天津科技大學(xué)海洋學(xué)院微生物學(xué)緒論

1、 海 洋 微 生 物 學(xué)1教學(xué)參考書(shū)1.黃秀梨主編.微生物學(xué)（第二版）,北京：高等教育出版社，20032.沈萍主編.微生物學(xué)， 北京：高等教育出版社，20003.李阜棣.胡正嘉主編.微生物學(xué) ,第五版 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，20004.周德慶.微生物學(xué)教程，第二版，北京：高等教育出版社，20022參考教學(xué)網(wǎng)站（課件）1.武漢大學(xué)微生物學(xué)教學(xué)網(wǎng)站2.江南大學(xué)微生物學(xué)教學(xué)網(wǎng)站3.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)微生物學(xué)微生物教學(xué)網(wǎng)站 4.華南師范大學(xué)微生物學(xué)教學(xué)網(wǎng)站 5.長(zhǎng)春師范學(xué)院微生物學(xué)網(wǎng)絡(luò)課程 6.安徽科技學(xué)院微生物學(xué)網(wǎng)站 7.江西農(nóng)業(yè)大學(xué)精品課程 8.西北農(nóng)林科技大學(xué)微生物學(xué)教學(xué)網(wǎng)站9.山東大學(xué)生命科學(xué)院微生

2、物學(xué)教學(xué)網(wǎng)站3 緒 論一、什么是微生物二 、微生物的特點(diǎn)三、微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學(xué)的建立與 發(fā)展四、 20世紀(jì)的微生物學(xué)五、 21世紀(jì)微生物學(xué)展望41.定義定義：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(méi)有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的生物的通稱。種類：微生物類群十分龐雜，包括：無(wú)細(xì)胞結(jié)構(gòu)的病毒、類病毒、擬病毒等，屬于原核生物的細(xì)菌、放線菌、立克次氏體、衣原體等，屬于真核生物的酵母菌和霉菌，單細(xì)胞藻類、原生動(dòng)物等。一、什么是微生物5微生物的類群微生物是微小生物的總稱，一般只有借助顯微鏡才能其進(jìn)行觀察。微生物病毒原核生物：真細(xì)菌、古生菌真核生物：真菌（酵母、霉菌、蕈菌等）、 單細(xì)胞藻類、 原生動(dòng)

3、物等67 人體體表及體內(nèi)存在大量的微生物： 皮膚表面：平均10萬(wàn)個(gè)細(xì)菌/平方厘米； 口腔：細(xì)菌種類超過(guò)500種； 腸道：微生物總量達(dá)100萬(wàn)億， 糞便干重的1/3是細(xì)菌，每克糞便的細(xì)菌總數(shù)為：1000億個(gè)；2. 微生物與我們微生物無(wú)處不在，我們無(wú)時(shí)不生活在“微生物的海洋”中。 細(xì)菌數(shù)億/g土壤，土壤中的細(xì)菌總重量估計(jì)為：10034 10 12 噸； 每張紙幣帶細(xì)菌：900萬(wàn)個(gè)； 每個(gè)噴嚏的飛沫含4500-150000個(gè)細(xì)菌，重感冒患者為8500萬(wàn)。8少數(shù)微生物也是人類的敵人！鼠疫；天花；梅毒；小兒麻痹癥；肺結(jié)核；麻瘋?。桓忻?；腦膜炎；艾滋??；瘋牛??；埃博拉病毒；非典9二、微生物的特點(diǎn)：個(gè)體小、

4、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)、胃口大、食譜廣、繁殖快、易培養(yǎng)、數(shù)量大、分布廣、種類多、級(jí)界寬、易變異、抗性強(qiáng)、休眠長(zhǎng)、起源早、發(fā)現(xiàn)晚10個(gè)體小:測(cè)量單位：微米或鈉米11個(gè)體小:測(cè)量單位：微米或鈉米火星隕石中發(fā)現(xiàn)的細(xì)菌化石（直徑 10 nm）12德國(guó)科學(xué)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(xì)菌（sulfur bacterium），其大小可達(dá)0.75 mm，Thiomargarita namibiensis，-“納米比亞硫磺珍珠”13食譜廣：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)、角蛋白、石油、甲醇、甲烷、天然氣、塑料、酚類、氰

