微生物課件微生物與微生物學

1、微生物生物學華中農(nóng)業(yè)大學生命(shngmng)科學技術(shù)學院陳雯莉wlchenTel: 8728273013237136581共七十一頁一. 微生物學(wi shn w xu)：生命科學相關(guān)專業(yè)(zhuny)本科生的必修基礎(chǔ)課 課程學習為生命科學的進一步學習及以后的相關(guān)工作打下寬厚的基礎(chǔ) 知曉微生物的基本特性及其生命活動規(guī)律； 牢固掌握微生物學的基本理論和基礎(chǔ)知識； 了解微生物學科的發(fā)展前沿、熱點和問題。學習微生物的形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理生化、生長繁殖、遺傳變異、生態(tài)分布、傳染免疫、分類鑒定；微生物與其他生物的相互關(guān)系及其多樣性；在工、農(nóng)、醫(yī)等方面的應(yīng)用等。共七十一頁教學內(nèi)容：第1章微生物與微生物學第2

2、章微生物細胞結(jié)構(gòu)與功能第3章原核(yun h)微生物第4章真核微生物第5章病毒第6章微生物的營養(yǎng)第7章微生物的代謝第8章微生物的生長繁殖及其控制第9章微生物的遺傳和變異第10章微生物生態(tài)總學時(xush)56學時，每次課2學時，共28次課共七十一頁參考書及多媒體輔助課件:1Brocks Biology of Microorganism 10TH， Michael T. Madigan John M. Martinko Jack Parker，Prentice Hall，20022“Microbiology”， Lansing M. Prescott,Donald Klein, John Har

3、ley，McGraw-Hill Higher Education，2002及其中譯本（沈萍等，高等教育出版社，2003）3Microbe Zoo CD-ROM, the Michigan State University Board of Trustees, 19984微生物學(wi shn w xu)教程, 周德慶，高等教育出版社，20025. 微生物學，黃秀梨， 高等教育出版社, 2000共七十一頁微生物學國內(nèi)主要(zhyo)刊物微生物學(wi shn w xu)雜志中國微生物學會遼寧省微生物學會遼寧省微生物研究所http:/wswxb.periodicals./default.htmlh

4、ttp:/wswxzz.periodicals./default.htmlhttp:/wswxtb.periodicals./default.html微生物學報中國微生物學會中國科學院微生物研究所微生物學通報中國微生物學會中國科學院微生物研究所共七十一頁微生物學主要國際(guj)刊物Microbiology and Molecular Biology Reviews Journal of Bacteriology Applied and EnvironmentalMicrobiology共七十一頁Trends in MicrobiologyResearch in MicrobiologyFEM

5、S Microbiology Reviews FEMS Microbiology Letters Journal of Microbiological Methods /locate/resmic/locate/jmicmeth共七十一頁Archives of Microbiology http:/link.springer.de/link/service/journals/00284http:/link.springer.de/link/service/journals/00203http:/link.springer.de/link/service/journals/00253共七十一頁L

6、etters in Applied Microbiology Molecular Microbiology Journal of Applied Microbiology Cellular Microbiology共七十一頁Journal of Basic Microbiology Canadian Journal of Microiologyhttp:/www.nrc.ca/cisti/journals/canada共七十一頁配套教學網(wǎng)站(wn zhn)：華中農(nóng)業(yè)大學 南湖教苑 精品課程 微生物學 共七十一頁緒論了解微生物是什么？做什么？以及它們(t men)與人類的特殊關(guān)系（歷史、現(xiàn)在與未

7、來）。明確微生物學作為一門獨立學科在生命科學發(fā)展中的重要作用和地位（學習微生物學課程的重要性）。展望微生物學的未來共七十一頁一、微生物學的研究(ynji)對象二、微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學(wi shn w xu)的建立與發(fā)展三、微生物的類群與特點四、微生物與我們-微生物的作用五、未來微生物學的發(fā)展緒論 講授內(nèi)容共七十一頁 雖然目前已定種的微生物只有大約10萬種，遠較動植物為少，但一般認為目前為人類所發(fā)現(xiàn)(fxin)的微生物還不到自然界中微生物總數(shù)的1%共七十一頁一、微生物學的研究對象微生物-所有形體微小，單細胞的或個體結(jié)構(gòu)較為簡單的多細胞的、甚至沒有細胞結(jié)構(gòu)的低等生物的通稱。微生物類群十分龐雜，

