工業(yè)微生物學(xué)精品課件

1、工業(yè)微生物學(xué)第1頁，共52頁，2022年，5月20日，19點30分，星期三課程教學(xué)主要內(nèi)容（共54學(xué)時）：第1章 緒論（2學(xué)時）第2章 原核微生物的形態(tài)、構(gòu)造與功能（10學(xué)時）第3章 真核微生物的形態(tài)、構(gòu)造與功能（4學(xué)時）第4章病毒（4學(xué)時）第5章微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基（6學(xué)時）第6章 微生物的代謝（4學(xué)時）第7章微生物的生長與控制（6學(xué)時）第8章微生物的遺傳變異與育種（11學(xué)時）第9章 微生物的生態(tài)（3學(xué)時）第10章 微生物的分類與鑒定（2學(xué)時）第11章 傳染與免疫（2學(xué)時） 第2頁，共52頁，2022年，5月20日，19點30分，星期三 教材及教學(xué)參考書 教材：路福平.微生物學(xué)M.北京：中國

2、輕工業(yè)出版社，2005主要參考書：沈萍.微生物學(xué) (第2版)M.北京：高等教育出版社，2006周德慶.微生物學(xué)教程(第2版) M.北京：高等教育出版社，2002諸葛健.微生物學(xué)M.北京：科學(xué)出版社，2003沈萍， 彭珍榮主譯.微生物學(xué)(第5版) M.北京：高教出版社，2003Prescott L.M. et al.Microbiology,6th Ed M, WCB McGraw-Hill, 2006Madigan M. T. et al.Brocks Biology of Microorganism 11 th Ed M， 2004第3頁，共52頁，2022年，5月20日，19點30分，星期

3、三第一章 緒論一、微生物和微生物學(xué)的研究范疇二、學(xué)習(xí)微生物的目的三、微生物對工業(yè)生產(chǎn)的影響四、微生物學(xué)發(fā)展史、巴斯德和科赫對微生物學(xué)發(fā)展的做出的重要貢獻五、微生物的共性第4頁，共52頁，2022年，5月20日，19點30分，星期三 一、微生物的定義：傳統(tǒng)定義：微生物（microorganism,microbe）是一切肉眼看不見或看不清的微小生物的總稱。它們是一些個體微?。ㄒ话阈∮?.1mm）、構(gòu)造簡單的低等生物。 納米比亞嗜硫細菌、費氏刺尾魚菌(肉眼可以直接看到)現(xiàn)代定義：一般是指絕大多數(shù)憑肉眼看不見或看不清，必須借助顯微鏡才能看見或看清，以及少數(shù)能直接通過肉眼看見的單細胞、多細胞和無細胞結(jié)構(gòu)

4、的微小生物的總稱。一、微生物和微生物學(xué)的研究范疇第5頁，共52頁，2022年，5月20日，19點30分，星期三二、微生物的特點及種類微生物?。▊€體微?。?m（微米）級：光學(xué)顯微鏡下可見（細胞）簡（構(gòu)造簡單）單細胞簡單多細胞非細胞（即“分子生物”）n m（納米）級：電子顯微鏡下可見（細胞器，病毒）低（進化地位低）原核類：細菌（真細菌，古生菌），放線菌，藍細菌，立克次氏體, 衣原體, 支原體等真核類：真菌（酵母菌，霉菌，蕈菌），原生動物， 顯微藻類非細胞類：病毒，亞病毒（類病毒，擬病毒，朊病 毒）1mm=103 m=106 nm=107 分辨率：肉眼:0.1mm；顯微鏡:0.2 m；電子顯微鏡:1

5、0 第6頁，共52頁，2022年，5月20日，19點30分，星期三第7頁，共52頁，2022年，5月20日，19點30分，星期三細菌數(shù)億/g土壤，土壤中的細菌總重量估計為： 10034 10 12 噸每個噴嚏的飛沫含4500-150000個細菌二、為什么要學(xué)習(xí)微生物第8頁，共52頁，2022年，5月20日，19點30分，星期三每張紙幣帶細菌：900萬個 第9頁，共52頁，2022年，5月20日，19點30分，星期三微生物既是人類的敵人，更是人類的朋友！ 時時刻刻與微生物“共舞” 是 福 ？是禍？第10頁，共52頁，2022年，5月20日，19點30分，星期三第11頁，共52頁，2022年，5月

