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1、微生物与人类共舞，福兮?祸兮？,微生物是人类的朋友;,微生物是自然界物质循环的关键环节,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、药物、疫苗、面包、奶酪、啤酒,基因工程为代表的现代生物技术,微生物与人类可持续发展,当前人类正面临着多种危机，如粮食危机、能源匮乏、生态恶化和人口爆炸等。,人类进入21世纪后，遇到从利用有限的矿物资源时代过渡到利用无限的生物资源时代而产生的一系列的新问题。,由于微生物具有五大特点，使得它们能够在解决人类面临的各种危机中发挥其不可替代的独特作用。,人口爆炸,人口爆炸”定义：,“
2、人口爆炸” ,是社会学家用来描叙20世纪出现的世界人口急剧增长情况的词汇,它十分形象地反映出近100多年来世界人口猛增的现象。,从地球上有人类开始,人口数量始终是不停地增长着,而且增长的速度不断加快。,公元初年时,全球的人口也就是2亿到3亿,目前已超过了60亿。在约两千年的时间里,世界人口增长了20多倍,现在每年还要增加8600万。,计算：世界人口每增加10亿所用的时间。,环境限制性意义：由于世界人口的急剧增长,社会经济发展对资源的需求与日俱增。,虽然在人类社会发展过程中,自然资源的种类、数量、规模、范围都在不断增加，但是，自然资源终究是有限的。,人类与自然资源之间，应当建立良性循环关系，以实
3、现自然资源的持续利用。,如果我国的人口现在不是13亿，而是7亿，我国的经济、环境状况会如何？,微生物细胞不仅是一个比面值大、生化转化能力强、能进行快速自我复制的生命系统，而且它们还具有物种、遗传、代谢和生态类型的多样性（五大特点），使得它们能够在解决人类面临的各种危机中发挥其不可替代的独特作用。,1.微生物与粮食,粮食生产是全人类生存中至关重要的大事。,提高土壤肥力、改进作物特性（如构建固氮植物）、促进粮食增产、防治粮食作物的病虫害、防止粮食霉腐变质以及把多余粮食转化为糖、单细胞蛋白、各种饮料和调味品等。,微生物肥料,微生物肥料提供的是能固氮、解磷、解钾等有益微生物，这些活的微生物能在植物根际
4、生长、繁殖。,3）通过有益微生物在根际大量繁殖，产生粘多糖，与植物分泌的粘液及矿物胶体、有机胶体相结合，形成土壤团粒结构，增进土壤蓄肥、保水能力。,2）分泌生长素、细胞分裂素、赤霉素、吲哚酸等植物激素，促进作物生长，调控作物代谢，按遗传密码建造优质产品。,微生物肥料可使农产品增产12%至20%。,微生物可以提高肥料的利用率。传统化肥的平均利用率仅有20%-30%，磷肥的利用率为10%-20%，钾肥的利用率为40%，而微生物肥料的利用率要高于这个数字。,降低农药残留 近年来，以癌症和亚健康现象为代表的“食源性疾病”的增加，与环境污染和食品药物残留超标有直接原因，“微生物肥料不仅本身无毒无害，还能
5、起到净化、修复土壤的作用”。,固氮菌和根瘤菌,固氮菌：在培养条件下，每消耗1克碳水化合物约能固定10毫克氮素。,根瘤菌(root nodule bacteria)是与豆科植物共生，形成根瘤并固定空气中的氮气供植物营养的一类杆状细菌。这种共生体系有强的固氮能力。,2微生物与能源,当前，化学能源日益枯竭问题严重困扰着世界各国。,微生物在能源生产上有其独特的优点：,把自然界蕴藏量丰富的纤维素转化成乙醇；,利用产甲烷菌把自然界蕴藏量最丰富的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”-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
