1 微生物绪论

09:52:50绪论09:52:50一、什么是微生物二、微生物的特点三、什么是微生物学四、微生物学发展简史五、微生物学与人类进步09:52:50一．什么是微生物微生物（microorganism,microbe）是一切所有形体微小，肉眼难以看清的单细胞的或个体结构较为简单的多细胞的、甚或没有细胞结构的低等生物的通称(一般个体0.1mm)。特点：个体微小、结构简单、进化地位低等①“微生物”不是分类学的概念，而是归类名词，它包括分类学上的多个类群，其归类标准就是生物体积的大小，结构的简单，肉眼看不见。②“微”是指生物个体的直径＜0.1mm（肉眼的分辨力）。09:52:50电镜下的微生物曲霉阿米巴草履虫酵母菌09:52:50各种“视野”下的细菌光镜暗视野荧光透射电镜超薄切片冷冻切片扫描电镜DNA蛋白质复合物09:52:50生物界名称主要结构特征微生物类群名称病毒界无细胞结构，大小为纳米级病毒类病毒原核生物界细胞中无核膜与核仁的分化，无细胞器，大小为微米级。细菌放线菌蓝细菌支原体衣原体螺旋体立克次氏体原生生物界细胞中具核膜与核仁的分化，有细胞器，大小为微米级。单细胞藻类原生动物等真菌界细胞中具核膜与核仁的分化，有细胞器，单细胞或多细胞。酵母菌霉菌蕈菌植物界细胞中具核膜与核仁的分化，有细胞器，为大型非运动真核生物。动物界细胞中具核膜与核仁的分化，有细胞器，为大型能运动真核生物。微生物在生物界中的地位（在生物的六界系统中占有四界）09:52:50微生物的类群非细胞型微生物：病毒、类病毒、朊病毒、拟病毒细胞型微生物原核微生物：细菌、放线菌、古细菌蓝细胞、支原体等真核微生物：真菌（霉菌、酵母菌）藻类、原生动物等09:52:50二、微生物的五大特点★体积小、比面大（最基础特征）★吸收多、转化快★生长旺、繁殖快★适应强、易变异★分布广、种类多微生物种类细胞大小范围病毒0.01-0.25µm细菌0.1-10µm真菌2µm-1m原生动物2-1000µm藻类1µm-severalmeters个体小:最小的细菌：芬兰科学家E.O.Kajander等发现了一种能引起尿结石的纳米细菌，其直径最小仅为50nm。这种细菌分裂缓慢，三天才分裂一次。是目前所知最小的具有细胞壁的细菌。09:52:50德国科学家H.N.Schulz等1999年在纳米比亚海岸的海底沉积物中发现的一种硫磺细菌（sulfurbacterium），其大小可达0.75mm，Thiomargaritanamibiensis，-------“纳米比亚硫磺珍珠”代谢强：消耗自身重量2000倍食物的时间：大肠杆菌：1小时人：500年（按400斤/年计算）09:52:50繁殖快：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！大肠杆菌一个细胞重约10–12克，平均20分钟繁殖一代一头500kg的食用公牛，24小时生产0.5kg蛋白质,而同样重量的酵母菌，以质量较次的糖液（如糖蜜）和氨水为原料，24小时可以生产50000kg优质蛋白质。微生物的自然变异频率为(10-6-10-9)。青霉素治疗:40年代10万单位现在几百万单位海洋深处的某些硫细菌可在250℃-300℃之间生长；嗜盐细菌可在饱和盐水中正常生长繁殖；氧化硫杆菌在pH1-2酸性环境中生长。易变异、适应力强:09:52:50抗生素的历史1877年，Pasteur和Joubert首先认识到微生物产品有可能成为治疗药物，他们发表了实验观察，即普通的微生物能抑制尿中炭疽杆菌的生长。1928弗莱明爵士发现了能杀死致命的细菌的青霉菌。青霉素治愈了梅毒和淋病，而且在当时没有任何明显的副作用。1936年，磺胺的临床应用开创了现代抗微生物化疗的新纪元。1944年在新泽西大学分离出来第二种抗生素链霉素，它有效治愈了另一种可怕的传染病：结核。1947年出现氯霉素，它主要针对痢疾、炭疽病菌，治疗轻度感染。1948年四环素出现，这是最早的“广谱”抗生素。