微生物緒論PPT

1、微生物學(xué)精品課程微生物學(xué)精品課程生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李俊剛李俊剛Microbiology第一章第一章 緒論緒論一、什么是微生物二、微生物學(xué)及其分科三、微生物學(xué)發(fā)展簡史四、微生物的特點及其應(yīng)用(五、微生物的分類及其命名)六、微生物的重要性及社會需求七、怎樣學(xué)好微生物學(xué)？一、什么是微生物？ 定義：微生物是所有形體微小形體微小、單細(xì)胞單細(xì)胞或結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)較為簡單較為簡單的多細(xì)胞多細(xì)胞生物、甚至沒有細(xì)胞結(jié)構(gòu)沒有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的生物的通稱 英文“微生物”一詞“microorganism”，就是在“生物（organism）”詞之前加上前綴“非常?。╩icro）”所構(gòu)成。 微生物并不是一個分類學(xué)上的術(shù)

2、語，它們主要是根據(jù)生物體的大小而被人為地劃歸在一起的。微生物主要類群微生物主要類群原核生物原核生物細(xì)菌、放線菌、支原體、立克次氏細(xì)菌、放線菌、支原體、立克次氏體、衣原體、藍(lán)細(xì)菌和古生菌體、衣原體、藍(lán)細(xì)菌和古生菌真核生物真核生物真菌（酵母菌、霉菌和蕈菌）、微真菌（酵母菌、霉菌和蕈菌）、微型藻類、原生動物和某些寄生蠕蟲型藻類、原生動物和某些寄生蠕蟲非細(xì)胞生物非細(xì)胞生物病毒、亞病毒（類病毒、擬病毒病毒、亞病毒（類病毒、擬病毒和朊病毒）和朊病毒）二、微生物學(xué)及其分科二、微生物學(xué)及其分科 微生物學(xué)（微生物學(xué)（Microbiology)就是研究微就是研究微生物的形態(tài)構(gòu)造、生理代謝、遺傳變異、生生物的形態(tài)構(gòu)

3、造、生理代謝、遺傳變異、生態(tài)分布和分類進(jìn)化等生命活動基本規(guī)律并應(yīng)態(tài)分布和分類進(jìn)化等生命活動基本規(guī)律并應(yīng)用于工、農(nóng)、醫(yī)和環(huán)境保護(hù)等實踐領(lǐng)域的科用于工、農(nóng)、醫(yī)和環(huán)境保護(hù)等實踐領(lǐng)域的科學(xué)。學(xué)。 三、微生物學(xué)發(fā)展史三、微生物學(xué)發(fā)展史 1、史前期（約、史前期（約8000年前年前1676）白酒釀造大多是固態(tài)發(fā)酵，其主要產(chǎn)物是乙醇。分析檢測，白酒中大部分是乙醇和水，還含有占總量2%左右的其他香味物質(zhì)。由于這些香味物質(zhì)在酒中種類的多少和相互比例的不同才是酒有別于酒精，具有獨特的風(fēng)格。白酒中的香味物質(zhì)主要是醇類、酯類、醛類、酮類、芳香族化合物等物質(zhì)。白酒物質(zhì)的產(chǎn)生過程：淀粉糖乙醇 蛋白質(zhì)氨基酸醇、醛、酮等物質(zhì)中

4、國創(chuàng)造的制曲釀酒工藝四大特點： 歷史悠久 工藝獨特 經(jīng)驗豐富 品種多樣固態(tài)發(fā)酵和固態(tài)蒸餾的傳統(tǒng)操作 雙邊發(fā)酵 白酒發(fā)酵過程中糖化和發(fā)酵同時進(jìn)行。釀酒生產(chǎn)中采用“低溫入窖、緩慢發(fā)酵”的操作工藝。續(xù)糟發(fā)酵 甑桶蒸餾 多菌種發(fā)酵 界面復(fù)雜 濃香型曲酒各名酒廠的生產(chǎn)原理相同，采用泥窖、固體發(fā)酵、續(xù)糟混蒸等工藝。但在糧糟配比、續(xù)糟方法上有不同之處，大致可分為：跑窖工藝法、本窖工藝和老五甑工藝法。 瀘州老窖釀酒工藝瀘州老窖釀酒工藝釀酒工藝流程高粱粉碎 分段取酒 稻殼拌和裝甑蒸餾出甑糧糟打量水?dāng)偭?母糟 開窖分層母糟加糠拌合裝甑蒸餾出甑紅糟 下曲| 起窖 面糟 蒸餾丟糟黃水酒稀釋分層回窖入窖發(fā)酵 | 丟糟飼

