天津科技大學海洋學院微生物學緒論

1、 海 洋 微 生 物 學1教學參考書1.黃秀梨主編.微生物學（第二版）,北京：高等教育出版社，20032.沈萍主編.微生物學， 北京：高等教育出版社，20003.李阜棣.胡正嘉主編.微生物學 ,第五版 北京：中國農業(yè)出版社，20004.周德慶.微生物學教程，第二版，北京：高等教育出版社，20022參考教學網站（課件）1.武漢大學微生物學教學網站2.江南大學微生物學教學網站3.華中農業(yè)大學微生物學微生物教學網站 4.華南師范大學微生物學教學網站 5.長春師范學院微生物學網絡課程 6.安徽科技學院微生物學網站 7.江西農業(yè)大學精品課程 8.西北農林科技大學微生物學教學網站9.山東大學生命科學院微生

2、物學教學網站3 緒 論一、什么是微生物二 、微生物的特點三、微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學的建立與 發(fā)展四、 20世紀的微生物學五、 21世紀微生物學展望41.定義定義：微生物是所有形體微小、單細胞或結構較為簡單的多細胞生物、甚至沒有細胞結構的生物的通稱。種類：微生物類群十分龐雜，包括：無細胞結構的病毒、類病毒、擬病毒等，屬于原核生物的細菌、放線菌、立克次氏體、衣原體等，屬于真核生物的酵母菌和霉菌，單細胞藻類、原生動物等。一、什么是微生物5微生物的類群微生物是微小生物的總稱，一般只有借助顯微鏡才能其進行觀察。微生物病毒原核生物：真細菌、古生菌真核生物：真菌（酵母、霉菌、蕈菌等）、 單細胞藻類、 原生動

3、物等67 人體體表及體內存在大量的微生物： 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為：1000億個；2. 微生物與我們微生物無處不在，我們無時不生活在“微生物的海洋”中。 細菌數億/g土壤，土壤中的細菌總重量估計為：10034 10 12 噸； 每張紙幣帶細菌：900萬個； 每個噴嚏的飛沫含4500-150000個細菌，重感冒患者為8500萬。8少數微生物也是人類的敵人！鼠疫；天花；梅毒；小兒麻痹癥；肺結核；麻瘋?。桓忻?；腦膜炎；艾滋??；瘋牛?。话２├《?；非典9二、微生物的特點：個體小、

4、結構簡、胃口大、食譜廣、繁殖快、易培養(yǎng)、數量大、分布廣、種類多、級界寬、易變異、抗性強、休眠長、起源早、發(fā)現(xiàn)晚10個體小:測量單位：微米或鈉米11個體小:測量單位：微米或鈉米火星隕石中發(fā)現(xiàn)的細菌化石（直徑 10 nm）12德國科學家H. N. Schulz等1999年在納米比亞海岸的海底沉積物中發(fā)現(xiàn)的一種硫磺細菌（sulfur bacterium），其大小可達0.75 mm，Thiomargarita namibiensis，-“納米比亞硫磺珍珠”13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、木質素、幾丁質、角蛋白、石油、甲醇、甲烷、天然氣、塑料、酚類、氰

5、化物、各種有機物均可被微生物作為糧食。14繁殖快：24小時后： 4722366500萬億個后代，重量達到：4722噸48小時后：2.2 10 43個后代，重量達到2.2 10 25 噸相當于4000個地球的重量！大腸桿菌一個細胞重約10 12 克，平均20分鐘繁殖一代一頭500 kg的食用公牛，24小時生產 0.5 kg蛋白質,而同樣重量的酵母菌，以質量較次的糖液（如糖蜜）和氨水為原料，24小時可以生產 50000 kg優(yōu)質蛋白質。15易培養(yǎng)：很多細菌都可以非常方便地進行人工培養(yǎng)！ 數量大： 在自然界中（土壤、水體、空氣，動植物體內和體表）都生存有大量的微生物！16從永凍冰層分離微生物17南極

6、Vostok湖冰芯樣品中的微生物18種類多： 微生物的生理代謝類型多； 代謝產物種類多； 微生物的種數“多”；雖然目前已定種的微生物只有大約10萬種，遠較動植物為少，但一般認為目前為人類所發(fā)現(xiàn)的微生物還不到自然界中微生物總數的1%19級界寬：Whittaker的五界分類系統(tǒng)20變異易：個體小、結構簡單、且多與外界環(huán)境直接接觸 繁殖快、 數量多 短時間內產生大量的變異后代突變率：10-5 10-1021變異易：青霉素的生產：20單位/ ml（1943）10000單位/ ml青霉素的用量：最高：10萬單位/天（40年代） 數百萬-千萬單位/次22抗（逆）性強：抗熱：有的細菌能在265個大氣壓，25