在当时看来，它能够在还未确诊的情况下有效地使用。今天四环素基本上只被用于家畜饲养。1956年礼来公司发明了万古霉素，被称为抗生素的最后武器。因为它对G+细菌细胞壁、细胞膜和RNA有三重杀菌机制，不易诱导细菌对其产生耐药。1980年代喹诺酮类药物出现。和其他抗菌药不同，它们破坏细菌染色体，不受基因交换耐药性的影响。1992年，这类药物中的一个变体因为造成肝肾功能紊乱被美国取缔，但在发展中国家仍有使用。09:52:50超级病菌的历史1920年，医院感染的主要病原菌是链球菌。1960年，产生了耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌（MRSA,Methicillin-ResistantStaphylococcusAures），MRSA取代链球菌成为医院感染的主要菌种。耐青霉素的肺炎链球菌同时出现。1990年，耐万古霉素的肠球菌、耐链霉素的“食肉链球菌”被发现。2000年，出现绿脓杆菌，对氨苄西林、阿莫西林、西力欣等8种抗生素的耐药性达100%；肺炎克雷伯氏菌，对西力欣、复达欣等16种高档抗生素的耐药性高达52%-100%。2010年,研究者发现携有一个特殊基因的数种细菌具有超级抗药性，可使细菌获得超级抗药性的基因名为NDM－1。09:52:50抗（逆）性强：抗热：有的细菌能在265个大气压，250℃的条件下生长；自然界中细菌生长的最高温度可以达到121℃；有些细菌的芽孢，需加热煮沸8小时才被杀死；抗寒：有些微生物可以在―12℃~―30℃的低温生长；抗酸碱：细菌能耐受并生长的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1400个大气压下生长。科学家发现一种食铁微生物可在121度高温下繁殖《科学》杂志（Science,Vol.301,Issue5635,976-978,August15,2003）发表的一篇论文表明，研究人员发现了一种能够在121度高温下生存繁殖的食铁微生物。如果微生物会嘲弄别人的话，这种微生物一定会嘲笑那些在欧洲热浪中有诸多抱怨的人们。来自阿姆赫斯特马萨诸塞大学的研究人员KazemKashefi和DerekLovley发现这种微生物并将之成为“121株”，目前该微生物还没于科学名称。科学家在太平洋深海海床火山口发现这种微生物，该地的温度可以高达400摄氏度。两位研究人员将121株放在121摄氏度的烤箱中，结果发现这种微生物竟然很适合这一温度，菌落大小很快就增大到原来的两倍。这比以前报告的微生物最高生存温度高出8摄氏度。Lovley表示，研究这种食铁的121株微生物可以为我们揭示35亿年前第一种生命形式演化所处的环境。分布广：人迹可到之处，微生物的分布必然很多，而人迹不到的地方，也有大量的微生物存在！强酸、强碱、高热的极端环境；数十公里的高空（最高为离地85公里，需用火箭采样）；几千米的地下；常年封冻的冰川；生物物质雨般落下科学家称外太空有生命(2001-08-02)09:52:50被誉为火星信使的1984年在南极大陆发现的火星陨石ALH84001测量单位：微米或钠米火星陨石中发现的细菌化石（直径20nm）《科学》上的一篇文章报道了对一快活性陨石上可能存在的生命遗迹的研究，这块陨石在45亿年前在火星上形成，13000年前作为陨石降落到地球上。对它的分析表明其上可能有生命存在过，更重要的是在该陨石上发现了类似细菌化石的东西，其直径仅为20~40nm.研究微生物的基本方法显微镜技术无菌技术纯种分离技术纯种培养技术09:52:50三、什么是微生物学（Microbiology）研究微生物在一定条件下的形态结构、生理生化、遗传变异以及微生物的进化、分类、生态等生命活动规律及其应用的一门学科。09:52:50研究对象微生物学的基本知识微生物在食品工程、生物制药以及环境保护与环境监测中的作用与原理研究任务充分利用有益微生物资源为人类造福。防止、控制和消除微生物的有害活动，化害为利。