第一章绪论4学时.ppt

微生物学,1、报刊及网上与微生物学相关的科技新闻；2、参考书：（1）微生物学教程第二版，周德庆，高等教育出版社，2002（2）微生物学，薛泉宏，世界图书出版公司，2000（3）“Microbiology”，Lansing M.Prescott,Donald Klein,John Harley，McGraw-Hill Higher Education，2000（4）沈萍，彭珍荣主译.微生物学.第5版.北京：高等教育出版社，2003 3、参考杂志“微生物学报”、“微生物学通报”、“微生物学杂志”、“生命的科学”,本课程的学习参考资料,微生物学,第一章 绪论第二章 原核微生物第三章 真核微生物第四章 病毒第五章 微生物的营养第六章 微生物的代谢第七章 微生物的生长第八章 微生物的遗传与变异第九章 微生物生态第十章 微生物的分类和鉴定结束语 国际国内微生物学最新发展趋势,第一章 绪论,第一节 微生物及微生物学第二节 微生物学的发展简史及应用,第一节 微生物及微生物学,一、微生物的概念二、微生物的特点三、微生物学,一、微生物的概念,微生物（microorganism，microbe)1.定义：是一切肉眼看不见或看不清的微小生物的统称。（是对所有形体微小，单细胞或结构较为简单的多细胞，甚至无细胞结构的低等生物的统称。）2.包括内容：其类群庞杂 原核类 真核类 非细胞类,一、微生物的概念,原核类：细菌，放线菌，蓝细菌，衣原体，支原体，立克次氏体 真核类：真菌（酵母菌和霉菌），原生动物，藻类 非细胞类：病毒，亚病毒（类病毒，拟病毒，朊病毒）,二、微生物的特点,微生物和其它生物一样，具有一切生命活动的共同的特点，例如新陈代谢、生长繁殖、遗传变异等。同时，微生物也有与一般生物不同的特点，概括为下面几点：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,二、微生物的特点,1.体积小，面积大 微生物的一般大小为几十 nm至几m，须在显微镜下放大至几百到几万倍才能看清。几m大的细菌重 110-9 110-10mg 100亿个酵母菌重 1g,针尖上的细菌,二、微生物的特点,1.体积小，面积大,微生物大小的比较示意图,表：对1cm3固体作10倍系列三维分割后的比面值变化,二、微生物的特点,乙肝病毒电镜照片,二、微生物的特点,大肠杆菌,二、微生物的特点,HIV病毒结构,流行性感冒病毒,杆菌的平均长度：2 微米；1500个杆菌首尾相连=一粒芝麻的长度；10-100亿个细菌加起来重量=1毫克 面积/体积比：人=1，大肠杆菌=30万；这样大的比表面积特别有利于它们和周围环境进行物质、能量、信息的交换。微生物的其它很多属性都和这一特点密切相关。,个体小:,测量单位：微米或钠米,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”,二、微生物的特点,2.吸收多，转化快 微生物在适宜的条件下，一昼夜合成的物质，相当于本身体重的3040倍，这是其它生物所不能相比的。例如，在适宜条件下大肠杆菌每小时可消耗其自身重量2000倍的糖，若以成人每年消耗相当于200kg糖的粮食计算，大肠杆菌1消耗的糖，按重量比，等于1个人500年消耗的粮食。乳酸菌的比表面积为12,000，1产100010000倍于其细胞重量的乳酸。1个500重的乳牛24生产的蛋白质约1左右，同样重量的酵母24生产500，000kg蛋白质。,二、微生物的特点,3.生长旺，繁殖快 微生物繁殖的速度要比植物、动物快得多。例如：大肠杆菌的繁殖20分钟一代，24小时达到72代，一个菌体可以繁殖为4.71021个，重量达到4722吨；48小时繁殖为2.21043个菌体，重约4000个地球。,二、微生物的特点,4.适应强，易变异 在长期的生物进化过程中，为适应多变的环境，微生物产生了灵活的代谢调控机制，可产生多种诱导酶，从而使之具有强的抗逆性如抗热、抗寒、抗干燥、抗酸、抗 缺氧、抗压、抗辐射以及抗毒能力。有些甚至可以在许多生物无法生活的极端环境中生长，繁衍后代。例如太平洋深 海沟350生活的嗜热菌；南极18生长的嗜冷菌；在有色金属浸矿中 的氧化硫硫杆菌(Thiobacillus thiooxidans)中，某些菌株能生长在ph0.5的硫酸中，而脱氧硫杆菌(Thiobacillus denitrificans）和一些霉菌生长的最高为ph1011；还有在32%的NaCl溶液中生活的嗜盐菌等等。,抗（逆）性强：,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；,分布广：,人迹可到之处，微生物的分布必然很多，而人迹不到的地方，也有大量的微生物存在！,强酸、强碱、高热的极端环境；,数十公里的高空（最高为离地85公里，须用火箭采样）；,几千米的地下；,常年封冻的冰川；,从永冻冰层分离微生物,南极Vostok湖冰芯样品中的微生物,二、微生物的特点,微生物的个体微小，对外界的条件敏感，当环境条件剧烈变化时，大多数容易死亡，只有极少数的能发生好的变异。