微生物學(xué)第一章緒論

江南大學(xué)生物工程學(xué)院微生物學(xué)樊游主講樊游(課程網(wǎng)頁)fanyou22教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時安排第一章緒論（3學(xué)時）第二章微生物的形態(tài)與分類（11學(xué)時）第三章微生物的營養(yǎng)與生長（6學(xué)時）第四章微生物的代謝調(diào)節(jié)（6學(xué)時）第五章環(huán)境因子對微生物生長及發(fā)酵的影響（6學(xué)時）第六章自然界菌種的篩選和菌種保藏（4學(xué)時）第七章微生物的生態(tài)與環(huán)境保護（4學(xué)時）

33第一章緒論

微生物學(xué)的研究對象與任務(wù)微生物學(xué)的發(fā)展簡史微生物的分類與命名

21世紀(jì)的工業(yè)微生物學(xué)44第一節(jié)微生物學(xué)研究的對象和任務(wù)一、微生物及其特點1、什么是微生物？

微生物（Microorganism）是對所有形體微小，單細胞或細胞結(jié)構(gòu)較為簡單的多細胞，或沒有細胞結(jié)構(gòu)的低等生物的通稱。小,簡單,低等55

662、微生物的類群不具細胞結(jié)構(gòu)：病毒、類病毒、朊病毒單細胞原核生物：細菌、放線菌、立克次氏體、支原體、衣原體、藍細菌等；真菌：酵母菌、霉菌、擔(dān)子菌等；單細胞原生生物：藻類、原生動物等3、與發(fā)酵工業(yè)有關(guān)的微生物類群

噬菌體、細菌、放線菌、酵母菌、霉菌、擔(dān)子菌（蕈菌）、藻類774、微生物的特點

個體小，比表面積大吸收多，轉(zhuǎn)化快生長旺，繁殖快適應(yīng)強，變異快分布廣，種類多88二、微生物學(xué)及其研究內(nèi)容微生物學(xué)研究微生物及其生命活動規(guī)律的科學(xué)。研究內(nèi)容形態(tài)構(gòu)造，生理代謝，遺傳變異，生態(tài)分布，分類進化微生物學(xué)與生物工程99Biotechnology

Theuseofmicroorganisms,suchasbacteriaoryeasts,orbiologicalsubstances,suchasenzymes,toperformspecificindustrialormanufacturingprocesses.Applicationsincludetheproductionofcertaindrugs,synthetichormones,andbulkfoodstuffsaswellasthebioconversionoforganicwasteandtheuseofgeneticallyalteredbacteriainthecleanupofoilspills.1010三、微生物與發(fā)酵工業(yè)

發(fā)酵過程利用微生物作為動力，生產(chǎn)某種特定產(chǎn)物的生物化學(xué)過程。發(fā)酵產(chǎn)品釀造食品，酒精飲料，有機酸，核苷酸，氨基酸類物質(zhì)，酶制劑，抗生素，有機溶劑其它化工產(chǎn)品，營養(yǎng)和生長必需物質(zhì)，生物制藥…

1111

天然發(fā)酵

[白酒、啤酒、葡萄酒、醬油…]

↓

純種發(fā)酵[酒精、丙酮丁醇…]

↓

通風(fēng)發(fā)酵[抗生素、有機酸、酶制劑…]

↓

代謝調(diào)控發(fā)酵[氨基酸、核苷酸…]

↓

基因重組菌種發(fā)酵[胰島素、干擾素…]

1212第二節(jié) 微生物學(xué)的發(fā)展簡史及工業(yè)微生物學(xué)的發(fā)展概況一.古代勞動人民對微生物的利用和控制

釀造業(yè)商書記載：“若作酒醴，爾維曲蘗”醫(yī)學(xué)種痘防天花農(nóng)業(yè)瓜與豆類輪作1313二.微生物學(xué)發(fā)展簡史1、形態(tài)學(xué)期(1676~1861年)RobertHooke

設(shè)計了顯微鏡AntonvanLeeuwenhoek

用自制的顯微鏡，清楚的看見了細菌和原生動物

1414Leeuwenhoek’sdrawingsofbacteriafromthehumanmouth.Adrawingofoneofthemicroscopesshowingthelensa;mountingpinb;andfocusingscrewscandd.lensObjectbeingviewedadjustingscrews15152、生理學(xué)期1861~1897年LouisPasteur（1822~1895）法國生物學(xué)家及化學(xué)家1616

