项目一微生物概述讲解

项目一

微生物概述知识目标1.掌握微生物的特点；2.熟悉微生物的概念、命名和作用；3.了解微生物的发展历程。技能目标1.能够配制微生物实验常用的洗液；2.掌握培养皿、三角瓶、玻璃吸管的洗涤、干燥和包扎。

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微生物概述

任务1微生物概述一、微生物的概念微生物是一群体积微小,结构简单,肉眼看不见,必须借助光学显微镜或电子显微镜放大数百倍,乃至数万倍后才能观察到的微小生物。任务1微生物概述二、微生物的命名拉丁双名法：属名+种名+（定人名）正体斜体如：结核分枝杆菌（Mycobacteriumtuberculosis），Mycobacterium为分枝杆菌的意思，是属名，为名词，写在前面，首字母大写。tuberculosis为结核的意思，是种名，为形容词，写在后面，首字母小写，斜体。直译为分支杆结核菌。而中文译名时则是种名在前、属名在后，故翻译为结核分枝杆菌。任务1微生物概述三、微生物的种类（一）根据生物学特性分类微生物根据生物学特征可以分为细菌、立克次体、支原体、螺旋体、衣原体、放线菌、真菌和病毒等。（二）根据有无细胞及细胞核分类根据有无细胞及细胞核微生物分为非细胞型微生物、原核细胞型微生物和真核细胞型微生物3类，所对应的生物学特性分类如表2-1所示。非细胞型微生物病毒原核细胞型微生物细菌、支原体、衣原体、立克次体、螺旋体、放线菌真核细胞型微生物真菌表2-1根据有无细胞及细胞核微生物分类任务1微生物概述（三）微生物在生物界分类的地位和分类单位在生物分类中，真核细胞型微生物属于真核原生生物界和真菌界，原核细胞型微生物属于原核生物界，非细胞型微生物属于病毒界。与高等动、植物一样，微生物的分类单位依次为界、门、纲、目、科、属、种。在微生物分类中常用种和属。种是最基本的分类单位，在种以下还可分为亚种、株和型等。任务1微生物概述四、微生物的特点微生物作为一类特别的生物，也具有十分鲜明的特点，这些特点也是微生物应用的基础，微生物的特点主要有以下几点：(一)体积微小体积以微米（μm）或纳米（nm）来衡量。（图2-1）任务1微生物概述比如1000个葡萄球菌连接起来仅有1mm长，一滴腐败的牛奶中可含有50亿个以上细菌。微生物的形态多种多样，有球状、杆状、螺旋状、分枝丝状或阿拉伯数字状、英文字母形、蝌蚪形等。不同的微生物细胞的显微结构更具有明显的差异，使其生物活性、染色性、免疫性、致病性各有不同。微生物与大型生物相区别的关键是本身具有巨大的比表面积（指微生物的表面积和体积之比），如果把人的比表面积值定为1，则大肠埃希菌比表面积可达30万，这有利于微生物与环境的物质、能量和信息的交换。微生物能利用的基质十分广泛，是任何其他生物所望尘莫及的。凡动植物能利用、不能利用、甚至对其他生物有毒的物质，都可任务1微生物概述以成为微生物的能源。我们可以利用微生物物质交换能力强，“胃口大”、“食谱”广的特性，发挥“微生物工厂”的作用，使大量基质在短时间内转化为有用的医药产品、食品或化工产品，使有害化为无害，无用变为可用。任务1微生物概述（二）结构简单微生物大都是单细胞生物，一个细胞就是一个个体，像细菌、支原体、衣原体、立克次体、螺旋体、放线菌均是如此；即使有多细胞的微生物，也只是简单多细胞，如真菌；同时一些微生物甚至没有细胞结构，仅有蛋白质和一种核酸所构成，如病毒。