微生物沈萍版0绪论.ppt

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1、微生物学,申佩弘广西大学生命科学与技术学院生物科学系E-mail:,微生物？微生物 人类,？,食品疾病感染、预防与治疗,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；,微生物与人类,微生物无处不在，我们人类无时不生活在“微生物的海洋”中。,细菌数亿/g土壤，土壤中的细菌总重量估计为：10034 10 12 吨；,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；,少数微生物也是人类的敌人！,鼠疫；天花；梅

2、毒；艾滋病；小儿麻痹症；肺结核；流感；脑膜炎；麻疯病；疯牛病；埃博拉病毒；非典禽流感,微生物(microorganism,microbe)一词，来自法语“Microbe”。微生物是指肉眼难以看清、需要借助光学显微镜或电子显微镜才能观察到的一切微小生物（0.1mm）的总称。它们是单细胞或个体结构较为简单的多细胞，甚至无细胞结构的低等生物。,微生物及其种类,噬菌斑（病毒）噬菌体侵染细菌,放线菌,细菌,蓝细菌,霉菌,返回第一节,酵母,蕈菌,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 bacterium），其大小可达0.75 mm，Thiom

3、argarita namibiensis，-“纳米比亚硫磺珍珠”,系统发育树,1 高温球菌 2.甲烷球菌 3 甲烷杆菌 动物 绿非硫细菌 阿米巴虫 粘菌 真菌 甲烷微菌 植物 革兰氏阳性菌 极端嗜盐菌 纤毛虫 紫细菌 热变形菌 3 蓝细菌 热网菌 1 2 黄杆菌 鞭毛虫 三倍单胞体 高温神袍菌 二倍单胞体 小孢子菌,（1）非细胞型微生物：没有典型的细胞结构，不能独立生活、只能在宿主活细胞内生长繁殖。主要有病毒、类病毒、朊病毒、拟病毒。,（2）原核细胞型微生物：仅有原始的核质，无核膜或核仁，细胞器不很完善。包括真细菌和古生菌两大群。真细菌：细菌、放线菌、蓝细菌、支原 体、立克次氏体、衣原体。古生

4、菌：嗜酸菌、极端嗜热菌、嗜盐菌 等。,（3）真核细胞型微生物：细胞核具有核膜、核仁，细胞器完整。主要有真菌（丝状真菌-霉菌；酵母菌；大型真菌-蕈菌）、单细胞藻类、原生动物等。,微生物,生物体(有生命的),感染因子(无生命的),原核生物(单细胞),真核生物,病毒,类病毒,朊病毒,真细菌,古生菌,藻类(单细胞或多细胞),真菌(单细胞或多细胞),原生动物(单细胞),其它(多细胞生物),微生物的个体极其微小，病毒大小为m，细菌大小0.1-10m，真菌2m-1m。常用um或nm作测量单位。它们的结构也是非常简单的，大多数微生物为单细胞，只有少数为简单的多细胞。,二、微生物的五大共性,1、个体微小，结构简

5、单,小,m级：光镜可见nm级：电镜可见,形体微小,The white bar above represents 10 microns(0.01mm).Below are some organisms and cells drawn to approximate scale.,virus(0.05 to 0.1 microns),bacteria(0.5 to 1.5 microns),red blood cell(5 microns),lymphocyte(5 to 8 microns),human sperm(60 microns),简,单细胞简单多细胞非细胞结构,结构简单,Escheric

6、hia coli每小时内可分解其自重2000倍的乳糖。Candida utilis(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。微生物又有“活的化工厂”之称。,2、吸收多，转化快,微生物具有惊人的生长繁殖速度。例如Escherichia coli，其细胞在合适的生长条件下，每分裂一次的时间是12.5-20.0 min。如按20min分裂一次计，则每小时分裂3次，24h可达到4.7221024个。,3、生长旺，繁殖快,有利：发酵工业：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。生物学基本理论的研究：科研周期大大缩短、经费减少、效率提高。有害：对于危害人、

