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1、海海 洋洋 微微 生生 物物 学学教学参考书n1.黄秀梨主编黄秀梨主编.微生物学（第二版）微生物学（第二版）,北京：高等教育出北京：高等教育出版社，版社，2003n2.沈萍主编沈萍主编.微生物学，微生物学， 北京：高等教育出版社，北京：高等教育出版社，2000n3.李阜棣李阜棣.胡正嘉主编胡正嘉主编.微生物学微生物学 ,第五版第五版 北京：中国农北京：中国农业出版社，业出版社，2000n4.周德庆周德庆.微生物学教程，第二版，北京：高等教育出微生物学教程，第二版，北京：高等教育出版社，版社，2002参考教学网站（课件）参考教学网站（课件）1.1.武汉大学微生物学教学网站武汉大学微生物学教学网站
2、2.2.江南大学微生物学教学网站江南大学微生物学教学网站3.3.华中农业大学微生物学微生物教学网站华中农业大学微生物学微生物教学网站 4.4.华南师范大学微生物学教学网站华南师范大学微生物学教学网站 5.5.长春师范学院微生物学网络课程长春师范学院微生物学网络课程 6.6.安徽科技学院微生物学网站安徽科技学院微生物学网站 7.7.江西农业大学精品课程江西农业大学精品课程 8.8.西北农林科技大学微生物学教学网站西北农林科技大学微生物学教学网站9.9.山东大学生命科学院微生物学教学网站山东大学生命科学院微生物学教学网站绪绪 论论一、什么是微生物一、什么是微生物二二 、微生物的特点、微生物的特点三
3、、三、微生物的发现和微生物学的建立与微生物的发现和微生物学的建立与 发展发展四、四、 20世纪的微生物学世纪的微生物学五五、 21世纪微生物学展望世纪微生物学展望n1.定义定义n定义：微生物是所有形体微小、单细胞或结构定义：微生物是所有形体微小、单细胞或结构较为简单的多细胞生物、甚至没有细胞结构的较为简单的多细胞生物、甚至没有细胞结构的生物的通称。生物的通称。n种类：微生物类群十分庞杂，包括：种类：微生物类群十分庞杂，包括：q无细胞结构的病毒、类病毒、拟病毒等，无细胞结构的病毒、类病毒、拟病毒等，q属于原核生物的细菌、放线菌、立克次氏体、衣原属于原核生物的细菌、放线菌、立克次氏体、衣原体等，体
4、等，q属于真核生物的酵母菌和霉菌，单细胞藻类、原生属于真核生物的酵母菌和霉菌，单细胞藻类、原生动物等。动物等。一、什么是微生物一、什么是微生物微生物的类群微生物的类群微生物是微小生物的总称，一般只有借助显微镜才能其进行微生物是微小生物的总称，一般只有借助显微镜才能其进行观察。观察。微生物微生物病毒病毒原核生物：原核生物： 真细菌、古生菌真细菌、古生菌真核生物：真核生物：真菌（酵母、霉菌、蕈菌等）、真菌（酵母、霉菌、蕈菌等）、 单细胞藻类、单细胞藻类、 原生动物等原生动物等t人体体表及体内存在大量的微生物：人体体表及体内存在大量的微生物： 皮肤表面：平均皮肤表面：平均10万个细菌万个细菌/平方厘
5、米；平方厘米； 口腔：细菌种类超过口腔：细菌种类超过500种；种； 肠道：微生物总量达肠道：微生物总量达100100万亿，万亿， 粪便干重的粪便干重的1/31/3是细菌，每克粪便的细菌总数为：是细菌，每克粪便的细菌总数为：10001000亿个；亿个；2. 微生物与我们微生物与我们微生物无处不在，我们无时不生活在微生物无处不在，我们无时不生活在“微生物的海洋微生物的海洋”中。中。t 细菌数亿细菌数亿/g土壤，土壤中的细菌总重量估计为：土壤，土壤中的细菌总重量估计为：10034 10 12 吨；吨；t每张纸币带细菌：每张纸币带细菌：900万个；万个；t 每个喷嚏的飞沫含每个喷嚏的飞沫含4500-1
