农业微生物学第一章绪论.

微生物学课前认识我们在一个被大量微生物包围着的环境中生活。微生物无处不在。课前请大家讲述对微生物的认识？认识微生物的四大障碍：个体过于微小群体外貌不显种间杂居混生形态与作用后果难以认识一些数字每个喷嚏的飞沫含4500-150000个细菌，重感冒患者为8500万；全世界海洋中微生物的总重量约280亿吨细菌数亿/g土壤，土壤中的细菌总重量估计为：10034×1012吨人体肠道内菌体总数达100万亿个左右（人体细胞数量50万亿）新鲜叶子表面微生物数量达100多万个/g每张纸币带有9106个细菌，其中两角纸币带有的菌数将近是十元纸币的5倍。生活在土壤中和地下的细菌数加起来，估计其总重量为100341012吨。人的皮肤上平均每平方厘米含有105个细菌人体肠道内菌体总数达100万亿个左右（人体细胞数量50万亿）。粪便中细菌大约占粪便干重的1/3微生物既是人类的敌人，更是人类的朋友！第一章绪言一、微生物概述二、微生物学的研究内容与成就三、微生物学的重要性四、显微镜下的微生物微生物概述1、什么是微生物2、生物中哪些是微生物3、微生物的特点第一章绪言第一章绪言1、什么是微生物微生物(microbe，microorganism)是一切不借助显微镜肉眼看不见或看不清的微小生物的总称。它们都是一些个体微小（一般＜0.1mm）、构造简单（单细胞、简单多细胞、非细胞）的低等生物。第一章绪言微生物通常包括生物细胞生物非细胞生物：病毒、亚病毒原核生物：细菌、古菌真核生物：真菌、单细胞藻类、原生动物大小和特征见表1.1表1.1微生物形态、大小和细胞类型微生物大小近似值细胞的特性病毒0.01~0.25m非细胞的细菌0.1~10m原核生物真菌2m~1m真核生物原生动物2~1000m真核生物藻类1米~几米真核生物第一章绪言2、生物中哪些是微生物生物细胞生物非细胞生物：病毒、亚病毒原核生物：细菌、放线菌、蓝细菌、古菌真核生物：真菌、单细胞藻类、原生动物第一章绪言R.H.Whittaker（1969）的五界学说真核类生物多细胞植物界真菌界（丝状真菌及蕈菌）单细胞原生生物界（原生动物、单细胞藻类和粘菌）、酵母菌动物界原核类原核生物界(细菌、蓝细菌)古生菌3、微生物的特点1)个体微小，结构简单。2)生长旺，繁殖快。人类研究得最透彻的生物E.coli,合适条件，分裂1次12.5-20min。按20min分裂1次计，1h3次,1昼夜72次：1个细菌产生4722366500万亿个后代，总重约可达4722t。第一章绪言★谷氨酸短杆菌：摇瓶种子→50吨发酵罐：52小时内细胞数目可增加32亿倍。★利用微生物的这一特性就可以:实现发酵工业的短周期、高效率生产。例如生产鲜酵母时，几乎12小时就可以收获一次，每年可以收获数百次。大肠杆菌在1个小时内可消耗相当于它们自身重量2000倍的糖。3)代谢类型多，活性强分解作用；产能方式最多样；生物固氮作用；合成各种次生代谢产物；极端环境抵抗能力；分解氰,酚,多氯联苯等剧毒物质能力等。第一章绪言4)分布广泛,种类多，数量多土壤圈、水圈、大气圈至岩石圈(地球上除火山中心区域等少数地方)；植物、动物、人;第一章绪言任何有其它生物生存的环境中，都能找到微生物。而在其它生物不可能生存的极端环境中也有微生物存在。吸收多转化快大肠杆菌每小时可分解其自重1000-10,000倍的乳糖产朊假丝酵母（Candidautilis）比大豆强100倍的蛋白质合成能力5)吸收多转化快6)易变异，适应性强。第一章绪言★突变频率一般为10-5～10-10，但因繁殖快，数量多，与外界环境直接接触，因而在短时间内可出现大量变异的后代。★青霉素产量变异、耐药性变异举例例如，青霉素生产菌Penicilliumchrysogenum(产黄青霉)的产量1943年为每毫升发酵液中含20单位青霉素，40多年来，经过世界各国微生物遗传育种工作者的不懈努力使该菌产量变异逐渐积累，加上发酵条件的改进，目前世界上先进国家的发酵水平每毫升已超过5万单位，甚至接近10万单位。