6、20日，19點30分，星期三第12頁，共52頁，2022年，5月20日，19點30分，星期三第13頁，共52頁，2022年，5月20日，19點30分，星期三第14頁，共52頁，2022年，5月20日，19點30分，星期三第15頁，共52頁，2022年，5月20日，19點30分，星期三少數(shù)微生物也是人類的敵人！鼠疫 艾滋病(AIDS) 癌癥 肺結(jié)核、虐疾、霍亂“卷土重來 ”。 埃博拉病毒 瘋牛病 SARS 禽流感第16頁，共52頁，2022年，5月20日，19點30分，星期三1347年的一場由鼠疫桿菌(Yersinia pestis)引起的瘟疫幾乎摧毀了整個歐洲，有1/3 的人(約2500萬人)

7、死于這場災(zāi)難，在此后的80年間，這種疾病一再肆虐，實際上消滅了大約75%的歐洲人口，一些歷史學(xué)家認為這場災(zāi)難甚至改變了歐洲文化。我國在解放前也曾多次流行鼠疫，死亡率極高。第17頁，共52頁，2022年，5月20日，19點30分，星期三第18頁，共52頁，2022年，5月20日，19點30分，星期三一種急性出血性傳染病，病死率高達到，通過接觸病人的血液或其他體液，經(jīng)皮膚、呼吸道或結(jié)膜而感染，潛伏期為至天第19頁，共52頁，2022年，5月20日，19點30分，星期三The SARS Coronavirus: The SARS outbreak of 2003According to the Wo

8、rld Health Organization (WHO), a total of 8,098 people worldwide became sick with SARS during the 2003 outbreak. Of these, 774 died. 第20頁，共52頁，2022年，5月20日，19點30分，星期三禽流感席卷韓日越三國世界衛(wèi)生組織1月14日警告說，禽流感已經(jīng)開始席卷亞洲部分地區(qū)，并且導(dǎo)致越南至少3人死亡，它對亞洲的威脅可能比非典更嚴重。 1878年，意大利禽流感，首次爆發(fā)： 危害最大，經(jīng)濟損失最嚴重的禽流感（H5N5）:1983年美國濱州等地區(qū), 直接損失6000

9、多萬美元，間接經(jīng)濟損失估計達3.49億美元 ,1997年5月，香港禽流感，直接損失達8000萬港幣 。 2003年3月，荷蘭禽流感，波及最廣的爆發(fā)，荷蘭南部海爾德蘭省800個農(nóng)場已經(jīng)受到禽流感的影響，已蔓延到比利時與德國邊境附近。 第21頁，共52頁，2022年，5月20日，19點30分，星期三可以說，微生物與人類關(guān)系的重要性，你怎么強調(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，而且實際上涉及到人類的生存。第22頁，共52頁，2022年，5月20日，19點30分，星期三三、微生物學(xué)對人類活動的影響微生物與醫(yī)療保健微

10、生物與農(nóng)業(yè)微生物與工業(yè)微生物與能源、生態(tài)和環(huán)境保護微生物與生物技術(shù) 在醫(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)生產(chǎn)生化藥物。根瘤菌的固氮作用；反芻動物的消化過程；微生物在物質(zhì)循環(huán)中的作用；微生物對農(nóng)業(yè)造成的危害等。六個里程碑:自然發(fā)酵與食品、飲料的釀造；罐頭保藏；厭氧純種發(fā)酵技術(shù)；深層液體通氣攪拌培養(yǎng)；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1.生物煉制：生物乙醇、生物柴油、生物制氫、沼氣發(fā)酵、丙酮等生物燃料。2.原油泄漏和生物除污。3.生物環(huán)境技術(shù)。利用分子生物學(xué)技術(shù)改造微生物的代謝特

