微生物学绪论PPT课件.ppt

微生物学 课程安排 讲授：32学时 实验 ：20学时 自学：4学时 成绩构成 理论考试（机考）：45 % 平时成绩：考勤（5%）+课程论文（ 20%） 实验成绩：30 % 21 课程开始前 我们在一个被大量微生物包围着的环境中 空气 水体 食品 微生物无处不在 Microorganisms are ubiquitous 31 41 一些数字 每个喷嚏的飞沫含4500-150000个细菌，重感冒患者为 8500万； 全世界海洋中微生物的总重量约280亿吨 细菌数亿/g土壤，土壤中的细菌总重量估计为：1.0034 1016 吨 人体肠道内菌体总数达100万亿个左右（人体细胞数量50 万亿） 新鲜叶子表面微生物数量达100多万个/g 51 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？ 61 t 微生物是自然界物质循环的关键环节； 微生物是人类类的朋友 71 t 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 t 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、奶酪、啤酒、酱油等 t 基因工程为代表的现代生物技术。 81 少数微生物也是人类类的敌敌人 鼠 疫 艾 滋 病 91 埃博拉病毒 101 本章主要内容 一、微生物概述 二、微生物多样性 三、微生物的重要性 四、微生物学的研究内容与成就 五、显微镜下的微生物 111 1.1 微生物概述 1.1.1 什么是微生物 1.1.2 生物中哪些是微生物 1.1.3 微生物的特点 121 1.1.1 什么是微生物 微生物(microbe，microorganism) ，是对所有形体微小、 单细胞或个体结构较为简单 的多细胞，甚至无细胞结构 的低等生物的总称。 或简单地说是对人们肉眼看不见的细小的生物的总称。 微生物是指大量的、极其多样的、不借助显微镜看不见 的微小生物类群的总称。 131 1.1.1 什么是微生物 微生物通常包括病毒、亚病毒（类病毒、拟病毒、朊病毒）、具原 核细胞结构的细菌、古菌以及具真核细胞结构的真菌（酵母、霉菌 、蕈菌等）、原生动物和单细 胞藻类，它们的大小和特征见表1.1所 示。 141 表1.1 微生物形态、大小和细胞 类型 微生物微生物大小近似大小近似值值值值 细细细细胞的特性胞的特性 病毒病毒0.010.250.010.25 m m 非非细细细细胞的胞的 细细细细菌菌0.1100.110 m m 原核生物原核生物 真菌真菌2 2 m1m m1m 真核生物真核生物 原生原生动动动动物物2100021000 m m 真核生物真核生物 藻藻类类类类1 1米米 几米几米 真核生物真核生物 151 1.1.2 生物中哪些是微生物 生 物 细细胞生物 非细细胞生物：病毒、亚亚病毒 原核生物：三菌、三体 真核生物：真菌、单细单细 胞藻类类、 原生动动物 161 1.1.2 生物中哪些是微生物 171 1.1.3 微生物的特点 体积小，比表面积大 吸收多，转化快（代谢能力强） 生长旺，繁殖快 适应强，易变异 分布广，种类多 181 191 201 体积小，比表面积大 比表面积(Surface to Volume Ratio) 营养物质吸收、代谢废 物排泄、环境信息交换 211 对比表面分割后的变化 边长立方体数总表面积比面值类似对象 1.0 cm 1 6 cm2 6 豌豆 1.0 mm 103 60 cm2 60 细小药丸 0.1 mm 106 600 cm2 600 滑石粉粒 0.01 mm 109 6000 cm2 6000 变形虫 1.0 um 1012 6 m2 60000 球菌 0.1 um 1015 60 m2 600000 大胶粒 0.01 um 1018 600 m2 6000000 大分子 1.0 nm 1021 6000 m2 60000000 分子 221 吸收多,转化快 大肠杆菌每小时可分解其自重1000-10,000倍的乳糖 Candida utilis （产朊 假丝酵母）比大豆强100倍的蛋白质合成能力 微生物的高呼吸速率 231 生长旺,繁殖快 E.coli：12.520 min/次分裂 以20min/次计算，请计算每天可产生多少子细胞？ 液体培养物细菌浓度一般仅为108-109CFU/mL 为什么？ 对于发酵工业的实践意义 生产效率高 发酵周期短 241 适应强,易变异 灵活的适应性或代谢调节 机制 蛋白质分子的数量 E. coli 分子中能容纳20万-30万个蛋白质分子，2000- 3000种执行不同生理功能的蛋白质 极端环境的适应能力 极端环环境 ? 