第一講 微生物學概論

微生物學教程（第3版）周德慶高等教育出版社講課：陽飛單位：生化系（C-312）E-mail：kungfu124813@163.com課程考試及相關要求考試形式：閉卷考試期末成績：平時（30%）+考試（70%）平時成績（30）：缺課一次扣2分，無故曠課3次取消考試資格實驗及實驗報告缺一次扣3分作業(yè)缺一次扣2分主動回答問題并且答案正確酌情加分教學內容緒論微生物與人類第一章原核生物的形態(tài)、構造和功能第二章真核生物的形態(tài)、構造和功能第三章病毒和亞病毒第四章微生物的營養(yǎng)和培養(yǎng)基第五章微生物的新陳代謝第六章微生物的生長及其控制第七章微生物的遺傳和育種第八章微生物的生態(tài)第九章傳染與免疫（自學）第十章微生物的分類和鑒定習題講解形態(tài)結構生理生化教學安排第一講微生物學概論（緒論、第十章、結束語）第二講微生物形態(tài)、構造和功能（第一章、第二章）第三講病毒和亞病毒（第三章）第四講微生物的營養(yǎng)和培養(yǎng)基（第四章）第五講微生物的新陳代謝（第五章）第六講微生物的生長及其控制（第六章）第七講微生物的遺傳和育種（第七章）第八講微生物的生態(tài)（第八章）2013年任務2014年任務參考資料：周德慶.微生物學教程（第二版）.高等教育出版社,2002楊革.微生物學實驗教程（第2版）.科學出版社，2010.S.Baker...[等]編著李明春,楊文博主譯,微生物學（第3版）,北京:科學出版社,2010.沈萍.微生物學.高等教育出版社，2000.7.武漢、復旦大學生物系微生物學教研室合編.微生物學.高等教育出版社,1987.Microbesandtheenvironment:perspectivesandchallenges/Shuang-JiangLiu,HaroldL.Drake(eds.)Beijing:SciencePress,c2008.期刊：微生物學報、微生物學通報、各大學自然科學版第一講微生物學概論教學目標：了解微生物與人類的特殊關系以及在生物界的地位理解微生物學在生命科學發(fā)展中的重要作用和地位理解各大類微生物的分類系統(tǒng)綱要掌握微生物的特點、通用分類單元以及微生物鑒定方法教學重點：

微生物與人類的特殊關系、微生物特點、微生物學及其分類、微生物分類系統(tǒng)綱要、微生物通用分類單元、微生物鑒定方法教學難點：三域學說、微生物既是人類的敵人，更是人類的朋友。第一講微生物學概論一、微生物的概念及其種類微生物（microorganism，microbe）：個體微小、結構簡單的一類低等生物。

?。▊€體微?。┖啠ńY構簡單）低（進化地位低）微生物μm級：光鏡下可見（細胞）nm級：電鏡下可見（細胞器、病毒）少數肉眼可見單細胞簡單多細胞非細胞（即“分子生物”）原核類：三菌三體真核類：真菌、原生動物、顯微藻類非細胞類：病毒、亞病毒

人體體表及體內存在大量的微生物：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為：1000億個；二、微生物與人類的關系微生物無處不在，我們無時不生活在“微生物的海洋”中。土壤中細菌數億/g，土壤中的細菌總重量估計為10034×1012

噸；

每張紙幣帶細菌：900萬個；

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？

微生物是自然界物質循環(huán)的關鍵環(huán)節(jié)；微生物是人類的朋友！

體內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、組成生理屏障

微生物可以為我們提供很多有用的物質；

有機酸、酶、各種藥物、疫苗、面包、奶酪、白酒、啤酒、醬油、泡菜、腐乳等

基因工程為代表的現代生物技術；少數微生物也是人類的敵人！鼠疫天花艾滋病梅毒瘋牛病流感!白疫（黑死病）（肺結核）……禽流感超級細菌※超級細菌：

指濫用抗生素而使得抗藥性越來越強的一類細菌。超級病菌主要指耐甲氧苯青霉素金黃色葡萄球菌MRSA，是皮膚細菌的一種。超級病菌含有超級抗藥基因“新德里金屬蛋白酶-1”(NDM-1)，使“超級病菌”可在同種甚至異種細菌之間

