微生物学 第一章 绪论.ppt

环境微生物学,徐州师范大学生科院生物技术系授课教师:吕爱军联系电话第一章绪论,第四节微生物学的发展史,第一节微生物的基本概念,第二节微生物的特点,第三节微生物的分类和命名,第五节环境微生物学的研究内容,第六节学习环境微生物学的意义,第一节微生物的基本概念,一、微生物的发现,1676年，荷兰，列文虎克，单式显微镜（复制品）,A、C、F、G：杆菌E：球菌H：球菌的聚集体,列文虎克1684向英国皇家学会的信中对细菌形态的描绘,二、微生物的定义,微生物是一切肉眼看不见或看不清楚的微小生物的总称。(一般个体0.1mm)。,非细胞生物原核生物部分真核生物（真菌、藻类、原生动物）,微生物,第二节微生物的特点,（一）体积小，比表面积大,微生物的体积大小,单位：um(10-6m)或nm(10-9m),必须用显微镜观察,微生物与其它生物种类的体积比较,病毒,细菌,动物的模拟细胞,动物的细胞核,动物、植物和微生物个体大小尺度范围,比表面积：个体的表面积与体积之比。则个体的体积越小，其比表面积值就越大。以球菌为例：比面值=表面积/体积=4r2/4/3r3=3/r,比表面积为6,球菌r=0.5m,比表面积为3,比表面积为1.5,球菌r=1m,球菌r=2m,设定：人的比表面积=1则：(与人等重)大肠杆菌比表面积=30万,小体积大面积,营养物质吸收面,代谢废物的排泄面,环境信息的交换面,巨大,巨大,巨大,体积越小，代谢越强,（二）吸收多，转化快（代谢活性强）,大肠杆菌在1小时内分解的糖是本身重量2000倍糖。1kg酵母菌在12小时内，将几吨糖转化为酒精。,奶牛（500kg）在24h内合成0.5kg蛋白质微生物细胞在24h内合成自身重量30-40倍的细胞物质,吸收多,转化快,（三）生长旺，繁殖快,大肠杆菌在适宜的生长条件下：12.5-20分钟繁殖1代每小时分裂3代，由1个变成8个。经24小时分裂72代，重约4722吨经24小时可产生4.721021个后代。,微生物因受营养、空间、代谢产物等条件限制，几何级数的繁殖速度只能维持数小时。,微生物代时及每日增殖率,在发酵工业中的意义,生产效率高，周期短,（四）适应性强，易变异,适应性强,1、对营养物质的利用上的适应性。2、对环境条件尤其是恶劣的“极端环境”的适应性。耐0196低温耐250-300的高温耐盐（饱和盐水）耐干燥（产芽孢细菌、真菌孢子）耐酸碱、耐缺氧、耐毒物、抗辐射,易变异,青霉素的使用剂量：1940年10万元单位/次1980年：输液80万单位/次2000年：输液800万-1000万单位/次,青霉素生产菌的发酵水平1940年每毫升20单位2000年每毫升10万单位,0.02g/ml,青霉素对金黄色葡萄球菌最低抑制浓度。,200g/ml,由于繁殖快、数量多、与外界环境直接接触，即使变异频率低（10-5-10-10）也可在短时间内产生大量变异后代。,（五）分布广，种类多,分布广,微生物在自然界的分布：无处不在，无孔不入,正常环境,极端环境,陆地：高山、平原、沙漠空气：水域：河流、湖泊、生物体内外,高空：12000m深海底：10000m2000米深的地层温泉,分布,种类多,地球上的微生物：估计有100万种已发现的微生物：约有10万种已开发利用的微生物：约1000种,微生物的微观性，研究手段的限制分离培养的局限,（六）易于人工培养,微生物具有,体积小，比表面积大,代谢活性强,生长旺、繁殖快,适应性强，易变异,易于人工培养,只要提供适宜的营养和环境条件，就可获得培养物。不受地区和季节的限制。,第三节微生物的分类和命名,一、微生物在生物界的地位,动物界植物界林奈,动物界植物界原生生物界Haeckel,植物界动物界原始生物界菌界Copeland,植物界动物界原核生物界原生生物界真菌界Whittaker,五界+病毒界,细菌域古生菌域真核生物域美国Woese,生物界,无细胞结构,有细胞结构,原核生物界,真核生物,原生生物界,真菌界,植物界,动物界,病毒界,六界系统（王大耜s）,动物,植物,生物,菌,病毒,细菌,真菌,藻,微型动物,“微型植物”,虫,真细菌,真菌藻类原生动物动物植物,真核生物,古细菌,生物,共同祖先,细菌域,古生菌域,共同祖先,细菌域,古生菌域,共同祖先,细菌域,古生菌域,真核生物域,沃氏提出的三域（三原界）系统,原核生物界,原生生物界,真菌界,魏塔克五界系统,原核生物界,原生生物界,真菌界,原核生物界,原生生物界,植物界,真菌界,动物界,(一)分类单元界、门、纲、目、科、属、种种(species)是一个基本分类单元，是一大群表型特征高度相似、亲缘关系极其接近、与同属内的其他物种有着明显差异的一大群菌株的总称。模式种(typespecies)、典型菌株(typestrain)新种(speciesnova,sp.nov)：是指权威性的分类、鉴定手册中从未记载过的一种新分离并鉴定过的微生物。(二)命名双名法：指一个物种的学名由前面一个属名和后面一个种名加词两部分组成。