8、包括： 不具(b j)細胞結(jié)構(gòu)的病毒、類病毒、朊病毒 單細胞的立克次氏體、支原體、衣原體、細菌、放線菌 屬于真菌的酵母菌與霉菌 單細胞藻類、原生動物等共七十一頁二、微生物的發(fā)現(xiàn)(fxin)和微生物學的建立與發(fā)展緒論(xln) 講授內(nèi)容（一）微生物的發(fā)現(xiàn)（二）微生物學的奠基 1.巴斯德 2.柯赫（重點：巴斯德、柯赫對微生物學建立與發(fā)展的貢獻）（三）微生物學發(fā)展過程中的重大事件（四）20世紀的微生物學 （微生物學的發(fā)展歷程及與生物學的關(guān)系）（五）微生物學在生命科學發(fā)展中的重要地位（重點） 1. 微生物是生物學基本理論研究中的理想實驗對象 2對生命科學研究技術(shù)的貢獻 3微生物與“人類基因組計劃”（六

9、) 我國微生物學的發(fā)展（七）微生物學展望共七十一頁我國8000年前就開始出現(xiàn)了曲蘗釀酒；4000年前埃及人已學會烘制面包和釀制果酒；2500年前發(fā)明釀醬、醋，用曲治消化道疾??；公元六世紀(北魏時期)賈思勰的巨著“齊民要術(shù)”；公元2世紀，張仲景：禁食病死獸類(shu li)的肉和不清潔食物；公元前112年-212年間，華佗：“割腐肉以防傳染”；公元九世紀痘漿法、痘衣法預(yù)防天花；16世紀，古羅巴醫(yī)生G.Fracastoro：疾病是由肉眼看 不見的生物(living creatures)引起的；二、微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學(wi shn w xu)的建立與發(fā)展（一）微生物的發(fā)現(xiàn)共七十一頁1664年，英

10、國人虎克（Robert Hooke）曾用原始的顯微鏡對生長在皮革表面及薔薇枯葉(k y)上的霉菌進行觀察。1676年，微生物學(wi shn w xu)的先驅(qū)荷蘭人列文虎克（Antony van leeuwenhoek）首次觀察到了細菌。共七十一頁1676年，微生物學的先驅(qū)荷蘭人列文虎克（Antony van leeuwenhoek）首次觀察到了細菌。他沒有(mi yu)上過大學，是一個只會荷蘭語的小商人，但卻在1680年被選為英國皇家學會的會員。列文虎克利用(lyng)業(yè)余時間制造過400多架單式顯微鏡和放大鏡，放大率一般為50200倍，共七十一頁（二）微生物學(wi shn w xu)的奠

11、基二、微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學的建立(jinl)與發(fā)展法國人巴斯德（Louis Pasteur） （18221895）德國人柯赫（Robert Koch）（ 18431910）共七十一頁 巴斯德的貢獻：1、徹底否定了“自然發(fā)生”學說 巴斯德 自制了一個具有長而彎曲的曲頸瓶，其中裝有有機物浸提液，經(jīng)滅菌(mi jn)后瓶內(nèi)一直保持無菌狀態(tài)，有機物不腐敗。2、證實發(fā)酵是由微生物引起的巴斯德證明了酒精發(fā)酵是由酵母菌引起的。乳酸發(fā)酵，醋酸發(fā)酵，丁酸發(fā)酵是由不同微生物引起的。3、免疫學方面的貢獻巴斯德發(fā)明用接種減毒細菌來預(yù)防雞霍亂，牛、羊炭疽病，并首次制成了狂犬疫苗。4、發(fā)明了巴氏消毒法（62oC-63o

