环境微生物 绪 论.doc

第一章 绪 论第一节 微生物学的研究对象、任务和分科一、微生物学的研究对象 1.什么是微生物？ 微生物是是一大群形体（体积）微小，结构简单，肉眼视之不见的单细胞，多细胞，甚至无细胞结构的低等生物的总称。 2.微生物的主要类群 原核微生物：细菌；放线菌；立克次氏体；支原体； 衣原体；蓝细菌 细胞型微生物 真核微生物：酵母菌；霉菌；大型真菌（及原生动物； 微生物 单细胞藻类） 非细胞型微生物：病毒；亚病毒（包括类病毒；拟病毒；朊病毒） 3.微生物的分类地位 1735年林奈的两界分类系统：动物界；植物界 1969年魏塔克（R. Whittaker）的五界分类系统：动物界；植物界；原生生物界；原 核生物界；真菌界 70年代我国学者王大耜等在魏塔克五界的基础上提出六界分类系统：即增加病毒界 6界微生物占了4界，可见微生物在生物界中占有十分重要的地位。 4.微生物的特性（五大共性） 体积小，表面积大 是本质是基础，小体积大面积必然有一个巨大的营养物质的吸收面，代谢废物的排泄面； 环境信息的接触面； 表面积/体积：乳酸菌120000 人 0.3 鸡蛋 1.5 吸收多，转化快 乳酸菌每小时吸收的营养物质的重量达自身重量的100多倍； 一个70公斤重的人每昼夜进食5公斤（量够大的了） 那么每小时吸收的量只即自身重量的0.3% 。 500公斤重的酵母菌菌悬液每天利用氨水和废糖蜜至少能生产5000（有说5万）公斤的蛋白质；而500公斤重的一头肉牛每天只能生产0.4-0.5公斤的蛋白质。 生长旺盛，繁殖快 大肠杆菌如各方面的条件都合适，每12.5-20（有说20-30）分钟分裂一次，按20分钟来算， 则1昼夜分裂72次，那么1个菌体就会产生2的72次方个（即4722366500万亿个），重达4722吨； 酵母菌每2小时分裂一次， 12小时可收获一次，一年可收获数百次，要比其它动植物快的多。 适应性强，易变异 a.适应性强 耐热： 90的温泉中甚至250-300的海底火山口附近有微生物； 耐寒：常年冰封的两极（甚至零下19的不冻湖中）有微生物； 一般微生物都能耐负196（液氮）及负253（液氢）。 耐盐：32%的饱和食盐水中有微生物。 耐干：产芽孢杆菌能在干燥条件下存活几十年、几百年甚至几千年。 耐酸：氧化硫硫杆菌能在5-10%的硫酸中生长。 耐碱：脱氮硫杆菌能在pH 10.7的碱液中生长。 耐压： 地球大洋最深处在关岛附近的马里亚纳海沟，水深11034米，静水压1103.4个大气压，可仍有细菌在生活。 b.易变异 由于微生物数量多，繁殖快，与外界直接接触，使其能产生大量的变异后代；青霉素是由产黄青霉产生的，1943年时每毫升发酵液只能产生20单位，目前发达国家已达5-10万单位；另外，菌类的抗药性也说明了变异的存在，原来严重感染的病人每天只要10万单位的青霉素，而现在则要800万单位。（40、80、160、400万单位） 分布广，种类多 动植物体内外，土壤中，海洋里，大气中，岩石内到处都有微生物，人们用地球物理火箭从距地球表面85公里的空中找到了微生物， 在万米深的海底也找到了微生物，在427米的沉积岩心中找到了活的细菌。 现在动物有150万种，植物有50万种，微生物目前发现的有10-15万种，但据前苏联的科学家估计发现的仅占微生物总量的5-10%，微生物的总量比动植物的总和还要多。 5.微生物的作用 a.在物质转化中作用重大 植物（微生物）光合作用 无机物_- 有机物 微生物的分解作用 b.在生产和日常生活中作用重大 日常生活：酱油、醋、酒、味精、食用菌 农业：5406菌肥，920，B.T.生物杀虫剂 工业： 医药： 国防： 环保： c.害处：引起动物和人的传染病 引起作物病害 引起食品变质二、微生物学的任务和分科1.何为微生物学？研究微生物及其生命活动规律和应用的科学，研究内容包括形态结构、分类、生理、遗传变异、代谢、生态以及微生物在工、农、医药、卫生、环保、生物工程等分娩的应用。2.微生物学的分科 着重研究基本理论的有：普通微生物学、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、分子微生物学等。 着重应用性研究的有：应用微生物学、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、抗生素学、食品微生物学、酿造学、乳品微生物学、石油微生物学、海洋微生物学、地质微生物学、土壤微生物学。 据研究对象分为：细菌学、真菌学、病毒学、噬菌体学、野生动物学、藻类学、支原体学、自养菌生物学、厌氧菌生物学。 据生态环境分为：土壤微生物学、海洋微生物学、环境微生物学、宇宙微生物学、水微生物学。 着重实验性研究的为：实验微生物学 与其它学科的交叉：分析微生物学、化学微生物学、微生物化学分类学、微生物数值分类学、微生物地球化学。