6、500004500-150000个细菌，重感冒患者为个细菌，重感冒患者为85008500万。万。少数微生物也是人类的敌人少数微生物也是人类的敌人！鼠疫；鼠疫；天花；天花；梅毒；梅毒；小儿麻痹症；小儿麻痹症；肺结核；肺结核；麻疯病；麻疯病；感冒；感冒；脑膜炎；脑膜炎；艾滋病；艾滋病；疯牛病；疯牛病；埃博拉病毒；埃博拉病毒；非典非典二、微生物的特点：个体小个体小、结构简结构简、胃口大胃口大、食谱广食谱广、繁殖快繁殖快、易培养易培养、数量大、数量大、分布广分布广、种类多种类多、级界宽级界宽、易变异易变异、抗性强抗性强、休眠长休眠长、起源早起源早、发现晚发现晚个体小:测量单位：微米或钠米个体小:测量单
7、位：微米或钠米火星陨石中发现的细菌化石（直径10nm ）德国科学家H. N. Schulz等1999年在纳米比亚海岸的海底沉积物中发现的一种硫磺细菌（sulfur bacterium），其大小可达0.75 mm，Thiomargarita namibiensis，-“纳米比亚硫磺珍珠”食谱广：食谱广：微生物获取营养的方式多种多样，其食微生物获取营养的方式多种多样，其食谱之广是动植物完全无法相比的！谱之广是动植物完全无法相比的！纤维素、木质素、几丁质、角蛋白、石油、甲纤维素、木质素、几丁质、角蛋白、石油、甲醇、甲烷、天然气、塑料、酚类、氰化物、各醇、甲烷、天然气、塑料、酚类、氰化物、各种有机物均
8、可被微生物作为粮食。种有机物均可被微生物作为粮食。繁殖快：繁殖快：24小时后：4722366500万亿个后代，重量达到：4722吨48小时后：2.21043个后代，重量达到2.21025吨相当于相当于4000个地球的重量！个地球的重量！大肠杆菌大肠杆菌一个细胞重约一个细胞重约10 12 克，克，平均平均20分钟繁殖一代分钟繁殖一代一头一头500 500 kgkg的食用公牛，的食用公牛，2424小时生产小时生产 0.5 0.5 kgkg蛋白质蛋白质, ,而同样重量的酵母菌，以质量较次的糖液（如糖蜜）而同样重量的酵母菌，以质量较次的糖液（如糖蜜）和氨水为原料，和氨水为原料，2424小时可以生产小时
9、可以生产 50000 50000 kgkg优质蛋白质。优质蛋白质。易培养：易培养：很多细菌都可以非常方便地进行人工培养！ 数量大：数量大：在自然界中（土壤、水体、空气，动植物体内和体表）都生存有大量的微生物！从永冻冰层分离微生物从永冻冰层分离微生物南极南极Vostok湖冰芯样品中的微生物湖冰芯样品中的微生物种类多：种类多：t 微生物的生理代谢类型多；t 代谢产物种类多；t微生物的种数“多”；虽然目前已定种的微生物只有大约虽然目前已定种的微生物只有大约10万种，远较动植物为少，万种，远较动植物为少，但一般认为目前为人类所发现的微生物还不到自然界中微生物但一般认为目前为人类所发现的微生物还不到自然
10、界中微生物总数的总数的1%级界宽：级界宽：Whittaker的五界分类系统的五界分类系统变异易：变异易：个体小、结构简单、且多与外界环境直接接触个体小、结构简单、且多与外界环境直接接触 繁殖快、繁殖快、 数量多数量多 短时间内产生大量的变异后代短时间内产生大量的变异后代突变率：突变率：1010-5-5 10 10-10-10变异易：变异易：青霉素的生产青霉素的生产：20单位/ml（1943）10000单位/ml青霉素的用量：最高：10万单位/天（40年代）数百万-千万单位/次抗（逆）性强：抗（逆）性强：抗热：有的细菌能在265个大气压，250的条件下生长；自然界中细菌生长的最高温度可以达到11
11、3；有些细菌的芽孢，需加热煮沸8小时才被杀死；抗寒：有些微生物可以在12 30的低温生长；抗酸碱：细菌能耐受并生长的pH范围：pH0.513；耐渗透压：蜜饯、腌制品，饱和盐水（NaCl,32%)中都有微生物生长；抗压力：有些细菌可在1400个大气压下生长；休眠长：休眠长：世界上最古老的活细菌（芽孢）：世界上最古老的活细菌（芽孢）：2.5亿年亿年起源早：起源早：38亿年前，生命在海洋中出现26亿年前，陆地上就可能存在微生物发现晚：发现晚：300多年前人们才真正发现微生物的存在n感性认识阶段（史前时期）感性认识阶段（史前时期）n形态学发展阶段（初创时期）形态学发展阶段（初创时期）n生理学发展阶段（
