微生物學市公開課獲獎課件

1、微生物學吳毅歆wyx680705 5228221第1頁第1頁 每張紙幣帶細菌：900萬個；扶手細菌含量高居首位，每平方厘米就匯集了38個單位菌群。細菌數(shù)億/g土壤，土壤中細菌總重量預計為：10034 10 12 噸；微生物海洋第2頁第2頁電話上每平方英寸細菌25000個電腦鍵盤每平方英寸細菌3300個鼠標每平方英寸細菌1700個第3頁第3頁人體體表及體內(nèi)存在大量微生物： 皮膚表面：平均10萬個細菌/平方厘米； 口腔：細菌種類超出500種； 腸道：微生物總量達100萬億， 糞便干重1/3是細菌，每克糞便細菌總 數(shù)為：1000億個； 第4頁第4頁 每個噴嚏飛沫含4500-150000個細菌，重感冒

2、患者為8500萬；第5頁第5頁微生物既是人類敵人，更是人類朋友！ 時時刻刻與微生物“共舞” 是 禍？是 福？第6頁第6頁少數(shù)微生物是人類敵人！天花:出現(xiàn)時間 846年15-20天死亡率高達30 天花病毒鼠疫:出現(xiàn)時間公元6世紀由鼠寄生蟲跳蚤傳播給人,死亡率高達30-100鼠疫桿菌霍亂:出現(xiàn)時間 18世紀死亡率高達30-100霍亂弧菌艾滋?。ˋIDS）：出現(xiàn)時間 1980年死亡率61瘋牛病：出現(xiàn)時間 1985年傳播動物牛，人消化道是主要傳染路徑，死亡率100禽流感：出現(xiàn)時間 1997年傳播動物雞、鴨、鴿子等，死亡率33.3SARS甲型H1N1流感第7頁第7頁 物質(zhì)循環(huán)；微生物也是人類朋友！ 體內(nèi)

3、正常菌群是人及動物健康基本確保； 有用物質(zhì)生產(chǎn)； 基因工程為代表當代生物技術發(fā)展也是微生物對人類作出又一重大奉獻。 面包、奶酪、啤酒、抗生素、疫苗、維生素、酶等幫助消化、提供必需營養(yǎng)物質(zhì)、構成生理屏障;第8頁第8頁“在近代科學中，對人類福利最大一門科學，要算是微生物學了。” 日本學者尾形學在“家畜微生物學”（1977）第9頁第9頁 能夠說，微生物與人類關系主要性，你怎么強調(diào)都不過度，微生物是一把十分鋒利雙刃劍，它們在給人類帶來巨大利益同時也帶來“殘忍”破壞。它給人類帶來利益不但是享受，而且實際上包括到人類生存。第10頁第10頁一、什么是微生物二、微生物學發(fā)展史三、微生物學研究主要意義緒論第11

4、頁第11頁一、什么是微生物？（一）什么是微生物 (1) 定義 微生物 ( microoganism )通常是指那些微小、簡樸、肉眼難以觀測生物。 特點小 個體微小簡 結構簡樸低 進化地位低第12頁第12頁微生物在生命世界位置原核生物界原生生物界真菌界共同祖先細菌域a生物五界分類系統(tǒng)圖示原核生物界原生生物界真菌界共同祖先細菌域b原核生物界原生生物界植物界真菌界動物界共同祖先細菌域古菌域真核生物域生物三域分類系統(tǒng)圖示原生生物：最簡樸真核生物。活在水中，藻類，原生動物，原生菌第13頁第13頁微生物古菌（Archaea）細菌（Bacteria）真菌（酵母、霉菌、蕈菌等） 單細胞藻類 原生動物等 非細胞

5、型 病毒、亞病毒（類病毒、朊病毒、 擬病毒 ）細胞型原核生物真核生物（Eucarya）(2)種類放線菌、藍細菌、衣原體、支原體、立克次氏體等第14頁第14頁（二）微生物五大共性 （小、多、快、強、廣）（1）體積小，面積大 （2）吸取多，轉(zhuǎn)化快（3）生長旺，繁殖快 （4）適應強，易變異 （5）分布廣，種類多第15頁第15頁單位：um(10-6 m)或nm(10-9m)2m0.5m桿菌80個桿菌肩并肩總寬度=1根頭發(fā)絲寬度1500個桿菌首尾相連總長度=1粒芝麻長度微生物體積大小 體積小 面積大個體小第16頁第16頁不同生物類型細胞大小比較微生物與其它生物種類體積比較動物模式細胞動物細胞核細菌病毒動

