微生物學(xué)課件：第1章 緒論

微生物學(xué)

Microbiology

講授內(nèi)容以本教材和周德慶《微生物學(xué)教程》為主；

授課方式以“PowerPoint＋板書”為主；記適當(dāng)?shù)摹皩W(xué)習(xí)”筆記；1．課堂教學(xué)2．課外學(xué)習(xí)課后習(xí)題課外閱讀（重點(diǎn)）本學(xué)期的教學(xué)安排4lecturesperweek:1Practicalperweek考試卷面成績(jī)：70分；平時(shí)成績(jī)：30分，其中文獻(xiàn)閱讀和讀書筆記占很大分值；期末成績(jī)分配本課程的學(xué)習(xí)參考資料1、報(bào)刊及網(wǎng)上與微生物學(xué)相關(guān)的科技新聞；2、參考書：（1）微生物學(xué)學(xué)習(xí)指導(dǎo)與習(xí)題解析，肖敏、沈萍，高教社，2005（2）《微生物學(xué)教程》（第2版），周德慶，高教社，2002（3）“Brock'sBiologyofMicroorganism11TH”，MichaelT.MadiganJohnM.MartinkoJackParker，PrenticeHall，2004（4）“Microbiology”，LansingM.Prescott,DonaldKlein,JohnHarley，McGraw-HillHigherEducation，2002、2004

及其中譯本（高等教育出版社，2003）3、參考雜志“微生物學(xué)通報(bào)”、“微生物學(xué)雜志”、“科學(xué)”、“生命的科學(xué)”CourseContentSection1–緒論微生物和你微生物學(xué)微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學(xué)的發(fā)展20世紀(jì)的微生物學(xué)21世紀(jì)微生物學(xué)發(fā)展趨勢(shì)CourseContentSection2–微生物學(xué)的基本研究方法和技術(shù)無菌操作技術(shù)微生物的分離技術(shù)微生物純培養(yǎng)顯微鏡和顯微技術(shù)CourseContentSection3–基礎(chǔ)微生物學(xué)（微生物生物學(xué)）微生物類群及其細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能（Bacteria,Fungi,Viruses等,細(xì)胞壁、細(xì)胞膜、鞭毛等）；

微生物營(yíng)養(yǎng)微生物代謝微生物生長(zhǎng)繁殖及控制微生物遺傳與菌種改良微生物生態(tài)和微生物物種多樣性微生物分類鑒定CourseContentSection4–微生物與工業(yè)生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)（閱讀文獻(xiàn)）生物能源生物材料微生物藥物。。。。PracticalsPractical1

–

簡(jiǎn)單染色、革蘭氏染色、特殊染色Practical2

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酵母菌、霉菌形態(tài)特征觀察Practical3

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微生物大小測(cè)定Practical4

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微生物直接計(jì)數(shù)技術(shù)Practical5

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培養(yǎng)基制備和滅菌技術(shù)Practical6

–

玻璃器皿清洗包扎和滅菌技術(shù)Practical7

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微生物接種培養(yǎng)技術(shù)Practical8

–微生物間接計(jì)數(shù)技術(shù)Practical9

–微生物生長(zhǎng)曲線測(cè)定Practical10

–專業(yè)實(shí)驗(yàn)NB:Youmusthavepermanentmarkers,and

labcoatforalllabs!!!第1章緒論Section1–緒論微生物和你微生物學(xué)微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學(xué)的發(fā)展20世紀(jì)的微生物學(xué)21世紀(jì)微生物學(xué)發(fā)展趨勢(shì)微生物和你（我們）－日常生活中與微生物有關(guān)的事例甲型H1N1流感病毒Oralthrush（口瘡)Candidaalbicans(念珠酵母菌）Imageofsmallpox（天花）

每個(gè)噴嚏的飛沫含4500-150000個(gè)細(xì)菌，重感冒患者為8500萬；

每張紙幣帶細(xì)菌：900萬個(gè)；PenicilliumonorangeAlcoholproductionSaccharomycescerevisiaeBread

