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文檔簡介
微生物學(xué)
Microbiology
講授內(nèi)容以本教材和周德慶《微生物學(xué)教程》為主;
授課方式以“PowerPoint+板書”為主;記適當(dāng)?shù)摹皩W(xué)習(xí)”筆記;1.課堂教學(xué)2.課外學(xué)習(xí)課后習(xí)題課外閱讀(重點)本學(xué)期的教學(xué)安排4lecturesperweek:1Practicalperweek考試卷面成績:70分;平時成績:30分,其中文獻閱讀和讀書筆記占很大分值;期末成績分配本課程的學(xué)習(xí)參考資料1、報刊及網(wǎng)上與微生物學(xué)相關(guān)的科技新聞;2、參考書:(1)微生物學(xué)學(xué)習(xí)指導(dǎo)與習(xí)題解析,肖敏、沈萍,高教社,2005(2)《微生物學(xué)教程》(第2版),周德慶,高教社,2002(3)“Brock'sBiologyofMicroorganism11TH”,MichaelT.MadiganJohnM.MartinkoJackParker,PrenticeHall,2004(4)“Microbiology”,LansingM.Prescott,DonaldKlein,JohnHarley,McGraw-HillHigherEducation,2002、2004
及其中譯本(高等教育出版社,2003)3、參考雜志“微生物學(xué)通報”、“微生物學(xué)雜志”、“科學(xué)”、“生命的科學(xué)”CourseContentSection1–緒論微生物和你微生物學(xué)微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學(xué)的發(fā)展20世紀(jì)的微生物學(xué)21世紀(jì)微生物學(xué)發(fā)展趨勢CourseContentSection2–微生物學(xué)的基本研究方法和技術(shù)無菌操作技術(shù)微生物的分離技術(shù)微生物純培養(yǎng)顯微鏡和顯微技術(shù)CourseContentSection3–基礎(chǔ)微生物學(xué)(微生物生物學(xué))微生物類群及其細胞的結(jié)構(gòu)與功能(Bacteria,Fungi,Viruses等,細胞壁、細胞膜、鞭毛等);
微生物營養(yǎng)微生物代謝微生物生長繁殖及控制微生物遺傳與菌種改良微生物生態(tài)和微生物物種多樣性微生物分類鑒定CourseContentSection4–微生物與工業(yè)生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)(閱讀文獻)生物能源生物材料微生物藥物。。。。PracticalsPractical1
–
簡單染色、革蘭氏染色、特殊染色Practical2
–
酵母菌、霉菌形態(tài)特征觀察Practical3
–
微生物大小測定Practical4
–
微生物直接計數(shù)技術(shù)Practical5
–
培養(yǎng)基制備和滅菌技術(shù)Practical6
–
玻璃器皿清洗包扎和滅菌技術(shù)Practical7
–
微生物接種培養(yǎng)技術(shù)Practical8
–微生物間接計數(shù)技術(shù)Practical9
–微生物生長曲線測定Practical10
–專業(yè)實驗NB:Youmusthavepermanentmarkers,and
labcoatforalllabs!!!第1章緒論Section1–緒論微生物和你微生物學(xué)微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學(xué)的發(fā)展20世紀(jì)的微生物學(xué)21世紀(jì)微生物學(xué)發(fā)展趨勢微生物和你(我們)-日常生活中與微生物有關(guān)的事例甲型H1N1流感病毒Oralthrush(口瘡)Candidaalbicans(念珠酵母菌)Imageofsmallpox(天花)
每個噴嚏的飛沫含4500-150000個細菌,重感冒患者為8500萬;
每張紙幣帶細菌:900萬個;PenicilliumonorangeAlcoholproductionSaccharomycescerevisiaeBread
家居環(huán)境中微生物無處不在;
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;微生物無處不在,我們無時不生活在“微生物的海洋”中。細菌數(shù)億/g土壤,土壤中的細菌總重量估計為:10034×1012噸;時時刻刻與微生物“共舞”
是禍?是福?微生物既是人類的敵人,更是人類的朋友!
微生物是自然界物質(zhì)循環(huán)的關(guān)鍵環(huán)節(jié);----哪些?作用?【作業(yè)】微生物是人類的朋友!
