微生物课件 chapter01

微生物学生命科学与技术学院袁明雄[e-mail]第一章绪论第一节微生物与人类第二节微生物学的发展史第三节微生物的类群及特点第四节微生物学及其分科第五节微生物学研究现状和发展附：教材与参考文献生命科学与技术学院袁明雄微生物与人类关系的重要性，我们怎么强调都不过分。微生物是一把典型的双刃剑，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。可以这么说，微生物既是人类的敌人又是人类的朋友。第一节微生物与人类以下我们从几个大的方面体会一下微生物与人类的关系，看看微生物作为敌人的“面孔”和作为朋友的“模样”。1.人类健康病原体、抗生素2.工业产品腐败、发酵产品3.生物工程学（发酵、遗传、细胞、酶、生物发应器）工程→生物工程学4.农业农产品霉变、农业栽培、生物农药生命科学与技术学院袁明雄5.环境环境污染、物质循环、环境保护第一节微生物与人类6.生命科学基础理论研究生物中心法则、核酸的变性、复性和杂交、糖酵解、发酵、TCA循环、EMP途径、生物膜的流动镶嵌模型、呼吸链、氧化磷酸化、DNA的半保留复制、操纵子、生物代谢调节的方式、氨基酸的分解代谢途径等。微生物确乎是一把明晃晃的双刃剑。生命科学与技术学院袁明雄1.一个难以认识的微生物世界（1）个体过于微小大多数微生物的个体在几m-几十m，在显微镜发明之前仅靠肉眼难以发现和辨认。二、微生物学的发展史（2）群体外貌不显微生物的个体看不见，形成的群体（菌落或菌苔）虽然可见，一般也平淡无奇，不引人注意。（3）种间杂居混生自然状态下杂居混生，在发明各种微生物的分离、培养技术之前，无法知道其真正的作用。（4）形态与作用因果难联微生物的生长繁殖快，代谢活跃，传染病早期并不引人注意，即便事态严重，往往也没有意识到是微生物的活动。就是许多非病原微生物的生长活动所引起的各种生化变化（发酵、腐败）等，也是如此。生命科学与技术学院袁明雄2.微生物学的发展史整个微生物学的发展史是一部逐步克服上述认识微生物的4个障碍不断探究它们的生活规律，开发利用有益微生物和控制有害微生物的历史。（如显微镜的发明、无菌技术的应用、纯种分离和培养技术的建立等。）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-至今AntonyvanLeeuwenhoekLouisPasteurRobertKochE.BuchnerJ.WatsonF.Crick（1）史前期（8000年前-1676年）这一时期的特点：低水平的应用阶段。以下一段话可以反映这一时期的特点：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。我们根据划时代意义的事件扼要将微生物学的发展史分为5个时期。二、微生物学的发展史生命科学与技术学院袁明雄在史前期，世界各国人民在自己的生产实践中都积累了许多利用有益微生物和防治有害微生物的经验。例如发面、天然果酒和啤酒酿造、牛乳和乳制品的发酵以及利用霉菌来治疗一些疾病等，但当时应用水平最高并独树一帜的应用应该首推我国人民在制曲酿酒方面的伟大创造。①酿酒②农业③医学（2）初创期（1676年-1861年）这一时期的特点：形态描述和分门别类的阶段。荷兰商人安东.列文虎克（AntonyvanLeeuwenhoek，1632-1723），是真正看见并描述微生物的第一个人。他的最大贡献是利用自制的显微镜发现了微生物世界（当时被称之为微小动物）。显微镜构造简单，仅一个透镜安装在两片金属薄片的中间，在透镜前面有一根金属短棒，在棒的尖端搁上需要观察的样品，通过调焦螺旋调节焦距。二、微生物学的发展史生命科学与技术学院袁明雄AntonyvanLeeuwenhoek列文虎克和他的显微镜二、微生物学的发展史生命科学与技术学院袁明雄a.显微镜b.