6、物、植物和微生物個體大小尺度范圍 體積小 面積大個體小第17頁第17頁火星隕石中發(fā)覺細菌化石（直徑 10 nm）第18頁第18頁德國科學家H. N. Schulz等1999年在納米比亞海岸海底沉積物中發(fā)覺一個硫磺細菌（sulfur bacterium），其大小可達0.75 mm，Thiomargarita namibiensis，-“納米比亞硫磺珍珠”第19頁第19頁比表面值大擴大了吸取面、排泄面物質(zhì)、能量、信息互換表面積/體積=比表面積600/10006/1意義體積小 面積大任何物體被分割得越細，其單位體積所占表面積就越大；人比表面值=1；大腸桿菌比表面值=30萬。第20頁第20頁吸取多，轉(zhuǎn)

7、化快微生物吸取和轉(zhuǎn)化物質(zhì)能力比動物、植物要高諸多倍。1.胃口大 在適當環(huán)境下，大腸桿菌每小時內(nèi)可消耗其自重 倍乳糖。2.食譜廣 微生物獲取營養(yǎng)方式各種多樣，其食譜之廣是動植物完全無法相比！第21頁第21頁意義 1. 為生長提供了充足物質(zhì)基礎 2. 發(fā)揮“活化工廠”作用纖維素、木質(zhì)素、幾丁質(zhì)、角蛋白、石油、甲醇、甲烷、天然氣、塑料、酚類、氰化物、各種有機物均可被微生物作為“糧食”。吸取多，轉(zhuǎn)化快第22頁第22頁生長旺，繁殖速大腸桿菌在合適生長條件下：12.520分鐘 繁殖1代每小時 分裂3代，由1個變成8個經(jīng)二十四小時 分裂72代，重約4722噸經(jīng)48小時 可產(chǎn)生2.21043個后代地球重400

8、0倍微生物代時及每日增殖率微生物名稱代時(分)溫度日增殖率乳酸菌38252.71011大腸桿菌18371.21024根瘤菌110258.2103枯草桿菌31307.21013光合細菌144301.0103釀酒酵母120304.1103念珠藻1380252.1硅藻1020202.64小球藻4202510.6草履蟲642264.921.發(fā)酵工業(yè)，周期短，生產(chǎn)效率高；2.使科研周期大大縮短,效率提升, 經(jīng)費減少 意義第23頁第23頁適應強，易變異適應強微生物有極其靈活適應性，這是高等動植物無法比擬。耐0196低溫 耐250300高溫 耐鹽（飽和鹽水） 耐干燥（產(chǎn)芽孢細菌、真菌孢子） 耐酸堿、耐缺氧、

9、耐毒物、抗輻射第24頁第24頁易變異個體小、結構簡、且多與外界環(huán)境直接接觸 繁殖快、 數(shù)量多 短時間內(nèi)產(chǎn)生大量變異后代突變率：10-5 10-10第25頁第25頁適應強，易變異易變異青霉素使用劑量：1940年: 輸液10萬元單位/次1980年： 輸液80萬單位/次： 輸液800萬-1000萬單位/次有利面 生產(chǎn)實踐中，取得優(yōu)良特性變種不利面 菌株耐藥性第26頁第26頁種類多地球上微生物： 預計有100萬種以上已發(fā)覺微生物： 約有10萬種已開發(fā)利用微生物： 約1000種 種類多，分布廣微生物微觀性研究手段限制分離培養(yǎng)局限第27頁第27頁微生物在自然界分布：無處不在 無孔不入分布廣土壤空氣水域生物

10、體內(nèi)外極端環(huán)境正常環(huán)境高空深海底米深地層溫泉種類多，分布廣第28頁第28頁二、微生物學發(fā)展（1）什么是微生物學 微生物學（Microbiology）是研究微生物生命活動規(guī)律學科，是生命科學中主要基礎學科之一。（2）微生物學主要內(nèi)容 微生物形態(tài)學：認識主要微生物類群個體形態(tài)、群體特性，包含繁殖方式。-第一章、第五章、第六章、第七章 微生物生理學：微生物營養(yǎng)機制、能量代謝，在自然界元素尤其是植物營養(yǎng)元素在生物循環(huán)中作用。-第二章 微生物遺傳學:了解微生物遺傳信息傳遞過程特殊性以及細菌基因重組不同方式。-第三章 微生物生態(tài)學：了解微生物在自然界分布，與植物、動物相互關系。-第八章 第29頁第29頁該

