微生物學

Microbiology主講張曉偉許昌學院食品工程專業

微生物學是生命科學中應用性很強的重要基礎學科之一，其知識面覆蓋微觀世界和宏觀世界兩方面，內容涉及微生物的形態結構、生理生化、遺傳變異、生態分布、傳染與免疫、分類與鑒定等方面。目的：使大家掌握有關微生物的基本理論和知識，熟練掌握有關微生物的基本操作技術，能夠分析和解決有關的實際問題。課程說明章節講課內容學時第一章緒論2第二章

微生物的純培養和顯微技術

2第三章原核微生物8第四章真核微生物8第五章病毒6第六章微生物的營養4第七章微生物的新陳代謝4第八章微生物的生長6第九章微生物的遺傳變異8第十章微生物的生態自學第十一章傳染與免疫自學第十二章微生物的分類自學理論課學時分配（48學時）成績考核：總成績=平時成績（30%）+筆試成績（70%）平時成績：作業、考勤微生物課的要求：有事要請假（輔導員批的請假條）提前5分鐘到教室，遲到10分鐘視為曠課作業要按時交教學目標與要求：1、掌握“微生物”與“微生物學”的概念2、了解微生物學的發展史3、了解微生物與人類關系及微生物學的發展趨勢4、掌握微生物的五大共性及之間的關系5、掌握巴斯德、柯赫的貢獻，柯赫定理

重點、難點

要求掌握微生物學發展歷史中幾位重要的奠基人物及其對微生物學的主要貢獻；微生物的幾大共性特征 第一章緒論

一、微生物及其特點二、微生物學及微生物學的發展歷程三、微生物與人類的關系四、微生物學在生命科學發展中的重要作用五、21世紀微生物學展望

一、微生物與微生物學

1、什么是微生物

2、微生物所包括的類群

3、微生物的特點

微生物（Microorganism）是對所有肉眼看不見或看不清楚“形體微小、結構簡單、進化低等，只能借助光學顯微鏡或電子顯微鏡才能看清楚個體形態的所有生物的總稱1、什么是微生物（microorganism,microbe)

請結合實際談談微生物與人類的關系。2、微生物類群

微生物非細胞生物原核生物真核生物病毒（Virus)亞病毒因子(Subvirusfactor)細菌（真細菌、古生菌）放線菌藍細菌支原體立克次氏體衣原體真菌(Fungi)顯微藻類（algae)原生動物(Protozoan)3、微生物的主要特征

（1）與其它生物共存的基本屬性：

生長、繁殖、代謝、共用一套遺傳密碼、其基因組上含有與其他高等生物同源的基因等。這些反應了“生物高度統一性、同一性”

（2）微生物特有的屬性1.體積小，面積大2.吸收多，轉化快3.生長旺，繁殖快4.適應強、易變異5.分布廣，種類多（1）體積小，面積大桿菌長度：2um1500個桿菌一個芝麻粒長10-100億個桿菌1mg比表面積人1大腸桿菌30萬由此產生了其他四個共性：（2）吸收多，轉化快Lac發酵細菌1小時分解自身重103-104倍的Lac 產朊假絲酵母合成蛋白質的能力是大豆的100倍，比食用牛強10萬倍。微生物細胞被譽為“最高效化學轉化機器”。活的化學工廠

（3）生長旺、繁殖快代時E.coli12.5-20分Bacillussubtilis31分Saccharomycescerevisiae120分光合細菌144分小球菌7hr草履蟲10.4hr

4.適應強、易變異微生物有極其靈活的適應性，這是高等動生物無法比擬的，特別是在一些極端環境諸如高溫、高酸、高鹽、高輻射、高壓等調節下有驚人適應能力（5）分布廣，種類多無處不有、無時不在人腸道：100－400種100萬億以上3－8厘米深度1克典型花園土壤中：細菌9.75X106

