplesofrainwater,andhumammouth. Leeuwenhoeks drawingsofbacteria fromthehuman mouth. Adrawingofoneof themicroscopes showingthelensa; mountingpinb;and focusingscrewsc andd. lens Object being viewed adjusting screws 三、微生物生理學(xué)發(fā)展階段 在 19 世紀(jì) 60 年代初，法國的巴斯德（ Louis Pasteur

17、）和德國的柯赫（ Robert Koch ）等一批杰出 的科學(xué)家建立了一套獨特的微生物研究方法，對微生物 的生命活動及其對人類實踐和自然界的作用作了初步研 究，同時還建立起許多微生物學(xué)分支學(xué)科，尤其是建立 了解決當(dāng)時實際問題的幾門重要應(yīng)用微生物學(xué)科，如醫(yī) 用細(xì)菌學(xué)、植物病理學(xué)、釀造學(xué)、土壤微生物學(xué)等。 可以說Pasteur and Koch 是微生物學(xué)的奠基人。 1、Final refutation of spontaneous generation birth of microbiology as a science 2、Discovery of the existence of anaer

18、obic life fermentation 3、Vaccines 4、Pasteurization Pasteurscontributions: LouisPasteurworkinginhislaboratory Louis Pasteur (1822 1895) Pasteur(1857)demonstratedthatlacticacid fermentationisduetotheactivityof microorganisms. 2.Pasteur(1861)conflictoverspontaneous generationbirthofmicrobiologyasa scie

19、nce 3.Pasteur(1881)developedanthraxvaccine 4.Pasteurization Spontaneous generationSpontaneous generation that living organisms could develop from nonliving or decomposing matter. Pasteursswanneckflasksusedinhisexperiments onthespontaneousgenerationofmicroorganisms Conclusion:Conclusion: Microorganis

20、ms are not spontaneously Microorganisms are not spontaneously generated from inanimate matter, but are generated from inanimate matter, but are produced by other microorganismsproduced by other microorganisms RobertKockinhislaboratory Therecognitionofmicrobialroleindisease Robert Kock (1843 1910) 1、

21、The microorganisms must be present in every case of the disease but absent from healthy organisms. 2、The suspected microorganisms must be isolated and grown in a pure culture. 3、The disease must result when the isolated microorganisms is inoculated into a healthy host. 4、The same microorganisms must

22、 be isolated again from the diseased host Kocks postulates 柯赫的其他貢獻(xiàn)： 改進(jìn)了固體培養(yǎng)基的配方，發(fā)明 了傾皿法進(jìn)行純種分離，建立了 細(xì)菌細(xì)胞的染色技術(shù)，顯微攝影 技術(shù)和懸滴培養(yǎng)法。 Beijerinckmadefundamental contributionstomicrobialecology. HeisolatedAzotobacterand Rhizobium. The discovery of microbial effects on organic and inorganic matter TheRussianmicro

23、biologist Winograskydiscoveredthatsoil bacteriacouldoxidizeiron,sulfur andammoniatoobtainenergy, andalsoisolatednitrogenfixing bacteria. SirAlexanderFlemingdiscovered theantibioticpenicillin.Hehad theinsighttorecognizethe significanceoftheinhibition of bacterialgrowthinthevicinityofa fungalcontamina

24、ntwhenmost otherscientistsprobablywould havesimplydiscardedthe contaminatedplates. AlexanderFleming (1881-1955) 英國學(xué)者布赫納（ E. Buchner ）在 1897 年研究了磨碎酵母菌的發(fā)酵作用， 把酵母菌的生命活動和酶化學(xué)相聯(lián)系 起來，推動了微生物生理學(xué)的發(fā)展。 同時，其他學(xué)者例如俄國學(xué)者伊萬諾 夫斯基 (Ivanovski) 首先發(fā)現(xiàn)了煙草 花葉病毒 (Tobacco mosaic virus ， TMV) ，擴(kuò)大了微生物的類群范圍。 1953 年華特生（ J. D. Wats