学名=属名+种名+（首次定名人）+现名定名人+现名定名年份例：大肠埃希氏菌（大肠杆菌）Escherichiacoli(Migula)CastellanietChalmers1919,BacillusBacillussubtilis(Cohn,1872)Typestrain:ATCC6051=DSM10=CCTCCAB92068,属名,种名,定种人,年代,保藏机构及其保藏号,种的加词Specificepithet,菌株(strain)：又称品系（在非细胞型的病毒中则称毒株或株），表示任何由一个独立分离的单细胞（或单个病毒粒）繁殖而成的纯遗传型群体及其一切后代。模式菌株：是一个种的具体活标本，必须是该菌种的活培养物，是由一个被指定为命名的模式菌株传代而来。,当微生物名称是一个亚种（subspecies，简称“subsp”，排正体字）或变种（variety，简称“var”，排正体字）时，学名就应按“三名法”构成，即：,例1：苏云金芽孢杆菌蜡螟亚种Bacillusthuringiensissubspgalleria例2：酿酒酵母椭圆变种Saccharomycescerevisiaevarellipsoideus,二、微生物的分类系统纲要1、伯杰氏手册美国的伯杰氏鉴定细菌学手册编写者集国际学术界的权威学者，为各国微生物分类学界公认的一本经典佳作。现书名已改为伯杰氏系统细菌学手册（BergeyMamualofSystematicBacteriology)特点：表型特征基因序列2、前苏联克拉西尔尼可夫的细菌和放线菌鉴定3、法国雷沃A.R.Prevot的细菌分类学,一、史前期（直观应用时期）,第四节微生物学的发展历史,春秋战国时期微生物分解有机物质，沤粪积肥。公元二世纪的神农本草经白僵蚕治病。公元6世纪后魏的贾思勰（xi）齐民要术谷物制曲、酿酒、制酱、造醋、腌菜。豆科植物与其它作物轮作,二、初创期（形态学发展时期）1676-1861,（17世纪下半叶-十九世纪中叶）使用显微镜观察微生物世界的时期。代表人物：列文虎克,贡献:（）发现了微生物世界（）描述了微生物的形态并阐述了它们的多样性,三、奠基期（生理学发展时期）（1861-1897）,十九世纪下叶有关微生物的两个疑难问题：1、生物是自然产生的吗？(自生说)2、传染性疾病的本质是什么？,、巴斯德与自然发生学说,由非生命物质自然发生的,普涉（Pouchet）自然发生说,路易斯巴斯德（LouisPasteur，1822-1895)，法国微生物学家、化学家，微生物学奠基人。,新鲜食品,搁置,细菌检定,无细菌,腐败食品,细菌检定,有细菌,证明由干草汁未被杀死的种子或由空气传播产生的,巴斯德反驳自然发生说的三个实验,加热,营养液,密封,放置,细菌检测,无细菌检出,自然发生说质疑：无机物自然变为生命有机体必须提供新鲜的空气,曲颈瓶试验(1861年)用无可争辩的事实推翻了（自然发生说）,巴斯德消毒法,、科赫与疾病的病菌说,德国，乡村医生，科赫（RobertKoch，1843-1910）治疗结核病1905年诺贝尔生理学或医学奖。,科赫的有关实验病原菌的发现,炭疽病炭疽芽孢杆菌,健康者,病者,接触传染物,感染得病,科赫法则(证明某微生物是某疾病病原菌的四项要求)1、在患病动物中存在可疑病原有机体，而健康动物中没有；2、可疑有机体在纯培养中生长；3、纯培养中的可疑有机体细胞，能引起健康动物发病；4、可疑有机体被再次分离，并且和最初分离的有机体一样；,基因水平的科赫法则?,四、发展期（生化水平1897-1953）,1897年，德国科学家布赫纳，酵母菌无细胞压榨汁将葡萄糖发酵成酒精，从而认识了酵母菌酒精发酵的酶促过程，将微生物生命活动与酶化学结合起来。1929年，英国科学家弗莱明发现点青霉菌能抑制葡萄球菌的生长，揭示了微生物间的拮抗关系并发现了世界上第一个抗生素-青霉素。1949年，美国的瓦克斯曼在他多年研究土壤微生物所积累资料的基础上，发现了链霉素。,始于二十世纪初，代表人物：德国爱德华布赫纳(EdwardBuchner，1860-1907)发现无细胞发酵现象，1907年诺贝尔化学奖。,酵母细胞,石英砂研磨,过滤,滤液,葡萄糖,酵母细胞,酒精、CO2,1922年他从某种植物和动物分泌液中发现一种能杀灭细菌的物质，称之为溶菌酶。英国弗莱明和钱恩、弗罗里（青霉素的分离、提纯）于1945年共同获得诺贝尔医学和生理学奖。,AlexanderFleming（1881-1955),美国瓦克斯曼1952年的诺贝尔生理学或医学奖，因为“他发现了链霉素、第一有效抗生素用于治疗肺结核”。用此基金在罗格斯大学建立了瓦克斯曼微生物学研究所。,SelmanA.Waksman（18881973）TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1952,五、成熟期（1953以后）又称分子生物学水平,奠基人,沃森克里克,重要贡献：建立了DNA结构双螺旋模型。,第五节环境微生物学的研究内容,1、自然环境中微生物的多样性2、自然环境中的微生物生态学研究3、污染环境中的