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1、微 生 物 學,遼寧大學生命科學學院微生物教研室,緒 論,五、緒 論,1、什么是微生物 2、微生物在生物界的位置 3、微生物的五大共性 4、微生物與人類的關系微生物學的發(fā)展促進了人類的進步 5、微生物學的發(fā)展 6、微生物學及其分科 7、微生物學對生命科學的貢獻 8、21世紀微生物學的展望,微生物（microorganism，microbe）： 一切肉眼看不見或看不清的微小生物的總稱。 它們都是一些個體微?。ㄒ话?0.1mm）、構(gòu)造簡單的低等生物(單細胞或結(jié)構(gòu)較為簡單的多細胞生物、甚至沒有細胞結(jié)構(gòu)的生物)。,一、什么是微生物,（一）微生物的特點,1、小 個體微小 m級:光學顯微鏡可見（細胞）；

2、nm級:電子顯微鏡下可見（細胞器、病毒）。 2、簡 構(gòu)造簡單 單細胞、簡單多細胞、非細胞（分子生物）。 3、低 進化地位低,肉 眼 可 觀 察 到 微 生 物 聚 集 的 群 體 菌 落,（二）微生物的種類,微生物類群十分龐雜，包括真核類、原核類及非細胞類。 真核類：屬于真核生物的真菌（酵母菌、霉菌和蕈 菌），單細胞藻類、原生動物等； 原核類：屬于原核生物的細菌（真細菌和古細菌）、放線菌、藍細菌、支原體、立克次氏體、衣原體等； 非細胞類：無細胞結(jié)構(gòu)的病毒、類病毒、擬病毒等。,二、微生物在生物界的位置,（一）生物的界級分類學說 （二）分類單位與命名,（一）生物的界級分類學說,隨著人們對微生物認識

3、的逐步深化，近一百多年來，從兩界系統(tǒng)經(jīng)歷過三界系統(tǒng)、四界系統(tǒng)、五界系統(tǒng)甚至六界系統(tǒng)，最后又出現(xiàn)了三原界（或三總界）系統(tǒng)。,圖 生物界級學說的發(fā)展（陰影部分為微生物）,1、二界系統(tǒng),動物界、植物界。 人們對于動植物形態(tài)和類別的認識有了一些系統(tǒng)的知識。 我國春秋時期已形成了對生物分成動物和植物兩大類的認識（周禮地官、考工記等著作中），這就是最早的“二界系統(tǒng)”。 于公元前4世紀時亞里斯多德也提出了生物可分為動物和植物的“兩界系統(tǒng)”。 對兩界系統(tǒng)較為科學的敘述是1753年瑞典博物學家林奈在植物種志中提出來的。,2、三界系統(tǒng),德國動物學家ENHaeckel（1866）提出： 動物界、植物界、原生生物界（

4、Protista）。 原生生物界主要由一些單細胞生物及“無核類” （Monera）生物組成，包括細菌、藻類、 真菌和原生動物。,3、四界系統(tǒng),1938年Copeland提出四界，1956年成熟： 植物界； 動物界 原生動物外除； 原始生物界 包括原生動物、真菌、部分藻類； 菌界-原核生物界（Monera） 包括細菌、藍細菌。,4、五界系統(tǒng),1969年Whittaker提出了五界學說，五界系統(tǒng)包括： 動物界（Animalia）； 植物界（Plantae）； 原生生物界（Protista） 包括原生動物、單細胞藻類、粘菌等； 真菌界（Fungi） 包括真菌和酵母菌； 原核生物界（Monera）包括

5、細菌、藍細菌等。,圖 Whittaker的五界系統(tǒng)示意圖,以縱向顯示從原核生物到真核單細胞生物再到真核多細胞生物的三大進化階段， 而以橫向顯示光合營養(yǎng)（photosynthesis）、吸收式營養(yǎng)（absorption）和攝食 式營養(yǎng)（ingestion）這三大進化方向。,5、六界系統(tǒng),后生動物界（Metazoa）；后生植物界（Metaphyta）; 真菌界；原生生物界；原核生物界；病毒界（Archetista）。 我國學者王大耜等（1977）在Whittaker五界系統(tǒng)的基礎上，也提出過應增加一個病毒界（Vira）的六界系統(tǒng)： 動物界；植物界；原生生物界；真菌界； 原核生物界； 病毒界。 19