（三）繁殖迅速一般细菌每18~20min繁殖一代，理论上培养4~5天所形成的大肠杆菌的重量将和地球相仿，可见繁殖的速度有多快。任务1微生物概述如细菌一般20——30分钟可繁殖一代，经48小时，可产生2.2×1043个后代。然而，由于受各种条件的限制（如营养物质的消耗，代谢废物的积累等），细菌指数分裂只能维持几小时，不可能无限制地翻番繁殖，一般仅能达到每毫升1亿——10亿，最多达到100亿。根据这一特点，在发酵工业中以短时间内将大量基质转化为有用产品来缩短发酵周期，提高生产效率。同样因为这一特点，由微生物引起的某些疾病可在短时间内造成严重的感染。微生物的代谢类型多种多样，既可以CO2为碳源进行自养型生长，也可以有机物为碳源进行异养型生长；既可以光能为能源，也可以化学能为能源；既可在需氧条件下生长，又可在厌氧条件下生长。任务1微生物概述微生物代谢速率也是其他任何生物所不及的，如大肠埃希菌在合适条件下，每小时可消耗相当于自身重量2000倍的糖，而人体则需40年之久。因此，在发酵生产中应及时补料，以便产生更多的代谢产物。微生物代谢的中间体和产物更是多种多样，均可用于生产各种各样的工业产品，如酸、生物碱、醇、糖类、氨基酸、维生素、脂类、蛋白质、抗生素等。任务1微生物概述（四）容易变异由于微生物个体较小，基因组相应也小，加之其与外界环境直接紧密接触，因此微生物易受环境因素的影响发生突变。需要注意的是，发生突变后微生物容易获得很强的适应环境能力，如青霉素用紫外线照射后由原先的三千单位产量变异为三万单位产量。任务1微生物概述微生物很容易发生变异，而且在短时间内出现大量的变异后代。如常见的病原菌耐药性变异，给临床药物治疗带来困难；利用变异可制备疫苗；又如利用变异对生产菌种进行改造，获得优良品种，提高产量，最典型的例子是青霉素的发酵生产，通过改良菌种由最初发酵产物每毫升20单位上升至近10万单位。当然，变异也可使优良菌种退化，影响生产。微生物的适应强易变异的特点也是引起其种类繁多的原因之一。任务1微生物概述微生物对环境条件尤其是“极端环境”具有强大的适应力，这是高等动物所无法比拟的。为适应不同的生存环境，微生物具有极强的抗热性、抗寒性、抗盐性、抗干燥性、抗酸性、抗碱性、抗渗透压性、抗缺氧、抗辐射和抗毒物等能力。如多数细菌能耐0~-196℃。人们常用普通冰箱（4℃）、低温冰箱（-20℃）、干冰（-70℃）或液氮（-196℃）来保存菌种；细菌芽孢具有高度抗热性，这常给发酵工业生产带来危害；真菌孢子在干燥条件下能保存几十年，甚至更久；在含盐高达23%——25%的“死海”中、100℃的温泉中仍有细菌生存。在糖渍蜜饯、蜂蜜等高渗物中同样有高渗酵母等微生物活动，从而引起这些物品的变质。任务1微生物概述（五）分布广泛人体的皮肤、口腔、肠胃道等都有许多微生物；85km的高空、11km深的海底、2000m深的地层也有微生物；近100℃的温泉、零下250℃的环境也有微生物。微生物在地球上几乎无处不在，无孔不入。（图2-4至图2-6）图2-6皮肤、毛发上分布的细菌图2-4砧板上的微生物

