微生物 绪论-生物技术

长治学院生物科学与技术系任嘉红微生物学Microbiology课时安排理论课：15学时实验课：9学时第一章

绪论一、什么是微生物（一）定义微生物：细小的肉眼看不见的或看不清的生物。一般来说，直径≤0.1mm的生物都是微生物，属于微生物学研究的范畴。（二）生物分界（微生物在生物界的位置）

1、两界系统（亚里斯多德）

动物界

：不具细胞壁，可运动，不行光合作用。

植物界

：具有细胞壁，不运动，可行光合作用。

三界：原生生物界Protista（E.H.Haeckel,1866年提出）

2、五界系统

R.H.Whitakker,Science,163:150-160,1969

原核生物界Monera：细菌、放线菌等

原生生物界Protista：藻类、原生动物、粘菌等

真菌界Fungi：酵母、霉菌、蕈菌

动物界Animalia：

植物界Plantae：

*五界系统是以细胞结构分化的等级以及和光合、吸收、摄食这三种主要营养方式有关的组织类型为基础的。

六界：加上病毒界(我国学者陈世骧提出)。

*微生物的分类地位

非细胞生物病毒界生物界原核类原核生物界（细菌及蓝细菌等）细胞生物单细胞生物原生生物界(单细胞藻类、原生动物等）真核类菌物界（真菌界）

多细胞生物动物界植物界3、三界（域）系统

Woese提出将生物分成为三界(后来改称三个域)：古细菌、真细菌和真核生物。

1990年，他为了避免把古细菌也看作是细菌的一类，他又把三界(域)改称为：

Bacteria（细菌）

Archaea（古生菌）

Eukarya（真核生物）二、微生物学的发展微生物学的发展阶段史前期8000年前-1676初创期1676-1861奠定期1861-1897Pasteur,Koch开创了微生物学研究领域；微生物学的研究从形态描述上升到生理学水平。发展期1897-1852

开创了微生物生物化学研究的新时期；普通微生物学已形成一门科学成熟期1953-至今史前期初创期奠基期发展期成熟期古埃及人酿制啤酒的场面我国古代的酿酒作坊（汉代画像）酿酒、酱、醋，烘制面包等列文虎克(AntonyvanLeeuwenhoek)（1632-1723）发现和描述微生物的第一人史前期初创期奠基期发展期成熟期光片观察物调焦旋钮

显微镜下观察到的人牙垢中的微生物的形态巴斯德(LouisPasteur)（1822–1895）巴斯德的主要贡献：通过曲颈瓶实验，提出了生命只能来自生命的胚种学说；发明了巴斯德消毒法；研制出了弱毒疫苗：狂犬病兔化弱毒疫苗史前期初创期奠基期发展期成熟期无菌操作柯赫(Robert.Koch)(1843–1910)柯赫的主要贡献：建立了分离微生物纯种的平板培养技术；利用平板培养技术分离到了多种传染病的病原菌；提出著名的柯赫法则(Koch’spostulates)。史前期初创期奠基期发展期成熟期柯赫法则(Koch’spostulates)病原微生物总是在患病的动物中发现而不存在于健康的个体中；这一微生物可以离开动物体，并被培养为纯种培养物；这种纯培养物接种到敏感动物体后，应当出现特有的特症；该微生物可以从患病的实验动物中重新分离出来，并可以在实验室重新再次培养，此后它仍然应该与原始病原微生物相同。划线法获得单菌落

柯赫法则图示弗来明(AlexanderFleming)(1881-1955)重大贡献在于发现了青霉素(penicillin)史前期初创期奠基期发展期成熟期J.Watson和F.Crick在DNA双螺旋模型旁（1953年）DNA结构模型的建立使微生物成为分子生物学的重要研究对象和生物工程的主角史前期初创期奠基期发展期成熟期三、微生物的五大共性

1、体积小、比表面积大

2、吸收多、转化快

3、生长旺、繁殖快

4、适应强、易变异

5、分布广、种类多1、体积小，比表面积大单位：um(10-6m)或nm(10-9m)2μm0.5μm杆菌80个杆菌肩并肩总宽度=1根头发丝的宽度1500个杆菌首尾相连总长度=1粒芝麻的长度微生物的体积大小大小以um计，但比表面积（表面积/体积）大，必然有一个巨大的营养吸收、代谢废物排泄和环境信息接受面。这一特点也是微生物与一切大型生物相区别的关键所在。

