微生物学绪论

微生物学主要参考书籍 沈萍 微生物学 高等教育出版社 2000周德庆 微生物学教程 高等教育出版社 2001黄秀梨 微生物学 高等教育出版社 2000 微生物生物学杨文博主译 精要速览系列影印版 微生物学 影印 林稚兰等译 全美经典学习指导系列 林稚兰等译 微生物学国内主要刊物 中国微生物学会辽宁省微生物学会辽宁省微生物研究所 中国微生物学会中国科学院微生物研究所 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 http aem asm org http journals asm org MicrobiologyandMolecularBiologyReviews JournalofBacteriology http mmbr asm org http jb asm org AppliedandEnvironmentalMicrobiology TrendsinMicrobiologyResearchinMicrobiologyFEMSMicrobiologyReviewsFEMSMicrobiologyLettersJournalofMicrobiologicalMethodsFederationofEuropeanMicrobiologicalSocieties www fems microbiology org ArchivesofMicrobiology http link springer de link service journals 00284 http link springer de link service journals 00203 http link springer de link service journals 00253 LettersinAppliedMicrobiology MolecularMicrobiology JournalofAppliedMicrobiology http www blackwell CellularMicrobiology JournalofBasicMicrobiology CanadianJournalofMicrobiologyhttp www nrc ca cisti journals canada http mic sgmjournals org 绪论 微生物 microorganism 的概念 微生物是一切肉眼看不见或者看不清楚的微小生物体的总称 大多数微生物的个体小于0 1mm 所以微生物必须借助显微镜甚至电子显微镜才能看到其形态 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 粘菌 原核生物界 procaryotae 病毒界 virus 微生物包括真菌界 原生生物界 原核生物界和病毒界 一 微生物的研究对象 二 微生物的特点 1 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1 m3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 4 R2体积 4 3 R3面积 体积 4 R2 4 3 R3 3 R R越小 比面值越大 2 吸收多 转化快 产朊假丝酵母合成蛋白质的能力比大豆强100倍 比食用公牛强10万倍 一头500kg重的牛每天可增加蛋白质0 5kg 而500kg的酵母24小时可形成50000kg的蛋白质 3 生长旺盛 繁殖快 E coli每分裂1次的时间是12 5 20分钟 若以20分钟分裂一次计 一小时可分裂3次 1天24小时可分裂72次 后代数为4 722 366 500万亿个 约重4722吨 事实上由于客观条件的限制 细菌的对数增长只能维持数小时 不可能达到这么多 4 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250 甚至300 下正常生长 而大多数细菌可在 196 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 提高如青霉素产生菌效价 变异也有坏的一面 如细菌产生抗药性 5 种类多 分布广 动物 150万种 植物 50万种 微生物 50到600多万种 记载的20万种 病毒 4000多种 原核生物 3500多种 原生动物 藻类 10万种 真菌 9万种 分布 土壤 水域 动植物体内 极端环境 食品 三 什么叫微生物学 microbiology 微生物学是研究微生物生命活动规律及其应用的学科 微生物学的任务包括 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 四 微生物学的发展历程 史前期初创期1676 18601676年AntonvanLeeuwenhoek发现了 微动体 的存在 奠定期1861 1896Pasteur 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1897 1952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 1 史前期 我国劳动人民对微生物学的贡献 利用微生物酿酒 我国酿酒的创始人是仪狄和杜康 世本 里说 帝女令仪狄始作酒醪 变五味 利用微生物提高肥力 公元前一世纪 氾胜之书 提出肥田要熟粪 瓜与小豆间作 防止农业病害 公元2世纪 神龙本草经 中就有蚕 白僵 的记载 栽培食用菌 据 本草纲目 记载 栽培食用菌始于公元七世纪 种痘防止天花 防治天花的方法始于宋真宗 公元998 1022年 1676年AntonvanLeeuwenhoek 列文虎克 用自制的显微镜观察到了雨水和口腔中 微动体 的存在 这是人类第一次看到自然界中的微生物 我们尊称列文虎克为微生物学的先驱者 