微生物學的誕生與發(fā)展

第三章19世紀微生物學發(fā)展微生物學的誕生與發(fā)展第1頁微生物特點及種類微生物?。▊€體微小）μm（微米）級：光學顯微鏡下可見（細胞）簡（結構簡單）單細胞簡單多細胞非細胞（即“分子生物”）nm（納米）級：電子顯微鏡下可見（細胞器，病毒）低（進化地位低）原核類：細菌（真細菌，古生菌），放線菌，藍細菌，立克次氏體,衣原體,支原體等真核類：真菌（酵母菌，霉菌，蕈菌），原生動物，顯微藻類非細胞類：病毒，亞病毒（類病毒，擬病毒，朊病毒）1mm=103μm=106nm=107?

分辨率：肉眼:0.1mm；顯微鏡:0.2μm；電子顯微鏡:10?微生物學的誕生與發(fā)展第2頁微生物學的誕生與發(fā)展第3頁細菌數(shù)億/g土壤每個噴嚏飛沫含4500-150000個細菌微菌落微生物學的誕生與發(fā)展第4頁每張紙幣帶細菌：900萬個

微生物學的誕生與發(fā)展第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

福？是禍？微生物學的誕生與發(fā)展第6頁微生物學的誕生與發(fā)展第7頁酵母菌出芽生殖微生物學的誕生與發(fā)展第8頁微生物學的誕生與發(fā)展第9頁微生物學的誕生與發(fā)展第10頁微生物學的誕生與發(fā)展第11頁少數(shù)微生物也是人類敵人！鼠疫艾滋病(AIDS)癌癥肺結核、虐疾、霍亂“卷土重來”。埃博拉病毒瘋牛病朊病毒SARS禽流感甲型H1N1流感病毒毒黃瓜事件微生物學的誕生與發(fā)展第12頁1347年一場由鼠疫桿菌(Yersiniapestis)引發(fā)瘟疫幾乎摧毀了整個歐洲，有1/3人(約2500萬人)死于這場災難。

在今后80年間，這種疾病一再肆虐，實際上毀滅了大約75%歐洲人口，一些歷史學家認為這場災難甚至改變了歐洲文化。我國在解放前也曾屢次流行鼠疫，死亡率極高。微生物學的誕生與發(fā)展第13頁年7月，在英國有超出34000個牧場17.6萬多頭牛感染了此病，最高發(fā)病時間是在1993年1月，每個月最少有1000頭牛發(fā)病。截至到年，英國共屠宰病牛1100多萬頭，經(jīng)濟損失達數(shù)百億英鎊。（朊病毒）微生物學的誕生與發(fā)展第14頁一個急性出血性傳染病，病死率高達50％到90％，經(jīng)過接觸病人血液或其它體液，經(jīng)皮膚、呼吸道或結膜而感染，潛伏期為5至14天。絲狀病毒微生物學的誕生與發(fā)展第15頁TheSARSCoronavirus:

非經(jīng)典性肺炎TheSARSoutbreakof

AccordingtotheWorldHealthOrganization(WHO),atotalof8,098peopleworldwidebecamesickwithSARSduringtheoutbreak.Ofthese,774died.微生物學的誕生與發(fā)展第16頁禽流感席卷韓日越三國世界衛(wèi)生組織年1月14日警告說，禽流感已經(jīng)開始席卷亞洲部分地域，而且造成越南最少3人死亡，它對亞洲威脅可能比非典更嚴重。1878年，意大利禽流感，首次暴發(fā)：危害最大，經(jīng)濟損失最嚴重禽流感(H5N5):1983年美國濱州等地域,直接損失6000多萬美元，間接經(jīng)濟損失預計達3.49億美元，1997年5月，香港禽流感，直接損失達8000萬港幣。