體內(nèi)的正常菌群是人及動物健康的基本保證;--實例【作業(yè)】
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);---微生物如何做的?【作業(yè)】
有機酸、酶、各種藥物、疫苗、面包、奶酪、啤酒、醬油等等
基因工程為代表的現(xiàn)代生物技術(shù);----基因工程與微生物關(guān)系有哪些?【作業(yè)】少數(shù)微生物也是人類的敵人!天花;鼠疫;艾滋病;瘋牛病;SARS;禽流感;食品、藥品等的腐敗精密儀器、衣物發(fā)霉。。。。。。
如何控制?少數(shù)微生物也是人類的敵人!天花;鼠疫;艾滋??;瘋牛病;埃博拉病;SARS;禽流感;。。。。。。當(dāng)時,愛爾蘭修道士克萊因在寫一本編年史,他這樣描述鼠疫流行的恐怖場景:‘瘟疫橫掃一切鄉(xiāng)村和城鎮(zhèn),到處荒無人煙。無論誰接觸了病人或死人,自己也立即被傳染而死亡。懺悔者和聽?wèi)曰诘纳窀副宦裨谕粋€墓穴里。有的死于癤腫和膿瘍,有的頭疼得發(fā)狂,有的咯血。我自己正在等死,不得不從簡紀(jì)錄……’在克萊因的手稿下面是后續(xù)者的筆跡:‘至此,看來作者也已經(jīng)死了。少數(shù)微生物也是人類的敵人!天花;鼠疫;艾滋??;瘋牛病;埃博拉??;SARS;禽流感;。。。。。。SARS禽流感你還能舉出哪些關(guān)于微生物有害性的實例?當(dāng)你學(xué)了這門課程后你能否提出如何控制其危害的一些策略或措施?
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。(P1)“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)我國8000年前就開始出現(xiàn)了曲蘗釀酒;商書記載“若作酒醴,爾惟曲蘗”4000年前埃及人已學(xué)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;中世紀(jì)歐洲的隔離檢查制度,及焚燒病人衣物防止傳染病傳播;
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)?!案綦x、檢疫”一詞的拉丁語是“Quarntine”,原意是四十天的意思。從這時候開始的防疫制度要求,凡外來入境人員必須在入境港口等地隔離40天,經(jīng)觀察證明未帶有當(dāng)時流行的危險性傳染病(如肺鼠疫、霍亂、虐疾)等后才允許登陸入境。
16世紀(jì),羅馬醫(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)生吳又可提出“戾氣”學(xué)說;明代醫(yī)家吳又可的《溫疫論》是我國的一部傳染病學(xué)專著,戾氣學(xué)說是他的傳染病病因?qū)W。這在微生物學(xué)未誕生以前,是一種很有發(fā)展前途的醫(yī)學(xué)假說,然而,它并沒有引起后代醫(yī)家的重視,它的夭折是祖國醫(yī)學(xué)發(fā)展史上的一個沉痛的教訓(xùn)。
(一)微生物的發(fā)現(xiàn)微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學(xué)的建立與發(fā)展為什么在幾千年的漫長歲月中人們一直沒有發(fā)現(xiàn)與自己的生活緊密相關(guān)的微生物?認(rèn)識微生物的四大障礙微生物個體微小群體外貌不顯著種間雜居混生形態(tài)及其作用的后果難以被認(rèn)識(艾滋?。簭牟《靖腥镜桨l(fā)病一般要經(jīng)過12-13年的潛伏期)1664年,英國人虎克(RobertHooke)曾用原始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。微生物的發(fā)現(xiàn)。。。。形態(tài)學(xué)1676年,微生物學(xué)的先驅(qū)荷蘭人列文虎克(Antonyvanleeuwenhoek)首次觀察到了細菌。他沒有上過大學(xué),是一個只會荷蘭語的小商人,但卻在1680年被選為英國皇家學(xué)會的會員。微生物發(fā)現(xiàn)最重要的人物之一--列文虎克列文虎克利用業(yè)余時間制造過400多架單式顯微鏡和放大鏡,放大率一般為50-200倍,發(fā)現(xiàn)微生物世界,并準(zhǔn)確描述微生物形態(tài)微生物世界是無比繁茂的世界微生物的發(fā)展---生理學(xué)時期法國人巴斯德(LouisPasteur)(1822~1895)德國人柯赫(RobertKoch)(1843~1910)參見P5-7參見P5~71.巴斯德(1)發(fā)現(xiàn)并證實發(fā)酵是由微生物引起的;(2)徹底否定了“自然發(fā)生”學(xué)說;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。參見P5~7(二)微生物學(xué)的奠基四、微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學(xué)的建立與發(fā)展1.巴斯德(1)發(fā)現(xiàn)并證實發(fā)酵是由微生物引起的;(2)徹底否定了“自然發(fā)生”學(xué)說;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。參見P5-7(二)微生物學(xué)的奠基四、微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學(xué)的建立與發(fā)展1.巴斯德(1)發(fā)現(xiàn)并證實發(fā)酵是由微生物引起的;(2)徹底否定了“自然發(fā)生”學(xué)說;雞瘟疫苗、狂犬疫苗的研制
