微生物學 緒論

微生物學緒論二、教學目的及要求：通過學習本課程，要求從微生物的形態(tài)、生理、遺傳、分類，到傳染與免疫，較系統(tǒng)、全面地掌握微生物學的基本概念、基本知識和基本原理以及微生物學研究的基本規(guī)律，了解國內(nèi)外微生物學的最新研究進展，能夠運用所學的綜合知識解決微生物學及其相關(guān)領(lǐng)域的簡單問題，為后續(xù)課的學習打下堅實的基礎(chǔ)。三、教學的重點和難點：重點：微生物細胞的結(jié)構(gòu)與功能；病毒的特性及增殖過程；微生物的營養(yǎng)、代謝及其生長規(guī)律；細菌的基因重組及其與基因工程的關(guān)系；傳染與免疫的相關(guān)知識等。教學難點：細菌的基因重組及其與基因工程的關(guān)系。四、與其他課程的關(guān)系：微生物學開設(shè)在動、植物學及生物化學課程之后，對微生物學的學習奠定了一定的基礎(chǔ)，微生物學作為生物科學專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課為后續(xù)課遺傳學、細胞生物學及生物進化論的學習奠定基礎(chǔ)。微生物與我們細菌數(shù)億/g土壤，土壤中的細菌總重量估計為：10034×1012

噸

每張紙幣帶細菌：900萬個

家居環(huán)境中微生物無處不在

人體體表及體內(nèi)存在大量的微生物：

皮膚表面：平均10萬個細菌/平方厘米；

口腔：細菌種類超過500種；

腸道：微生物總量達100萬億，

糞便干重的1/3是細菌，每克糞便的細菌總數(shù)為：1000億個《微生物學》：緒論教學目的及要求：通過本章的學習使學生掌握微生物、微生物學的概念，微生物的共同特性，以及微生物發(fā)展的歷程和各階段有突出貢獻的科學家，了解微生物學的總體概況和微生物學發(fā)展的將來。重點及難點：重點掌握幾個概念，發(fā)展的各個階段以及有突出貢獻的科學家，微生物的共同特性。一、什么是微生物二、微生物學的發(fā)展簡史三、微生物學研究的重要意義四、微生物與人類可持續(xù)發(fā)展五、學習本課程的主要參考書《微生物學》：緒論一、什么是微生物（一）什么是微生物微生物（Microorganism）通常是描述一些須借助顯微鏡或電鏡才能看清的低等微小生物多為單細胞，少數(shù)為多細胞，包括病毒、細菌、真菌、原生動物、和某些藻類。微生物的種類具有細胞結(jié)構(gòu)的微生物沒有細胞結(jié)構(gòu)的微生物：病毒原核生物：（由原核細胞構(gòu)成的）真核微生物（由真核細胞構(gòu)成的）真菌顯微藻類原生動物細菌古細菌藍細菌草履蟲放線菌霉菌酵母菌大型真菌古細菌(archaeobacteria)（又可叫做古生菌、古菌、古核生物的結(jié)構(gòu)核細胞或原細菌）是一類很特殊的細菌，多生活在極端的生態(tài)環(huán)境中。具有原核生物的某些特征，如無核膜及內(nèi)膜系統(tǒng)；也有真核生物的特征，如以甲硫氨酸起始蛋白質(zhì)的合成、核糖體對氯霉素不敏感、RNA聚合酶和真核細胞的相似、DNA具有內(nèi)含子并結(jié)合組蛋白；此外還具有既不同于原核細胞也不同于真核細胞的特征，如：細胞膜中的脂類是不可皂化的；細胞壁不含肽聚糖，有的以蛋白質(zhì)為主，有的含雜多糖，有的類似于肽聚糖，但都不含胞壁酸、D型氨基酸和二氨基庚二酸。與真細菌主要區(qū)別1．形態(tài)學上，古細菌有扁平直角幾何形狀的細胞，而在真細菌中從未見過。2．有無內(nèi)含子(introns)上，許多古細菌有內(nèi)含子。3．膜結(jié)構(gòu)和成分上，古細菌膜含醚而不是酯，其中甘油以醚鍵連接長鏈碳氫化合物異戊二烯，而不是以酯鍵同脂肪酸相連。4．呼吸類型上，嚴格厭氧是古細菌的主要呼吸類型。5．代謝多樣性上，古細菌單純，不似真細菌那樣多樣性。6．在進化速率上，古細菌比真細菌緩慢，保留了較原始的特性（二）微生物的共同特點