6、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。,微生物电池： 燃料电池可以用氢、联氨、甲醇、甲醛、甲烷、乙烷等作燃料，以氧气、空气、双氧水等为氧化剂。 可利用微生物的生命活动产生的“电极活性物质”作为电池燃料，然后通过类似于燃料电池的办法，把化学能转换成电能，成为微生物电池。,作为微生物电池的电极活性物质，主要是氢、甲酸、氨等等。人们已发现不少能够产氢的细菌，其中属于化能异养菌的有三十多种，它们能够发酵糖类、醇类、有机酸等有机物，吸收其中的化学能来满足自身生命活动的需要，同时把另一部分的能量以氢气的形
7、式释放出来。 以这种氢作燃料，制出氢氧型的微生物电池。,同样，微生物也可从废水的有机物当中取得营养物质和能源，生产出电池所需要的燃料。,在密闭的宇宙飞船里，宇航员排出的尿怎么办？,美国宇航局：用微生物中的芽孢杆菌来处理尿，生产出氨气，以氨作电极活性物质，就得到了微生物电池，这样既处理了尿，又得到了电能； 一般在宇航条件下，每人每天排出22克尿，能得到47瓦电力。,3.微生物与资源,微生物能将可再生资源转化成各种化工、轻工和制药等工业原料。这些产品除了传统的乙醇、丙醇、丁醇、乙酸、甘油、乳酸、苹果酸等外，还可生产水杨酸、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）
8、等等。,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。,微生物采矿： 利用微生物发酵工程，人工制取大量细菌浸提剂，喷淋浸提池中的矿石，溶解矿石中的有用成分，然后从收集的浸提液中分离，浓缩和提纯有用的金属（湿法冶金技术）。 利用这一技术，可以提取包括金、银、铜、铀、锰、钼、锌、钴、钪等在内的十几种贵重金属和稀有金属。,微生物在金属矿藏资源的开发和利用上也有独特的作用。,4.微生物与环境保护,a.利用微生物技术来监察环境的污染度，如用艾姆氏法（鼠伤寒沙门氏菌，合成组氨酸基因缺失）检测环境中的“三
9、致（致癌、致畸、致突变）”物质，利用EMB培养来检查饮水的肠道病原菌等。,b.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；,c.利用微生物来净化生活污水、有毒工业污水和修复污染土壤；,d. 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；,微生物杀虫剂分为真菌、细菌和病毒杀虫剂三类：,真菌杀虫剂：利用白僵菌防治马铃薯甲虫、大豆食心虫、松毛虫和玉米螟；利用绿僵菌防治金龟子、孑孓；利用汤普森多毛菌防治柑橘锈螨；利用轮枝孢防治温室蚜虫；利用座壳孢防治粉虱和介壳虫等。,细菌杀虫剂：芽孢杆菌作杀虫剂，主要品种为苏云金杆菌，已广泛应用于农
10、作物、森林、粮仓和蚊蝇等的防治。苏云金杆菌有很多变种，其芽孢内含毒蛋白晶体，通称-内毒素,是杀虫的主要成分。当孢子进入害虫消化道后,毒素被活化,使害虫麻痹瘫痪而死。,寄生在农业害虫体内的病毒已发现约 200种，有些已被开发作为病毒杀虫剂。其中大多数属于杆状病毒的核多角体病毒，少数是颗粒体病毒。,病毒杀虫剂：,昆虫病毒有高度的专一寄生性,一种病毒只侵染一种昆虫,而对他种昆虫和人无害，因此不干扰生态环境。,已经小规模商品化的病毒杀虫剂多数用于防治鳞翅目害虫，例如棉铃虫、舞毒蛾、斜纹夜蛾、天幕毛虫、菜粉蝶等。,斜纹夜蛾病毒杀虫剂及甜菜夜蛾病毒杀虫剂：一种核型多角体病毒（NPV）,微生物杀虫剂与化学合
