微生物學基礎-緒論.ppt

微生物學基礎,講授：李一星理論課：28學時實驗課：20學時E-mail:liyixing39Tel:8728168513627202708,緒論,微生物的概念及特點微生物學研究的內(nèi)容微生物學的發(fā)展微生物與人類參考書目及主要刊物,一、微生物的概念與特點,(一)什么是微生物？,微生物不是分類學上的專門名詞，是人們?nèi)庋鄄荒芸匆姷奈⑿∩锏目偡Q。,包括原核微生物：細菌、古細菌、放線菌、藍細菌真核微生物：酵母菌、霉菌、單細胞藻類、原生動物非細胞型微生物：病毒、亞病毒,(二)微生物在生物分類中的地位,二界系統(tǒng)：微生物發(fā)現(xiàn)之前，生物分為動物界和植物界。三界系統(tǒng)：1866年Haeckel把生物分為動物界、植物界和原生生物界五界系統(tǒng)：美國生物學家魏泰克(R.H.Whittaker)1969年根據(jù)細胞結構及營養(yǎng)吸收方式的不同提出。六界系統(tǒng)：五界系統(tǒng)中加上病毒界,微生物研究對象包括真菌界（fungi）:酵母、霉菌原生生物界（protista）：原生動物、單細胞藻類、粘菌原核生物界（procaryotae）病毒界（virus）三原界(域)系統(tǒng)：70年代以后，Woese提出古細菌的概念。后來提出真核生物、真細菌和古細菌三原界學說。目前較流行。,（三）微生物與其它生物的共同點,除病毒外，均由細胞組成基本化學組成相同，有蛋白質(zhì)、核酸和多糖等有新陳代謝等基本生理活動有受基因控制的遺傳機制有繁殖能力,（四）微生物的特點,個體小、比表面大分布廣、種類多生長繁殖快、轉化率高代謝類型多，生活方式多樣易變異、適應性強,1.個體小，比表面大,微生物的面積與體積的比值稱為比面值。球菌：面積=4R2體積=4/3R3面積/體積=4R2/4/3R3=3/R（R越小，比面值越大）例如：一個球菌，若體積為1m3的話，用這樣的球菌堆成1cm3其總面積可達6m2，而一粒1cm3大小的豌豆，其總表面積僅6cm2。,微生物細胞的大小和類型,德國科學家H.N.Schulz等1999年在納米比亞海岸的海底沉積物中發(fā)現(xiàn)的一種硫磺細菌（sulfurbacterium），其大小可達0.75mmThiomargaritanamibiensis-“納米比亞硫磺珍珠”,最大的細菌,2.分布廣,分布：土壤、水域、動植物體內(nèi)、極端環(huán)境、食品。人跡可到之處，微生物的分布必然很多，而人跡不到的地方，也有大量的微生物存在！,數(shù)十公里的高空（最高離地85公里，須用火箭采樣）；,幾千米的地下；,強酸、強堿、高熱的極端環(huán)境；,常年封凍的冰川；,種類多,動物：150萬種植物：50萬種微生物：已知10多萬種病毒：4000多種原核生物：5000多種藻類：23100種真菌：47300種原生動物：24000種,3.生長繁殖快,比面值大的微生物必然有一個大的營養(yǎng)物質(zhì)的吸收面，一個大的代謝物的排泄面，所以小的微生物代謝旺盛，繁殖快。,大腸桿菌一個細胞重約1012克，平均20分鐘繁殖一代。,24小時后：4722366500萬億個后代，重量達到：4722噸48小時后：2.21043個后代，重量達到2.21025噸,相當于4000個地球的重量！,轉化率高,如產(chǎn)朊假絲酵母合成蛋白質(zhì)的能力比大豆強100倍，比公牛強10萬倍。,一頭500kg重的公牛每天可增加蛋白質(zhì)0.5kg，而500kg的酵母24h可合成50000kg的蛋白質(zhì)。,4.代謝類型多,自養(yǎng)、異養(yǎng)、光能、化能,生活方式多樣,互生、共生、寄生、腐生,5.適應強，抗逆性強,微生物適應性強是動植物無法比擬的,抗寒：有些微生物可以在1230的低溫生長；,抗酸堿：細菌能耐受并生長的pH范圍：pH0.513；,耐滲透壓：蜜餞、腌制品，飽和鹽水（NaCl,32%)中都有微生物生長；,抗壓力：有些細菌可在1400個大氣壓下生長；,抗熱：有的細菌能在250的條件下生長；自然界中細菌生長的最高溫度可以達到121,易變異,微生物由于個體小易受環(huán)境條件影響發(fā)生變異。