12、奠基时期）生理学发展阶段（奠基时期）n分子生物学发展阶段（成熟时期）分子生物学发展阶段（成熟时期）人类对微生物世界的认识过程人类对微生物世界的认识过程三、微生物的发现和微生物学的建立与发展三、微生物的发现和微生物学的建立与发展t我国我国8000年前就开始出现了曲蘖酿酒；年前就开始出现了曲蘖酿酒；t4000年前埃及人已学会烘制面包和酿制果酒；年前埃及人已学会烘制面包和酿制果酒；t2500年前发明酿酱、醋，用曲治消化道疾病；年前发明酿酱、醋，用曲治消化道疾病；t公元公元2 2世纪，张仲景：禁食病死兽类的肉和不清洁食物；世纪，张仲景：禁食病死兽类的肉和不清洁食物；t公元前公元前112112年年-21
13、2-212年间，华佗：年间，华佗：“割腐肉以防传染割腐肉以防传染”；t公元九世纪痘浆法、痘衣法预防天花；公元九世纪痘浆法、痘衣法预防天花；t1346年，克里米亚半岛上的法卡城之战；年，克里米亚半岛上的法卡城之战；t16世纪，古罗马医生世纪，古罗马医生G.Fracastoro：疾病是由肉眼看不见疾病是由肉眼看不见 的生物的生物(living creatures)引起的；引起的；t1641年，明末医生吴又可也提出年，明末医生吴又可也提出“戾气戾气”学说；学说；三、微生物的发现和微生物学的建立与发展三、微生物的发现和微生物学的建立与发展（一）微生物的发现（一）微生物的发现1664年，英国人虎克（年，
14、英国人虎克（Robert Hooke）曾用原始的显微镜曾用原始的显微镜对生长在皮革表面及蔷薇枯叶上的霉菌进行观察。对生长在皮革表面及蔷薇枯叶上的霉菌进行观察。1676年，微生物学的先驱年，微生物学的先驱荷兰人列文虎克（荷兰人列文虎克（Antony van leeuwenhoek）首次首次观察到了细菌。他没有上观察到了细菌。他没有上过大学，是一个只会荷兰过大学，是一个只会荷兰语的小商人，但却在语的小商人，但却在1680年被选为英国皇家学会的年被选为英国皇家学会的会员。会员。（二）微生物学的奠基及发展（二）微生物学的奠基及发展n微生物学微生物学 (Microbiology) 是研究微生物及其是研究
15、微生物及其生命活动规律的科学。即研究微生物在一定条生命活动规律的科学。即研究微生物在一定条件下的形态结构、生理生化、遗传变异以及微件下的形态结构、生理生化、遗传变异以及微生物的进化、分类、生态等生命活动规律及其生物的进化、分类、生态等生命活动规律及其与其他微生物之间，与动植物之间的相互关系，与其他微生物之间，与动植物之间的相互关系，与外界环境理化因素之间的相互关系，微生物与外界环境理化因素之间的相互关系，微生物在自然界各种元素的生物地球化学循环中的作在自然界各种元素的生物地球化学循环中的作用，微生物在工业、农业、医疗卫生、环境保用，微生物在工业、农业、医疗卫生、环境保护、食品生产等各个领域中的
16、应用，等等。护、食品生产等各个领域中的应用，等等。（二）微生物学的奠基（二）微生物学的奠基法国人巴斯德（LouisPasteur）（18221895）德国人柯赫（RobertKoch）（18431910）1.巴斯德巴斯德 (1) 发现并证实发酵是由微生物引起的；发现并证实发酵是由微生物引起的；(2) 彻底否定了彻底否定了“自然发生自然发生”学说；学说；化学家出生的巴斯德涉足微生物学是为了治疗化学家出生的巴斯德涉足微生物学是为了治疗“酒病酒病”和和“蚕蚕病病”著名的曲颈瓶试验无可辩驳地证实，空气内确实含有微生物，著名的曲颈瓶试验无可辩驳地证实，空气内确实含有微生物，是它们引起有机质的腐败。是它们
