1、陸秀華,微 生 物 學(xué) Microbiology,教學(xué)參考書,教 學(xué) 參 考 雜 志,學(xué)時(shí)安排以及成績(jī)?cè)u(píng)定：,共32學(xué)時(shí) 考勤成績(jī)：10 作業(yè)+提問：30 期末考試：60,豬流感病毒,豬流感(Swine influenza，SI)現(xiàn)已改名為“甲型H1N1”或“A(H1N1)”是由A型流感病毒引起的一種豬的急性呼吸道傳染病。,緒論,一、微生物及其種類 二、微生物學(xué)及其分支學(xué)科 三、微生物特點(diǎn) 四、微生物學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史 五、微生物學(xué)的展望 六、微生物與農(nóng)業(yè)關(guān)系,一、什么是微生物 What are Microorganisms?,定義：微生物是所有形體微小、單細(xì)胞或結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單的多細(xì)胞生物、甚至沒有細(xì)

2、胞結(jié)構(gòu)的生物的通稱。 種類：微生物類群十分龐雜，包括： 原核生物：細(xì)菌、放線菌、立克次氏體、衣原體等， 真核生物：酵母菌和霉菌，單細(xì)胞藻類、原生動(dòng)物等。 無細(xì)胞結(jié)構(gòu)：病毒、類病毒、擬病毒等。,微生物在生物分類中的位置,五界系統(tǒng)： 1969年，R.H.Whittaker 在 Science 雜志上 發(fā)表“生物界級(jí)分類的新觀點(diǎn)”。（見表） 三界（域）生物系統(tǒng)：70年代，Woese 根據(jù)16SrRNA核苷酸序列的同源性提出。（見表） 三界生物,細(xì)菌 bacteria 古生菌 achaea 真核生物eukarya,Whittaker五界系統(tǒng),細(xì)胞型生物,動(dòng)物界 Animalia 植物界 Plantae

3、 原生生物界 Protista：原生動(dòng)物、單細(xì)胞藻類 等 真菌界 Fungi：酵母菌、霉菌等 原核生物界 Monera：細(xì)菌、放線菌、藍(lán)細(xì)菌等,非細(xì)胞生物：病毒界 1979年，我國(guó)學(xué)者補(bǔ)充 摘自周德慶，1997,按16SrRNA堿基順序比較細(xì)菌、古菌核真核生物的系統(tǒng) 發(fā)育樹的綜合圖摘自T.D.Brlck. Biology of Microorganisms.1997,微生物世界,細(xì)胞生物,非細(xì)胞生物,原核生物,真核細(xì)胞,病毒,類病毒,朊病毒,單細(xì)胞藻類,原生動(dòng)物,真菌,細(xì)菌,古生菌,二、微生物學(xué)及其分支學(xué)科,微生物學(xué)是研究微生物的學(xué)科。 在 水平上研究微生物的 等基本規(guī)律。,細(xì)胞 群體 分子,

4、形態(tài)結(jié)構(gòu) 生理代謝 遺傳變異 生態(tài)分布 分類 進(jìn)化,并將其應(yīng)用到工業(yè)發(fā)酵、醫(yī)學(xué)衛(wèi)生、生物工程、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域。其主要任務(wù)是發(fā)掘、利用和改善有益微生物，控制、消滅或改造有害微生物。,二、微生物學(xué)分支學(xué)科,按基本問題分：普通微生物學(xué)、微生物分類學(xué)、微生物生理學(xué)、微生物生態(tài)學(xué)、微生物遺傳學(xué)等。 按應(yīng)用領(lǐng)域分：工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、食品、石油、土壤、海洋、環(huán)境、發(fā)酵微生物學(xué)等等。 按研究對(duì)象分：細(xì)菌學(xué)、真菌學(xué)、病毒學(xué)、噬菌體學(xué)等。,三、微生物的特點(diǎn),體積小、面積大 吸收多、轉(zhuǎn)化快 生長(zhǎng)旺、繁殖快 適應(yīng)強(qiáng)、易變異 分布廣、種類多,1、體積小、面積大,個(gè)體微小,一般個(gè)體大小0.1mm 細(xì)胞：m級(jí)，光學(xué)顯微鏡下

