微生物学 绪论

微生物学绪论二、教学目的及要求：通过学习本课程，要求从微生物的形态、生理、遗传、分类，到传染与免疫，较系统、全面地掌握微生物学的基本概念、基本知识和基本原理以及微生物学研究的基本规律，了解国内外微生物学的最新研究进展，能够运用所学的综合知识解决微生物学及其相关领域的简单问题，为后续课的学习打下坚实的基础。三、教学的重点和难点：重点：微生物细胞的结构与功能；病毒的特性及增殖过程；微生物的营养、代谢及其生长规律；细菌的基因重组及其与基因工程的关系；传染与免疫的相关知识等。教学难点：细菌的基因重组及其与基因工程的关系。四、与其他课程的关系：微生物学开设在动、植物学及生物化学课程之后，对微生物学的学习奠定了一定的基础，微生物学作为生物科学专业的专业基础课为后续课遗传学、细胞生物学及生物进化论的学习奠定基础。微生物与我们细菌数亿/g土壤，土壤中的细菌总重量估计为：10034×1012

吨

每张纸币带细菌：900万个

家居环境中微生物无处不在

人体体表及体内存在大量的微生物：

皮肤表面：平均10万个细菌/平方厘米；

口腔：细菌种类超过500种；

肠道：微生物总量达100万亿，

粪便干重的1/3是细菌，每克粪便的细菌总数为：1000亿个《微生物学》：绪论教学目的及要求：通过本章的学习使学生掌握微生物、微生物学的概念，微生物的共同特性，以及微生物发展的历程和各阶段有突出贡献的科学家，了解微生物学的总体概况和微生物学发展的将来。重点及难点：重点掌握几个概念，发展的各个阶段以及有突出贡献的科学家，微生物的共同特性。一、什么是微生物二、微生物学的发展简史三、微生物学研究的重要意义四、微生物与人类可持续发展五、学习本课程的主要参考书《微生物学》：绪论一、什么是微生物（一）什么是微生物微生物（Microorganism）通常是描述一些须借助显微镜或电镜才能看清的低等微小生物多为单细胞，少数为多细胞，包括病毒、细菌、真菌、原生动物、和某些藻类。微生物的种类具有细胞结构的微生物没有细胞结构的微生物：病毒原核生物：（由原核细胞构成的）真核微生物（由真核细胞构成的）真菌显微藻类原生动物细菌古细菌蓝细菌草履虫放线菌霉菌酵母菌大型真菌古细菌(archaeobacteria)（又可叫做古生菌、古菌、古核生物的结构核细胞或原细菌）是一类很特殊的细菌，多生活在极端的生态环境中。具有原核生物的某些特征，如无核膜及内膜系统；也有真核生物的特征，如以甲硫氨酸起始蛋白质的合成、核糖体对氯霉素不敏感、RNA聚合酶和真核细胞的相似、DNA具有内含子并结合组蛋白；此外还具有既不同于原核细胞也不同于真核细胞的特征，如：细胞膜中的脂类是不可皂化的；细胞壁不含肽聚糖，有的以蛋白质为主，有的含杂多糖，有的类似于肽聚糖，但都不含胞壁酸、D型氨基酸和二氨基庚二酸。与真细菌主要区别1．形态学上，古细菌有扁平直角几何形状的细胞，而在真细菌中从未见过。2．有无内含子(introns)上，许多古细菌有内含子。3．膜结构和成分上，古细菌膜含醚而不是酯，其中甘油以醚键连接长链碳氢化合物异戊二烯，而不是以酯键同脂肪酸相连。4．呼吸类型上，严格厌氧是古细菌的主要呼吸类型。5．代谢多样性上，古细菌单纯，不似真细菌那样多样性。6．在进化速率上，古细菌比真细菌缓慢，保留了较原始的特性（二）微生物的共同特点

（小、多、快、强、广）（1）体积小，面积大（表面积与体积之比大）

（2）吸收多，转化快（转化能力强）（3）生长旺，繁殖快如大肠杆菌（4）适应性强，易变异如感冒病毒（5）分布广，种类多

测量单位：微米或纳米细胞核动物细胞病毒细菌（1）体积小，面积大杆菌的平均长度和宽度：2μm和0.5μm3000个杆菌首尾相连=一粒大米的长度

10-100亿个细菌加起来重量=1毫克比面值

=表面积／体积

=（4πr2）÷[（4/3）πr3]=3／r任何物体被分割得越细，其单位体积所占的表面积就越大；Eg.人比面值=1；

大肠杆菌比面值=30万。结论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，并由此而产生其余4个共性!（2）吸收多，转化快生物界的普遍规律某一生物的个体越小，其单位体重所消耗的食物就越多。消耗相等的糖量所需要的时间大肠杆菌1小时人500年（按400斤/年计算）1.胃口大产朊的假丝酵母合成蛋白质的能力比食用公牛强10万倍比大豆强100倍微生物加工厂2.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。（3）生长旺，繁殖快