17、引起有机质的腐败。(3) 免疫学免疫学预防接种预防接种1885年法国科学家路易年法国科学家路易. 巴斯德首次将兔脑基髓制备的减毒巴斯德首次将兔脑基髓制备的减毒狂犬疫苗应用人体治疗狂犬病获得成功狂犬疫苗应用人体治疗狂犬病获得成功. (4) 其他贡献其他贡献巴斯德消毒法：巴斯德消毒法：6065作短时间加热处理，杀死有害微生物作短时间加热处理，杀死有害微生物2.柯赫柯赫a）细菌纯培养方法的建立细菌纯培养方法的建立土豆切面土豆切面 营养明胶营养明胶 营养琼脂（平皿）营养琼脂（平皿）（1）微生物学基本操作技术方面的贡献）微生物学基本操作技术方面的贡献b）设计了各种培养基，实现了在实验室内对各种微生物的培
18、养设计了各种培养基，实现了在实验室内对各种微生物的培养c）流动蒸汽灭菌流动蒸汽灭菌d）染色观察和显微摄影染色观察和显微摄影（2）对病原细菌的研究作出了突出的贡献：）对病原细菌的研究作出了突出的贡献：a）具体证实了炭疽杆菌是炭疽病的病原菌；具体证实了炭疽杆菌是炭疽病的病原菌；b）发现了肺结核病的病原菌（发现了肺结核病的病原菌（1905年获诺贝尔奖）年获诺贝尔奖）c）证明某种微生物是否为某种疾病病原体的基本原证明某种微生物是否为某种疾病病原体的基本原则则 著名的柯赫原则著名的柯赫原则三、三、20世纪的微生物学世纪的微生物学十九世纪末到二十世纪中期：十九世纪末到二十世纪中期：微生物学：鉴定病原菌微生
19、物学：鉴定病原菌 研究免疫学及其在预防疾病中的作用、研究免疫学及其在预防疾病中的作用、 寻找化学治疗药物、分析微生物的化学活性。寻找化学治疗药物、分析微生物的化学活性。普通生物学：细胞的构造及其在繁殖和发展中的作普通生物学：细胞的构造及其在繁殖和发展中的作用、用、 植物和动物的遗传和进化的机制。植物和动物的遗传和进化的机制。对动植物起作用的遗传机制同样适用于微生物对动植物起作用的遗传机制同样适用于微生物生化突变生化突变细菌基因水平转移细菌基因水平转移微生物遗传学微生物遗传学肺炎双球菌转化实验肺炎双球菌转化实验病毒重组实验噬菌体感染实验核酸是遗传的物质基础核酸是遗传的物质基础20世纪世纪40年代
20、后，微生物自身的特点使其成为生物年代后，微生物自身的特点使其成为生物学研究的学研究的“明星明星”，微生物学很快与生物学主流汇，微生物学很快与生物学主流汇合，并被推到了整个生命科学发展的前沿，获得了合，并被推到了整个生命科学发展的前沿，获得了迅速的发展，在生命科学的发展中作出了巨大的贡迅速的发展，在生命科学的发展中作出了巨大的贡献。献。1.多学科交叉促进微生物学全面发展多学科交叉促进微生物学全面发展2. 微生物学在生命科学发展中的重要地位微生物学在生命科学发展中的重要地位 （1）微生物是生物学基本理论研究中的理想实验对象，）微生物是生物学基本理论研究中的理想实验对象， 对微生物的研究促进许多重大
21、生物学理论问题的突破对微生物的研究促进许多重大生物学理论问题的突破t 基因和酶关系的阐明及基因和酶关系的阐明及“一个基因一个酶一个基因一个酶”的假说；的假说；t 遗传的物质基础的阐明；遗传的物质基础的阐明；t 基因概念的发展；基因概念的发展；t 遗传密码的破译；遗传密码的破译；t 基因表达调控机制的研究；基因表达调控机制的研究；t 生物大分子合成的中心法则；生物大分子合成的中心法则；（2）对生命科学研究技术的贡献）对生命科学研究技术的贡献细胞的人工培养；细胞的人工培养；突变体筛选；突变体筛选；DNA重组技术和遗传工程；重组技术和遗传工程；（3）微生物与）微生物与“人类基因组计划人类基因组计划”