这一特点有利于进行诱变育种。例如，青霉素生产菌(Penicillum chrysogenum），该菌1943年每毫升青霉素发酵液仅20单位青霉素，至80年代由于各国微生物育种工作者的努力和发酵条件的改善，新的生产用菌株产青霉素的能力不断提高，每毫升发酵液已超过5万单位，有的接近10万单位。,二、微生物的特点,4.适应强，易变异 相反当年青霉素对金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus）的最低抑制浓度为0.02g/ml，因变异使耐药性菌株的耐药性比原始菌株高1万倍。,二、微生物的特点,5.分布广，种类多 微生物分布是非常广，高至12000米的高空，深至10000米的海底，高达90以上的温泉和终年积雪的高山，还有岩石、矿井、沙漠中，都有微生物的存在。以土壤内最多，1克土壤中就有微生物几亿至几十亿个。,二、微生物的特点,5.分布广，种类多 微生物的种类多 真菌10万多种 细菌2000多种 放线菌1000多种,二、微生物的特点,5.分布广，种类多种类多反映在下面 微生物的生理代谢类型多；代谢产物种类多；微生物种数多。人的肠道中正常菌群100400多种微生物。总数达到100万亿。微生物的分布可以说：无时不有时时有；无外不有处处有。,种类多：,微生物的生理代谢类型多；代谢产物种类多；微生物的种数“多”；,虽然目前已定种的微生物只有大约10万种，远较动植物为少，但一般认为目前为人类所发现的微生物还不到自然界中微生物总数的1%。,三、微生物学,1.定义：微生物学是研究微生物及其生命活动基本规律和应用的科学。是在群体，细胞或分子水平上 研究微生物的形态结构，生理代谢、遗传变异、生态分布和分类进化等生命活动的基本规律，并将其应用于工业发酵、医疗卫生、环境保护和生物工程等领域。,三、微生物学,据研究对象与任务形成 了许多分支学科。研究微生物生命活动基本规律的微生物学，其主要分支有：微生物形态学、微生物分类学、微生物生理学、微生物生物化学、微生物遗传学、微生物生态学、微生物资源学及分子微生物学等；研究微生物应用的应用微生物学，其分支有：工业微生物学、农业微生物学、植物病理学、医学微生物学、药用微生物学、兽医微生物学、乳品微生物学、食品微生物学、酿造学及抗生素等；,三、微生物学,依研究对象不同，分为细菌学、真菌学、病毒学、噬菌体学、原生动物学、支原体学、自养微生物学与厌氧微生物学等；研究微生物生态环境的分支学科有：土壤微生物学、海洋微生物学、石油微生物学、环境微生物学、宇宙微生物学及水微生物学等；微生物学与其他学科的交叉形成了一些新兴的边缘学科分支如：分析微生物学、微生物的化学分类、微生物的数值分类、微生物地球化学以及研究正常微生物结构和功能与其宿主相互关系的微生态学等等。,三、微生物学,2.任务 微生物学的根本任务就是发掘、利用和改善有益微生物，控制、消灭或改造有害微生物造福人类。“为人民服务”,第二节 微生物学的发展简史及应用,一、发展简史 二、应用 三、微生物与人类,一、发展简史,1.史前期（约8000年前1676年）2.初创期（16761861年）3.奠基期（18611897年）4.发展期（18971953年）5.成熟期（1953至今）,一、发展简史,1.史前期（约8000年前1676年）在人类发现微生物之前，世界各国人民凭借自已的经验，在实践中利用有益微生物和防治有害微生物并积累了丰富的实用知识。例如，天然果酒和啤酒的酿造，牛乳和乳制品的发酵。宋代还创造过“以毒攻毒”的免疫方法，即用种人痘预防天花，这比英国人E.Jenner 在1796年发明的种牛痘预防天花早半个多世纪。,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”；公元九世纪痘浆法、痘衣法预防天花；1346年，克里米亚半岛上的法卡城之战(靼坦人-罗马人)；16世纪，古罗巴医生G.Fracastoro：疾病是由肉眼看不见的生物(living creatures)引起的；1641年，明末医生吴又可也提出“戾气”学说；,一、发展简史,1676年，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。,2.初创期（启蒙期，形态学 期，16761861年）,一、发展简史 2.初创期,列文虎克(荷兰人16321723)Antony van Leeuwenkock 微生物学的先驱者。首先用自制的放大160倍的显微镜观察牙垢、雨水、井水及各种有机物浸出液发现了细菌。,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。,列文虎克利用业余时间制造过400多架单式显微镜和放大镜，放大率一般为50200倍，,样品夹,一、发展简史,3.奠基期（生理学期，18611897年）巴斯德、柯赫 巴斯德（法国18221895）Louis Pasteur 微生物学奠基人 柯赫（德国18431910）Robert Koch 细菌学的奠基人,法国人巴斯德（Louis Pasteur）（18221895）,德国人柯赫（Robert Koch）（18431910）,一、发展简史,3.