惊人的速度大肠杆菌一个细胞重约10–12

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：2.2×1043个后代，重量达到2.2×1025

吨相当于4000个地球的重量!!!大肠杆菌惊人的增殖速度微生物的代时和每日增殖率

微生物名称代时每日分裂次数温度（℃）每日增殖率细菌乳酸菌38分38252.7×1011大肠杆菌18分80371.2×1024根瘤菌110分13258.2×103枯草杆菌31分46307.0×1013光合细菌144分10301.0×103酿酒酵母120分12304.1×103藻类小球藻7小时3.42510.6念球藻23小时1.04252.1硅藻17小时1.4202.64草履虫10.4小时2.3264.92为微生物学基本理论研究带来了极大的便利：使科研周期大大缩短，效率提高

遗传工程的研究

高等动植物的研究

生物工程的主角

在生产实践中有重要的意义：生产效率高，发酵周期短（4）适应强，易变异微生物具有极其灵活的适应性或代谢调节机制。Eg.高温、高酸、高盐、高辐射、高压、高碱、高毒、低温等微生物对恶劣的环境有惊人的适应力。个体小、结构简单、且多是单细胞，繁殖快、数量多，与外界环境直接接触等特点，使微生物易发生变异。突变率：10-5

–10-10易变异短时间内产生大量的变异后代青霉素的生产：20单位/ml（1943）50000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/次青霉素：（5）分布广，种类多微生物的分布可谓是

无处不在！课后小实验：我们生活在“微生物的海洋”里吗？从你的周围环境中采集各种样品接种到培养基中作好标记培养、观察微生物生长？？？灭菌培养基(三)微生物的多样性微生物的形态与结构多样性

微生物的代谢多样性

微生物的繁殖与变异多样性

微生物的抗性多样性

微生物的种类多样性

微生物的生态分布多样性

（三）微生物的多样性1.微生物的形态与结构多样性结构十分简单外部形态多样：球状、杆状、螺旋状、丝状、方形、阿拉伯数字状、英文字母形等显微结构多样性：革兰氏染色的结果不同、古菌的细胞壁组成与细菌的区别等。（三）微生物的多样性2.微生物的代谢多样性微生物能利用的基质十分广泛

微生物的代谢方式多样代谢产物多种多样（三）微生物的多样性3、微生物的繁殖与变异多样性

繁殖方式：细菌二裂法，性接合；菌丝和分生孢子繁殖；菌丝、无性孢子和有性孢子繁殖；出芽方式等。易发生变异：形态构造、代谢途径、抗性、抗原性的形成与消失、代谢产物的种类和数量等（三）微生物的多样性4、微生物的抗性多样性

抗热性、抗寒性、抗盐性、抗干燥性、抗酸性、抗碱性、抗压性、抗缺氧、抗辐射和抗毒物等（三）微生物的多样性5、微生物的种类多样性

目前确定在十万种左右，仍以每年发现几百至上千个新种的趋势在增加。已知的已分离培养种类不足总数的1％微生物横跨了生物六界系统中的四界（三）微生物的多样性6、微生物的生态分布多样性

微生物在自然界中无处不在！二、微生物学的发展简史（1）什么是微生物学

是一门在细胞、分子或群体水平上研究微生物的形态构造、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，并将其应用于工、农、以及环境保护等实践领域的科学。二、微生物学的发展简史（2）微生物学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。

微生物生理学：微生物的营养机制、能量代谢，在自然界元素特别是植物营养元素在生物循环中的作用。

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。

微生物生态学：了解微生物在自然界的分布，与植物、动物的相互关系。（3）微生物学的分支科学（4）微生物学的发展史前期：未发现微生物存在，能利用微生物，如发酵、酿酒等初创期：1676年，列文虎克第一次发现微生物的存在

幻灯片23奠基期：巴斯德，德国科赫（1861-1896）幻灯片25发展期：1897年德国布赫纳发现无细胞制剂对葡萄糖的发酵作用成熟期：1953后DNA结构的双螺旋模型的建立，微生物成为分子生物学的研究对象幻灯片301676年，微生物学的先驱荷兰人列文虎克（Antonyvanleeuwenhoek）首次观察到了细菌。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的会员。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50~200倍。罗伯特·胡克的显微镜

