第1页：微生物学
微生物学
第2页：第1章 绪论
第1章绪论
第3页：微生物定义
微生物定义微生物（microorganism，microbe）是一切肉眼看不见或看不清楚的、必须借助显微镜来观察和研究的微小生物的总称。它们是一些个体微小（＜0.1mm）、构造简单的低等生物，包括属于原核类的细菌、放线菌、支原体、立克次氏体、衣原体和蓝细菌（过去称蓝藻或蓝绿藻）；属于真核类的真菌（酵母菌和霉菌）、原生动物和显微藻类，以及属于非细胞类的病毒、类病毒和朊病毒等
第4页：微生物的特点
- 微生物的特点
- 个体小、面积大吸收多、转化快生长旺、繁殖快适应强、易变异分布广、种类多
第5页：个体小、面积大
- 个体小、面积大:测量单位：微米或纳米
- 杆菌的平均长度：2 微米；
- 1500个杆菌首尾相连= 一粒芝麻的长度；
- 10-100亿个细菌加起来重量= 1毫克
- 面积/体积比：人= 1，大肠杆菌= 30万；这样大的比表面积特别有利于它们和周围环境进行物质、能量、信息的交换。微生物的其它很多属性都和这一特点密切相关。
第6页：细菌化石的发现
- 个体小
- 测量单位：微米或钠米火星陨石中发现的细菌化石（直径10 nm）
第7页：纳米比亚硫磺珍珠
德国科学家H. N. Schulz等1999年在纳米比亚海岸的海底沉积物中发现的一种硫磺细菌（sulfur bacterium），其大小可达0.75 mm，Thiomargarita namibiensis，---------“纳米比亚硫磺珍珠”
第8页：吸收多、转化快
- 吸收多、转化快
- 微生物获取营养的方式多种多样，其食谱之广是动植物完全无法相比的！纤维素、木质素、几丁质、角蛋白、石油、甲醇、甲烷、天然气、塑料、酚类、氰化物、各种有机物均可被微生物作为“粮食”。
第9页：消耗自身重量2000倍食物的时间
- 消耗自身重量2000倍食物的时间
- 大肠杆菌：1小时人：500年（按400斤/年计算）有资料表明，发酵乳糖的细菌在1小时内可分解其自重1000～10000倍的乳糖；
第10页：生长旺、繁殖快
- 生长旺、繁殖快
- 24小时后：4722366500万亿个后代，重量达到：4722吨48小时后：2.2 ×10 43个后代，重量达到2.2 ×10 25 吨相当于4000个地球的重量！大肠杆菌一个细胞重约10 –12克，平均20分钟繁殖一代
第11页：适应强、易变异
- 适应强、易变异
- 个体小、结构简、且多与外界环境直接接触繁殖快、数量多短时间内产生大量的变异后代突变率：10-5–10-10
第12页：青霉素的生产与用量变化
- 易变异
- 青霉素的生产：20单位/ ml（1943）10000单位/ ml青霉素的用量：最高：10万单位/天（40年代）数百万-千万单位/次
第13页：细菌抗药性的产生
细菌抗药性的产生：
第14页：分布广，种类多
- 分布广，种类多
- 微生物则因其体积小、重量轻，因此可以到处传播以致达到“无孔不入”的地步，只要生活条件合适，它们就可大大繁殖起来。微生物只怕明火，地球上除了火山的中心区域外，从土壤圈、水圈、大气圈直至岩石圈，到处都有微生物家族的踪迹。可以认为，微生物将永远是生物圈上下限的开拓者和各种记录的保持者。
第15页：分布广
- 分布广：人迹可到之处，微生物的分布必然很多，而人迹不到的地方，也有大量的微生物存在！
- 强酸、强碱、高热的极端环境；
- 数十公里的高空（最高为离地85公里，须用火箭采样）；
- 几千米的地下；
- 常年封冻的冰川；
第16页：从永冻冰层分离微生物
从永冻冰层分离微生物
第17页：南极Vostok湖冰芯样品中的微生物
南极Vostok湖冰芯样品中的微生物
第18页：种类多
第19页：种类多（续）
- 种类多：