12、C/30分鐘），該方法解決了當時法國的“酒病”問題。法國微生物學家巴斯德奠定(dindng)了微生物生理學基礎(chǔ)共七十一頁1、徹底否定了“自然發(fā)生”學說 巴斯德 自制了一個具有長而彎曲的曲頸瓶，其中裝有有機物浸提液，經(jīng)滅菌后瓶內(nèi)一直(yzh)保持無菌狀態(tài)，有機物不腐敗。巴斯德的貢獻(gngxin) ：共七十一頁2、證實發(fā)酵是由微生物引起的巴斯德證明了酒精發(fā)酵是由酵母菌引起的。乳酸發(fā)酵，醋酸發(fā)酵，丁酸發(fā)酵是由不同(b tn)微生物引起的。3、發(fā)明了巴氏消毒法（62oC-63oC/30分鐘），該方法解決了當時法國的“酒病”問題。4、免疫學方面的貢獻巴斯德發(fā)明用接種減毒細菌來預(yù)防雞霍亂，牛、羊炭疽病，

13、并首次制成了狂犬疫苗。共七十一頁科赫的貢獻：1、建立了微生物的一系列重要方法：固體培養(yǎng)基技術(shù)：馬鈴薯塊培養(yǎng) 明膠平板 瓊脂平板 分離和純種培養(yǎng)技術(shù) 微生物染色法2、分離到多種傳染病的病原菌：炭疽病菌（1877年）結(jié)核病菌（1882年）鏈球菌 （1882年）霍亂弧菌（1883年）3、創(chuàng)立了病原微生物的柯赫法則 患病動物體內(nèi)存在病原菌 從感病個體內(nèi)可分離出病原菌的純培養(yǎng)體 病原菌的純培養(yǎng)接種健康動物會引起(ynq)相同的病癥 相同的病原菌可以從接種動物體內(nèi)分離出是有史以來最偉大的細菌學家之一。他在結(jié)核菌方面(fngmin)的成就，使他獲得1905年的醫(yī)學諾貝爾獎金。共七十一頁柯赫法則(fz)： 患

14、病動物(dngw)體內(nèi)存在病原菌 從感病個體內(nèi)可分離出病原菌的純培養(yǎng)體 病原菌的純培養(yǎng)接種健康動物會引起相同的病癥 相同的病原菌可以從接種動物體內(nèi)分離出共七十一頁1867 Lister創(chuàng)立(chungl)了消毒外科；（三）微生物學(wi shn w xu)發(fā)展過程中的重大事件1890 Von Behring制備抗毒素治療白喉和破傷風；1892 Ivanovsky 提供煙草花葉病毒是由病毒引起的證據(jù)；1928 Griffith發(fā)現(xiàn)細菌轉(zhuǎn)化；1929 Fleming 發(fā)現(xiàn)青霉素；1944 Avery等證實轉(zhuǎn)化過程中DNA是遺傳信息的載體；1953 Watson和Crick提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)；19

15、701972 Arber、Smith和Nathans發(fā)現(xiàn)并提純了 DNA限制性內(nèi)切酶共七十一頁 1977 Woese提出古生菌是不同于細菌和真核生物(shngw)的特殊類群 Sanger首次對f174噬菌體DNA進行了全序列分析； 19821983 Prusiner發(fā)現(xiàn)(fxin)朊病毒(prion)； 19831984 Mullis 建立PCR技術(shù)； 1995第一個獨立生活的細菌(流感嗜血桿菌)全基團組序列 測定完成； 1996 第一個自養(yǎng)生活的古生菌基因組測定完成； 1997 第一個真核生物(啤酒酵母)基因組測序完成；共七十一頁微生物學(wi shn w xu)的建立與發(fā)展微生物學的發(fā)展階

16、段史前期初創(chuàng)期 16761860 1676年Anton van Leeuwenhoek發(fā)現(xiàn)了“微動體”的存在。奠定期 18611896 Pasteur、koch開創(chuàng)了微生物學研究領(lǐng)域(ln y)；微生物學的研究也從形態(tài)描述上升到生理學水平。發(fā)展期 18971952 開創(chuàng)了微生物生物化學研究的新時期；普通微生物學已形成一門學科。成熟期 1953 DNA結(jié)構(gòu)模型的建立使微生物成為分子生物學的重要研究對象和生物工程的主角。共七十一頁一、微生物的定義(dngy)微生物是所有形體微小，肉眼難以看清的單細胞的或個體結(jié)構(gòu)較為簡單的多細胞的、甚或沒有細胞結(jié)構(gòu)的低等生物的通稱。要點(yodin)回顧共七十一頁非

