云南農(nóng)業(yè)大學(xué)微生物緒論

微生物學(xué)吳毅歆wyx680705@5228221每張紙幣帶細菌900萬個；商場購物車把手的細菌含量高居首位，10平方厘米就聚集了1100單位的菌群；其次公交車上的手柄細菌含量為380個單位。細菌數(shù)億/g土壤，土壤中的細菌總重量估計為：10034×1012噸；微生物的海洋電話上每平方英寸細菌25000個電腦鍵盤每平方英寸細菌3300個鼠標(biāo)每平方英寸細菌1700個人體體表及體內(nèi)存在大量的微生物：皮膚表面：平均10萬個細菌/平方厘米；口腔：細菌種類超過500種；腸道：微生物總量達100萬億，糞便干重的1/3是細菌，每克糞便的細菌總數(shù)為1000億個；

每個噴嚏的飛沫含4500-150000個細菌，

重感冒患者為8500萬；

微生物既是人類的敵人，更是人類的朋友！時時刻刻與微生物“共舞”

是

禍？是

福？少數(shù)微生物是人類的敵人！天花:出現(xiàn)時間

846年15-20天死亡率高達30％

天花病毒鼠疫:出現(xiàn)時間公元6世紀由鼠的寄生蟲跳蚤傳播給人,死亡率高達30-100％鼠疫桿菌霍亂:出現(xiàn)時間

18世紀死亡率高達30-100％霍亂弧菌艾滋?。ˋIDS）：出現(xiàn)時間

1980年死亡率61％瘋牛病：出現(xiàn)時間

1985年傳播動物牛，人消化道是主要傳染途徑，死亡率100％禽流感：出現(xiàn)時間

1997年傳播動物雞、鴨、鴿子等，死亡率33.3％SARS甲型H1N1流感……

物質(zhì)循環(huán)；微生物也是人類的朋友！

體內(nèi)的正常菌群是人及動物健康的基本保證；

有用物質(zhì)的生產(chǎn)；

基因工程為代表的現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展也是微生物對人類作出的又一重大貢獻。面包、奶酪、啤酒、抗生素、疫苗、維生素、酶等幫助消化、提供必需的營養(yǎng)物質(zhì)、組成生理屏障;“在近代科學(xué)中，對人類福利最大的一門科學(xué)，要算是微生物學(xué)了?！薄毡緦W(xué)者尾形學(xué)在“家畜微生物學(xué)”（1977）可以說，微生物與人類關(guān)系的重要性，你怎么強調(diào)都不過分，微生物是一把十分鋒利的雙刃劍，它們在給人類帶來巨大利益的同時也帶來“殘忍”的破壞。它給人類帶來的利益不僅是享受，而且實際上涉及到人類的生存。一、什么是微生物二、微生物學(xué)的發(fā)展史三、微生物學(xué)研究的重要意義緒論一、什么是微生物？（一）什么是微生物

(1)定義

微生物(microoganism)通常是指那些微小、簡單、肉眼難以觀察的生物。

特點小個體微小簡構(gòu)造簡單低進化地位低微生物在生命世界的位置原核生物界原生生物界真菌界共同祖先細菌域a生物五界分類系統(tǒng)圖示原核生物界原生生物界真菌界共同祖先細菌域b原核生物界原生生物界植物界真菌界動物界共同祖先細菌域古菌域真核生物域生物三域分類系統(tǒng)圖示微生物古菌（Archaea）細菌（Bacteria）真菌（酵母、霉菌、蕈菌等）單細胞藻類原生動物等非細胞型病毒、亞病毒（類病毒、朊病毒、

擬病毒）細胞型原核生物真核生物（Eucarya）(2)種類放線菌、藍細菌、衣原體、支原體、立克次氏體等

《（二）微生物的五大共性

（小、多、快、強、廣）（1）體積小，面積大（2）吸收多，轉(zhuǎn)化快（3）生長旺，繁殖快（4）適應(yīng)強，易變異（5）分布廣，種類多

單位：um(10-6m)或nm(10-9m)2μm0.5μm桿菌80個桿菌肩并肩總寬度=1根頭發(fā)絲的寬度1500個桿菌首尾相連總長度=1粒芝麻的長度微生物的體積大小