第二节 微生物学的发展一、我国古代人民对微生物的认识和利用我国人民在距今8000-4500年间发明了制曲酿酒工艺，在2500年前的春秋战国时期已会制酱和制醋，宋代已采用曲母进行接种，并会制造红曲，900年前利用自养细菌的胆水浸铜法生产铜，在2000年前发现豆科植物的根瘤有增产作用，在宋代还创造了以毒攻毒的免疫学方法，最早发明用人痘来预防天花，比英国的Jenner(琴纳1796年)早半个多世纪。华佗去腐肉以防传染也是免疫学知识的应用。我国制曲酿酒有4大特点：历史悠久，工艺独特，经验丰富，品种多样。另外，食用菌栽培为我国首创；用盐腌、糖渍、烟熏、风干等方法保存食品。二、微生物的发现和微生物学的创立微生物世界是一个难以认识的世界： 体微小：人能看到大于1mm的东西，而微生物大都在几个微米到几十个微米之间。 外貌不显 ：单个微生物虽然看不见，但其群体菌落（菌苔）却是可见的，但因其外形往往平淡无奇，不甚显眼，极易被忽略。 杂局混生：在不能分出纯种前，很难知道各种微生物对自然界和人类真正作用。 因果难联：得病早期不易查出，后期也很难想到是微生物在作怪；腐败也是如此，看不见，菜馊了，加之微生物繁殖快，代谢活力强。当人们对微生物世界处于无知状态时，往往表现出“视而不见，嗅而不闻，触而不觉，食而不察，得其益而不感其好，受其害而不知其恶”，处于愚昧状态之中。（一） 微生物的发现荷兰人列文胡克（Leeuwenhook，1632-1723）1676年最早发现微生物（罗伯特胡克是最早发现细胞的人），他一生制作了419架显微镜，放大率在50-300倍，用其观察了雨水、污水、污泥、牙垢、精子、红血球，发现了球形、杆形、螺旋形的细菌，并绘成了图，寄给英国皇家学会。（二）微生物学的创立杰出的奠基人是法国的巴斯德（Pasteur）和德国的柯赫（Koch）。1.巴斯德的主要贡献：否定了自然发生说（他认为生命只能来自于生命的胚种），发酵是由微生物引起的，传染病是由病原菌引起的，并研究出了多种菌苗。2.柯赫的主要贡献：发明琼脂固体培养基，发明了细菌染色方法，分离到了多种病原菌（炭疽杆菌、结核杆菌、霍乱弧菌）；提出了柯赫定理：一种病原微生物必定存在于患病动物中；这一病原微生物必能从寄主分离到，并能得到纯培养；分离到的纯培养物接种到敏感动物，必然出现特有的疾病症状。3.贝依林克（Beijerinck）:提出了自养微生物和土壤微生物的研究方法。4.伊凡诺夫斯基（前苏联）：最早发现了病毒（烟草花叶病毒）。三、现代微生物学的发展1. 传染病和免疫学的独立研究2. 微生物学与生物化学的结合：生产出了乙醇、丙酮、乳酸、甘油和其它有机酸、蛋白质、油脂等微生物产品。3. 微生物学与遗传学的结合： 1941年比德耳（Beadle）和塔图姆提出了“一个基因一个酶”学说，并使链孢霉成为遗传研究的材料之一。 1928年格里菲斯发现了细菌的转化现象（肺炎双球菌），并且在1944年埃弗雷证明了DNA为转化因子，由此发现了遗传物质的化学本质。 1953年华生和克里克提出了DNA分子的双螺旋结构模型和半保留复制假说。 1946年莱德伯格和塔图姆发现了细菌的接合现象，并且发现了F因子和Hfr菌株。 1952年辛德和莱德伯格发现了转导作用，并找到了转导的载体是噬菌体。 1952年和1961年莫诺和雅各布提出了操纵子学说，同年尼伦伯格提出了遗传密码的理论，从而使遗传信息转录、翻译和表达得到了阐明。 1963年，莫诺又提出了调节酶的变构理论，使分子生物学更快地成长起来。第三节 我国微生物学的简况生物工程学：微生物工程吸收了新发展起来的基因工程，细胞工程（细胞融合），酶工程（固相酶）等新技术发展起来的现代工程学。基因工程：在DNA的分子水平上动手术，将一种细胞的结构基因转到另一种细胞中去。基因文库；想用哪个基因可以随意调出。我国在抗生素、氨基酸、有机酸、酿酒、酶制剂、食用菌、农药、菌肥的研究和生产方面以有相当的基础，特别是抗生素的产量，在全世界名列前茅。衣原体1956年汤飞凡首先通过鸡胚培养分离出来。立克次氏体1934年我国学者谢少文首先用鸡胚培养成功。第四节 微生物学的发展促进了人类的进步在近代科学中，对人真正作用福利最大的一门科学就是微生物学。一、 医疗战线的六大战役：1 外科消毒术的建立2 寻找人畜病原菌：炭疽芽孢杆菌（1877），麻风分支杆菌（1874），肺炎链球菌（1880），伤寒沙门氏菌（1880），结核分支杆菌（1882），豆号弧菌（1883），破伤风梭菌（1884），鼠疫耶尔森氏菌（1894），痢疾志贺氏菌（1898）。3 免疫防治法的应用：种人痘始于我国宋朝真宗年间1796年，卡介苗1923 制成。4 化学治疗剂的发明：为抑制或杀死潜伏于人或大雾体内部的病原菌，就必须寻找一类对病原菌有强大毒力而对其宿主基本无毒的药物，化学治疗剂，磺胺类药物！1941年）。5 抗生素治疗的兴起：1929年英国化学家弗来明发现了青霉素，1944年美国微生物学家威科斯曼（Waksman）从近1万株放线菌中找到了链霉素，接着找到了氯、金、红、新、万古、卡那、庆大等霉素。1978年已找到5128种抗生素，1984年已统计到9000种，现在1万中左右。6 用遗传工程和生物工程技术使微生物生产生化药物。二、 微生物 在工业发展中的六个里程碑1. 自然发酵与食品饮料的酿造。2. 罐头保藏。3.