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1微生物学第一章绪论一、什么是微生物（一）定义：传统定义：微生物（microorganism,microbe）是一切肉眼看不见或看不清的微小生物的总称。它们是一些个体微小（一般小于0.1mm）、构造简单的低等生物。现代定义：一般是指绝大多数凭肉眼看不见或看不清，必须借助显微镜才能看见或看清，以及少数能直接通过肉眼看见的单细胞、多细胞和无细胞结构的微小生物的总称。（二）类群：1.原核类：细菌（真细菌，古生菌），放线菌，蓝细菌，支原体，立克次氏体，衣原体等。2.真核类：真菌（酵母菌，霉菌，蕈菌），原生动物，显微藻类3.非细胞类：病毒，亚病毒（类病毒，拟病毒，朊病毒）（三）特点：小（个体微小）µm（微米）级：光学显微镜下可见（细胞）nm（纳米）级：电子显微镜下可见（细胞器，病毒）简（构造简单）单细胞微生物简单多细胞非细胞（即“分子生物”）低（进化地位低）原核类：细菌（真细菌，古生菌），放线菌，蓝细菌，支原体，立克次氏体，衣原体等。真核类：真菌（酵母菌，霉菌，蕈菌），原生动物，显微藻类。非细胞类：病毒，亚病毒（类病毒，拟病毒，朊病毒）1mm=103µm=106nm=107Ǻ分辨率：肉眼:0.1mm；显微镜:0.2µm；电子显微镜:10Ǻ二、为什么要学习微生物1．微生物无处不在2．微生物对人类有利也有害。因此，发掘、利用、改造和保护有益微生物；控制、消灭和改造有害微生物3．最终目的:为人类社会的进步服务细菌数亿/g土壤，土壤中的细菌总重量估计为：10034×1012吨每张纸币带细菌：900万个人体体表及体内存在大量的微生物：皮肤表面：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：1000亿个每个喷嚏的飞沫含4500-150000个细菌福：1、微生物在许多重要产品中所起的不可替代的作用，例如：面包、奶酪、啤酒、抗生素、疫苗、维生素、酶等重要产品的生产.2、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3、是人类生存环境中必不可少的成员，有了它们才使得地球上的物质进行循环.4、以基因工程为代表的现代生物技术的发展及其美妙的前景也是微生物对人类作出的又一重大贡献。祸：鼠疫艾滋病(AIDS)癌症肺结核虐疾霍乱埃博拉病毒疯牛病SARS禽流感三、微生物学与人类进步的关系（一）微生物与医疗保健（在医疗保健战线上的六大“战役”）21．外科消毒术的建立2．寻找人畜病原菌3．免疫防治法的应用4．化学治疗剂的发明5．抗生素治疗的兴起6．用遗传工程和生物工程技术使微生物生产生化药物（二）微生物与工业发展（微生物在工业发展过程中的六个里程碑）1．自然发酵与食品、饮料的酿造2．罐头保藏3．厌氧纯种发酵技术4．深层液体通气搅拌培养5．代谢调控理论在发酵工业上的应用6．生物工程的兴起（三）微生物学促进了农业进步（四）微生物与能源、生态和环境保护（五）微生物学对生物学基础理论研究的贡献1．以微生物作为研究对象解决了生物学上的许多重大争论问题2．是分子生物学的三大来源和三大支柱之一3．遗传学研究对象的微生物化促使经典遗传学发展为分子遗传学4．微生物与基因工程5．高等生物研究和利用中的微生物化趋向方兴末艾6．微生物学中的一套独特实验技术迅速扩散到生命科学的各研究领域四、微生物的共性(五大共性)1.体积小,结构简单，表面积/体积比值大杆菌的平均长度：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。2.代谢活力强,吸收多,转化快吸收营养物质和排出废物，有最大的代谢速率。从单位重量来看，微生物的代谢强度比高等生物大几千倍到几万倍。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）（发酵乳糖的细菌1小时内可以分解其自身重1000-10000倍的乳糖）产阮假丝酵母（Candidautilis）合成蛋白质的能力比大豆强100倍，比食用公牛强10万倍。3.生长旺,繁殖快大肠杆菌一个细胞重约10–12克，平均20分钟繁殖一代，24小时后，就有了72代，其子代数量可达4722366500万亿个，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个地球重量实际上，由于各种原因，细菌的指数分裂速度只能维持几个小时，液体培养基中，细菌细胞的数量一般仅能达到108-109个/ml生产效率高，发酵周期短4.分布广，种类多（多样性）在各种自然环境界中（土壤、水体、空气，动植物体内和体表，万米高空，万米海底，强酸、强碱、高热的极端环境，常年封冻的冰川等）都生存有大量的微生物微生物的种类多主要体现在下列5个方面：物种的多样性；微生物的生理代谢类型的多样性；代谢产物的多样性；遗传基因的多样性；生态类型的多样性5.适应性强,易变异微生物对极端恶劣的环境的适应能力，堪称“世界之最”。个体小，数量多，单细胞（大多数），繁殖快，分布广泛，与外界环境直接接触，即使自发变异的频率很低（10-5-10-10），也可以在短时间内产生大量变异后代。福：抗生素效价提高，酶活性提高，代谢产物产量提高等祸：耐药性的产生五、微生物学及其研究内容与分科微生物学(Microbiology)定义：是一门在细胞、分子或群体水平上研究微生物的形态构造、生理代谢、遗传3变异、生态分布和分类进化等生命活动基本规律，并将其应用于工业发酵、医药卫生、生物工程和环境保护等实践领域的科学。根本任务：1.发掘、利用、改造和保护有益微生物2.控制、消灭和改造有害微生物最终目的：为人类社会的进步服务六、微生物学发展简史影响认识微生物的四大障碍：1.个体过于微小2.群体外貌不显3.种间杂居混生4.形态与其作用的后果很难被认识（一）可分为五个时期1.