5、化物、各種有機(jī)物均可被微生物作為糧食。14繁殖快：24小時(shí)后： 4722366500萬(wàn)億個(gè)后代，重量達(dá)到：4722噸48小時(shí)后：2.2 10 43個(gè)后代，重量達(dá)到2.2 10 25 噸相當(dāng)于4000個(gè)地球的重量！大腸桿菌一個(gè)細(xì)胞重約10 12 克，平均20分鐘繁殖一代一頭500 kg的食用公牛，24小時(shí)生產(chǎn) 0.5 kg蛋白質(zhì),而同樣重量的酵母菌，以質(zhì)量較次的糖液（如糖蜜）和氨水為原料，24小時(shí)可以生產(chǎn) 50000 kg優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)。15易培養(yǎng)：很多細(xì)菌都可以非常方便地進(jìn)行人工培養(yǎng)！ 數(shù)量大： 在自然界中（土壤、水體、空氣，動(dòng)植物體內(nèi)和體表）都生存有大量的微生物！16從永凍冰層分離微生物17南極

6、Vostok湖冰芯樣品中的微生物18種類多： 微生物的生理代謝類型多； 代謝產(chǎn)物種類多； 微生物的種數(shù)“多”；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)為目前為人類所發(fā)現(xiàn)的微生物還不到自然界中微生物總數(shù)的1%19級(jí)界寬：Whittaker的五界分類系統(tǒng)20變異易：個(gè)體小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、且多與外界環(huán)境直接接觸 繁殖快、 數(shù)量多 短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量的變異后代突變率：10-5 10-1021變異易：青霉素的生產(chǎn)：20單位/ ml（1943）10000單位/ ml青霉素的用量：最高：10萬(wàn)單位/天（40年代） 數(shù)百萬(wàn)-千萬(wàn)單位/次22抗（逆）性強(qiáng)：抗熱：有的細(xì)菌能在265個(gè)大氣壓，25

7、0 的條件下生長(zhǎng)；自然界中細(xì)菌生長(zhǎng)的最高溫度可以達(dá)到113 ；有些細(xì)菌的芽孢，需加熱煮沸8小時(shí)才被殺死；抗寒：有些微生物可以在12 30的低溫生長(zhǎng)；抗酸堿：細(xì)菌能耐受并生長(zhǎng)的pH范圍：pH 0.5 13；耐滲透壓：蜜餞、腌制品，飽和鹽水（NaCl, 32%)中 都有微生物生長(zhǎng)；抗壓力：有些細(xì)菌可在1400個(gè)大氣壓下生長(zhǎng)；23休眠長(zhǎng)：世界上最古老的活細(xì)菌（芽孢）：2.5億年24起源早：38億年前，生命在海洋中出現(xiàn)26億年前，陸地上就可能存在微生物發(fā)現(xiàn)晚：300多年前人們才真正發(fā)現(xiàn)微生物的存在25感性認(rèn)識(shí)階段（史前時(shí)期）形態(tài)學(xué)發(fā)展階段（初創(chuàng)時(shí)期）生理學(xué)發(fā)展階段（奠基時(shí)期）分子生物學(xué)發(fā)展階段（成熟時(shí)

8、期）人類對(duì)微生物世界的認(rèn)識(shí)過(guò)程三、微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學(xué)的建立與發(fā)展26我國(guó)8000年前就開(kāi)始出現(xiàn)了曲蘗釀酒；4000年前埃及人已學(xué)會(huì)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2世紀(jì)，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(jì)痘漿法、痘衣法預(yù)防天花；1346年，克里米亞半島上的法卡城之戰(zhàn)；16世紀(jì)，古羅馬醫(yī)生G.Fracastoro：疾病是由肉眼看不見(jiàn) 的生物(living creatures)引起的；1641年，明末醫(yī)生吳又可也提出“戾氣”學(xué)說(shuō)；三、微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學(xué)的建立與發(fā)展（一）微生物的發(fā)現(xiàn)271