11、成杀虫剂相比，具有以下特点：,防治对象专一，选择性高;,药效作用较缓慢;,药效易受外界因素（温度、湿度、光照等）的影响；,对生态环境的影响小。这些特点使微生物杀虫剂成为适用于害虫综合防治的一类农药。,农用抗生素,由微生物发酵产生的具有农药效能的抗生素，按用途区分，有杀菌剂、杀虫剂、杀螨剂、除草剂和植物生长调节剂。,与化学合成农药相比，农用抗生素具有以下特点：,结构复杂；,活性高、用量小、选择性好；,易被生物或自然因素所分解，不在环境中积累或残留；,生产原料为淀粉、糖类等农产品，属于再生性能源；,采用发酵工程生产，同一套设备只要改变菌种即可生产不同的抗生素，生产菌大多是土壤中的放线菌，也有真菌和
12、细菌。,5.微生物与人类健康,微生物与人类健康有着密切的关系。,1. 各种微生物传染病构成了人类的主要疾病，而防治手段又是各种微生物产生的药物，尤其是抗生素。,2.遗传工程进一步扩大了微生物代谢产物的范围和品种，使由动物才能产生的胰岛素、干扰素和白细胞介素等高效药物转向由“工程菌”来生产。,3.与人类生殖、避孕等相关的甾体激素类药物也从化工生产转向微生物转化。,4. 一大批与人类健康、长寿有关的生物制品，如疫苗、类毒素等均是微生物产品。,类毒素:细菌外毒素经甲醛处理后，失去毒性而仍保留其免疫原性，能刺激机体产生保护性免疫的制剂。,常用的有白喉类毒素，破伤风类毒素。,在类毒素中加入磷酸铝或氢氧化
13、铝，即成吸附精制类毒素。在体内吸收较慢，能长时间刺激机体，使机体产生高滴度抗体，增强免疫效果。,类毒素在预防由外毒素引起的传染病中起重要作用，可用于人和动物的免疫接种，使其通过人工自动免疫获得抗病能力； 用来免疫动物，再从动物血液中提取含抗毒素的血清，将此抗血清注入人体后，可使人体通过被动免疫的方式，立即获得相应的特异性免疫力。,类毒素也可与死疫苗混合制成联合疫苗。 如“百、白、破”三联疫苗，是由百日咳死菌苗、白喉类毒素、破伤风类毒素混合制成，用于儿童，注射后可同时预防儿童易发的白喉、百日咳、破伤风三种疾病。,少数微生物也是人类的敌人：,埃博拉病毒,SARS,禽流感病毒,疯牛病,天花,鼠疫,A
14、IDS,引起灵长类产生埃博拉出血热的烈性传染病病毒，死亡率很高，50-90。,通过体液，如汗液、唾液或血液传染，潜伏期2周。,症状：突然出现高烧、头痛、咽喉疼、虚弱和肌肉疼痛，然后是呕吐、腹痛、腹泻，发病后的两周内，病毒外溢，人体内外出血、血液凝固、坏死的血液很快传及全身各个器官，最终出现口腔、鼻腔和肛门出血等症状，可在24小时内死亡。,（Ebola virus）:伊波拉病毒,埃博拉病毒,相关电影：伊波拉病毒,SARS,2003：非典型性肺炎（Atypical pneumonias）由支原体、衣原体、军团菌、立克次体、腺病毒以及其他一些不明微生物引起的肺炎。,典型肺炎：由肺炎链球菌等常见细菌引
