微生物沈萍版0緒論演示課件

1、1,微生物學(xué),2,申佩弘 廣西大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物科學(xué)系 Tel: 3272141,E-mail: ,3,微生物 ？ 微生物 人類,？,4,5,食品 疾病感染、預(yù)防與治療,6,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(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)；,微生物與人類,微生物無處不在，我們?nèi)祟悷o時(shí)不生活在“微生物的海洋”中。,細(xì)菌數(shù)億/g土壤，土壤中的細(xì)菌總重量估計(jì)為：10034 10 12 噸；,每張紙幣帶細(xì)菌：900萬個(gè)；,每個(gè)噴嚏的飛沫含4

2、500-150000個(gè)細(xì)菌，重感冒患者為8500萬；,7,少數(shù)微生物也是人類的敵人！,鼠疫；天花； 梅毒；艾滋?。?小兒麻痹癥； 肺結(jié)核；流感； 腦膜炎； 麻瘋病； 瘋牛??； 埃博拉病毒； 非典 禽流感,8,微生物 (microorganism, microbe) 一詞，來自法語“Microbe”。 微生物是指肉眼難以看清、需要借助光學(xué)顯微鏡或電子顯微鏡才能觀察到的一切微小生物（0.1mm）的總稱。它們是單細(xì)胞或個(gè)體結(jié)構(gòu)較為簡單的多細(xì)胞，甚至無細(xì)胞結(jié)構(gòu)的低等生物。,微生物及其種類,9,噬菌斑（病毒 ） 噬菌體侵染細(xì)菌,10,放線菌,細(xì)菌,藍(lán)細(xì)菌,11,霉菌,返回第一節(jié),酵母,蕈菌,12,德國科

3、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（sulfur bacterium），其大小可達(dá)0.75 mm， Thiomargarita namibiensis，-“納米比亞硫磺珍珠”,13,系統(tǒng)發(fā)育樹,1 高溫球菌 2. 甲烷球菌 3 甲烷桿菌 動(dòng)物 綠非硫細(xì)菌 阿米巴蟲 粘菌 真菌 甲烷微菌 植物 革蘭氏陽性菌 極端嗜鹽菌 纖毛蟲 紫細(xì)菌 熱變形菌 3 藍(lán)細(xì)菌 熱網(wǎng)菌 1 2 黃桿菌 鞭毛蟲 三倍單胞體 高溫神袍菌 二倍單胞體 小孢子菌,14,（1）非細(xì)胞型微生物： 沒有典型的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，不能獨(dú)立生活、只能在宿主活細(xì)胞內(nèi)生長繁殖。 主要有病毒、類病

4、毒、朊病毒、擬病毒。,15,（2）原核細(xì)胞型微生物： 僅有原始的核質(zhì)，無核膜或核仁，細(xì)胞器不很完善。 包括真細(xì)菌和古生菌兩大群。 真細(xì)菌：細(xì)菌、放線菌、藍(lán)細(xì)菌、支原 體、立克次氏體、衣原體。 古生菌：嗜酸菌、極端嗜熱菌、嗜鹽菌 等。,16,（3）真核細(xì)胞型微生物： 細(xì)胞核具有核膜、核仁，細(xì)胞器完整。 主要有真菌（絲狀真菌-霉菌；酵母菌；大型真菌-蕈菌）、單細(xì)胞藻類、原生動(dòng)物等。,17,微生物,生物體(有生命的),感染因子 (無生命的),原核生物(單細(xì)胞),真核生物,病毒,類病毒,朊病毒,真細(xì)菌,古生菌,藻類 (單細(xì)胞或多細(xì)胞),真菌(單細(xì)胞或多細(xì)胞),原生動(dòng)物(單細(xì)胞),其它(多細(xì)胞生物),1

5、8,微生物的個(gè)體極其微小，病毒大小為0.01-0.25m，細(xì)菌大小0.1-10m，真菌2m-1m。 常用um或nm作測量單位。 它們的結(jié)構(gòu)也是非常簡單的，大多數(shù)微生物為單細(xì)胞，只有少數(shù)為簡單的多細(xì)胞。,二、微生物的五大共性,1、個(gè)體微小，結(jié)構(gòu)簡單,19,小,m級(jí)：光鏡可見 nm級(jí)：電鏡可見,形體微小,20,The white bar above represents 10 microns (0.01mm). Below are some organisms and cells drawn to approximate scale.,virus(0.05 to 0.1 microns),bact

