微生物學(xué)-第一章 緒論

微生物學(xué)本學(xué)期的教學(xué)安排(一)授課教師主講教師：馬匯泉〔教授〕,張春楊(博士),宋關(guān)玲(副教授)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師：馬匯泉、張春楊、宋關(guān)玲、丁忠峰、盧明鋒、甄惠麗聯(lián)系方式：：2780383〔辦〕、2782062〔宅〕

電子郵件：(二)授課方式

講授內(nèi)容以教材為主，48學(xué)時(shí)；授課方式以PowerPoint講板為主；配合討論和作業(yè)。期末考試成績占70%，作業(yè)成績占20%，出勤占10%。

實(shí)驗(yàn)課，32學(xué)時(shí)；獨(dú)立設(shè)課，單獨(dú)考試；1．課堂教學(xué)2．課外教學(xué)

微生物學(xué)教學(xué)網(wǎng)站；網(wǎng)址多種渠道的師生交流；〔個(gè)別交談、學(xué)習(xí)委員、、E-mail、教學(xué)網(wǎng)站〕授課方案授課內(nèi)容學(xué)時(shí)第一章緒論3第二章顯微鏡下的微生物3第三章微生物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能6第四章微生物的營養(yǎng)6第五章微生物的代謝6第六章微生物的生長繁殖及其控制6第七章病毒8第八章微生物遺傳4第十一章微生物的生態(tài)4總復(fù)習(xí)2(三)本課程的學(xué)習(xí)參考資料1、報(bào)刊及網(wǎng)上與微生物學(xué)相關(guān)的科技新聞；2、參考書：〔1〕?微生物學(xué)教程?，周德慶，高等教育出版社，2002〔2〕?微生物生物學(xué)?，楊蘇聲，高等教育出版社，2002〔3〕“Brock'sBiologyofMicroorganism9TH〞，MichaelT.MadiganJohnM.MartinkoJackParker，PrenticeHall，1999〔4〕“Microbiology〞，LansingM.Prescott,DonaldKlein,JohnHarley，McGraw-HillHigherEducation，20003、參考雜志“微生物學(xué)報(bào)〞、“微生物學(xué)通報(bào)〞、“微生物學(xué)雜志〞、“工業(yè)微生物〞、“科學(xué)〞、“生命的科學(xué)〞、“自然〞。第一章緒論人體體表及體內(nèi)存在大量的微生物：皮膚外表：平均10萬個(gè)細(xì)菌/平方厘米；口腔：細(xì)菌種類超過500種；腸道：微生物總量達(dá)100萬億，糞便干重的1/3是細(xì)菌，每克糞便的細(xì)菌總數(shù)為：1000億個(gè)；三、微生物與我們微生物無處不在、無時(shí)不有，我們生活在“微生物的海洋大海〞中。細(xì)菌數(shù)億/g土壤，土壤中細(xì)菌總重量估計(jì)為：10034×1012噸

每張紙幣帶細(xì)菌：900萬個(gè)；

每個(gè)噴嚏的飛沫含150000個(gè)細(xì)菌、病毒，重感冒患者為8500萬時(shí)時(shí)刻刻與微生物“共舞〞

是禍？是福？微生物既是人類的敵人，更是人類的朋友！微生物是自然界物質(zhì)循環(huán)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)；微生物是人類的朋友！體內(nèi)的正常菌群是人及動物健康的根本保證；幫助消化、提供必需的營養(yǎng)物質(zhì)、組成生理屏障微生物可以為我們提供很多有用的物質(zhì)；

