复旦微生物学课件1- 绪论

微生物学2018年9月11日绪论一、什么是微生物？二、微生物学研究内容及其分支学科三、微生物学发展史四、微生物五大共性五、微生物（学）的贡献六、21世纪微生物发展展望2•本单元的学习目标1、理解本课程的教学策略、课程学习目标、要求、了解并使用学习资源等；2、记忆微生物学史关键期的主要工作；微生物学在生命科学发展中的突出作用；微生物五大特征；3、认识重要微生物的拉丁学名，并说出其生物学意义。3生物界的组成4生物界宏生物动物、植物微生物真核微生物、原核微生物非细胞型病毒一、什么是微生物微生物是一切微小生物的总称。非分类学概念是一些个体微小、构造简单的低等（？）生物。5微生物定义表解6微小微生物简单低等？微米级(m10-6m)光镜下能见(细胞)纳米级(nm10-9m)电镜下可见(病毒)单细胞(各个细胞独立生存)多细胞(一类细胞联合生存)非细胞(细胞内生存与胞外非生命态)原核类：“二域”-细菌，古生菌真核类：真菌、原生动物与显微藻类非细胞类：病毒、亚病毒MoneraProtistaPlantaeFungiAnimalia五界学说（以前的分类体系）（原核生物界）：细菌，古生菌（原生生物界）：原生动物，单细胞藻类7Previousview:细菌和其它微生物是进化过程的“活化石”。“Primitive”microbesas“evolutionarydead-ends”Today’sdominantview:所有生物都通过进化过程，而且现在还进行进化。TreeofLife(DomainSystem)Prokaryotes（原核生物）Eukaryotes（真核生物)MacroorganismsBacteriaArchaeaEukarya细菌域古生菌域真核生物域1016SrRNA/18SrRNA微生物分类地位举足轻重第十章：内共生假说三域学说二、微生物学研究内容及其分支学科•研究微生物及其生命活动规律。•一定条件下的形态结构、生理生化、遗传变异以及微生物的进化、分类、生态等生命活动规律•研究微生物与其他生物、与外界环境之间的相互关系•在工、农、医、环保、食品等各个领域中的应用•微生物学既有独特的理论体系，又有很强实践性的学科。11微生物学内容•形态构造(1-3章）•生理代谢(4-5章）•生长控制（6章）•遗传变异和育种（7章）•生态（8章）•免疫（9章）•分类（10章）12微生物学学科特点•历史较短–诞生至今只有150年的历史•纵横交错–纵：阐述整个生物学规律–横：涵盖各大类微生物•联系实践–联系各学科研究实践–联系医药、工业、农业、环保等13微生物学分支学科较多学习方法：多思、多问学习微生物的目的和意义•认识微生物（大多数微生物对人是无害的，甚至还有巨大价值。）•趋利避害-------通过对微生物活动方式的认识，人为地采取一些措施来增加微生物的益处，减少危害。14得其益而（不）感其恩，受其害而（不）知其恶三、微生物学发展史•分期简介及时间--史前:约8000年前~1676--初创：1676~1861--奠基:1861~1897--发展：1897~1953--成熟(?):1953~至今151.史前期特点•漫长--个体未见（特指细菌细胞）--应用凭经验，即通过不断的实践。--应用方面：16食品加工：丰富多彩的酒文化防治疾病：鼻苗种痘农业生产：熟粪肥田、瓜豆轮作17食品加工：丰富多彩的酒文化远古人类发现，吃剩的米粥数日后变成了醇香可口的饮料。——人类最早发明的酒有8000多年的历史，使用酵母菌（酒药）。这是人类最古老的家养微生物之一。18防治疾病：鼻苗种痘唐代张健接种疫苗天花病毒天花病人长期难以认识微生物的原因•个体微小，视而不见。•外貌不显，作用轻视。•杂居混生，功过难断。•因果难联，常受蒙骗。19长期处于“微盲期”1664年英国人RobertHooke（罗伯特胡克）用显微镜观察植物细胞（壁）,1665年观察到霉菌(子实体)。第一个描述微生物的人。①观察微生物个体②形态描述。202.