“輕松”復制。研究人員多在大腸桿菌和肺炎克雷伯氏菌等細菌內發(fā)現NDM-1基因。含這種基因的細菌對幾乎所有抗生素具有耐藥力。印度、日本、美國、英國、加拿大、韓國等20多個國家及地區(qū)報告出現“超級病菌”。2010年，英國媒體爆出南亞發(fā)現新型超級病菌NDM-1，抗藥性極強可全球蔓延。癥狀：在人身上造成濃瘡和毒皰，甚至逐漸讓人的肌肉壞死。更可怕的是，抗生素藥物對它不起作用，病人會因為感染而引起可怕的炎癥，高燒、痙攣、昏迷直到最后死亡。傳播途徑：（1）血傳播：如全血、血漿、血清或其它血制品通過注射傳播（2）胎源性傳播：如孕婦帶毒者通過產道對新生兒垂直傳播（3）醫(yī)源性傳播：如醫(yī)療器械、注射器、血液透析（4）性接觸傳播：性濫交、同性戀和異性戀（5）昆蟲叮咬傳播：在熱帶、亞熱帶的蚊蟲以及各種吸血昆蟲（6）生活密切接觸傳播：與病毒攜帶者長期密切接觸，唾液、尿液、血液、膽汁及乳汁，均可污染器具、物品，經破損皮膚、粘膜而傳播。應對措施：合理規(guī)范使用抗菌藥物，尤其應限制萬古霉素的濫用以減少多重耐藥菌株注意個人衛(wèi)生，尤其是正確洗手，加強身體鍛煉，合理膳食，注意休息，提高機體的抵抗力對全體醫(yī)院職工進行培訓增強對耐藥菌的認識，不必談“菌”色變，不必驚慌嚴格執(zhí)行無菌技術操作，加強消毒隔離，切斷傳播途徑減少或縮短侵入性裝置的應用，如中心靜脈導管留置和導尿管插管發(fā)現耐萬古霉素細菌感染患者，應及時予以隔離，進入病房時戴手套，防止細菌廣泛污染物品表面，接觸患者時應穿隔離衣清除感染源，對耐藥菌株患者使用的醫(yī)療用品如聽診器、血壓器等消毒提高菌檢率，加強對耐藥菌的監(jiān)測，尤其對易感人群耐藥菌的監(jiān)測如果去醫(yī)院探視VRE感染的患者，應聽從醫(yī)院有關人員的指導，做好消毒、隔離工作，避免因探視而感染此種疾病三、微生物的發(fā)現和微生物學的建立與發(fā)展8000年前我國就出現了曲蘗釀酒；4000年前埃及人已學會烘制面包和釀制果酒；3000年前我國用長霉的豆腐治療皮膚上的瘡、癰疾病；2500年前發(fā)明釀醬、醋，用曲治消化道疾病；公元6世紀(北魏時期)賈思勰的巨著《齊民要術》；公元2世紀，張仲景“禁食病死獸類的肉和不清潔食物”（一）微生物的發(fā)現公元前112年-212年間，華佗“割腐肉以防傳染”公元九世紀痘漿法、痘衣法預防天花；16世紀，古羅巴醫(yī)生G.Fracastoro提出疾病是由肉眼看不見的生物(livingcreatures)引起的；1641年，明末醫(yī)生吳又可也提出“戾氣”學說；16世紀明朝偉大的醫(yī)藥學家李時珍《本草綱目》中記載了“神曲”和“紅曲”治療瘡、癰、濕熱泄等疾??；討論：微生物難以發(fā)現的原因？個體微小外貌不顯雜居混生因果難聯安東尼.列文虎克羅伯特.科赫路易.巴斯德荷蘭人列文虎克（Antonyvanleeuwenhoek）1676年，采用放大透鏡首次觀察到了細菌和原生動物。1677年首次描述了昆蟲、狗和人的精子。1684年他準確地描述了紅細胞，證明馬爾皮基推測的毛細血管呈真實存在的。1702年他在細心觀察了輪蟲以后，指出在所有露天積水中都可以找到微生物。追蹤觀察了許多低等動物和昆蟲的生活史，證明它們都自卵孵出并經歷了幼蟲等階段。

