第一章 緒論,細(xì)菌,病 毒,出芽的面包酵母，啤酒,腦膜炎球菌,冠狀病毒形態(tài)結(jié)構(gòu)示意,羊肚菌,第一章 緒論,微生物學(xué)的研究對(duì)象 微生物學(xué)的發(fā)展 學(xué)習(xí)微生物學(xué)的目的（為什么學(xué)）與任務(wù) 怎樣才能學(xué)好微生物學(xué) 微生物學(xué)的未來(lái)展望,一、微生物學(xué)的研究對(duì)象,1.何為微生物學(xué)？ 研究微生物及其生命活動(dòng)規(guī)律和應(yīng)用的科學(xué)，研究?jī)?nèi)容包括微生物的形態(tài)結(jié)構(gòu)、分類(lèi)、生理、遺傳變異、代謝、生態(tài)、免疫以及微生物在工、農(nóng)、醫(yī)藥、衛(wèi)生、環(huán)保、生物工程等方面的應(yīng)用。 2.什么是微生物？ 微生物是一大群形體（體積）微小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，肉眼視之不見(jiàn)的單細(xì)胞，多細(xì)胞，甚至無(wú)細(xì)胞結(jié)構(gòu)的低等生物的總稱(chēng)。（因?yàn)樘?，一般用肉眼看不清楚的生物沈?） _,3.微生物的主要類(lèi)群,微 生 物,細(xì) 胞 型 M,非 細(xì) 胞 型 M,原核微生物,真核微生物,細(xì)菌,放線菌,立克次氏體,衣原體,支原體,藍(lán)細(xì)菌,蛭弧菌,粘細(xì)菌,古生菌,酵母菌,霉菌,大型真菌(蕈菌),粘菌,病毒,亞病毒,類(lèi)病毒,衛(wèi)星病毒,衛(wèi)星RNA,朊病毒,4.分類(lèi)地位 1735年林奈的兩界分類(lèi)系統(tǒng)：動(dòng)物界；植物界 1969年魏塔克（R. Whittaker）的五界分類(lèi)系統(tǒng)：動(dòng)物界；植物界；原生生物界；原核生物界；真菌界 70年代(73,77)我國(guó)學(xué)者王大耜等在魏塔克五界的基礎(chǔ)上提出六界分類(lèi)系統(tǒng)：即增加病毒界 1978年伍斯（Woese)三域?qū)W說(shuō)：古生菌域；細(xì)菌域；真核生物域。 6界微生物占了4界，可見(jiàn)微生物在生物界中占有十分重要的地位。,5.微生物的共性,1)體積小，比表面積大 是本質(zhì)是基礎(chǔ)，小體積大面積必然有一個(gè)巨大的營(yíng)養(yǎng)物 質(zhì)的吸收面，代謝廢物的排泄面;環(huán)境信息的接觸面. 乳酸菌120,000 表面積/體積： 人 0.3 雞蛋 1.5 2)吸收多，轉(zhuǎn)化快 乳酸菌每小時(shí)吸收的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的重量達(dá)自身重量的100 多倍；一個(gè)70Kg重的人每晝夜進(jìn)食5Kg(量夠大的了) 那 么每小時(shí)吸收的量只及自身重量的0.3% 。 500Kg重的酵母菌菌懸液每天利用氨水和廢糖蜜至少 能生產(chǎn)5000（有說(shuō)5萬(wàn)）Kg的蛋白質(zhì)；而500Kg重的一 頭肉牛每天只能生產(chǎn)0.4-0.5Kg的蛋白質(zhì)。,3)生長(zhǎng)旺，繁殖快 大腸桿菌如各方面的條件都合適，每12.5-20（有說(shuō)20-30）min分裂一次，按20min來(lái)算， 則1晝夜分裂72次，那么1個(gè)菌體就會(huì)產(chǎn)生2的72次方個(gè)（即4722366500萬(wàn)億個(gè)），重達(dá)4722噸； 酵母菌每2小時(shí)分裂一次， 12小時(shí)可收獲一次，一年可收獲數(shù)百次，要比其它動(dòng)植物快的多。 