微生物學緒論課件

微生物學課程安排講授：32學時實驗：20學時自學：4學時成績構(gòu)成理論考試（機考）：45%平時成績：考勤（5%）+課程論文（20%）實驗成績：30%21課程開始前我們在一個被大量微生物包圍著的環(huán)境中空氣水體食品……微生物無處不在Microorganismsareubiquitous3141一些數(shù)字每個噴嚏的飛沫含4500-150000個細菌，重感冒患者為8500萬；全世界海洋中微生物的總重量約280億噸細菌數(shù)億/g土壤，土壤中的細菌總重量估計為：1.0034×1016

噸人體腸道內(nèi)菌體總數(shù)達100萬億個左右（人體細胞數(shù)量50萬億）新鮮葉子表面微生物數(shù)量達100多萬個/g51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？61

微生物是自然界物質(zhì)循環(huán)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)；微生物是人類的朋友71

體內(nèi)的正常菌群是人及動物健康的基本保證；幫助消化、提供必需的營養(yǎng)物質(zhì)、組成生理屏障

微生物可以為我們提供很多有用的物質(zhì)；

有機酸、酶、各種藥物、疫苗、奶酪、啤酒、醬油等

基因工程為代表的現(xiàn)代生物技術(shù)。81少數(shù)微生物也是人類的敵人鼠疫艾滋病91埃博拉病毒101本章主要內(nèi)容一、微生物概述二、微生物多樣性三、微生物的重要性四、微生物學的研究內(nèi)容與成就五、顯微鏡下的微生物1111.1微生物概述1.1.1什么是微生物1.1.2生物中哪些是微生物1.1.3微生物的特點1211.1.1什么是微生物微生物(microbe，microorganism)，是對所有形體微小、單細胞或個體結(jié)構(gòu)較為簡單的多細胞，甚至無細胞結(jié)構(gòu)的低等生物的總稱。或簡單地說是對人們?nèi)庋劭床灰姷募毿〉纳锏目偡Q。微生物是指大量的、極其多樣的、不借助顯微鏡看不見的微小生物類群的總稱。1311.1.1什么是微生物微生物通常包括病毒、亞病毒（類病毒、擬病毒、朊病毒）、具原核細胞結(jié)構(gòu)的細菌、古菌以及具真核細胞結(jié)構(gòu)的真菌（酵母、霉菌、蕈菌等）、原生動物和單細胞藻類，它們的大小和特征見表1.1所示。141表1.1微生物形態(tài)、大小和細胞類型微生物大小近似值細胞的特性病毒0.01~0.25m非細胞的細菌0.1~10m原核生物真菌2m~1m真核生物原生動物2~1000m真核生物藻類1米~幾米真核生物1511.1.2生物中哪些是微生物生物細胞生物非細胞生物：病毒、亞病毒原核生物：三菌、三體真核生物：真菌、單細胞藻類、原生動物1611.1.2生物中哪些是微生物1711.1.3微生物的特點體積小，比表面積大吸收多，轉(zhuǎn)化快（代謝能力強）生長旺，繁殖快適應(yīng)強，易變異分布廣，種類多181191201體積小，比表面積大比表面積(SurfacetoVolumeRatio)

營養(yǎng)物質(zhì)吸收、代謝廢物排泄、環(huán)境信息交換211對比表面分割后的變化邊長立方體數(shù)總表面積比面值類似對象1.0cm16cm26豌豆1.0mm103

