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环境微生物学——绪论第一节微生物概述第三节环境微生物学的研究对象和任务第二节微生物学的发展简史第一节微生物概述二、微生物的分类和命名三、微生物的特点一、微生物在生物界中的地位一、微生物在生物界中的地位发现微生物之前：生物植物界动物界随着对微生物的认识：两界→三界→四界→五界→六界20世纪年70代以后，对各大类生物进行深入的分子生物学研究并积累了大量的研究资料，终于在1978年由RobertH.Whittaker和L.Margulis提出三原界（Urkingdom）学说。Margulis提出内共生学说，论述了真核细胞进化中的线粒体、叶绿体和鞭毛的共生起源。①细胞膜的类脂特殊。②细胞壁的成分独特而多样。③核糖体的16SrRNA的核苷酸顺序独特，且不同于真核生物。④tRNA的核苷酸顺序也很独特，且不含胸腺嘧啶。⑤蛋白质合成的起始密码是甲硫氨酸，与真核生物相同。⑥对抗生素的敏感性较独特，对那些作用于真菌细胞壁的抗生素如：青霉素、头孢霉素和D-环丝氨酸不敏感；对能抑制真菌转译的氯霉素不敏感；对能抑制真核生物转译的白喉毒素十分敏感。⑦其生态环境较独特，有的严格厌氧，有的是极端嗜盐菌；有的则是嗜热菌。促使人们提出三原界学说的最重要原因是发现了曾被称为“第三生物”的古细菌，古细菌具有一系列独特性状。与真菌相比，古细菌有以下几个特点：古细菌、真细菌和真核生物的主要特点见下表：比较项目古细菌真细菌真核生物TRNA共同臂上的T无一般有一般有二羟基尿嘧啶除一种外均无一般有一般有蛋白合成开始的氨基酸甲硫氨酸甲酰甲硫氨酸甲硫氨酸从各种生物级分类系统的发展来看，除了动物界和植物界以外，其他各界都是随着人们对微生物认识的深入才出现和发展起来的，这充分说明微生物在生物界级分类中占据着极为重要的地位。二、微生物的分类和命名微生物分类学是一门按微生物间的亲缘关系将它们划分成条理清楚的各种分类单元或分类群的科学。微生物分类的目的：1.按其亲缘关系分群归类，了解其系统发生；2.按照分类系统编制检索表（根据一种或一套特征作为识别鉴定某种微生物的标准），在实际工作中，检索表是鉴别具体某一菌种的依据。微生物分类的基本工作步骤：1.获得该微生物的纯种培养物；2.测定一系列必要的鉴定指标；3.查找权威性鉴定手册。微生物的分类方法：包括传统的分类方法和现代的微生物分类方法。传统的微生物分类方法：1.形态特征，包括个体特征和群体特征。2.生理和生化特征，包括营养来源、代谢产物和与温度和氧气的关系。3.血清学反应4.生态特征5.生活史6.对噬菌体的敏感性现代微生物分类方法：1.核酸分析；2.DNA杂交试验；3.细胞壁成分分析；4.红外光谱。微生物的命名：微生物的的分类单位依次为界(Kindom)、门(Phyllum)、纲(Class)、目(Order)、科(Family)、属(Genus)、种(Species).学名=属名+种的加词+（首次定名人）+现定名人+定名年分。一个微生物种的学名通常由一个属名加一个种名构成。必需，用斜体可省略，用正体例如：Saccharomycescerevisiae是啤酒酵母(bearyeast)的一种，酵母将糖转化为乙醇，酵母又是真菌，所以用表示糖的拉丁字“Saccharo”，和表示真菌的希腊字“myces”组合成它的属名，“cerevisiae”来源于拉丁文的酿酒人的意思，作为其种名；SaccharomycescerevisiaeHansen中的Hansen是命名人的姓;Saccharomycescarsbergensis中的种名carsbergensis用地名表示，因为该种是在丹麦的卡尔斯伯啤酒厂分离到的。为了简便起见，有时可将属名用首位1~3个字母缩写并加一个句号表示。如Saccharomyces可写成S.或Sar.，即Sar.cerevisiae=Saccharomycescerevisiae；当泛指某一微生物属微生物，而不特指某一具体种（或没有种名）时，可在属名后面加sp.