25、on ）和克里克（ F. H. Crick ）發(fā)現(xiàn)了細(xì)菌基因體脫氧核糖核酸長鏈的雙螺 旋構(gòu)造。 1961 年加古勃（ F. Jacab ）和莫諾德（ J. Monod ）提出了操縱子學(xué)說，指出了基因表達(dá)的調(diào)節(jié) 機制和其局部變化與基因突變之間的關(guān)系，即闡明了 遺傳信息的傳遞與表達(dá)的關(guān)系。 1977 年， C. Weose 等在分析原核生物 16S rRNA 和真核生物 18S rRNA 序列的基礎(chǔ)上，提出了可將自 然界的生命分為細(xì)菌、古菌和真核生物三域 （ domain ），揭示了各生物之間的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系， 使微生物學(xué)進(jìn)入到成熟時期。 在這一時期，從基礎(chǔ)研究來講，從三大方面深入到分 子水平來研究

26、微生物的生命活動規(guī)律： 研究微生物大分子的結(jié)構(gòu)和功能，即研究核酸、蛋 白質(zhì)、生物合成、信息傳遞、膜結(jié)構(gòu)與功能等。 在基因和分子水平上研究不同生理類型微生物的各 種代謝途徑和調(diào)控、能量產(chǎn)生和轉(zhuǎn)換，以及嚴(yán)格厭氧 和其他極端條件下的代謝活動等。 分子水平上研究微生物的形態(tài)構(gòu)建和分化，病毒的 裝配以及微生物的進(jìn)化、分類和鑒定等，在基因和分 子水平上揭示微生物的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系。尤其是近年來， 應(yīng)用現(xiàn)代分子生物技術(shù)手段，將具有某種特殊功能的 基因作出了組成序列圖譜，以大腸桿菌等細(xì)菌細(xì)胞為 工具和對象進(jìn)行了各種各樣的基因轉(zhuǎn)移、克隆等等開 拓性研究。 在這一時期，在應(yīng)用方面來講，開發(fā)菌種資源、 發(fā)酵原料和代謝產(chǎn)

27、物，利用代謝調(diào)控機制和固 定化細(xì)胞、固定化酶發(fā)展發(fā)酵生產(chǎn)和提高發(fā)酵 經(jīng)濟(jì)的效益，應(yīng)用遺傳工程組建具有特殊功能 的 “ 工程菌 ” ，把研究微生物的各種方法 和手段應(yīng)用于動、植物和人類研究的某些領(lǐng)域。 這些研究使微生物學(xué)研究進(jìn)入到一個嶄新的時 期。 微生物學(xué)已發(fā)展成為生命科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)發(fā)展最快、 影響最大的前沿科學(xué)，并與人類的生存發(fā)展密 切相關(guān)。 一、微生物學(xué)的發(fā)展與人類的醫(yī)療保健 外科消毒術(shù)的建立， 探尋人畜病原菌， 免疫防治的應(yīng)用， 化學(xué)藥物治療， 抗生素治療， 生化藥物微生物生產(chǎn)中遺傳工程和生物工程技術(shù)的應(yīng)用 二、微生物學(xué)的發(fā)展與農(nóng)業(yè)技術(shù)進(jìn)步 以菌治蟲，以菌治病，以菌治草 以菌增肥，以菌促長，

28、 以菌作飼料，以菌作藥物，以菌作蔬菜 以菌產(chǎn)沼氣 三、微生物學(xué)的發(fā)展促進(jìn)了發(fā)酵工業(yè) 食品和飲料的自然發(fā)酵 罐頭生產(chǎn)與保藏 厭氧純種發(fā)酵技術(shù) 深層液體通氣攪拌培養(yǎng) 代謝調(diào)控理論在發(fā)酵工業(yè)上的應(yīng)用 微生物生物工程的興起 四、微生物學(xué)的發(fā)展與生態(tài)環(huán)境的保護(hù)和污染環(huán)境的 生物修復(fù) 有機廢棄物、廢水的生物處理 污染環(huán)境的微生物修復(fù) 微生物能源 廢棄物的資源化再利用 五、微生物學(xué)的發(fā)展對生物學(xué)基礎(chǔ)理 論研究的巨大貢獻(xiàn) 解決了生物學(xué)上許多重大的爭論問題 是生物學(xué)的三大來源和三大支柱（生物化學(xué)，微生 物學(xué)和遺傳學(xué)）之一 遺傳學(xué)研究對象的微生物化促進(jìn)了經(jīng)典遺傳學(xué)向分 子遺傳學(xué)的發(fā)展 微生物是基因工程中供體、載體

