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1、郭端强,微生物学,Biology of microorganisms,绪 论,一、什么是微生物二、人类对微生物世界的认识史三、 微生物学的发展促进了人类的进步四、 微生物的五大共性五 、微生物学及其分科,一、什么是微生物,微生物（Microorganism）通常是一切不借助显微镜用肉眼看不见或看不清的微小生物的总称；包括病毒、细菌、真菌、原生动物、和显微藻类。,nm,m,m,微生物的种类,具有细胞结构的微生物,没有细胞结构的微生物：病毒,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
2、，每克粪便的细菌总数为：1000亿个；,微生物无处不在，我们无时不生活在“微生物的海洋”中。,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；,二、人类对微生物世界的认识史,（一）一个难以认识的微生物世界,微生物无处不在，我们无时不生活在“微生物的海洋”中。,二、人类对微生物世界的认识史,（一）一个难以认识的微生物世界,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间很难被人认识,鼠疫；天花；梅毒；小儿麻痹症；肺结核；麻疯病；感冒；脑膜炎；艾滋病；疯牛病；埃博拉病毒；非典禽流感,朦胧阶段（史前期）形态描述阶段（初创期）生理水平研究阶段（奠
3、基期）生化水平研究阶段（发展期）分子生物学发展阶段（成熟期）,（二）微生物学发展史,二、人类对微生物世界的认识史,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”；公元九世纪痘苗预防天花；,二、人类对微生物世界的认识史,（二）微生物学发展史史前期,1664年，英国人虎克（Robert Hooke）曾用原始的显微镜对生长在皮革表面及蔷薇枯叶上的霉菌进行观察。,1676年，
4、微生物学的先驱荷兰人列文虎克（Antony van leeuwenhoek）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。,（二）微生物学的发展史初创期,（二）微生物学的发展史奠基期,法国人巴斯德（Louis Pasteur） （18221895）,德国人柯赫（Robert Koch）（ 18431910）,1.巴斯德,(1) 发现并证实发酵是由微生物引起的；,(2)巴斯德消毒法,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”,6065作短时间加热处理，杀死有害微生物P175 。,(3) 免疫学预防接种,首次制成狂犬疫苗,(4
5、) 彻底否定了“自然发生”学说；,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,Louis Pasteur (1822-1895),曲颈瓶实验,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多种微生物的培养,c）流动蒸汽灭菌,d）染色观察和显微摄影,Robert Koch (1843-1910),（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
6、病病原体的基本法则 著名的柯赫法则,柯赫氏法则(Koch postulates）,从动植物的患者体内分离出病原物 进行纯培养 回接到同样类型的动植物体，引起 同样的病症 再分离得到与第二步一致的菌系,三、微生物学的发展促进了人类的进步,微生物与医药卫生,微生物与工业,微生物与农业,微生物与环境保护,微生物学与生物技术,用“工程菌”生产药物,干 扰 素脑 菲 肽胰 岛 素乙肝疫苗众多抗生素各种单克隆抗体免疫血清,微生物与医药卫生,微生物与工业,酶 工 业氨基酸工业有机酸工业新材料开发生 物 化 工,什么是（Biotechnology）？,生物技术 biotechnology,商品生产,改造物种,
7、常规菌(或常规细胞株) 基因工程 细胞工程“工程菌”或“工程细胞株”, 微生物工程 酶工程 生物反应器工程 经济效益 大量产品 社会效益 生态效益,微生物与饮食、调味品,酱，酱油，豆豉,食 用 醋,发酵饮料,味 精,发酵面食,食药用菌,食用色素,食品添加剂,淹渍蔬菜,微生物与农业,微生物饲料农用抗菌素生物农药生物菌肥微生物能源,微生物饲料 菌体蛋白饲料 饲料酵母 维生素饲料 发酵饲料 青贮饲料,农用抗菌素 某些微生物能够产生具有抑制或杀死植物病原菌的物质,该物质称农用抗菌素。,生物农药,细菌农药,真菌农药,病毒农药,生物菌肥 主要是根瘤菌肥即含固氮菌活菌的肥料。,微生物与环保,微生物处理腈纶废
8、水的塔式滤池,分解者微生物,消费者动物,环境土壤、空气、水,生产者植物（包括部分微生物）,微生物在生态系统中的地位：,微生物学与生命科学基础理论研究的关系,自然发生说的否定糖酵解机制基因与酶关系的发现突变本质的阐明遗传物质基础的证明操纵子学说的提出遗传密码的揭示基因工程的开创PCR技术的建立真核细胞内共生学说的建立生物三域理论的创建,模式生物：生物学家通过对选定的生物物种进行科学研究，用于揭示某种具有普遍规律的生命现象，此时，这种被选定的生物物种就是模式生物。比如，孟德尔在揭示生物界遗传规律时选用豌豆作为实验材料，而摩根选用果蝇作为实验材料，在他们的研究中，豌豆和果蝇就是研究生物体遗传规律的模
