微生物 緒論-生物技術

長治學院生物科學與技術系任嘉紅微生物學Microbiology課時安排理論課：15學時實驗課：9學時第一章

緒論一、什么是微生物（一）定義微生物：細小的肉眼看不見的或看不清的生物。一般來說，直徑≤0.1mm的生物都是微生物，屬于微生物學研究的范疇。（二）生物分界（微生物在生物界的位置）

1、兩界系統(tǒng)（亞里斯多德）

動物界

：不具細胞壁，可運動，不行光合作用。

植物界

：具有細胞壁，不運動，可行光合作用。

三界：原生生物界Protista（E.H.Haeckel,1866年提出）

2、五界系統(tǒng)

R.H.Whitakker,Science,163:150-160,1969

原核生物界Monera：細菌、放線菌等

原生生物界Protista：藻類、原生動物、粘菌等

真菌界Fungi：酵母、霉菌、蕈菌

動物界Animalia：

植物界Plantae：

*五界系統(tǒng)是以細胞結構分化的等級以及和光合、吸收、攝食這三種主要營養(yǎng)方式有關的組織類型為基礎的。

六界：加上病毒界(我國學者陳世驤提出)。

*微生物的分類地位

非細胞生物病毒界生物界原核類原核生物界（細菌及藍細菌等）細胞生物單細胞生物原生生物界(單細胞藻類、原生動物等）真核類菌物界（真菌界）

多細胞生物動物界植物界3、三界（域）系統(tǒng)

Woese提出將生物分成為三界(后來改稱三個域)：古細菌、真細菌和真核生物。

1990年，他為了避免把古細菌也看作是細菌的一類，他又把三界(域)改稱為：

Bacteria（細菌）

Archaea（古生菌）

Eukarya（真核生物）二、微生物學的發(fā)展微生物學的發(fā)展階段史前期8000年前-1676初創(chuàng)期1676-1861奠定期1861-1897Pasteur,Koch開創(chuàng)了微生物學研究領域；微生物學的研究從形態(tài)描述上升到生理學水平。發(fā)展期1897-1852

開創(chuàng)了微生物生物化學研究的新時期；普通微生物學已形成一門科學成熟期1953-至今史前期初創(chuàng)期奠基期發(fā)展期成熟期古埃及人釀制啤酒的場面我國古代的釀酒作坊（漢代畫像）釀酒、醬、醋，烘制面包等列文虎克(AntonyvanLeeuwenhoek)（1632-1723）發(fā)現(xiàn)和描述微生物的第一人史前期初創(chuàng)期奠基期發(fā)展期成熟期光片觀察物調焦旋鈕

顯微鏡下觀察到的人牙垢中的微生物的形態(tài)巴斯德(LouisPasteur)（1822–1895）巴斯德的主要貢獻：通過曲頸瓶實驗，提出了生命只能來自生命的胚種學說；發(fā)明了巴斯德消毒法；研制出了弱毒疫苗：狂犬病兔化弱毒疫苗史前期初創(chuàng)期奠基期發(fā)展期成熟期無菌操作柯赫(Robert.Koch)(1843–1910)柯赫的主要貢獻：建立了分離微生物純種的平板培養(yǎng)技術；利用平板培養(yǎng)技術分離到了多種傳染病的病原菌；提出著名的柯赫法則(Koch’spostulates)。史前期初創(chuàng)期奠基期發(fā)展期成熟期柯赫法則(Koch’spostulates)病原微生物總是在患病的動物中發(fā)現(xiàn)而不存在于健康的個體中；這一微生物可以離開動物體，并被培養(yǎng)為純種培養(yǎng)物；這種純培養(yǎng)物接種到敏感動物體后，應當出現(xiàn)特有的特癥；該微生物可以從患病的實驗動物中重新分離出來，并可以在實驗室重新再次培養(yǎng)，此后它仍然應該與原始病原微生物相同。劃線法獲得單菌落

柯赫法則圖示弗來明(AlexanderFleming)(1881-1955)重大貢獻在于發(fā)現(xiàn)了青霉素(penicillin)史前期初創(chuàng)期奠基期發(fā)展期成熟期J.Watson和F.Crick在DNA雙螺旋模型旁（1953年）DNA結構模型的建立使微生物成為分子生物學的重要研究對象和生物工程的主角史前期初創(chuàng)期奠基期發(fā)展期成熟期三、微生物的五大共性