年3月，荷蘭禽流感暴發(fā)，涉及最廣，荷蘭南部海爾德蘭省800個農(nóng)場已經(jīng)受到禽流感影響，已蔓延到比利時與德國邊境附近。微生物學的誕生與發(fā)展第17頁甲型H1N1流感為急性呼吸道傳染病，其病原體是一個新型甲型H1N1流感病毒，在人群中傳輸。與以往或當前季節(jié)性流感病毒不一樣，該病毒毒株包含有豬流感、禽流感和人流感三種流感病毒基因片段。人群對甲型H1N1流感病毒普遍易感，并能夠人傳染人，人感染甲流后早期癥狀與普通流感相同，包含發(fā)燒、咳嗽、喉痛、身體疼痛、頭痛、發(fā)冷和疲勞等，有些還會出現(xiàn)腹瀉或嘔吐、肌肉痛或疲憊、眼睛發(fā)紅等。年開始，甲型H1N1流感在全球范圍內(nèi)大規(guī)模流行。年8月，世衛(wèi)組織宣告甲型H1N1流感大流行期已經(jīng)結束。微生物學的誕生與發(fā)展第18頁毒黃瓜是指受到腸出血性大腸桿菌（EHEC）“污染”黃瓜。食用這種帶有大腸桿菌黃瓜可引發(fā)致命性溶血性尿毒癥，可影響到血液、腎以及中樞神經(jīng)系統(tǒng)等。毒黃瓜引發(fā)疫病從年5月中旬開始在德國蔓延，而且疫情繼續(xù)擴散，有1400多人感染造成14人死亡。包含瑞典、丹麥、英國和荷蘭在內(nèi)多個國家均已匯報感染病例，歐洲一時陷入恐慌。政府告誡民眾暫時不要吃黃瓜、西紅柿、萵苣和其它菜葉沙拉。微生物學的誕生與發(fā)展第19頁微生物是一把十分尖銳雙刃劍，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。微生物學的誕生與發(fā)展第20頁1、體積小，表面積大單位：um(10-6m)或nm(10-9m)2μm0.5μm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微生物共性微生物學的誕生與發(fā)展第21頁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物、植物和微生物個體大小尺度范圍

微生物學的誕生與發(fā)展第22頁2、吸收多，轉化快人（50kg）500~1000g/d地鼠（體重3g）3g/d大腸桿菌細胞重量倍糖/h奶牛（500kg）合成0.5kg蛋白質(zhì)/24h微生物細胞合成本身重量30-40倍細胞物質(zhì)/24h吸收多轉化快微生物學的誕生與發(fā)展第23頁3、生長旺，繁殖速大腸桿菌在適當生長條件下：12.5~20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2.2×1043個后代。地球重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38252.7×10^11大腸桿菌18371.2×10^24根瘤菌110258.2×10^3枯草桿菌31307.2×10^13光合細菌144301.0×10^3釀酒酵母120304.1×10^3念珠藻1380252.1硅藻1020202.64小球藻4202510.6草履蟲642264.92

微生物學的誕生與發(fā)展第24頁4、適應性強，易變異1）對營養(yǎng)物質(zhì)利用上適應性。2）對環(huán)境條件尤其是惡劣“極端環(huán)境”適應性。耐0～－196℃低溫耐250℃～300℃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、耐毒物、抗輻射適應性強微生物學的誕生與發(fā)展第25頁易變異青霉素生產(chǎn)菌發(fā)酵水平1940年每毫升20單位年每毫升10萬單位青霉素使用劑量：1940年10萬元單位/次1980年：輸液80萬單位/次年：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0.02μg/ml200μg/ml微生物學的誕生與發(fā)展第26頁5、分布廣，種類多微生物在自然界分布：無處不在，無孔不入土壤空氣水域生物體內(nèi)外極端環(huán)境正常環(huán)境高空深海底米深地層溫泉微生物學的誕生與發(fā)展第27頁微生物發(fā)展五個時期

1史前期：約8000年前-1676

2初創(chuàng)期：1676-1861

3奠基期：1861-1897

4發(fā)展期：1897-1953

5成熟期：1953-微生物學的誕生與發(fā)展第28頁一、史前時期（直觀應用時期）春秋戰(zhàn)國時期微生物分解有機物質(zhì)，漚糞積肥。公元二世紀《神農(nóng)本草經(jīng)》

白僵蠶治病。（白僵蠶起源為蠶蛾幼蟲感染白僵菌而僵死干燥全蟲。）公元6世紀后魏賈思勰《齊民要術》

谷物制曲、釀酒、制醬、造醋、腌菜。豆科植物與其它作物輪作。微生物學的誕生與發(fā)展第29頁二、初創(chuàng)時期（形態(tài)學發(fā)展時期）（17世紀下半葉——19世紀中葉）使用顯微鏡觀察微生物世界時期。代表人物：列文·虎克貢獻:（１）發(fā)覺了微生物世界（２）科學地描述了微生物形態(tài)并闡述了它們繁茂性．微生物學的誕生與發(fā)展第30頁微生物發(fā)覺

