1、微生物學(xué)2018年9月11日緒論一、什么是微生物？二、微生物學(xué)研究?jī)?nèi)容及其分支學(xué)科三、微生物學(xué)發(fā)展史四、微生物五大共性五、微生物（學(xué)）的貢獻(xiàn)六、21世紀(jì)微生物發(fā)展展望2本單元的學(xué)習(xí)目標(biāo)1、理解本課程的教學(xué)策略、課程學(xué)習(xí)目標(biāo)、要求、了解并使用學(xué)習(xí)資源等；2、記憶微生物學(xué)史關(guān)鍵期的主要工作；微生物學(xué)在生命科學(xué)發(fā)展中的突出作用；微生物五大特征；3、認(rèn)識(shí)重要微生物的拉丁學(xué)名，并說(shuō)出其生物學(xué)意義。3生物界的組成4生物界宏生物動(dòng)物、植物微生物真核微生物、原核微生物非細(xì)胞型病毒一、什么是微生物 微生物是一切微小生物的總稱(chēng)。非分類(lèi)學(xué)概念 是一些個(gè)體微小、構(gòu)造簡(jiǎn)單的低等（？）生物。5微生物定義表解6 微小 微生

2、物 簡(jiǎn)單 低等？微米級(jí) (m 10-6 m ) 光鏡下能見(jiàn)( 細(xì)胞 )納米級(jí) (nm 10-9 m ) 電鏡下可見(jiàn)( 病毒 )單細(xì)胞 ( 各個(gè)細(xì)胞獨(dú)立生存)多細(xì)胞 (一類(lèi)細(xì)胞聯(lián)合生存)非細(xì)胞 (細(xì)胞內(nèi)生存與胞外非生命態(tài))原核類(lèi)：“二域”- 細(xì)菌，古生菌真核類(lèi)：真菌、原生動(dòng)物與顯微藻類(lèi)非細(xì)胞類(lèi)：病毒、亞病毒MoneraProtista PlantaeFungiAnimalia五界學(xué)說(shuō)（以前的分類(lèi)體系） （原核生物界）：細(xì)菌，古生菌（原生生物界）：原生動(dòng)物，單細(xì)胞藻類(lèi) 7Previous view:細(xì)菌和其它微生物是進(jìn)化過(guò)程的“活化石”?！癙rimitive” microbes as “evolu

3、tionary dead-ends”Todays dominant view:所有生物都通過(guò)進(jìn)化過(guò)程，而且現(xiàn)在還進(jìn)行進(jìn)化。Tree of Life (Domain System)Prokaryotes （原核生物）Eukaryotes（真核生物)MacroorganismsBacteriaArchaeaEukarya細(xì)菌域古生菌域真核生物域1016S rRNA/18S rRNA微生物分類(lèi)地位舉足輕重第十章：內(nèi)共生假說(shuō)三域?qū)W說(shuō)二、微生物學(xué)研究?jī)?nèi)容及其分支學(xué)科研究微生物及其生命活動(dòng)規(guī)律。一定條件下的形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理生化、遺傳變異以及微生物的進(jìn)化、分類(lèi)、生態(tài)等生命活動(dòng)規(guī)律研究微生物與其他生物、與外界環(huán)

4、境之間的相互關(guān)系在工、農(nóng)、醫(yī)、環(huán)保、食品等各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用微生物學(xué)既有獨(dú)特的理論體系，又有很強(qiáng)實(shí)踐性的學(xué)科。11微生物學(xué)內(nèi)容形態(tài)構(gòu)造 (1-3 章） 生理代謝 (4-5 章） 生長(zhǎng)控制 （6 章）遺傳變異和育種 （7 章） 生態(tài) （8 章） 免疫 （9 章） 分類(lèi) （10 章）12微生物學(xué) 學(xué)科特點(diǎn)歷史較短 誕生至今只有150年的歷史縱橫交錯(cuò)縱：闡述整個(gè)生物學(xué)規(guī)律橫：涵蓋各大類(lèi)微生物聯(lián)系實(shí)踐聯(lián)系各學(xué)科研究實(shí)踐聯(lián)系醫(yī)藥、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)保等13微生物學(xué)分支學(xué)科較多學(xué)習(xí)方法：多思、多問(wèn)學(xué)習(xí)微生物的目的和意義認(rèn)識(shí)微生物（大多數(shù)微生物對(duì)人是無(wú)害的，甚至還有巨大價(jià)值。）趨利避害-通過(guò)對(duì)微生物活動(dòng)方式的認(rèn)識(shí)

5、，人為地采取一些措施來(lái)增加微生物的益處，減少危害。14得其益而（不）感其恩，受其害而（不）知其惡三、微生物學(xué)發(fā)展史分期簡(jiǎn)介及時(shí)間- 史前: 約8000年前1676- 初創(chuàng)：16761861- 奠基: 18611897- 發(fā)展：18971953- 成熟(?): 1953至今151 . 史前期特點(diǎn)漫長(zhǎng) - 個(gè)體未見(jiàn)（特指細(xì)菌細(xì)胞） - 應(yīng)用憑經(jīng)驗(yàn)，即通過(guò)不斷的實(shí)踐。 - 應(yīng)用方面：16 食品加工：豐富多彩的酒文化 防治疾?。罕敲绶N痘 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)：熟糞肥田、瓜豆輪作 17食品加工：豐富多彩的酒文化 遠(yuǎn)古人類(lèi)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(lèi)最早發(fā)明的酒有8000多年的歷史，使用酵母菌（

