农业微生物学绪论 课件.pptx

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1、农业微生物学,基 本 概 念,微生物学是研究微生物在一定条件下的形态、结构、生命活动和规律，研究微生物进化、分类以及与人类、动植物、自然界相互关系等问题的一门科学。（研究微生物生命活动规律的科学）农业微生物学微生物学的1个分支学科。 它研究与农业有关微生物的特性、生命活动规律及其作用过程的调控，从而促进农业生产发展。 （微生物与物质循环、土壤肥力转化、农作物病虫害微生物防治、环境保护.）,第一章绪 论,第一节 微生物学的研究对象、 作用和分科第二节 微生物学的发展,是一群个体微小、结构简单，肉眼不能直接看到，必须借助光学显微镜或电子显微镜放大几百、几千甚至几万倍才能看到的微小生物,1、什么是微

2、生物：微生物（microorganism,microbe）是一切肉眼看不见或看不清楚的微小生物的总称。,微生物是一个庞杂的大家族。它包括：不具细胞结构的病毒、单细胞的立克次氏体、细菌、放线菌；属于真菌的霉菌和酵母菌、单细胞藻类、原生动物等；衣原体、支原体、病毒、类病毒、朊病毒等也属于微生物 。,第一节 微生物学的研究对象、作用和分科,一、微生物学的研究对象,第一节 微生物学的研究对象、 作用和分科,2、微生物特点（）,（1）个体微小：微生物的个体极其微小，要测量它们，必须用um或nm作单位。如一个典型的球菌体积仅为um3，小的细菌甚至比大的病毒还要小一些；又如植物双粒病毒，直径仅有18-20n

3、m。以um或nm （0.1mm）微生物的个体（细胞、病毒）虽看不见 （2）结构简单：它们的结构也是非常简单的，大多数微生物为单细胞，只有少数为简单的多细胞，有的甚至是分子生物。如马铃薯纺锤形块茎病毒（PSTV）仅是由359个核苷酸组成的单链环状RNA，长度为50nm；朊病毒仅由蛋白质分子组成。,但是由无数个体组成的群体（菌落或菌苔），也有部分微生物在生活史中的某个阶段能形成比较大型的组织（子实体、菌核）却是可见的。,第一节 微生物学的研究对象、作用和分科,一、微生物学的研究对象,第一节 微生物学的研究对象、作用和分科,（3）代谢旺盛，繁殖快速：生物界中，微生物具有惊人的生长繁殖速度，其中二等分

4、裂的细菌尤为突出。人们研究得最透彻的微生物是E. coli，其细胞在合适的生长条件下，每分裂一次的时间是12.5-20.0 min。如按每20min繁殖一代，则每小时分裂3次，24小时可繁殖72代，一个细胞可繁殖达到4.7221024个。如：大肠杆菌18分，乳酸菌38分 当然，由于条件的限制，细菌的指数分裂速度只能维持数小时，而在液体培养基中，细菌细胞的浓度一般仅能达到108-109个/ml。 微生物的这一特性在发酵工业上体现在：生产效率高、发酵周期短。 生物学基本理论的研究上的优越性：科研周期大大缩短、经费减少、效率提高。 由于细菌比植物繁殖快500倍，比动物快2000倍，这对于危害人、畜和

5、植物等的病原微生物或使物品发霉的微生物来说，它们的这个特性就会给人类带来极大的麻烦甚至严重的祸害，因而需要认真对待。,第一节 微生物学的研究对象、作用和分科,一、微生物学的研究对象,第一节 微生物学的研究对象、作用和分科,微生物是无处不有无处不在，在生物圈的每一个角落都有微生物踪迹。如：人体体腔（100-400种，总数约为100万亿），其中数量最多的是（脆弱拟杆菌）。海底（硫细菌，100，140个大气压）、火山口、盐湖、北极、高空、土壤深层等到处都有微生物的存在；由于微生物的发现比较迟，加上鉴定微生物种的工作以及划分种的标准等问题较复杂，所以目前确定微生物种数只有10万多种。随着分离、培养方法

6、的改进和研究工作的进一步的深入，将会有更多的微生物被发现。微生物复杂的生物多样性形成了代谢的多样性，从而为人类提供了丰富的资源。,(4)种类繁多，分布广泛,第一节 微生物学的研究对象、作用和分科,一、微生物学的研究对象,一、微生物学的研究对象,有高等生物的地方有 没有高等生物的地方也有土壤,微生物的大本营（几亿，几十亿/克）,第一节 微生物学的研究对象、作用和分科,（5）适应性强、容易变异： 微生物对环境条件特别是“极端环境”具有惊人的和极其灵活的适应性，这是高等动植物无法比拟的，诸如抗热性、抗寒性、抗盐性、抗酸性、抗压力等能力。例如：在海洋深处的某些硫细菌可在250-300之间生长；嗜盐细菌

