周德庆微生物学笔记

周德庆微生物学笔记第一节：微生物学的研究对象与任务一、微生物的含义（什么是微生物）非分类学上名词，来自法语Microbe一词。是形体微小、单细胞或个体结构简单的多细胞、甚或无细胞结构的低等生物的通称。（插入）二、生物分界（微生物在生物界的位置）1、两界系统（亚里斯多德）动物界Animalia：不具细胞壁，可运动，不行光合作用。植物界Plantae：具有细胞壁，不运动，可行光合作用。三界：原生生物界Protista：（E.H.Haeckel,1866年提出）2、五界系统R.H.Whitakker,Science,163:150-160,1969原核生物界Monera：细菌、放线菌等原生生物界Protista：藻类、原生动物、粘菌等真菌界Fungi：酵母、霉菌动物界Animalia：植物界Plantae：五界系统是以细胞结构分化的等级以及和光合、吸收、摄食这三种主要营养方式有关的组织类型为基础的。六界：加上病毒界3、三界（域）系统Woese用寡核苷酸序列编目分析法对60多株细菌的16SrRNA序列进行比较后，惊奇地发现：产甲烷细菌完全没有作为细菌特征的那些序列，于是提出了生命的第三种形式--古细菌(archaebacteria)。随后他又对包括某些真核生物在内的大量菌株进行了16SrRNA(18SrRNA)序列的分析比较，又发现极端嗜盐菌和极端嗜酸嗜热菌也和产甲烷细菌一样，具有既不同其他细菌也不同于其核生物的序列特征，而它们之间则具有许多共同的序列特征。于是提出将生物分成为三界(Kingdom)(后来改称三个域)：古细菌、真细菌(Eubacteria)和真核生物(Eukaryotes)。1990年，他为了避免把古细菌也看作是细菌的一类，他又把三界(域)改称为：Bacteria(细菌)、Archaea(古生菌)和Eukarya(真核生物)。并构建了三界(域)生物的系统树。四、微生物特点生命基本特征：生命通过它的耐久性、适应性、它的生长及修复的能力和它的繁殖而延续下去，这是生命的基本的和普遍的特征。新陈代谢，包括外部的和内部的，是一切生命的另一基本特征。控制与调节，是生命的又一基本特征。1、体积小、比表面积大。大小以um计，但比表面积（表面积/体积）大，（插入表），必然有一个巨大的营养吸收，代谢废物排泄和环境信息接受面。这一特点也是微生物与一切大型生物相区别的关键所在。特点1举例乳酸杆菌：120，000鸡蛋：1.5人（200磅）：0.32、吸收多、转化快这一特性为高速生长繁殖和产生大量代谢物提供了充分的物质基础。特点2举例重量相同下：乳酸菌：1小时可分解其体重1000至10000倍乳糖。人：2.5×105小时消耗自身体重1000倍乳糖。3、生长旺、繁殖快极高生长繁殖速度，如E.coli20-30分钟分裂一次，若不停分裂，48小时2.2×1043菌数增加，营养消耗，代谢积累，限制生长速度。这一特性可在短时间内把大量基质转化为有用产品，缩短科研周期。也有不利一面，如疾病、粮食霉变。4、适应强、易变异极其灵活适应性，对极端环境具有惊人的适应力。遗传物质易变异。5、分布广、种类多。分布区域广，分布环境广。生理代谢类型多，代谢产物种类多，种数多。五、微生物作用1、在自然界物质循环中作用2、空气与水净化，污水处理3、工农业生产：菌体，代谢产物，代谢活动4、对生命科学的贡献六、分支学科根据不同研究领域和不同研究对象划分第二节、微生物学发展简史科学的历史就是科学本身。--歌德中国古代酒文化，仪狄作酒，禹饮而甘之。《书经》若作酒醴，尔惟曲蘖（nie）《齐民要术》提倡轮作制。宋真宗时代（公元998-1022）二、国外微生物学发展1、微生物的发现--形态学时期AntonyVanLeeuwenhock，1632-1723第一个报告自己观察的人。他观察了几乎每一个想看到的东西，雨水、污水、血液、体液、酒、醋、牙垢等，发现了微生物，称为微动体。