第一章 绪论_食品微生物学

1、第二版第二版第三版第三版食品微生物学食品微生物学 何国庆主编何国庆主编 中国农业大学出版社中国农业大学出版社微生物学教程微生物学教程 周德庆主编周德庆主编 高等教育出版社高等教育出版社现代食品微生物学现代食品微生物学 刘慧主刘慧主编著编著 中国轻工业出版社中国轻工业出版社食品微生物学食品微生物学 贺稚菲主编贺稚菲主编 中国标准出版社中国标准出版社教教 学学 参参 考考 书书教教 学学 参参 考考 杂杂 志志勤阅读勤阅读，学会检索，开拓视野（网络、期刊）；，学会检索，开拓视野（网络、期刊）；多思考多思考，丰富思维方式；培养专业兴趣；，丰富思维方式；培养专业兴趣；多动手多动手，培养实验能力。，培养

2、实验能力。学习方法学习方法微生物微生物 （microorganism，microbe） 微生物是所有形体微小的微生物是所有形体微小的单细胞单细胞或个体结或个体结构较简单的构较简单的多细胞多细胞，以及，以及没有细胞结构没有细胞结构的低等的低等生物的通称。生物的通称。1. 1. 定义定义微微生生物物小小个体微小个体微小简简构造简单构造简单低低进化地位低进化地位低肉眼肉眼看不见看不见或或看不清楚看不清楚的微小生物的总称。的微小生物的总称。微生物家族成员微生物家族成员微生物病毒、亚病毒（类病毒、拟病毒、朊病毒）古生菌古生菌（Archaea）真细菌真细菌（Eubacteria）真菌（酵母、霉菌等）、 单

3、细胞藻类、 原生动物等非细胞型细胞型原核微生物真核微生物（Eukarya）细菌、放线菌、蓝细菌、衣原体、支原体、螺旋体、立克次氏体等（一）体积小，面积大（一）体积小，面积大（二）吸收多，转化快（二）吸收多，转化快（三）生长旺，繁殖快（三）生长旺，繁殖快（四）分布广，种类多（四）分布广，种类多（五）适应强，易变异（五）适应强，易变异测量单位：微米或纳米测量单位：微米或纳米细胞核细胞核动物细胞动物细胞病毒病毒细菌细菌（一）体积小，面积大（一）体积小，面积大t杆菌的平均长度和宽度：杆菌的平均长度和宽度：2m2m和和0.50.5m 0.52.0 mt30003000个杆菌首尾相连个杆菌首尾相连= =

4、一粒大米的长度一粒大米的长度t 10-10010-100亿个细菌加起来重量亿个细菌加起来重量 = = 1 1毫克毫克病毒0.2 m杆状细菌0.52.0 m支原体立克次氏体衣原体0.20.5 m放线菌菌丝直径0.51微米霉菌菌丝直径 2-10m酵母1-55-30 m针尖上的细菌针尖上的细菌比面=面积/体积物体的体积越大，其单位体积所占有的表面积越小。 对1cm3正立方体作10倍系列三维分割后的比表面积变化 边 长 立方体数 总表面积 比表面积 近似对象1.0cm 1 6cm2 6 豌豆1.0mm 103 60cm2 60 细小药丸0.1mm 106 600cm2 600 滑石粉粒0.01mm 1

5、09 6000cm2 6,000 变形虫1.0m 1012 6m2 60,000 球菌0.1m 1015 60m2 600,000 大胶粒0.01m 1018 600m2 6,000,000 大分子1.0nm 1021 6000m2 60,000,000 分子这样这样大的比表面积大的比表面积特别特别有利于它们和周围环境有利于它们和周围环境进行物质、能量、信息进行物质、能量、信息的交换。的交换。这个小体积大面积系统具有巨大的营巨大的营养物吸收面养物吸收面、代谢废物代谢废物排泄面排泄面和环境信息的接环境信息的接受面受面。并由此而产生其并由此而产生其余余4 4个共性个共性! !（二）吸收多，转化快（

