微生物学.培训课件

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1、第一篇微生物学张星春 绪论一 什么是微生物二 人类对微生物的认识史三 微生物学的发展促进了人类的进步四 微生物的五大共性五 微生物学及其分科 3特点 小 个体微小 m 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 4微生物并非生物分类学上的名词 而是所有形体微小 结构简单的低等生物的总称 生物的分类概貌 两界系统 三界系

2、统 四界系统 五界系统 六界系统 三总界五界系统 三域学说 非细胞生物亚病毒病毒生物原核生物细菌放线菌原核生物界微生物蓝细菌细胞生物古生菌真核生物真菌酵母菌霉菌真菌界蕈菌单细胞藻类真核原生生物界原生动物植物植物界动物动物界 5 微生物的分类单位 主要分类单位 界 Kingdom 门 Phylum 纲 Class 目 Order 科 Family 属 Genus 种 Species 微生物分类 把各种微生物按照其亲缘关系分群归类 编排成系统 次要分类单位 亚门 亚纲 亚目 亚科 亚属 2 微生物的命名 双名法 1 每一种微生物的学名由两个拉丁字 希腊字或拉丁化的其它文字组成 2 第一个字是属名

3、用名词 字首字母大写 第二个字是种名 用形容词 字首字母不大写 3 属名规定了微生物的主要特征 如形态特征 生理特征 种名补充说明微生物的次要特征 如颜色 形状 用途等 4 附加部分 命名者的姓 位于种名之后b 亚种 变种 以subsp var 开始后加变种名 二 人类对微生物世界的认识 一 一个难以认识的微生物世界原因 个体微小 外貌不显 杂居混生 因果难联 形态与其作用的后果之间 例 艾滋病 AIDS 由人类免疫缺陷病毒 HIV 引起 从感染病毒至发病一般要经过12 13年的潜伏期 在发霉的花生 玉米等胚的附近 常易生长Aspergillusflavus 黄曲霉 它会产生剧毒真菌毒素 黄曲

4、霉毒素 aflatoxin 若经常食用这类霉变食物 就会诱发肝癌等疾病 由于上述认识微生物的4个障碍迟迟未能解决 因此人类在其长期的历史发展中 尽管也有自发地利用酵母菌等若干有益微生物的活动 但更多的还是被各种病原微生物所害 例如鼠疫 黑死病 历史上3次大流行曾杀死近2亿人口 死亡最惨重的二战1 1亿 天花 疟疾 麻风 梅毒 肺结核 白疫 和流感的大流行等 直到今天 在全球范围内 不但传染病仍是死亡的首因 1997年全球达5220万人 而且还面临着旧病卷土重来 新病不断出现 近20年来又出现30余种 的严峻形势 视而不见 嗅而不闻 触而不觉 食而不察 得其益而不感其好 受其害而不知其恶 二 微

5、生物学发展史整个微生物学发展史是一部逐步克服上述认识微生物的4个障碍 如显微镜的发明 灭菌技术的应用 纯种分离和培养技术的建立等 不断探究它们的生命活动规律 并开发利用有益微生物和控制 消灭有害微生物的历史 现扼要地将它分为5个时期 史前期 初创期 奠基期 发展期 成熟期 1史前期时间 约8000年前 1676实质 朦胧阶段开创者 各国劳动人民 其中尤以我国的制曲 酿酒技术著称特点 未见细菌等微生物的个体 凭实践经验利用微生物的有益活动 进行酿酒 发面 制酱 酿醋 沤肥 轮作 治病等 2初创期时间 1676 1861实质 形态描述阶段开创者 列文虎克 微生物学的先驱者特点 自制单式显微镜 观察

6、到细菌等微生物的个体 标志 出于个人爱好对一些微生物进行形态描述 标志 1676年列文虎克用自制的单式望远镜观察到细菌的个体3奠基期时间 1861 1897实质 生理水平研究阶段开创者 巴斯德 微生物学奠基人 科赫 细菌学奠基人 特点 微生物学开始建立 创立了一整套独特的微生物学基本研究方法 科赫 开始运用 实践 理论 实践 的思想方法开展研究 建立了许多应用性分支学科 细菌学 消毒外科术 免疫学 土壤微生物学 病毒学 植物病理学和真菌学 进入寻找人类和动物病原菌的黄金时期 标志 1861年巴斯德根据曲颈瓶试验彻底推翻生命的自然发生说并建立胚种学说 germtheory 科赫学派的重要业绩 科