個放線菌2.08X106

個真菌1.19X105個藻類9.75X104

個 二、微生物學及其發展歷程

1.微生物學Microbiology：是一門在分子、細胞或群體水平上研究微生物在一定條件下的形態結構、生理生化、遺傳變異以及微生物的進化、分類、生態等生命活動規律、技術方法及其應用的一門學科。其根本任務是：發掘、利用、改善、保護有益微生物控制、消滅或改造有害微生物最終為人類社會的進步服務

2.微生物學的發展簡史微生物及微生物學的發展歷程是一個漫長的過程的原因：個體微小外貌不顯雜居混生因果難聯（1）史前期8000年前——1676年開創者：各國勞動人民特點：未見也未知細菌等微生物個體，但能利用微生物的有益活動進行生產實踐（2）初創期時間：1676－－1861開創者：列文虎克（Leeuwenhoek)特點：自制的單式顯微鏡觀察到細菌的個體；對某些微生物形態進行了描述。（3）奠基期時間：1861－－1897開創者：Pasteur和Koch特點：①建立了一系列研究微生物所必要的獨特方法；②開創了尋找病原微生物的“黃金時期”；③把微生物的研究從形態描述推進到生理學研究的新水平；④微生物學以獨立的學科形式開始形成。法國人巴斯德（LouisPasteur）（1822～1895）德國人柯赫（RobertKoch）（1843～1910）（4）發展期時間：1897－－1953開創者：Buchner特點：①進入微生物生化水平的研究；②應用微生物的分支學科更為擴大；③開始尋找各種有益微生物代謝產物；④普通微生物學開始形成；

⑤青霉素的發現推動了微生物工業化培養技術的猛進

時間：1953－－至今開創者：Watson和Crick特點：①微生物學從一門在生命科學中較為孤立的以應用為主的學科，成為一門十分熱門的前沿基礎學科；②在基礎學理論的研究方面，逐步進入到分子水平的研究，微生物迅速成為分子生物學研究中的最主要的對象；③在應用研究方面，向著更自覺、更高效和可人為控制的方向發展。（5）成熟期理論—深入到分子生物學水平實踐—深入到生物工程水平3.微生物學的奠基人及其貢獻1）巴斯德（LouisPasteur）（1822～1895法國）；化學家有機物對映異構貢獻： (1)用曲頸瓶試驗否定了“自然發生”說 有機溶液腐敗原因的爭論：外源微生物侵入說微生物自然發生說結論：“微生物天然存在，不能自然發生”“腐敗是空氣中微生物侵入的結果” (2)微生物發酵生理學創始人

Glc 無O2

乙醇爭論的本質：化學家純化學反應； 生物學家與生物有關。巴斯德研究證明：Glc無O2轉變成乙醇總伴隨酵母菌生長發育“酒病”Glc無O2生成乳酸總伴隨污染乳酸菌結論：“一切發酵過程都是微生物作用的結果” “發酵是沒有空氣的生命活動” (3)免疫學－－預防接種雞霍亂弧菌減毒雞霍亂菌苗雞預防接種狂犬病毒減毒狂犬疫苗犬預防接種 (4)其他貢獻巴斯德消毒法：60～65℃作短時間加熱處理，殺死有害微生物2）柯赫（RobertKoch）（1843～1910德國人）

(1)微生物基本操作技術方面的貢獻

a）細菌純培養方法的建立土豆切面→營養明膠→營養瓊脂（平皿）b）涉及多種培養基、實現室內培養；C）建立細菌染色、顯微觀察技術 （2）為病原細菌的研究作出了突出貢獻：a）具體證實了炭疽桿菌是炭疽病的病原菌（1877）；b）發現分枝桿菌是肺結核的病原菌（獲1905年諾貝爾獎）

c）建立了確定病原菌的柯赫法則

柯赫法則1、在每一相同病例中都出現某種微生物；2、能從寄主分離出這樣的微生物并在培養基中培養出來；3、用這種微生物的純培養物接種健康而敏感的寄主，同樣的疾病會重復發生；4、從試驗發病的寄主中能再度分離培養出這種微生物來。柯赫法則4.微生物學發展史上的重大事件1546Fracastoro提出不可見到的生物引起疾病1676Leeuwenhoek發現了“animalcules”1765-1776Spallanzani

