微生物学山东师范大学

微生物学山东师范大学第1页/共37页

微生物学生物技术系第2页/共37页

绪论生物技术系第3页/共37页微生物的概念及其种类微生物：个体微小、结构简单的一类低等生物。

um级：光镜下可见（细胞）小（个体微小）nm级：电镜下可见（细胞器、病毒）少数肉眼可见单细胞简（结构简单）简单多细胞非细胞

原核类：细菌，放线菌，支原体，立克次氏体，衣原体，蓝细菌低（进化地位低）真核类：真菌（酵母菌，霉菌），原生动物，显微藻类

非细胞类：病毒，类病毒，元病毒第4页/共37页

人体体表及体内存在大量的微生物：皮肤表面：平均10万个细菌/平方厘米；口腔：细菌种类超过500种；肠道：微生物总量达100万亿，粪便干重的1/3是细菌，每克粪便的细菌总数为：1000亿个；三、微生物与我们微生物无处不在，我们无时不生活在“微生物的海洋”中。

细菌数亿/g土壤，土壤中的细菌总重量估计为：10034×1012

吨；

每张纸币带细菌：900万个；

每个喷嚏的飞沫含4500-150000个细菌，重感冒患者为8500万；第5页/共37页微生物既是人类的敌人，更是人类的朋友！时时刻刻与微生物“共舞”

是祸？是福？第6页/共37页

微生物是自然界物质循环的关键环节；微生物是人类的朋友！

体内的正常菌群是人及动物健康的基本保证；

帮助消化、提供必需的营养物质、组成生理屏障

微生物可以为我们提供很多有用的物质；

有机酸、酶、各种药物、疫苗、面包、奶酪、啤酒、酱油等等

基因工程为代表的现代生物技术；第7页/共37页少数微生物也是人类的敌人！鼠疫；天花；艾滋病；疯牛病；埃博拉病毒；第8页/共37页我国8000年前就开始出现了曲蘖酿酒；4000年前埃及人已学会烘制面包和酿制果酒；2500年前发明酿酱、醋，用曲治消化道疾病；公元六世纪(北魏时期)贾思勰的巨著“齐民要术”；公元2世纪，张仲景：禁食病死兽类的肉和不清洁食物；公元前112年-212年间，华佗：“割腐肉以防传染”；公元九世纪痘浆法、痘衣法预防天花；1346年，克里米亚半岛上的法卡城之战(靼坦人-罗马人)；16世纪，古罗巴医生G.Fracastoro：疾病是由肉眼看不见的生物(livingcreatures)引起的；1641年，明末医生吴又可也提出“戾气”学说；四、微生物的发现和微生物学的建立与发展（一）微生物的发现第9页/共37页1676年，微生物学的先驱荷兰人列文虎克（Antonyvanleeuwenhoek）首次观察到了细菌。他没有上过大学，是一个只会荷兰语的小商人，但却在1680年被选为英国皇家学会的会员。第10页/共37页（二）微生物学的奠基四、微生物的发现和微生物学的建立与发展法国人巴斯德（LouisPasteur）（1822～1895）德国人柯赫（RobertKoch）（1843～1910）第11页/共37页（二）微生物学的奠基四、微生物的发现和微生物学的建立与发展1.巴斯德(1)发现并证实发酵是由微生物引起的；(2)彻底否定了“自然发生”学说；化学家出生的巴斯德涉足微生物学是为了治疗“酒病”和“蚕病”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。(3)免疫学——预防接种首次制成狂犬疫苗(4)其他贡献巴斯德消毒法：60～65℃作短时间加热处理，杀死有害微生物第12页/共37页（二）微生物学的奠基四、微生物的发现和微生物学的建立与发展2.柯赫a）细菌纯培养方法的建立土豆切面→营养明胶→营养琼脂（平皿）（1）微生物学基本操作技术方面的贡献b）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c）流动蒸汽灭菌d）染色观察和显微摄影第13页/共37页（二）微生物学的奠基四、微生物的发现和微生物学的建立与发展2.柯赫（2）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；b）发现了肺结核病的病原菌；（1905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

——著名的柯赫原则1、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。第14页/共37页（三）微生物学发展过程中的重大事件四、微生物的发现和微生物学的建立与发展1890VonBehring制备抗毒素治疗白喉和破伤风；1892Ivanovsky提供烟草花叶病毒是由病毒引起的证据；1928Griffith发现细菌转化；1929Fleming发现青霉素；1944Avery等证实转化过程中DNA是遗传信息的载体；1953Watson和Crick提出DNA双螺旋结构；1970～1972Arber、Smith和Nathans发现并提纯了