11、課程有助于學生全面、系統(tǒng)地理解微生物學基本知識和基本理論，掌握微生物基本操作技能，初步含有分析和處理相關實際問題能力；同時也為后繼專業(yè)課：細胞生物學、分子生物學、酶工程、發(fā)酵工程學習打下良好基礎。第30頁第30頁（3）微生物學發(fā)展微生物學史前時期，即古代勞感人民對微生物利用時期（17世紀以前）微生物學初創(chuàng)時期-形態(tài)學時期（17世紀后期-19世紀早期）微生物學奠基時期-生理生化時期（ 19世紀早期- 19世紀未期）微生物學發(fā)展時期（20世紀早期- 20世紀中期）微生物學成熟期（20世紀40年代至今）與微生物學相關諾貝爾獎取得 史前期、初創(chuàng)期、奠基期、發(fā)展期、成熟期第31頁第31頁一、史前時期（直

12、觀應用時期）1676年以前未發(fā)覺微生物個體尤其是細菌細胞漫長時期代表人物和主要成就：我國勞感人民釀酒制曲技術對傳染病及其規(guī)律結識 第32頁第32頁二、初創(chuàng)時期（形態(tài)學發(fā)展時期）1676年列文虎克用自制單式顯微鏡觀測細菌個體1861年（近2）。代表人物和主要成就：列文虎克1590年 荷蘭人詹森弟兄制作了第一臺顯微鏡。1664年 英國人羅伯特.胡克用自制顯微鏡對生長在皮革表面及薔薇枯葉上霉菌進行觀測。第33頁第33頁荷蘭商人-列文.虎克1676年用自制單式顯微鏡觀測雨水、污水、腐敗肉汁等物質(zhì)，看到了球狀、桿狀、螺旋狀細菌以及原生動物等微生物，并繪制成圖。 419架 266倍 400篇微生物學先驅(qū)者

13、列文虎克向英國皇家學會信中對細菌形態(tài)描繪A、C、F、Q： 桿 菌E：球 菌H： 球菌匯集體第34頁第34頁法國人巴斯德（Louis Pasteur） （18221895）德國人柯赫（Robert Koch）（ 18431910）三、奠基時期（生理學發(fā)展時期）1861 年巴斯德通過曲頸瓶試驗推翻了生命自然發(fā)生說并創(chuàng)建種胚學說 1897年代表人物：第35頁第35頁1.巴斯德 (1) 證實發(fā)酵是由微生物引起(2) 否認微生物自然發(fā)生說，建立種胚學說巴斯德涉足微生物學是為了治療“酒病”和“蠶病”著名曲頸瓶試驗無可反駁地證實，空氣內(nèi)確實含有微生物，是它們引起有機質(zhì)腐敗。微生物學奠基人,微生物學之父，法國

14、著名化學家，微生物學家，畢業(yè)于巴黎高等師范學院，當初被稱為法蘭西英雄。第36頁第36頁(3)創(chuàng)造制造疫苗和預防接種辦法雞霍亂菌苗狂犬疫苗(4)創(chuàng)造巴氏消毒法6065作短時間加熱處理，殺死有害微生物第37頁第37頁2.德國醫(yī)生柯赫a）細菌純培養(yǎng)辦法建立土豆切面 營養(yǎng)明膠 營養(yǎng)瓊脂（平皿）（1）微生物學基本操作技術方面奉獻b）設計了各種培養(yǎng)基，實現(xiàn)了在試驗室 內(nèi)對各種微生物培養(yǎng)c）流動蒸汽滅菌d）染色觀測和顯微照相細菌學奠基人第38頁第38頁2.德國醫(yī)生柯赫（2）對病原細菌研究作出了突出奉獻：a) 詳細證實了炭疽桿菌是炭疽病病原菌；b) 發(fā)覺了肺結核病病原菌； (19獲諾貝爾獎)第39頁第39頁1

