微生物学医学知识培训专家讲座

微生物学北京工业大学生命科学与生物工程学院吕岫华微生物学医学知识培训第1页联络方式：6739166813521199278lvxiuhua@地点：环化楼1309微生物学医学知识培训第2页

主讲教材：张文治微生物学北京：高等教育出版社，

主要参考书目：①沈萍主编.微生物学，北京：高等教育出版社，.②沈萍等主译.(美国)微生物学(第五版),北京：高等教育出版社，.微生物学医学知识培训第3页参考书目微生物学医学知识培训第4页

主要期刊杂志：《微生物学通报》双月刊

综合性

；《微生物学报》

双月刊

基础性；《工业微生物》双月刊

应用性；《生物工程学报》双月刊

；《食品与发酵工业》双月刊

应用性；《Applied

Biochemistry

and

Biotechnology》《Applied

and

Environmental

Microbiology》《Biotechnology

and

Bioengineering》《Biotechnology

Letters》微生物学医学知识培训第5页www.微生物学相关网站www.微生物学相关网站微生物学医学知识培训第6页成绩考评：总成绩=平时成绩（20%）+笔试成绩（80%）平时成绩：作业、课堂提问和表现、出勤、等笔试试题类型：名词解释；问答题和叙述题等微生物学医学知识培训第7页教学目标：

打开微生物学研究领域大门了解微生物研究最新进展掌握微生物生物学及分子生物学特征明确认识病原微生物引发疾病预防和治疗正确认识人类怎样开发、利用微生物微生物学医学知识培训第8页我国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年前创造酿酱、醋，用曲治消化道疾病；公元六世纪(北魏时期)贾思勰巨著“齐民要术”；公元2世纪，张仲景：禁食病死兽类肉和不清洁食物；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；1346年，克里米亚半岛上法卡城之战(靼坦人-罗马人)；16世纪，古罗巴医生G.Fracastoro：疾病是由肉眼看不见生物(livingcreatures)引发；1641年，明末医生吴又可也提出“戾气”学说；微生物学医学知识培训第9页微生物学发展动力

人类与细胞、病毒长久斗争需要人类探索生命秘密需要微生物学医学知识培训第10页微生物学是一门异常广泛学科----生物化学.细胞生物学.遗传学.分类学.病原细菌学.食品和工业微生物学以及生态学等.微生物群---病毒.细菌.真菌.藻类和原生动物.微生物学医学知识培训第11页第一章绪论微生物益处:微生物坏处:1347年瘟疫;我国解放前鼠疫大流行;微生物学医学知识培训第12页鼠疫（黑死病）：是一个由鼠疫杆菌引发烈性传染病，常先引发淋巴结炎，重者引发败血症或肺炎。从公元六世纪到20世纪初共发生过三次，死亡人数近两亿，这个数字比死亡最惨重第二次世界大战死亡人数（1.1亿）还多。最广为人知也最为悲惨鼠疫发生在中世纪欧洲（1346年），造成了欧洲1/3到1/2人口死亡。当初人们不知病因，直到19世纪后期细菌学创建后，鼠疫病源和传输路径才逐步明朗。1894年，法国细菌学家耶尔森在香港调查鼠疫时，发觉其病原体是一个细菌，这种细菌以后就被命名为耶尔森氏杆菌。1898年，另一位法国人西蒙德确定了鼠疫传输路径是跳蚤把病菌从老鼠传输给人。20世纪中叶，抗生素创造使得鼠疫成了轻易治愈疾病，而公共卫生和居住环境改进也切断了鼠疫传输路径。现在，尽管鼠疫已非常罕见，不过历史惨剧在人们心中留下阴影难以消除，它依然被许多人视为一个恐怖疾病。微生物学医学知识培训第13页师道南《天愚集》：清乾隆年间，“东死鼠，西死鼠，人见死鼠如见虎。鼠死未几日，人死如圻堵”；“三人行未十步路，忽死两人横截路”。我国解放前鼠疫大流行微生物学医学知识培训第14页

当今面临新瘟疫艾滋病（AIDS）癌症军团病（Legionellapneumophila）埃博拉病毒病疯牛病肺结核卷土重来1999年8月，世界卫生组织统计，当前全世界有18.6亿人（相当于全球人口32%）患结核病。年非典现在仍存在H1N1疾病微生物学医学知识培训第15页军团病军团病是由嗜肺军团杆菌引发以肺炎为主急性感染性疾病。有时可发生暴发流行。病原菌主要来自土壤和污水，由空气传输，自呼吸道侵入。本病有两种临床表现，一个以发烧、咳嗽和肺部炎症为主，称为军团病；