他沒有上過大學，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會的會員。微生物學的先驅（二）微生物學的奠基法國人巴斯德（LouisPasteur）（1822～1895）德國人柯赫（RobertKoch）（1843～1910）微生物學的奠基人細菌學的奠基人微生物學的奠基1、巴斯德（LouisPasteur）（1822～1895）(1)發(fā)現并證實發(fā)酵是由微生物引起的；(2)徹底否定了“自然發(fā)生”學說；化學家出生的巴斯德涉足微生物學是為了治療“酒病”和“蠶病”著名的曲頸瓶試驗無可辯駁地證實，空氣內確實含有微生物，是它們引起有機質的腐敗。(3)免疫學——預防接種首次制成狂犬疫苗(4)其他貢獻巴斯德消毒法：60～65℃作短時間加熱處理，殺死有害微生物微生物學的奠基2、柯赫（RobertKoch）（1843～1910）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）微生物學基本操作技術方面的貢獻b）設計了各種培養(yǎng)基，實現了在實驗室內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)現了肺結核病的病原菌；（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。（三）微生物學發(fā)展過程中的重大事件微生物的發(fā)現和微生物學的建立與發(fā)展1890VonBehring制備抗毒素治療白喉和破傷風；1892Ivanovsky提供煙草花葉病毒是由病毒引起的證據；1928Griffith發(fā)現細菌轉化；1929Fleming發(fā)現青霉素；1944Avery等證實轉化過程中DNA是遺傳信息的載體；1953Watson和Crick提出DNA雙螺旋結構；1970～1972Arber、Smith和Nathans發(fā)現并提純了

DNA限制性內切酶對其機理的研究導致DNA是遺傳物質的確證；外源遺傳物質導入各種細胞的基因重組技術的建立；微生物學發(fā)展過程中的重大事件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)現朊病毒(prion)；1983～1984Mullis建立PCR技術；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；（四）20世紀的微生物學微生物的發(fā)現和微生物學的建立與發(fā)展十九世紀末到二十世紀中期：微生物學：鑒定病原菌、研究免疫學及其在預防疾病中的作用、尋找化學治療藥物、分析微生物的化學活性。普通生物學：細胞的構造及其在繁殖和發(fā)展中的作用、植物和動物的遺傳和進化的機制。微生物的發(fā)現和微生物學的建立與發(fā)展

20世紀40年代后，微生物自身的特點使其成為生物學研究的“明星”，微生物學很快與生物學主流匯合，并被推到了整個生命科學發(fā)展的前沿，獲得了迅速的發(fā)展，在生命科學的發(fā)展中作出了巨大的貢獻。微生物學與生物學發(fā)展的主流匯合、交叉，獲得了全面、深入的發(fā)展。微生物學（Microbiology）定義：