1676年，荷蘭，列文虎克，單式顯微鏡（復制品）微生物學的誕生與發(fā)展第31頁A、C、F、Q：桿菌E：球菌H：球菌聚集體列文虎克向英國皇家學會信中對細菌形態(tài)描繪微生物學的誕生與發(fā)展第32頁十九世紀下葉相關微生物兩個疑難問題：1、生物是自然產(chǎn)生嗎？2、傳染性疾病本質(zhì)是什么？三、奠基時期（生理學發(fā)展時期）微生物學的誕生與發(fā)展第33頁弗朗切斯科·雷迪（1626-1698）和自發(fā)生殖

直到19世紀初，人類還認為生命來自無生命物質(zhì)。自然科學家觀察到腐爛東西會生蛆，認為這是生命自然產(chǎn)生于污泥證據(jù)。這種現(xiàn)象被命名為自然發(fā)生。路易斯·巴斯德給了這個理論致命一擊，不過雷迪使他得到處理這個問題科學方法。微生物學的誕生與發(fā)展第34頁雷迪讀了血液循環(huán)發(fā)覺者威廉·哈維一本書，書中說蛆和青蛙不是自然發(fā)生，而是卵生。他受到啟發(fā)，于1688年決定進行一項精美簡單試驗。他在兩個罐子中各放一塊肉，一個罐子用紗布蓋好，另一個敞著口。蒼蠅在敞口罐內(nèi)腐肉和另一個罐子蓋紗布上產(chǎn)卵，不過只有敞口罐內(nèi)生出了蛆，蓋著紗布那個沒有。雷迪證實蛆是由蒼蠅卵變來。不過，他遭到激烈反對，其中包含當初一些有名科學家，他們認為生命關鍵在于發(fā)酵。微生物學的誕生與發(fā)展第35頁奠基時期（生理學發(fā)展時期）１、巴斯德與自然發(fā)生學說法國，化學家，路易斯·巴斯德1822-1895微生物學的誕生與發(fā)展第36頁１、巴斯德與自然發(fā)生說新鮮食品擱置細菌檢定無細菌腐敗食品細菌檢定有細菌由非生命物質(zhì)自然發(fā)生自然發(fā)生說微生物學的誕生與發(fā)展第37頁１、巴斯德與自然發(fā)生說巴斯德反駁自然發(fā)生說三個試驗第一個試驗空氣乙醇、醚混合物棉纖維沉淀物檢測無細菌檢出微生物學的誕生與發(fā)展第38頁１、巴斯德與自然發(fā)生說巴斯德反駁自然發(fā)生說三個試驗第二個試驗加熱營養(yǎng)液密封放置細菌檢測無細菌檢出自然發(fā)生說質(zhì)疑：無機物自然變?yōu)樯袡C體必須提供新鮮空氣微生物學的誕生與發(fā)展第39頁１、巴斯德與自然發(fā)生說巴斯德反駁自然發(fā)生說三個試驗第三個試驗微生物學的誕生與發(fā)展第40頁１、巴斯德與自然發(fā)生說巴斯德反駁自然發(fā)生說三個試驗第三個試驗微生物學的誕生與發(fā)展第41頁１、巴斯德與自然發(fā)生說巴斯德反駁自然發(fā)生說三個試驗第三個試驗微生物學的誕生與發(fā)展第42頁第三個試驗微生物學的誕生與發(fā)展第43頁法國科學家巴斯德（LouisPasteur，1822-1895）

徹底否定了自然發(fā)生說證實發(fā)酵由微生物引發(fā)創(chuàng)造了狂犬病毒減毒疫苗制備方法

創(chuàng)造巴氏消毒法奠基期生理水平研究階段（1861~1897）微生物學的誕生與發(fā)展第44頁“進入科學王國最完美無缺人”巴斯德，法國微生物學家、化學家。他研究了微生物類型、習性、營養(yǎng)、繁殖、作用等，奠定了：