7、可在饱和盐水中正常生长繁殖；氧化硫杆菌 在PH0.5-2.0（5-10%的硫酸）的酸性环境中生长；脱氮硫杆菌生长的最高PH为10.7；有种未定名(Bacillus.sp.)的芽孢在琥珀内蜜蜂肠道中已保存了2500万年-4000万年。以青霉素的产量变异为例，1943年每毫升青霉素发酵液中该菌只分泌约20单位的青霉素，通过遗传育种和菌种人员的努力，青霉素的发酵水平已超过5-10万单位/ml。,第一节 微生物学的研究对象、作用和分科,一、微生物学的研究对象,第一节 微生物学的研究对象、作用和分科,（6）吸收快，转化力强,科学家研究发现微生物吸收和转化物质的能力比动物、植物要高很多倍，如在合适的环境下

8、，Escherichia coli每小时内可消耗其自重2000倍的乳糖。Candidautilis(产朊假丝酵母)合成蛋白质的能力比大豆强100倍,比食用公牛强10万倍，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，人类对微生物的利用主要体现在它们的生物化学转化能力上。,第一节 微生物学的研究对象、作用和分科,一、微生物学的研究对象,三色农业,第一节 微生物学的研究对象、作用和分科,（7）杂居混生 ： 微生物在自然条件下都是杂居混生在一起的。,第一节 微生物学的研究对象、作用和分科,一、微生物学的研究对象,第一节

9、微生物学的研究对象、作用和分科,微生物的分类,一毒三菌四体,第一节 微生物学的研究对象、作用和分科,一、微生物学的研究对象,第一节 微生物学的研究对象、作用和分科,、,二、人类对微生物世界的认识过程,人类自远古以来就知道用微生物来进行农产品的加工，但却不知道有微生物的存在。 认识微生物较晚的原因： 人类对动植物的认识，可以追溯到人类的出现。可是，对数目庞大、分布广泛并始终包围在人体内外的微生物却长期缺乏认识，原因主要有以下四个方面： （1）个体微小 一般地说，人眼对于小于0.1mm的物体就看不清楚了，而微生物的大小多数是在几m至几十m范围内，因此就无法发现或辨认它们。,酿酒、制醋、腌咸菜、轮作

10、倒茬、堆肥。,第一节 微生物学的研究对象、作用和分科,一、微生物学的研究对象二、人类对微生物世界的认识过程,第一节 微生物学的研究对象、作用和分科,（2）外貌不显 微生物的个体（细胞）虽看不见，但是由无数个体组成的群体（菌落或菌苔）却是可见的。然而，各种微生物群体的外形往往平淡无奇、不甚显目，因此，对其作用就极易被人类忽略。（3）杂居混生 微生物在自然条件下都是杂居混生在一起的，因此，在发明对其中各纯种微生物可进行分离、培养的技术前，是无法知道各种微生物对自然界和人类的真正作用的。（4）因果难联 由于微生物具有生长繁殖速度快和代谢活力强等特点，因此，当人体或动植物体处在病原微生物感染的早期时，

11、一般并不引起人们的警觉。一旦事态突然严重时，对于一些没有较深刻的微生物学知识的人来说，也不会真正理解这竟然是微生物生命活动的结果，因此容易遭受损失。,第一节 微生物学的研究对象、作用和分科,一、微生物学的研究对象二、人类对微生物世界的认识过程,微生物学历史发展的早期，就是围绕着如何克服这四大障碍而开展各种研究工作的。,第一节 微生物学的研究对象、作用和分科,正是以上原因，使人们对微生物的认识长期处于无知的状态，对待微生物往往表现出“视而不见、嗅而不闻、触而不觉、食而不察、得其益而不感其好，受其害而不知其恶的愚昧状态。深受其害而不知其恶这可以从微生物给人类带来的几次灾难得到充分的说明。,第一节

12、微生物学的研究对象、作用和分科,一、微生物学的研究对象二、人类对微生物世界的认识过程,第一节 微生物学的研究对象、作用和分科,三、微生物的基本研究方法,1.显微镜技术光学显微镜的诞生，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。吕文虎克是第一个用显微镜来观察和描述微生物的。,第一节 微生物学的研究对象、作用和分科,一、微生物学的研究对象二、人类对微生物世界的认识过程三、微生物的基本研究方法,第一节 微生物学的研究对象、作用和分科,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。,2.无菌操作技术,而对灭菌技术的原理等作出科学解释的是巴斯德，他