29、、工具酶和受體的 主要提供者 高等生物研究與應(yīng)用中技術(shù)的日益微生物學(xué)化 微生物學(xué)研究中的實驗技術(shù)與設(shè)備向生命科學(xué)各領(lǐng) 域研究迅速擴(kuò)散，在方法學(xué)上作出貢獻(xiàn) 六、當(dāng)代微生物學(xué)的發(fā)展趨勢 當(dāng)代微生物學(xué)的發(fā)展趨勢，一方面是由于分子生 物學(xué)新技術(shù)不斷出現(xiàn)，使得微生物學(xué)研究得以 迅速向縱深發(fā)展，已從細(xì)胞水平、酶學(xué)水平逐 漸進(jìn)入到基因水平、分子水平和后基因組水平。 另一方面是大大拓寬了微生物學(xué)的宏觀研究領(lǐng) 域，與其他生命科學(xué)和技術(shù)、其他學(xué)科交叉、 綜合形成許多新的學(xué)科發(fā)展點甚至孕育新的分 支學(xué)科。 根據(jù) 21 世紀(jì)生命科學(xué)的發(fā)展趨勢和研究熱點， 在目前已對少數(shù)微生物構(gòu)建遺傳物理圖譜的基 礎(chǔ)上，將會全面展開微

30、生物基因組學(xué)和后基因 組學(xué)的研究。微生物基因組的研究必將明顯的 促進(jìn)生物信息學(xué)的發(fā)展和包括比較生物學(xué)、分 子進(jìn)化學(xué)和分子生態(tài)學(xué)在內(nèi)的生物學(xué)研究新時 代的到來。對具有某種意義的微生物種、菌株 進(jìn)行全基因組的序列分析、功能分析和比較分 析，明確其結(jié)構(gòu)、表型、功能和進(jìn)化等之間的 相互關(guān)系。闡明微生物與微生物之間、微生物 與其他生物之間、微生物與環(huán)境因素之間相互 作用的分子機理及其控制本質(zhì)基因機制，將會 極大發(fā)展微生物分子生態(tài)學(xué)、環(huán)境微生物學(xué)、 細(xì)胞微生物學(xué)、微生物資源學(xué)的發(fā)展。 21 世紀(jì)是生命科學(xué)的世紀(jì)，生命科學(xué)中最活躍 的微生物學(xué)無疑將有極大的突破性發(fā)展，對于 推動人類文明的繼續(xù)進(jìn)步和人類的可持

31、續(xù)生存 與發(fā)展具有重要影響。 國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要提出的重 點領(lǐng)域和優(yōu)先技術(shù)主題:能源、資源、環(huán)境、現(xiàn)代 農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)藥、海洋技術(shù)、人口與健康等領(lǐng)域 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)領(lǐng)域 ： 1、農(nóng)產(chǎn)品安全 ： （1）農(nóng)產(chǎn)品有害物質(zhì)形成機理及控制途徑。 （2）重要水產(chǎn)養(yǎng)殖動物病害發(fā)生和免疫防治的基礎(chǔ)研究。 （3）農(nóng)作物重大病蟲災(zāi)害形成與調(diào)控機理研究 （4）新型農(nóng)業(yè)生物藥物新產(chǎn)品：動物疫苗、生物獸藥、 生物殺菌劑、生物殺蟲劑、生物調(diào)節(jié)劑和生物除草劑等 （5）農(nóng)田有機污染物微生物高效降解技術(shù) （6）真菌毒素快速分子檢測與生物防治技術(shù) （7）化學(xué)農(nóng)藥微生物原位降解技術(shù) 2、現(xiàn)代食品生物工程技術(shù) ： （1）食品發(fā)