6、eria (0.5 to 1.5 microns),red blood cell (5 microns),lymphocyte (5 to 8 microns),human sperm (60 microns),21,簡,單細(xì)胞 簡單多細(xì)胞 非細(xì)胞結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)簡單,22,Escherichia coli每小時(shí)內(nèi)可分解其自重2000倍的乳糖。Candida utilis(產(chǎn)朊假絲酵母)合成蛋白質(zhì)的能力比大豆強(qiáng)100倍，比食用公牛強(qiáng)10萬倍。 微生物又有“活的化工廠”之稱。,2、吸收多，轉(zhuǎn)化快,23,微生物具有驚人的生長繁殖速度。 例如Escherichia coli，其細(xì)胞在合適的生長條件下，每分

7、裂一次的時(shí)間是12.5-20.0 min。如按20min分裂一次計(jì)，則每小時(shí)分裂3次，24h可達(dá)到4.7221024個(gè)。,3、生長旺，繁殖快,24,有利： 發(fā)酵工業(yè)：微生物的這一特性在發(fā)酵工業(yè)上體現(xiàn)在：生產(chǎn)效率高、發(fā)酵周期短。 生物學(xué)基本理論的研究：科研周期大大縮短、經(jīng)費(fèi)減少、效率提高。 有害： 對(duì)于危害人、畜和植物等的病原微生物或使物品發(fā)霉的微生物來說，它們的這個(gè)特性就會(huì)給人類帶來極大的麻煩甚至嚴(yán)重的禍害，因而需要認(rèn)真對(duì)待。,25,（1）適應(yīng)性： 微生物有極其靈活的適應(yīng)性，如抗熱性、抗寒性、抗鹽性、抗酸性、抗壓力等能力。 例如：在海洋深處的某些硫細(xì)菌可在250-300之間生長；嗜鹽細(xì)菌可在飽

8、和鹽水中正常生長繁殖；Thiobacillus thiooxidans (氧化硫桿菌)在pH1-2酸性環(huán)境中生長。Bacillus.sp.的芽孢在琥珀內(nèi)蜜蜂腸道中已保存了2500萬年-4000萬年。,4、適應(yīng)強(qiáng)，易變異,26,（2）變異性： 微生物的變異頻率為10-6-10-9，可在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量變異的后代。 在微生物育種中利用變異這一特性可獲得高產(chǎn)菌株。 如：在1943年，利用Penicillium chrysogenum發(fā)酵生產(chǎn)青霉素，青霉素發(fā)酵液中只分泌約20單位/ml的青霉素。通過誘變現(xiàn)在發(fā)酵液中達(dá)到5萬-10萬單位/ml，成本大大降低。,27,有害變異： 最常見的致病菌對(duì)抗生素所產(chǎn)

9、生的抗藥性變異。給治療造成困難。 即使是嚴(yán)重感染的病人，每天只需10萬單位，而現(xiàn)在成人需10萬單位，新生兒也不少于萬單位。病情嚴(yán)重時(shí)，甚至用數(shù)千萬。 同時(shí)也說明了“濫用抗生素?zé)o異于玩火”的口號(hào)是有充分科學(xué)依據(jù)的。,28,在生物圈的每一個(gè)角落都有微生物蹤跡。 微生物無孔不入、無所不在(Microorganisms are ubiquitous)。 如：人體腸道有100-400種，總數(shù)約為100萬億，其中數(shù)量最多的是脆弱擬桿菌。海底（如硫細(xì)菌，100，140個(gè)大氣壓）、高空（85km）、土壤深層；,5、分布廣，種類多,29,（1）物種的多樣性,據(jù)估計(jì)全世界已描述過的生物總數(shù)約200萬種，已記載過的