體積小面積大個體小不同生物類型細胞大小的比較微生物與其它生物種類的體積比較動物的模式細胞動物細胞核細菌病毒動物、植物和微生物個體大小尺度范圍

體積小面積大個體小火星隕石中發(fā)現(xiàn)的細菌化石（直徑10nm）德國科學(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)的一種硫磺細菌（sulfurbacterium），其大小可達0.75mm，Thiomargaritanamibiensis，---------“納米比亞硫磺珍珠”比表面值大擴大了吸收面、排泄面物質(zhì)、能量、信息交換表面積/體積=比表面積600/10006/1意義體積小面積大任何物體被分割得越細，其單位體積所占的表面積就越大；人比表面值=1；大腸桿菌比表面值=30萬。吸收多，轉(zhuǎn)化快微生物吸收和轉(zhuǎn)化物質(zhì)的能力比動物、植物要高很多倍。1.胃口大在合適的環(huán)境下，大腸桿菌每小時內(nèi)可消耗其自重

2000倍的乳糖。2.食譜廣微生物獲取營養(yǎng)的方式多種多樣，其食譜之廣是動植物完全無法相比的！意義

1.為生長提供了充足的物質(zhì)基礎(chǔ)

2.發(fā)揮“活的化工廠”的作用纖維素、木質(zhì)素、幾丁質(zhì)、角蛋白、石油、甲醇、甲烷、天然氣、塑料、酚類、氰化物、各種有機物均可被微生物作為“糧食”。吸收多，轉(zhuǎn)化快生長旺，繁殖速大腸桿菌在合適的生長條件下：12.5~20分鐘繁殖1代每小時分裂3代，由1個變成8個經(jīng)24小時分裂72代，重約4722噸經(jīng)48小時可產(chǎn)生2.2×1043個后代地球重的4000倍微生物代時及每日增殖率微生物名稱代時(分)溫度日增殖率乳酸菌38252.7×1011大腸桿菌18371.2×1024根瘤菌110258.2×103枯草桿菌31307.2×1013光合細菌144301.0×103釀酒酵母120304.1×103念珠藻1380252.1硅藻1020202.64小球藻4202510.6草履蟲642264.92

1.發(fā)酵工業(yè)，周期短，生產(chǎn)效率高；2.使科研周期大大縮短,效率提高,

經(jīng)費減少

意義適應(yīng)強，易變異適應(yīng)強微生物有極其靈活的適應(yīng)性，這是高等動植物無法比擬。耐0～－196℃低溫耐250℃～300℃的高溫耐鹽（飽和鹽水）耐干燥（產(chǎn)芽孢細菌、真菌孢子）耐酸堿、耐缺氧、耐毒物、抗輻射易變異個體小、結(jié)構(gòu)簡、且多與外界環(huán)境直接接觸繁殖快、數(shù)量多短時間內(nèi)產(chǎn)生大量的變異后代突變率：10-5–10-10適應(yīng)強，易變異易變異青霉素的使用劑量：1940年:輸液10萬元單位/次1980年：輸液80萬單位/次2000年：輸液800萬-1000萬單位/次有利面

生產(chǎn)實踐中，獲得優(yōu)良特性的變種不利面

菌株耐藥性種類多地球上的微生物：估計有100萬種以上已發(fā)現(xiàn)的微生物：約有10萬種已開發(fā)利用的微生物：約1000種

種類多，分布廣微生物的微觀性研究手段的限制分離培養(yǎng)的局限微生物在自然界的分布：無處不在無孔不入分布廣土壤空氣水域生物體內(nèi)外極端環(huán)境正常環(huán)境高空深海底2000米深的地層溫泉種類多，分布廣二、微生物學(xué)的發(fā)展（1）什么是微生物學(xué)

微生物學(xué)（Microbiology）是研究微生物生命活動規(guī)律的學(xué)科，是生命科學(xué)中重要的基礎(chǔ)學(xué)科之一。（2）微生物學(xué)的主要內(nèi)容

微生物形態(tài)學(xué)：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、第五章、第六章、第七章

微生物生理學(xué)：微生物的營養(yǎng)機制、能量代謝，在自然界元素特別是植物營養(yǎng)元素在生物循環(huán)中的作用。---第二章微生物遺傳學(xué):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。---第三章

微生物生態(tài)學(xué)：了解微生物在自然界的分布，與植物、動物的相互關(guān)系。---第八章

該課程有利于學(xué)生全面、系統(tǒng)地理解微生物學(xué)的基本知識和基本理論，掌握微生物的基本操作技能，初步具有分析和解決有關(guān)實際問題的能力；同時也為后繼專業(yè)課：細胞生物學(xué)、分子生物學(xué)、酶工程、發(fā)酵工程學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。（3）微生物學(xué)的發(fā)展微生物學(xué)的史前時期，即古代勞動人民對微生物的利用時期（17世紀以前）微生物學(xué)的初創(chuàng)時期--形態(tài)學(xué)時期（17世紀后期-19世紀初期）微生物學(xué)的奠基時期--生理生化時期（19世紀初期-19世紀未期）微生物學(xué)的發(fā)展時期（20世紀初期-20世紀中期）微生物學(xué)的成熟期（20世紀40年代至今）與微生物學(xué)相關(guān)的諾貝爾獎獲得

