微生物学绪论幻灯片

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1、,工业微生物学,天津科技大学生物工程学院 工业微生物学课程组,Industrial Microbiology,课程教学主要内容(共54学时): 第1章 绪论(2学时) 第2章 原核微生物的形态、构造与功能(10学时) 第3章 真核微生物的形态、构造与功能(4学时) 第4章 病毒(4学时) 第5章 微生物的营养与培养基(6学时) 第6章 微生物的代谢(4学时) 第7章 微生物的生长与控制(6学时) 第8章 微生物的遗传变异与育种(11学时) 第9章 微生物的生态(3学时) 第10章 微生物的分类与鉴定(2学时) 第11章 传染与免疫(2学时),教材及教学参考书 教材: 路福平.微生物学M.北京:

2、中国轻工业出版社,2005 主要参考书: 沈萍.微生物学 (第2版)M.北京:高等教育出版社,2006 周德庆.微生物学教程(第2版) M.北京:高等教育出版社,2002 诸葛健.微生物学M.北京:科学出版社,2003 沈萍, 彭珍荣主译.微生物学(第5版) M.北京:高教出版社,2003 Prescott L.M. et al.Microbiology,6th Ed M, WCB McGraw-Hill, 2006 Madigan M. T. et al.Brocks Biology of Microorganism 11 th Ed M, 2004,第一章 绪论,一、微生物和微生物学的研究

3、范畴 二、学习微生物的目的 三、微生物对工业生产的影响 四、微生物学发展史、巴斯德和科赫对微生物学发展的做出的重要贡献 五、微生物的共性,一、微生物的定义: 传统定义:微生物(microorganism,microbe)是一切肉眼看不见或看不清的微小生物的总称。它们是一些个体微小(一般小于0.1mm)、构造简单的低等生物。 纳米比亚嗜硫细菌、费氏刺尾鱼菌(肉眼可以直接看到) 现代定义:一般是指绝大多数凭肉眼看不见或看不清,必须借助显微镜才能看见或看清,以及少数能直接通过肉眼看见的单细胞、多细胞和无细胞结构的微小生物的总称。,一、微生物和微生物学的研究范畴,二、微生物的特点及种类,微生物,小(个

4、体微小), m(微米)级:光学显微镜下可见(细胞),简(构造简单),单细胞,简单多细胞,非细胞(即“分子生物”),n m(纳米)级:电子显微镜下可见(细胞器,病毒),低(进化地位低),原核类:细菌(真细菌,古生菌),放线菌,蓝细菌,立克次氏体, 衣原体, 支原体等,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),1mm=103 m=106 nm=107 分辨率:肉眼:0.1mm;显微镜:0.2 m;电子显微镜:10 ,细菌数亿/g土壤,土壤中的细菌总重量估计为: 10034 10 12 吨,每个喷嚏的飞沫含4500-150000个细

5、菌,二、为什么要学习微生物,每张纸币带细菌:900万个,微生物既是人类的敌人,更是人类的朋友!,时时刻刻与微生物“共舞”,是 福 ?是祸?,少数微生物也是人类的敌人! 鼠疫 艾滋病(AIDS) 癌症 肺结核、虐疾、霍乱“卷土重来 ”。 埃博拉病毒 疯牛病 SARS 禽流感,1347年的一场由鼠疫杆菌(Yersinia pestis)引起的瘟疫几乎摧毁了整个欧洲,有1/3 的人(约2500万人)死于这场灾难,在此后的80年间,这种疾病一再肆虐,实际上消灭了大约75%的欧洲人口,一些历史学家认为这场灾难甚至改变了欧洲文化。我国在解放前也曾多次流行鼠疫,死亡率极高。,一种急性出血性传染病,病死率高达

6、到,通过接触病人的血液或其他体液,经皮肤、呼吸道或结膜而感染,潜伏期为至天,The SARS Coronavirus:,The SARS outbreak of 2003 According to the World Health Organization (WHO), a total of 8,098 people worldwide became sick with SARS during the 2003 outbreak. Of these, 774 died.,禽流感席卷韩日越三国世界卫生组织1月14日警告说,禽流感已经开始席卷亚洲部分地区,并且导致越南至少3人死亡,它对亚洲的威胁可