描述的细菌列文虎克的显微镜和描述的细菌二、微生物学的发展史生命科学与技术学院袁明雄实际上，列文虎克是清楚地看见了细菌和原生动物，首次向世人揭示了一个崭新的生物世界——微生物世界。由于列文虎克的划时代贡献，他在1680年被选为英国皇家学会会员。（3）奠基期（1861年-1897年）十九世纪中期，以法国的巴斯德和德国的柯赫为代表的科学家揭示了微生物才是造成腐败发酵和人畜疾病的原因，并建立了分离、培养、接种和灭菌等一系列独特的微生物技术，从而奠定了微生物学的基础，同时开辟了医学和工业微生物等分支学科。巴斯德和柯赫是微生物学的奠基人。这一时期的特点：从形态描述推进到生理水平的研究阶段。①巴斯德（LouisPasteur，1822-1895）巴斯德原来是化学家，在化学领域中作出过重要的贡献，后来又转向于微生物学的研究领域，所做的工作为微生物学的建立和发展作出了卓越的贡献。二、微生物学的发展史生命科学与技术学院袁明雄A.彻底否定了“自生说”学说a.“自生说”b.曲颈瓶试验二、微生物学的发展史生命科学与技术学院袁明雄B.免疫学——预防接种a.Jenner种痘法可预防天花，但未能阐明免疫机制C.证实发酵是由微生物引起的b.减毒疫苗——鸡霍乱病、牛、羊炭疽病、狂犬病D.其他贡献（巴斯德消毒、巴斯德效应）②柯赫（1843-1910）柯赫是著名的细菌学家，由于他曾经是一名医生，因此对病原细菌的研究作出了突出的贡献。RobertKochA.具体证实了炭疽病菌是炭疽病的病原菌；B.发现了肺结核病的病原菌，这是当时死亡率极高的传染性疾病，因此柯赫获得了诺贝尔奖；C.提出了证明某种微生物是否为某种疾病病原体的基本原则——柯赫法则。二、微生物学的发展史生命科学与技术学院袁明雄柯赫法则示意图二、微生物学的发展史生命科学与技术学院袁明雄柯赫在病原菌研究方面的开创性工作，自19世纪70年代至20世纪20年代成了发现病原菌的黄金时代。柯赫除了在病原菌研究方面的伟大成就外，在微生物基本操作技术方面的贡献更是为微生物学的发展奠定了技术基础，这些技术包括：A.用固体培养基分离纯化微生物的技术，这是进行微生物学研究的基本前提，这项技术一直沿用至今；B.配制培养基，也是当今微生物学研究的基本技术之一。这两项技术不仅是具有微生物学研究特色的重要技术，而且也为当今动植物细胞的培养作出了十分重要的贡献。由于巴斯德和柯赫的杰出工作，微生物学作为一门独立的学科开始形成，并且出现以他们为代表而建立的各分支学科。细菌学（巴斯德、柯赫等）消毒外科技术（J.Lister）免疫学（巴斯德、Metchnikoff、Behring、Ehrlich等）二、微生物学的发展史生命科学与技术学院袁明雄病毒学（Ivanowsky、Beijerinck等）植物病理学和真菌学（Bary、Berkeley等）酿造学（Hensen、Jorgensen等）化学治疗法（Ehrlish等）微生物学的研究内容日趋丰富，使微生物学的发展更加迅速。（4）发展期（1897年-1953年）1897年，德国科学家E.Buchner用无细胞酵母菌压榨汁中的“酒化酶”对葡萄糖进行酒精发酵成功，从而开创了微生物生化研究的新时代。此后，微生物生理代谢研究就蓬勃地开展起来了。E.Buchner这一时期的特点如下：A.进入了微生物生化水平的研究；B.应用微生物的分支学科更为扩大；C.出现了寻找有益微生物代谢产物的热潮；二、微生物学的发展史生命科学与技术学院袁明雄D.普通微生物学开始形成；E.相关学科相互渗透促进了微生物学的发展。整个生命科学进入了分子生物学研究的新阶段，同样也是微生物学发展史上成熟期到来的标志。（5）成熟期（1953年-至今）1953年2月28日，Watson和Crick建立了DNA双螺旋结构理论，奠定了现代分子生物学的基础，整个生命科学由此展开了新的一页。他们俩因此获得了诺贝尔奖。这是迄今为止分量最重的一项诺贝尔奖，“是诺贝尔奖中的诺贝尔奖”。本时期的特点为：A.微生物学从一门在生命科学中较为孤立的应用为主的学科迅速成为一门十分热门的前沿基础学科；二、微生物学的发展史生命科学与技术学院袁明雄B.