微生物学绪论.ppt

1、微生物学绪论,教材： 微生物学教程（第二版），周德庆。 参考书目： 1. 微生物学 沈萍主编 2.微生物世界美 R.Y.斯塔尼尔 等。,参考书目,阅读书目 1.微生物学的发展英P.科勒德 著，科学出版社，1985年 2.微生物猎人传美保罗.德.克鲁伊夫 著，科学普及出版社，1982年 3.危险的杀手美Barry E. Zimmerman, David J. Zimmerman著，文化艺术出版社，2003年 4.微生物的秘密世界英J。波斯特盖特 著，江苏人民出版社，2000年 5.巴斯德传法帕特里斯.德布雷 著，商务印书馆，2000年,教学目标： 带领同学们领略微生物的奇妙世界； 清晰明了地阐述

2、微生物学的基本原理和概念； 理解和欣赏对微生物的各种巧妙应用； 培养同学们对微生物的关注和兴趣。 学习方法： 上课认真听讲，课后复习整理，考试加强记忆。,课程考核方法 1、期末考试成绩，占总成绩的70% 2、平时成绩（学习态度、考勤、作业）占30%、期末考试成绩占70%,绪论 一、什么是微生物？ 微生物（microorganism, microbe）是一切肉眼看 不见或看不清的微小生物的总称。 小 个体微小 微生物 简 构造简单 低 进化地位低,真核生物 原核生物 非细胞生物,动物 植物 多细胞藻类,原生动物 单细胞藻类 真菌,细菌 古细菌 蓝细菌（蓝绿藻）,病毒 亚病毒,微生物,微生物的发现

3、 在人们真正看到微生物之前，实际上已经猜想或感觉到它们的存在，甚至人们已经在不知不觉中应用它们。人们对动植物的认识，可以追溯到人类的出现。可是，对数量庞大、分布广泛并始终包围在人体内外的微生物却长期缺认识。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（形态与其作用的后果之间很难被人认识）,认识状态: 视而不见、嗅而不闻、触而不觉、食而不察、得其益而不感其好、受其害而不感其恶。 微生物学的发展历史 (1) 史前期 -1676 （2）初创期 1676-1861年 （3）奠基期 1861-1897年 （4）发展期 1897-1953年 （5）成熟期

4、 1953年-,二、微生物学是研究什么的？ 微生物学是研究微生物的，它主要包括以下 5个方面： 研究活的细胞以及它们是怎样生活的； 研究独立存在的单个细胞，尤其是细菌； 研究微生物的多样性、进化及进化的原因； 研究微生物在整个世界所起的作用； 研究微生物在基础生物学研究中的重要作用。,三、为什么要研究微生物？ 作为基础生命科学，微生物学为探索生命的 过程提供了最易接近及操作的研究工具和模型； 作为应用生命科学，微生物学的知识在处理医 药、工 业、农业的许多重要问题上都是不可缺 少的。,四、微生物学的发展简史 （一）微生物学发展的几个阶段 微生物学可以认为是经历了四个时期： 推测时期（公元前50

5、001675年） 观察时期（167519世纪中期） 培养时期（19世纪中期20世纪初） 1. 生命能自然发生吗？ 2. 传染病的本质是什么？ 生理学研究时期（19世纪末现在）,（二）促进微生物学发展的著名人物 Antoni van Leeuwenhoek （安东尼.凡.列文虎克） 第一个看见并详细描述微生物的人（1674年）。,列文虎克，1632-1723,2. Louis Pasteur （路易.巴斯德，1822-1885）,巴斯德的成就是无与伦比的，它显示了他的天才，然而必须跟他亲密相处以后，才能彻底认识他心地的善良。 鲁博士,微生物学奠基人巴斯德,巴斯德的主要贡献 （1）认识发酵过程的实

6、质，改进了葡萄酒和啤酒制作的工艺过程，从而提高了这些产品的质量 （2）发明了巴氏灭菌法。 （3）推翻了自然发生学说，导致了有效的灭菌手段的发展。 （4）分离出引起蚕病的杆菌，并随之建立了判定本病的方法及其预防措施。 （5）发现给羊接种菌苗能预防炭疽； （6）建立了鸡霍乱免疫方法； （7）建立了对付狂犬病的方法；,巴斯德的曲颈瓶实验,巴斯德发现免疫现象,保罗.伯特向法国政府呈交的报告中指出：巴斯德的业绩包括三项巨大的发现： 每一种发酵都由一种特殊的微生物发展而引起。 每一种传染病都由一种特殊的微生物发展而引起。 将一种传染病培养物的微生物放置于某种不利条件下 减弱其致病力，可以由病毒变为疫苗。,