6、酒藥）。 這是人類(lèi)最古老的家養(yǎng)微生物之一。18 防治疾病：鼻苗種痘唐代張健 接種疫苗 天花病毒 天花病人 長(zhǎng)期難以認(rèn)識(shí)微生物的原因個(gè)體微小，視而不見(jiàn)。外貌不顯，作用輕視。雜居混生，功過(guò)難斷。因果難聯(lián)，常受蒙騙。19長(zhǎng)期處于“微盲期”1664年英國(guó)人Robert Hooke（羅伯特 胡克）用顯微鏡觀察植物細(xì)胞（壁）, 1665年觀察到霉菌(子實(shí)體)。第一個(gè)描述微生物的人。觀察微生物個(gè)體形態(tài)描述。202. 初創(chuàng)期（形態(tài)學(xué)時(shí)期1676-1861）Robert Hooke所看到的藍(lán)霉顯微圖片荷蘭人Antony van Leeuwenhoek（列文 虎克）制造分辨率大的 單式顯微鏡。 1674 1695

7、年觀察微生物個(gè)體形態(tài)描述。212. 初創(chuàng)期（形態(tài)學(xué)時(shí)期1676-1861）Leeuwenhoek所看到的微生物及手稿Leeuwen hoek 列文虎克221676年，荷蘭人列文虎克（Antony van leeuwenhoek）首次觀察到了細(xì)菌。他沒(méi)有上過(guò)大學(xué)，是一個(gè)只會(huì)荷蘭語(yǔ)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。 Leeuwen hoek 列文虎克觀察到細(xì)菌。 -微生物學(xué)先驅(qū)者 主要的貢獻(xiàn)： - 能工巧匠：一生中制作419架單式顯微鏡。 - 敏銳的觀察家 - 多產(chǎn)的業(yè)余科學(xué)家：一生發(fā)表400余篇論文，375篇在英國(guó)皇家學(xué)會(huì)發(fā)表。 23在微生物學(xué)發(fā)展的初創(chuàng)階段，伴隨顯微技術(shù)的不斷

8、發(fā)展和提高但在接下來(lái)的近150年中對(duì)這些微小生物本質(zhì)的了解進(jìn)展很慢， 直到19世紀(jì)出現(xiàn)改良顯微鏡，并得到廣泛使用。法國(guó)人巴斯德（Louis Pasteur） （18221895）德國(guó)人柯赫（Robert Koch）（ 18431910）3. 奠基期（生理學(xué)時(shí)期1861 1897 ）微生物學(xué)的奠基人物（1） 發(fā)現(xiàn)并證實(shí)發(fā)酵是由微生物引起的化學(xué)家出生的巴斯德涉足微生物學(xué)是為了治療“酒病”和“蠶病”1. 巴斯德 微生物學(xué)之父26（2）徹底否定“自然發(fā)生”學(xué)說(shuō)（3） 免疫學(xué)預(yù)防接種首次制成狂犬疫苗（4）其他貢獻(xiàn)巴斯德消毒法：6065 進(jìn)行短時(shí)間的加熱處理，殺死有害微生物?！白匀话l(fā)生學(xué)說(shuō)”古希臘學(xué)者亞里

9、士多德堅(jiān)信，低等生物是在雨、空氣和太陽(yáng)的共同作用下，從粘液和泥土中產(chǎn)生的。他還編制了名錄，如晨露同粘液或糞土相結(jié)合，會(huì)產(chǎn)生繭火蟲(chóng)、蠕蟲(chóng)、蜂類(lèi)等；正在腐爛的尸體和人的排泄物可形成絳蟲(chóng)，可粘液則能產(chǎn)生蟹類(lèi)、魚(yú)類(lèi)、蛙類(lèi)等；老鼠是從潮濕的土壤中產(chǎn)生的。 1668年，意大利生物學(xué)家、醫(yī)生雷迪，用實(shí)驗(yàn)向“自然發(fā)生學(xué)說(shuō)”發(fā)起進(jìn)攻：用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證腐肉不能生蛆。1749，約翰屠北威爾尼德漢(John Turbrville Needham)發(fā)現(xiàn)肉汁中長(zhǎng)出微生物；1776，拉扎羅斯帕蘭讓尼(Lazzaro Spallanzani)用密封加熱實(shí)驗(yàn)否定微生物自然發(fā)生；反對(duì)者則提出密封的經(jīng)過(guò)像斯帕蘭讓尼那樣嚴(yán)酷的處理，空氣中

10、的生命力都被煮死了。消毒并封口后的器皿中缺少氧氣，生命自然發(fā)生的條件被破壞了?！痉▏?guó)廚師阿貝爾從拉扎羅斯帕蘭讓尼的實(shí)驗(yàn)中受到啟發(fā)，發(fā)明了罐頭?！亢?jiǎn)單的微生物能否“自然發(fā)生”？30巴斯德的曲頸瓶實(shí)驗(yàn)試驗(yàn)31著名的曲頸瓶試驗(yàn)無(wú)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。徹底否定“自然發(fā)生”學(xué)說(shuō)。建立“胚種學(xué)說(shuō)”。李斯特：外科手術(shù)器械消毒奠基人約瑟夫李斯特 Joseph Lister （1827-1912）英國(guó)醫(yī)生以巴斯德在釀酒中的研究為基礎(chǔ)， 提出微生物是外科手術(shù)感染的主要原因（1867）發(fā)明用石炭酸(苯酚)消毒手術(shù)器械、衣物和 手術(shù)環(huán)境，可大大降低感染的機(jī)會(huì)32（1）微生物學(xué)基本

