微生物學課程第一章(沈萍)-緒論與基本實驗技術課件

微生物學課程——緒論與常規(guī)實驗技術

一、什么是微生物定義：微生物是所有形體微小、單細胞或結構較為簡單的多細胞生物、甚至沒有細胞結構的生物的通稱。種類：微生物類群十分龐雜，包括：無細胞結構的病毒、類病毒、擬病毒等，屬于原核生物的細菌、放線菌、立克次氏體、衣原體等，屬于真核生物的酵母菌和霉菌，單細胞藻類、原生動物等。二，微生物和人類的關系有益的方面。1，在食品生產(chǎn)中應用廣泛。如：面包，奶酪，酸奶，各種酒類，檸檬酸等食品添加劑，各種氨基酸，各種維生素，醬醋腐乳泡菜等副食品……2，在醫(yī)藥方面應用廣泛。如：青霉素等抗生素的生產(chǎn)，疫苗，胰島素等藥品的生產(chǎn)。3，工業(yè)方面的應用。如：洗衣粉，皮革，丙酮等化工原料生產(chǎn)。4，能源方面的應用。如：沼氣，生物乙醇，氫氣。5，環(huán)保方面的應用。污水處理，重金屬吸收，有毒化學品的降解。此外，微生物還能應用于采礦，農(nóng)牧，冶金等許多行業(yè)。對人有害方面：致病微生物：1347年，鼠疫耶森氏菌引起的瘟疫使整個歐洲死亡約1/3的人口大約2500萬人。整個人類歷史，據(jù)統(tǒng)計約2億人死于鼠疫。其他如SARS、肺結核、瘧疾、霍亂、AIDS、flu

…生化武器

三、微生物學及其分科微生物學——是在分子、細胞或群體水平上研究微生物的形態(tài)結構、生長繁殖、生理代謝、遺傳異、生態(tài)分布和分類進化等生命活動的基本規(guī)律，并將其應用于工業(yè)發(fā)酵、醫(yī)學衛(wèi)生和生物工程等領域的科學。微生物學分科：◆按基本問題分：普通微生物學、微生物分類學、微生物生理學、微生物生態(tài)學、微生物遺傳學等?！舭囱芯繉ο蠓郑杭毦鷮W、真菌學、病毒學、噬菌體學等?！舭磻妙I域分：工業(yè)～、農(nóng)業(yè)～、醫(yī)學～、食品～、石油～、土壤～、海洋～、環(huán)境～、發(fā)酵微生物學等等四，微生物的發(fā)現(xiàn)及微生物學的發(fā)展

史前時期——人類對微生物的認識與利用微生物學初創(chuàng)時期——微生物形態(tài)認識時期微生物學奠基時期——微生物生理學發(fā)展時期微生物學發(fā)展時期——微生物生物化學發(fā)展時期微生物學成熟時期——微生物分子生物學發(fā)展時期1.史前期史前期是指人類還未見到微生物個體尤其是細菌細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、釀酒技術蓍稱。特點：未見細菌等微生物個體；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）。微生物學的初創(chuàng)期（1676－1861）

列文虎克(AntonyvanLeeuwenhoek）奠基期時間：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)描述推進到生理學研究的新水平；④微生物學以獨立的學科形式開始形成。貢獻：A徹底否定了“自生說”學說B免疫學——預防接種C證實發(fā)酵是由微生物引起的D其他貢獻：巴斯德消毒法等。巴斯德(LouisPasteur)貢獻：A

徹底否定了“自生說”學說“曲頸瓶”實驗B免疫學—預防接種

RobertKoch（柯赫）是微生物學的奠基人，德國人，細菌學家。A微生物學基本操作技術方面的貢獻B對病原細菌的研究作出了突出的貢獻：a）細菌純培養(yǎng)方法的建立土豆切面→營養(yǎng)明膠→營養(yǎng)瓊脂（平皿）A微生物學基本操作技術方面的貢獻b）設計了各種培養(yǎng)基，實現(xiàn)了在實驗室內(nèi)對各種微生物的培養(yǎng)c）蒸汽滅菌d）染色觀察和顯微攝影B對病原細菌的研究作出了突出的貢獻：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?？潞辗▌t時間：1897－－1953開創(chuàng)者：Buchner特點：①進入微生物生化水平的研究；②應用微生物的分支學科更為擴大，出現(xiàn)了抗生素等學科；③開始尋找各種有益微生物代謝產(chǎn)物；④普通微生物學開始形成；⑤各相關學科和技術方法相互滲透，相互促進，加速了微生物學的發(fā)展。發(fā)展期

