第1部分 顯微鏡下的微世界課程-引入

顯微鏡下的微世界

微生物專題遠(yuǎn)古人類發(fā)現(xiàn)，吃剩的米粥數(shù)日后變成了醇香可口的飲料—人類最早發(fā)明的酒豐富多彩的遠(yuǎn)古酒文化微生物發(fā)酵我國(guó)古代的釀酒作坊（四川新都縣出土的漢代畫(huà)像）↑公元前2300年左右，埃及人釀制啤酒的場(chǎng)面（某金字塔壁畫(huà)）豐富多彩的酒文化(EdwardJenner,1749~1823)首創(chuàng)用牛痘預(yù)防天花，是免疫學(xué)的發(fā)展，開(kāi)創(chuàng)了生物技術(shù)的先河。

1676年荷蘭人A.Leeuwenhoek用自磨鏡片，創(chuàng)造了一架原始顯微鏡，生物工程進(jìn)入微觀形態(tài)學(xué)發(fā)展階段。一、傳統(tǒng)生物技術(shù)

生物技術(shù)的發(fā)展與食品發(fā)展的歷史是密不可分的，對(duì)促進(jìn)人類社會(huì)的文明發(fā)展有著非常重要的意義，其發(fā)展簡(jiǎn)史如下：BC6000年，古埃及人和古巴比侖人利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)酒精；我國(guó)也在石器時(shí)代后期，開(kāi)始利用谷物釀酒；BC4000年，古埃及人開(kāi)始用酵母菌發(fā)酵生產(chǎn)面包；BC221年，周代后期我國(guó)人民開(kāi)始制作豆腐、醬油和醋生物技術(shù)的形成和發(fā)展

1865年當(dāng)時(shí)屬奧地利的布?。˙runn）基督教修道院的修士格里高·孟德?tīng)枺℅regorJohannMendel），根據(jù)他8年植物雜交實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，2月8日在當(dāng)?shù)氐目茖W(xué)協(xié)會(huì)上宣讀了一篇題為“植物雜交實(shí)驗(yàn)”的論文，1866年正式發(fā)表在該協(xié)會(huì)的會(huì)刊上。但這一偉大的發(fā)現(xiàn)被擱置了35年，孟德?tīng)柵R終前說(shuō)：“等著瞧吧，我的時(shí)代總有一天要來(lái)臨”

