1微生物学基础-绪论

微生物学基础讲授：李一星理论课：28学时实验课：20学时E-mail:[e-mail]:87281685绪论•微生物的概念及特点•微生物与人类的关系•微生物学研究的内容•微生物学的发展简史•参考书目及主要刊物一、微生物的概念及特点(一)什么是微生物？微生物不是分类学上的专门名词，是人们肉眼不能看见的微小生物的总称。包括原核微生物：细菌、古细菌、放线菌、蓝细菌真核微生物：酵母菌、霉菌、单细胞藻类、原生动物非细胞型微生物：病毒、亚病毒(二)微生物在生物分类中的地位•二界系统：微生物发现之前，生物分为动物界和植物界。•三界系统：1866年Haeckel把生物分为动物界、植物界和原生生物界•五界系统：美国生物学家魏泰克(R.H.Whittaker)1969年根据细胞结构及营养吸收方式的不同提出。•六界系统：五界系统中加上病毒界微生物研究对象包括真菌界（fungi）:酵母、霉菌原生生物界（protista）：原生动物、单细胞藻类、粘菌原核生物界（procaryotae）病毒界（virus）三原界(域)系统：70年代以后，Woese提出古细菌的概念。魏泰克和马古来斯提出真核生物、真细菌和古细菌三原界学说。目前较流行。（三）微生物与其它生物的共同点：•除病毒外，均由细胞组成•基本化学组成相同，有蛋白质、核酸和多糖等•有新陈代谢等基本生理活动•有受基因控制的遗传机制•有繁殖能力（四）微生物的特点：•个体小、比表面大•分布广、种类多•代谢强、繁殖快•易变异、抗性强1.体积小，比表面大•微生物的面积与体积的比值称为比面值。球菌：面积=4πR2体积=4/3πR3面积/体积=4πR2/4/3πR3=3/R（R越小，比面值越大）例如：一个球菌，若体积为1µm3的话，用这样的球菌堆成1cm3其总面积可达6m2，而一粒1cm3大小的豌豆，其总表面积仅6cm2。微生物大小范围细胞类型Viruses（病毒）0.01-0.25µmAcellularBacteria（细菌）0.1-10µmProkaryoteFungi（真菌）2µm-1mEukaryoteProtozoa（原生动物）2-1000µmEukaryoteAlgae（藻类）1µm-数mmEukaryote微生物细胞的大小和类型：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（sulfurbacterium），其大小可达0.75mmThiomargaritanamibiensis---------“纳米比亚硫磺珍珠”最大的细菌2.分布广分布：①土壤、②水域、③动植物体内、④极端环境、⑤食品。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；种类多•动物：150万种•植物：50万种•微生物：已知10多万种病毒：4000多种原核生物：5000多种藻类：23100种真菌：47300种原生动物：24000种3.代谢快比面值大的微生物必然有一个大的营养物质的吸收面，一个大的代谢物的排泄面，所以小的微生物代谢旺盛。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）繁殖快24小时后：4722366500万亿个后代，重量达到：4722吨48小时后：2.2×1043个后代，重量达到2.2×1025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4.适应强，易变异•微生物适应性强是动植物无法比拟的•某些硫细菌能在250℃甚至300℃下正常生长，而大多数细菌可在—196℃的液N中存活•微生物由于个体小易受环境条件影响发生变异•变异有好的一面，提高如青霉素产生菌效价，变异也有坏的一面，如细菌产生抗药性抗（逆）性强抗热：有的细菌能在265个大气压，250℃的条件下生长；自然界中细菌生长的最高温度可以达到121℃；有些细菌的芽孢，需加热煮沸8小时才被杀死；抗寒：有些微生物可以在―12℃~―30℃的低温生长；抗酸碱：细菌能耐受并生长的pH范围：pH0.5~13；耐渗透压：蜜饯、腌制品，饱和盐水（NaCl,32%)中都有微生物生长；抗压力：有些细菌可在1400个大气压下生长；二、微生物与人类的关系医学领域的贡献•微生物制药抗生素疫苗等工业上的贡献•食品工业与发酵、微生物能源、生物降解等等农业上的贡献•生物防治、微生物与生态、生物肥料等对生物学基础理论研究的贡献•模式菌株危害开发和利用有益微生物，控制和杀死有害微生物。三、微生物学研究的内容•微生物学：研究微生物生命活动规律及其应用的科学。包括:•微生物的形态、细胞结构和功能（物质、能量和信息的转运）。•微生物的多样性和进化(diversityandevolution)。•微生物的生态学（Ecology）规律，即微生物与环境、微生物之间、微生物与其他生物间的关系。•微生物同人类的关系，发掘和利用有益微生物，改造或杀死有害微生物。四、微生物学发展简史•史前期：人类对微生物的认识和利用建立在生产-实践的基础上。•初创期：吕文虎克(AntonyvanLeeuwenhock)开创的微生物形态学阶段。•奠基期：由巴斯德开始的微生物生理学阶段。