時間：1953－－至今開創(chuàng)者：Watson和Crick特點：①微生物學從一門在生命科學中較為孤立的以應用為主的學科，成為一門十分熱門的前沿基礎學科；②在基礎學理論的研究方面，逐步進入到分子水平的研究，微生物迅速成為分子生物學研究中的最主要的對象；③在應用研究方面，向著更自覺、更有效和可人為控制的方向發(fā)展。成熟期六，21世紀微生物學的發(fā)展趨勢1，微生物基因組學研究將全面開展。2，與環(huán)境密切相關的微生物學研究將長足發(fā)展。3，多學科交差趨勢增強。4，微生物的應用將更加廣泛。五，微生物的特點及其應用1、體積小，面積大2、吸收多，轉(zhuǎn)化快3、生長旺，繁殖快4、分布廣，種類多5、適應性強，易變異病毒——﹤0.2m桿狀細菌——0.5×2.0m支原體立克次氏體衣原體｝0.2～0.5m放線菌——菌絲直徑霉菌——菌絲直徑2～10m酵母——1—5×5—30m1.體積小、面積大1.體積小、面積大比面=面積/體積乳酸桿菌120,000豌豆6.0雞蛋1.5體重200磅的人0.32吸收多，轉(zhuǎn)化快＃3克地鼠每天消耗與體重等重的糧食；＃1克閃綠蜂鳥每天消耗兩倍于體重的糧食；＃大腸桿菌每小時消耗2000倍于體重的糖。；※發(fā)酵乳糖的細菌在1小時內(nèi)就可以分解相當于其自身重量1,000~10,000倍的乳糖，產(chǎn)生乳酸；※1公斤酵母菌體，在一天內(nèi)可發(fā)酵幾千公斤的糖，生成酒精；3生長旺，繁殖快★例如：Escherichiacoli(大腸桿菌)在最適的生長條件下，每12.5~20分鐘細胞就能分裂一次。★在液體培養(yǎng)基中，細菌細胞的濃度一般為108~109個/ml?！锢梦⑸锏倪@一特性就可以:實現(xiàn)發(fā)酵工業(yè)的短周期、高效率生產(chǎn)。例如生產(chǎn)鮮酵母時，幾乎12小時就可以收獲一次，每年可以收獲數(shù)百次。★谷氨酸短桿菌：搖瓶種子→50噸發(fā)酵罐：52小時內(nèi)細胞數(shù)目可增加３２億倍。表1－3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38252.7×1011

大腸桿菌18分80371.2×1024

根瘤菌110分13258.2×103

枯草桿菌31分46307.0×1013

光合細菌144分10301.0×103

釀酒酵母120分12304.1×103

小球藻7小時3.42510.6

念珠藻*23小時1.04252.1

硅藻17小時1.4202.64

草履蟲10.4小時2.3264.92

*為念珠藍菌屬(Nostoc)的舊稱，與細菌同屬原核生物。1→1×2（3×48）=2144=848=2.2×1043個E.coli=2.2×1031克（1克=1012個E.coli）=2.2×1025噸（地球=5.5×1021噸）=4000個地球的重量！問題：E.coli在條件適宜的情況下可以達到20分鐘一代。那么請大家估計一下，一個E.coli經(jīng)過48小時后產(chǎn)生的E.coli的重量會有多重？

4.種類多、分布廣分布廣：如:萬米深海、85公里高空、地層下128米和427米沉積巖中都發(fā)現(xiàn)有微生物存在。類型低限傾向種數(shù)高限病毒與立克次氏體1,2171,2171,217支原體424242細菌與放線菌>1,0001,5001,500藍細菌1,2271,5001,500藻類15,05123,10023,100真菌37,17547,30068,939原生動物24,06824,06830,000總數(shù)79,78098,727127,298微生物的種數(shù)，據(jù)1972年：更重要的是在于微生物的生理代謝類型多、代謝產(chǎn)物種類多。答案：A：十幾億～幾十億個B：流感患者一聲咳嗽，可散播約有10萬個病菌；一個噴嚏約含有100萬個病菌。C：4萬個左右日常生活中的微生物數(shù)字

A、1克肥沃的土壤中微生物的數(shù)目？

B、一個流感病人一聲咳嗽，一個噴嚏會有多少個病菌？

C、手皮膚平均每平方厘米大致會多少個微生物？5.易變異、適應強★任何有其它生物生存的環(huán)境中，都能找到微生物。而在其它生物不可能生存的極端環(huán)境中也有微生物存在?！锿蛔冾l率一般為10-5～10-10，但因繁殖快，數(shù)量多，與外界環(huán)境直接接觸，因而在短時間內(nèi)可出現(xiàn)大量變異的后代。★青霉素產(chǎn)量變異、耐藥性變異舉例例如，青霉素生產(chǎn)菌Penicilliumchrysogenum(產(chǎn)黃青霉)的產(chǎn)量1943年為每毫升發(fā)酵液中含20單位青霉素，40多年來，經(jīng)過世界各國微生物遺傳育種工作者的不懈努力使該菌產(chǎn)量變異逐漸積累，加上發(fā)酵條件的改進，目前世界上先進國家的發(fā)酵水平每毫升已超過5萬單位，甚至接近10萬單位。微生物的數(shù)量性狀變異和育種使產(chǎn)量提高的幅度之大，是動植物育種工作中絕對不可能達到的。正因為如此，幾乎所有微生物發(fā)酵工廠都十分重視菌種選育工作。第一章：微生物的分離和純培養(yǎng)微生物培養(yǎng)的常用器具Testtube(試管)Culturedish/Petridish(培養(yǎng)皿）ShakeFlask

