微生物学基础-绪论.ppt

微生物学基础,讲授：李一星理论课：28学时实验课：20学时E-mail:liyixing39Tel:8728168513627202708,绪论,微生物的概念及特点微生物学研究的内容微生物学的发展微生物与人类参考书目及主要刊物,一、微生物的概念与特点,(一)什么是微生物？,微生物不是分类学上的专门名词，是人们肉眼不能看见的微小生物的总称。,包括原核微生物：细菌、古细菌、放线菌、蓝细菌真核微生物：酵母菌、霉菌、单细胞藻类、原生动物非细胞型微生物：病毒、亚病毒,(二)微生物在生物分类中的地位,二界系统：微生物发现之前，生物分为动物界和植物界。三界系统：1866年Haeckel把生物分为动物界、植物界和原生生物界五界系统：美国生物学家魏泰克(R.H.Whittaker)1969年根据细胞结构及营养吸收方式的不同提出。六界系统：五界系统中加上病毒界,微生物研究对象包括真菌界（fungi）:酵母、霉菌原生生物界（protista）：原生动物、单细胞藻类、粘菌原核生物界（procaryotae）病毒界（virus）三原界(域)系统：70年代以后，Woese提出古细菌的概念。后来提出真核生物、真细菌和古细菌三原界学说。目前较流行。,（三）微生物与其它生物的共同点,除病毒外，均由细胞组成基本化学组成相同，有蛋白质、核酸和多糖等有新陈代谢等基本生理活动有受基因控制的遗传机制有繁殖能力,（四）微生物的特点,个体小、比表面大分布广、种类多生长繁殖快、转化率高代谢类型多，生活方式多样易变异、适应性强,1.个体小，比表面大,微生物的面积与体积的比值称为比面值。球菌：面积=4R2体积=4/3R3面积/体积=4R2/4/3R3=3/R（R越小，比面值越大）例如：一个球菌，若体积为1m3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。,微生物细胞的大小和类型,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0.75mmThiomargaritanamibiensis-“纳米比亚硫磺珍珠”,最大的细菌,2.分布广,分布：土壤、水域、动植物体内、极端环境、食品。人迹可到之处，微生物的分布必然很多，而人迹不到的地方，也有大量的微生物存在！,数十公里的高空（最高离地85公里，须用火箭采样）；,几千米的地下；,强酸、强碱、高热的极端环境；,常年封冻的冰川；,种类多,动物：150万种植物：50万种微生物：已知10多万种病毒：4000多种原核生物：5000多种藻类：23100种真菌：47300种原生动物：24000种,3.生长繁殖快,比面值大的微生物必然有一个大的营养物质的吸收面，一个大的代谢物的排泄面，所以小的微生物代谢旺盛，繁殖快。,大肠杆菌一个细胞重约1012克，平均20分钟繁殖一代。,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！,转化率高,如产朊假丝酵母合成蛋白质的能力比大豆强100倍，比公牛强10万倍。,一头500kg重的公牛每天可增加蛋白质0.5kg，而500kg的酵母24h可合成50000kg的蛋白质。,4.代谢类型多,自养、异养、光能、化能,生活方式多样,互生、共生、寄生、腐生,5.适应强，抗逆性强,微生物适应性强是动植物无法比拟的,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；,抗热：有的细菌能在250的条件下生长；自然界中细菌生长的最高温度可以达到121,易变异,微生物由于个体小易受环境条件影响发生变异。变异有好的一面，如提高青霉素产生菌效价，变异也有坏的一面，如细菌产生抗药性。,二、微生物学研究的内容,微生物学：研究微生物生命活动规律及其应用的科学。包括:微生物的形态、细胞结构和功能（物质、能量和信息的转运）。微生物的多样性和进化(diversityandevolution)。微生物的生态学（Ecology）规律，即微生物与环境、微生物之间、微生物与其他生物间的关系。微生物同人类的关系，发掘和利用有益微生物，改造或杀死有害微生物。,本课程的主要内容,微生物形态学：认识主要微生物类群的个体形态、群体特征，包括繁殖方式。-第一章、第二章、第三章、第四章微生物生理学：微生物的营养机制、物质和能量代谢。-第五章、第六章微生物遗传学:了解微生物遗传信息传递过程的特殊性以及细菌基因重组的不同方式。-第七章微生物生态学：了解微生物在自然界元素循环中的作用、微生物在自然界的分布，与植物、动物的相互关系。-第八章,三、微生物学发展简史,史前期：人类对微生物的认识和利用建立在生产-实践的基础上。初创期：吕文虎克(AntonyvanLeeuwenhock)开创的微生物形态学阶段。奠基期：巴斯德开创的微生物生理学阶段。发展期：应用微生物学和基础微生物学。现代微生物学阶段：分子微生物学,1、史前期,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；公元六世纪(北魏时期)贾思勰的巨著“齐民要术”；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；16世纪，古罗巴医生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；,2、初创期,AntonyvanLeeuwenhock(1632-1723),微生物的发现,Leeuwenhoek：吕文虎克，荷兰人，微生物学的先驱。