微生物学绪论(140)课件

1、 第1章 绪 论一、本学期的教学安排二、微生物与我们三、微生物的发现和微生物学的建立与发展四、微生物的类群与特点 期末考试卷面成绩：70分； 平时成绩：30分；考试成绩（课堂问答、个别交流、参与教学工作）平时成绩1、平时作业：015分；2、学习交流：010分3、出勤情况：05分；本课程的学习参考资料1、报刊及网上与微生物学相关的科技新闻；2、参考书：（1）微生物学学习指导与习题解析，肖敏、沈萍，高教社，2005（2）微生物学教程（第2版），周德庆，高教社，2002（3）“Microbiology”， Lansing M. Prescott,Donald Klein, John Harley，M

2、cGraw-Hill Higher Education，2002、2004 及其中译本（高等教育出版社，2003）3、参考杂志“微生物学通报”、“微生物学杂志”、“科学”、 “生命的科学”微生物的特点：个体小、结构简、胃口大、食谱广、繁殖快、易培养、数量大、分布广、种类多、级界宽、变异易、抗性强、休眠长、起源早、发现晚个体小:测量单位：微米或钠米 杆菌的平均长度：2 微米； 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 面积/体积比：人 = 1，大肠杆菌 = 30万； 这样大的比表面积特别有利于它们和周围环境进行物质、能量、信息的交换。微生物的其它很多

3、属性都和这一特点密切相关。结构简：无细胞结构（病毒）；单细胞；简单多细胞；胃口大：消耗自身重量2000倍食物的时间：大肠杆菌：人 ：1小时500年（按400斤/年计算）食谱广：微生物获取营养的方式多种多样，其食谱之广是动植物完全无法相比的！纤维素、木质素、几丁质、角蛋白、石油、甲醇、甲烷、天然气、塑料、酚类、氰化物、各种有机物均可被微生物作为粮食繁殖快：24小时后： 4722366500万亿个后代，重量达到：4722吨48小时后：2.2 10 43个后代，重量达到2.2 10 25 吨相当于4000个地球的重量！大肠杆菌一个细胞重约10 12 克，平均20分钟繁殖一代一头500 kg的食用公牛

4、，24小时生产 0.5 kg蛋白质,而同样重量的酵母菌，以质量较次的糖液（如糖蜜）和氨水为原料，24小时可以生产 50000 kg优质蛋白质。易培养：很多细菌都可以非常方便地进行人工培养！数量大：在自然界中（土壤、水体、空气，动植物体内和体表）都生存有大量的微生物！分析表明，微生物占地球生物总量的60%！分布广：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！ 强酸、强碱、高热的极端环境； 数十公里的高空（最高为离地85公里，须用火箭采样）； 几千米的地下； 常年封冻的冰川；从永冻冰层分离微生物南极Vostok湖冰芯样品中的微生物种类多： 微生物的生理代谢类型多；

5、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%。级界宽：Whittaker的五界分类系统级界宽：Woese三原界分类系统变异易：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：10-5 10-10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/次细菌抗药性的产生：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

6、高温度可以达到121 ； 有些细菌的芽孢，需加热煮沸8小时才被杀死；科学家发现一种食铁微生物可在121度高温下繁殖 科学杂志（Science, Vol. 301, Issue 5635, 976-978, August 15,2003）发表的一篇论文表明，研究人员发现了一种能够在121度 高温下生存繁殖的食铁微生物。如果微生物会嘲弄别人的话，这种微生物一定会嘲笑那些在上周的欧洲热浪中有诸多抱怨的人们。来自阿姆赫斯特马萨诸塞大学的研究人员Kazem Kashefi和Derek Lovley发现这种微生物并将之成为“121株”，目前该微生物还没于科学名称。科学家在太平洋深海海床火山口发现这种微生物

7、，该地的温度可以高达400摄氏度。两位研究人员将121株放在121摄氏度的烤箱中，结果发现这种微生物竟然很适合这一温度，菌落大小很快就增大到原来的两倍。这比以前报告的微生物最高生存温度高出8摄氏度。Lovley表示，研究这种食铁的121株微生物可以为我们揭示35亿年前第一种生命形式演化所处的环境。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121 ； 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12 30的低温生长；抗酸碱：细菌能耐受并生长的pH范围：pH 0.513；耐渗透压：蜜饯、腌制品，饱和盐水（NaCl,

