材料微生物技術

1主講人：錢春香教授cxqian@材料微生物技術王瑞興講139.com2012年9月12日/材料樓2022主要內容二、神奇的微生物2四、本課程學習計劃與要求4一、認識微生物31三、微生物在國民經(jīng)濟和社會發(fā)展中的作用333主要內容一、認識微生物31微生物的概念微生物(Microorganism,microbe)是指一大類形體微小、結構簡單的低等生物的總稱。微生物的三個特點小測量單位為微米或納米簡簡單多細胞；單細胞；無細胞結構低進化程度低，為原始的生命形式微生物小的直觀感覺真核細胞型原核細胞型電鏡微生物的相對大小肉眼光學顯微鏡可見范圍病毒微生物的種類原核生物細菌、放線菌、衣原體、支原體、立克次氏體、藍細菌真核生物真菌（霉菌、酵母菌等）、原生動物、單細胞藻類非細胞生物病毒、類病毒、擬病毒、朊病毒等細

菌各種“視野”下的細菌光鏡暗視野熒光透射電鏡超薄切片冷凍切片掃描電鏡DNA蛋白質復合物電鏡下的微生物曲霉阿米巴草履蟲酵母菌病毒微生物的特點個體最小，比面值最大比面值:假設人=1；

大腸桿菌(E.coli)=300,000有利于物質交換和能量、信息的交換；微生物一系列屬性均與此特點密切相關。比面值=面積/體積微生物的生物學之最形態(tài)最簡代謝最強食譜最雜繁殖最快數(shù)量最多分布最廣種類最多變異最易個體最小形態(tài)最簡代謝最強生物界的普遍規(guī)律：生物個體越小，其單位體重消耗的食物越多地鼠每天消耗與體重等重的糧食；閃綠蜂鳥每天消耗兩倍于體重的糧食大腸桿菌每小時消耗2000倍于體重的糖代謝最強生物界的普遍規(guī)律：生物個體越小，其單位體重消耗的食物越多地鼠每天消耗與體重等重的糧食；閃綠蜂鳥每天消耗兩倍于體重的糧食大腸桿菌每小時消耗2000倍于體重的糖食譜最雜從無機物到有機物；從無毒物到有毒物；從結構簡單到結構復雜的物質，微生物都能利用和降解。繁殖最快大腸桿菌37℃培養(yǎng)在牛奶中，12.5min即可分裂一次；一般培養(yǎng)液的菌濃度為108-109個/ml。數(shù)量最多人體的腸道中始終寄居著100～400種微生物，為腸道正常菌群，總數(shù)可達100萬億分布最廣萬米深海的硫細菌85公里高空的微生物地層下128米和427米的沉積巖中的細菌類型低限傾向種數(shù)高限病毒與立克次氏體1,2171,2171,217支原體424242細菌與放線菌>1,0001,5001,500藍細菌1,2271,5001,500藻類15,05123,10023,100真菌37,17547,30068,939原生動物24,06824,06830,000總數(shù)79,78098,727127,298種類最多變異最易突變頻率一般為10-5～10-10，但因繁殖快，數(shù)量多，與外界環(huán)境直接接觸，因而在短時間內可出現(xiàn)大量變異的后代。如：流感病毒抗性最強休眠最長起源最早發(fā)現(xiàn)最晚19主要內容二、神奇的微生物2神奇微生物可以帶給人類……具有智慧“思考能力”的黏菌——建立生物計算機變形黃色黏菌看上去不太像是構造未來“生物計算機”的基礎元素，但目前日本科學家最新研究顯示，黏菌能夠思考，在迷宮路徑中最直接有效地尋找到食物，它將顛覆我們所理解的傳統(tǒng)智慧生命體。其工作能力遠超出一些先進計算機和軟件包，它的“信息處理”水平使我們無法相信是由單細胞微生物能夠完成的。神奇微生物可以帶給人類……美宇航局擬用細菌為行星探索機器人供能為了給美國的火星車供電，科學家安裝了一個放射性同位素發(fā)電系統(tǒng)，利用钚的放射性衰變產(chǎn)生的熱量發(fā)電，至少可滿足“好奇”號一個火星年(687個地球日)的用電需求。實驗室航天器工程學部門進行用于行星探索的微型機器人細菌供電技術的初步研究，利用細菌的代謝過程供電，若取得成功，未來的微型機器人行星探險家將采用有效而可靠的微生物燃料電池。