第三章 19世紀微生物學(xué)的誕生與發(fā)展

近代生物學(xué)發(fā)展史武漢大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院楊國華ghyang@163.co三章19世紀微生物學(xué)的發(fā)展微生物的特點及種類微生物小（個體微?。│蘭（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”）nm（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=103μm=106nm=107?

分辨率：肉眼:0.1mm；顯微鏡:0.2μm；電子顯微鏡:10?細菌數(shù)億/g土壤每個噴嚏的飛沫含4500-150000個細菌微菌落每張紙幣帶細菌：900萬個

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

福？是禍？酵母菌的出芽生殖少數(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”。埃博拉病毒瘋牛病朊病毒SARS禽流感甲型H1N1流感病毒毒黃瓜事件1347年的一場由鼠疫桿菌(Yersiniapestis)引起的瘟疫幾乎摧毀了整個歐洲，有1/3的人(約2500萬人)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。2000年7月，在英國有超過34000個牧場的17.6萬多頭牛感染了此病，最高發(fā)病時間是在1993年1月，每月至少有1000頭牛發(fā)病。截至到2002年，英國共屠宰病牛1100多萬頭，經(jīng)濟損失達數(shù)百億英鎊。（朊病毒）一種急性出血性傳染病，病死率高達50％到90％，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5至14天。絲狀病毒TheSARSCoronavirus:

非典型性肺炎TheSARSoutbreakof2003

AccordingtotheWorldHealthOrganization(WHO),atotalof8,098peopleworldwidebecamesickwithSARSduringthe2003outbreak.Ofthese,774died.禽流感席卷韓日越三國世界衛(wèi)生組織2004年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，荷蘭禽流感爆發(fā)，波及最廣，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。甲型H1N1流感為急性呼吸道傳染病，其病原體是一種新型的甲型H1N1流感病毒，在人群中傳播。與以往或目前的季節(jié)性流感病毒不同，該病毒毒株包含有豬流感、禽流感和人流感三種流感病毒的基因片段。人群對甲型H1N1流感病毒普遍易感，并可以人傳染人，人感染甲流后的早期癥狀與普通流感相似，包括發(fā)熱、咳嗽、喉痛、身體疼痛、頭痛、發(fā)冷和疲勞等，有些還會出現(xiàn)腹瀉或嘔吐、肌肉痛或疲倦、眼睛發(fā)紅等。2009年開始，甲型H1N1流感在全球范圍內(nèi)大規(guī)模流行。2010年8月，世衛(wèi)組織宣布甲型H1N1流感大流行期已經(jīng)結(jié)束。毒黃瓜是指受到腸出血性大腸桿菌（EHEC）“污染”的黃瓜。食用這種帶有大腸桿菌的黃瓜可引發(fā)致命性的溶血性尿毒癥，可影響到血液、腎以及中樞神經(jīng)系統(tǒng)等。毒黃瓜引起的疫病從2011年5月中旬開始在德國蔓延，并且疫情繼續(xù)擴散，有1400多人感染導(dǎo)致14人死亡。包括瑞典、丹麥、英國和荷蘭在內(nèi)的多個國家均已報告感染病例，歐洲一時陷入恐慌。政府告誡民眾暫時不要吃黃瓜、西紅柿、萵苣和其他菜葉沙拉。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。1、體積小，表面積大單位：um(10-6m)或nm(10-9m)2μm0.5μm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微生物的共性微生物與其它生物種類的體積比較動物的模式細胞動物細胞核細菌病毒動物、植物和微生物個體大小尺度范圍

2、吸收多，轉(zhuǎn)化快人（50kg）500~1000g/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倍的細胞物質(zhì)/24h吸收多轉(zhuǎn)化快3、生長旺，繁殖速大腸桿菌在合適的生長條件下：12.5~20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2.2×1043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38252.7×10^11大腸桿菌18371.2×10^24根瘤菌110258.2×10^3枯草桿菌31307.2×10^13光合細菌144301.0×10^3釀酒酵母120304.1×10^3念珠藻1380252.1硅藻1020202.64小球藻4202510.6草履蟲642264.92

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0～－196℃低溫耐250℃～300℃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/次青霉素對金黃色葡萄球菌最低抑制濃度0.02μg/ml200μg/ml5、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米深的地層溫泉微生物發(fā)展的五個時期

