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微生物学课件,绪 论,授课人：张久明,本章内容,绪 论,微生物及其特点,1,2,微生物学及其发展简史,3,4,微生物学研究的重要意义,研究微生物学的基本方法,绪 论,微生物及其特点,1.1 什么是微生物（Microorganism）,微生物是一切肉眼看不清或看不见微小生物的总称,1,微生物分类,有细胞结构的微生物,非细胞结构微生物,原核微生物（原核细胞构成）,真核微生物（真核细胞构成）,真菌显微藻类原生动物,细菌,放线菌,蓝细菌,支原体、衣原体、立克次氏体,绪 论,1.2 微生物的特点五大共性,微生物及其特点,2,3,4,5,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,1,体积小，面积大,绪 论,常见微生物大小,细胞结构微生物多为微米级别，非细胞结构生物体为纳米级别,比面=面积/体积,乳酸杆菌 120,000豌豆 6.0鸡蛋 1.5体重200磅的人 0.3,体积小，面积大,众所周知，任何物体被分割得越细，其单位体积中物体所占的表面积就越大,最基本的共性,绪 论,吸收多，转化快,Candidautilis （产朊假丝酵母）合成蛋白质的能力比大豆强100倍，比公牛强10万倍,例如,有资料表明，发酵乳糖的 Escherichia coli.在1小时内可分解其自重100010000倍的乳糖,微生物的这个特性为它们的高速生长繁殖和产生大量代谢产物提供了充分的物质基础，从而使微生物有可能更好地发挥“活的化工厂”的作用。,绪 论,2,生长旺，繁殖快,24h： 4722366500万亿个后代，重量达到：4722吨48h：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！,大肠杆菌一个细胞重约10 12 克，平均20分钟繁殖一代,绪 论,理论上而已，实际上还受到培养环境的限制,3,生长旺，繁殖快,绪 论,3,适应强，易变异,微生物对环境条件尤其是恶劣的“极端环境”所具有的惊人适应力，堪称生物界之最。例如在海洋深处的某些硫细菌可在250 甚至在300 的高温条件下正常生长；大多数细菌能耐0 -196 （液态氮）的任何低温，甚至在-253 （液态氢）下仍能保持生命；一些嗜盐菌甚至能在32%的饱和盐水中正常生活； 许多微生物尤其是产芽孢的细菌可在干燥条件下保藏几十年、几百年甚至上千年。,绪 论,4,适应强，易变异,微生物的个体一般都是单倍体，加之它具有繁殖快、数量多以及与外界环境直接接触等原因，虽然微生物的变异频率仅为(10-6-10-9)，也可在短时间内产生大量变异的后代。,在微生物育种中利用变异这一特性可获得高产菌株。,1,2,在医疗实践中，致病菌容易对抗生素产生抗药性变异,绪 论,4,细菌抗药性的产生：,图片来自食品图库,分布广，种类多,物种多样性生理代谢类型的多样性代谢产物的多样性遗传基因的多样性 生态类型的多样性,从85公里高空到 地层下128米沉积岩，到万米深海中都发现有微生物存在。,绪 论,5,从永冻冰层分离微生物,分布广，种类多,绪 论,5,南极冰芯样品中的微生物,分布广，种类多,绪 论,5,绪 论,微生物学及其发展简史,微生物学（Microbiology）是研究微生物生命活动规律的学科。,感性认识阶段,形态描述阶段,生理水平研究,生化水平研究,分子水平研究,2,绪 论,史前期,史前期是指人类还未见到微生物个体尤其是细菌细胞前的一段漫长的历史时期，大约在距今8000年1676年间。,开创者：各国劳动人民，其中尤以我国的制曲、酿酒技术蓍称,特点：未见细菌等微生物个体；凭实践经验利用微生物的有益活动（酿酒、制酱、酿醋、沤肥、轮作、治病）。