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1、山东农业大学微生物学精品课程山东农业大学微生物学精品课程山东农业大学微生物学精品课程山东农业大学微生物学精品课程山东农业大学微生物学精品课程山东农业大学微生物学精品课程山东农业大学微生物学课程山东农业大学生命科学学院山东农业大学生命科学学院刘凯刘凯liukai_一、什么是微生物二、人类对微生物世界的认识史三、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、微生物学及其分科绪绪 论论一、什么是微生物一、什么是微生物 我们周围有一个奇妙的生命世界，在这个世界里，除了千姿百态的动物和五彩缤纷的植物以外，还有一大群微小生物微生物。 微生物“出生”最早，与人类“相识”最晚。地球诞生至今已有46亿多
2、年，最早的微生物35亿年前就已出现在地球上。人类出现在地球上只有几百万年的历史，人类认识微生物更是只有短短的几百年。1676年荷兰人列文虎克用自制的显微镜观察到了细菌，从而揭示出一个过去从未有人知晓的微生物世界。 微生物微生物（microorganism, microbemicroorganism, microbe）是一切肉眼看不见或看不清楚的微小生物的总称。它们是一些个体微小，构造简单的低等生物。n小小：个体微小，um级，光学显微镜下可见； nm级，电子显微镜下可见。n简简：结构简单，非细胞、单细胞、简单多细胞。n低低：进化地位低。 （1）原核生物类（2）真核生物类（3）非细胞生物类微生物的
3、三大类群 （1）原核生物类（三菌三体）：在光学显微镜下可见 细菌、放线菌、蓝细菌 支原体、立克次氏体、衣原体AA（2）真核生物类：在光学显微镜下可见在光学显微镜下可见 真菌（酵母菌、霉菌和真菌（酵母菌、霉菌和蕈xn菌） 原生动物原生动物 显微藻类显微藻类（3）非细胞生物类：非细胞生物类： 电子显微镜才能看到，包括病毒和亚病毒（类病毒、朊run病毒、拟病毒） 虽然我们用肉眼看不到单个的微生物细胞，但是当微生物在某种材料上大量繁殖形成一个大集团时，我们就能看到它们了。这一团有着数量高达几百万细胞的集合体称为菌落菌落。 例如腐败的馒头和面包上长的毛、烂水果上的斑点，皮鞋上的霉点，皮肤上藓块等就是许多
4、微生物形成的菌落。 微生物虽小，但它们和人类的关系非常密切，有些对人类有益，是人类生活不可缺少的伙伴；有些对人类有害，对人类生存构成了威胁；有的虽然和人类没有直接的利害关系，但在生物圈的物质循环和能流中具有关键作用。 人们在很长时期内对微生物的认识人们在很长时期内对微生物的认识受到了阻碍，因为：受到了阻碍，因为： （1 1）个体微小）个体微小 （2 2）外貌不显）外貌不显 （3 3）杂居混生）杂居混生 （4 4）因果难联）因果难联二、人类对微生物世界的认识史微生物学的发展经历了五个时期：微生物学的发展经历了五个时期：1.史前期史前期2.初创期初创期3.奠基期奠基期4.发展期发展期5.成熟期成熟
5、期1. 史前期史前期 时间：约8000年前公元1671年 特点：感性阶段 主要成就：发面，天然果酒和啤酒酿造， 牛乳和乳制品的发酵以及利用 霉菌来治疗一些疾病。 1. 史前期史前期(1) (1) 源远流长的酒文化源远流长的酒文化远远古古人人类类发发现现，吃吃剩剩的的米米粥粥数数日日后后变变成成了了醇醇香香可可口口的的饮饮料料人人类类最最早早发发明明的的酒酒左：郑州殷代遗迹左：郑州殷代遗迹右：右：我国古代的酿酒作坊（四川新都县出土的汉代画像）我国古代的酿酒作坊（四川新都县出土的汉代画像） (2)(2)医疗医疗 在两千年前，我国人民已经初步认识到许多疾病具有传染性。公元前5世纪，已知道驱逐狂犬以预
6、防狂犬病，用麦曲治疗腹泻。 三国时代，名医华佗首创麻醉术及剖腹外科，主张割去腐肉以预防传染。 宋真宗时代（公元968-1022），创造“以毒攻毒”的免疫方法，发明用种人痘预防天花。后来相继传到俄国、日本、朝鲜，并于1717年经过土耳其传到英国，继而传到欧洲及美洲各国。英国的琴纳（E. Jenner 1796)受到启示，在种人痘的基础上发展用种牛痘预防天花。（3 3）其他）其他 后魏时（公元后魏时（公元6 6世纪）贾思勰（世纪）贾思勰（xixi）的）的齐民要术齐民要术详细记载了制曲和酿酒技术，还详细记载了制曲和酿酒技术，还记载了栽种豆科植物可以肥沃土壤。记载了栽种豆科植物可以肥沃土壤。 在在90