15、.從動植物患者體內(nèi)分離出病原物2.進行純培養(yǎng)3.回接到同樣類型動植物體，引起同樣病癥4.再分離得到與第二步一致菌系c）證實某種微生物是否為某種疾病病原體 基本原則 著名柯赫原則第40頁第40頁生理生化時期19世紀出現(xiàn)改良顯微鏡：當代光學顯微鏡1748年 英國傳教士尼達姆（John Needham）“微生物自生說” 1865年 李斯特 創(chuàng)建外科消毒術19歐利希 (Ehrilich )用化學制劑控制梅毒1929年 弗來明（Fleming）發(fā)覺青霉素1944年 瓦克斯曼（Wakesman ）土壤放線菌中找到了鏈霉素第41頁第41頁特點：a建立了一系列研究辦法和技術：巴氏消毒法，過濾除菌，預防疾病接種

16、，外科消毒術，柯赫氏法則b 借助于良好辦法開創(chuàng)了尋找病原微生物黃金時代-第一個“淘金熱”c 微生物學研究從形態(tài)描述到生理學研究水平 d 開始客觀地以辯證唯物主義“實踐理論實踐”思想指導科學試驗（從實踐中總結規(guī)律，用于指導實踐） e 分支學科形成，如 細菌學，釀造學，植物病理學，土壤微生物學 第42頁第42頁四、發(fā)展時期（生物化學水平）1897年德國人畢希納 E.Buchner用無細胞酵母菌壓榨汁中酒化酶 對葡萄糖進行發(fā)酵成功，開創(chuàng)微生物生化研究新時代。酵母細胞石英砂研磨過 濾濾液葡萄糖酵母細胞酒精、CO2第43頁第43頁特點： 微生物學研究進入生化水平，發(fā)覺維生素、抗生素、酶、基因（一個基因一

17、個酶學說提出，基因連鎖，有性生殖、細菌質(zhì)粒F因子發(fā)覺） 應用分支學科形成：抗生素學 出現(xiàn)尋找各種有益微生物代謝產(chǎn)物熱潮 分支學科開始綜合形成普通微生物學 各學科互相滲入、互相增進，如 遺傳學、生物化學，16人次獲諾貝爾獎 第44頁第44頁五、成熟時期（分子水平）1953年4月25日J.D.Watson和H.C. Crick在英國Nature雜志上發(fā)表了DNA雙螺旋模型，從而將微生物學研究推動到分子生物學階段特點： 微生物學發(fā)展成為熱門前沿學科 在基礎理論研究方面，微生物成為分子生物學主要研究對象 在應用方面，至70年代初，相關發(fā)酵工程研究已與遺傳工程、細胞工程和酶工程緊密結合，微生物成為新興生

18、物工程中主角，24人12次獲諾貝爾獎 第45頁第45頁分子生物學期1928年 Griffith 細菌轉(zhuǎn)化試驗，1952年Hershey-Chase噬菌體感染試驗，1956年Frankel-Conrat煙草花葉病毒重建試驗，證實了核酸是遺傳物質(zhì)基礎； 1953年 Watson、Crick 提出DNA雙螺旋結構 1961-66年 Holley 等闡明遺傳密碼 1973年 Boyer 和Cohen初次報到細菌基因經(jīng)體外人工重組后轉(zhuǎn)入細菌內(nèi)能復制表示-遺傳工程問世 1975年 Milstein 等建立生產(chǎn)單克隆抗體技術 1988年 Mullis，建立PCR技術 1996 第一個自養(yǎng)生活古生菌基因組測定

19、完畢1997 第一個真核生物(啤酒酵母)基因組測序完畢5月21日出版Science雜志上，報道了178個細菌基因組序列分析第46頁第46頁三、微生物學研究主要意義(一)微生物作用 1. 微生物與糧食 提升土壤肥力增進糧食增產(chǎn)改進作物特性（如構建固氮植物）防治糧食作物病蟲害預防糧食霉腐變質(zhì)把多出糧食轉(zhuǎn)化為糖單細胞蛋白各種飲料調(diào)味品第47頁第47頁2 微生物與能源 把纖維素轉(zhuǎn)化成乙醇；利用產(chǎn)甲烷菌把可再生資源轉(zhuǎn)化成甲烷；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” - 氫氣；通過微生物發(fā)酵產(chǎn)氣或其代謝產(chǎn)物來提升石油采收率（黃原膠：水溶性膠體多糖，具增粘、穩(wěn)定、互溶等優(yōu)良特性，用它作為注水