Chancefavorsthepreparedmind!(3)免疫學(xué)——預(yù)防接種1885年巴士德首次使用狂犬疫苗進行治療參見P5-7(二)微生物學(xué)的奠基四、微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學(xué)的建立與發(fā)展1.巴斯德(1)發(fā)現(xiàn)并證實發(fā)酵是由微生物引起的;(2)徹底否定了“自然發(fā)生”學(xué)說;(4)其他貢獻巴斯德消毒法:60~65℃作短時間加熱處理,殺死有害微生物(3)免疫學(xué)——預(yù)防接種2.柯赫a)細菌純培養(yǎng)方法的建立(具體內(nèi)容第2章介紹)土豆切塊→營養(yǎng)明膠→營養(yǎng)瓊脂(平皿)劃線法、倒平板法、斜面培養(yǎng)法(1)微生物學(xué)基本操作技術(shù)方面的貢獻b)用配制培養(yǎng)基在實驗室內(nèi)培養(yǎng)各種微生物
(第4章介紹)c)流動蒸汽滅菌(高溫、高壓滅菌,第6章介紹)參見p5~7參見P5-7(二)微生物學(xué)的奠基四、微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學(xué)的建立與發(fā)展2.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)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1、在每一相同病例中都出現(xiàn)這種微生物(健康個體內(nèi)無這種微生物);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(fù)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。柯赫原則P4表1-11867Lister創(chuàng)立了消毒外科;微生物學(xué)發(fā)展過程中的其他重大事件(相關(guān)內(nèi)容第2章介紹)中世紀(jì)的歐州手術(shù)死亡率非常高P4表1-11867Lister創(chuàng)立了消毒外科;(三)微生物學(xué)發(fā)展過程中的重大事件二、微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學(xué)的建立與發(fā)展1890VonBehring制備抗毒素治療白喉和破傷風(fēng);1892Ivanovsky煙草花葉病病原體的可濾過特性;(相關(guān)內(nèi)容第12章介紹)(相關(guān)內(nèi)容第7章介紹)(相關(guān)內(nèi)容第2章介紹)微生物遺傳學(xué)和生物化學(xué)時期1928Griffith發(fā)現(xiàn)細菌轉(zhuǎn)化現(xiàn)象;1929Fleming發(fā)現(xiàn)青霉素;對其機理的研究導(dǎo)致DNA是遺傳物質(zhì)的確證;外源遺傳物質(zhì)導(dǎo)入各種細胞的基因重組技術(shù)的建立;(相關(guān)內(nèi)容第8章介紹)(相關(guān)內(nèi)容第6章介紹)抗生素的發(fā)現(xiàn)使人們首次擁有了對付傳染病的“神奇子彈”,也在某種程度上也決定了第二次世界大戰(zhàn)的結(jié)果。P4表1-11944Avery等證實轉(zhuǎn)化過程中DNA是遺傳信息的載體;1953Watson和Crick提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu);1970~1972Arber、Smith和Nathans發(fā)現(xiàn)并提純了DNA限制性內(nèi)切酶(相關(guān)內(nèi)容第8章介紹)(相關(guān)內(nèi)容見生化課)(相關(guān)內(nèi)容第9章介紹)微生物學(xué)分子生物學(xué)階段
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f×174噬菌體DNA進行了全序列分析;
1982~1983Prusiner發(fā)現(xiàn)朊病毒(prion);
1983~1984Mullis建立PCR技術(shù);(相關(guān)內(nèi)容第3、10章介紹)(相關(guān)內(nèi)容見生化課)(相關(guān)內(nèi)容第8章介紹)(相關(guān)內(nèi)容第9章介紹)
1995第一個獨立生活的細菌(流感嗜血桿菌)全基團組序列測定完成;
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;(相關(guān)內(nèi)容第8章介紹)