有機(jī)酸、酶、各種藥物、疫苗、面包、奶酪、啤酒、醬油等等基因工程為代表的現(xiàn)代生物技術(shù)；少數(shù)微生物也是人類的敵人！鼠疫；天花；炭疽病艾滋??；瘋牛?。话２├《?；非典型性肺炎人感染豬鏈球菌可以說，微生物與人類關(guān)系的重要性，你怎么強(qiáng)調(diào)都不過分，微生物是一把十分鋒利的雙刃劍，它們在給人類帶來巨大利益的同時(shí)也帶來“殘忍〞的破壞。它給人類帶來的利益不僅是享受，而且實(shí)際上涉及到人類的生存。我國8000年前就開始出現(xiàn)了曲蘗釀酒；4000年前埃及人已學(xué)會烘制面包和釀制果酒；2500年前創(chuàng)造釀醬、醋，用曲治消化道疾?。还?世紀(jì)，張仲景：禁食病死獸類的肉和不清潔食物；公元前112~212年間，華佗：“割腐肉以防傳染〞；公元9世紀(jì)痘漿法、痘衣法預(yù)防天花；16世紀(jì)，古羅馬醫(yī)生G.Fracastoro：疾病是由肉眼看不見的生物(livingcreatures)引起的；四、微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學(xué)的建立與開展〔一〕微生物的發(fā)現(xiàn)1664年，英國人虎克〔RobertHooke〕曾用原始的顯微鏡對生長在皮革外表及薔薇枯葉上的霉菌進(jìn)行觀察。1676年，微生物學(xué)的先驅(qū)荷蘭人列文虎克〔Antonyvanleeuwenhoek〕首次觀察到了細(xì)菌。他沒有上過大學(xué)，是一個(gè)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。列文虎克利用業(yè)余時(shí)間制造過400多架單式顯微鏡和放大鏡，放大率一般為50~200倍，〔二〕微生物學(xué)的奠基四、微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學(xué)的建立與開展法國人巴斯德〔LouisPasteur1822～1895〕德國人柯赫〔RobertKoch1843～1910〕〔二〕微生物學(xué)的奠基四、微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學(xué)的建立與開展1.巴斯德(1)發(fā)現(xiàn)并證實(shí)發(fā)酵是由微生物引起的；(2)徹底否認(rèn)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(yàn)無可辯駁地證實(shí)，空氣內(nèi)確實(shí)含有微生物，是它們引起有機(jī)質(zhì)的腐敗。(3)免疫學(xué)——預(yù)防接種首次制成狂犬疫苗(4)其他奉獻(xiàn)巴斯德消毒法：60～65℃作短時(shí)間加熱處理，殺死有害微生物〔二〕微生物學(xué)的奠基四、微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學(xué)的建立與開展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)根本操作技術(shù)方面的奉獻(xiàn)b〕設(shè)計(jì)了各種培養(yǎng)基，實(shí)現(xiàn)了在實(shí)驗(yàn)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.柯赫〔2〕對病原細(xì)菌的研究作出了突出的奉獻(xiàn)：a〕具體證實(shí)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(jiǎng)〕c〕證明某種微生物是否為某種疾病病原體的根本原那么——著名的柯赫原那么〔三〕微生物學(xué)開展過程中的重大事件四、微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學(xué)的建立與開展1890VonBehring制備抗毒素治療白喉和破傷風(fēng)；1892Ivanovsky提供煙草花葉病毒是由病毒引起的證據(jù)；1928Griffith發(fā)現(xiàn)細(xì)菌轉(zhuǎn)化；1929Fleming發(fā)現(xiàn)青霉素；1944Avery等證實(shí)轉(zhuǎn)化過程中DNA是遺傳信息的載體；1953Watson和Crick提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)；1970～1972Arber、Smith和Nathans發(fā)現(xiàn)并提純了

DNA限制性內(nèi)切酶對其機(jī)理的研究導(dǎo)致DNA是遺傳物質(zhì)確實(shí)證；外源遺傳物質(zhì)導(dǎo)入各種細(xì)胞的基因重組技術(shù)的建立；〔三〕微生物學(xué)開展過程中的重大事件四、微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學(xué)的建立與開展1977Woese提出古生菌是不同于細(xì)菌和真核生物的特殊類群

Sanger首次對f×174噬菌體DNA進(jìn)行了全序列分析；1982～1983Prusiner發(fā)現(xiàn)朊病毒(prion)；1983～1984Mullis建立PCR技術(shù)；1995第一個(gè)獨(dú)立生活的細(xì)菌(流感嗜血桿菌)全基團(tuán)組序列測定完成；1996第一個(gè)自養(yǎng)生活的古生菌基因組測定完成；

