农业微生物学课件.ppt

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1、微生物学,吴毅歆 5228221,每张纸币带细菌900万个；商场购物车把手的细菌含量高居首位，10平方厘米就聚集了1100单位的菌群；其次公交车上的手柄细菌含量为380个单位。细菌数亿/g土壤，土壤中的细菌总重量估计为：10034 10 12 吨；,微生物的海洋,电话上每平方英寸细菌25000个电脑键盘每平方英寸细菌3300个鼠标每平方英寸细菌1700个,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；,每个喷嚏的飞沫含4500-150000个细菌

2、，重感冒患者为8500万；,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？,少数微生物是人类的敌人！,天花:出现时间 846年15-20天死亡率高达30 天花病毒鼠疫:出现时间公元6世纪由鼠的寄生虫跳蚤传播给人,死亡率高达30-100鼠疫杆菌霍乱:出现时间 18世纪死亡率高达30-100霍乱弧菌,艾滋病（AIDS）：出现时间 1980年死亡率61疯牛病：出现时间 1985年传播动物牛，人消化道是主要传染途径，死亡率100禽流感：出现时间 1997年传播动物鸡、鸭、鸽子等，死亡率33.3,SARS甲型H1N1流感,物质循环；,微生物也是人类的朋友！,体内的正常

3、菌群是人及动物健康的基本保证；,有用物质的生产；,基因工程为代表的现代生物技术的发展也是微生物对人类作出的又一重大贡献。,面包、奶酪、啤酒、抗生素、疫苗、维生素、酶等,帮助消化、提供必需的营养物质、组成生理屏障;,“在近代科学中，对人类福利最大的一门科学，要算是微生物学了。”, 日本学者尾形学在“家畜微生物学”（1977）,可以说，微生物与人类关系的重要性，你怎么强调都不过分，微生物是一把十分锋利的双刃剑，它们在给人类带来巨大利益的同时也带来“残忍”的破坏。它给人类带来的利益不仅是享受，而且实际上涉及到人类的生存。,一、什么是微生物二、微生物学的发展史三、微生物学研究的重要意义,绪论,一、什么

4、是微生物？,（一）什么是微生物 (1) 定义 微生物 ( microoganism )通常是指那些微小、简单、肉眼难以观察的生物。 特点,小 个体微小简 构造简单低 进化地位低,微生物在生命世界的位置,原核生物界,原生生物界,真菌界,共同祖先,细菌域,a,生物五界分类系统图示,原核生物界,原生生物界,真菌界,共同祖先,细菌域,b,原核生物界,原生生物界,植物界,真菌界,动物界,共同祖先,细菌域,古菌域,真核生物域,生物三域分类系统图示,微生物,古菌（Archaea）细菌（Bacteria）,真菌（酵母、霉菌、蕈菌等） 单细胞藻类 原生动物等,非细胞型 病毒、亚病毒（类病毒、朊病毒、 拟病毒 ）

5、,细胞型,原核生物,真核生物（Eucarya）,(2)种类,放线菌、蓝细菌、衣原体、支原体、立克次氏体等,（二）微生物的五大共性 （小、多、快、强、广）,（1）体积小，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,单位：um(10-6 m)或nm(10-9m),微生物的体积大小,体积小 面积大,个体小,微生物与其它生物种类的体积比较,动物的模式细胞,动物细胞核,细菌,病毒,动物、植物和微生物个体大小尺度范围,体积小 面积大,个体小,火星陨石中发现的细菌化石（直径 10 nm）,德国科学家H. N. Schulz等1999年在纳米比亚海岸的海底沉积

6、物中发现的一种硫磺细菌（sulfur bacterium），其大小可达0.75 mm，Thiomargarita namibiensis，-“纳米比亚硫磺珍珠”,比表面值大,扩大了吸收面、排泄面物质、能量、信息交换,表面积/体积=比表面积,600/1000,6/1,体积小 面积大,任何物体被分割得越细，其单位体积所占的表面积就越大；人比表面值=1；大肠杆菌比表面值=30万。,吸收多，转化快,微生物吸收和转化物质的能力比动物、植物要高很多倍。1.胃口大 在合适的环境下，大肠杆菌每小时内可消耗其自重 2000 倍的乳糖。,2.食谱广 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！