11、操作技術(shù)方面的貢獻(xiàn)a）細(xì)菌純培養(yǎng)方法的建立（純種分離技術(shù)）土豆切面 營(yíng)養(yǎng)明膠 營(yíng)養(yǎng)瓊脂（平皿）2.羅伯特 科赫，德國(guó)人（細(xì)菌學(xué)的奠基人）33b）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)（懸浮培養(yǎng)法）c）流動(dòng)蒸汽滅菌d）染色觀察（細(xì)菌細(xì)胞染色技術(shù)）和顯微攝影b）發(fā)現(xiàn)了肺結(jié)核病的病原菌（ 1882， 1905年獲諾貝爾獎(jiǎng)）c）證明某種微生物是否為某種疾病病原體的基本原則 著名的科赫原則34（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（1876）1. 在每一相同病例中都出現(xiàn)這種微生物； （相關(guān)性）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(lái)； （

12、可分離培養(yǎng)）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(huì)重復(fù)發(fā)生； （可人工感染）4. 從試驗(yàn)發(fā)病的寄主中能夠再度分離培養(yǎng)出 這種微生物來(lái)。（可再分離）科赫法則35 奠基期特點(diǎn)： 時(shí)間短 18611897 學(xué)科奠基，發(fā)展迅猛 貢獻(xiàn)大 研究的獨(dú)特技術(shù)和方法創(chuàng)立，包括： 顯微鏡技術(shù)， 無(wú)菌技術(shù)， 分離純化技術(shù)等。 理論聯(lián)系實(shí)踐 開(kāi)創(chuàng)了尋找病原菌的“黃金時(shí)期”。 各應(yīng)用性分支學(xué)科誕生。 36發(fā)現(xiàn)病原細(xì)菌 炭疽病炭疽芽孢桿菌科赫 化膿葡萄球菌科赫 淋病淋病奈瑟氏球菌Neisser 傷寒熱傷寒沙門(mén)氏菌Eberth 化膿鏈球菌Ogston 結(jié)核病結(jié)核分枝桿菌科赫 霍亂霍亂弧菌科赫 白喉白

13、喉棒桿菌Klebs 破傷風(fēng)破傷風(fēng)梭菌Nicolaier 腹瀉大腸桿菌Escherich 肺炎肺炎球菌Fraenkel 腦膜炎腦膜炎奈瑟氏球菌Weicheselbaum 食物中毒腸炎沙門(mén)氏菌Gaertner 產(chǎn)氣壞疽產(chǎn)氣莢膜梭菌Welch 鼠疫鼠疫耶爾森氏菌Kitasato, Yersin 肉毒肉毒梭菌van Ermengem 痢疾痢疾志賀氏菌Shiga 副傷寒副傷寒沙門(mén)氏菌Schottmuller 梅毒梅毒螺旋體Schaudinn, Hoffman1906 白日咳白日咳博德特氏菌Bordet, Gengou374.發(fā)展期（生化水平研究1897年-1953年）代表者：畢希納（E.Bchner）

14、德國(guó) 葡萄糖 （1907年獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)）特點(diǎn) -開(kāi)創(chuàng)微生物生化研究新時(shí)代 -由微生物時(shí)代轉(zhuǎn)向維生素、酶、抗生素時(shí)代 -分支新學(xué)科（抗生素學(xué)、普通微生物學(xué)等）誕生各相關(guān)學(xué)科和技術(shù)相互滲透和促進(jìn)，加速微生物學(xué)的發(fā)展。38無(wú)細(xì)胞酵母菌汁即酒化酶 Zymase乙醇即酒精否定了巴斯德的“發(fā)酵必須是活體微生物參與”的論點(diǎn)。1945年獲得諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng) 亞歷山大 弗萊明（Alexander Fleming），英國(guó)微生物學(xué)家，發(fā)現(xiàn)了青霉素，從而開(kāi)創(chuàng)了使用抗生素治療疾病的新紀(jì)元。抗生素的發(fā)現(xiàn)39 揭示微生物的各種生命活動(dòng)規(guī)律 傳統(tǒng)的工業(yè)發(fā)酵到發(fā)酵工程 分支學(xué)科的發(fā)展 微生物學(xué)的基礎(chǔ)理論和實(shí)驗(yàn)技術(shù) 推動(dòng)來(lái)生

15、命科學(xué)各領(lǐng)域飛速發(fā)展 微生物基因組生物信息學(xué)時(shí)代的到來(lái)405.成熟期（分子生物學(xué)1953年-至今）獨(dú)一無(wú)二的開(kāi)闊眼界和敏捷思維，使沃森（F. Crick，右）和克里克（J. Watson，左）當(dāng)之無(wú)愧地獲得1962 年諾貝爾獎(jiǎng)。41DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)微生物學(xué)發(fā)展過(guò)程中的重大事件1944 Avery等證實(shí)轉(zhuǎn)化過(guò)程中DNA是遺傳信息的載體；1953 Watson和Crick提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)；19701972 Arber、Smith和Nathans發(fā)現(xiàn)并 提純了DNA限制性?xún)?nèi)切酶 1977 Woese提出古生菌是不同于細(xì)菌和真核生物 的特殊類(lèi)群 Sanger首次對(duì)f174噬菌體DNA進(jìn)行了