1997第一個(gè)真核生物(啤酒酵母)基因組測序完成；〔四〕20世紀(jì)的微生物學(xué)19世紀(jì)末到20世紀(jì)中期：微生物學(xué)：鑒定病原菌、研究免疫學(xué)及其在預(yù)防疾病中的作用、尋找化學(xué)治療藥物、分析微生物的化學(xué)活性?！菜摹?0世紀(jì)的微生物學(xué)四、微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學(xué)的建立與開展20世紀(jì)40年代后，微生物自身的特點(diǎn)使其成為生物學(xué)研究的“明星〞，微生物學(xué)很快與生物學(xué)主流集合，并被推到了整個(gè)生命科學(xué)開展的前沿，獲得了迅速的開展，在生命科學(xué)的開展中作出了巨大的奉獻(xiàn)。微生物學(xué)與生物學(xué)開展的主流集合、交叉，獲得了全面、深入的開展〔圖1-1微生物學(xué)的主要分支學(xué)科〕〔微生物學(xué)的主要分支學(xué)科〕“斷裂基因〞、“跳躍基因〞、“重疊基因〞的發(fā)現(xiàn)，以及基因結(jié)構(gòu)的精細(xì)分析、基因組測序等。1941年Beadle和Tatum用粗糙脈胞霉進(jìn)行的突變實(shí)驗(yàn)，使基因和酶的關(guān)系得以說明，并提出了“一個(gè)基因一個(gè)酶〞的假說。〔五〕微生物學(xué)在生命科學(xué)開展中的重要地位1．微生物是生物學(xué)根本理論研究中的理想實(shí)驗(yàn)對象，對微生物的研究促進(jìn)許多重大生物學(xué)理論問題的突破基因和酶關(guān)系的說明及“一個(gè)基因一個(gè)酶〞的假說；遺傳的物質(zhì)根底的說明；基因概念的開展；遺傳密碼的破譯；基因表達(dá)調(diào)控機(jī)制的研究；生物大分子合成的中心法那么；DNA→RNA→蛋白質(zhì)〔五〕微生物學(xué)在生命科學(xué)開展中的重要地位2．對生命科學(xué)研究技術(shù)的奉獻(xiàn)細(xì)胞的人工培養(yǎng)；突變體篩選；DNA重組技術(shù)和遺傳工程；3．微生物與“人類基因組方案〞作為模式生物；基因與基因組的功能研究的重要工具;〔五)我國微生物學(xué)的開展湯飛凡：沙眼病原體的別離和確證陳華癸：根瘤菌固氮作用的研究高尚蔭：創(chuàng)立了我國病毒學(xué)的根底理論研究和第一個(gè)微生物學(xué)專業(yè)抗生素的總產(chǎn)量已耀居世界首位兩步法生產(chǎn)維生素C的技術(shù)居世界先進(jìn)水平泉生熱孢菌全基因組序列測定基因水平轉(zhuǎn)移---細(xì)菌DNA的主動分泌與攝取聰明的黏菌

生命起源的研究；〔六〕21世紀(jì)微生物學(xué)展望1．微生物自身的特點(diǎn)〔共性和特性〕將會更加受到關(guān)注和利用以微生物為研究材料繼續(xù)對一些根本生命現(xiàn)象進(jìn)行研究；