11、性，再借助發(fā)酵工程實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。第23頁，共52頁，2022年，5月20日，19點30分，星期三四、微生物學(xué)發(fā)展簡史1. 微生物的發(fā)現(xiàn) 1.1 影響認識微生物的四大障礙： 1.1.1 個體過于微小 1.2.1 群體外貌不顯 1.3.1 種間雜居混生 1.4.1 形態(tài)與其作用的后果很難被認識第24頁，共52頁，2022年，5月20日，19點30分，星期三 2. 微生物發(fā)展的五個時期 2.1 史前期：約8000年前-1676 2.2 初創(chuàng)期：1676-1861 2.3 奠基期：1861-1897 2.4 發(fā)展期：1897-1953 2.5 成熟期：1953-第25頁，共52頁，2022年，5月20日

12、，19點30分，星期三2.1 史前時期（直觀應(yīng)用時期）春秋戰(zhàn)國時期 微生物分解有機物質(zhì),漚糞積肥。公元二世紀的神農(nóng)本草經(jīng) 白僵蠶治病。公元6世紀 后魏的賈思勰 齊民要術(shù) 谷物制曲、釀酒、制醬、造醋、腌菜。 豆科植物與其它作物輪作第26頁，共52頁，2022年，5月20日，19點30分，星期三2.2 初創(chuàng)時期（形態(tài)學(xué)發(fā)展時期）（17世紀下半葉十九世紀中葉）使用顯微鏡觀察微生物世界的時期。代表人物：列文虎克貢獻:（）發(fā)現(xiàn)了微生物世界（）科學(xué)地描述了微生物的形態(tài)并闡述了它們的繁茂性第27頁，共52頁，2022年，5月20日，19點30分，星期三2.3 奠基時期（生理學(xué)發(fā)展時期）十九世紀下葉有關(guān)微生物

13、的兩個疑難問題：1、生物是自然產(chǎn)生的嗎？2、傳染性疾病的本質(zhì)是什么？第28頁，共52頁，2022年，5月20日，19點30分，星期三新鮮食品擱置細菌檢定無細菌腐敗食品細菌檢定有細菌由非生命的物質(zhì)自然發(fā)生自然發(fā)生說（）巴斯德與自然發(fā)生學(xué)說第29頁，共52頁，2022年，5月20日，19點30分，星期三法國，化學(xué)家，路易斯 巴斯德（Louis Pasteur，18221895） 微生物學(xué)的奠基人巴斯德反駁自然發(fā)生說的三個實驗空氣乙醇、醚混合物棉纖維沉淀物檢測第一個實驗第30頁，共52頁，2022年，5月20日，19點30分，星期三第二個實驗加熱營養(yǎng)液密封放置細菌檢測無細菌檢出自然發(fā)生說質(zhì)疑：無機物

14、自然變?yōu)樯袡C體必須提供新鮮的空氣第31頁，共52頁，2022年，5月20日，19點30分，星期三第三個實驗第32頁，共52頁，2022年，5月20日，19點30分，星期三（）科赫與疾病的病菌說 最早人們認為疾病是由諸如超自然力、被稱為瘴毒的毒氣以及四種體液（血液、粘痰、黃膽汁、黑膽汁）之間的失調(diào)而引起的。 Agostino Bassi（17731856）在1835年證明蠶病是由真菌感染引起的，首先提出微生物可引起疾病。 1845年，M. J. Berkeley證明愛爾蘭馬鈴薯枯萎?。≒otato Blight of Ireland）是由真菌引起的。 之后，巴斯德提出“蠶的微粒子病”是由原生

15、動物寄生蟲引起的。 Lister受巴斯德關(guān)于微生物在發(fā)酵和腐敗問題中研究的啟發(fā)，提出了外科消毒術(shù)，消毒所使用的石炭酸可以殺死細菌，同樣也可以阻止傷口感染，這一觀點為微生物在疾病中的作用提供了間接的證據(jù)。 第33頁，共52頁，2022年，5月20日，19點30分，星期三（）科赫與疾病的病菌說德國，鄉(xiāng)村醫(yī)生，科赫（Robert Koch，18431910） 細菌學(xué)奠基人 直接關(guān)系的證明來自于德國醫(yī)生柯赫對炭疽菌的研究（1876年） 第34頁，共52頁，2022年，5月20日，19點30分，星期三科赫法則1、病原微生物存在于患病動物中,而健康動物中沒有；2、該微生物可在離開動物體外純培養(yǎng)生長；3、當