1、體積小、比表面積大

2、吸收多、轉化快

3、生長旺、繁殖快

4、適應強、易變異

5、分布廣、種類多1、體積小，比表面積大單位：um(10-6m)或nm(10-9m)2μm0.5μm桿菌80個桿菌肩并肩總寬度=1根頭發(fā)絲的寬度1500個桿菌首尾相連總長度=1粒芝麻的長度微生物的體積大小大小以um計，但比表面積（表面積/體積）大，必然有一個巨大的營養(yǎng)吸收、代謝廢物排泄和環(huán)境信息接受面。這一特點也是微生物與一切大型生物相區(qū)別的關鍵所在。

比表面積：個體的表面積與體積之比。設定：人的比表面積=1

則：(與人等重)大腸桿菌比表面積=30萬這一特性為高速生長繁殖和產生大量代謝物提供了充分的物質基礎。

例如：

重量相同下：

乳酸菌：1小時可分解其體重1000至10000倍乳糖。

人：2.5×105小時消耗自身體重1000倍乳糖。返回2、吸收多，轉化快人（50kg）500~1000g/d地鼠（體重3g）3g/d大腸桿菌細胞重量2000倍糖/h奶牛（500kg）合成0.5kg蛋白質/24h微生物細胞合成自身重量30-40倍的細胞物質/24h吸收多轉化快注：這一特性為高速生長繁殖和產生大量代謝物提供了充分的物質基礎。返回3、生長旺，繁殖快微生物代時及每日增殖率微生物名稱代時(分)溫度日增殖率乳酸菌38252.7×10^11大腸桿菌18371.2×10^24根瘤菌110258.2×10^3枯草桿菌31307.2×10^13光合細菌144301.0×10^3釀酒酵母120304.1×10^3念珠藻1380252.1硅藻1020202.64小球藻4202510.6草履蟲642264.92

極高生長繁殖速度，如E.coli15-20分鐘分裂一次，若不停分裂，48小時有2.2×1043菌數增加，營養(yǎng)消耗，代謝積累，限制生長速度。

這一特性可在短時間內把大量基質轉化為有用產品，縮短科研周期。也有不利一面，如疾病、糧食霉變等。

返回4、適應性強，易變異對營養(yǎng)物質的利用上的適應性。對環(huán)境條件尤其是惡劣的“極端環(huán)境”的適應性。

耐0～－196℃低溫耐250℃～300℃的高溫耐鹽（飽和鹽水）耐干燥（產芽孢細菌、真菌孢子）耐酸堿、耐缺氧、耐毒物、抗輻射適應性強極其靈活適應性，對極端環(huán)境具有驚人的適應力。4、適應性強，易變異易變異青霉素生產菌的發(fā)酵水平1940年每毫升20單位2000年每毫升10萬單位青霉素的使用劑量：1940年10萬元單位/次1980年：輸液80萬單位/次2000年：輸液800萬-1000萬單位/次青霉素對金黃色葡萄球菌最低抑制濃度0.02μg/ml200μg/ml遺傳物質易變異。青霉素43年剛問世時，對Staphylococcusaureusr最低制菌濃度為0.02ug/ml,由于突變原因制菌濃度不斷提高，有的菌株的耐藥性竟比原始菌株提高了1萬倍。在40年代用青霉素治療時，即使是嚴重感染的病人，每天只需10萬單位，而現(xiàn)在成人需1６0萬單位，新生兒也不少于４０萬單位。病情嚴重時，甚至用數千萬。同時也說明了“濫用抗生素無異于玩火”的口號是有充分科學依據的。細菌抗藥性的產生：5、分布廣，種類多微生物在自然界的分布：無處不在，無孔不入分布廣土壤空氣水域生物體內外

極端環(huán)境正常環(huán)境高空深海底2000米深的地層溫泉分布區(qū)域廣，分布環(huán)境廣。5、分布廣，種類多60年前，中國人乘飛機采集了160米到5300米的高空的氣樣并分析了其中的微生物發(fā)布狀況。5、分布廣，種類多種類多地球上的微生物：估計有100萬種以上已發(fā)現(xiàn)的微生物：約有10萬種已開發(fā)利用的微生物：約1000種

微生物的微觀性研究手段的限制分離培養(yǎng)的局限生理代謝類型多，代謝產物種類多，種數多。針尖上的微生物生態(tài)環(huán)境中重要的一員生物學研究中重要的工具材料對人類的有益作用工業(yè)方面的應用醫(yī)藥方面的應用農業(yè)方面的應用對人類的有害作用引起人畜疾病引起植物病害引起食物腐敗引起其他物質變質四、微生物的作用流感

對1918年大流感的肆虐橫行，護士（左上）、警察（右上）、軍人（左下）工作時都戴上了口罩，盡管如此，這次流感還是奪去了4000萬人的生命。五、未來微生物的發(fā)展

微生物學今后的發(fā)展方向，是利用基因工程的手段，構建有益的基因工程菌，從而使之具有新的遺傳性狀，產生人類所需要的