天津科技大学海洋学院微生物学-绪论.ppt

海洋微生物学 教学参考书 1 黄秀梨主编 微生物学 第二版 北京 高等教育出版社 20032 沈萍主编 微生物学 北京 高等教育出版社 20003 李阜棣 胡正嘉主编 微生物学 第五版北京 中国农业出版社 20004 周德庆 微生物学教程 第二版 北京 高等教育出版社 2002 参考教学网站 课件 1 武汉大学微生物学教学网站2 江南大学微生物学教学网站3 华中农业大学微生物学微生物教学网站4 华南师范大学微生物学教学网站5 长春师范学院微生物学网络课程6 安徽科技学院微生物学网站7 江西农业大学精品课程8 西北农林科技大学微生物学教学网站9 山东大学生命科学院微生物学教学网站 绪论 一 什么是微生物二 微生物的特点三 微生物的发现和微生物学的建立与发展四 20世纪的微生物学五 21世纪微生物学展望 1 定义定义 微生物是所有形体微小 单细胞或结构较为简单的多细胞生物 甚至没有细胞结构的生物的通称 种类 微生物类群十分庞杂 包括 无细胞结构的病毒 类病毒 拟病毒等 属于原核生物的细菌 放线菌 立克次氏体 衣原体等 属于真核生物的酵母菌和霉菌 单细胞藻类 原生动物等 一 什么是微生物 微生物的类群 微生物是微小生物的总称 一般只有借助显微镜才能其进行观察 微生物 病毒 原核生物 真细菌 古生菌 真核生物 真菌 酵母 霉菌 蕈菌等 单细胞藻类 原生动物等 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 2 微生物与我们 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 1012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 少数微生物也是人类的敌人 鼠疫 天花 梅毒 小儿麻痹症 肺结核 麻疯病 感冒 脑膜炎 艾滋病 疯牛病 埃博拉病毒 非典 二 微生物的特点 个体小 结构简 胃口大 食谱广 繁殖快 易培养 数量大 分布广 种类多 级界宽 易变异 抗性强 休眠长 起源早 发现晚 个体小 测量单位 微米或钠米 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10nm 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 sulfurbacterium 其大小可达0 75mm Thiomargaritanamibiensis 纳米比亚硫磺珍珠 食谱广 微生物获取营养的方式多种多样 其食谱之广是动植物完全无法相比的 纤维素 木质素 几丁质 角蛋白 石油 甲醇 甲烷 天然气 塑料 酚类 氰化物 各种有机物均可被微生物作为粮食 繁殖快 24小时后 4722366500万亿个后代 重量达到 4722吨48小时后 2 2 1043个后代 重量达到2 2 1025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500kg的食用公牛 24小时生产0 5kg蛋白质 而同样重量的酵母菌 以质量较次的糖液 如糖蜜 和氨水为原料 24小时可以生产50000kg优质蛋白质 易培养 很多细菌都可以非常方便地进行人工培养 数量大 在自然界中 土壤 水体 空气 动植物体内和体表 都生存有大量的微生物 从永冻冰层分离微生物 南极Vostok湖冰芯样品中的微生物 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 级界宽 Whittaker的五界分类系统 变异易 个体小 结构简单 且多与外界环境直接接触繁殖快 数量多 短时间内产生大量的变异后代 突变率 10 5 10 10 变异易 青霉素的生产 20单位 ml 1943 10000单位 ml 青霉素的用量 最高 10万单位 天 40年代 数百万 千万单位 次 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 pH0 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 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 感性认识阶段 史前时期 形态学发展阶段 初创时期 生理学发展阶段 奠基时期 分子生物学发展阶段 成熟时期 人类对微生物世界的认识过程 三 微生物的发现和微生物学的建立与发展 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 16世纪 古罗马医生G Fracastoro 疾病是由肉眼看不见的生物 livingcreatures 引起的 1641年 明末医生吴又可也提出 戾气 学说 三 