农业微生物学

农业微生物学本课程讲授内容介绍及学时安排绪论（2学时）第一章原核微生物（5学时）第二章真核微生物－真菌（3学时）第三章病毒（3学时）第四章微生物的营养（3学时）第五章微生物的代谢（5学时）第六章微生物的生长和环境条件（3学时）第七章微生物的遗传变异（5学时）第八章微生物的生态（4学时）第九章微生物在农业和环保上的应用（3学时）参考书、作业、考试教材王贺祥主编《农业微生物学》周德庆主编《微生物学教程》沈萍、陈向东编《微生物学》作业书面作业、课堂讨论、小组演讲(PPT)考试闭卷成绩：平时10%,期中20%,期末70%绪论1.微生物的定义、种类和特点微生物（microorganism,microbe）是一切肉眼看不见或看不清楚的微小生物的总称(一般个体＜0.1mm).包括:原核生物类：细菌(真细菌和古生菌)、放线菌、蓝细菌、支原体、立克次氏体和衣原体真核生物类:真菌(酵母菌、霉菌和蕈菌)、原生动物和显微藻类非细胞类：病毒和亚病毒（类病毒、拟病毒和朊病毒）放线菌蓝细菌Water:richinCyanobacteria酵母菌霉菌丝状真菌蕈菌显微藻类原生动物Viruses绪论特点：个体微小、结构简单、进化地位低个体微小m级:光学显微镜下可见(细胞),nm级:电子显微镜下可见(细胞器、病毒)构造简单:单细胞、简单多细胞、非细胞进化地位低:原核生物类、真核生物类、非细胞类绪论M的五大共性体积小、比面大（最基础特征）吸收多、转化快生长旺、繁殖快适应强、易变异分布广、种类多1体积小、面积大德国科学家H.N.Schulz等2019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0.75mm，Thiomargaritanamibiensis，---------“纳米比亚硫磺珍珠”个体小:测量单位：微米或钠米►火星陨石中发现的细菌化石（直径10nm）小个体、大表面积的意义•共性的基础：微生物体积小、面积大是微生•物五大共性基础和关键之所在。•扩大交换面：比面值大则扩大了微生物群体•对外界营养物质的吸收面、产•物和废物的释放面、信息和能•量的交换面•单细胞培养：启发了动植物研究中的单细胞•培养（发酵）。2.吸收多、转化快•实例•E.coli(Escherichiacoli)•大肠埃希氏菌(大肠杆菌)•耗乳糖2000倍/每小时.•自重(约为人类的3,000,000倍)•Candiadautilis•产朊假丝酵母•合成蛋白质的能力为大豆的100倍、公牛的100,000倍意义为微生物生长繁殖提供了物质基础为物质转化、累积代谢产物提供条件更好地利用这一点，发挥微生物“活的催化化工厂”之功能3.生长旺、繁殖快实例VibrioNatriegens(需钠弧菌)9.8分钟/代E.coli12.5~20.0分钟/代意义积极作用:体现于发酵工业，周转快，效率高；运用于科学研究，是生化、遗传的良好材料；适用于农业方面，成为缓解粮食危机的好帮手。消极作用:使病原菌蔓延快，危害大。4.适应强、易变异适应性个体微小，提供了微生物极其灵活的适应性为适应多变的进化环境，微生物产生了许多灵活代谢调控机制。极端环境中的微生物，为人类探索宇宙微生物拓展了新思路。南极Vostok湖冰芯样品中的微生物从永冻冰层分离微生物嗜盐菌有重要实用价值淹盐环境中都能找到嗜盐性微生物，这些嗜盐菌有其重要实用价值。如:盐生盐杆菌所含的视觉物质一一细菌视紫红质（bacteriorhodopsin）是开发生物芯片的重要材料之一。另一方面，这种嗜盐古细菌对研究地球生命起源有重要价值。.探索高低温微生物生命的奥秘——高适应性微生物的研究自然界有哪些高适应性的微生物?有些微生物为什么在不寻常的温度条件下能够生存？为什么这类微生物在极端高温或低温下保持它们的强大生命活力和适应力？它们的特殊性质究竟受什么因子所制约？