高中生物競賽課件：微生物學-緒論

第1章緒論1、微生物基因組學研究將全面深入展開微生物基因組研究由模式微生物進一步擴大到其他微生物，特別是與工、農(nóng)、醫(yī)及與環(huán)境、資源有關的重要微生物。研究種類包括古菌、細菌、真菌、原生生物、藻類和病毒。泛基因組和宏基因組的概念和技術得到更廣泛的研究和應用2007年啟動的人體微生物組計劃引人注目，并將逐步深人，其研究成果將得到廣泛應用四、21世紀微生物學發(fā)展的特點和趨勢2、微生物生態(tài)、環(huán)境微生物的研究將進入最好時期探討新的微生物（未培養(yǎng)的、極端環(huán)境），傳統(tǒng)→自然環(huán)境污染治理1、微生物基因組學研究將全面深入展開四、21世紀微生物學發(fā)展的特點和趨勢2、微生物生態(tài)、環(huán)境微生物的研究將進入最好時期1、微生物基因組學研究將全面深入展開3、微生物自身的特點將會更加受到關注和利用共性：微生物具有其他生物共有的基本生物學特性：生長、繁殖、代謝、共用一套遺傳密碼等，甚至其基因組上含有與高等生物同源的基因，充分反映了生物高度的統(tǒng)一性。四、21世紀微生物學發(fā)展的特點和趨勢特性：微生物具有其它生物不具備的生物學特性，例如可在其他生物無法生存的極端環(huán)境下生存和繁殖，具有其他生物不具備的代謝途徑和功能，反映了微生物極其豐富的多樣性。以及微生物的易操作性等特點。四、21世紀微生物學發(fā)展的特點和趨勢2、微生物生態(tài)、環(huán)境微生物的研究將進入最好時期1、微生物基因組學研究將全面深入展開3、微生物自身的特點將會更加受到關注和利用以微生物為研究材料繼續(xù)對一些基本生命現(xiàn)象進行研究；2010Synthia2、微生物生態(tài)、環(huán)境微生物的研究將進入最好時期1、微生物基因組學研究將全面深入展開3、微生物自身的特點將會更加受到關注和利用以微生物為研究材料繼續(xù)對一些基本生命現(xiàn)象進行研究；生物進化方面的研究；在微生物基因組上進行的考古性別分化的意義；基因水平轉移---細菌DNA的主動分泌與攝取四、21世紀微生物學發(fā)展的特點和趨勢四、21世紀微生物學發(fā)展的特點和趨勢2、微生物生態(tài)、環(huán)境微生物的研究將進入最好時期1、微生物基因組學研究將全面深入展開3、微生物自身的特點將會更加受到關注和利用以微生物為研究材料繼續(xù)對一些基本生命現(xiàn)象進行研究；生物進化方面的研究；性別分化的意義；生物智慧的發(fā)展；聰明的黏菌2、微生物生態(tài)、環(huán)境微生物的研究將進入最好時期1、微生物基因組學研究將全面深入展開3、微生物自身的特點將會更加受到關注和利用以微生物為研究材料繼續(xù)對一些基本生命現(xiàn)象進行研究生物進化方面的研究；性別分化的意義；生物智慧的發(fā)展；生命起源的研究；重要致病菌的特點及其防治；四、21世紀微生物學發(fā)展的特點和趨勢2、微生物生態(tài)、環(huán)境微生物的研究將進入最好時期1、微生物基因組學研究將全面深入展開3、微生物自身的特點將會更加受到關注和利用

生物圈邊界的重新界定、提供探索生命極限的途徑、揭示生命的起源、全面了解和利用生物的多樣性古菌遺傳信息傳遞（包括轉錄、翻譯、復制）與真核生物的極其相似，因而古菌很可能成為了解真核生物，甚至我們?nèi)祟惖倪z傳信息傳遞系統(tǒng)的有效模型。4、嗜極細菌和古菌成為新的研究亮點四、21世紀微生物學發(fā)展的特點和趨勢2、微生物生態(tài)、環(huán)境微生物的研究將進入最好時期1、微生物基因組學研究將全面深入展開3、微生物自身的特點將會更加受到關注和利用4、嗜極細菌和古菌成為新的研究亮點5、與其他學科實現(xiàn)更廣泛的交叉，獲得新的發(fā)展