表1-1列出的微生物學(xué)發(fā)展過程中的重大事件中,其發(fā)現(xiàn)或發(fā)明人就有30位獲得諾貝爾獎,據(jù)有關(guān)統(tǒng)計表明,20世紀(jì)諾貝爾獎(生理和醫(yī)學(xué))獲得者中,從事微生物問題研究的就占了1/3強(有文獻說是40%),這從另一個側(cè)面看到了微生物學(xué)舉足輕重的地位。也可見微生物學(xué)的發(fā)展對整個科學(xué)技術(shù)和社會經(jīng)濟的重大作用和貢獻。(p5倒數(shù)第3大段)人類一直與微生物相伴300多年前呂文虎克借助原始顯微鏡發(fā)現(xiàn)微生物世界顯微技術(shù)的發(fā)展與進步100多年前巴士德、科赫建立“微生物學(xué)”顯微鏡的出現(xiàn)(生活在微生物的海洋中)一系列科學(xué)家的工作使微生物學(xué)不斷發(fā)展(四)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)治療藥物、分析微生物的代謝活性。普通生物學(xué):細胞的構(gòu)造及其在繁殖和發(fā)展中的作用、植物和動物的遺傳和進化的機制。動、植物的生命活動規(guī)律適用于結(jié)構(gòu)大大簡單的微生物?參見P7,倒數(shù)第1段肌肉的糖酵解酵母菌乙醇發(fā)酵本質(zhì)上的同一性“生物化學(xué)的同一性”維生素生長因子相同的化學(xué)本質(zhì)多種輔酶的前體輔酶為細胞代謝所必需(一切生命系統(tǒng)在代謝水平上具有相同的本質(zhì))對動植物起作用的遺傳機制同樣適用于微生物生化突變細菌基因水平轉(zhuǎn)移微生物遺傳學(xué)肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗病毒重組實驗噬菌體感染實驗核酸是遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)具體內(nèi)容在第八章介紹(四)20世紀(jì)的微生物學(xué)微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學(xué)的建立與發(fā)展到了20世紀(jì)40年代,隨著生物學(xué)的發(fā)展,許多生物學(xué)難以解決的理論和技術(shù)問題十分突出,特別是遺傳學(xué)上的爭論問題,使得微生物這樣一種簡單而又具完整生命活動的小生物成了生物學(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。
(P7,到數(shù)第1段)微生物學(xué)與生物學(xué)發(fā)展的主流匯合、交叉,獲得了全面、深入的發(fā)展(見P3圖1-1微生物學(xué)的主要分支學(xué)科)(見P3圖1-1微生物學(xué)的主要分支學(xué)科)
微生物學(xué)科滲透到各個領(lǐng)域Jacob等通過研究大腸桿菌誘導(dǎo)酶的形成機制而提出操縱子學(xué)說,闡明了基因表達調(diào)控的機制,為分子生物學(xué)的形成奠定了基礎(chǔ)。60年代Nirenberg等人通過研究大腸桿菌無細胞蛋白質(zhì)合成體系及多聚尿苷酶,發(fā)現(xiàn)了苯丙氨酸的遺傳密碼,繼而完成了全部密碼的破譯,為人類從分子水平上研究生命現(xiàn)象開辟了新的途徑?!皵嗔鸦颉薄ⅰ疤S基因”、“重疊基因”的發(fā)現(xiàn),以及基因結(jié)構(gòu)的精細分析、基因組測序等。1941年Beadle和Tatum用粗糙脈胞霉進行的突變實驗使基因和酶的關(guān)系得以闡明,并提出了“一個基因一個酶”的假說。微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學(xué)的建立與發(fā)展(五)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驗對象,對微生物的研究促進許多重大生物學(xué)理論問題的突破
基因和酶關(guān)系的闡明及“一個基因一個酶”的假說;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;基因表達調(diào)控機制的研究;生物大分子合成的中心法則;DNA→RNA→蛋白質(zhì)參見P8,第2、3段四、微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學(xué)的建立與發(fā)展(五)微生物學(xué)在生命科學(xué)發(fā)展中的重要地位2.對生命科學(xué)研究技術(shù)的貢獻細胞的人工培養(yǎng);突變體篩選;DNA重組技術(shù)和遺傳工程;3.微生物與“人類基因組計劃”作為模式生物;基因與基因組的功能研究的重要工具;參見P9具體內(nèi)容在第八、九章介紹參見P9四、微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學(xué)的建立與發(fā)展(五)我國微生物學(xué)的發(fā)展湯飛凡:沙眼病原體的分離和確證伍連德:控制東北鼠疫參見P9四、微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學(xué)的建立與發(fā)展(五)我國微生物學(xué)的發(fā)展陳華癸:根瘤菌固氮作用的研究高尚蔭:創(chuàng)建了我國病毒學(xué)的基礎(chǔ)理論研究和第一個微生物學(xué)專業(yè)陳文新:伯杰氏手冊根瘤菌部分的作者參見P10四、微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學(xué)的建立與發(fā)展(六)21世紀(jì)微生物學(xué)展望
