微生物學-緒論2

1、What is microorganisms?w 微生物：指一群形體微小，結(jié)構(gòu)簡單，大多數(shù)是單細胞，少數(shù)是多細胞（如霉菌），還有些沒有細胞結(jié)構(gòu)（如病毒）的肉眼看不見的低等生物。包括原核微生物、真核微生物和非細胞生物（病毒，類病毒和朊病毒等）。 認識微生物認識微生物 不不同同類類型型的的桿桿菌菌炭疽芽胞桿菌 3-10 m大腸埃希菌 2-3 m白白喉喉棒棒狀狀桿桿菌菌 放線菌放線菌 不同形態(tài)病毒不同形態(tài)病毒 um（微米）級：光學顯微鏡下可見（細胞） nm（納米）級：電鏡下可見（細胞器， 病毒） 單細胞 簡單多細胞 非細胞（即“分子生物”） 原核類：細菌、放線菌、支原體、立克次氏 體、衣原體、藍細菌

2、 真核類：真菌（酵母、霉菌）、原生動物、 顯微藻類 非細胞類：病毒、類病毒、朊病毒?。▊€體微?。┖啠?gòu)造簡單）低（進化地位低）微 生 物原核微生物原核微生物(Prokaryotic microorganisms)w 細菌(Bacteria)w 放線菌(Actinomycetes)w 支原體(Mycoplasma)w 立克次氏體(Rickettsia)w 衣原體(Chlamydia)w 藍細菌（藍藻或藍綠藻）(Cyanobacteria)真核微生物真核微生物(Eukaryotic microorganisms)wAlgae wFungi wSlime moldswProtozoa（藻類）（真菌）

3、 （粘菌）（原生動物）微生物的特點微生物的特點1.體積小，面積大 對對1cm3固體作固體作10倍系列三維分割后的比面值變化倍系列三維分割后的比面值變化 邊長 立方體數(shù) 總表面積 比面值 近似對象1.0cm 1 6cm2 6 豌豆1.0mm 103 60cm2 60 細小藥丸0.1mm 106 600cm2 600 滑石粉粒0.01mm 109 6000cm2 6000 變形蟲1.0um 1012 6m2 60000 球菌0.1um 1015 60m2 600000 大膠粒0.01um 1018 600m2 6000000 大分子1.0nm 1021 6000m2 60000000 分子2.吸收

4、多，轉(zhuǎn)化快Candida utilis（產(chǎn)朊假絲酵母）合成蛋白質(zhì)的能力比大豆強100倍，比食用公牛強10萬倍。 1kg酵母菌在一天內(nèi)能使幾千kg糖代謝形成酒精。3.生長旺，繁殖快 E.coli在合適條件下每12.520min繁殖一代，如按每20min分裂一次，則每1h可分裂3次，每24h可分裂72次，生成4722366500萬億個（重約4722噸）,48h數(shù)目為2.21043個（約等于4000個地球之重）。How fast can you grow? 若干微生物的代時及每日增殖率若干微生物的代時及每日增殖率 微生物名稱 代時 每日分裂次數(shù) 溫度 每日增殖率 乳酸菌 38分 38 25 2.71

5、011 大腸桿菌 18分 80 37 1.21024 根瘤菌 110分 13 25 8.2103 枯草桿菌 31分 46 30 7.01013 光合細菌 144分 10 30 1.0103 釀酒酵母 120分 12 30 4.1103 小球藻 7小時 3.4 25 10.6 念珠藻 23小時 1.04 25 2.1 硅藻 17小時 1.4 20 2.64 草履蟲 10.4小時 2.3 26 4.92細 菌藻 類4.適應強，易變異w 適應性 對“極端環(huán)境”具有驚人的適應力（如耐高溫、嗜鹽、耐堿、抗輻射、抗靜水壓、抗藥性等）w 變異性 微生物個體通常是單倍體，且具有繁殖快、數(shù)量多和與外界環(huán)境直接接

6、觸等原因，雖然變異頻率很低，也可在短時間內(nèi)產(chǎn)生大量的變異后代。 最常見的變異形式是基因突變，如青霉素產(chǎn)生菌Penicillium chrysogenum（產(chǎn)黃青霉）的產(chǎn)量變異，致病菌對抗生素的抗藥性變異等。從醫(yī)院分離到的從醫(yī)院分離到的 S.aureus 耐青霉素菌株耐青霉素菌株年份 1946 1947 1948 1949 1957 1966耐藥株% 14 38 59 68 80 975.分布廣，種類多w分布廣人體腸道中的正常菌群萬米深海底部的耐熱硫細菌幾萬米高空中的微生物地層下的微生物w種類多微生物的生理代謝類型多代謝產(chǎn)物種類多微生物的種數(shù)多主要微生物的種數(shù)主要微生物的種數(shù) 種 數(shù) 低限 傾向