6、二）吸收多，转化快生物界的普遍规律生物界的普遍规律某一生物的个体越小，某一生物的个体越小，其单位体重所消耗的食物就越多。其单位体重所消耗的食物就越多。3克地鼠每天消耗与体重等重的粮食； 1克闪绿蜂鸟每天消耗两倍于体重的粮食； 大肠杆菌每小时消耗2000倍于体重的糖。发酵乳糖的细菌在1小时内就可以分解相当于其自身重量1,00010,000倍的乳糖，产生乳酸；1公斤酵母菌体，在一天内可发酵几千公斤的糖，生成酒精；从单位重量来看，微生物的代谢强度比高等动物的代谢强度大从单位重量来看，微生物的代谢强度比高等动物的代谢强度大几千倍到几百万倍。几千倍到几百万倍。2. 2. 食谱广食谱广 微生物获取营养的方

7、式多种多样，其食谱之微生物获取营养的方式多种多样，其食谱之广是动植物完全无法相比的！广是动植物完全无法相比的！纤维素、木质素、几丁质、角蛋白、纤维素、木质素、几丁质、角蛋白、石油、甲醇、甲烷、天然气、塑料、石油、甲醇、甲烷、天然气、塑料、酚类、氰化物、各种有机物均可被酚类、氰化物、各种有机物均可被微生物作为粮食。微生物作为粮食。物种物种/ 500kg 重量重量原料原料 生产的蛋白质生产的蛋白质/ 24h（kg）食用公牛食用公牛 草料草料 5 10 1大豆大豆 N2、CO2 和和 H2O 5 10 1 酵母菌酵母菌 质量较次的糖液和氨水质量较次的糖液和氨水 5 10 4转化快转化快产朊假丝酵母合

8、成蛋白质的能力产朊假丝酵母合成蛋白质的能力比食用公牛强比食用公牛强1010万倍万倍比大豆强比大豆强100100倍倍（三）生长旺，繁殖快（三）生长旺，繁殖快微生物以惊人的速度微生物以惊人的速度24小时后：小时后： 4722366500万亿个后代，重量达到：万亿个后代，重量达到：47224722吨吨48小时后：小时后：2.2 10 43个后代，重量达到个后代，重量达到2.2 2.2 10 10 2525 吨吨相当于相当于4000个地球的重量个地球的重量!大肠杆菌一个细胞重约大肠杆菌一个细胞重约10 10 1212 克克，平均平均20分钟繁殖一代分钟繁殖一代大肠杆菌大肠杆菌惊人的增殖速度惊人的增殖速

9、度微生物的代时和每日增殖率微生物的代时和每日增殖率 微生物名称微生物名称代时代时每日分裂次数每日分裂次数温度（温度（）每日增殖率每日增殖率细细菌菌乳酸菌乳酸菌38分分38252.71011大肠杆菌大肠杆菌18分分80371.21024根瘤菌根瘤菌110分分13258.2103枯草杆菌枯草杆菌31分分46307.01013光合细菌光合细菌144分分10301.0103酿酒酵母酿酒酵母120分分12304.1103藻藻 类类小球藻小球藻7小时小时3.42510.6念球藻念球藻23小时小时1.04252.1硅藻硅藻17小时小时1.4202.64草履虫草履虫10.4小时小时2.3264.92（四）适应

10、强，易变异（四）适应强，易变异微生物具有极其灵活的微生物具有极其灵活的适应性适应性或或代谢调节机制代谢调节机制。Eg. 高温、高酸、高盐、高辐射、高温、高酸、高盐、高辐射、高压、高碱、高毒、高压、高碱、高毒、低温低温等等微生物对恶劣的环境有惊人的适应力。微生物对恶劣的环境有惊人的适应力。个体小、结构简单、且多是单细胞，繁殖快、数量多，个体小、结构简单、且多是单细胞，繁殖快、数量多，与外界环境直接接触等特点，使微生物易发生变异。与外界环境直接接触等特点，使微生物易发生变异。突变率：突变率：1010-5-5 10 10-10-10易易变变异异青霉素的生产：20单位/ ml（1943）50000单位