四、微生物学的发展简史史前期———1676年之前（约8000年）朦胧阶段初创期———1676—1861（约200年）形态描述阶段（列文虎克）奠基期———1861—1897（约40年）生理水平研究阶段（巴斯德、科赫）发展期———1897—1953（约50年）生化水平研究阶段成熟期———1953—至今分子生物学水平阶段酿造业：酿酒、造醋农业：熟粪、瓜豆间作医学：种痘史前期~1676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！初创期1676~18601676年列文虎克用自制的显微镜观察到了雨水和口腔中“微动体”的存在。这是人类第一次看到自然界中的微生物。列文虎克绘制的细菌形态图透镜调节旋钮样品奠定期1861~1896①建立了一系列研究微生物所必要的独特方法；②借助于良好的研究方法，开创了寻找病原微生物的“黄金时期”；③把微生物的研究从形态描述推进到生理学研究的新水平；④微生物学以独立的学科形式开始形成。法国微生物学家巴斯德（L.Pasteur,1822~1895）奠定了微生物生理学基础1、彻底否定了“自然发生”学说巴斯德自制了一个具有长而弯曲颈的曲颈瓶，其中装有有机物浸提液，经灭菌后瓶内一直保持无菌状态，有机物不腐败。巴斯德的贡献：2、证实发酵是由微生物引起的巴斯德证明了酒精发酵是由酵母菌引起的。乳酸发酵，醋酸发酵，丁酸发酵是由不同微生物引起的。3、发明了巴氏消毒法（62oC-63oC/30分钟），该方法解决了当时法国的“酒病”问题。4、免疫学方面的贡献巴斯德发明用接种减毒细菌来预防鸡霍乱，牛、羊炭疽病，并首次制成了狂犬病疫苗。RobertKoch(1843~1910)，是有史以来最伟大的细菌学家之一。他在结核菌方面的成就，使他获得1905年的医学诺贝尔奖金。1、建立了微生物的一系列重要方法：固体培养基技术：明胶平板琼脂平板分离和纯种培养技术微生物染色法2、分离到多种传染病的病原菌：炭疽杆菌、结核杆菌、链球菌、霍乱弧菌3、创立了病原微生物的柯赫法则科赫的贡献：09:52:50柯赫法则：①患病动物体内存在病原菌②从感病个体内可分离出病原菌的纯培养体③病原菌的纯培养接种健康动物会引起相同的病症④相同的病原菌可以从接种动物体内分离出发展期1897~1952①进入微生物生化水平的研究；②应用微生物的分支学科更为扩大，出现了抗生素等学科；③开始寻找各种有益微生物代谢产物；④普通微生物学开始形成一门学科；⑤各相关学科和技术方法相互渗透，相互促进，加速了微生物学的发展。弗莱明没有像其他同事那样，一发现培养物被污染就马上把它们当垃圾扔掉，从而发现了青霉素。AlexanderFleming(1881-1955)成熟期1953~①微生物学从一门在生命科学中较为孤立的以应用为主的学科，成为一门十分热门的前沿基础学科；②在基础学理论的研究方面，逐步进入到分子水平的研究，微生物迅速成为分子生物学研究中的最主要的对象；③在应用研究方面，向着更自觉、更有效和可人控制的方向发展。WatsonandCrick揭示了DNA结构的双螺旋模型，微生物学发展史上成熟期的到来的标志。Microbiology细菌学原生动物学寄生虫学微生物形态学真菌学滤过性微生物学藻类学微生物生理学微生物分类学微生物遗传学分子生物学微生物生态学①酿酒：啤酒、白酒、黄酒、葡萄酒。②利用微生物生产调味品：③利用微生物生产酶制剂：④用微生物生产有机酸：⑤用微生物生产核酸：⑥用微生物冶金：微生物与工业五、微生物与人类微生物与农业微生物能够提高土壤肥力、改进作物特性（如构建固氮植物）、促进粮食增产、防治粮食作物的病虫害。09:52:51微生物与能源①微生物与石油资源的开采和利用②纤维素转化为乙醇—燃料酒精③甲烷－沼气；④研制微生物电池⑤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；①利用微生物生产的PHB（聚羟基丁酸酯）制造易降解的医用塑料制品以减少环境污染；②利用微生物来净