工業(yè)微生物學和醫(yī)學微生物學基礎，開創(chuàng)了微生物生理學微生物學的誕生與發(fā)展第45頁路易斯·巴斯德1822-1895巴斯德在戰(zhàn)勝狂犬病及霍亂、炭疽病、蠶病等方面都取得了結果。英國醫(yī)生李斯特并據(jù)此處理了創(chuàng)口感染問題。從此，整個醫(yī)學前進了細菌課時代，得到了空前發(fā)展，人們壽命所以而在一個世紀里延長了三十年之久。

巴斯德提出發(fā)酵是由微生物引發(fā)；他還發(fā)覺了厭氧微生物。

微生物學的誕生與發(fā)展第46頁巴斯德用一生證實了三個科學問題：（1）每一個發(fā)酵作用都是因為一個微菌發(fā)展。這位法國化學家發(fā)覺用加熱方法能夠殺滅那些讓啤酒變苦惱人微生物。很快，“巴氏殺菌法”便應用在各種食物和飲料上。（2）每一個傳染病都是一個微菌在生物體內(nèi)發(fā)展：因為發(fā)覺并根除了一個侵害蠶卵細菌，巴斯德拯救了法國絲綢工業(yè)。他意識到許多疾病均由微生物引發(fā)，于是建立起了細菌理論。

（3）傳染病致病菌，在特殊培養(yǎng)之下能夠減輕毒力，使他們從病菌變成防病疫苗。微生物學的誕生與發(fā)展第47頁創(chuàng)造了培養(yǎng)基并用其純化微生物等一系列研究方法創(chuàng)建證實炭疽病因—炭疽桿菌發(fā)覺結核病原菌—結核桿菌提出了科赫法則。2德國，鄉(xiāng)村醫(yī)生，羅伯特.科赫（RobertKoch，1843-1910）細菌學奠基人

微生物學的誕生與發(fā)展第48頁２、科赫與疾病病菌說健康者病者接觸傳染物感染得病科赫相關試驗——病原菌發(fā)覺炭疽病——炭疽芽孢桿菌奠基時期（生理學發(fā)展時期）微生物學的誕生與發(fā)展第49頁微生物學的誕生與發(fā)展第50頁基因水平科赫法則1.應在致病菌株中檢出一些基因或其產(chǎn)物，而無毒力菌株沒有

2.如有毒力菌株某個基因被破壞，則菌株毒力應減弱或消除3.將細菌接種到動物中時，這個基因應在感染過程中表示4.在接種動物檢測到這個基因產(chǎn)物抗體，或產(chǎn)生免疫保護微生物學的誕生與發(fā)展第51頁科赫與疾病病菌說最早人們認為疾病是由諸如超自然力、被稱為瘴毒毒氣以及四種體液（血液、粘痰、黃膽汁、黑膽汁）之間失調(diào)而引發(fā)。

AgostinoBassi（1773~1856）在1835年證實蠶病是由真菌感染引發(fā)，首先提出微生物可引發(fā)疾病。

1845年，M.J.Berkeley證實愛爾蘭馬鈴薯枯萎病（PotatoBlightofIreland）是由真菌引發(fā)。之后，巴斯德提出“蠶微粒子病”是由原生動物寄生蟲引發(fā)。

Lister受巴斯德關于微生物在發(fā)酵和腐敗問題中研究啟發(fā)，提出了外科消毒術，消毒所使用石炭酸能夠殺死細菌，一樣也能夠阻止傷口感染，這一觀點為微生物在疾病中作用提供了間接證據(jù)。微生物學的誕生與發(fā)展第52頁科赫與疾病病菌說主要貢獻：

建立了疾病細菌說；首創(chuàng)了細菌染色法；首創(chuàng)了細菌純培養(yǎng)——固體培養(yǎng)基提出了著名科赫法則。微生物學的誕生與發(fā)展第53頁柯赫其它主要貢獻：