•发展期：应用微生物学和基础微生物学。•现代微生物学阶段：分子微生物学1、史前期：•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；•16世纪，古罗巴医生G.Fracastoro：疾病是由肉眼看不见的生物(livingcreatures)引起的；•1641年，明末医生吴又可也提出“戾气”学说；2、初创期：AntonyvanLeeuwenhock(1632-1723)微生物的发现Leeuwenhoek：吕文虎克，荷兰人，微生物学的先驱。1676年，利用自制的显微镜首次观察到了细菌，并向英国皇家学会报告了发现结果，于1684年发表。1680年被选为英国皇家学会的会员。3、奠基期：巴斯德（Pasteur1822–1895）：法国化学家，微生物生理学奠基人。推翻“生命自然发生说”。证明只有活的微生物才是传染病、发酵和腐败的真正原因。LouisPasteurworkinginhislaboratoryPasteur和自然发生说的终结LouisPasteur的贡献•通过曲颈瓶实验彻底否定了自然发生说•证实发酵由微生物引起：证明酒精发酵是由酵母菌引起的。•免疫学：发明用接种减毒细菌来预防鸡霍乱，发明疫苗，首次制成了狂犬疫苗•其它贡献：发明了巴氏消毒法（Pasteurization：62-63℃/30分钟或71℃/15分钟）。柯赫（Koch）与Koch法则•Koch,德国医生，创立疾病的种质学说，成为细菌学奠基人。•1876年,证明炭疽杆菌引起炭疽病（anthrax）；1882年，发现结核杆菌，并因此获诺贝尔奖。•柯赫法则（Koch’spostulates）:用于确定某种微生物是否是引起某种疾病的病原体的法则。•发明了固体培养基，获得了微生物的纯培养:只有一种微生物组成的细胞群体。种质学说（theGermTheoryofDisease）纯培养（PureCulture）柯赫法则：1.病原微生物总在患传染病的动物中发现而不存在于健康的个体中。2.病原微生物可以离开动物体，并被培养为纯培养物。3.这种纯培养物接种到敏感动物体后，应当出现特有的病征。4.该微生物可从患病的实验动物中重新分离出来，并可在实验室中再次培养，此后它仍与原始病原微生物相同。贝耶林克（Beijerinck）和维诺格拉德斯基（Winogradsky）•Winogradsky(1856-1953),俄国人•Beijerinck(1851-1931),荷兰人•两人均对土壤和水体微生物感兴趣，被看作普通微生物学的奠基人。4、发展期：二十世纪初，对微生物生理、生化研究的开展和深入，微生物开始涉入农业、工业和医学等领域，一系列分支学科开始出现：大体分为：基础微生物学，应用微生物学按生命活动规律分：普通微生物学、微生物形态学、分类学、遗传学、生理学……按应用领域：工业微生物、农业微生物、环境微生物……AlexanderFleming(1881-1955)1929年：AlexanderFleming(弗莱明)发现了青霉素；1944年：Waksman发现了链霉素；开始了抗生素研究的热潮1953年,Watson-CrickDNA双螺旋的发现开创了微生物分子生物学的发展时期。5、现代微生物学阶段：20世纪80年代以来，微生物学进入分子研究水平。微生物成为生物技术和遗传工程的主角。分类学：三原界学说基因组学：细菌基因组测序细菌基因表达调控研究微生物与动植物互作的分子机理研究…………微生物学的未来沿着分子微生物学领域继续发展是一个重要方面。利用分子生物学技术控制及治疗微生物引起的各种疾病。在工农业生产中利用有益微生物，控制有害微生物。微生物基因组测序分子微生物生态学分子微生物遗传学沈萍1999.微生物学高等教育出版社周德庆2002.微生物学教程第二版。高等教育出版社杨苏声周俊初.2005微生物学，科学出版社中文参考书目李阜棣胡正嘉.2000微生物学，中国农业出版社黄秀梨.1998.微生物学,第五版,中国农业出版社2．“Microbiology”，LansingM.Prescott,DonaldKlein,JohnHarley，McGraw-HillHigherEducation，2002及其中译本（沈萍等，高等教育出版社，2003）英文参考书及多媒体辅助课件:3．MicrobeZooCD-ROM,theMichiganStateUniversityBoardofTrustees,19981．Brock'sBiologyofMicroorganism10TH，MichaelT.MadiganJohnM.MartinkoJackParker，PrenticeHall，2002微生物学国内主要刊物中国微生物学会辽宁省微生物学会辽宁省微生物研究所://wswxzz.periodicals.net.cn/default.html中国微生物学会中国科学院微生物研究所中国微生物学会中国科学院微生物研究所微生物学主要国际刊物://mmbr.asm.org配套教学网站：华中农业大学→南湖教苑→精品课程→微生物学课程安排•第1章微生物细胞•第2章原核微生物•第3章真核微生物•第4章病毒•第5章微生物营养和代谢•第6章微生物的生