1.微生物基因組研究將全面展開有關(guān)內(nèi)容在第8章“微生物遺傳”中介紹2.與環(huán)境關(guān)系密切的微生物學(xué)研究將得到長足發(fā)展20世紀(jì)的微生物學(xué)走過了輝煌的歷程,面對新的21世紀(jì)展望她的未來,將是一幅更加絢麗多彩的立體畫卷,在這畫卷上也可能會出現(xiàn)我們目前預(yù)想不到的閃光點。參見P10基因水平轉(zhuǎn)移---細菌DNA的主動分泌與攝取聰明的黏菌生命起源的研究;四、微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學(xué)的建立與發(fā)展(六)21世紀(jì)微生物學(xué)展望
3.微生物自身的特點將會更加受到關(guān)注和利用以微生物為研究材料繼續(xù)對一些基本生命現(xiàn)象進行研究;生物進化方面的研究;在微生物基因組上進行的考古性別分化的意義;生物智慧的發(fā)展;微生物產(chǎn)業(yè)的開發(fā);重要致病菌的特點及其防治;極端環(huán)境的微生物的研究;共性:微生物具有其他生物共有的基本生物學(xué)特性:生長、繁殖、代謝、共用一套遺傳密碼等,甚至其基因組上含有與高等生物同源的基因,充分反映了生物高度的統(tǒng)一性。特性:微生物具有其它生物不具備的生物學(xué)特性,例如可在其他生物無法生存的極端環(huán)境下生存和繁殖,具有其他生物不具備的代謝途徑和功能,反映了微生物極其豐富的多樣性。以及微生物的易操作性等特點。(參見P10,倒數(shù)第2段)微生物自身特性的進一步開發(fā)、利用:例如降解性塑料,分解纖維素、生產(chǎn)單細胞蛋白等。借助(利用)微生物特點的基因工程產(chǎn)業(yè):利用微生物生產(chǎn)原本它們不能生產(chǎn)的藥物、疫苗等。
微生物具備生命現(xiàn)象的特性和共性,將是21世紀(jì)進一步解決生物學(xué)重大理論問題,如生命起源與進化,物質(zhì)運動的基本規(guī)律等,和實際應(yīng)用問題,如新的微生物資源的開發(fā)利用,能源、糧食等的最理想的材料。(見講義P10,倒數(shù)第1段)四、微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學(xué)的建立與發(fā)展(六)21世紀(jì)微生物學(xué)展望4.與其他學(xué)科實現(xiàn)更廣泛的交叉,獲得新的發(fā)展學(xué)科交叉永遠是科學(xué)創(chuàng)新的源泉!
微生物基因組的序列測定和分析;
微生物的快速檢定;
計算機技術(shù)與微生物學(xué)的結(jié)合;
微生物學(xué)與航天技術(shù)的結(jié)合;參見P11。。。。。。四、微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學(xué)的建立與發(fā)展(六)21世紀(jì)微生物學(xué)展望5.微生物產(chǎn)業(yè)將呈現(xiàn)全新的局面
微生物的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)將繼續(xù)得到發(fā)展與壯大;
基因工程微生物將有廣闊的天地;參見P11五、微生物的類群及特點微生物是微小生物的總稱,一般只有借助顯微鏡才能其進行觀察。微生物病毒原核生物:細菌、古生菌真核生物:真菌(酵母、霉菌、蕈菌等)、
單細胞藻類、原生動物等微生物的特點:個體小、結(jié)構(gòu)簡、胃口大、食譜廣、繁殖快、易培養(yǎng)、數(shù)量大、分布廣、種類多、級界寬、變異易、抗性強、休眠長、起源早、發(fā)現(xiàn)晚個體小:測量單位:微米或納米
桿菌的平均長度:2微米;1500個桿菌首尾相連=一粒芝麻的長度;10-100億個細菌加起來重量=1毫克面積/體積比:人=1,大腸桿菌=30萬;
這樣大的比表面積特別有利于它們和周圍環(huán)境進行物質(zhì)、能量、信息的交換。微生物的其它很多屬性都和這一特點密切相關(guān)。結(jié)構(gòu)簡:無細胞結(jié)構(gòu)(病毒);單細胞;簡單多細胞;胃口大:消耗自身重量2000倍食物的時間:大腸桿菌:人:1小時500年(按400斤/年計算)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!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繁殖快:24小時后:4722366500萬億個后代,重量達到:4722噸48小時后:2.2×1043個后代,重量達到2.2×1025噸相當(dāng)于4000個地球的重量!大腸桿菌一個細胞重約10–12克,平均20分鐘繁殖一代一頭500kg的食用公牛,24小時生產(chǎn)0.5kg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小時可以生產(chǎn)50000kg優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)。易培養(yǎng):很多細菌都可以非常方便地進行人工培養(yǎng)!數(shù)量大:在自然界中(土壤、水體、空氣,動植物體內(nèi)和體表)都生存有大量的微生物!分析表明,微生物占地球生物總量的60%!分布廣: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!