- 微生物的生理代谢类型多；
- 代谢产物种类多；
- 微生物的种数“多”；虽然目前已定种的微生物只有大约10万种，远较动植物为少，但一般认为目前为人类所发现的微生物还不到自然界中微生物总数的1%
第20页：人体体表及体内存在大量的微生物
- 人体体表及体内存在大量的微生物：皮肤表面：平均10万个细菌/平方厘米；口腔：细菌种类超过500种；肠道：微生物总量达100万亿，粪便干重的1/3是细菌，每克粪便的细菌总数为：1000亿个；一、微生物与我们微生物无处不在，我们无时不生活在“微生物的海洋”中。
- 细菌数亿/g土壤，土壤中的细菌总重量估计为：10034 ×10 12吨；
- 每张纸币带细菌：900万个；
- 每个喷嚏的飞沫含4500-150000个细菌，重感冒患者为8500万；
第21页：微生物既是人类的敌人，更是人类的朋友
微生物既是人类的敌人，更是人类的朋友！时时刻刻与微生物“共舞”是祸？是福？
第22页：微生物是自然界物质循环的关键环节
- 微生物是自然界物质循环的关键环节；微生物是人类的朋友！
- 体内的正常菌群是人及动物健康的基本保证；帮助消化、提供必需的营养物质、组成生理屏障
- 微生物可以为我们提供很多有用的物质；有机酸、酶、各种药物、疫苗、面包、奶酪、啤酒、酱油等等
- 基因工程为代表的现代生物技术；
第23页：
第24页：
第25页：
第26页：
第27页：微生物与人类的关系
可以说，微生物与人类关系的重要性，你怎么强调都不过分，微生物是一把十分锋利的双刃剑，它们在给人类带来巨大利益的同时也带来“残忍”的破坏。它给人类带来的利益不仅是享受，而且实际上涉及到人类的生存。（讲义P1）
第28页：微生物学的学科价值
“在近代科学中，对人类福利最大的一门科学，要算是微生物学了。”——日本学者尾形学在“家畜微生物学”（1977）
第29页：微生物学的研究内容及分科
- 微生物学的研究内容及分科
- 研究内容：研究微生物的形态结构、生理生化、生长繁殖、遗传变异以及微生物的进化、分类、生态等生命活动规律及其应用等。
- 分支学科（见3页）
- 基本理论：普通微生物学、分类学、生理学、生态学、遗传学。
- 按研究对象划分：病毒学、细菌学、真菌学。
- 按生活环境划分：土壤微生物学、海洋微生物学。
- 按应用划分：工业微生物学、农业微生物学、医学微生物学
第30页：
第31页：微生物学发展的早期历史
- 我国8000年前就开始出现了曲蘖酿酒；
- 4000年前埃及人已学会烘制面包和酿制果酒；
- 2500年前发明酿酱、醋，用曲治消化道疾病；
- 公元六世纪(北魏时期)贾思勰的巨著“齐民要术”；
- 公元2世纪，张仲景：禁食病死兽类的肉和不清洁食物；
- 公元前112年-212年间，华佗：“割腐肉以防传染”；
- 公元九世纪痘浆法、痘衣法预防天花；
- 1346年，克里米亚半岛上的法卡城之战(靼坦人-罗马人)；
- 16世纪，古罗巴医生G.Fracastoro：疾病是由肉眼看不见的生物(living creatures)引起的；
- 1641年，明末医生吴又可也提出“戾气”学说；三、微生物的发现和微生物学的建立与发展（一）微生物的发现
第32页：1664年，英国人胡克
1664年，英国人胡克（Robert Hooke）曾用原始的显微镜对生长在皮革表面及蔷薇枯叶上的霉菌进行观察。
第33页：1676年，微生物学的先驱荷兰人列文虎克
1676年，微生物学的先驱荷兰人列文虎克（Antonyvan leeuwenhoek）首次观察到了细菌。他没有上过大学，是一个只会荷兰语的小商人，但却在1680年被选为英国皇家学会的会员。
第34页：列文虎克
列文虎克利用业余时间制造过400多架单式显微镜和放大镜，放大率一般为50~200倍，