6、96年美國P.H.Raven等的六界系統(tǒng)： 動物界；植物界；原生生物界；真菌界； 真細菌界； 古細菌界。,6、三總界五界系統(tǒng),我國學者陳世驤（1979年）等按生物歷史發(fā)展的三個階段的不同將生物分為來分三個總界，再按生理、生態(tài)特性的差別分五個界。 非細胞總界（SuperkingdomAcytonia） 原核總界（SuperkingdomProcaryota） 1細菌界（KingdomMycomonera） 2藍細菌界（KingdomPhycomonera） 真核總界（SuperkingdomEucaryota） 3植物界（KingdomPlantae） 4真菌界（KingdomFungi） 5動

7、物界（KingdomAnimalia）,7、三原界系統(tǒng),根據(jù)16SrRNA核苷酸順序的同源性測定，1978年RHWhittaker和LMargulis提出了三原界（Urkingdom）學說。在生物進化過程的早期，存在著一類各生物的共同祖先，由它分三條進化路線，亦即形成了三個原界： 古細菌（Archaebacteria）原界 包括產(chǎn)甲烷菌，極端嗜鹽菌和嗜熱嗜酸菌； 真細菌（Eubacteria）原界 包括藍細菌和各種除古細菌以外的其他原核生物； 真核生物（Eucaryotes）原界 包括原生生物、真菌、動物和植物。,圖 三原界系統(tǒng)圖示,（二）分類單位與命名,1、分類單位 界，門，綱，目，科，屬，

8、種。 種是最基本的分類單位,它是一大群表型特征高度相似，親緣關系極其相近，與同屬內(nèi)其它種有著明顯差異的菌株的總稱。 種以下又分亞種(變種)，型，類群，菌株(品系)。,按照國際細菌命名法規(guī)，采用林奈氏雙名法。 屬名 + 種名 +命名人 屬名：名詞，斜體，首字母大寫，一般描繪主要形 態(tài)或生理特征。 種名：形容詞，斜體，小寫，代表一個種次要特征。 如大腸桿菌: Escherichia coli (Migula) Castellani 使科研周期大為縮短、空間減少、經(jīng)費降低、效率提高。 但若是有害微生物,將會給人類帶來極大的損失和危害.,（三） 生長旺，繁殖快,表13 若干微生物的代時及每日增殖率 微

9、生物名稱 代時 每日分裂次數(shù) 溫度 每日增殖率乳酸菌 38分 38 25 2.71011大腸桿菌 18分 80 37 1.21024根瘤菌 110分 13 25 8.2103枯草桿菌 31分 46 30 7.01013光合細菌 144分 10 30 1.0103釀酒酵母 120分 12 30 4.1103小球藻 7小時 3.4 25 10.6念珠藻 * 23小時 1.04 25 2.1硅藻 17小時 1.4 20 2.64草履蟲 10.4小時 2.3 26 4.92* 為念珠藍菌屬 (Nostoc) 的舊稱，與細菌同屬原核生物。,（四）適應強、易變異,1、適應強 微生物具有極其靈活的適應性或代

10、謝調(diào)控機制，這是任何高等動、植物無法比擬的。微生物 對環(huán)境條件尤其是地球上的極端環(huán)境有極其驚人的適應能力,堪稱“生物界之最”。,任何有其它生物生存的環(huán)境中，都能找到微生物。而在其它生物不可能生存的極端環(huán)境中也有微生物存在。, 突變頻率雖低，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(nèi)可出現(xiàn)大量變異的后代。,2、易變異 微生物一般都是單細胞、簡單多細胞或非細胞的，通常都是單倍體（n），容易發(fā)生變異（變異頻率十分低10-5 10-10）。最常見的變異形式是基因突變。 微生物的變異有：有益變異和有害變異。,（五）分布廣、種類多,萬米深海、85公里高空、 地層下128米和427米 沉積巖中都

