微生物绪论PPT

1、微生物学精品课程微生物学精品课程生命科学与技术学院生命科学与技术学院李俊刚李俊刚Microbiology第一章第一章 绪论绪论一、什么是微生物二、微生物学及其分科三、微生物学发展简史四、微生物的特点及其应用(五、微生物的分类及其命名)六、微生物的重要性及社会需求七、怎样学好微生物学？一、什么是微生物？ 定义：微生物是所有形体微小形体微小、单细胞单细胞或结构结构较为简单较为简单的多细胞多细胞生物、甚至没有细胞结构没有细胞结构的生物的通称 英文“微生物”一词“microorganism”，就是在“生物（organism）”词之前加上前缀“非常小（micro）”所构成。 微生物并不是一个分类学上的术

2、语，它们主要是根据生物体的大小而被人为地划归在一起的。微生物主要类群微生物主要类群原核生物原核生物细菌、放线菌、支原体、立克次氏细菌、放线菌、支原体、立克次氏体、衣原体、蓝细菌和古生菌体、衣原体、蓝细菌和古生菌真核生物真核生物真菌（酵母菌、霉菌和蕈菌）、微真菌（酵母菌、霉菌和蕈菌）、微型藻类、原生动物和某些寄生蠕虫型藻类、原生动物和某些寄生蠕虫非细胞生物非细胞生物病毒、亚病毒（类病毒、拟病毒病毒、亚病毒（类病毒、拟病毒和朊病毒）和朊病毒）二、微生物学及其分科二、微生物学及其分科 微生物学（微生物学（Microbiology)就是研究微就是研究微生物的形态构造、生理代谢、遗传变异、生生物的形态构

3、造、生理代谢、遗传变异、生态分布和分类进化等生命活动基本规律并应态分布和分类进化等生命活动基本规律并应用于工、农、医和环境保护等实践领域的科用于工、农、医和环境保护等实践领域的科学。学。 三、微生物学发展史三、微生物学发展史 1、史前期（约、史前期（约8000年前年前1676）白酒酿造大多是固态发酵，其主要产物是乙醇。分析检测，白酒中大部分是乙醇和水，还含有占总量2%左右的其他香味物质。由于这些香味物质在酒中种类的多少和相互比例的不同才是酒有别于酒精，具有独特的风格。白酒中的香味物质主要是醇类、酯类、醛类、酮类、芳香族化合物等物质。白酒物质的产生过程：淀粉糖乙醇 蛋白质氨基酸醇、醛、酮等物质中

4、国创造的制曲酿酒工艺四大特点： 历史悠久 工艺独特 经验丰富 品种多样固态发酵和固态蒸馏的传统操作 双边发酵 白酒发酵过程中糖化和发酵同时进行。酿酒生产中采用“低温入窖、缓慢发酵”的操作工艺。续糟发酵 甑桶蒸馏 多菌种发酵 界面复杂 浓香型曲酒各名酒厂的生产原理相同，采用泥窖、固体发酵、续糟混蒸等工艺。但在粮糟配比、续糟方法上有不同之处，大致可分为：跑窖工艺法、本窖工艺和老五甑工艺法。 泸州老窖酿酒工艺泸州老窖酿酒工艺酿酒工艺流程高粱粉碎 分段取酒 稻壳拌和装甑蒸馏出甑粮糟打量水摊晾 母糟 开窖分层母糟加糠拌合装甑蒸馏出甑红糟 下曲| 起窖 面糟 蒸馏丢糟黄水酒稀释分层回窖入窖发酵 | 丢糟饲

5、料 窖池管理酒类 曲酒 果酒 啤酒 蒸馏酒曲：大曲 、散曲、 小曲 、 饼曲 、草药曲 、红曲 、干酵母；酒：曲酒又分为浓香型 、 酱香型、 清香型 、米香型、 混香型；菌种：混合发酵 根霉 、黑曲霉、 米曲霉 、红曲霉、 毛霉、 酵母现在发展趋势：生淀粉酒精发酵、生料酿酒、淀粉制糖。 李俊刚：生淀粉糖化菌NL-3的发酵条件 西南师大学报 1998.2 No 1 .92-962 2、初创期（、初创期（16761861）3 3、奠基期（、奠基期（18611897）法国科学家巴斯德法国科学家巴斯德（Louis Pasteur，1822-1895） 彻底否定了自然发生说证实发酵由微生物引起发明了狂犬