,绪 论,史前期,我国8000年前就开始出现了曲蘖酿酒；4000年前埃及人已学会烘制面包和酿制果酒；2500年前发明酿酱、醋，用曲治消化道疾病；公元六世纪(北魏时期)贾思勰的巨著“齐民要术”；公元2世纪，张仲景禁食病死兽类的肉和不清洁食物公元前112年-212年间，华佗割腐肉以防传染；公元九世纪痘浆法、痘衣法预防天花；16世纪古罗巴医生G.Fracastoro：疾病是由肉眼看不见的生物(living creatures)引起的；1641年，明末医生吴又可也提出“戾气”学说；,绪 论,我国古代的酿酒作坊（四川新都县出土的汉代画像）,史前期,绪 论,初创期,时 间：16761861开创者：列文虎克（Leeuwenhoek )特 点：自制的单式显微镜观察到细菌的个体；对一些微生物形态进行描述。,安东列文虎克（Antony ven Leeuwenhoek, 16321723）在1680年前后发现了自然界中存在的细菌、酵母菌、原生动物等微小生物。,初创期,绪 论,绪 论,奠基期,时 间：18611897开创者：Pasteur和Koch特 点：建立了一系列研究微生物所必要的独特方法借助于良好的研究方法，开创了寻找病原微生物的“黄金时期”；把微生物的研究从形态描述推进到生理学研究的新水平；微生物学以独立的学科形式开始形成。,绪 论,奠基期,法国化学家、微生物学家路易巴斯德（Louis Pasteur，18221895）,彻底否定了自然发生说,证实发酵由微生物引起,免疫学预防接种,发明巴氏消毒法,巴斯德的功绩,曲颈瓶实验,巴斯德发现免疫现象,绪 论,奠基期,德国科学家柯赫（Robert Koch，18431910）发明了固体培养基，提出了纯培养的概念和方法创造了细菌染色的方法发现了许多病原菌，并且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 著名的柯赫法则,绪 论,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。,奠基期,发展期,时 间：18971953开创者：Buchner特 点：进入微生物生化水平的研究；应用微生物的分支学科更为扩大，出现了抗生素等学科；开始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。,绪 论,绪 论,Sir Alexander Fleming discovered the antibiotic penicillin. He had the insight to recognize the significance of the inhibition of bacterial growth in the vicinity of a fungal contaminant when most other scientists probably would have simply discarded the contaminated plates.,Alexander Fleming (1881-1955),发展期,绪 论,时 间：1953至今开创者： Watson 和Crick特 点：微生物学从一门在生命科学中较为孤立 的以应用为主的学科，成为一门十分热 门的前沿基础学科；在基础学理论的研究方面，逐步进入到 分子水平的研究，微生物迅速成为分子 生物学研究中的最主要的对象；在应用研究方面，向着更自觉、更有效 和可人控制的方向发展。,成熟期,微生物学研究的重要意义,3.1微生物与食品,3.2微生物与能源,3.3微生物与资源,3.4微生物与环境保护,3.5微生物与人类健康,绪 论,3,绪 论,微生物学研究的重要意义,3.1微生物与食品粮食生产是全人类生存中至关重要的大事。微生物在提高土壤肥力、改进作物特性（如构建固氮植物）、促进粮食增产、防治粮食作物的病虫害、防止粮食霉腐变质以及把多余粮食转化为糖、单细胞蛋白、各种饮料和调味品等方面，都可大显身手。,3,微生物发酵生产柠檬酸,微生物发酵生产乳酸,3.2微生物与能源把自然界蕴藏量极其丰富的纤维素转化成乙醇；利用产甲烷菌把自然界蕴藏量最丰富的可再生资源转化成甲烷；利用光合细菌、蓝细菌或厌氧梭菌等微生物生产“清洁能源”-氢气；通过微生物发酵产气或其代谢产物来提高石油采收率；研制微生物电池使之实用化。