11、發(fā)現(xiàn)有微生物存在。,1、分布廣,微生物因其體積小、重量輕，可以隨空氣流動到處傳播。但其怕明火，地球上除了火山的中心區(qū)域外，到處都有微生物的蹤跡。,（1） 物種的多樣性 （2） 生理代謝類型的多樣性 （3） 代謝產(chǎn)物的多樣性 （4） 遺傳基因的多樣性 （5） 生態(tài)類型的多樣性,2、種類多,（1） 物種的多樣性 微生物的總數(shù)約為50萬 600萬種，已記載過的約20萬種（1995年）。其中原核生物3500種，病毒4000種，真菌9萬種，原生動物和藻類10萬種。 （2） 生理代謝類型的多樣性 微生物的生理代謝類型之多，是動、植物所大不能及的。 表現(xiàn)在：對各種物質(zhì)甚至有毒物質(zhì)的分解、多種產(chǎn)能方式、生物固

12、氮作用、合成各種次生代謝產(chǎn)物和復雜有機物、對復雜有機分子基團的生物轉(zhuǎn)化、抵抗極端環(huán)境的能力等等。,（3） 代謝產(chǎn)物的多樣性 微生物究竟能產(chǎn)多少種代謝產(chǎn)物，是一個不容易準確回答的問題。 （4） 遺傳基因的多樣性 微生物基因組種類多樣（2000年5月止，已發(fā)表的微生物基因組31個、即將發(fā)表的15個、正在進行的106個），基因庫資源豐富。 （5） 生態(tài)類型的多樣性 微生物廣泛分布于地球表面各處及各種極端環(huán)境；微生物與微生物或與其它生物間還存在眾多的相互依存關系（互生、共生、寄生、拮抗、捕食等），如此眾多的生態(tài)系統(tǒng)類型就會產(chǎn)生出各種相應生態(tài)型的微生物。,微生物的“生物界之最”,個體最小,形態(tài)最簡,胃口

13、最大,食譜最廣,繁殖最快,數(shù)量最多,變異最易,抗性最強,休眠最長,種類最多,分布最廣,起源最早,發(fā)現(xiàn)最晚,界級最寬,四、 微生物與人類的關系微生物學的發(fā)展促進了人類的進步,（一） 害 在人類歷史上微生物給人類帶來很多大災難。 （二） 益 微生物對于人類“益大于害”，生產(chǎn)、生活都離不開微 生物。 （三） 微生物的應用 微生物的生理及代謝類型多種多樣、代謝活力強、代 謝產(chǎn)物多種多樣，已廣泛應用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)藥衛(wèi) 生、環(huán)境保護等方面。,1、工業(yè) 通過微生物的工業(yè)化培養(yǎng)，為人類生產(chǎn)出多種產(chǎn)品。 （1） 食品（發(fā)酵食品、食品添加劑、調(diào)料等） （2） 化工（酶制劑、氨基酸、有機酸、新材料開發(fā)等生物化工）

14、 （3） 石油、選礦、冶金,酸酸的食物,食物變酸後，有的能吃，有的不能吃。 有些酸酸的食物是人類利用微生物製造出來的 利用顯微鏡可以觀察到發(fā)酵食物中的微生物,人們利用微生物製造出來的食物很多，如 酒 麵包 饅頭 泡菜 發(fā)酵乳起司養(yǎng)樂多醃漬醬菜 豆腐乳,2、農(nóng)業(yè) 微生物在當代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有十分顯著的作用。 （1） 農(nóng)藥（農(nóng)用抗菌素、微生物生物農(nóng)藥防治害蟲、防治有害微生物、農(nóng)作物有害植物等） （2） 肥料（堆肥、廄肥、固氮作用的菌肥） （3） 植物生長刺激素（赤霉素920） （4） 飼料（微生物分解有機物質(zhì)、菌體蛋白SCP，single cell protein） （5） 畜用生物制品（免疫制劑、