图2-5肠黏膜上分布的细菌任务1微生物概述（六）种类繁多生物分为原核生物界、原生生物界、真菌界、植物界、动物界和病毒界。微生物在六界中占有三界：原核生物界（细菌）、真菌界（酵母、霉菌）和病毒界,显示了微生物在自然界的重要地位。在自然界中微生物资源极为丰富，约占地球生物总重量的60%，其种类繁多，目前已了解的微生物约有十万种，不超过自然界中微生物总数的10%，但在人类生产和生活中开发利用的微生物种数仅占1%。因此，微生物是最有潜力开发、有经济价值、有助于改善人们生活质量的一类资源，而且由于微生物繁殖快，也是人类可利用的一类再生性资源。任务1微生物概述我们生活在一个充满着微生物的环境中。在自然界里，除了“明火”、火山喷发中心区和人为的无菌环境外，微生物无处不有，上至85km外的高空，下至地表下2km的深处、海洋深万米以上的水底层、矿层、动植物和人体内外，都分布有各种不同的微生物。即使是同一地点同一环境，在不同的季节，微生物的数量、种类、活性、生物链成员的组成等都有明显的不同。以上各种特点，都显示出微生物在形态、结构、代谢、变异、耐受性、种类和生态分布等方面的多样性。任务1微生物概述五、微生物的作用自然界中的微生物，绝大多数对人类和动植物是有益的，甚至是必需的。自然界许多物质循环要靠微生物的转化作用来完成。（一）微生物在物质循环中的作用：微生物在有机物的矿质化过程、死亡的生物体不断分解成活生物体成长所需的营养物质中有着不可替代的作用，它与生产者一起共同推动着生物圈内的物质循环，使生态系统保持平衡。自然界中氮、磷、硫等多种元素循环靠微生物的代谢活动来进行。例如在碳素循环中，地球上90%的CO2是由微生物的生命活动产生的；空气中的大量氮气只有依靠微生物的固氮、任务1微生物概述氨化、硝化等作用才能被植物吸收，土壤中的微生物能将动、植物蛋白质转化为无机含氮化合物，以供植物生长的需要，而植物又为人类和动物所利用。因此，没有微生物，植物就不能新陈代谢，而人类和动物也将无法生存。（二）微生物在生产实践活动中的应用：微生物对人类的生产生活起着十分重要的作用。⒈农业方面：人类广泛利用一些微生物的特性，制备微生物饲料、制造细菌肥料、植物生长刺激素和灭虫剂等。⒉工业方面：微生物被用于皮革、纺织、石油、化工、冶金等行业，用于食品加工业，生产各种发酵产品。任务1微生物概述⒊医药工业：可利用微生物生产抗生素和其他重要药物。几乎所有的抗生素都是微生物的代谢产物，还可利用微生物来制造一些维生素、氨基酸、核苷酸、酶制剂、细胞因子、ATP和疫苗等药物，而且一些微生物本身就是很好的药材，如灵芝、猴头等。⒋防治公害：环境中有毒化合物的清洁剂(生物除污)。在环境治理中，由于分解地球上贮量最丰富的初级有机物——天然气、石油、纤维素和木质素的能力，属微生物专有，故利用微生物可将含碳、氮有机物降解并产生氢气、乙醇、甲烷等无污染的清洁能源；可使汞、砷等有毒重金属盐在水体中进行转化，以便于回收、除去污染或再利用。污水处理中利用微生物降解有机磷、氰化物等任务1微生物概述（三）对人体的作用：在人和动物的体表和腔道中有许多微生物，这些和我们紧密生活在一起的微生物在正常情况下对人体是无害的，称正常微生物或正常菌群，可以帮助我们消化食物和提供人类必需的营养物质（如维生素B2、维生素B12、维生素K等多种维生素和氨基酸）。这些共生菌还具有拮抗外来致病微生物的侵袭和定居的作用。但有些微生物在正常情况下不致病，而在特定条件下如微生物寄居部位改变、大量使用抗生素或免疫抑制剂时可引起疾病，称为条件致病性微生物。因此，保持身体健康有一部分也意味着维持人体和共生菌之间的微妙平衡，而达到一种互利的关系。