1微生物学

微生物学精品课程南京师范大学生科院微生物研究所Microbiology第一章绪论一、什么是微生物？微生物通常是指那些微小、简单、肉眼难以观察的生物。•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）”所构成。•微生物并不是一个分类学上的术语，它们主要是根据生物体的大小而被人为地划归在一起的。微生物主要类群真核生物－真菌、微型藻类、原生动物、和某些寄生蠕虫原核生物－细菌、放线菌、蓝细菌和古生菌非细胞生物－病毒、类病毒和朊病毒二、微生物的特点1．大多数微生物肉眼难以直接观察（microscopic）2．微生物通常以独立的增殖单位存在（independentunits）3．微生物结构较不复杂。（lesscomplex）4．微生物生长快速。（rapidgrowthrates）5．微生物几乎无所不在。（opmipresent）6.微生物研究使用相同的方法•使用微生物的群体进行研究。•使用特殊的无菌技术。•微生物类群进行鉴定、培养和研究时所使用的技术相似的。实际上将互不相关的微生物类群放在一起作为一门独立学科-微生物学加以研究，主要是根据研究微生物的方法和技术，而不是根据微生物之间的相关性。三、微生物在生命世界的位置（a原核生物界原生生物界植物界真菌界动物界共同祖先细菌域古生菌域真核生物域（ba生物五界分类系统图示原核生物界原生生物界植物界真菌界动物界共同祖先细菌域古生菌域真核生物域（b原核生物界原生生物界真菌界原核生物界原生生物界植物界真菌界动物界共同祖先细菌域古生菌域共同祖先细菌域古生菌域真核生物域生物三域分类系统图示四、微生物的分类微生物的系统分类单元遵循林耐建立的系统分类单元，自上而下依次可分七级，即：界Kingdom，门Phylum，纲Class，目Order，科Family，属Genus，种Species。必要时每一级都还可有若干辅助单元，故共可有十余级。所有细胞微生物的种名均遵守林耐制定的拉丁双名法，即一个种的学名用拉丁词或拉丁化的词组成，应排成斜体字。根据双名法的规则，学名通常由一个属名加一个种的加词构成。出现在分类学文献中的学名，在此两者之后往往还加上定名人，但在一般使用时，定名人部分经常是省略的。例1：大肠埃希氏菌（即大肠杆菌）Escherichiacoli（Migula）CastellanietChalmers例2：黄曲霉菌Aspergillusflavus例3：粟酒裂殖酵母Schizosaccharomycespombe当微生物名称是一个亚种（subspecies，简称“subsp．”，排正体字）或变种（variety，简称“var．”，排正体字）时，学名就应按“三名法”构成，即：例1：苏云金芽孢杆菌蜡螟亚种Bacillusthuringiensissubsp．galleria例2：酿酒酵母椭圆变种Saccharomycescerevisiaevar．ellipsoideus当一个微生物种名在一篇文章或著作中反复出现时，常常可以对学名进行省略。属及以上分类单位的名称不能省略，只有种名可省略。当它在有关文章或资料中首次出现时，不能省略，必须写全，以后均可省略。省略时，只能简略种名中的属名，种加词不能省略。如Escherichiacoli，E.coli（大肠杆菌），但是这种省略也要遵循一定的原则。五、微生物学研究范围微生物学就是研究微生物的科学，其研究范围包括微生物的多样性、微生物的生命活动规律及其对人类社会经济活动的影响。微生物学基础微生物学应用微生物学根据所研究的生物学问题根据所研究的对象根据所应用的领域根据所应用的技术微生物分类学病毒学食品微生物学酿造工艺微生物细胞学细菌学工业微生物学发酵工程微生物生物化学菌物学环境微生物学生物制品微生物遗传学藻类学微生物药物学微生物检验微生物生理学原生动物学等病原微生物学环境生物工程微生物生态学农业微生物学基因工程免疫学等医学微生物学等酶工程抗生素等图1-2微生物学研究范围与分支六、微生物学的重要性与社会需求微生物与人类和动物健康及疾病密切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的影响微生物学促进了生物学的发展微生物作为模式生物具有如下优点：（1）微生物具有相对不复杂的结构；（2）微生物培养成本低、群体数量大，易于获得统计学上可信度高的结果；（3）微生物生长速度快，倍增时间短，极大缩短了世代培养研究所需周期。微生物学发展史上的重大事件1546Fracastoro提出不可见到的生物引起疾病1676Leeuwenhoek发现了“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1857Pasteur证明了乳酸发酵是由微生物引起的1861Pasteur用曲颈瓶实验证明微生物非自然发生，推翻了争论以久的“自生说”1864Pasteur建立了巴氏消毒法1867—1869Lister创立了消毒外科，并首次成功的进行了石炭酸消毒实验Miescher发现核酸1876—1877Koch证明了炭疽病由炭疽杆菌引起1881Koch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1882Koch发现结核杆菌(Mycobacteriumtuberculosis)1883Koch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1884Pasteur研究狂犬病疫苗成功，开创了免疫学1887RichardPetri发明了双层培养皿1889Winogradsky发现硫循环和硝化细菌。