1史前期：約8000年前-1676

2初創(chuàng)期：1676-1861

3奠基期：1861-1897

4發(fā)展期：1897-1953

5成熟期：1953-一、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。（白僵蠶來源為蠶蛾的幼蟲感染白僵菌而僵死的干燥全蟲。）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。二、初創(chuàng)時期（形態(tài)學(xué)發(fā)展時期）（17世紀下半葉——19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:（１）發(fā)現(xiàn)了微生物世界（２）科學(xué)地描述了微生物的形態(tài)并闡述了它們的繁茂性．微生物的發(fā)現(xiàn)

1676年，荷蘭，列文虎克，單式顯微鏡（復(fù)制品）A、C、F、Q：桿菌E：球菌H：球菌的聚集體列文虎克向英國皇家學(xué)會的信中對細菌形態(tài)的描繪十九世紀下葉有關(guān)微生物的兩個疑難問題：1、生物是自然產(chǎn)生的嗎？2、傳染性疾病的本質(zhì)是什么？三、奠基時期（生理學(xué)發(fā)展時期）弗朗切斯科·雷迪（1626-1698）和自發(fā)生殖

直到19世紀初，人類還認為生命來自無生命物質(zhì)。自然科學(xué)家觀察到腐爛的東西會生蛆，認為這是生命自然產(chǎn)生于污泥的證據(jù)。這種現(xiàn)象被命名為自然發(fā)生。路易斯·巴斯德給了這個理論致命的一擊，但是雷迪使他得到解決這個問題的科學(xué)方法。雷迪讀了血液循環(huán)發(fā)現(xiàn)者威廉·哈維的一本書，書中說蛆和青蛙不是自然發(fā)生的，而是卵生的。他受到啟發(fā)，于1688年決定進行一項精美簡單的實驗。他在兩個罐子中各放一塊肉，一個罐子用紗布蓋好，另一個敞著口。蒼蠅在敞口的罐內(nèi)的腐肉和另一個罐子蓋的紗布上產(chǎn)卵，但是只有敞口的罐內(nèi)生出了蛆，蓋著紗布的那個沒有。雷迪證明蛆是由蒼蠅的卵變來的。但是，他遭到激烈的反對，其中包括當時一些有名的科學(xué)家，他們認為生命的關(guān)鍵在于發(fā)酵。奠基時期（生理學(xué)發(fā)展時期）１、巴斯德與自然發(fā)生學(xué)說法國，化學(xué)家，路易斯·巴斯德1822-1895１、巴斯德與自然發(fā)生說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１、巴斯德與自然發(fā)生說巴斯德反駁自然發(fā)生說的三個實驗第一個實驗空氣乙醇、醚混合物棉纖維沉淀物檢測無細菌檢出１、巴斯德與自然發(fā)生說巴斯德反駁自然發(fā)生說的三個實驗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：無機物自然變?yōu)樯袡C體必須提供新鮮的空氣１、巴斯德與自然發(fā)生說巴斯德反駁自然發(fā)生說的三個實驗第三個實驗１、巴斯德與自然發(fā)生說巴斯德反駁自然發(fā)生說的三個實驗第三個實驗１、巴斯德與自然發(fā)生說巴斯德反駁自然發(fā)生說的三個實驗第三個實驗第三個實驗法國科學(xué)家巴斯德（LouisPasteur，1822-1895）

徹底否定了自然發(fā)生說證實發(fā)酵由微生物引起發(fā)明了狂犬病毒減毒疫苗制備方法

發(fā)明巴氏消毒法奠基期生理水平研究階段（1861~1897）“進入科學(xué)王國的最完美無缺的人”巴斯德，法國微生物學(xué)家、化學(xué)家。他研究了微生物的類型、習性、營養(yǎng)、繁殖、作用等，奠定了：

工業(yè)微生物學(xué)和醫(yī)學(xué)微生物學(xué)的基礎(chǔ)，開創(chuàng)了微生物生理學(xué)路易斯·巴斯德1822-1895巴斯德在戰(zhàn)勝狂犬病及霍亂、炭疽病、蠶病等方面都取得了成果。英國醫(yī)生李斯特并據(jù)此解決了創(chuàng)口感染問題。從此，整個醫(yī)學(xué)邁進了細菌學(xué)時代，得到了空前的發(fā)展，人們的壽命因此而在一個世紀里延長了三十年之久。

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。

巴斯德用一生證明了三個科學(xué)問題：（1）每一種發(fā)酵作用都是由于一種微菌的發(fā)展。這位法國化學(xué)家發(fā)現(xiàn)用加熱的方法可以殺滅那些讓啤酒變苦的惱人的微生物。很快，“巴氏殺菌法”便應(yīng)用在各種食物和飲