微生物学

绪论一、什么是微生物二、人类对微生物的认识史三、微生物学的发展促进了人类的进步四、微生物的五大共性五、微生物学及其分科一、什么是微生物1定义：微生物（microorganism,microbe）是一切肉眼看不见或看不清楚的微小生物的总称。它们都是一些个体微小（一般0.1mm）、构造简单的低等生物。2种类：包括属于原核类的细菌（真细菌和古生菌）、放线菌、蓝细菌（旧称“蓝绿藻”或“蓝藻”）、支原体、立克次氏体和衣原体；属于真核类的真菌（酵母菌、霉菌和蕈菌）、原生动物和显微藻类；以及属于非细胞类的病毒和亚病毒（类病毒、拟病毒和朊病毒）。3特点：小（个体微小）µm（微米）级：光学显微镜下可见（细胞）nm（纳米）级：电子显微镜下可见（细胞器，病毒）简（构造简单）单细胞简单多细胞非细胞（即“分子生物”）低（进化地位低）原核类：细菌（真细菌，古生菌），放线菌，蓝细菌，支原体，立克次氏体，衣原体等真核类：真菌（酵母菌，霉菌，蕈菌），原生动物，显微藻类非细胞类：病毒，亚病毒（类病毒，拟病毒，朊病毒）4微生物并非生物分类学上的名词，而是所有形体微小、结构简单的低等生物的总称。生物的分类概貌：（两界系统、三界系统、四界系统、五界系统、六界系统、三总界五界系统、三域学说）非细胞生物亚病毒病毒生物原核生物细菌放线菌原核生物界微生物蓝细菌细胞生物古生菌真核生物真菌酵母菌霉菌真菌界蕈菌单细胞藻类真核原生生物界原生动物植物植物界动物动物界二、人类对微生物世界的认识（一）一个难以认识的微生物世界原因：个体微小，外貌不显，杂居混生，因果难联（形态与其作用的后果之间）例：①艾滋病（AIDS），由人类免疫缺陷病毒（HIV）引起,从感染病毒至发病一般要经过12-13年的潜伏期。②在发霉的花生、玉米等胚的附近，常易生长Aspergillusflavus(黄曲霉)，它会产生剧毒真菌毒素—黄曲霉毒素（aflatoxin），若经常食用这类霉变食物，就会诱发肝癌等疾病。由于上述认识微生物的4个障碍迟迟未能解决，因此人类在其长期的历史发展中，尽管也有自发地利用酵母菌等若干有益微生物的活动，但更多的还是被各种病原微生物所害，例如鼠疫（“黑死病”，历史上3次大流行曾杀死近2亿人口，死亡最惨重的二战1.1亿）、天花、疟疾、麻风、梅毒、肺结核（“白疫”）和流感的大流行等。直到今天，在全球范围内，不但传染病仍是死亡的首因（1997年全球达5220万人），而且还面临着旧病卷土重来、新病不断出现（近20年来又出现30余种）的严峻形势。“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”（二）微生物学发展史整个微生物学发展史是一部逐步克服上述认识微生物的4个障碍（如显微镜的发明，灭菌技术的应用，纯种分离和培养技术的建立等），不断探究它们的生命活动规律，并开发利用有益微生物和控制、消灭有害微生物的历史。现扼要地将它分为5个时期。（史前期、初创期、奠基期、发展期、成熟期）1史前期时间：约8000年前-1676实质：朦胧阶段开创者：各国劳动人民。其中尤以我国的制曲、酿酒技术著称特点：①未见细菌等微生物的个体;②凭实践经验利用微生物的有益活动（进行酿酒、发面、制酱、酿醋、沤肥、轮作、治病等）2初创期时间：1676-1861实质：形态描述阶段开创者：列文虎克—微生物学的先驱者特点：①自制单式显微镜，观察到细菌等微生物的个体（标志）；②出于个人爱好对一些微生物进行形态描述。标志：1676年列文虎克用自制的单式望远镜观察到细菌的个体3奠基期时间：1861-1897实质：生理水平研究阶段开创者：巴斯德—微生物学奠基人；科赫—细菌学奠基人特点：①微生物学开始建立；②创立了一整套独特的微生物学基本研究方法（科赫）；③开始运用“实践-理论-实践”的思想方法开展研究；④建立了许多应用性分支学科（细菌学、消毒外科术、免疫学、土壤微生物学、病毒学、植物病理学和真菌学）；⑤进入寻找人类和动物病原菌的黄金时期。