“組學”時代是數(shù)學、物理、化學、信息、計算機等多種學科交叉的結果以微生物為研究模式的合成生物學更是一門新興的交叉學科，它是基因組測序技術、計算機建模及模擬技術、生物工程技術、化學合成技術等現(xiàn)代技術的綜合和交叉。21世紀的微生物學還將進一步向地質(zhì)、海洋、大氣、太空滲透，使更多的邊緣學科得到發(fā)展。四、21世紀微生物學發(fā)展的特點和趨勢2、微生物生態(tài)、環(huán)境微生物的研究將進入最好時期1、微生物基因組學研究將全面深入展開3、微生物自身的特點將會更加受到關注和利用4、嗜極細菌和古菌成為新的研究亮點5、與其他學科實現(xiàn)更廣泛的交叉，獲得新的發(fā)展6、微生物產(chǎn)業(yè)將呈現(xiàn)全新的局面基因工程菌將造就一批強大的工業(yè)生產(chǎn)菌，生產(chǎn)外源基因表達的產(chǎn)物，特別是藥物的生產(chǎn)將出現(xiàn)前所未有的新局面，人類將有可能徹底征服癌癥、艾滋病以及其他疾病新產(chǎn)品：降解性塑料、DNA芯片、生物能源等嶄新的微生物工業(yè)，為全世界的經(jīng)濟和社會發(fā)展作出更大貢獻四、21世紀微生物學發(fā)展的特點和趨勢2、微生物生態(tài)、環(huán)境微生物的研究將進入最好時期1、微生物基因組學研究將全面深入展開3、微生物自身的特點將會更加受到關注和利用4、嗜極細菌和古菌成為新的研究亮點5、與其他學科實現(xiàn)更廣泛的交叉，獲得新的發(fā)展6、微生物產(chǎn)業(yè)將呈現(xiàn)全新的局面合成生物學是一門建立在系統(tǒng)生物學、生物信息學等學科基礎之上，并以基因組技術為核心的現(xiàn)代生物科學，最終目標是重塑生命。能實現(xiàn)這一目標的先驅者必然是微生物，因為它的基因組最小。通過對微生物遺傳物質(zhì)的合成、設計和精簡，遺傳元件的標準化和遺傳線路的模塊化等合成生物學的理念和技術，也必將使我們進一步從分子水平上認識和利用微生物、塑造具有特殊功能的新菌種開辟了一條新的途徑。7、合成生物學將促進微生物學的發(fā)展四、21世紀微生物學發(fā)展的特點和趨勢本章主要內(nèi)容一、微生物與我們二、微生物學的發(fā)現(xiàn)和發(fā)展三、20世紀的微生物學四、21世紀微生物學發(fā)展的特點和趨勢五、微生物的類群及特點五、微生物的類群及特點微生物病毒原核微生物：細菌、古生菌真核微生物真菌單細胞藻類、原生動物酵母、霉菌蕈菌一切肉眼看不見或看不清的微小生物；個體微小，結構簡單，通常要用光學顯微鏡甚至電子顯微鏡才能看清楚的生物，統(tǒng)稱為微生物。五、微生物的類群及特點微生物病毒原核微生物：真核微生物真菌細菌、古生菌單細胞藻類、原生動物酵母霉菌蕈菌一切肉眼看不見或看不清的微小生物；個體微小，結構簡單，通常要用光學顯微鏡甚至電子顯微鏡才能看清楚的生物，統(tǒng)稱為微生物。五、微生物的類群及特點個體小、結構簡、胃口大、食譜廣、繁殖快、易培養(yǎng)、數(shù)量大、分布廣、種類多、級界寬、變異易、抗性強、休眠長、起源早、發(fā)現(xiàn)晚五、微生物的類群及特點個體小測量單位：微米或鈉米桿菌的平均長度：2微米；1500個桿菌首尾相連=一粒芝麻的長度；10-100億個細菌加起來重量=1毫克；面積/體積比：人=1，大腸桿菌=30萬；這樣大的比表面積特別有利于它們和周圍環(huán)境進行物質(zhì)、能量、信息的交換。微生物的其它很多屬性都和這一特點密切相關。五、微生物的類群及特點結構簡無細胞結構（病毒）；單細胞；簡單多細胞；胃口大消耗自身重量2000倍食物的時間：E.coli：1小時人：500年（按400斤/年計算）五、微生物的類群及特點食譜廣微生物獲取營養(yǎng)的方式多種多樣，其食譜之廣是動植物完全無法相比的！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五、微生物的類群及特點繁殖快E.coli