军团病起病急骤，高热伴寒战，恶心呕吐，有时伴腹痛与水样腹泻，2～3天后出现干咳，胸痛，偶带血丝，但极少有脓性痰。重者还有气急、呼吸困难和意识障碍，病死率约15％。微生物学医学知识培训第16页埃博拉病毒病埃博拉病毒是引发人类和灵长类动物发生埃博拉出血热（EBHF）烈性病毒，是一个罕见致命病毒；它可经过血液、体液快速传输，潜伏期为两周左右，患者最初症状是突然发烧、头痛、肌肉痛，随即出现呕吐、腹泻和肾功效障碍，最终是体内外大出血；这种病毒感染者有可能在24小时内死亡，其死亡率高达50%甚至90%；因为该病在非洲扎伊尔埃博拉河附近暴发，由此给予命名。微生物学医学知识培训第17页第一章绪论一、什么是微生物？

微生物是一类肉眼不能直接看见,必须借助光学显微镜或电子显微镜放大几百倍或几万倍后才能观察到微小生物总称.

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）”所组成。微生物并不是一个分类学上术语，它们主要是依据生物体大小而被人为地划归在一起。微生物学医学知识培训第18页微生物学医学知识培训第19页微生物学医学知识培训第20页在人们真正看到微生物之前，实际上已经猜测或感觉到它们存在，甚至人们已经在不知不觉中应用它们。人们对动植物认识，能够追溯到人类出现。可是，对数量庞大、分布广泛并一直包围在人体内外微生物却长久缺认识。原因主要有以下几个方面：

(1)个体微小

(2)外貌不显

(3)杂居混生

(4)因果难联正是以上原因，使人们对微生物认识长久处于无知状态，对待微生物往往表现出“视而不见、嗅而不闻、触而不觉、食而不察、得其益而不感其好，受其害而不知其恶愚昧状态。深受其害而不知其恶这能够从微生物给人类带来几次灾难得到充分说明。微生物学医学知识培训第21页微生物主要类群

真核生物－细胞核分化高,有核膜,核仁和染色体;胞内有许多细胞器.真菌、微型藻类、原生动物、一些寄生蠕虫。原核生物－细胞核分化低,只有DNA盘绕而成拟核,无核膜和核仁,除核糖体外,无其它细胞器.细菌、放线菌、蓝细菌和古生菌。非细胞生物－无细胞结构,无产生能量酶系统,由单一核酸和蛋白质衣壳组成,必须在活细胞内繁殖.病毒、类病毒和朊病毒。

微生物学医学知识培训第22页微生物种类

非细胞型微生物原核细胞型微生物真核细胞型微生物区分无细胞结构，无产生能量酶，一个核酸拟核，无核仁、核膜只有核糖体细胞核，有核仁、核膜，细胞器完整种类病毒细菌（狭义）支原体衣原体螺旋体立克次体放线菌（广义）真菌微生物学医学知识培训第23页微生物种类含有细胞结构微生物没有细胞结构微生物：病毒原核生物：（由原核细胞组成）真核微生物（由真核细胞组成）真菌显微藻类原生动物细菌草履虫水绵放线菌微生物学医学知识培训第24页第一章绪论什么是微生物学?研究肉眼看不见,非常微小生物体和他们活动,即对微生物研究.----研究微生物生命活动科学.微生物学医学知识培训第25页第一章绪论生命科学一个主要分支，是研究微生物类型、分布、形态、结构、代谢、生长繁殖、遗传、进化，以及与人类、动物、植物等相互关系一门科学微生物学医学知识培训第26页微生物学医学知识培训第27页微生物学主要内容微生物形态学：认识主要微生物类群个体形态、群体特征，包含繁殖方式。---

微生物生理学：微生物营养机制、能量代谢，在自然界元素尤其是植物营养元素在生物循环中作用。

微生物遗传学:了解微生物遗传信息传递过程特殊性以及细菌基因重组不一样方式。---

微生物生态学：了解微生物在自然界分布，与植物、动物相互关系。---微生物学医学知识培训第28页个体小、结构简、胃口大、食谱广、繁殖快、易培养、数量大、分布广、种类多、变异易、抗性强、休眠长、起源早、发觉晚二、微生物特点微生物学医学知识培训第29页个体小测量单位：微米或纳米微生物学医学知识培训第30页德国科学家H.N.Schulz等1999年在纳米比亚海岸海底沉积物中发觉一个硫磺细菌（sulfurbacterium），其大小可达0.75mm，Thiomargaritanamibiensis，---------“纳米比亚硫磺珍珠”微生物学医学知识培训第31页胃口大：消耗本身重量倍食物时间：大肠杆菌：1小时人：500年（按400斤/年计算）微生物学医学知识培训第32页繁殖快：48小时后：2.2×1043个后代，重量到达2.2×1025吨大肠杆菌一个细胞重约10–12