16、全序列分析；43 1995第一個(gè)獨(dú)立生活的細(xì)菌(流感嗜血桿菌)全基團(tuán)組 序列測(cè)定完成； 1996 第一個(gè)自養(yǎng)生活的古生菌基因組測(cè)定完成； 1997 第一個(gè)真核生物(啤酒酵母)基因組測(cè)序完成； 在微生物學(xué)發(fā)展過(guò)程中的重大事件中，其發(fā)現(xiàn)或發(fā)明人就有30位獲得諾貝爾獎(jiǎng)， 20世紀(jì)諾貝爾獎(jiǎng)(生理和醫(yī)學(xué))獲得者中，從事微生物問(wèn)題研究的就占了1/3強(qiáng)。 19821983 Prusiner發(fā)現(xiàn)朊(prion)； 19831984 Mullis 建立PCR技術(shù)；我國(guó)微生物界軌跡44我國(guó)微生物界在各階段的地位與作用我國(guó)微生物界在現(xiàn)階段需努力趕上，扎實(shí)基礎(chǔ)求創(chuàng)新。現(xiàn)在微生物是否已達(dá)到成熟期？四、微生物的五大共性4

17、51. 體積小、比表面積大46動(dòng)、植物界與微生物界個(gè)體大小的比較Km m mm m nm 動(dòng)、植物界 微生物界(包括動(dòng)、植物的單細(xì)胞培養(yǎng)株)桿菌的平均長(zhǎng)度和寬度：2 m和0.5 m3 000個(gè)桿菌首尾相連 = 1粒大米的長(zhǎng)度 10億100億個(gè)細(xì)菌加起來(lái)質(zhì)量 = 1mg47多少的細(xì)菌細(xì)胞重量能達(dá)到1mg?106 個(gè)109 個(gè)1012 個(gè)1015 個(gè)比面值 = 表面積體積 = 3r比表面積大任何物體被分割得越細(xì)小，其單位體積所占表面積就越大； 48例如， 人比面值= 1；大腸桿菌比面值 = 30萬(wàn)。小個(gè)體、大表面積的意義擴(kuò)大交換面：大的比面值 擴(kuò)大了微生物群體對(duì)外界營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收面、產(chǎn)物和廢物的釋

18、放面、信息和能量的交換面五大共性基礎(chǔ)和關(guān)鍵之所在。49生物界的普遍規(guī)律：某一生物的個(gè)體越小，其單位體重所消耗的食物就越多。2、吸收多，轉(zhuǎn)化快50E.coli (Escherichia coli) 大腸埃希氏菌 ( 大腸桿菌 ) 在1h內(nèi)可以分解其自重1000-10000倍的乳糖！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(wàn)倍微生物生長(zhǎng)繁殖的物質(zhì)基礎(chǔ)為物質(zhì)轉(zhuǎn)化、累積代謝產(chǎn)物提供條件利用之，發(fā)揮微生物 “活的催化化工廠”之功能微生物加工廠意 義24 h后：4 722 366 500萬(wàn)億個(gè)后代，質(zhì)量達(dá)到：4 722 t48 h后：2.2 10 43個(gè)后代， 質(zhì)量達(dá)到2.2 10

19、 25 tE.Coli ，一個(gè)細(xì)胞重約1012 g，平均20 min繁殖一代。相當(dāng)于4 000個(gè) 的質(zhì)量!52 3、生長(zhǎng)旺，繁殖快微生物名稱(chēng)代 時(shí)每日分裂次數(shù)溫度/每日增殖率細(xì)菌乳酸菌38 min38252.71011大腸桿菌18 min80371.21024根瘤菌110 min13258.2103枯草桿菌31 min46307.01013光合細(xì)菌144 min10301.0103釀酒酵母120 min 12304.1103藻 類(lèi)小球藻7 h3.4 2510.6念球藻23 h1.04252.1硅藻17 h1.4202.64草履蟲(chóng)10.4 h2.3264.92微生物的代時(shí)和每日增殖率53厭氧氨氧

20、化細(xì)菌：代時(shí)- 1114 天意義積極作用： 發(fā)酵工業(yè)，周轉(zhuǎn)快，效率高； 科學(xué)研究，是生化、遺傳的良好材料； 農(nóng)業(yè)方面，成為緩解糧食危機(jī)的好幫手。消極作用： 使病原菌蔓延快，危害大。544. 易變異、適應(yīng)強(qiáng)變異驚人- 生物界的變異率相同 ( 10-5-1010 )- 微生物界的優(yōu)勢(shì)在于個(gè)體數(shù)驚人， 因此其產(chǎn)生突變數(shù)量同樣驚人與能見(jiàn)可計(jì) 55青霉素的生產(chǎn)：20單位/mL（1943）50 000單位/mL青霉素的用量：最高：10萬(wàn)單位/天（20世紀(jì)40年代）數(shù)百萬(wàn)千萬(wàn)單位/次有益的變異-產(chǎn)黃青霉56道高一尺，魔高一丈 Staphlococcus aurreus（金黃色葡萄球菌） 0.02g/ml/1

