普通微生物 緒論

普通微生物緒論第1頁/共62頁教學(xué)參考書第2頁/共62頁教學(xué)參考雜志第3頁/共62頁學(xué)時(shí)安排以及成績(jī)?cè)u(píng)定：共32學(xué)時(shí)考勤成績(jī)：10％作業(yè)+提問：30％期末考試：60％第4頁/共62頁第5頁/共62頁第6頁/共62頁第7頁/共62頁第8頁/共62頁第9頁/共62頁第10頁/共62頁第11頁/共62頁第12頁/共62頁第13頁/共62頁豬流感病毒豬流感(Swineinfluenza，SI)現(xiàn)已改名為“甲型H1N1”或“A(H1N1)”是由A型流感病毒引起的一種豬的急性呼吸道傳染病。第14頁/共62頁第15頁/共62頁緒論一、微生物及其種類二、微生物學(xué)及其分支學(xué)科三、微生物特點(diǎn)四、微生物學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史五、微生物學(xué)的展望六、微生物與農(nóng)業(yè)關(guān)系第16頁/共62頁一、什么是微生物

WhatareMicroorganisms?

※定義：微生物是所有形體微小、單細(xì)胞或結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單的多細(xì)胞生物、甚至沒有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的生物的通稱?！N類：微生物類群十分龐雜，包括：原核生物：細(xì)菌、放線菌、立克次氏體、衣原體等，真核生物：酵母菌和霉菌，單細(xì)胞藻類、原生動(dòng)物等。無細(xì)胞結(jié)構(gòu)：病毒、類病毒、擬病毒等。第17頁/共62頁微生物在生物分類中的位置五界系統(tǒng)：1969年，R.H.Whittaker在Science雜志上發(fā)表“生物界級(jí)分類的新觀點(diǎn)”。（見表）三界（域）生物系統(tǒng)：70年代，Woese根據(jù)16SrRNA核苷酸序列的同源性提出。（見表）

三界生物細(xì)菌bacteria古生菌achaea真核生物eukarya第18頁/共62頁Whittaker五界系統(tǒng)＊

細(xì)胞型生物動(dòng)物界Animalia植物界Plantae原生生物界Protista：原生動(dòng)物、單細(xì)胞藻類等真菌界Fungi：酵母菌、霉菌等原核生物界Monera：細(xì)菌、放線菌、藍(lán)細(xì)菌等非細(xì)胞生物：病毒界1979年，我國學(xué)者補(bǔ)充＊摘自周德慶，1997第19頁/共62頁綠色非硫細(xì)菌greennonsulfurbacteriaG菌grampositives紫色硫細(xì)菌purplebacteria藍(lán)細(xì)菌cyanobacteria黃桿菌屬flavobacteriathemotogaleskorarchaeota熱網(wǎng)菌屬pyrodictum熱變形菌屬thermoproteus

熱球菌屬thermococctus甲烷球菌屬methanococcus甲烷桿菌屬methanobacteriacrenarcaeoya甲烷八疊球菌methanosarcina嗜鹽菌halophilesentanoebae

粘菌類

Slimemolds動(dòng)物animal真菌fungi植物plants纖毛類ciliates鞭毛類flagellates三分體trichononds微擔(dān)孢體microsporidia二分體diplononods細(xì)菌bacteria古菌achaca真核生物cukarya按16SrRNA堿基順序比較細(xì)菌、古菌核真核生物的系統(tǒng)發(fā)育樹的綜合圖摘自T.D.Brlck.BiologyofMicroorganisms.1997第20頁/共62頁

微生物世界細(xì)胞生物非細(xì)胞生物原核生物真核細(xì)胞病毒類病毒朊病毒單細(xì)胞藻類

原生動(dòng)物真菌細(xì)菌古生菌第21頁/共62頁二、微生物學(xué)及其分支學(xué)科微生物學(xué)是研究微生物的學(xué)科。在水平上研究微生物的等基本規(guī)律。