5、料 窖池管理酒類 曲酒 果酒 啤酒 蒸餾酒曲：大曲 、散曲、 小曲 、 餅曲 、草藥曲 、紅曲 、干酵母；酒：曲酒又分為濃香型 、 醬香型、 清香型 、米香型、 混香型；菌種：混合發(fā)酵 根霉 、黑曲霉、 米曲霉 、紅曲霉、 毛霉、 酵母現(xiàn)在發(fā)展趨勢：生淀粉酒精發(fā)酵、生料釀酒、淀粉制糖。 李俊剛：生淀粉糖化菌NL-3的發(fā)酵條件 西南師大學(xué)報 1998.2 No 1 .92-962 2、初創(chuàng)期（、初創(chuàng)期（16761861）3 3、奠基期（、奠基期（18611897）法國科學(xué)家巴斯德法國科學(xué)家巴斯德（Louis Pasteur，1822-1895） 徹底否定了自然發(fā)生說證實發(fā)酵由微生物引起發(fā)明了狂犬

6、病毒減毒疫 苗制備方法 發(fā)明巴氏消毒法德國微生物學(xué)家柯赫（Robert Koch， 1843-1910） 發(fā)明培養(yǎng)基并用其純化微生物等一系列研究方法的創(chuàng)立證實炭疽病因 炭疽桿菌發(fā)現(xiàn)結(jié)核病原菌結(jié)核桿菌科赫法則單菌落劃線法獲得單菌落 科赫定理圖示4 4、發(fā)展期（、發(fā)展期（18971953）德國科學(xué)家E.Buchner（1897年）： 酵母菌無細(xì)胞壓榨汁將葡萄糖發(fā)酵成酒精英國科學(xué)家Fleming弗萊明（1929年）： 發(fā)現(xiàn)了世界上第一個抗生素-青霉素 5 5、成熟期（、成熟期（1953至今） 2121世紀(jì)微生物學(xué)展望世紀(jì)微生物學(xué)展望 微生物具備生命現(xiàn)象的特性和共性，將是微生物具備生命現(xiàn)象的特性和共性

7、，將是21世紀(jì)進(jìn)一步解決生物學(xué)重大理論問題，世紀(jì)進(jìn)一步解決生物學(xué)重大理論問題，如生命起如生命起源與進(jìn)化，物質(zhì)運動的基本規(guī)律源與進(jìn)化，物質(zhì)運動的基本規(guī)律等，和實際應(yīng)用等，和實際應(yīng)用問題，如問題，如新的微生物資源的開發(fā)利用，能源、糧新的微生物資源的開發(fā)利用，能源、糧食食等的最理想的材料。等的最理想的材料。四、微生物的特點及其應(yīng)用1體積小、面積大2吸收多、轉(zhuǎn)化快3生長旺、繁殖快4適應(yīng)強、易變異5分布廣、種類多病毒0.2 m桿狀細(xì)菌0.52.0 m支原體立克次氏體衣原體0.20.5 m放線菌菌絲直徑 1 m左右霉菌菌絲直徑 210m酵母15530 m比面值=表面積/體積3/r乳酸桿菌 120,000豌