建立了純培養(yǎng)技術（凝固劑和petridish）

對結核桿菌分離和觀察,首創(chuàng)了抗酸菌染色Ziehl-Nielsen染色法結核組織結核桿菌發(fā)覺和分離了引發(fā)霍亂微生物——霍亂弧菌，發(fā)覺了在控制霍亂傳輸中水過濾主要性，發(fā)表了第一張細菌顯微鏡照片。微生物學的誕生與發(fā)展第54頁羅伯特·科赫（RobertKoch1843-1910）1905年，偉大德國醫(yī)學家、大名鼎鼎羅伯特·科赫以舉世矚目標開拓性成績，問心無愧地取得諾貝爾生理學及醫(yī)學獎。微生物學的誕生與發(fā)展第55頁世界病原細菌學奠基人和開拓者傳染病是人類健康大敵。從古至今，鼠疫、傷寒、霍亂、肺結核等許多可怕病魔奪去了人類無數(shù)生命。人類要戰(zhàn)勝這些兇惡疾病，首先要搞清楚致病原因。而第一個發(fā)覺傳染病是由病原細菌感染造成人就是羅伯特·科赫。

微生物學的誕生與發(fā)展第56頁世界上第一次……世界上第一次發(fā)覺了炭疽熱病原菌——炭疽桿菌；世界上第一次證實了一個特定微生物引發(fā)一個特定疾病原因；世界上第一次分離出傷寒桿菌；世界上第一次創(chuàng)造了蒸汽殺菌法；世界上第一次分離出結核病細菌；世界上第一次發(fā)覺了霍亂弧菌；世界上第一次發(fā)覺了鼠蚤傳輸鼠疫秘密。微生物學的誕生與發(fā)展第57頁馬爾亭烏斯·貝葉林克MartinusBeijerinck（1851-1931）對微生物領域最大貢獻是提出了富集培養(yǎng)概念。

Beijerinck用富集培養(yǎng)技術從土壤和水中分離得到許多純種微生物，包含好氣固氮菌、硫化細菌、固氮根瘤菌、乳酸菌、綠藻和許多其它微生物。

在研究煙草花葉病時，Beijerinck指出感染物（一個病毒）不是細菌，而是寄生到植物細胞中生存一類微生物；實際上，Beijerinck描繪了病毒學基本理論。其它微生物學家（一）微生物學的誕生與發(fā)展第58頁

俄國維諾格拉斯基SergeiWinogradsky（1856-1935）成功分離了硝化細菌、硫化細菌等和氮、硫化合物循環(huán)相關微生物；提出硝化過程是細菌作用結果，提出無機化能營養(yǎng)和自養(yǎng)生物概念。還分離到第一株厭氧固氮菌——巴氏固氮梭狀芽孢桿菌，提出了細菌固氮作用概念。可稱是土壤微生物學奠基石。其它微生物學家（二）微生物學的誕生與發(fā)展第59頁四、發(fā)展時期（生物化學水平）1896，德國生物化學家愛德華·布赫納

EdwardBuchner(1860-1907)用無細胞存在酵母菌抽提液對葡萄糖進行酒精發(fā)酵成功，1907年取得諾貝爾化學獎。酵母細胞石英砂研磨過濾濾液葡萄糖酵母細胞酒精、CO2微生物學的誕生與發(fā)展第60頁青霉素發(fā)覺

亞歷山大·弗萊明(1881-1955)1929年，弗萊明發(fā)覺青霉菌能抑制葡萄球菌生長，揭示了微生物間拮抗關系，并發(fā)覺了青霉素。微生物學的誕生與發(fā)展第61頁弗萊明因為一次幸運過失而發(fā)覺了青霉素在1928年夏弗萊明外出度假時，把試驗室里在培養(yǎng)皿中正生長著細菌這件事給忘了。3周后當他回試驗室時，注意到一個與空氣意外接觸過金黃色葡萄球菌培養(yǎng)皿中長出了一團青綠色霉菌。在用顯微鏡觀察這只培養(yǎng)皿時，弗萊明發(fā)覺，霉菌周圍葡萄球菌菌落已被溶解。這意味著霉菌某種分泌物能抑制葡萄球菌。今后判定表明，上述霉菌為青霉菌，所以弗萊明將其分泌抑菌物質(zhì)稱為青霉素。

微生物學的誕生與發(fā)展第62頁鏈霉素發(fā)覺瓦克斯曼（Waksman,SelmanAbraham）俄國-美國微生物學家。1888年7月22日生于俄國普里魯基；1949年，瓦克斯曼在多年研究土壤微生物基礎上，發(fā)覺了鏈霉素。1952年，他以發(fā)覺鏈霉素卓越貢獻獲諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。瓦克斯曼

還創(chuàng)造了一系列分離抗生素方法和技術，使他試驗