17、細胞(xbo)型微生物：病毒、類病毒、朊病毒 、擬病毒細胞(xbo)型微生物原核微生物：細菌、放線菌、古細菌 藍細胞、支原體等真核微生物：真菌（霉菌、酵母菌） 藻類、原生動物等二、微生物的類群共七十一頁史前期(qinq) 1676 初創(chuàng)期 16761860 奠定期 18611896發(fā)展期 18971952成熟期 1953三、微生物學(wi shn w xu)的發(fā)展：共七十一頁 巴斯德的貢獻： 1、徹底否定了“自然(zrn)發(fā)生”學說2、證實發(fā)酵是由微生物引起的 3、免疫學方面的貢獻4、發(fā)明了巴氏消毒法（62oC-63oC/30分鐘）科赫的貢獻：1、建立(jinl)了微生物的固體培養(yǎng)基技術(shù)、分離

18、和純培養(yǎng)技術(shù)、微生物染色法2、分離到多種傳染病的病原菌3、創(chuàng)立了病原微生物的柯赫法則 共七十一頁微生物學的任務(wù)(rn wu)與分科任務(wù) 研究微生物的形態(tài)(xngti)及生命活動規(guī)律。利用有益微生物。防治有害微生物。微生物學是研究微生物在一定條件下的形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理生化、遺傳變異以及微生物的進化、分類、生態(tài)等生命活動規(guī)律及其應(yīng)用的一門學科。共七十一頁微生物學(wi shn w xu)的分科按研究對象(duxing)：細菌學、真菌學、病毒學、藻類學、原生動物學。按研究微生物本身的基本理論：普通微生物學、微生物生理學、微生物遺傳學、微生物生態(tài)學。按微生物生活環(huán)境：土壤微生物學，海洋微生物學。按微生物的

19、應(yīng)用：醫(yī)學微生物學、食品微生物學、工業(yè)微生物學、農(nóng)業(yè)微生物學、乳品微生物學、環(huán)境微生物學、釀造微生物學、獸醫(yī)微生物學、石油微生物學。共七十一頁微生物的研究(ynji)對象微生物一詞不是分類學上的專門名詞，它是指形態(tài)微小生物的總稱。當代生物分類學中，人們將生物分為(fn wi)如下六界：動物界（animalia）植物界（plantae）真菌界（fungi） 原生生物界（protista）（原生動物，單細胞藻類）原核生物界（procaryotae）病毒界（virus）上述六界系統(tǒng)中, 前五界是whittaker 1969年提出的五界系統(tǒng)，微生物研究的對象包括： 真菌界，原生生物界，原核生物界和病毒

20、界共七十一頁Fungi Plants Animals ProtistaProkaryotaeVirus六界系統(tǒng)(xtng)真菌(zhnjn)界，原生生物界，原核生物界和病毒界共七十一頁ArchaebacteriaEubacteriaEukaryotes三界(sn ji)系統(tǒng)古菌界，真細菌(xjn)界，真核生物界共七十一頁（四）20世紀(shj)的微生物學微生物學：鑒定(jindng)病原菌、 研究免疫學及其在預(yù)防疾病中的作用、 尋找化學治療藥物、 分析微生物的代謝活性。普通生物學：細胞的構(gòu)造及其在繁殖和發(fā)展中的作用、 植物和動物的遺傳和進化的機制。（微生物學的發(fā)展歷程及生物學的關(guān)系）共七十一頁