6、病毒减毒疫 苗制备方法 发明巴氏消毒法德国微生物学家柯赫（Robert Koch， 1843-1910） 发明培养基并用其纯化微生物等一系列研究方法的创立证实炭疽病因 炭疽杆菌发现结核病原菌结核杆菌科赫法则单菌落划线法获得单菌落 科赫定理图示4 4、发展期（、发展期（18971953）德国科学家E.Buchner（1897年）： 酵母菌无细胞压榨汁将葡萄糖发酵成酒精英国科学家Fleming弗莱明（1929年）： 发现了世界上第一个抗生素-青霉素 5 5、成熟期（、成熟期（1953至今） 2121世纪微生物学展望世纪微生物学展望 微生物具备生命现象的特性和共性，将是微生物具备生命现象的特性和共性

7、，将是21世纪进一步解决生物学重大理论问题，世纪进一步解决生物学重大理论问题，如生命起如生命起源与进化，物质运动的基本规律源与进化，物质运动的基本规律等，和实际应用等，和实际应用问题，如问题，如新的微生物资源的开发利用，能源、粮新的微生物资源的开发利用，能源、粮食食等的最理想的材料。等的最理想的材料。四、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0.2 m杆状细菌0.52.0 m支原体立克次氏体衣原体0.20.5 m放线菌菌丝直径 1 m左右霉菌菌丝直径 210m酵母15530 m比面值=表面积/体积3/r乳酸杆菌 120,000豌

8、豆 6.0鸡蛋 1.5体重200磅的人 0.3 小体积大面积系统，就可形成一个巨大的营养物质吸收面、代谢废物的排泄面和环境信息的交换面。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。；发酵乳糖的细菌在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公斤酵母菌体，在一天内可发酵几千公斤的糖，生成酒精； 微生物是超小型“活的化工厂”。为微生物的高速生长繁殖和合成大量代谢产物提供充分的物质基础。例如：Escherichia coli (大肠杆菌)在最适的生长条件下，每12.520分钟细胞就能分裂一次。

9、当前全球的细菌总数约为51030个。在液体培养基中，细菌细胞的浓度一般为108109个/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。利用微生物的这一特性就可以:实现发酵工业的短周期、高效率生产。例如生产鲜酵母时，几乎12小时就可以收获一次，每年可以收获数百次。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 38 25 2.71011大肠杆菌 18分 80 37 1.21024 根瘤菌 110分 13 25 8.2103枯草杆菌 31分 46 30 7.01013 光合细菌 144分 10 30 1.0103酿酒酵母

10、 120分 12 30 4.1103小球藻 7小时 3.4 25 10.6念珠藻 * 23小时 1.04 25 2.1硅藻 17小时 1.4 20 2.64草履虫 10.4小时 2.3 26 4.92* 为念珠蓝菌属 (Nostoc) 的旧称，与细菌同属原核生物。突变频率一般为10-510-10，但因繁殖快，数量多，与外界环境直接接触，因而在短时间内可出现大量变异的后代。 青霉素产量变异、耐药性变异举例例如，青霉素生产菌 Penicillium chrysogenum(产黄青霉)的产量1943年为每毫升发酵液中含20单位青霉素，40多年来，经过世界各国微生物遗传育种工作者的不懈努力使该菌产量变

11、异逐渐积累，加上发酵条件的改进，目前世界上先进国家的发酵水平每毫升已超过6万单位，甚至接近10万单位。微生物的数量性状变异和育种使产量提高的幅度之大，是动植物育种工作中绝对不可能达到的。正因为如此，几乎所有微生物发酵工厂都十分重视菌种选育工作。任何有其它生物生存的环境中，都能找到微生物。而在其它生物不可能生存的极端环境中也有微生物存在。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。微生物的种数，据1995年：类型 低限 倾向种数 高限 病毒与立克次氏体 1,217 1,217 4,000 支原体 42 42 142 细菌与放线菌 1,000 1,

12、500 1,800 蓝细菌 1,227 1,500 1,500 藻类 15,051 23,100 36,100 真菌 37,175 47,300 90,000 原生动物 24,068 24,068 60,000 总数 79,780 98,727 269,242种类多：物种的多样性M总数约在50600万种，其中记载的20多万种；微生物的生理代谢类型的多样性分解有机物；产能方式多样；生物固氮；合成次生代谢产物；分解有毒和剧毒物质；抵抗极端环境。代谢产物的多样性16500种（1992年）。遗传基因的多样性微生物基因组测序，31个基因组，即将发表15个。生态类型的多样性。五、微生物的分类及其命名五、微