15、起的大叶性肺炎或支气管肺炎。,通过空气飞沫和接触传播，起病急、传播快，病死率3.5。,冠状病毒,SARS的警告,禽流感（Avian influenza AIV ）,由A型流感病毒引起的禽类感染或疾病综合症，易在禽鸟间散播，使家禽大量死亡。,RNA病毒，易发生基因重组，当细胞感染两种不同流感病毒时，不同来源的基因节段包被在一起即可能形成新的毒粒 。,人兽共患的烈性传染病。死亡率：33.3%,世卫组织指出，目前的H5N1仅能通过禽类传染给人体，但易变种，必须防范它与人类的流行性感冒病毒株接触进行基因重组，突变出“人传人”的禽流感病毒。,禽流感一旦在人际传播，数亿人生命将受到威胁。,1997年，香港
16、发生全世界第一宗人类受H5型禽流感感染。香港政府屠宰150万只鸡。受影响的人数为18人，其中6人死亡。,1997年“禽流感事件”之后，作为香港主要的活鸡供应地，广东蒙受了近10亿元的经济损失。,2002年3月香港爆发了一波可能致命的禽流感H5 ，一处养鸡场饲养的鸡7,000只遭扑杀。,香港2002年2月1日爆发这波禽流感病毒疫情后，已扑杀了860,000只鸡，为补偿家禽养殖户的损失耗掉政府上亿元的港币。,发生疫情时期国家之间则实施家禽产品的禁运，严重影响贸易发展。,禽流感,从2003年至今，H5N1型禽流感病毒已在东南亚夺去63条生命。目前，禽流感疫情迅速扩散，最西已经蔓延到欧洲的克罗地亚以及
17、英国。,疯牛病：牛海绵状脑病（Bovine Spongiform Encephalopathy，BSE）,侵犯牛中枢神经系统的慢性致命性疾病，由朊病毒引起的一种亚急性海绵状脑病，还包括绵羊的痒病、人的克-雅氏病（Creutzfeldt-Jakob Syndrome ,CJD）（早老痴呆症）等。,疯牛病使人大脑组织出现小洞，整个大脑看起来像海绵一样，晚期导致严重的神经损伤、失语和失去行动能力。 死亡率：100%,1996年3月20日，英国政府宣布，英国20余名克-雅氏病患者与疯牛病传染有关，引起世界的震惊。 英国将疯牛病疫区的1100多万头同群牛屠宰处理，造成了约300亿美元的损失，引起了全球对
18、英国牛肉的恐慌。,非正常病毒，不含核酸的蛋白感染因子。主要成份是蛋白酶抗性蛋白，对蛋白酶具有抗性。易溶于去污剂、有致病力和不诱发抗体等特性，给诊断和防治带来麻烦。,朊病毒颗粒对一些理化因素的抵抗力之强，大大高于已知的各类微生物和寄生虫，其传染性强、危害性大的特性极不利于人类和动物的健康。,朊病毒跨物种传播后，毒性更强，潜伏期更短。,朊病毒对一般的物理化学因素高度抵抗，煮沸不能杀死，因此，疯牛病可能通过牛肉及牛肉制品传染给人类，从而引起人们的高度关注。,朊病毒：,医疗设备经过消毒仍能够携带朊病毒。,2000年3月5日英国泰晤士报报道出生的一名婴儿可能是世界上第一例通过母体感染疯牛病的患者。 事实
19、上，生产这名婴儿的孕妇已是疯牛病患者。,福尔人中的库鲁人，他们在上世纪60年代之前盛行人吃人，曾经在一年中吃掉了1100人。随后，库鲁人得了一种能够在人与人之间互相传播的脑性疾病疯牛病。,远古时代的穴居人由于同类相残，并且食用同类肉体，导致类似于今天疯牛病的一种致命疾病的蔓延，最终导致绝迹。,疯牛病的起源,黑死病(Black Death)：鼠疫杆菌,鼠疫杆菌,症状：腹股沟或腋下的淋巴肿块，然后，胳膊和大腿以及身体其他部分会出现青黑色的疱疹，3-4天内死去。,传播:两种方式，1）昆虫叮咬；2）空运。患者从最初到死亡很少能超过3、4天，期间有高烧、呕吐，淋巴结出现无法控制地膨胀，最终出现爆裂。,1