是一門在細胞、分子或群體水平上研究微生物的形態(tài)、生理代謝、遺傳變異、生態(tài)分布和分類進化等生命活動基本規(guī)律，并將其應用于工業(yè)發(fā)酵、醫(yī)藥衛(wèi)生、生物工程和環(huán)境保護等實踐領域的科學，其根本任務是發(fā)掘、利用、改善和保護有益微生物，控制、消滅或改造有害微生物，為人類社會的進步服務?！镂⑸飳W的分類按研究微生物的基本生命活動規(guī)律分按微生物應用領域分按研究微生物對象分按微生物所處的生態(tài)環(huán)境分按學科的交叉、融合分按實驗方法、技術分微生物分類學、生理學、遺傳學、生態(tài)學、分子微生物學工業(yè)、農業(yè)、醫(yī)學、藥用、診斷、食品微生物學、抗生素學細菌學、真菌學、病毒學、原核生物學、自養(yǎng)菌生物學、厭氧菌生物學土壤生物學、海洋生物學、環(huán)境微生物學、水微生物學、宇宙微生物學化學微生物學、分析微生物學、微生物信息學、微生物數值分類學實驗微生物學、微生物研究方法Jacob等通過研究大腸桿菌誘導酶的形成機制而提出操縱子學說，闡明了基因表達調控的機制，為分子生物學的形成奠定了基礎。60年代Nirenberg等人通過研究大腸桿菌無細胞蛋白質合成體系及多聚尿苷酶，發(fā)現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象開辟了新的途徑?！皵嗔鸦颉?、“跳躍基因”、“重疊基因”的發(fā)現，以及基因結構的精細分析、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)現和微生物學的建立與發(fā)展（五）微生物學在生命科學發(fā)展中的重要地位1．微生物是生物學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理論問題的突破

基因和酶關系的闡明及“一個基因一個酶”的假說；

遺傳的物質基礎的闡明

基因概念的發(fā)展

遺傳密碼的破譯

基因表達調控機制的研究

生物大分子合成的中心法則；DNA→RNA→蛋白質微生物學在生命科學發(fā)展中的重要地位2．對生命科學研究技術的貢獻細胞的人工培養(yǎng)突變體篩選DNA重組技術和遺傳工程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基因水平轉移---細菌DNA的主動分泌與攝取聰明的黏菌

生命起源的研究；微生物的發(fā)現和微生物學的建立與發(fā)展（六）21世紀微生物學展望

1．微生物自身的特點（共性和特性）將會更加受到關注和利用

以微生物為研究材料繼續(xù)對一些基本生命現象進行研究；

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。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、生產單細胞蛋白等。借助（利用）微生物特點的基因工程產業(yè)，利用微生物生產原本它們不能生產的藥物、疫苗等。

微生物具備生命現象的特性和共性，將是21世紀進一步解決生物學重大理論問題（如生命起源與進化，物質運動的基本規(guī)律等）和實際應用問題（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）。21世紀微生物學展望2．與其他學科實現更廣泛的交叉，獲得新的發(fā)展學科交叉永遠是科學創(chuàng)新的源泉！

微生物基因組的序列測定和分析；

微量熱技術對生命過程的研究；

微生物的快速檢定；

計算機技術與微生物學的結合；

四、微生物的特點體積小、面積大；吸收多、轉化快；生長旺、繁殖快；適應強、易變異；種類多、分布廣。（1）個體小、面積大:測量單位：微米或鈉米桿菌的平均長度：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=30萬比表面積大特別有利于它們和周圍環(huán)境進行物質、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?；鹦请E石中發(fā)現的細菌化石（直徑10nm）德國科學家H.N.Schulz等1999年在納米比亞海岸的海底沉積物中發(fā)現的一種硫磺細菌（sulfurbacterium），其大小可達0.75mm，Thiomargaritanamibiensis----納米比亞嗜硫菌珠”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、木質素、幾丁質、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、轉化快（3）生長旺、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0.5kg蛋白質,而同樣重量的酵母菌，以質量較次的糖液（如糖蜜）和氨水為原料，24小時可以生產50000kg優(yōu)質蛋白質。（4）適應強、易變異個體小、結構簡且多與外界環(huán)境直接接觸繁殖快、數量多

短時間內產生大量的變異后代突變率：10-5~10-10證實：青霉素的生產：20單位/ml（1943）10000單位/ml青霉素的用量：最高：10萬單位/天（40年代）數百萬-千萬單位/次細菌抗藥性的產生：（5）種類多、分布廣很多細菌都可以非常方便地進行人工培養(yǎng)！在自然界中（土壤、水體、空氣，動植物體內和體表）都生存有大量的微生物！種類多——微生物的多樣性：