LouisPasteur

的貢獻理論上徹底否定“自然發(fā)生說”醫(yī)學(xué)上發(fā)現(xiàn)了引起疾病的病原體，創(chuàng)立了免疫學(xué)原理和預(yù)防接種方法工業(yè)上揭示了酒醋的發(fā)酵本質(zhì)、找到啤酒酸敗的原因，發(fā)明了解決的方法；農(nóng)業(yè)上揭示了蠶的微粒子病的本質(zhì)，挽救了法國的養(yǎng)蠶業(yè)；1717RobertKoch(1843~1910）德國細菌學(xué)家1818RobertKoch的貢獻證實病原菌和疾病的關(guān)系，提出了——

柯赫原則建立了分離純化微生物的實驗技術(shù)建立了微生物的染色技術(shù)1919德國科學(xué)家布赫納（1897年）：酵母菌無細胞壓榨汁將葡萄糖發(fā)酵成酒精20203、分子生物學(xué)期1928年Griffith的細菌轉(zhuǎn)化實驗，1952年Hershey–Chase的噬菌體感染實驗，1956年Frankel-Conrat煙草花葉病毒的重建實驗，

證明了核酸是遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)

1929年Fleming發(fā)現(xiàn)了青霉素

1953年

Watson、Crick提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)

1961-66年Holley等闡明遺傳密碼

1973年Boyer和Cohen首次報到細菌基因經(jīng)體外人工重組后轉(zhuǎn)入細菌內(nèi)能復(fù)制表達----遺傳工程問世

1975年Milstein等建立生產(chǎn)單克隆抗體技術(shù)21211977年

Woese提出古生菌是有不同于細菌和真核生物的特殊類群；1988年Mullis，建立PCR技術(shù)

1995

年

第一個獨立生活的生物（流感嗜血桿菌）全基因序列測定完成1996年

第一個自養(yǎng)生活的古生菌基因組測定完成1997年第一個真核生物（啤酒酵母）基因組測序完成1999年基因研究所百余種微生物基因組序列2000年

霍亂弧菌基因組測序完成……2222AlexanderFleming(1881-1955)2323

分子生物學(xué)水平研究階段

J.D.Waston,H.F.C.Crick

發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋模（1953年）2424252526262727第三節(jié)微生物的分類和命名

一.微生物在自然界中的地位1、微生物的進化過程

厭氧→好氧→有絲分裂→減數(shù)分裂→細胞分化形成組織，器官等28281969年Whittaker提出的五界學(xué)說29292、微生物在生物界中的地位

原核生物界：細菌、放線菌、藍細菌

原生生物界：藻類、原生動物

真菌界：酵母菌、霉菌、mushroom

植物界動物界

病毒界3030

“在缺少化石資料的情況下,如何確定類群之間的進化關(guān)系?”16SrRNA作為進化的指征3131新三界學(xué)說1977年

Woese提出

由rRNA測序揭示的微生物發(fā)育系統(tǒng)

古生菌域（Archaea)

真細菌域（Bacteria)

真核生物域（Eukaryotes)3232微生物在生命世界的位置原核生物界原生生物界植物界真菌界共同祖先細菌域古生菌域真核生物域原生生物界植物界真菌界共同祖先細菌域古生菌域真核生物域b原生生物界真菌界原生生物界植物界真菌界動物界共同祖先細菌域古生菌域共同祖先細菌域古生菌域真核生物域生物三域分類系統(tǒng)圖示細菌域古生菌域真核生物域3333二、微生物的分類單位和命名

微生物分類學(xué)(microbialtaxonomy)：是一門按微生物的親緣關(guān)系把它們安排成條理清楚的各種分類單位（單元）或分類群(taxon)的科學(xué)。其具體任務(wù)

分類（classification）：通過收集大量有關(guān)個體描述的資料，經(jīng)過科學(xué)的歸納，整理成一個科學(xué)的分類系統(tǒng)。分類解決的是從個別到一般或從具體到抽象的問題。

3434鑒定（identification）：通過詳細觀察和描述一個未知名稱純種微生物的各種性狀特征，然后查找現(xiàn)成的分類系統(tǒng)，以達到知類辨名的目的。鑒定是一個從一般到特殊或從抽象到具體的過程。

命名（nomenclature）：為一個新發(fā)現(xiàn)的微生物確定一個新學(xué)名，即當(dāng)詳細觀察和描述一個未知菌種后，經(jīng)過認(rèn)真查找現(xiàn)有的權(quán)威性分類鑒定手冊，發(fā)現(xiàn)是一個以往還未記載過的新種時，按照微生物的國際命名法規(guī)給以一個新的學(xué)名。35351、微生物的分類單位

