01-绪论-微生物学简介-食品微生物学-江南大学

张灏等教学安排•微生物学–42学时专业基础课考试科目•微生物实验–30学时必修课•实验地点：生物工程学院南楼209室生物工程学院南楼305室•实验时间：第三周起下午教材与参考书籍：教材：周德庆:微生物学教程(第二版)高教版2002主要参考书：1.沈萍：微生物学高教版20002.郑晓冬：食品微生物学浙江大学出版社20013.张文治：新编食品微生物学轻工出版社19954.杨洁彬：食品微生物学北农大出版社19955.杨汝德：现代工业微生物学华南理工大学出版社20016.[美]M.T马迪根微生物生物学科学出版社20017.无锡轻工业学院编微生物学（工业发酵专业)第二版轻工业出版社19908.[美]J.Nicklin微生物学科学出版社20009.[德]Schlegel普通微生物学第六版复旦大学译复旦大学出版社199010.Frazier,WCFoodMicrobiology4th1998微生物学的相关杂志绪论（2学时）本章主要内容•微生物与微生物学•微生物学的发展•微生物的特点•微生物学及其研究内容•微生物与食品工业第一节微生物和微生物学•微生物与微生物学•微生物学的发展•微生物的特点一、微生物定义及其类群•什么是微生物微生物（Microorganism，microbe）是对所有形体微小、结构简单的（单细胞的或个体结构较为简单的多细胞的、或没有细胞结构的）低等生物的通称。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：病毒亚病毒原核生物：（由原核细胞构成的）真核微生物（由真核细胞构成的）真菌：酵母、霉菌、担子菌显微藻类原生动物草履虫水绵细菌、放线菌支原体、衣原体、立克次氏体、兰细菌类病毒拟病毒朊病毒金黄色葡萄球菌放线菌真菌病毒霉菌酵母菌草履虫变形虫合尾藻鱼鳞藻二、微生物的特点1.体积小，面积大2.吸收多，转化快（代谢能力强）3.生长旺，繁殖快4.适应强，易变异5.分布广，种类多认识微生物的四大障碍•个体过于微小•群体外貌不显•种间杂居混生•形态与作用后果难以认识人类对微生物世界的认识过程1.史前期：感性认识阶段2.初创期：形态学发展阶段3.奠基期：生理学发展阶段4.发展期：微生物生化的研究发展阶段5.成熟期：分子生物学水平的研究发展阶段史前期8000年前-1676年初创期1676年-1861年奠基期1861年-1897年发展期1897年-1953年成熟期1953年-今AntonievanLeeuwenhoekLouisPasteurRobertKochE.BuchnerJ.WatsonF.Crick一、史前时期(8000年前-1676)微生物学的经验时期利用微生物•8000年前——曲蘖酿酒，•4000年前——酿酒普及，–埃及人-烤制面包和酿制果酒。•2500年前——酿酱、醋，麦曲治泻–公元6世纪——《齐民要术》记载了制曲、酿酒、制酱和酿醋等工艺。–提倡轮作–采用盐渍、糖渍、干燥、酸化等方法——防止食物变质•在我国隆庆年间就开始用人痘预防天花。关于人痘和牛痘接种预防天花的历史我国11世纪开始接种人痘18世纪后叶，Jenner发明牛痘我国预防天花的历史中国从宋朝起用人痘接种预防天花古代中医书籍上的小儿出天花图1796年，英国乡村医生琴纳(EdwardJenner)创造了接种牛痘预防天花，二、启蒙时期-形态学期（1676-1861)微生物的发现与显微镜的发明有关1590年[荷]詹森兄弟制作了第一台显微镜。1664年[英]罗伯特.虎克用自制的显微镜并描述了霉菌的子实体结构。1676年[荷]商人列文.