微生物課件第一章-chapter01

第一章微生物概述一、微生物的概念二、微生物的種類三、微生物的基本特征四、微生物與人類的關(guān)系五、微生物學(xué)及其分科六、微生物學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史七、微生物學(xué)研究現(xiàn)狀和發(fā)展附：教材與參考文獻(xiàn)1、微生物（microorganism，microbe）

是一群存在于自然界中，一切肉眼不能直接看見(jiàn)，必須借助光學(xué)顯微鏡或電子顯微鏡放大幾百倍、幾千倍甚至幾萬(wàn)倍才能看清楚的或看不清的微小生物的總稱，它們是一些個(gè)體微?。ㄒ话阈∮?.1mm）、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的低等生物。一、微生物的概念2、微生物包括哪些類群呢？細(xì)胞型微生物原核細(xì)胞型微生物特點(diǎn)：不具有真正的細(xì)胞核（只有擬核）無(wú)完整的細(xì)胞器（只有核糖體）舉例：細(xì)菌、支原體、衣原體、立克次氏體、螺旋體、放線菌真核細(xì)胞型微生物特點(diǎn)：有典型的細(xì)胞核有完整的細(xì)胞器舉例：真菌非細(xì)胞型微生物特點(diǎn)：不具有細(xì)胞結(jié)構(gòu)只能在活細(xì)胞內(nèi)增殖舉例：病毒1、最小的細(xì)菌：納米細(xì)菌,直徑僅50nm。三、微生物的特點(diǎn)最大的細(xì)菌：“納米比亞硫磺珍珠”,有些可達(dá)0.75mm。2.

微生物的特點(diǎn)微生物由于體形微小，因而導(dǎo)致了一系列與之密切相關(guān)的5個(gè)重要共性。

（1）體積小、面積大——比表面積大，測(cè)量微生物的單位微米三、微生物的類群及特點(diǎn)邊長(zhǎng)立方體數(shù)總表面積比面值近似對(duì)象1.0cm16cm26豌豆1.0mm10360cm260細(xì)小藥丸0.1mm106600cm2600滑石粉粒0.01mm1096,000cm26,000變形蟲(chóng)1.0um10126m260,000球菌0.1um101560m2600,000大膠粒0.01um1018600m26,000,000大分子1.0nm10216,000cm260,000,000分子對(duì)1cm3固體作10倍系列三維分割后的比面值變化三、微生物的類群及特點(diǎn)由于微生物是一個(gè)如此突出的小體積大面積系統(tǒng)，從而賦予它們具有不同于一切大生物的五個(gè)共性，因?yàn)橐粋€(gè)小體積大面積系統(tǒng)，必然有一個(gè)巨大的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收面、代謝廢物的排泄面和環(huán)境信息的交流面。由此，產(chǎn)生其余4個(gè)共性。（2）吸收多、轉(zhuǎn)化快大腸桿菌（Escherichiacoli）每小時(shí)可分解自身重量1,000-10,000倍的乳糖。產(chǎn)朊假絲酵母（Candidautilis）合成蛋白質(zhì)的能力比大豆強(qiáng)100倍，比食用公牛強(qiáng)10萬(wàn)倍，故有單細(xì)胞蛋白（singlecellprotein，SCP）的生產(chǎn)。一些微生物的呼吸速率比高等動(dòng)、植物的組織強(qiáng)數(shù)十倍至數(shù)百倍。這個(gè)特性為微生物的高速生長(zhǎng)繁殖和合成大量代謝產(chǎn)物提供了充分的物質(zhì)基礎(chǔ)，從而使微生物能在自然界和人類實(shí)踐中更好的發(fā)揮其超小型“活的化工廠”的作用。（3）生長(zhǎng)旺、繁殖快