微生物的数量性状变异和育种使产量提高的幅度之大，是动植物育种工作中绝对不可能达到的。正因为如此，几乎所有微生物发酵工厂都十分重视菌种选育工作。微生物学的重要性(与人类关系)有益方面①农业生物防治技术：以微生物农药为主要手段；微生物肥料；食用菌生产技术；生物能源技术：沼气等；免耕技术，等等。第一章绪言②微生物与工业工业微生物涉及多个行业。很多食品如酸奶、奶酪、酒、食品添加剂（味精、酱油等）、豆腐乳、臭豆腐；食品罐藏防腐、食用菌等，药品，由不同的微生物制成；某些特殊的微生物还参与冶金、采油、采矿等过程，甚至直接作为清洁用品的添加剂。第一章绪言③环境地球生物化学循环；废物处理（生活垃圾、工业废水、堆肥的制作）；降解杀虫剂,除草剂,纤维素,木质生物外源性物质(666,塑料等等)。第一章绪言污水自净④医药人类绝大多数病症是由微生物引起，其大多数药物用微生物生产，如疫苗、抗生素。人类的健康水平大幅度提高，平均寿命约提高了25岁。第一章绪言⑤生物技术及科学研究抗生素,酶,氨基酸,有机酸(草酸、柠檬酸等)的生产。获诺贝尔生理学和医学奖研究中，有近60%的工作是微生物作研究材料的。分子生物学两分支，即基因工程和生物工程中，微生物是其宠儿和主角。第一章绪言⑥微生物与能源开发石油、煤、天然气等一次性化学燃料资源日益短缺，开发新型的可持续能源迫在眉睫。丰富的微生物资源及其产物将是人类寻找新型能源的宝库。微生物具有将大量有机废弃物转化为氢、乙醇等清洁能源的潜力。利用微生物的产氢、乙醇等新型能源是今后能源生产领域的必然趋势。第一章绪言有害方面引起人、动物、植物的病害。绝大多数病症是由微生物引起；目前已知微生物中的致病菌不到1%。食物的腐败：柑桔变软，长霉；钢铁腐蚀、木材等腐烂，野生菌等；环境水体污染富营养化和近海赤潮已经不再是新鲜名词。我国近海每年都有大面积的赤潮发生。我国面临的水体污染状况滇池厚达5cm的微囊藻水华中科院水生所“滇池蓝藻水华污染试验技术研究”课题组示范区6.1km2的滇池水面在治理中水质逐渐好转，成群的红嘴鸥飞至湖面捕食、嬉戏。“滇池蓝藻水华污染控制技术研究”基地的重力斜筛自动脱水设备在对滇池蓝藻水华进行脱水处理。脱水后形成的藻浆经去毒处理，可成为上好的有机肥料或饲料。我国水体富营养化和赤潮发生流域图中国各海区赤潮发生情况（1952-1998）资料来自“邹景忠，赤潮灾害，《海洋志》”微生物农药利用微生物或其产物来防治植物病虫害和杂草危害的一类微生物制剂。当这些病原体和拮抗微生物或其代谢产物为昆虫吞食、接触或病菌感染后，通过微生物的活动、毒素的作用而使害虫和病原菌的新陈代谢受影响，破坏其机体器官，影响其发育繁殖或变态，从而达到灭菌防病的目的。第一章绪言微生物农药的种类细菌杀虫剂真菌杀虫剂病毒杀菌剂农用抗生素微生物除草剂第一章绪言S42对黄瓜枯萎病的抑制番茄早疫病S42发酵液对西瓜（左）和黄瓜（右）病原菌的抑制效果S42、S36对黄瓜炭疽病原菌的抑制效果S42、S36对西瓜枯萎病原菌的抑制效果玉米弯孢微生物农药的特点：对脊椎动物和人类无害,不污染环境；对植物无毒害；能保护害虫天敌；昆虫不易产生抗药性；自然传播感染能力:有些昆虫病原微生物,可在昆虫群落中自然传播感染成流行病；容易进行大量生产。第一章绪言应用根瘤菌肥料的增产效果CKSpr4-5应用菌根菌的增产效果应用菌根菌和根瘤菌双接种的增产效果第一章绪言1.微生物学的研究内容与成就微生物学的基本内容微生物的主要分枝学科微生物学发展中的重大事件研究微生物学基本方法1、微生物学的基本内容①微生物细胞的结构和功能，研究细胞的构建及其能量、物质、信息的运转；②微生物的进化和多样性，研究微生物的种类，它们之间的相似性和区别，以及微生物的起源；③生态学规律，研究不同微生物之间以及它们同环境之间的相互作用；④微生物同人类的关系。