22、作为模式生物；作为模式生物；基因与基因组的功能研究的重要工具基因与基因组的功能研究的重要工具;（4）我国微生物学的发展汤飞凡：沙眼病原体的分离和确证汤飞凡：沙眼病原体的分离和确证陈华癸：陈华癸：根瘤菌固氮作用的研究高尚荫：高尚荫：创建了我国病毒学的基础理论研究和第一个微生物学专业抗生素的总产量已耀居世界首位两步法生产维生素C的技术居世界先进水平泉生热孢菌全基因组序列测定t 生命起源的研究；生命起源的研究；四、四、21世纪微生物学展望世纪微生物学展望 1微生物自身的特点（共性和特性）将会更加受到关注和利用微生物自身的特点（共性和特性）将会更加受到关注和利用t 以微生物为研究材料继续对一些基本生命
23、现象进行研究；以微生物为研究材料继续对一些基本生命现象进行研究；t 生物进化方面的研究；生物进化方面的研究；t 性别分化的意义；性别分化的意义；t 生物智慧的发展；生物智慧的发展；t 微生物产业的开发；微生物产业的开发；t 重要致病菌的特点及其防治；重要致病菌的特点及其防治；t 极端环境的微生物的研究；极端环境的微生物的研究；用“工程菌”生产药物n干 扰 素n脑 菲 肽n胰 岛 素n乙肝疫苗n众抗生素n各种单克隆抗体免疫血清微生物与医药卫生微生物与医药卫生微生物与农业和畜牧业微生物饲料农用抗菌素生物农药生物菌肥微生物能源菌体蛋白饲料菌体蛋白饲料饲饲 料料 酵酵 母母维维 生生 素素 饲饲 料料
24、发发 酵酵 饲饲 料料青青 贮贮 饲饲 料料微生物饲料微生物饲料某些微生物能够产生具有抑制某些微生物能够产生具有抑制或或杀死植物杀死植物 病原菌的物质病原菌的物质,该物质称农用抗菌素。该物质称农用抗菌素。农用抗菌素农用抗菌素微生物饲料菌体蛋白饲料饲料酵母维生素饲料发酵饲料青贮饲料农用抗菌素某些微生物能够产生具有抑制或杀死植物病原菌的物质,该物质称农用抗菌素。 生物农药生物农药细菌农药真菌农药病毒农药 生物菌肥生物菌肥主要是根瘤菌肥即含固氮菌活菌的肥料。微生物与工业n酶 工 业n氨基酸工业n有机酸工业n新材料开发n生 物 化 工n食 品 工 程微生物与饮食、调味品微生物与饮食、调味品酱，酱油，豆
25、豉食用醋发酵饮料发酵面食食药用菌食用色素食品添加剂淹渍蔬菜微生物与环保微生物处理腈纶废水的塔式滤池微生物工程微生物工程n发酵工程又称微生物工程，是将微生物学、生物化学和化学工程学的基本原理有机结合起来，利用微生物的生长和代谢活动来生产有用物质及提供服务的工程技术。现代的发酵工程不仅包括菌体的生产和代谢产物的发酵生产，还包括微生物本身功能的利用。其主要内容包括工业价值菌种的选育，“工程菌”的生产，发酵工艺条件的优化与控制，发酵设备（发酵罐）的设计及产物的分离、提取与精制和微生物功能的利用等内容。n微生物工程的优越性：微生物工程的优越性：q微生物以比表面积（表面积与体积之比）、转化能微生物以比表面
26、积（表面积与体积之比）、转化能力、繁殖速度、变异与适应性和分布范围五大特殊力、繁殖速度、变异与适应性和分布范围五大特殊本领而著称。本领而著称。n微生物工程中常用的微生物微生物工程中常用的微生物q酵母菌、乳酸菌、光合细菌、消化菌、反硝化菌、酵母菌、乳酸菌、光合细菌、消化菌、反硝化菌、枯草杆菌等枯草杆菌等2与其他学科实现更广泛的交叉，获得与其他学科实现更广泛的交叉，获得新的发展新的发展学科交叉永远是科学创新的源泉！t微生物基因组的序列测定和分析；t微量热技术对生命过程的研究；微量热法用于细菌分类鉴定的研究 t微生物的快速检定；t计算机技术与微生物学的结合；3. 海洋微生物抗肿瘤活性物质研究海洋微生物抗肿瘤活性物质研究n发达国家开发海洋微生物资源的竞争越来越激烈。日本，美国，英国，加拿大和西班牙等国都不断加大海洋微生物资源的开发力度。一些结构新颖、作用奇特的海洋微生物抗肿瘤活性物质和新种属的海洋微生物不断被分离。 n海洋细菌是一类重要的资源菌，目前已从海洋芽孢杆菌，农杆菌，单胞菌等细菌的代谢产物中发现了肽类，生物碱，大环内酯，多糖等抗肿瘤活性物质。n海洋放线菌有很强的合成抗肿瘤活性物质的能力。n海洋真菌抗肿瘤活性代谢产物是Alam等从海洋真菌的发酵液中分离到的一种二聚硫代磷酰肼，它对L1210肿瘤细胞的IC50为0.25g/mL。