細(xì)胞群體分子形態(tài)結(jié)構(gòu)生理代謝遺傳變異生態(tài)分布分類進(jìn)化

并將其應(yīng)用到工業(yè)發(fā)酵、醫(yī)學(xué)衛(wèi)生、生物工程、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域。其主要任務(wù)是發(fā)掘、利用和改善有益微生物，控制、消滅或改造有害微生物。第22頁/共62頁二、微生物學(xué)分支學(xué)科按基本問題分：普通微生物學(xué)、微生物分類學(xué)、微生物生理學(xué)、微生物生態(tài)學(xué)、微生物遺傳學(xué)等。按應(yīng)用領(lǐng)域分：工業(yè)～、農(nóng)業(yè)～、醫(yī)學(xué)～、食品～、石油～、土壤～、海洋～、環(huán)境～、發(fā)酵微生物學(xué)等等。按研究對(duì)象分：細(xì)菌學(xué)、真菌學(xué)、病毒學(xué)、噬菌體學(xué)等。第23頁/共62頁三、微生物的特點(diǎn)體積小、面積大吸收多、轉(zhuǎn)化快生長(zhǎng)旺、繁殖快適應(yīng)強(qiáng)、易變異分布廣、種類多第24頁/共62頁1、體積小、面積大個(gè)體微小一般個(gè)體大小<0.1mm細(xì)胞：μm級(jí)，光學(xué)顯微鏡下可見病毒、細(xì)胞器：nm級(jí)，電子顯微鏡下可見第25頁/共62頁1、體積小、面積大（比表面積大）球體積：1/6πD3面積：πD2比表面積=

=πD21/6πD36D立方體體積：L3面積：6L2比表面積==6L2L36L1cm：61.0μm：6×104比表面積極大是微生物與大型動(dòng)物相區(qū)別的關(guān)鍵所在，也是賦予微生物其他共性的本質(zhì)所在。大面積系統(tǒng)必然有一個(gè)巨大的物質(zhì)交換面，可以促進(jìn)營養(yǎng)物的吸收、代謝物的排泄、環(huán)境信息的接收等。第26頁/共62頁1、體積小、面積大（比表面積大）

乳酸桿菌120,000豌豆6.0體重200磅的人0.3比表面積大是賦予微生物其他共性的本質(zhì)所在。決定了有一個(gè)巨大的物質(zhì)交換面，進(jìn)行物質(zhì)和能量代謝。第27頁/共62頁2、吸收多、轉(zhuǎn)化快呼吸速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于高等動(dòng)植物組織。比呼吸速率OUR(OxygenUtilizationRate)※Pseudomonas（假單胞菌屬）30oC1200腎和肝組織37oC10~20根和葉組織20oC0.4~4※單位：ml-O2/mg-drycell.h第28頁/共62頁2、吸收多、轉(zhuǎn)化快發(fā)酵乳糖的細(xì)菌在1小時(shí)內(nèi)就可以分解相當(dāng)于其自身重量1,000~10,000倍的乳糖，產(chǎn)生乳酸1公斤酵母菌體，在一天內(nèi)可發(fā)酵幾千公斤的糖，生成酒精大腸桿菌每小時(shí)消耗2000倍于體重的糖。以同等體積算，其1小時(shí)所消耗的糖，即可相當(dāng)于人在500年所消耗的糧食。第29頁/共62頁3、生長(zhǎng)旺、繁殖快微生物的代時(shí)（generationtime）倍加時(shí)間（doublingtime）大腸桿菌18min（每日分裂80次）指數(shù)分裂2n增加率1.2×1024繁殖快意義：在科研以及工業(yè)上的應(yīng)用（發(fā)酵）上，降低生產(chǎn)周期。注意：細(xì)菌的指數(shù)分裂只能維持很短的時(shí)間。在液體培養(yǎng)基中，細(xì)菌濃度一般僅能達(dá)到108~109cell/ml。第30頁/共62頁若干微生物的代時(shí)及每日增殖率