9、664年，英國(guó)人虎克（Robert Hooke）曾用原始的顯微鏡對(duì)生長(zhǎng)在皮革表面及薔薇枯葉上的霉菌進(jìn)行觀察。281676年，微生物學(xué)的先驅(qū)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。29（二）微生物學(xué)的奠基及發(fā)展微生物學(xué) (Microbiology) 是研究微生物及其生命活動(dòng)規(guī)律的科學(xué)。即研究微生物在一定條件下的形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理生化、遺傳變異以及微生物的進(jìn)化、分類、生態(tài)等生命活動(dòng)規(guī)律及其與其他微生物之間，與動(dòng)植物之間的相互關(guān)系，與外界環(huán)境理化因素之間的相互關(guān)系，微生物在自然界各

10、種元素的生物地球化學(xué)循環(huán)中的作用，微生物在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境保護(hù)、食品生產(chǎn)等各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用，等等。30（二）微生物學(xué)的奠基法國(guó)人巴斯德（Louis Pasteur） （18221895）德國(guó)人柯赫（Robert Koch）（ 18431910）311.巴斯德 (1) 發(fā)現(xiàn)并證實(shí)發(fā)酵是由微生物引起的；(2) 徹底否定了“自然發(fā)生”學(xué)說(shuō)；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”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。(3) 免疫學(xué)預(yù)防接種1885年法國(guó)科學(xué)家路易. 巴斯德首次將兔腦基髓制備的減毒狂犬疫苗應(yīng)用人體治療狂犬病獲得成功.

11、(4) 其他貢獻(xiàn)巴斯德消毒法：6065作短時(shí)間加熱處理，殺死有害微生物32 2.柯赫 a）細(xì)菌純培養(yǎng)方法的建立土豆切面 營(yíng)養(yǎng)明膠 營(yíng)養(yǎng)瓊脂（平皿） （1）微生物學(xué)基本操作技術(shù)方面的貢獻(xiàn)b）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)c）流動(dòng)蒸汽滅菌d）染色觀察和顯微攝影33（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；b）發(fā)現(xiàn)了肺結(jié)核病的病原菌（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 著名的柯赫原則34三、20世紀(jì)的微生物學(xué)十九世紀(jì)末到二十世紀(jì)中期：微生物學(xué)：鑒定病原菌 研究免疫學(xué)及其在預(yù)防疾病中的作用、 尋找化學(xué)治療藥

12、物、分析微生物的化學(xué)活性。普通生物學(xué)：細(xì)胞的構(gòu)造及其在繁殖和發(fā)展中的作用、 植物和動(dòng)物的遺傳和進(jìn)化的機(jī)制。35對(duì)動(dòng)植物起作用的遺傳機(jī)制同樣適用于微生物生化突變細(xì)菌基因水平轉(zhuǎn)移微生物遺傳學(xué)肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)病毒重組實(shí)驗(yàn)噬菌體感染實(shí)驗(yàn)核酸是遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)36 20世紀(jì)40年代后，微生物自身的特點(diǎn)使其成為生物學(xué)研究的“明星”，微生物學(xué)很快與生物學(xué)主流匯合，并被推到了整個(gè)生命科學(xué)發(fā)展的前沿，獲得了迅速的發(fā)展，在生命科學(xué)的發(fā)展中作出了巨大的貢獻(xiàn)。1.多學(xué)科交叉促進(jìn)微生物學(xué)全面發(fā)展37382. 微生物學(xué)在生命科學(xué)發(fā)展中的重要地位 （1）微生物是生物學(xué)基本理論研究中的理想實(shí)驗(yàn)對(duì)象， 對(duì)微生物的研究促進(jìn)許多重

13、大生物學(xué)理論問(wèn)題的突破 基因和酶關(guān)系的闡明及“一個(gè)基因一個(gè)酶”的假說(shuō)； 遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)的闡明； 基因概念的發(fā)展； 遺傳密碼的破譯； 基因表達(dá)調(diào)控機(jī)制的研究； 生物大分子合成的中心法則；39（2）對(duì)生命科學(xué)研究技術(shù)的貢獻(xiàn)細(xì)胞的人工培養(yǎng)；突變體篩選；DNA重組技術(shù)和遺傳工程；（3）微生物與“人類基因組計(jì)劃”作為模式生物；基因與基因組的功能研究的重要工具;40（4）我國(guó)微生物學(xué)的發(fā)展湯飛凡：沙眼病原體的分離和確證陳華癸：根瘤菌固氮作用的研究高尚蔭：創(chuàng)建了我國(guó)病毒學(xué)的基礎(chǔ)理論研究 和第一個(gè)微生物學(xué)專業(yè)抗生素的總產(chǎn)量已耀居世界首位兩步法生產(chǎn)維生素C的技術(shù)居世界先進(jìn)水平泉生熱孢菌全基因組序列測(cè)定41 生命