2、微生物学的奠基--生理学时期LouisPasteur，1822-1895他的一生给人类生活带来了史无前例的影响。（1）证实了微生物活动和否定了微生物自然发生学说。（2）免疫学--预防种痘。（3）发酵的研究。（4）其他贡献:否定自生说。关于自然发生的争论：自然发生说（无生源说）：认为微小动物是从无生命的物质自然发生的。生源说：认为微小动物是从微小动物的种子或胚形成的，种子或胚存在于空气中。已进行的实验：1665年，FracescoRedi腐肉生蛆实验，否定了动物自生说。Spallanzani实验，充分加热的有机汁液中长出微生物原因是由于空气将微生物带进了汁液，因而采取完全密封隔绝的封闭法。18世纪末发现o2，意识到o2是动物生活必需一种气体。Pasteur实验1、首先验证了空气中确实含有显微镜可观察到的有机体。2、加热过的空气通入汁液（煮沸过）并不导致微生物生长。3、在一封闭容器内，对完全灭菌的汁液加上一些收集到的微生物，无例外地引起微生物生长。4、设计鹅颈瓶进行实验，最终否定自生说。免疫学贡献EdwardJenner，1796发明种痘，不了解机制。Pasteur1877研究了鸡霍乱、炭疽病和恐水病，发现钝化病原体可以诱发免疫性和预防疾病。发酵研究相信一切发酵作用都和微生物的存在及繁殖有关。不同的发酵是由不同的微生物引起的。发明巴斯德消毒法。观察丁酸发酵时，发现厌氧生命，提出好氧、厌氧术语。RobertKoch1843-19101、建立微生物学研究基本技术（1）分离和纯化细菌：划线法，混合倒平板法。琼脂、培养皿（Petri）（2）设计了培养细菌用的肉汁胨培养液和营养琼脂培养基。（3）设计了细菌染色技术2、证实疾病的病原菌学说，提出了柯赫准则。柯赫准则1、某一种微生物，当被怀疑是病原体时，它一定伴随着病害而存在。2、必须能自原寄主分离出这种微生物，并培养成为纯培养。3、用已纯化的纯培养微生物，人工接种寄主，必须能诱发与原来病害相同病害。4、必须自人工接种发病的寄主内，能重新分离出同一病原微生物并培养成纯培养。其他人SergeWinogradsky,1856-1953,发现微生物的自养生活。BeijerinckM.W.,1851-1931，发现了非共生固氮菌。JosephLister,1864,提出无菌外科操作技术。ElieMetchnikoff发现白细胞的吞噬作用。Ivanovsky发现烟草花叶病毒。P.Ehrlich现代化疗的开始3、现代微生物学发展-分子生物学阶段1、现代发酵工业的形成：1941，Florey&Chain将青霉素投入生产，是通气培养微生物的开端，将微生物学与工程学结合。2、微生物代谢作用研究；1944，Avery肺炎球菌转化实验，确定DNA是遗传物质，标志着分子生物学的形成。1953，Watson&Crick提出DNA双螺旋结构以及半保留复制假说。3、分子生物学阶段20世纪70年代，基因工程的发展，工程菌的构建更促进了微生物学的发展。微生物学推动生命科学的发展促进许多重大理论问题的突破对生命科学研究技术的贡献与人类基因组计划展望3节：工业微生物简介1、酿酒工业白酒：四大名酒，五大香型啤酒、黄酒、葡萄酒（威士忌、白兰地、伏特加、朗姆、金酒）2、酒精工业。3、溶剂工业（丙酮、丁醇）4、有机酸工业:乳酸、柠檬酸、衣康酸、延胡索酸、琥珀酸、苹果酸、酒石酸等。5、抗生素工业。6、酶制剂工业。7、氨基酸工业。8、酵母工业。9、多糖工业：黄原胶、右旋糖苷、等等10、石油发酵。11、生物活性物质：核酸类、维生素等。12、其它：微生物农药、沼气发酵、生物制品（菌苗、疫苗）4节：微生物分类Microbialtaxonomy分类主要是探索生物之间的亲缘关系，把它们归纳为互相联系的不同类群。具体任务就是分类、鉴定和命名。一、分类单位与命名（一）分类单位:界,门,纲,目,科,属,种种是最基本的分类单位,它是一大群表型特征高度相似，亲缘关系极其相近，与同属内其它种有着明显差异的菌株的总称。