陳向東微生物學第1章

微生物學生物技術(shù)系陳向東

第1章緒論生物技術(shù)系陳向東一、武漢大學“微生物學”課程的建設(shè)與發(fā)展經(jīng)過多年的建設(shè)與發(fā)展，我校的“微生物學”課程已成為一門在全國有特色有影響的優(yōu)質(zhì)課程一）教材建設(shè)和教學大綱二）教學研究三）課程及相關(guān)教師的獲獎情況一）教材建設(shè)和教學大綱

1977年以來，受教育部（原國家教委）委托，一直負責制定我國綜合大學微生物學教學大綱；20年內(nèi)先后出版微生物學方面的教材與參考書20多部，其中6本為全國統(tǒng)編教材；二）教學研究三）課程及相關(guān)教師的獲獎情況二、本學期的教學安排一）授課教師主講教師：陳向東（副教授）主要本科教學經(jīng)歷：微生物學專業(yè)指選課：“微生物學技術(shù)”、“微生物學技術(shù)實驗”“微生物學”課程教學小組：沈萍、陳向東、唐兵責任教授（教學小組組長）：沈萍教授聯(lián)系方式：電話：87648533（實驗室）、87868649（家）電子郵件：whubmg@二）授課方式講授內(nèi)容以教材為主；授課方式以PowerPoint講板為主；平時小測驗、課后習題；1．課堂教學2．課外教學微生物學教學網(wǎng)站；多種渠道的師生交流；（個別交談、學習委員、問卷調(diào)查、電話、E-mail、網(wǎng)絡(luò)）三）本課程的學習參考資料1、報刊及網(wǎng)上與微生物學相關(guān)的科技新聞；2、參考書：（1）《微生物學教程》，周德慶，高等教育出版社，1993（2）“Brock'sBiologyofMicroorganism9TH”，MichaelT.MadiganJohnM.MartinkoJackParker，PrenticeHall，1999（3）“Microbiology”，LansingM.Prescott,DonaldKlein,JohnHarley，McGraw-HillHigherEducation，20003、參考雜志“微生物學通報”、“微生物學雜志”、“科學”、“生命的科學”人體體表及體內(nèi)存在大量的微生物：皮膚表面：平均10萬個細菌/平方厘米；口腔：細菌種類超過500種；腸道：微生物總量達100萬億，糞便干重的1/3是細菌，每克糞便的細菌總數(shù)為：1000億個；三、微生物與我們微生物無處不在，我們無時不生活在“微生物的海洋”中。

細菌數(shù)億/g土壤，土壤中的細菌總重量估計為：10034×1012噸；每張紙幣帶細菌：900萬個；每個噴嚏的飛沫含4500-150000個細菌，重感冒患者為8500萬；微生物既是人類的敵人，更是人類的朋友！時時刻刻與微生物“共舞”

是禍？是福？微生物是自然界物質(zhì)循環(huán)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)；微生物是人類的朋友！體內(nèi)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(zhì)、組成生理屏障微生物可以為我們提供很多有用的物質(zhì)；

有機酸、酶、各種藥物、疫苗、面包、奶酪、啤酒、醬油等等基因工程為代表的現(xiàn)代生物技術(shù)；少數(shù)微生物也是人類的敵人！鼠疫；天花；艾滋??；瘋牛??；埃博拉病毒；

