第一章 微生物學(xué)史

1、 人類對微生物的認識過程人類對微生物的認識過程難以認識的世界難以認識的世界個體微小個體微小外貌不顯外貌不顯雜居混生雜居混生因果難聯(lián)因果難聯(lián)人們對于微生物人們對于微生物視而不見視而不見嗅而不聞嗅而不聞觸而不覺觸而不覺食而不察食而不察得其益而不感其好得其益而不感其好受其害而不知其惡受其害而不知其惡例例1 鼠疫流行鼠疫流行例例2 馬鈴薯病馬鈴薯病第一節(jié)第一節(jié) 顯微鏡與微生物的發(fā)現(xiàn)顯微鏡與微生物的發(fā)現(xiàn) 人類利用微生物比認識微生物要早得多。自人類利用微生物比認識微生物要早得多。自古以來人們就對微生物的存在有所感受，但由于人古以來人們就對微生物的存在有所感受，但由于人眼的分辨力只有眼的分辨力只有0.1mm

2、，而微生物，而微生物 一般都遠遠小一般都遠遠小于于0.1mm。正因如此，直到顯微鏡發(fā)明以后，人。正因如此，直到顯微鏡發(fā)明以后，人們才開始了對微觀世界的探索。們才開始了對微觀世界的探索。 1590年，荷蘭密得堡一個磨鏡片工人詹森的年，荷蘭密得堡一個磨鏡片工人詹森的兩個孩子兩個孩子J詹森和詹森和Z詹森詹森，偶然將兩個老花鏡片，偶然將兩個老花鏡片裝在一個銅管的兩頭，用它好奇的觀看了書上很裝在一個銅管的兩頭，用它好奇的觀看了書上很小的逗號，發(fā)現(xiàn)它競有蝌蚪般大，眼睫毛競有木小的逗號，發(fā)現(xiàn)它競有蝌蚪般大，眼睫毛競有木棍粗。這個偶然發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致了世界上最早的放大倍棍粗。這個偶然發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致了世界上最早的放大倍數(shù)僅幾

3、倍的原始復(fù)式顯微鏡的誕生。數(shù)僅幾倍的原始復(fù)式顯微鏡的誕生。特點：特點： 僅能放大僅能放大幾倍幾倍，把肉眼能看見的小物體放大。，把肉眼能看見的小物體放大。 1664年，英國人胡克（年，英國人胡克（Hooke,1635-1703）用自己）用自己設(shè)計的顯微鏡觀察植物葉子和皮革表面上生長的霉菌，并設(shè)計的顯微鏡觀察植物葉子和皮革表面上生長的霉菌，并描繪了霉菌的描繪了霉菌的“果實果實”。 特點：特點：能放大能放大數(shù)十倍到數(shù)百倍數(shù)十倍到數(shù)百倍的光學(xué)顯微鏡，可觀察的光學(xué)顯微鏡，可觀察物體的微觀結(jié)構(gòu)，可發(fā)現(xiàn)一些肉眼看不見的東西。物體的微觀結(jié)構(gòu)，可發(fā)現(xiàn)一些肉眼看不見的東西。 荷蘭的業(yè)余顯微荷蘭的業(yè)余顯微鏡制造者列

4、文虎克鏡制造者列文虎克（Leeuwenhoek,1632-1723）,是現(xiàn)在公認的是現(xiàn)在公認的第一個真正發(fā)現(xiàn)肉眼第一個真正發(fā)現(xiàn)肉眼看不見的微生物并描看不見的微生物并描繪它們的細節(jié)的人。繪它們的細節(jié)的人。 制成了世界上最早的可以放大近制成了世界上最早的可以放大近300倍的倍的金屬結(jié)構(gòu)的顯微鏡。他用這架當時世界上金屬結(jié)構(gòu)的顯微鏡。他用這架當時世界上“最精巧最精巧”、“最優(yōu)良最優(yōu)良”的顯微鏡，不停地觀察、記錄著他周圍生活中的顯微鏡，不停地觀察、記錄著他周圍生活中找得到的微小物體。找得到的微小物體。 幾年之后，他終于又研制出更精制、更完美的顯微幾年之后，他終于又研制出更精制、更完美的顯微鏡。在動物毛細

