微生物-緒論課件

微生物學(xué)微生物學(xué)課程組

微生物學(xué)是生命科學(xué)中重要的基礎(chǔ)學(xué)科之一，其知識面覆蓋微觀世界和宏觀世界兩方面，內(nèi)容涉及微生物的形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理生化、遺傳變異、生態(tài)分布、傳染與免疫、分類與鑒定等方面。該課程有利于學(xué)生全面、系統(tǒng)地理解微生物學(xué)的基本知識和基本理論，熟練掌握微生物的基本操作技能，初步具有分析和解決有關(guān)實際問題的能力，同時也為后繼專業(yè)課：細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)、基因工程、酶工程、發(fā)酵工程學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。課程說明章節(jié)講課內(nèi)容學(xué)時緒論2第一章原核微生物4第二章真核微生物4第三章病毒4第四章微生物的營養(yǎng)4第五章微生物的代謝6第六章微生物的生長4第七章微生物的生態(tài)4第八章微生物的遺傳變異6第九章傳染與免疫8第十章微生物的分類2理論課學(xué)時分配（48學(xué)時）第一章緒論微生物(microorganisms)是一群個體微小、結(jié)構(gòu)簡單，人的肉眼看不見的，必須借助于光學(xué)顯微鏡或電子顯微鏡才能看到的微小生物。微生物的種類很多主要包括：細(xì)菌、放線菌、支原體、立克次氏體、衣原體、藍(lán)細(xì)菌、真菌（酵母菌、霉菌及蕈菌）、原生動物、病毒、類病毒、朊病毒等。一、什么是微生物

微生物的個體極其微小，要測量它們，必須用um或nm作單位。如一個典型的球菌體積僅為１um3；最近芬蘭科學(xué)家EOKajander等發(fā)現(xiàn)了一種能引起尿結(jié)石的納米細(xì)菌，其直徑最小僅為50nm，甚至比最大的病毒更小一些。這種細(xì)菌分裂緩慢，三天才分裂一次，是目前所知的最小的具有細(xì)胞壁的細(xì)菌。它們的結(jié)構(gòu)也是非常簡單的，大多數(shù)微生物為單細(xì)胞，只有少數(shù)為簡單的多細(xì)胞。又如PSTV由359個核苷酸組成的RNA，長度為50nm；朊病毒僅蛋白質(zhì)分子組成。二、微生物的主要特點1.個體微小、結(jié)構(gòu)簡單

科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)微生物吸收和轉(zhuǎn)化物質(zhì)的能力比動物、植物要高很多倍，如在合適的環(huán)境下，Escherichiacoli每小時內(nèi)可消耗其自重2000倍的乳糖。Candidautilis(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，微生物的這個特性為它們的高速生長繁殖和產(chǎn)生大量代謝產(chǎn)物提供了充分的物質(zhì)基礎(chǔ)，從而使微生物有可能更好地發(fā)揮“活的化工廠”的作用，人類對微生物的利用主要體現(xiàn)在它們的生物化學(xué)轉(zhuǎn)化能力上。

2.吸收多，轉(zhuǎn)化快

由于條件的限制，細(xì)菌的指數(shù)分裂速度只能維持?jǐn)?shù)小時，而在液體培養(yǎng)基中，細(xì)菌細(xì)胞的濃度一般僅能達(dá)到108-109個/ml。

微生物的這一特性在發(fā)酵工業(yè)上體現(xiàn)在：生產(chǎn)效率高、發(fā)酵周期短。在生物學(xué)基本理論的研究上的優(yōu)越性：科研周期大大縮短、經(jīng)費減少、效率提高。當(dāng)然，對于危害人、畜和植物等的病原微生物或使物品發(fā)霉的微生物來說，它們的這個特性就會給人類帶來極大的麻煩甚至嚴(yán)重的禍害，因而需要認(rèn)真對待。

微生物有極其靈活的適應(yīng)性，這是高等動植物無法比擬的，諸如抗熱性、抗寒性、抗鹽性、抗酸性、抗壓力等能力。例如：在海洋深處的某些硫細(xì)菌可在250℃-300℃之間生長；嗜鹽細(xì)菌可在飽和鹽水中正常生長繁殖；Thiobacillusthiooxidans(氧化硫桿菌)在PH1-2酸性環(huán)境中生長。Bacillus.sp.(未定名)的芽孢在琥珀內(nèi)蜜蜂腸道中已保存了2500萬年--4000萬年。4.適應(yīng)強、易變異

微生物的個體一般都是單倍體，加之它具有繁殖快、數(shù)量多以及與外界環(huán)境直接接觸等原因，雖然微生物的變異頻率僅為(10-6-10-9)，也可在短時間內(nèi)產(chǎn)生大量變異的后代。在微生物育種中利用變異這一特性可獲得高產(chǎn)菌株。如：在1943年，利用Penicilliumchrysogenum發(fā)酵生產(chǎn)青霉素，青霉素發(fā)酵液中只分泌約20單位/ml的青霉素。通過誘變現(xiàn)在發(fā)酵液中達(dá)到5萬-10萬單位/ml，成本大大降低。細(xì)菌抗藥性的產(chǎn)生：