（小、多、快、強、廣）（1）體積小，面積大（表面積與體積之比大）

（2）吸收多，轉(zhuǎn)化快（轉(zhuǎn)化能力強）（3）生長旺，繁殖快如大腸桿菌（4）適應(yīng)性強，易變異如感冒病毒（5）分布廣，種類多

測量單位：微米或納米細胞核動物細胞病毒細菌（1）體積小，面積大桿菌的平均長度和寬度：2μm和0.5μm3000個桿菌首尾相連=一粒大米的長度

10-100億個細菌加起來重量=1毫克比面值

=表面積／體積

=（4πr2）÷[（4/3）πr3]=3／r任何物體被分割得越細，其單位體積所占的表面積就越大；Eg.人比面值=1；

大腸桿菌比面值=30萬。結(jié)論這樣大的比表面積特別有利于它們和周圍環(huán)境進行物質(zhì)、能量、信息的交換，并由此而產(chǎn)生其余4個共性!（2）吸收多，轉(zhuǎn)化快生物界的普遍規(guī)律某一生物的個體越小，其單位體重所消耗的食物就越多。消耗相等的糖量所需要的時間大腸桿菌1小時人500年（按400斤/年計算）1.胃口大產(chǎn)朊的假絲酵母合成蛋白質(zhì)的能力比食用公牛強10萬倍比大豆強100倍微生物加工廠2.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、各種有機物均可被微生物作為糧食。（3）生長旺，繁殖快

驚人的速度大腸桿菌一個細胞重約10–12

克，平均20分鐘繁殖一代24小時后：4722366500萬億個后代，重量達到：4722噸48小時后：2.2×1043個后代，重量達到2.2×1025

噸相當于4000個地球的重量!!!大腸桿菌驚人的增殖速度微生物的代時和每日增殖率

微生物名稱代時每日分裂次數(shù)溫度（℃）每日增殖率細菌乳酸菌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藻類小球藻7小時3.42510.6念球藻23小時1.04252.1硅藻17小時1.4202.64草履蟲10.4小時2.3264.92為微生物學基本理論研究帶來了極大的便利：使科研周期大大縮短，效率提高

遺傳工程的研究

高等動植物的研究

生物工程的主角

在生產(chǎn)實踐中有重要的意義：生產(chǎn)效率高，發(fā)酵周期短（4）適應(yīng)強，易變異微生物具有極其靈活的適應(yīng)性或代謝調(diào)節(jié)機制。Eg.高溫、高酸、高鹽、高輻射、高壓、高堿、高毒、低溫等微生物對惡劣的環(huán)境有驚人的適應(yīng)力。個體小、結(jié)構(gòu)簡單、且多是單細胞，繁殖快、數(shù)量多，與外界環(huán)境直接接觸等特點，使微生物易發(fā)生變異。突變率：10-5

–10-10易變異短時間內(nèi)產(chǎn)生大量的變異后代青霉素的生產(chǎn)：20單位/ml（1943）50000單位/ml青霉素的用量：最高：10萬單位/天（40年代）數(shù)百萬-千萬單位/次青霉素：（5）分布廣，種類多微生物的分布可謂是

無處不在！課后小實驗：我們生活在“微生物的海洋”里嗎？從你的周圍環(huán)境中采集各種樣品接種到培養(yǎng)基中作好標記培養(yǎng)、觀察微生物生長？？？滅菌培養(yǎng)基(三)微生物的多樣性微生物的形態(tài)與結(jié)構(gòu)多樣性

微生物的代謝多樣性

微生物的繁殖與變異多樣性

微生物的抗性多樣性

微生物的種類多樣性

微生物的生態(tài)分布多樣性

（三）微生物的多樣性1.微生物的形態(tài)與結(jié)構(gòu)多樣性結(jié)構(gòu)十分簡單外部形態(tài)多樣：球狀、桿狀、螺旋狀、絲狀、方形、阿拉伯數(shù)字狀、英文字母形等顯微結(jié)構(gòu)多樣性：革蘭氏染色的結(jié)果不同、古菌的細胞壁組成與細菌的區(qū)別等。（三）微生物的多樣性2.微生物的代謝多樣性微生物能利用的基質(zhì)十分廣泛