8、 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； 科学家建议寻找地下50公里生命 北京晚报:2002-3-8把大肠杆菌放在地下50公里的超强压力下，它会不会活下来？科学家最近惊奇地发现，答案是肯定的。一些科学家说，这些细菌可以适应如此极端的压力环境，说明生物对环境具有超乎想象的“惊人”适应力。因此人类在其他星球上寻找地外生命时，眼光不能只局限在星球的表面，而应当延伸到压力巨大的地下。 照理来说，大肠杆菌等一般难以在这么高的压力下生存。以前的实验发现，构成生物的蛋白质等基本结构，在如此高的压力下往往会裂解。但美国卡内基学会地球物理研究所夏尔马博士领导的小组在最近出版的美

9、国科学杂志上介绍，在他们的实验中，大肠杆菌不仅在极端高压下活了下来，而且还能进行新陈代谢。 在实验中，科学家借用了高压物理学实验工具金刚石钻压槽。放入金刚石钻压槽中的大肠杆菌和另外一种常见细菌，受到了强力的挤压，其承受的压力最高值相当于海平面气压的1.6万倍。 化学分析显示，在接受压力实验的100万个细菌中，有1%存活了下来，这些幸存者仍然能够完成正常的代谢功能，将甲酸盐转化为二氧化碳和氢气，但是，与此同时，它们也付出了代价，许多幸存的个体已经被挤压得面目全非，而且目前没有迹象表明细菌能够在高压环境中繁殖。近些年来，研究人员陆续在海底火山口旁、两极冰层和地下发现了许多奇异的有机体，这些有机体能

10、够在高温、高放射性、强酸性和极为干燥的环境中生存并繁衍。这次新的研究又将生命的极限做了延伸。夏尔马说，当人类在外太空寻找生命时，应当重新考虑那些从前因为处于高压环境而被忽略的地方，例如木星的深水层或者火星冰盖的下面都可能有生命形式存在。 美生物学家提出：“当你认识到有机体能够在压强达上百吨的地下生存并繁衍的时候，生命的极限已经被延伸了，这就预示了像木星或其他重力巨大的行星上存在生命的可能性。休眠长：世界上最古老的活细菌（芽孢）：2.5亿年Nature 407, 897 - 900 (2000) 起源早：38亿年前，生命在海洋中出现26亿年前，陆地上就可能存在微生物发现晚：300多年前人们才真正

11、发现微生物的存在微生物既是人类的敌人，更是人类的朋友！ 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、面包、奶酪、啤酒、酱油等等 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！天花；鼠疫；艾滋病；疯牛病；埃博拉病毒；SARS；禽流感；猪链球菌； 。SARS禽流感 可以说，微生物与人类关系的重要性，你怎么强调都不过分，微生物是一把十分锋利的双刃剑，它们在给人类带来巨大利益的同时也带来“残忍”的破坏。它给人类带来的利益不仅是享受

12、，而且实际上涉及到人类的生存。（讲义P1） 16世纪，罗马医生G.Fracastoro：疾病是由肉眼看不见 的生物（living creatures）引起的； 1641年，明末医生吴又可提出“戾气”学说；（一）微生物的发现为什么在几千年的漫长岁月中人们一直没有发现与自己的生活紧密相关的微生物？1664年，英国人虎克（Robert Hooke）曾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。（二）微生物学的奠基法国人巴斯德（Louis Pasteur） （18221895）德国人柯赫（Robert Koch）（ 18431910）参见P 57（二）微生物学的奠基四、微生物的发现和微生

13、物学的建立与发展1.巴斯德 (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；化学家出生的巴斯德涉足微生物学是为了治疗“酒病”和“蚕病”著名的曲颈瓶试验无可辩驳地证实，空气内确实含有微生物，是它们引起有机质的腐败。参见P 57（二）微生物学的奠基1.巴斯德 (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；(4)其他贡献巴斯德消毒法：6065作短时间加热处理，杀死有害微生物(3) 免疫学预防接种（二）微生物学的奠基2.柯赫a）细菌纯培养方法的建立土豆切面 营养明胶 营养琼脂（平皿）（1）微生物学基本操作技术方面的贡献b）用培养基在实验室内培养

14、各种微生物c）流动蒸汽灭菌d）染色观察和显微摄影参见P 57参见P 57（二）微生物学的奠基四、微生物的发现和微生物学的建立与发展2.柯赫（2）对病原细菌的研究作出了突出的贡献：a）具体证实了炭疽杆菌是炭疽病的病原菌；b）发现了肺结核病的病原菌；（1905年获诺贝尔奖）c）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1、 在每一相同病例中都出现这 种微生物；2 、要从寄主分离出这样的微生 物并在培养基中培养出来；3、 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；4 、从试验发病的寄主中能再度 分离培养出这种微生物来。柯赫原则P4 表1-11867 Lis

