微生物学0(教改)

《微生物学》廖德聪liaodc@126.com一月23课程开始前我们在一个被大量微生物包围着的环境中空气水体食品……微生物无处不在我们生活在“微生物的海洋”中!E.colionthesurfaceofhumanskinandhairfollicleStaphylococcusaureusonthesurfaceofhumanskinInfectionTransfer-AirborneDropletNuclei一些数字每克新鲜植物叶子表面附生着大约100万个微生物人的皮肤上平均每平方厘米含有10万个细菌人体肠道内菌体总数达100万亿个左右（人体细胞数量50万亿）。粪便中细菌大约占粪便干重的1/3每个喷嚏的飞沫含4500-150000个细菌，重感冒患者为8500万每张纸币带有900万个细菌，其中两角纸币带有的菌数将近是十元纸币的5倍引自沈萍《微生物学》一些数字大肠杆菌在1个小时内可消耗相当于它们自身重量2000倍的糖。被埋在琥珀中达2500万年的芽孢，当放到营养培养基上时仍可萌发生长。生活在土壤中和地下的细菌数加起来，估计其总重量为10034X1012吨。全世界海洋中微生物的总重量约280亿吨。引自沈萍《微生物学》本章主要内容一、微生物概述二、微生物的重要性三、微生物学的研究内容与成就四、微生物学的学习方法五、显微镜下的微生物1.1微生物概述1.1.1什么是微生物1.1.2生物界中的微生物及其地位1.1.3微生物的特点本章重点、难点！1.1.1什么是微生物微生物(microbe，microorganism)，是对所有形体微小、单细胞或个体结构较为简单的多细胞，甚至无细胞结构的低等生物的总称。或简单地说是对人们肉眼看不见的细小的生物的总称。微生物是指大量的、极其多样的、不借助显微镜看不见的微小生物类群的总称。1.1.1什么是微生物微生物通常包括病毒、亚病毒（类病毒、拟病毒、朊病毒）、具原核细胞结构的细菌、古菌以及具真核细胞结构的真菌（酵母、霉菌、蕈菌等）、原生动物和单细胞藻类，它们的大小和特征见表1.1所示。表1.1微生物形态、大小和细胞类型微生物大小近似值细胞的特性病毒0.01~0.25m非细胞的细菌0.1~10m原核生物真菌2m~1m真核生物原生动物2~1000m真核生物藻类1米~几米真核生物自然界有哪些微生物？111.1.2生物界中的微生物及其地位生物细胞生物非细胞生物：病毒、亚病毒原核生物：三菌、三体真核生物：真菌、单细胞藻类、

原生动物141516171819202122231.1.2生物中哪些是微生物生物的系统树251.1.3微生物的特点体积小，比表面积大吸收多，转化快生长旺，繁殖快适应强，易变异分布广，种类多体积小，面积大，比表面积大比表面积SurfacetoVolumeRatio

营养物质吸收、代谢废物排泄、环境信息交换边长立方体数总表面积比面值类似对象1.0cm16cm26豌豆1.0mm103

60cm2

60细小药丸0.1mm106

600cm2

600滑石粉粒0.01mm109

6000cm2

6000变形虫1.0m

10126m2

60000球菌0.1m

1015

60m2

600000大胶粒0.01m

1018

600m2

6000000大分子1.0nm1021

6000m2

60000000分子吸收多转化快大肠杆菌每小时可分解其自重1000-10,000倍的乳糖产朊假丝酵母（Candidautilis

）比大豆强100倍的蛋白质合成能力微生物的高呼吸速率生长旺繁殖快E.coli：12.5—20min/次分裂液体培养物细菌浓度一般仅为108-109CFU/ml，?谷氨酸短杆菌：摇瓶种子→50吨发酵罐，52小时内细胞数目可增加32亿倍。对于发酵工业的实践意义生产效率高，发酵周期短

例如生产鲜酵母时，几乎12小时就可以收获一次，每年可以收获数百次。适应强易变异灵活的适应性或代谢调节机制

蛋白质分子的数量

E.coli中能容纳20万-30万个蛋白质分子，2000-3000种执行不同生理功能的蛋白质极端环境的适应能力极端环境

高温、高酸、高盐、高辐射、高压、低温、高碱、高毒低的变异频率易变异低的变异频率：10-5～10-10适应极端环境：高温、高酸、高盐例：利用变异提高青霉素的产量1943年每毫升发酵液20单位目前每毫升发酵液超过5万单位31分布广、数量大、种类多无孔不入，随遇而安，分布广：如:万米深海、85公里高空、地层下128米和427米沉积岩中都发现有微生物存在微生物的生理代谢类型多、代谢产物种类多。类型低限倾向种数高限病毒与立克次氏体1,2171,2171,217支原体424242细菌与放线菌>1,0001,5001,500蓝细菌1,2271,5001,500藻类15,05123,10023,100真菌37,17547,30068,939原生动物24,06824,06830,000总数79,78098,727127,298分布广、数量大、种类多分布广：万米深海、85公里高空、地层下、温泉数量大：人体肠道内菌体总数达100万亿个左右种类多：