20、348年，一种瘟疫开始在欧洲各地扩散；,黑死病是人类历史上最严重的瘟疫之一。当时开罗每天都要死7千人。在死亡人数最多的一年里，佛罗伦萨有四分之三的居民进入坟墓。,我国资料：14世纪，鼠疫大流行，当时称为“黑死病”，流行于整个亚、欧和非洲北部，中国也有流行。在欧洲，黑死病猖獗了3个世纪，夺去了2500万余人的生命；,天花（Smallpox）,由天花病毒引起的烈性传染病；,抵抗力较强，能对抗干燥和低温，在痂皮、尘土和被服上，可生存数月至一年半。,天花主要通过飞沫吸入或直接接触而传染。,有高度传染性，没患过天花或没有接种过天花疫苗的人，不分男女老幼包括新生儿，均能感染天花。,症状：高热全身起红色丘疹
21、继而变成疱疹最后成脓疱。十天左右结痂痂脱后留有疤痕俗称“麻子”。本病现已消灭。,据报载，2007年12月21日，美国总统布什为了预防生物武器的袭击，接种天花疫苗。天花病毒和炭疽杆菌一样，如果被用做生物武器的话，具有十分强大的杀伤力，被称为“穷人的核弹”。,炭疽杆菌,引发人畜共患的急性传染病炭疽热,人因接触病畜及其产品及食用病畜的肉类而发生感染。,炭疽热杆菌：可形成芽孢，芽孢可在空气中、动物毛发中存活十年。,传播途径：皮肤接触、吸入和食用。,1皮肤炭疽 ：屠宰、制革或毛刷工人及饲养员。由体表破损处进入体内，开始在入侵处形成水疱、脓疱、中央呈黑色坏死，周围有浸润水肿，如不及时治疗，细菌可进一步侵入
22、局部淋巴结或侵入血流，引起败血症死亡。,2纵隔障炭疽 :吸入病菌芽胞所致，多发于皮毛工人，病死率高。病初似感冒，进而出现严重的支气管肺炎，在23天内死于中毒性休克。,3肠炭疽 :食入病兽肉制品，以全身中毒症状为主，并有胃肠道溃疡、出血及毒血症，发病后23日内死亡。,皮肤炭疽病焦黑似炭,AIDS “获得性免疫缺陷综合征” （Acquired Immunodeficiency Syndrome）,HIV：艾滋病病毒（human immunodeficiency virus），能生存于人的血液中并攻击人体免疫系统的病毒,攻击T4淋巴细胞，大量吞噬、破坏T4淋巴细胞，使整个人体免疫系统遭到破坏，最终人
23、体丧失对各种疾病的抵抗能力而导致死亡。,死亡率：61%,艾滋病病毒起源：,美国政府的一个生物武器试验；,科学家们早期在非洲对脊髓灰质炎疫苗的试验。,艾滋病数字,1999年全球儿童新感染者为560万，260万人因之死亡；个别南部非洲国家有1/4的人口感染；2007年全球每分钟有11人感染；目前非洲每天为此举行5500个葬礼；,全球感染者达5000万，近二十年来1600万人受感染而死；新感染者中儿童和青少年居多；,在不到十年的时间，我国的HIV-1携带者由1千余人上升到30万，感染者60%为吸毒者，其次为性行为传播和母婴传播。,致河南艾滋病村的死者与濒死者,100万同胞在沉默中接连死去，却没有人在
24、意，鸿毛般轻盈的生命是多么可悲。,我没有能力去拯救他们，能做的也就是在这里纪念这百万已死或将死的同胞而已。,希望每个人都能领会海明威的这句话，“不要问丧钟为谁而鸣，丧钟为你而鸣！”,微生物与人类关系的重要性，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，他给人类带来的利益不仅是享受，而且是关乎生存。,我们的目的：正确的使用微生物这把双刃剑，利用有利的微生物，控制不利的微生物 造福于人类。,作业：综述题目：微生物与人类可持续发展（5个研究方向，自选）。要求：国内外的发展现状；主要研究方向；今后的发展趋势；列出参考文献（至少15篇）。,请进入第一章！,Any Question?,