克，平均20分钟繁殖一代一头500kg食用公牛，24小时生产0.5kg蛋白质,而一样重量酵母菌，以质量较次糖液（如糖蜜）和氨水为原料，24小时能够生产50000kg优质蛋白质。微生物学医学知识培训第33页

若干微生物代谢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38252.7×1011

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

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)旧称，与细菌同属原核生物。微生物学医学知识培训第34页分布广：人迹可到之处，微生物分布很多，而人迹不到地方，也有大量微生物存在！

强酸、强碱、高热极端环境；

高空

地下；

常年封冻冰川；微生物学医学知识培训第35页抗（逆）性强：抗热：有细菌能在265个大气压，250℃条件下生长；自然界中细菌生长最高温度能够到达121℃

；有些细菌芽孢，需加热煮沸8小时才被杀死；抗寒：有些微生物能够在―12℃~―30℃低温生长；抗酸碱：细菌能耐受并生长pH范围：pH0.5~13；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：有些细菌可在很高大气压下生长；微生物学医学知识培训第36页食谱广：微生物获取营养方式各种多样，其食谱之广是动植物完全无法相比！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微生物学医学知识培训第37页易培养：很多细菌都能够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）都生存有大量微生物！微生物学医学知识培训第38页从永冻冰层分离微生物微生物学医学知识培训第39页南极Vostok湖冰芯样品中微生物微生物学医学知识培训第40页变异易：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变异后代突变率：10-5

–10-10微生物学医学知识培训第41页变异易：青霉素生产：20单位/ml（1943）10000单位/ml青霉素用量：最高：10万单位/天（40年代）数百万-千万单位/次微生物学医学知识培训第42页休眠长：世界上最古老活细菌（芽孢）：2.5亿年Nature407,897-900()

微生物学医学知识培训第43页起源早：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觉晚：300多年前人们才真正发觉微生物存在微生物学医学知识培训第44页微生物世界之最个体最小数量最多分布最广形态最简变异最易起源最早胃口最大抗性最强食谱最广休眠最长繁殖最快种类最多微生物学医学知识培训第45页种类多：

微生物生理代谢类型多；代谢产物种类多；微生物种数“多”；即使当前已定种微生物只有大约10万种，远较动植物为少，但普通认为当前为人类所发觉微生物还不到自然界中微生物总数1%微生物学医学知识培训第46页三.微生物学主要性与社会需求微生物与人类和动物健康及疾病亲密相关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影响微生物学促进了生物学发展

微生物学医学知识培训第47页分解者微生物消费者动物环境土壤、空气、水生产者植物（包含部分微生物）微生物在生态系统中地位：消费者，部分生产者微生物学医学知识培训第48页1.微生物与粮食

粮食生产是全人类生存中至关主要大事。微生物在提升土壤肥力、改进作物特征（如构建固氮植物）、促进粮食增产、防治粮食作物病虫害、预防粮食霉腐变质以及把多出粮食转化为糖、酒、单细胞蛋白、各种饮料和调味品等方面，都可大显身手。

微生物学医学知识培训第49页2．微生物与能源①把自然界蕴藏量极其丰富纤维素转化成乙醇；②利用产甲烷菌把自然界蕴藏量最丰富可再生资源转化成甲烷；③利用光合细菌、蓝细菌或厌氧梭菌等微生物生产”清洁能源”--氢气；④经过微生物发酵产气或其代谢产物来提升石油采收率；⑤研制微生物电池使之实用化。微生物学医学知识培训第50页3.微生物与资源微生物能将地球上永无枯竭纤维素等可再生资源转化成各种化工、轻工和制药等工业原料。传统：乙醇、丙醇、丁醇、乙酸、甘油、乳酸、苹果酸等；

当代：水杨酸、乌头酸、丙烯酸、已二酸、丙烯酸、长链脂肪酸、亚麻酸油和聚羟基丁酸酯（PHB）等；

另外：微生物在金属矿藏资源开发和利用上也有独特作用。

微生物学医学知识培训第51页4.微生物与环境保护

利用微生物肥料、微生物杀虫剂或农用抗生素来取代会造成环境恶化各种化学肥料或化学农药；利用微生物生产PHB（聚羟基丁酸酯）制造易降解医用塑料制品以降低环境污染；利用微生物来净化生活污水和有毒工业污水；利用微生物技术来监察环境污染度，如用艾姆氏法检测环境中“三致”物质；利用EMB培养来检验饮水肠道病原菌等。

微生物学医学知识培训第52页微生物与环境保护微生物处理腈纶废水塔式滤池微生物学医学知识培训第53页利用微生物改进环境

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.在农作物从土壤中吸收有机酶(酵素)及矿物质后,农作物将充满活力及发育成长.微生物菌可分解土壤中沉积化学盐,这些化学盐是因农地长久过量使用化肥所造成.去除沉积化学盐可松软土壤,使水份能更深入土壤,增加土壤保水性,解除土壤板结问题,增加农作物根部发育.