标志：1861年巴斯德根据曲颈瓶试验彻底推翻生命的自然发生说并建立胚种学说（germtheory）。科赫学派的重要业绩：①科赫法则:病原微生物总是在患传染病的动物中发现而不存在于健康个体中；这一微生物可以离开动物体，并被培养成纯种培养物；这种纯培养物接种到敏感动物体后，应当出现特有的病症；该微生物可以从患病的实验动物中重新分离出来，并可在实验室中再次培养，此后它仍然应该与原始病原微生物相同。②微生物研究方法（琼脂平板培养技术、显微镜技术、染色方法、悬滴培养法以及显微摄影技术）③平板分离方法（寻找并分离多种传染病的病原菌）巴斯德学派的主要贡献：①胚种学说：曲颈瓶试验：1862年，巴斯德终于设计出一个巧妙的曲颈瓶试验。他给烧瓶安装了一像横着眼放的S形状的长颈，当把烧瓶中的肉汤煮沸时，不仅瓶中的微生物被杀死了，水蒸汽把瓶颈中的微生物也杀死了。等到汤放凉时，新鲜的空气就可以通过瓶颈自由进到瓶子中，而带菌的灰尘由于比空气重，在长颈向下弯曲处就被拦截住了。经过这样处理的培养液放许多天也不会变质。而如果把培养液倾斜，让它通过长颈的弯曲部，或者把长颈打断，培养液中很快就会充满了微生物。这样就令人信服地证明了，是空气中的微生物使汤腐败的，而不是汤腐败产生微生物。②巴斯德消毒法:低温维持法，63℃、30min;高温瞬时法，72℃、15s。4发展期时间：1897-1953实质：生化水平研究阶段开创者：E.Büchner—生物化学奠基人特点：①对无细胞酵母菌“酒化酶”进行生化研究（标志）；②发现微生物的代谢统一性；③普通微生物学开始形成（代表人物是美国加里福尼亚大学伯克利分校的M.Doudoroff）；④开展广泛寻找微生物的有益代谢产物；⑤青霉素的发现推动了微生物工业化培养技术的猛进。标志：1897年德国人E.Büchner用无细胞酵母菌压榨汁中的“酒化酶”（Zymase）对葡萄酒进行酒精发酵成功。5成熟期时间：1953-至今实质：分子生物学水平研究阶段开创者：J.Watson和F.Crick—分子生物学奠基人特点：广泛运用分子生物学理论和现代研究方法，深刻揭示微生物的各种生命活动规律；以基因工程为主导，把传统的工业发酵提高到发酵工程新水平；大量理论性、交叉性、应用性和实验性分支学科飞速发展；微生物学的基础理论和独特实验技术推动了生命科学各领域飞速发展；微生物基因组的研究促进了生物信息学时代的到来。标志：1953年4月25日，J.Watson和F.Crick在英国的«自然»杂志上发表关于DNA结构的双螺旋模型。微生物学史简表分期史前期初创期奠基期发展期成熟期时间/年约8000年前-16761676-18611861-18971897-19531953-至今实质朦胧阶段形态描述阶段生理水平研究阶段生化水平研究阶段分子生物学水平研究阶段开创者各国劳动人民。其中尤以我国的制曲、酿酒技术著称列文虎克—微生物学的先驱者巴斯德—微生物学奠基人；科赫—细菌学奠基人E.Büchner—生物化学奠基人J.Watson和F.Crick—分子生物学奠基人特点①未见细菌等微生物的个体;②凭实践经验利用微生物的有益活动（进行酿酒、发面、制酱、酿醋、沤肥、轮作、治病等①自制单式显微镜，观察到细菌等微生物的个体；②出于个人爱好对一些微生物进行形态描述。①微生物学开始建立；②创立了一整套独特的微生物学基本研究方法（科赫）；③开始运用“实践-理论-实践”的思想方法开展研究；④建立了许多应用性分支学科（细菌学、消毒外科术、免疫学、土壤微生物学、病毒学、植物病理学和真菌学）；⑤进入寻找人类和动物病原菌的黄金时期。①对无细胞酵母菌“酒化酶”进行生化研究；②发现微生物的代谢统一性；③普通微生物学开始形成（代表人物是美国加里福尼亚大学伯克利分校的M.Doudoroff）；④开展广泛寻找微生物的有益代谢产物；⑤青霉素的发现推动了微生物工业化培养技术的猛进。