《微生物學(xué)》課件緒論

1、緒論What is microorganisms?微生物是指一群形體微小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，大多數(shù)是單細(xì)胞，少數(shù)是多細(xì)胞（如霉菌），還有些沒有細(xì)胞結(jié)構(gòu)（如病毒）的低等生物，包括原核微生物、真核微生物和非細(xì)胞生物（病毒，類病毒和朊病毒等）。 um（微米）級(jí)：光學(xué)顯微鏡下可見（細(xì)胞） nm級(jí)：電鏡下可見（細(xì)胞器，病毒） 單細(xì)胞 簡(jiǎn)單多細(xì)胞 非細(xì)胞（即“分子生物”） 原核類：細(xì)菌、放線菌、支原體、立克次氏 體、衣原體、藍(lán)細(xì)菌 真核類：真菌（酵母、霉菌）、原生動(dòng)物、 顯微藻類 非細(xì)胞類：病毒、類病毒、朊病毒?。▊€(gè)體微小）簡(jiǎn)（構(gòu)造簡(jiǎn)單）低（進(jìn)化地位低）微 生 物原核微生物(Prokaryotic microor

2、ganisms)細(xì)菌(Bacteria)放線菌(Actinomycetes)支原體(Mycoplasma)立克次氏體(Rickettsia)衣原體(Chlamydia)藍(lán)細(xì)菌（藍(lán)藻或藍(lán)綠藻）(Cyanobacteria)真核微生物(Eukaryotic microorganisms)Algae Fungi Slime moldsProtozoa（藻類）（真菌） （粘菌）（原生動(dòng)物）微生物的特點(diǎn)1.體積小，面積大 對(duì)1cm3固體作10倍系列三維分割后的比面值變化 邊長(zhǎng) 立方體數(shù) 總表面積 比面值 近似對(duì)象1.0cm 1 6cm2 6 豌豆1.0mm 103 60cm2 60 細(xì)小藥丸0.1mm

3、106 600cm2 600 滑石粉粒0.01mm 109 6000cm2 6000 變形蟲1.0um 1012 6m2 60000 球菌0.1um 1015 60m2 600000 大膠粒0.01um 1018 600m2 6000000 大分子1.0nm 1021 6000m2 60000000 分子2.吸收多，轉(zhuǎn)化快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。 1kg酵母菌在一天內(nèi)能使幾千kg糖代謝形成酒精。3.生長(zhǎng)旺，繁殖快 E.coli在合適條件下每12.520min繁殖一代，如按每20min分裂一次，則每1h可分裂3次，每24

4、h可分裂72次，生成4722366500萬億個(gè)（重約4722噸）,48h數(shù)目為2.21043個(gè)（約等于4000個(gè)地球之重）。How fast can you grow? 若干微生物的代時(shí)及每日增殖率 微生物名稱 代時(shí) 每日分裂次數(shù) 溫度 每日增殖率 乳酸菌 38分 38 25 2.71011 大腸桿菌 18分 80 37 1.21024 根瘤菌 110分 13 25 8.2103 枯草桿菌 31分 46 30 7.01013 光合細(xì)菌 144分 10 30 1.0103 釀酒酵母 120分 12 30 4.1103 小球藻 7小時(shí) 3.4 25 10.6 念珠藻 23小時(shí) 1.04 25 2.

5、1 硅藻 17小時(shí) 1.4 20 2.64 草履蟲 10.4小時(shí) 2.3 26 4.92細(xì) 菌藻 類4.適應(yīng)強(qiáng)，易變異適應(yīng)性 對(duì)“極端環(huán)境”具有驚人的適應(yīng)力（如耐高溫、嗜鹽、耐堿、抗輻射、抗靜水壓、抗藥性等）變異性 微生物個(gè)體通常是單倍體，且具有繁殖快、數(shù)量多和與外界環(huán)境直接接觸等原因，雖然變異頻率很低，也可在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量的變異后代。 最常見的變異形式是基因突變，如青霉素產(chǎn)生菌Penicillium chrysogenum（產(chǎn)黃青霉）的產(chǎn)量變異，致病菌對(duì)抗生素的抗藥性變異等。從醫(yī)院分離到的 S.aureus 耐青霉素菌株年份 1946 1947 1948 1949 1957 1966耐藥株

