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1、基础微生物学FoundationalMicrobiology 朱明旗 Tel 15991775212office 6509E mail zhumingqi zhumingqi WEB 2007 01 21 基础微生物学课程教学时数分配表 第一章绪论 什么是微生物微生物的发现和微生物学的发展微生物学及其分科微生物的五大共性微生物学与人类进步21世纪的微生物学 绪论 一 什么是微生物微生物 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 种类 微生物类群十分庞杂 包括 无细胞结构的病毒 亚病毒原核生物的细菌 放线菌 蓝细菌 立克次氏体
2、衣原体 支原体真核生物的真菌 单细胞藻类 原生动物 微生物与人类的关系 有益方面 工业上酿酒 生产酶制剂和有机酸等医药上抗生素 疫苗等农业上杀虫 抗病 固氮 作饲料添加剂等利用微生物进行沼气发酵 生产食用菌等 有害方面 引起人畜疾病引起植物病害引起食物腐败和多种物质变质等 绪论 二 微生物的发现和微生物学的发展史前期 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 80
3、00年前 1676年 人们不自觉的在利用微生物 但却不知道微生物的存在 中国人民在4000多年前龙山文化时期即利用谷物酿酒 本草纲目 记载 公元前7世纪 唐朝 我国已开始食用菌的栽培国外最早的酿酒记载是古埃及公元前2000年有关葡萄酒的制作左襄公时 公元前556年 已知道狂犬病来源于疯狗 重视驱逐疯狗预防狂犬病公元326 336年葛洪 肘后方 中除详细记叙了有关天花的症状外 还注意到了天花的流行方式 医宗金鉴 中记载有种痘预防天花 宋真宗时代 公元998 1022年 已广泛应用 龙山文化 时期的酒器 初创期 1676 1861年 17世纪中叶荷兰人吕文虎克 AntonivanLeeuwenho
4、ck 用自制的简单显微镜观察并发现了许多微生物 包括一些细菌和原生动物 他于1676年向英国皇家学会报告了发现结果 由于时代的局限性 在随后的两百年间基本局限于对微生物形态的观察 尚未与它的生理作用联系起来 因此将这一时期称为 形态学时期 奠基期 1861 1897年 法国巴斯德 L pasteur 1861年通过曲颈瓶实验 揭示了腐败的本质 把微生物学研究由形态描述推进到生理学研究的新水平 微生物学开始成为一门独立的科学 该时期主要成就 大多数在欧洲广泛流行的传染病的病原体都被分离出来 使人们对这些疾病进行有效地治疗和预防成为可能 在微生物知识不断积累的基础上 一系列微生物学的分支学科也相继
5、建立 如细菌学 真菌学 病毒学 免疫学 植物病理学 酿造学和土壤微生物学等 开创了微生物生理代谢研究的新阶段 该时期代表人物 法国的巴斯德 L pasteur 微生物学的奠基人德国的柯赫 Robertkoch 细菌学的奠基人 1 否定了生命 自然发生 学说2 解决了当时工 农 医方面提出的许多难题 推动了生产的发展3 奠定了微生物学的理论基础4 创造了一些微生物学实验方法 他证明乳酸发酵是微生物推动的 1857 并揭示了氧气对酵母菌发酵和酒精发酵的影响 1861 他用弱化的致病菌防治鸡霍乱 1880 发明疫苗 导致了免疫学的开端 巴斯德用实验证据推翻了自然发生学说 证明引起食品腐败的细菌是本身
6、繁殖的 而不是从非生物直接自然发生的 巴斯德还建立了巴氏灭菌法 至今广泛应用 巴斯德 LouisPasteur 曲颈瓶实验 他创立了疾病的种质学说 为医学微生物学奠定了基础 他最先描述了细菌芽胞及其耐热性 1867 证明炭疽杆菌是炭疽病的致因 1876 发现了结核菌 1882 他用固体培养基获得了细菌的纯培养 1881 作为病原学研究指导的科赫法则 Koch spostulates 于1884年发表 至今在医学微生物学和农业微生物学中起指导作用 1 发现了许多病原菌 如炭疽杆菌 结核杆菌 霍乱弧菌等 2 发明了固体培养基 提出了纯培养的概念和方法 3 创造了细菌染色的方法 柯赫 Koch 发展
7、期 1897 1953年 1897年德国人E Buchner用无细胞酵母菌压榨汁中的 酒化酶 zymase 对葡萄糖进行酒精发酵成功 从而开创了微生物生化研究的新时代 该时期主要成就 进入微生物生化水平的研究 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 应用微生物的分支学科更为扩大 出现了抗生素等新学科 开始出现微生物学史上的第二个 淘金热 寻找各种有益微生物代谢产物的热潮 在各微生物应用学科较深入发展的基础上 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 代表人物是美国加利福尼亚大学伯克利分校的M Doudoro