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(gè)細(xì)菌/平方厘米；口腔：細(xì)菌種類超過500種；腸道：微生物總量達(dá)100萬億，糞便干重的1/3是細(xì)菌，每克糞便的細(xì)菌總數(shù)為1000億個(gè)；微生物無處不在，我們無時(shí)不生活在“微生物的海洋”中。細(xì)菌數(shù)億/g土壤，土壤中的細(xì)菌總重量估計(jì)為：10034×1012噸；時(shí)時(shí)刻刻與微生物“共舞”

是禍？是福？微生物既是人類的敵人，更是人類的朋友！

微生物是自然界物質(zhì)循環(huán)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)；----哪些？作用？【作業(yè)】微生物是人類的朋友！

體內(nèi)的正常菌群是人及動(dòng)物健康的基本保證；--實(shí)例【作業(yè)】

幫助消化、提供必需的營(yíng)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)；---微生物如何做的？【作業(yè)】

有機(jī)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(shù)；----基因工程與微生物關(guān)系有哪些？【作業(yè)】少數(shù)微生物也是人類的敵人！天花；鼠疫；艾滋?。化偱２?；SARS；禽流感；食品、藥品等的腐敗精密儀器、衣物發(fā)霉。。。。。。

如何控制？少數(shù)微生物也是人類的敵人！天花；鼠疫；艾滋病；瘋牛?。话２├?；SARS；禽流感；。。。。。。當(dāng)時(shí)，愛爾蘭修道士克萊因在寫一本編年史，他這樣描述鼠疫流行的恐怖場(chǎng)景：‘瘟疫橫掃一切鄉(xiāng)村和城鎮(zhèn)，到處荒無人煙。無論誰接觸了病人或死人，自己也立即被傳染而死亡。懺悔者和聽?wèi)曰诘纳窀副宦裨谕粋€(gè)墓穴里。有的死于癤腫和膿瘍，有的頭疼得發(fā)狂，有的咯血。我自己正在等死，不得不從簡(jiǎn)紀(jì)錄……’在克萊因的手稿下面是后續(xù)者的筆跡：‘至此，看來作者也已經(jīng)死了。少數(shù)微生物也是人類的敵人！天花；鼠疫；艾滋??；瘋牛??；埃博拉病；SARS；禽流感；。。。。。。SARS禽流感你還能舉出哪些關(guān)于微生物有害性的實(shí)例？當(dāng)你學(xué)了這門課程后你能否提出如何控制其危害的一些策略或措施？

可以說，微生物與人類關(guān)系的重要性，你怎么強(qiáng)調(diào)都不過分，微生物是一把十分鋒利的雙刃劍，它們?cè)诮o人類帶來巨大利益的同時(shí)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(shí)際上涉及到人類的生存。（P1）“在近代科學(xué)中，對(duì)人類福利最大的一門科學(xué)，要算是微生物學(xué)了。”——日本學(xué)者尾形學(xué)在“家畜微生物學(xué)”（1977）我國(guó)8000年前就開始出現(xiàn)了曲蘗釀酒；商書記載“若作酒醴，爾惟曲蘗”4000年前埃及人已學(xué)會(huì)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(jì)，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(jì)痘漿法、痘衣法預(yù)防天花；中世紀(jì)歐洲的隔離檢查制度，及焚燒病人衣物防止傳染病傳播；

微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學(xué)的建立與發(fā)展（一）微生物的發(fā)現(xiàn)?！案綦x、檢疫”一詞的拉丁語是“Ｑuarntine”，原意是四十天的意思。從這時(shí)候開始的防疫制度要求，凡外來入境人員必須在入境港口等地隔離40天，經(jīng)觀察證明未帶有當(dāng)時(shí)流行的危險(xiǎn)性傳染?。ㄈ绶问笠?、霍亂、虐疾）等后才允許登陸入境。