土壤改良微生物学医学知识培训第54页污水处理

高效微生物污水处理技术，其方法是经过化学或辐照方法筛选出无毒、无致病性、“能吃水”高效微生物(HEM)、然后投放到污水处理现场，使污水得到净化。该技术可用于处理城市污水、酿造废水、屠宰废水等各种可生物降解污水。安全可靠、操作简单，处理效率比传统方法提升50%以上，投资及运行费用降低20-30%，尤其适合经费短缺中小城市、乡村及厂矿使用，并可用于改造老污水处理设施，使之重新取得新生。微生物学医学知识培训第55页

5.微生物与人类健康防治这类疾病主要伎俩又是各种微生物产生药品：抗生素、干扰素和白细胞介素等高效药品纷纷转向由“工程菌”来生产。与人类生殖、避孕等亲密相关甾体激素类药品另外，一大批与人类健康、长寿相关生物制品，如疫苗、类毒素等均是微生物产品。

微生物学医学知识培训第56页微生物与人类关系绝大多数微生物对人类和动、植物是有益，而且有些是必需。1.在自然界中元素循环2.在工业方面作用3.在农业方面作用4.在医药方面作用只有少数微生物对人类和动、植物是有害。微生物学医学知识培训第57页四.微生物学发展1.微生物发觉:微生物学医学知识培训第58页1664年英国人罗伯特.虎克用自制显微镜并描述了霉菌子实体结构。微生物学医学知识培训第59页罗伯特·胡克显微镜

微生物学医学知识培训第60页1676年，微生物学先驱者——荷兰人列文虎克首次观察到了细菌。他没有上过大学，是一个只会荷兰语小商人，但却在1680年被选为英国皇家学会会员。微生物学医学知识培训第61页他一生制作了419架显微镜和放大镜，放大率最高到达300倍。他依据用简单显微镜所看到微生物而绘制图象，今天看来依然是正确。微生物学医学知识培训第62页2.微生物学发展史上重大事件1546Fracastoro提出不可见到生物引发疾病1676Leeuwenhoek发觉了“animalcules”1765-1776Spallanzani反驳自然发生说1786Muller提出了第一个细菌分类1798Jenner介绍了牛痘疫苗1838－1839Schwann&Schleiden提出了细胞理论1857

Pasteur证实了乳酸发酵是由微生物引发1861

Pasteur用曲颈瓶试验证实微生物非自然发生，推翻了争论以久“自生说”1864

Pasteur建立了巴氏消毒法微生物学医学知识培训第63页1867—1869Lister创建了消毒外科，并首次成功进行了石炭酸消毒试验

Miescher发觉核酸1876—1877Koch证实了炭疽病由炭疽杆菌引发1881

Koch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1882

Koch发觉结核杆菌(Mycobacteriumtuberculosis)1883

Koch首次发表Koch氏法则。Metchnikoff阐述了吞噬作用。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，开创了免疫学微生物学医学知识培训第64页1887