①广泛运用分子生物学理论和现代研究方法，深刻揭示微生物的各种生命活动规律；②以基因工程为主导，把传统的工业发酵提高到发酵工程新水平；③大量理论性、交叉性、应用性和实验性分支学科飞速发展；④微生物学的基础理论和独特实验技术推动了生命科学各领域飞速发展；⑤微生物基因组的研究促进了生物信息学时代的到来。标志1676年列文虎克用自制的单式望远镜观察到细菌的个体1861年巴斯德根据曲颈瓶试验彻底推翻生命的自然发生说并建立胚种学说（germtheory）。1897年德国人E.Büchner用无细胞酵母菌压榨汁中的“酒化酶”（Zymase）对葡萄酒进行酒精发酵成功。1953年4月25日，J.Watson和F.Crick在英国的«自然»杂志上发表关于DNA结构的双螺旋模型。三、微生物学的发展促进了人类的进步（一）医疗保健战线上的六大“战役”1外科消毒术的建立：1864年时英国一般的医院外科手术的死亡率高达80%，其中最好的爱丁堡医院为45%，因此，当时的外科医生常被称为“刽子手”。当J.Lister发明外科消毒术（石炭酸消毒）后，1868年，爱丁堡医院的外科手术死亡率已降低到15%左右2寻找人畜病原菌：在19世纪末至20世纪初的30年间，炭疽芽孢杆菌、麻风分支杆菌、肺炎链球菌、伤寒沙门氏菌、结核分枝杆菌、逗号弧菌、破伤风梭菌、鼠疫巴斯德氏菌（目前已改称鼠疫耶尔森氏菌）、痢疾志贺氏菌3免疫防治法的发明和广泛应用：疫苗（种痘最早起源于我国宋朝真宗（998~1022）年代的人痘。1796年英国医生E.Jenner首次为一男孩接种牛痘苗并取得很大的成功，从此，种牛痘就成为预防天花最有效的措施了）、菌苗、类毒素及抗血清、卡介苗等。4化学治疗剂的发明和普及：化学治疗剂：为了抑制或杀死潜伏于人或动物体内部的病原菌，就必须寻找一类对病原菌有强大毒力而对其宿主基本无毒的药物，这就是化学治疗剂。砷凡纳明—梅毒；百浪多息（有效成分是磺胺）--链球菌感染；磺胺药—治疗各种感染（产褥热），对许多病原菌有很高的疗效。5抗生素的大规模生产和推广：青霉素（1929，英国细菌学家A.Fleming）；链霉素、土霉素、红霉素、新霉素、万古霉素、卡那霉素、庆大霉素岁。图中央是青霉菌，周围是致病细菌。距青霉素最远的细菌个大、色浓，活力十足；距青霉菌较近的细菌个较小、色较浅，活力较差；而最接近青霉菌的细菌个最小、色发白，显然已经死亡6利用工程菌生产多肽类生化药物主要特点是利用微生物作为各种不同生物有关目的基因的受体，由微生物来生产各种生化药物，其中出抗微生物药物外，还包括治疗各类其他疾病的药物，例如疫苗（病毒衣壳蛋白、细胞组分疫苗等）、抗体、干扰素、胰岛素、激素以及其他各种多肽类药物等。“战果”：原先猖獗的细菌性传染病得到了较好的控制（从人类死亡率的首位退居到四五位之后），天花等烈性传染病已彻底绝迹（1979年10月26日由WHO—世界卫生组织宣布在地球上绝迹），人类平均寿命约提高了25岁。（二）微生物在工业发展过程中的六个里程碑1自然发酵与食品、饮料的酿造：酒、酱、醋、泡菜、豆豉、酸牛奶、干酪、面包等2罐头保藏：1804年，法国厨师N.Appert经10年试验后发明3厌氧纯种发酵技术：本世纪初，在工业发酵的早期，人们首先发展了不需通气搅拌等复杂装置的厌氧纯种发酵技术，利用它来进行乙醇、丙酮、丁醇、乳酸或甘油生产。4深层液体通气搅拌培养：抗生素、有机酸和酶制剂等发酵工业5代谢调控理论在发酵工业上的利用：从50年代中期起，由于对微生物代谢途径和调控研究的逐步深入，在发酵工业上找到了能突破微生物代谢调控以累积有用代谢产物的手段，并很快用于大规模工业生产上，例如谷氨酸（1956）和核苷酸类物质—肌苷酸（1966）的发酵生产等。6生物工程的兴起生物工程学（biotechnology,又译生物技术）。包括五大工程，即遗传工程、细胞工程、微生物工程（发酵工程）、酶工程（生化工程）和生物反应器工程。生物工程学所包括的主要领域及其作用简括如下：改造物种常规菌（或常规细胞株）生物工程（学）①遗传工程②细胞工程“工程菌”（或“工程细胞株”）商品生产③微生物工程④酶工程⑤