神奇微生物可以帶給人類……吃廢氣的神奇微生物新西蘭蘭扎公司與寶鋼集團、中國科學院簽署三方合作協(xié)議，共建“生物能源研發(fā)中心”。目前三方啟動實施的300噸乙醇示范工廠項目將為全球首次鋼廠尾氣制乙醇的產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化提供科學數(shù)據(jù)。如示范項目成功，蘭扎公司將在寶鋼集團的廠房內建立一個處理煉鋼廢氣能力在10萬加侖左右的尾氣制乙醇示范工程，附加值則發(fā)電高3倍以上。神奇微生物可以帶給人類……“吃”砒霜的微生物砒霜(As2O3)以其劇毒而聞名神奇微生物可以帶給人類……電子牧羊犬“牧放”微生物人類放牧的歷史已有數(shù)千年，但是人類最初放牧并不是件很容易的事。后來，人們開始利用牧羊犬把牧場里的牲畜集中在一起。那么能否找到一種很簡單的方法集中微生物？其實找到微生物世界的“牧羊犬”神奇微生物可以帶給人類……在沸騰中旺盛的微生物科學家日前發(fā)現(xiàn)了一種深海微生物，這種微生物比其它生物都更能耐熱，它在130攝氏度的高壓下仍能繼續(xù)生長和繁殖它更新了科學家們對生命所能承受的溫度上限的認識，有助于更深入地研究地球生命的起源和演化，也為在其他星球上尋找生命存在的跡象提供了新線索。用鐵來進行能量轉換，這是以前不為人知的一種嶄新的生物“呼吸”方式神奇微生物可以帶給人類……專吃氯乙烯的微生物，利于地下水清潔氯乙烯是一種最常見的有毒工業(yè)化學制品，能在土壤中存在好幾百年?，F(xiàn)在，人們主要通過把受污染的水從地下泵吸出來，撒到空氣中形成細密水霧，讓陽光暴曬，使化合物自然分解來清除氯乙烯和其他有機化合物。美國微生物學家弗蘭克·洛佛勒花了4年時間，從密執(zhí)安州的地下土壤樣本中找到了這種微生物。過去，科學家已經(jīng)在利用其他一些吞食有毒廢棄物的微生物來治理環(huán)境污染，但靠吞食氯乙烯為生的微生物還是首次發(fā)現(xiàn)。神奇微生物可以帶給人類……具有成礦作用的新型微生物美國科學家最近在威斯康星州西南部一處廢棄鐵礦床的深處，發(fā)現(xiàn)一種能夠“制造”極為細長的納米級晶體的新型微生物。這種微生物和細長微晶體的發(fā)現(xiàn)，為人們探索生物成礦作用的機制開啟了一扇更廣闊的窗口。這種晶體的獨特性主要表現(xiàn)在它的直徑／長度比非常大：直徑僅有幾個納米而長度達到10微米，相差千倍以上，與人的發(fā)絲比例接近。有助于人類模擬大自然創(chuàng)制的材料杰作，從而開辟仿生合成的新途徑28主要內容三、微生物在國民經(jīng)濟和社會發(fā)展中的作用3微生物與人類關系：福兮?禍兮？微生物是人類的朋友微生物是自然界物質循環(huán)的關鍵環(huán)節(jié)體內的正常菌群是人及動物健康的基本保證：幫助消化、提供必需的營養(yǎng)物質、組成生理屏障。微生物可以為我們提供很多有用的物質：有機酸、酶、藥物、疫苗、面包、奶酪、啤酒微生物與人類可持續(xù)發(fā)展當前人類正面臨著多種危機，如糧食危機、能源匱乏、生態(tài)惡化和人口爆炸等。人類進入21世紀后，遇到從利用有限的礦物資源時代過渡到利用無限的生物資源時代而產(chǎn)生的一系列的新問題。由于微生物獨具特點，使得它們能夠在解決人類面臨的各種危機中發(fā)揮其不可替代的獨特作用。微生物與人類可持續(xù)發(fā)展環(huán)境限制性意義：由于世界人口的急劇增長,社會經(jīng)濟發(fā)展對資源的需求與日俱增。微生物細胞不僅是一個比面值大、生化轉化能力強、能進行快速自我復制的生命系統(tǒng)，而且它們還具有物種、遺傳、代謝和生態(tài)類型的多樣性，使得它們能夠在解決人類面臨的各種危機中發(fā)揮其不