任务1微生物概述（四）微生物的污染：正是由于微生物的无处不在，可使药物、食品、生活用物品被污染而导致其变质，甚至以食物作媒介引起人体中毒、染病、致癌或死亡。我们生活的空间、工作场所、制药生产线的管道中都有微生物，可引起环境的污染，导致实验室、医院、水源、药物原材料、药品等染菌，从而引发实验室生物安全事故、医院交叉感染、传染病流行、药品霉变等，因此，我们应根据工作要求，建立无菌环境（如超净工作台、生物安全柜、无菌车间等），进行无菌操作，杜绝微生物污染带来的危害。尽管微生物可造福于人类，但有一部分微生物可引起人类和动植物疾病，如人类的艾滋病、病毒性肝炎、流行性感任务1微生物概述冒、细菌性痢疾，禽类的流感、植物的枯萎和坏死等。能引起人类和动植物疾病的微生物，称为病原微生物。微生物还可引起工农业生产的原料、产品、药材、食品等腐败霉变，造成经济损失和人体伤害。任务2微生物的发展微生物发展简史（一）经验阶段（二）形态学阶段（三）生理学阶段（四）生物化学阶段（五）分子生物学阶段任务2微生物的发展一、微生物学的概念及研究范围：⒈微生物学的定义：微生物学是生物学的一个分支，是研究微生物在一定条件下的形态结构、生理生化、遗传变异特性及微生物的进化、分类、生态等生命活动规律以及微生物之间、与人类、动植物、自然界相互关系的一门科学。⒉微生物学的分科：⑴着重研究生命活动：微生物分类学、微生物生理学、微生物生态学、微生物遗传学等⑵按研究对象：细菌学、真菌学、放线菌学、病毒学等。⑶按生态环境不同：土壤微生物学、环境微生物学、水域微生物学、海洋微生物学、宇宙微生物学等。任务2微生物的发展⑷按技术与工艺：发酵微生物学、分析微生物学、遗传工程学、微生物技术学等。⑸按应用领域：医学微生物学、工业微生物学、农业微生物学、药用微生物学、食品微生物学、卫生微生物学等。随着分子生物学和生物技术的发展，新的微生物学分支学科正在不断形成和建立，细胞微生物学、微生物分子生物学和微生物基因组学等是在分子水平、基因水平和后基因组水平上研究微生物生命活动规律及其生命本质的分支学科，这些新型研究领域的出现，表明微生物学的发展已进入一个崭新阶段。任务2微生物的发展二、微生物学的应用和发展：⒈我国古代对微生物的利用：⑴在酿造历史上：上古时期已有醋的雏形，西周时期已有文字记载，春秋战国时期，酿醋作坊出现，至汉代，醋已开始普遍生产。⑵在农业方面：我国早在春秋战国时期，就发现用微生物分解有机物质，用来沤粪积肥，使农作物变得更加茁壮，公元六世纪(北魏时期)贾思勰的《齐民要术》中也有关于微生物应用的记载：如谷物制曲、酿酒、制酱、造醋、腌菜等。任务2微生物的发展⑶在医学方面：公元二世纪的《神农本草经》中就有关于白僵蚕治病的记载；公元六世纪的《左传》中也有用麦曲治腹泻病的记载，十世纪的《医宗金鉴》中有关于种痘方法的记载。⒉微生物的发现：微生物学的先驱：荷兰人列文虎克。荷兰人列文虎克（1632~1723）自制显微镜观察到微生物（1674年）。⒊微生物学的创立：法国科学家巴斯德（1822~1885）的主要贡献：证实微生物可引起有机物的发酵和腐败，还研究了炭疽疫苗和狂犬病疫苗。任务2微生物的发展德国医生和细菌学家科赫（1843~1910）创立了用固体培养基划线分离纯种的方法和细菌染色技术，先后发现了炭疽芽胞杆菌、结核分枝杆菌和霍乱弧菌，得到了细菌性传染病病原的证实。1892年俄国学者伊凡诺夫斯基发现烟草花叶病毒等等。1901年美国科学家沃尔特里德（WalterReed）首先分离出黄热病毒。1929年英国人弗来明（1881~1955年）发现青霉菌产物青霉素能抑制金黄色葡萄球菌的生长，给感染性疾病的临床治疗带来了一次大的革命。任务2微生物的发展⒋微生物学的发展：