6、% 14 38 59 68 80 975.分布廣，種類多分布廣人體腸道中的正常菌群萬米深海底部的耐熱硫細(xì)菌幾萬米高空中的微生物地層下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)多主要微生物的種數(shù) 種 數(shù) 低限 傾向性種數(shù) 高限病毒與立克次氏體 1217 1217 1217 支原體 42 42 42 細(xì)菌與放線菌 1000 1500 1500 藍(lán)細(xì)菌 1227 1500 2500 藻類 15051 23100 23100 真菌 37175 47300 68939 原生動(dòng)物 24068 24068 30000 總計(jì) 79780 98727 127298類 型微生物學(xué)的發(fā)展史1.史

7、前期 指人類還未見到微生物個(gè)體尤其是細(xì)菌細(xì)胞之前的一段漫長(zhǎng)的時(shí)期，大約距今8000年前公元1676年。 代表人物和主要成就：我國勞動(dòng)人民的釀酒制曲技術(shù)對(duì)傳染病及其規(guī)律的認(rèn)識(shí)公元前556年：驅(qū)逐狂犬預(yù)防傳染病。公元二世紀(jì)：張仲景認(rèn)為傷寒病的流行與環(huán)境季節(jié)有關(guān)。宋真宗時(shí)代：種人痘防治天花 1796年英國人秦納（E.Jener） 發(fā)展種牛痘防治天花。2.初創(chuàng)期（形態(tài)學(xué)期） 1676年列文虎克用自制的單式顯微鏡觀察細(xì)菌個(gè)體1861年（近200年）。 代表人物和主要成就：荷蘭業(yè)余科學(xué)家 微生物學(xué)先驅(qū)者列文虎克1676年用自制的單式顯微鏡觀察雨水、污水、腐敗肉汁等物質(zhì)，看到了球狀、桿狀、螺旋狀的細(xì)菌以及原

8、生動(dòng)物等微生物，并繪制成圖。一生制作了419架顯微鏡，放大率一般為50200倍，最高達(dá)266倍。發(fā)表了約400篇論文，其中375篇寄往英國皇家學(xué)會(huì)發(fā)表。3.奠基期（生理學(xué)期） 1861年巴斯德根據(jù)曲頸瓶試驗(yàn)徹底推翻生命的自然發(fā)生說并建立胚種學(xué)說 1897年。 代表人物和主要成就：法國的巴斯德 微生物學(xué)的奠基人、微生物學(xué)之父創(chuàng)立巴氏消毒法（72，15sec）。奠定傳染病微生物病原說的基礎(chǔ)。否定微生物的自然發(fā)生說，建立胚種學(xué)說。德國醫(yī)生科赫 細(xì)菌學(xué)的奠基人1884年科赫提出確定病原菌的原則 科赫法則。建立研究微生物的一系列重要方法：如瓊脂平板培養(yǎng)技術(shù)、細(xì)菌鞭毛染色法、懸滴培養(yǎng)法、顯微攝影技術(shù)等。建

9、立分離和純化微生物的平板分離法。 曲頸瓶試驗(yàn)科赫確定病原菌實(shí)驗(yàn)4.發(fā)展期 1897年德國人E.Buchner用無細(xì)胞酵母菌壓榨汁中的酒化酶對(duì)葡萄糖進(jìn)行酒精發(fā)酵成功，開創(chuàng)微生物生化研究的新時(shí)代。 主要特點(diǎn)：進(jìn)入了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)抗生素等新學(xué)科。出現(xiàn)尋找各種有益微生物代謝產(chǎn)物的熱潮。普通微生物學(xué)開始形成（代表人物：美國加里福利亞大學(xué)伯克利分校的M.Doudoroff）。各相關(guān)學(xué)科和技術(shù)方法相互滲透促進(jìn)，加速了微生物學(xué)的發(fā)展。5.成熟期 1953.4.25 J.D.Waston和H.F.C.Crick在英國的自然雜志上發(fā)表DNA雙螺旋模型，生命科學(xué)進(jìn)入分子生物