32、酵過程人工智能優(yōu)化與控制技術(shù)： 研究微生物代謝網(wǎng)絡(luò)的人工智能控制技術(shù)，食品發(fā)酵過程 模型化自動控制技術(shù)。 （2）食品級基因工程系統(tǒng)構(gòu)建技術(shù) ： 針對乳酸菌、芽孢桿菌和酵母菌，以非抗性標(biāo)記、質(zhì)粒骨 架及誘導(dǎo)物安全為基礎(chǔ)，以信號肽和高效啟動子篩選、 組裝為關(guān)鍵技術(shù)，研究和構(gòu)建食品級基因工程重組菌系 統(tǒng)。 （3）高效廣譜食品生物防腐和抑菌劑生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)： 新型生物防腐劑產(chǎn)生菌定向篩選技術(shù)，微生物次級代謝調(diào) 控技術(shù)，基因定點突變技術(shù)和高純度制備技術(shù)，獲取具 有重要食品工業(yè)用途的新型、高效、廣譜和安全的生物 防腐與抑菌劑。 生物和醫(yī)藥 ： 1、微生物重要功能基因發(fā)掘與利用 ： 利用我國豐富的微生物遺傳資

33、源，獲得一批具有良好應(yīng)用 前景和自主知識產(chǎn)權(quán)的微生物功能基因，鑒定和克隆一 批微生物重要經(jīng)濟(jì)性狀的功能基因，并為在醫(yī)藥、食品、 農(nóng)業(yè)、工業(yè)和環(huán)保等方面的應(yīng)用提供基因基礎(chǔ)。 2、微生物代謝工程技術(shù) ： 應(yīng)用于氨基酸、有機酸、維生素、抗生素等重要微生物代 謝產(chǎn)品開發(fā)的微生物代謝網(wǎng)絡(luò)及其調(diào)控的分析技術(shù)、重 要工業(yè)微生物代謝途徑和產(chǎn)物及細(xì)胞性能的優(yōu)化與改造 的新方法、大規(guī)模功能菌種選育與高通量篩選技術(shù)，改 造和構(gòu)建新的工程菌株，提高微生物初級代謝與次級代 謝產(chǎn)物途徑優(yōu)化的技術(shù)能力。 3 3、特殊環(huán)境微生物資源的開發(fā)利用技術(shù)： 特殊自然極端環(huán)境、典型污染環(huán)境、高劑量核輻射區(qū)域以 及動物瘤胃等特殊微生物資

34、源的發(fā)掘與利用 4 4、益生菌定向篩選與功能開發(fā)關(guān)鍵技術(shù) 5 5、重要傳染病基礎(chǔ)研究 艾滋病毒生物學(xué)和免疫應(yīng)答機制、動物細(xì)菌性疾病 致病機理、禽流感和流感相關(guān)基礎(chǔ)研究等方向的研究。 海洋技術(shù)領(lǐng)域 ： 1、海洋微生物資源利用 ：海洋微生物的分離、培養(yǎng)和鑒 定技術(shù)，重要海洋藥源微生物規(guī)?；l(fā)酵與次級代謝調(diào) 控技術(shù)，海洋微生物活性先導(dǎo)化合物的發(fā)現(xiàn)與利用，新 型海洋微生物制品研究與開發(fā)技術(shù)。 2、海洋共生微生物資源的開發(fā)與利用 ： 在海洋共生微生物的高效分離與共培養(yǎng)、活性物質(zhì)分離制 備與應(yīng)用等方面取得突破，促進(jìn)我國海洋共生微生物資 源的開發(fā)與利用。 微生物學(xué)學(xué)科 微生物學(xué)學(xué)科資助以微生物為對象開展的科

35、學(xué)研 究工作，重點資助研究真菌、細(xì)菌、古菌、病毒等微 生物的物種資源，分類與進(jìn)化，生理與代謝，遺傳與 發(fā)育等生物學(xué)及相關(guān)科學(xué)問題。 微生物學(xué)學(xué)科的研究對象決定了它具有如下兩方 面的顯著特點： 1）微生物作為最簡單的生命體是生命科學(xué)研究不可 替代的基本材料，由此也奠定了微生物學(xué)在生命科學(xué) 中的基礎(chǔ)地位； 2）微生物極其豐富的多樣性決定了它們具有代謝 產(chǎn)物多樣性，同時又與人類、動植物和環(huán)境有著密切 的相互作用，使得微生物學(xué)也成為應(yīng)用研究領(lǐng)域里十 分活躍的一門學(xué)科。 目前微生物學(xué)研究的核心方向: 1、微生物物種資源與基因資源 2、微生物細(xì)胞與分子的結(jié)構(gòu)與功能 3、微生物生理與遺傳 4、微生物群落與生