7、赫法则 病原微生物总是在患传染病的动物中发现而不存在于健康个体中 这一微生物可以离开动物体 并被培养成纯种培养物 这种纯培养物接种到敏感动物体后 应当出现特有的病症 该微生物可以从患病的实验动物中重新分离出来 并可在实验室中再次培养 此后它仍然应该与原始病原微生物相同 微生物研究方法 琼脂平板培养技术 显微镜技术 染色方法 悬滴培养法以及显微摄影技术 平板分离方法 寻找并分离多种传染病的病原菌 巴斯德学派的主要贡献 胚种学说 曲颈瓶试验 1862年 巴斯德终于设计出一个巧妙的曲颈瓶试验 他给烧瓶安装了一像横着眼放的S形状的长颈 当把烧瓶中的肉汤煮沸时 不仅瓶中的微生物被杀死了 水蒸汽把瓶颈中的

8、微生物也杀死了 等到汤放凉时 新鲜的空气就可以通过瓶颈自由进到瓶子中 而带菌的灰尘由于比空气重 在长颈向下弯曲处就被拦截住了 经过这样处理的培养液放许多天也不会变质 而如果把培养液倾斜 让它通过长颈的弯曲部 或者把长颈打断 培养液中很快就会充满了微生物 这样就令人信服地证明了 是空气中的微生物使汤腐败的 而不是汤腐败产生微生物 巴斯德消毒法 低温维持法 63 30min 高温瞬时法 72 15s 4发展期时间 1897 1953实质 生化水平研究阶段开创者 E B chner 生物化学奠基人特点 对无细胞酵母菌 酒化酶 进行生化研究 标志 发现微生物的代谢统一性 普通微生物学开始形成 代表人物

9、是美国加里福尼亚大学伯克利分校的M Doudoroff 开展广泛寻找微生物的有益代谢产物 青霉素的发现推动了微生物工业化培养技术的猛进 标志 1897年德国人E B chner用无细胞酵母菌压榨汁中的 酒化酶 Zymase 对葡萄酒进行酒精发酵成功 5成熟期时间 1953 至今实质 分子生物学水平研究阶段开创者 J Watson和F Crick 分子生物学奠基人特点 广泛运用分子生物学理论和现代研究方法 深刻揭示微生物的各种生命活动规律 以基因工程为主导 把传统的工业发酵提高到发酵工程新水平 大量理论性 交叉性 应用性和实验性分支学科飞速发展 微生物学的基础理论和独特实验技术推动了生命科学各领

10、域飞速发展 微生物基因组的研究促进了生物信息学时代的到来 标志 1953年4月25日 J Watson和F Crick在英国的 自然 杂志上发表关于DNA结构的双螺旋模型 微生物学史简表 三 微生物学的发展促进了人类的进步 一 医疗保健战线上的六大 战役 1外科消毒术的建立 1864年时英国一般的医院外科手术的死亡率高达80 其中最好的爱丁堡医院为45 因此 当时的外科医生常被称为 刽子手 当J Lister发明外科消毒术 石炭酸消毒 后 1868年 爱丁堡医院的外科手术死亡率已降低到15 左右2寻找人畜病原菌 在19世纪末至20世纪初的30年间 炭疽芽孢杆菌 麻风分支杆菌 肺炎链球菌 伤寒沙

11、门氏菌 结核分枝杆菌 逗号弧菌 破伤风梭菌 鼠疫巴斯德氏菌 目前已改称鼠疫耶尔森氏菌 痢疾志贺氏菌3免疫防治法的发明和广泛应用 疫苗 种痘最早起源于我国宋朝真宗 998 1022 年代的人痘 1796年英国医生E Jenner首次为一男孩接种牛痘苗并取得很大的成功 从此 种牛痘就成为预防天花最有效的措施了 菌苗 类毒素及抗血清 卡介苗等 4化学治疗剂的发明和普及 化学治疗剂 为了抑制或杀死潜伏于人或动物体内部的病原菌 就必须寻找一类对病原菌有强大毒力而对其宿主基本无毒的药物 这就是化学治疗剂 砷凡纳明 梅毒 百浪多息 有效成分是磺胺 链球菌感染 磺胺药 治疗各种感染 产褥热 对许多病原菌有很高