16世紀(jì)，羅馬醫(yī)生G.Fracastoro：疾病是由肉眼看不見的生物（livingcreatures）引起的；

1641年，明末醫(yī)生吳又可提出“戾氣”學(xué)說；明代醫(yī)家吳又可的《溫疫論》是我國(guó)的一部傳染病學(xué)專著,戾氣學(xué)說是他的傳染病病因?qū)W。這在微生物學(xué)未誕生以前,是一種很有發(fā)展前途的醫(yī)學(xué)假說,然而,它并沒有引起后代醫(yī)家的重視,它的夭折是祖國(guó)醫(yī)學(xué)發(fā)展史上的一個(gè)沉痛的教訓(xùn)。

（一）微生物的發(fā)現(xiàn)微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學(xué)的建立與發(fā)展為什么在幾千年的漫長(zhǎng)歲月中人們一直沒有發(fā)現(xiàn)與自己的生活緊密相關(guān)的微生物？認(rèn)識(shí)微生物的四大障礙微生物個(gè)體微小群體外貌不顯著種間雜居混生形態(tài)及其作用的后果難以被認(rèn)識(shí)（艾滋?。簭牟《靖腥镜桨l(fā)病一般要經(jīng)過12-13年的潛伏期）1664年，英國(guó)人虎克（RobertHooke）曾用原始的顯微鏡對(duì)生長(zhǎng)在皮革表面及薔薇枯葉上的霉菌進(jìn)行觀察。微生物的發(fā)現(xiàn)。。。。形態(tài)學(xué)1676年，微生物學(xué)的先驅(qū)荷蘭人列文虎克（Antonyvanleeuwenhoek）首次觀察到了細(xì)菌。他沒有上過大學(xué)，是一個(gè)只會(huì)荷蘭語的小商人，但卻在1680年被選為英國(guó)皇家學(xué)會(huì)的會(huì)員。微生物發(fā)現(xiàn)最重要的人物之一--列文虎克列文虎克利用業(yè)余時(shí)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，發(fā)現(xiàn)微生物世界，并準(zhǔn)確描述微生物形態(tài)微生物世界是無比繁茂的世界微生物的發(fā)展---生理學(xué)時(shí)期法國(guó)人巴斯德（LouisPasteur）（1822～1895）德國(guó)人柯赫（RobertKoch）（1843～1910）參見P5－7參見P5~71.巴斯德(1)發(fā)現(xiàn)并證實(shí)發(fā)酵是由微生物引起的；(2)徹底否定了“自然發(fā)生”學(xué)說；化學(xué)家出生的巴斯德涉足微生物學(xué)是為了治療“酒病”和“蠶病”著名的曲頸瓶試驗(yàn)無可辯駁地證實(shí)，空氣內(nèi)確實(shí)含有微生物，是它們引起有機(jī)質(zhì)的腐敗。參見P5~7（二）微生物學(xué)的奠基四、微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學(xué)的建立與發(fā)展1.巴斯德(1)發(fā)現(xiàn)并證實(shí)發(fā)酵是由微生物引起的；(2)徹底否定了“自然發(fā)生”學(xué)說；化學(xué)家出生的巴斯德涉足微生物學(xué)是為了治療“酒病”和“蠶病”著名的曲頸瓶試驗(yàn)無可辯駁地證實(shí)，空氣內(nèi)確實(shí)含有微生物，是它們引起有機(jī)質(zhì)的腐敗。參見P5－7（二）微生物學(xué)的奠基四、微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學(xué)的建立與發(fā)展1.巴斯德(1)發(fā)現(xiàn)并證實(shí)發(fā)酵是由微生物引起的；(2)徹底否定了“自然發(fā)生”學(xué)說；雞瘟疫苗、狂犬疫苗的研制