1885年，巴斯德（LouisPasteur)首先證實(shí)發(fā)酵是由微生物引起的，并建立了微生物純種培養(yǎng)技術(shù)；20世紀(jì)20年代，工業(yè)生產(chǎn)中大規(guī)模采用純種培養(yǎng)技術(shù)發(fā)酵生產(chǎn)丙酮和丁醇；同時(shí)代，AlexanderFleming爵士發(fā)現(xiàn)了青霉菌可以產(chǎn)生青霉素，50年代青霉素大量生產(chǎn)，為人類疾病治療做出了巨大貢獻(xiàn)，同時(shí)帶動(dòng)了發(fā)酵工業(yè)和酶制劑工業(yè)的發(fā)展；以上屬于傳統(tǒng)傳統(tǒng)意義上的生物技術(shù)，也是近代生物技術(shù)的建立和全盛時(shí)期。細(xì)菌的發(fā)現(xiàn)我們已經(jīng)知道,單個(gè)的細(xì)菌是十分微小的,它們的奧秘是怎樣被發(fā)現(xiàn)的?細(xì)菌的發(fā)現(xiàn)者是誰(shuí)?他為什么能發(fā)現(xiàn)細(xì)菌?細(xì)菌的發(fā)現(xiàn)者是誰(shuí)?17世紀(jì)的荷蘭人列文虎克并非職業(yè)科學(xué)家，但是他十分熱衷自己制造顯微鏡經(jīng)過(guò)幾年的努力，他制造了能放大300倍的顯微鏡，是世界先進(jìn)水平列文·虎克用自制的顯微鏡觀察酵母菌、人的精液、雨水中的微生物等，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的世界他為什么能發(fā)現(xiàn)細(xì)菌?他是怎樣讓世人知道他的發(fā)現(xiàn)的?列文·虎克把自己的發(fā)現(xiàn)仔細(xì)記錄下來(lái)他把觀察結(jié)果寄給了當(dāng)時(shí)的權(quán)威科學(xué)機(jī)構(gòu)——英國(guó)皇家學(xué)會(huì)，從此名揚(yáng)天下，被譽(yù)為細(xì)菌學(xué)的開(kāi)創(chuàng)者他的成功是偶然的嗎？他善于發(fā)現(xiàn)和提出問(wèn)題:微小的世界是怎樣的?制定實(shí)施實(shí)驗(yàn)計(jì)劃:自制顯微鏡,堅(jiān)持觀察各種微小物體60年,做詳細(xì)記錄善于表達(dá)和交流:把觀察結(jié)果寄給英國(guó)皇家學(xué)會(huì)他的做法就是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)探究過(guò)程他還發(fā)現(xiàn)了毛細(xì)血管、人類的精子、多種原生動(dòng)物，成功絕非偶然遺憾：微生物從哪來(lái)？微生物學(xué)之父：法國(guó)人路易斯·巴斯德巴斯德以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)精神向世人揭示了細(xì)菌的許多秘密。例如，細(xì)菌不會(huì)在自然界憑空出現(xiàn)著名的巴斯德鵝頸瓶實(shí)驗(yàn)讓認(rèn)為細(xì)菌是自然產(chǎn)生的人徹底閉嘴鵝頸瓶實(shí)驗(yàn)的啟示：1細(xì)菌可以用高溫殺滅；2經(jīng)殺菌的食物不接觸細(xì)菌就不會(huì)腐敗鵝頸瓶實(shí)驗(yàn)原理的應(yīng)用1、外科手術(shù)用具的消毒，挽救了許多病人的生命鵝頸瓶實(shí)驗(yàn)原理的應(yīng)用2、巴氏消毒法，這種滅菌法由巴斯德發(fā)明,因此得名。牛奶、啤酒和葡萄酒、罐頭等，加熱到70～80℃維持5～30分鐘，就能消滅絕大部分細(xì)菌，但不會(huì)影響味道和營(yíng)養(yǎng)。第1節(jié)微生物的探究歷程人類是如何逐漸認(rèn)識(shí)微生物的？古代人早就學(xué)會(huì)釀酒、制醬和醋；我國(guó)在北宋就有了鼻苗法種痘的記載。第一階段：猜想和感覺(jué)到微生物的存在，并有所應(yīng)用，但未觀察到。

1674年荷蘭人列文虎克用自制的顯微鏡，并發(fā)現(xiàn)了細(xì)菌。第二階段：觀察、形態(tài)描述、分類階段。

→巴斯德曲頸瓶實(shí)驗(yàn)，否定了自然發(fā)生學(xué)說(shuō)。自然發(fā)生學(xué)說(shuō)：生物是從無(wú)生命的物質(zhì)自然發(fā)生的。19世紀(jì)中葉，法國(guó)微生物學(xué)家巴斯德開(kāi)始對(duì)微生物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。曲頸瓶實(shí)驗(yàn)：只有在活細(xì)菌存在時(shí)，牛肉湯里才能繁殖出新的細(xì)菌。62℃，30分鐘→巴提出“微生物致病論”；

→德國(guó)科學(xué)家科赫分離到炭疽芽孢桿菌、結(jié)核分枝桿菌、霍亂弧菌等；

→巴斯德建立免疫療法，發(fā)明了炭疽桿菌疫苗和狂犬病疫苗?！退沟屡辶税l(fā)酵是一個(gè)微生物參與的過(guò)程，解決了葡萄酒變質(zhì)的難題（巴氏消毒法）。第三階段：巴斯德與科赫為代表，把微生物的研究推進(jìn)到生理研究階段，并建立了一系列相關(guān)的技術(shù)（如微生物純種分離、培養(yǎng)、無(wú)菌操作等），微生物學(xué)作為獨(dú)立學(xué)科得以建立。1941年“一個(gè)基因一個(gè)酶學(xué)說(shuō)”提出，將微生物學(xué)與遺傳學(xué)、生物化學(xué)緊密結(jié)合起來(lái)，促進(jìn)了微生物學(xué)的縱深發(fā)展——形成了微生物遺傳學(xué)和微生物生理學(xué)，且推動(dòng)了分子遺傳學(xué)的形成。第四階段：微生物逐漸與生物學(xué)發(fā)展的主流匯合，成為主流前沿學(xué)科。

