1、第一章 绪论,授课教师：蔡恒 电话：83172087 Email:,思考： 1、什么是微生物？ 2 、它们是有益的还是有害的？ 3、人类对微生物世界的认识史及有些什么障碍？ 4、微生物与人类实践的重要关系？ 5、微生物的五大共性？ 6、微生物学及其相关学科 ？,关键词：,微生物 微生物学发展史 微生物的五大共性 微生物学 微生物分支学科,本课程的学习参考资料,1、报刊及网上与微生物学相关的科技新闻； 2、参考书： 周德庆. 微生物学教程，第二版，北京：高等教育出版社，2002 沈萍主编. 微生物学， 北京：高等教育出版社，2000 3、参考杂志“微生物学通报”、“微生物学杂志”等,一、什么是微
2、生物,定义：微生物一般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微小生物的总称。,微生物共有的特点：,um 级：光镜下可见（细胞）小（个体微小） nm 级：电镜下可见（细胞器、病毒）少数肉眼可见(纳米比亚嗜硫细菌 （Thiomargarita namibiensis）和费 氏刺尾鱼菌（Epulopiscium fishelsoni） )单细胞简（结构简单） 简单多细胞非细胞原核类：细菌，放线菌，蓝细菌，支原 体，立克次氏体，衣原体低（进化地位低） 真核类：真菌（酵母菌，霉菌，蕈菌），原
3、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）,微生物的种类,具有细胞结 构的微生物,没有细胞结构的 微生物：病毒,原核生物： （由原核细胞构成的）,真核微生物 （由真核细胞构成的）,真菌显微藻类原生动物,细菌,草履虫,水绵,放线菌,二、微生物与我们,微生物无处不在，我们无时不生活在“微生物的海洋”中。细菌数亿/g土壤，土壤中的细菌总重量估计为：10034 10 12 吨；每张纸币带细菌：900万个；人体体表及体内存在大量的微生物： 皮肤表面：平均10万个细菌/平方厘米； 口腔：细菌种类超过500种； 肠道：微生物总量达100万亿，粪便干重的1/3是细菌，每克粪便的细菌总数
4、为：1000亿个；每个喷嚏的飞沫含4500-150000个细菌，重感冒患者为8500万；,时时刻刻与微生物“共舞”是 祸？是 福？,微生物既是人类的敌人，更是人类的朋友！,微生物是人类的朋友！,微生物是自然界物质循环的关键环节； 体内的正常菌群是人及动物健康的基本保证；帮助消化、提供必需的营养物质、组成生理屏障 微生物可以为我们提供很多有用的物质；有机酸、酶、各种药物、疫苗、面包、奶酪、啤酒、酱油等等 基因工程为代表的现代生物技术；,少数微生物也是人类的敌人！,鼠疫；天花；梅毒；小儿麻痹症；肺结核；麻疯病；感冒；脑膜炎；艾滋病；疯牛病；埃博拉病毒；非典；禽流感等,可以说，微生物与人类关系的重要
5、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、人类对微生物世界的认识史,（一）一个难以认识的微生物世界认识微生物的四个障碍： 个体微小、外貌不显、种间混生、因果难联“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）微生物学发展史（可分为五个时期 ）,1、史前期：处于一种得其益而不知其好，受其害而不知其恶的朦胧阶段。 本时期特点：未见细菌个体，凭实践经验利用微生物的有益代谢活动，如例如商代(公元前1766-l122年) 就有关于酿酒的记
6、载；北魏 (约公元386-534年)的齐民要术中对酒曲、醋、豆鼓等的作法有详细记录。左传记载 (前566年)“国人逐疯狗” 以防狂犬病。 公元1567-1572年，我国用人的痘痂接种以预防天花。100多年以前在甘肃等地应用 “灌花”(灌服稀释的病牛血)以预防瘟。农业上采用豆科作物与其他作物轮作增加土壤肥力，医学上割除腐肉以防感染、鼻苗法种痘。微生物学作为一门科学，是18世纪以后的事。,2、初创期：形态描述阶段 代表人物：列文.虎克 特点：用自制的放大200倍的单式显微镜，首次观察到微生物。1695年将所观察到的微生物绘图并叙述公诸于世。以后，人们对微生物的形态、排列、大小等有了初步的认识，但仅