21、943 耐藥量提高10,000倍 有害的變異-耐藥性變異超級(jí)細(xì)菌耐甲氧西林金黃色葡萄球菌 1% （1940年） 64%（2003年）適應(yīng)性驚人 個(gè)體微小，提供了微生物極其靈活的適應(yīng)性 為適應(yīng)多變的環(huán)境，微生物產(chǎn)生了許多靈活代謝調(diào)控機(jī)制。574. 易變異、適應(yīng)強(qiáng)極端環(huán)境微生物：為宇宙微生物探索拓展了新思路。 （Astrobiology） 適應(yīng)范圍 - 常溫環(huán)境 即動(dòng)、植物生長(zhǎng)環(huán)境。 - 極端環(huán)境 熱 250300攝氏度寒 -69-196攝氏度 鹽 飽和鹽水干 可保存幾千年 壓 1400atm堿 pH 911酸 510% H2SO4 無(wú)氧 輻射 毒性物質(zhì)5859嗜堿嗜酸嗜熱嗜冷嗜鹽古古生菌門(mén)泉古生

22、菌門(mén)廣古生菌門(mén)嗜鹽嗜酸厭氧產(chǎn)甲烷60奇古菌門(mén)5. 分布廣、種類(lèi)多分布廣 為生物圈的開(kāi)拓者和永久居民實(shí)例1： 腸道正常菌群 - 種類(lèi) 6000種以上 - 總量1013個(gè) 人體細(xì)胞數(shù)的10倍？ - 占排泄物干重的1/3 - 厭氧菌數(shù)量是好氧菌的幾百至上千倍61實(shí)例2：萬(wàn)米海底- 耐高溫 100oC- 耐高壓 1140atm實(shí)例3：萬(wàn)米高空對(duì)流層（8-15km）處存在大量微生物0.25-1um顆粒的20%是活細(xì)菌實(shí)例4: 地層下的巖石- 極深微生物62Nature，386,64-66 種類(lèi)多動(dòng)植物種類(lèi)：動(dòng)物約為150萬(wàn)種，植物約為50萬(wàn)種微生物種類(lèi)：20萬(wàn)種 （1995） 原核生物：3500種 （1

23、995） 現(xiàn)已超過(guò)1萬(wàn)種 1 g 土壤：1萬(wàn)種微生物 細(xì)菌：每年得到國(guó)際認(rèn)可的新種近1000種，并指數(shù)增加63雖然目前已定種的微生物只有大約10萬(wàn)種，遠(yuǎn)較動(dòng)植物為少，但一般認(rèn)為目前為人類(lèi)所發(fā)現(xiàn)的微生物還不到自然界中微生物總數(shù)的1%。64到2016年末，細(xì)菌/古生菌種類(lèi)達(dá)到2600個(gè)以上屬（genus）和12400個(gè)以上種。（）微生物種類(lèi)多樣性的諸方面 物種的多樣性 生理代謝類(lèi)型的多樣性 代謝產(chǎn)物的多樣性 遺傳基因的多樣性 （腸道內(nèi)微生物基因比人類(lèi)基因組達(dá)150倍） 生態(tài)類(lèi)型的多樣性65生理代謝類(lèi)型多樣性 微生物獲取營(yíng)養(yǎng)的方式多種多樣，其食譜之廣是動(dòng)植物完全無(wú)法相比的！纖維素、木質(zhì)素、幾丁質(zhì)、角

24、蛋白、天然氣、氰化物、甲烷、石油、甲醇、塑料、酚類(lèi)、各種有機(jī)物等。微生物的糧食種類(lèi)：66表現(xiàn) 生理代謝類(lèi)型動(dòng)植物的總和 代謝產(chǎn)物種類(lèi)多：產(chǎn)生蛋白質(zhì)、抗生素和酶等產(chǎn)物 微生物種類(lèi)急劇上升 -微生物發(fā)現(xiàn)遲，統(tǒng)計(jì)少，研究難。 - 新的種、屬、科、目、綱的出現(xiàn)屢見(jiàn)不鮮。 分子生物學(xué)方法的應(yīng)用6768從小的微生物中（0.1-0.2微米）大量發(fā)現(xiàn)新的門(mén)的微生物五大共性體積小， 面積大轉(zhuǎn)化快， 吸收多生長(zhǎng)旺， 繁殖快易變異， 適應(yīng)強(qiáng)種類(lèi)多， 分布廣69形態(tài)和構(gòu)造（1-3 章）營(yíng)養(yǎng)和代謝（4-5 章）生長(zhǎng)和控制（ 6 章）遺傳變異和生態(tài)（7,8章）生態(tài)和分類(lèi)（8,9,10 章）豐衣足食，安居樂(lè)業(yè)，延年益壽，天