虎克第一个详细描述“微动体”形态1680年显微镜放大270倍罗伯特·胡克的显微镜今天用虎克发明的显微镜观察红血球的照片虎克用自己发明的显微镜观察到的形态手绘图虎克发明的单式显微镜微生物学的开山祖—列文虎克AntonivanLeeuwenhoek发明显微镜和发现微生物三、奠基期——生理学期(1861-1897)•微生物生理学的研究时期建立了一套独特的研究方法,寻找各种传染病病原菌.–微生物学奠基人：•法国巴斯德·路易斯（LouisPasteur）–细菌学奠基人：•德国科学家罗伯特·柯赫（RobertKoch）巴斯德(LouisPasteur1822-1895)[法]生物学家、化学家、微生物学之父微生物学奠基人：巴斯德对人类的贡献彻底否定了生命“自然发生”的学说。解决了当时生产中提出的许多难题，证实发酵由微生物引起。开创了寻找病原微生物的黄金时期把研究从形态描述推进到生理学研究水平奠定了微生物学的理论，微生物学以独立的学科形式开始形成创造了一些微生物学实验方法：巴氏消毒法曲颈瓶实验曲颈瓶实验曲颈瓶实验微生物方法学和医学微生物学的奠基人—发现传染病由不同的病原菌引起﹐并把细菌学尊定为现代科学﹐被誉为细菌学之父。科赫[德]（RobertKoch,1843﹣1910）科赫的主要贡献发明了固体培养基并用其纯化微生物等一系列研究方法的创立。创造了细菌染色方法。发现了许多病原菌，为以后研究药物和寻找治疗方法提供了依据。证实炭疽病因—炭疽杆菌发现结核病原菌—结核杆菌提出了为证明某种特定细菌是某种特定疾病的病原菌的“科赫原则”用划线法获得单菌落科赫原则1)在患病的动物体内总能发现特定微生物，而健康的动物体内则没有。2)在动物体外可以纯培养此微生物。3)将该培养物接种到易感动物体内会引起同样的疾病。4)从试验动物及实验室培养物中重新分离得到的微生物应该是同种微生物。科赫原则图解四、发展时期—生理生化期(1897-1953)进展进入微生物生物化学研究水平——提出了酶的概念•应用微生物的分支学科进一步扩大——出现抗生素等新学科•出现寻找有益微生物代谢产物的热潮代表人物E.Buchner[德]1897年用无细胞的酵母榨汁“酒化酶”将葡萄糖进行酒精发酵成功，开创了生物生化研究时代。•JosephLister[英]外科消毒术（1865）•AlexanderFleming(1881~1955)[英]•细菌学家,抗生素祖先。1928年发现了青霉素（Penicillin）产黄青霉菌落细菌生长抑制区域正常细菌生长区域华生和克里克及DNA双螺旋结构五、成熟期-分子生物学期(1953-)现代微生物学时期我国近代微生物学的发展。余贺1903~1988医学微生物学家，医学教育家．汤飞凡(1897.－1958.)医学微生物学家謝少文--医学微生物學家汤飞凡发现沙眼衣原体与微生物学相关的诺贝尔奖获得•由1901-1989年获诺贝尔化学、生理和医学奖的159位获奖者中，97%以上的研究工作与生命科学有关，其中微生物学及与微生物学关系密切的学科的诺贝尔奖获得者占到三分之一以上。与微生物学有关的NobelPrizeinPhysiologyorMedicine•1901－1999之间20世纪有39项。没有一个学科能获得如此之多的NobelPrize。•总人数：77人–美国46人，英国11人，法国7人，德国6人，瑞士4人，澳大利亚2人，意大利1人NobelPrize•1945年，青霉素的发现与发展•1952年，链霉素的发现与发展•1953年，碳水化合物在细胞中的代谢•1958年，微生物遗传的生物化学研究•1959年，DNA和RNA的发现与合成机理•1962年，DNA结构的测定•1965年，细胞中基因活性的调节研究•1969年，细胞病毒感染的机理研究•1984年，单克隆抗体技术的发展，免疫学研究•1997年，朊病毒的研究•1999年，蛋白质在细胞中的移动和定位机理研究第二节微生物学及其分科•什么是微生物学微生物学（Microbiology）是研究微生物生命活动规律的学科。