21、肌肉(jru)的糖酵解酵母菌乙醇(y chn)發(fā)酵維生素生長因子“生物化學的同一性”共七十一頁對動植物起作用的遺傳機制同樣(tngyng)適用于微生物生化(shn hu)突變細菌基因水平轉(zhuǎn)移微生物遺傳學肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗病毒重組實驗噬菌體感染實驗核酸是遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)共七十一頁二、微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學的建立(jinl)與發(fā)展 20世紀40年代后，微生物自身的特點使其成為生物學研究的“明星”，微生物學很快與生物學主流匯合，并被推到了整個(zhngg)生命科學發(fā)展的前沿，獲得了迅速的發(fā)展，在生命科學的發(fā)展中作出了巨大的貢獻。共七十一頁（五）微生物學在生命科學發(fā)展中的重要(zhngyo)地位1微生物

22、是生物學基本理論(lln)研究中的理想實驗對象， 對微生物的研究促進許多重大生物學理論問題的突破 基因和酶關(guān)系的闡明及“一個基因一個酶”的假說； 遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)的闡明； 基因概念的發(fā)展； 遺傳密碼的破譯； 基因表達調(diào)控機制的研究； 生物大分子合成的中心法則；共七十一頁2對生命科學研究技術(shù)(jsh)的貢獻細胞的人工(rngng)培養(yǎng)突變體篩選DNA重組技術(shù)和遺傳工程3微生物與“人類基因組計劃”作為模式生物；基因與基因組的功能研究的重要工具;共七十一頁 微生物具備生命現(xiàn)象的特性和共性，是21世紀進一步解決生物學重大理論問題，如生命起源與進化，物質(zhì)運動的基本規(guī)律等，和實際應(yīng)用問題，如新的微生物資源的

23、開發(fā)利用，能源、糧食等的最理想(lxing)的材料。（六）21世紀(shj)微生物學共七十一頁三、微生物的特點(tdin)個體小、比表面大分布廣、種類多代謝強、繁殖快易變異、抗性強共七十一頁微生物種類Microbe細胞大小范圍Approximate range of sizes病毒Viruses0.01-0.25 m細菌Bacteria0.1-10 m真菌Fungi2 m-1 m原生動物Protozoa2-1000 m藻類Algae1 m-several meters個體(gt)小:共七十一頁德國科學家H. N. Schulz等1999年在納米比亞海岸的海底沉積物中發(fā)現(xiàn)的一種硫磺(lihung

24、)細菌（sulfur bacterium）其大小可達0.75 mmThiomargarita namibiensis-“納米比亞硫磺珍珠”最大的細菌(xjn)最小的細菌：芬蘭科學家E. O .Kajander等發(fā)現(xiàn)了一種能引起尿結(jié)石的納米細菌，其直徑最小僅為50nm。共七十一頁體積小，面積(min j)大任何一定體積的物體，如對其進行三維切割，則切割的次數(shù)越多，所產(chǎn)生的顆粒也越多，顆粒的體積就越小。這時如把所有顆粒的總面積相加，則其表面積越大。例如：一個球菌，若體積為1m3 的話，用這樣的球菌堆成1cm3其總面積可達6m2，而一粒1cm3大小的豌豆，其總表面積僅6cm2。微生物的面積與體積的比

25、值稱為(chn wi)比面值。 球菌：面積=4R2 體積=4/3R3 面積/體積 =3/R（R越小，比面值越大）共七十一頁代謝(dixi)快：比面值大的微生物必然有一個大的營養(yǎng)物質(zhì)的吸收(xshu)面，一個大的代謝物的排泄面，所以小的微生物代謝旺盛。消耗自身重量2000倍食物的時間：大腸桿菌：1小時人 ：500年（按400斤/年計算）電視劇“康熙王朝”主題歌：好想再活500年共七十一頁繁殖(fnzh)快：24小時(xiosh)后： 4722366500萬億個后代，重量達4722噸48小時后：2.2 10 43個后代，重量達2.2 10 25 噸相當于4000個地球的重量！大腸桿菌一個細胞重約1

26、0 12 克，平均20分鐘繁殖一代一頭500 kg的公牛，24小時生產(chǎn) 0.5 kg蛋白質(zhì),而同樣重量的酵母菌，以糖液（如糖蜜）和氨水為原料，24小時可以生產(chǎn) 50000 kg優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)。共七十一頁分布(fnb)廣：分布(fnb)：土壤、水域、空氣、 動植物體內(nèi)、食品、極端環(huán)境 。人跡可到之處，微生物的分布必然很多，而人跡不到的地方，也有大量的微生物存在！ 強酸、強堿、高熱的極端環(huán)境； 數(shù)十公里的高空（最高為離地85公里，須用火箭采樣）； 幾千米的地下； 常年封凍的冰川；共七十一頁種類(zhngli)多動物：150萬種植物：50萬種微生物：10多萬種 病毒： 4000多種 原核生物： 5000