7、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。,（1）适应性：微生物有极其灵活的适应性，如抗热性、抗寒性、抗盐性、抗酸性、抗压力等能力。例如：在海洋深处的某些硫细菌可在250-300之间生长；嗜盐细菌可在饱和盐水中正常生长繁殖；Thiobacillus thiooxidans(氧化硫杆菌)在pH1-2酸性环境中生长。Bacillus.sp.的芽孢在琥珀内蜜蜂肠道中已保存了2500万年-4000万年。,4、适应强，易变异,（2）变异性：微生物的变异频率为10-6-10-9，可在短时间内产生大量变异的后代。在微生物育种中利用

8、变异这一特性可获得高产菌株。如：在1943年，利用Penicillium chrysogenum发酵生产青霉素，青霉素发酵液中只分泌约20单位/ml的青霉素。通过诱变现在发酵液中达到5万-10万单位/ml，成本大大降低。,有害变异：最常见的致病菌对抗生素所产生的抗药性变异。给治疗造成困难。即使是严重感染的病人，每天只需10万单位，而现在成人需10万单位，新生儿也不少于万单位。病情严重时，甚至用数千万。同时也说明了“滥用抗生素无异于玩火”的口号是有充分科学依据的。,在生物圈的每一个角落都有微生物踪迹。微生物无孔不入、无所不在(Microorganisms are ubiquitous)。如：人体

9、肠道有100-400种，总数约为100万亿，其中数量最多的是脆弱拟杆菌。海底（如硫细菌，100，140个大气压）、高空（85km）、土壤深层；,5、分布广，种类多,（1）物种的多样性,据估计全世界已描述过的生物总数约200万种，已记载过的微生物约20万种，仅占自然界中微生物总数的不到1%。真菌9万种，原生动物和藻类10万种，原核生物0.35万种，病毒0.4万种。,（2）生理代谢类型的多样性,分解能力强：石油、纤维素、木质素等。产能方式多：光合作用、自养、厌氧等。生物固氮作用。合成次级代谢产物。生物转化。分解有毒物质。,（4）遗传基因的多样性,至今已有近1000个微生物的基因组全序列被测定出来，

10、结果显示了微生物基因组的多样性。,（5）生态类型的多样性,在一般的环境和极端的环境都有微生物。,（3）代谢产物的多样性,产物数目难以准确计算。,人们在发现微生物之前已经在利用微生物。如我国在8000年以前就出现了曲蘖酿酒，4000多年前我国的酿酒就很普遍了。公元6世纪我国贾思勰的齐民要术一书就详细记载了制曲、酿酒、酿造酱油、酿醋等工艺。,三、微生物的发现和微生物学的建立与发展,（一）微生物的发现,Antony van Leeuwenhoek,微生物是由荷兰商人Antony van Leeuwenhoek发现的，发现时间大约是1668-1673年。用放大倍数为50-300倍的显微镜发现。,len

11、s,Object being viewed,adjusting,screws,对皮革表面及蔷薇枯叶上的霉菌进行观察。,1、史前期 史前期是指人类还未见到微生物个体尤其是细菌细胞前的一段漫长的历史时期，大约在距今8000年1676年间。特点：未见细菌等微生物个体；凭实践经验利用微生物的有益活动（酿酒、制酱、酿醋、沤肥、轮作、治病）。,（二）微生物学的发展史,开创者：各国劳动人民，其中尤以我国的制曲、酿酒技术蓍称。如我国在8000年以前就出现了曲蘖酿酒，4000多年前我国的酿酒就很普遍了。公元6世纪我国贾思勰的齐民要术一书就详细记载了制曲、酿酒、酿造酱油、酿醋等工艺。,2、初创期,时 间：1676

12、1861开创者：列文虎克（Leeuwenhoek)特 点：自制的单式显微镜观察到细菌的个体；对一些微生物形态进行描述。,时 间：18611897开创者：Pasteur和Koch特 点：建立了一系列研究微生物的独特方法；借助于良好的研究方法，开创了寻找病原微 生物的“黄金时期”；把微生物的研究从形态描述推进到生理学研究的新水平；微生物学以独立的学科形式开始形成。,3、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)彻底否定了“自然发生”学说；,著名的曲颈瓶试

13、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。,(3)免疫学预防接种,首次制成狂犬疫苗,(4)其他贡献,巴斯德消毒法：6065作短时间加热处理，杀死有害微生物,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,（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病病原体的基本原则 著名的柯赫原则,1、在