10、微生物約20萬種，僅占自然界中微生物總數(shù)的不到1% 。 真菌9萬種， 原生動(dòng)物和藻類10萬種， 原核生物0.35萬種， 病毒0.4萬種。,30,31,（2）生理代謝類型的多樣性,分解能力強(qiáng)：石油、纖維素、木質(zhì)素等。 產(chǎn)能方式多：光合作用、自養(yǎng)、厭氧等。 生物固氮作用。 合成次級(jí)代謝產(chǎn)物。 生物轉(zhuǎn)化。 分解有毒物質(zhì)。,32,（4）遺傳基因的多樣性,至今已有近1000個(gè)微生物的基因組全序列被測定出來，結(jié)果顯示了微生物基因組的多樣性 。,（5）生態(tài)類型的多樣性,在一般的環(huán)境和極端的環(huán)境都有微生物 。,（3）代謝產(chǎn)物的多樣性,產(chǎn)物數(shù)目難以準(zhǔn)確計(jì)算 。,33,人們?cè)诎l(fā)現(xiàn)微生物之前已經(jīng)在利用微生物。 如我

11、國在8000年以前就出現(xiàn)了曲蘗釀酒，4000多年前我國的釀酒就很普遍了。 公元6世紀(jì)我國賈思勰的齊民要術(shù)一書就詳細(xì)記載了制曲、釀酒、釀造醬油、釀醋等工藝。,三、微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學(xué)的建立與發(fā)展,（一）微生物的發(fā)現(xiàn),34,Antony van Leeuwenhoek,微生物是由荷蘭商人Antony van Leeuwenhoek發(fā)現(xiàn)的，發(fā)現(xiàn)時(shí)間大約是1668-1673年。用放大倍數(shù)為50-300倍的顯微鏡發(fā)現(xiàn)。,35,lens,Object being viewed,adjusting,screws,36,37,對(duì)皮革表面及薔薇枯葉上的霉菌進(jìn)行觀察。,38,1、史前期 史前期是指人類還未見到微

12、生物個(gè)體尤其是細(xì)菌細(xì)胞前的一段漫長的歷史時(shí)期，大約在距今8000年1676年間。 特點(diǎn)：未見細(xì)菌等微生物個(gè)體；憑實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)利用微生物的有益活動(dòng)（釀酒、制醬、釀醋、漚肥、輪作、治病）。,（二）微生物學(xué)的發(fā)展史,39,開創(chuàng)者：各國勞動(dòng)人民，其中尤以我國的制曲、釀酒技術(shù)蓍稱。 如我國在8000年以前就出現(xiàn)了曲蘗釀酒，4000多年前我國的釀酒就很普遍了。公元6世紀(jì)我國賈思勰的齊民要術(shù)一書就詳細(xì)記載了制曲、釀酒、釀造醬油、釀醋等工藝。,40,2、初創(chuàng)期,時(shí) 間：16761861 開創(chuàng)者：列文虎克（Leeuwenhoek ) 特 點(diǎn)：自制的單式顯微鏡觀察到細(xì)菌的個(gè)體； 對(duì)一些微生物形態(tài)進(jìn)行描述。,41,時(shí)

13、間：18611897 開創(chuàng)者：Pasteur和Koch 特 點(diǎn)： 建立了一系列研究微生物的獨(dú)特方法； 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(shí)期”； 把微生物的研究從形態(tài)描述推進(jìn)到生理學(xué)研究的新水平； 微生物學(xué)以獨(dú)立的學(xué)科形式開始形成。,3、奠基期,42,法國人巴斯德（Louis Pasteur） （18221895）,德國人柯赫（Robert Koch） （ 18431910）,43,1、巴斯德,(1) 發(fā)現(xiàn)并證實(shí)發(fā)酵是由微生物引起的；,(2) 徹底否定了“自然發(fā)生”學(xué)說；,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

14、,首次制成狂犬疫苗,(4)其他貢獻(xiàn),巴斯德消毒法：6065作短時(shí)間加熱處理，殺死有害微生物,44,2、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)基本操作技術(shù)方面的貢獻(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(duì)各種微生物的培養(yǎng),c）流動(dòng)蒸汽滅菌,d）染色觀察和顯微攝影,45,（2）對(duì)病原細(xì)菌的研究作出了突出的貢獻(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基本原則 著名的柯赫原則,1、 在每一相同病例中都出現(xiàn)這種微生物； 2 、要從寄主分離出這樣的微生物并在培

