微生物学-1绪论.ppt

微生物学,化工院微生物教研组汪晶,前言,课程安排为什么学微生物学怎么学微生物学,课程安排,学时40hr32hr理论+8hr实验成绩评定考试成绩+实验+平时教学参考书周德庆著：微生物学教程高等教育出版社沈萍著：微生物学高等教育出版社,为什么学微生物学,与人类关系密切少数是敌人控制多数是朋友利用,Vostok湖冰芯中的微生物,细菌数亿/g土壤土壤中细菌总重：100341012吨；,与人类关系密切,每张纸币带细菌：900万个,体表及体内存在大量微生物：皮肤表面：10万个细菌/cm2口腔：细菌种类超过500种肠道：总量达100万亿，粪便干重1/3是细菌每克粪便细菌数为1000亿个,每个喷嚏的飞沫含4500-150000个细菌重感冒患者为8500万,时时刻刻与微生物“共舞”是祸？是福？,微生物既是人类的敌人，更是人类的朋友！,少数微生物是人类的敌人,病原微生物鼠疫天花艾滋病疯牛病霉变腐败,物质循环关键环节,大多数微生物是人类的朋友！,正常菌群是健康的保证帮助消化、提供必需的营养物质、组成生理屏障,提供很多有用的物质有机酸、酶、药物、疫苗、面包、奶酪、啤酒、酱油,基因工程为代表的现代生物技术,可以说，微生物与人类关系的重要性，怎么强调都不过分，是一把十分锋利的双刃剑。它们在给人类带来“残忍”的破坏，但同时也带来巨大的利益，它关系到人类的生存。微生物的重要性,“在近代科学中，对人类福利最大的一门科学，要算是微生物学了。”,日本学者尾形学在“家畜微生物学”（1977）,怎么学微生物学,基础概念要记牢图表利用很重要知识网络要建好联系实际不可少能力培养最重要,五、绪论,第一章绪论,微生物学的研究对象和任务微生物学发展简史,一.微生物学研究的对象,笼统来说“Microorganism”,（一）什么是微生物？,一群肉眼看不见的细小、庞杂的生物的总称。,并非分类学名词,第一节微生物学的研究对象和任务,包括有：,单细胞,原核,“三菌三体”,真核,酵母菌藻类原生动物,多细胞，结构简单：霉菌,非细胞结构：病毒，亚病毒,微生物（Microorganism）：并非分类学上的名词，是所有形体微小，单细胞或个体结构较简单的多细胞，甚至没有细胞结构的低等生物的通称。,（二）微生物在生物界中的分类地位,1.难以认识的微生物世界,由此可见：,其原因：,个体微小;外貌不显；杂居混生；因果难联。,2.分类地位,1969年Whittaker提出的五界系统：依据:细胞结构和营养类型,原核生物界,原生生物界,真菌界,植物界,动物界,藻类原生动物,酵母菌霉菌,具细胞结构的生物,非细胞结构的生物：病毒界,病毒类病毒,生物,三菌三体,1977年Woese(伍斯)提出三域系统依据：16srRNA核苷酸序列,原核生物,古细菌域真细菌域,真核生物域,真菌动物植物原生动物单细胞藻类,五界系统和三域系统，微生物都占了大多数分别占35和23,（四）微生物的分类与命名,1.分类,微生物分类：是把看起来是杂乱无章的各种各样的微生物，按照亲缘关系分群归类、命名，并顺序地排列成为一个系统。,分类包括三个内容,类群划分命名鉴定,分类单位：界、门、纲、目、科、属、种。,亚种以上分类单元含义：,种（species）：微生物分类的基本单位；它是一大群表型特征高度相似，亲缘关系极其接近，与同属内其它种有明显差异的菌株的总称。,亚种(subspecies)或变种（variety）：当某一种内的不同菌株存在明显、稳定的变异特征或遗传性状而又不足以区分成为种时，就分为亚种。,属(genus)：性质相似，相互有关的各种归为一属。,相近的属并为科(family)；相近的科并为目(order)；相近的目归为纲(class)；综合各纲为门(division)。,培养物（culture）：指一定时间，一定空间内微生物的细胞群或生长物。,菌株(strain)：自然界分离得到的任一种微生物的纯培养物就称为一个菌株或指来源不同的菌。,型（form或type）：同一种或同亚种不同菌株间的性状差异，不足以分为新的亚种时，可分为不同型。,亚种以下类群划分含义：,在主要分类单位之间可添加“亚门”、“亚纲”、“亚目”、“亚科”、“亚属”。,2.命名,属名种名（姓）,名词，第一个字母大写，主要特征,形容词，第一个字母小写，次要特征,如下例：,Staphylococcusaureus金黄色葡萄球菌,葡萄球菌(属名)金黄色的,Linnaens创立的双名法，拉丁词每种微生物学名由：,Bacillussubtilis枯草芽孢杆菌,芽孢杆菌(属名)枯草,SaccharomycescerevisioeHansen啤酒酵母,酵母菌(属名)啤酒命名者姓,Aspergillusniger黑曲霉,曲霉属黑色,3.