13、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。,第一节 微生物学的研究对象、作用和分科,一、微生物学的研究对象二、人类对微生物世界的认识过程三、微生物的基本研究方法,第一节 微生物学的研究对象、作用和分科,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。,3.纯种分离技术,第一节 微生物

14、学的研究对象、作用和分科,一、微生物学的研究对象二、人类对微生物世界的认识过程三、微生物的基本研究方法,第一节 微生物学的研究对象、作用和分科,如果想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。,4.纯种培养技术,第一节 微生物学的研究对象、作用和分科,一、微生物学的研究对象二、人类对微生物世界的认识过程三、微生物

15、的基本研究方法,第一节 微生物学的研究对象、作用和分科,第二节 微生物学的发展,一、微生物学的发展简史,1.史前期 （直观应用时期） 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、酿酒技术著称。 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、压青、轮作、治病）。,第二节 微生物学的发展,一、微生物学的发展简史,一、微生物学的发展简史,2.初创期（启蒙时代）,时 间：16761861开创者：吕文虎克（Leeuwenhoek )当时他为布店的学徒工，对制造高倍

16、扩大镜特别感兴趣 。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。 为微生物的存在提供了有力的证据，对以后微生物的研究创造了条件。,第二节 微生物学的发展,一、微生物学的发展简史,第二节 微生物学的发展,吕文虎克（1632-1723) 荷兰人，他是第一个观察、描述细菌和原生动物的人，是微生物学的先驱。 他一生制作了419架显微镜和放大镜，放大率最高的达到300倍。他根据用简单显微镜所看到的微生物而绘制的图象，今天看来依然是正确的。 他没有上过大学，是一个只会荷兰语的小商人，但却在1680年被选为英国皇家学会的会员。,微生物学史上的代表人物-1,第二节 微生物学的发展,一

17、、微生物学的发展简史,第二节 微生物学的发展,17世纪荷兰人,扩大镜,布店学徒,高倍扩大镜,磨制镜片,现代油镜,400架显微镜,兴趣,一生,观察,雨水、污水、血液酒精,300倍,发现,各种微小生物,微动体,称为,世界上第一个看到微生物的人：吕文虎克Anthony van Leeuwenhoek,微生物学先驱者,第二节 微生物学的发展,一、微生物学的发展简史,第二节 微生物学的发展,1676年，荷兰，列文虎克，单式显微镜（复制品）,第二节 微生物学的发展,一、微生物学的发展简史,第二节 微生物学的发展,吕文虎克向英国皇家学会的信中对细菌形态的描绘:A、C、F、Q： 杆 菌E： 球 菌H： 球菌的

18、聚集体,1、发现了微生物世界2、科学的描述了微生物的形态并阐述了他们的繁茂性。,时 间：18611897开创者：巴斯德 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。,3.奠基期（生理学发展时期）,第二节 微生物学的发展,一、微生物学的发展简史,第二节 微生物学的发展,微生物学史上的代表人物-2,巴斯德（1822-1895） 法国化学家，后来转向微生物研究领域，是微生物学的奠基人；,第二节 微生物学的发展,一、微生物学

19、的发展简史,第二节 微生物学的发展,、巴斯德与自然发生说,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,第二节 微生物学的发展,法国，化学家，路易斯 巴斯德,一、微生物学的发展简史,第二节 微生物学的发展,第一个实验,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,第二节 微生物学的发展,？,一、微生物学的发展简史,第二节 微生物学的发展,巴斯德反驳自然发生说的三个实验,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,第二节 微生物学的发展,一、微生物学的发展简史,第二节 微生物学的发展,第二个实验,巴斯德反驳自然

20、发生说的三个实验,第二节 微生物学的发展,一、微生物学的发展简史,第二节 微生物学的发展,第三个实验,巴斯德（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”）,（1）发现并证实发酵是由微生物引起的 证实了酵母菌引起酒精发酵，并且发现乳酸发酵、醋酸发酵、丁酸发酵都是由不同细菌引起的。（2）彻底否定了“自然发生”学说 证实了微生物的活动，提出了生命的胚种学说，彻底否定了微生物自然发生学说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。（3）免疫学预防接种完善了预防种痘法，防天花，霍乱，狂犬病。首次制成狂犬疫苗。,巴斯德消毒法：6065作短时间加热处理，杀死

21、有害微生物。,第二节 微生物学的发展,一、微生物学的发展简史,第二节 微生物学的发展,科赫（1843-1910）德国医生和细菌学家，是细菌学的奠基人。被称为“世界传染病消防队队长”。,微生物学史上的代表人物-3,1、科赫与疾病的病菌说,德国，乡村医生，科赫,第二节 微生物学的发展,一、微生物学的发展简史,第二节 微生物学的发展,科赫的有关实验病原菌的发现,炭疽病炭疽芽孢杆菌,科赫法则(证明某微生物是某疾病病原菌的四项要求)1、在患病动物中存在可疑病原有机体，而健康动物中没有；2、可疑有机体在纯培养中生长；3、纯培养中的可疑有机体细胞，能引起健康动物发病；4、可疑有机体被再次分离，并且和最初分离