第一章绪言2、微生物的主要分枝学科3、微生物学的发展真正看见并描述微生物的第一个人列文虎克(AntonyvanLeeuwenhoek）和他的显微镜第一章绪言LouisPasteur(1822-1895)workinginhislaboratory.(P2,6)第一章绪言巴期德否定“自然发生说”的曲颈瓶试验RobertKoch(1843-1910)Examiningaspecimeninhislaboratory.(P2,6-7)2、微生物学发展中的重大事件时间重大事件1857巴斯德证明乳酸发酵是由微生物引起的1861巴斯德用曲颈瓶实验证明微生物非自然发生，推翻了争论已久的“自生说”1864巴斯德建立巴氏消毒法1867Lister创立了消毒外科，并首次成功地进行了石炭酸消毒试验1867-1877柯赫证明炭疽病由炭疽杆菌引起1881柯赫等首创用明胶固体培养基分离细菌，巴斯德制备了炭疽菌苗1882柯赫*发现结核杆菌1884柯赫法则首次发表；Metchnikoff*阐述吞噬作用；建立高压蒸汽灭菌和革兰氏染色法1885巴斯德研究狂犬疫苗成功，开创了免疫学1887RichardPetri发明了双层培养皿2、微生物学发展中的重大事件时间重大事件1888Beijerinck首次分离根瘤菌(豌豆)1890VonBehring*制备抗毒素治疗白喉和破伤风1891Steinberg与巴斯德同时发现了肺炎球菌1892Ivanowsky提供烟草花叶病毒是由病毒引起的证据；Winogradsky发现硫循环1897Buchner用无细胞存在的酵母菌抽提液对葡萄糖进行酒精发酵成功1899Ross*证实疟疾病原菌由蚊子传播1909-1910Ricketts发现立克次氏体；Ehrtich*首次合成了治疗梅毒的化学治疗剂1928Griffith发现细菌转化1929Fleming*发现青霉素1935Stanley*首次提纯了烟草花叶病毒，并获得了它的“蛋白质结晶”1943Luria*和Delbruck*用波动试验证明细菌噬菌体的抗性是基因自发突变所致；Chain*和Florey*形成青霉素工业化生产的工艺1944Avery等证实转化过程中DNA是遗传信息的载体；Waksman*发现链霉素1946-1947Lederberg*和Tatum发现细菌的接合现象、基因连锁现象1949Enders*、Robbins*和Weller*在非神经的组织培养中，培养脊髓灰质炎病毒成功1952Hershey*和Chase发现噬菌体将DNA注入宿主细胞；Lederberg*发明了影印培养法；Zinder和Lederberg发现普遍性转导1953Watson*和Crick*提出DNA双螺旋结构1956Umbarger发现反馈阻遏现象1961Jacob*和Monod*提出基因调节的操纵子模型1961-1966Holhy*、Khorana*、Nirenberg*等阐明遗传密码1969Edelman*测定了抗体蛋白分子的一级结构1970-1972Arber*、Nathans*和Smith*发现并提纯了限制性内切酶；Temin和Baltimore发现反转录酶1973Ames建立细菌测定法检测致癌物；Cohen等首次将重组质粒转人大肠杆菌成功1975Köhler和Milstein*建立生产单克隆抗体技术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X174噬菌体DNA进行了全序列分析1982—1983Cech*和Altman*发现具催化活性的RNA(ribozyme)；McClintock*发现的转座因子获得公认；Prusiner*发现朊病毒(prion)1983-1984Gallo和Montagnier分离和鉴定人免疫缺陷病毒；Mullis*建立PCR技术1988Deisenhofer等发现并研究细菌的光合色素1989Bishop*和Varmus*发现癌基因1995第一个独立生活的