60cm2

60細小藥丸0.1mm106

600cm2

600滑石粉粒0.01mm109

6000cm2

6000變形蟲1.0um10126m2

60000球菌0.1um1015

60m2

600000大膠粒0.01um1018

600m2

6000000大分子1.0nm1021

6000m2

60000000分子221吸收多,轉(zhuǎn)化快大腸桿菌每小時可分解其自重1000-10,000倍的乳糖Candidautilis

（產(chǎn)朊假絲酵母）比大豆強100倍的蛋白質(zhì)合成能力微生物的高呼吸速率231生長旺,繁殖快E.coli：12.5—20min/次分裂

以20min/次計算，請計算每天可產(chǎn)生多少子細胞？液體培養(yǎng)物細菌濃度一般僅為108-109CFU/mL

為什么？對于發(fā)酵工業(yè)的實踐意義生產(chǎn)效率高發(fā)酵周期短241適應(yīng)強,易變異靈活的適應(yīng)性或代謝調(diào)節(jié)機制

蛋白質(zhì)分子的數(shù)量

E.coli分子中能容納20萬-30萬個蛋白質(zhì)分子，2000-3000種執(zhí)行不同生理功能的蛋白質(zhì)極端環(huán)境的適應(yīng)能力極端環(huán)境

????????????????????低變異頻率251分布廣,種類多無孔不入，隨遇而安微生物的種類多樣性

生物多樣性的保護--微生物資源學2611.2微生物多樣性一、微生物的形態(tài)與結(jié)構(gòu)多樣性二、微生物的代謝多樣性三、微生物的遺傳與變異多樣性四、微生物的抗性多樣性五、微生物的種類多樣性六、微生物的生態(tài)分布多樣性2711.2.0微生物的共性絕大部分微生物的遺傳信息都是由DNA鏈上的基因所攜帶，除少數(shù)特例外，其復制、表達與調(diào)控都遵循中心法則。微生物的初級代謝途徑如蛋白質(zhì)、核酸、多糖、脂肪酸等大分子物質(zhì)的合成途徑基本相同。微生物的能量代謝都以ATP作為能量載體2811.3微生物的重要性農(nóng)業(yè)環(huán)境能源醫(yī)藥食品2911.3微生物的重要性-農(nóng)業(yè)土壤的形成及其肥力的提高有賴于微生物的作用。農(nóng)產(chǎn)品的加工、貯藏--利用有益的微生物或是抑制有害微生物。綠色農(nóng)業(yè)或有機農(nóng)業(yè)、綠色食品都離不開微生物的作用。防病、防蟲害、供肥。3011.4微生物學的研究內(nèi)容與成就1.4.1微生物學的基本內(nèi)容1.4.2微生物學發(fā)展簡史主線重大事件3111.4.1微生物學的基本內(nèi)容①微生物細胞的結(jié)構(gòu)和功能，研究細胞的構(gòu)建及其能量、物質(zhì)、信息的運轉(zhuǎn)；②微生物的進化和多樣性，研究微生物的種類，它們之間的相似性和區(qū)別，以及微生物的起源；③生態(tài)學規(guī)律，研究不同微生物之間以及它們同環(huán)境之間的相互作用；④微生物同人類的關(guān)系。3211.4.1微生物學的基本內(nèi)容331認識微生物的四大障礙個體過于微小群體外貌不顯種間雜居混生形態(tài)與作用后果難以認識341微生物學的發(fā)展主線351史前期（約8000年前-1676年）進展古中國的制曲、釀酒技術(shù)《天工開物》、《齊民要術(shù)》、《東坡酒經(jīng)》特點視而不見臭而不聞觸而不覺食而不察得其益而不感其好受其害而不知其惡361初創(chuàng)期（1676-1861）進展形態(tài)描述，AntonyvanLeeuwenhoek，1632-1723，十七世紀最偉大的業(yè)余科學家只上過中學的布店學徒工英國皇家學會會員MemberofRoyalSociety巴黎科學院通訊院士371AntonyvanLeeuwenhoek381奠基期（1861-1897）進展生理水平的研究，微生物生理學的研究微生物學奠基人：巴斯德細菌學奠基人：科赫391巴斯德對人類的貢獻