強酸、強堿、高熱的極端環(huán)境;
數(shù)十公里的高空(最高為離地85公里,須用火箭采樣);
幾千米的地下;
常年封凍的冰川;從永凍冰層分離微生物南極Vostok湖冰芯樣品中的微生物種類多:
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10萬種,遠較動植物為少,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%。級界寬:Whittaker的五界分類系統(tǒng)級界寬:Woese三原界分類系統(tǒng)變異易: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變異易:青霉素的生產(chǎn):20單位/ml(1943)10萬單位/ml青霉素的用量:最高:10萬單位/天(40年代)數(shù)百萬-千萬單位/次細菌抗藥性的產(chǎn)生:抗(逆)性強:抗熱:有些細菌的芽胞,需加熱煮沸8小時才被殺死;自然界中細菌生長的最高溫度可以達到121℃
;
科學(xué)家發(fā)現(xiàn)一種食鐵微生物可在121度高溫下繁殖
《科學(xué)》雜志(Science,Vol.301,Issue5635,976-978,August15,2003)發(fā)表的一篇論文表明,研究人員發(fā)現(xiàn)了一種能夠在121度高溫下生存繁殖的食鐵微生物。如果微生物會嘲弄別人的話,這種微生物一定會嘲笑那些在上周的歐洲熱浪中有諸多抱怨的人們。來自阿姆赫斯特馬薩諸塞大學(xué)的研究人員KazemKashefi和DerekLovley發(fā)現(xiàn)這種微生物并將之成為“121株”,目前該微生物還沒于科學(xué)名稱??茖W(xué)家在太平洋深海海床火山口發(fā)現(xiàn)這種微生物,該地的溫度可以高達400攝氏度。兩位研究人員將121株放在121攝氏度的烤箱中,結(jié)果發(fā)現(xiàn)這種微生物竟然很適合這一溫度,菌落大小很快就增大到原來的兩倍。這比以前報告的微生物最高生存溫度高出8攝氏度。
Lovley表示,研究這種食鐵的121株微生物可以為我們揭示35億年前第一種生命形式演化所處的環(huán)境。Science,August15,2003抗(逆)性強:抗熱:有些細菌的芽胞,需加熱煮沸8小時才被殺死;自然界中細菌生長的最高溫度可以達到121℃
;
抗寒:有些微生物可以在―12℃~―30℃的低溫生長;抗酸堿:細菌能耐受并生長的pH范圍:pH0.5~13;耐滲透壓:蜜餞、腌制品,飽和鹽水(NaCl,32%)中都有微生物生長;抗壓力:有些細菌可在1400個大氣壓下生長;
科學(xué)家建議尋找地下50公里生命
北京晚報:2002-3-8
把大腸桿菌放在地下50公里的超強壓力下,它會不會活下來?科學(xué)家最近驚奇地發(fā)現(xiàn),答案是肯定的。一些科學(xué)家說,這些細菌可以適應(yīng)如此極端的壓力環(huán)境,說明生物對環(huán)境具有超乎想象的“驚人”適應(yīng)力。因此人類在其他星球上尋找地外生命時,眼光不能只局限在星球的表面,而應(yīng)當(dāng)延伸到壓力巨大的地下。照理來說,大腸桿菌等一般難以在這么高的壓力下生存。以前的實驗發(fā)現(xiàn),構(gòu)成生物的蛋白質(zhì)等基本結(jié)構(gòu),在如此高的壓力下往往會裂解。但美國卡內(nèi)基學(xué)會地球物理研究所夏爾馬博士領(lǐng)
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