在基础理论研究方面，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主要对象；C.在应用研究方面，微生物已成为新兴的生物工程中的主角。微生物学的发展史是一部认识微生物的历史、开发利用有益微生物的历史、控制和消灭有害微生物的历史。二、微生物学的发展史3.微生物学发展过程中的重大事件1890，VonBehring制备抗毒素治疗白喉和破伤风；1892，Ivanovsky提供烟草花叶病是由病毒引起的证据；1928，Griffith发现细菌转化；1929，Fleming发现青霉素；1944，Avery等证实转化过程中DNA是遗传信息的载体；1953，Watson和Crick提出DNA双螺旋结构；1970-1972，Arber、Smith和Nathans发现并提纯了DNA限制性内切酶；生命科学与技术学院袁明雄1977，Woese提出古生菌是不同于细菌和真核生物的特殊类群；二、微生物学的发展史Sanger首次对Ф×174噬菌体DNA进行了全序列分析；1982-1983，Prusiner发现朊病毒（prion）；1983-1984,Mullis建立PCR技术；1995，第一个独立生活的细菌（流感嗜血杆菌）全基团组序列测定完成；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。生命科学与技术学院袁明雄1.什么是微生物微生物（microorganism，microbe）是一切肉眼看不见或看不清的微小生物的总称，它们是一些个体微小（一般小于0.1mm）、结构简单的低等生物，必须借助于显微仪器才能看得见的生物。第三节微生物的类群及特点微生物包括哪些类群呢？生命科学与技术学院袁明雄第三节微生物的类群及特点微生物微生物小：个体微小微米级（m）：光学显微镜下可见，细胞纳米级（nm）：电子显微镜下可见，细胞器、病毒简：结构简单简单多细胞单细胞非细胞，分子生物低：进化地位低真核类：真菌（酵母、霉菌、蕈菌）、原生动物、显微藻类原核类：细菌（真细菌、古细菌）、放线菌、蓝细菌、支原体、立克次氏体、衣原体非细胞类：病毒、亚病毒（卫星病毒、朊病毒等）注意：微生物、酵母、霉菌、蕈菌都不是生物分类学中的名词。生命科学与技术学院袁明雄最小的细菌：纳米细菌（nanobacteria），直径仅50nm。第三节微生物的类群及特点最大的细菌：“纳米比亚硫磺珍珠”（Thiomargaritanamibiensis），有些可达0.75mm。2.微生物的特点微生物由于体形微小，因而导致了一系列与之密切相关的5个重要共性。（1）体积小、面积大——比表面积大生命科学与技术学院袁明雄第三节微生物的类群及特点边长立方体数总表面积比面值近似对象1.0cm16cm26豌豆1.0mm10360cm260细小药丸0.1mm106600cm2600滑石粉粒0.01mm1096,000cm26,000变形虫1.0um10126m260,000球菌0.1um101560m2600,000大胶粒0.01um1018600m26,000,000大分子1.0nm10216,000cm260,000,000分子对1cm3固体作10倍系列三维分割后的比面值变化生命科学与技术学院袁明雄第三节微生物的类群及特点由于微生物是一个如此突出的小体积大面积系统，从而赋予它们具有不同于一切大生物的五个共性，因为一个小体积大面积系统，必然有一个巨大的营养物质吸收面、代谢废物的排泄面和环境信息的交流面。由此，产生其余4个共性。（2）吸收多、转化快大肠杆菌（Escherichiacoli）每小时可分解自身重量1,000-10,000倍的乳糖。产朊假丝酵母（Candidautilis）合成蛋白质的能力比大豆强100倍，比食用公牛强10万倍，故有单细胞蛋白（singlecellprotein，SCP）的生产。一些微生物的呼吸速率比高等动、植物的组织强数十倍至数百倍。这个特性为微生