第35页：微生物学的奠基
（二）微生物学的奠基三、微生物的发现和微生物学的建立与发展法国人巴斯德（Louis Pasteur）（1822～1895）德国人柯赫（Robert Koch）（1843～1910）
第36页：巴斯德的贡献
- 1.巴斯德(1) 发现并证实发酵是由微生物引起的；
- (2) 彻底否定了“自然发生”学说；化学家出生的巴斯德涉足微生物学是为了治疗“酒病”和“蚕病”著名的曲颈瓶试验无可辩驳地证实，空气内确实含有微生物，是它们引起有机质的腐败。
- (3) 免疫学——预防接种首次制成狂犬疫苗(4)其他贡献巴斯德消毒法：60～65℃作短时间加热处理，杀死有害微生物
第37页：柯赫的贡献
2.柯赫a）细菌纯培养方法的建立土豆切面→ 营养明胶→ 营养琼脂（平皿）（1）微生物学基本操作技术方面的贡献b）设计了各种培养基，实现了在实验室内对各种微生物的培养c）流动蒸汽灭菌d）染色观察和显微摄影
第38页：柯赫原则
- （2）对病原细菌的研究作出了突出的贡献：a）具体证实了炭疽杆菌是炭疽病的病原菌；
- 发现了肺结核病的病原菌；
- （1905年获诺贝尔奖）c）证明某种微生物是否为某种疾病病原体的基本原则——著名的柯赫原则1、在每一相同病例中都出现这种微生物；
- 2 、要从寄主分离出这样的微生物并在培养基中培养出来；
- 用这种微生物的纯培养接种健康而敏感的寄主，同样的疾病会重复发生；
- 4 、从试验发病的寄主中能再度分离培养出这种微生物来。；
第39页：微生物学发展过程中的重大事件
- 微生物学发展过程中的重大事件三、微生物的发现和微生物学的建立与发展（见P4 表1-1 微生物学发展中的重大事件）
- 1890 Von Behring制备抗毒素治疗白喉和破伤风；
- 1892 Ivanovsky 提供烟草花叶病毒是由病毒引起的证据；
- 1928 Griffith发现细菌转化；
- 1929 Fleming 发现青霉素；
- 1944 Avery等证实转化过程中DNA是遗传信息的载体；
- 1953 Watson和Crick提出DNA双螺旋结构；
- 1970～1972 Arber、Smith和Nathans发现并提纯了DNA限制性内切酶
- 对其机理的研究导致DNA是遗传物质的确证；
- 外源遗传物质导入各种细胞的基因重组技术的建立；
第40页：微生物学重大事件（1977—1996）
- 讲义P4 表1-1 微生物学发展中的重大事件）
- 1977 Woese提出古生菌是不同于细菌和真核生物的特殊类群Sanger首次对f×174噬菌体DNA进行了全序列分析；
- 1982～1983 Prusiner发现朊病毒(prion)；
- 1983～1984 Mullis 建立PCR技术；
- 1995第一个独立生活的细菌(流感嗜血杆菌)全基团组序列测定完成；
- 1996 第一个自养生活的古生菌基因组测定完成；何大一发明鸡尾酒疗法，治疗AIDS;
第41页：微生物学重大事件（1997—2004）
- 1997 第一个真核生物(啤酒酵母)基因组测序完成；
- 2001 邮寄炭疽孢子引起生物恐怖事件
- 2002 发现mimivirus、121菌株。
- 2003 全球SARS爆发
- 2004 禽流感在全球流行
第42页：20世纪的微生物学
（四）20世纪的微生物学三、微生物的发现和微生物学的建立与发展20世纪40年代后，微生物自身的特点使其成为生物学研究的“明星”，微生物学很快与生物学主流汇合，并被推到了整个生命科学发展的前沿，获得了迅速的发展，在生命科学的发展中作出了巨大的贡献。微生物学与生物学发展的主流汇合、交叉，获得了全面、深入的发展（见P3 图1-1微生物学的主要分支学科）
第43页：20世纪的微生物学（续）
