第一章绪论(用)课件.ppt

1、 微生物学是生命科学中重要的基础学科之微生物学是生命科学中重要的基础学科之一，其知识面覆盖微观世界和宏观世界两方面，一，其知识面覆盖微观世界和宏观世界两方面，内容涉及微生物的内容涉及微生物的形态结构、生理生化、遗传形态结构、生理生化、遗传变异、生态分布变异、生态分布等方面。该课程有利于学生全等方面。该课程有利于学生全面、系统地理解微生物学的基本知识和基本理面、系统地理解微生物学的基本知识和基本理论，熟练掌握微生物的基本操作技能，初步具论，熟练掌握微生物的基本操作技能，初步具有分析和解决有关实际问题的能力，同时也为有分析和解决有关实际问题的能力，同时也为后继专业课的学习打下良好的基础。后继专业课

2、的学习打下良好的基础。课课 程程 说说 明明章节讲课内容学时第一章绪 论2第二章微生物的形态结构和基本类群18第三章微生物的营养4第四章微生物的新陈代谢4第五章微生物的生长及纯培养4第六章理化因素对微生物生长的影响2第七章微生物的遗传变异4第八章菌种保藏（自学）2第九章微生物的生态2理论课学时分配（理论课学时分配（4242学时）学时）绪绪 论论微生物微生物(microorganismmicroorganism，microbe)microbe)是存在于自是存在于自然界的一群个体微小（一般然界的一群个体微小（一般0.1mm)、结构简单、结构简单、肉眼看不见或看不清楚，必须借助光学或电子显微肉眼看不

3、见或看不清楚，必须借助光学或电子显微镜放大数百倍、数千倍甚至数万倍才能观察到的低镜放大数百倍、数千倍甚至数万倍才能观察到的低等生物的总称。等生物的总称。微生物的种类微生物的种类很多很多,主要包括：主要包括：细菌细菌、放线菌放线菌、支原、支原体、立克次氏体、衣原体、蓝细菌、体、立克次氏体、衣原体、蓝细菌、真菌真菌（酵母菌、（酵母菌、霉菌及蕈菌）、原生动物、霉菌及蕈菌）、原生动物、病毒病毒、类病毒、朊病毒等。、类病毒、朊病毒等。一、什么是微生物一、什么是微生物 根据不同的根据不同的进化水平进化水平和和性状上性状上的显著差异，的显著差异，微生物可分为以下三大类群：微生物可分为以下三大类群：非细胞型生

4、物（即分子生物）非细胞型生物（即分子生物）：病毒病毒、类病毒、类病毒、朊病毒、拟病毒朊病毒、拟病毒原核生物：原核生物：细菌、放线菌细菌、放线菌、蓝细菌（蓝藻、蓝绿、蓝细菌（蓝藻、蓝绿藻）、支原体、立克次氏体、衣原体藻）、支原体、立克次氏体、衣原体真核生物：真核生物：真菌真菌（丝状真菌（丝状真菌-霉菌、酵母菌、大霉菌、酵母菌、大型真菌型真菌-蕈菌）、单细胞藻类、原生动物蕈菌）、单细胞藻类、原生动物 微生物的个体极其微生物的个体极其微小微小，一般以，一般以m或或nm作单位作单位描述之。如一个典型球菌仅描述之。如一个典型球菌仅m。最近芬兰科学家最近芬兰科学家EO EO KajanderKajande

5、r等发现了一种能引等发现了一种能引起尿结石的起尿结石的纳米细菌纳米细菌，其直径最小仅为，其直径最小仅为50nm，甚至甚至比最大的病毒更小一些。这种细菌分裂缓慢，三天才比最大的病毒更小一些。这种细菌分裂缓慢，三天才分裂一次，是目前所知的最小的具有细胞壁的细菌。分裂一次，是目前所知的最小的具有细胞壁的细菌。微生物结构也是非常微生物结构也是非常简单简单的，大多数为单细胞，的，大多数为单细胞，只有少数为简单的多细胞。又如只有少数为简单的多细胞。又如PSTV是是359个核苷酸个核苷酸（RNA）组成的类病毒组成的类病毒，长度为长度为50nm；而朊病毒仅而朊病毒仅由蛋白质分子组成。由蛋白质分子组成。二、微生

6、物的主要特点二、微生物的主要特点1.个体微小、结构简单个体微小、结构简单大硅胶颗粒大硅胶颗粒(20 m mm)铅笔墨点铅笔墨点(40 m mm)红细胞红细胞(7m mm)酵母细胞酵母细胞(3 m mm)典型细菌典型细菌(0.2m mm)微生物吸收和转化物质的能力比动物、植物要微生物吸收和转化物质的能力比动物、植物要高很多倍：高很多倍：在合适的环境下在合适的环境下，Escherichia coliEscherichia coli（大肠杆（大肠杆菌）菌）每小时内可消耗其自重每小时内可消耗其自重1000-100001000-10000倍倍的乳糖的乳糖。Candida Candida utilisut

7、ilis(产朊假丝酵母产朊假丝酵母)合成蛋白质的合成蛋白质的能力比大豆强能力比大豆强100100倍，倍，比食用公牛强比食用公牛强1010万倍。万倍。微生物的这个特性为它们的快速生长繁殖和产微生物的这个特性为它们的快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生物有可能更好地发挥“活的化工厂活的化工厂”的作用。人的作用。人类对微生物的利用主要体现在它们的类对微生物的利用主要体现在它们的生物化学转化生物化学转化能力能力上。上。2.2.吸收多，转化快吸收多，转化快微生物具有惊人的生长繁殖速度，其微生物具有惊人的生长繁殖速度