微生物名稱

代時(shí)

每日分裂次數(shù)

溫度

每日增殖率

細(xì)菌乳酸菌大腸桿菌根瘤菌枯草桿菌光合細(xì)菌

38分18分110分31分

144分

388013461025372530302.7×10111.2×10248.2×1037.0×10131.0×103釀酒酵母

120分

12

304.1×103藻

類

小球藻念珠藻*硅藻

7小時(shí)23小時(shí)

17小時(shí)

2.41.041.425252010.62.12.64草履蟲

10.4小時(shí)2.326

4.92*為念珠藍(lán)菌屬（Nostoc）的舊稱。與細(xì)菌同屬原核生物。

第31頁/共62頁4、適應(yīng)強(qiáng)、易變異微生物對(duì)環(huán)境條件，特別是“極端環(huán)境”具有驚人的適應(yīng)力。耐高溫菌：80~90oC條件下能正常生長(zhǎng)。耐低溫菌：在－80oC條件下大多數(shù)細(xì)菌仍能保持生命。耐干燥：能產(chǎn)生芽孢的細(xì)菌可在干燥條件保藏幾十年。耐酸菌：氧化硫硫桿菌pH0.5耐堿菌：脫氮硫桿菌pH10.7耐鹽、耐輻射菌、耐毒物菌：如Cr6+、HCN第32頁/共62頁4、適應(yīng)強(qiáng)、易變異突變頻率一般為10-5～10-10，因繁殖快，數(shù)量多，與外界環(huán)境直接接觸，因而在短時(shí)間內(nèi)可出現(xiàn)大量變異的后代。例如，青霉素生產(chǎn)菌1943年為20U/ml青霉素，40多年來，經(jīng)過世界各國微生物遺傳育種工作者的不懈努力該菌產(chǎn)量變異逐漸積累，加上發(fā)酵條件的改進(jìn)，目前發(fā)酵水平已超過50kU/ml，甚至接近10萬單位。微生物的數(shù)量性狀變異和育種使產(chǎn)量提高的幅度之大，是動(dòng)植物育種工作中絕對(duì)不可能達(dá)到的。正因?yàn)槿绱?，幾乎所有微生物發(fā)酵工廠都十分重視菌種選育工作。第33頁/共62頁5、分布廣、種類多任何有其它生物生存的環(huán)境中，都能找到微生物。而在其它生物不可能生存的極端環(huán)境中也有微生物存在。分布廣：如:萬米深海、85公里高空、地層下128米和427米沉積巖中都發(fā)現(xiàn)微生物存在。第34頁/共62頁5、分布廣、種類多廣泛分布于土壤、空氣和水體等自然環(huán)境中。微生物小而輕可以到處傳播和定居。適應(yīng)能力強(qiáng)也廣泛的存在于生物體內(nèi)。人體腸道中經(jīng)常聚居著100~400種不同種類的微生物（總重量約等于糞便干重的1/3左右）第35頁/共62頁5、分布廣、種類多目前已發(fā)現(xiàn)的微生物大約有10萬種以上。（見表）就目前的分離、培養(yǎng)技術(shù)只能培養(yǎng)出所存在微生物的1－20%左右。有一些是不能被培養(yǎng)的微生物。VBNC/VNC（Viablebutnon-culturable）（見表）目前發(fā)現(xiàn)的微生物僅僅是冰山的一角。第36頁/共62頁主要微生物的種數(shù)*

類型

種

數(shù)

低限

傾向性種數(shù)

高限

病毒與立克次氏體支原體細(xì)菌與放線菌藍(lán)細(xì)菌藻類真菌原生動(dòng)物

121742>100012271505137175240681217421500150023100473002406812174215002500231006893930000總計(jì)