①微生物結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、繁殖快，是實(shí)驗(yàn)的好材料。常利用微生物先找到規(guī)律再轉(zhuǎn)向高等動(dòng)物和人。

②通過(guò)研究微生物，發(fā)現(xiàn)了ＤＮＡ是遺傳物質(zhì)、遺傳密碼、限制酶等，在此基礎(chǔ)上誕生了基因工程。*表1-1：微生物學(xué)研究對(duì)生命科學(xué)發(fā)展起重大影響的事件（P7）第2節(jié)顯微鏡下的微生物微生物的類型自然界的微生物有哪些？不具細(xì)胞具有細(xì)胞原核生物：真細(xì)菌、古細(xì)菌真核生物病毒：一種核酸+蛋白質(zhì)外殼朊病毒：只有蛋白質(zhì)類病毒：只有單鏈的RNA分子真菌：酵母菌、霉菌、蕈（菌菇）單細(xì)胞藻類：綠藻、硅藻、褐藻、紅藻等原生生物原生動(dòng)物：草履蟲(chóng)、變形蟲(chóng)黏菌：介于原生動(dòng)物與真菌之間目前，我們對(duì)微生物的認(rèn)識(shí)中，耳聞最多的莫過(guò)于病原微生物，很多疾病都是由于病原微生物引起的，包括病毒、細(xì)菌等。

一、病毒1、大?。?50nm以下，電子顯微鏡才能觀察到。2、主要成分：核酸（DNA或RNA）和蛋白質(zhì)。3、結(jié)構(gòu)：核酸位于中心形成核心，蛋白質(zhì)包裹在核心周圍4、代謝特征：寄生性。只有寄生在特定的活細(xì)胞內(nèi)才能生存和繁殖；非寄生時(shí)呈結(jié)晶狀態(tài)不能進(jìn)行獨(dú)立的代謝活動(dòng)。裸露病毒包膜病毒根據(jù)寄生對(duì)象不同動(dòng)物病毒植物病毒細(xì)菌病毒（即噬菌體）6、與人類關(guān)系①危害：一些傳染病的病原體；如HBV、HIV（掌握致病原理）②有利：對(duì)付某些細(xì)菌感染如抑制傷口綠膿桿菌感染；利用昆蟲(chóng)病毒防治害蟲(chóng)；在基因工程中可以作為運(yùn)載體。根據(jù)核酸不同DNA病毒RNA病毒逆轉(zhuǎn)錄病毒5、分類二、細(xì)菌真細(xì)菌：生活在常溫常壓等通常環(huán)境條件下。古細(xì)菌：生活在極端環(huán)境條件下。1、真細(xì)菌球菌桿菌螺菌常見(jiàn)3種形態(tài)放線菌藍(lán)細(xì)菌（藍(lán)藻）光合細(xì)菌支原體衣原體常見(jiàn)的三種細(xì)菌典型形態(tài)A.球菌B.桿菌C.螺菌放線菌孢子生殖；腐生，降解土壤中的有機(jī)物，能產(chǎn)生抗生素（1）分類（2）結(jié)構(gòu)①細(xì)胞壁：使細(xì)菌具一定形態(tài)，保護(hù)細(xì)胞。②擬核：ＤＮＡ分布的區(qū)域，無(wú)核膜包圍。③鞭毛：１至１０條，運(yùn)動(dòng)功能。④菌毛：利于菌體附著于物體表面。⑤莢膜：惡劣條件下形成厚莢膜，變成圓形休眠體（芽孢）。條件適合時(shí)芽孢萌發(fā)為細(xì)菌。芽孢并非生殖細(xì)胞。⑥質(zhì)粒：環(huán)狀雙鏈DNA，有致病、抗藥基因等，常用作基因工程運(yùn)載體。單個(gè)或少數(shù)細(xì)菌在固體培養(yǎng)基上大量繁殖時(shí)，就會(huì)形成一個(gè)肉眼可見(jiàn)的，具有一定形態(tài)結(jié)構(gòu)的子細(xì)胞群體，叫做菌落。細(xì)菌的菌落特征因種而異菌落是鑒定菌種的重要依據(jù)。各種微生物在一定培養(yǎng)條件下形成的菌落具有一定的特征，包括菌落的大小、形狀、光澤、顏色、硬度、透明程度等。（3）真細(xì)菌的知識(shí)小結(jié)2、古細(xì)菌：生活在極端環(huán)境條件下，并有許多適應(yīng)極端環(huán)境的結(jié)構(gòu)和組成。在進(jìn)化上有著重要地位；在生物工程上有潛在的應(yīng)用前景。產(chǎn)甲烷細(xì)菌：嚴(yán)格厭氧，產(chǎn)沼氣極端嗜熱菌：具耐高溫核酸蛋白質(zhì)