4)適應(yīng)強(qiáng)，易變異 a.適應(yīng)性強(qiáng) 耐熱：90溫泉中甚至250-300的海底火山口附近有微生物（太平洋海底“黑煙囪”火山口附近分離的“121株”，能在121 生長(zhǎng)繁殖，隱蔽熱網(wǎng)菌能在105 下生長(zhǎng)；,耐寒：常年冰封的兩極（甚至零下19的不凍湖中）有微生物； 一般微生物都能耐負(fù)196（液氮）及負(fù)253（液氫）。 耐鹽：32%的飽和食鹽水中有微生物，嗜鹽細(xì)菌。 耐干：芽孢桿菌在干燥條件下存活幾十年、幾百年甚至幾千 年。 耐酸：氧化硫硫桿菌能在5-10%的硫酸中生長(zhǎng)。 耐堿：脫氮硫桿菌能在pH 10.7的堿液中生長(zhǎng)。 耐壓： 地球大洋最深處在關(guān)島附近的馬里亞納海溝，水深11034 米，靜水壓1103.4個(gè)大氣壓，可仍有細(xì)菌在生活。,b.易變異 由于微生物數(shù)量多，繁殖快，與外界直接接觸，使其能產(chǎn)生大量的變異后代；青霉素是由產(chǎn)黃青霉產(chǎn)生的，1943年時(shí)每毫升發(fā)酵液只能產(chǎn)生20單位，目前發(fā)達(dá)國(guó)家已達(dá)5-10萬(wàn)單位； 另外，菌類(lèi)的抗藥性也說(shuō)明了變異的存在，原來(lái)嚴(yán)重感染的病人每天只要10萬(wàn)單位的青霉素，而現(xiàn)在則要800萬(wàn)單位。（40、80、160、400萬(wàn)單位） 5）分布廣，種類(lèi)多 動(dòng)植物體內(nèi)外，土壤中，海洋里，大氣中，巖石內(nèi)到處都有微生物，人們用地球物理火箭從距地球表面85公里的空中找到了微生物，在萬(wàn)米深的海底也找到了微生物，在427米的沉積巖心中找到了活的細(xì)菌。,食物(手指甲蓋大的生肉上有上萬(wàn)個(gè)M),糧食(1克上有幾千到幾萬(wàn)個(gè)M),飲料(1湯匙生牛奶中有2000萬(wàn)個(gè)M),動(dòng)植物體內(nèi)外,人的腸道中(100萬(wàn)億個(gè),近400種)都有M.現(xiàn)在動(dòng)物有150萬(wàn)種，植物有50萬(wàn)種，微生物目前發(fā)現(xiàn)的有10-15萬(wàn)種，但據(jù)前蘇聯(lián)的科學(xué)家估計(jì)發(fā)現(xiàn)的僅占微生物總量的5-10%，微生物的總量比動(dòng)植物的總和還要多。,6.微生物的作用,1)物質(zhì)轉(zhuǎn)化中作用重大:無(wú)機(jī)物,有機(jī)物,植物,M,M,2)生產(chǎn)和日常生活中起重要作用,日常生活:醬油,味精和食醋,啤酒紅酒和白酒,甘油(化妝品),皮革脫毛,蠶絲脫膠） 農(nóng)業(yè):5406菌肥,920生長(zhǎng)素,BT農(nóng)藥,根瘤菌制劑的應(yīng)用，鉀細(xì)菌、磷細(xì)菌肥料,有機(jī)肥的分解 工業(yè),醫(yī)學(xué),國(guó)防,環(huán)保,冶金等方面作用重大.,3)害處:人體和動(dòng)物的病原菌可使人和動(dòng)物得傳染病,植物的病害與微生物有關(guān).啤酒、食品變質(zhì)，糧食、衣物霉變等。,二、微生物學(xué)的發(fā)展,1.