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 RobertHooke 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 Antonyvanleeuwenhoek 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 二 微生物学的奠基及发展 微生物学 Microbiology 是研究微生物及其生命活动规律的科学 即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与其他微生物之间 与动植物之间的相互关系 与外界环境理化因素之间的相互关系 微生物在自然界各种元素的生物地球化学循环中的作用 微生物在工业 农业 医疗卫生 环境保护 食品生产等各个领域中的应用 等等 二 微生物学的奠基 法国人巴斯德 LouisPasteur 1822 1895 德国人柯赫 RobertKoch 1843 1910 1 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 1885年法国科学家路易 巴斯德首次将兔脑基髓制备的减毒狂犬疫苗应用人体治疗狂犬病获得成功 4 其他贡献 巴斯德消毒法 60 65 作短时间加热处理 杀死有害微生物 2 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 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 三 20世纪的微生物学 十九世纪末到二十世纪中期 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 分析微生物的化学活性 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 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 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 1 多学科交叉促进微生物学全面发展 2 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 4 我国微生物学的发展 汤飞凡 沙眼病原体的分离和确证 陈华癸 根瘤菌固氮作用的研究 高尚荫 创建了我国病毒学的基础理论研究和第一个微生物学专业 抗生素的总产量已耀居世界首位 两步法生产维生素C的技术居世界先进水平 泉生热孢菌全基因组序列测定 生命起源的研究 四 21世纪微生物学展望 1 微生物自身的特点 共性和特性 将会更加受到关注和利用 以微生物为研究材料继续对一些基本生命现象进行研究 生物进化方面的研究 性别分化的意义 生物智慧的发展 微生物产业的开发 重要致病菌的特点及其防治 极端环境的微生物的研究 用 工程菌 生产药物 干扰素脑菲肽胰岛素乙肝疫苗众抗生素各种单克隆抗体免疫血清 微生物与医药卫生 微生物与农业和畜牧业 微生物饲料农用抗菌素生物农药生物菌肥微生物能源 菌体蛋白饲料饲料酵母维生素饲料发酵饲料青贮饲料 微生物饲料 某些微生物能够产生具有抑制或杀死植物病原菌的物质 该物质称农用抗菌素 农用抗菌素 微生物饲料菌体蛋白饲料饲料酵母维生素饲料发酵饲料青贮饲料 农用抗菌素某些微生物能够产生具有抑制或杀死植物病原菌的物质 该物质称农用抗菌素 生物农药 生物菌肥主要是根瘤菌肥即含固氮菌活菌的肥料 微生物与工业 酶工业氨基酸工业有机酸工业新材料开发生物化工食品工程 微生物与饮食 调味品 酱 酱油 豆豉 食用醋 发酵饮料 发酵面食 食药用菌 食用色素 食品添加剂 淹渍蔬菜 微生物与环保 微生物处理腈纶废水的塔式滤池 微生物工程 发酵工程又称微生物工程 是将微生物学 生物化学和化学工程学的基本原理有机结合起来 利用微生物的生长和代谢活动来生产有用物质及提供服务的工程技术 现代的发酵工程不仅包括菌体的生产和代谢产物的发酵生产 还包括微生物本身功能的利用 其主要内容包括工业价值菌种的选育 工程菌 的生产 发酵工艺条件的优化与控制 发酵设备 发酵罐 的设计及产物的分离 提取与精制和微生物功能的利用等内容 微生物工程的优越性 微生物以比表面积 表面积与体积之比 转化能力 繁殖速度 变异与适应性和分布范围五大特殊本领而著称 微生物工程中常用的微生物酵母菌 乳酸菌 光合细菌 消化菌 反硝化菌 枯草杆菌等 2 与其他学科实现更广泛的交叉 获得新的发展 学科交叉永远是科学创新的源泉 微生物基因组的序列测定和分析 微量热技术对生命过程的研究 微量热法用于细菌分类鉴定的研究 微生物的快速检定 计算机技术与微生物学的结合 3 海洋微生物抗肿瘤活性物质研究 发达国家开发海洋微