E.coli：12.5-20min分裂一次。如果以20min/次計(jì)算，請(qǐng)計(jì)算每天可產(chǎn)生多少子細(xì)胞？三、微生物的類群及特點(diǎn)4,722,366,500萬(wàn)億個(gè)后代，總量約4,722噸。液體培養(yǎng)物細(xì)菌濃度一般僅為108-109細(xì)胞/mL，為什么？這一特性對(duì)于發(fā)酵工業(yè)的實(shí)踐意義在于生產(chǎn)效率高和發(fā)酵周期短。（4）適應(yīng)強(qiáng)、易變異微生物具有極其靈活的適應(yīng)性或代謝調(diào)節(jié)機(jī)制，這是任何高等動(dòng)植物所無(wú)法企及的。E.coli細(xì)胞中能容納20萬(wàn)-30萬(wàn)蛋白質(zhì)分子，2000-3000種執(zhí)行不同生理功能的蛋白質(zhì)，若每種功能平均分配約100個(gè)蛋白質(zhì)分子，他們?nèi)阅鼙ＷC這一物種在復(fù)雜的外界環(huán)境中長(zhǎng)期存在和進(jìn)化。極端環(huán)境的適應(yīng)力驚人：高溫、高酸、高鹽、高輻射、高壓、低溫、高堿、高毒等環(huán)境中能生長(zhǎng)繁殖。微生物的突變頻率很低（一般為10-5-10-10），但由于其繁殖快、數(shù)量多、受外界環(huán)境影響大等特點(diǎn)，相對(duì)而言容易發(fā)生變異。三、微生物的類群及特點(diǎn)有關(guān)青霉素有易變異正、反兩個(gè)方面的例子。青霉素的使用劑量：1940年：10萬(wàn)單位/次1980年：輸液80萬(wàn)單位/次2000年：輸液800萬(wàn)-1000萬(wàn)單位/次（5）分布廣、種類多微生物到處傳播，“無(wú)孔不入”，條件合適，即“隨遇而安”。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(wàn)單位微生物的種類多主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①物種的多樣性據(jù)估計(jì)，微生物的總數(shù)在50萬(wàn)-60萬(wàn)中之間，其中已記載過(guò)的僅20萬(wàn)種（1995年），包括原核生物3,500種，病毒4,000種，真菌9萬(wàn)種，原生動(dòng)物和藻類10萬(wàn)種，且這些數(shù)字還會(huì)急劇增加。還會(huì)發(fā)現(xiàn)多少種？三、微生物的類群及特點(diǎn)

②生理代謝類型的多樣性

A.分解地球貯量最豐富的初級(jí)有機(jī)物——天然氣、石油、纖維素等

B.多樣的產(chǎn)能方式——光合作用、化能自養(yǎng)作用、厭氧產(chǎn)能等

C.生物固氮D.次生代謝產(chǎn)生復(fù)雜有機(jī)物E.對(duì)復(fù)雜有機(jī)物的生物轉(zhuǎn)化③代謝產(chǎn)物的多樣性微生物的分布廣、種類多這一特點(diǎn)，為人類在新世紀(jì)中進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用微生物資源提供了無(wú)限廣闊的前景——微生物資源學(xué)。⑤生態(tài)類型的多樣性④遺傳基因的多樣性

Diversityinspecies雖然目前已定種的微生物只有大約10萬(wàn)種，遠(yuǎn)較動(dòng)植物為少，但一般認(rèn)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%人體體表及體內(nèi)存在大量的微生物：皮膚表面：平均10萬(wàn)個(gè)細(xì)菌/平方厘米；口腔：細(xì)菌種類超過(guò)500種；腸道：微生物總量達(dá)100萬(wàn)億，糞便干重的1/3是細(xì)菌，每克糞便的細(xì)菌總數(shù)為：1000億個(gè)；微生物無(wú)處不在，我們無(wú)時(shí)不生活在“微生物的海洋”中細(xì)菌數(shù)億/g土壤，土壤中的細(xì)菌總重量估計(jì)為：10034×1012