我國(guó)古代人民對(duì)微生物的認(rèn)識(shí)和利用 我國(guó)人民在距今8000-4500年間發(fā)明了制曲釀酒工藝，在2500年前的春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期已會(huì)制醬和制醋，宋代已采用曲母進(jìn)行接種，并會(huì)制造紅曲; 900年前利用自養(yǎng)細(xì)菌的膽水浸銅法生產(chǎn)銅，在2000年前發(fā)現(xiàn)豆科植物的根瘤有增產(chǎn)作用，在宋代還創(chuàng)造了以毒攻毒的免疫學(xué)方法，最早發(fā)明用人痘來(lái)預(yù)防天花，比英國(guó)的Jenner(琴納1796年)早半個(gè)多世紀(jì)。華佗去腐肉以防傳染也是免疫學(xué)知識(shí)的應(yīng)用。 我國(guó)制曲釀酒有4大特點(diǎn)：歷史悠久，工藝獨(dú)特，經(jīng)驗(yàn)豐富，品種多樣。 另外，食用菌栽培為我國(guó)首創(chuàng)；用鹽腌、糖漬、煙熏、風(fēng)干等方法保存食品。,2.微生物的發(fā)現(xiàn),微生物世界是一個(gè)難以認(rèn)識(shí)的世界： 個(gè)體微小：人能看到大于1mm的東西，而微生物大都在幾個(gè)微米到幾十個(gè)微米之間。 外貌不顯 ：?jiǎn)蝹€(gè)微生物雖然看不見(jiàn)，但其群體菌落（菌苔）卻是可見(jiàn)的，但因其外形往往平淡無(wú)奇，不甚顯眼，極易被忽略。 雜局混生：在不能分出純種前，很難知道各種微生物對(duì)自然界和人類(lèi)真正的作用。 因果難聯(lián)：得病早期不易查出，后期也很難想到是微生物在作怪；腐敗也是如此（看不見(jiàn)，菜餿了），加之微生物繁殖快，代謝活力強(qiáng)。 當(dāng)人們對(duì)微生物世界處于無(wú)知狀態(tài)時(shí)，往往表現(xiàn)出“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”，處于愚昧狀態(tài)之中。,荷蘭人安東列文胡克（Antony van Leeuwenhook，1632-1723）1676年最早發(fā)現(xiàn)微生物（羅伯特胡克是最早發(fā)現(xiàn)細(xì)胞的人），他一生制作了419架顯微鏡，放大率在50-300倍，用其觀察了雨水、污水、污泥、牙垢、精子、紅血球，發(fā)現(xiàn)了球形、桿形、螺旋形的細(xì)菌，并繪成了圖，寄給英國(guó)皇家學(xué)會(huì)。后為會(huì)員。,A、C、F、Q： 桿 菌 E： 球 菌 H： 球菌的聚集體,列文虎克向英國(guó)皇家學(xué)會(huì)的信中對(duì)細(xì)菌形態(tài)的描繪,3.微生物學(xué)的創(chuàng)立,杰出的奠基人是法國(guó)的路易斯巴斯德（Louis Pasteur）和德國(guó)的羅伯特柯赫(Robert Koch)。 1)路易斯巴斯德(Louis Pasteur 1822-1895)的主要貢獻(xiàn)：否定了自然發(fā)生說(shuō)（他認(rèn)為生命只能來(lái)自于生命的胚種),發(fā)酵由微生物引起(酒精發(fā)酵)，傳染病是由病原菌引起的提出了預(yù)防接種措施，并研究出了多種菌苗(炭疽,雞霍亂,狂犬病)巴氏消毒法。,其他：消毒法、家蠶軟化（病原學(xué)說(shuō)）.,2)羅伯特柯赫(Robert Koch 1843-1910)的主要貢獻(xiàn)： 發(fā)明明膠(后用瓊脂）固體培養(yǎng)基;發(fā)明了細(xì)菌染色方法;分離到了多種病原菌（炭疽桿菌、結(jié)核桿菌、霍亂弧菌）；提出了柯赫定理：一種病原微生物必定存在于患病動(dòng)物中；這一病原微生物必能從寄主分離到，并能得到純培養(yǎng)；分離到的純培養(yǎng)物接種到敏感動(dòng)物，必然出現(xiàn)特有的疾病癥狀。,3)貝依林克（M. Beijerinck）:提出了自養(yǎng)微生物和土壤微生物的研究方法,奠定了土壤微生物學(xué)的基礎(chǔ)。 