奠基期,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；,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”,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。,(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,一、发展简史 3.奠基期,柯赫（德国18431910）Robert Koch 细菌学的奠基人 创造了许多研究微生物的方法。如以洋菜代替明胶的平板分离细菌技术，设计了细菌染色技术、鞭毛染色法等。对传染病的病原菌学说作出了重要贡献柯赫原则。炭疽病、肺病和霍乱分别由炭疽杆菌、结核杆菌和霍乱弧菌引起的。,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,一、发展简史 3.奠基期,柯赫,（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,一、发展简史 3.奠基期,一、发展简史,4.发展期（18971953年）进入生化水平研究阶段，E.Biichner生物化学奠基人对无细胞酵母菌“酒化酶”进行生化研究；发现微生物的代谢统一性；普通微生物学开始形成；开展广泛寻找微生物的代谢产物；青霉素的发现推动了微生物工业化培养技术的猛进。,一、发展简史,5.成熟期（1953今）分子生物学水平研究阶段 J.Watson和F.Crick分子生物学奠基人,有*号的为诺贝尔生理学和医学奖获得者,20世纪生命科学发展标志性的四大里程碑,DNA功能的阐明,中心法则的提出,遗传工程的成功,人类基因组计划,“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）,二、应用,二、应用,1.医疗方面2.工业方面3.农业方面4.生态与环境方面5.生命科学基础理论研究的重大贡献,1.医疗方面,1.1外科消毒素的建立：J.Lister1.2寻找人畜病原菌1.3免疫防治法的应用1.4化学治疗剂的发明1.5抗生素治疗的兴起1.6用遗传工程和生物工程技术使微生物生产生 化药物,2.工业方面,2.1自然发酵与食品、饮料的酿造2.2罐头保藏2.3厌氧纯种发酵技术：乙醇，丙酮，丁醇，乳酸，甘 油2.4深层液体通气搅拌培养技术：抗生素，有机酸，酶 制剂,3.农业方面,3.1以菌治虫：苏云金芽孢杆菌3.2以菌治病：农用抗生素3.3以菌除草：微生物除草剂3.4以菌培肥：生物固氮肥，钾细菌3.5以菌促长：赤霉素 以菌作药，以菌当饲料，以菌当蔬菜，以菌产沼气,4.生态与环境方面,食物链污水处理生物降解,5.生命科学基础理论研究的重大贡献,五大共性 生命科学中常选用的研究对象 培养条件简便“模式生物”(model organism)5.1 历史上自然发生说的否定 5.2 糖酵解机制的认识 5.3 基因与酶关系的发现 5.4 遗传密码的揭示 5.5 基因工程的开创 5.6 PCR 技术 5.7 真核细胞内共生学说的提出,20世纪生命科学发展标志性的四大里程碑,微生物担当着重要的角色！,20世纪生命科学发展标志性的四大里程碑,微生物学发挥着关键的作用！,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；,三、微生物与人类,微生物无处不在，我们无时不生活在“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8500万个病毒粒子；SARS患者？,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？,微生物是自然界物质循环的关键环节；,微生物是人类的朋友！,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、各种药物、疫苗、面包、奶酪、啤酒、酱油等等,基因工程为代表的现代生物技术；,少数微生物也是人类的敌人！,鼠疫；天花；艾滋病；疯牛病；埃博拉病毒；,疯牛病毒,人也会感染疯牛病毒，即使是煮熟的牛肉也难逃厄运。人患病称为“克雅氏症”；一些地方还发现了疯羊；人类与疯牛病毒抗争的道路还很漫长！,埃博拉病毒,1976年在非洲一次又一次地爆发；最初的症状不要紧，但不到2天病人出现无法控制的呕吐，极度虚弱，双眼红肿，然后从口腔、鼻子和眼睛流血，皮肤毛孔渗血，毛细血管一碰就破，内脏也开始出血，并且熔化成碎片。至今不知其来源，也无法对付它。病毒原本对人无害，但随环境的变化，病毒发生变异，变成了攻击人类的病毒！,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。,“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）,