10、學(xué)階段。 主要特點(diǎn)：微生物學(xué)發(fā)展成為一門十分熱門的前沿基礎(chǔ)學(xué)科。在基礎(chǔ)理論的研究方面，微生物成為分子生物學(xué)研究中的最主要的對(duì)象。在應(yīng)用研究方面，至70年代初，有關(guān)發(fā)酵工程的研究已與遺傳工程、細(xì)胞工程和酶工程緊密結(jié)合，微生物成為新興的生物工程中的主角。微生物學(xué)發(fā)展促進(jìn)了人類進(jìn)步1.醫(yī)療保健戰(zhàn)線上的“六大戰(zhàn)役”外科消毒術(shù)的建立尋找人畜病原菌免疫防治法的應(yīng)用化學(xué)治療劑的發(fā)明抗生素治療的興起用遺傳工程和生物工程技術(shù)使微生物生產(chǎn)生化藥物2.微生物在工業(yè)發(fā)展過程中的六個(gè)里程碑自然發(fā)酵與食品、飲料的釀造罐頭保藏：1804年法國廚師N.Appert發(fā)明食品的玻璃瓶罐藏技術(shù)。厭氧純種發(fā)酵技術(shù)深層液體通氣攪拌培養(yǎng)

11、代謝調(diào)控理論在發(fā)酵工業(yè)上的應(yīng)用生物工程的興起生物工程學(xué)：以生物學(xué)（特別是其中的微生物學(xué)、遺傳學(xué)、生物化學(xué)和細(xì)胞學(xué)）的理論和技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合化工、機(jī)械、電子計(jì)算機(jī)等現(xiàn)代工程技術(shù)，充分應(yīng)用分子生物學(xué)的最新成就，自覺地操縱遺傳物質(zhì)，定向地改造生物或其功能，短期內(nèi)創(chuàng)造出具有超遠(yuǎn)源性狀的新物種，再通過合適的生物反應(yīng)器對(duì)這類“工程菌”或“工程細(xì)胞株”進(jìn)行大規(guī)模的培養(yǎng)，以生產(chǎn)大量有用代謝產(chǎn)物或發(fā)揮它們獨(dú)特生理功能的一門新興技術(shù)。 常規(guī)菌（或常規(guī)細(xì)胞株） 遺傳工程 改造物種 細(xì)胞工程 “工程菌”（或“工程細(xì)胞株）生物工程（學(xué)） 微生物工程 酶工程 生物反應(yīng)器工程 商品生產(chǎn) 經(jīng)濟(jì)效益 大量產(chǎn)品 社會(huì)效益 生態(tài)效

12、益 3.微生物學(xué)促進(jìn)了農(nóng)業(yè)的進(jìn)步 如：以菌治病，以菌治蟲（微生物農(nóng)藥） 以菌治草（微生物除草劑） 以菌當(dāng)飼料（單細(xì)胞蛋白作飼料） 以菌當(dāng)蔬菜（蘑菇、香菇、木耳等食用菌） 以菌增肥（固氮菌） 以菌促長(zhǎng)（赤霉素等促進(jìn)植物生長(zhǎng)） 以菌當(dāng)藥物（藥用真菌） 以菌產(chǎn)沼氣（產(chǎn)甲烷菌）4.微生物與生態(tài)和環(huán)境保護(hù)的關(guān)系 如：污水處理、自然界物質(zhì)循環(huán)等。5.微生物學(xué)對(duì)生物學(xué)基礎(chǔ)理論研究的貢獻(xiàn)以微生物作為研究對(duì)象解決了生物學(xué)上的許多重大爭(zhēng)論問題。是分子生物學(xué)的三大來源和三大支柱之一。遺傳學(xué)研究對(duì)象的微生物化促使經(jīng)典遺傳學(xué)發(fā)展成為分子遺傳學(xué)。微生物與基因工程高等生物研究和利用中的微生物化趨向方興未艾微生物學(xué)中的一套獨(dú)

13、特實(shí)驗(yàn)技術(shù)迅速擴(kuò)散到生命科學(xué)的各研究領(lǐng)域。遺傳學(xué)研究對(duì)象的不斷微生物化 年份 1865 1909 1941 1946 4050年代 代表人物 Mendel Morgen Beadle等 Lederberg等 Delbrck等 生物對(duì)象 豌豆 果蠅 脈孢菌 大腸桿菌 T系噬菌體 生物體制 大型真核，中型真核，小型真核， 原核， 非細(xì)胞生物 植物 昆蟲 真菌 細(xì)菌 繁殖速度 數(shù)月 912天/代 9天/代 群體：1天/代 群體：數(shù)小時(shí)/代 1年/代 細(xì)胞：20分/代 個(gè)體：15分/代 研究水平 細(xì)胞 染色體 基因 基因 基因 成果 提出遺傳 提出基因 開創(chuàng)生化 建立分子遺傳學(xué) 建立分子遺傳 因子概念 論，創(chuàng)