史前期、初創(chuàng)期、奠基期、發(fā)展期、成熟期一、史前時期（直觀應(yīng)用時期）1676年以前未發(fā)現(xiàn)微生物個體尤其是細菌細胞的漫長時期代表人物和主要成就：我國勞動人民的釀酒制曲技術(shù)對傳染病及其規(guī)律的認識

二、初創(chuàng)時期（形態(tài)學(xué)發(fā)展時期）1676年列文·虎克用自制的單式顯微鏡觀察細菌個體~1861年（近200年）。代表人物和主要成就：列文·虎克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對生長在皮革表面及薔薇枯葉上的霉菌進行觀察。荷蘭商人--列文.虎克1676年用自制的單式顯微鏡觀察雨水、污水、腐敗肉汁等物質(zhì)，看到了球狀、桿狀、螺旋狀的細菌以及原生動物等微生物，并繪制成圖。

419架266倍

400篇

微生物學(xué)先驅(qū)者列文虎克向英國皇家學(xué)會的信中對細菌形態(tài)的描繪A、C、F、Q：桿菌E：球菌H：球菌的聚集體法國人巴斯德（LouisPasteur）（1822～1895）德國人柯赫（RobertKoch）（1843～1910）三、奠基時期（生理學(xué)發(fā)展時期）1861年巴斯德通過曲頸瓶實驗推翻了生命的自然發(fā)生說并創(chuàng)立種胚學(xué)說～1897年

代表人物：

1.巴斯德(1)證實發(fā)酵是由微生物引起的(2)否定微生物自然發(fā)生說，建立種胚學(xué)說巴斯德涉足微生物學(xué)是為了治療“酒病”和“蠶病”著名的曲頸瓶試驗無可辯駁地證實，空氣內(nèi)確實含有微生物，是它們引起有機質(zhì)的腐敗。微生物學(xué)奠基人,微生物學(xué)之父，法國著名化學(xué)家，微生物學(xué)家，畢業(yè)于巴黎高等師范學(xué)院，當(dāng)時被稱為法蘭西的英雄。(3)發(fā)明制造疫苗和預(yù)防接種方法雞霍亂菌苗狂犬疫苗(4)發(fā)明巴氏消毒法60～65℃作短時間加熱處理，殺死有害微生物2.德國醫(yī)生柯赫a）細菌純培養(yǎng)方法的建立土豆切面→營養(yǎng)明膠→營養(yǎng)瓊脂（平皿）（1）微生物學(xué)基本操作技術(shù)方面的貢獻b）設(shè)計了各種培養(yǎng)基，實現(xiàn)了在實驗室內(nèi)對各種微生物的培養(yǎng)c）流動蒸汽滅菌d）染色觀察和顯微攝影細菌學(xué)奠基人2.德國醫(yī)生柯赫（2）對病原細菌的研究作出了突出的貢獻：a)具體證實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)1.從動植物的患者體內(nèi)分離出病原物2.進行純培養(yǎng)3.回接到同樣類型的動植物體，引起同樣的病癥4.再分離得到與第二步一致的菌系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

生理生化時期19世紀出現(xiàn)改良的顯微鏡：現(xiàn)代光學(xué)顯微鏡1748年英國傳教士尼達姆（JohnNeedham）“微生物自生說”1865年李斯特創(chuàng)立外科消毒術(shù)1909年歐利希(Ehrilich)用化學(xué)制劑控制梅毒1929年弗來明（Fleming）發(fā)現(xiàn)青霉素1944年瓦克斯曼（Wakesman）土壤放線菌中找到了鏈霉素特點：a

建立了一系列研究方法和技術(shù)：巴氏消毒法，過濾除菌，預(yù)防疾病的接種，外科消毒術(shù)，柯赫氏法則b

借助于良好的方法開創(chuàng)了尋找病原微生物的黃金時代--第一個“淘金熱”c微生物學(xué)的研究從形態(tài)描述到生理學(xué)研究的水平

d開始客觀地以辯證唯物主義的“實踐－理論－實踐”的思想指導(dǎo)科學(xué)實驗（從實踐中總結(jié)規(guī)律，用于指導(dǎo)實踐）

e分支學(xué)科形成，如細菌學(xué)，釀造學(xué)，植物病理學(xué)，土壤微生物學(xué)

