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1、环境微生物学,本课程的学习参考资料,1.环境微生物学，王家玲，高教出版社2.微生物学教程（第二版），周德庆，高等教育出版社3.参考杂志：国内杂志：“微生物学报”、“环境微生物学杂志”、“生物工程学报”、“微生物学通报”、“中国科学”国外杂志：“Science”、“Nature”、“Advance in Microbiology”、“Trend in Microbiology”、“Current Opinion in Microbiology”,第一章 微生物概述,1、什么是微生物？,微生物是指所有形体微小，单细胞或结构简单的多细胞，或没有细胞结构的一群最低等生物。,我们生活在“微生物的海洋”中
2、,土壤：细菌数亿/g,人口腔中的微生物,2、微生物种类,整个微生物家族的成员包括三大类：非细胞类微生物 原核细胞类微生物 真核细胞类微生物,2.1 非细胞类微生物,病毒、类病毒、拟病毒等,HIV病毒,2.2 原核细胞类微生物,细菌、放线菌、立克次氏体、衣原体等,大肠杆菌 0157:H7,放线菌,2.3 真核细胞类微生物,酵母菌和霉菌，单细胞藻类、原生动物等,酵母菌,霉菌分生孢子,3、微生物的特点,3.1 种类多 3.2 分布广 3.3 体积小3.4 繁殖快 3.5 代谢强 3.6 易变异,3.1 种类多,微生物的种数,类型 低限 倾向种数 高限 病毒与立克次氏体 1,217 1,217 1,2
3、17 支原体 42 42 42 细菌与放线菌 1,000 1,500 1,500 蓝细菌 1,227 1,500 1,500 藻类 15,051 23,100 23,100 真菌 37,175 47,300 68,939 原生动物 24,068 24,068 30,000 总数 79,780 98,727 127,298,微生物的生理代谢类型多、代谢产物种类多。,人类已经开发利用的微生物则仅占已发现微生物种的约1%。,3.2 分布广,在空气、水、土壤和动植物体表体内,到处都充满了大量的各种微生物。,土壤：细菌数亿/g,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
4、种类超过500种；肠道微生物总量达100万亿；每克粪便的细菌总数为1000亿个；,万米深海、85公里高空、地层下128米和427米 沉积岩中都发现有微生物存在。,3.3 体积小,病毒0.2 m杆状细菌0.52.0 m,支原体立克次氏体衣原体,0.20.5 m,放线菌菌丝直径 0.52.0 m霉菌菌丝直径 210m酵母15530 m,3.4 繁殖快,一般细菌的世代时间为几十分钟至一百多分钟。在最适宜的培养条件下,大肠杆菌每1320分钟就可分裂出新的一代。在液体培养基中，细菌细胞的浓度一般为108-109个/ml。,微生物繁殖速度快的特性,在发酵工业上有着重要的 实践意义。,实现发酵工业的短周期、
5、高效率生产。例如生产鲜酵母时，几乎12小时就可以收获一次，每年可以收获数百次。,微生物的代时及每日增殖率微生物名称 代时 每日分裂次数 温度 每日增殖率乳酸菌 38分 38 25 2.71011大肠杆菌 18分 80 37 1.21024根瘤菌 110分 13 25 8.2103枯草杆菌 31分 46 30 7.01013光合细菌 144分 10 30 1.0103酿酒酵母 120分 12 30 4.1103小球藻 7小时 3.4 25 10.6念珠藻*23小时 1.04 25 2.1硅藻 17小时 1.4 20 2.64草履虫 10.4小时 2.3 26 4.92,3.5 代谢强,一接种环的
6、谷氨酸生产菌，经两天的扩大培养和发酵就能将8吨糖和2吨尿素转化为3吨菌体和4吨谷氨酸。,一个能够利用乳糖的细菌每小时能消耗（分解）的乳糖量等于其自身细胞重量的2千倍以上。,1公斤的酵母菌在一天之内可使几吨糖全部转化为酒精和二氧化碳。,代谢能力强的主要原因是由于个体小，比表面积大，因此它们能够在细胞与环境之间迅速交换营养物质和代谢产物,3.6 易变异,突变频率一般为10-510-10,微生物易变异原因：,个体多为单细胞或结构简单的多细胞，甚至非细胞结构易受到外界物理或化学因素影响。,细胞增殖速度快，细胞数量多，因而尽管其自发突变率很低，也会造成在短时间内产生较多的变异后代。,生产青霉素的产黄青霉
7、菌,开始筛选获得时，每毫升发酵液仅含约20单位的青霉素,但经过多次诱变选育后，每毫升已超过5万单位了。,实例,病原微生物对抗生素的耐药性变异，40年代初至今，成人患者的青霉素注射剂量,已由每天10万单位提高到100万单位甚至上千万单位。,4、微生物学发展简史,4.1 史前期,酿酒、酱、醋以及烘制面包等,我国古代的酿酒作坊（汉代画像）,古埃及人酿制啤酒的场面,.2初创期（微生物学的启蒙时期形态学期）,1664年，英人虎克用于观察霉菌的单筒复式显微镜,荷兰列文虎克（Anton van Leeuwenhoek）与他的显微镜,观察结果,4.3 微生物学的奠基及发展,微生物学直到十九世纪才得到发展原因：
8、显微镜技术研究微生物的基本技术没有建立。十九世纪两个焦点问题的争论促使了微生物研究技术的诞生。问题之一：微生物能不能自发产生；问题之二：传染病的性质是什么。,彻底否定了自然发生说,证实发酵由微生物引起,微生物学之父巴斯德的功绩,免疫学预防接种,发明巴氏消毒法,著名的曲颈瓶试验,科赫的功绩,证实炭疽病因 炭疽杆菌,发现结核病原菌结核杆菌（1905年获诺贝尔奖）,科赫法则,发明固体培养基,提出了纯培养的概念和方法,创造了细菌染色的方法.,划线法获得单菌落,科赫法则,单菌落,霉菌菌落周围出现抑制萄葡球菌生长的抑制现象,产黄青霉菌落,细菌生长抑制区域,正常细菌生长区域,Fleming 发现青霉素,4.4 现代微生物学阶段,特点：1、微生物学与生物化学、遗传学等学科的联系非常紧密，由此诞生了新学科分子生物学；2、微生物学与工程紧密联系，为微生物学的实际运用打下前景.,1953年Watson和Crick提出DNA双螺旋结构,5、微生物学及其分支学科,实际应用：食品、医药、农业、轻纺、石油、化工、冶 金、环保等。,微生物学是微生物及其生命活动规律的一门学科,基本理论：形态结构、分类鉴定、生长繁殖、生理生化、生态分布、遗传变异。,微生物分支学科,