7、1884年，巴斯德在他的实验室研究狂犬病减毒疫苗。,1885年，巴斯德首次给人注射狂犬病减毒疫苗。 受试男孩为Joseph Meister，他后来成为巴斯德研究所的管理员。,3. 约瑟夫.李斯特（Joseph Lister，1827-1912）,李斯特，英国格拉斯哥的青年外科医生，将巴斯德的实验原理 应用于创伤治疗上，是现代外科学的创始人。,4. 罗伯特.科赫（Robert Koch，1843-1910）,罗伯特.科赫，现代微生物学奠基人之一,科赫的主要贡献 （1）对牛炭疽的研究科赫定律，促进了微生物学的发展，极大地改进了临床医学的科学基础。 （2）发明了固体培养基，发展了分离纯培养技术使微生

8、物作为一门独立的科学建立起来。 （3）发现结核病的病原（1882）结核杆菌，获1905年诺贝尔医学和生理奖。 （4）发现并分离了霍乱的病原霍乱弧菌。 （5）拍摄了第一批细菌显微镜照片。,5. 贝格林克 （Martinus Willem Beijerinck，1851-1931）,荷兰人，微生物生理学创始人之一。 主要贡献： （1）发现根瘤菌的固氮作用（1888）。 （2）发明富集培养方法。 （3）发现好氧固氮菌。 （4）提出病毒的概念。,6. 维诺格拉德斯基（Sergius Winogradsky, 1856-1953）,波兰人，微生物生理学创始人之一。 主要贡献： （1）发现化能自养菌，提出

9、化能自养的概念（1889）。 （2）发现厌氧固氮菌。,7. 保罗.埃利希（Paul Erhlich，1854-1915） 犹太人，化学治疗的发明者。发现了治疗梅毒的砷 矾钠明，发明了白血球的鉴别染色法。,保罗.埃利希 埃利希和秦佐八郎,8. 亚历山大. 弗来明（Alexander Fleming，1881-1955）,英国细菌学家弗来明爵士，因发现青霉素（1928）及其对传染病的疗效，与E.B.Chain和H.W.Florey共同获得1945年诺贝尔医学和生理奖。,9. 瓦克斯曼（S.A. Waksman，1888-1973） 乌克兰人，1943年发现链霉素，1952年获诺贝尔奖。,瓦克斯曼（

10、右）和他最心爱的学生沙茨（左）,10. 格里菲斯（Friderick Griffith，1879-1941） 发现细菌的转化现象（1928） 。为发现DNA是遗传物质打下了基础。,11. 艾弗里（O. T. Avery，1877-1953） 解释格里非斯的实验， 证明DNA是遗传物质。 （1944）,动物,植物,生物,菌,病毒,细菌,真菌,藻,微型动物,“微型植物”,虫,微生物学的分科 按研究微生物的基本生命活动规律划分,普通微生物学,微生物生态学 微生物分类学 微生物生理学 微生物生物化学 微生物遗传学,按微生物的应用领域划分,应用微生物学,工业微生物学 农业微生物学 植物病理学 医学微生物

11、学 药用微生物学 兽医微生物学 食品微生物学,按所研究的微生物的对象划分 细菌学 真菌学 病毒学 原生动物学等 按微生物所在的生态环境划分 土壤微生物学 海洋微生物学 宇宙微生物学 按实验技术操作划分 实验微生物学,自然界中N、C、S等元素循环,农业,以菌造肥,以菌催长,以菌防病,以菌治病,工业,微生物应用于食品、皮革、纺织、石油、化工、冶金等,医药工业,利用微生物制造抗生素、维生素、辅酶、ATP等药物,污水处理,利用微生物降解有机磷、氰化物等,基因工程技术中提供多种工具酶和载体系统,创建有益的工程菌新品种,微生物与人类的关系,微生物,有少数微生物能引起人类和动、植物的病害,四.未来微生物学面