(species的单数)或ssp.(species的复数)。如Saccharomycessp.表示酵母菌属的一个种。三、微生物的特点1.体积小、面积大2.吸收快、转化快3.生长旺、繁殖快4.易变异、适应性强5.种类多、分布广第二节微生物学的发展简史一、微生物学的启蒙时期—形态学期二、微生物学的奠基时期—生理学期三、微生物学的分子时代—分子生物学期一、微生物学的启蒙时期—形态学期微生物的发现与显微镜的发明有关。1590年荷兰人Janssen制作了第一架复式显微镜；1664年英国人RobertHooke用自己设计的显微镜观察果实结构中的霉菌及皮革表面生长的蓝色霉菌。他还观察了软木塞切片，将植物死细胞壁构成的一个个小孔称为“cell”，成为细胞学研究的开创者；第一个详细描述微生物形态的是荷兰的一个显微镜业余爱好者列文虎克(AntovanLeeuwenhoek).1684年他用显微镜观察河水、雨水、牙垢等，并将观察到的杆状、球状、螺旋状的细菌和运动的短杆菌等图象画下来，寄给英国皇家协会。不同时期的显微镜观察到的酵母菌形态说明了显微镜在微生物研究中的重要作用。二、微生物学的奠基时期—生理学期虽然在17世纪就通过显微镜发现了微生物的存在，但是微生物学直到19世纪才得到发展。这里涉及到一些微生物的基本技术没有建立。主要是灭菌技术和微生物纯培养技术。19世纪两个焦点问题的争论促使了这些微生物研究技术的诞生。争论的问题之一是微生物能不能自发产生；另一个问题是传染病的性质是什么。1784年JohnNeedham认为腐败肉汁中的微生物是自发产生的，即微生物自生说。当时相当多的人都认同这一观点。因为新鲜的食物中并没有细菌，放置一段时间后就会腐败，显微镜观察可发现腐败食物中充满着细菌。那么细菌从哪里来？如果微生物自生说成立，就意味着生命可以起源于非生命。自生说的最强烈也是最成功的反对者——法国的伟大科学家巴斯德(LouisPasteur），他针对这个问题作出了令人信服的回答。巴斯德首先证明了空气中存在着与腐败食物中微生物的结构相似的粒子。他认为腐败食物中的细菌来自于空气，空气中这些微生物会不断地沉降到所有物品上。如果这个正确，那么先杀死所有污染食物的微生物，食物就不会腐败了。实际上，许多研究者早已发现将食物封存在玻璃烧瓶中加热至沸腾，食物就不会腐败。但自生说的倡导者们纷纷反驳说，自发产生微生物需要新鲜空气。为此，巴斯德做了一个雁颈瓶（后称巴斯德烧瓶）实验，简单而明确地回避了这一缺陷。巴斯德和其他学者在否定自生说的同时，更为重要的是在此过程中发展了有效的加热灭菌技术。后来巴斯德又在解决葡萄酒变酸的问题时发明了著名的巴斯德消毒法(Pasteurizationi)。以后又在这个基础上发展出了许多有效的灭菌法。包括丁道尔（Tyndallization)灭菌法。对微生物能否引起疾病的实验论证是微生物发展的又一大推动力。在16世纪就有人知道病人将一些东西传播到健康人身上，使后者患同样的病。许多可以在人群中传播的疾病称为传染病。自从发现微生物后，就或多或少地怀疑这类生物与传染病有关，但是缺乏有力的证据。1845年伯克利(M.J.Berkeley)第一次清楚地证明了霉菌引起爱尔兰土豆枯萎病。此病当时引起了爱尔兰大饥荒。随后也有许多科学家提出了一些微生物引起疾病的证据，但是，直到科赫(RobertKoch)才真正为疾病的微生物学理论和实验研究奠定了基础。这使科赫这位德国乡村医生成为该时期与巴斯德并驾齐驱的重要人物。1876年科赫研究了家畜的炭疽病。现在知道这是一种能产生孢子的炭疽杆菌引起的疾病。科赫通过显微镜发现患此病的动物血液中总是充满着细菌。但细菌存在并不能证明它是患病的原因，因为它也可能是患病的结果。科赫从患病的动物体内取少量血液注射到另一动物体内，后者就患病死亡，从其体内取少量血液注入下一动物，同样又出现疾病的症状。这一过程重复了二十多次。从而初步证实细菌是患病的起因。