微生物的代謝方式多樣代謝產(chǎn)物多種多樣（三）微生物的多樣性3、微生物的繁殖與變異多樣性

繁殖方式：細菌二裂法，性接合；菌絲和分生孢子繁殖；菌絲、無性孢子和有性孢子繁殖；出芽方式等。易發(fā)生變異：形態(tài)構(gòu)造、代謝途徑、抗性、抗原性的形成與消失、代謝產(chǎn)物的種類和數(shù)量等（三）微生物的多樣性4、微生物的抗性多樣性

抗熱性、抗寒性、抗鹽性、抗干燥性、抗酸性、抗堿性、抗壓性、抗缺氧、抗輻射和抗毒物等（三）微生物的多樣性5、微生物的種類多樣性

目前確定在十萬種左右，仍以每年發(fā)現(xiàn)幾百至上千個新種的趨勢在增加。已知的已分離培養(yǎng)種類不足總數(shù)的1％微生物橫跨了生物六界系統(tǒng)中的四界（三）微生物的多樣性6、微生物的生態(tài)分布多樣性

微生物在自然界中無處不在！二、微生物學的發(fā)展簡史（1）什么是微生物學

是一門在細胞、分子或群體水平上研究微生物的形態(tài)構(gòu)造、生理代謝、遺傳變異、生態(tài)分布和分類進化等生命活動基本規(guī)律，并將其應(yīng)用于工、農(nóng)、以及環(huán)境保護等實踐領(lǐng)域的科學。二、微生物學的發(fā)展簡史（2）微生物學的主要內(nèi)容微生物形態(tài)學：認識主要微生物類群的個體形態(tài)、群體特征，包括繁殖方式。

微生物生理學：微生物的營養(yǎng)機制、能量代謝，在自然界元素特別是植物營養(yǎng)元素在生物循環(huán)中的作用。

微生物遺傳學:了解微生物遺傳信息傳遞過程的特殊性以及細菌基因重組的不同方式。

微生物生態(tài)學：了解微生物在自然界的分布，與植物、動物的相互關(guān)系。（3）微生物學的分支科學（4）微生物學的發(fā)展史前期：未發(fā)現(xiàn)微生物存在，能利用微生物，如發(fā)酵、釀酒等初創(chuàng)期：1676年，列文虎克第一次發(fā)現(xiàn)微生物的存在

幻燈片23奠基期：巴斯德，德國科赫（1861-1896）幻燈片25發(fā)展期：1897年德國布赫納發(fā)現(xiàn)無細胞制劑對葡萄糖的發(fā)酵作用成熟期：1953后DNA結(jié)構(gòu)的雙螺旋模型的建立，微生物成為分子生物學的研究對象幻燈片301676年，微生物學的先驅(qū)荷蘭人列文虎克（Antonyvanleeuwenhoek）首次觀察到了細菌。他沒有上過大學，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會的會員。業(yè)余時間制造過400多架單式顯微鏡和放大鏡，放大率一般為50~200倍。羅伯特·胡克的顯微鏡

現(xiàn)代光學顯微鏡巴斯德·路易斯(1822-1895)

法國微生物學家、化學家，近代微生物學的奠基人。發(fā)酵是由于特殊微生物引起的發(fā)現(xiàn)了防治霍亂的疫苗巴斯德消毒法：60℃~75℃用“鵝頸瓶實驗”推翻了尼達姆的“微生物自生說”LouisPasteur(1822-1895)雁頸瓶實驗德國科學家羅伯特·柯赫（RobertKoch）1證實炭疽病菌是炭疽病的病原菌2提出證明某種微生物是否為某種疾病病原體的基本原則-科赫法則3發(fā)現(xiàn)了肺結(jié)核病的病原菌4微生物純種的分離技術(shù)-瓊脂平板培養(yǎng)技術(shù)

