《微生物学》课件绪论

1、绪论What is microorganisms?微生物是指一群形体微小，结构简单，大多数是单细胞，少数是多细胞（如霉菌），还有些没有细胞结构（如病毒）的低等生物，包括原核微生物、真核微生物和非细胞生物（病毒，类病毒和朊病毒等）。 um（微米）级：光学显微镜下可见（细胞） nm级：电镜下可见（细胞器，病毒） 单细胞 简单多细胞 非细胞（即“分子生物”） 原核类：细菌、放线菌、支原体、立克次氏 体、衣原体、蓝细菌 真核类：真菌（酵母、霉菌）、原生动物、 显微藻类 非细胞类：病毒、类病毒、朊病毒小（个体微小）简（构造简单）低（进化地位低）微 生 物原核微生物(Prokaryotic microor

2、ganisms)细菌(Bacteria)放线菌(Actinomycetes)支原体(Mycoplasma)立克次氏体(Rickettsia)衣原体(Chlamydia)蓝细菌（蓝藻或蓝绿藻）(Cyanobacteria)真核微生物(Eukaryotic microorganisms)Algae Fungi Slime moldsProtozoa（藻类）（真菌） （粘菌）（原生动物）微生物的特点1.体积小，面积大 对1cm3固体作10倍系列三维分割后的比面值变化 边长 立方体数 总表面积 比面值 近似对象1.0cm 1 6cm2 6 豌豆1.0mm 103 60cm2 60 细小药丸0.1mm

3、106 600cm2 600 滑石粉粒0.01mm 109 6000cm2 6000 变形虫1.0um 1012 6m2 60000 球菌0.1um 1015 60m2 600000 大胶粒0.01um 1018 600m2 6000000 大分子1.0nm 1021 6000m2 60000000 分子2.吸收多，转化快Candida utilis（产朊假丝酵母）合成蛋白质的能力比大豆强100倍，比食用公牛强10万倍。 1kg酵母菌在一天内能使几千kg糖代谢形成酒精。3.生长旺，繁殖快 E.coli在合适条件下每12.520min繁殖一代，如按每20min分裂一次，则每1h可分裂3次，每24

4、h可分裂72次，生成4722366500万亿个（重约4722吨）,48h数目为2.21043个（约等于4000个地球之重）。How fast can you grow? 若干微生物的代时及每日增殖率 微生物名称 代时 每日分裂次数 温度 每日增殖率 乳酸菌 38分 38 25 2.71011 大肠杆菌 18分 80 37 1.21024 根瘤菌 110分 13 25 8.2103 枯草杆菌 31分 46 30 7.01013 光合细菌 144分 10 30 1.0103 酿酒酵母 120分 12 30 4.1103 小球藻 7小时 3.4 25 10.6 念珠藻 23小时 1.04 25 2.

5、1 硅藻 17小时 1.4 20 2.64 草履虫 10.4小时 2.3 26 4.92细 菌藻 类4.适应强，易变异适应性 对“极端环境”具有惊人的适应力（如耐高温、嗜盐、耐碱、抗辐射、抗静水压、抗药性等）变异性 微生物个体通常是单倍体，且具有繁殖快、数量多和与外界环境直接接触等原因，虽然变异频率很低，也可在短时间内产生大量的变异后代。 最常见的变异形式是基因突变，如青霉素产生菌Penicillium chrysogenum（产黄青霉）的产量变异，致病菌对抗生素的抗药性变异等。从医院分离到的 S.aureus 耐青霉素菌株年份 1946 1947 1948 1949 1957 1966耐药株

6、% 14 38 59 68 80 975.分布广，种类多分布广人体肠道中的正常菌群万米深海底部的耐热硫细菌几万米高空中的微生物地层下的微生物种类多微生物的生理代谢类型多代谢产物种类多微生物的种数多主要微生物的种数 种 数 低限 倾向性种数 高限病毒与立克次氏体 1217 1217 1217 支原体 42 42 42 细菌与放线菌 1000 1500 1500 蓝细菌 1227 1500 2500 藻类 15051 23100 23100 真菌 37175 47300 68939 原生动物 24068 24068 30000 总计 79780 98727 127298类 型微生物学的发展史1.史

7、前期 指人类还未见到微生物个体尤其是细菌细胞之前的一段漫长的时期，大约距今8000年前公元1676年。 代表人物和主要成就：我国劳动人民的酿酒制曲技术对传染病及其规律的认识公元前556年：驱逐狂犬预防传染病。公元二世纪：张仲景认为伤寒病的流行与环境季节有关。宋真宗时代：种人痘防治天花 1796年英国人秦纳（E.Jener） 发展种牛痘防治天花。2.初创期（形态学期） 1676年列文虎克用自制的单式显微镜观察细菌个体1861年（近200年）。 代表人物和主要成就：荷兰业余科学家 微生物学先驱者列文虎克1676年用自制的单式显微镜观察雨水、污水、腐败肉汁等物质，看到了球状、杆状、螺旋状的细菌以及原