7、,意义,1. 为生长提供了充足的物质基础 2. 发挥“活的化工厂”的作用,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,生长旺，繁殖速,大肠杆菌在合适的生长条件下：12.520分钟 繁殖1代每小时 分裂3代，由1个变成8个经24小时 分裂72代，重约4722吨经48小时 可产生2.21043个后代,地球重的4000倍,微生物代时及每日增殖率,1.发酵工业，周期短，生产效率高；2.使科研周期大大缩短,效率提高, 经费减少,意义,适应强，易变异,适应强微生物有极其灵活的适应性，这是高等动植物无法比拟。耐0196低

8、温 耐250300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,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：10-5 10-10,适应强，易变异,易变异,青霉素的使用剂量：1940年: 输液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,有利面 生产实践中，获得优良特性的变种,不利面 菌株耐药性,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,种类多，分布广,微生物的微观性研究手段的

9、限制分离培养的局限,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,种类多，分布广,二、微生物学的发展,（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的学科，是生命科学中重要的基础学科之一。（2）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，包括繁殖方式。-第一章、第五章、第六章、第七章 微生物生理学：微生物的营养机制、能量代谢，在自然界元素特别是植物营养元素在生物循环中的作用。-第二章 微生物遗传学:了解微生物遗传信息传递过程的特殊性以及细菌基因重组

10、的不同方式。-第三章 微生物生态学：了解微生物在自然界的分布，与植物、动物的相互关系。-第八章,该课程有利于学生全面、系统地理解微生物学的基本知识和基本理论，掌握微生物的基本操作技能，初步具有分析和解决有关实际问题的能力；,同时也为后继专业课：细胞生物学、分子生物学、酶工程、发酵工程学习打下良好的基础。,（3）微生物学的发展,微生物学的史前时期，即古代劳动人民对微生物的利用时期（17世纪以前）微生物学的初创时期-形态学时期（17世纪后期-19世纪初期）微生物学的奠基时期-生理生化时期（ 19世纪初期- 19世纪未期）微生物学的发展时期（20世纪初期- 20世纪中期）微生物学的成熟期（20世纪4

11、0年代至今）与微生物学相关的诺贝尔奖获得,史前期、初创期、奠基期、发展期、成熟期,一、史前时期（直观应用时期）,1676年以前未发现微生物个体尤其是细菌细胞的漫长时期代表人物和主要成就：我国劳动人民的酿酒制曲技术对传染病及其规律的认识,二、初创时期（形态学发展时期）,1676年列文虎克用自制的单式显微镜观察细菌个体1861年（近200年）。代表人物和主要成就：列文虎克,1590年 荷兰人詹森兄弟制作了第一台显微镜。1664年 英国人罗伯特.胡克用自制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。,荷兰商人-列文.虎克1676年用自制的单式显微镜观察雨水、污水、腐败肉汁等物质，看到了球状、

12、杆状、螺旋状的细菌以及原生动物等微生物，并绘制成图。,419架 266倍 400篇,微生物学先驱者,列文虎克向英国皇家学会的信中对细菌形态的描绘,A、C、F、Q： 杆 菌E：球 菌H： 球菌的聚集体,法国人巴斯德（Louis Pasteur） （18221895）,德国人柯赫（Robert Koch）（ 18431910）,三、奠基时期（生理学发展时期）,1861 年巴斯德通过曲颈瓶实验推翻了生命的自然发生说并创立种胚学说 1897年代表人物：,1.巴斯德,(1) 证实发酵是由微生物引起的,(2) 否定微生物自然发生说，建立种胚学说,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

13、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。,微生物学奠基人,微生物学之父，法国著名化学家，微生物学家，毕业于巴黎高等师范学院，当时被称为法兰西的英雄。,(3)发明制造疫苗和预防接种方法,鸡霍乱菌苗,狂犬疫苗,(4)发明巴氏消毒法,6065作短时间加热处理，杀死有害微生物,2.德国医生柯赫,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,细菌学奠基人,2.德国医生柯赫,（2）对病原细菌的研究作出了突出的贡献：,a) 具

14、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),1.从动植物的患者体内分离出病原物2.进行纯培养3.回接到同样类型的动植物体，引起同样的病症4.再分离得到与第二步一致的菌系,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,生理生化时期19世纪出现改良的显微镜：现代光学显微镜1748年 英国传教士尼达姆（John Needham）“微生物自生说” 1865年 李斯特 创立外科消毒术1909年欧利希 (Ehrilich )用化学制剂控制梅毒1929年 弗来明（Fleming）发现青霉素1944年 瓦克斯曼（Wakesman ）土壤放