11、/ ml青霉素的用量：最高：10万单位/天（40年代）数百万-千万单位/次青霉素：（五）种类多，分布广（五）种类多，分布广n我们认识的动物约有150万种，植物约有50万种，微生物约有10万种。由于微生物的发现和研究比动、植物晚得多，加上鉴定种的工作以及划分种的标准较为困难，所以首先着重研究的是与人类关系最密切的那些种。目前比较肯定的微生物种数约为目前比较肯定的微生物种数约为10万种万种（1972年）年），随着分离、培养方法的改进和研究工作的深入微生物的新种、新属、新科乃至新目、新纲屡见不鲜。即使是发现最早的较大型的微生物真菌，现在还以每年约1,500个新种的速度递增。n种类多除了指微生物种数多

12、外，更种数多外，更主要表现在微生物的生理代谢类型多生理代谢类型多和代谢产物种类多。代谢产物种类多。物种的多样性物种的多样性生理代谢类型的多样性生理代谢类型的多样性代谢产物的多样性代谢产物的多样性遗传基因的多样性遗传基因的多样性生态类型的多样性生态类型的多样性微生物的分布可谓是微生物的分布可谓是课后小实验：课后小实验：我们生活在我们生活在“微生物的海洋微生物的海洋”里吗？里吗？从你的周围环境从你的周围环境中采集各种样品中采集各种样品接种到培养基中接种到培养基中作好标记作好标记培养、观察培养、观察微生物生长？微生物生长？灭菌培养基灭菌培养基 是一门在细胞、分子或群体水平上研究是一门在细胞、分子或群

13、体水平上研究微生物微生物的的形态构造、生理代谢、遗传变异、生态分布和分类进形态构造、生理代谢、遗传变异、生态分布和分类进化等化等生命活动基本规律生命活动基本规律，并将其应用并将其应用于工、农、以及于工、农、以及环境保护等实践领域的科学。环境保护等实践领域的科学。微生物学（微生物学（Microbiology）微生物无处不在，微生物无处不在，我们无时不生活在我们无时不生活在微生物的海洋微生物的海洋中。中。 疾病疾病18431847年，年， 欧洲人主要粮食欧洲人主要粮食马铃薯马铃薯得病，饿死得病，饿死了了100万人，万人，164万人逃往北美。万人逃往北美。1347年，年，鼠疫杆菌鼠疫杆菌(Yersi

14、nia pestis)引起的瘟疫几乎引起的瘟疫几乎摧毁了整个欧洲，有摧毁了整个欧洲，有1/3 的人的人(约约2500万人万人)死于这场灾难。死于这场灾难。许多已被人类征服的传染病又有许多已被人类征服的传染病又有卷土重来卷土重来 之势。之势。如肺结核、虐疾、霍乱等如肺结核、虐疾、霍乱等目前全世界有目前全世界有18.6亿人患结核病，相当于全球人口的亿人患结核病，相当于全球人口的32 %。环境污染的日益严重，一些新的疾病又给人类带来新的威胁。环境污染的日益严重，一些新的疾病又给人类带来新的威胁。军团病军团病埃博拉病毒病埃博拉病毒病霍乱新菌型霍乱新菌型0139埃希氏埃希氏大肠杆菌大肠杆菌O157O15

15、7疯牛病疯牛病例如：例如：艾滋病艾滋病(AIDS) 正在全球蔓延。正在全球蔓延。2003年，非典性肺炎年，非典性肺炎-SARS病毒席卷了中国。病毒席卷了中国。2003-2004年，年，禽流感禽流感在亚洲肆虐。在亚洲肆虐。2. 霉腐霉腐粮食、木材、纸张、衣物、光学器材和电子元件等粮食、木材、纸张、衣物、光学器材和电子元件等3. 堵塞管道，破坏地下建筑堵塞管道，破坏地下建筑工农业生产工农业生产例如：例如：面包、酱油、醋、味精、奶酪、酒和泡菜面包、酱油、醋、味精、奶酪、酒和泡菜蘑菇、木耳和灵芝蘑菇、木耳和灵芝氨基酸、有机酸、酶制剂、农药和有机溶剂氨基酸、有机酸、酶制剂、农药和有机溶剂2. 生产医药产

