微生物课件微生物与微生物学

微生物生物学,华中农业大学生命科学技术学院 陈雯莉 Tel: 87282730一. 微生物学：,生命科学相关专业本科生的必修基础课,课程学习,为生命科学的进一步学习及以后的相关工作 打下宽厚的基础,知晓微生物的基本特性及其生命活动规律； 牢固掌握微生物学的基本理论和基础知识； 了解微生物学科的发展前沿、热点和问题。,学习微生物的形态结构、生理生化、生长繁殖、遗传变异、生态分布、传染免疫、分类鉴定；微生物与其他生物的相互关系及其多样性；在工、农、医等方面的应用等。,教学内容： 第1章微生物与微生物学 第2章微生物细胞结构与功能 第3章原核微生物 第4章真核微生物 第5章病毒 第6章微生物的营养 第7章微生物的代谢 第8章微生物的生长繁殖及其控制 第9章微生物的遗传和变异 第10章微生物生态,总学时56学时，每次课2学时，共28次课,参考书及多媒体辅助课件: 1“Brocks Biology of Microorganism 10TH“， Michael T. Madigan John M. Martinko Jack Parker，Prentice Hall，2002 2“Microbiology”， Lansing M. Prescott,Donald Klein, John Harley，McGraw-Hill Higher Education，2002及其中译本（沈萍等，高等教育出版社，2003） 3“Microbe Zoo“ CD-ROM, the Michigan State University Board of Trustees, 1998 4微生物学教程, 周德庆，高等教育出版社，2002 5. 微生物学，黄秀梨， 高等教育出版社, 2000,微生物学国内主要刊物,微生物学杂志 中国微生物学会 辽宁省微生物学会 辽宁省微生物研究所,http:/wswxb.periodicals. /default.html,http:/wswxzz.periodicals. /default.html,http:/wswxtb.periodicals. /default.html,微生物学报 中国微生物学会 中国科学院微生物研究所,微生物学通报 中国微生物学会 中国科学院微生物研究所,微生物学主要国际刊物,,,Microbiology and Molecular Biology Reviews,Journal of Bacteriology,,,Applied and Environmental Microbiology,Trends in Microbiology Research in Microbiology FEMS Microbiology Reviews FEMS Microbiology Letters Journal of Microbiological Methods,,,/locate/resmic,,/locate/jmicmeth,Archives of Microbiology,http:/link.springer.de /link/service/journals/ 00284,http:/link.springer.de /link/service/journals/ 00203,http:/link.springer.de /link/service/journals/ 00253,Letters in Applied Microbiology,Molecular Microbiology,Journal of Applied Microbiology,,Cellular Microbiology,Journal of Basic Microbiology,Canadian Journal of Microiology http:/www.nrc.ca/cisti/ journals/canada,,,配套教学网站： 华中农业大学 南湖教苑 精品课程 微生物学,绪论 了解微生物是什么？做什么？以及它们与人类的特殊关系（历史、现在与未来）。 明确微生物学作为一门独立学科在生命科学发展中的重要作用和地位（学习微生物学课程的重要性）。 