14、每一相同病例中都出现这种微生物；2、要从寄主分离出这样的微生物并在培养基中培养出来；3、用这种微生物的纯培养接种健康而敏感的寄主，同样的疾病会重复发生；4、从试验发病的寄主中能再度分离培养出这种微生物来。,时 间：18971953 开创者：Buchner特 点：进入微生物生化水平的研究；应用微生物的分支学科更为扩大，出现了抗生素等学科；开始寻找各种有益微生物代谢产物；普通微生物学开始形成；各相关学科和技术方法相互渗透，相互促进，加速了微生物学的发展。,4、发展期,时 间：1953至今开创者：Watson 和Crick特 点：微生物学从一门在生命科学中较为孤立的以应用为主的学科，成为一门十分热门

15、的前沿基础学科；在基础学理论的研究方面，逐步进入到分子水平的研究，微生物迅速成为分子生物学研究中的最主要的对象；在应用研究方面，向着更自觉、更有效和可人控制的方向发展。,5、成熟期,四、微生物的作用,（一）微生物与人类的生产和健康的关系,1、微生物与粮食,2、微生物与能源,3、微生物与资源,4、微生物与环境保护,5、微生物与人类健康,（二）微生物对生命科学基础理论研究的贡献,Jacob等通过研究大肠杆菌诱导酶的形成机制而提出操纵子学说，阐明了基因表达调控的机制，为分子生物学的形成奠定了基础。,60年代Nirenberg等人通过研究大肠杆菌无细胞蛋白质合成体系及多聚尿苷酶，发现了苯丙氨酸的遗传密

16、码，继而完成了全部密码的破译，为人类从分子水平上研究生命现象开辟了新的途径。,“断裂基因”、“跳跃基因”、“重叠基因”的发现，以及基因结构的精细分析、基因组测序等。,1941年Beadle和Tatum用粗糙脉胞霉进行的突变实验使基因和酶的关系得以阐明，并提出了“一个基因一个酶”的假说。,1、微生物是生物学基本理论研究中的理想实验对象，对微生物的研究促进许多重大生物学理论问题的突破,基因和酶关系的阐明及“一个基因一个酶”的假说；,遗传的物质基础的阐明；,基因概念的发展；,遗传密码的破译；,基因表达调控机制的研究；,生物大分子合成的中心法则；,DNA RNA 蛋白质,2、对生命科学研究技术的贡献,

17、细胞的人工培养；,突变体筛选；,DNA重组技术和遗传工程；,3、微生物与“人类基因组计划”,作为模式生物；,基因与基因组的功能研究的重要工具;,五、微生物学的分支,1.按研究微生物学基本生命活动规律为目的来分有：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。,微生物学：研究微生物在一定条件下的形态结构、生理生化、遗传变异以及微生物的进化、分类、生态等生命活动规律及其应用的一门学科。,2.按微生物的研究对象分有：细菌学、真菌学、病毒学、菌物学、藻类学等。,3.按微生物的应用领域分有：农业微生物、工业微生物、医学微生物、食品微生物、兽医微生物学、预防微生物学等。,4.按微生物所在的生态

18、环境分有：土壤微生物学、海洋微生物学、环境微生物学、宇宙微生物学等。,微生物学 基础微生物学 应用微生物学 按微生物 按过程或 按与疾病 按生态 按技术与 按应用 种类分 功能分 的关系分 环境分 工艺分 范围分微 细菌学 微生物生理学 免疫学 土壤微生物学 分析微生物学 工业微生物学生 真菌学 微生物遗传学 医学微生物学 海洋微生物学 微生物技术学 农业微生物学物 病毒学 微生物生态学 流行病学 环境微生物学 发酵微生物学 医学微生物学分 菌物学 分子微生物学 水微生物学 遗传工程 药学微生物学类 藻类学 细胞微生物学 宇宙微生物学 兽医微生物学学 原生动物学 微生物基因组学 食品微生物学 预防微生物学,Branches of Microbiology,Bacteriology,Protozoology,Parasitology,Microbial Morphology,Mycology,Virology,Phycology or Algology,Microbial physiology,Microbial taxonomy,Microbial genetics,Molecular biology,Microbial ecology,1、形态和构造,2、营养和培养基,3、代谢,4、生长和控制,5、遗传变异和育种,讲授内容,6、生态,7、分类和鉴定,8、21世纪的微生物,