15、藥劑） （6） 微生物能源沼氣發(fā)酵 （7） 食用、藥用真菌,3、醫(yī)藥衛(wèi)生 （1）醫(yī)藥 抗生素、免疫制品、生物藥品、藥用真菌等，用“工程菌”生產(chǎn)藥物（腦菲肽、胰島素、干擾素等）。 （2）消毒滅菌 利用物理或化學方法殺滅物品上病原微生物或全部微生物。 4、環(huán)境保護 目前，在污水處理中，微生物起著重要作用，有的固體廢棄物也可用微生物處理。,微生物處理腈綸廢水的塔式濾池,5、生物工程學（生物技術）,以生物學的理論和技術為基礎（特別是其中的微生物學、遺傳學、生物化學和細胞學），結(jié)合化工、機械、電子計算機等現(xiàn)代工程技術，充分運用分子生物學的最新成就，自覺地操縱遺傳物質(zhì)，定向地改造生物或其功能，短期內(nèi)創(chuàng)造出

16、具有超遠緣性狀的新物種。再通過合適的生物反應器，對這類“工程菌”或“工程細胞株”進行大規(guī)模的培養(yǎng)。以產(chǎn)生大量有用代謝產(chǎn)物或發(fā)揮它們獨特生理功能的一門新興技術。,生物工程,商品生產(chǎn),改造物種,常規(guī)菌(或常規(guī)細胞株) 遺傳工程 細胞工程 “工程菌”（或“工程細胞株”）, 微生物工程 酶工程 生物反應器工程 經(jīng)濟效益 大量產(chǎn)品 社會效益 生態(tài)效益,微生物工程的內(nèi)容,微生物菌體生產(chǎn)和應用,微生物代謝產(chǎn)物的應用,微生物機能的利用,五、微生物學發(fā)展簡史,人類認識微生物的四個障礙： 個體過于微小 群體外貌不詳 種間雜居混生 形態(tài)與其作用后果的之間很難被人認識,微生物學發(fā)展的五個時期,1、史前期 2、初創(chuàng)期

17、3、奠基期 4、發(fā)展期 5、成熟期,（一）史前期（約8000年前 1676）,各國勞動人民，其中尤以我國的制曲、釀酒技術著稱,遠古人類發(fā)現(xiàn)，吃剩的米粥數(shù)日后變成 了醇香可口的飲料人類最早發(fā)明的酒,我國古代的釀酒作坊 （四川新都縣出土的漢代畫像）,殷 商 酒 具,公元前2300年左右，埃及人釀制啤酒的場面,列文虎克 (Antony van Leeuwenhoek 1632-1723） 第一個看到并描述微生物的人。,（二）初創(chuàng)期形態(tài)描述階段（1676 1861）,Leeuwenhoek1684年寄給皇家協(xié)會信的部分內(nèi)容,Anthnoy van Leeuwenhoek與他的顯微鏡,（三）奠基期（18

18、61 1897）,生理水平研究階段（巴斯德、科赫） 1、微生物學開始建立 2、創(chuàng)立了一整套獨特的微生物學基本研究方法 3、開始運用“實踐理論實踐的思想方法開展 研究 4、 建立了許多應用性分支學科 5、進入尋找人類和動物病原菌的黃金時代,Louis Pasteur (1822 1895),1、解決了當時工、農(nóng)、醫(yī)方面提 出的許多難題，推動了生產(chǎn)的發(fā)展： 2、徹底否定了生命“自然發(fā)生”學說； 3、奠定了微生物學的理論基礎； 4、創(chuàng)造了一些微生物學實驗方法； 5、證實發(fā)酵是由微生物引起的； 6、免疫學預防接種； 7、發(fā)明巴氏消毒法（ Pasteurization）,巴斯德的雁頸瓶曲頸瓶實驗,Rob