變異有好的一面，如提高青霉素產(chǎn)生菌效價，變異也有壞的一面，如細菌產(chǎn)生抗藥性。,二、微生物學研究的內(nèi)容,微生物學：研究微生物生命活動規(guī)律及其應用的科學。包括:微生物的形態(tài)、細胞結構和功能（物質(zhì)、能量和信息的轉運）。微生物的多樣性和進化(diversityandevolution)。微生物的生態(tài)學（Ecology）規(guī)律，即微生物與環(huán)境、微生物之間、微生物與其他生物間的關系。微生物同人類的關系，發(fā)掘和利用有益微生物，改造或殺死有害微生物。,本課程的主要內(nèi)容,微生物形態(tài)學：認識主要微生物類群的個體形態(tài)、群體特征，包括繁殖方式。-第一章、第二章、第三章、第四章微生物生理學：微生物的營養(yǎng)機制、物質(zhì)和能量代謝。-第五章、第六章微生物遺傳學:了解微生物遺傳信息傳遞過程的特殊性以及細菌基因重組的不同方式。-第七章微生物生態(tài)學：了解微生物在自然界元素循環(huán)中的作用、微生物在自然界的分布，與植物、動物的相互關系。-第八章,三、微生物學發(fā)展簡史,史前期：人類對微生物的認識和利用建立在生產(chǎn)-實踐的基礎上。初創(chuàng)期：呂文虎克(AntonyvanLeeuwenhock)開創(chuàng)的微生物形態(tài)學階段。奠基期：巴斯德開創(chuàng)的微生物生理學階段。發(fā)展期：應用微生物學和基礎微生物學?，F(xiàn)代微生物學階段：分子微生物學,1、史前期,4000年前埃及人已學會烘制面包和釀制果酒；2500年前發(fā)明釀醬、醋，用曲治消化道疾病；公元六世紀(北魏時期)賈思勰的巨著“齊民要術”；公元2世紀，張仲景：禁食病死獸類的肉和不清潔食物；公元前112年-212年間，華佗：“割腐肉以防傳染”；公元九世紀痘漿法、痘衣法預防天花；16世紀，古羅巴醫(yī)生G.Fracastoro：疾病是由肉眼看不見的生物(livingcreatures)引起的；1641年，明末醫(yī)生吳又可也提出“戾氣”學說；,2、初創(chuàng)期,AntonyvanLeeuwenhock(1632-1723),微生物的發(fā)現(xiàn),Leeuwenhoek：呂文虎克，荷蘭人，微生物學的先驅。1676年，利用自制的顯微鏡首次觀察到了細菌。,1590年荷蘭人詹森兄弟制作了第一臺顯微鏡。1664年英國人羅伯特.胡克用自制的顯微鏡并描述了霉菌的子實體結構。,羅伯特胡克的顯微鏡,呂文虎克觀察到的微生物,1748年英國傳教士尼達姆（JohnNeedham）“微生物自生說”法國路易斯巴斯德（LouisPasteur）德國科學家羅伯特柯赫（RobertKoch）1865年李斯特外科消毒術微生物學的基本技術已建立并完善：顯微術19世紀出現(xiàn)改良的顯微鏡-現(xiàn)代光學顯微鏡純培養(yǎng)技術、滅菌技術、革蘭氏染色法等,3、奠基期-生理生化時期,現(xiàn)代光學顯微鏡,巴斯德（Pasteur18221895）：法國化學家，微生物生理學奠基人。推翻“生命自然發(fā)生說”。證明只有活的微生物才是傳染病、發(fā)酵和腐敗的真正原因。,LouisPasteur,Pasteur和自然發(fā)生說的終結,LouisPasteur的貢獻,通過曲頸瓶實驗徹底否定了自然發(fā)生說生理學證實發(fā)酵由微生物引起：證明酒精發(fā)酵由酵母菌引起。發(fā)明了巴氏消毒法（Pasteurization：62-63/30分鐘或71/15分鐘）。免疫學：發(fā)明用接種減毒細菌來預防雞霍亂，發(fā)明疫苗，首次制成了狂犬疫苗。,柯赫（Koch）與Koch法則,Koch,德國醫(yī)生，創(chuàng)立疾病的種質(zhì)學說，成為細菌學奠基人。1876年,證明炭疽桿菌引起炭疽?。╝nthrax）；1882年，發(fā)現(xiàn)結核桿菌，并因此獲諾貝爾獎?？潞辗▌t（Kochspostulates）:用于確定某種微生物是否是引起某種疾病的病原體的法則。