⑴微生物学的迅速发展：在分子水平上探讨基因结构的功能、致病的物质基础及诊断方法；发现新的病原菌、病毒、亚病毒。近年来，微生物学的发展主要表现在①人类免疫缺陷病毒HIV（艾滋病病毒）和朊粒的发现；②微生物的全基因组的研究已取得进展（致病基因发现和特定DNA序列）；③新型疫苗问世（基因工程技术制备的疫苗、核酸疫苗）；病的快速实验室诊断成为现实。任务2微生物的发展④诊断技术有了快速发展，如酶联免疫吸附测定（ELISA）快速检测抗原及抗体技术，简化了繁琐的微生物学检验步骤，特别是通过采用单克隆抗体，进一步提高了检测的特异性和灵敏性。目前已制备出许多诊断试剂盒，其中病毒快速诊断试剂盒的广泛应用，使过去长期难以实现的病毒病的快速实验室诊断成为现实。⑤新的抗菌和抗病毒药物的研究有了突破性进展；在医学微生物学的学科发展中，有近60位科学家因有突出贡献而荣获诺贝尔奖。我国学者也为此作出了重大贡献，如黄祯祥、汤非凡、朱既明等，在病原微生物研究和预防医学方面取得了巨大的成就。任务2微生物的发展⑵我国微生物学的发展成果：①生产和应用方面：应用于食品、酿制、皮革、纺织、石油、化工、冶金、三废处理、环保等方面；生产药物、食用饮料蛋白（单细胞蛋白）、植物生长刺激素、农药（防虫制剂）和生物制品；单克隆抗体。②药学微生物学仍面临世界先进技术的挑战：如新型病毒和疾病对人类健康带来巨大的威胁，因此对病原体和传染病的研究要不断跟进，应对公共危机的疫苗和药物的研发刻不容缓等。任务2微生物的发展⑶微生物学发展的美好前景：①微生物学的研究向着分子方面推进，如微生物代谢类型、途径及调控，遗传、变异和进化，感染和免疫等。②新的学科正在形成，如真菌毒素学，细菌质粒学，微生物酶学，微生物生物转化学等。③微生物学与其他学科的交叉和融合，形成了新的边缘学科，具有旺盛的生命力，如分析微生物学，微生物数值分类学、微生物地球化学等。④新技术，新方法在微生物学中的广泛应用，如同位素标记技术，电子显微镜技术，电泳技术，新型微生物培养技术等。任务2微生物的发展三、免疫学：㈠免疫及免疫学的概念：⒈免疫：机体识别和排斥抗原性异物的一种生理功能。⒉免疫学：研究免疫系统的结构与功能，探索其对机体有益的防卫功能和有害的病理作用及其机制的科学。㈡免疫学的发展：在显微镜问世之前，人类并不知道微生物的存在，更不知道瘟疫是病原微生物感染造成的，但人类社会一直与瘟疫进行着抗争，早在公元十一世纪，我国就有关于吸入天花痂粉可以预防天花的传说。公元十六世纪我国人民在长期防治天花的实践中证实了用人痘痂皮接种预防天花的方法。

任务2微生物的发展1796年，英国医生琴纳（Jenner）发明牛痘苗，这一划时代的发明为人类最终消灭天花作出了重要贡献。1891年，德国学者贝林（Behring）应用白喉抗毒素治疗白喉获得成功，由此引起科学家们从血清中寻找杀菌物质，推动了血清学的发展，逐步形成了抗原与抗体的概念。这一时期对抗感染性疾病的研究，使得当时人类对免疫的认识局限在抗感染免疫的范围内，但随着对更多免疫现象的研究，人类对传统的免疫概念逐渐产生了动摇。