12、临的问题和挑战 基础科学方面 （1）对微生物资源的普查。 （2）对微生物基因组的测序。 （3）对微生物膜的深入了解。 （4）对特殊环境下的微生物的研究。 （5）通过研究微生物的趋向反应机制而研究更高级神经反应。 （6）研究改变微生物基因组给整个生物界带来的影响。,应用科学方面 （1）对疾病的控制和治疗。 （2）发掘微生物在工业和农业上的新的用途。 （3）利用微生物改善环境。,五、微生物的五大共性 体积小，比表面积大。 吸收多，转化快。 Escherichia coli 1h可分解自重1000-10000倍的乳糖。 生长旺，繁殖快。 Escherichia coli 细胞分裂一次仅需12.5-2

13、0min。 适应强，易变异。 种类多，分布广。,例如 杆菌的长度约2um，故1500个杆菌头尾衔接起来仅有一颗芝麻长(3mm)。,(一)个体极小，比表面积大,光学显微镜的分辨率为0.2um，可以看见大部分微生物的轮廓,艾滋病毒攻击人体淋巴细胞 电子显微镜放大十万倍 4mm:40nm,病毒小于02um，在光学显微镜可视范围外，需通过电子显微镜才可看见，电子显微镜的分辨率为0.20.4nm,利用电子显微镜可以是清晰地看见各种微生物的结构。,30万倍,提问：对微生物生存有何好处？,有利于细胞吸收营养物质和加快新陈代谢。,有人计算，乳酸杆菌一小时内生成的乳酸约为其体重的100010000倍；但一个人如

14、要产生相当于其体重1000倍的代谢物则需要40多年。,以比表面积(即面积体积)计，若设人体比值为1，则与人体等重的大肠杆菌的比值为人的30万倍,（二） 吸收多，转化快,微生物对于营养物质的吸收和代谢产物的排出都是通过细胞表面进行的，因此体积小、面积大就为其提供一个巨大的营养物质吸收面和对于外界环境信息（冷、热、干、湿、酸、碱、盐、渗透压等等）的接收面。吸收多就转化快。 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。,微生物的这个特性为它们的高速生长繁殖提供了物质基础。人类利用微生物生产许多产品，就是因为它们的生物化学转化能力

15、特别强“活的化工厂”。,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；,由于其吸收多、转化快，因此具极高的生长和繁殖速度。 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。24h其后代4722 366 500万亿个，重约4722吨。 500kg酵母菌以废糖蜜和氨水为养料，24hr可合成5000kg优良蛋白质。 微生物的这一重要特性在发酵工业中具有重要的实践意义，可使发酵周期缩短，生产速率提高;使科研周期大为缩短、空间减少、经费降低、效

16、率提高。 但若是有害微生物,将会给人类带来极大的损失和危害.,（三） 生长旺，繁殖快,表 1 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 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*

17、为念珠蓝菌属 (Nostoc) 的旧称，与细菌同属原核生物。,（四）适应强、易变异,1、适应强 微生物具有极其灵活的适应性或代谢调控机制，这是任何高等动、植物无法比拟的。 微生物对环境条件尤其是地球上的极端环境有极其惊人的适应能力,堪称“生物界之最”。,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。, 突变频率虽低，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。,2、易变异 微生物一般都是单细胞、简单多细胞或非细胞的，通常都是单倍体（n），容易发生变异（变异频率十分低10-5 10-10）。最常见的变异形式是基因突变

18、。 微生物的变异有：有益变异和有害变异。,（五）分布广、种类多,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。,1、分布广,微生物因其体积小、重量轻，可以随空气流动到处传播。但其怕明火，地球上除了火山的中心区域外，到处都有微生物的踪迹。,（1） 物种的多样性 （2） 生理代谢类型的多样性 （3） 代谢产物的多样性 （4） 遗传基因的多样性 （5） 生态类型的多样性,2、种类多,（1） 物种的多样性 微生物的总数约为50万 600万种，已记载过的约20万种（1995年）。其中原核生物3500种，病毒4000种，真菌9万种，原生动物和藻类10万种。 （2） 生理代谢类型的多样性 微生物的生理代谢类型之多，是动、植物所大不能及的。 表现在：对各种物质甚至有毒物质的分解、多种产能方式、生物固氮作用、合成各种次生代谢产物和复杂有机物、对复杂有机分子基团的生物转化、抵抗极端环境的能力等等。,（3） 代谢产物的多样性 微生物究竟能产多少种代谢产物，是一个不容易准确回答的问题。 （4） 遗传基因的多样性 微生物基因组种类多样（2000年5月止，已发表的微生物基因组31个、即将发表的15个、正在进行的106个），基因库资源丰富。 （5） 生态类型的多样性 微生物广泛分布于地球表面各处及各种