初创期（形态学时期1676-1861）RobertHooke所看到的蓝霉显微图片荷兰人AntonyvanLeeuwenhoek（列文虎克）制造分辨率大的单式显微镜。1674—1695年①观察微生物个体②形态描述。212.初创期（形态学时期1676-1861）Leeuwenhoek所看到的微生物及手稿Leeuwenhoek列文·虎克221676年，荷兰人列文虎克（Antonyvanleeuwenhoek）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。Leeuwenhoek列文·虎克观察到细菌。------微生物学先驱者主要的贡献：----能工巧匠：一生中制作419架单式显微镜。----敏锐的观察家----多产的业余科学家：一生发表400余篇论文，375篇在英国皇家学会发表。23在微生物学发展的初创阶段，伴随显微技术的不断发展和提高但在接下来的近150年中对这些微小生物本质的了解进展很慢，直到19世纪出现改良显微镜，并得到广泛使用。法国人巴斯德（LouisPasteur）（1822～1895）德国人柯赫（RobertKoch）（1843～1910）3.奠基期（生理学时期1861—1897）微生物学的奠基人物（1）发现并证实发酵是由微生物引起的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”1.巴斯德微生物学之父26（2）彻底否定“自然发生”学说（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℃进行短时间的加热处理，杀死有害微生物。“自然发生学说”古希腊学者亚里士多德坚信，低等生物是在雨、空气和太阳的共同作用下，从粘液和泥土中产生的。他还编制了名录，如晨露同粘液或粪土相结合，会产生茧火虫、蠕虫、蜂类等；正在腐烂的尸体和人的排泄物可形成绦虫，可粘液则能产生蟹类、鱼类、蛙类等；老鼠是从潮湿的土壤中产生的。1668年，意大利生物学家、医生雷迪，用实验向“自然发生学说”发起进攻：用实验验证腐肉不能生蛆。1749，约翰．屠北威尔．尼德汉(JohnTurbrvilleNeedham)发现肉汁中长出微生物；1776，拉扎罗．斯帕兰让尼(LazzaroSpallanzani)用密封加热实验否定微生物自然发生；反对者则提出密封的经过像斯帕兰让尼那样严酷的处理，空气中的生命力都被煮死了。消毒并封口后的器皿中缺少氧气，生命自然发生的条件被破坏了。【法国厨师阿贝尔从拉扎罗．斯帕兰让尼的实验中受到启发，发明了罐头。】简单的微生物能否“自然发生”？30巴斯德的曲颈瓶实验试验31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。彻底否定“自然发生”学说。建立“胚种学说”。李斯特：外科手术器械消毒奠基人约瑟夫·李斯特JosephLister（1827-1912）英国医生以巴斯德在酿酒中的研究为基础，提出微生物是外科手术感染的主要原因（1867）发明用石炭酸(苯酚)消毒手术器械、衣物和手术环境，可大大降低感染的机会32（1）微生物学基本操作技术方面的贡献a）细菌纯培养方法的建立（纯种分离技术）土豆切面→营养明胶→营养琼脂（平皿）2.罗伯特·科赫，德国人（细菌学的奠基人）33b）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（悬浮培养法）c）流动蒸汽灭菌d）染色观察（细菌细胞染色技术）和显微摄影b）发现了肺结核病的病原菌（1882，1905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——著名的科赫原则34（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（1876）1.在每一相同病例中都出现这种微生物；（相关性）2.要从寄主分离出这样的微生物并在培养基中培养出来；（可分离培养）3.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；（可人工感染）4.