15、线菌中找到了链霉素,特点：a建立了一系列研究方法和技术：巴氏消毒法，过滤除菌，预防疾病的接种，外科消毒术，柯赫氏法则b 借助于良好的方法开创了寻找病原微生物的黄金时代-第一个“淘金热”c 微生物学的研究从形态描述到生理学研究的水平 d 开始客观地以辩证唯物主义的“实践理论实践”的思想指导科学实验（从实践中总结规律，用于指导实践） e 分支学科形成，如 细菌学，酿造学，植物病理学，土壤微生物学,四、发展时期（生物化学水平）,1897年德国人毕希纳 E.Buchner用无细胞酵母菌压榨汁中的酒化酶 对葡萄糖进行发酵成功，开创微生物生化研究的新时代。,酵母细胞,石英砂研磨,过 滤,滤液,葡萄糖,酵母

16、细胞,酒精、CO2,特点： 微生物学的研究进入生化水平，发现维生素、抗生素、酶、基因（一个基因一个酶学说的提出，基因连锁，有性生殖、细菌质粒F因子的发现） 应用分支学科的形成：抗生素学 出现寻找各种有益微生物代谢产物热潮 分支学科开始综合形成普通微生物学 各学科相互渗透、相互促进，如 遗传学、生物化学，16人次获诺贝尔奖,五、成熟时期（分子水平）,1953年4月25日J.D.Watson和H.C. Crick在英国的Nature杂志上发表了DNA的双螺旋模型，从而将微生物学的研究推进到分子生物学阶段特点： 微生物学发展成为热门的前沿学科 在基础理论的研究方面，微生物成为分子生物学的主要研究对象

17、 在应用方面，至70年代初，有关发酵工程的研究已与遗传工程、细胞工程和酶工程紧密结合，微生物成为新兴的生物工程中的主角，24人12次获诺贝尔奖,分子生物学期,1928年 Griffith 的细菌转化实验，1952年Hershey-Chase的噬菌体感染实验，1956年Frankel-Conrat烟草花叶病毒的重建实验，证明了核酸是遗传的物质基础； 1953年 Watson、Crick 提出DNA双螺旋结构 1961-66年 Holley 等阐明遗传密码 1973年 Boyer 和Cohen首次报到细菌基因经体外人工重组后转入细菌内能复制表达-遗传工程问世 1975年 Milstein 等建立生

18、产单克隆抗体技术 1988年 Mullis，建立PCR技术 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2010年5月21日出版的Science杂志上，报道了178个细菌基因组序列分析,三、微生物学研究的重要意义,(一)微生物的作用 1. 微生物与粮食 提高土壤肥力促进粮食增产改进作物特性（如构建固氮植物）防治粮食作物的病虫害防止粮食霉腐变质把多余粮食转化为糖单细胞蛋白(酵母、小球藻、螺旋藻和丝状真菌)各种饮料调味品,2 微生物与能源 把纤维素转化成乙醇；利用产甲烷菌把可再生资源转化成甲烷；利用光合细菌、蓝细菌或厌氧梭菌等微生物生产“清洁能源

19、” - 氢气；通过微生物发酵产气或其代谢产物来提高石油采收率（黄原胶：水溶性胶体多糖，具增粘、稳定、互溶等优良特性，用它作为注水增稠剂，注入油层驱油；也可作为钻井粘滑剂，同时可脱去石油中的石蜡，改善成品的品质）；研制微生物电池使之实用化。,3. 微生物与资源 各种化工原料（乙醇、丙醇、丁醇、乙酸、甘油、乳酸、苹果酸等）轻工原料（水杨酸、乌头酸、丙烯酸、已二酸、丙烯酸、长链脂肪酸、亚麻酸油和聚羟基丁酸酯（ PHB ），等等）制药原料金属矿藏资源 由于发酵工程具有代谢产物种类多、原料来源广、能源消耗低、经济效益高和环境污染少等优点，故必将逐步取代目前需高温、高压、能耗大和“三废”严重的化学工业。,