8、豆 6.0雞蛋 1.5體重200磅的人 0.3 小體積大面積系統(tǒng)，就可形成一個巨大的營養(yǎng)物質(zhì)吸收面、代謝廢物的排泄面和環(huán)境信息的交換面。3克地鼠每天消耗與體重等重的糧食； 1克閃綠蜂鳥每天消耗兩倍于體重的糧食； 大腸桿菌每小時消耗2000倍于體重的糖。；發(fā)酵乳糖的細(xì)菌在1小時內(nèi)就可以分解相當(dāng)于其自身重量1,00010,000倍的乳糖，產(chǎn)生乳酸；1公斤酵母菌體，在一天內(nèi)可發(fā)酵幾千公斤的糖，生成酒精； 微生物是超小型“活的化工廠”。為微生物的高速生長繁殖和合成大量代謝產(chǎn)物提供充分的物質(zhì)基礎(chǔ)。例如：Escherichia coli (大腸桿菌)在最適的生長條件下，每12.520分鐘細(xì)胞就能分裂一次。

9、當(dāng)前全球的細(xì)菌總數(shù)約為51030個。在液體培養(yǎng)基中，細(xì)菌細(xì)胞的濃度一般為108109個/ml。谷氨酸短桿菌：搖瓶種子50噸發(fā)酵罐：52小時內(nèi)細(xì)胞數(shù)目可增加億倍。利用微生物的這一特性就可以:實現(xiàn)發(fā)酵工業(yè)的短周期、高效率生產(chǎn)。例如生產(chǎn)鮮酵母時，幾乎12小時就可以收獲一次，每年可以收獲數(shù)百次。表13 若干微生物的代時及每日增殖率微生物名稱 代時 每日分裂次數(shù) 溫度 每日增殖率乳酸菌 38分 38 25 2.71011大腸桿菌 18分 80 37 1.21024 根瘤菌 110分 13 25 8.2103枯草桿菌 31分 46 30 7.01013 光合細(xì)菌 144分 10 30 1.0103釀酒酵母

10、 120分 12 30 4.1103小球藻 7小時 3.4 25 10.6念珠藻 * 23小時 1.04 25 2.1硅藻 17小時 1.4 20 2.64草履蟲 10.4小時 2.3 26 4.92* 為念珠藍(lán)菌屬 (Nostoc) 的舊稱，與細(xì)菌同屬原核生物。突變頻率一般為10-510-10，但因繁殖快，數(shù)量多，與外界環(huán)境直接接觸，因而在短時間內(nèi)可出現(xiàn)大量變異的后代。 青霉素產(chǎn)量變異、耐藥性變異舉例例如，青霉素生產(chǎn)菌 Penicillium chrysogenum(產(chǎn)黃青霉)的產(chǎn)量1943年為每毫升發(fā)酵液中含20單位青霉素，40多年來，經(jīng)過世界各國微生物遺傳育種工作者的不懈努力使該菌產(chǎn)量變

11、異逐漸積累，加上發(fā)酵條件的改進(jìn)，目前世界上先進(jìn)國家的發(fā)酵水平每毫升已超過6萬單位，甚至接近10萬單位。微生物的數(shù)量性狀變異和育種使產(chǎn)量提高的幅度之大，是動植物育種工作中絕對不可能達(dá)到的。正因為如此，幾乎所有微生物發(fā)酵工廠都十分重視菌種選育工作。任何有其它生物生存的環(huán)境中，都能找到微生物。而在其它生物不可能生存的極端環(huán)境中也有微生物存在。分布廣：如: 萬米深海、85公里高空、 地層下128米和427米 沉積巖中都發(fā)現(xiàn)有微生物存在。微生物的種數(shù)，據(jù)1995年：類型 低限 傾向種數(shù) 高限 病毒與立克次氏體 1,217 1,217 4,000 支原體 42 42 142 細(xì)菌與放線菌 1,000 1,