噸每張紙幣帶細(xì)菌：900萬(wàn)個(gè)；每個(gè)噴嚏的飛沫含4500-150000個(gè)細(xì)菌，重感冒患者為8500萬(wàn)強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、高熱的極端環(huán)境；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；常年封凍的冰川人跡可到之處，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！從永凍冰層分離微生物南極Vostok湖冰芯樣品中的微生物微生物與人類關(guān)系的重要性，我們?cè)趺磸?qiáng)調(diào)都不過(guò)分。微生物是一把典型的雙刃劍，它們?cè)诮o人類帶來(lái)巨大利益的同時(shí)也帶來(lái)“殘忍”的破壞；它給人類帶來(lái)的利益不僅是享受，而且實(shí)際上涉及到人類的生存?？梢赃@么說(shuō)，微生物既是人類的敵人又是人類的朋友。四、微生物與人類的關(guān)系以下我們從幾個(gè)大的方面體會(huì)一下微生物與人類的關(guān)系，看看微生物作為敵人的“面孔”和作為朋友的“模樣”。1.人類健康病原體、抗生素2.工業(yè)產(chǎn)品腐敗、發(fā)酵產(chǎn)品3.生物工程學(xué)（發(fā)酵、遺傳、細(xì)胞、酶、生物發(fā)應(yīng)器）工程→生物工程學(xué)4.農(nóng)業(yè)農(nóng)產(chǎn)品霉變、農(nóng)業(yè)栽培、生物農(nóng)藥5.環(huán)境環(huán)境污染、物質(zhì)循環(huán)、環(huán)境保護(hù)四、微生物與人類的關(guān)系6.生命科學(xué)基礎(chǔ)理論研究生物中心法則、核酸的變性、復(fù)性和雜交、糖酵解、發(fā)酵、TCA循環(huán)、EMP途徑、生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型、呼吸鏈、氧化磷酸化、DNA的半保留復(fù)制、操縱子、生物代謝調(diào)節(jié)的方式、氨基酸的分解代謝途徑等。微生物確乎是一把明晃晃的雙刃劍。

1.什么是微生物學(xué)（microbiology）微生物學(xué)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(dòng)的基本規(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)。五、微生物學(xué)及其分科2.微生物學(xué)的根本任務(wù)微生物學(xué)的根本任務(wù)是發(fā)掘、利用、改善和保護(hù)有益微生物，控制、消滅和改造有害微生物，為人類社會(huì)的進(jìn)步服務(wù)。3.微生物學(xué)的分科微生物學(xué)已經(jīng)經(jīng)歷了一個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，已分化出大量的分支學(xué)科，而且還會(huì)不斷地形成新的學(xué)科和研究領(lǐng)域。

五、微生物學(xué)及其分科1.一個(gè)難以認(rèn)識(shí)的微生物世界

（1）個(gè)體過(guò)于微小大多數(shù)微生物的個(gè)體在幾

m-幾十

m

，在顯微鏡發(fā)明之前僅靠肉眼難以發(fā)現(xiàn)和辨認(rèn)。六、微生物學(xué)的發(fā)展史

（2）群體外貌不顯微生物的個(gè)體看不見(jiàn)，形成的群體（菌落或菌苔）雖然可見(jiàn)，一般也平淡無(wú)奇，不引人注意。（3）種間雜居混生自然狀態(tài)下雜居混生，在發(fā)明各種微生物的分離、培養(yǎng)技術(shù)之前，無(wú)法知道其真正的作用。（4）形態(tài)與作用因果難聯(lián)微生物的生長(zhǎng)繁殖快，代謝活躍，傳染病早期并不引人注意，即便事態(tài)嚴(yán)重，往往也沒(méi)有意識(shí)到是微生物的活動(dòng)。就是許多非病原微生物的生長(zhǎng)活動(dòng)所引起的各種生化變化（發(fā)酵、腐?。┑?，也是如此。2.微生物學(xué)的發(fā)展史整個(gè)微生物學(xué)的發(fā)展史是一部逐步克服上述認(rèn)識(shí)微生物的4個(gè)障礙不斷探究它們的生活規(guī)律，開(kāi)發(fā)利用有益微生物和控制有害微生物的歷史。（如顯微鏡的發(fā)明、無(wú)菌技術(shù)的應(yīng)用、純種分離和培養(yǎng)技術(shù)的建立等。）史前期8000年前-1676年初創(chuàng)期1676年-1861年奠基期1861年-1897年發(fā)展期1897年-1953年成熟期1953年-至今AntonyvanLeeuwenhoekLouisPasteurRobertKochE.BuchnerJ.WatsonF.Crick

