工業(yè)微生物學(xué)緒論-工業(yè)微生物學(xué)-01課件

1、 工業(yè)微生物學(xué)天津科技大學(xué)生物工程學(xué)院工業(yè)微生物學(xué)課程組Industrial Microbiology課程教學(xué)主要內(nèi)容（共54學(xué)時）：第1章 緒論（2學(xué)時）第2章 原核微生物的形態(tài)、構(gòu)造與功能（10學(xué)時）第3章 真核微生物的形態(tài)、構(gòu)造與功能（4學(xué)時）第4章病毒（4學(xué)時）第5章微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基（6學(xué)時）第6章 微生物的代謝（4學(xué)時）第7章微生物的生長與控制（6學(xué)時）第8章微生物的遺傳變異與育種（11學(xué)時）第9章 微生物的生態(tài)（3學(xué)時）第10章 微生物的分類與鑒定（2學(xué)時）第11章 傳染與免疫（2學(xué)時） 教材及教學(xué)參考書 教材：路福平.微生物學(xué)M.北京：中國輕工業(yè)出版社，2005主要參考書：沈

2、萍.微生物學(xué) (第2版)M.北京：高等教育出版社，2006周德慶.微生物學(xué)教程(第2版) M.北京：高等教育出版社，2002諸葛健.微生物學(xué)M.北京：科學(xué)出版社，2003沈萍， 彭珍榮主譯.微生物學(xué)(第5版) M.北京：高教出版社，2003Prescott L.M. et al.Microbiology,6th Ed M, WCB McGraw-Hill, 2006Madigan M. T. et al.Brocks Biology of Microorganism 11 th Ed M， 2004第一章 緒論一、微生物和微生物學(xué)的研究范疇二、學(xué)習(xí)微生物的目的三、微生物對工業(yè)生產(chǎn)的影響四、微生

3、物學(xué)發(fā)展史、巴斯德和科赫對微生物學(xué)發(fā)展的做出的重要貢獻(xiàn)五、微生物的共性 一、微生物的定義：傳統(tǒng)定義：微生物（microorganism,microbe）是一切肉眼看不見或看不清的微小生物的總稱。它們是一些個體微?。ㄒ话阈∮?.1mm）、構(gòu)造簡單的低等生物。 納米比亞嗜硫細(xì)菌、費(fèi)氏刺尾魚菌(肉眼可以直接看到)現(xiàn)代定義：一般是指絕大多數(shù)憑肉眼看不見或看不清，必須借助顯微鏡才能看見或看清，以及少數(shù)能直接通過肉眼看見的單細(xì)胞、多細(xì)胞和無細(xì)胞結(jié)構(gòu)的微小生物的總稱。一、微生物和微生物學(xué)的研究范疇細(xì)菌數(shù)億/g土壤，土壤中的細(xì)菌總重量估計(jì)為： 10034 10 12 噸每個噴嚏的飛沫含4500-150000個

4、細(xì)菌二、為什么要學(xué)習(xí)微生物微生物既是人類的敵人，更是人類的朋友！ 時時刻刻與微生物“共舞” 是 福 ？是禍？1347年的一場由鼠疫桿菌(Yersinia pestis)引起的瘟疫幾乎摧毀了整個歐洲，有1/3 的人(約2500萬人)死于這場災(zāi)難，在此后的80年間，這種疾病一再肆虐，實(shí)際上消滅了大約75%的歐洲人口，一些歷史學(xué)家認(rèn)為這場災(zāi)難甚至改變了歐洲文化。我國在解放前也曾多次流行鼠疫，死亡率極高。一種急性出血性傳染病，病死率高達(dá)到，通過接觸病人的血液或其他體液，經(jīng)皮膚、呼吸道或結(jié)膜而感染，潛伏期為至天The SARS Coronavirus: The SARS outbreak of 2003

5、According to the World Health Organization (WHO), a total of 8,098 people worldwide became sick with SARS during the 2003 outbreak. Of these, 774 died. 禽流感席卷韓日越三國世界衛(wèi)生組織1月14日警告說，禽流感已經(jīng)開始席卷亞洲部分地區(qū)，并且導(dǎo)致越南至少3人死亡，它對亞洲的威脅可能比非典更嚴(yán)重。 1878年，意大利禽流感，首次爆發(fā)： 危害最大，經(jīng)濟(jì)損失最嚴(yán)重的禽流感（H5N5）:1983年美國濱州等地區(qū), 直接損失6000多萬美元，間接經(jīng)濟(jì)損失估計(jì)