25、下太平。 - 談家楨70工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用環(huán)境生態(tài)中的作用醫(yī)療保健中的應(yīng)用生物安全、制止生物武器五、微生物（學(xué)）的貢獻(xiàn)1. 微生物在工業(yè)生產(chǎn)中的作用自然發(fā)酵與釀造業(yè)食品保藏業(yè)厭氧純種發(fā)酵技術(shù)深層液體通氣攪拌發(fā)酵代謝調(diào)控理論生物工程71 食品相關(guān)：面包、醬油、醋、味精、奶酪、 酒和泡菜、蘑菇、木耳和靈芝、 氨基酸、有機(jī)酸、酶制劑、72把群落多樣性與 環(huán)境變化聯(lián)系起來(lái)混合菌在生物膜的共同代謝海洋微生物的新的產(chǎn)能pathway原核世界的生態(tài)學(xué)新的酶酶學(xué)的進(jìn)一步研究用于治療的新酶生物除污生物工程的來(lái)源原核世界 通過(guò)元（宏）基因組研究可以發(fā)現(xiàn)多種具有新的功能的酶 另外，通過(guò)元基因組研究可以開(kāi)發(fā)新的藥

26、物分子和 發(fā)現(xiàn)其它有價(jià)值的新的代謝機(jī)制73對(duì)未培養(yǎng)99%微生物資源的開(kāi)發(fā)2.微生物在農(nóng)業(yè)的應(yīng)用以菌治蟲(chóng)（生物殺蟲(chóng)劑） 以菌治草以菌促長(zhǎng)以菌增肥（生物固氮）74以菌當(dāng)飼料以菌產(chǎn)沼氣（能源）以菌當(dāng)蔬菜（食用菌）以菌當(dāng)藥物3. 微生物是環(huán)保生態(tài)的主角生態(tài)食物鏈中的主角污水處理中的主角物質(zhì)循環(huán)中的主角75Biological ProcessSecondary SedimentationSecondary Treatment76活性污泥廢水處理裝置4. 微生物與醫(yī)療保健外科消毒術(shù)的建立尋找人畜病原菌的淘菌熱 （19世紀(jì)70年代、20世紀(jì)30年代）免疫法治療的應(yīng)用化療劑的發(fā)明抗生素的興起（1929、194

27、3）工程藥物（當(dāng)前國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的熱點(diǎn)）7720世紀(jì)初，主要的死亡因素是病原菌今天不是主要的致死因素因了解疾病發(fā)生過(guò)程、衛(wèi)生條件、抗生素但微生物對(duì)人類(lèi)仍構(gòu)成主要威脅抗藥性病原、癌癥患者、 AIDS獲得性免疫綜合征出現(xiàn)78微生物疾病的現(xiàn)實(shí)威脅原來(lái)的病原微生物并沒(méi)有消失鼠疫：我國(guó)多地時(shí)有發(fā)生結(jié)核?。河行Э刂坪?，近年再度猖獗病毒性肝炎：我國(guó)危害最廣的疾病之一瘧疾：熱帶地區(qū)的多發(fā)病79遼寧日?qǐng)?bào)2016.9.6“根據(jù)此前遼寧省畜牧獸醫(yī)局介紹，每年7-9月多雨季節(jié)是遼寧炭疽病高發(fā)時(shí)期。從此法定報(bào)告情況看，繼今年7月我省出現(xiàn)炭疽病例后，8月我省再現(xiàn)炭疽病例”太原日?qǐng)?bào)2016.9.6“近期，俄羅斯西伯利亞地區(qū)爆發(fā)炭

28、疽疫情，數(shù)十人感染且有死亡病例。今年6月，太原武宿國(guó)際機(jī)場(chǎng)開(kāi)通直飛俄羅斯洲際航班，為防止炭疽疫情傳入，山西出入境檢驗(yàn)檢疫局采取多項(xiàng)有效措施。”2016新加坡衛(wèi)生部和國(guó)家環(huán)境局30日發(fā)表聯(lián)合聲明說(shuō)，截至8月30日，新加坡本土新增26例寨卡病毒感染病例，感染總?cè)藬?shù)已增至82人。微生物疾病的現(xiàn)實(shí)威脅新的病原微生物不斷產(chǎn)生萊姆病(伯氏疏螺旋體)大腸桿菌O157：H7埃博拉病毒（2014）新克雅氏癥（瘋牛?。㎞ipah病毒(尼帕病毒)多型的禽流感80埃博拉病毒2014年8月19日，世界衛(wèi)生組織稱(chēng)，埃博拉病毒已在全球范圍內(nèi)造成1229人死亡。僅在3天內(nèi)就造成84人死亡，受感染的病例增加113例。利比里亞疫

29、情蔓延最快，新近增加48個(gè)感染病例，與53例死亡病例，使得該國(guó)受感染病例達(dá)到834人，其中466人死亡。2014年8月28日，世界衛(wèi)生組織稱(chēng)，埃博拉疫情繼續(xù)肆虐，在非洲幾個(gè)國(guó)家已經(jīng)有3069人感染，其中1552人死亡。81微生物疾病的現(xiàn)實(shí)威脅越來(lái)越多的原來(lái)的非傳染性疾病，現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)也與微生物密切相關(guān)胃潰瘍：幽門(mén)螺旋體結(jié)石：細(xì)菌感染？多種心血管疾病、糖尿病，乃至行為疾病腫瘤：多種細(xì)菌、病毒等82宮頸癌全球女性第三大、中國(guó)女性第二大最常見(jiàn)的癌癥。99%以上的宮頸癌病例是由人乳頭狀瘤病毒(HPV)引起。其中，以HPV16和HPV18兩種病毒株風(fēng)險(xiǎn)最高，可導(dǎo)致約70%的宮頸癌病例?？顾幓蚝蜕镂淦鞯耐?/p>