,微生物学研究的重要意义,绪 论,3.3微生物与资源 微生物能将地球上永无枯竭的纤维素等可再生资源转化成各种化工、轻工和制药等工业原料。传统的：乙醇、丙醇、丁醇、乙酸、甘油、乳酸、苹果酸等；现代的：水杨酸、乌头酸、丙烯酸、已二酸、丙烯酸、长链脂肪酸、亚麻酸油和聚羟基丁酸酯（PHB）等；另外：微生物在金属矿藏资源的开发和利用上也有独特的作用。,微生物学研究的重要意义,绪 论,3.4微生物与环境保护利用微生物肥料、微生物杀虫剂或农用抗生素来取代会造成环境恶化的各种化学肥料或化学农药；利用微生物生产的PHB（聚羟基丁酸酯）制造易降解的医用塑料制品以减少环境污染；利用微生物来净化生活污水和有毒工业污水；利用微生物技术来监察环境的污染度，如用艾姆氏法检测环境中的“三致”物质；,微生物学研究的重要意义,绪 论,分解者微生物,消费者动物,环境土壤、空气、水,生产者植物（包括部分微生物）,微生物在生态系统中的地位：,分解者，部分生产者,利用微生物进行污水处理,微生物学研究的重要意义,3.5微生物与人类健康 很多人类的疾病（如非典型肺炎(SARS），爱滋病，流感，伤寒,甲型H1N1流感病毒等）均有微生物引起；防治这类疾病的主要手段又是各种微生物产生的药物：抗生素、干扰素和白细胞介素等高效药物纷纷转向由“工程菌”来生产。,微生物学研究的重要意义,绪 论,4.1显微镜技术,4.2无菌技术,4.3纯种分离技术,4.4纯种培养技术,研究微生物学的基本方法,绪 论,4,绪 论,光学显微镜的诞生，它将肉眼的分辨率提高到微米级水平，而电子显微镜的出现使人眼分辨达到纳米水平。列文虎克是第一个用显微镜来观察和描述微生物的。,4.1显微镜技术,研究微生物学的基本方法,绪 论,研究微生物学的基本方法,绪 论,电子显微镜,研究微生物学的基本方法,绪 论,4.2无菌技术 无菌技术是在分离、转接及培养纯培养物时防止其被其他微生物污染的技术。而对灭菌技术的原理等作出科学解释的是巴斯德，他所进行的举世闻名的曲颈瓶实验，不仅彻底否定了当时十分流行的“生命自然发生学说”，而且为微生物学中的无菌技术的创立和发展奠定了理论和实践基础。,研究微生物学的基本方法,无菌操作,将菌种从试管转接至平板,无菌操作工作台,水平流超净工作台,垂直流超净工作台,绪 论,绪 论,纯种分离技术是人类揭开微生物世界奥秘的重要手段。要揭开在自然条件下处于杂居混生状态的某一微生物的特点，以及它们对人类是有益还是有害，就必须采用在无菌技术基础上的纯种分离方法。早期对微生物群体进行单个纯化分离者是李斯特。但真正取得突破的是柯赫发明的培养皿琼脂平板技术。,4.3纯种分离技术,研究微生物学的基本方法,绪 论,研究微生物学的基本方法,绪 论,4.4纯种培养技术 微生物纯种培养技术在科学实验和生产实践中有着极其重大的理论与实践意义。若为微生物提供一个初级培养的实验方法并不复杂，但要使微生物在大规模生产中良好地生长或累积代谢产物，就得考虑一些最为合理的培养装置和有效的工艺条件，并且还要在整个微生物的发酵过程中严防其他微生物的干扰，即防止杂菌污染。发酵罐的发明及大规模地普及使用，它为生物工程学开辟了崭新的前景。同时微生物发酵工业也已成为国民经济的重要支柱之一。,研究微生物学的基本方法,摇瓶发酵,10L种子罐培养,100L发酵罐全景 100L发酵罐培养,绪 论,参考书目,中国科学院武汉病毒研究所 网址:http:/ 网址:http:/ 中国微生物潜在资源信息数据库 网址:http:/ 微生物菌种数据库 网址:http:/ 网址:http:/ 网址:http:/,微生物学部分网站,绪 论,思考题,1、什么是微生物？这是分类学上的概念么？2、微生物的五大共性是什么？最基本的是哪一条？3、对于微生物实验，有那些是最基本的操作技术？,Thank You,图片来自网络以及本人实验室,