鉴定,依据菌的形态生理特征血清学反应核酸GC含量脱氧核糖核酸杂交等鉴定特征分群归类,（五）微生物的特点及其应用,1、体积小、面积大2、吸收多、转化快3、生长旺、繁殖快4、适应强、易变异5、分布广、种类多,病毒0.2m杆状细菌0.52.0m,支原体立克次氏体衣原体,0.20.5m,放线菌菌丝直径0.52.0m霉菌菌丝直径210m酵母15530m,1.体积小、面积大,测量单位：微米或纳米,1500个杆菌首尾相连=一粒芝麻的长度；10-100亿个细菌加起来重量=1毫克；,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），可达0.75mm，Thiomargaritanamibiensis，“纳米比亚硫磺珍珠”,1.体积小、面积大,比面=面积/体积,乳酸杆菌120,000豌豆6.0鸡蛋1.5体重200磅的人0.3,有利于和周围环境物质、能量、信息的交换是微生物区别于其他生物的关键特点,2吸收多，转化快,3克地鼠每天消耗与体重等重的粮食；1克闪绿蜂鸟每天消耗两倍于体重的粮食；大肠杆菌每小时消耗2000倍于体重的糖。；,发酵乳糖的细菌1小时内就可以分解相当于其自身重量1,00010,000倍的乳糖，产生乳酸；1公斤酵母菌，一天可发酵几千公斤糖，生成酒精；,消耗自身重量1000倍食物的时间大肠杆菌1小时人100年（按400斤/年计算）,500公斤公牛24小时生产0.5公斤蛋白质500公斤酵母菌24小时生产5000公斤优质蛋白（以质量较次的糖液和氨水为原料）,3生长旺，繁殖快,大肠杆菌在最适生长条件下，每12.520分钟细胞就能分裂一次。,在液体培养基中，细菌细胞的浓度一般为108109/ml。,谷氨酸短杆菌：摇瓶种子50吨发酵罐：52小时内细胞数目可增加亿倍。,繁殖快：,24小时后：4722366500万亿个后代，重量达到：4722吨48小时后：2.21043个后代，重量达到2.21025吨,相当于4000个地球的重量！,大肠杆菌一个细胞重约1012克，平均20分钟繁殖一代,表13若干微生物的代时及每日增殖率微生物名称代时每日分裂次数温度每日增殖率乳酸菌38分38252.71011大肠杆菌18分80371.21024根瘤菌110分13258.2103枯草杆菌31分46307.01013光合细菌144分10301.0103酿酒酵母120分12304.1103小球藻7小时3.42510.6念珠藻*23小时1.04252.1硅藻17小时1.4202.64草履虫10.4小时2.3264.92*为念珠蓝菌属(Nostoc)的旧称，与细菌同属原核生物。,表13若干微生物的代时及每日增殖率,个体小、结构简、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：10-510-10,4.易变异、适应强,菌种选育青霉素产量变异、耐药性变异举例,例如，青霉素生产菌Penicilliumchrysogenum(产黄青霉)产量1943年为每毫升发酵液中含20单位青霉素目前世界上先进国家的发酵水平每毫升已超过5万单位，甚至接近10万单位。,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1230的低温生长；,抗酸碱：细菌能耐受并生长的pH范围：pH0.513；,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Nature407,897-900(2000),5.种类多、分布广,分布广：如:万米深海、85公里高空、地层下128米和427米沉积岩中都发现有微生物存在。,类型低限倾向种数高限病毒与立克次氏体1,2171,2171,217支原体424242细菌与放线菌1,0001,5001,500蓝细菌1,2271,5001,500藻类15,05123,10023,100真菌37,17547,30068,939原生动物24,06824,06830,000总数79,78098,727127,298,微生物的种数，据1972年：,更重要的是在于微生物的生理代谢类型多、代谢产物种类多。,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%,二.微生物学的任务,根据种类多、分布广的特点，开发利用微生物资源,根据代谢强、类型多样的特点，应用于工农业生产,根据繁殖快、易变异的特点，定向选育优良菌种,利用种类多、分解力强的特点，应用于环境保护,研究生命活动规律。