5、血管流動的血液里，他驚奇地發(fā)現(xiàn)有許多鏡。在動物毛細血管流動的血液里，他驚奇地發(fā)現(xiàn)有許多像小車輪一樣滾動的血液細胞。像小車輪一樣滾動的血液細胞。列文虎克成為第一個看見列文虎克成為第一個看見并描述紅細胞的人。并描述紅細胞的人。 列文虎克一生致力于在微觀世界中探索，發(fā)表論文列文虎克一生致力于在微觀世界中探索，發(fā)表論文402篇，其中篇，其中列文虎克發(fā)現(xiàn)的自然界的秘密列文虎克發(fā)現(xiàn)的自然界的秘密是人類關(guān)是人類關(guān)于微生物學(xué)的開山鼻祖。于微生物學(xué)的開山鼻祖。 在在20世紀，人們發(fā)明了電子顯微鏡。使人們世紀，人們發(fā)明了電子顯微鏡。使人們對微生物微觀結(jié)構(gòu)的認識越來越深入。對微生物微觀結(jié)構(gòu)的認識越來越深入。電子顯微

6、鏡的誕生使人們能觀察微生物的微觀結(jié)構(gòu)電子顯微鏡的誕生使人們能觀察微生物的微觀結(jié)構(gòu) 巴斯德（巴斯德（Pasteur,1822-1895）出生于法國的多勒。）出生于法國的多勒。1847年畢業(yè)于巴黎師范學(xué)院，獲博士年畢業(yè)于巴黎師范學(xué)院，獲博士學(xué)位。學(xué)位。 巴斯德一生的成就相當驚人。巴斯德一生的成就相當驚人。他不僅是微生物學(xué)的奠基人，也他不僅是微生物學(xué)的奠基人，也是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)、立體化學(xué)的創(chuàng)始人。是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)、立體化學(xué)的創(chuàng)始人。他不僅是個理論上的天才，還是他不僅是個理論上的天才，還是個善于解決實際問題的人。他被個善于解決實際問題的人。他被世人稱頌為世人稱頌為“進入科學(xué)王國的最進入科學(xué)王國的最完美無缺的人完美

7、無缺的人”。 “發(fā)酵是純粹的化學(xué)裂解發(fā)酵是純粹的化學(xué)裂解”: 在在19世紀中葉，世紀中葉，科學(xué)界普遍的觀點是：發(fā)酵生產(chǎn)葡萄酒、啤酒和科學(xué)界普遍的觀點是：發(fā)酵生產(chǎn)葡萄酒、啤酒和醋的過程，是糖通過簡單的化學(xué)反應(yīng)被裂解的結(jié)醋的過程，是糖通過簡單的化學(xué)反應(yīng)被裂解的結(jié)果，這種裂解反應(yīng)是由糖本身不穩(wěn)定的振動引起果，這種裂解反應(yīng)是由糖本身不穩(wěn)定的振動引起的。盡管在酒缸里已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了酵母，并且已經(jīng)知的。盡管在酒缸里已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了酵母，并且已經(jīng)知道酵母是活的生物，但大部分人認為，它們是發(fā)道酵母是活的生物，但大部分人認為，它們是發(fā)酵的產(chǎn)物或為發(fā)酵的進行提供某些有用的成分。酵的產(chǎn)物或為發(fā)酵的進行提供某些有用的成分?！鞍l(fā)酵