Beijerinck首次分离根瘤菌1890VonBehring制备抗毒素治疗白喉和破伤风1891Sternberg与巴斯德同时发现了肺炎链球菌1895Ivanowsky提供烟草花叶病是由病毒引起的证据；Bordet发现互补现象1896Büchner用无细胞存在的酵母菌抽提液对葡萄糖进行酒精发酵成功1899Ross证实疟疾病原菌由蚊子传播1909—1910Ricketts发现立克次氏体；Ehrlich首次合成治梅毒的化学治疗剂1928Griffith发现细菌转化1929Fleming发现青霉素1935Stanley首次提纯了烟草花叶病毒，并获得了它的“蛋白质结晶”1943Luria和Delbück用波动实验证明细菌噬菌体的抗性是基因自发突变所致；Chain和Flory形成青霉素工业化生产的工艺1944Avery等证实转化过程中DNA是遗传信息的载体；Waksman发现链霉素1946—1947Lederberg和Tatum发现细菌的接合现象、基因连锁现象1949Enders、Robbins和Weller在非神经的组织培养中，培养脊髓灰质炎病毒成功1952Hershey和Chase发现噬菌体将DNA注入宿主细胞；Lederberg发明了影印培养法；Zinder和Lederberg发现普遍性转导Watson和Crick提出DNA双螺旋结构1956Umbarger发现反馈阻遏现象1961Jocob和Monod提出基因调节的操纵子模型1961—1966Holley、Khorana、Nirenberg等阐明遗传密码1969Edelman测定了抗原蛋白质分子的一级结构1970—1972Arber、Nathans和Smith发现并提纯了限制性内切酶；Temin和Baltimore发现转录酶1973Ames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获得成功1974Khler和Milstein建立生产单克隆抗体的技术1977Woese提出古生菌是有不同于细菌和真核生物的特殊类群；Sanger首次对ΦX174噬菌体DNA进行了全序列分析1982—1983Cech和Altman发现具有催化活性的RNA（ribozyme）；McClintock发现的转座因子获得公认；Prusiner发现朊病毒（prion）1983—1984Gallo和Montagnier分离和鉴定人免疫缺陷病毒；Mullis建立PCR技术1988Deisenhofer等发现并研究细菌的光合色素1995第一个独立生活的生物（流感嗜血杆菌）全基因序列测定完成1996第一个自养生活的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2000霍乱弧菌基因组测序完成与微生物学有关的诺贝尔生理或医学奖NobelPrizeinPhysiologyorMedicine1901－1999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细菌冶金沤粪肥田提倡轮作麦曲治泻防重与治刮骨疗毒种痘防花制曲酿酒1、感性认识阶段（史前期）（约800年前~1676）七、微生物的发现与微生物学发展列文虎克1684年寄给皇家协会信的部分内容列文虎克与他的显微镜：最先发现了“微生物世界”2、形态学描述阶段初创期（1676~1861）法国科学家巴斯德（LouisPasteur，1822-1895）•彻底否定了自然发生说•证实发酵由微生物引起•发明了狂犬病毒减毒疫苗制备方法•发明巴氏消毒法3、生理水平研究阶段奠基期（1861~1897）•发明培养基并用其纯化微生物等一系列研究方法的创立•证实炭疽病因—炭疽杆菌发现结核病原菌—结核杆菌•科赫法则德国微生物学家柯赫（RobertKoch，1843-1910）划线法获得单菌落科赫定理图示单菌落4、生化水平研究阶段,发展期（1897~1953）•德国科学家布赫纳（1897年）：酵母菌无细胞压榨汁将葡萄糖发酵成酒精•英国科学家弗莱明（1929年）：发现了世界上第一个抗生素-青霉素J.D.Waston,H.F.C.Crick发现DNA双螺旋模（1953年）5、分子生物学水平研究阶段,成熟期（1953~至今）微生物具备生命现象的特性和共性，将是21世纪进一步解决生物学重大理论问题，如生命起源与进化，物质运动的基本规律等，和实际应用问题，如新的微生物资源的开发利用，能源、粮食等的最理想的材料。21世纪微生物学展望参考文献:1.沈萍.微生物学,北京：高等教育出版社，20002.周德庆.微生物教程,第2版．北京：高等教育出版社，20023.黄秀梨.微生物学第2版.北京：高等教育出版社，20014.诸葛健.李华钟.微生物学．第一版．北京：科学出版社，20045.PrescottLM.等著.微生物学．第5版．沈萍等译，北京：科学出版社，20006.PrescottLM,HarleyJP,andKleinDA.Microbiology(5thed.),HighereducationpressandMcGraw-HillCompanies,Inc.20027.MichaelTM,JohnMM,JackP.Brockbiologyofmicoorganisms，Internationaledition,PearsonEducation,Inc.20038.GregoryN.Stephanopoulos,AristosA.Aristidou,JensNielsenz著,代谢工程——原理与方法.赵学明白冬梅，等译.化学工业出版社，20039.TalaroK.P.Foundationsinmic