低变变异频频率 251 分布广, 种类多 无孔不入，随遇而安 微生物的种类多样性 生物多样性的保护-微生物资源学 261 1.2 微生物多样性 一、微生物的形态与结构多样性 二、微生物的代谢多样性 三、微生物的遗传 与变异多样性 四、微生物的抗性多样性 五、微生物的种类多样性 六、微生物的生态分布多样性 271 1.2.0 微生物的共性 绝大部分微生物的遗传 信息都是由DNA链上的基因所携带， 除少数特例外，其复制、表达与调控都遵循中心法则。 微生物的初级代谢途径如蛋白质、核酸、多糖、脂肪酸等大 分子物质的合成途径基本相同。 微生物的能量代谢都以ATP作为能量载体 281 1.3 微生物的重要性 农业 环境 能源 医药 食品 291 1.3 微生物的重要性-农业 土壤的形成及其肥力的提高有赖于微生物的作用。 农产 品的加工、贮藏-利用有益的微生物或是抑制有害微生物。 绿色农业 或有机农业 、绿色食品都离不开微生物的作用。防病、防 虫害、供肥。 301 1.4 微生物学的研究内容与成就 1.4.1 微生物学的基本内容 1.4.2 微生物学发展简史 主线线 重大事件 311 1.4.1微生物学的基本内容 微生物细胞的结构和功能，研究细胞的构建及其 能量 、物质、信息的运转； 微生物的进化和多样性，研究微生物的种类，它们之间 的相似性和区别，以及微生物的起源； 生态学规律，研究不同微生物之间以及它们同环境之间 的相互作用； 微生物同人类的关系。 321 1.4.1微生物学的基本内容 331 认识微生物的四大障碍 个体过于微小 群体外貌不显 种间杂 居混生 形态与作用后果难以认识 341 微生物学的发展主线 351 史前期（约8000年前-1676年） 进展 古中国的制曲、酿酿酒技术术 天工开物、齐齐民要术术、东东坡酒经经 特点 视视而不见见 臭而不闻闻 触而不觉觉 食而不察 得其益而不感其好 受其害而不知其恶恶 361 初创期（1676-1861） 进展 形态描述，Antony van Leeuwenhoek，1632- 1723，十七世纪最伟大的业余科学家 只上过中学的布店学徒工 英国皇家学会会员Member of Royal Society 巴黎科学院通讯院士 371 Antony van Leeuwenhoek 381 奠基期（1861-1897） 进展 生理水平的研究，微生物生理学的研究 微生物学奠基人：巴斯德 细细菌学奠基人：科赫 391 巴斯德对人类的贡献 （18221895） 奠定微生物学理论，开创新的微生物学科 否定“自然发发生说说”（曲颈颈瓶实验实验 ） Preventative vaccinationImmunology Fermentation caused by Microorganisms， 解决了当时时生产产中提出的许许多难题难题 。 创创造一些微生物学实验实验 方法 巴氏消毒法：6065, 30min 401 Louis Pasteur, one of the greatest scientists of the nineteenth century The Spontaneous Generation Experiment 科赫的主要贡献细菌学家 病原学的研究 炭疽病菌 肺结核病病原菌 病原菌的寻找与分离：1870s1920s 科赫法则 微生物学基本操作技术 固体培养基的使用 培养基的配制 细菌的染色方法 431 Robert Koch 1、 在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。 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 451 发展期（1897-1953） 开创了微生物生化的研究 没有酵母的酒精发酵 Discovery of cell-free fermentation 德国E. Buchner 461 Fleming-Sir-Alexander 成熟期（1953- ） 进展 分子生物学水平的研究 James D. Watson James D. Watson (left) and Francis (left) and Francis Crick propose a Crick propose a double- helical double- helical structure for DNA structure for DNA 481 微生物学的发展前沿 微生物基因组学(功能基因组学) 微生物生态学 环境微生物学 细胞微生物学 微生物生命现象的特性和共性 微生物学与其他学科的交叉 微生物产业的全新发展 491 微生物学发展史的结论 微生物学发展的历史 认识微生物的历史 开发利用有益微生物的历史 控制和消灭有害微生物的历史。 