(61)-微生物學(xué)緒論微生物學(xué)

微生物學(xué)

Microbiology教學(xué)安排地點(diǎn)：理工4-206,207時(shí)間：周三3-4節(jié)（單周）；

周五5-6節(jié)（1-19周）學(xué)時(shí)：共75學(xué)時(shí)，41學(xué)時(shí)理論，實(shí)驗(yàn)34學(xué)時(shí)教材：周德慶，《微生物學(xué)教程》，高等教育出版社沈萍，《微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)》，高等教育出版社?

課堂講授為主，PowerPoint演板；課堂聽講為主，筆記，即時(shí)理解；自學(xué)為輔?？偝煽?jī)：平時(shí)成績(jī)（30%）+期末考試（70%）平時(shí)成績(jī)：出勤、提問與討論、作業(yè)、實(shí)驗(yàn)課程說明

微生物學(xué)是生命科學(xué)中重要的基礎(chǔ)學(xué)科之一，其知識(shí)面覆蓋微觀世界和宏觀世界兩方面，內(nèi)容涉及微生物的形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理生化、遺傳變異、生態(tài)分布以及食品與微生物的關(guān)系等方面。該課程有利于學(xué)生全面、系統(tǒng)地理解微生物學(xué)的基本知識(shí)和基本理論，熟練掌握微生物的基本操作技能，初步具有分析和解決有關(guān)實(shí)際問題的能力，同時(shí)也為后繼專業(yè)課的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。緒論

一、什么是微生物

微生物(microorganism，microbe)是一切肉眼看不見的或看不清的微小生物的總稱。

微生物的種類很多主要包括：細(xì)菌、放線菌、藍(lán)細(xì)菌、支原體、立克次氏體、衣原體、真菌（酵母菌、霉菌及蕈菌）、原生動(dòng)物、單細(xì)胞藻類、病毒、亞病毒等。

微生物根據(jù)其不同的進(jìn)化水平和性準(zhǔn)上的明顯差別可分為三大類群：

原核類：細(xì)菌、放線菌、藍(lán)細(xì)菌、支原體、衣原體、立克次氏體

真核類：真菌（酵母菌、霉菌及蕈菌）、原生動(dòng)物、顯微藻類

非細(xì)胞類：病毒、亞病毒原核生物真核生物病毒、亞病毒古生菌真細(xì)菌真菌原生生物植物動(dòng)物微生物細(xì)胞生物非細(xì)胞生物----------生物

二、人類對(duì)微生物世界的認(rèn)識(shí)過程（一）難以認(rèn)識(shí)的微生物世界原因：1、個(gè)體微小

2、外貌不顯

3、雜居混生

4、因果難聯(lián)微生物學(xué)歷史發(fā)展的早期，就是圍繞著如何克服這四大障礙而開展各種研究工作的。（二）人類揭開微生物世界奧秘的歷史微生物學(xué)的發(fā)展歷史可分為五個(gè)時(shí)期：

1、史前期

2、初創(chuàng)期

3、奠基期

4、發(fā)展期

5、成熟期

1.史前期（朦朧階段）

史前期是指人類還未見到微生物個(gè)體，尤其是細(xì)菌細(xì)胞前的一段漫長(zhǎng)的歷史時(shí)期，大約在距今8000年～1676年間。

開創(chuàng)者：各國(guó)勞動(dòng)人民，其中尤以我國(guó)的制曲、釀酒技術(shù)著稱。

特點(diǎn)：未見細(xì)菌等微生物個(gè)體；憑實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)利用微生物的有益活動(dòng)（釀酒、制醬、釀醋、漚肥、發(fā)面）。2.初創(chuàng)期（形態(tài)描述階段）時(shí)間：1676～

1861開創(chuàng)者：Leeuwenhoek（列文虎克）特點(diǎn)：自制的單式顯微鏡觀察到細(xì)菌的個(gè)體；對(duì)一些微生物形態(tài)進(jìn)行描述。

1676年，微生物學(xué)的先驅(qū)荷蘭人列文虎克首次觀察到了細(xì)菌。他沒有上過大學(xué)，是一個(gè)只會(huì)荷蘭語的小商人，但卻在1680

年被選為英國(guó)皇家學(xué)會(huì)的會(huì)員。3.奠基期（生理水平研究階段）時(shí)間：1861～

1897開創(chuàng)者：Pasteur（巴斯德）和Koch（科赫）特點(diǎn)：①建立了一系列研究微生物所必要的獨(dú)特方法；②借助于良好的研究方法，開創(chuàng)了尋找病原微生物的“黃金時(shí)期”；③把微生物的研究從形態(tài)描述推進(jìn)到生理學(xué)研究的新水平；④微生物學(xué)以獨(dú)立的學(xué)科形式開始形成。