16、培養(yǎng)物接種易感動物時產(chǎn)生特定的疾病癥狀； 4、該病原微生物可從患病的實驗動物中重新分離到,且在實驗室能夠再次培養(yǎng),最終具有與原始菌株相同的性狀。第35頁，共52頁，2022年，5月20日，19點30分，星期三柯赫其他主要貢獻： 建立了純培養(yǎng)技術(shù)（凝固劑和petri dish） 對結(jié)核桿菌的分離和觀察, 首創(chuàng)了抗酸菌染色的Ziehl-Nielsen染色法 結(jié)核組織結(jié)核桿菌 發(fā)現(xiàn)和分離了引起霍亂的微生物霍亂弧菌，發(fā)現(xiàn)了在控制霍亂傳播中水過濾的重要性，發(fā)表了第一張細菌的顯微鏡照片。 第36頁，共52頁，2022年，5月20日，19點30分，星期三2.4 發(fā)展時期（生物化學(xué)水平） 德國人E.Buchn

17、er （1897年）用無細胞的酵母菌裂解液中的混合酶對葡萄糖進行了酒精發(fā)酵： 酵母細胞石英砂研磨過 濾濾液葡萄糖酵母細胞酒精、CO2巴斯德提出發(fā)酵是由微生物引起；他還發(fā)現(xiàn)了厭氧微生物。 第37頁，共52頁，2022年，5月20日，19點30分，星期三Martinus Beijerinck（1851-1931）對微生物領(lǐng)域的最大貢獻是提出了富集培養(yǎng)概念。用富集培養(yǎng)技術(shù)Beijerinck從土壤和水中分離得到許多純種微生物，包括好氣的固氮菌、硫化細菌、固氮根瘤菌、乳酸菌、綠藻和許多其他微生物。在研究煙草花葉病時，Beijerinck指出感染物（一種病毒）不是細菌，而是寄生到植物細胞中生存的一類微生

18、物；實際上，Beijerinck描繪了病毒學(xué)的基本理論。 Sergei Winogradsky（1856-1935）成功的分離了硝化細菌、硫化細菌等和氮、硫化合物循環(huán)有關(guān)的微生物，提出硝化過程是細菌作用的結(jié)果，提出無機化能營養(yǎng)和自養(yǎng)生物的概念。還分離到第一株厭氧固氮菌巴氏固氮梭狀芽孢桿菌，提出了細菌固氮作用的概念。可稱是土壤微生物學(xué)的奠基石。 第38頁，共52頁，2022年，5月20日，19點30分，星期三2.5 成熟時期（分子水平）始于二十世紀五十年代（電子顯微鏡的使用和DNA的發(fā)現(xiàn)）從1953年4月25日JWatson和FCrick在英國的自然雜志上發(fā)表關(guān)于DNA結(jié)構(gòu)的雙螺旋模型起，整個生

19、命科學(xué)就進入了分子生物學(xué)研究的新階段，同樣也是微生物學(xué)發(fā)展史上成熟期到來的標志。(1)微生物學(xué)從以應(yīng)用為主的學(xué)科，迅速成長為一門十分熱門的前沿基礎(chǔ)學(xué)(2)在基礎(chǔ)理論的研究方面，微生物迅速成為分子生物學(xué)研究中最主要的對象(3)在應(yīng)用研究方面，向著更自覺、更有效和可人為控制的方向發(fā)展，至70年代初，有關(guān)發(fā)酵工程的研究已與遺傳工程、細胞工程和酶工程等緊密結(jié)合，微生物已成為新興的生物工程中的主角。第39頁，共52頁，2022年，5月20日，19點30分，星期三遺傳學(xué) + 生物化學(xué) + 微生物學(xué) 該時期，多學(xué)科交叉促進微生物學(xué)全面發(fā)展 微生物遺傳學(xué) 微生物生理學(xué) 分子遺傳學(xué) 微生物學(xué)推動生命科學(xué)的發(fā)展