30、脅抗藥基因生物武器生物武器和恐怖活動(dòng)分子生物學(xué)發(fā)展和生物武器開(kāi)發(fā)怎樣對(duì)應(yīng)生物武器83淋病奈瑟菌抗藥性菌株比例上升抗：氟喹諾酮類(lèi)、頭孢類(lèi)、氨基糖苷類(lèi)等多種藥物5.微生物對(duì)生物學(xué)基礎(chǔ)理論研究的貢獻(xiàn)重大爭(zhēng)論（自然發(fā)生說(shuō)、突變本質(zhì)）分子生物學(xué)中三大支柱和來(lái)源之一 (微生物學(xué)、生物化學(xué)、遺傳學(xué)) 生物學(xué)研究中的微生物化獨(dú)特研究技術(shù)橫向擴(kuò)散在20世紀(jì)生命科學(xué)發(fā)展的四大里程碑（ DNA功能的闡明、中心法則的提出、遺傳工程的成功、人類(lèi)基因組計(jì)劃的實(shí)施 ）中的作用-無(wú)可爭(zhēng)辯的關(guān)鍵作用。 84微生物推動(dòng)生命科學(xué)發(fā)展理想材料（model organism）-明星級(jí)：粗糙脈孢霉 (紅色面包霉）Neurospora c

31、rassa大腸桿菌 Escherichia coli釀酒酵母 Saccharomyces cerevisiaeE. coli 的T系噬菌體861941年Beadle & Tatum對(duì)粗糙脈孢霉的研究提出 一個(gè)基因一個(gè)酶假說(shuō)；1943年S.Luria & M.Delbruck利用細(xì)菌證實(shí)突變；核酸是遺傳物質(zhì)肺炎鏈球菌、噬菌體 1944 Avery等證實(shí)轉(zhuǎn)化過(guò)程中DNA是遺傳信息的載體； - 為1953年Watson-Crick發(fā)現(xiàn)雙螺旋DNA起決定性作用著名的斷裂基因的發(fā)現(xiàn)來(lái)源于腺病毒的研究 （1976年發(fā)現(xiàn)，獲 1993諾獎(jiǎng)） 跳躍基因首發(fā)現(xiàn)在玉米中，但證實(shí)在大腸桿菌的研究奠定分子遺傳學(xué)的基礎(chǔ)

32、87破譯密碼子20世紀(jì)60年代Nirenberg通過(guò)大腸桿菌1961年Jacob 等人研究大腸桿菌誘導(dǎo)酶，提出操縱子學(xué)說(shuō)1957年，Crick提出， DNA/RNA、蛋白質(zhì)合成機(jī)制及遺傳信息中心法則19701972 Arber、Smith和Nathans發(fā)現(xiàn)并提純了DNA限制性?xún)?nèi)切酶生物合成奠定分子遺傳學(xué)的基礎(chǔ)88生物合成 2010 世界上首個(gè)人造生命-人工合成細(xì)菌誕生。 Science 329, 52 56 (2010) Science， 2016年3月25日Craig Venter團(tuán)隊(duì)，人工合成“最小”細(xì)菌Syn 3.0， 僅有473個(gè)基因合成了絲狀支原體的單獨(dú)染色體（被稱(chēng)為Syn 1.0

33、， 901個(gè)基因），并將其移植到另一種山羊支原體中。剝離Syn 1.0攜帶的不必要的基因，嘗試確定生命所需的最小基因集合。目的：獲得最簡(jiǎn)單的基因組，回答生命的基礎(chǔ)問(wèn)題奠定分子遺傳學(xué)的基礎(chǔ)20180802 覃重軍Nature：酵母染色體人工合成，并實(shí)現(xiàn)16條染色體融合-創(chuàng)建首例人造單染色體真核生物，簡(jiǎn)約版酵母SY14菌株。微生物推動(dòng)生命科學(xué)發(fā)展89醫(yī)學(xué)/普通微生物分子生物學(xué)/普通微生物分子微生物學(xué)/基因組學(xué)、 蛋白質(zhì)組學(xué)獨(dú)特的研究技術(shù)顯微鏡與制片染色技術(shù)無(wú)菌操作技術(shù)消毒滅菌技術(shù)純種分離與克隆技術(shù)菌種保藏技術(shù)原生質(zhì)體制備和融合技術(shù)DNA重組技術(shù)基因組測(cè)序技術(shù)9091Source： genomes

34、online database https:/statistics六、21世紀(jì)微生物學(xué)展望2微生物群的研究將得到長(zhǎng)足發(fā)展 - 各種環(huán)境中的微生物都以群的形式存在 - 高通量測(cè)序技術(shù)和組學(xué)研究的發(fā)展，提供了技術(shù)支持 - 將重新認(rèn)識(shí)微生物 - 在人類(lèi)健康，環(huán)境保護(hù)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，資源開(kāi)發(fā)等各個(gè)領(lǐng)域 將有長(zhǎng)足發(fā)展92美國(guó)NIH于2007年12月耗資1.73億美元發(fā)起人類(lèi)微生物群系項(xiàng)目（Human Microbiome Project）。Human Microbiome Project HMP 第二個(gè)人類(lèi)基因組項(xiàng)目94最大關(guān)注：腸道微生物 肥胖、腸道疾病、糖尿病、抑郁癥 2016年4月29日， Scien

