微生物學：緒論

微生物學沈萍

2006.微生物學（第2版）高等教育出版社。肖敏沈萍2008.1微生物學學習指導與習題解析，高等教育出版社周德慶

2002.微生物學教程

第二版。高等教育出版社。教材：

RonaldM.AtlasCliffordRenkPrinciplesofMicrobiology.J。尼克林著林雅蘭等譯?？茖W出版社。李阜棣

胡正嘉

.2000微生物學。

第五版。中國農(nóng)業(yè)出版社。趙斌何紹江.2002微生物學實驗?？茖W出版社。Johnson.case.LaboratoryExperimentsinMicrobiology.JohnP.HarleyLansingM.PrescottMicrobiology3thEdition.Lansing,M.Prescott;John,P.Harley;andDonald,A.Klein.2002.Microbiology,5thed.McGraw-Hill.GerardJ.Tortora;BardellR.Funke;ChristineL.1998.Case.MicrobiologyAnIntroduction,6th.Benjamin/Cummings.Michael,T.Madigan;John,M.Martinko;andJack,Parker.2003.BrockBiologyofMicroorganisms,10th.Prentice-Hall.參考書：

緒論第1章原核微生物的形態(tài)、構造、功能第2章真核微生物的形態(tài)、構造、功能第3章病毒第4章微生物的營養(yǎng)和培養(yǎng)基第5章微生物的新陳代謝第6章微生物的生長繁殖及控制第7章微生物遺傳及育種

微生物基因表達的調(diào)控微生物與基因工程微生物的生態(tài)微生物的進化、系統(tǒng)發(fā)育和分類微生物物種的多樣性感染與免疫微生物生物技術

一、什么是微生物二、微生物學建立與發(fā)展三、微生物學的重要地位四、微生物的類群及特點五、21世紀微生物學展望一、什么是微生物微生物（Microorganism）通常是描述一切不借助顯微鏡用肉眼看不見的微小生物，包括病毒、細菌、真菌、原生動物、和某些藻類。微生物是指廣泛存在于自然界中的一大群個體體積微小，結(jié)構簡單，大多是單細胞，少數(shù)是多細胞，甚至沒有細胞結(jié)構的低等生物。這些微小的生物必須借助于光學顯微鏡和電子顯微鏡才能看清它們的形態(tài)結(jié)構。微生物與我們細菌數(shù)億/g土壤，土壤中的細菌總重量估計為：10034×1012噸；每張紙幣帶細菌：900萬個；家居環(huán)境中微生物無處不在；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(shù)為：1000億個；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”

是禍？是福？微生物是人類的朋友！

微生物是自然界物質(zhì)循環(huán)的關鍵環(huán)節(jié)；體內(nèi)的正常菌群是人及動物健康的基本保證；幫助消化、提供必需的營養(yǎng)物質(zhì)、組成生理屏障微生物可以為我們提供很多有用的物質(zhì)；有機酸、酶、各種藥物、疫苗、面包、奶酪、啤酒、醬油等等基因工程為代表的現(xiàn)代生物技術；微生物也是人類的敵人！天花；鼠疫；艾滋?。化偱２?；SARS；二、微生物學的建立與發(fā)展（一）微生物的發(fā)現(xiàn)（二）微生物學的奠基（三）20世紀的微生物學（四）微生物學發(fā)展重大事件

●微生物學是研究微生物及其活動規(guī)律的學科。研究的內(nèi)容涉及微生物的形態(tài)結(jié)構、分類鑒定、生理生化、生長繁殖、遺傳變異、生態(tài)，以及微生物之間、微生物與其他生物之間的相互關系，微生物在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、環(huán)境保護、醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)各方面的應用等。什么是微生物學?