2 初创期 法国微生物学家巴斯德奠定了微生物生理学基础 我们尊称他为微生物学的奠基人 3 奠基期 巴斯德的贡献 彻底否定了 自然发生 学说 建立胚种学说 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 证实发酵 腐败 传染病是由微生物引起的 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 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 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 RobertKoch 1843年12月11 1910年5月27日 是有史以来最伟大的细菌学家之一 他在结核菌方面的成就 使他或得1905年的医学诺贝尔奖金 我们尊称他为细菌学的奠基人 科赫的贡献 建立了微生物学的一系列重要研究方法 纯培养技术 马铃薯块培养明胶平板培养琼脂平板培养 显微镜技术 鞭毛染色 显微摄影等 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 创立了病原微生物的科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 近代微生物的发展 1 1860年 苏格兰人李斯特首创无菌的外科手术 2 1883年 俄国人梅契尼科夫发现细胞吞噬作用即白细胞吞噬入侵的细菌 3 1884年 丹麦人Gram首创革兰氏染色法 4 1888年 荷兰人贝哲林克分离出纯培养的根瘤菌 1901年 贝哲林克分离出自生球褐固N菌 5 1890年 俄国人维诺格拉德斯基发现自养细菌 硝化细菌 1895年 维诺格拉德斯基分离出厌气性的固N梭菌 6 1892年 俄国人伊万诺夫斯基发现烟草花叶病的病原为一种滤过性病毒 伊万诺夫斯基 4 发展期 1897年 德国的布赫纳用无细胞酵母压榨汁中的 酒化酶 发酵葡萄糖成功 从而开创了微生物生理生化研究的新时代 掀起 寻找抗生素 维生素 酶 的淘金热 1 1928年 英国人格里菲斯发现了转化现象 2 1929年 英国人弗来明 Fleming 首先发现了青霉素 3 1935年 Stanley首次提纯了TMV 并获得了它的 蛋白质结晶 4 1941年 比德耳 Beadle 和塔图姆 Tatum 用X射线和紫外线照射 使链霉菌发生变异获得了营养缺陷型 5 1943年 瓦克斯曼 Waksman 分离出链霉素产生菌 6 1944年 艾弗里 Avery 第一次证明遗传的物质基础是DNA 5 成熟期 7 1946年 Ledeberg和Tatum发现细菌确有结合过程 1952年 Zinder与Ledeberg发现了细菌的普遍转导 8 1953年 沃森 Watson 与克里克 Crick 提出DNA的双螺旋分子结构模型和半保留复制假说 9 1961年莫诺 Monod 和雅各布 Jacob 提出了操纵子学说 10 1963年 尼伦伯格 Nirenberg 提出了遗传密码的理论 11 1970年 Temin发现了反转录酶 12 1973年 柯汉 Cohen 提出基因工程的理论 13 1982 1983年Prusiner发现了朊病毒 14 1983 1984年Gallo分离鉴定了艾兹病毒 Mullis建立PCR技术 15 1995年人类完成了流感嗜血杆菌全基因组的测序工作 16 1997年人类完成了酵母菌全基因组的测序工作 17 2001年人类基因组图框架数据结果正式发表 18 2002年水稻基因组图框架数据结果正式发表 五 微生物的作用 一 微生物是生态环境中重要的一员 在自然界物质循环中 微生物是有机物的主要分解者 二 微生物是生物学研究中重要的工具和材料 三 有益微生物为人类造福 1 工业上 1 酿酒 2 利用微生物生产调味品 3 利用微生物生产酶制剂 4 用微生物生产有机酸 5 用微生物生产核酸 6 用微生物冶金 2 在医药卫生上 1 由微生物生产的抗菌素拯救了无数人的生命 2 医用上的许多生化药品也是由微生物制得的 3 用微生物制成疫苗 3 在农业上 1 根瘤菌剂的应用 2 用微生物防治害虫4 在日常生活中 5 微生物在能源开发中 四 微生物对人类的危害 1 造成人畜疾病2 危害农作物3 危害农付产品 危害商品 六 未来微生物的发展 微生物学今后的发展方向 是利用基因工程的手段 构建有益的基因工程菌 从而使之具有新的遗传性状 产生人类所需要的新物质 1 利用基因工程菌提高抗生素的产量 利用基因工程手段将一个带有ce fEF基因的整合型重组质粒转入头孢霉素高产菌株C acremonium394 4中 所得的转化子在生产中能提高头孢霉素C的产量15 2 利用基因工程菌提高氨基酸的产量 1980年 前苏联V G Debabov等已成功组建了苏氨酸工程菌 将质粒pTH1转入大肠杆菌C600后 通过发酵条件及菌种筛选研究 产生苏氨酸的水平已达到65g L 3 利用基因工程菌进行维生素C的生产 传统的维生素C的生产采用两步发酵法 Anderson等和Hardy等克隆了2 5 二酮基 D 葡萄糖酸 2 5 DKG 还原酶基因构建了表达载体 分别转入草生欧文氏菌 Erwiniaherbicola 和柠檬欧文氏菌 Erwiniacitreus 中表达 新基因工程菌能使葡萄糖氧化成为2 5 DKG 以及2 5 DKG还原成为2 KLG 2 酮基 L 古龙酸 的双重反应在同一菌种内进行 从而实现了从D 葡萄糖到2 KLG的一步发酵 4 利用基因工程菌生产人的干扰素 早期 人干扰素的生产是利用病毒诱导人白血球或白细胞产生的 产量低 价格昂贵 不能满足需要 现在干扰素的生产是利用人工构建的干扰素 2b基因工程菌生产的 该菌编号为SW IFN 2b E coliDH5 质粒用PL启动子 含氨苄青霉素抗性基因 在30 下发酵8小时