（见P3 图1-1微生物学的主要分支学科）
第44页：微生物学对生命科学理论的贡献
- Jacob等通过研究大肠杆菌诱导酶的形成机制而提出操纵子学说，阐明了基因表达调控的机制，为分子生物学的形成奠定了基础。60年代Nirenberg等人通过研究大肠杆菌无细胞蛋白质合成体系及多聚尿苷酶，发现了苯丙氨酸的遗传密码，继而完成了全部密码的破译，为人类从分子水平上研究生命现象开辟了新的途径。“断裂基因”、“跳跃基因”、“重叠基因”的发现，以及基因结构的精细分析、基因组测序等。1941年Beadle和Tatum用粗糙脉胞霉进行的突变实验使基因和酶的关系得以阐明，并提出了“一个基因一个酶”的假说。三、微生物的发现和微生物学的建立与发展（五）微生物学在生命科学发展中的重要地位1．微生物是生物学基本理论研究中的理想实验对象，对微生物的研究促进许多重大生物学理论问题的突破
- 基因和酶关系的阐明及“一个基因一个酶”的假说；
- 遗传的物质基础的阐明；
- 基因概念的发展；
- 遗传密码的破译；
- 基因表达调控机制的研究；
- 生物大分子合成的中心法则；DNA → RNA → 蛋白质
第45页：对生命科学研究技术的贡献
- 2．对生命科学研究技术的贡献细胞的人工培养；
- 突变体筛选；
- DNA重组技术和遗传工程；
- 3．微生物与“人类基因组计划”作为模式生物；
- 基因与基因组的功能研究的重要工具;；
第46页：我国微生物学的发展
- )我国微生物学的发展汤飞凡
- 沙眼病原体的分离和确证陈华癸：根瘤菌固氮作用的研究高尚荫：创建了我国病毒学的基础理论研究和第一个微生物学专业抗生素的总产量已耀居世界首位两步法生产维生素C的技术居世界先进水平泉生热孢菌全基因组序列测定
第47页：基因水平转移
- 基因水平转移---细菌DNA的主动分泌与摄取聪明的黏菌
- 生命起源的研究；三、微生物的发现和微生物学的建立与发展（六）21世纪微生物学展望1．微生物自身的特点（共性和特性）将会更加受到关注和利用
- 以微生物为研究材料继续对一些基本生命现象进行研究；
- 生物进化方面的研究；在微生物基因组上进行的考古
- 性别分化的意义；
- 生物智慧的发展；
- 微生物产业的开发；
- 重要致病菌的特点及其防治；
- 极端环境的微生物的研究；共性：微生物具有其他生物共有的基本生物学特性：生长、繁殖、代谢、共用一套遗传密码等，甚至其基因组上含有与高等生物同源的基因，充分反映了生物高度的统一性。特性：微生物具有其它生物不具备的生物学特性，例如可在其他生物无法生存的极端环境下生存和繁殖，具有其他生物不具备的代谢途径和功能，反映了微生物极其丰富的多样性。微生物自身特性的进一步开发、利用：例如降解性塑料，分解纤维素、生产单细胞蛋白等。借助（利用）微生物特点的基因工程产业：利用微生物生产原本它们不能生产的药物、疫苗等。
第48页：21世纪微生物学展望
微生物具备生命现象的特性和共性，将是21世纪进一步解决生物学重大理论问题，如生命起源与进化，物质运动的基本规律等，和实际应用问题，如新的微生物资源的开发利用，能源、粮食等的最理想的材料。（见讲义P10）
第49页：微生物的发现和微生物学的建立与发展
- 微生物的发现和微生物学的建立与发展（六）21世纪微生物学展望2．与其他学科实现更广泛的交叉，获得新的发展学科交叉永远是科学创新的源泉！
- 微生物基因组的序列测定和分析；
- 微量热技术对生命过程的研究；
- 微生物的快速检定；
- 计算机技术与微生物学的结合；
第50页：本章小结
- 本章小结：微生物所包含的主要种类；
- 微生物的主要特征；
- 巴斯德与柯赫为微生物学奠基所做的杰出贡献；
- 理解微生物与人类的关系；
- 微生物学在生命科学发展中的地位；