反駁自然發生說1786Muller提出了第一個細菌分類1798Jenner介紹了牛痘疫苗1838－1839Schwann&Schleiden

提出了細胞理論1857

Pasteur證明了乳酸發酵是由微生物引起的1861

Pasteur用曲頸瓶實驗證明微生物非自然發生，推翻了爭論以久的“自生說”1864

Pasteur建立了巴氏消毒法1867—1869Lister創立了消毒外科，并首次成功的進行了石炭酸消毒實驗

Miescher

發現核酸1876—1877Koch證明了炭疽病由炭疽桿菌引起1881

Koch等首創用明膠固體培養基分離細菌，巴斯德制備了炭疽菌苗1882

Koch發現結核桿菌(Mycobacteriumtuberculosis)1883

Koch首次發表Koch氏法則。Metchnikoff闡述了吞噬作用。建立高壓蒸汽滅菌和革蘭氏染色法1884

Pasteur研究狂犬病疫苗成功，開創了免疫學1887

RichardPetri發明了雙層培養皿1889Winogradsky發現硫循環和硝化細菌。Beijerinck

首次分離根瘤菌1890VonBehring制備抗毒素治療白喉和破傷風1891

Sternberg與巴斯德同時發現了肺炎鏈球菌1895

Ivanowsky提供煙草花葉病是由病毒引起的證據；Bordet發現互補現象1896

Büchner用無細胞存在的酵母菌抽提液對葡萄糖進行酒精發酵成功1899

Ross證實瘧疾病原菌由蚊子傳播1909—1910Ricketts發現立克次氏體；Ehrlich首次合成治療梅毒的化學治療劑1928

Griffith發現細菌轉化1929

Fleming發現青霉素1935

Stanley首次提純了煙草花葉病毒，并獲得了它的“蛋白質結晶”1943

Luria和Delbück用波動實驗證明細菌噬菌體的抗性是基因自發突變所致；Chain和Flory形成青霉素工業化生產的工藝1944

Avery等證實轉化過程中DNA是遺傳信息的載體；Waksman發現鏈霉素1946—1947Lederberg和Tatum發現細菌的接合現象、基因連鎖現象1949

Enders、Robbins和Weller在非神經的組織培養中，培養脊髓灰質炎病毒成功1952

Hershey和Chase發現噬菌體將DNA注入宿主細胞；

Lederberg發明了影印培養法；

Zinder和Lederberg發現普遍性轉導

1953Watson和Crick提出DNA雙螺旋結構1956

Umbarger發現反饋阻遏現象1961

Jacob和Monod提出基因調節的操縱子模型1961—1966Holley、Khorana、Nirenberg等闡明遺傳密碼1969

Edelman測定了抗原蛋白質分子的一級結構1970—1972Arber、Nathans和Smith發現并提純了限制性內切酶；Temin和Baltimore發現轉錄酶1973

Ames建立細菌測定法檢測致癌物；

Cohen等首次將重組質粒轉入大腸桿菌中獲得成功1974

Khler和Milstein建立生產單克隆抗體的技術1977

Woese提出古生菌是有不同于細菌和真核生物的特殊類群；Sanger首次對ΦX174噬菌體

DNA進行了全序列分析1982—1983

Cech和Altman發現具有催化活性的RNA（ribozyme）；McClintock發現的轉座因子獲得公認；

Prusiner發現朊病毒（prion）1983—1984Gallo和Montagnier分離和鑒定人免疫缺陷病毒；Mullis建立PCR技術1988

Deisenhofer等發現并研究細菌的光合色素1995

第一個獨立生活的生物（流感嗜血桿菌）全基因序列測定完成1996

第一個自養生活的古生菌基因組測定完成1997第一個真核生物（啤酒酵母）基因組測序完成2000

霍亂弧菌基因組測序完成與微生物學有關的諾貝爾生理或醫學獎

NobelPrizeinPhysiologyorMedicine1901－2008之間有42項。總人數：80人美國46人，英國人11人，法國人8人，德國人7人，瑞士人4人，澳大利亞人3人，意大利人1人微生物學的分支學科（p10）三、微生物的發展對人類的影響