它们在生命演化中占有什么样的地位它们在生产实践上有何经济意义等等。高适性微生物的概念探索奇异生命的奥秘，首先对应了解高适应性微生物的特殊环境——高低温、强酸、强碱、高浓度溶质以及干旱、高压等条件,只能在这种条件下生存、繁殖的微生物叫做高适应性微生物其中嗜高温微生物或嗜低温微生物是探讨的主题。自然界确实有这么一些微生物能在高温（100℃以上）或在低温（2℃以下）的特殊环境下生存，并保持它的生命活力，人们把这类微生物称为适高温或适低温微生物ScientistsisolatedthethermostableDNApolymeraseTaq,anenzymethatdrivesPCR,fromThermusaquaticusYellowstonetype-1,aresidentofgeyserslikethisoneatYellowstoneNationalPark.变异惊人生物界的变异率相同(10-5-10–10)微生物界的优势在于个体数惊人，因此其产生突变数量同样惊人与能见可计例：产量变异惊人Penicilliumchrysogenum产黄青霉20U./19435~100,000U./目前约5,000倍抗药变异可怕Staphlococcusaurreus0.02g/ml/1943耐药量提高10,000倍5.分布广、种类多分布广为生物圈的开拓者和永久居民实例1：肠道正常菌群种类100~400种总量1013个占排泄物干重的1/3厌氧菌数量是好氧菌的几百至上千倍分布广实例2：万米海底耐高温100℃耐高压1140atm实例3：几万米高空8.5万米处发现微生物实例4:地层下的岩石球菌，杆菌和真菌2.M与人类的关系有益方面面包、奶酪、啤酒、抗生素、疫苗、维生素、酶等重要产品的生产；地球的清洁工参与地球上的物质循环微生物肥料和微生物农药有害方面人类疾病大流行鼠疫(黑死病)、天花、麻风、梅毒、肺结核、爱滋病、SARS等植物病害马铃薯晚疫病小麦秆锈病水稻稻粒黑粉病橡胶树白粉病稻瘟病1—6.叶瘟（1.急性型；.2急性型转慢性型；3—4.慢性型；5.褐点型；6白点型；）7.健穗；8.穗颈盖初期症状；9—10.穗颈盖后期症状；11.支梗瘟；12—13.节瘟；14.谷粒曾；15.护颖瘟；16.分生孢子梗和分生孢子3.微生物学的发展简介微生物学（Microbiology）研究微生物的生命活动的科学包括微生物在一定条件下的形态结构、生理生化、遗传变异、微生物的分类与进化、生态等农业微生物学是微生物学的一个分支学科，它主要研究微生物在农业上的应用和与之相关的理论探索。3.微生物学的发展简介微生物学的发展简史史前期———1676年之前（约8000年）朦胧阶段初创期———1676—1861（约200年）形态描述阶段（列文虎克）奠基期———1861—1897（约40年）生理水平研究阶段（巴斯德、科赫）发展期———1897—1953（约50年）生化水平研究阶段成熟期———1953—至今分子生物学水平阶段史前期———1676年之前（约8000年）朦胧阶段凭实践经验利用微生物的有益活动缺乏合适的工具来观察微生物1546年Fracastoro（1478-1553)认为肉眼不可见的生物引起人类的疾病。我国8000年前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“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”；初创期———1676—1861（约200年）形态描述阶段列文虎克（1632-1723）用自制的显微镜发现了“微小动物”。缺乏适当的方法来研究微生物列文.