8、是純粹的化學(xué)裂解發(fā)酵是純粹的化學(xué)裂解”被當著科學(xué)定律。被當著科學(xué)定律。 經(jīng)過巴斯德對甜菜根制造酒精的研究，他斷定是活的經(jīng)過巴斯德對甜菜根制造酒精的研究，他斷定是活的酵母細胞使糖發(fā)酵變?yōu)榫凭?。發(fā)酵時所產(chǎn)生的酒精和二氧酵母細胞使糖發(fā)酵變?yōu)榫凭?。發(fā)酵時所產(chǎn)生的酒精和二氧化碳氣體都是由酵母使糖分解而產(chǎn)生的，這個過程即使在化碳氣體都是由酵母使糖分解而產(chǎn)生的，這個過程即使在沒有氧的條件下也能發(fā)生。另外，他還研究了乳酸和醋的沒有氧的條件下也能發(fā)生。另外，他還研究了乳酸和醋的發(fā)酵過程。通過這些研究，證明了發(fā)酵是微生物活動的結(jié)發(fā)酵過程。通過這些研究，證明了發(fā)酵是微生物活動的結(jié)果，不同微生物引起不同類型的發(fā)酵果，

9、不同微生物引起不同類型的發(fā)酵。巴斯德的這一發(fā)現(xiàn)。巴斯德的這一發(fā)現(xiàn)奠定了微生物學(xué)基礎(chǔ)。奠定了微生物學(xué)基礎(chǔ)。 自從發(fā)現(xiàn)微生物以來，科學(xué)屆就一直存在關(guān)于微生自從發(fā)現(xiàn)微生物以來，科學(xué)屆就一直存在關(guān)于微生物是自然發(fā)生的，還是由本來就存在的微生物繁殖產(chǎn)生的物是自然發(fā)生的，還是由本來就存在的微生物繁殖產(chǎn)生的討論。討論。 巴斯德堅信微生物是不可能自然產(chǎn)生出來的，他與巴斯德堅信微生物是不可能自然產(chǎn)生出來的，他與自然發(fā)生論自然發(fā)生論進行了長達進行了長達20年的論戰(zhàn)。年的論戰(zhàn)。 為了證明自己的觀點，他進行了肉湯變質(zhì)試驗。為了證明自己的觀點，他進行了肉湯變質(zhì)試驗。 1862年，巴斯德設(shè)計出一個巧妙的曲頸瓶試驗。證年，

10、巴斯德設(shè)計出一個巧妙的曲頸瓶試驗。證明了明了是空氣中的微生物使肉湯發(fā)生腐敗的是空氣中的微生物使肉湯發(fā)生腐敗的，而不是肉湯腐，而不是肉湯腐敗產(chǎn)生微生物。敗產(chǎn)生微生物。曲頸瓶試驗曲頸瓶試驗法國釀酒業(yè)遭滅頂之災(zāi)：法國釀酒業(yè)遭滅頂之災(zāi)：1864年，關(guān)系到當時法國經(jīng)濟命脈的釀酒年，關(guān)系到當時法國經(jīng)濟命脈的釀酒業(yè)正面臨嚴峻的形勢，很多葡萄酒、啤酒常常因變酸而倒掉，造成業(yè)正面臨嚴峻的形勢，很多葡萄酒、啤酒常常因變酸而倒掉，造成了巨大的損失。有的酒商因此而破產(chǎn)。了巨大的損失。有的酒商因此而破產(chǎn)。拿破侖三世拿破侖三世皇帝要求巴斯德皇帝要求巴斯德對這種威脅釀酒業(yè)的對這種威脅釀酒業(yè)的“疾病疾病”開展調(diào)查和研究。為此

11、，巴斯德到阿開展調(diào)查和研究。為此，巴斯德到阿波斯的一個葡萄種植園去研究這個問題。波斯的一個葡萄種植園去研究這個問題。找出罪魁禍首：找出罪魁禍首：他很快找出了使葡萄酒變酸的罪魁禍首桿菌。他很快找出了使葡萄酒變酸的罪魁禍首桿菌。發(fā)明發(fā)明“巴氏消毒法巴氏消毒法”：如何消滅這些桿菌又不破壞葡萄酒的風味，如何消滅這些桿菌又不破壞葡萄酒的風味，經(jīng)研究發(fā)明了著名的經(jīng)研究發(fā)明了著名的“巴氏消毒法巴氏消毒法”。巴斯德成為拯救法國釀酒業(yè)的功臣：巴斯德成為拯救法國釀酒業(yè)的功臣：巴斯德發(fā)明的消毒法拯救了法巴斯德發(fā)明的消毒法拯救了法國的釀酒業(yè)，也使他自己在法國成了傳奇般的人物。國的釀酒業(yè)，也使他自己在法國成了傳奇般的人