（人類生活在微生物的世界里）1、微生物是人類的朋友微生物造福人類 一）提高人類健康水平二）促進工業發展三）在農業生產中起積極作用四）環境保護：2、少數微生物是人類的敵人

四、微生物學在生命科學發展中的重要作用與地位

1、微生物是研究生物學基礎理論最理想的實驗材料，其研究成果促進了許多生物學重大理論的突破與發展。（1）DNA或RNA是生物遺傳的物質基礎肺炎球菌DNA物質的轉化實驗；煙草花葉病毒（TMV)拆合與重建實驗；T4噬菌體對E.coli的侵染實驗。此外基因與酶的關系——“一種基因一種酶”假說遺傳密碼的破譯基因表達調控機理的研究生物大分子合成的中心法則2、微生物學對現代生物技術的貢獻動植物細胞培養技術;突變體篩選技術;DNA重組技術與基因工程;現代發酵工程的誕生3、微生物與“人類基因組計劃”微生物是基因組研究的模式生物1995年流感嗜血桿菌全基因組測序，1996年詹氏甲烷球菌全基因組測序，1997年E.coli4100個基因測序，1997年啤酒酵母5800個基因測序。20多種微生物全基因先行測序為人類基因組計劃提供經驗和方法。微生物作為模式生物具有如下優點：（1）結構簡單；（2）微生物培養成本低、群體數量大，易于獲得統計學上可信度高的結果；（3）微生物生長速度快，倍增時間短，極大縮短了世代培養研究所需周期。五、21世紀微生物學展望21世紀是生命科學的世紀（1）以微生物作材料繼續探討生命現象

用微生物技術解決人類面臨的熱點問題

食品微生物的未來：預防食品腐敗控制食源性感染微生物資源的開發利用菌種改良和基因工程微生物在農副產品加工中的應用食品加工、制造中微生物的控制和消除微生物性的不安全因素作業題：1、什么是微生物？有那些種類？2、微生物有那五大共性？它們之間有何關系？3、簡述巴斯德、柯赫對微生物學得貢獻。微生物的顯微照片E.coli-Gram-negative,facultativelyanaerobic,rodprokaryote;withmultipleflagellaandfimbriae.E.colicancauseurinarytractinfections,traveler'sdiarrheaandnosocomialinfectionsStaphylococcusaureus-Gram-positive,MRSA,coccusprokaryote(dividing);causesfoodpoisoning,toxicshocksyndromeandskinandwoundinfectionssuchasscaldedskinsyndrome,scarletfever,erysipelasandimpetigoTobaccomosaicvirus(TMV,RNAvirusT4bacteriophage(DNAvirus).InfluenzaAvirus(RNAvirus,OrthomyxoviridaeFamilyHIVinfection.BuddingreleaseofHIVinhumanlymphtissue(RNAvirus,RetroviridaeFamilyFalseyeastfungus(Rhodotorulaglutinis).Candidaalbicans-yeastandhyphaestages.Ayeast-likefunguscommonlyoccuringonhumanskin,intheupperrespiratory,alimentary&femalegenitaltracts.Thisfungushasadimorphiclifecyclewithayeastandhyphalstages.Thefungusproduceshyphae(strands)fromwhichpseudohyphaebranch.Causescandidiasiswhichincludesthrush(aninfectionofthemouth&vagina)andvulvo-vaginitis

Blackmold(Aspergillusversicolor).Theconidiophore(fruitingstructure/sporangium)isproducingconidia(asexualspores).Thisg