（1）史前期（8000年前-1676年）這一時(shí)期的特點(diǎn)：低水平的應(yīng)用階段。以下一段話可以反映這一時(shí)期的特點(diǎn)：視而不見(jiàn)、嗅而不聞、觸而不覺(jué)、食而不察、得其益而不感其好、受其害而不知其惡。我們根據(jù)劃時(shí)代意義的事件扼要將微生物學(xué)的發(fā)展史分為5個(gè)時(shí)期。六、微生物學(xué)的發(fā)展史在史前期，世界各國(guó)人民在自己的生產(chǎn)實(shí)踐中都積累了許多利用有益微生物和防治有害微生物的經(jīng)驗(yàn)。例如發(fā)面、天然果酒和啤酒釀造、牛乳和乳制品的發(fā)酵以及利用霉菌來(lái)治療一些疾病等，但當(dāng)時(shí)應(yīng)用水平最高并獨(dú)樹(shù)一幟的應(yīng)用應(yīng)該首推我國(guó)人民在制曲釀酒方面的偉大創(chuàng)造。

①釀酒②農(nóng)業(yè)③醫(yī)學(xué)（2）初創(chuàng)期（1676年-1861年）這一時(shí)期的特點(diǎn)：形態(tài)描述和分門別類的階段。荷蘭商人安東.列文虎克（AntonyvanLeeuwenhoek，1632-1723），是真正看見(jiàn)并描述微生物的第一個(gè)人。他的最大貢獻(xiàn)是利用自制的顯微鏡發(fā)現(xiàn)了微生物世界（當(dāng)時(shí)被稱之為微小動(dòng)物）。顯微鏡構(gòu)造簡(jiǎn)單，僅一個(gè)透鏡安裝在兩片金屬薄片的中間，在透鏡前面有一根金屬短棒，在棒的尖端擱上需要觀察的樣品，通過(guò)調(diào)焦螺旋調(diào)節(jié)焦距。六、微生物學(xué)的發(fā)展史AntonyvanLeeuwenhoek列文虎克和他的顯微鏡六、微生物學(xué)的發(fā)展史a.顯微鏡b.描述的細(xì)菌列文虎克的顯微鏡和描述的細(xì)菌二、微生物學(xué)的發(fā)展史實(shí)際上，列文虎克是清楚地看見(jiàn)了細(xì)菌和原生動(dòng)物，首次向世人揭示了一個(gè)嶄新的生物世界——微生物世界。由于列文虎克的劃時(shí)代貢獻(xiàn)，他在1680年被選為英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)員。（3）奠基期（1861年-1897年）十九世紀(jì)中期，以法國(guó)的巴斯德和德國(guó)的柯赫為代表的科學(xué)家揭示了微生物才是造成腐敗發(fā)酵和人畜疾病的原因，并建立了分離、培養(yǎng)、接種和滅菌等一系列獨(dú)特的微生物技術(shù)，從而奠定了微生物學(xué)的基礎(chǔ)，同時(shí)開(kāi)辟了醫(yī)學(xué)和工業(yè)微生物等分支學(xué)科。巴斯德和柯赫是微生物學(xué)的奠基人。這一時(shí)期的特點(diǎn)：從形態(tài)描述推進(jìn)