生物進(jìn)化方面的研究；在微生物基因組上進(jìn)行的考古

性別分化的意義；生物智慧的開展；

微生物產(chǎn)業(yè)的開發(fā)；

重要致病菌的特點(diǎn)及其防治；

極端環(huán)境的微生物的研究；共性：微生物具有其他生物共有的根本生物學(xué)特性：生長、繁殖、代謝、共用一套遺傳密碼等，甚至其基因組上含有與高等生物同源的基因，充分反映了生物高度的統(tǒng)一性。特性：微生物具有其它生物不具備的生物學(xué)特性，例如可在其他生物無法生存的極端環(huán)境下生存和繁殖，具有其他生物不具備的代謝途徑和功能，反映了微生物極其豐富的多樣性。微生物自身特性的進(jìn)一步開發(fā)、利用：例如降解性塑料，分解纖維素、生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白等。借助〔利用〕微生物特點(diǎn)的基因工程產(chǎn)業(yè)：利用微生物生產(chǎn)原本它們不能生產(chǎn)的藥物、疫苗等。微生物具備生命現(xiàn)象的特性和共性，將是21世紀(jì)進(jìn)一步解決生物學(xué)重大理論問題，如生命起源與進(jìn)化，物質(zhì)運(yùn)動的根本規(guī)律等，和實(shí)際應(yīng)用問題，如新的微生物資源的開發(fā)利用，能源、糧食等的最理想的材料?！擦?1世紀(jì)微生物學(xué)展望2．與其他學(xué)科實(shí)現(xiàn)更廣泛的交叉，獲得新的開展學(xué)科交叉永遠(yuǎn)是科學(xué)創(chuàng)新的源泉！

微生物基因組的序列測定和分析；

微量熱技術(shù)對生命過程的研究；

微生物的快速檢定；

計(jì)算機(jī)技術(shù)與微生物學(xué)的結(jié)合；

微生物的特點(diǎn)：個(gè)體小、結(jié)構(gòu)簡、胃口大、食譜廣、繁殖快、易培養(yǎng)、數(shù)量大、分布廣、種類多、級界寬、變異易、抗性強(qiáng)、休眠長、起源早、發(fā)現(xiàn)晚個(gè)體小:測量單位：微米或納米桿菌的平均長度：2微米；1500個(gè)桿菌首尾相連=一粒芝麻的長度；10~100億個(gè)細(xì)菌加起來重量=1毫克面積/體積比：人=1，大腸桿菌=30萬；這樣大的比外表積特別有利于它們和周圍環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)、能量、信息的交換。微生物的其它很多屬性都和這一特點(diǎn)密切相關(guān)。德國科學(xué)家H.N.Schulz等1999年在納米比亞海岸的海底沉積物中發(fā)現(xiàn)的一種硫磺細(xì)菌〔sulfurbacterium〕，其大小可達(dá)0.75mm，Thiomargaritanamibiensis，——“納米比亞硫磺珍珠〞結(jié)構(gòu)簡：無細(xì)胞結(jié)構(gòu)〔病毒〕；單細(xì)胞；簡單多細(xì)胞；胃口大：消耗自身重量2000倍食物的時(shí)間：大腸桿菌：1小時(shí)人：500年〔按400斤/年計(jì)算〕食譜廣：微生物獲取營養(yǎng)的方式多種多樣，其食譜之廣是動植物完全無法相比的！纖維素、木質(zhì)素、幾丁質(zhì)、角蛋白、石油、甲醇、甲烷、天然氣、塑料、酚類、氰化物、各種有機(jī)物均可被微生物作為糧食繁殖快：24小時(shí)后：4722366500萬億個(gè)后代，重量到達(dá)：4722噸48小時(shí)后：2.2×1043個(gè)后代，重量到達(dá)2.2×1025噸相當(dāng)于4000個(gè)地球的重量！大腸桿菌一個(gè)細(xì)胞重約10–12克，平均20分鐘繁殖一代一頭500kg的食用公牛，24小時(shí)生產(chǎn)0.5kg蛋白質(zhì),而同樣重量的酵母菌，以質(zhì)量較次的糖液〔如糖蜜〕和氨水為原料，24小時(shí)可以生產(chǎn)50000kg優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)。易培養(yǎng)：很多細(xì)菌都可以非常方便地進(jìn)行人工培養(yǎng)！數(shù)量大：在自然界中〔土壤、水體、空氣，動植物體內(nèi)和體表〕都生存有大量的微生物！分布廣：人跡可到之處，微生物的分布必然很多，而人跡不到的地方，也有大量的微生物存在！

強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、高熱的極端環(huán)境；數(shù)十公里的高空〔最高為離地85公里，須用火箭采樣〕；

幾千米的地下；

常年封凍的冰川；從永凍冰層別離微生物南極Vostok湖冰芯樣品中的微生物種類多：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〞；目前已定種的微生物大約10萬種，遠(yuǎn)較動植物少，但一般認(rèn)為目前所發(fā)現(xiàn)的微生物還不到自然界中微生物總數(shù)的1%級界寬：Whittaker的