微生物是一把双刃剑 501 1.4.2 微生物学发展中的重大事件 时 间重 大 事 件 1857巴斯德证明乳酸发酵是由微生物引起的 1861巴斯德用曲颈瓶实验证明微生物非自然发生，推翻了争论已久的“自生说” 1864巴斯德建立巴氏消毒法 1867Lister创立了消毒外科，并首次成功地进行了石炭酸消毒试验 1867- 1877 柯赫证明炭疽病由炭疽杆菌引起 1881柯赫等首创用明胶固体培养基分离细菌，巴斯德制备了炭疽菌苗 1882柯赫*发现结核杆菌 1884 柯赫法则首次发表；Metchnikoff*阐述吞噬作用；建立高压蒸汽灭菌和革兰 氏染色法 1885巴斯德研究狂犬疫苗成功，开创了免疫学 1887Richard Petri发明了双层培养皿 1888Beijerinck首次分离根瘤菌 511 1.4.2 微生物学发展中的重大事件 1890Von Behring*制备抗毒素治疗白喉和破伤风 1891Steinberg与巴斯德同时发现了肺炎球菌 1892 Ivanowsky提供烟草花叶病毒是由病毒引起的证据；Winogradsky发现硫 循环 1897Buchner用无细胞存在的酵母菌抽提液对葡萄糖进行酒精发酵成功 1899Ross*证实疟疾病原菌由蚊子传播 1909- 1910 Ricketts发现立克次氏体；Ehrtich*首次合成了治疗梅毒的化学治疗剂 1928Griffith发现细菌转化 1929Fleming*发现青霉素 1935Stanley*首次提纯了烟草花叶病毒，并获得了它的“蛋白质结晶” 1943 Luria*和Delbruck*用波动试验证明细菌噬菌体的抗性是基因自发突变所致 ；Chain*和Florey*形成青霉素工业化生产的工艺 521 1.4.2 微生物学发展中的重大事件 1944Avery等证实转证实转 化过过程中DNA是遗传遗传 信息的载载体；Waksman*发现链发现链 霉素 1946-1947Lederberg*和Tatum发现细发现细 菌的接合现现象、基因连锁现连锁现 象 1949 Enders*、Robbins*和Weller*在非神经经的组织组织 培养中，培养脊髓灰质质炎病毒 成功 1952 Hershey*和Chase发现发现 噬菌体将DNA注入宿主细细胞；Lederberg*发发明了影 印培养法；Zinder和Lederberg发现发现 普遍性转导转导 1953Watson*和Crick*提出DNA双螺旋结结构 1956Umbarger发现发现 反馈馈阻遏现现象 1961Jacob*和Monod*提出基因调节调节 的操纵纵子模型 1961-1966Holhy*、Khorana*、Nirenberg*等阐阐明遗传遗传 密码码 1969Edelman*测测定了抗体蛋白分子的一级结级结 构 1970-1972 Arber*、Nathans*和Smith*发现发现 并提纯纯了限制性内切酶；Temin和 Baltimore发现发现 反转录转录 酶 531 1.4.2 微生物学发展中的重大事件 1973Ames建立细细菌测测定法检测检测 致癌物；Cohen等首次将重组质组质 粒转转人大肠肠杆菌 成功 1975Khler和Milstein*建立生产单产单 克隆抗体技术术 1977 Woese提出古生菌是不同于细细菌和真核生物的特殊类类群；Sanger*首次对对 X174噬菌体DNA进进行了全序列分析 1982 1983 Cech*和Altman*发现发现 具催化活性的RNA(ribozyme)；McClintock*发现发现 的转转 座因子获获得公认认；Prusiner*发现朊发现朊 病毒(prion) 1983-1984Gallo和Montagnier分离和鉴鉴定人免疫缺陷病毒；Mullis*建立PCR技术术 1988Deisenhofer等发现发现 并研究细细菌的光合色素 1989Bishop*和Varmus*发现发现 癌基因 1995第一个独立生活的生物(流感嗜血杆菌)全基因组组序列测测定完成 1996第一个自养生活的古生菌基因组测组测 定完成 1997第一个真核生物(啤酒酵母)基因组测组测 序完成 2000 霍乱弧菌基因组测组测 序完成 541 1.5农业微生物学-定义 定义 简言之，农业 微生物学就是研究农业 中的微生物学。 农业 微生物学研究对象 与整个农业 生产链 条挂钩的微生物 551 1.5农业微生物学-任务 认识 掌握： 微生物在农业农业 生产过产过 程中的活动动情况与作用 规规律； 微生物对农业对农业 生产产产产 生的有利或有害影响； 561 1.5农业微生物学-内容 微生物的形态、细胞结构及其功能，微生物的营养、呼吸、物质代 谢、生长、繁殖、遗传与变异等的基础知识； 与农业生产密切相关的微生物及其生态； 571 1.5农业微生物学-内容 自然环境中物质循环与转化； 微生物学新技术在农业生产中的应用。 581 1.7 显微镜下的微生物 Single Rod (Bacillus) Streptobacillus Arrangement (Note bacilli in chains) 591 1.7 显微镜下的微生物 Sc