DNA限制性内切酶对其机理的研究导致DNA是遗传物质的确证；外源遗传物质导入各种细胞的基因重组技术的建立；第15页/共37页（三）微生物学发展过程中的重大事件四、微生物的发现和微生物学的建立与发展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f×174噬菌体DNA进行了全序列分析；1982～1983Prusiner发现朊病毒(prion)；1983～1984Mullis建立PCR技术；1995第一个独立生活的细菌(流感嗜血杆菌)全基团组序列测定完成；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；第16页/共37页（四）20世纪的微生物学四、微生物的发现和微生物学的建立与发展十九世纪末到二十世纪中期：微生物学：鉴定病原菌、研究免疫学及其在预防疾病中的作用、寻找化学治疗药物、分析微生物的化学活性。普通生物学：细胞的构造及其在繁殖和发展中的作用、植物和动物的遗传和进化的机制。第17页/共37页（四）20世纪的微生物学四、微生物的发现和微生物学的建立与发展20世纪40年代后，微生物自身的特点使其成为生物学研究的“明星”，微生物学很快与生物学主流汇合，并被推到了整个生命科学发展的前沿，获得了迅速的发展，在生命科学的发展中作出了巨大的贡献。微生物学与生物学发展的主流汇合、交叉，获得了全面、深入的发展第18页/共37页Jacob等通过研究大肠杆菌诱导酶的形成机制而提出操纵子学说，阐明了基因表达调控的机制，为分子生物学的形成奠定了基础。60年代Nirenberg等人通过研究大肠杆菌无细胞蛋白质合成体系及多聚尿苷酶，发现了苯丙氨酸的遗传密码，继而完成了全部密码的破译，为人类从分子水平上研究生命现象开辟了新的途径。“断裂基因”、“跳跃基因”、“重叠基因”的发现，以及基因结构的精细分析、基因组测序等。1941年Beadle和Tatum用粗糙脉胞霉进行的突变实验使基因和酶的关系得以阐明，并提出了“一个基因一个酶”的假说。四、微生物的发现和微生物学的建立与发展（五）微生物学在生命科学发展中的重要地位1．微生物是生物学基本理论研究中的理想实验对象，对微生物的研究促进许多重大生物学理论问题的突破

基因和酶关系的阐明及“一个基因一个酶”的假说；

遗传的物质基础的阐明；

基因概念的发展；

遗传密码的破译；

基因表达调控机制的研究；

生物大分子合成的中心法则；DNA→RNA→蛋白质第19页/共37页四、微生物的发现和微生物学的建立与发展（五）微生物学在生命科学发展中的重要地位2．对生命科学研究技术的贡献细胞的人工培养；突变体筛选；DNA重组技术和遗传工程；3．微生物与“人类基因组计划”作为模式生物；基因与基因组的功能研究的重要工具;第20页/共37页基因水平转移---细菌DNA的主动分泌与摄取聪明的黏菌

生命起源的研究；四、微生物的发现和微生物学的建立与发展（六）21世纪微生物学展望1．微生物自身的特点（共性和特性）将会更加受到关注和利用

以微生物为研究材料继续对一些基本生命现象进行研究；

生物进化方面的研究；在微生物基因组上进行的考古

性别分化的意义；

生物智慧的发展；

微生物产业的开发；

重要致病菌的特点及其防治；

极端环境的微生物的研究；共性：微生物具有其他生物共有的基本生物学特性：生长、繁殖、代谢、共用一套遗传密码等，甚至其基因组上含有与高等生物同源的基因，充分反映了生物高度的统一性。特性：微生物具有其它生物不具备的生物学特性，例如可在其他生物无法生存的极端环境下生存和繁殖，具有其他生物不具备的代谢途径和功能，反映了微生物极其丰富的多样性。微生物自身特性的进一步开发、利用：例如降解性塑料，分解纤维素、生产单细胞蛋白等。借助（利用）微生物特点的基因工程产业：利用微生物生产原本它们不能生产的药物、疫苗等。第21页/共37页

微生物具备生命现象的特性和共性，将是21世纪进一步解决生物学重大理论问题，如生命起源与进化，物质运动的基本规律等，和实际应用问题，如新的微生物资源的开发利用，能源、粮食等的最理想的材料。第22页/共37页四、微生物的发现和微生物学的建立与发展（六）21世纪微生物学展望2．与其他学科实现更广泛的交叉，获得新的发展学科交叉永远是科学创新的源泉！

微生物基因组的序列测定和分析；

微量热技术对生命过程的研究；

微生物的快速检定；

计算机技术与微生物学的结合；第23页/共37页微生物的特点：体积小、面积大，吸收多、转化快，生长旺、繁殖快，适应性强、变异易，种类多、分布广。第24页/共37页个体小面积大:测量单位：微米或钠米

杆菌的平均长度：2微米；

1500个杆菌首尾相连=一粒芝麻的长度；

10-100亿个细菌加起来重量=1毫克面积/体积比：人=1，大肠杆菌=30万；

这样大的比表面积特别有利于它们和周围环境进行物质、能量、信息的交换。微生物的其它很多属性都和这一特点密切相关。第25页/共37页个体小面积大:测量单位：微米或钠米火星陨石中发现的细菌化石（直径10nm）第26页/共37页德国科学家H.N.Schulz等1999年在纳米比亚海岸的海底沉积物中发现的一种硫磺细菌（sulfurbacterium），其大小可达0.75mm，Thiomargaritanamibiensis，---------“纳米比亚硫磺珍珠”第27页/共37页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！纤维素、木质素、几丁质、角蛋白、石油、甲醇、甲烷、天然气、塑料、酚类、氰化物、各种有机物均可被微生物作为粮食吸收多、转化快第28页/共37页生长旺、繁殖快：24小时后：4722366500万亿个后代，重量达到：4722吨48小时后：2.2×1043个后代，重量达到2.2×1025吨相当于4000个地球的重量！大肠杆菌一个细胞重约10–12

克，平均20分钟繁殖一代一头500kg的食用公牛，24小时生产0.5kg蛋白质,而同样重量的酵母菌，以质量较次的糖液（如糖蜜）和氨水为原料，24小时可以生产50000kg优质蛋白质。第29页/共37页种类多、分布广很多细菌都可以非常方便地进行人工培养！在自然界中（土壤、水体、空气，动植物体内和体表）都生存有大量的微生物！第30页/共37页种类多：

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”；虽然目前已定种的