RobertKoch(1843-1910)柯赫氏法則(Koch’postulates）

從動物的患者體內(nèi)分離出病原物進行純培養(yǎng)回接到同樣類型的動物體，引起同樣的病癥再分離得到與第二步一致的菌系幻燈片21三、微生物學研究的重要意義（一）在環(huán)境中的作用微生物在生態(tài)系統(tǒng)中的地位利用微生物改善環(huán)境微生物對環(huán)境的有害影響（二）醫(yī)藥（三）食品微生物繁殖快、價值低，沒有種族上的異議，是很好的的實驗材料分解者微生物消費者動物環(huán)境土壤、空氣、水生產(chǎn)者植物（包括部分微生物）微生物在生態(tài)系統(tǒng)中的地位：分解者，部分生產(chǎn)者幻燈片30利用微生物改善環(huán)境

土壤改良劑農(nóng)業(yè)產(chǎn)品內(nèi)含豐富有機酶(酵素),這些有機酵素是從有益微生物菌提煉產(chǎn)生,可讓農(nóng)作物直接吸收.微生物菌可分解土壤中沉積的化學鹽,去除沉積的化學鹽可松軟土壤,使水份能更深入土壤,增加土壤的保水性,解除土壤的板結(jié)問題,增加農(nóng)作物根部發(fā)育.

土壤改良幻燈片32污水處理

高效微生物污水處理技術(shù)，其方法是通過化學或輻照的方法篩選出無毒、無致病性、高效微生物(HEM)、然后投放到污水處理現(xiàn)場，使污水得到凈化。安全可靠、操作簡單，處理效率比傳統(tǒng)方法提高50%以上，投資及運行費用降低20-30%，特別適合經(jīng)費短缺的中小城市、鄉(xiāng)村及廠礦使用，并可用于改造老的污水處理設(shè)施，使之重新獲得新生。微生物對環(huán)境的有害影響植物病原菌：稻瘟病煙草花葉病煙草野火病動物病原菌：雞霍亂豬瘟(口蹄疫)人類的疾?。悍堑湫头窝?SARS）愛滋病流感傷寒稻瘟病

煙草花葉病口蹄疫幻燈片30微生物對人類的危害

1347年，鼠疫桿菌引起的瘟疫幾乎摧毀了整個歐洲，有1/3的人(約2500萬人)死于這場災(zāi)難。

1843—1847年，歐洲人主要糧食馬鈴薯得病，餓死了100萬人，164萬人逃往北美。

許多已被人類征服的傳染病又有“卷土重來”之勢。如肺結(jié)核、虐疾、霍亂等。

環(huán)境污染的日益嚴重，一些新的疾病又給人類帶來新的威脅。例如：軍團病、埃博拉病毒病、霍亂新菌型0139、埃希氏大腸桿菌0157、瘋牛病新的瘟疫：艾滋病(AIDS)正在全球蔓延。

2003年，非典性肺炎------SARS病毒席卷了中國2003-2006年，禽流感在蔓延歐亞非（二）醫(yī)藥

各種疾病的疫苗

1880年巴斯德研制出第一種疫苗----雞霍亂疫苗目前人類使用的疫苗抗菌素抗菌素是細菌、放線菌（鏈霉素、紅霉素、氯霉素等）、真菌（如青霉、木霉、頭孢霉）的次生代謝產(chǎn)物。生物防治蘇云金桿菌防治蟲害（三）食品

有害影響有利影響引起食品酸?。òl(fā)霉、變質(zhì)）、食物中毒（如肉毒芽孢桿菌、黃曲霉毒素等）以及其他疾病。食品微生物工程：釀酒、面包、醬油、酸奶、泡菜

等四.微生物與人類可持續(xù)發(fā)展

（一）當代微生物學的發(fā)展趨勢（二）微生物與人類可持續(xù)發(fā)展

1、微生物與生態(tài)環(huán)境

2、微生物學與農(nóng)業(yè)

3、利用微生物生產(chǎn)可持續(xù)的清潔能源（三）微生物與人類社會文明進步如何學習微生物學愛重要性

微生物學是其他學科，如：遺傳、生物信息等的基礎(chǔ)對以后的工作也是十分重要的，比如：進入科研、生物技術(shù)公司，相當多的制藥行業(yè)依賴該學科課后及時復(fù)習，并做好預(yù)習及時了解該學科及相關(guān)學科發(fā)展的最前沿

學習本課程的主要參考書

周德慶.微生物學教程，北京：高等教育出版社，1993黃秀梨主編.微生物學，北京：高等教育出版社，1998楊頤康主編微生