Chancefavorsthepreparedmind!(3)免疫學(xué)——預(yù)防接種1885年巴士德首次使用狂犬疫苗進(jìn)行治療參見P5－7（二）微生物學(xué)的奠基四、微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學(xué)的建立與發(fā)展1.巴斯德(1)發(fā)現(xiàn)并證實(shí)發(fā)酵是由微生物引起的；(2)徹底否定了“自然發(fā)生”學(xué)說；(4)其他貢獻(xiàn)巴斯德消毒法：60～65℃作短時(shí)間加熱處理，殺死有害微生物(3)免疫學(xué)——預(yù)防接種2.柯赫a）細(xì)菌純培養(yǎng)方法的建立（具體內(nèi)容第2章介紹）土豆切塊→營(yíng)養(yǎng)明膠→營(yíng)養(yǎng)瓊脂（平皿）劃線法、倒平板法、斜面培養(yǎng)法（1）微生物學(xué)基本操作技術(shù)方面的貢獻(xiàn)b）用配制培養(yǎng)基在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)培養(yǎng)各種微生物

（第4章介紹）c）流動(dòng)蒸汽滅菌（高溫、高壓滅菌，第6章介紹）參見p5～7參見P5－7（二）微生物學(xué)的奠基四、微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學(xué)的建立與發(fā)展2.柯赫（2）對(duì)病原細(xì)菌的研究作出了突出的貢獻(xiàn)：a）具體證實(shí)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(jiǎng)）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（健康個(gè)體內(nèi)無這種微生物）；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(huì)重復(fù)發(fā)生；4、從試驗(yàn)發(fā)病的寄主中能再度分離培養(yǎng)出這種微生物來?？潞赵瓌tP4表1-11867Lister創(chuàng)立了消毒外科；微生物學(xué)發(fā)展過程中的其他重大事件（相關(guān)內(nèi)容第2章介紹）中世紀(jì)的歐州手術(shù)死亡率非常高P4表1-11867Lister創(chuàng)立了消毒外科；（三）微生物學(xué)發(fā)展過程中的重大事件二、微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學(xué)的建立與發(fā)展1890VonBehring制備抗毒素治療白喉和破傷風(fēng)；1892Ivanovsky煙草花葉病病原體的可濾過特性；（相關(guān)內(nèi)容第12章介紹）（相關(guān)內(nèi)容第7章介紹）（相關(guān)內(nèi)容第2章介紹）微生物遺傳學(xué)和生物化學(xué)時(shí)期1928Griffith發(fā)現(xiàn)細(xì)菌轉(zhuǎn)化現(xiàn)象；1929Fleming發(fā)現(xiàn)青霉素；對(duì)其機(jī)理的研究導(dǎo)致DNA是遺傳物質(zhì)的確證；外源遺傳物質(zhì)導(dǎo)入各種細(xì)胞的基因重組技術(shù)的建立；（相關(guān)內(nèi)容第8章介紹）（相關(guān)內(nèi)容第6章介紹）抗生素的發(fā)現(xiàn)使人們首次擁有了對(duì)付傳染病的“神奇子彈”，也在某種程度上也決定了第二次世界大戰(zhàn)的結(jié)果。P4表1-11944Avery等證實(shí)轉(zhuǎn)化過程中DNA是遺傳信息的載體；1953Watson和Crick提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)；1970～1972Arber、Smith和Nathans發(fā)現(xiàn)并提純了DNA限制性內(nèi)切酶（相關(guān)內(nèi)容第8章介紹）（相關(guān)內(nèi)容見生化課）（相關(guān)內(nèi)容第9章介紹）微生物學(xué)分子生物學(xué)階段

1977Woese提出古生菌是不同于細(xì)菌和真核生物的特殊類群

Sanger首次對(duì)f×174噬菌體DNA進(jìn)行了全序列分析；

1982～1983Prusiner發(fā)現(xiàn)朊病毒(prion)；

1983～1984Mullis建立PCR技術(shù)；（相關(guān)內(nèi)容第3、10章介紹）（相關(guān)內(nèi)容見生化課）（相關(guān)內(nèi)容第8章介紹）（相關(guān)內(nèi)容第9章介紹）