在生物圈的每一個角落都有微生物蹤跡。如：人體體腔（100-400種，總數(shù)約為100萬億，其中數(shù)量最多的是（脆弱擬桿菌）。海底（硫細(xì)菌，100℃，140個大氣壓）、高空（85km）、土壤深層；由于微生物的發(fā)現(xiàn)比較遲，加上鑒定微生物種的工作以及劃分種的標(biāo)準(zhǔn)等問題較復(fù)雜，所以目前確定微生物種數(shù)只有10萬多種。隨著分離、培養(yǎng)方法的改進(jìn)和研究工作的進(jìn)一步的深入，將會有更多的微生物被發(fā)現(xiàn)。5.分布廣，種類多2．微生物與能源①把自然界蘊藏量極其豐富的纖維素轉(zhuǎn)化成乙醇；②利用產(chǎn)甲烷菌把自然界蘊藏量最豐富的可再生資源轉(zhuǎn)化成甲烷；③利用光合細(xì)菌、藍(lán)細(xì)菌或厭氧梭菌等微生物生產(chǎn)“清潔能源”--氫氣；④通過微生物發(fā)酵產(chǎn)氣或其代謝產(chǎn)物來提高石油采收率；⑤研制微生物電池使之實用化。3.微生物與資源

微生物能將地球上永無枯竭的纖維素等可再生資源轉(zhuǎn)化成各種化工、輕工和制藥等工業(yè)原料。傳統(tǒng)的：乙醇、丙醇、丁醇、乙酸、甘油、乳酸、蘋果酸等；

現(xiàn)代的：水楊酸、烏頭酸、丙烯酸、已二酸、丙烯酸、長鏈脂肪酸、亞麻酸油和聚羥基丁酸酯（PHB）等；

另外：微生物在金屬礦藏資源的開發(fā)和利用上也有獨特的作用。

4.微生物與環(huán)境保護(hù)

利用微生物肥料、微生物殺蟲劑或農(nóng)用抗生素來取代會造成環(huán)境惡化的各種化學(xué)肥料或化學(xué)農(nóng)藥；利用微生物生產(chǎn)的PHB（聚羥基丁酸酯）制造易降解的醫(yī)用塑料制品以減少環(huán)境污染；利用微生物來凈化生活污水和有毒工業(yè)污水；利用微生物技術(shù)來監(jiān)察環(huán)境的污染度，如用艾姆氏法檢測環(huán)境中的“三致”物質(zhì)；利用EMB培養(yǎng)來檢查飲水的腸道病原菌等。

5.微生物與人類健康

防治這類疾病的主要手段又是各種微生物產(chǎn)生的藥物：抗生素、干擾素和白細(xì)胞介素等高效藥物紛紛轉(zhuǎn)向由“工程菌”來生產(chǎn)。與人類生殖、避孕等密切相關(guān)的甾體激素類藥物此外，一大批與人類健康、長壽有關(guān)的生物制品，如疫苗、類毒素等均是微生物產(chǎn)品。

四、微生物的基本研究方法

光學(xué)顯微鏡的誕生，它將肉眼的分辨率提高到微米級水平，而電子顯微鏡的出現(xiàn)使人眼分辨達(dá)到納米水平。列文虎克是第一個用顯微鏡來觀察和描述微生物的。1.顯微鏡技術(shù)2.無菌技術(shù)

無菌技術(shù)是在分離、轉(zhuǎn)接及培養(yǎng)純培養(yǎng)物時防止其被其他微生物污染的技術(shù)。而對滅菌技術(shù)的原理等作出科學(xué)解釋的是巴斯德，他所進(jìn)行的舉世聞名的曲頸瓶實驗，不僅徹底否定了當(dāng)時十分流行的“生命自然發(fā)生學(xué)說”，而且為微生物學(xué)中的無菌技術(shù)的創(chuàng)立和發(fā)展奠定了理論和實踐基礎(chǔ)。

純種分離技術(shù)是人類揭開微生物世界奧秘的重要手段。要揭開在自然條件下處于雜居混生狀態(tài)的某一微生物的特點，以及它們對人類是有益還是有害，就必須采用在無菌技術(shù)基礎(chǔ)上的純種分離方法。早期對微生物群體進(jìn)行單個純化分離者是李斯特。但真正取得突破的是柯赫發(fā)明的培養(yǎng)皿瓊脂平板技術(shù)。3.純種分離技術(shù)4.純種培養(yǎng)技術(shù)

