微生物学讲义第一章.

微生物学微生物学是现代生物学的重要分支学科，是许多学科专业的基础课程，他的主要内容包括微生物学的基本概念、微生物的生物多样性和系统学、微生物生理和代谢、微生物生态学、微生物遗传学、微生物免疫学及微生物技术等。要求学生对微生物学的基本概念、专业词语、技术原理有较深的了解；系统掌握微生物的类群、细胞结构与功能、生理代谢、遗传变异、生态学和免疫学的基本理论知识以及相关实验技术；并具有应用这些知识和技术分析和解决问题的能力。微生物学的内容与教学目的学习内容第一章绪论（4）第二章微生物的纯培养和显微技术（4）第三章微生物类群与形态结构（10）第四章微生物的营养（6）第九章传染与免疫（6）第五章微生物的代谢（6）第八章病毒（6）第七章微生物的生态（6）第十章微生物遗传（6）第六章微生物的生长繁殖及其控制（6）第十一章微生物生物技术（4）第一章绪论教学目的与要求通过本章的课堂教学，引导我们走进微生物世界，了解微生物是什么？能做什么？以及它们与人类的特殊关系；了解微生物学的发展历程，认识微生物学在生命科学发展中的重要作用和地位；展望未来，激发我们的学习兴趣和明确肩负的重任。主要内容及教学重点•一、微生物与我们•二、微生物学的建立与发展•三、微生物学对人类的贡献•四、21世纪微生物学展望•五、微生物的五大共性•思考题：1、简述Leeuwenhoek、L.Pasteur、R.Koch对微生物学的贡献。2、试根据微生物的特点，谈谈为什么说微生物既是人类的敌人，更是人类的朋友。一、微生物与我们微生物无处不在，我们无时不生活在“微生物的海洋”中。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；每个喷嚏的飞沫含4500-150000个细菌，重感冒患者为8500万；微生物既是人类的敌人，更是人类的朋友！时时刻刻与微生物“共舞”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！鼠疫；天花；艾滋病；疯牛病；埃博拉病毒；非典病毒；禽流感鼠疫公元6世纪：埃及、土耳其、意大利、阿富汗1亿人公元14世纪：欧洲2500万人亚洲4000万人中国1300万人20世纪初：香港、印度100万人V二次大战（1.1亿）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，而且实际上涉及到人类的生存。（讲义P1）“在近代科学中，对人类福利最大的一门科学，要算是微生物学了。”——日本学者尾形学在“家畜微生物学”（1977）二、微生物学的建立与发展（一）微生物学（Microbiology)的概念和研究对象（二）人类对微生物世界的认识过程（三）20世纪的微生物学（四）我国微生物学的发展研究肉眼难以看清的称之为微生物的生命活动的科学。更具体地说：研究微生物在一定条件下的形态结构、生理生化、遗传变异、进化、分类、生态等生命活动规律及其应用的科学。（一）微生物学（Microbiology)的概念和研究对象二、微生物学的建立与发展微生物原核类：细菌,放线菌等真核类：酵母菌,霉菌非细胞类：病毒,类病毒,拟病毒原生生物类：单胞藻,原生动物（一）微生物学（Microbiology)的概念和研究对象二、微生物学的建立与发展（二）人类对微生物世界的认识过程感性认识阶段（史前时期）形态学发展阶段（初创时期）生理学发展阶段（奠基时期）分子生物学发展阶段（成熟时期）生化发展阶段（发展时期）二、微生物学的建立与发展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年前发明酿酱、醋，用曲治消化道疾病；公元9世纪-10世纪我国发明鼻苗法种痘（二）人类对微生物世界的认识过程感性认识阶段（史前时期）二、微生物学的建立与发展丰富多彩的酒文化（一）远古人类发现，吃剩的米粥数日后变成了醇香可口的饮料—人类最早发明的酒我国古代的酿酒作坊（四川新都县出土的汉代画像）丰富多彩的酒文化（二）公元前2300年左右，埃及人酿制啤酒的场面龙山文化（新石器时期）商代酒器唐代酒器清代酒具近代酒壶现代套盅丰富多彩的酒文化（三）形态学发展阶段（初创期）（二）人类对微生物世界的认识过程1664年，列文虎克用于观察霉菌的单筒复式显微镜二、微生物学的建立与发展1676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。列文虎克利用业余时间制造过400多架单式显微镜和放大镜，放大率一般为50-300倍题目：《列文虎克用自制的显微镜，观察皮肤、肉类以及蜜蜂和其他虫类的若干记录》“大量难以相信的各种不同的、极小的‘狄尔肯’……它们活动相当优美，它们来回地转动，也向前和向一旁转动……一个粗糙沙粒中有100万个这种小东西；而在一滴水中，‘狄尔肯’不仅能够生长良好，而且能活跃地繁殖——能够寄生大约270多万个‘狄尔肯”。“狄尔肯”：拉丁文中“细小活泼的物体”的意思1683年，牙垢成了列文虎克关注的对象，他发现人口腔中竟然躲藏着许多“小动物”，它们像蛇一样用优美的弯曲姿势运动。他惊叹地记录道：“在人的口腔的牙垢中生活的动物，比整个荷兰王国的居民还要多。”这就是人类第一次观察到细菌时发出的感叹。