發(fā)明了固體培養(yǎng)基，獲得微生物的純培養(yǎng),種質(zhì)學說（theGermTheoryofDisease）純培養(yǎng)（PureCulture）,只有一種微生物組成的細胞群體。,RobertKoch(1843-1910),柯赫法則：病原微生物總在患傳染病的動物中發(fā)現(xiàn)而不存在于健康的個體中。病原微生物可以離開動物體，并被培養(yǎng)為純培養(yǎng)物。這種純培養(yǎng)物接種到敏感動物體后，應當出現(xiàn)特有的病征。該微生物可從患病的實驗動物中重新分離出來，并可在實驗室中再次培養(yǎng)，此后它仍與原始病原微生物相同。,貝耶林克（Beijerinck）和維諾格拉德斯基（Winogradsky）,Winogradsky(1856-1953),俄國人Beijerinck(1851-1931),荷蘭人兩人均對土壤和水體微生物感興趣，被看作普通微生物學的奠基人。,4、發(fā)展期：,二十世紀初，對微生物生理、生化研究的開展和深入，微生物開始涉入農(nóng)業(yè)、工業(yè)和醫(yī)學等領域，一系列分支學科開始出現(xiàn)：大體分為：基礎微生物學，應用微生物學按生命活動規(guī)律分：普通微生物學、微生物形態(tài)學、分類學、遺傳學、生理學按應用領域：工業(yè)微生物、農(nóng)業(yè)微生物、環(huán)境微生物,AlexanderFleming(1881-1955),1929年：AlexanderFleming(弗萊明)發(fā)現(xiàn)了青霉素；1944年：Waksman在土壤放線菌中找到鏈霉素。開始了抗生素研究的熱潮,1953年,Watson-CrickDNA雙螺旋的發(fā)現(xiàn)開創(chuàng)了微生物分子生物學的發(fā)展時期。,5、現(xiàn)代微生物學階段：,20世紀80年代以來，微生物學進入分子研究水平。微生物成為生物技術和遺傳工程的主角。分類學：三原界學說基因組學：細菌基因組測序細菌基因表達調(diào)控研究微生物與動植物互作的分子機理研究,微生物學的未來沿著分子微生物學領域繼續(xù)發(fā)展是一個重要方面?；蚬こ叹臉嫿ㄈ嬲归_微生物基因組和后基因組的研究廣泛和深入地開展微生物多樣性的研究利用微生物治理環(huán)境微生物致病性和免疫機制的研究,四、微生物與人類,醫(yī)學微生物制藥抗生素疫苗等工業(yè)上的貢獻食品工業(yè)與發(fā)酵、微生物冶金、生物降解等等農(nóng)業(yè)與生物技術生物防治、生物肥料等微生物與環(huán)境保護在生態(tài)系統(tǒng)中的作用利用微生物改善環(huán)境對生物學基礎研究的貢獻微生物繁殖快、價值低，沒有種族上的異議，是很好的實驗材料模式菌株危害,開發(fā)和利用有益微生物，控制和殺死有害微生物。,沈萍1999.微生物學高等教育出版社,周德慶2002.微生物學教程第二版。高等教育出版社,楊蘇聲周俊初.2005微生物學，科學出版社,中文參考書目,李阜棣胡正嘉.2000微生物學，中國農(nóng)業(yè)出版社,黃秀梨.1998.微生物學,第五版,中國農(nóng)業(yè)出版社,2“Microbiology”，LansingM.Prescott,DonaldKlein,JohnHarley，McGraw-HillHigherEducation，2002及其中譯本（沈萍等，高等教育出版社，2003）,英文參考書及多媒體輔助課件:,3MicrobeZooCD-ROM,theMichiganStateUniversityBoardofTrustees,1998,1BrocksBiologyofMicroorganism10TH，MichaelT.MadiganJohnM.MartinkoJackParker，PrenticeHall，2002,微生物學國內(nèi)主要刊物,中國微生物學會遼寧省微生物學會遼寧省微生物研究所,中國微生物學會中國科學院微生物研究所,中國微生物學會中國科學院微生物研究所,微生物學主要國際刊物,,,MicrobiologyandMolecularBiologyReviews,JournalofBacteriology,,,AppliedandEnvironmentalMicrobiology,T