12、物。 6366 ， 30min 71 , 15s，迅速冷卻。，迅速冷卻。殺死其中可能存在的病源菌如結(jié)核桿殺死其中可能存在的病源菌如結(jié)核桿菌、傷寒桿菌。菌、傷寒桿菌。：處理牛乳、酒類等飲料，不損害營養(yǎng)處理牛乳、酒類等飲料，不損害營養(yǎng)與風味。與風味。 目前市售鮮牛奶部分采用此方法消毒。目前市售鮮牛奶部分采用此方法消毒。 炭疽熱：炭疽熱：是一種畜牧業(yè)的疫病，羊、牛因之十死其是一種畜牧業(yè)的疫病，羊、牛因之十死其一，而且它還會傳染給人。羊被傳染后，幾小時就可死一，而且它還會傳染給人。羊被傳染后，幾小時就可死亡。亡。 病源菌病源菌: 炭疽桿菌是引起炭疽熱疾病的病原細菌。炭疽桿菌是引起炭疽熱疾病的病原細菌。

13、 巴斯德的羊炭疽熱病原菌實驗：巴斯德的羊炭疽熱病原菌實驗：在巴斯德生活的時在巴斯德生活的時代，炭疽熱是一種嚴重影響法國畜牧業(yè)的疾病。代，炭疽熱是一種嚴重影響法國畜牧業(yè)的疾病。1877年，年，巴斯德開始了對炭疽熱的研究。通過實驗，巴斯德得出巴斯德開始了對炭疽熱的研究。通過實驗，巴斯德得出了是活的細菌導(dǎo)致了炭疽熱，并推論出：人身上的傳染了是活的細菌導(dǎo)致了炭疽熱，并推論出：人身上的傳染病也是由這些看不見的微生物傳播的。這一大膽的結(jié)論病也是由這些看不見的微生物傳播的。這一大膽的結(jié)論在當時的醫(yī)學(xué)界就像捅了一個馬蜂窩。在當時的醫(yī)學(xué)界就像捅了一個馬蜂窩。 怎樣能預(yù)防羊炭疽熱？怎樣能預(yù)防羊炭疽熱？ 由于這么小

14、的微生物傳播途徑太多，難以通過由于這么小的微生物傳播途徑太多，難以通過隔離完全控制炭疽熱的傳播。巴斯德考慮必須尋隔離完全控制炭疽熱的傳播。巴斯德考慮必須尋出一種預(yù)防的方法。出一種預(yù)防的方法。 雞霍亂疫苗雞霍亂疫苗 1879年，巴斯德在繼續(xù)研究炭疽熱的同時，還開展了對雞霍亂的研究。通過研究，巴斯德成功研制出炭疽熱和禽霍亂疫苗。 雞霍亂：雞霍亂：雞霍亂是一種由雞霍亂細菌引起的傳播迅速的瘟疫，來勢異常兇猛，家庭飼養(yǎng)的雞一旦染上雞霍亂就會成批死亡。雞霍亂會在3天內(nèi)傳遍一個養(yǎng)雞場。雞一旦感染會在小時內(nèi)死亡 怎樣能預(yù)防雞霍亂？怎樣能預(yù)防雞霍亂？ 巴斯德研究發(fā)現(xiàn)，空氣中的氧氣氧氣會使霍亂菌的毒性日漸減弱。菌

15、液存放時間幾天1個月2個月3個月雞死亡率100%80%50%10% 如果用更久的菌液注射，雞雖然也得病，卻如果用更久的菌液注射，雞雖然也得病，卻不會死亡。不會死亡。實驗證明，凡是注射過低毒性菌液的雞，再實驗證明，凡是注射過低毒性菌液的雞，再給它注入毒性足以致死的雞霍亂菌，它也具有抵給它注入毒性足以致死的雞霍亂菌，它也具有抵抗力，病勢輕微，甚至毫無影響。抗力，病勢輕微，甚至毫無影響。 預(yù)防雞霍亂的方法找到了！這一偶然的發(fā)現(xiàn)，使巴斯德預(yù)防雞霍亂的方法找到了！這一偶然的發(fā)現(xiàn)，使巴斯德對用弱化的病原菌接種的免疫法原理，有了初步的認識。對用弱化的病原菌接種的免疫法原理，有了初步的認識。炭疽熱疫苗：炭疽熱