36、態(tài)功能 5、微生物與人類健康等 一、活細(xì)菌替代硬盤保存數(shù)據(jù) 日本慶應(yīng)大學(xué)一個研究小組最近開發(fā)出一種可長 期保存數(shù)據(jù)的新技術(shù)：利用活細(xì)菌替代磁盤和光盤等存 儲媒介，從而將數(shù)據(jù)保存數(shù)百年甚至數(shù)千年時間。 以枯草桿菌作為實驗對象 ，實驗的第一步是將存 儲信息中的每一個符號轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制碼。接下來，便是 將得出的二進(jìn)制碼植入枯草桿菌自己的數(shù)據(jù)存儲密碼 DNA。隨后將攜帶二進(jìn)制碼的序列碼植入細(xì)菌。研究 小組成功地制造了一個電腦模型，用于觀察編碼信息隨 著時間的流逝會發(fā)生多大變化。最終他們發(fā)現(xiàn)，理論上 能夠找回99%的編碼信息，即使在經(jīng)歷幾千年之后也一 樣。 DNA擁有極大的信息密度。5克DNA的數(shù)據(jù)存儲量

37、相當(dāng) 于占地150公頃的最新式IBM硬盤 。 二、一公升海水中就發(fā)現(xiàn)2萬種海洋微生物種 生物學(xué)家曾正式宣稱全球海洋微生物有5000種，然 而最新研究卻表明，浩瀚的海洋中遠(yuǎn)不止這些微生物種， 生物學(xué)家之前所了解的只是冰山一角而已。 美國馬薩諸塞州海洋生物實驗室的米切爾蘇金說， “在一項最新研究中，原本我們只期望能發(fā)現(xiàn)1000- 3000種，最終我們在一公升海水中竟發(fā)現(xiàn)了2萬種海洋 微生物種。預(yù)計海洋微生物種類將達(dá)到200-500萬種。” 這項研究屬于國際海洋微生物普查項目的一部分， 這是一個為期10年的項目，共有2000名研究人員在70 多個國家從事海洋微生物差異研究。 三、致肥病毒 名為Ad-

38、36（adenovirus-36）的腺病毒，是導(dǎo)致呼 吸道和眼睛發(fā)炎的常見病毒，但美國路易斯安那州立大 學(xué)的潘寧頓生物醫(yī)學(xué)研究中心的研究卻發(fā)現(xiàn)，該病毒也 是造成人類肥胖的原因之一。 該病毒會令動物在體內(nèi)累積大量脂肪，而在人類身上 進(jìn)行的實驗則顯示，肥胖人士感染Ad-36病毒的幾率相 等于瘦子的三倍。 該病毒會導(dǎo)致人類干細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)橹炯?xì)胞。 造成肥胖的原因有很多，包括進(jìn)食過量、基因、新陳 代謝、病毒和受感染等，但如果是因為病毒引起肥胖的， 那他希望可以研發(fā)出對抗這種病毒的疫苗。 四、人體內(nèi)細(xì)胞90是細(xì)菌 科學(xué)家:我們不完全是人 自然雜志上，科學(xué)家說，細(xì)菌對我們?nèi)梭w的一些重要功能 ( (如消化功能和免疫功能) )是如此的重要，以致我們也許應(yīng)將自己 視為共生生物，通過相互依賴獲得生存。 曾在“基因組研究所”工作的分子生物學(xué)家史蒂文吉爾在 接受采訪時說:“:“我們多少有些像一個由細(xì)菌和人類細(xì)胞組成的 混合體，有人估計，在人體內(nèi)的細(xì)胞中，9090是細(xì)菌?！?科學(xué)家說，人類糞便的5050或更多是由內(nèi)臟里的細(xì)菌構(gòu)成。在人 出生后不久，細(xì)菌就開始占據(jù)人體內(nèi)的腸器官，在成人體內(nèi)有 100100萬億個細(xì)菌，屬于10001000多個不同的種類。 人類一直將自己視為萬物之靈，完全凌駕于其他生物之上，但基 因?qū)＜?/p>