82—110℃仍存活極端嗜鹽菌：最適鹽濃度3-4mol/LNaCl極端嗜酸菌：最適PH為0.7青霉素抑菌原理：抑制真細(xì)菌細(xì)胞壁的合成。利福平抑菌原理：抑制真細(xì)菌RNA的合成。古細(xì)菌細(xì)胞壁與真細(xì)菌不同，青霉素不能抑制其細(xì)胞壁合成；古細(xì)菌對(duì)利福平也不敏感。4、細(xì)菌增長(zhǎng)（生長(zhǎng)）曲線（群體生長(zhǎng)規(guī)律）

遲緩期（調(diào)整期）：個(gè)體數(shù)少，接種后有個(gè)適應(yīng)過(guò)程，增長(zhǎng)緩慢。

對(duì)數(shù)期：空間、營(yíng)養(yǎng)充足，增長(zhǎng)最快。微生物形態(tài)和生理特征都是最穩(wěn)定，接種時(shí)最好選擇對(duì)數(shù)期的菌種。

穩(wěn)定期：空間、營(yíng)養(yǎng)受限制，出生率≈死亡率，增長(zhǎng)停止。

衰亡期：若營(yíng)養(yǎng)耗盡或代謝廢棄物累積，可能引起種群數(shù)量減少直至滅亡。酵母、霉菌和蕈（蘑菇等）是一類比古細(xì)菌和真細(xì)菌大得多得微生物，即真菌。真菌屬于真核生物。真菌酵母菌霉菌蕈酵母是單細(xì)胞真菌。酵母以出芽或形成孢子的方式繁殖。三、真菌1、酵母菌酵母菌的呼吸方式霉菌主要包括青霉、根霉、曲霉等。霉菌通過(guò)形成無(wú)性孢子（如分生孢子）或有性孢子（如接合孢子）進(jìn)行繁殖。2、霉菌：包括青霉、根霉、曲霉等營(yíng)養(yǎng)體的基本結(jié)構(gòu)：長(zhǎng)的、分枝的、絲狀的細(xì)長(zhǎng)細(xì)胞構(gòu)成菌絲；許多菌絲集合纏繞形成團(tuán)塊狀菌絲體。腐爛的水果上往往會(huì)長(zhǎng)出青霉菌，比如這個(gè)橘子。青霉菌的菌絲已經(jīng)深入橘子內(nèi)部。這些菌絲會(huì)把食物消化掉，并吸收較小的化合物。蕈，俗稱菌菇。以蘑菇為例，分地上和地下兩部分。地上部分稱為子實(shí)體，由菌蓋和菌柄組成。菌蓋的下部稱菌褶。地下部分絲狀，與菌柄相連。3、蕈：俗稱菌菇（食用菌），大型多細(xì)胞真菌，具細(xì)胞壁。①菌蓋：開(kāi)始半球形，后傘形；白或灰白。③菌柄：圓柱形，與菌蓋同色。④菌絲：與菌柄相連。②菌褶：菌蓋下部叫菌褶，由放射狀薄片組成；最初淡紅色，后來(lái)褐色。4、真菌的特征、與人類和自然界的關(guān)系腐生與寄生的區(qū)別？原生生物藻類的細(xì)胞都有細(xì)胞核，有含光合色素的細(xì)胞器，它們是真核生物。依其光合色素種類及含量的不同，呈現(xiàn)綠色、褐色、紅色，因而分