7、性種數(shù) 高限病毒與立克次氏體 1217 1217 1217 支原體 42 42 42 細菌與放線菌 1000 1500 1500 藍細菌 1227 1500 2500 藻類 15051 23100 23100 真菌 37175 47300 68939 原生動物 24068 24068 30000 總計 79780 98727 127298類 型微生物學的發(fā)展史微生物學的發(fā)展史1.史前期 指人類還未見到微生物個體尤其是細菌細胞之前的一段漫長的時期，大約距今8000年前公元1676年。 代表人物和主要成就：w我國勞動人民的釀酒制曲技術(shù)w對傳染病及其規(guī)律的認識公元前556年：驅(qū)逐狂犬預防傳染病。公元

8、二世紀：張仲景認為傷寒病的流行與環(huán)境季節(jié)有關(guān)。宋真宗時代：種人痘防治天花 1796年英國人秦納（E.Jener） 發(fā)展種牛痘防治天花。2.初創(chuàng)期（形態(tài)學期） 1676年列文虎克用自制的單式顯微鏡觀察細菌個體1861年（近200年）。 代表人物和主要成就：w荷蘭業(yè)余科學家 微生物學先驅(qū)者列文虎克1676年用自制的單式顯微鏡觀察雨水、污水、腐敗肉汁等物質(zhì)，看到了球狀、桿狀、螺旋狀的細菌以及原生動物等微生物，并繪制成圖。一生制作了419架顯微鏡，放大率一般為50200倍，最高達266倍。發(fā)表了約400篇論文，其中375篇寄往英國皇家學會發(fā)表。3.奠基期（生理學期） 1861年巴斯德根據(jù)曲頸瓶試驗徹底

9、推翻生命的自然發(fā)生說并建立胚種學說 1897年。 代表人物和主要成就：w法國的巴斯德 微生物學的奠基人、微生物學之父w德國醫(yī)生科赫 細菌學的奠基人1884年科赫提出確定病原菌的原則 科赫法則。建立研究微生物的一系列重要方法：如瓊脂平板培養(yǎng)技術(shù)、細菌鞭毛染色法、懸滴培養(yǎng)法、顯微攝影技術(shù)等。建立分離和純化微生物的平板分離法。 (Louis Pasteur ，18221895）巴斯德一生在微生物領(lǐng)域巴斯德一生在微生物領(lǐng)域做出做出4個巨大貢獻：個巨大貢獻：證明證明M是自然界存在的是自然界存在的生物，否定自然發(fā)生學說生物，否定自然發(fā)生學說創(chuàng)立免疫學說。病原菌創(chuàng)立免疫學說。病原菌降低毒性后接種到生物體降低

10、毒性后接種到生物體內(nèi)，生物體產(chǎn)生抗體抵抗內(nèi)，生物體產(chǎn)生抗體抵抗疾病。疾病。創(chuàng)立了一些發(fā)酵理論；創(chuàng)立了一些發(fā)酵理論；建立了巴斯德滅菌法。建立了巴斯德滅菌法。曲頸瓶試驗曲頸瓶試驗科赫確定病原菌實驗科赫確定病原菌實驗4.發(fā)展期 1897年德國人E.Buchner用無細胞酵母菌壓榨汁中的酒化酶對葡萄糖進行酒精發(fā)酵成功，開創(chuàng)微生物生化研究的新時代。 主要特點： 進入了微生物生化水平的研究。 應用微生物的分支學科更為擴大，出現(xiàn)抗生素等新學科。 出現(xiàn)尋找各種有益微生物代謝產(chǎn)物的熱潮。 普通微生物學開始形成（代表人物：美國加里福利亞大學伯克利分校的M.Doudoroff）。 各相關(guān)學科和技術(shù)方法相互滲透促進，

11、加速了微生物學的發(fā)展。5.成熟期 1953.4.25 J.D.Waston和H.F.C.Crick在英國的自然雜志上發(fā)表DNA雙螺旋模型，生命科學進入分子生物學階段。 主要特點： 微生物學發(fā)展成為一門十分熱門的前沿基礎學科。 在基礎理論的研究方面，微生物成為分子生物學研究中的最主要的對象。 在應用研究方面，至70年代初，有關(guān)發(fā)酵工程的研究已與遺傳工程、細胞工程和酶工程緊密結(jié)合，微生物成為新興的生物工程中的主角。 二十世紀微生物進入二十世紀微生物進入分子生物學階段 抗菌素（抗菌素（二十世紀中葉，英國人發(fā)現(xiàn)二十世紀中葉，英國人發(fā)現(xiàn)青霉素）青霉素） 微生物發(fā)酵工業(yè)（微生物發(fā)酵工業(yè)（ 氨基酸、檸檬酸、