微生物純種培養(yǎng)技術(shù)在科學(xué)實驗和生產(chǎn)實踐中有著極其重大的理論與實踐意義。若為微生物提供一個初級培養(yǎng)的實驗方法并不復(fù)雜，但要使微生物在大規(guī)模生產(chǎn)中良好地生長或累積代謝產(chǎn)物，就得考慮一些最為合理的培養(yǎng)裝置和有效的工藝條件，并且還要在整個微生物的發(fā)酵過程中嚴(yán)防其他微生物的干擾，即防止雜菌污染。發(fā)酵罐的發(fā)明及大規(guī)模地普及使用，它為生物工程學(xué)開辟了嶄新的前景。同時微生物發(fā)酵工業(yè)也已成為國民經(jīng)濟的重要支柱之一。

4.按微生物所在的生態(tài)環(huán)境分有：土壤微生物學(xué)、海洋微生物學(xué)、環(huán)境微生物學(xué)、宇宙微生物學(xué)等。

3.按微生物的應(yīng)用領(lǐng)域分有：農(nóng)業(yè)微生物、工業(yè)微生物、醫(yī)學(xué)微生物、食品微生物、獸醫(yī)微生物學(xué)、預(yù)防微生物學(xué)等。六、微生物學(xué)的發(fā)展史1.史前期

史前期是指人類還未見到微生物個體尤其是細(xì)菌細(xì)胞前的一段漫長的歷史時期，大約在距今8000年－－1676年間。開創(chuàng)者：各國勞動人民，其中尤以我國的制曲、釀酒技術(shù)蓍稱。特點：未見細(xì)菌等微生物個體；憑實踐經(jīng)驗利用微生物的有益活動（釀酒、制醬、釀醋、漚肥、輪作、治病）。2.初創(chuàng)期時間：1676－－1861開創(chuàng)者：列文虎克（Leeuwenhoek)特點：自制的單式顯微鏡觀察到細(xì)菌的個體；

對一些微生物形態(tài)進(jìn)行描述。1676年，微生物學(xué)的先驅(qū)荷蘭人列文虎克首次觀察到了細(xì)菌。他沒有上過大學(xué)，是一個只會荷蘭語的小商人，但卻在1680年被選為英國皇家學(xué)會的會員。時間：1861－－1897開創(chuàng)者：Pasteur和Koch特點：①建立了一系列研究微生物所必要的獨特方法；

②借助于良好的研究方法，開創(chuàng)了尋找病原微生物的“黃金時期”；

③把微生物的研究從形態(tài)描述推進(jìn)到生理學(xué)研究的新水平；

④微生物學(xué)以獨立的學(xué)科形式開始形成。3.奠基期法國人巴斯德（LouisPasteur）（1822～1895）德國人柯赫（RobertKoch）（1843～1910）1.巴斯德

(1)發(fā)現(xiàn)并證實發(fā)酵是由微生物引起的(2)徹底否定了“自然發(fā)生”學(xué)說化學(xué)家出生的巴斯德涉足微生物學(xué)是為了治療“酒病”和“蠶病”著名的曲頸瓶試驗無可辯駁地證實，空氣內(nèi)確實含有微生物，是它們引起有機質(zhì)的腐敗。(3)免疫學(xué)——預(yù)防接種首次制成狂犬疫苗(4)其他貢獻(xiàn)巴斯德消毒法：60～65℃作短時間加熱處理，殺死有害微生物2.柯赫a）細(xì)菌純培養(yǎng)方法的建立土豆切面→營養(yǎng)明膠→營養(yǎng)瓊脂（平皿）（1）微生物學(xué)基本操作技術(shù)方面的貢獻(xiàn)b）設(shè)計了各種培養(yǎng)基，實現(xiàn)了在實驗室內(nèi)對各種微生物的培養(yǎng)c）流動蒸汽滅菌d）染色觀察和顯微攝影（2）對病原細(xì)菌的研究作出了突出的貢獻(xiàn)：a）具體證實了炭疽桿菌是炭疽病的病原菌；b）發(fā)現(xiàn)了肺結(jié)核病的病原菌；（1905年獲諾貝爾獎）c）證明某種微生物是否為某種疾病病原體的基本原則——著名的柯赫原則1、在每一相同病例中都出現(xiàn)這種微生物；2、要從寄主分離出這樣的微生物并在培養(yǎng)基中培養(yǎng)出來；3、用這種微生物的純培養(yǎng)接種健康而敏感的寄主，同樣的疾病會重復(fù)發(fā)生；4、從試驗發(fā)病的寄主中能再度分離培養(yǎng)出這種微生物來。結(jié)核桿菌柯赫法則時間：1897－－1953開創(chuàng)者：Buchner特點：①進(jìn)入微生物生化水平的研究；②應(yīng)用微生物的分支學(xué)科更為擴大，出現(xiàn)了抗生素等學(xué)科；③開始尋找各種有益微生物代謝產(chǎn)物；④普通微生物學(xué)開始形成；⑤各相關(guān)學(xué)科和技術(shù)方法相互滲透，