12、500 1,800 藍(lán)細(xì)菌 1,227 1,500 1,500 藻類 15,051 23,100 36,100 真菌 37,175 47,300 90,000 原生動物 24,068 24,068 60,000 總數(shù) 79,780 98,727 269,242種類多：物種的多樣性M總數(shù)約在50600萬種，其中記載的20多萬種；微生物的生理代謝類型的多樣性分解有機物；產(chǎn)能方式多樣；生物固氮；合成次生代謝產(chǎn)物；分解有毒和劇毒物質(zhì)；抵抗極端環(huán)境。代謝產(chǎn)物的多樣性16500種（1992年）。遺傳基因的多樣性微生物基因組測序，31個基因組，即將發(fā)表15個。生態(tài)類型的多樣性。五、微生物的分類及其命名五、微

13、生物的分類及其命名 微生物的系統(tǒng)分類單元遵循林耐建立的系統(tǒng)分類單元，自微生物的系統(tǒng)分類單元遵循林耐建立的系統(tǒng)分類單元，自上而下依次可分七級，即：上而下依次可分七級，即： 界界Kingdom， 門門Phylum， 綱綱Class， 目目Order， 科科Family， 屬屬Genus， 種種Species。必要時每一級都還可有若干輔助單元，故共可有十余級必要時每一級都還可有若干輔助單元，故共可有十余級。以啤酒酵母為例，它在分類學(xué)上的地位是： 界(Kindom)：真菌界 門(Phyllum)：真菌門 綱(Class)：子囊菌綱 目(Order)：內(nèi)孢霉目 科(Family)：內(nèi)孢霉科 屬(Genu

14、s)：酵母屬 種(Species)：啤酒酵母（a原核生物界原生生物界植物界真菌界動物界共同祖先細(xì)菌域古生菌域真核生物域（ba 生物五界分類系統(tǒng)圖示原核生物界原生生物界植物界真菌界動物界共同祖先細(xì)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動物界共同祖先細(xì)菌域古生菌域共同祖先細(xì)菌域古生菌域真核生物域生物三域分類系統(tǒng)圖示1. 種（species）：是一個基本分類單位；是一大群表型特征高度相似、親緣關(guān)系極其接近，與同屬內(nèi)其他種有明顯差別的菌株的總稱。菌株（strain）: 表示任何由一個獨立分離的單細(xì)胞繁殖而成的純種群體及其一切后代（起源于共同祖先并保持祖先特

15、性的一組純種后代菌群）。因此，一種微生物的不同來源的純培養(yǎng)物均可稱為該菌種的一個菌株。菌株強調(diào)的是遺傳型純的譜系。例如：大腸埃希氏桿菌的兩個菌株：Escherichia coli B 和Escherichia coli K12菌株的表示法：如果說種是分類學(xué)上的基本單位，那么菌株實際上是應(yīng)用的基本單位，因為同一菌種的不同菌株在產(chǎn)酶種類上或代謝物產(chǎn)量上會有很大的不同和差別！ 亞種(subspecies）或變種(variety)：為種內(nèi)的再分類。當(dāng)某一個種內(nèi)的不同菌株存在少數(shù)明顯而穩(wěn)定的變異特征或遺傳形狀，而又不足以區(qū)分成新種時，可以將這些菌株細(xì)分成兩個或更多小的分類單元亞種。變種是亞種的同義詞，因

16、“變種”一詞易引起詞義上的混淆，從1976年后，不在使用變種一詞。通常把實驗室中所獲得的變異型菌株，稱之為亞種。如：E.coli k12（野生型）是不需要特殊aa的，而實驗室變異后，可從k12獲得某aa的缺陷型，此即稱為E.coli k12的亞種。 型(form):常指亞種以下的細(xì)分。當(dāng)同種或同亞種內(nèi)不同菌株之間的性狀差異不足以分為新的亞種時，可以細(xì)分為不同的型。例如：按抗原特征的差異分為不同的血清型；微生物的名字有俗名和學(xué)名兩種。如： 紅色面包霉粗糙脈孢霉 綠膿桿菌銅綠假單胞菌學(xué)名是微生物的科學(xué)名稱，它是按照有關(guān)微生物分類國際委員會擬定的法則命名的。學(xué)名由拉丁詞、或拉丁化的外來詞組成。學(xué)名的