20、利用微生物肥料、微生物杀虫剂或农用抗生素来取代会造成环境恶化的各种化学肥料或化学农药；利用微生物生产的PHB（聚羟基丁酸酯）制造易降解的医用塑料制品以减少环境污染；利用微生物来净化生活污水和有毒工业污水；利用微生物技术来监察环境的污染度；利用EMB伊红美蓝培养来检查饮水的肠道病原菌。,4.微生物与环境保护,利用微生物改善环境,土壤改良剂内含丰富有机酶(酵素), 这些有机酵素是从有益微生物菌提炼产生, 可让农作物直接吸收。在农作物从土壤中吸收有机酶(酵素)及矿物质后, 农作物将充满活力及发育成长。 微生物菌可分解土壤中沉积的化学盐, 这些化学盐是因农地长期过量使用化肥所造成，去除沉积的化学盐可松

21、软土壤, 使水份能更深入土壤, 增加土壤的保水性, 解除土壤的板结问题, 增加农作物根部发育。,土壤改良,污水处理,5. 微生物与人类健康 疫苗、类毒素抗生素胰岛素、干扰素和白细胞介素,(二) 微生物学的应用前景 1 作为生命科学的研究材料。 2 生物生产与动植物生产并列为生物产业的三大支柱。 在工业中许多产品利用微生物来生产，如各种生物活性物质 ( 抗生素等 ) 、化工原料 ( 酒精等 ) 。 微生物在农业生产中也有着多方面的作用。 微生物在食品加工中有广泛用途，发酵食品和许多调味品都离不开微生物。 3 微生物是消除污染、净化环境的重要手段。,分解者微生物,消费者动物,环境土壤、空气、水,生

22、产者植物（包括部分微生物）,微生物在生态系统中的地位：,分解者，部分生产者,4 与高等动植物相比，已知微生物种类只是估计存在数量的很小一部分 。可以想像，既然对少数已知微生物的研究就已为人类作出了重要贡献，通过对多样性微生物的开发必然会为社会带来巨大利益。5 生物学事业方兴未艾微生物基因组学研究将全面展开，以微生物之间、微生物与其他生物、微生物与环境的相互作用为主要内容的微生物生态学、环境微生物学、细胞微生物学将在基因组信息基础上获得长足发展。,四 微生物学与现代生物技术的关系,什么是生物技术生物技术与微生物学的关系,什么是生物技术,生物技术也称生物工程，是指人们以现代生命科学为基础，结合先进

23、的工程技术手段和其他基础学科的科学原理，按照预先的设计生物体或加工生物原料，为人类生产出需要产品或达到某种目的。 先进的工程技术手段是指基因工程、细胞工程、发酵工程、蛋白质和酶工程等新技术。,在基因工程中的基因获得、基因拼接、扩展以至转移、表达等一系列过程，均离不开微生物学的工作。,基因工程 实质上就DNA重组技术。基因获得基因拼接扩展转移表达,微生物在基因工程中的重要作用,微生物学的学习方法,微生物学是一门实践性很强的学科广泛阅读兴趣主动 鼓励自学!微生物学实验创新,本课程的学习参考资料,1、参考书：,中国微生物学会：http:/中国科学院微生物研究所： http:/生物谷： http:/微

24、生物学-生命经纬： http:/中国农业大学微生物系： http:/华中农业大学微生物学： http:/武汉大学微生物教学网站： http:/202.114.65.51/fzjx/wsw/,本课程的学习参考资料,2、网上与微生物学相关的知识,微生物学通报微生物学杂科学生命的科学,3、参考杂志,课时安排,理论课：33学时实验课：15学时,学习微生物学课程的评价方法,期末考试成绩 70%实验表现及动手能力 25% 课后作业 思考题 自学课堂表现与 Presentation 5% 复习已学知识 出勤率,小结,1. 什么叫微生物? 有何特点? 其主要类群由哪些?2. 微生物学的发展史分为几个时期? 代表人是谁? 主要成就有哪些? 各时期的特点如何?3. 试述列文虎克、巴斯德和科赫在微生物学发展史上的杰出贡献。 4. 微生物的五大共性是什么?5. 试述微生物学在生命科学中的重要地位。 6. 你认为现代微生物学的发展有哪些趋势？ 7. 你认为微生物学的哪些方面可以继续研究以对生命科学作出贡献？ 8. 试就微生物在工业、农业、医药、食品等方面的应用作一简要介绍。,