12、啤酒等）氨基酸、檸檬酸、啤酒等） 微生物治理環(huán)境污染技術(shù)微生物治理環(huán)境污染技術(shù) 微生物農(nóng)業(yè)生長劑的生產(chǎn)與應用微生物農(nóng)業(yè)生長劑的生產(chǎn)與應用 微生物酶制劑工業(yè)化生產(chǎn)與應用微生物酶制劑工業(yè)化生產(chǎn)與應用 微生物遺傳與基因工程技術(shù)快速發(fā)展微生物遺傳與基因工程技術(shù)快速發(fā)展 微生物免疫工程技術(shù)快速發(fā)展微生物免疫工程技術(shù)快速發(fā)展 微生物資源開發(fā)利用等微生物資源開發(fā)利用等微生物學發(fā)展促進了人類進步微生物學發(fā)展促進了人類進步1.醫(yī)療保健戰(zhàn)線上的“六大戰(zhàn)役” 外科消毒術(shù)的建立 尋找人畜病原菌 免疫防治法的應用 化學治療劑的發(fā)明 抗生素治療的興起 用遺傳工程和生物工程技術(shù)使微生物生產(chǎn)生化藥物2.微生物在工業(yè)發(fā)展過程中

13、的六個里程碑 自然發(fā)酵與食品、飲料的釀造 罐頭保藏：1804年法國廚師N.Appert發(fā)明食品的玻璃瓶罐藏技術(shù)。 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)上的應用 生物工程的興起v 生物工程學：以生物學（特別是其中的微生物學、遺傳學、生物化學和細胞學）的理論和技術(shù)為基礎，結(jié)合化工、機械、電子計算機等現(xiàn)代工程技術(shù)，充分應用分子生物學的最新成就，自覺地操縱遺傳物質(zhì)，定向地改造生物或其功能，短期內(nèi)創(chuàng)造出具有超遠源性狀的新物種，再通過合適的生物反應器對這類“工程菌”或“工程細胞株”進行大規(guī)模的培養(yǎng)，以生產(chǎn)大量有用代謝產(chǎn)物或發(fā)揮它們獨特生理功能的一門新興技術(shù)。 常規(guī)菌（或常規(guī)細胞株

14、） 遺傳工程 改造物種 細胞工程 “工程菌”（或“工程細胞株”）生物工程（學） 微生物工程 酶工程 生物反應器工程 商品生產(chǎn) 經(jīng)濟效益 大量產(chǎn)品 社會效益 生態(tài)效益 3.微生物學促進了農(nóng)業(yè)的進步 如：以菌治病，以菌治蟲（微生物農(nóng)藥） 以菌治草（微生物除草劑） 以菌當飼料（單細胞蛋白作飼料） 以菌當蔬菜（蘑菇、香菇、木耳等食用菌） 以菌增肥（固氮菌） 以菌促長（赤霉素等促進植物生長） 以菌當藥物（藥用真菌） 以菌產(chǎn)沼氣（產(chǎn)甲烷菌）4.微生物與生態(tài)和環(huán)境保護的關(guān)系 如：污水處理、自然界物質(zhì)循環(huán)等。5.微生物學對生物學基礎理論研究的貢獻 以微生物作為研究對象解決了生物學上的許多重大爭論問題。 是分子

15、生物學的三大來源和三大支柱之一。 遺傳學研究對象的微生物化促使經(jīng)典遺傳學發(fā)展成為分子遺傳學。 微生物與基因工程 高等生物研究和利用中的微生物化趨向方興未艾 微生物學中的一套獨特實驗技術(shù)迅速擴散到生命科學的各研究領(lǐng)域。遺傳學研究對象的不斷微生物化遺傳學研究對象的不斷微生物化 年份 1865 1909 1941 1946 4050年代 代表人物 Mendel Morgen Beadle等 Lederberg等 Delbrck等 生物對象 豌豆 果蠅 脈孢菌 大腸桿菌 T系噬菌體 生物體制 大型真核，中型真核，小型真核， 原核， 非細胞生物 植物 昆蟲 真菌 細菌 繁殖速度 數(shù)月 912天/代 9天/代 群體：1天/代 群體：數(shù)小時/代 1年/代 細胞：20分/代 個體：15分/代 研究水平 細胞 染色體 基因 基因 基因 成果 提出遺傳 提出基因 開創(chuàng)生化