一個細胞重約10–12

g，平均20min繁殖一代24h后：4722366500萬億個后代，重量達4722噸48h后：2.2×1043個后代，重量達到2.2×1025噸相當于4000個地球的重量！一頭500kg的食用公牛，24小時生產(chǎn)0.5kg蛋白質(zhì)，而同樣重量的酵母菌，以質(zhì)量較次的糖液（如糖蜜）和氨水為原料，24小時可以生產(chǎn)50000kg優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)五、微生物的類群及特點易培養(yǎng)很多細菌都可以非常方便地進行人工培養(yǎng)！數(shù)量大在自然界中（土壤、水體、空氣，動植物體內(nèi)和體表）都生存有大量的微生物！分析表明，微生物占地球生物總量的60%！五、微生物的類群及特點分布廣人跡可到之處，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！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；強酸、強堿、高熱的極端環(huán)境；常年封凍的冰川；五、微生物的類群及特點分布廣五、微生物的類群及特點從永凍冰層分離微生物分布廣五、微生物的類群及特點南極Vostok湖冰芯樣品中的微生物分布廣五、微生物的類群及特點種類多微生物的生理代謝類型多代謝產(chǎn)物種類多微生物的種數(shù)“多”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)的微生物還不到自然界中微生物總數(shù)的1%五、微生物的類群及特點級界寬Whittaker的五界分類系統(tǒng)原核生物界原生生物界植物界動物界真菌界五、微生物的類群及特點級界寬Woese三原界分類系統(tǒng)五、微生物的類群及特點變異易個體小、結構簡、且多與外界環(huán)境直接接觸繁殖快、數(shù)量多

突變率：10-5-10-10短時間內(nèi)產(chǎn)生大量的變異后代青霉素的生產(chǎn)20單位/mL(1943)10萬單位/mL青霉素的用量最高：10萬單位/天(40年代)數(shù)百萬-千萬單位/次五、微生物的類群及特點細菌抗藥性的產(chǎn)生五、微生物的類群及特點抗(逆)性強抗熱：有些細菌的芽胞，加熱煮沸8h才被殺死；自然界中細菌生長的最高溫度可以達到121℃；科學家發(fā)現(xiàn)一種食鐵微生物可在121度高溫下繁殖

《科學》雜志（Science,Vol.301,Issue5635,976-978,August15,2003）發(fā)表的一篇論文表明，研究人員發(fā)現(xiàn)了一種能夠在121度高溫下生存繁殖的食鐵微生物。如果微生物會嘲弄別人的話，這種微生物一定會嘲笑那些在上周的歐洲熱浪中有諸多抱怨的人們。來自阿姆赫斯特馬薩諸塞大學的研究人員KazemKashefi和DerekLovley發(fā)現(xiàn)這種微生物并將之成為“121株”，目前該微生物還沒科學名稱?？茖W家在太平洋深海海床火山口發(fā)現(xiàn)這種微生物，該地的溫度可以高達400攝氏度。兩位研究人員將121株放在121攝氏度的烤箱中，結果發(fā)現(xiàn)這種微生物竟然很適合這一溫度，菌落大小很快就增大到原來的兩倍。這比以前報告的微生物最高生存溫度高出8攝氏度。

Lovley表示，研究這種食鐵的121株微生物可以為我們揭示35億年前第一種生命形式演化所處的環(huán)境五、微生物的類群及特點抗(逆)性強抗熱：有些細菌的芽胞，加熱煮沸8h才被殺死；自然界中細菌生長的最高溫度可以達到122℃；“Strain121,”thrivesat121°Candcanevensurvivefortwohoursat130°C.ExtendingtheUpperTemperatureLimitforLife，Science,August15,2003，VOL301：934五、微生物的類群及特點抗(逆)性強抗熱：有些細菌的芽胞，加熱煮沸8h才被殺死；自然界中細菌生長的最高溫度可以達到122℃；“Strain121,”thrivesat121°Candcanevensurvivefortwohoursat130°C.ExtendingtheUpperTemperatureLimitforLife，Science,August15,2003，VOL301：934五、微生物的類群及特點抗(逆)性強抗熱：有些細菌的芽胞，加熱煮沸8h才被殺死；自然界中細菌生長的最高溫度可以達到122℃；抗寒：有些微生物可以在-12℃～-30℃的低溫生長；抗酸堿：細菌能耐受并生長的pH范圍：pH0.5～13；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；

科學家建議尋找地下50公里生命

北京晚報:2002-3-8

把E.coli放在地下50公里的超強壓力下，它會不會活下來？科學家最近驚奇地發(fā)現(xiàn)，答案是肯定的。一些科學家說，這些細菌可以適應如此極端的壓力環(huán)境，說明生物對環(huán)境具有超乎想象的“驚人”適應力。因此人類在其他星球上尋找地外生命時，眼光不能只局限在星球的表面，而應當延伸到壓力巨大的地下。照理來說，E.coli等一般難以在這么高的壓力下生存。以前的實驗發(fā)現(xiàn)，構成生物的蛋白質(zhì)等基本結構，在如此高的壓力下往往會裂解。但美國卡內(nèi)基學會地球物理研究所夏爾馬博士領導的小組在最近出版的美國《科學》雜志上介紹，在他們的實驗中，E.coli不僅在極端高壓下活了下來，而且還能進行新陳代謝。