从试验发病的寄主中能够再度分离培养出这种微生物来。（可再分离）科赫法则35•奠基期特点：时间短1861~1897学科奠基，发展迅猛贡献大研究的独特技术和方法创立，包括：显微镜技术，无菌技术，分离纯化技术等。理论联系实践开创了寻找病原菌的“黄金时期”。各应用性分支学科诞生。36发现病原——细菌1877炭疽病炭疽芽孢杆菌科赫1878化脓葡萄球菌科赫1879淋病淋病奈瑟氏球菌Neisser1880伤寒热伤寒沙门氏菌Eberth1881化脓链球菌Ogston1882结核病结核分枝杆菌科赫1883霍乱霍乱弧菌科赫1883白喉白喉棒杆菌Klebs1884破伤风破伤风梭菌Nicolaier1885腹泻大肠杆菌Escherich1886肺炎肺炎球菌Fraenkel1887脑膜炎脑膜炎奈瑟氏球菌Weicheselbaum1888食物中毒肠炎沙门氏菌Gaertner1892产气坏疽产气荚膜梭菌Welch1894鼠疫鼠疫耶尔森氏菌Kitasato,Yersin1896肉毒肉毒梭菌vanErmengem1898痢疾痢疾志贺氏菌Shiga1900副伤寒副伤寒沙门氏菌Schottmuller1903梅毒梅毒螺旋体Schaudinn,Hoffman1906白日咳白日咳博德特氏菌Bordet,Gengou374.发展期（生化水平研究1897年-1953年））•代表者：毕希纳（E.Büchner）德国葡萄糖（1907年获得诺贝尔化学奖）•特点----开创微生物生化研究新时代----由微生物时代转向维生素、酶、抗生素时代----分支新学科（抗生素学、普通微生物学等）诞生•各相关学科和技术相互渗透和促进，加速微生物学的发展。38无细胞酵母菌汁即酒化酶Zymase乙醇即酒精否定了巴斯德的“发酵必须是活体微生物参与”的论点。1945年获得诺贝尔生理医学奖亚历山大·弗莱明（AlexanderFleming），英国微生物学家，发现了青霉素，从而开创了使用抗生素治疗疾病的新纪元。抗生素的发现39①揭示微生物的各种生命活动规律②传统的工业发酵到发酵工程③分支学科的发展④微生物学的基础理论和实验技术推动来生命科学各领域飞速发展⑤微生物基因组→生物信息学时代的到来405.成熟期（分子生物学1953年---至今）独一无二的开阔眼界和敏捷思维，使沃森（F.Crick，右）和克里克（J.Watson，左）当之无愧地获得1962年诺贝尔奖。41DNA双螺旋结构的发现微生物学发展过程中的重大事件1944Avery等证实转化过程中DNA是遗传信息的载体；1953Watson和Crick提出DNA双螺旋结构；1970～1972Arber、Smith和Nathans发现并提纯了DNA限制性内切酶1977Woese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；43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；1997第一个真核生物(啤酒酵母)基因组测序完成；在微生物学发展过程中的重大事件中，其发现或发明人就有30位获得诺贝尔奖，20世纪诺贝尔奖(生理和医学)获得者中，从事微生物问题研究的就占了1/3强。1982～1983Prusiner发现朊(prion)；1983～1984Mullis建立PCR技术；我国微生物界轨迹各大阶段基本状况史前领先初创空白奠基空白发展起步成熟有发展44我国微生物界在各阶段的地位与作用我国微生物界在现阶段需努力赶上，扎实基础求创新。现在微生物是否已达到成熟期？四、微生物的五大共性451.体积小、比表面积大46动、植物界与微生物界个体大小的比较Kmmmmmnm动、植物界微生物界(包括动、植物的单细胞培养株)杆菌的平均长度和宽度：2m和0.5m3000个杆菌首尾相连=1粒大米的长度10亿～100亿个细菌加起来质量=1mg47多少的细菌细胞重量能达到1mg?(A)106个(B)109个(C)1012个(D)1015个比面值=表面积／体积=3／r比表面积大任何物体被分割