史前期：约8000年前-1676实质：朦胧阶段8000年前我国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年前我国发明酿酱、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”详细地记载了制曲、酿酒、制酱和酿醋等；公元九世纪到十世纪我国已发明用鼻苗法种痘；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，我国明末医生吴又可也提出“戾气”学说，认为传染病的病因是一种看不见的“戾气”，其传播途径以口、鼻为主。2.初创期：1676-1861实质：形态描述阶段开创者：列文虎克（RobertHooke）1664年，英国人虎克（RobertHooke）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。3.奠基期：1861-1897实质：生理水平研究阶段开创者：巴斯德，德国人柯赫特点：①建立了一系列研究微生物所必要的独特方法和技术，从而解决了认识微生物的第二、三、四个障碍；②借助于良好的研究方法，开创了寻找病原微生物的“黄金时期”；③把微生物学的研究从形态描述推进到生理学研究的新水平；④开始客观上以辩证唯物主义的“实践一理论一实践”的思想方法指导科学实验；⑤微生物学以独立的学科形式开始形成，但当时主要还是以其各应用性分支学科的形式存在微生物学奠基人：法国化学家巴斯德(1)彻底否定了“自然发生”学说：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。(2)免疫学——预防接种：首次制成狂犬疫苗(3)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”(4)其他贡献巴斯德消毒法：60～65℃作短时间加热处理，杀死有害微生物细菌学奠基人：德国人柯赫（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土豆切面→营养明胶→营养琼脂（平皿）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（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b）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；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；44、从试验发病的寄主中能再度分离培养出这种微生物来。4.发展期：1897-1953实质：生化水平研究阶段开创者：E.Büchner,生物化学奠基人特点：(1)进入了微生物生化水平的研究。并发现代谢途径的同一性。对无细胞酵母菌“酒化酶”进行研究。以研究微生物对维生素需要、酶的特性、寻找和研究抗生素以及逐步深入到以研究它们的遗传变异和基因为主的新阶段。因此，微生物学家就从“微生物猎人”而发展为“维生素猎人”、“酶猎人”、“抗生素猎人”和“基因猎人”了。(2)应用微生物的分支学科更为扩大，出现了抗生素等新学科。(3)开始出现微生物学史上的第二个“淘金热”一一寻找各种有益微生物代谢产物的热潮。(4)一门以研究微生物基本生物学规律的综合学科----普通微生物学开始形成，代表人物是美国加里福尼亚大学伯克利分校的M．bdroffD，(5)各相关学科和技术方法相互渗透，相互促进，加速了微生物学的发展。5.成熟期：1953-实质：分子生物学水平研究阶段开创者：J.Watson,F.Crick。分子生物学奠基人特点：(1)微生物学从一门在生命科学中较为孤立的以应用为主的学科，迅速成长为一门十分热门的前沿基础学。(2)在基础理论的研究方面，逐步进入到分子水平的研究，微生物迅速成为分子生物学研究中的最主要的对象。(3)在应用研究方面，向着更自觉、更有效和可人为控制的方向发展，至70年代初，有关发酵工程的研究已与遗传工程、细胞工程和酶工程等紧密结合，微生物已成为新兴的生物工程中的主角。七、我国微生物的发展：汤飞凡：沙眼病原体的分离和确证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八、主要参考书周德庆著：微生物学教程（第一、二版）武汉大学、复旦大学编：微生物学.（第二版）沈萍著：微生物学.九、复习题1．简述微生物的定义和类群2．试述微生物学与人类进步的关系3．试述微生物的共性，讨论其对人类的利弊4．简述微生物的发展简史上5个时期的特点和代表人物5．试述微生物学的多样性5第二章原核微生物的形态、构造与功能一、研究意义1.形态是入门的向导，构造是研究的基础。2.提高定向筛选的效率。3.掌握发酵进程。4.及时检测杂菌。5.分类鉴定中应用。微生物分为三大类群（根据进化地位、性状上明显差别）1.原核微生物(prokaryotes)2.真核微生物（eukaryoticmicroorganisms）3.非细胞微生物(acellularmicroorganisms)原核微生物与真核微生物属于细胞型微生物二、原核生物的定义及种类1．原核生物：指一大类细胞核无核膜包裹，只存在称作核区的裸露DNA的原始单细胞生物。包括两大类群真细菌（eubacteria）（包括普通细菌、放线菌、蓝细菌、枝原体、立克次氏体和衣原体等）和古生菌（archaea）2．古生菌（Archaea）：一类生活在条件十分恶劣的极端环境（如高温、高盐、高酸等）下的古老的微生物。“伯杰氏手册”将古生菌分为5个主要类群：产甲烷菌、极端嗜盐菌、还原硫酸盐细菌、极端嗜热S0代谢菌、无细胞壁古生菌。它们的细胞结构（如细胞壁结构和化学、膜脂类结构、分子生物学及代谢）既不完全相同于原核生物，也不同于真核生物，但其结构与真细菌更为接近。3．原核生物6种类群细菌化能营养“三菌”放线菌光能营养：蓝细菌人工培养：支原体“三体”立克次氏体专行细胞寄生衣原体第一节细菌（bacteria，bacterium单数）细菌：细胞细短（直径约0.5um,长0.5~5um）；结构简单；胞壁坚韧；二分裂繁殖；水生性强；单细