5、可見 病毒、細(xì)胞器：nm級(jí)，電子顯微鏡下可見,1、體積小、面積大（比表面積大）,比表面積極大是微生物與大型動(dòng)物相區(qū)別的關(guān)鍵所在，也是賦予微生物其他 共性的本質(zhì)所在。 大面積系統(tǒng)必然有一個(gè)巨大的物質(zhì)交換面，可以促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)物的吸收、代謝物的排泄、環(huán)境信息的接收等。,1、體積小、面積大（比表面積大）,乳酸桿菌 120,000 豌豆 6.0 體重200磅的人 0.3 比表面積大是賦予微生物其他共性的本質(zhì)所在。決定了有一個(gè)巨大的物質(zhì)交換面，進(jìn)行物質(zhì)和能量代謝。,2、吸收多、轉(zhuǎn)化快,呼吸速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于高等動(dòng)植物組織。,2、吸收多、轉(zhuǎn)化快,發(fā)酵乳糖的細(xì)菌在1小時(shí)內(nèi)就可以分解相當(dāng)于其自身重量1,00010,000

6、倍的乳糖，產(chǎn)生乳酸 1公斤酵母菌體，在一天內(nèi)可發(fā)酵幾千公斤的糖，生成酒精 大腸桿菌每小時(shí)消耗2000倍于體重的糖。以同等體積算，其1小時(shí)所消耗的糖，即可相當(dāng)于人在500年所消耗的糧食。,3、生長(zhǎng)旺、繁殖快,繁殖快意義： 在科研以及工業(yè)上的應(yīng)用（發(fā)酵）上，降低生產(chǎn)周期。 注意：細(xì)菌的指數(shù)分裂只能維持很短的時(shí)間。 在液體培養(yǎng)基中，細(xì)菌濃度一般僅能達(dá)到108109cell/ml。,若干微生物的代時(shí)及每日增殖率,*為念珠藍(lán)菌屬（Nostoc）的舊稱。與細(xì)菌同屬原核生物。,4、適應(yīng)強(qiáng)、易變異,微生物對(duì)環(huán)境條件，特別是 “極端環(huán)境”具有驚人的適應(yīng)力。 耐高溫菌：8090oC條件下能正常生長(zhǎng)。 耐低溫菌：在

7、80oC條件下大多數(shù)細(xì)菌仍能保持生命。 耐干燥：能產(chǎn)生芽孢的細(xì)菌可在干燥條件保藏幾十年。 耐酸菌：氧化硫硫桿菌pH0.5 耐堿菌：脫氮硫桿菌pH10.7 耐鹽、耐輻射菌、耐毒物菌：如Cr6+、HCN,4、適應(yīng)強(qiáng)、易變異,突變頻率一般為10-510-10，因繁殖快，數(shù)量多，與外界環(huán)境直接接觸，因而在短時(shí)間內(nèi)可出現(xiàn)大量變異的后代。 例如，青霉素生產(chǎn)菌 1943年為20U/ml青霉素，40多年來，經(jīng)過世界各國(guó)微生物遺傳育種工作者的不懈努力該菌產(chǎn)量變異逐漸積累，加上發(fā)酵條件的改進(jìn)，目前發(fā)酵水平已超過50kU/ml，甚至接近10萬單位。 微生物的數(shù)量性狀變異和育種使產(chǎn)量提高的幅度之大，是動(dòng)植物育種工作中

8、絕對(duì)不可能達(dá)到的。正因?yàn)槿绱耍瑤缀跛形⑸锇l(fā)酵工廠都十分重視菌種選育工作。,5、分布廣、種類多,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。 分布廣：如: 萬米深海、85公里高空、 地層下128米和427米 沉積巖中都發(fā)現(xiàn)微生物存在。,5、分布廣、種類多,廣泛分布于土壤、空氣和水體等自然環(huán)境中。 微生物小而輕可以到處傳播和定居。 適應(yīng)能力強(qiáng) 也廣泛的存在于生物體內(nèi)。 人體腸道中經(jīng)常聚居著100400種不同種類的微生物（總重量約等于糞便干重的1/3左右）,5、分布廣、種類多,目前已發(fā)現(xiàn)的微生物大約有10萬種以上。（見表） 就目前的分離、培養(yǎng)技

9、術(shù)只能培養(yǎng)出所存在微生物的120%左右。有一些是不能被培養(yǎng)的微生物。VBNC/VNC （Viable but non-culturable） （見表） 目前發(fā)現(xiàn)的微生物僅僅是冰山的一角。,主要微生物的種數(shù)*,*本表參考Whittaker, R.H.et al.Biology Data Book, 2nd ed.,Vol.1,1972.P.529。,由種類多而派生出來的特點(diǎn),代謝類型多 能利用自然中各種有機(jī)物和無機(jī)物，甚至許多有毒物（氰、酚、多環(huán)芳炔）。 產(chǎn)能方式多：光合作用、化能合成作用 代謝產(chǎn)物種類多 大腸桿菌 E. coli：能產(chǎn)生20003000種蛋白質(zhì) 目前發(fā)現(xiàn)的抗生素達(dá)上萬種，其中9