1995第一個(gè)獨(dú)立生活的細(xì)菌(流感嗜血桿菌)全基團(tuán)組序列測(cè)定完成；

1996第一個(gè)自養(yǎng)生活的古生菌基因組測(cè)定完成；1997第一個(gè)真核生物(啤酒酵母)基因組測(cè)序完成；（相關(guān)內(nèi)容第8章介紹）

表1-1列出的微生物學(xué)發(fā)展過程中的重大事件中，其發(fā)現(xiàn)或發(fā)明人就有30位獲得諾貝爾獎(jiǎng)，據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)表明，20世紀(jì)諾貝爾獎(jiǎng)(生理和醫(yī)學(xué))獲得者中，從事微生物問題研究的就占了1/3強(qiáng)（有文獻(xiàn)說是40%），這從另一個(gè)側(cè)面看到了微生物學(xué)舉足輕重的地位。也可見微生物學(xué)的發(fā)展對(duì)整個(gè)科學(xué)技術(shù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的重大作用和貢獻(xiàn)。（p5倒數(shù)第3大段）人類一直與微生物相伴300多年前呂文虎克借助原始顯微鏡發(fā)現(xiàn)微生物世界顯微技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步100多年前巴士德、科赫建立“微生物學(xué)”顯微鏡的出現(xiàn)（生活在微生物的海洋中）一系列科學(xué)家的工作使微生物學(xué)不斷發(fā)展（四）20世紀(jì)的微生物學(xué)十九世紀(jì)末到二十世紀(jì)中期：微生物學(xué)：鑒定病原菌、研究免疫學(xué)及其在預(yù)防疾病中的作用、尋找化學(xué)治療藥物、分析微生物的代謝活性。普通生物學(xué)：細(xì)胞的構(gòu)造及其在繁殖和發(fā)展中的作用、植物和動(dòng)物的遺傳和進(jìn)化的機(jī)制。動(dòng)、植物的生命活動(dòng)規(guī)律適用于結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)單的微生物？參見P7，倒數(shù)第1段肌肉的糖酵解酵母菌乙醇發(fā)酵本質(zhì)上的同一性“生物化學(xué)的同一性”維生素生長(zhǎng)因子相同的化學(xué)本質(zhì)多種輔酶的前體輔酶為細(xì)胞代謝所必需（一切生命系統(tǒng)在代謝水平上具有相同的本質(zhì)）對(duì)動(dòng)植物起作用的遺傳機(jī)制同樣適用于微生物生化突變細(xì)菌基因水平轉(zhuǎn)移微生物遺傳學(xué)肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)病毒重組實(shí)驗(yàn)噬菌體感染實(shí)驗(yàn)核酸是遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)具體內(nèi)容在第八章介紹（四）20世紀(jì)的微生物學(xué)微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學(xué)的建立與發(fā)展到了20世紀(jì)40年代，隨著生物學(xué)的發(fā)展，許多生物學(xué)難以解決的理論和技術(shù)問題十分突出，特別是遺傳學(xué)上的爭(zhēng)論問題，使得微生物這樣一種簡(jiǎn)單而又具完整生命活動(dòng)的小生物成了生物學(xué)研究的"明星"，微生物學(xué)很快與生物學(xué)主流匯合，并被推到了整個(gè)生命科學(xué)發(fā)展的前沿，獲得了迅速的發(fā)展，在生命科學(xué)的發(fā)展中作出了巨大的貢獻(xiàn)。

（P7，到數(shù)第1段）微生物學(xué)與生物學(xué)發(fā)展的主流匯合、交叉，獲得了全面、深入的發(fā)展（見P3圖1-1微生物學(xué)的主要分支學(xué)科）（見P3圖1-1微生物學(xué)的主要分支學(xué)科）