4)伊凡諾夫斯基（Ivanowsky前蘇聯(lián)）：1892年最早發(fā)現(xiàn)了病毒(煙草花葉病毒），奠定了病毒學(xué)的基礎(chǔ)。 （1898年，荷蘭細(xì)菌學(xué)家貝葉林克(Beijerinck）重復(fù)和肯定了伊萬(wàn)諾夫斯基的試驗(yàn)結(jié)果，并認(rèn)為病原是比細(xì)菌小的有傳染性的活的流質(zhì)，并給病毒命名“Virus”才是真正發(fā)現(xiàn)病毒的人 5)梅契尼可夫(Metchnioff):1884年發(fā)現(xiàn)了白細(xì)胞的吞噬作用. 6）我國(guó)學(xué)者： A湯非凡：1879-1958世界首創(chuàng)（1956年）用雞胚卵黃囊成功培養(yǎng)沙眼衣原體。 B伍連德（1879-1960），鼠疫防治著名專(zhuān)家。 C謝少文1934年用雞胚培養(yǎng)成功的微生物是立克次氏體.,4.微生物學(xué)的內(nèi)容及分科 1)微生物學(xué):是研究微生物及其生命活動(dòng)規(guī)律的科學(xué). 2)微生物學(xué)的研究?jī)?nèi)容:非常廣泛,包括形態(tài)結(jié)構(gòu),分類(lèi),生理,遺傳變異,代謝,生態(tài)、免疫以及微生物在工農(nóng)業(yè),醫(yī)藥,衛(wèi)生,環(huán)保等方面的應(yīng)用. 3)微生物學(xué)的分科 著重研究基本理論的有：普通微生物學(xué)、微生物形態(tài)學(xué)、微生物分類(lèi)學(xué)、微生物生理學(xué)、微生物生物化學(xué)、微生物遺傳學(xué)、微生物生態(tài)學(xué)、分子微生物學(xué)等。 著重應(yīng)用性研究的有：應(yīng)用微生物學(xué)、工業(yè)微生物學(xué)、農(nóng)業(yè)微生物學(xué)、植物病理學(xué)、醫(yī)學(xué)微生物學(xué)、藥用微生物學(xué)、獸醫(yī)微生物學(xué)、抗生素學(xué)、食品微生物學(xué)、釀造學(xué)、乳品微生物學(xué)、石油微生物學(xué)、海洋微生物學(xué)、地質(zhì)微生物學(xué)、土壤微生物學(xué)。, 據(jù)研究對(duì)象分為：細(xì)菌學(xué)、真菌學(xué)、病毒學(xué)、噬菌體學(xué)、原生動(dòng)物學(xué)、藻類(lèi)學(xué)、支原體學(xué)、自養(yǎng)菌生物學(xué)、厭氧菌生物學(xué)。 據(jù)生態(tài)環(huán)境分為：土壤微生物學(xué)、海洋微生物學(xué)、環(huán)境微生物學(xué)、宇宙微生物學(xué)、水微生物學(xué)。 著重實(shí)驗(yàn)性研究的為：實(shí)驗(yàn)微生物學(xué) 與其它學(xué)科的交叉：分析微生物學(xué)、化學(xué)微生物學(xué)、微生物化學(xué)分類(lèi)學(xué)、微生物數(shù)值分類(lèi)學(xué)、微生物地球化學(xué)。,5.現(xiàn)代微生物學(xué)的發(fā)展 1) 傳染病和免疫學(xué)的獨(dú)立研究 2)微生物學(xué)與生物化學(xué)的結(jié)合：生產(chǎn)出了乙醇、丙酮、乳酸、甘油和其它有機(jī)酸、蛋白質(zhì)、油脂等微生物產(chǎn)品。 3)微生物學(xué)與遺傳學(xué)的結(jié)合： 1941年比德耳（Beadle）和塔圖姆（Tatum)提出了“一個(gè)基因一個(gè)酶”學(xué)說(shuō)，并使鏈孢霉成為遺傳研究的材料之一。 