二十世纪初，欧立希合成了治疗梅毒的化学疗剂（砷凡纳明、新砷凡纳明），开创了化学治疗的新时期。1929年，英国细菌学家弗莱明（Fleming）发现了青霉素，并于二十世纪四十年代用于临床。随后美国瓦克斯曼（Waksman）任务2微生物的发展等相继发现了链霉素、氯霉素、金霉素和土霉素，从而开创了抗生素时代。1957年，伯内特（Burnet）提出了著名的抗体生成的克隆选择学说，为免疫生物学的发展奠定了理论基础，对免疫学的发展起到了推动作用。在此时期免疫学家相继发现和证实了获得性免疫耐受现象，研究并阐明了抗体的四肽链结构，发现了免疫应答基因、主要组织相容性复合体等。二十世纪七十年代，免疫学进入现代免疫学的发展时期。免疫学家进一步探索了免疫应答的规律，澄清了抗原受体和抗体分子多样性机制、免疫识别和免疫细胞相互作用的分子基础与机制及免疫细胞发育、分化与活化的机制。各种新的免疫技术相继建立，如单克隆抗体技术、细胞融合任务2微生物的发展技术、T细胞克隆技术等。免疫学正从深度和高度两个方面迅速地发展，成为生命科学的前沿学科，并且在应用领域取得一系列的重要成就。免疫学、生物化学、遗传学、细胞生物学、分子生物学等学科的发展和色谱分析、免疫标记、电子显微镜（电镜）计算机等新技术的应用，大大促进了微生物学的发展。人类对微生物的研究已进入超微结构，这些分子水平的研究进展使人类对微生物的致病性、致病机制、耐药机制、病原体的诊断及防治措施的改进产生了深刻的影响。总之，免疫学和微生物学的飞速发展为造福人类作出了巨大贡献。任务2微生物的发展四、微生物学与免疫学研究的内容和任务：㈠微生物的形态结构、生命活动规律：㈡如何利用有益微生物生产各种产品：㈢如何控制有害微生物，防止对人类造成危害：控制和消灭传染病，保障人民健康。㈣免疫学基础知识：㈤免疫学反应与标记技术以及免疫学方法和应用：任务2微生物的发展要继续加强以下研究①加强传染性疾病和感染性疾病的病原学研究，②深入开展病原微生物的生物学特性及其致病机制的研究，③研制并开发免疫原性好、副作用小的新型疫苗。④研究特异、灵敏、简便、快速的微生物学诊断技术。任务3常用洗涤剂的配制常用的洗涤液主要分为以下几种：（1）合成洗涤液：市面有售，使用方便，去污力强，应用范围广，是最常用的洗涤剂。使用时配成1%~2%的水溶液，用毛刷蘸取刷洗。（2）铬酸洗液：由重铬酸钾和浓H2SO4配制而成，具强氧化性及强酸性，凡能溶于酸和可被氧化的物质，均可用其去除。配方分浓、稀两种，其配方如表2-2所示。浓配方重铬酸钾40g蒸馏水160ml浓H2SO4500ml稀配方重铬酸钾50g蒸馏水850ml浓H2SO4100ml表2-2常用洗涤剂配方任务3常用洗涤剂的配制（3）乙二胺四乙酸二钠溶液（EDTA-Na2）：用0.2mol/L的EDTA-Na2溶液加热煮沸可洗脱附着于玻璃仪器内壁之白色沉淀物（Ca2+、Mg2+盐类）和不易溶解的重金属盐类。（4）7.5mol/L尿素洗液：尿素洗液对蛋白质有较好的清洗能力。任务3常用洗涤剂的配制一、实验目的与要求（1）了解微生物实训中常用的几种洗涤剂的洗涤原理。（2）掌握铬酸洗液的配制方法。二、实验内容铬酸洗液的配制：（1）用粗天平称取重铬酸钾，量筒量取水和硫酸。（2）将重铬酸钾用蒸馏水溶解，可加热助溶。（3）冷却倒入一个耐酸的磁缸内，缓慢加入浓硫酸，边加边搅，以免产生高热。三、思考题如何进行铬酸洗液的配制？任务4玻璃器皿的洗涤、干燥和包扎清