生理学发展阶段（奠基期）微生物学的重要奠基者——法国人巴斯德（LouisPasteur）（1822～1895）德国人柯赫（RobertKoch）（1843～1910）微生物学的重要奠基者——生理学发展阶段（奠基期）巴斯德的主要贡献：(2)发现并证实发酵、疾病是由微生物引起的；(1)彻底否定了“自然发生”学说，证明了“生源学说”的正确；“酒病”、“蚕病”、兽病、禽病、人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。（腐败病）(3)免疫学——预防接种首次制成狂犬疫苗(4)其他贡献巴斯德消毒法：60～65℃作短时间加热处理，杀死有害微生物微生物学的重要奠基者——生理学发展阶段（奠基期）柯赫主要贡献：a）细菌纯培养方法的建立:固体培养基土豆切面→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）设计了各种培养基，实现了在实验室内对各种微生物的培养c）流动蒸汽灭菌d）染色观察和显微摄影微生物学的重要奠基者——生理学发展阶段（奠基期）柯赫主要贡献：（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。生理学发展阶段（奠基期）细菌学（巴斯德、科赫）外科消毒术（Lister，1865）根瘤菌等土壤微生物的研究（M·W贝，C·H维）病毒学〔Д.И.Иваиовский伊凡诺夫斯基）酿造学（E．C．Hensen，A．Jorgensen等）生化发展阶段（发展期）无酵母菌压汁酶功能的发现（E.Buchner,1897）——“酒化酶”化学药剂和抗生素发现和临床应用（1909-1935）——寻找各种有益微生物代谢产物的热潮酿造技术日趋完美普通微生物学开始——美国加利福尼亚大学伯克利分校M.Doudoroff分子生物学发展阶段（成熟期）J.D.Waston（詹姆士·沃森）H.F.C.Crick（弗朗西斯·克里克）发现DNA双螺旋模型(1953，在Science发表)成熟期特点:微生物学成为十分热门的前沿基础学科微生物成为分子生物学研究中的最主要对象生物工程中，发酵工程是最成熟的应用技术（三）20世纪的微生物学P720世纪40年代后，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（见P3图1-1微生物学的主要分支学科）二、微生物学的建立与发展（见P3图1-1微生物学的主要分支学科）（四)我国微生物学的发展汤飞凡：沙眼病原体的分离和确证陈华癸：根瘤菌固氮作用的研究（华中农大）高尚荫：创建了我国病毒学的基础理论研究和第一个微生物学专业（武大）抗生素的总产量已耀居世界首位两步法生产维生素C的技术居世界先进水平二、微生物学的建立与发展伍连德：对鼠疫和霍乱病原的探索和防治伍连德（1879—1960），公共卫生学家，我国检疫、防疫事业的先驱。在中国最早建立卫生防疫机构，共２０所，培养了第一支预防鼠疫的专业队伍。成功控制东北鼠疫大流行。创办了哈尔滨医学专门学校。发起建立中华医学会，并创刊《中华医学杂志》。汤飞凡（1897－1958）微生物学家，博士。赴美国哈佛大学医学院进修，研究细菌学。1943年研制中国首批五万单位的青霉素。为抗战作出贡献。发现日军在北平进行长达七年的细菌战研究。1955年成功分离出砂眼病毒——“汤氏病毒”。1958年非正常死亡。我国著名土壤微生物学家、创立华中农大微生物学课程。1936年赴英国伦敦大学细菌及热带病学院读博士学位。回国后筹建了北大土壤系，武大农业化学系。编著了我国第一部《土壤微生物学》和《微生物学》教材。对紫云英根瘤菌剂的生产和大面积推广应用起了开创的作用。陈华癸（1914-2002）微生物学家，病毒学家，教育家。中国病毒学的奠基人之一。创办了我国最早的病毒学研究机构和我国第一个微生物专业、第一个病毒学专业。赴美国佛罗里达州劳林斯大学和耶鲁大学学习，曾在诺贝尔奖获得者Ｗ．Ｍ．斯坦利（Ｓｔａｎｌｅｙ）的实验室从事病毒学研究工作。１９４７年回国后在武汉大学创办了我国第一个病毒学研究室。高尚荫（1909-1989）国家“八六·三”计划项目“抗TMV和CMV双抗转基因烟草的培育”项目组科研活动剪影我国利用卫星回收搭载微生物培养（2000年6月）三、微生物学对人类的贡献（一）微生物学的发展促进了人类的进步（二）微生物学在生命科学发展中的重要地位三、微生物学对人类的贡献（一）微生物学的发展促进了人类的进步微生物与医药卫生微生物与农牧业微生物与工业微生物与食品微生物与医药卫生用“工程菌”生产药物•干扰素•胰岛素•乙肝疫苗•抗生素•各种单克隆抗体1929年，英国细菌学家A.Fleming——青霉素1944年，美国微生物学家S.Waksman——链霉素氯霉素金霉素土霉素红霉素庆大霉素霉菌菌落周围出现抑制萄葡球菌生长的抑制现象产黄青霉菌落细菌生长抑制区域正常细菌生长区域微生物与农业和畜牧业微生物饲料菌体蛋白饲料饲料酵母维生素饲料发酵饲料青贮饲料生物农药细菌农药真菌农药病毒农药除草剂生物菌肥根瘤菌肥钾细菌磷细菌微生物与工业•酶工业•氨基酸工业•有机酸工业•新材料开发•生物化工•食品工程酱，酱油，豆豉食用醋发酵饮料淹渍蔬菜味精发酵面食食药用菌食用色素微生物与饮食、调味品微生物与环保微生物处理腈纶废水的塔式滤池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。大肠杆菌无细胞蛋白质合成体系发现了苯丙氨酸的遗传密码，继而完成了全部密码的破译“断裂基因”（病毒）、“跳跃基因”（大肠杆菌）、“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。三、微生物学对人类的贡献（二）微生物学在生命科