16、品生产医药产品各种抗生素、维生素、生长激素和疫苗等各种抗生素、维生素、生长激素和疫苗等3.环境保护环境保护肥沃土壤，净化污水，再生资源肥沃土壤，净化污水，再生资源生产生物能源生产生物能源4. 理论研究的对象理论研究的对象理想材料理想材料遗传工程的研究遗传工程的研究高等动植物的研究高等动植物的研究(1) 生物工程的主角生物工程的主角重组菌株重组菌株（工程菌）（工程菌）基因重组基因重组微生物微生物诱诱变变突突变变株株发发酵酵罐罐产产物物固固定定化化酶酶固固定定化化细细胞胞反反应应器器产产物物细胞融合细胞融合融合菌株融合菌株基因工程基因工程酶工程酶工程发酵工程发酵工程细胞工程细胞工程从永冻冰层分离微

17、生物从永冻冰层分离微生物南极南极Vostok湖冰芯样品中的微生物湖冰芯样品中的微生物教皇祈求上帝解除黑教皇祈求上帝解除黑死病灾难。引自中世死病灾难。引自中世纪历书纪历书Tres Riches Heures of the Duc de Berry。鼠疫杆菌呈卵圆形鼠疫杆菌呈卵圆形Sequence of Yersinia pestis CO92：4,653,728 bp Parkhill et al., Nature, 413413, 523-527 (2001)人类并不处在鼠疫杆菌的主要生活路途上，只是它偶尔绕到界外时的牺牲品罢了。传播媒介跳蚤研究发现鼠疫杆菌的基因组表现出很强的“流动性”冤啊！

18、 SARS病毒病毒艾滋病病毒艾滋病病毒(HIV)羊肚菌羊肚菌灵灵芝芝姬松茸姬松茸木耳木耳猴头猴头 1997年香港年香港禽流感病毒模式图禽流感病毒模式图 20032003年年1212月月2222日，在日，在韩国忠清南道天安市韩国忠清南道天安市，工作人员在掩埋感，工作人员在掩埋感染禽流感的鸭子。染禽流感的鸭子。1、初创时期（形态学时期）、初创时期（形态学时期）1674167416951695年，荷兰人年，荷兰人列文虎克列文虎克制造制造 分辨率大的单式显微镜；分辨率大的单式显微镜；于于1676年首次观察到了细菌年首次观察到了细菌1664年，英国人年，英国人虎克虎克用原始的显微镜观察微生物用原始的显微

19、镜观察微生物；因其显微镜的分辨率低，无法仔细观察。 2、奠基时期（生理学时期）、奠基时期（生理学时期）巴斯德巴斯德 微生物学之父微生物学之父(1) 发现并证实发酵是由微生物引起的；发现并证实发酵是由微生物引起的；化学家出生的巴斯德涉足微生物学是为了治疗化学家出生的巴斯德涉足微生物学是为了治疗“酒病酒病”和和“蚕病蚕病”(2) 彻底否定了彻底否定了“自然发生自然发生”学说；学说；著名的曲颈瓶试验无可辩驳地证实，空气内确实含有著名的曲颈瓶试验无可辩驳地证实，空气内确实含有微生物，是它们引起有机质的腐败。微生物，是它们引起有机质的腐败。(3) 免疫学免疫学预防接种预防接种首次制成狂犬疫苗首次制成狂犬