7、能比非典更严重。,1878年,意大利禽流感,首次爆发: 危害最大,经济损失最严重的禽流感(H5N5):1983年美国滨州等地区, 直接损失6000多万美元,间接经济损失估计达3.49亿美元 ,1997年5月,香港禽流感,直接损失达8000万港币 。 2003年3月,荷兰禽流感,波及最广的爆发,荷兰南部海尔德兰省800个农场已经受到禽流感的影响,已蔓延到比利时与德国边境附近。,可以说,微生物与人类关系的重要性,你怎么强调都不过分,微生物是一把十分锋利的双刃剑,它们在给人类带来巨大利益的同时也带来“残忍”的破坏。它给人类带来的利益不仅是享受,而且实际上涉及到人类的生存。,三、微生物学对人类活动的影

8、响,微生物与医疗保健 微生物与农业 微生物与工业 微生物与能源、生态和环境保护 微生物与生物技术,在医疗保健战线上的六大“战役”:外科消毒术的建立;寻找人畜病原菌;免疫防治法的应用;化学治疗剂的发明;抗生素治疗的兴起;用遗传工程和生物工程技术生产生化药物。,根瘤菌的固氮作用;反刍动物的消化过程;微生物在物质循环中的作用;微生物对农业造成的危害等。,六个里程碑:自然发酵与食品、饮料的酿造;罐头保藏;厌氧纯种发酵技术;深层液体通气搅拌培养;代谢调控理论在发酵工业上的应用;生物工程的兴起,1.生物炼制:生物乙醇、生物柴油、生物制氢、沼气发酵、丙酮等生物燃料。2.原油泄漏和生物除污。3.生物环境技术。

9、,利用分子生物学技术改造微生物的代谢特性,再借助发酵工程实现产业化。,四、微生物学发展简史,1. 微生物的发现 1.1 影响认识微生物的四大障碍: 1.1.1 个体过于微小 1.2.1 群体外貌不显 1.3.1 种间杂居混生 1.4.1 形态与其作用的后果很难被认识,2. 微生物发展的五个时期 2.1 史前期:约8000年前-1676 2.2 初创期:1676-1861 2.3 奠基期:1861-1897 2.4 发展期:1897-1953 2.5 成熟期:1953-,2.1 史前时期(直观应用时期),春秋战国时期 微生物分解有机物质,沤粪积肥。 公元二世纪的神农本草经 白僵蚕治病。 公元6世

10、纪 后魏的贾思勰 齐民要术 谷物制曲、酿酒、制酱、造醋、腌菜。 豆科植物与其它作物轮作,2.2 初创时期(形态学发展时期),(17世纪下半叶十九世纪中叶) 使用显微镜观察微生物世界的时期。 代表人物:列文虎克,贡献: ()发现了微生物世界 ()科学地描述了微生物的形态并阐述了它们的繁茂性,2.3 奠基时期(生理学发展时期),十九世纪下叶有关微生物的两个疑难问题: 1、生物是自然产生的吗? 2、传染性疾病的本质是什么?,新鲜食品,搁置,细菌检定,无细菌,腐败食品,细菌检定,有细菌,由非生命的物质自然发生,自然发生说,()巴斯德与自然发生学说,法国,化学家,路易斯 巴斯德 (Louis Paste

11、ur,18221895),微生物学的奠基人,巴斯德反驳自然发生说的三个实验,空 气,乙醇、醚混合物,棉纤维,沉淀物,检测,第一个实验,第二个实验,加热,营养液,密封,放置,细菌检测,无细菌检出,自然发生说质疑:无机物自然变为生命有机体必须提供新鲜的空气,第三个实验,()科赫与疾病的病菌说,最早人们认为疾病是由诸如超自然力、被称为瘴毒的毒气以及四种体液(血液、粘痰、黄胆汁、黑胆汁)之间的失调而引起的。,Agostino Bassi(17731856)在1835年证明蚕病是由真菌感染引起的,首先提出微生物可引起疾病。 1845年,M. J. Berkeley证明爱尔兰马铃薯枯萎病(Potato B