7、0900年前，利用自养细菌生命活动的胆年前，利用自养细菌生命活动的胆水浸铜法，已经用于生产铜。水浸铜法，已经用于生产铜。特点：特点：形态学阶段形态学阶段 研究停留在形态描述的低级水平，对微生物的活动及其与人类实践活动的关系却未加研究。微生物作为一门学科还未形成。代表人物：代表人物：列文列文虎克虎克（ Leeuwenhoek 1632-1723) （1）利用单式显微镜观察了许多微生物，并于1676年首次观察到形态微小的细菌；（2）制作419架显微镜和放大镜，50200倍，最高者达266倍；（3）发表论文约400篇，其中绝大部分（375篇）寄往英国皇家学会发表。2. 初创期初创期1676年年186
8、1年年16641664年，英国人年，英国人罗伯特罗伯特虎克虎克（Robert HookeRobert Hooke）曾用原始的曾用原始的显微镜对生长在显微镜对生长在皮革表面皮革表面及及蔷薇枯叶蔷薇枯叶上的霉菌进行观察。上的霉菌进行观察。 第一个比较精细的看见微生物的人是荷兰的显微镜第一个比较精细的看见微生物的人是荷兰的显微镜制造爱好者制造爱好者列文列文虎克虎克（Antoni van Leeuwenhoek）。）。列文虎克利用业余时间制造过列文虎克利用业余时间制造过400多架单式显多架单式显微镜和放大镜，放大率一般为微镜和放大镜，放大率一般为50200倍，倍，列文列文虎克虎克记录的手稿，描述了当时
9、真实观察到的微生物的一些形态。 在微生物学各个历史的阶段，每一个较大在微生物学各个历史的阶段，每一个较大的进步都伴随着更好显微镜的问世，直到的进步都伴随着更好显微镜的问世，直到19世世纪末微生物学才发展成为一门科学。纪末微生物学才发展成为一门科学。1690年年1720年年1725年年1760年年1790年年1881年年1840年年1890年年电子显微镜电子显微镜 特点：特点：生理学研究阶段， 微生物学开始形成独立学科微生物学开始形成独立学科 建立了一系列研究微生物的方法和技术； 开创了寻找病原微生物的“黄金时代”； 开始在生理学水平上研究微生物； 以“实践理论实践”的思想方法指导科学实验。3.
10、 奠基期奠基期1861年年1897年年 主要贡献： 巴巴斯斯德德：创创立立细细菌菌学学说说：生生命命来来自自生生命命，彻彻底底否否定定自自然然发发生生说说；证证实实微微生生物物是是传传染染病病、发发酵酵腐腐败败的的原原因因；疫疫苗苗接接种种（狂狂犬犬、霍霍乱乱、炭炭疽疽）；发发明明消毒灭菌技术（巴氏灭菌）。消毒灭菌技术（巴氏灭菌）。 科科赫赫：微微生生物物系系列列研研究究方方法法：平平板板划划线线分分离离技技术术、染染色色技技术术、显显微微摄摄影影技技术术；分分离离纯纯化化多多种种病病原原微生物；微生物； 科赫法则。科赫法则。（）巴斯德和自然发生学说的破灭（）巴斯德和自然发生学说的破灭法国化学
11、家法国化学家 Louis Pasteur 千百年来，普遍流行着一种“自然发生说”。该学说认为，不洁的衣物会滋生蚤虱，污秽的死水会自生蚊，肮脏的垃圾会自生虫蚁，粪便和腐臭的尸体会自生蝇蛆。总之，生物可以从他们所在的物质元素中自然发生，而没有上代。18611861年巴斯德根据曲颈瓶实验彻底推翻了生命的自然年巴斯德根据曲颈瓶实验彻底推翻了生命的自然发生说，并建立了细菌学说（发生说，并建立了细菌学说（Germ theory)Germ theory)。微微生生物物学学的的奠奠基基人人巴巴斯斯德德曲颈瓶实验意义：推翻了自然发生说意义：推翻了自然发生说 发明了有效的灭菌方法发明了有效的灭菌方法巴斯德消毒法：
12、巴斯德消毒法：60606565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。 巴斯德在微生物学和医学方面取得了许多成就主要包括推翻传统上的生命自然发生说并创立了细菌学说；证实微生物是传染病、发酵和腐败的原因；发现了炭疽、飞禽霍乱和狂犬病等多种疾病的疫苗；创立了消毒灭菌技术。巴斯德因此成为微生物学的奠基人。()、Koch与疾病的病菌说与疾病的病菌说KochKoch定理证明特异微生物引起特异疾病定理证明特异微生物引起特异疾病显微摄影技术纯培养分离技术组织染色技术动物接种实验AAAAAAAAA柯赫发明了利用培养皿琼脂平板分离和纯化微生物的技术平板划线分离操作演示科赫定理图示科赫
13、法则： 1 在每一病例中都出现相同的微生物，且在健康者体内不存在； 2 要从寄主分离出这样的微生物并在培养基中得到纯培养； 3 用这种微生物的纯培养接种健康而敏感的寄主，同样的疾病会重复发生； 4 从试验发病的寄主中能再度分离培养出这种微生物来。 Koch对结核病的研究（结核分枝杆菌Mycobacterium tuberculosis），以及其在显微摄影技术、组织染色技术、纯培养分离技术和动物接种技术等微生物学基本研究手段上的突出贡献，使他获得了1905年Nobel生理学医学奖。 以1897年德国人E. Buchner用无细胞酵母汁发酵葡萄糖得到酒精为标志，以微生物生化研究为主要内容，出现分支