16、疫苗： 受到雞霍亂的研究工作的啟發(fā)，巴斯德馬上開始了對羊炭受到雞霍亂的研究工作的啟發(fā)，巴斯德馬上開始了對羊炭疽熱免疫的研究。通過實驗發(fā)現(xiàn)，通過采用氧化、老化等疽熱免疫的研究。通過實驗發(fā)現(xiàn)，通過采用氧化、老化等多種技術(shù)制得的疫苗，在實驗室里確實防止了羊的炭疽熱。多種技術(shù)制得的疫苗，在實驗室里確實防止了羊的炭疽熱。 在在4243高溫培養(yǎng)炭疽病原菌能喪失致病能力，將其高溫培養(yǎng)炭疽病原菌能喪失致病能力，將其接種到動物健康體內(nèi)，能產(chǎn)生對炭疽病的免疫能力。接種到動物健康體內(nèi)，能產(chǎn)生對炭疽病的免疫能力。 受到炭疽熱和禽霍亂疫苗研制成功的鼓舞，在接下來的受到炭疽熱和禽霍亂疫苗研制成功的鼓舞，在接下來的2 23

17、 3年里，巴斯德又分離出包括豬丹毒、產(chǎn)褥熱、肺炎等年里，巴斯德又分離出包括豬丹毒、產(chǎn)褥熱、肺炎等多種疾病的病原微生物。多種疾病的病原微生物。 用病原微生物用病原微生物(病毒、立克次體、細菌病毒、立克次體、細菌等等)所制造的生物制品，用以注射于機體內(nèi)，所制造的生物制品，用以注射于機體內(nèi)，使產(chǎn)生免疫力，從而對有關(guān)的疾病起預(yù)防使產(chǎn)生免疫力，從而對有關(guān)的疾病起預(yù)防或治療作用?；蛑委熥饔?。 狂犬?。嚎袢。嚎袢∮址Q恐水癥，是一種由病毒引起的可怕的人蓄共同傳染病。這種病毒會侵入人和動物的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，因而十分危險。人常因被病獸（狗、貓、狼等肉食動物）咬傷而感染?？袢≈饕憩F(xiàn)為興奮、恐水、咽肌痙攣、進行

18、性癱瘓等。 狂犬病是當今病死率最高的疾病?？袢∫坏┌l(fā)作，在癥狀出現(xiàn)后，病死率幾乎是100%。 狂犬病病源：狂犬病病源：通過研究發(fā)現(xiàn)，狂犬病毒是一種比細菌更小，能通過細菌濾器的微小生命。這種生命后來被叫做病毒。巴斯德也因此成為第一個發(fā)現(xiàn)病毒的人。狂犬病潛伏期 狂犬病從感染到發(fā)病期間有一個長短不定的潛伏期。一般認為，這段時期正是狂犬病毒侵入體內(nèi)，但還沒有到達神經(jīng)中樞的時期，所以也是治療的好時機。這時如果能采用人為的方法誘導(dǎo)人體產(chǎn)生足量的抗體，就有可能消滅病毒。當時由于人體免疫系統(tǒng)對狂犬病毒的反應(yīng)比較遲鈍，自然條件下，一般都要等到狂犬病癥狀出現(xiàn)后約5天，才能在肌體中檢查出抗體。這時，抗體對侵入中樞

