環(huán)境微生物學(xué)第一章

1、環(huán)境微生物學(xué)本課程的學(xué)習(xí)參考資料1.環(huán)境微生物學(xué)，王家玲，高教出版社2.微生物學(xué)教程（第二版），周德慶，高等教育出版社3. 參考雜志：國(guó)內(nèi)雜志：“微生物學(xué)報(bào)” 、“環(huán)境微生物學(xué)雜志”、“生物工程學(xué)報(bào)”、“微生物學(xué)通報(bào)”、“中國(guó)科學(xué)”國(guó)外雜志：“Science”、“Nature”、“Advance in Microbiology”、“Trend in Microbiology”、 “Current Opinion in Microbiology”第一章 微生物概述1、什么是微生物？微生物是指所有形體微小，單細(xì)胞或結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的多細(xì)胞，或沒(méi)有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的一群最低等生物。我們生活在“微生物的海洋”中土壤：

2、細(xì)菌數(shù)億/g人口腔中的微生物2、微生物種類整個(gè)微生物家族的成員包括三大類： 非細(xì)胞類微生物 原核細(xì)胞類微生物 真核細(xì)胞類微生物 2.1 非細(xì)胞類微生物 病毒、類病毒、擬病毒等HIV病毒2.2 原核細(xì)胞類微生物細(xì)菌、放線菌、立克次氏體、衣原體等大腸桿菌 0157:H7 放線菌2.3 真核細(xì)胞類微生物 酵母菌和霉菌，單細(xì)胞藻類、原生動(dòng)物等酵母菌霉菌分生孢子3、微生物的特點(diǎn)3.1 種類多 3.2 分布廣 3.3 體積小3.4 繁殖快 3.5 代謝強(qiáng) 3.6 易變異3.1 種類多微生物的種數(shù)類型 低限 傾向種數(shù) 高限 病毒與立克次氏體 1,217 1,217 1,217 支原體 42 42 42 細(xì)菌

3、與放線菌 1,000 1,500 1,500 藍(lán)細(xì)菌 1,227 1,500 1,500 藻類 15,051 23,100 23,100 真菌 37,175 47,300 68,939 原生動(dòng)物 24,068 24,068 30,000 總數(shù) 79,780 98,727 127,298微生物的生理代謝類型多、代謝產(chǎn)物種類多。人類已經(jīng)開(kāi)發(fā)利用的微生物則僅占已發(fā)現(xiàn)微生物種的約1%。 3.2 分布廣在空氣、水、土壤和動(dòng)植物體表體內(nèi), 到處都充滿了大量的各種微生物。 土壤：細(xì)菌數(shù)億/g人體體表及體內(nèi)存在大量的微生物： 皮膚表面平均10萬(wàn)個(gè)細(xì)菌/平方厘米； 口腔細(xì)菌種類超過(guò)500種； 腸道微生物總量達(dá)1

4、00萬(wàn)億； 每克糞便的細(xì)菌總數(shù)為1000億個(gè)；萬(wàn)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。3.3 體積小病毒0.2 m桿狀細(xì)菌0.52.0 m支原體立克次氏體衣原體0.20.5 m放線菌菌絲直徑 0.52.0 m霉菌菌絲直徑 210m酵母15530 m3.4 繁殖快 一般細(xì)菌的世代時(shí)間為幾十分鐘至一百多分鐘。在最適宜的培養(yǎng)條件下, 大腸桿菌每1320分鐘就可分裂出新的一代。在液體培養(yǎng)基中，細(xì)菌細(xì)胞的濃度一般為108-109個(gè)/ml。微生物繁殖速度快的特性, 在發(fā)酵工業(yè)上有著重要的 實(shí)踐意義。 實(shí)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(shí)，幾乎12小時(shí)就

5、可以收獲一次，每年可以收獲數(shù)百次。 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 2.1硅藻 17小時(shí) 1.4 20 2.64草履蟲(chóng) 10.4小時(shí) 2.3 26 4.923.5 代謝強(qiáng)一接種環(huán)的谷氨酸生產(chǎn)菌，經(jīng)兩天的擴(kuò)大培養(yǎng)和發(fā)酵就能將8