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，用曲治消化道疾病；公元六世紀(北魏時期)賈思勰的巨著“齊民要術”；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；16世紀，古羅馬醫(yī)生G.Fracastoro：疾病是由肉眼看不見的生物(livingcreatures)引起的；（一）微生物的發(fā)現(xiàn)1664年，英國人虎克（RobertHooke）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。1676年，微生物學的先驅(qū)荷蘭人列文虎克（Antonyvanleeuwenhoek）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。列文虎克利用業(yè)余時間制造過400多架單式顯微鏡和放大鏡，放大率一般為50~200倍，1690年1720年1725年1760年1790年1881年1840年1890年法國人巴斯德（LouisPasteur）（1822～1895）德國人柯赫（RobertKoch）（1843～1910）（二）微生物學的奠基巴斯德

徹底否定了“自然發(fā)生”學說；發(fā)現(xiàn)并證實發(fā)酵是由微生物引起的；免疫學——預防接種巴斯德消毒法：60～65℃作短時間加熱處理，殺死有害微生物其他貢獻柯赫（1）微生物學基本操作技術方面的貢獻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）b）設計了各種培養(yǎng)基：實現(xiàn)了在實驗室內(nèi)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（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(jié)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，同樣的疾病會重復發(fā)生；4、從試驗發(fā)病的寄主中能再度分離培養(yǎng)出這種微生物來。（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、尋找化學治療藥物、分析微生物的代謝活性。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。肌肉的糖酵解酵母菌乙醇發(fā)酵本質(zhì)上的同一性動、植物的生命活動規(guī)律適用于結(jié)構大大簡單的微生物？

EdwardJenner(1749～1823)首創(chuàng)用牛痘預防天花，為預防醫(yī)學開辟了廣闊途徑。（四）微生物學發(fā)展大事件AlexanderFleming(1881-1955)微生物之間的拮抗現(xiàn)象1929年，F(xiàn)leming發(fā)現(xiàn)青霉素1867Lister創(chuàng)立了消毒外科；1890VonBehring制備抗毒素治療白喉和破傷風；1892Ivanovsky提供煙草花葉病毒是由病毒引起的證據(jù)；1928Griffith發(fā)現(xiàn)細菌轉(zhuǎn)化；對其機理的研究導致DNA是遺傳物質(zhì)的確證；外源遺傳物質(zhì)導入各種細胞的基因重組技術的建立；1929Fleming發(fā)現(xiàn)青霉素1944Avery等證實轉(zhuǎn)化過程中DNA是遺傳信息的載體

1953年，Crick與同在劍橋大學工作的Watson一起在《自然》雜志上發(fā)表論文指出，生物遺傳分子DNA的結(jié)構為雙螺旋，這一發(fā)現(xiàn)揭開了生物遺傳的秘密。1962年，他們由于成功地建立了DNA雙螺旋結(jié)構模型而同獲諾貝爾生物和醫(yī)學獎。

諾貝爾生物和醫(yī)學獎獲得者、“DNA之父”英國科學家Crick2004年7月28日在美國加州圣地亞哥的一家醫(yī)院去世，享年88歲。

1953Watson和Crick提出DNA雙螺旋構；1970～1972Arber、Smith和Nathans發(fā)現(xiàn)并提純了DNA限制性內(nèi)切酶1977Woese提出古生菌是不同于細菌和真核生物的特殊類群Sanger首次對f×174噬菌體DNA進行了全序列分析；1983～1984Mullis建立PCR技術；1995第一個獨立生活的細菌(流感嗜血桿菌)全基團組序測定完成；1996第一個自養(yǎng)生活的古生菌基因組測定完成；1997第一個真核生物(啤酒酵母)基因組測序完成；三、微生物學的重要地位1．微生物的研究促進許多重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(zhì)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(diào)控機制的研究；生物大分子合成的中心法則；1941年Beadle和Tatum用粗糙脈胞霉進行的突變實驗使基因和酶的關系得以闡明，并提出了“一個基因一個酶”的假說?！皵嗔鸦颉?、“跳躍基因”、“重疊基因”的發(fā)現(xiàn)，以及基因結(jié)構的精細分析、基因組測序等。60年代Nirenberg等人通過研究大腸桿菌無細胞蛋白質(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，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。Jacob等通過研究大腸桿菌誘導酶的形成機制而提出操縱子學說，闡明了基因表達調(diào)控的機制，為分子生物學的形成奠定了基礎。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;四、微生物的類群及特點微生物的類群病毒細菌、放線菌真菌、顯微藻類、原生動物微生物的特點個體小，面積大：比面值=表面積/體積（3/r）吸收多，轉(zhuǎn)化快：生長旺，繁殖快：適應強，易變異：分布廣，種類多：微生物的種類具有細胞結(jié)構的微生物沒有細胞結(jié)構的微生物：病毒原核生物：（由原核細胞構成的）真核微生物（由真核細胞構成的）真菌顯微藻類原生動物細菌草履蟲水綿放線菌個體小桿菌的平均長度：2微米；