巴斯德（LouisPasteur）——微生物學(xué)奠基人

(1)發(fā)現(xiàn)并證實(shí)發(fā)酵是由微生物引起的酒精發(fā)酵是一個(gè)由微生物引起的生物過程還是一個(gè)純粹的化學(xué)反應(yīng)過程，曾是化學(xué)家和微生物學(xué)家激烈爭(zhēng)論的問題。巴斯德認(rèn)為一切發(fā)酵作用都可能和微生物的生長(zhǎng)繁殖有關(guān)。不同的發(fā)酵是由不同的微生物引起的。經(jīng)不斷地努力，終于證實(shí)酒精發(fā)酵是由酵母菌引起的。

(2)徹底否定了“自然發(fā)生”學(xué)說

著名的曲頸瓶試驗(yàn)無可辯駁地證實(shí)，空氣內(nèi)確實(shí)含有微生物，是它們引起有機(jī)質(zhì)的腐敗。

(3)免疫學(xué)——預(yù)防接種（鈍化病原體可誘發(fā)免疫性和預(yù)防疾?。?/p>

首次制成狂犬疫苗

(4)其他貢獻(xiàn)

巴斯德消毒法：60～65℃作短時(shí)間加熱處理，殺死有害微生物科赫（RobertKoch）——細(xì)菌學(xué)奠基人（1）微生物學(xué)基本操作技術(shù)方面的貢獻(xiàn)

a）細(xì)菌純培養(yǎng)方法的建立劃線法混合倒平板法

b）設(shè)計(jì)了各種培養(yǎng)基，實(shí)現(xiàn)了在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對(duì)各種微生物的培養(yǎng)

c）流動(dòng)蒸汽滅菌

d）染色觀察和顯微攝影（2）對(duì)病原細(xì)菌的研究作出了突出的貢獻(xiàn)：

a）具體證實(shí)了炭疽桿菌是炭疽病的病原菌；

炭疽桿菌b）發(fā)現(xiàn)了肺結(jié)核病的病原菌（1905年獲諾貝爾獎(jiǎng)）；結(jié)核桿菌c）證明某種微生物是否為某種疾病病原體的基本原則——著名的柯赫原則某一種微生物，當(dāng)被懷疑是病原體時(shí)，它一定伴隨著病害而存在；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；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(huì)重復(fù)發(fā)生；從試驗(yàn)發(fā)病的寄主中能再度分離培養(yǎng)出這種微生物來。4.發(fā)展期（生化水平研究階段）時(shí)間：1897～

1953開創(chuàng)者：Büchner——生物化學(xué)奠基人特點(diǎn)：①進(jìn)入微生物生化水平的研究；②應(yīng)用微生物的分支學(xué)科更為擴(kuò)大，出現(xiàn)了抗生素等學(xué)科；③開始尋找各種有益微生物代謝產(chǎn)物；④普通微生物學(xué)開始形成；⑤各相關(guān)學(xué)科和技術(shù)方法相互滲透，相互促進(jìn)，加速了微生物學(xué)的發(fā)展。5.成熟期（分子生物學(xué)水平研究階段）時(shí)間：

1953～至今開創(chuàng)者：

Watson

和

Crick——分子生物學(xué)奠基人特點(diǎn)：①微生物學(xué)從一門在生命科學(xué)中較為孤立的以應(yīng)用為主的學(xué)科，成為一門十分熱門的前沿基礎(chǔ)學(xué)科；②在基礎(chǔ)理論的研究方面，逐步進(jìn)入到分子水平的研究，微生物迅速成為分子生物學(xué)研究中的最主要的對(duì)象；③在應(yīng)用研究方面，向著更自覺、更有效和可人為控制的方向發(fā)展。三、微生物的作用

1.微生物與糧食

糧食生產(chǎn)是全人類生存中至關(guān)重要的大事。微生物在提高土壤肥力、改進(jìn)作物特性（如構(gòu)建固氮植物）、促進(jìn)糧食增產(chǎn)、防治糧食作物的病蟲害、防止糧食霉腐變質(zhì)以及把多余糧食轉(zhuǎn)化為糖、單細(xì)胞蛋白、各種飲料和調(diào)味品等方面，都可大顯身手。2．微生物與能源①把自然界蘊(yùn)藏量極其豐富的纖維素轉(zhuǎn)化成乙醇；②利用產(chǎn)甲烷菌把自然界蘊(yùn)藏量最豐富的可再生資源轉(zhuǎn)化成甲烷；③利用光合細(xì)菌、藍(lán)細(xì)菌或厭氧梭菌等微生物生產(chǎn)“清潔能源”--氫氣；④通過微生物發(fā)酵產(chǎn)氣或其代謝產(chǎn)物來提高石油采收率；⑤研制微生物電池使之實(shí)用化。