20、增稠劑，注入油層驅(qū)油；也可作為鉆井粘滑劑，同時可脫去石油中石蠟，改進成品品質(zhì)）；研制微生物電池使之實用化。 第48頁第48頁3. 微生物與資源 各種化工原料（乙醇、丙醇、丁醇、乙酸、甘油、乳酸、蘋果酸等）輕工原料（水楊酸、烏頭酸、丙烯酸、已二酸、丙烯酸、長鏈脂肪酸、亞麻酸油和聚羥基丁酸酯（ PHB ），等等）制藥原料金屬礦藏資源 由于發(fā)酵工程含有代謝產(chǎn)物種類多、原料起源廣、能源消耗低、經(jīng)濟效益高和環(huán)境污染少等長處，故必將逐步取代當前需高溫、高壓、能耗大和“三廢”嚴重化學工業(yè)。第49頁第49頁利用微生物肥料、微生物殺蟲劑或農(nóng)用抗生素來取代會造成環(huán)境惡化各種化學肥料或化學農(nóng)藥；利用微生物生產(chǎn)PHB

21、（聚羥基丁酸酯）制造易降解醫(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和有毒工業(yè)污水；利用微生物技術來監(jiān)察環(huán)境污染度；利用EMB伊紅美藍培養(yǎng)來檢查飲水腸道病原菌。 4.微生物與環(huán)境保護第50頁第50頁利用微生物改進環(huán)境 土壤改良劑內(nèi)含豐富有機酶(酵素), 這些有機酵素是從有益微生物菌提煉產(chǎn)生, 可讓農(nóng)作物直接吸取。在農(nóng)作物從土壤中吸取有機酶(酵素)及礦物質(zhì)后, 農(nóng)作物將充斥活力及發(fā)育成長。 微生物菌可分解土壤中沉積化學鹽, 這些化學鹽是因農(nóng)地長期過量使用化肥所造成，清除沉積化學鹽可松軟土壤, 使水份能更進一步土壤, 增長土壤保水性, 解除土壤板結問題, 增長農(nóng)作物根部發(fā)育。土壤改良第5

22、1頁第51頁污水處理 高效微生物污水處理技術，其辦法是通過化學或輻照辦法篩選出無毒、無致病性、“能吃持水”高效微生物(HEM)、然后投放到污水處理現(xiàn)場，使污水得到凈化。該技術可用于處理都市污水、釀造廢水、屠宰廢水等各種可生物降解污水。安全可靠、操作簡樸，處理效率比老式辦法提升50%以上，投資及運營費用減少20-30%，尤其適合經(jīng)費短缺中小都市、鄉(xiāng)村及廠礦使用，并可用于改造老污水處理設施，使之重新取得新生。第52頁第52頁5. 微生物與人類健康 疫苗、類毒素抗生素胰島素、干擾素和白細胞介素第53頁第53頁(二) 微生物學應用前景 1 作為生命科學研究材料。 2 生物生產(chǎn)與動植物生產(chǎn)并列為生物產(chǎn)業(yè)

23、三大支柱。 在工業(yè)中許多產(chǎn)品利用微生物來生產(chǎn)，如各種生物活性物質(zhì) ( 抗生素等 ) 、化工原料 ( 酒精等 ) 。 微生物在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也有著多方面作用。 微生物在食品加工中有廣泛用途，發(fā)酵食品和許多調(diào)味品都離不開微生物。 3 微生物是消除污染、凈化環(huán)境主要手段。 第54頁第54頁分解者微生物消費者動物環(huán)境土壤、空氣、水生產(chǎn)者植物（包括部分微生物）微生物在生態(tài)系統(tǒng)中地位：分解者，部分生產(chǎn)者第55頁第55頁4 與高等動植物相比，已知微生物種類只是預計存在數(shù)量很小一部分 。能夠想像，既然對少數(shù)已知微生物研究就已為人類作出了主要奉獻，通過對多樣性微生物開發(fā)必定會為社會帶來巨大利益。5 生物學事業(yè)方興未艾微生物基因組學研究將全面展開，以微生物之間、微生物與其它生物、微生物與環(huán)境互相作用為主要內(nèi)容微生物生態(tài)學、環(huán)境微生物學、細胞微生物學將在基因組信息基礎上取得長足發(fā)展。第56頁第56頁四 微生物學與當代生物技術關系什么是生物技術生物技術與微生物學關系第57頁第57頁什么是生物技術 生物技術也稱生物工程，是指人們以當代生命科學為基礎，結合先進工程技術手段和其