1500個桿菌首尾相連=一粒芝麻的長度；

10-100億個細菌加起來重量=1毫克面積/體積比：人=1，大腸桿菌=30萬；

這樣大的比表面積特別有利于它們和周圍環(huán)境進行物質(zhì)、能量、信息的交換。微生物的其它很多屬性都和這一特點密切相關。個體小:測量單位：微米或鈉米個體小: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20nm）《科學》上的一篇文章報道了對一塊隕石上可能存在的生命遺跡的研究，這塊隕石在45億年前在火星上形成，13億年以前由于宇宙碰撞而離開火星，13000年前作為隕石降落到地球上。對它的分析表明其上可能有生命存在過，更重要的是在該隕石上發(fā)現(xiàn)了類似細菌化石的東西，其直徑僅為20~40nm.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(zhì)素、幾丁質(zhì)、角蛋白、石油、甲醇、甲烷、天然氣、塑料、酚類、氰化物、各種有機物均可被微生物作為糧食繁殖快：24小時后：4722366500萬億個后代，重量達到：4722噸48小時后：2.2×1043個后代，重量達到2.2×1025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500kg的食用公牛，24小時生產(chǎn)0.5kg蛋白質(zhì),而同樣重量的酵母菌，以質(zhì)量較次的糖液（如糖蜜）和氨水為原料，24小時可以生產(chǎn)50000kg蛋白質(zhì)。表1－3若干微生物的代時及每日增殖率微生物名稱代時每日分裂次數(shù)溫度每日增殖率

乳酸菌38分38252.7×1011

大腸桿菌18分80371.2×1024

根瘤菌110分13258.2×103

枯草桿菌31分46307.0×1013

光合細菌144分10301.0×103

釀酒酵母120分12304.1×103

小球藻7小時3.42510.6

念珠藻*

23小時1.04252.1

硅藻17小時1.4202.64

草履蟲10.4小時2.3264.92

*為念珠藍菌屬(Nostoc)的舊稱，與細菌同屬原核生物。易培養(yǎng)：很多細菌都可以非常方便地進行人工培養(yǎng)！數(shù)量大：在自然界中（土壤、水體、空氣，動植物體內(nèi)和體表）都生存有大量的微生物！分析表明，微生物占地球生物總量的60%！從永凍冰層分離微生物南極Vostok湖冰芯樣品中的微生物富營養(yǎng)化湖泊活性污泥中的微生物級界寬：Whittaker的五界分類系統(tǒng)級界寬：Woese三原界分類系統(tǒng)古細菌真細菌真核細胞易變異：個體小、結(jié)構簡、且多與外界環(huán)境直接接觸繁殖快、數(shù)量多短時間內(nèi)產(chǎn)生大量的變異后代突變率：10-5

–10-10易變異：青霉素的生產(chǎn)：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(shù)百萬-千萬單位/次抗（逆）性強：抗熱：有的細菌能在265個大氣壓，250

℃的條件下存活；自然界中細菌生長的最高溫度可以達到110℃以上

；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：pH0.5~13；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；休眠長：世界上最古老的活細菌（芽孢）：2.5億年Nature407,897-900(2000)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)微生物的存在五、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2．與其他學科實現(xiàn)更廣泛的交叉，獲得新的發(fā)展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；在微生物基因組上進行的考古；重要致病菌的特點及其防治；極端環(huán)境的微生物的研究；

共性：微生物具有其他生物共有的基本生物學特性：生長、繁殖、代謝、共用一套遺傳密碼，甚至其基因組上含有與高等生物同源的基因，充分反映了生物高度的統(tǒng)一性。

特性：微生物具有其它生物不具備的生物學特性，例如可在其他生物無法生存的極端環(huán)境下生存和繁殖，具有其他生物不具備的代謝途徑和功能，反映了微生物極其豐富的多樣性。