13、生物的分类及其命名 微生物的系统分类单元遵循林耐建立的系统分类单元，自微生物的系统分类单元遵循林耐建立的系统分类单元，自上而下依次可分七级，即：上而下依次可分七级，即： 界界Kingdom， 门门Phylum， 纲纲Class， 目目Order， 科科Family， 属属Genus， 种种Species。必要时每一级都还可有若干辅助单元，故共可有十余级必要时每一级都还可有若干辅助单元，故共可有十余级。以啤酒酵母为例，它在分类学上的地位是： 界(Kindom)：真菌界 门(Phyllum)：真菌门 纲(Class)：子囊菌纲 目(Order)：内孢霉目 科(Family)：内孢霉科 属(Genu

14、s)：酵母属 种(Species)：啤酒酵母（a原核生物界原生生物界植物界真菌界动物界共同祖先细菌域古生菌域真核生物域（ba 生物五界分类系统图示原核生物界原生生物界植物界真菌界动物界共同祖先细菌域古生菌域真核生物域（b原核生物界原生生物界真菌界原核生物界原生生物界植物界真菌界动物界共同祖先细菌域古生菌域共同祖先细菌域古生菌域真核生物域生物三域分类系统图示1. 种（species）：是一个基本分类单位；是一大群表型特征高度相似、亲缘关系极其接近，与同属内其他种有明显差别的菌株的总称。菌株（strain）: 表示任何由一个独立分离的单细胞繁殖而成的纯种群体及其一切后代（起源于共同祖先并保持祖先特

15、性的一组纯种后代菌群）。因此，一种微生物的不同来源的纯培养物均可称为该菌种的一个菌株。菌株强调的是遗传型纯的谱系。例如：大肠埃希氏杆菌的两个菌株：Escherichia coli B 和Escherichia coli K12菌株的表示法：如果说种是分类学上的基本单位，那么菌株实际上是应用的基本单位，因为同一菌种的不同菌株在产酶种类上或代谢物产量上会有很大的不同和差别！ 亚种(subspecies）或变种(variety)：为种内的再分类。当某一个种内的不同菌株存在少数明显而稳定的变异特征或遗传形状，而又不足以区分成新种时，可以将这些菌株细分成两个或更多小的分类单元亚种。变种是亚种的同义词，因

16、“变种”一词易引起词义上的混淆，从1976年后，不在使用变种一词。通常把实验室中所获得的变异型菌株，称之为亚种。如：E.coli k12（野生型）是不需要特殊aa的，而实验室变异后，可从k12获得某aa的缺陷型，此即称为E.coli k12的亚种。 型(form):常指亚种以下的细分。当同种或同亚种内不同菌株之间的性状差异不足以分为新的亚种时，可以细分为不同的型。例如：按抗原特征的差异分为不同的血清型；微生物的名字有俗名和学名两种。如： 红色面包霉粗糙脉孢霉 绿脓杆菌铜绿假单胞菌学名是微生物的科学名称，它是按照有关微生物分类国际委员会拟定的法则命名的。学名由拉丁词、或拉丁化的外来词组成。学名的

17、命名有双名法和三名法两种。双名法双名法： 学名=属名+种名+（首次定名人）+现定名人+定名年份 属名：拉丁文的名词或用作名词的形容词，单数，首字母大写，表示微生物的主要特征，由微生物构造，形状或由科学家命名。 种名：拉丁文形容词，字首小写，为微生物次要特征， 如微生物色素、形状、来源或科学家姓名等。例：大肠埃希氏杆菌 Escherichia coli （Migula）Castellani et Chalmers 1919 金黄色葡萄球菌 Staphylococcus aureus Rosenbach 1884当泛指某一属微生物，而不特指该属中某一种（或未定种名）时，可在属名后加sp.或ssp.