9、式生物。,微生物学与生命科学基础理论研究的关系,粗糙脉胞菌/红色面包霉 Neurospora crassa大肠埃希氏菌 Escherichia coli酿酒酵母 Saccharomyces cerevisiae,方法学上的贡献显微镜及染色消毒、灭菌无菌操作纯种分离、培养合成培养基深层液体培养菌种保藏,四、微生物的五大共性,（一）体积小、面积大（二）吸收多、转化快（三）生长旺、繁殖快（四）适应强、易变异（五）分布广、种类多,（一）体积小、面积大,测量单位：微米或钠米,固氮菌,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（sulfur bacteri
10、um），其大小可达0.75 mm，Thiomargarita namibiensis，-“纳米比亚硫磺珍珠”,体积小、面积大,科学家研究发现微生物吸收和转化物质的能力比动物、植物要高很多倍，如在合适的环境下，Escherichia coli每小时内可消耗其自重2000倍的乳糖。Candidautilis(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，微生物的这个特性为它们的高速生长繁殖和产生大量代谢产物提供了充分的物质基础，从而使微生物有可能更好地发挥“活的化工厂”的作用，人类对微生物的利用主要体现在它们的生物化学转化能力上。,（二）吸收多、转化快,（三）生长旺、繁殖快
11、,24小时后： 4722366500万亿个后代，重量达到：4722吨48小时后：2.2 10 43个后代，重量达到2.2 10 25 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500 kg的食用公牛，24小时生产 0.5 kg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 50000 kg优质蛋白质。,由于条件的限制，细菌的指数分裂速度只能维持数小时，而在液体培养基中，细菌细胞的浓度一般仅能达到108-109个/ml。微生物的这一特性在发酵工业上体现在：生产效率高、发酵周期短。在生物学基本理论的研究上的
12、优越性：科研周期大大缩短、经费减少、效率提高。当然，对于危害人、畜和植物等的病原微生物或使物品发霉的微生物来说，它们的这个特性就会给人类带来极大的麻烦甚至严重的祸害，因而需要认真对待。,（四）适应强、易变异,抗热：有的细菌能在265个大气压，250 的条件下生长； 自然界中细菌生长的最高温度可以达到113 ； 有些细菌的芽孢，需加热煮沸8小时才被杀死；,抗寒：有些微生物可以在12 30的低温生长；,抗酸碱：细菌能耐受并生长的pH范围：pH 0.5 13；,耐渗透压：蜜饯、腌制品，饱和盐水（NaCl, 32%)中 都有微生物生长；,抗压力：有些细菌可在1400个大气压下生长；,世界上最古老的活细
13、菌（芽孢）：2.5亿年Nature 407, 897 - 900 (2000),（四）适应强、易变异,个体小、结构简、且多与外界环境直接接触 繁殖快、 数量多,短时间内产生大量的变异后代,突变率：一般10-5 10-10,（四）适应强、易变异,青霉素的生产：,20单位/ ml（1943）,50000单位/ ml,（四）适应强、易变异,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！生物圈上下限的开拓者、各项生存纪录的保持着,（五）分布广、种类多,物种的多样性 生理代谢类型的多样性 代谢产物的多样性 遗传基因的多样性 生态类型的多样性,（五）分布广、种类多,物种的多样性,生
14、理代谢类型的多样性 分解地球上丰富的初级有机物产能方式多样生物固氮合成次生代谢产物生物转化分解有毒物质抵抗极端环境等,（五）分布广、种类多,代谢产物的多样性,（五）分布广、种类多,遗传基因的多样性 P195 7-2,从永冻冰层分离微生物,生态类型的多样性,南极Vostok湖冰芯样品中的微生物,生态类型的多样性,五、微生物学及其分科,（1）什么是微生物学 微生物学（Microbiology）是研究微生物生命活动规律及其应用的学科。（2）微生物学的根本任务 发掘、利用、改善和保护有益微生物 消灭或改造有害微生物,（3）微生物学的主要内容 微生物形态学：认识主要微生物类群的个体形态、群体特征，包括繁
15、殖方式。-第一章、第二章、第三章 微生物生理学：微生物的营养机制、新陈代谢、生长及其控制。-第四章、第五章、第六章 微生物遗传学:微生物遗传信息传递过程的特殊性以及细菌基因重组的不同方式。-第七章 微生物生态学：微生物在自然界的分布，与植物、动物的相互关系。-第八章 微生物分类学：微生物的分类地位及常用的分类方法。 -第十章,学习本课程的主要参考书,参考教学网站（课件）,1.武汉大学微生物学教学网站2.江南大学微生物学教学网站3.华中农业大学微生物学微生物教学网站 4.长春师范学院微生物学网络课程5.华南师范大学微生物学教学网站 6.安徽科技学院微生物学网站 7.江西农业大学精品课程8.西北农林科技大学微生物学教学网站9.山东大学生命科学院微生物学教学网站,本节回顾,一、什么是微生物二、人类对微生物世界的认识史三、 微生物学的发展促进了人类的进步四、 微生物的五大共性五 、微生物学及其分科,Thank you !,