15、ter创立了消毒外科；（三）微生物学发展过程中的重大事件1890 Von Behring制备抗毒素治疗白喉和破伤风；1892 Ivanovsky 烟草花叶病病原体的可滤过特性；P4 表1-1（三）微生物学发展过程中的重大事件1928 Griffith发现细菌转化现象；1929 Fleming 发现青霉素； 对其机理的研究导致DNA是遗传物质的确证； 外源遗传物质导入各种细胞的基因重组技术的建立；P4 表1-1（三）微生物学发展过程中的重大事件1944 Avery等证实转化过程中DNA是遗传信息的载体；1953 Watson和Crick提出DNA双螺旋结构；19701972 Arber、Smit

16、h和Nathans发现并 提纯了DNA限制性内切酶（三）微生物学发展过程中的重大事件 1977 Woese提出古生菌是不同于细菌和真核生物 的特殊类群 Sanger首次对f174噬菌体DNA进行了 全序列分析； 19821983 Prusiner发现朊病毒(prion)； 19831984 Mullis 建立PCR技术；（三）微生物学发展过程中的重大事件 1995第一个独立生活的细菌(流感嗜血杆菌)全基团组 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)基因组测序完成；（四）20世纪的微生物学四、微生物的发现和微生物学的建立与发展十九世纪

17、末到二十世纪中期：微生物学：鉴定病原菌、 研究免疫学及其在预防疾病中的作用、 寻找化学治疗药物、 分析微生物的代谢活性。普通生物学：细胞的构造及其在繁殖和发展中的作用、 植物和动物的遗传和进化的机制。动、植物 的生命活动规律 适用于结构大大简单的微生物？肌肉的糖酵解酵母菌乙醇发酵本质上的同一性“生物化学的同一性”维生素生长因子相同的化学本质多种辅酶的前体辅酶为细胞代谢所必需（一切生命系统在代谢水平上具有相同的本质）对动植物起作用的遗传机制同样适用于微生物生化突变细菌基因水平转移微生物遗传学肺炎双球菌转化实验病毒重组实验噬菌体感染实验核酸是遗传的物质基础（四）20世纪的微生物学 20世纪40年代

18、后，微生物自身的特点使其成为生物学研究的“明星”，微生物学很快与生物学主流汇合，并被推到了整个生命科学发展的前沿，获得了迅速的发展，在生命科学的发展中作出了巨大的贡献.微生物学与生物学发展的主流汇合、交叉，获得了全面、深入的发展人类一直与微生物相伴300多年前列文虎克借助原始显微镜发现微生物世界显微技术的发展与进步100多年前巴士德、科赫建立“微生物学”显微镜的出现（生活在微生物的海洋中）一系列科学家的工作使微生物学不断发展（见P3 图1-1微生物学的主要分支学科）Jacob等通过研究大肠杆菌诱导酶的形成机制而提出操纵子学说，阐明了基因表达调控的机制，为分子生物学的形成奠定了基础。60年代Ni

19、renberg等人通过研究大肠杆菌无细胞蛋白质合成体系及多聚尿苷酶，发现了苯丙氨酸的遗传密码，继而完成了全部密码的破译，为人类从分子水平上研究生命现象开辟了新的途径。“断裂基因”、 “跳跃基因”、“重叠基因”的发现，以及基因结构的精细分析、基因组测序等。1941年Beadle和Tatum用粗糙脉胞霉进行的突变实验使基因和酶的关系得以阐明，并提出了“一个基因一个酶”的假说。（五）微生物学在生命科学发展中的重要地位1微生物是生物学基本理论研究中的理想实验对象， 对微生物的研究促进许多重大生物学理论问题的突破 基因和酶关系的阐明及“一个基因一个酶”的假说； 遗传的物质基础的阐明； 基因概念的发展； 遗传密码的破译； 基因表达调控机制的研究； 生物大分子合成的中心法则；DNA RNA 蛋白质（五）微生物学在生命科学发展中的重要地位2对生命科学研究技术的贡献细胞的人工培养；突变体筛选；DNA重组技术和遗传工程；3微生物与“人类基因组计划”作为模式生物；基因与基因组的功能研究的重要工具;基因水平转移-细菌DNA的主动分泌与摄取聪明的黏菌 生命起源的