7、限于形态学方面。其主要原因之一是自然发生论的阻碍。 自然发生学说是指生物有机体能够从没有生命的物质发展而来。很早以前，人们相信自然发生学说，伟大的亚里士多德（公元384-322）也认为一些简单的无脊椎动物能够自然发生。,3、奠基期： 代表人物：巴斯德和科赫,法国人巴斯德（Louis Pasteur） （18221895）,德国人柯赫（Robert Koch） （ 18431910）,巴斯德的贡献：,(1) 发现并证实发酵是由微生物引起的；,(2) 彻底否定了“自然发生”学说；,化学家出生的巴斯德涉足微生物学是为了治疗“酒病”和“蚕病”,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， 是
8、它们引起有机质的腐败。,(3) 免疫学预防接种,首次制成狂犬疫苗,(4) 其他贡献,巴斯德消毒法：6065作短时间加热处理，杀死有害微生物,首先实验证明有机物发酵和腐败是由微生物引起，而酒类变质是因污染了杂菌所致。在研究酒的败坏问题证明 1.酒是某种微生物的发酵产物；2.不同微生物的代谢不一样，做酒过程让有益菌生长，限制有害微生物生长，可保证产品质量。自此，微生物学成为一门独立学科。,1861年德国人巴斯德(Pasteur)以曲颈瓶实验证明自然发生论是荒谬的。证明曲颈瓶内肉汤变坏源于空气微生物“种子”。,曲颈瓶实验,在研究炭疽病、狂犬病时证明 1.这些疾病是由相应的微生物所致；2.微生物可以致
9、弱用作传染病预防，而且对致弱途径进行研究。并成功研制鸡霍乱、炭疽和狂犬病疫苗等。,科赫的贡献： （1）具体证实了炭疽病菌是炭疽病的病原菌； （2）发现了肺结核病的病原菌，这是当时死亡率极高的传染病，因此获得了诺贝尔奖； （3）提出了证明某种微生物是否为某种疾病病原体的基本原则柯赫法则； （4）建立了微生物操作技术基础。,柯赫规则图示,柯赫规则： 1、 在每一相同病例中都出现这种微生物； 2 、要从寄主分离出这样的微生物并在培养基中培养出来； 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。该法则也适用于其他病原微生物，
10、如病毒等。,微生物学基本操作技术方面的贡献,a）细菌纯培养方法的建立 土豆切面 营养明胶 营养琼脂（平皿） b）设计了各种培养基，实现了在实验室内对各种微生物的纯培养 c）流动蒸汽灭菌 d）染色观察和显微摄影,与此同时期，其他微生物学者，也在微生物学的理论和技术上作出了贡献。如细菌染色技术的改进（苯胺染料）；显微镜技术的改进（油浸物镜）；固体培养基的发明（细菌分离）等。陆续发现了数十种主要人、畜传染病病原菌；发现了病毒；研究了机体免疫现象等，极大地丰富了微生物学的内容。奠基期的主要特点： （1）微生物学开始创建； （2）创立了一整套独特的微生物学基本研究方法，相继解决 了认识微生物世界的第二三
11、四个障碍； （3）建立了许多分支学科，如细菌学、病毒学、真菌学、 酿造学、免 疫学、土壤微生物学、外科消毒术等； （4）进入寻找人类和动物病原菌的黄金时期。,1953 Watson和Crick 提出DNA双螺旋结构；,19701972 Arber等人发现并提纯了DNA限制性内切酶；,1977 Woese提出古生菌是不同于细菌和真核生物的特殊类群；,19821983 Prusiner发现朊病毒(prion)；,19831984 Mullis 建立PCR技术；,1995 第一个独立生活的细菌(流感嗜血杆菌)全基团组序列测定完成；,1996 第一个自养生活的古生菌基因组测定完成；,1997 第一个真
12、核生物(啤酒酵母)基因组测序完成；,20世纪40年代后，微生物自身的特点使其成为生物学 研究的“明星”，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，获得了迅速的发展，在生命科 学的发展中作出了巨大的贡献。,4. 20世纪的微生物学,人类基因组计划,1990年，被誉为生命“登月计划”的国际人类基因组计划正式启动，美、日、德、法、英等国科学家共同参与了这项史无前例的巨大工程。1999年，中国科学家也加入了这个绘制人类生命蓝图的计划。2000年6月26日，美国总统克林顿与英国首相布莱尔通过卫星传送联合宣布：经过10年的努力并付出数十亿美元的代价后，人类有史以来第一个基因组草图终