20、同時微生物的其他分支學(xué)科也得到迅速發(fā)展, 使微生物學(xué)發(fā)展成為生命科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)一門發(fā)展最快，影響最大、體現(xiàn)生命科學(xué)發(fā)展主流a.促進許多重大理論問題的突破 遺傳物質(zhì)基礎(chǔ); 基因與酶關(guān)系; 突變的本質(zhì); 操縱子學(xué)說; PCR;等第40頁，共52頁，2022年，5月20日，19點30分，星期三b.對生命科學(xué)研究技術(shù)的貢獻 細胞的人工培養(yǎng)；突變體篩選； DNA重組技術(shù)和遺傳工程c.微生物與人類基因組計劃 作為模式生物促進基因與基因組的功能研究對生命進行系統(tǒng)地和科學(xué)地解碼,以達到了解和認識生命的起源,種間和個體間差異的起因,疾病產(chǎn)生的機制,長壽及衰老等生命現(xiàn)象.基因組學(xué)(genomics)：研究整個基因組的

21、所有基因 解碼生命 Human Genome Project, HGP 第41頁，共52頁，2022年，5月20日，19點30分，星期三1、體積小，比表面積大單位：um(10-6 m)或nm(10-9m)2m0.5m桿菌80個桿菌肩并肩總寬度=1根頭發(fā)絲的寬度1500個桿菌首尾相連總長度=1粒芝麻的長度微生物的體積大小五、 微生物的共性 第42頁，共52頁，2022年，5月20日，19點30分，星期三2、吸收多，轉(zhuǎn)化快人（50kg） 5001000g/d地鼠（體重3g） 3g/d大腸桿菌 細胞重量2000倍糖/h奶牛（500kg） 合成0.5kg蛋白質(zhì)/24h微生物細胞 合成自身重量30-40

22、倍的細胞物質(zhì)/24h吸收多轉(zhuǎn)化快第43頁，共52頁，2022年，5月20日，19點30分，星期三3、生長旺，繁殖速大腸桿菌在合適的生長條件下：12.520分鐘 繁殖1代每小時 分裂3代，由1個變成8個。經(jīng)24小時 分裂72代，重約4722噸經(jīng)48小時 可產(chǎn)生2.21043個后代。地球重的4000倍微生物代時及每日增殖率微生物名稱代時(分)溫度日增殖率乳酸菌38252.71011大腸桿菌18371.21024根瘤菌110258.2103枯草桿菌31307.21013光合細菌144301.0103釀酒酵母120304.1103念珠藻1380252.1硅藻1020202.64小球藻4202510.6

23、草履蟲642264.92第44頁，共52頁，2022年，5月20日，19點30分，星期三4、適應(yīng)性強，易變異1）對營養(yǎng)物質(zhì)的利用上的適應(yīng)性。2）對環(huán)境條件尤其是惡劣的“極端環(huán)境”的適應(yīng)性。 耐0196低溫 耐250300的高溫 耐鹽（飽和鹽水） 耐干燥（產(chǎn)芽孢細菌、真菌孢子） 耐酸堿、耐缺氧、耐毒物、抗輻射適應(yīng)性強第45頁，共52頁，2022年，5月20日，19點30分，星期三易變異青霉素生產(chǎn)菌的發(fā)酵水平1940年 每毫升20單位2000年 每毫升10萬單位青霉素的使用劑量：1940年 10萬元單位/次1980年： 輸液80萬單位/次2000年： 輸液800萬-1000萬單位/次青霉素對金黃色

24、葡萄球菌最低抑制濃度0.02g/ml200g/ml第46頁，共52頁，2022年，5月20日，19點30分，星期三5、分布廣，種類多微生物在自然界的分布：無處不在，無孔不入土壤空氣水域生物體內(nèi)外極端環(huán)境正常環(huán)境高空深海底2000米深的地層溫泉第47頁，共52頁，2022年，5月20日，19點30分，星期三六、微生物學(xué)及其研究內(nèi)容與分科微生物學(xué)(Microbiology)定義： 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)用于工業(yè)發(fā)酵、醫(yī)藥衛(wèi)生、生物工程和環(huán)境保護等實踐領(lǐng)域的科學(xué)。根本任務(wù)： 1.發(fā)掘、利用、改造和保護有益微生物 2.控制、消滅和改造有害微生物最終目的: 為人類社會的進步服務(wù)第48頁，共52頁，2022年，5月20日，19點30分