27、多種 藻類： 23100種 真菌(zhnjn)： 47300種 原生動物： 24000種共七十一頁適應(yīng)(shyng)強，易變異微生物適應(yīng)性強是動植物無法比擬的。某些硫細菌能在250C甚至300C下正常生長，而大多數(shù)細菌可在-196C的液N中存活。微生物由于個體小易受環(huán)境條件(tiojin)影響而發(fā)生變異。變異有好的一面，如提高青霉素產(chǎn)生菌效價，變異也有壞的一面，如細菌產(chǎn)生抗藥性。共七十一頁抗（逆）性強：抗熱：有的細菌能在265個大氣壓，250 的條件下生長(shngzhng)； 自然界中細菌生長的最高溫度可以達到121 ； 有些細菌的芽孢，需加熱煮沸8小時才被殺死；抗寒：有些(yuxi)微生物

28、可以在12 30的低溫生長；抗酸堿：細菌能耐受并生長的pH范圍：pH 0.5 13；耐滲透壓：蜜餞、腌制品，飽和鹽水（NaCl, 32%)中 都有微生物生長；抗壓力：有些細菌可在1400個大氣壓下生長；共七十一頁休眠(ximin)長：世界上最古老(glo)的活細菌（芽孢）：2.5億年Nature 407, 897 - 900 (2000) 共七十一頁起源(qyun)早：38億年前，生命(shngmng)在海洋中出現(xiàn)26億年前，陸地上就可能存在微生物發(fā)現(xiàn)晚：300多年前人們才真正發(fā)現(xiàn)微生物的存在共七十一頁生態(tài)環(huán)境中重要的一員生物學研究中重要的工具與材料(cilio)對人類的有益作用 工業(yè)方面的應(yīng)

29、用 醫(yī)藥方面的應(yīng)用 農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用對人類的有害作用 引起人畜病害 引起植物病害 引起食物腐敗變質(zhì) 引起其他物質(zhì)變質(zhì) 微生物與人類(rnli)共七十一頁釀酒：啤酒、白酒、黃酒、葡萄酒。利用(lyng)微生物生產(chǎn)調(diào)味品：利用微生物生產(chǎn)酶制劑：用微生物生產(chǎn)有機酸：用微生物生產(chǎn)核酸：用微生物冶金：一、微生物與工業(yè)(gngy)共七十一頁二、微生物與農(nóng)業(yè)(nngy)微生物在提高土壤肥力、改進作物特性（如構(gòu)建固氮植物）、促進糧食(ling shi)增產(chǎn)、防治糧食(ling shi)作物的病蟲害。共七十一頁三、微生物與能源(nngyun)微生物與石油資源的開采和利用纖維素轉(zhuǎn)化為乙醇燃料酒精甲烷沼氣；研制微生物

30、電池利用光合細菌、藍細菌或厭氧梭菌等微生物生產(chǎn)“清潔能源(nngyun)”-氫氣；共七十一頁利用微生物生產(chǎn)的PHB（聚羥基丁酸酯）制造易降解的醫(yī)用塑料制品以減少環(huán)境污染；利用微生物來凈化生活污水(w shu)和有毒工業(yè)污水(w shu)；利用微生物技術(shù)來監(jiān)察環(huán)境的污染度。 四、微生物與環(huán)境保護(hunjng boh)共七十一頁微生物無處不在，我們(w men)無時不生活在“微生物的海洋”中。共七十一頁 家居環(huán)境（菜板、抹布(mb)等） 人體體表及體內(nèi)（口腔(kuqing)、皮膚、腸道等）紙幣 空氣（每個噴嚏的飛沫含4500-150000個細菌，重感冒患者為8500萬）共七十一頁Microbial Distribution in Soil 土壤(trng)中共