12、的疗效 5抗生素的大规模生产和推广 青霉素 1929 英国细菌学家A Fleming 链霉素 土霉素 红霉素 新霉素 万古霉素 卡那霉素 庆大霉素岁 图中央是青霉菌 周围是致病细菌 距青霉素最远的细菌个大 色浓 活力十足 距青霉菌较近的细菌个较小 色较浅 活力较差 而最接近青霉菌的细菌个最小 色发白 显然已经死亡 6利用工程菌生产多肽类生化药物主要特点是利用微生物作为各种不同生物有关目的基因的受体 由微生物来生产各种生化药物 其中出抗微生物药物外 还包括治疗各类其他疾病的药物 例如疫苗 病毒衣壳蛋白 细胞组分疫苗等 抗体 干扰素 胰岛素 激素以及其他各种多肽类药物等 战果 原先猖獗的细菌性传染

13、病得到了较好的控制 从人类死亡率的首位退居到四五位之后 天花等烈性传染病已彻底绝迹 1979年10月26日由WHO 世界卫生组织宣布在地球上绝迹 人类平均寿命约提高了25岁 二 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 酒 酱 醋 泡菜 豆豉 酸牛奶 干酪 面包等2罐头保藏 1804年 法国厨师N Appert经10年试验后发明3厌氧纯种发酵技术 本世纪初 在工业发酵的早期 人们首先发展了不需通气搅拌等复杂装置的厌氧纯种发酵技术 利用它来进行乙醇 丙酮 丁醇 乳酸或甘油生产 4深层液体通气搅拌培养 抗生素 有机酸和酶制剂等发酵工业5代谢调控理论在发酵工业上的利用 从50年

14、代中期起 由于对微生物代谢途径和调控研究的逐步深入 在发酵工业上找到了能突破微生物代谢调控以累积有用代谢产物的手段 并很快用于大规模工业生产上 例如谷氨酸 1956 和核苷酸类物质 肌苷酸 1966 的发酵生产等 生物工程的兴起生物工程学 biotechnology 又译生物技术 包括五大工程 即遗传工程 细胞工程 微生物工程 发酵工程 酶工程 生化工程 和生物反应器工程 生物工程学所包括的主要领域及其作用简括如下 改造物种常规菌 或常规细胞株 生物工程 学 遗传工程 细胞工程 工程菌 或 工程细胞株 商品生产 微生物工程 酶工程 生物反应器工程大量产品经济效益社会效益生态效益 三 微生物在当

15、代农业生产中具有十分显著的作用以菌治害虫 以菌治植病 以菌治草的生物防治技术 以菌增肥效和以菌促生长 如赤霉菌产生赤霉素等 的微生物增产技术 以菌作饲 饵 料 以菌当药物 药用真菌 和以菌当蔬菜 各种食用菌 的单细胞蛋白和食用菌生产技术 以及以菌产沼气等生物能源技术 等等 四 微生物与环境保护的关系微生物是占地球面积70 以上的海洋和其他水体中光合生产力的基础 是一切食物链的重要环节 是污水处理的关键角色 是生态农业中最重要的一环 可惜不被认识 是自然界重要元素循环的首要推动者 以及是环境污染和监测的重要指示生物 等等 五 微生物学对生命科学基础理论研究的重大贡献微生物的 五大共性 加上培养条

16、件简便1以微生物作为研究对象解决了生物学上的许多重大问题 基因工程的开创 PCR技术的建立等 获诺贝尔生理学或医学奖的近一半工作都与微生物有关2是分子生物学的三大来源和三大支柱之一 生物化学 微生物学和遗传学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微生物与基因工程基因工程即遗传工程 在其操作中有基因供体 基因载体 工具酶和基因受体等四个主要方面5高等生物研究和利用中的微生物化趋向方兴未艾植物 动物的单细胞培养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 消毒灭菌 无菌操作 纯种分离 培养技术等 在20世纪生命科学发展的四大里程碑 DNA功能的阐明 中心法则的提出 遗传工程的成功和人类基因组计划的实施 中 微生物发挥了无可争辩的关键作用 四 微生物的五大共性 一 体积小 面积大 二 吸收多 转化快 三 生长旺 繁殖快 四 适应强 易变异 五 分布广 种类多 一 体积小 面积大E coli 大肠杆菌 平均长度2 m 宽0 5 m1500个E coli头尾相连 相当于一粒3mm长的芝麻 120个E coli肩并肩 等于一根头发宽 60 m 细胞单重为10 12