四、發(fā)展時期（生物化學(xué)水平）1897年德國人畢希納

E.Buchner用無細胞酵母菌壓榨汁中的酒化酶

對葡萄糖進行發(fā)酵成功，開創(chuàng)微生物生化研究的新時代。

酵母細胞石英砂研磨過濾濾液葡萄糖酵母細胞酒精、CO2特點：

微生物學(xué)的研究進入生化水平，發(fā)現(xiàn)維生素、抗生素、酶、基因（一個基因一個酶學(xué)說的提出，基因連鎖，有性生殖、細菌質(zhì)粒F因子的發(fā)現(xiàn)）

應(yīng)用分支學(xué)科的形成：抗生素學(xué)

出現(xiàn)尋找各種有益微生物代謝產(chǎn)物熱潮

分支學(xué)科開始綜合形成普通微生物學(xué)

各學(xué)科相互滲透、相互促進，如遺傳學(xué)、生物化學(xué)，16人次獲諾貝爾獎

五、成熟時期（分子水平）1953年4月25日J.D.Watson和H.C.Crick在英國的《Nature》雜志上發(fā)表了DNA的雙螺旋模型，從而將微生物學(xué)的研究推進到分子生物學(xué)階段

特點：微生物學(xué)發(fā)展成為熱門的前沿學(xué)科

在基礎(chǔ)理論的研究方面，微生物成為分子生物學(xué)的主要研究對象在應(yīng)用方面，至70年代初，有關(guān)發(fā)酵工程的研究已與遺傳工程、細胞工程和酶工程緊密結(jié)合，微生物成為新興的生物工程中的主角，24人12次獲諾貝爾獎

分子生物學(xué)期1928年Griffith的細菌轉(zhuǎn)化實驗，1952年Hershey-Chase的噬菌體感染實驗，1956年Frankel-Conrat煙草花葉病毒的重建實驗，證明了核酸是遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)；

1953年Watson、Crick提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)

1961-66年Holley等闡明遺傳密碼

1973年Boyer和Cohen首次報到細菌基因經(jīng)體外人工重組后轉(zhuǎn)入細菌內(nèi)能復(fù)制表達----遺傳工程問世

1975年Milstein等建立生產(chǎn)單克隆抗體技術(shù)

1988年Mullis，建立PCR技術(shù)

1996第一個自養(yǎng)生活的古生菌基因組測定完成1997第一個真核生物(啤酒酵母)基因組測序完成2010年5月21日出版的Science雜志上，報道了178個細菌基因組序列分析三、微生物學(xué)研究的重要意義(一)微生物的作用

1.微生物與糧食

提高土壤肥力促進糧食增產(chǎn)改進作物特性（如構(gòu)建固氮植物）防治糧食作物的病蟲害防止糧食霉腐變質(zhì)把多余糧食轉(zhuǎn)化為糖單細胞蛋白(酵母、小球藻、螺旋藻和絲狀真菌)各種飲料調(diào)味品

2．微生物與能源

把纖維素轉(zhuǎn)化成乙醇；利用產(chǎn)甲烷菌把可再生資源轉(zhuǎn)化成甲烷；利用光合細菌、藍細菌或厭氧梭菌等微生物生產(chǎn)“清潔能源”--氫氣；通過微生物發(fā)酵產(chǎn)氣或其代謝產(chǎn)物來提高石油采收率（黃原膠：水溶性膠體多糖，具增粘、穩(wěn)定、互溶等優(yōu)良特性，用它作為注水增稠劑，注入油層驅(qū)油；也可作為鉆井粘滑劑，同時可脫去石油中的石蠟，改善成品的品質(zhì)）；研制微生物電池使之實用化。

3.微生物與資源

各種化工原料（乙醇、丙醇、丁醇、乙酸、甘油、乳酸、蘋果酸等）輕工原料（水楊酸、烏頭酸、丙烯酸、已二酸、丙烯酸、長鏈脂肪酸、亞麻酸油和聚羥基丁酸酯（

PHB），等等）制藥原料金屬礦藏資源由于發(fā)酵工程具有代謝產(chǎn)物種類多、原料來源廣、能源消耗低、經(jīng)濟效益高和環(huán)境污染少等優(yōu)點，故必將逐步取代目前需高溫、高壓、能耗大和“三廢”嚴重的化學(xué)工業(yè)。利用微生物肥料、微生物殺蟲劑或農(nóng)用抗生素來取代會造成環(huán)境惡化的各種化學(xué)肥料或化學(xué)農(nóng)藥；