微生物學(xué)科滲透到各個(gè)領(lǐng)域Jacob等通過研究大腸桿菌誘導(dǎo)酶的形成機(jī)制而提出操縱子學(xué)說，闡明了基因表達(dá)調(diào)控的機(jī)制，為分子生物學(xué)的形成奠定了基礎(chǔ)。60年代Nirenberg等人通過研究大腸桿菌無細(xì)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?！皵嗔鸦颉?、“跳躍基因”、“重疊基因”的發(fā)現(xiàn)，以及基因結(jié)構(gòu)的精細(xì)分析、基因組測(cè)序等。1941年Beadle和Tatum用粗糙脈胞霉進(jìn)行的突變實(shí)驗(yàn)使基因和酶的關(guān)系得以闡明，并提出了“一個(gè)基因一個(gè)酶”的假說。微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學(xué)的建立與發(fā)展（五）微生物學(xué)在生命科學(xué)發(fā)展中的重要地位1．微生物是生物學(xué)基本理論研究中的理想實(shí)驗(yàn)對(duì)象，對(duì)微生物的研究促進(jìn)許多重大生物學(xué)理論問題的突破

基因和酶關(guān)系的闡明及“一個(gè)基因一個(gè)酶”的假說；遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)的闡明；

基因概念的發(fā)展；遺傳密碼的破譯；基因表達(dá)調(diào)控機(jī)制的研究；生物大分子合成的中心法則；DNA→RNA→蛋白質(zhì)參見P8，第2、3段四、微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學(xué)的建立與發(fā)展（五）微生物學(xué)在生命科學(xué)發(fā)展中的重要地位2．對(duì)生命科學(xué)研究技術(shù)的貢獻(xiàn)細(xì)胞的人工培養(yǎng)；突變體篩選；DNA重組技術(shù)和遺傳工程；3．微生物與“人類基因組計(jì)劃”作為模式生物；基因與基因組的功能研究的重要工具;參見P9具體內(nèi)容在第八、九章介紹參見P9四、微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學(xué)的建立與發(fā)展（五)我國(guó)微生物學(xué)的發(fā)展湯飛凡：沙眼病原體的分離和確證伍連德：控制東北鼠疫參見P9四、微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學(xué)的建立與發(fā)展（五)我國(guó)微生物學(xué)的發(fā)展陳華癸：根瘤菌固氮作用的研究高尚蔭：創(chuàng)建了我國(guó)病毒學(xué)的基礎(chǔ)理論研究和第一個(gè)微生物學(xué)專業(yè)陳文新：伯杰氏手冊(cè)根瘤菌部分的作者參見P10四、微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學(xué)的建立與發(fā)展（六）21世紀(jì)微生物學(xué)展望

1．微生物基因組研究將全面展開有關(guān)內(nèi)容在第8章“微生物遺傳”中介紹2．與環(huán)境關(guān)系密切的微生物學(xué)研究將得到長(zhǎng)足發(fā)展20世紀(jì)的微生物學(xué)走過了輝煌的歷程，面對(duì)新的21世紀(jì)展望她的未來，將是一幅更加絢麗多彩的立體畫卷，在這畫卷上也可能會(huì)出現(xiàn)我們目前預(yù)想不到的閃光點(diǎn)。參見P10基因水平轉(zhuǎn)移---細(xì)菌DNA的主動(dòng)分泌與攝取聰明的黏菌生命起源的研究；四、微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學(xué)的建立與發(fā)展（六）21世紀(jì)微生物學(xué)展望