是在分子、细胞或群体水平上研究微生物的形态结构、生长繁殖、生理代谢、遗传异、生态分布和分类进化等生命活动的基本规律，并将其应用于工业发酵、医学卫生和生物工程等领域的科学。微生物的研究内容：•包括微生物的形态结构、生长繁殖、生理代谢、遗传变异、生态分布、分类进化以及微生物生命活动与人类、动植物等相互关系及其规律。微生物学分科：按基本问题分：普通微生物学、微生物分类学、微生物生理学、微生物生态学、微生物遗传学等。按研究对象分：细菌学、真菌学、病毒学、噬菌体学等。按应用领域分：工业～、农业～、医学～、食品～、石油～、土壤～、海洋～、环境～、发酵微生物学等等。微生物学的发展领域•干扰素•脑菲肽•胰岛素•乙肝疫苗•众抗生素•各种单克隆抗体免疫血清1.微生物与医药卫生：用“工程菌”生产药物微生物饲料农用抗菌素生物农药生物菌肥微生物能源2.微生物与农业和畜牧业3.微生物与工业•酶工业•氨基酸工业•有机酸工业•新材料开发•生物化工•食品工程微生物与饮食、调味品青红方酱，酱油，豆豉食用醋发酵饮料味精发酵面食食药用菌食用色素食品添加剂淹渍蔬菜4.微生物与环保微生物处理废水生物工程商品生产改造物种常规菌(或常规细胞株)①遗传工程②细胞工程“工程菌”（或“工程细胞株”）③微生物工程④酶工程⑤生物反应器工程经济效益大量产品社会效益生态效益微生物工程的内容微生物菌体生产和应用微生物代谢产物的应用微生物机能的利用21世纪微生物学展望•微生物基因组学研究将全面展开•微生物生命现象的特性和共性将更加受到重视•微生物产业将呈现全新的局面•微生物与其他学科实现更广泛的交叉，获得新的发展食品微生物的研究内容研究与食品有关的微生物的生命活动规律。研究如何利用有益微生物为人类制造食品。研究如何控制有害微生物，防止食品发生腐败变质。研究检测食品中微生物的方法，制定食品中微生物的指标，为判断食品的卫生质量提供科学依据。食品微生物学的任务•有益微生物在食品制造中的应用–微生物菌体的应用–微生物代谢产物的应用–微生物酶的应用•有害微生物对食品的危害及防止光学显微镜构造图电子显微镜构造图体积与比表面积体积小面积大必须使用显微镜来观察和研究个体的测量单位是微米(m,即10-6m)，甚至是纳米(nm,即10-9m)。吸收多，转化快重量相同下：•乳酸菌每小时可分解其自重1000-10,000倍的乳糖•人：2.5×105小时消耗自身体重1000倍乳糖。Candidautilis（产朊假丝酵母）比大豆强100倍的蛋白质合成能力繁殖速度惊人-大肠杆菌（牛奶，37℃）每20分钟繁殖一代-1个细菌在24小时内可以繁殖72代-生成272个即4.722×1021个后代-每个细菌的重量以10-12g计算,总重量达4722吨-一般液体培养时,108-109个/每毫升培养液（8-10小时）培养4-5天所形成的大肠杆菌的重量将和地球相仿生长旺，繁殖快有微生物生长的云南腾冲热泉区(85~100℃)美国加州的海边晒盐场适应强，变异频变异频•产黄青霉（青霉素的生产菌）–1943年，20IU青霉素/ml发酵液–40年后，5-10万IU青霉素/ml发酵液•金黄色葡萄球菌–1943年，最低制菌浓度为0.02g/ml青霉素患者每天共注射10万IU青霉素；–40年后，最低制菌浓度为200g/ml青霉素成人每天要使用100万至数千万IU青霉素；分布广，种类多•无孔不入:生物圈、土壤圈、水圈直至大气圈、岩石圈–万米深的海底：硫细菌–7-8万米的高空：细菌和真菌–南极冰川，不同深度的岩心：球菌、杆菌和微小的真菌–人体肠道，聚居100-400种微生物，脆弱拟杆菌（厌氧）、肠杆菌100m300m1400m2100m3150m4050m6000m微生物的生物多样性