展望微生物学的未来,一、微生物学的研究对象,二、微生物的发现和微生物学的建立与发展,三、微生物的类群与特点,四、微生物与我们-微生物的作用,五、未来微生物学的发展,绪论,讲授内容,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%,一、微生物学的研究对象 微生物-所有形体微小，单细胞的或个体结构较为简单的多细胞的、甚至没有细胞结构的低等生物的通称。 微生物类群十分庞杂，包括： 不具细胞结构的病毒、类病毒、朊病毒 单细胞的立克次氏体、支原体、衣原体、细菌、放线菌 属于真菌的酵母菌与霉菌 单细胞藻类、原生动物等,二、微生物的发现和微生物学的建立与发展,绪论,讲授内容,（一）微生物的发现 （二）微生物学的奠基 1.巴斯德 2.柯赫（重点：巴斯德、柯赫对微生物学建立与发展的贡献） （三）微生物学发展过程中的重大事件 （四）20世纪的微生物学 （微生物学的发展历程及与生物学的关系） （五）微生物学在生命科学发展中的重要地位（重点） 1. 微生物是生物学基本理论研究中的理想实验对象 2对生命科学研究技术的贡献 3微生物与“人类基因组计划” （六) 我国微生物学的发展 （七）微生物学展望,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； 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；,二、微生物的发现和微生物学的建立与发展,（一）微生物的发现,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。,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。,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。,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，,（二）微生物学的奠基,二、微生物的发现和微生物学的建立与发展,法国人巴斯德（Louis Pasteur） （18221895）,德国人柯赫（Robert Koch） （ 18431910）,巴斯德的贡献： 1、彻底否定了“自然发生”学说 巴斯德 自制了一个具有长而弯曲的曲颈瓶，其中装有有机物浸提液，经灭菌后瓶内一直保持无菌状态，有机物不腐败。 2、证实发酵是由微生物引起的 巴斯德证明了酒精发酵是由酵母菌引起的。乳酸发酵，醋酸发酵，丁酸发酵是由不同微生物引起的。 3、免疫学方面的贡献 巴斯德发明用接种减毒细菌来预防鸡霍乱，牛、羊炭疽病，并首次制成了狂犬疫苗。 4、发明了巴氏消毒法（62oC-63oC/30分钟），该方法解决了当时法国的“酒病”问题。,法国微生物学家巴斯德奠定了微生物生理学基础,1、彻底否定了“自然发生”学说 巴斯德 自制了一个具有长而弯曲的曲颈瓶，其中装有有机物浸提液，经灭菌后瓶内一直保持无菌状态，有机物不腐败。,巴斯德的贡献 ：,2、证实发酵是由微生物引起的 巴斯德证明了酒精发酵是由酵母菌引起的。乳酸发酵，醋酸发酵，丁酸发酵是由不同微生物引起的。 3、发明了巴氏消毒法（62oC-63oC/30分钟），该方法解决了当时法国的“酒病”问题。 4、免疫学方面的贡献 巴斯德发明用接种减毒细菌来预防鸡霍乱，牛、羊炭疽病，并首次制成了狂犬疫苗。,科赫的贡献： 1、建立了微生物的一系列重要方法： 固体培养基技术：马铃薯块培养 明胶平板 琼脂平板 分离和纯种培养技术 微生物染色法 2、分离到多种传染病的病原菌： 炭疽病菌（1877年） 结核病菌（1882年） 链球菌 （1882年） 霍乱弧菌（1883年） 3、创立了病原微生物的柯赫法则 患病动物体内存在病原菌 从感病个体内可分离出病原菌的纯培养体 病原菌的纯培养接种健康动物会引起相同的病症 相同的病原菌可以从接种动物体内分离出,是有史以來最偉大的細菌學家之一。他在結核菌方面的成就，使他獲得1905年的醫學諾貝爾獎金。