50万－600万种331.2微生物的重要性环境能源农业医药食品1.2微生物与环境保护环境、维护生态平衡以提高土壤、水域和大气的环境质量，创造一个适宜人类生存繁衍，并能生产安全食品的良好环境，是人类生存所面临的重大任务。微生物是有机废水污物和合成有毒化合物的强有力的分解者和转化者，起着环境“清道夫”的作用(有机废水和污染物的处理、污染土壤的微生物修复)。某些微生物也以其本身作为病原或其代谢毒物污染各类环境或食品，危害着人类健康。36Aerobic-AnaerobicBioreactorLiquidsStorageGas

Collection

toGenerate

EnergyAir

InjectionGroundwater

MonitoringBioreactorProgram1.2微生物的与能源、资源化学燃料对环境的污染是一个严重问题。能源的供给微生物可以将农业和某些工业有机废弃物转化为氢气、乙醇和甲烷等清洁能源。38人类社会经济发展的危机传统的粗放型经济增长方式必定走到尽头，必需走资源节约型、环境友好型的道路现有的发展模式能源结构资源结构环境状态食品与营养健康与环境资源与能源39只有微生物，才能将来源于太阳能的可再生资源--碳水化合物，转变为现代社会所需要的化工原料和能源。实现这种能源结构和资源结构的转变，直接关系到我国经济的可持续发展、社会的稳定和国家安全。基于碳氢化合物的经济转变为

基于碳水化合物的经济阳光工程40Idealizedbiorefineryconcept.NatureBiotechnology

22,671-675(2004)

(ImagecourtesyofOakRidgeNationalLaboratory,OakRidge,TN,USA.)1.2微生物与农业土壤的形成及其肥力的提高有赖于微生物的作用。农产品的加工、贮藏--利用有益的微生物或是抑制有害微生物。绿色农业或有机农业、绿色食品都离不开微生物的作用。防病、防虫害、供肥(生物固氮)。1.3微生物学的研究内容与成就1.3.1微生物学的基本内容1.3.2微生物学发展简史主线重大事件1.3.1微生物学的基本内容①微生物细胞的结构和功能，研究细胞的构建及其能量、物质、信息的运转规律；②微生物的进化和多样性，研究微生物的种类，它们之间的相似性和区别；③生态学规律，研究不同微生物之间以及它们同环境之间的相互作用；④微生物同人类的关系。1.3.1微生物学的基本内容认识微生物的四大障碍个体过于微小群体外貌不显种间杂居混生形态与作用后果难以认识微生物世界难以认知微生物学的发展主线史前期（约8000年前-1676）进展古中国的制曲、酿酒技术《天工开物》、《齐民要术》、《东坡酒经》特点视而不见臭而不闻触而不觉食而不察得其益而不感其好受其害而不知其恶初创期（1676-1861）进展形态描述，AntonyvanLeeuwenhoek，1632-1723，十七世纪最伟大的业余科学家只上过中学的布店学徒工英国皇家学会会员MemberofRoyalSociety巴黎科学院通讯院士AntonyvanLeeuwenhoek奠基期（1861-1897）进展生理水平的研究，微生物生理学的研究微生物学奠基人：巴斯德细菌学奠基人：科赫巴斯德对人类的贡献

（1822－1895）奠定微生物学理论，开创新的微生物学科否定“自然发生说”（曲颈瓶实验）Preventativevaccination－ImmunologyFermentationcausedbyMicroorganisms，解决了当时生产中提出的许多难题。创造一些微生物学实验方法巴氏消毒法：60－65℃家蚕软化病LouisPasteur,oneofthegreatestscientistsofthenineteenthcenturyThespontaneousGenerationExperiment科赫的主要贡献－细菌学家病原学的研究炭疽病菌肺结核病病原菌病原菌的寻找与分离：1870s－1920s科赫法则微生物学基本操作技术固体培养基的使用培养基的配制细菌的染色方法RobertKoch1、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；3、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；4、从试验发病的寄主中能再度分离培养出这种微生物来。证明某种微生物是否为某种疾病病原体的基本原则——著名的柯赫原则发展期（1897-1953）开创了微生物生化的研究没有酵母的酒精发酵Discoveryofcell-freefermentation德国E.BuchnerFleming-Sir-Alexander成熟期（1953-）进展分子生物学水平的研究JamesD.Watson(left)andFrancisCrickproposeadouble-helicalstructureforDNA微生物学的发展前沿微生物基因组、蛋白质组、代谢组微生物生态学环境微生物学细胞微生物学微生物生命现象的特性和共性微生物学与其他学科的交叉微生物产业的全新发展