可以說，微生物與人類關(guān)系的重要性，你怎么強調(diào)都不過分，微生物是一把十分鋒利的雙刃劍，它們在給人類帶來巨大利益的同時也帶來“殘忍”的破壞。它給人類帶來的利益不僅是享受，而且實際上涉及到人類的生存。（講義P1）“在近代科學中，對人類福利最大的一門科學，要算是微生物學了?！薄毡緦W者尾形學在“家畜微生物學”（1977）我國8000年前就開始出現(xiàn)了曲蘗釀酒；4000年前埃及人已學會烘制面包和釀制果酒；2500年前發(fā)明釀醬、醋，用曲治消化道疾??；公元六世紀(北魏時期)賈思勰的巨著“齊民要術(shù)”；公元2世紀，張仲景：禁食病死獸類的肉和不清潔食物；公元前112年-212年間，華佗：“割腐肉以防傳染”；公元九世紀痘漿法、痘衣法預防天花；1346年，克里米亞半島上的法卡城之戰(zhàn)(靼坦人-羅馬人)；16世紀，古羅巴醫(yī)生G.Fracastoro：疾病是由肉眼看不見的生物(livingcreatures)引起的；1641年，明末醫(yī)生吳又可也提出“戾氣”學說；四、微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學的建立與發(fā)展（一）微生物的發(fā)現(xiàn)1664年，英國人虎克（RobertHooke）曾用原始的顯微鏡對生長在皮革表面及薔薇枯葉上的霉菌進行觀察。1676年，微生物學的先驅(qū)荷蘭人列文虎克（Antonyvanleeuwenhoek）首次觀察到了細菌。他沒有上過大學，是一個只會荷蘭語的小商人，但卻在1680年被選為英國皇家學會的會員。列文虎克利用業(yè)余時間制造過400多架單式顯微鏡和放大鏡，放大率一般為50~200倍，（二）微生物學的奠基四、微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學的建立與發(fā)展法國人巴斯德（LouisPasteur）（1822～1895）德國人柯赫（RobertKoch）（1843～1910）（二）微生物學的奠基四、微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學的建立與發(fā)展1.巴斯德(1)發(fā)現(xiàn)并證實發(fā)酵是由微生物引起的；(2)徹底否定了“自然發(fā)生”學說；化學家出生的巴斯德涉足微生物學是為了治療“酒病”和“蠶病”著名的曲頸瓶試驗無可辯駁地證實，空氣內(nèi)確實含有微生物，是它們引起有機質(zhì)的腐敗。(3)免疫學——預防接種首次制成狂犬疫苗(4)其他貢獻巴斯德消毒法：60～65℃作短時間加熱處理，殺死有害微生物（二）微生物學的奠基四、微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學的建立與發(fā)展2.柯赫a）細菌純培養(yǎng)方法的建立土豆切面→營養(yǎng)明膠→營養(yǎng)瓊脂（平皿）（1）微生物學基本操作技術(shù)方面的貢獻b）設(shè)計了各種培養(yǎng)基，實現(xiàn)了在實驗室內(nèi)對各種微生物的培養(yǎng)c）流動蒸汽滅菌d）染色觀察和顯微攝影（二）微生物學的奠基四、微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學的建立與發(fā)展2.柯赫（2）對病原細菌的研究作出了突出的貢獻：a）具體證實了炭疽桿菌是炭疽病的病原菌；b）發(fā)現(xiàn)了肺結(jié)核病的病原菌；（1905年獲諾貝爾獎）c）證明某種微生物是否為某種疾病病原體的基本原則——著名的柯赫原則1、在每一相同病例中都出現(xiàn)這種微生物；2、要從寄主分離出這樣的微生物并在培養(yǎng)基中培養(yǎng)出來；3、用這種微生物的純培養(yǎng)接種健康而敏感的寄主，同樣的疾病會重復發(fā)生；4、從試驗發(fā)病的寄主中能再度分離培養(yǎng)出這種微生物來。（三）微生物學發(fā)展過程中的重大事件四、微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學的建立與發(fā)展（見講義P4表1-1微生物學發(fā)展中的重大事件）1890VonBehring

制備抗毒素治療白喉和破傷風；1892

Ivanovsky

提供煙草花葉病毒是由病毒引起的證據(jù)；1928Griffith發(fā)現(xiàn)細菌轉(zhuǎn)化；1929Fleming發(fā)現(xiàn)青霉素；1944Avery等證實轉(zhuǎn)化過程中DNA是遺傳信息的載體；1953Watson和Crick提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)；1970～1972Arber、Smith和Nathans

發(fā)現(xiàn)并提純了

DNA限制性內(nèi)切酶對其機理的研究導致DNA是遺傳物質(zhì)的確證；外源遺傳物質(zhì)導入各種細胞的基因重組技術(shù)的建立；（三）微生物學發(fā)展過程中的重大事件四、微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學的建立與發(fā)展（見講義P4表1-1微生物學發(fā)展中的重大事件）1977Woese提出古生菌是不同于細菌和真核生物的特殊類群