12、light of Ireland)是由真菌引起的。 之后,巴斯德提出“蚕的微粒子病”是由原生动物寄生虫引起的。,Lister受巴斯德关于微生物在发酵和腐败问题中研究的启发,提出了外科消毒术,消毒所使用的石炭酸可以杀死细菌,同样也可以阻止伤口感染,这一观点为微生物在疾病中的作用提供了间接的证据。,()科赫与疾病的病菌说,德国,乡村医生,科赫 (Robert Koch,18431910),细菌学奠基人,直接关系的证明来自于德国医生柯赫对炭疽菌的研究(1876年),科赫法则 1、病原微生物存在于患病动物中,而健康动物中没有; 2、该微生物可在离开动物体外纯培养生长; 3、当培养物接种易感动物时产生特

13、定的疾病症状; 4、该病原微生物可从患病的实验动物中重新分离到,且在实验室能够再次培养,最终具有与原始菌株相同的性状。,柯赫其他主要贡献: 建立了纯培养技术(凝固剂和petri dish),对结核杆菌的分离和观察, 首创了抗酸菌染色的Ziehl-Nielsen染色法,结核 组织,结核杆菌,发现和分离了引起霍乱的微生物霍乱弧菌,发现了在控制霍乱传播中水过滤的重要性,发表了第一张细菌的显微镜照片。,2.4 发展时期(生物化学水平),德国人E.Buchner (1897年)用无细胞的酵母菌裂解液中的混合酶对葡萄糖进行了酒精发酵:,酵母细胞,石英砂研磨,过 滤,滤液,葡萄糖,酵母细胞,酒精、CO2,巴

14、斯德提出发酵是由微生物引起;他还发现了厌氧微生物。,Martinus Beijerinck(1851-1931)对微生物领域的最大贡献是提出了富集培养概念。用富集培养技术Beijerinck从土壤和水中分离得到许多纯种微生物,包括好气的固氮菌、硫化细菌、固氮根瘤菌、乳酸菌、绿藻和许多其他微生物。在研究烟草花叶病时,Beijerinck指出感染物(一种病毒)不是细菌,而是寄生到植物细胞中生存的一类微生物;实际上,Beijerinck描绘了病毒学的基本理论。,Sergei Winogradsky(1856-1935)成功的分离了硝化细菌、硫化细菌等和氮、硫化合物循环有关的微生物,提出硝化过程是细菌

15、作用的结果,提出无机化能营养和自养生物的概念。还分离到第一株厌氧固氮菌巴氏固氮梭状芽孢杆菌,提出了细菌固氮作用的概念。可称是土壤微生物学的奠基石。,2.5 成熟时期(分子水平),始于二十世纪五十年代(电子显微镜的使用和DNA的发现),从1953年4月25日JWatson和FCrick在英国的自然杂志上发表关于DNA结构的双螺旋模型起,整个生命科学就进入了分子生物学研究的新阶段,同样也是微生物学发展史上成熟期到来的标志。,(1)微生物学从以应用为主的学科,迅速成长为一门十分热门的前沿基础学 (2)在基础理论的研究方面,微生物迅速成为分子生物学研究中最主要的对象 (3)在应用研究方面,向着更自觉、

16、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物工程中的主角。,遗传学 + 生物化学 + 微生物学,该时期,多学科交叉促进微生物学全面发展,微生物遗传学 微生物生理学 分子遗传学,微生物学推动生命科学的发展,同时微生物的其他分支学科也得到迅速发展, 使微生物学发展成为生命科学领域内一门发展最快,影响最大、体现生命科学发展主流,a.促进许多重大理论问题的突破,遗传物质基础; 基因与酶关系; 突变的本质; 操纵子学说; PCR;等,b.对生命科学研究技术的贡献,细胞的人工培养;突变体筛选; DNA重组技术和遗传工程,c.微生物与“人类基因组计划“,作为模式生物促进基因与基因组的功能研究,对生命进行系统地和科学地解码,以达到了解和认识生命的起源,

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