（1822－1895）奠定微生物學理論，開創(chuàng)新的微生物學科否定“自然發(fā)生說”（曲頸瓶實驗）Preventativevaccination－ImmunologyFermentationcausedbyMicroorganisms，解決了當時生產(chǎn)中提出的許多難題。創(chuàng)造一些微生物學實驗方法巴氏消毒法：60－65℃,30min401LouisPasteur,oneofthegreatestscientistsofthenineteenthcenturyTheSpontaneousGenerationExperiment科赫的主要貢獻－細菌學家病原學的研究炭疽病菌肺結(jié)核病病原菌病原菌的尋找與分離：1870s－1920s科赫法則微生物學基本操作技術(shù)固體培養(yǎng)基的使用培養(yǎng)基的配制細菌的染色方法431RobertKoch1、在每一相同病例中都出現(xiàn)這種微生物；2、要從寄主分離出這樣的微生物并在培養(yǎng)基中培養(yǎng)出來；3、用這種微生物的純培養(yǎng)接種健康而敏感的寄主，同樣的疾病會重復發(fā)生；4、從試驗發(fā)病的寄主中能再度分離培養(yǎng)出這種微生物來。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451發(fā)展期（1897-1953）開創(chuàng)了微生物生化的研究沒有酵母的酒精發(fā)酵Discoveryofcell-freefermentation德國E.Buchner461Fleming-Sir-Alexander成熟期（1953-）進展分子生物學水平的研究JamesD.Watson(left)andFrancisCrickproposeadouble-helicalstructureforDNA481微生物學的發(fā)展前沿微生物基因組學(功能基因組學)微生物生態(tài)學