7、0 的條件下生長；自然界中細菌生長的最高溫度可以達到113 ；有些細菌的芽孢，需加熱煮沸8小時才被殺死；抗寒：有些微生物可以在12 30的低溫生長；抗酸堿：細菌能耐受并生長的pH范圍：pH 0.5 13；耐滲透壓：蜜餞、腌制品，飽和鹽水（NaCl, 32%)中 都有微生物生長；抗壓力：有些細菌可在1400個大氣壓下生長；23休眠長：世界上最古老的活細菌（芽孢）：2.5億年24起源早：38億年前，生命在海洋中出現(xiàn)26億年前，陸地上就可能存在微生物發(fā)現(xiàn)晚：300多年前人們才真正發(fā)現(xiàn)微生物的存在25感性認識階段（史前時期）形態(tài)學發(fā)展階段（初創(chuàng)時期）生理學發(fā)展階段（奠基時期）分子生物學發(fā)展階段（成熟時

8、期）人類對微生物世界的認識過程三、微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學的建立與發(fā)展26我國8000年前就開始出現(xiàn)了曲蘗釀酒；4000年前埃及人已學會烘制面包和釀制果酒；2500年前發(fā)明釀醬、醋，用曲治消化道疾??；公元2世紀，張仲景：禁食病死獸類的肉和不清潔食物；公元前112年-212年間，華佗：“割腐肉以防傳染”；公元九世紀痘漿法、痘衣法預防天花；1346年，克里米亞半島上的法卡城之戰(zhàn)；16世紀，古羅馬醫(yī)生G.Fracastoro：疾病是由肉眼看不見 的生物(living creatures)引起的；1641年，明末醫(yī)生吳又可也提出“戾氣”學說；三、微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學的建立與發(fā)展（一）微生物的發(fā)現(xiàn)271

9、664年，英國人虎克（Robert Hooke）曾用原始的顯微鏡對生長在皮革表面及薔薇枯葉上的霉菌進行觀察。281676年，微生物學的先驅荷蘭人列文虎克（Antony van leeuwenhoek）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。29（二）微生物學的奠基及發(fā)展微生物學 (Microbiology) 是研究微生物及其生命活動規(guī)律的科學。即研究微生物在一定條件下的形態(tài)結構、生理生化、遺傳變異以及微生物的進化、分類、生態(tài)等生命活動規(guī)律及其與其他微生物之間，與動植物之間的相互關系，與外界環(huán)境理化因素之間的相互關系，微生物在自然界各

10、種元素的生物地球化學循環(huán)中的作用，微生物在工業(yè)、農業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境保護、食品生產等各個領域中的應用，等等。30（二）微生物學的奠基法國人巴斯德（Louis Pasteur） （18221895）德國人柯赫（Robert Koch）（ 18431910）311.巴斯德 (1) 發(fā)現(xiàn)并證實發(fā)酵是由微生物引起的；(2) 徹底否定了“自然發(fā)生”學說；化學家出生的巴斯德涉足微生物學是為了治療“酒病”和“蠶病”著名的曲頸瓶試驗無可辯駁地證實，空氣內確實含有微生物，是它們引起有機質的腐敗。(3) 免疫學預防接種1885年法國科學家路易. 巴斯德首次將兔腦基髓制備的減毒狂犬疫苗應用人體治療狂犬病獲得成功.

11、(4) 其他貢獻巴斯德消毒法：6065作短時間加熱處理，殺死有害微生物32 2.柯赫 a）細菌純培養(yǎng)方法的建立土豆切面 營養(yǎng)明膠 營養(yǎng)瓊脂（平皿） （1）微生物學基本操作技術方面的貢獻b）設計了各種培養(yǎng)基，實現(xiàn)了在實驗室內對各種微生物的培養(yǎng)c）流動蒸汽滅菌d）染色觀察和顯微攝影33（2）對病原細菌的研究作出了突出的貢獻：a）具體證實了炭疽桿菌是炭疽病的病原菌；b）發(fā)現(xiàn)了肺結核病的病原菌（1905年獲諾貝爾獎）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34三、20世紀的微生物學十九世紀末到二十世紀中期：微生物學：鑒定病原菌 研究免疫學及其在預防疾病中的作用、 尋找化學治療藥