22、的有机体一样；,第二节 微生物学的发展,一、微生物学的发展简史,第二节 微生物学的发展,柯赫的主要贡献：,（1）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 他们把早年在马铃薯块上的固体培养技术改进为明矾平板培养技术（1881），并进而提高到琼脂平板技术（1882）。 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培养 c）流动蒸汽灭菌 d）染色观察和显微摄影 在1881年前后，科赫及其助手们还创立了许多显微镜技术，包括细菌鞭毛染色在内的许多染色方法悬滴培养法以及显微镜摄影技术。,一、微生物学的发展简史,第二节 微生物学的发展,（2）对病原细

23、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； 利用平板分离方法寻找并分离到多种传染病的病原菌，例如，炭疽病菌（1877）、结核杆菌（1882），链球菌（1882）和霍乱弧菌（1883）等。b）发现了肺结核病的病原菌；（1905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则著名的柯赫定理： 病原微生物总是在患传染病的动物中发现而不存在于健康个体中，这一微生物可以离开动物体，并被培养为纯种培养物；这种纯种培养物接种到敏感动物体后，应当出现特有的病症；该微生物可以从患病的实验动物中重新分离出来，并可在实验室中再次培养，此后它仍然应该与原始病原微生物相同。,一、

24、微生物学的发展简史,第二节 微生物学的发展,时 间：18971953开创者：Buchner（布赫纳）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。,4.发展期,一、微生物学的发展简史,第二节 微生物学的发展,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

25、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。,5.成熟期,一、微生物学的发展简史,第二节 微生物学的发展,沃森Watson （1928）美国分子生物学家。1950年获博士学位，1951-1953年到英国剑桥大学进修，在进修期间，和英国分子生物学家克里克合作，提出了DNA双螺旋结构学说。,微生物学史上的代表人物-4,一、微生物学的发展简史,第二节 微生物学的发展,克里克Crick（1916）是英国的分子生物学家。主要成就：1.提出了著名的DNA双螺旋学说2. 提出了中心法则和摆动假说。,微生物学史上的代表人物-5,一、微生物学的发展简史,第二节 微生物

26、学的发展,微生物学的发展史,一、微生物学的发展简史,第二节 微生物学的发展,二、微生物学及其分科,微生物学是在细胞、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、生态分布和分类进化等生命活动基本规律，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，其基本任务是发掘、利用和改善有益微生物，控制、消灭或改造有害微生物。微生物学有许多学科，也有许多分法，（领域、对象、手段)。,第二节 微生物学的发展,一、微生物学的发展简史,第二节 微生物学的发展,（一）按研究微生物的基本生命活动规律为目的来分,第二节 微生物学的发展,一、微生物学的发展简史二、 微生物学及其分科,第二节 微生物学的

27、发展,（二）按微生物的应用领域来分,第二节 微生物学的发展,一、微生物学的发展简史二、 微生物学及其分科,第二节 微生物学的发展,(三）按所研究的微生物的对象来分,第二节 微生物学的发展,一、微生物学的发展简史二、 微生物学及其分科,第二节 微生物学的发展,（四）按微生物所在的生态环境来分,第二节 微生物学的发展,一、微生物学的发展简史二、 微生物学及其分科,第二节 微生物学的发展,（五）按微生物学与其他学科间的交叉情况来分,第二节 微生物学的发展,一、微生物学的发展简史二、 微生物学及其分科,第二节 微生物学的发展,（六）按实验技术操作来分,实验微生物学,第二节 微生物学的发展,一、微生物学

28、的发展简史二、 微生物学及其分科,第二节 微生物学的发展,各分支学科相互交叉，互相配合，互相促进，有利于整个微生物学全面深入的发展。,重 点,了解微生物的概念，特点，以及在自然界物质代谢中的作用，了解微生物学不同发展时期及其代表人物、事例与人类的关系。,复习思考题,1、什么是微生物，它包括那些类群？2、微生物被分成哪几类3、微生物的基本研究方法有哪几种？4、人类迟至19世纪才真正认识微生物，其中主要克服了哪些重大障碍？5 、微生物发展史上有突出贡献的代表人物 有哪些？ 6、试述吕文虎克在微生物学发展中的贡献。7、为什么说巴斯德是微生物学的真正奠基人？8、微生物学发展史可分几个时期，简述微生物学发展史几个时期的特点和代表人物。,