3．微生物自身的特點(diǎn)將會(huì)更加受到關(guān)注和利用以微生物為研究材料繼續(xù)對(duì)一些基本生命現(xiàn)象進(jìn)行研究；生物進(jìn)化方面的研究；在微生物基因組上進(jìn)行的考古性別分化的意義；生物智慧的發(fā)展；微生物產(chǎn)業(yè)的開發(fā)；重要致病菌的特點(diǎn)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(xué)特性：生長(zhǎng)、繁殖、代謝、共用一套遺傳密碼等，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(xué)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。以及微生物的易操作性等特點(diǎn)。（參見P10，倒數(shù)第2段）微生物自身特性的進(jìn)一步開發(fā)、利用：例如降解性塑料，分解纖維素、生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白等。借助（利用）微生物特點(diǎn)的基因工程產(chǎn)業(yè)：利用微生物生產(chǎn)原本它們不能生產(chǎn)的藥物、疫苗等。

微生物具備生命現(xiàn)象的特性和共性，將是21世紀(jì)進(jìn)一步解決生物學(xué)重大理論問題，如生命起源與進(jìn)化，物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律等，和實(shí)際應(yīng)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。（見講義P10，倒數(shù)第1段）四、微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學(xué)的建立與發(fā)展（六）21世紀(jì)微生物學(xué)展望4．與其他學(xué)科實(shí)現(xiàn)更廣泛的交叉，獲得新的發(fā)展學(xué)科交叉永遠(yuǎn)是科學(xué)創(chuàng)新的源泉！

微生物基因組的序列測(cè)定和分析；

微生物的快速檢定；

計(jì)算機(jī)技術(shù)與微生物學(xué)的結(jié)合；

微生物學(xué)與航天技術(shù)的結(jié)合；參見P11。。。。。。四、微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學(xué)的建立與發(fā)展（六）21世紀(jì)微生物學(xué)展望5．微生物產(chǎn)業(yè)將呈現(xiàn)全新的局面

微生物的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)將繼續(xù)得到發(fā)展與壯大；

基因工程微生物將有廣闊的天地；參見P11五、微生物的類群及特點(diǎn)微生物是微小生物的總稱，一般只有借助顯微鏡才能其進(jìn)行觀察。微生物病毒原核生物：細(xì)菌、古生菌真核生物：真菌（酵母、霉菌、蕈菌等）、

單細(xì)胞藻類、原生動(dòng)物等微生物的特點(diǎn)：個(gè)體小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)、胃口大、食譜廣、繁殖快、易培養(yǎng)、數(shù)量大、分布廣、種類多、級(jí)界寬、變異易、抗性強(qiáng)、休眠長(zhǎng)、起源早、發(fā)現(xiàn)晚個(gè)體小:測(cè)量單位：微米或納米

桿菌的平均長(zhǎng)度：2微米；1500個(gè)桿菌首尾相連=一粒芝麻的長(zhǎng)度；10-100億個(gè)細(xì)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(jìn)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(diǎn)密切相關(guān)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)：無細(xì)胞結(jié)構(gòu)（病毒）；單細(xì)胞；簡(jiǎn)單多細(xì)胞；胃口大：消耗自身重量2000倍食物的時(shí)間：大腸桿菌：人：1小時(shí)500年（按400斤/年計(jì)算）食譜廣：微生物獲取營(yíng)養(yǎng)的方式多種多樣，其食譜之廣是動(dòng)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(jī)物均可被微生物作為糧食繁殖快：24小時(shí)后：4722366500萬億個(gè)后代，重量達(dá)到：4722噸48小時(shí)后：2.2×1043個(gè)后代，重量達(dá)到2.2×1025噸相當(dāng)于4000個(gè)地球的重量！大腸桿菌一個(gè)細(xì)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(shí)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(shí)可以生產(chǎn)50000kg優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)。易培養(yǎng)：很多細(xì)菌都可以非常方便地進(jìn)行人工培養(yǎng)！數(shù)量大：在自然界中（土壤、水體、空氣，動(dòng)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%！分布廣：人跡可到之處，微生物的分布必然很多，而人跡不到的地方，也有大量的微生物存在！