14、学科。生化研究研究阶段生化研究研究阶段 生化水平上进行研究；应用微生物的分支学科扩大，出现了抗生素等新学科；第二个淘金热寻找各种有益微生物代谢产物；普通微生物学开始形成；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。4. 发展期发展期1897-1953年年 从从1953年年4月月Watson和和Crick在英在英国的国的Nature杂志上发表关于杂志上发表关于DNA双螺旋模型起，整个生命科学就进入双螺旋模型起，整个生命科学就进入了分子生物学研究阶段，同时也是微了分子生物学研究阶段，同时也是微生物学发展史上成熟期到来的标生物学发展史上成熟期到来的标 现代生物学阶段现代生物学阶段
15、微生物学已经成为前沿基础学科；微生物学已经成为前沿基础学科；成为分子生物学研究中最主要的对象；成为分子生物学研究中最主要的对象；在应用方面，向更自觉、更有效和可在应用方面，向更自觉、更有效和可人为控制的方向发展。人为控制的方向发展。5. 成熟期成熟期1953 今今Francis Crick (35y)1951 James Watson (23y)丹麦丹麦 哥本哈根哥本哈根剑桥大学剑桥大学 Cavendish Lab.三、微生物学的发展促进了人类进步（1）医疗保健：六大）医疗保健：六大“战役战役” 外科消毒术的建立外科消毒术的建立 寻找人畜病原菌寻找人畜病原菌 免疫防治法的应用免疫防治法的应用
16、化学治疗剂的发明化学治疗剂的发明 抗生素治疗的兴起抗生素治疗的兴起 微生物生产生化药物微生物生产生化药物1867年年Joseph Lister ( 18271912)首首创用创用石炭酸石炭酸喷洒手术室和煮沸手术用喷洒手术室和煮沸手术用具以防术后感染，为防腐、消毒，以具以防术后感染，为防腐、消毒，以及无菌操作奠定了基础。及无菌操作奠定了基础。1796年美国医生Edward Jenner（17491823），首创用牛痘预防天花，为预防医学开辟了广阔途径。自然发酵与食品、饮料的酿造自然发酵与食品、饮料的酿造罐头保藏罐头保藏厌氧纯种发酵技术厌氧纯种发酵技术深层液体通气搅拌培养深层液体通气搅拌培养代谢调
17、控理论的应用代谢调控理论的应用生物工程学的兴起生物工程学的兴起（2）工业）工业（3）农业）农业微生物饲料微生物饲料农用抗菌素农用抗菌素生物农药生物农药生物菌肥生物菌肥微生物能源微生物能源（4）与生态和环境保护）与生态和环境保护生物燃料生物冶金生物转化微生物处理废水的塔式滤池（5）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 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了许多重大生物学理论问题的突破。对微生物的研究促进了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
18、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；对生命科学研究技术的贡献对生命科学研究技术的贡献微生物与微生物与“人类基因组计划人类基因组计划”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作为模式生物作为模式生物DNA重组技术和遗传工程重组技术和遗传工程细胞的人工培养细胞的人工培养突变体筛选突变体筛选生物工程生物工程商品生产商品生产改造物种改造物种常规菌常规菌(或常规细胞
19、株或常规细胞株) 遗传工程遗传工程 细胞工程细胞工程“工程菌工程菌”（或（或“工程细胞株工程细胞株”） 微生物工程微生物工程 酶工程酶工程 生物反应器工程生物反应器工程 经济效益经济效益 大量产品大量产品 社会效益社会效益 生态效益生态效益四、微生物的五大共性（1）体积小，面积大 （2）吸收多，转化快（3）生长旺，繁殖快（4）适应强，易变异（5）分布广，种类多（小、多、快、强、广）个体小个体小（体积小，面积大）（体积小，面积大）测量单位：微米或钠米测量单位：微米或钠米在在科学科学上的一篇文章报道了对一快活性陨石上可能存在的生命遗迹的上的一篇文章报道了对一快活性陨石上可能存在的生命遗迹的研究，这
20、块陨石在研究，这块陨石在45亿年前在火星上形成，亿年前在火星上形成，13亿年以前由于宇宙碰撞而离开火亿年以前由于宇宙碰撞而离开火星，星，13000年前作为陨石降落到地球上。对它的分析表明其上可能有生命存在过年前作为陨石降落到地球上。对它的分析表明其上可能有生命存在过，更重要的是在该陨石上发现了类似细菌化石的东西，其直径仅为，更重要的是在该陨石上发现了类似细菌化石的东西，其直径仅为2040 nm.火星陨石中发现的细菌火星陨石中发现的细菌化石（直径化石（直径 20 nm）德国科学家德国科学家H. N. Schulz等等1999年在纳米比亚海岸的海底沉积物年在纳米比亚海岸的海底沉积物中发现的一种硫磺