20、疫苗(4) 其他贡献其他贡献巴斯德消毒法：巴斯德消毒法：6065作短时间加热处理，作短时间加热处理，杀死有害微生物杀死有害微生物柯赫柯赫 细菌学的奠基人细菌学的奠基人（1）微生物学基本操作技术方面的贡献微生物学基本操作技术方面的贡献a）细菌纯培养方法的建立）细菌纯培养方法的建立（纯种分育技术）（纯种分育技术）土豆切面土豆切面 营养明胶营养明胶 营养琼脂（平皿）营养琼脂（平皿）b）设计了各种培养基，实现了在实验室内对各种微）设计了各种培养基，实现了在实验室内对各种微生物的培养生物的培养（悬浮培养法）（悬浮培养法）c）流动蒸汽灭菌）流动蒸汽灭菌d）染色观察）染色观察（细菌细胞染色技术）（细菌细胞染

21、色技术）和显微摄影和显微摄影（2）对病原细菌的研究作出了突出的贡献：对病原细菌的研究作出了突出的贡献：a）具体证实了炭疽杆菌是炭疽病的病原菌；）具体证实了炭疽杆菌是炭疽病的病原菌；b）发现了肺结核病的病原菌；（）发现了肺结核病的病原菌；（1905年获诺贝尔奖）年获诺贝尔奖）c）证明某种微生物是否为某种疾病病原体的基本原则）证明某种微生物是否为某种疾病病原体的基本原则 著名的著名的柯赫原则柯赫原则1、 在每一相同病例中都出现这种微生物；在每一相同病例中都出现这种微生物；2、要从寄主分离出这样的微生物并在培养基中培养出来；、要从寄主分离出这样的微生物并在培养基中培养出来；3、用这种微生物的纯培养接

22、种健康而敏感的寄主，同样的、用这种微生物的纯培养接种健康而敏感的寄主，同样的疾病会重复发生；疾病会重复发生；4、从试验发病的寄主中能再度分离培养出这种微生物来。、从试验发病的寄主中能再度分离培养出这种微生物来。3、发展时期（生化时期）、发展时期（生化时期）（1） 青霉素青霉素 英国微生物学家英国微生物学家弗来明弗来明发现青霉素，开创了发现青霉素，开创了用抗生素治疗病新纪元用抗生素治疗病新纪元青霉的放大结构青霉的放大结构（2）摇瓶培养技术）摇瓶培养技术常用的几种摇床常用的几种摇床（3） 深层发酵工艺深层发酵工艺常用的发酵罐常用的发酵罐（4） 连续培养连续培养4、分子生物学时期（成熟时期）、分子生

23、物学时期（成熟时期）沃森沃森克里克克里克 他们独一无二的开他们独一无二的开阔眼界和敏捷思维，使阔眼界和敏捷思维，使沃森和克里克当之无愧沃森和克里克当之无愧地获得了地获得了1962年诺贝尔年诺贝尔奖。奖。DNA双螺旋双螺旋蛋白质蛋白质染色质的染色质的一部分一部分放大放大再放大再放大DNA放大为平面放大为平面模式图模式图AAATTTGGGGCCCATCDNA平面模式图重组菌株重组菌株（工程菌）（工程菌）基因重组基因重组微生物微生物诱诱变变突突变变株株发发酵酵罐罐产产物物固固定定化化酶酶固固定定化化细细胞胞反反应应器器产产物物细胞融合细胞融合融合菌株融合菌株基因工程基因工程酶工程酶工程发酵工程发酵工

24、程细胞工程细胞工程（三）根据微生物的应用领域不同，形成的分支学科（三）根据微生物的应用领域不同，形成的分支学科 工业微生物学（工业微生物学（Intustrial MicrobiologyIntustrial Microbiology） 农业微生物学（农业微生物学（Agricultural MicrobiologyAgricultural Microbiology） 医学微生物学（医学微生物学（Medical MicrobiologyMedical Microbiology） 药用微生物学（药用微生物学（Patherological MicrobiologyPatherological Microbiology） 食品微生物学（食品微生物学（Food MicrobiologyFood Microbiology） 兽医微生物学（兽医微生物学（Viterinary MicrobiologyVite