微生物学 第一章 绪论

环境微生物学徐州师范大学生科院生物技术系授课教师:吕爱军联系电话:[phone]第一章绪论第四节微生物学的发展史第一节微生物的基本概念第二节微生物的特点第三节微生物的分类和命名第五节环境微生物学的研究内容第六节学习环境微生物学的意义第一节微生物的基本概念一、微生物的发现1676年，荷兰，列文虎克，单式显微镜（复制品）A、C、F、G：杆菌E：球菌H：球菌的聚集体列文虎克1684向英国皇家学会的信中对细菌形态的描绘二、微生物的定义微生物是一切肉眼看不见或看不清楚的微小生物的总称。(一般个体0.1mm)。非细胞生物原核生物部分真核生物（真菌、藻类、原生动物）微生物第二节微生物的特点（一）体积小，比表面积大微生物的体积大小单位：um(10-6m)或nm(10-9m)2μm0.5μm杆菌80个杆菌肩并肩总宽度=1根头发丝的宽度1500个杆菌首尾相连总长度=1粒芝麻的长度必须用显微镜观察微生物与其它生物种类的体积比较病毒细菌动物的模拟细胞动物的细胞核不同生物类型细胞大小的比较动物、植物和微生物个体大小尺度范围比表面积：个体的表面积与体积之比。则个体的体积越小，其比表面积值就越大。以球菌为例：比面值=表面积/体积=4πr2/4/3πr3=3/r比表面积为6球菌r=0.5μm比表面积为3比表面积为1.5球菌r=1μm球菌r=2μm设定：人的比表面积=1则：(与人等重)大肠杆菌比表面积=30万小体积大面积营养物质吸收面代谢废物的排泄面环境信息的交换面巨大巨大巨大体积越小，代谢越强（二）吸收多，转化快（代谢活性强）大肠杆菌在1小时内分解的糖是本身重量2000倍糖。1kg酵母菌在12小时内，将几吨糖转化为酒精。奶牛（500kg）在24h内合成0.5kg蛋白质微生物细胞在24h内合成自身重量30-40倍的细胞物质吸收多转化快（三）生长旺，繁殖快大肠杆菌在适宜的生长条件下：12.5-20分钟繁殖1代每小时分裂3代，由1个变成8个。经24小时分裂72代，重约4722吨经24小时可产生4.72×1021个后代。微生物因受营养、空间、代谢产物等条件限制，几何级数的繁殖速度只能维持数小时。微生物代时及每日增殖率在发酵工业中的意义生产效率高，周期短微生物名称代时(分)温度日增殖率乳酸菌38252.7×1011大肠杆菌20374.7×1021根瘤菌110258.2×103枯草杆菌31307.2×1013光合细菌144301.0×103酿酒酵母120304.1×103念珠藻1380252.1硅藻1020202.64小球藻4202510.6草履虫642264.92（四）适应性强，易变异适应性强1、对营养物质的利用上的适应性。2、对环境条件尤其是恶劣的“极端环境”的适应性。耐0－196℃低温耐250℃-300℃的高温耐盐（饱和盐水）耐干燥（产芽孢细菌、真菌孢子）耐酸碱、耐缺氧、耐毒物、抗辐射易变异青霉素的使用剂量：1940年10万元单位/次1980年：输液80万单位/次2000年：输液800万-1000万单位/次青霉素生产菌的发酵水平1940年每毫升20单位2000年每毫升10万单位0.02μg/ml青霉素对金黄色葡萄球菌最低抑制浓度。200μg/ml由于繁殖快、数量多、与外界环境直接接触，即使变异频率低（10-5-10-10）也可在短时间内产生大量变异后代。（五）分布广，种类多分布广微生物在自然界的分布：无处不在，无孔不入正常环境极端环境陆地：高山、平原、沙漠空气：水域：河流、湖泊、生物体内外高空：12000m深海底：10000m2000米深的地层温泉分布种类多地球上的微生物：估计有100万种已发现的微生物：约有10万种已开发利用的微生物：约1000种微生物的微观性，研究手段的限制分离培养的局限（六）易于人工培养微生物具有体积小，比表面积大代谢活性强生长旺、繁殖快适应性强，易变异易于人工培养只要提供适宜的营养和环境条件，就可获得培养物。不受地区和季节的限制。第三节微生物的分类和命名一、微生物在生物界的地位动物界植物界林奈动物界植物界原生生物界Haeckel植物界动物界原始生物界菌界Copeland植物界动物界原核生物界原生生物界真菌界Whittaker五界+病毒界细菌域古生菌域真核生物域美国Woese生物界无细胞结构有细胞结构原核生物界真核生物原生生物界真菌界植物界动物界病毒界六界系统（王大耜sì）动物植物生物菌病毒细菌真菌藻微型动物“微型植物”虫真细菌真菌藻类原生动物动物植物真核生物古细菌生物共同祖先细菌域古生菌域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沃氏提出的三域（三原界）系统原核生物界原生生物界真菌界魏塔克五界系统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(一)分类单元界、门、纲、目、科、属、种种(species)是一个基本分类单元，是一大群表型特征高度相似、亲缘关系极其接近、与同属内的其他物种有着明显差异的一大群菌株的总称。模式种(typespecies)、典型菌株(typestrain)新种(speciesnova,sp.nov)：是指权威性的分类、鉴定手册中从未记载过的一种新分离并鉴定过的微生物。