15、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(huì)重復(fù)發(fā)生； 4 、從試驗(yàn)發(fā)病的寄主中能再度分離培養(yǎng)出這種微生物來。,46,47,時(shí) 間：18971953 開創(chuàng)者：Buchner 特 點(diǎn)： 進(jìn)入微生物生化水平的研究； 應(yīng)用微生物的分支學(xué)科更為擴(kuò)大，出現(xiàn)了抗生素等學(xué)科； 開始尋找各種有益微生物代謝產(chǎn)物； 普通微生物學(xué)開始形成； 各相關(guān)學(xué)科和技術(shù)方法相互滲透，相互促進(jìn)，加速了微生物學(xué)的發(fā)展。,4、發(fā)展期,48,時(shí) 間：1953至今 開創(chuàng)者： Watson 和Crick 特 點(diǎn)： 微生物學(xué)從一門在生命科學(xué)中較為孤立的以應(yīng)用為主的學(xué)科，成為一門十分熱門的前沿基礎(chǔ)學(xué)科； 在基礎(chǔ)

16、學(xué)理論的研究方面，逐步進(jìn)入到分子水平的研究，微生物迅速成為分子生物學(xué)研究中的最主要的對(duì)象； 在應(yīng)用研究方面，向著更自覺、更有效和可人控制的方向發(fā)展。,5、成熟期,49,四、微生物的作用,（一）微生物與人類的生產(chǎn)和健康的關(guān)系,1、微生物與糧食,2、微生物與能源,3、微生物與資源,4、微生物與環(huán)境保護(hù),5、微生物與人類健康,50,（二）微生物對(duì)生命科學(xué)基礎(chǔ)理論研究的貢獻(xiàn),Jacob等通過研究大腸桿菌誘導(dǎo)酶的形成機(jī)制而提出操縱子學(xué)說， 闡明了基因表達(dá)調(diào)控的機(jī)制，為分子生物學(xué)的形成奠定了基礎(chǔ)。,60年代Nirenberg等人通過研究大腸桿菌無細(xì)胞蛋白質(zhì)合成體系 及多聚尿苷酶，發(fā)現(xiàn)了苯丙氨酸的遺傳密碼，

17、繼而完成了全部 密碼的破譯，為人類從分子水平上研究生命現(xiàn)象開辟了新的途徑。,“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)系得以闡明，并提出了“一個(gè)基因一個(gè)酶”的假說。,1、微生物是生物學(xué)基本理論研究中的理想實(shí)驗(yàn)對(duì)象， 對(duì)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)系的闡明及“一個(gè)基因一個(gè)酶”的假說；,遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)的闡明；,基因概念的發(fā)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則；,DNA RNA 蛋白質(zhì),51,2、對(duì)生命科學(xué)研究

18、技術(shù)的貢獻(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“人類基因組計(jì)劃”,作為模式生物；,基因與基因組的功能研究的重要工具;,52,五、微生物學(xué)的分支,1.按研究微生物學(xué)基本生命活動(dòng)規(guī)律為目的來分有：微生物分類學(xué)、微生物生理學(xué)、微生物生態(tài)學(xué)、微生物遺傳學(xué)等。,微生物學(xué)：研究微生物在一定條件下的形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理生化、遺傳變異以及微生物的進(jìn)化、分類、生態(tài)等生命活動(dòng)規(guī)律及其應(yīng)用的一門學(xué)科。,53,2.按微生物的研究對(duì)象分有：細(xì)菌學(xué)、真菌學(xué)、病毒學(xué)、菌物學(xué)、藻類學(xué)等。,3.按微生物的應(yīng)用領(lǐng)域分有：農(nóng)業(yè)微生物、工業(yè)微生物、醫(yī)學(xué)微生物、食品微生物、獸醫(yī)微生物學(xué)、預(yù)防微生物學(xué)等。,4.按微生物所在的生態(tài)環(huán)境分有：土壤微生