6、達(dá)3.49億美元 ,1997年5月，香港禽流感，直接損失達(dá)8000萬港幣 。 2003年3月，荷蘭禽流感，波及最廣的爆發(fā)，荷蘭南部海爾德蘭省800個農(nóng)場已經(jīng)受到禽流感的影響，已蔓延到比利時與德國邊境附近。 可以說，微生物與人類關(guān)系的重要性，你怎么強(qiáng)調(diào)都不過分，微生物是一把十分鋒利的雙刃劍，它們在給人類帶來巨大利益的同時也帶來“殘忍”的破壞。它給人類帶來的利益不僅是享受，而且實(shí)際上涉及到人類的生存。四、微生物學(xué)發(fā)展簡史1. 微生物的發(fā)現(xiàn) 1.1 影響認(rèn)識微生物的四大障礙： 1.1.1 個體過于微小 1.2.1 群體外貌不顯 1.3.1 種間雜居混生 1.4.1 形態(tài)與其作用的后果很難被認(rèn)識 2.

7、 微生物發(fā)展的五個時期 2.1 史前期：約8000年前-1676 2.2 初創(chuàng)期：1676-1861 2.3 奠基期：1861-1897 2.4 發(fā)展期：1897-1953 2.5 成熟期：1953-2.2 初創(chuàng)時期（形態(tài)學(xué)發(fā)展時期）（17世紀(jì)下半葉十九世紀(jì)中葉）使用顯微鏡觀察微生物世界的時期。代表人物：列文虎克貢獻(xiàn):（）發(fā)現(xiàn)了微生物世界（）科學(xué)地描述了微生物的形態(tài)并闡述了它們的繁茂性2.3 奠基時期（生理學(xué)發(fā)展時期）十九世紀(jì)下葉有關(guān)微生物的兩個疑難問題：1、生物是自然產(chǎn)生的嗎？2、傳染性疾病的本質(zhì)是什么？新鮮食品擱置細(xì)菌檢定無細(xì)菌腐敗食品細(xì)菌檢定有細(xì)菌由非生命的物質(zhì)自然發(fā)生自然發(fā)生說（）巴斯

8、德與自然發(fā)生學(xué)說法國，化學(xué)家，路易斯 巴斯德（Louis Pasteur，18221895） 微生物學(xué)的奠基人巴斯德反駁自然發(fā)生說的三個實(shí)驗(yàn)空氣乙醇、醚混合物棉纖維沉淀物檢測第一個實(shí)驗(yàn)第二個實(shí)驗(yàn)加熱營養(yǎng)液密封放置細(xì)菌檢測無細(xì)菌檢出自然發(fā)生說質(zhì)疑：無機(jī)物自然變?yōu)樯袡C(jī)體必須提供新鮮的空氣第三個實(shí)驗(yàn)（）科赫與疾病的病菌說 最早人們認(rèn)為疾病是由諸如超自然力、被稱為瘴毒的毒氣以及四種體液（血液、粘痰、黃膽汁、黑膽汁）之間的失調(diào)而引起的。 Agostino Bassi（17731856）在1835年證明蠶病是由真菌感染引起的，首先提出微生物可引起疾病。 1845年，M. J. Berkeley證明愛爾

9、蘭馬鈴薯枯萎?。≒otato Blight of Ireland）是由真菌引起的。 之后，巴斯德提出“蠶的微粒子病”是由原生動物寄生蟲引起的。 Lister受巴斯德關(guān)于微生物在發(fā)酵和腐敗問題中研究的啟發(fā)，提出了外科消毒術(shù)，消毒所使用的石炭酸可以殺死細(xì)菌，同樣也可以阻止傷口感染，這一觀點(diǎn)為微生物在疾病中的作用提供了間接的證據(jù)。 （）科赫與疾病的病菌說德國，鄉(xiāng)村醫(yī)生，科赫（Robert Koch，18431910） 細(xì)菌學(xué)奠基人 直接關(guān)系的證明來自于德國醫(yī)生柯赫對炭疽菌的研究（1876年） 科赫法則1、病原微生物存在于患病動物中,而健康動物中沒有；2、該微生物可在離開動物體外純培養(yǎng)生長；3、當(dāng)培養(yǎng)

