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1微生物学MICROBIOLOGY2第一章绪论Introduction第一节微生物的定义和基本特点一.微生物的定义：是对所有形体微小、单细胞的或个体结构较为简单的多细胞的、或没有细胞结构的低等生物的通称.微生物不是一个正式的学术名词(即分类学名词)微生物：Microorganism或Microbe二.微生物种类和范围：细菌Bacteria、放线菌Actinomycetes、酵母菌Yeast、丝状真菌(霉菌)Mould、立克次氏体Rickettsia、支原体Mycoplasma、衣原体Chlamydia、螺旋体Spirochaeta、病毒Virus蓝细菌Cyanobacteria、单细胞藻Protoalgae、原生动物Protozoan3三.微生物在生物界或生物圈的地位分类学家对所有生命所确定的六界系统1.原核生物界Monera：包括细菌和蓝细菌；2.原生生物界Protistae：包括大部分藻类与原生动物；3.真菌界Fungi：包括酵母菌、霉菌和粘菌；4.病毒界Virusia：包括真病毒和亚病毒(类病毒、卫星RNA、朊病毒)5.植物界Plantae6.动物界Animalia经典微生物学所研究的对象是细菌、放线菌、酵母菌、霉菌、病毒和原核生物藻类等。4微生物的一级分类1.原核微生物：细菌、放线菌、蓝细菌、立克次氏体、支原体、衣原体、螺旋体；(这类微生物不具有真正的细胞核构造)2.真核微生物：酵母菌、霉菌、蕈菌、单细胞藻类、原生动物；(这类微生物具有完整的细胞核结构)3.非细胞型微生物(亦称分子生物)：病毒(这类生物仅由生物大分子核酸与蛋白组成)5生物圈的三界划分：细菌、古细菌、真核生物6不同生命形式的演化树purplebacteria紫色细菌cyanobacteria蓝细菌flavobacteria黄杆菌aquifex嗜水微生物thermo-嗜热微生物halophilie嗜盐细菌methanobacteria甲烷细菌thermoproteus嗜热变形杆菌ciliates纤毛虫entamobae变形虫flagellates鞭毛虫slimemolds粘菌trichomonads毛滴虫microsporidia微孢子虫diplomonads7微生物保持了生物圈的许多记录：它是生物圈中的年长者，大约迄今32亿年以前，微生物就悄悄地出现在地球上了，后来才陆续出现了植物、动物和人类；微生物是自然界最大的“食客”，它能利用的食粮远远多于动植物所能利用的范围，糖类、脂肪酸、蛋白质、无机盐，人工合成的有机或无机化合物，甚至其它生物厌恶的石油和天然气等，微生物都能加以利用；它是自然界中的“集团军”，一个感冒的人，打一个喷嚏就含有1500万个左右的病菌，土壤更是微生物的“大本营”，通常在一克土壤里就有数亿个微生物；它是自然界中的“超生大户”，如大肠杆菌平均20分钟分裂一次，若每个子细胞都具有同样的繁殖能力，那么从理论上24小时可繁殖72代；微生物还是生物圈中的善变者，当外界环境一变化，在千分之一秒内，它们就会发生相应的反应，这种特性使得微生物在大自然的选择作用下能在其它生物不能生存的环境中安居乐业，例如，海洋深处的硫细菌可在250℃甚至300℃的高温条件下正常生长，大多数细菌能耐0～-196℃（液氮）的任何低温，一些嗜盐菌甚至能在32%的饱和盐水中正常生活，许多微生物尤其是产芽孢的细菌可在干燥条件下保存几十年……8微生物之所以有如此多的能耐，与它代谢类型极其多样是分不开的。它们具有动植物不具备的特别的代谢途径和功能，如厌氧生活、生物固氮和不释放氧的光合作用等。其“食谱”之广也是动植物所不能相比的。凡自然界存在的有机物，几乎都能被微生物利用，甚至用其它方法难以降解的农药、清洁剂、橡胶以及毒性较大的化工产品，如甲苯、萘、酚等都能被微生物分解。我们不禁要产生这样的疑问：是不是地球上所有的物质都能找到相应的微生物将其分解呢？