微生物学-绪言

微生物学 廖德聪2020年4月 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Microorganismsareubiquitous 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 10034 1012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 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 微生物是自然界物质循环的关键环节 微生物是人类的朋友 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 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 基因工程为代表的现代生物技术 少数微生物也是人类的敌人 鼠疫 艾滋病 埃博拉病毒 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 环境微生物学六 微生物学的学习方法七 显微镜下的微生物 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 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 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 表1 1微生物形态 大小和细胞类型 1 1 2生物中哪些是微生物 1 1 2生物中哪些是微生物 1 1 3微生物的特点 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 体积小 面积大 比表面积大 比表面积SurfacetoVolumeRatio营养物质吸收 代谢废物排泄 环境信息交换 对比表面分割后的变化 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Candidautilis 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 生长旺繁殖快 E coli 12 5 20min 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 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境高温 高酸 高盐 高辐射 高压 低温 高碱 高毒低的变异频率 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 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 1 2 0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 1 2 1微生物的形态与结构多样性 个体微小形态上显微结构上 1 2 2微生物的代谢多样性 微生物能利用的基质十分广泛 微生物的代谢方式多样代谢速率是任何其他生物所不能比拟的 代谢产物更是多种多样 氨基酸 蛋白质 单糖 多糖 核苷酸 核酸 脂肪 脂肪酸 抗生素 维生素 毒素 色素 生物碱 CO2 H2 H2S NO2 SO42 等等都可以是微生物的代谢产物 1 2 3微生物的遗传与变异多样性 在微生物中携带遗传信息的物质及其方式具有多样性 微生物的繁殖方式相对于动植物的繁殖也具有多样性 微生物易变异 并具有多样性 其表现可涉及到所有性状 如形态构造 代谢途径 抗性 抗原性的形成与消失 代谢产物的种类和数量 1 2 4微生物的抗性多样性 微生物具有极强的抗热性 抗寒性 抗盐性 抗干燥性 抗酸性 抗碱性 抗压性 抗缺氧 抗辐射和抗毒物等能力 显示出其抗性的多样性 1 2 5微生物的种类多样性 现已确定的微生物种数在10万种左右 但仍正以每年发现几百至上千个新种的趋势在增加 自然界中存在大量的微生物 我们生活在一个充满着微生物的环境中 微生物横跨了生物六界系统中无细胞结构生物病毒界和细胞结构生物中的原核生物界 原生生物界 菌物界 古菌 细菌和真核生物三域 1 2 6微生物的生态分布多样性 无处不在 即使是同一地点 同一环境 在不同的季节 如夏季和冬季 微生物的数量 种类 活性 生物链成员的组成等也会有明显的不同 这些都显示了微生物生态分布的多样性 1 3微生物的重要性 环境能源医药食品农业 Idealizedbiorefineryconcept ImagecourtesyofOakRidgeNationalLaboratory OakRidge TN USA 1 3微生物的重要性 环境 保护环境 维护生态平衡以提高土壤 水域和大气的环境质量 创造一个适宜人类生存繁衍 并能生产安全食品的良好环境 是人类生存所面临的重大任务 1 3微生物的重要性 环境 微生物是有机废水污物和合成有毒化合物的强有力的分解者和转化者 起着环境 清道夫 的作用 有机废水和污染物的处理 污染土壤的微生物修复 某些微生物也以其本身作为病原或其代谢毒物污染各类环境或食品 危害着人类健康 Aerobic AnaerobicBioreactor BioreactorProgram GasCollectiontoGenerateEnergy AirInjection GroundwaterMonitoring LiquidsStorage AnaerobicBioreactor LiquidsStorage GasCollectiontoGe