強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、高熱的極端環(huán)境；

數(shù)十公里的高空（最高為離地85公里，須用火箭采樣）；

幾千米的地下；

常年封凍的冰川；從永凍冰層分離微生物南極Vostok湖冰芯樣品中的微生物種類多：

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”；雖然目前已定種的微生物只有大約10萬種，遠(yuǎn)較動(dòng)植物為少，但一般認(rèn)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(shù)的1%。級(jí)界寬：Whittaker的五界分類系統(tǒng)級(jí)界寬：Woese三原界分類系統(tǒng)變異易：個(gè)體小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)、且多與外界環(huán)境直接接觸

繁殖快、數(shù)量多

短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量的變異后代突變率：10-5

–10-10變異易：青霉素的生產(chǎn)：20單位/ml（1943）10萬單位/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/次細(xì)菌抗藥性的產(chǎn)生：抗（逆）性強(qiáng)：抗熱：有些細(xì)菌的芽胞，需加熱煮沸8小時(shí)才被殺死；自然界中細(xì)菌生長(zhǎng)的最高溫度可以達(dá)到121℃

；

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)一種食鐵微生物可在121度高溫下繁殖

《科學(xué)》雜志（Science,Vol.301,Issue5635,976-978,August15,2003）發(fā)表的一篇論文表明，研究人員發(fā)現(xiàn)了一種能夠在121度高溫下生存繁殖的食鐵微生物。如果微生物會(huì)嘲弄?jiǎng)e人的話，這種微生物一定會(huì)嘲笑那些在上周的歐洲熱浪中有諸多抱怨的人們。來自阿姆赫斯特馬薩諸塞大學(xué)的研究人員KazemKashefi和DerekLovley發(fā)現(xiàn)這種微生物并將之成為“121株”，目前該微生物還沒于科學(xué)名稱?？茖W(xué)家在太平洋深海海床火山口發(fā)現(xiàn)這種微生物，該地的溫度可以高達(dá)400攝氏度。兩位研究人員將121株放在121攝氏度的烤箱中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這種微生物竟然很適合這一溫度，菌落大小很快就增大到原來的兩倍。這比以前報(bào)告的微生物最高生存溫度高出8攝氏度。

Lovley表示，研究這種食鐵的121株微生物可以為我們揭示35億年前第一種生命形式演化所處的環(huán)境。Science,August15,2003抗（逆）性強(qiáng)：抗熱：有些細(xì)菌的芽胞，需加熱煮沸8小時(shí)才被殺死；自然界中細(xì)菌生長(zhǎng)的最高溫度可以達(dá)到121℃

；

抗寒：有些微生物可以在―12℃～―30℃的低溫生長(zhǎng)；抗酸堿：細(xì)菌能耐受并生長(zhǎng)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(zhǎng)；抗壓力：有些細(xì)菌可在1400個(gè)大氣壓下生長(zhǎng)；

科學(xué)家建議尋找地下50公里生命

北京晚報(bào):2002-3-8

把大腸桿菌放在地下50公里的超強(qiáng)壓力下，它會(huì)不會(huì)活下來？科學(xué)家最近驚奇地發(fā)現(xiàn)，答案是肯定的。一些科學(xué)家說，這些細(xì)菌可以適應(yīng)如此極端的壓力環(huán)境，說明生物對(duì)環(huán)境具有超乎想象的“驚人”適應(yīng)力。因此人類在其他星球上尋找地外生命時(shí)，眼光不能只局限在星球的表面，而應(yīng)當(dāng)延伸到壓力巨大的地下。照理來說，大腸桿菌等一般難以在這么高的壓力下生存。以前的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，構(gòu)成生物的蛋白質(zhì)等基本結(jié)構(gòu)，在如此高的壓力下往往會(huì)裂解。但美國(guó)卡內(nèi)基學(xué)會(huì)地球物理研究所夏爾馬博士領(lǐng)