能不能分离到一种微生物用来对付现今最令人头疼的“白色污染”呢？为什么在90℃的高温、-80℃低温的极端温度下微生物还能进行生命活动呢？为什么在几千米深海，几万米的高空中还能找到正常生活的微生物呢？而在这些苛刻的极端环境中，比单细胞微生物高级得多的人类却无法生存呢？……9四.微生物的特点微生物与动植物相比，具有以下特点1.生长旺，繁殖快：以细菌而言，一般20-30min分裂一次，一个细菌24小时可繁殖72代，这样原始的一个细菌将变成272个细菌，如按每10亿个细菌重1mg计，272个细菌将超过4722吨。微生物的这种繁殖速度给其工业化生产提供了有利条件。2.食谱杂，培养易：自然界中的易利用物质如蛋白质、糖类、脂肪和无机盐以及难利用物质如纤维素、石油、塑料，甚至有害物质如氰、酚类、聚氯联苯、有关农药等均能被不同种类的微生物利用、分解和转化。利用微生物的这个特点可以开展废物综合利用和环境污染的处理。因微生物食谱杂，故对营养要求一般不高。很多不易被动植物所利用的农副产品和工厂下脚料，如麸皮、饼粉、酒糟等均可作为培养微生物的营养基质。微生物代谢反应条件温和，不受地域、设备和环境条件的严格限制。103.分布广，种类多：微生物的生存范围几乎是生物圈的上限和下限。微生物的分布密度随环境条件的不同而异，土壤是微生物的“大本营”。微生物的广泛分布暗示着具有多种类型的菌种资源，尤其在特殊生态环境下的微生物往往具有特殊的生理代谢功能，因此开发、利用和保护这些微生物资源成为可持续发展战略的重要内容。（书P6-7）4.体积小，比表面积大：这样一个系统，使微生物具有了巨大的营养物吸收面、代谢废物的排泄面和环境信息的接受面。115.吸收多，转化快：微生物素有小型“活化工厂”之称。从单位重量来看，微生物的代谢强度是高等动物的千倍和万倍，如1kg酒精酵母1天内可“消耗”几千公斤糖并转变为酒精；每个乳酸菌细胞可产生其体重103-104倍的乳酸。6.适应强，易变异：微生物“随遇而安”的能力很强，善于随“机”应变，根据环境变化随时调整细胞内的代谢模式，以提高对外界环境的抵抗能力(形成休眠体：芽孢、孢子等)。肺炎双球菌只要有荚膜就可抵抗人体血液中白血球的吞噬。在生产实践中，可利用该特点来进行菌种保藏(休眠体)和诱变育种(物理诱变和化学诱变)。12第二节微生物学发展简史微生物学发展分六个时期一.感性认识时期(史前期：8000年前—1676年)1.古代人们的酿酒技术，可上溯到4000年前；2.蘑菇的人工栽培技术，可上溯到2000年前；3.种“人痘”预防天花，可上溯到1000年前；二.微生物的发现(初创期：1676—1860年)1.Leeuwenhoek的工作：1675年，荷兰人Leeuwenhoek用自制的可放大200-300倍的显微镜观察雨水、牙垢、腐败物和血液等，首次看到原生动物；1683年第一次发现细菌；他将这些微小生物称为“微动体”，并于1695年在皇家学术刊物上发表论文。应当说，显微镜的发明是导致微生物的发现以及后来微生物学诞生的直接原因。2.微生物“猎人”追寻微生物的踪迹及其行为：十七世纪末至十九世纪中叶。13Leeuwenkoek所描述的“微动体”14早期显微镜15三.微生物学的奠基时期(1861—1896年)1.法国化学家Pasteur的杰出贡献(1)否定了生命“自然发生”的学说：著名的曲颈瓶试验二瓶加热灭菌的“肉汤”分别放置曲颈瓶和直颈瓶中，管口与瓶口均不加盖，置于空气中，结果前者未腐败而后者却腐败了。该试验的严谨设计彻底推翻“自然发生说”(1861年)。LouisPasteur(1822-1895)微生物学的奠基人16曲颈瓶试验17(2)奠定微生物学的理论基础,开创新的微生物学科：“酒病”的发生是杂菌污染的结果(1857年)；含糖溶液中的酒精发酵系由酵母所为；所有食物的发酵都是微生物的作用，不同的微生物引起不同的发酵，没有微生物，发酵作用是不能产生的；提出并证实了传染病是由活的小生物引起的理论。