8、生动物等微生物，并绘制成图。一生制作了419架显微镜，放大率一般为50200倍，最高达266倍。发表了约400篇论文，其中375篇寄往英国皇家学会发表。3.奠基期（生理学期） 1861年巴斯德根据曲颈瓶试验彻底推翻生命的自然发生说并建立胚种学说 1897年。 代表人物和主要成就：法国的巴斯德 微生物学的奠基人、微生物学之父创立巴氏消毒法（72，15sec）。奠定传染病微生物病原说的基础。否定微生物的自然发生说，建立胚种学说。德国医生科赫 细菌学的奠基人1884年科赫提出确定病原菌的原则 科赫法则。建立研究微生物的一系列重要方法：如琼脂平板培养技术、细菌鞭毛染色法、悬滴培养法、显微摄影技术等。建

9、立分离和纯化微生物的平板分离法。 曲颈瓶试验科赫确定病原菌实验4.发展期 1897年德国人E.Buchner用无细胞酵母菌压榨汁中的酒化酶对葡萄糖进行酒精发酵成功，开创微生物生化研究的新时代。 主要特点：进入了微生物生化水平的研究。应用微生物的分支学科更为扩大，出现抗生素等新学科。出现寻找各种有益微生物代谢产物的热潮。普通微生物学开始形成（代表人物：美国加里福利亚大学伯克利分校的M.Doudoroff）。各相关学科和技术方法相互渗透促进，加速了微生物学的发展。5.成熟期 1953.4.25 J.D.Waston和H.F.C.Crick在英国的自然杂志上发表DNA双螺旋模型，生命科学进入分子生物

10、学阶段。 主要特点：微生物学发展成为一门十分热门的前沿基础学科。在基础理论的研究方面，微生物成为分子生物学研究中的最主要的对象。在应用研究方面，至70年代初，有关发酵工程的研究已与遗传工程、细胞工程和酶工程紧密结合，微生物成为新兴的生物工程中的主角。微生物学发展促进了人类进步1.医疗保健战线上的“六大战役”外科消毒术的建立寻找人畜病原菌免疫防治法的应用化学治疗剂的发明抗生素治疗的兴起用遗传工程和生物工程技术使微生物生产生化药物2.微生物在工业发展过程中的六个里程碑自然发酵与食品、饮料的酿造罐头保藏：1804年法国厨师N.Appert发明食品的玻璃瓶罐藏技术。厌氧纯种发酵技术深层液体通气搅拌培养

11、代谢调控理论在发酵工业上的应用生物工程的兴起生物工程学：以生物学（特别是其中的微生物学、遗传学、生物化学和细胞学）的理论和技术为基础，结合化工、机械、电子计算机等现代工程技术，充分应用分子生物学的最新成就，自觉地操纵遗传物质，定向地改造生物或其功能，短期内创造出具有超远源性状的新物种，再通过合适的生物反应器对这类“工程菌”或“工程细胞株”进行大规模的培养，以生产大量有用代谢产物或发挥它们独特生理功能的一门新兴技术。 常规菌（或常规细胞株） 遗传工程 改造物种 细胞工程 “工程菌”（或“工程细胞株）生物工程（学） 微生物工程 酶工程 生物反应器工程 商品生产 经济效益 大量产品 社会效益 生态效

12、益 3.微生物学促进了农业的进步 如：以菌治病，以菌治虫（微生物农药） 以菌治草（微生物除草剂） 以菌当饲料（单细胞蛋白作饲料） 以菌当蔬菜（蘑菇、香菇、木耳等食用菌） 以菌增肥（固氮菌） 以菌促长（赤霉素等促进植物生长） 以菌当药物（药用真菌） 以菌产沼气（产甲烷菌）4.微生物与生态和环境保护的关系 如：污水处理、自然界物质循环等。5.微生物学对生物学基础理论研究的贡献以微生物作为研究对象解决了生物学上的许多重大争论问题。是分子生物学的三大来源和三大支柱之一。遗传学研究对象的微生物化促使经典遗传学发展成为分子遗传学。微生物与基因工程高等生物研究和利用中的微生物化趋向方兴未艾微生物学中的一套独

13、特实验技术迅速扩散到生命科学的各研究领域。遗传学研究对象的不断微生物化 年份 1865 1909 1941 1946 4050年代 代表人物 Mendel Morgen Beadle等 Lederberg等 Delbrck等 生物对象 豌豆 果蝇 脉孢菌 大肠杆菌 T系噬菌体 生物体制 大型真核，中型真核，小型真核， 原核， 非细胞生物 植物 昆虫 真菌 细菌 繁殖速度 数月 912天/代 9天/代 群体：1天/代 群体：数小时/代 1年/代 细胞：20分/代 个体：15分/代 研究水平 细胞 染色体 基因 基因 基因 成果 提出遗传 提出基因 开创生化 建立分子遗传学 建立分子遗传 因子概念 论，创