8、ff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 成熟期 1953年 1953年Watson和Crick提出DNA双螺旋结构模型 是生物学革命的里程碑 整个生命科学就进入了分子生物学的新阶段 同样也是微生物学发展史上成熟期到来的标志 本时期的特点为 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科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
9、物工程中的主角 绪论 三 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 绪论 四 微生物的五大共性体积小 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 病毒 0 2 m杆状细菌 0 5 2 0 m 支原体立克次氏体衣原体 0 2 0 5 m 放线菌 菌丝直径霉菌 菌丝直径2 10 m酵母 1 5 5 30 m 1 体积小 面积大 比面 面积 体积 乳酸杆菌120 000豌豆6 0鸡蛋1 5体重200磅的人0 3 2吸收多 转化快 3克地鼠每天消耗
10、与体重等重的粮食 1克闪绿蜂鸟每天消耗两倍于体重的粮食 大肠杆菌每小时消耗2000倍于体重的糖 发酵乳糖的细菌在1小时内就可以分解相当于其自身重量1 000 10 000倍的乳糖 产生乳酸 1公斤酵母菌体 在一天内可发酵几千公斤的糖 生成酒精 3生长旺 繁殖快 Escherichiacoli在最适的生长条件下 每12 5 20分钟细胞就能分裂一次 在液体培养基中 细菌细胞的浓度一般为108 109个 ml 谷氨酸短杆菌 摇瓶种子 50吨发酵罐 52小时内细胞数目可增加 亿倍 利用微生物的这一特性就可以 实现发酵工业的短周期 高效率生产 例如生产鲜酵母时 几乎12小时就可以收获一次 每年可以收获
11、数百次 若干微生物的代时及每日增殖率 微生物名称代时每日分裂次数温度每日增殖率乳酸菌38分38252 7 1011大肠杆菌18分80371 2 1024根瘤菌110分13258 2 103枯草杆菌31分46307 0 1013光合细菌144分10301 0 103酿酒酵母120分12304 1 103小球藻7小时3 42510 6念珠藻 23小时1 04252 1硅藻17小时1 4202 64草履虫10 4小时2 3264 92 为念珠蓝菌属 Nostoc 的旧称 与细菌同属原核生物 4 种类多 分布广 分布广 如 万米深海 85公里高空 地层下128米和427米沉积岩中都发现有微生物存在 微
12、生物的种数 据1972年 类型低限倾向种数高限病毒与立克次氏体1 2171 2171 217支原体424242细菌与放线菌 1 0001 5001 500蓝细菌1 2271 5001 500藻类15 05123 10023 100真菌37 17547 30068 939原生动物24 06824 06830 000总数79 78098 727127 298 更重要的是在于微生物的生理代谢类型多 代谢产物种类多 5 易变异 适应强 突变频率一般为10 5 10 10 但因繁殖快 数量多 与外界环境直接接触 因而在短时间内可出现大量变异的后代 青霉素产量变异 耐药性变异举例 例如 青霉素生产菌Pen
13、icilliumchrysogenum 产黄青霉 的产量1943年为每毫升发酵液中含20单位青霉素 40多年来 经过世界各国微生物遗传育种工作者的不懈努力使该菌产量变异逐渐积累 加上发酵条件的改进 目前世界上先进国家的发酵水平每毫升已超过5万单位 甚至接近10万单位 微生物的数量性状变异和育种使产量提高的幅度之大 是动植物育种工作中绝对不可能达到的 正因为如此 几乎所有微生物发酵工厂都十分重视菌种选育工作 任何有其它生物生存的环境中 都能找到微生物 而在其它生物不可能生存的极端环境中也有微生物存在 绪论 五 微生物学与人类进步医疗保健工业发展农业发展环境保护对生命科学基础理论研究的重大贡献 绪
14、论 六 21世纪的微生物学1 多学科交叉促进微生物学全面发展 遗传学 生物化学 分子生物学 基因组学等与微生物学交叉2 微生物学推动整个生命科学的发展 1 促进重大理论问题的突破 DNA等 2 对生命研究技术的贡献 基因工程 3 微生物与人类基因组计划 模式物 本章要点 1 微生物不是生物分类系统的一个类群 是微小生物的总称 涵括全部真细菌和古细菌 真核生物中的部分真菌 单细胞藻类和原生动物以及非细胞的病毒 2 微生物学发展史可分为5个阶段 史前期 初创期 奠基期 发展期 成熟期3 微生物五大共性 体积小 面积大 吸收多 转化快 生长旺 繁殖快 适应强 易变异 分布广 种类多4 微生物学研究的重要意义 复习思考题 1 什么是微生物 包括那些类群 2 简述微生物学发展史上5个时期的特点和代表人物 3 简述微生物的五大共性 微生物的五大共同特性是什么 试论这些特性与生物工程的关系 中科院 什么是微生物 写出微生物的主要类群 并分别指出它们属生物分类系统的哪一界 简述微生物学发展简史 并说出各阶段代表人物 知识回顾KnowledgeReview