3.微生物與資源

微生物能將地球上永不枯竭的纖維素等可再生資源轉(zhuǎn)化成各種化工、輕工和制藥等工業(yè)原料。傳統(tǒng)的：乙醇、丙醇、丁醇、乙酸、甘油、乳酸、蘋果酸等；現(xiàn)代的：水楊酸、烏頭酸、已二酸、丙烯酸、長(zhǎng)鏈脂肪酸、亞麻酸油和聚羥基丁酸酯（PHB）等；另外：微生物在金屬礦藏資源的開發(fā)和利用上也有獨(dú)特的作用。

4.微生物與環(huán)境保護(hù)利用微生物肥料、微生物殺蟲劑或農(nóng)用抗生素來取代會(huì)造成環(huán)境惡化的各種化學(xué)肥料或化學(xué)農(nóng)藥；

利用微生物生產(chǎn)的PHB（聚-?-羥丁酸）制造易降解的醫(yī)用塑料制品、手術(shù)針和縫線以減少環(huán)境污染；利用微生物來凈化生活污水和有毒工業(yè)污水；利用微生物技術(shù)來監(jiān)察環(huán)境的污染度等。

5.微生物與人類健康

防治各類疾病的主要手段是各種微生物產(chǎn)生的藥物：抗生素、干擾素和白細(xì)胞介素等高效藥物紛紛轉(zhuǎn)向由“工程菌”來生產(chǎn)。

此外，一大批與人類健康、長(zhǎng)壽有關(guān)的生物制品，如疫苗、類毒素等均是微生物產(chǎn)品。

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(gè)細(xì)菌/平方厘米；口腔：細(xì)菌種類超過500種；腸道：微生物總量達(dá)100萬億，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)；每個(gè)噴嚏的飛沫含4500-150000個(gè)細(xì)菌，重感冒患者為8500萬個(gè)；人和動(dòng)物60%的傳染性疾病是由病毒引起,如天花、麻疹、流行性感冒、脊髓灰質(zhì)炎、乙型腦炎、肝炎、AIDS和SARS等。少數(shù)寄生型放線菌可引起人、動(dòng)物（如皮膚、腦、肺和腳部感染）、植物（如馬鈴薯和甜菜的瘡痂?。┑募膊　Ａ⒖舜问象w大多是人獸共患的病原體，主要以節(jié)肢動(dòng)物(虱、蚤、蜱、螨)為媒介，引起人類疾病如流行性斑疹傷寒、恙蟲熱、Q熱等。沙眼衣原體是人類砂眼的病原體，甚至引起結(jié)膜炎、角膜炎、角膜血管翳等臨床癥狀，成為致盲的重要原因。部分真菌寄生在人、動(dòng)物和植物體內(nèi)，可引起許多疾病。如人的頭癬、灰指甲、腳癬（香港腳）均是真菌引起的。四、微生物學(xué)的基本研究方法

1.顯微鏡技術(shù)

光學(xué)顯微鏡的誕生，它將肉眼的分辨率提高到微米級(jí)水平，而電子顯微鏡的出現(xiàn)使人眼分辨達(dá)到納米水平。列文虎克是第一個(gè)用顯微鏡來觀察和描述微生物的人。

2.無菌技術(shù)

無菌技術(shù)是在分離、轉(zhuǎn)接及培養(yǎng)純培養(yǎng)物時(shí)防止其被其他微生物污染的技術(shù)。而對(duì)滅菌技術(shù)的原理等作出科學(xué)解釋的是巴斯德，他所進(jìn)行的舉世聞名的曲頸瓶實(shí)驗(yàn)，不僅徹底否定了當(dāng)時(shí)十分流行的“生命自然發(fā)生學(xué)說”，而且為微生物學(xué)中的無菌技術(shù)的創(chuàng)立和發(fā)展奠定了理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。

3.純種培養(yǎng)技術(shù)

微生物純種培養(yǎng)技術(shù)在科學(xué)實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐中有著極其重大的理論與實(shí)踐意義。若為微生物提供一個(gè)初級(jí)培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)方法并不復(fù)雜，但要使微生物在大規(guī)模生產(chǎn)中良好地生長(zhǎng)或累積代謝產(chǎn)物，就得考慮一些最為合理的培養(yǎng)裝置和有效的工藝條件，并且還要在整個(gè)微生物的發(fā)酵過程中嚴(yán)防其他微生物的干擾，即防止雜菌污染。發(fā)酵罐的發(fā)明及大規(guī)模地普及使用，為生物工程學(xué)開辟了嶄新的前景。同時(shí)微生物發(fā)酵工業(yè)也已成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要支柱之一。