17、命名有雙名法和三名法兩種。雙名法雙名法： 學(xué)名=屬名+種名+（首次定名人）+現(xiàn)定名人+定名年份 屬名：拉丁文的名詞或用作名詞的形容詞，單數(shù)，首字母大寫，表示微生物的主要特征，由微生物構(gòu)造，形狀或由科學(xué)家命名。 種名：拉丁文形容詞，字首小寫，為微生物次要特征， 如微生物色素、形狀、來源或科學(xué)家姓名等。例：大腸埃希氏桿菌 Escherichia coli （Migula）Castellani et Chalmers 1919 金黃色葡萄球菌 Staphylococcus aureus Rosenbach 1884當(dāng)泛指某一屬微生物，而不特指該屬中某一種（或未定種名）時，可在屬名后加sp.或ssp.

18、（分別代表species 縮寫的單數(shù)和復(fù)數(shù)形式）例如：Saccharomyces sp. 表示酵母菌屬中的一個種。菌株名稱在種名后面自行加上數(shù)字、地名或符號等，如： Bacillus subtilis AS1.389 AS=Academia Sinica Bacillus subtilis BF7658 BF=北紡 Clostridium acetobutylicum ATCC824 丙酮丁醇梭菌ATCCAmerican Type Culture Collection美國模式菌種保藏中心 當(dāng)文章中前面已出現(xiàn)過某學(xué)名時，后面的可將其屬名縮寫成13個字母。 如：Escherichia coli 可

19、縮寫成 E.coli Staphylococcus aureus可縮寫成 S. aureus三名法三名法：用于對亞種的命名，這時在屬和種名后加寫一個subsp.，然后再附上亞種名稱（斜排體）。 如： Bacillus thuringiensis subsp. galleria 蘇云金芽孢桿菌臘螟亞種 當(dāng)微生物名稱是一個亞種（當(dāng)微生物名稱是一個亞種（subspecies，簡稱，簡稱“subsp”，排正體字）或變種（，排正體字）或變種（variety，簡稱，簡稱“var”，排正體字）時，學(xué)名就應(yīng)按，排正體字）時，學(xué)名就應(yīng)按“三名法三名法”構(gòu)構(gòu)成，即：成，即：例1：蘇云金芽孢桿菌蠟螟亞種Bacill

20、us thuringiensis subspgalleria例2：釀酒酵母橢圓變種Saccharomyces cerevisiae varellipsoideus 當(dāng)一個微生物種名在一篇文章或著作中反復(fù)出當(dāng)一個微生物種名在一篇文章或著作中反復(fù)出現(xiàn)時，常?？梢詫W(xué)名進(jìn)行省略。屬及以上分類現(xiàn)時，常?？梢詫W(xué)名進(jìn)行省略。屬及以上分類單位的名稱不能省略，只有種名可省略。當(dāng)它在單位的名稱不能省略，只有種名可省略。當(dāng)它在有關(guān)文章或資料中首次出現(xiàn)時，不能省略，必須有關(guān)文章或資料中首次出現(xiàn)時，不能省略，必須寫全，以后均可省略。省略時，只能簡略種名中寫全，以后均可省略。省略時，只能簡略種名中的屬名，種加詞不能省

21、略。的屬名，種加詞不能省略。 如如 Escherichia coli， E. coli （大腸桿菌），（大腸桿菌），但是這種省略也要遵循一定的原則。但是這種省略也要遵循一定的原則。六、微生物學(xué)的重要性與社會需求六、微生物學(xué)的重要性與社會需求微生物與人類和動物健康及疾病密切相關(guān)微生物與人類和動物健康及疾病密切相關(guān)微生物在工業(yè)生產(chǎn)中有很多應(yīng)用微生物在工業(yè)生產(chǎn)中有很多應(yīng)用 微生物對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有著很大的影響微生物對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有著很大的影響 微生物學(xué)促進(jìn)了生物學(xué)的發(fā)展微生物學(xué)促進(jìn)了生物學(xué)的發(fā)展 微生物作為模式生物具有如下優(yōu)點：（1）微生物具有相對不復(fù)雜的結(jié)構(gòu)；（2）微生物培養(yǎng)成本低、群體數(shù)量大， 易于獲得統(tǒng)