19、ert Kock (1843 1910),1、發(fā)明了固體培養(yǎng)基，提出了 微生物純培養(yǎng)的概念和方法； 2、創(chuàng)造了細菌染色的方法； 3、發(fā)現(xiàn)了許多病原菌，如炭疽 桿菌、結(jié)核桿菌、霍亂弧菌等； 4、證明某種微生物是否為某種 疾病病原體的基本原則柯赫原則,柯赫原則,1) 在每一病例中都出現(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。,（四）發(fā)展期（1897 1953）,生化水平研究階段（生物化學奠基人布切諾） 1、對無細胞酵母菌”酒化酶“進行

20、研究； 2、發(fā)現(xiàn)微生物的代謝統(tǒng)一性； 3、普通微生物學開始形成； 4、開展廣泛尋找微生物的有益代謝產(chǎn)物； 5、青霉素的發(fā)現(xiàn)推動了微生物工業(yè)化培養(yǎng)技術的猛進。,Alexander Fleming 1929年發(fā)現(xiàn)了青霉素（penicillin）世界第一個抗生素,Alexander Fleming (1881-1955),（五）成熟期（1953 至今）,分子生物學水平研究階段 1、廣泛運用分子生物學理論和現(xiàn)代研究方法，深刻揭示 微生物的各種生命活動規(guī)律； 2、以基因工程為主導，把傳統(tǒng)的工業(yè)發(fā)酵提高到發(fā)酵工 程新水平； 3、大量理論性、交叉性、應用性和實驗性分支學 科飛速 發(fā)展； 4、微生物學的基礎理

21、論和獨特實驗技術推動了生命科學 各領域的飛速發(fā)展； 5、微生物基因組的研究促進了生物信息學時代的到來。,成熟期特點,微生物學成為十分熱門的前沿基礎學科 微生物成為生物學研究中的最主要對象 生物工程中，發(fā)酵工程是最成熟的應用技術,六、微生物學及其分科,（一）微生物學的研究內(nèi)容 （二）學習微生物學的目的與任務 （三）微生物學分科,（一）微生物學的研究內(nèi)容,微生物學是研究微生物及其生命活動規(guī)律的學科，是在細胞、分子或群體水平上研究微生物生命活動基本規(guī)律，并將其應用于工業(yè)發(fā)酵、醫(yī)學衛(wèi)生和生物工程等領域的科學。 研究內(nèi)容涉及微生物的： 形態(tài)結(jié)構(gòu) 分類鑒定 生長代謝 生長繁殖 遺傳變異 生態(tài)分布 微生物對

22、自然界、微生物各類群之間、微生物與其他生物之間的相互影響、相互作用 微生物在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生、環(huán)境保護等方面的作用,（二）學習微生物學的目的與任務,學習目的：研究微生物及其生命活動規(guī)律是為了更好地利用、控制、改造微生物，為人類服務。除了利用其對人類的有利作用外，還包括防止、消除微生物的有害活動或使之轉(zhuǎn)害為利。 根本任務：開發(fā)、利用、改善和保護有益的微生物，控制、消滅或改造有害微生物，為人類社會的進步服務。,（三）微生物學分科,微生物學由于其研究任務不同，形成了一些分支學科。 1、按研究微生物的基本生命活動規(guī)律為目的分：總學科為普通微生物學。 分學科為微生物分類學、微生物生理學、微生物遺傳學、微生物生態(tài)學、分子微生物學等。 2、按微生物應用領域來分：總學科應用微生物學。 分學科為工業(yè)微生物學、農(nóng)業(yè)微生物學、醫(yī)學微生物學、藥用微生物學、診斷微生物學、抗生素學、食品微生物學等。 3、按研究的微生物對象分：細菌學、真菌學（菌物學）、病毒學、原核生物學、自養(yǎng)