10、7%以上來自細(xì)菌和放線菌,四、微生物學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史,1、史前期（公元1676年以前）:古代對(duì)微生物利用 2、初創(chuàng)期（1676-1860）: 微生物的發(fā)現(xiàn)及形態(tài)學(xué) 3、奠基期（1861-1896）: 生理學(xué)發(fā)展階段 4、發(fā)展期（1897-1952）: 微生物生化階段 5、成熟期（1953-）: 分子生物學(xué)的發(fā)展,1、史前期,考古推測(cè)：我國(guó)在8000年以前就曲糵釀酒。 4000年以前，釀酒已經(jīng)很普遍。 北魏時(shí)期賈思勰齊民要術(shù)記載了制曲、釀酒制醬、釀醋等工藝。 公元910世紀(jì)，鼻苗法種痘預(yù)防天花。 豆科植物與其他作物輪作提高產(chǎn)量。,2、初創(chuàng)期-形態(tài)學(xué)發(fā)展時(shí)期,荷蘭商人，列文虎克(Antony Van

11、Leeuwenhoek 16321723),3、奠基期-生理學(xué)發(fā)展時(shí)期,巴斯德（Louis Pasteur 18221895）法國(guó)人 柯赫（Robert Koch 18431910) 德國(guó)人,巴斯德,徹底否定“自生說”學(xué)說 免疫學(xué)預(yù)防接種 證實(shí)發(fā)酵是由微生物引起的 其他提出巴斯德消毒法等,否定“自生說”（Spontaneous generation）,利用曲頸瓶試驗(yàn)徹底否定了“自生說”，證實(shí)空氣中含有微生物，他們引起了有機(jī)質(zhì)的變質(zhì)。推動(dòng)了微生物學(xué)的發(fā)展。,巴斯德的曲頸瓶試驗(yàn),柯赫,提出了柯赫法則（炭疽桿菌、結(jié)核分支桿菌） 配制培養(yǎng)基技術(shù) 固體培養(yǎng)基分離純化技術(shù),柯赫法則,柯赫法則,柯赫法則,柯

12、赫法則,病原物來自患病肌體。 在患病肌體可分離到病原物，并且可培養(yǎng)。 病原物接種進(jìn)一個(gè)健康的肌體，引發(fā)相同疾病。 從生病肌體可再分離到該病原物。,科赫法則,拜耶林克（Beijerinck），病毒學(xué) 分離培養(yǎng)根瘤菌（1888）、好氧固氮菌（1901）,維諾格拉德斯基（Winograsky.俄），生態(tài)學(xué).土壤微生物學(xué) 氮素和硫素轉(zhuǎn)化 首次分離到自生固氮細(xì)菌（1893）,4、發(fā)展期: 微生物生物化學(xué), 微生物學(xué)進(jìn)入酶學(xué)研究和生物化學(xué)時(shí)期，許多酶、輔酶、抗生素以及許多生化反應(yīng)都是在這時(shí)期發(fā)現(xiàn)的。至此，形成了研究微生物基本生命活動(dòng)規(guī)律的學(xué)科-普通微生物學(xué)。 1897，E.Bchner 發(fā)現(xiàn)無細(xì)胞酵母抽提液可發(fā)酵 酒精。 1929，F(xiàn)leming發(fā)現(xiàn)青霉素。,發(fā)現(xiàn)了抗菌素-青霉素。,亞歷山大.弗萊明(1881-1955),1928年英國(guó)細(xì)菌學(xué)家弗萊明發(fā)現(xiàn)青霉素,5、成熟期: 分子生物學(xué)的發(fā)展, 50年代初，對(duì)微生物學(xué)的研究進(jìn)入分子生物學(xué)水平，使微生物學(xué)進(jìn)入成熟時(shí)期。 1953年，J.D.Watson 和 F.H.Crick 提出DNA結(jié)構(gòu) 1961年，F(xiàn).Jacob 和 J.Monod 提出操縱子學(xué)說。 研究微生物大分子的結(jié)構(gòu)和功能 在基因和分子水平上研究代謝活動(dòng) 分子水平上研究細(xì)胞分化、微生物進(jìn)化鑒定等,五、21世紀(jì)微生物學(xué)展望（沈萍）,微生物基因組學(xué)研究將全面開展。 微生物生態(tài)等將