（三角瓶)FermentorLabscalefermentorFermentorIndustrialScalefermentor接種操作無菌箱或無菌室內(nèi)操作用固體培養(yǎng)基獲得純培養(yǎng)常見固體培養(yǎng)基涂布平板法稀釋倒板法平板劃線法用液體培養(yǎng)基獲得純培養(yǎng)對于不能在固體培養(yǎng)基上生長的微生物，有一部分可以用液體培養(yǎng)基稀釋法獲得純培養(yǎng)。單細胞（孢子）分離稀釋法有個重要的缺點，它只能分離樣品中占優(yōu)勢的菌種。采用顯微分離法從混雜群體中直接分離單個細胞進行培養(yǎng)，這種獲得純培養(yǎng)的方法稱為單細胞分離法。選擇培養(yǎng)1，采用選擇性平板。2，富集培養(yǎng)。菌種的保藏1、菌種保藏的原理

首先要挑選典型菌種的優(yōu)良純種,最好采用它們的休眠體(如分生孢子、芽孢等);其次,創(chuàng)造一個最有利休眠的環(huán)境條件,如干燥、低溫、缺氧、避光、缺乏營養(yǎng)以及添加保護劑等。2、菌種保藏方法1）斜面菌種低溫保藏法---利用低溫對微生物生命活動有抑制作用的原理進行保藏。把斜面菌種、固體穿刺培養(yǎng)物或菌懸液等,直接放入4～5℃冰箱中。保藏時間一般不超過3個月,到時必須進行移接傳代,再放回冰箱。2）砂土管保藏法---將干燥砂粒與細土混合后滅菌制成砂土管,然后接種保藏。若把砂土管放在低溫或抽氣后密封,效果更佳。此法適用于產(chǎn)孢子及芽孢菌種的保藏。保藏期1～10年3）石蠟油封藏法---向培養(yǎng)好的菌種斜面上,加入滅菌石蠟油,高出斜面1cm,然后蠟封管口,放入冰箱。該法既可防止培養(yǎng)基水分蒸發(fā),又能使菌種與空氣隔絕。保藏期1～2年4）真空冷凍干燥法---是目前較理想的一種方法。在低于-15℃下,快速將細胞凍結,并保持細胞完整,然后在真空中使水分升華致干。在此環(huán)境中,微生物的生長和代謝都暫時停止,不易發(fā)生變異,故可長時間保存,一般為5～10年,最多可達15年之久。此法兼?zhèn)淞说蜏亍⒏稍锛叭毖鯉追矫鏃l件,使微生物可以保存較長時間,但手續(xù)較麻煩,需要一定的設備。3、菌種保藏中心我國由于1979年7月成立了中國微生物菌種保藏管理委員會(CCCCM),----普通微生物菌種保藏管理中心(CCGMC)--中科院微生物所,北京(AS),真菌、細菌;中科院武漢病毒研究所,武漢(AS-IV),病毒。----農(nóng)業(yè)微生物菌種保藏管理中心(ACCC)---中國農(nóng)業(yè)科學院土壤肥料研究所,北京(ISF)。----工業(yè)微生物菌種保藏管理中心(CICC)---輕工業(yè)部美國的“美國典型菌種收藏所”(ATCC)，保藏方式主要采用冷凍干燥和液氮超低溫凍結法。顯微鏡和顯微技術決定顯微觀察效果的因素：放大倍數(shù)，分辨率和反差。分辨率是辨別兩點間最小距離的能力。反差是樣品區(qū)別于背景的程度。普通光學顯微鏡由于肉眼的正常分辨率為0.25mm左右，因此光學顯微鏡的有效放大倍數(shù)只能達到1000-1500倍。暗視野顯微鏡相差顯微鏡光穿過標本時，由于標本各部分的折射率和厚度不同，加快和滯后的光波產(chǎn)生相位差。利用特殊光學裝置——環(huán)狀光闌和相差板，可以將產(chǎn)生的相位差轉(zhuǎn)換為人眼可以觀察的振幅差。熒光顯微鏡透射電子顯微鏡掃描電子顯微鏡顯微觀察樣品的制備光學顯微鏡樣品的制備活體觀察。

壓滴法，懸滴法，菌絲埋片法。染色觀察。懸滴法2,電子顯微鏡樣品制備生物樣品電鏡觀察前，必須進行固定和干燥，否則鏡筒中的高真空會導致其嚴重脫水，結構變形。此外，由于構成生物樣品的元素對電子的散射和吸收