利用微生物生產(chǎn)的PHB（聚羥基丁酸酯）制造易降解的醫(yī)用塑料制品以減少環(huán)境污染；

利用微生物來凈化生活污水和有毒工業(yè)污水；利用微生物技術(shù)來監(jiān)察環(huán)境的污染度；

利用EMB伊紅美藍培養(yǎng)來檢查飲水的腸道病原菌。4.微生物與環(huán)境保護利用微生物改善環(huán)境

土壤改良劑內(nèi)含豐富有機酶(酵素),這些有機酵素是從有益微生物菌提煉產(chǎn)生,可讓農(nóng)作物直接吸收。在農(nóng)作物從土壤中吸收有機酶(酵素)及礦物質(zhì)后,農(nóng)作物將充滿活力及發(fā)育成長。

微生物菌可分解土壤中沉積的化學(xué)鹽,這些化學(xué)鹽是因農(nóng)地長期過量使用化肥所造成，去除沉積的化學(xué)鹽可松軟土壤,使水份能更深入土壤,增加土壤的保水性,解除土壤的板結(jié)問題,增加農(nóng)作物根部發(fā)育。土壤改良污水處理

高效微生物污水處理技術(shù)，其方法是通過化學(xué)或輻照的方法篩選出無毒、無致病性、“能吃持水”的高效微生物(HEM)、然后投放到污水處理現(xiàn)場，使污水得到凈化。該技術(shù)可用于處理城市污水、釀造廢水、屠宰廢水等各種可生物降解的污水。安全可靠、操作簡單，處理效率比傳統(tǒng)方法提高50%以上，投資及運行費用降低20-30%，特別適合經(jīng)費短缺的中小城市、鄉(xiāng)村及廠礦使用，并可用于改造老的污水處理設(shè)施，使之重新獲得新生。5.微生物與人類健康

疫苗、類毒素抗生素胰島素、干擾素和白細胞介素(二)微生物學(xué)的應(yīng)用前景

1作為生命科學(xué)的研究材料。

2生物生產(chǎn)與動植物生產(chǎn)并列為生物產(chǎn)業(yè)的三大支柱。

在工業(yè)中許多產(chǎn)品利用微生物來生產(chǎn)，如各種生物活性物質(zhì)

(抗生素等

)、化工原料

(酒精等

)。

微生物在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也有著多方面的作用。

微生物在食品加工中有廣泛用途，發(fā)酵食品和許多調(diào)味品都離不開微生物。

3微生物是消除污染、凈化環(huán)境的重要手段。

分解者微生物消費者動物環(huán)境土壤、空氣、水生產(chǎn)者植物（包括部分微生物）微生物在生態(tài)系統(tǒng)中的地位：分解者，部分生產(chǎn)者4與高等動植物相比，已知微生物種類只是估計存在數(shù)量的很小一部分?？梢韵胂瘢热粚ι贁?shù)已知微生物的研究就已為人類作出了重要貢獻，通過對多樣性微生物的開發(fā)必然會為社會帶來巨大利益。5生物學(xué)事業(yè)方興未艾

微生物基因組學(xué)研究將全面展開，以微生物之間、微生物與其他生物、微生物與環(huán)境的相互作用為主要內(nèi)容的微生物生態(tài)學(xué)、環(huán)境微生物學(xué)、細胞微生物學(xué)將在基因組信息基礎(chǔ)上獲得長足發(fā)展。

四微生物學(xué)與現(xiàn)代生物技術(shù)的關(guān)系什么是生物技術(shù)生物技術(shù)與微生物學(xué)的關(guān)系什么是生物技術(shù)

生物技術(shù)也稱生物工程，是指人們以現(xiàn)代生命科學(xué)為基礎(chǔ)，結(jié)合先進的工程技術(shù)手段和其他基礎(chǔ)學(xué)科的科學(xué)原理，按照預(yù)先的設(shè)計生物體或加工生物原料，為人類生產(chǎn)出需要產(chǎn)品或達到某種目的。先進的工程技術(shù)手段是指基因工程、細胞工程、發(fā)酵工程、蛋白質(zhì)和酶工程等新技術(shù)。在基因工程中的基因獲得、基因拼接、擴展以至轉(zhuǎn)移、表達等一系列過程，均離不開微生物學(xué)的