35、ce期刊推出關(guān)于腸道微生物組的特刊CellScienceNature Science 23 May 2008:Vol. 320. no. 5879, p. 1001Bacteria Are Picky About Their Homes on Human SkinElizabeth PennisiBacteria and other microbes that colonize our skin and other tissues outnumber the human bodys cells 10 to 1, forming dynamic communities that influenc

36、e our ability to develop, fight infection, and digest nutrients. Were an amalgamation of the human and microbial genomes, says Segre. Human Microbiome Project研究表明，幾乎每個(gè)人身上都帶有一些有害的細(xì)菌和病原體種類(lèi)，但是當(dāng)人體處于健康狀態(tài)時(shí)，這些細(xì)菌能和各種良性細(xì)菌共存且相安無(wú)事。 Human Microbiome Project平均人體內(nèi)每一個(gè)細(xì)胞都寄存著10個(gè)細(xì)菌細(xì)胞。根據(jù)研究結(jié)果，人體約有2.2萬(wàn)個(gè)基因，而寄存在健康人體的微生物細(xì)菌

37、人均約有1萬(wàn)多種，它們讓人體所帶基因總數(shù)增加到了800多萬(wàn)個(gè)。 比較人類(lèi)與細(xì)菌DNA數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)：有51種人類(lèi)基因變異與人體內(nèi)一些特定細(xì)菌數(shù)量的相對(duì)增多有關(guān)。 其中一些基因變異與相關(guān)聯(lián)的微生物種類(lèi)有關(guān)。例如，有些人的DNA在負(fù)責(zé)生產(chǎn)胰島素的PCSK 2基因附近存在一種基因變異，這些人腸道內(nèi)擬桿菌屬細(xì)菌的數(shù)量也會(huì)多于常人。 一些基因變異與特定的疾病存在聯(lián)系。CXCL12基因已被證明與炎癥有關(guān)。如果有人攜帶這種基因的一種類(lèi)型，其皮膚上也會(huì)出現(xiàn)更多顆粒鏈菌屬細(xì)菌。這類(lèi)細(xì)菌已被證明與皮膚炎癥有關(guān)?；蜃儺惪赡芘c人體內(nèi)細(xì)菌種類(lèi)有關(guān)“未來(lái)是微生物的時(shí)代”2016年5月13日美國(guó)白宮宣布啟動(dòng)“國(guó)家微生物組計(jì)劃

38、”，這是奧巴馬政府繼腦計(jì)劃、抗擊耐藥菌、精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)、抗癌“登月”之后，推出的又一個(gè)重大國(guó)家科研計(jì)劃。啟動(dòng)資金超5億美元。（/article/650702.html）983微生物自身的特點(diǎn)將會(huì)更加受到關(guān)注和利用共性：與其他生物共有的基本生物學(xué)特性：生長(zhǎng)、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：微生物特有的生物學(xué)特性，例如可在其他生物無(wú)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。以及微生物的易操作性等特點(diǎn)。 99 微生物具備生命現(xiàn)象的特性和共性，將是21世紀(jì)進(jìn)一步解決生物學(xué)重大理論

39、問(wèn)題，如生命起源與進(jìn)化，物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律等，和實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題，如新的微生物資源的開(kāi)發(fā)利用，能源、糧食等的最理想的材料。 生命起源的研究；3微生物自身的特點(diǎn)將會(huì)繼續(xù)受到關(guān)注和利用 以微生物為研究材料繼續(xù)研究一些基本生命現(xiàn)象； 生物進(jìn)化方面的研究；在微生物基因組上進(jìn)行的考古 重要致病菌的特點(diǎn)及其防治； 極端環(huán)境的微生物的研究；10128年的大腸桿菌培養(yǎng): 50000代的進(jìn)化過(guò)程的基因組研究4與其他學(xué)科實(shí)現(xiàn)更廣泛的交叉，獲得新的發(fā)展學(xué)科交叉永遠(yuǎn)是科學(xué)創(chuàng)新的源泉！ 微生物地球化學(xué) ； 海洋微生物學(xué) ； 大氣微生物學(xué) ； 太空(或宇宙)微生物學(xué) ；。 極端環(huán)境微生物學(xué) ； 微生物的快速診、檢（自動(dòng)化、定

40、向化和定量化 ） ；1025微生物產(chǎn)業(yè)將呈現(xiàn)全新的局面 微生物的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)將繼續(xù)得到發(fā)展與壯大； 基因工程微生物將有廣闊的天地。 此外，微生物工業(yè)將生產(chǎn)各種各樣的新產(chǎn)品，例如，降解性塑料、生物能源等，在21世紀(jì)將出現(xiàn)一批嶄新的微生物工業(yè)，為全世界的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展作出更大貢獻(xiàn)。103人造細(xì)胞“Synthia”的誕生 -地球上第一個(gè)由人類(lèi)制造并能夠自我復(fù)制的新物種Creation of a bacterial cell controlled by a chemically synthesized genome. Gibson DG, et al. Science. 2010 ;329(5987):52-6. 2010年5月，J. Craig Venter小組報(bào)道首例人造細(xì)胞的誕生。這是一個(gè)山