1676年，利用自制的显微镜首次观察到了细菌。,1590年荷兰人詹森兄弟制作了第一台显微镜。1664年英国人罗伯特.胡克用自制的显微镜并描述了霉菌的子实体结构。,罗伯特胡克的显微镜,吕文虎克观察到的微生物,1748年英国传教士尼达姆（JohnNeedham）“微生物自生说”法国路易斯巴斯德（LouisPasteur）德国科学家罗伯特柯赫（RobertKoch）1865年李斯特外科消毒术微生物学的基本技术已建立并完善：显微术19世纪出现改良的显微镜-现代光学显微镜纯培养技术、灭菌技术、革兰氏染色法等,3、奠基期-生理生化时期,现代光学显微镜,巴斯德（Pasteur18221895）：法国化学家，微生物生理学奠基人。推翻“生命自然发生说”。证明只有活的微生物才是传染病、发酵和腐败的真正原因。,LouisPasteur,Pasteur和自然发生说的终结,LouisPasteur的贡献,通过曲颈瓶实验彻底否定了自然发生说生理学证实发酵由微生物引起：证明酒精发酵由酵母菌引起。发明了巴氏消毒法（Pasteurization：62-63/30分钟或71/15分钟）。免疫学：发明用接种减毒细菌来预防鸡霍乱，发明疫苗，首次制成了狂犬疫苗。,柯赫（Koch）与Koch法则,Koch,德国医生，创立疾病的种质学说，成为细菌学奠基人。1876年,证明炭疽杆菌引起炭疽病（anthrax）；1882年，发现结核杆菌，并因此获诺贝尔奖。柯赫法则（Kochspostulates）:用于确定某种微生物是否是引起某种疾病的病原体的法则。发明了固体培养基，获得微生物的纯培养,种质学说（theGermTheoryofDisease）纯培养（PureCulture）,只有一种微生物组成的细胞群体。,RobertKoch(1843-1910),柯赫法则：病原微生物总在患传染病的动物中发现而不存在于健康的个体中。病原微生物可以离开动物体，并被培养为纯培养物。这种纯培养物接种到敏感动物体后，应当出现特有的病征。该微生物可从患病的实验动物中重新分离出来，并可在实验室中再次培养，此后它仍与原始病原微生物相同。,贝耶林克（Beijerinck）和维诺格拉德斯基（Winogradsky）,Winogradsky(1856-1953),俄国人Beijerinck(1851-1931),荷兰人两人均对土壤和水体微生物感兴趣，被看作普通微生物学的奠基人。,4、发展期：,二十世纪初，对微生物生理、生化研究的开展和深入，微生物开始涉入农业、工业和医学等领域，一系列分支学科开始出现：大体分为：基础微生物学，应用微生物学按生命活动规律分：普通微生物学、微生物形态学、分类学、遗传学、生理学按应用领域：工业微生物、农业微生物、环境微生物,AlexanderFleming(1881-1955),1929年：AlexanderFleming(弗莱明)发现了青霉素；1944年：Waksman在土壤放线菌中找到链霉素。开始了抗生素研究的热潮,1953年,Watson-CrickDNA双螺旋的发现开创了微生物分子生物学的发展时期。,5、现代微生物学阶段：,20世纪80年代以来，微生物学进入分子研究水平。微生物成为生物技术和遗传工程的主角。分类学：三原界学说基因组学：细菌基因组测序细菌基因表达调控研究微生物与动植物互作的分子机理研究,微生物学的未来沿着分子微生物学领域继续发展是一个重要方面。基因工程菌的构建全面展开微生物基因组和后基因组的研究广泛和深入地开展微生物多样性的研究利用微生物治理环境微生物致病性和免疫机制的研究,四、微生物与人类,医学微生物制药抗生素疫苗等工业上的贡献食品工业与发酵、微生物冶金、生物降解等等农业与生物技术生物防治、生物肥料等微生物与环境保护在生态系统中的作用利用微生物改善环境对生物学基础研究的贡献微生物繁殖快、价值低，没有种族上的异议，是很好的实验材料模式菌株危害,开发和利用有益微生物，控制和杀死有害微生物。,沈萍1999.微生物学高等教育出版社,周德庆2002.微生物学教程第二版。高等教育出版社,杨苏声周俊初.2005微生物学，科学出版社,中文参考书目,李阜棣胡正嘉.2000微生物学，中国农业出版社,黄秀梨.1998.微生物学,第五版,中国农业出版社,2“Microbiology”，LansingM.Prescott,DonaldKlein,JohnHarley，McGraw-HillHigherEducation，2002及其中译本（沈萍等，高等教育出版社，2003）,英文参考书及多媒体辅助课件:,3MicrobeZooCD-ROM,theMichiganStateUniversityBoardofTrustees,1998,1BrocksBiologyofMicroorganism10TH，MichaelT.MadiganJohnM.MartinkoJackParker，PrenticeHall，2002,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,,,MicrobiologyandMolecularBiologyReviews,JournalofBacteriology,,,AppliedandEnvironmentalMicrobiology,T