（microbiodiversity）物種的多樣性生理代謝類型的多樣性代謝產物種類的多樣性遺傳基因的多樣性生態(tài)類型的多樣性一般認為目前為人類所發(fā)現的生物約200萬種,目前估計微生物總數約在50萬~600萬種，但1995年統(tǒng)計記載過的僅約20萬種。五、微生物的分類和鑒定微生物分類學：按微生物的親緣關系和進化規(guī)律把它們安排成條理清楚的各種分類單元或分類群的科學。任務：分類（classification）

鑒定（identification）

命名（nomenclature）1、通用分類單元（taxon，taxa/category）種以上的系統(tǒng)分類單元界Kingdom門Phylum（或Division）——亞門綱Class——亞綱

——超目 目Order——亞目 科Family——亞科

——族

——亞族 屬Genus

種Species各級分類單元詞尾種（species）的概念定義：

種是一個基本分類單位，是一大群表型特征高度相似、親緣關系極其接近與同屬內其他種有明顯差異的菌株的總稱。在微生物中，一個種只能用該種內的一個典型菌株（typestrain）作為具體標本，它就是該種的模式種（

typespecies）或模式活標本。新種：

sp.nov.或nov.sp.，新被鑒定的種發(fā)表時應在其學名后標上sp.nov.的符號，新種發(fā)表前應將其模式菌株的培養(yǎng)物存放在一個永久性的保藏機構，并應允許人們從中取得。（2001年）（2001年）（2001年）2、微生物的俗名

(commonname，vernacularname)具有大眾化和簡明等優(yōu)點，但往往涵義不夠確切，易于重復，尤其不便于國際間的學術交流。大腸桿菌——大腸埃希氏桿菌枯草桿菌——枯草芽孢桿菌結核桿菌——結核分枝桿菌紅色面包霉——粗糙脈孢菌3、微生物的學名★學名(scientificname)是微生物的科學名稱，它是按照有關微生物分類國際委員會擬定的法則命名的。學名由拉丁詞或拉丁化的外來詞組成。學名的命名有雙名法和三名法兩種。①雙名法(binominalnomenclature)：屬名：拉丁文名詞或用作名詞的形容詞，單數，首字母大寫，表示微生物的主要特征，由微生物構造、形狀或由科學家命名。種名：拉丁文形容詞，字首小寫，為微生物次要特征,如微生物色素、形狀、來源或科學家姓名等。排斜體字排正體字（可省略）學名=屬名+種名+（首次定名人）+現定名人+定名年份例1：大腸埃希氏菌（簡稱“大腸桿菌”）

Escherichiacoli

（Migula）CastellanietChalmers1919例2：金黃色葡萄球菌

Staphylococcusaureus

Rosenbach1884例3：枯草芽孢桿菌（簡稱“枯草桿菌”）

Bacillussubtilis

（Ehrenberg）Cohn1872例4：結核分枝桿菌：

Mycobacteriumtuberculosis（Zopf）LehmannetNewmann1896例5：兩歧雙歧桿菌：

Bifidobacteriumbifidum（Tissier）Orla-Jensen1924◆當泛指某一屬微生物，而不特指該屬中某一種（或未定種名）時可在屬名后加sp.或ssp.（分別代表species

縮寫單數和復數形式）例如：Saccharomycessp.表示酵母菌屬中的一個種?！艟昝Q——在種名后面自行加上數字、地名或符號等，如：Bacillussubtilis

AS1.389AS=AcademiaSinica

Bacillussubtilis

BF7658BF=北紡

Clostridiumacetobutylicum

ATCC824

丙酮丁醇梭菌◆當文章中前面已出現過某學名時，后面的可將其屬名縮寫成1~3個字母。如：Escherichiacoli可縮寫成E.coliStaphylococcusaureus可縮寫成S.aureus②三名法（trinominalnomenclature）用于對亞種（subspecies，簡稱“subsp”）或變種（variety，簡稱“var”）的命名。

例1：蘇云金芽孢桿菌臘螟亞種

Bacillusthuringiensis

subsp.

Galleria例2：釀酒酵母橢圓變種：

Saccharomycescerevisiae（var）ellipsoid