21、细菌（中发现的一种硫磺细菌（sulfur bacterium），），其大小可达其大小可达0.75 mm，Thiomargarita namibiensis，-“纳纳米比亚硫磺珍珠米比亚硫磺珍珠”胃口大胃口大（吸收多，转化快）（吸收多，转化快）消耗自身重量2000倍食物的时间大肠杆菌：大肠杆菌：1 1小时小时人人 ：500500年（按年（按400400斤斤/ /年计算）年计算） 地鼠每天消耗与体重等重的粮食； 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；生物界的普遍规律:生物个体越小，其单位体重消耗的食物越多繁殖快（生长旺，繁殖快）繁殖快（生长旺，繁殖快）24小时后：
22、小时后： 4722366500万亿个后代，重量达到万亿个后代，重量达到4722吨吨48小时后：小时后：2.2 10 43个后代，重量达到个后代，重量达到2.2 10 25 吨吨相当于相当于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 kg500 kg的食用公牛，的食用公牛，2424小时生产小时生产 0.5 kg0.5 kg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小时可以生产小时可以生产 5
23、0000 kg50000 kg优质蛋白质。优质蛋白质。分布广，种类多分布广，种类多人迹可到之处，微生物的分布必然很多，而人迹不到的地方，也有大量的微生物存在！t 数十公里的高空（最高为离地数十公里的高空（最高为离地8585公里，须用火箭采样）；公里，须用火箭采样）；t 几千米的地下；几千米的地下；t 常年封冻的冰川；常年封冻的冰川；t强酸、强碱、高热的极端环境；强酸、强碱、高热的极端环境；t强酸、强碱、高热的极端环境；强酸、强碱、高热的极端环境； 目前已定种的微生物只有大约20万种，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总数的2% ，真正利用的不到1% 。抗（逆）性强（适应强，
24、易变异）抗（逆）性强（适应强，易变异）抗热：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121 ； 有些细菌的芽孢，需加热煮沸8小时才被杀死；抗寒：抗寒：有些微生物可以在12 30的低温生长；抗酸碱：抗酸碱：细菌能耐受并生长的pH范围：pH 0.5 13；耐渗透压：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：抗压力：有些细菌可在1400个大气压下生长；有利变异： 在19431943年利用Penicillium chrysogenum 发酵生 产青霉素，发酵液分泌从2020单位/ml5-10/ml5-10万 单
25、位/ml/ml，成本大大降低。有害变异：在上世纪4040年代用青霉素治疗时，每天只需1010万 单位，而现在成人需1 10 0万单位，新生儿也不少 于万单位。 突变频率一般为10-510-10，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。如：流感病毒 此外微生物还具有数量多、食谱杂、 抗性最强、休眠最长、起源最早、发现最晚等特点。 从无机物到有机物；从无毒物到有毒物；从结构简单到结构复杂的物质，微生物都能利用和降解。五、微生物学及其分科微生物学微生物学（Micobiology)：是在细胞、分子或群体水平上研究微生物的形态结构、生理代谢、遗传变异、生态分布和分类进
26、化等生命活动的基本规律，并将其应用于工业发酵、医学卫生和生物工程等领域的科学。(研究微生物生命活动规律的科学)根本任务：根本任务：发掘、利用或改善有益微生物；控制、消灭或改造有害微生物。（1）按研究微生物的基本生命活动规律（2）按微生物的应用领域（3）按所研究的微生物对象（4）按微生物所在的生态环境（5）按实验技术操作（6）按微生物与其他学科间的交叉情况微生物学的分科1. 什么是微生物？包括哪些类群？2. 微生物的特点有哪些？其中最基本的是哪一个？3. 简述列文虎克、巴斯德和科赫在微生物学发展中的贡献。4. 什么是微生物学？其研究内容有哪些？复习思考题复习思考题Thanks for your attention