现代光学显微镜巴斯德·路易斯(1822-1895)

法国微生物学家、化学家，近代微生物学的奠基人。发酵是由于特殊微生物引起的发现了防治霍乱的疫苗巴斯德消毒法：60℃~75℃用“鹅颈瓶实验”推翻了尼达姆的“微生物自生说”LouisPasteur(1822-1895)雁颈瓶实验德国科学家罗伯特·柯赫（RobertKoch）1证实炭疽病菌是炭疽病的病原菌2提出证明某种微生物是否为某种疾病病原体的基本原则-科赫法则3发现了肺结核病的病原菌4微生物纯种的分离技术-琼脂平板培养技术

RobertKoch(1843-1910)柯赫氏法则(Koch’postulates）

从动物的患者体内分离出病原物进行纯培养回接到同样类型的动物体，引起同样的病症再分离得到与第二步一致的菌系幻灯片21三、微生物学研究的重要意义（一）在环境中的作用微生物在生态系统中的地位利用微生物改善环境微生物对环境的有害影响（二）医药（三）食品微生物繁殖快、价值低，没有种族上的异议，是很好的的实验材料分解者微生物消费者动物环境土壤、空气、水生产者植物（包括部分微生物）微生物在生态系统中的地位：分解者，部分生产者幻灯片30利用微生物改善环境

土壤改良剂农业产品内含丰富有机酶(酵素),这些有机酵素是从有益微生物菌提炼产生,可让农作物直接吸收.微生物菌可分解土壤中沉积的化学盐,去除沉积的化学盐可松软土壤,使水份能更深入土壤,增加土壤的保水性,解除土壤的板结问题,增加农作物根部发育.

土壤改良幻灯片32污水处理

高效微生物污水处理技术，其方法是通过化学或辐照的方法筛选出无毒、无致病性、高效微生物(HEM)、然后投放到污水处理现场，使污水得到净化。安全可靠、操作简单，处理效率比传统方法提高50%以上，投资及运行费用降低20-30%，特别适合经费短缺的中小城市、乡村及厂矿使用，并可用于改造老的污水处理设施，使之重新获得新生。微生物对环境的有害影响植物病原菌：稻瘟病烟草花叶病烟草野火病动物病原菌：鸡霍乱猪瘟(口蹄疫)人类的疾病：非典型肺炎(SARS）爱滋病流感伤寒稻瘟病

烟草花叶病口蹄疫幻灯片30微生物对人类的危害

1347年，鼠疫杆菌引起的瘟疫几乎摧毁了整个欧洲，有1/3的人(约2500万人)死于这场灾难。

1843—1847年，欧洲人主要粮食马铃薯得病，饿死了100万人，164万人逃往北美。

许多已被人类征服的传染病又有“卷土重来”之势。如肺结核、虐疾、霍乱等。

环境污染的日益严重，一些新的疾病又给人类带来新的威胁。例如：军团病、埃博拉病毒病、霍乱新菌型0139、埃希氏大肠杆菌0157、疯牛病新的瘟疫：艾滋病(AIDS)正在全球蔓延。

2003年，非典性肺炎------SARS病毒席卷了中国2003-2006年，禽流感在蔓延欧亚非（二）医药

各种疾病的疫苗

1880年巴斯德研制出第一种疫苗----鸡霍乱疫苗目前人类使用的疫苗抗菌素抗菌素是细菌、放线菌（链霉素、红霉素、氯霉素等）、真菌（如青霉、木霉、头孢霉）的次生代谢产物。生物防治苏云金杆菌防治虫害（三）食品

有害影响有利影响引起食品酸败（发霉、变质）、食物中毒（如肉毒芽孢杆菌、黄曲霉毒素等）以及其他疾病。食品微生物工程：酿酒、面包、酱油、酸奶、泡菜

等四.微生物与人类可持续发展

（一）当代微生物学的发展趋势（二）微生物与人类可持续发展

1、微生物与生态环境

2、微生物学与农业

3、利用微生物生产可持续的清洁能源（三）微生物与人类社会文明进步如何学习微生物学爱重要性

微生物学是其他学科，如：遗传、生物信息等的基础对以后的工作也是十分重要的，比如：进入科研、生物技术公司，相当多的制药行业依赖该学科课后及时复习，并做好预习及时了解该学科及相关学科发展的最前沿

学习本课程的主要参考书

周德庆.微生物学教程，北京：高等教育出版社，1993黄秀梨主编.微生物学，北京：高等教育出版社，1998杨颐康主编微生