虎克奠基期———1861—1897（约40年）生理水平研究阶段微生物学奠基人巴斯德（1822-1895）彻底否定了“自生说”学说免疫学-预防接种证实发酵是由微生物引起的巴斯德消毒法巴斯德奠基期———1861—1897（约40年）生理水平研究阶段细菌学奠基人柯赫（1843-1910）证实了炭疽病菌是炭疽病的病原菌发现了结核病的病原菌-获诺贝尔奖柯赫法则建立了微生物的基本操作技术科赫发展期———1897—1953（约50年）生化水平研究阶段对无细胞酵母菌“酒化酶”进行研究发现微生物代谢的统一性普通生物学开始形成成熟期———1953—至今分子生物学水平阶段J.Waston&F.Crick分子生物学的奠基人，发现了DNA的双螺旋结构1961年加古勃（F.Jacab）和莫诺德（J.Monod）提出了操纵子学说1977年，C.Weose等在分析原核生物16SrRNA和真核生物18SrRNA序列的基础上，提出了可将自然界的生命分为细菌、古菌和真核生物三域（domain）4.微生物学分科微生物学分科5.微生物在生物界的分类地位1753年二界系统动物界、植物界1860年三界系统动物界、植物界、原生生物界1956年四界系统动物界、植物界、原生生物界、菌界1969年五界系统动物界、植物界、原生生物界、真菌界、原核生物界1949–1977六界系统+病毒界微生物在生物界的分类地位1978年三域学说（16S、18SrRNA）细菌域、真核生物域、古生菌域由共同的远祖进化而来第一章原核微生物原核生物指一大类细胞核无核膜包裹,只存在称作核区(nuclearregion)的裸露DNA的原始单细胞生物.包括:细菌(真细菌和古生菌)、放线菌、蓝细菌、支原体、立克次氏体和衣原体第一节细菌1.细菌的基本形态和大小基本形态:球状、杆状和螺旋状大小：测量单位是微米（μm）球菌：只测直径，一般在0.2—1.5微米杆菌大小：用宽×长或长×宽表示一般为（0.5-1）×（1—5）螺旋菌：（0.3-1）×（1-8）球菌菌体呈球形或近似球形。-coccus，由于是圆形，在干燥时较不易变形单球菌双球菌链球菌四链球菌八叠球菌葡萄球菌双球菌链球菌四链球菌葡萄球菌杆菌是细菌中最大的一种，形态呈杆状短杆菌：菌体较粗短，似球形，两边钝圆长杆菌：菌体细长，长：宽＞2链杆菌：杆状的细胞呈链存在棒杆菌：在杆菌细胞的一端或两端膨大分枝杆菌：细胞细长，有时呈分枝状。按杆菌排列则有：链形、栅形、八字形、带衣鞘的丝状等短杆菌链杆菌大肠杆菌梭状芽孢杆菌双歧杆菌螺旋菌弧菌：菌体只有一个弯曲，呈弧状螺旋菌：菌体弯曲多，2—6环，两端鞭毛，菌体有坚硬的细胞壁。产甲烷螺旋菌螺旋体：螺旋6环以上，菌体无鞭毛，体柔软，有收缩运动的轴丝，无细胞壁或薄。是介于细菌与原生动物之间的单细胞生物。梅毒密螺旋体霍乱弧菌螺旋菌螺旋体螺旋体-22.细菌的细胞结构一般结构：所有细菌共有的，生命必需。细胞壁、细胞膜、细胞核（核区）和细胞质特殊结构：部分细菌具有的或一般细菌在特殊环境下才有的。如鞭毛、芽孢、荚膜、菌毛、伴孢晶体等2.细菌的细胞结构2.1细胞壁（cellwall）是位于细菌细胞最外面的一层厚实、坚韧的外被,主要成分为肽聚糖,具有固定细胞外型和保护细胞不受损伤等多种生理功能.细胞壁的主要功能①固定细胞外形；②协助鞭毛运动；③保护细胞免受外力的损伤；④为正常细胞分裂所必需；⑤阻拦有害物质进入细胞；⑥与细菌的抗原性、致病性（如内毒素）和对噬菌体的敏感性密切相关。2.细菌的细胞结构2.1.1细菌的革兰氏染色该染色法由丹麦医生C.Gram于1884年创立，故名.其简要操作分初染、媒染、脱色和复染四步.革兰氏染色将细菌分为革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌2.细菌的细胞结构2.1.2G+细菌的细胞壁厚度大(20-80nm),化学成分简单肽聚糖（Peptidoglycan）90%肽和聚糖组成肽包括四肽尾和肽桥聚糖由一个N-乙酰葡糖胺与一个N-乙酰胞壁酸分子通过β-1