79780

98727

127298*本表參考Whittaker,R.H.etal.BiologyDataBook,2nded.,Vol.1,1972.P.529。第37頁/共62頁由種類多而派生出來的特點(diǎn)代謝類型多能利用自然中各種有機(jī)物和無機(jī)物，甚至許多有毒物（氰、酚、多環(huán)芳炔）。產(chǎn)能方式多：光合作用、化能合成作用代謝產(chǎn)物種類多大腸桿菌E.coli：能產(chǎn)生2000~3000種蛋白質(zhì)目前發(fā)現(xiàn)的抗生素達(dá)上萬種，其中97%以上來自細(xì)菌和放線菌第38頁/共62頁四、微生物學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史1、史前期（公元1676年以前）:古代對(duì)微生物利用2、初創(chuàng)期（1676-1860）:微生物的發(fā)現(xiàn)及形態(tài)學(xué)3、奠基期（1861-1896）:生理學(xué)發(fā)展階段4、發(fā)展期（1897-1952）:微生物生化階段5、成熟期（1953---）:分子生物學(xué)的發(fā)展第39頁/共62頁1、史前期※考古推測(cè)：我國在8000年以前就曲糵釀酒。4000年以前，釀酒已經(jīng)很普遍?！蔽簳r(shí)期賈思勰《齊民要術(shù)》記載了制曲、釀酒制醬、釀醋等工藝?！?～10世紀(jì)，鼻苗法種痘預(yù)防天花?！箍浦参锱c其他作物輪作提高產(chǎn)量。第40頁/共62頁2、初創(chuàng)期---形態(tài)學(xué)發(fā)展時(shí)期荷蘭商人，列文虎克(AntonyVanLeeuwenhoek1632－1723)第41頁/共62頁3、奠基期--生理學(xué)發(fā)展時(shí)期巴斯德（LouisPasteur1822－1895）法國人柯赫（RobertKoch1843－1910)德國人第42頁/共62頁巴斯德徹底否定“自生說”學(xué)說免疫學(xué)－預(yù)防接種證實(shí)發(fā)酵是由微生物引起的其他－提出巴斯德消毒法等第43頁/共62頁否定“自生說”（Spontaneousgeneration）利用曲頸瓶試驗(yàn)徹底否定了“自生說”，證實(shí)空氣中含有微生物，他們引起了有機(jī)質(zhì)的變質(zhì)。推動(dòng)了微生物學(xué)的發(fā)展。第44頁/共62頁巴斯德的曲頸瓶試驗(yàn)第45頁/共62頁第46頁/共62頁柯赫提出了柯赫法則（炭疽桿菌、結(jié)核分支桿菌）配制培養(yǎng)基技術(shù)固體培養(yǎng)基分離純化技術(shù)第47頁/共62頁柯赫法則第48頁/共62頁柯赫法則第49頁/共62頁柯赫法則第50頁/共62頁柯赫法則第51頁/共62頁病原物來自患病肌體。在患病肌體可分離到病原物，并且可培養(yǎng)。病原物接種進(jìn)一個(gè)健康的肌體，引發(fā)相同疾病。從生病肌體可再分離到該病原物。

科赫法則第52頁/共62頁拜耶林克（Beijerinck），病毒學(xué)分離培養(yǎng)根瘤菌（1888）、好氧固氮菌（1901）維諾格拉德斯基（Winograsky.俄），生態(tài)學(xué).土壤微生物學(xué)氮素和硫素轉(zhuǎn)化首次分離到自生固氮細(xì)菌（1893）第53頁/共62頁4、發(fā)展期:微生物生物化學(xué)※微生物學(xué)進(jìn)入酶學(xué)研究和生物化學(xué)時(shí)期，許多酶、輔酶、抗生素以及許多生化反應(yīng)都是在這時(shí)期發(fā)現(xiàn)的。至此，形成了研究微生物基本生命活動(dòng)規(guī)律的學(xué)科------普通微生物