Sanger

首次對f×174噬菌體DNA進行了全序列分析；1982～1983Prusiner

發(fā)現(xiàn)朊病毒(prion)；1983～1984Mullis

建立PCR技術(shù)；1995第一個獨立生活的細菌(流感嗜血桿菌)全基團組序列測定完成；1996第一個自養(yǎng)生活的古生菌基因組測定完成；1997第一個真核生物(啤酒酵母)基因組測序完成；（四）20世紀的微生物學四、微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學的建立與發(fā)展十九世紀末到二十世紀中期：微生物學：鑒定病原菌、研究免疫學及其在預防疾病中的作用、尋找化學治療藥物、分析微生物的化學活性。普通生物學：細胞的構(gòu)造及其在繁殖和發(fā)展中的作用、植物和動物的遺傳和進化的機制。動、植物的生命活動規(guī)律適用于結(jié)構(gòu)大大簡單的微生物？肌肉的糖酵解酵母菌乙醇發(fā)酵本質(zhì)上的同一性“生物化學的同一性”維生素生長因子相同的化學本質(zhì)多種輔酶的前體輔酶為細胞代謝所必需（一切生命系統(tǒng)在代謝水平上具有相同的本質(zhì)）對動植物起作用的遺傳機制同樣適用于微生物生化突變細菌基因水平轉(zhuǎn)移微生物遺傳學肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗病毒重組實驗噬菌體感染實驗核酸是遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)（四）20世紀的微生物學四、微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學的建立與發(fā)展20世紀40年代后，微生物自身的特點使其成為生物學研究的“明星”，微生物學很快與生物學主流匯合，并被推到了整個生命科學發(fā)展的前沿，獲得了迅速的發(fā)展，在生命科學的發(fā)展中作出了巨大的貢獻。微生物學與生物學發(fā)展的主流匯合、交叉，獲得了全面、深入的發(fā)展（見P3圖1-1微生物學的主要分支學科）（見P3圖1-1微生物學的主要分支學科）（四）20世紀的微生物學四、微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學的建立與發(fā)展本校開設(shè)的微生物學專業(yè)課：

微生物遺傳學微生物生理學微生物學技術(shù)工業(yè)微生物學微生物生態(tài)學醫(yī)學微生物學細菌分類學免疫學病毒學Jacob等通過研究大腸桿菌誘導酶的形成機制而提出操縱子學說，闡明了基因表達調(diào)控的機制，為分子生物學的形成奠定了基礎(chǔ)。60年代Nirenberg等人通過研究大腸桿菌無細胞蛋白質(zhì)合成體系及多聚尿苷酶，發(fā)現(xiàn)了苯丙氨酸的遺傳密碼，繼而完成了全部密碼的破譯，為人類從分子水平上研究生命現(xiàn)象開辟了新的途徑?！皵嗔鸦颉薄ⅰ疤S基因”、“重疊基因”的發(fā)現(xiàn)，以及基因結(jié)構(gòu)的精細分析、基因組測序等。1941年Beadle和Tatum用粗糙脈胞霉進行的突變實驗使基因和酶的關(guān)系得以闡明，并提出了“一個基因一個酶”的假說。四、微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學的建立與發(fā)展（五）微生物學在生命科學發(fā)展中的重要地位1．微生物是生物學基本理論研究中的理想實驗對象，對微生物的研究促進許多重大生物學理論問題的突破

基因和酶關(guān)系的闡明及“一個基因一個酶”的假說；遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)的闡明；基因概念的發(fā)展；遺傳密碼的破譯；基因表達調(diào)控機制的研究；生物大分子合成的中心法則；DNA→RNA→蛋白質(zhì)四、微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學的建立與發(fā)展（五）微生物學在生命科學發(fā)展中的重要地位2．對生命科學研究技術(shù)的貢獻細胞的人工培養(yǎng)；突變體篩選；DNA重組技術(shù)和遺傳工程；3．微生物與“人類基因組計劃”作為模式生物；基因與基因組的功能研究的重要工具;四、微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學的建立與發(fā)展（五)我國微生物學的發(fā)展湯飛凡：沙眼病原體的分離和確證陳華癸：根瘤菌固氮作用的研究高尚蔭：創(chuàng)建了我國病毒學的基礎(chǔ)理論研究和第一個微生物學專業(yè)抗生素的總產(chǎn)量已耀居世界首位兩步法生產(chǎn)維生素C的技術(shù)居世界先進水平泉生熱孢菌全基因組序列測定基因水平轉(zhuǎn)移---細菌DNA的主動分泌與攝取聰明的黏菌生命起源的研究；四、微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學的建立與發(fā)展（六）21世紀微生物學展望

1．微生物自身的特點（共性和特性）將會更加受到關(guān)注和利用以微生物為研究材料繼續(xù)對一些基本生命現(xiàn)象進行研究；生物進化方面的研究；在微生物基因組上進行的考古性別分化的意義；生物智慧的發(fā)展；微生物產(chǎn)業(yè)的開發(fā)；重要致病菌的特點及其防治；極端環(huán)境的微生物的研究；共性：微生物具有其他生物共有的基本生物學特性：生長、繁殖、代謝、共用一套遺傳密碼等，甚至其基因組上含有與高等生物同源的基因，充分反映了生物高度的統(tǒng)一性。特性：微生物具有其它生物不具備的生物學特性，例如可在其他生物無法生存的極端環(huán)境下生存和繁殖，具有其他生物不具備的代謝途徑和功能，反映了微生物極其豐富的多樣性。微生物自身特性的進一步開發(fā)、利用：例如降解性塑料，分解纖維素、生產(chǎn)單細胞蛋白等。借助（利用）微生物特點的基因工程產(chǎn)業(yè)：利用微生物生