(二)命名双名法：指一个物种的学名由前面一个属名和后面一个种名加词两部分组成。学名=属名+种名+（首次定名人）+现名定名人+现名定名年份例：大肠埃希氏菌（大肠杆菌）Escherichiacoli(Migula)CastellanietChalmers1919BacillusBacillussubtilis(Cohn,1872)Typestrain:ATCC6051=DSM10=CCTCCAB92068属名种名定种人年代保藏机构及其保藏号种的加词Specificepithet菌株(strain)：又称品系（在非细胞型的病毒中则称毒株或株），表示任何由一个独立分离的单细胞（或单个病毒粒）繁殖而成的纯遗传型群体及其一切后代。模式菌株：是一个种的具体活标本，必须是该菌种的活培养物，是由一个被指定为命名的模式菌株传代而来。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二、微生物的分类系统纲要1、《伯杰氏手册》美国的《伯杰氏鉴定细菌学手册》编写者集国际学术界的权威学者，为各国微生物分类学界公认的一本经典佳作。现书名已改为《伯杰氏系统细菌学手册》（Bergey’MamualofSystematicBacteriology)特点：①表型特征②基因序列2、前苏联克拉西尔尼可夫的《细菌和放线菌鉴定》3、法国雷沃A.R.Prevot的《细菌分类学》一、史前期（直观应用时期）第四节微生物学的发展历史春秋战国时期微生物分解有机物质，沤粪积肥。公元二世纪的《神农本草经》白僵蚕治病。公元6世纪后魏的贾思勰（xié）《齐民要术》谷物制曲、酿酒、制酱、造醋、腌菜。豆科植物与其它作物轮作二、初创期（形态学发展时期）1676-1861（17世纪下半叶-十九世纪中叶）使用显微镜观察微生物世界的时期。代表人物：列文·虎克贡献:（１）发现了微生物世界（２）描述了微生物的形态并阐述了它们的多样性三、奠基期（生理学发展时期）（1861-1897）十九世纪下叶有关微生物的两个疑难问题：1、生物是自然产生的吗？(自生说)2、传染性疾病的本质是什么？１、巴斯德与自然发生学说由非生命物质自然发生的普涉（Pouchet）自然发生说路易斯·巴斯德（LouisPasteur，1822-1895)，法国微生物学家、化学家，微生物学奠基人。新鲜食品搁置细菌检定无细菌腐败食品细菌检定有细菌证明由干草汁未被杀死的种子或由空气传播产生的巴斯德反驳自然发生说的三个实验加热营养液密封放置细菌检测无细菌检出自然发生说质疑：无机物自然变为生命有机体必须提供新鲜的空气曲颈瓶试验(1861年)用无可争辩的事实推翻了（自然发生说）巴斯德消毒法２、科赫与疾病的病菌说德国，乡村医生，科赫（RobertKoch，1843-1910）治疗结核病1905年诺贝尔生理学或医学奖。科赫的有关实验——病原菌的发现炭疽病——炭疽芽孢杆菌健康者病者接触传染物感染得病科赫法则(证明某微生物是某疾病病原菌的四项要求)1、在患病动物中存在可疑病原有机体，而健康动物中没有；2、可疑有机体在纯培养中生长；3、纯培养中的可疑有机体细胞，能引起健康动物发病；4、可疑有机体被再次分离，并且和最初分离的有机体一样；基因水平的科赫法则?四、发展期（生化水平1897-1953）•1897年，德国科学家布赫纳，酵母菌无细胞压榨汁将葡萄糖发酵成酒精，从而认识了酵母菌酒精发酵的酶促过程，将微生物生命活动与酶化学结合起来。•1929年，英国科学家弗莱明发现点青霉菌能抑制葡萄球菌的生长，揭示了微生物间的拮抗关系并发现了世界上第一个抗生素-青霉素。•1949年，美国的瓦克斯曼在他多年研究土壤微生物所积累资料的基础上，发现了链霉素。始于二十世纪初，代表人物：德国爱德华·布赫纳(EdwardBuchner，1860--1907)发现无细胞发酵现象，1907年诺贝尔化学奖。酵母细胞石英砂研磨过滤滤液葡萄糖酵母细胞酒精、CO21922年他从某种植物和动物分泌液中发现一种能杀灭细菌的物质，称之为溶菌酶。英国弗莱明和钱恩、弗罗里（青霉素的分离、提纯）于1945年共同获得诺贝尔医学和生理学奖。AlexanderFleming（1881-1955)美国瓦克斯曼1952年的诺贝尔生理学或医学奖，因为“他发现了链霉素、第一有效抗生素用于治疗肺结核”。用此基金在罗格斯大学建立了瓦克斯曼微生物学研究所。SelmanA.Waksman（1888－1973）TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1952五、成熟期（1953以后）又称分子生物学水平奠基人沃森克里克重要贡献：建立了DNA结构双螺旋模型。第五节环境微生物学的研究内容1、自然环境中微生物的多样性2、自然环境中的微生物生态学研究3、污染环境中的微生物生态学研究4、废弃物生物处理中微生物学原理和方法的研究环境微生物学：研究人类的生存环境与微生物之间相互关系的科学。微生物学环境生物学环境微生物学•偏重于水环境保护。——有害微生物（病原性、腐蚀性）的监控与防治——有益微生物培养与利用（水处理中的各种微生物的高效、密集培养、强化生物去污）第六节学习环境微生物学的意义1、了解并揭示微生物在生态系统中的地位与作用2、避免或防止微生物对人类的危害3、开发、利用微生物以保护环境造福于人类