RichardPetri创造了双层培养皿1889Winogradsky发觉硫循环和硝化细菌。Beijerinck

首次分离根瘤菌1890VonBehring制备抗毒素治疗白喉和破伤风1891

Sternberg与巴斯德同时发觉了肺炎链球菌1895

Ivanowsky提供烟草花叶病是由病毒引发证据；

Bordet发觉互补现象1896

Büchner用无细胞存在酵母菌抽提液对葡萄糖进行酒精发酵成功1899

Ross证实疟疾病原菌由蚊子传输1909—1910Ricketts发觉立克次氏体；Ehrlich首次合成治梅毒化学治疗剂微生物学医学知识培训第65页1928

Griffith发觉细菌转化1929

Fleming发觉青霉素1935

Stanley首次提纯了烟草花叶病毒，并取得了它“蛋白质结晶”1943

Luria和Delbück用波动试验证实细菌噬菌体抗性是基因自发突变所致；

Chain和Flory形成青霉素工业化生产工艺1944

Avery等证实转化过程中DNA是遗传信息载体；Waksman发觉链霉素1946—1947Lederberg和Tatum发觉细菌接合现象、基因连锁现象1949

Enders、Robbins和Weller在非神经组织培养中，培养脊髓灰质炎病毒成功微生物学医学知识培训第66页1952

Hershey和Chase发觉噬菌体将DNA注入宿主细胞；

Lederberg创造了影印培养法；

Zinder和Lederberg发觉普遍性转导

Watson和Crick提出DNA双螺旋结构1956

Umbarger发觉反馈阻遏现象1961

Jocob和Monod提出基因调整操纵子模型1961—1966Holley、Khorana、Nirenberg等说明遗传密码1969

Edelman测定了抗原蛋白质分子一级结构1970—1972Arber、Nathans和Smith发觉并提纯了限制性内切酶；

Temin和Baltimore发觉转录酶微生物学医学知识培训第67页1973

Ames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取得成功1974

Khler和Milstein建立生产单克隆抗体技术1977

Woese提出古生菌是有不一样于细菌和真核生物特殊类群；Sanger首次对ΦX174噬菌体DNA进行了全序列分析1982—1983Cech和Altman发觉含有催化活性RNA（ribozyme）；McClintock发觉转座因子取得公认；

Prusiner发觉朊病毒（prion）微生物学医学知识培训第68页1983—1984Gallo和Montagnier分离和判定人免疫缺点病毒；

Mullis建立PCR技术1988

Deisenhofer等发觉并研究细菌光合色素1995

第一个独立生活生物（流感嗜血杆菌）全基因序列测定完成1996

第一个自养生活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

霍乱弧菌基因组测序完成微生物学医学知识培训第69页与微生物学相关诺贝尔生理或医学奖

NobelPrizeinPhysiologyorMedicine1901－1999之间有39项。总人数：77人美国46人，英国人11人，法国人7人，德国人6人，瑞士人4人，澳大利亚人2人，意大利人1人

1945年，青霉素发觉与发展1952年，链霉素发觉与发展1953年，碳水化合物在细胞中代谢1958年，微生物遗传生物化学研究1959年，DNA和RNA发觉与合成机理微生物学医学知识培训第70页1962年，DNA结构测定1965年，细胞中基因活性调整研究1969年，细胞病毒感染机理研究1984年，单克隆抗体技术发展，免疫学研究1997年，朊病毒研究1999年，蛋白质在细胞中移动和定位机理研究微生物学医学知识培训第71页与微生物学相关诺贝尔奖近百年来生命科中所取得重大结果，使生命科学跃居自然科学发展前列。由1901-1999年获诺贝尔化学、生理和医学奖出色科学家及其贡献足见一斑。在159位获奖者中，97%以上研究工作与生命科学相关，其中微生物学及与微生物学关系亲密学科诺贝尔奖取得者占到三分之一以上。微生物学医学知识培训第72页法国科学家巴斯德（LouisPasteur，1822-1895）

3.微生物学发展奠基者微生物学医学知识培训第73页巴斯德

(1)发觉并证实发酵是由活小生物——微生物引发(2)彻底否定了“自然发生”学说化学家出生巴斯德涉足微生物学是为了治疗“酒病”和“蚕病”著名曲颈瓶试验无可反驳地证实，空气内确实含有微生物，是它们引发有机质腐败。(3)免疫学——预防接种首次制成狂犬疫苗(4)其它贡献巴斯德消毒法：60～65℃作短时间加热处理，杀死有害微生物微生物学医学知识培训第74页曲颈瓶试验微生物学医学知识培训第75页巴斯德曲颈瓶试验无菌营养液出现微生物无菌营养液无生命出现加热无菌营养液无生命出现微生物学医学知识培训第76页几星期后42-43oC下培养老龄炭疽菌获免疫力37oC下培养新鲜炭疽菌巴斯德发觉免疫现象微生物学医学知识培训第77页(EdwardJenner,1749~1823)英国医生琴纳首创用牛痘预防天花，为预防医学开辟了辽阔路径。微生物学医学知识培训第78页创造培养基并用其纯化微生物等一系列研究方法创建证实炭疽病因—

炭疽杆菌发觉结核病原菌—结核杆菌科赫法则德国微生物学家柯赫（RobertKoch，1843-1910）

微生物学医学知识培训第79页柯赫a）细菌纯培养方法建立土豆切面→营养明胶→营养琼脂（平皿）（1）微生物学基本操作技术方面贡献b）设计了各种培养基，实现了在试验室内对各种微微生物培养c）流动蒸汽灭菌d）染色观察和显微摄影微生物学医学知识培训第80页（2）为病原细菌研究作出了突出贡献：a）