微生物产业61微生物学发展史的结论微生物学发展的历史认识微生物的历史开发利用有益微生物的历史控制和消灭有害微生物的历史。微生物是一把双刃剑（double-edgedsword）1.3.2微生物学发展中的重大事件时间重大事件1857巴斯德证明乳酸发酵是由微生物引起的1861巴斯德用曲颈瓶实验证明微生物非自然发生，推翻了争论已久的“自生说”1864巴斯德建立巴氏消毒法1867Lister创立了消毒外科，并首次成功地进行了石炭酸消毒试验1867-1877柯赫证明炭疽病由炭疽杆菌引起1881柯赫等首创用明胶固体培养基分离细菌，巴斯德制备了炭疽菌苗1882柯赫*发现结核杆菌1884柯赫法则首次发表；Metchnikoff*阐述吞噬作用；建立高压蒸汽灭菌和革兰氏染色法1885巴斯德研究狂犬疫苗成功，开创了免疫学1887RichardPetri发明了双层培养皿1888Beijerinck首次分离根瘤菌1.3.2微生物学发展中的重大事件1890VonBehring*制备抗毒素治疗白喉和破伤风1891Steinberg与巴斯德同时发现了肺炎球菌1892Ivanowsky提供烟草花叶病毒是由病毒引起的证据；Winogradsky发现硫循环1897Buchner用无细胞存在的酵母菌抽提液对葡萄糖进行酒精发酵成功1899Ross*证实疟疾病原菌由蚊子传播1909-1910Ricketts发现立克次氏体；Ehrtich*首次合成了治疗梅毒的化学治疗剂1928Griffith发现细菌转化1929Fleming*发现青霉素1935Stanley*首次提纯了烟草花叶病毒，并获得了它的“蛋白质结晶”1943Luria*和Delbruck*用波动试验证明细菌噬菌体的抗性是基因自发突变所致；Chain*和Florey*形成青霉素工业化生产的工艺1.3.2微生物学发展中的重大事件1944Avery等证实转化过程中DNA是遗传信息的载体；Waksman*发现链霉素1946-1947Lederberg*和Tatum发现细菌的接合现象、基因连锁现象1949Enders*、Robbins*和Weller*在非神经的组织培养中，培养脊髓灰质炎病毒成功1952Hershey*和Chase发现噬菌体将DNA注入宿主细胞；Lederberg*发明了影印培养法；Zinder和Lederberg发现普遍性转导1953Watson*和Crick*提出DNA双螺旋结构1956Umbarger发现反馈阻遏现象1961Jacob*和Monod*提出基因调节的操纵子模型1961-1966Holhy*、Khorana*、Nirenberg*等阐明遗传密码1969Edelman*测定了抗体蛋白分子的一级结构1970-1972Arber*、Nathans*和Smith*发现并提纯了限制性内切酶；Temin和Baltimore发现反转录酶1.3.2微生物学发展中的重大事件1973Ames建立细菌测定法检测致癌物；Cohen等首次将重组质粒转人大肠杆菌成功1975Köhler和Milstein*建立生产单克隆抗体技术1977Woese提出古生菌是不同于细菌和真核生物的特殊类群；Sanger*首次对X174噬菌体DNA进行了全序列分析1982-1983Cech*和Altman*发现具催化活性的RNA(ribozyme)；McClintock*发现的转座因子获得公认；Prusiner*发现朊病毒(prion)1983-1984Gallo和Montagnier分离和鉴定人免疫缺陷病毒；Mullis*建立PCR技术1988Deisenhofer等发现并研究细菌的光合色素1989Bishop*和Varmus*发现癌基因1995第一个独立生活的生物(流感嗜血杆菌)全基因组序列测定完成1996第一个自养生活的古生菌基因组测定完成1997第一个真核生物(啤酒酵母)基因组测序完成2000

霍乱弧菌基因组测序完成1.4微生物学的学习方法微生物学是一门实践性很强的学科从微生物学的角度和观点看待问题

拉丁学名广泛阅读兴趣主动

不要让老师牵着你的鼻子走！鼓励自学微生物学实验创新？如何才能创新？课程安排1-2，绪论3-8，原核微生物9-12，真核微生物13-14，病毒15-20，微生物的营养与代谢21-22，微生物的生长23-24，微生物的遗传25-30，微生物生态学31-32，微生物在农业上的应用68讲授：32学时实验：20学时微生物学课程考核方法期末考试成绩实验表现、实验报告及实验技术考核习题课、自修课课后作业思考题自己出试题填空、名词解释、应用题目、判断课堂表现成绩构成期终考试：40%实验成绩：30%考勤、作业、测验：30%旷课扣