19、神經(jīng)元的狂犬病毒已經(jīng)無能為力了。 19世紀世紀80年代，巴斯德開始研究征服狂年代，巴斯德開始研究征服狂犬病的方法。犬病的方法。 通過實驗，巴斯德得出結(jié)論：免疫注射法對已被瘋狗咬傷的狗同樣有效。 1885年7月，巴斯德第一次在人身上注射了狂犬病疫苗，并獲得了成功。第三節(jié)第三節(jié) 見證生命科學(xué)的發(fā)展見證生命科學(xué)的發(fā)展 遺傳遺傳親代的某些性狀在子代的體現(xiàn)，叫遺傳。親代的某些性狀在子代的體現(xiàn)，叫遺傳。遺傳確保了子代與親代在相同的環(huán)境中生存。遺傳確保了子代與親代在相同的環(huán)境中生存。 變異變異生物體遺傳物質(zhì)在結(jié)構(gòu)上發(fā)生了變化，使生物體遺傳物質(zhì)在結(jié)構(gòu)上發(fā)生了變化，使子代的某些性狀與親代不同，發(fā)生了變化，叫變子

20、代的某些性狀與親代不同，發(fā)生了變化，叫變異。異。變異保證了子代適應(yīng)環(huán)境變化的能力。變異保證了子代適應(yīng)環(huán)境變化的能力。遺傳性和變異性之間可以互相轉(zhuǎn)變，遺傳性遺傳性和變異性之間可以互相轉(zhuǎn)變，遺傳性的動搖就表現(xiàn)為變異，變異性的鞏固就成為遺傳。的動搖就表現(xiàn)為變異，變異性的鞏固就成為遺傳。2、遺傳和變異的物質(zhì)基礎(chǔ)、遺傳和變異的物質(zhì)基礎(chǔ)DNA2.1 DNA（脫氧核糖核酸）的組成和結(jié)構(gòu)（脫氧核糖核酸）的組成和結(jié)構(gòu)雙鏈雙螺旋結(jié)構(gòu)：雙鏈雙螺旋結(jié)構(gòu)： DNA由兩條多核苷酸鏈彼此互補并排列方向相反由兩條多核苷酸鏈彼此互補并排列方向相反（一條多核苷酸鏈的（一條多核苷酸鏈的A、T、G、C分別同另一條鏈的分別同另一條鏈的

21、T、A、C、G相對）的以右手旋轉(zhuǎn)的方式圍繞同一根軸而互相對）的以右手旋轉(zhuǎn)的方式圍繞同一根軸而互相盤繞形成的，具有一定空間距離的雙螺旋結(jié)構(gòu)。相盤繞形成的，具有一定空間距離的雙螺旋結(jié)構(gòu)。一一個個DNA分子可含幾十萬或幾百萬個堿基對。分子可含幾十萬或幾百萬個堿基對。 概念：概念：基因是一切生物體儲存遺傳信息的、基因是一切生物體儲存遺傳信息的、有自我復(fù)制能力的遺傳功能單位。它是有自我復(fù)制能力的遺傳功能單位。它是DNA分子上一個具有特定堿基順序，即核分子上一個具有特定堿基順序，即核苷酸順序的片斷。苷酸順序的片斷。 大?。捍笮。合鄬Ψ肿恿看蠹s為相對分子量大約為6105，約有，約有1000個堿基對，每個細菌

22、約有個堿基對，每個細菌約有500010000個基因。個基因。培育植物新品種的途徑1、天然雜交、天然雜交2、人工授粉、人工授粉3、各種物理、化學(xué)因素誘導(dǎo)變異、各種物理、化學(xué)因素誘導(dǎo)變異4、基因工程、基因工程2.2 證明核酸是遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)的經(jīng)典實驗：證明核酸是遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)的經(jīng)典實驗： 科學(xué)家是如何知道，決定生物體的遺傳性狀的物質(zhì)是核酸而不是蛋白質(zhì)的呢？正是微生物，使科學(xué)家認識到這一點。（1）細菌的轉(zhuǎn)化實驗）細菌的轉(zhuǎn)化實驗1928年，英國醫(yī)生格里菲斯（Frederick Griffith）的轉(zhuǎn)化實驗確切的證明證明DNADNA是遺傳的物是遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)。質(zhì)基礎(chǔ)。 很多微生物能吸收體外環(huán)境中的DNA分子并從中獲得基因，這個過程稱為轉(zhuǎn)化。無毒無毒有毒有毒肺炎雙球菌肺炎雙球菌（2） 1952