为了证实是特定微生物引起了特定的疾病，就需要将微生物单独培养，得到纯培养物。科赫发现在固体培养基表面接种细菌后，细菌会形成一个个肉眼可见的、具有特定形状、大小和颜色的细胞团——菌落。他认为不同形状和颜色起源于不同种的微生物。从这些发现中科赫建立了纯培养的简单方法。他蘸取混合的细菌培养物在固体培养基表面划线，经培养后，使它们在表面形成一个个单菌落。在上述实验基础上，科赫提出了指导特定微生物与特定疾病相关性研究的科赫定理(Koch’postulate)：1.在患病的动物体内总能发现特定微生物，而健康的动物体内则没有；2.在动物体外可以纯培养此微生物；3.将该培养物接种到易感染动物体内会引起同样的疾病；4.从试验动物及实验室培养物中重新分离得到的微生物应该是同种微生物。科赫定理为后来20年中大量的传染疾病病原菌相继发现提供了正确的实验思路。而更为重要的是他建立了微生物纯培养的方法，为微生物学的发展奠定了基础。对于微生物有两点需要指出的是：1.并不是所有疾病都是由微生物引起的，许多疾病是由饮食、环境和遗传等因素引起的，即使是传染病，微生物也不是疾病的唯一起因，还与传染病与宿主的身体和精神状态、免疫力等因素密切相关，所以说，它是微生物与宿主相互作用的结果；2.并不是所有的微生物都有害，大多数微生物是有益于健康的，至少是无害的。1887年巴斯德发现了免疫作用，当受试动物按常规接种在较高温度（42~43℃）下培养得较老的病菌后，并没有生病；第二次接种新鲜的，37℃培养的病菌后，动物仍存活。而将新鲜的病菌接种到从未接种过的动物体内，将引起死亡。巴斯德推论接种受热处理的病菌会使动物产生抵抗力，这就是免疫学的基础。1880年，巴斯德在研究炭疽病和鸡霍乱的病理后，宣布了两项巨大的进展，一项是两次传代培养间隔时间的长短，直接影响病菌减毒程度的大小；另一项是用减毒的病毒接种，鸡则会产生对全毒力的抵抗力。巴斯德把鸡霍乱的减毒菌株称为疫苗(Vaccine)，这个名称一直沿用至今。1881年巴斯德开始了狂犬病的经典研究工作。他运用减毒的一般原则，于1885年发明了抗狂犬病疫苗，并首次在一个遭受狂犬咬伤的病孩身上使用并获得成功。1865年，英国医生李撕特(JosephLister)从巴斯德的研究成果中得到启发，认识到当时外科手术经常出现的伤口化脓发炎是由于外界微生物侵入的结果，并努力寻找有效的杀菌药物及防治方法。通过反复实践和不断总结，提出了无菌的外科操作方法，从此建立了外科消毒术。贝哲林克(M.W.Beijerinck)和维诺格拉德斯基(Виноградскнй)研究了豆科植物根瘤菌及土壤中的固氮菌和硝化细菌，提出了土壤细菌和自养微生物的研究方法，从而奠定了土壤微生物学发展的基础。1897年德国人E.Büchner用无细胞酵母压榨汁中的“酒化酶”(Zymase)对葡萄糖进行酒精发酵成功，开创了微生物生化研究的新时代。1909年，德国医生和化学家埃尔里赫(PaulEhrlich)用化学药剂控制病菌，发现能治疗梅毒的药物606，这是现代化学治疗的开始。他成功鼓舞了无数科学家去寻找更多、更好的化学治疗剂。终于在1935年，另一位德国医生G.Domagk及其同事发明了治疗链球菌感染的新药——一中红色的染料“百浪多息”。同年被证实其有效抑菌成分是磺胺。此后，各种磺胺类药物应运而生。1877年，巴斯德曾与他人合作的一篇论文中报道，他们用炭疽芽孢杆菌培养物感染动物，若将这种培养物被腐生细菌污染后再去感染动物，不会使动物发病。他们指出“从治疗的观点出发，这些事实可能带来极大的希望”。这个预言在近50年后被证实。1922年弗莱明(AlexanderFleming)发现医学界称为“魔弹”的药物—青霉素。他的发现是很偶然的。一天早上，弗莱明发现留在工作台上的一些葡萄球菌培养物被某种污染的东西杀死了，留下一些空圈。他马上进行了检查，发现是普通面包上的青霉菌能分泌抑制其他微生物生长的毒素。他将这种物质称为“Penicillin”（过去译为盘尼西林，即青霉素）。1929年，他报道了此项研