12、物、分析微生物的化學活性。普通生物學：細胞的構造及其在繁殖和發(fā)展中的作用、 植物和動物的遺傳和進化的機制。35對動植物起作用的遺傳機制同樣適用于微生物生化突變細菌基因水平轉移微生物遺傳學肺炎雙球菌轉化實驗病毒重組實驗噬菌體感染實驗核酸是遺傳的物質基礎36 20世紀40年代后，微生物自身的特點使其成為生物學研究的“明星”，微生物學很快與生物學主流匯合，并被推到了整個生命科學發(fā)展的前沿，獲得了迅速的發(fā)展，在生命科學的發(fā)展中作出了巨大的貢獻。1.多學科交叉促進微生物學全面發(fā)展37382. 微生物學在生命科學發(fā)展中的重要地位 （1）微生物是生物學基本理論研究中的理想實驗對象， 對微生物的研究促進許多重

13、大生物學理論問題的突破 基因和酶關系的闡明及“一個基因一個酶”的假說； 遺傳的物質基礎的闡明； 基因概念的發(fā)展； 遺傳密碼的破譯； 基因表達調控機制的研究； 生物大分子合成的中心法則；39（2）對生命科學研究技術的貢獻細胞的人工培養(yǎng)；突變體篩選；DNA重組技術和遺傳工程；（3）微生物與“人類基因組計劃”作為模式生物；基因與基因組的功能研究的重要工具;40（4）我國微生物學的發(fā)展湯飛凡：沙眼病原體的分離和確證陳華癸：根瘤菌固氮作用的研究高尚蔭：創(chuàng)建了我國病毒學的基礎理論研究 和第一個微生物學專業(yè)抗生素的總產量已耀居世界首位兩步法生產維生素C的技術居世界先進水平泉生熱孢菌全基因組序列測定41 生命

14、起源的研究；四、21世紀微生物學展望 1微生物自身的特點（共性和特性）將會更加受到關注和利用 以微生物為研究材料繼續(xù)對一些基本生命現(xiàn)象進行研究； 生物進化方面的研究； 性別分化的意義； 生物智慧的發(fā)展； 微生物產業(yè)的開發(fā)； 重要致病菌的特點及其防治； 極端環(huán)境的微生物的研究；42用“工程菌”生產藥物干 擾 素腦 菲 肽胰 島 素乙肝疫苗眾抗生素各種單克隆抗體免疫血清微生物與醫(yī)藥衛(wèi)生43微生物與農業(yè)和畜牧業(yè)微生物飼料農用抗菌素生物農藥生物菌肥微生物能源44菌體蛋白飼料飼 料 酵 母維 生 素 飼 料發(fā) 酵 飼 料青 貯 飼 料微生物飼料45 某些微生物能夠產生具有抑制或殺死植物 病原菌的物質,該

15、物質稱農用抗菌素。農用抗菌素46微生物飼料 菌體蛋白飼料 飼 料 酵 母 維 生 素 飼 料 發(fā) 酵 飼 料 青 貯 飼 料47農用抗菌素 某些微生物能夠產生具有抑制 或殺死植物病原菌的物質,該物質稱 農用抗菌素。48 生物農藥細菌農藥真菌農藥病毒農藥49 生物菌肥主要是根瘤菌肥即含固氮菌活菌的肥料。50微生物與工業(yè)酶 工 業(yè)氨基酸工業(yè)有機酸工業(yè)新材料開發(fā)生 物 化 工食 品 工 程51微生物與飲食、調味品醬，醬油，豆豉食 用 醋發(fā)酵飲料發(fā)酵面食食藥用菌食用色素食品添加劑淹漬蔬菜52微生物與環(huán)保微生物處理腈綸廢水的塔式濾池53 微生物工程發(fā)酵工程又稱微生物工程，是將微生物學、生物化學和化學工程

16、學的基本原理有機結合起來，利用微生物的生長和代謝活動來生產有用物質及提供服務的工程技術。現(xiàn)代的發(fā)酵工程不僅包括菌體的生產和代謝產物的發(fā)酵生產，還包括微生物本身功能的利用。其主要內容包括工業(yè)價值菌種的選育，“工程菌”的生產，發(fā)酵工藝條件的優(yōu)化與控制，發(fā)酵設備（發(fā)酵罐）的設計及產物的分離、提取與精制和微生物功能的利用等內容。54微生物工程的優(yōu)越性：微生物以比表面積（表面積與體積之比）、轉化能力、繁殖速度、變異與適應性和分布范圍五大特殊本領而著稱。微生物工程中常用的微生物酵母菌、乳酸菌、光合細菌、消化菌、反硝化菌、枯草桿菌等552與其他學科實現(xiàn)更廣泛的交叉，獲得新的發(fā)展學科交叉永遠是科學創(chuàng)新的源泉！ 微生物基因組的序列測定和分析； 微量熱技術對生命過程的研究；微量熱法用于細菌分類鑒定的研究 微生物的快速檢定； 計算機技術與微生物學的結合；563. 海洋微生物抗腫瘤活性物質研究發(fā)達國