13、于完成了。,对完全理解人体基因系统而言，绘制出基因草图只是第一步，相当于马拉松只跑出了1公里。有了基因图，好比有了波音777飞机的全部零件目录，可还不知道怎样装配这些零件，也不知道怎么让飞机飞起来。完整的基因图谱就象这种这种情形。研究人员可能需要几十年时间才能破译这些基因组。 后基因组时代,五、微生物学及其分科,微生物学(microbiology)：是生命科学的一个重要分支，是研究微生物的类型、分布、形态、结构、代谢、生长繁殖、遗传、进化，以及与人类、动物、植物等相互关系的一门科学。1、20世纪的微生物学 20世纪40年代后，微生物自身的特点使其成为生物学研究的“明星”，微生物学很快与生物学主
14、流汇合，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献。 微生物学与生物学发展的主流汇合、交叉，获得了全面、深入的发展,微生物学的主要分支学科,2、我国微生物学的发展,汤飞凡：沙眼病原体的分离和确证 陈华癸：根瘤菌固氮作用的研究 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,3. 21世纪微生物学展望,微生物基因组学研究将全面展开,微生物学与其他学科的广泛交叉，将开辟新的研究和应用领域。,欣欣向荣的微生物产业，将为人类的健康和世界经济和社会的发
15、展做出更大的贡献。,六、微生物的五大共性,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,体积小，面积大,杆菌的平均长度：2 微米；1500个杆菌首尾相连= 一粒芝麻的长度；10-100亿个细菌加起来重量 = 1毫克面积/体积比：人 = 1，大肠杆菌 = 30万；这样大的比表面积特别有利于它们和周围环境进行物质、能量、信息的交换。微生物的其它很多属性都和这一特点密切相关。,吸收多，转化快,消耗自身重量2000倍食物的时间：大肠杆菌：1小时人 ：500年（按400斤/年计算） 一头500 kg的食用公牛，24小时生产 0.5 kg蛋白质,而同样重量的酵母菌，以质量
16、较次的糖液（如糖蜜）和氨水为原料，24小时可以生产 50000 kg优质蛋白质。,生长旺，繁殖快,大肠杆菌一个细胞重约10 12 克，平均20分钟繁殖一代 24小时后： 4722366500万亿个后代，重量达到：4722吨 48小时后：2.2 10 43个后代，重量达到2.2 10 25 吨相当于4000个地球的重量！,适应强，易变异,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113 ；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：pH 0.5 13； 耐渗透压：蜜饯
17、、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；,变异易：,个体小、结构简、且多与外界环境直接接触繁殖快、 数量多,短时间内产生大量的变异后代,突变率：10-5 10-10,变异易：,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,细菌抗药性的产生：,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！,强酸、强碱、高热的极端环境；,数十公里的高空（最高为离地85公里，须用火箭采样）；,几千米的地下；,常年封冻的冰川；,从永冻冰层分离微生物,南极Vostok湖冰芯样品中的微生物,种类多：,微生物的生理代谢类型多；代谢产物种类多；微生物的种数“多”；,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， 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1%,