比表面积：个体的表面积与体积之比。设定：人的比表面积=1

则：(与人等重)大肠杆菌比表面积=30万这一特性为高速生长繁殖和产生大量代谢物提供了充分的物质基础。

例如：

重量相同下：

乳酸菌：1小时可分解其体重1000至10000倍乳糖。

人：2.5×105小时消耗自身体重1000倍乳糖。返回2、吸收多，转化快人（50kg）500~1000g/d地鼠（体重3g）3g/d大肠杆菌细胞重量2000倍糖/h奶牛（500kg）合成0.5kg蛋白质/24h微生物细胞合成自身重量30-40倍的细胞物质/24h吸收多转化快注：这一特性为高速生长繁殖和产生大量代谢物提供了充分的物质基础。返回3、生长旺，繁殖快微生物代时及每日增殖率微生物名称代时(分)温度日增殖率乳酸菌38252.7×10^11大肠杆菌18371.2×10^24根瘤菌110258.2×10^3枯草杆菌31307.2×10^13光合细菌144301.0×10^3酿酒酵母120304.1×10^3念珠藻1380252.1硅藻1020202.64小球藻4202510.6草履虫642264.92

极高生长繁殖速度，如E.coli15-20分钟分裂一次，若不停分裂，48小时有2.2×1043菌数增加，营养消耗，代谢积累，限制生长速度。

这一特性可在短时间内把大量基质转化为有用产品，缩短科研周期。也有不利一面，如疾病、粮食霉变等。

返回4、适应性强，易变异对营养物质的利用上的适应性。对环境条件尤其是恶劣的“极端环境”的适应性。

耐0～－196℃低温耐250℃～300℃的高温耐盐（饱和盐水）耐干燥（产芽孢细菌、真菌孢子）耐酸碱、耐缺氧、耐毒物、抗辐射适应性强极其灵活适应性，对极端环境具有惊人的适应力。4、适应性强，易变异易变异青霉素生产菌的发酵水平1940年每毫升20单位2000年每毫升10万单位青霉素的使用剂量：1940年10万元单位/次1980年：输液80万单位/次2000年：输液800万-1000万单位/次青霉素对金黄色葡萄球菌最低抑制浓度0.02μg/ml200μg/ml遗传物质易变异。青霉素43年刚问世时，对Staphylococcusaureusr最低制菌浓度为0.02ug/ml,由于突变原因制菌浓度不断提高，有的菌株的耐药性竟比原始菌株提高了1万倍。在40年代用青霉素治疗时，即使是严重感染的病人，每天只需10万单位，而现在成人需1６0万单位，新生儿也不少于４０万单位。病情严重时，甚至用数千万。同时也说明了“滥用抗生素无异于玩火”的口号是有充分科学依据的。细菌抗药性的产生：5、分布广，种类多微生物在自然界的分布：无处不在，无孔不入分布广土壤空气水域生物体内外

极端环境正常环境高空深海底2000米深的地层温泉分布区域广，分布环境广。5、分布广，种类多60年前，中国人乘飞机采集了160米到5300米的高空的气样并分析了其中的微生物发布状况。5、分布广，种类多种类多地球上的微生物：估计有100万种以上已发现的微生物：约有10万种已开发利用的微生物：约1000种

微生物的微观性研究手段的限制分离培养的局限生理代谢类型多，代谢产物种类多，种数多。针尖上的微生物生态环境中重要的一员生物学研究中重要的工具材料对人类的有益作用工业方面的应用医药方面的应用农业方面的应用对人类的有害作用引起人畜疾病引起植物病害引起食物腐败引起其他物质变质四、微生物的作用流感

对1918年大流感的肆虐横行，护士（左上）、警察（右上）、军人（左下）工作时都戴上了口罩，尽管如此，这次流感还是夺去了4000万人的生命。五、未来微生物的发展

微生物学今后的发展方向，是利用基因工程的手段，构建有益的基因工程菌，从而使之具有新的遗传性状，产生人类所需要的