主要分類單位次要分類單位

界

Kingdom

門

Phylum

亞門

綱

Class

亞綱

目

Order

亞目

科

Family

亞科

屬

Genus

亞屬

種

Species

微生物的系統(tǒng)分類單元遵循林萘建立的系統(tǒng)分類單元，自上而下依次可分七級3636基本單位“種”的定義

種：(伯捷氏手冊)

凡是與典型培養(yǎng)菌（typeculture）密切相同的其它培養(yǎng)菌統(tǒng)一起來區(qū)分為細菌的一個種。

typestrain,typespecies

3737亞種（subspecies）/變種(variety)：某一明顯而穩(wěn)定的特征與模式種不同的種稱為模式種的亞種/變種。

菌株：(Strain)

菌株表示任何由一個獨立分離的單細胞繁殖而成的純遺傳型群體及其一切后代。因此，一種微生物的每一不同來源的純培養(yǎng)物均可稱為該菌種的一個菌株。38382.微生物的命名種的命名原則——雙名法學(xué)名=屬名+種名+(首次定名人)+現(xiàn)名定名人(+定名年份)

用斜體排字均用正體排字，可省略

每一種微生物的學(xué)名由兩個拉丁字、希拉字或拉丁化了的其它文字組成；第一個字是屬名，用名詞，字首字母大寫；第二個字是種名，用形容詞，字首字母不大寫；屬名規(guī)定了微生物的主要特征，如形態(tài)特征、生理特征等；種名補充說明微生物的次要特征，如顏色、形狀、用途等；

3939

變種的命名原則——“三名法”

學(xué)名=

屬名+種名+

（subsp./var.）+亞種/變種名

排成斜體排成正體，但可省略排成斜體

舉例Escherichiacoli(Migula)CastellanietChalmers1919

大腸埃希氏菌/大腸桿菌Saccharomycesserevisiaevar.ellipsoideus

釀酒酵母橢圓變種4040

三、微生物的分類依據(jù)

細胞的形態(tài)和習(xí)性水平細胞組分水平蛋白質(zhì)水平核酸水平4141

形態(tài)特征——個體特征，群體特征生理生化特征生態(tài)特征血清學(xué)反應(yīng)細胞壁成分紅外吸收光譜

GC比：(G+C)mol%值核酸分子雜交

16S/18SrRNA

其它4242微生物分類和鑒定的特征——基因特征和表型特征基因特征對判斷微生物的進化關(guān)系和建立新的分類單元有決定性作用表型特征作為判斷親緣關(guān)系的參考,實用為目的分類4343四.微生物的分類方法

1、經(jīng)典分類法一種隨機的和不系統(tǒng)的根據(jù)少數(shù)幾種特征進行分類的方法。主要以形態(tài)特征和生理生化特征為主，并結(jié)合生態(tài)等其它特征進行分類。44442、遺傳分類法一種從遺傳角度估價微生物之間的親緣關(guān)系的分類方法。主要分類依據(jù)：

GC比

DNA雜合：DNA雙鏈升溫解鏈，混合退火，看雜合情況。

16SrRNA序列：寡核苷酸編目分析法全序列分析法4545

3、數(shù)值分類法numericaltaxonomyP.H.A.Sneath1957年將由法國分類學(xué)家M.Adanson(1727-1806)所提出的分類原理用于細菌分類中。菌株：待測菌株和典型菌株特征：形態(tài)、生理、生化、遺傳、生態(tài)、免疫等4646步驟：①計算兩菌株間的相似系數(shù)

Ssm=(a+d)/(a+b+c+d)simplematchingcoefficientSj=a/(a+b+c)Jaccard'scoefficient②列出相似度矩陣（similaritymetrices）③將矩陣轉(zhuǎn)換成樹狀譜（dendrogram）4747第四節(jié)21世紀(jì)的工業(yè)微生物學(xué)一、微生物多樣性的研究二、微生物基因組學(xué)4848微生物資源的特點具有潛在用途或價值的遺傳資源,特別豐富微生物多樣性未知處太多繁殖快等特點決定它是工業(yè)化大規(guī)模自動化生產(chǎn)的理想資源4949微生物資源的利用微生物菌體的利用微生物代謝產(chǎn)物的利用微生物特性的利用微生物基因的利用5050微生物多樣性的表現(xiàn)形態(tài)與結(jié)構(gòu)的多樣性代謝的多樣性繁殖和變異的多樣性抗性的多樣性生態(tài)分布多樣性物種的多樣性5151525253535454MicrobeApproximaterangeofsizesCelltypeViruses0.01-0.25μmAcellularBacteria0.1-10μmProkaryoteFungi2μm->1mEukaryoteAlgae1μ