,柯赫法则：, 患病动物体内存在病原菌, 从感病个体内可分离出病原菌的纯培养体, 病原菌的纯培养接种健康动物会引起相同的病症, 相同的病原菌可以从接种动物体内分离出,1867 Lister创立了消毒外科；,（三）微生物学发展过程中的重大事件,1890 Von Behring制备抗毒素治疗白喉和破伤风；,1892 Ivanovsky 提供烟草花叶病毒是由病毒引起的证据；,1928 Griffith发现细菌转化；,1929 Fleming 发现青霉素；,1944 Avery等证实转化过程中DNA是遗传信息的载体；,1953 Watson和Crick提出DNA双螺旋结构；,19701972 Arber、Smith和Nathans发现并提纯了 DNA限制性内切酶,1977 Woese提出古生菌是不同于细菌和真核生物的特殊类群 Sanger首次对f174噬菌体DNA进行了全序列分析；,19821983 Prusiner发现朊病毒(prion)；,19831984 Mullis 建立PCR技术；,1995第一个独立生活的细菌(流感嗜血杆菌)全基团组序列 测定完成；,1996 第一个自养生活的古生菌基因组测定完成；,1997 第一个真核生物(啤酒酵母)基因组测序完成；,微生物学的建立与发展,微生物学的发展阶段 史前期 初创期 16761860 1676年Anton van Leeuwenhoek发现了“微动体”的存在。 奠定期 18611896 Pasteur、koch开创了微生物学研究领域；微生物学的研究也从形态描述上升到生理学水平。 发展期 18971952 开创了微生物生物化学研究的新时期；普通微生物学已形成一门学科。 成熟期 1953 DNA结构模型的建立使微生物成为分子生物学的重要研究对象和生物工程的主角。,一、微生物的定义 微生物是所有形体微小，肉眼难以看清的单细胞的或个体结构较为简单的多细胞的、甚或没有细胞结构的低等生物的通称。,要点回顾,非细胞型微生物：病毒、类病毒、朊病毒 、拟病毒,细胞型微生物,原核微生物：细菌、放线菌、古细菌 蓝细胞、支原体等,真核微生物：真菌（霉菌、酵母菌） 藻类、原生动物等,二、微生物的类群,史前期 1676 初创期 16761860 奠定期 18611896 发展期 18971952 成熟期 1953,三、微生物学的发展：,巴斯德的贡献： 1、彻底否定了“自然发生”学说 2、证实发酵是由微生物引起的 3、免疫学方面的贡献 4、发明了巴氏消毒法（62oC-63oC/30分钟）,科赫的贡献： 1、建立了微生物的固体培养基技术、分离和纯培养技术、微生物染色法 2、分离到多种传染病的病原菌 3、创立了病原微生物的柯赫法则,微生物学的任务与分科,任务 研究微生物的形态及生命活动规律。 利用有益微生物。 防治有害微生物。,微生物学是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。,微生物学的分科,按研究对象：细菌学、真菌学、病毒学、藻类学、原生动物学。 按研究微生物本身的基本理论：普通微生物学、微生物生理学、微生物遗传学、微生物生态学。 按微生物生活环境：土壤微生物学，海洋微生物学。 按微生物的应用：医学微生物学、食品微生物学、工业微生物学、农业微生物学、乳品微生物学、环境微生物学、酿造微生物学、兽医微生物学、石油微生物学。,微生物的研究对象,微生物一词不是分类学上的专门名词，它是指形态微小生物的总称。 当代生物分类学中，人们将生物分为如下六界： 动物界（animalia） 植物界（plantae） 真菌界（fungi） 原生生物界（protista）（原生动物，单细胞藻类） 原核生物界（procaryotae） 病毒界（virus） 上述六界系统中, 前五界是whittaker 1969年提出的五界系统，微生物研究的对象包括： 真菌界，原生生物界，原核生物界和病毒界,Fungi Plants Animals,Protista,Prokaryotae,Virus,六界系统,真菌界，原生生物界，原核生物界和病毒界,Archaebacteria,Eubacteria,Eukaryotes,三界系统,古菌界，真细菌界，真核生物界,（四）20世纪的微生物学,微生物学：鉴定病原菌、 研究免疫学及其在预防疾病中的作用、 寻找化学治疗药物、 分析微生物的代谢活性。,普通生物学：细胞的构造及其在繁殖和发展中的作用、 植物和动物的遗传和进化的机制。,（微生物学的发展历程及生物学的关系）,肌肉的糖酵解,酵母菌乙醇发酵,维生素,生长因子,“生物化学的同一性”,对动植物起作用的遗传机制同样适用于微生物,生化突变,细菌基因水平转移,微生物遗传学,肺炎双球菌转化实验,病毒重组实验,噬菌体感染实验,核酸是遗传的物质基础,二、微生物的发现和微生物学的建立与发展,20世纪40年代后，微生物自身的特点使其成为生物学研究的“明星”，微生物学很快与生物学主流汇合，并被推到了整个生命科学发展的前沿，获得了迅速的发展，在生命科学的发展中作出了巨大的贡献。