蚕病：微粒子病1865年禽病：鸡霍乱1879年兽病：牛羊炭疽病1881年人病：狂犬病1885年18(3)解决了生产中的许多难题解决了啤酒变酸的问题：将酒加热到一定温度并保持一定时间即可；解决“蚕病”问题：细菌是“蚕病”的根源，将生病的蚕及卵烧掉；用减毒的鸡霍乱病原体接种于鸡可防止鸡霍乱发生；用42℃-43℃高温培养的炭疽病病原体接种绵羊可使绵羊不受炭疽杆菌的侵袭；创造“固定毒疫苗”(狂犬疫苗)治疗被狂犬咬伤之人，此法延用至今。(4)创造了一些微生物学的实验方法著名的“巴氏消毒法”：62℃for30min，广泛应用于酒、醋、酱、奶、果汁的消毒。正是因为Pasteur对微生物学的巨大贡献，故有“微生物学之父”和“微生物学奠基人”的美称。19Pasteur的主要业绩：1.提出发酵是由特殊的微小生物引起；2.传染病也是由特殊微生物引起；3.将病原菌减毒可转变为疫苗，病用于防止疾病(鸡霍乱、炭疽病、狂犬病等)。202.德国医生Koch的卓越工作因对Pasteur关于传染病是由微生物所引起的学说感兴趣而开始了对微生物的探索。(1)发明固体培养基：从马铃薯的不同地方能长出不同颜色的微生物的现象中得到启发，经不断改进找到理想的凝固剂琼脂，并设计出浇铺平板用的玻璃培养皿—琼脂平板培养技术；RobertKoch(1843-1910)细菌学的奠基人21(2)创造细菌的染色方法：通过对细菌染色提高色差，便于在显微镜下观察，他是第一个给细菌鞭毛染色的人；(3)发现许多病原菌：炭疽杆菌、结核杆菌、霍乱弧菌等，为今后研究药物和寻找治疗方法提供依据。(4)提出为证明某种特定细菌是某种特定疾病的病原菌的所谓“科赫法则”，该法则对研究疾病与微生物的关系具有重大意义和应用价值。3.英国医生Lister的贡献消毒技术和无菌概念的提出促使外科手术的快速进步。英国爱丁堡医院的外科医生Lister(1827-1912)根据Pasteur提出的细菌是腐败的原因的分析，在1865年8月12日试验用石炭酸消毒的新型外科手术，获得奇迹般成功，外科死亡率从45%降至15%。此前，法国巴黎医院的外科死亡率53.6%；英国的一般医院为80%，当时世界上最好的医院爱丁堡医院的外科死亡也达45%。22Koch’sPostulates1)Theagentmustbepresentineverycaseofthedisease.2)Theagentmustbeisolatedfromthehostandgrowninvitro.3)Thediseasemustbereproducedwhenapurecultureoftheagentisinoculatedintoahealthysusceptiblehost.4)Thesameagentmustberecoveredonceagainfromtheexperimentallyinfectedhost.科赫法则1)在所有病例中都能发现这种病原菌；2)可以将这种病原菌从发病宿主中分离出来，并完成纯培养；3)当病原菌的纯培养接种到健康的敏感宿主动物体内后可引起与原来相同的疾病；4)从病原菌的纯培养进行实验感染的宿主中仍能再次得到同种病原菌并实现体外纯培养。23四.“微生物猎人”分离病原菌的时期(19世纪70年代到20世纪初)1874分离麻风分枝杆菌；1877分离炭疽芽孢杆菌；1880分离肺炎链球菌(过去称肺炎双球菌)；1880分离伤寒沙门氏菌；1882分离结核分枝杆菌；1883分离霍乱逗号弧菌；1884分离破伤风梭状杆菌；1894分离鼠疫耶尔森氏菌；1898分离痢疾志贺氏菌。1898发现病毒—TMV24五.微生物生化研究时代(20世纪初到中叶)1897年，德国人E.Buchner用无细胞酵母菌压榨汁的“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。此期的研究特点：1.研究微生物对维生素需要、酶的特性、寻找抗生素以及研究微生物的遗传变异等，“微生物猎人”发展为“维生素猎人”、“酶猎人”、“抗生素猎人”。2.微生物学的分支学科扩大，出现抗生素学科。3