10、物接種易感動物時產(chǎn)生特定的疾病癥狀； 4、該病原微生物可從患病的實(shí)驗(yàn)動物中重新分離到,且在實(shí)驗(yàn)室能夠再次培養(yǎng),最終具有與原始菌株相同的性狀?？潞掌渌饕暙I(xiàn)： 建立了純培養(yǎng)技術(shù)（凝固劑和petri dish） 對結(jié)核桿菌的分離和觀察, 首創(chuàng)了抗酸菌染色的Ziehl-Nielsen染色法 結(jié)核組織結(jié)核桿菌 發(fā)現(xiàn)和分離了引起霍亂的微生物霍亂弧菌，發(fā)現(xiàn)了在控制霍亂傳播中水過濾的重要性，發(fā)表了第一張細(xì)菌的顯微鏡照片。 2.4 發(fā)展時期（生物化學(xué)水平） 德國人E.Buchner （1897年）用無細(xì)胞的酵母菌裂解液中的混合酶對葡萄糖進(jìn)行了酒精發(fā)酵： 酵母細(xì)胞石英砂研磨過 濾濾液葡萄糖酵母細(xì)胞酒精、CO2

11、巴斯德提出發(fā)酵是由微生物引起；他還發(fā)現(xiàn)了厭氧微生物。 Martinus Beijerinck（1851-1931）對微生物領(lǐng)域的最大貢獻(xiàn)是提出了富集培養(yǎng)概念。用富集培養(yǎng)技術(shù)Beijerinck從土壤和水中分離得到許多純種微生物，包括好氣的固氮菌、硫化細(xì)菌、固氮根瘤菌、乳酸菌、綠藻和許多其他微生物。在研究煙草花葉病時，Beijerinck指出感染物（一種病毒）不是細(xì)菌，而是寄生到植物細(xì)胞中生存的一類微生物；實(shí)際上，Beijerinck描繪了病毒學(xué)的基本理論。 Sergei Winogradsky（1856-1935）成功的分離了硝化細(xì)菌、硫化細(xì)菌等和氮、硫化合物循環(huán)有關(guān)的微生物，提出硝化過程是細(xì)

12、菌作用的結(jié)果，提出無機(jī)化能營養(yǎng)和自養(yǎng)生物的概念。還分離到第一株厭氧固氮菌巴氏固氮梭狀芽孢桿菌，提出了細(xì)菌固氮作用的概念?？煞Q是土壤微生物學(xué)的奠基石。 2.5 成熟時期（分子水平）始于二十世紀(jì)五十年代（電子顯微鏡的使用和DNA的發(fā)現(xiàn)）從1953年4月25日J(rèn)Watson和FCrick在英國的自然雜志上發(fā)表關(guān)于DNA結(jié)構(gòu)的雙螺旋模型起，整個生命科學(xué)就進(jìn)入了分子生物學(xué)研究的新階段，同樣也是微生物學(xué)發(fā)展史上成熟期到來的標(biāo)志。(1)微生物學(xué)從以應(yīng)用為主的學(xué)科，迅速成長為一門十分熱門的前沿基礎(chǔ)學(xué)(2)在基礎(chǔ)理論的研究方面，微生物迅速成為分子生物學(xué)研究中最主要的對象(3)在應(yīng)用研究方面，向著更自覺、更有效和

13、可人為控制的方向發(fā)展，至70年代初，有關(guān)發(fā)酵工程的研究已與遺傳工程、細(xì)胞工程和酶工程等緊密結(jié)合，微生物已成為新興的生物工程中的主角。遺傳學(xué) + 生物化學(xué) + 微生物學(xué) 該時期，多學(xué)科交叉促進(jìn)微生物學(xué)全面發(fā)展 微生物遺傳學(xué) 微生物生理學(xué) 分子遺傳學(xué) 微生物學(xué)推動生命科學(xué)的發(fā)展 同時微生物的其他分支學(xué)科也得到迅速發(fā)展, 使微生物學(xué)發(fā)展成為生命科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)一門發(fā)展最快，影響最大、體現(xiàn)生命科學(xué)發(fā)展主流a.促進(jìn)許多重大理論問題的突破 遺傳物質(zhì)基礎(chǔ); 基因與酶關(guān)系; 突變的本質(zhì); 操縱子學(xué)說; PCR;等b.對生命科學(xué)研究技術(shù)的貢獻(xiàn) 細(xì)胞的人工培養(yǎng)；突變體篩選； DNA重組技術(shù)和遺傳工程c.微生物與人類基因