22、計學(xué)上可信度高的結(jié)果；（3）微生物生長速度快，倍增時間短， 極大縮短了世代培養(yǎng)研究所需周期。 1867 1869 Lister創(chuàng)立了消毒外科，并首次成功的進(jìn)行創(chuàng)立了消毒外科，并首次成功的進(jìn)行 了石炭酸消毒實驗了石炭酸消毒實驗 Miescher 發(fā)現(xiàn)核酸發(fā)現(xiàn)核酸18761877 Koch證明了炭疽病由炭疽桿菌引起證明了炭疽病由炭疽桿菌引起1881 Koch等首創(chuàng)用明膠固體培養(yǎng)基分離細(xì)菌，巴斯德等首創(chuàng)用明膠固體培養(yǎng)基分離細(xì)菌，巴斯德 制備了炭疽菌苗制備了炭疽菌苗1882 Koch發(fā)現(xiàn)結(jié)核桿菌發(fā)現(xiàn)結(jié)核桿菌(Mycobacterium tuberculosis) 1883 Koch首次發(fā)表首次發(fā)表Ko

23、ch氏法則。氏法則。Metchnikoff闡述了闡述了 吞噬作用。建立高壓蒸汽滅菌和革蘭氏染色法吞噬作用。建立高壓蒸汽滅菌和革蘭氏染色法1884 Pasteur研究狂犬病疫苗成功，開創(chuàng)了免疫學(xué)研究狂犬病疫苗成功，開創(chuàng)了免疫學(xué)1928 Griffith發(fā)現(xiàn)細(xì)菌轉(zhuǎn)化發(fā)現(xiàn)細(xì)菌轉(zhuǎn)化1929 Fleming發(fā)現(xiàn)青霉素發(fā)現(xiàn)青霉素1935 Stanley首次提純了煙草花葉病毒，并獲得了它首次提純了煙草花葉病毒，并獲得了它 的的“蛋白質(zhì)結(jié)晶蛋白質(zhì)結(jié)晶”1943 Luria和和Delbck用波動實驗證明細(xì)菌噬菌體的抗用波動實驗證明細(xì)菌噬菌體的抗 性是基因自發(fā)突變所致；性是基因自發(fā)突變所致； Chain和和Flo

24、ry形成青霉素工業(yè)化生產(chǎn)的工藝形成青霉素工業(yè)化生產(chǎn)的工藝1944 Avery等證實轉(zhuǎn)化過程中等證實轉(zhuǎn)化過程中DNA是遺傳信息的載體；是遺傳信息的載體； Waksman發(fā)現(xiàn)鏈霉素發(fā)現(xiàn)鏈霉素19461947 Lederberg和和Tatum發(fā)現(xiàn)細(xì)菌的接合現(xiàn)象、發(fā)現(xiàn)細(xì)菌的接合現(xiàn)象、 基因連鎖現(xiàn)象基因連鎖現(xiàn)象1949 Enders、Robbins和和Weller在非神經(jīng)的組織培養(yǎng)在非神經(jīng)的組織培養(yǎng)中，培養(yǎng)脊髓灰質(zhì)炎中，培養(yǎng)脊髓灰質(zhì)炎 病毒成功病毒成功1973 Ames建立細(xì)菌測定法檢測致癌物；建立細(xì)菌測定法檢測致癌物； Cohen 等首次將重組質(zhì)粒轉(zhuǎn)入大腸桿菌中獲得成功等首次將重組質(zhì)粒轉(zhuǎn)入大腸桿菌中獲得成功1974 Khler和和Milstei