環(huán)境微生物學

細胞微生物學微生物生命現(xiàn)象的特性和共性微生物學與其他學科的交叉微生物產(chǎn)業(yè)的全新發(fā)展491微生物學發(fā)展史的結(jié)論微生物學發(fā)展的歷史認識微生物的歷史開發(fā)利用有益微生物的歷史控制和消滅有害微生物的歷史。微生物是一把雙刃劍5011.4.2微生物學發(fā)展中的重大事件時間重大事件1857巴斯德證明乳酸發(fā)酵是由微生物引起的1861巴斯德用曲頸瓶實驗證明微生物非自然發(fā)生，推翻了爭論已久的“自生說”1864巴斯德建立巴氏消毒法1867Lister創(chuàng)立了消毒外科，并首次成功地進行了石炭酸消毒試驗1867-1877柯赫證明炭疽病由炭疽桿菌引起1881柯赫等首創(chuàng)用明膠固體培養(yǎng)基分離細菌，巴斯德制備了炭疽菌苗1882柯赫*發(fā)現(xiàn)結(jié)核桿菌1884柯赫法則首次發(fā)表；Metchnikoff*闡述吞噬作用；建立高壓蒸汽滅菌和革蘭氏染色法1885巴斯德研究狂犬疫苗成功，開創(chuàng)了免疫學1887RichardPetri發(fā)明了雙層培養(yǎng)皿1888Beijerinck首次分離根瘤菌5111.4.2微生物學發(fā)展中的重大事件1890VonBehring*制備抗毒素治療白喉和破傷風1891Steinberg與巴斯德同時發(fā)現(xiàn)了肺炎球菌1892Ivanowsky提供煙草花葉病毒是由病毒引起的證據(jù)；Winogradsky發(fā)現(xiàn)硫循環(huán)1897Buchner用無細胞存在的酵母菌抽提液對葡萄糖進行酒精發(fā)酵成功1899Ross*證實瘧疾病原菌由蚊子傳播1909-1910Ricketts發(fā)現(xiàn)立克次氏體；Ehrtich*首次合成了治療梅毒的化學治療劑1928Griffith發(fā)現(xiàn)細菌轉(zhuǎn)化1929Fleming*發(fā)現(xiàn)青霉素1935Stanley*首次提純了煙草花葉病毒，并獲得了它的“蛋白質(zhì)結(jié)晶”1943Luria*和Delbruck*用波動試驗證明細菌噬菌體的抗性是基因自發(fā)突變所致；Chain*和Florey*形成青霉素工業(yè)化生產(chǎn)的工藝5211.4.2微生物學發(fā)展中的重大事件1944Avery等證實轉(zhuǎn)化過程中DNA是遺傳信息的載體；Waksman*發(fā)現(xiàn)鏈霉素1946-1947Lederberg*和Tatum發(fā)現(xiàn)細菌的接合現(xiàn)象、基因連鎖現(xiàn)象1949Enders*、Robbins*和Weller*在非神經(jīng)的組織培養(yǎng)中，培養(yǎng)脊髓灰質(zhì)炎病毒成功1952Hershey*和Chase發(fā)現(xiàn)噬菌體將DNA注入宿主細胞；Lederberg*發(fā)明了影印培養(yǎng)法；Zinder和Lederberg發(fā)現(xiàn)普遍性轉(zhuǎn)導1953Watson*和Crick*提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)1956Umbarger發(fā)現(xiàn)反饋阻遏現(xiàn)象1961Jacob*和Monod*提出基因調(diào)節(jié)的操縱子模型1961-1966Holhy*、Khorana*、Nirenberg*等闡明遺傳密碼1969Edelman*測定了抗體蛋白分子的一級結(jié)構(gòu)1970-1972Arber*、Nathans*和Smith*發(fā)現(xiàn)并提純了限制性內(nèi)切酶；Temin和Baltimore發(fā)現(xiàn)反轉(zhuǎn)錄酶5311.4.2微生物學發(fā)展中的重大事件1973Ames建立細菌測定法檢測致癌物；Cohen等首次將重組質(zhì)粒轉(zhuǎn)人大腸桿菌成功1975K?hler和Milstein*建立生產(chǎn)單克隆抗體技術(shù)1977Woese提出古生菌是不同于細菌和真核生物的特殊類群；Sanger*首次對X174噬菌體DNA進行了全序列分析1982—1983Cech*和Altman*發(fā)現(xiàn)具催化活性的RNA(ribozyme)；McClintock*發(fā)現(xiàn)的轉(zhuǎn)座因子獲得公認；Prusiner*發(fā)現(xiàn)朊病毒(prion)1983-1984Gallo和Montagnier分離和鑒定人免疫缺陷病毒；Mullis*建立PCR技術(shù)1988Deisenhofer等發(fā)現(xiàn)并研究細菌的光合色素1989Bishop*和Varmus*發(fā)現(xiàn)癌基因1995第一個獨立生活的生物(流感嗜血桿菌)全基因組序列測定完成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2000

霍亂弧菌基因組測序完成

5411.5農(nóng)業(yè)微生物學--定義定義

簡言之，農(nóng)業(yè)微生物學就是研究農(nóng)業(yè)中的微生物學。農(nóng)業(yè)微生物學研究對象

與整個農(nóng)業(yè)生產(chǎn)鏈條掛鉤的微生物5511.5農(nóng)業(yè)微生物學--任務(wù)認識掌握：微生物在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的活動情況與作用規(guī)律；微生物對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的有利或有害影響；5611.5農(nóng)業(yè)微生物學--內(nèi)容微生物的形態(tài)、細胞結(jié)構(gòu)及其功能，微生物的營養(yǎng)、呼吸、物質(zhì)代謝、生長、繁殖、遺傳與變異等的基礎(chǔ)知識；與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)密切相關(guān)的微生物及其生態(tài)；5711.5農(nóng)業(yè)微生物學--內(nèi)容自然環(huán)境中物質(zhì)循環(huán)與轉(zhuǎn)化；微生物學新技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。5811.7顯微鏡下的微生物SingleRod(Bacillus)StreptobacillusArrangement(Notebacilliinchains)5911.7顯微鏡下的微生物ScanningElec