五、微生物的五大特點(diǎn)

1.體積小、面積大

微生物的個(gè)體極其微小，要測(cè)量它們，必須用μm或nm作單位。如一個(gè)典型的球菌體積僅為１μm3。

最近芬蘭科學(xué)家Kajander等發(fā)現(xiàn)了一種能引起尿結(jié)石的納米細(xì)菌，其直徑最小僅為50nm，甚至比最大的病毒更小一些。這種細(xì)菌分裂緩慢，三天才分裂一次，是目前所知的最小的具有細(xì)胞壁的細(xì)菌。它們的結(jié)構(gòu)也是非常簡(jiǎn)單的，大多數(shù)微生物為單細(xì)胞，只有少數(shù)為簡(jiǎn)單的多細(xì)胞。又如PSTV由359個(gè)核苷酸組成的RNA，長(zhǎng)度為50nm；朊病毒僅蛋白質(zhì)分子組成。比表面積=表面積/體積乳酸桿菌120,000豌豆6.0雞蛋1.5體重200磅的人0.3

2.吸收多，轉(zhuǎn)化快

科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)微生物吸收和轉(zhuǎn)化物質(zhì)的能力比動(dòng)物、植物要高很多倍，如在合適的環(huán)境下，Escherichiacoli每小時(shí)內(nèi)可消耗其自重1000倍～10000倍的乳糖。

Candidautilis(產(chǎn)朊假絲酵母)合成蛋白質(zhì)的能力比大豆強(qiáng)100倍，比食用公牛強(qiáng)10萬倍。

微生物的這個(gè)特性為它們的高速生長(zhǎng)繁殖和產(chǎn)生大量代謝產(chǎn)物提供了充分的物質(zhì)基礎(chǔ)，從而使微生物有可能更好地發(fā)揮“活的化工廠”的作用，人類對(duì)微生物的利用主要體現(xiàn)在它們的生物化學(xué)轉(zhuǎn)化能力上。

3.生長(zhǎng)旺，繁殖快

生物界中，微生物具有驚人的生長(zhǎng)繁殖速度，其中二等分裂的細(xì)菌尤為突出。人們研究得最透砌的微生物是Escherichiacoli，其細(xì)胞在合適的生長(zhǎng)條件下，每分裂一次的時(shí)間是12.5～20.0分鐘。如按20分鐘分裂一次計(jì)，則每小時(shí)分裂3次，24小時(shí)可達(dá)到4.722×1024個(gè)。具強(qiáng)大的合成能力，可利用農(nóng)產(chǎn)品廢棄物、石油甚至CO2等為原料合成有機(jī)物。微生物合成蛋白質(zhì)的速度比植物快500倍，比動(dòng)物快2000倍。

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)溫度每日增殖率乳酸菌38分38252.7×1011大腸桿菌18分80371.2×1024

根瘤菌110分13258.2×103枯草桿菌31分46307.0×1013光合細(xì)菌144分10301.0×103釀酒酵母120分12304.1×103小球藻7小時(shí)3.42510.6念珠藻*23小時(shí)1.04252.1硅藻17小時(shí)1.4202.64草履蟲10.4小時(shí)2.3264.92*為念珠藍(lán)菌屬(Nostoc)的舊稱，與細(xì)菌同屬原核生物。

由于條件的限制，細(xì)菌的指數(shù)分裂速度只能維持?jǐn)?shù)小時(shí)，而在液體培養(yǎng)基中，細(xì)菌細(xì)胞的濃度一般僅能達(dá)到108～109個(gè)/ml。

微生物的這一特性在發(fā)酵工業(yè)上體現(xiàn)在：生產(chǎn)效率高、發(fā)酵周期短。在生物學(xué)基本理論的研究上的優(yōu)越性：科研周期大大縮短、經(jīng)費(fèi)減少、效率提高。

當(dāng)然，對(duì)于危害人、畜和植物等的病原微生物或使物品發(fā)霉的微生物來說，它們的這個(gè)特性就會(huì)給人類帶來極大的麻煩甚至嚴(yán)重的禍害，因而需要認(rèn)真對(duì)待。4.適應(yīng)強(qiáng)、易變異

微生物有極其靈活的適應(yīng)性，這是高等動(dòng)植物無法比擬的，諸如抗熱性、抗寒性、抗鹽性、抗酸性、抗壓力等能力。例如：在海洋深處的某些硫細(xì)菌可在250℃～300℃之間生長(zhǎng)；嗜鹽細(xì)菌可在飽和鹽水中正常生長(zhǎng)繁殖；Thiobacillusthioo