微生物具備生命現(xiàn)象的特性和共性，將是21世紀進一步解決生物學重大理論問題，如生命起源與進化，物質(zhì)運動的基本規(guī)律等，和實際應用問題，如新的微生物資源的開發(fā)利用，能源、糧食等的最理想的材料?！?0世紀的微生物學＊多學科交叉促進微生物全面發(fā)展＊微生物推動生命科學的發(fā)展●21世紀微生物學發(fā)展的趨勢＊微生物基因組學研究＊與環(huán)境相關的微生物學研究＊微生物生命現(xiàn)象的特性和共性將受到重視＊與其他學科實現(xiàn)更廣泛的交叉發(fā)展＊微生物產(chǎn)業(yè)的發(fā)展微生物學的分支學科基礎微生物學應用微生物學

微生物分類學

細菌學真菌學病毒學菌物學原生動物學藻類學微生物生理學微生物遺傳學微生物生態(tài)學分子微生物學細胞微生物學微生物基因組學免疫學醫(yī)學微生物學流行病學按微生物種類過程或功能

與疾病的關系

生態(tài)環(huán)境

技術與工藝

應用范圍

土壤微生物學海洋微生物學環(huán)境微生物學水微生物學宇宙微生物學分析微生物學微生物技術學發(fā)酵微生物學遺傳工程工業(yè)微生物學農(nóng)業(yè)微生物學醫(yī)學微生物學藥學微生物學獸醫(yī)微生物學食品微生物學預防微生物學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；

微生物的快速檢定；

計算機技術與微生物學的結(jié)合；

微生物學與航天技術的結(jié)合；微生物的分類與命名以啤酒酵母為例，它在分類學上的地位是：界(Kindom)：真菌界門(Phyllum)：真菌門綱(Class)：子囊菌綱目(Order)：內(nèi)孢霉目科(Family)：內(nèi)孢霉科屬(Genus)：酵母屬種(Species)：啤酒酵母（一）、微生物的分類單位界、門、綱、目、科、屬、種種是最基本的分類單位每一分類單位之后可有亞門、亞綱、亞目、亞科...1.種（species）：是一個基本分類單位；是一大群表型特征高度相似、親緣關系極其接近，與同屬內(nèi)其他種有明顯差別的菌株的總稱。①菌株（strain）:

表示任何由一個獨立分離的單細胞繁殖而成的純種群體及其一切后代（起源于共同祖先并保持祖先特性的一組純種后代菌群）。因此，一種微生物的不同來源的純培養(yǎng)物均可稱為該菌種的一個菌株。菌株強調(diào)的是遺傳型純的譜系。例如：大腸埃希氏桿菌的兩個菌株：EscherichiacoliB和EscherichiacoliK12★菌株的表示法：★如果說種是分類學上的基本單位，那末菌株實際上是應用的基本單位，因為同一菌種的不同菌株在產(chǎn)酶上種類或代謝物產(chǎn)量上會有很大的不同和差別?、趤喎N(subspecies）或變種(variety)：為種內(nèi)的再分類。當某一個種內(nèi)的不同菌株存在少數(shù)明顯而穩(wěn)定的變異特征或遺傳形狀，而又不足以區(qū)分成新種時，可以將這些菌株細分成兩個或更多的小的分類單元——亞種。變種是亞種的同義詞，因“變種”一詞易引起詞義上的混淆，從1976年后，不在使用變種一詞。通常把實驗室中所獲得的變異型菌株，稱之為亞種。

如：E.colik12（野生型）是不需要特殊aa的，而實驗室變異后，可從k12獲得某aa的缺陷型，此即稱為E.colik12的亞種。③型(form):

常指亞種以下的細分。當同種或同亞種內(nèi)不同菌株之間的性狀差異不足以分為新的亞種時，可以細分為不同的型。

例如：按抗原特征的差異分為不同的血清型；學名—是微生物的科學名稱，它是按照有關微生物分類國際委員會擬定的法則命名的。學名由拉丁詞、或拉丁化的外來詞組成。學名的命名有雙名法和三名法兩種。①雙名法：學名=屬名+種名+（首次定名人）+現(xiàn)定名人+定名年份

屬名：拉丁文的名詞或用作名詞的形容詞，單數(shù)，首字母大寫，表示微生物的主要特征，由微生物構造，形狀或由科學家命名。

種名：拉丁文形容詞，字首小寫，為微生物次要特征，

如微生物