14、起源的研究；四、21世紀(jì)微生物學(xué)展望 1微生物自身的特點(diǎn)（共性和特性）將會(huì)更加受到關(guān)注和利用 以微生物為研究材料繼續(xù)對(duì)一些基本生命現(xiàn)象進(jìn)行研究； 生物進(jìn)化方面的研究； 性別分化的意義； 生物智慧的發(fā)展； 微生物產(chǎn)業(yè)的開(kāi)發(fā)； 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；42用“工程菌”生產(chǎn)藥物干 擾 素腦 菲 肽胰 島 素乙肝疫苗眾抗生素各種單克隆抗體免疫血清微生物與醫(yī)藥衛(wèi)生43微生物與農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)微生物飼料農(nóng)用抗菌素生物農(nóng)藥生物菌肥微生物能源44菌體蛋白飼料飼 料 酵 母維 生 素 飼 料發(fā) 酵 飼 料青 貯 飼 料微生物飼料45 某些微生物能夠產(chǎn)生具有抑制或殺死植物 病原菌的物質(zhì),該

15、物質(zhì)稱農(nóng)用抗菌素。農(nóng)用抗菌素46微生物飼料 菌體蛋白飼料 飼 料 酵 母 維 生 素 飼 料 發(fā) 酵 飼 料 青 貯 飼 料47農(nóng)用抗菌素 某些微生物能夠產(chǎn)生具有抑制 或殺死植物病原菌的物質(zhì),該物質(zhì)稱 農(nóng)用抗菌素。48 生物農(nóng)藥細(xì)菌農(nóng)藥真菌農(nóng)藥病毒農(nóng)藥49 生物菌肥主要是根瘤菌肥即含固氮菌活菌的肥料。50微生物與工業(yè)酶 工 業(yè)氨基酸工業(yè)有機(jī)酸工業(yè)新材料開(kāi)發(fā)生 物 化 工食 品 工 程51微生物與飲食、調(diào)味品醬，醬油，豆豉食 用 醋發(fā)酵飲料發(fā)酵面食食藥用菌食用色素食品添加劑淹漬蔬菜52微生物與環(huán)保微生物處理腈綸廢水的塔式濾池53 微生物工程發(fā)酵工程又稱微生物工程，是將微生物學(xué)、生物化學(xué)和化學(xué)工程

16、學(xué)的基本原理有機(jī)結(jié)合起來(lái)，利用微生物的生長(zhǎng)和代謝活動(dòng)來(lái)生產(chǎn)有用物質(zhì)及提供服務(wù)的工程技術(shù)?，F(xiàn)代的發(fā)酵工程不僅包括菌體的生產(chǎn)和代謝產(chǎn)物的發(fā)酵生產(chǎn)，還包括微生物本身功能的利用。其主要內(nèi)容包括工業(yè)價(jià)值菌種的選育，“工程菌”的生產(chǎn)，發(fā)酵工藝條件的優(yōu)化與控制，發(fā)酵設(shè)備（發(fā)酵罐）的設(shè)計(jì)及產(chǎn)物的分離、提取與精制和微生物功能的利用等內(nèi)容。54微生物工程的優(yōu)越性：微生物以比表面積（表面積與體積之比）、轉(zhuǎn)化能力、繁殖速度、變異與適應(yīng)性和分布范圍五大特殊本領(lǐng)而著稱。微生物工程中常用的微生物酵母菌、乳酸菌、光合細(xì)菌、消化菌、反硝化菌、枯草桿菌等552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！ 微生物基因組的序列測(cè)定和分析； 微量熱技術(shù)對(duì)生命過(guò)程的研究；微量熱法用于細(xì)菌分類鑒定的研究 微生物的快速檢定； 計(jì)算機(jī)技術(shù)與微生物學(xué)的結(jié)合；563. 海洋微生物抗腫瘤活性物質(zhì)研究發(fā)達(dá)國(guó)