14、組計(jì)劃 作為模式生物促進(jìn)基因與基因組的功能研究對生命進(jìn)行系統(tǒng)地和科學(xué)地解碼,以達(dá)到了解和認(rèn)識生命的起源,種間和個體間差異的起因,疾病產(chǎn)生的機(jī)制,長壽及衰老等生命現(xiàn)象.基因組學(xué)(genomics)：研究整個基因組的所有基因 解碼生命 Human Genome Project, HGP 1、體積小，比表面積大單位：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)絲的寬度1500個桿菌首尾相連總長度=1粒芝麻的長度微生物的體積大小五、 微生物的共性 2、吸收多，轉(zhuǎn)化快人（50kg） 5001000g/d地鼠（體重3g） 3g/d大腸桿菌 細(xì)胞重量2000倍糖/

15、h奶牛（500kg） 合成0.5kg蛋白質(zhì)/24h微生物細(xì)胞 合成自身重量30-40倍的細(xì)胞物質(zhì)/24h吸收多轉(zhuǎn)化快3、生長旺，繁殖速大腸桿菌在合適的生長條件下：12.520分鐘 繁殖1代每小時 分裂3代，由1個變成8個。經(jīng)24小時 分裂72代，重約4722噸經(jīng)48小時 可產(chǎn)生2.21043個后代。地球重的4000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(xì)菌144301.0103釀酒酵母120304.1103念珠藻1380252.1硅藻1020202.64小球

16、藻4202510.6草履蟲642264.924、適應(yīng)性強(qiáng)，易變異1）對營養(yǎng)物質(zhì)的利用上的適應(yīng)性。2）對環(huán)境條件尤其是惡劣的“極端環(huán)境”的適應(yīng)性。 耐0196低溫 耐250300的高溫 耐鹽（飽和鹽水） 耐干燥（產(chǎn)芽孢細(xì)菌、真菌孢子） 耐酸堿、耐缺氧、耐毒物、抗輻射適應(yīng)性強(qiáng)易變異青霉素生產(chǎn)菌的發(fā)酵水平1940年 每毫升20單位2000年 每毫升10萬單位青霉素的使用劑量：1940年 10萬元單位/次1980年： 輸液80萬單位/次2000年： 輸液800萬-1000萬單位/次青霉素對金黃色葡萄球菌最低抑制濃度0.02g/ml200g/ml5、分布廣，種類多微生物在自然界的分布：無處不在，無孔不入

17、土壤空氣水域生物體內(nèi)外極端環(huán)境正常環(huán)境高空深海底2000米深的地層溫泉六、微生物學(xué)及其研究內(nèi)容與分科微生物學(xué)(Microbiology)定義： 是一門在細(xì)胞、分子或群體水平上研究微生物的形態(tài)構(gòu)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，并將其應(yīng)用于工業(yè)發(fā)酵、醫(yī)藥衛(wèi)生、生物工程和環(huán)境保護(hù)等實(shí)踐領(lǐng)域的科學(xué)。根本任務(wù)： 1.發(fā)掘、利用、改造和保護(hù)有益微生物 2.控制、消滅和改造有害微生物最終目的: 為人類社會的進(jìn)步服務(wù)21世紀(jì)微生物學(xué)展望1.微生物基因組學(xué)研究將全面展開21世紀(jì)微生物基因組學(xué)將在繼續(xù)作為人類基因組計(jì)劃“的主要模式生物，在后基因組研究(認(rèn)識基因與基因組功能)中發(fā)揮不可

18、取代的作用。 模式微生物、特殊微生物及醫(yī)用微生物和其他微生物，特別是與工農(nóng)業(yè)及與環(huán)境、資源有關(guān)的重要微生物 。 從本質(zhì)上認(rèn)識微生物自身以及利用和改造微生物將產(chǎn)生質(zhì)的飛躍。并將帶動分子微生物學(xué)等基礎(chǔ)研究學(xué)科的發(fā)展。 2.微生物資源的開發(fā)和應(yīng)用，微生物生態(tài)學(xué)、環(huán)境微生物、細(xì)胞微生物學(xué)等，將在基因組信息的基礎(chǔ)上獲得長足發(fā)展，為人類的生存和健康發(fā)揮積極的作用。3.微生物生命現(xiàn)象的特性和共性將更加受到重視。4.與其他學(xué)科實(shí)現(xiàn)更廣泛的交叉，獲得新的發(fā)展。5.微生物產(chǎn)業(yè)將呈現(xiàn)全新的局面微生物將是21世紀(jì)進(jìn)一步解決重大理論問題及實(shí)際應(yīng)用問題的最理想的材料。學(xué)科交叉永遠(yuǎn)是科學(xué)創(chuàng)新的源泉！ 多種學(xué)科的交叉和滲透將是必然的發(fā)展趨