1928年格里菲斯（Griffith)發(fā)現(xiàn)了細(xì)菌的轉(zhuǎn)化現(xiàn)象（肺炎鏈球菌），并且在1944年埃弗雷(Avery)證明了DNA為轉(zhuǎn)化因子，由此發(fā)現(xiàn)了遺傳物質(zhì)的化學(xué)本質(zhì)。 1953年華生和克里克提出了DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型和半保留復(fù)制假說(shuō)。 1946年萊德伯格(Lederberg)和塔圖姆(Tatum)發(fā)現(xiàn)了細(xì)菌的接合現(xiàn)象，并且發(fā)現(xiàn)了F因子和Hfr菌株。, 1952年辛德和萊德伯格發(fā)現(xiàn)了轉(zhuǎn)導(dǎo)作用，并找到了轉(zhuǎn)導(dǎo)的載體是噬菌體。 1952年和1961年莫諾和雅各布提出了操縱子學(xué)說(shuō)，同年尼倫伯格提出了遺傳密碼的理論，從而使遺傳信息轉(zhuǎn)錄、翻譯和表達(dá)得到了闡明。 1963年，莫諾又提出了調(diào)節(jié)酶的變構(gòu)理論，使分子生物學(xué)更快地成長(zhǎng)起來(lái)。 6. 我國(guó)微生物學(xué)的簡(jiǎn)況 1)生物工程學(xué)：微生物工程吸收了新發(fā)展起來(lái)的基因工程，細(xì)胞工程（細(xì)胞融合），酶工程（固相酶）等新技術(shù)發(fā)展起來(lái)的現(xiàn)代工程學(xué)。 2)基因工程：在DNA的分子水平上動(dòng)手術(shù)，將一種細(xì)胞的結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)到另一種細(xì)胞中去。 3)基因文庫(kù)；想用哪個(gè)基因可以隨意調(diào)出。 我國(guó)在抗生素、氨基酸、有機(jī)酸、釀酒、酶制劑、食用菌、農(nóng)藥、菌肥的研究和生產(chǎn)方面以有相當(dāng)?shù)幕A(chǔ)，特別是抗生素的產(chǎn)量，在全世界名列前茅。 4)衣原體1956年湯飛凡首先通過(guò)雞胚培養(yǎng)分離出來(lái)。 5)立克次氏體1934年我國(guó)學(xué)者謝少文首先用雞胚培養(yǎng)成功。,三、為何要學(xué)習(xí)微生物學(xué),1.是生命科學(xué)的基礎(chǔ):微生物學(xué)是生命科學(xué)中必不可少的基礎(chǔ)學(xué)科,不學(xué)好微生物學(xué)就不能全面揭開(kāi)生命科學(xué)的面紗.沒(méi)有微生物學(xué)就沒(méi)有分子生物學(xué),也就沒(méi)有基因工程、酶工程、細(xì)胞工程，也就沒(méi)有生命起源的研究。 2.微生物學(xué)是發(fā)展最快的應(yīng)用科學(xué): 1)微生物與人類(lèi)日常生活關(guān)系密切:醬油,味精和食醋,啤酒、紅酒和白酒,甘油(化妝品),皮革脫毛,蠶絲脫膠。 2)微生物與醫(yī)藥:許多傳染病都由微生物引起,抗生素生產(chǎn)離不開(kāi)微生物。 3)微生物與工業(yè),農(nóng)業(yè),環(huán)保關(guān)系密切. 3.是利用微生物的基礎(chǔ)。,四、怎樣才能學(xué)好微生物學(xué),1.注重理論知識(shí)的學(xué)習(xí). 2.學(xué)會(huì)有關(guān)技術(shù)操作(微生物學(xué)是一門(mén)實(shí)驗(yàn)性學(xué)科). 3.注意查閱最新材料，學(xué)會(huì)理論聯(lián)系實(shí)際.,五、微生物學(xué)的未來(lái),二十一世紀(jì)是生物的世紀(jì),更確切地說(shuō)21世紀(jì)是微生物的世紀(jì),因?yàn)槿魏胃呔獾纳飳W(xué)技術(shù)研究都離不開(kāi)微生物.,1.