6、噸糖和2噸尿素轉(zhuǎn)化為3噸菌體和4噸谷氨酸。 一個(gè)能夠利用乳糖的細(xì)菌每小時(shí)能消耗（分解）的乳糖量等于其自身細(xì)胞重量的2千倍以上。1公斤的酵母菌在一天之內(nèi)可使幾噸糖全部轉(zhuǎn)化為酒精和二氧化碳。代謝能力強(qiáng)的主要原因是由于個(gè)體小，比表面積大，因此它們能夠在細(xì)胞與環(huán)境之間迅速交換營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和代謝產(chǎn)物 3.6 易變異突變頻率一般為10-510-10微生物易變異原因： 個(gè)體多為單細(xì)胞或結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的多細(xì)胞，甚至非細(xì)胞結(jié)構(gòu)易受到外界物理或化學(xué)因素影響。 細(xì)胞增殖速度快，細(xì)胞數(shù)量多，因而盡管其自發(fā)突變率很低，也會(huì)造成在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生較多的變異后代。 生產(chǎn)青霉素的產(chǎn)黃青霉菌, 開(kāi)始篩選獲得時(shí)，每毫升發(fā)酵液僅含約20單位的青

7、霉素, 但經(jīng)過(guò)多次誘變選育后，每毫升已超過(guò)5萬(wàn)單位了。 實(shí)例病原微生物對(duì)抗生素的耐藥性變異，40年代初至今，成人患者的青霉素注射劑量, 已由每天10萬(wàn)單位提高到100萬(wàn)單位甚至上千萬(wàn)單位。 4、微生物學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史4.1 史前期釀酒、醬、醋以及烘制面包等我國(guó)古代的釀酒作坊（漢代畫(huà)像）古埃及人釀制啤酒的場(chǎng)面.2初創(chuàng)期（微生物學(xué)的啟蒙時(shí)期形態(tài)學(xué)期 ）1664年，英人虎克用于觀察霉菌的單筒復(fù)式顯微鏡荷蘭列文虎克（Anton van Leeuwenhoek）與他的顯微鏡觀察結(jié)果4.3 微生物學(xué)的奠基及發(fā)展微生物學(xué)直到十九世紀(jì)才得到發(fā)展原因：顯微鏡技術(shù)研究微生物的基本技術(shù)沒(méi)有建立。十九世紀(jì)兩個(gè)焦點(diǎn)問(wèn)題的爭(zhēng)論

8、促使了微生物研究技術(shù)的誕生。問(wèn)題之一：微生物能不能自發(fā)產(chǎn)生；問(wèn)題之二：傳染病的性質(zhì)是什么。徹底否定了自然發(fā)生說(shuō)證實(shí)發(fā)酵由微生物引起微生物學(xué)之父巴斯德的功績(jī)免疫學(xué)預(yù)防接種發(fā)明巴氏消毒法著名的曲頸瓶試驗(yàn)科赫的功績(jī)證實(shí)炭疽病因 炭疽桿菌, 發(fā)現(xiàn)結(jié)核病原菌結(jié)核桿菌（1905年獲諾貝爾獎(jiǎng)）科赫法則發(fā)明固體培養(yǎng)基,提出了純培養(yǎng)的概念和方法創(chuàng)造了細(xì)菌染色的方法.劃線法獲得單菌落 科赫法則單菌落霉菌菌落周圍出現(xiàn)抑制萄葡球菌生長(zhǎng)的抑制現(xiàn)象產(chǎn)黃青霉菌落細(xì)菌生長(zhǎng)抑制區(qū)域正常細(xì)菌生長(zhǎng)區(qū)域Fleming 發(fā)現(xiàn)青霉素4.4 現(xiàn)代微生物學(xué)階段特點(diǎn)：1、微生物學(xué)與生物化學(xué)、遺傳學(xué)等學(xué)科的聯(lián)系非常緊密，由此誕生了新學(xué)科分子生物學(xué)；2、微生物學(xué)與工程緊密聯(lián)系，為微生物學(xué)的實(shí)際運(yùn)用打下前景.1953年Watson和Crick提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)5、微生物學(xué)及其分支學(xué)科從分類的角度從生態(tài)環(huán)境的角度從應(yīng)用領(lǐng)域的角度從生物基本問(wèn)題的角度病毒學(xué)細(xì)菌學(xué)藻類學(xué)真菌學(xué)原生動(dòng)物學(xué)水生微生物學(xué)土壤微生物學(xué)海洋微生物學(xué)石油微生物學(xué)工業(yè)微生物學(xué)醫(yī)用微生物學(xué)農(nóng)業(yè)微生物學(xué)食品微生