,（五）微生物学在生命科学发展中的重要地位,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；,2对生命科学研究技术的贡献,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;,微生物具备生命现象的特性和共性，是21世纪进一步解决生物学重大理论问题，如生命起源与进化，物质运动的基本规律等，和实际应用问题，如新的微生物资源的开发利用，能源、粮食等的最理想的材料。,（六）21世纪微生物学,三、微生物的特点 个体小、比表面大 分布广、种类多 代谢强、繁殖快 易变异、抗性强,个体小:,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”,最大的细菌,最小的细菌：芬兰科学家E. O .Kajander等发现了一种能引起尿结石的纳米细菌，其直径最小仅为50nm。,体积小，面积大,任何一定体积的物体，如对其进行三维切割，则切割的次数越多，所产生的颗粒也越多，颗粒的体积就越小。这时如把所有颗粒的总面积相加，则其表面积越大。 例如：一个球菌，若体积为1m3 的话，用这样的球菌堆成1cm3其总面积可达6m2，而一粒1cm3大小的豌豆，其总表面积仅6cm2。 微生物的面积与体积的比值称为比面值。 球菌：面积=4R2 体积=4/3R3 面积/体积 =3/R（R越小，比面值越大）,代谢快：,比面值大的微生物必然有一个大的营养物质的吸收面，一个大的代谢物的排泄面，所以小的微生物代谢旺盛。,消耗自身重量2000倍食物的时间： 大肠杆菌：1小时 人 ：500年（按400斤/年计算）,电视剧“康熙王朝”主题歌：好想再活500年,繁殖快：,24小时后： 4722366500万亿个后代，重量达4722吨 48小时后：2.2 10 43个后代，重量达2.2 10 25 吨,相当于4000个地球的重量！,大肠杆菌一个细胞重约10 12 克，平均20分钟繁殖一代,一头500 kg的公牛，24小时生产 0.5 kg蛋白质, 而同样重量的酵母菌，以糖液（如糖蜜）和氨水为原料， 24小时可以生产 50000 kg优质蛋白质。,分布广：,分布：土壤、水域、空气、 动植物体内、食品、极端环境 。 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；,种类多,动物：150万种 植物：50万种 微生物：10多万种 病毒： 4000多种 原核生物： 5000多种 藻类： 23100种 真菌： 47300种 原生动物： 24000种,适应强，易变异,微生物适应性强是动植物无法比拟的。 某些硫细菌能在250C甚至300C下正常生长，而大多数细菌可在-196C的液N中存活。 微生物由于个体小易受环境条件影响而发生变异。 变异有好的一面，如提高青霉素产生菌效价，变异也有坏的一面，如细菌产生抗药性。,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121 ； 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；,休眠长：,世界上最古老的活细菌（芽孢）：2.5亿年 Nature 407, 897 - 900 (2000),起源早：,38亿年前，生命在海洋中出现 26亿年前，陆地上就可能存在微生物,发现晚：,300多年前人们才真正发现微生物的存在,生态环境中重要的一员 生物学研究中重要的工具与材料 对人类的有益作用 工业方面的应用 医药方面的应用 农业方面的应用 对人类的有害作用 引起人畜病害 引起植物病害 引起食物腐败变质 引起其他物质变质,微生物与人类,酿酒：啤酒、白酒、黄酒、葡萄酒。 利用微生物生产调味品： 利用微生物生产酶制剂： 用微生物生产有机酸： 用微生物生产核酸： 用微生物冶金：,一、微生物与工业,二、微生物与农业,微生物在提高土壤肥力、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。,三、微生物与能源,微