微生物基因組和后基因組研究將更全面地展開(kāi)。 基因組學(xué)包括全基因組的序列分析、功能分析和比較分析，是結(jié)構(gòu)、功能和進(jìn)化基因組學(xué)交織的學(xué)科領(lǐng)域。目前已完成200多種模式微生物、病原微生物和特殊微生物的序列測(cè)定，為從本質(zhì)上認(rèn)識(shí)微生物奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)；而今后，人們將把研究視野擴(kuò)展到與工農(nóng)業(yè)和環(huán)境有關(guān)的應(yīng)用型微生物，研究其基因組和細(xì)胞之間的關(guān)系，采用生物信息學(xué)方法來(lái)分析基因組及其功能，并深入到蛋白質(zhì)組學(xué)的研究，這些必將成為更好地利用和改造微生物最不可或缺的條件。,2.微生物生態(tài)學(xué)研究將獲得長(zhǎng)足發(fā)展。微生物生態(tài)學(xué)是研究微生物之間、微生物與其他生物之間及微生物與環(huán)境之間相互關(guān)系的學(xué)科。在基因組學(xué)的基礎(chǔ)上，人們應(yīng)深入了解微生物與高等生物之間的相互關(guān)系（改善植物、家禽和人類(lèi)的健康狀況）、與環(huán)境的相互關(guān)系（利用微生物解決環(huán)境污染問(wèn)題），微生物細(xì)胞之間及微生物與其他生物細(xì)胞和環(huán)境之間如何進(jìn)行信號(hào)傳遞等也是人們研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。 3.微生物多樣性的研究將更廣泛深入的開(kāi)展。微生物學(xué)研究者應(yīng)發(fā)展新的分離方法與技術(shù)，尤其是對(duì)特殊環(huán)境下的微生物資源的開(kāi)發(fā)與分類(lèi)，以便發(fā)現(xiàn)新的微生物。,4.應(yīng)用將更加廣泛：1）新特藥的生產(chǎn):基因工程藥物,疫苗(乙肝基因工程苗,酵母或大腸桿菌作載體),未來(lái)可能會(huì)生產(chǎn)出疾病控制的藥物,關(guān)閉相關(guān)基因,達(dá)到治病的目的. 2）環(huán)保工業(yè)的革命:吃石油、吃塑料、吃農(nóng)藥的超級(jí)菌會(huì)出現(xiàn). 3）光合作用膜的開(kāi)發(fā):一旦成功,就可以用光合作用細(xì)菌在工廠里制造糧食,蛋白質(zhì),脂肪等. 4）人造器官:不含有相應(yīng)抗原信息,不出現(xiàn)排斥反應(yīng). 5）固氮基因的開(kāi)發(fā).,附:微生物學(xué)的發(fā)展促進(jìn)了人類(lèi)的進(jìn)步,在近代科學(xué)中，對(duì)人真正作用福利最大的一門(mén)科學(xué)就是微生物學(xué)。 (一) 醫(yī)療戰(zhàn)線的六大戰(zhàn)役： 1 外科消毒術(shù)的建立 2 尋找人畜病原菌：炭疽芽孢桿菌（1877），麻風(fēng)分支桿菌（1874），肺炎鏈球菌（1880），傷寒沙門(mén)氏菌（1880），結(jié)核分支桿菌（1882），豆號(hào)弧菌（1883），破傷風(fēng)梭菌（1884），鼠疫耶爾森氏菌（1894），痢疾志賀氏菌（1898）。 3 免疫防治法的應(yīng)用：種人痘始于我國(guó)宋朝真宗年間1796年，卡介苗1923 制成。 4 化學(xué)治療劑的發(fā)明：為抑制或殺死潛伏于人或大霧體內(nèi)部的病原菌，就必須尋找一類(lèi)