,改造和应用其为人类服务。,微生物学的分支学科,第二节微生物学发展简史,史前期启蒙期奠基期现代微生物学时期：发展期、成熟期,史前期,1.酿造历史上,时间：十七世纪下半叶，看到微生物以前特点：朦胧,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。,2.农业方面,公元六世纪(北魏时期)贾思勰的巨著“齐民要术”。,3.医学方面,公元前112年-212年间，华佗：“割腐肉以防传染”；公元前556年已知狂犬病来于疯狗；公元三世纪有防治狂犬病的记载“杀所咬犬，取脑傅之，后不复发“；公元九世纪痘浆法、痘衣法预防天花；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；,郑州殷代遗迹,我国古代的酿酒作坊（四川新都县出土的汉代画像）,丰富多彩的酒文化（二）,公元前2300年左右，埃及人酿制啤酒的场面,二.启蒙期,时间：十七世纪下半叶19世纪中叶，近二百年之久特点：形态描述阶段代表人物：列文胡克,1664年，英国人虎克（RobertHooke）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首次观察到细菌。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会员。,列文虎克利用业余时间制造过400多架单式显微镜和放大镜，放大率一般为50200倍，,三.奠基期,时间：十九世纪60年代二十世纪代表人物：法国的Louispasteur德国的Robertkoch特点：建立了独特的研究方法；开创了寻找病原微生物的“黄金时期”；从形态描述进入到生理学研究；微生物学以独立的学科形式,（一）.Louispasteur(1822-1895),法国化学家和微生物学家1847年毕业于巴黎师范学院，先从事化学研究，后从事微生物学方面研究。,(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；,化学家巴斯德涉足微生物学是为治疗“酒病”“蚕病”,曲颈瓶试验证实，是空气内微生物引起有机质的腐败。,(3)免疫学预防接种,首次制成狂犬疫苗,(4)其他贡献,巴斯德消毒：6065短时间加热，杀死有害微生物,巴斯德发现免疫现象,（二）Robertkoch(1843-1910),1.建立微生物学的研究技术,(1)细菌纯培养方法的建立；,土豆切面营养明胶营养琼脂（平皿）,(2)设计了各种培养基,(3)流动蒸汽灭菌；,(4)染色观察和显微摄影。,2.对病原菌研究作出了突出贡献,(1)具体证实了炭疽杆菌是炭疽病的病原菌；,(2)发现了肺结核病的病原菌；（1905年获诺贝尔奖）,炭疽菌,在每一相同病例中都出现这种微生物；,(3)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：,从寄主分离出这样微生物并在培养基中培养出来；,用这种微生物的纯培养接种健康而敏感的寄主，同样的疾病会重复发生；,从试验发病的寄主中能再度分离出这种微生物来,划线法获得单菌落,科赫定理图示,单菌落,四.现代微生物学的发展（20世纪的微生物学）,（一）.普通微生物学的建立发展期时间：19世纪末20世纪中叶特点：微生物学建立进入生化研究水平分支学科扩大标志：1897德Buchner无细胞发酵,1890VonBehring制备抗毒素治疗白喉和破伤风；,1892Ivanovsky提供烟草花叶是由病毒引起的证据；,1928Griffith发现细菌转化；,1929Fleming发现青霉素；,1897Buchner无细胞发酵,霉菌菌落周围出现抑制萄葡球菌生长的抑制现象,产黄青霉菌落,细菌生长抑制区域,正常细菌生长区域,1944Avery等证实转化过程中DNA是遗传信息的载体；,1953Watson和Crick提出DNA双螺旋结构；,19701972Arber、Smith和Nathans发现并提纯了DNA限制性内切酶。,1941Beadle与Tatlum获得营养缺陷型；,（二）.微生物学发展的新阶段成熟期时间：20世纪中叶至今特点：分子生物阶段，现代生命科学前沿,1977Woese提出古生菌是不同于细菌的特殊类群Sanger首次对f174噬菌体DNA全序列分析,19821983Prusiner发现朊病毒(prion)；,19831984Mullis建立PCR技术；,1995第一个独立生活细菌(流感嗜血杆菌)全基因组序列测定完成；,1996第一个自养生活的古生菌基因组测定完成；,1997第一个真核生物(啤酒酵母)基因组