18、（分别代表species 缩写的单数和复数形式）例如：Saccharomyces sp. 表示酵母菌属中的一个种。菌株名称在种名后面自行加上数字、地名或符号等，如： Bacillus subtilis AS1.389 AS=Academia Sinica Bacillus subtilis BF7658 BF=北纺 Clostridium acetobutylicum ATCC824 丙酮丁醇梭菌ATCCAmerican Type Culture Collection美国模式菌种保藏中心 当文章中前面已出现过某学名时，后面的可将其属名缩写成13个字母。 如：Escherichia coli 可

19、缩写成 E.coli Staphylococcus aureus可缩写成 S. aureus三名法三名法：用于对亚种的命名，这时在属和种名后加写一个subsp.，然后再附上亚种名称（斜排体）。 如： Bacillus thuringiensis subsp. galleria 苏云金芽孢杆菌腊螟亚种 当微生物名称是一个亚种（当微生物名称是一个亚种（subspecies，简称，简称“subsp”，排正体字）或变种（，排正体字）或变种（variety，简称，简称“var”，排正体字）时，学名就应按，排正体字）时，学名就应按“三名法三名法”构构成，即：成，即：例1：苏云金芽孢杆菌蜡螟亚种Bacill

20、us thuringiensis subspgalleria例2：酿酒酵母椭圆变种Saccharomyces cerevisiae varellipsoideus 当一个微生物种名在一篇文章或著作中反复出当一个微生物种名在一篇文章或著作中反复出现时，常常可以对学名进行省略。属及以上分类现时，常常可以对学名进行省略。属及以上分类单位的名称不能省略，只有种名可省略。当它在单位的名称不能省略，只有种名可省略。当它在有关文章或资料中首次出现时，不能省略，必须有关文章或资料中首次出现时，不能省略，必须写全，以后均可省略。省略时，只能简略种名中写全，以后均可省略。省略时，只能简略种名中的属名，种加词不能省

21、略。的属名，种加词不能省略。 如如 Escherichia coli， E. coli （大肠杆菌），（大肠杆菌），但是这种省略也要遵循一定的原则。但是这种省略也要遵循一定的原则。六、微生物学的重要性与社会需求六、微生物学的重要性与社会需求微生物与人类和动物健康及疾病密切相关微生物与人类和动物健康及疾病密切相关微生物在工业生产中有很多应用微生物在工业生产中有很多应用 微生物对农业生产有着很大的影响微生物对农业生产有着很大的影响 微生物学促进了生物学的发展微生物学促进了生物学的发展 微生物作为模式生物具有如下优点：（1）微生物具有相对不复杂的结构；（2）微生物培养成本低、群体数量大， 易于获得统

22、计学上可信度高的结果；（3）微生物生长速度快，倍增时间短， 极大缩短了世代培养研究所需周期。 1867 1869 Lister创立了消毒外科，并首次成功的进行创立了消毒外科，并首次成功的进行 了石炭酸消毒实验了石炭酸消毒实验 Miescher 发现核酸发现核酸18761877 Koch证明了炭疽病由炭疽杆菌引起证明了炭疽病由炭疽杆菌引起1881 Koch等首创用明胶固体培养基分离细菌，巴斯德等首创用明胶固体培养基分离细菌，巴斯德 制备了炭疽菌苗制备了炭疽菌苗1882 Koch发现结核杆菌发现结核杆菌(Mycobacterium tuberculosis) 1883 Koch首次发表首次发表Ko

23、ch氏法则。氏法则。Metchnikoff阐述了阐述了 吞噬作用。建立高压蒸汽灭菌和革兰氏染色法吞噬作用。建立高压蒸汽灭菌和革兰氏染色法1884 Pasteur研究狂犬病疫苗成功，开创了免疫学研究狂犬病疫苗成功，开创了免疫学1928 Griffith发现细菌转化发现细菌转化1929 Fleming发现青霉素发现青霉素1935 Stanley首次提纯了烟草花叶病毒，并获得了它首次提纯了烟草花叶病毒，并获得了它 的的“蛋白质结晶蛋白质结晶”1943 Luria和和Delbck用波动实验证明细菌噬菌体的抗用波动实验证明细菌噬菌体的抗 性是基因自发突变所致；性是基因自发突变所致； Chain和和Flo

24、ry形成青霉素工业化生产的工艺形成青霉素工业化生产的工艺1944 Avery等证实转化过程中等证实转化过程中DNA是遗传信息的载体；是遗传信息的载体； Waksman发现链霉素发现链霉素19461947 Lederberg和和Tatum发现细菌的接合现象、发现细菌的接合现象、 基因连锁现象基因连锁现象1949 Enders、Robbins和和Weller在非神经的组织培养在非神经的组织培养中，培养脊髓灰质炎中，培养脊髓灰质炎 病毒成功病毒成功1973 Ames建立细菌测定法检测致癌物；建立细菌测定法检测致癌物； Cohen 等首次将重组质粒转入大肠杆菌中获得成功等首次将重组质粒转入大肠杆菌中获得成功1974 Khler和和Milstei