种以下又分亚种(变种),型,类群,菌株(品系)菌株(品系)(strain):表示任何由一个独立分离的单细胞繁殖成的纯种群体及其一切后代。（二）命名命名按照《国际细菌命名法规》,采用林奈氏双名法。属名+种名+命名人如大肠杆菌:Escherichiacoli(Migula)Castellani&Chalmers1919属名:名词,大写首字母,一般描绘主要形态或生理特征。种名:形容词,小写,代表一个种次要特征。未确定种名或不指特定的种时，可在属名后加sp.表示。举例真菌界Fungi真菌门Eumycophyta子囊菌纲Ascomycetes原子囊亚纲Protoascomycetes内孢霉目Endomycetales内孢霉科Endomycetaceae酵母亚科Sacchromycetoideae酵母属Sacchromyces酿酒酵母S.cerevisiaeHansen二、分类依据1、形态特征（个体和群体）细胞形态：形状、大小、排列、染色反应等。培养：固体-菌落，半固体-穿刺，液体。2、生理生化反应营养要求：碳源、氮源、营养类型代谢产物：种类、产量、显色反应酶：产酶种类、反应特性3、生态学特征相互关系、宿主种类、与氧关系等。4、生活史5、血清学反应近年又发展了红外光谱，GC含量，DNA杂交等。三、分类方法（一）经典分类法随机地和不系统地根据一些特征进行分类。主要是形态、生理生化特征。（二）数值分类法根据较多特征分类，每一特征地位相同。1、每一菌株为一操作单位，确定很多特征（50-60个）2、比较菌株间的最大相似性阳性和阴性符合的总和---------------------------------×100%总的测定数---无效测定数85%为同种，65%为同属3、据数值绘出矩阵图并转换成树状谱。（三）分子与遗传方法1、DNA碱基组成：GC%相同不能说明是同种，但不同则肯定不是同种。差别10%不是同种，10%可能是同种。2、核酸分子杂交比较碱基顺序的同源性3、16srRNA寡核苷酸编目分析水解rRNA产生一系列寡核苷酸片段，顺序分析。近年来，采用红外、核磁、电镜等新技术越来越广泛。四、分类系统原核生物：《伯杰氏细菌鉴定手册》第8版，1973《伯杰氏系统细菌学手册》第9版，1984真菌：Ainsworth(1973)系统。酵母：Lodder分类系统菌种鉴定工作三部曲1、获得该微生物的纯培养2、测定一系列必要的鉴定指标3、查找权威性鉴定手册一章：微生物类群与形态结构非细胞型：病毒。细胞型：原核微生物：细菌、放线菌等，无明显核，也无核膜、核仁。真核微生物：酵母菌、霉菌，有明显核，有核膜、核仁。1节：细菌Bacteria是微生物一大类群，主要研究对象。细菌是单细胞的，大小在1um左右，1000倍以上显微镜才能看到其形状。一、细菌的形态和大小（一）基本形态1、球菌Coccus：球形或近球形，根据空间排列方式不同又分为单、双、链、四联、八叠、葡萄球菌。不同的排列方式是由于细胞分裂方向及分裂后情况不同造成的。2、杆菌Bacillus(Bacterium)：杆状或圆柱形，径长比不同，短粗或细长。是细菌中种类最多的。3、螺旋菌Spirillum：是细胞呈弯曲杆状细菌统称，一般分散存在。根据其长度、螺旋数目和螺距等差别，分为弧菌Vibrio（菌体只有一个弯曲，形似C字）和螺旋菌（螺旋状，超过1圈）。与螺旋体Spirochaeta区别：无鞭毛。细菌形态不是一成不变的，受环境条件影响（如温度、培养基浓度及组成、菌龄等）异常形态一般，幼龄，生长条件适宜，形状正常、整齐。老龄，不正常，异常形态。畸形：由于理化因素刺激，阻碍细胞发育引起。衰颓形：由于培养时间长，细胞衰老，营养缺乏，或排泄物积累过多引起。（二）细菌大小如何测量：显微测微尺球菌直径0.5-1um。杆菌直径0.5-1um，长为直径1-几倍。螺旋菌直径03-1um，长1-50um细菌大小也不是一成不变的。细胞重量10-13-10-12g，每g细菌二、细菌细胞结构研究细菌细胞结构是分子生物学重要内容之一，有了