8、，其中二等分裂（指数分裂）的细菌尤为突出。中二等分裂（指数分裂）的细菌尤为突出。研究得最透砌的微生物是研究得最透砌的微生物是Escherichia coli，其细胞在合适的生长条件下，每分裂其细胞在合适的生长条件下，每分裂一次的时间是一次的时间是12.5-20.0分钟。分钟。3.生长旺，繁殖快生长旺，繁殖快 由于条件的限制，细菌的指数分裂速度只能维由于条件的限制，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一般仅能达到108-109个个/ml。微生物的这一特性在发酵工业上体现在：微生物的这一特性在发酵工业上体现在：生产

9、生产效率高、发酵周期短效率高、发酵周期短。在生物学基本理论的研究在生物学基本理论的研究上的优越性：上的优越性：科研周期大大缩短、经费减少、效科研周期大大缩短、经费减少、效率提高率提高。当然，对于危害人、畜和植物等的病原微生物当然，对于危害人、畜和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。需要认真对待。微生物有极其灵活的适应性，这是高等动微生物有极其灵活的适应性，这是高等动植物无法比拟的，诸如抗热性、抗寒性、抗盐植物无法比拟的，诸如抗热性、

10、抗寒性、抗盐性、抗酸性、抗压力等能力。性、抗酸性、抗压力等能力。在海洋深处的某些硫细菌可在在海洋深处的某些硫细菌可在250-300之间生长；之间生长；嗜盐细菌可在嗜盐细菌可在饱和盐水饱和盐水中正常生长繁殖；中正常生长繁殖；Thiobacillus thiooxidans(氧化硫杆菌氧化硫杆菌)在在pH1-2酸性环境中生长。酸性环境中生长。4.适应强、易变异适应强、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然微生物的变异频率仅为(1010-6

11、-6-10-10-9-9)，但也能在短，但也能在短时间内产生大量变异的后代。时间内产生大量变异的后代。在微生物育种中利用其在微生物育种中利用其“容易变异容易变异”这一特性这一特性可获得高产菌株。可获得高产菌株。在在19431943年，利用年，利用PenicilliumPenicillium chrysogenumchrysogenum发发酵生产青霉素，青霉素发酵液中只分泌约酵生产青霉素，青霉素发酵液中只分泌约2020单位单位/mlml的青霉素。的青霉素。通过诱变现在通过诱变现在发酵液中达到发酵液中达到5 5万万-10-10万单位万单位/mlml，成本大大降低。成本大大降低。然而，实践中常遇到一

12、些有害变异，然而，实践中常遇到一些有害变异，如在如在4040年代用青霉素治疗时，即使是严重感染年代用青霉素治疗时，即使是严重感染的病人，每天只需的病人，每天只需1010万单位万单位，而现在成人需，而现在成人需1 10 0万单位万单位，新生儿也不少于万单位。病情严，新生儿也不少于万单位。病情严重时，甚至用数千万。同时也说明了重时，甚至用数千万。同时也说明了“滥用抗滥用抗生素无异于玩火生素无异于玩火”的口号是有充分科学依据的。的口号是有充分科学依据的。在生物圈的每一个角落都有微生物的踪迹在生物圈的每一个角落都有微生物的踪迹“无处不在，无孔不入无处不在，无孔不入”。人体体腔、海底（硫细菌，人体体腔、

13、海底（硫细菌，100100，140140个大气个大气压压）、高空（）、高空（8585kmkm）、）、土壤深层土壤深层。由于微生物的发现比较迟，加上鉴定微生物种的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微生物种数只有1010万多种。随着分离、培养方法的改万多种。随着分离、培养方法的改进和研究工作的进一步的深入，将会有更多的微生物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。被发现。5.5.分布广，种类多分布广，种类多胃口最大胃口最大抗性最强抗性最强食谱最广食谱最广休眠最长休眠最长繁

14、殖最快繁殖最快种类最多种类最多三、微生物的作用三、微生物的作用1.微生物与粮食微生物与粮食粮食生产是全人类生存中至关重要的大事。粮食生产是全人类生存中至关重要的大事。微生物在微生物在提高土壤肥力提高土壤肥力、改进作物特性改进作物特性（如构（如构建固氮植物）、促进粮食增产、建固氮植物）、促进粮食增产、防治粮食作物防治粮食作物的病虫害的病虫害、防止粮食霉腐变质以及、防止粮食霉腐变质以及把多余粮食把多余粮食转化为糖、酒、单细胞蛋白、各种饮料和调味转化为糖、酒、单细胞蛋白、各种饮料和调味品品等方面，都可大显身手。等方面，都可大显身手。2微生物与能源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；

15、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；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利用光合细菌、蓝细菌或厌氧梭菌等微生物生产产”清洁能源清洁能源”-氢气；氢气；研制微生物电池使之实用化。研制微生物电池使之实用化。3.微生物与资源微生物与资源 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。资源转化成各种化工、轻工和制药等工业原料。传统的：传统的：乙醇、丙醇、丁醇、乙酸、甘油、乳酸、乙醇、丙醇、丁醇、乙酸、甘油、

16、乳酸、苹果酸苹果酸等；等；现代的：现代的：水杨酸、乌头酸、丙烯酸、已二酸、丙水杨酸、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（烯酸、长链脂肪酸、亚麻酸油和聚羟基丁酸酯（PHB）等；等；另外：微生物在金属矿藏资源的开发和利用上也另外：微生物在金属矿藏资源的开发和利用上也有独特的作用。有独特的作用。4.微生物与环境保护微生物与环境保护 利用利用微生物肥料微生物肥料、微生物杀虫剂微生物杀虫剂或或农用抗生素农用抗生素来来取代会造成环境恶化的各种化学肥料或化学农药；取代会造成环境恶化的各种化学肥料或化学农药；利用微生物生产的利用微生物生产的PHB（聚羟基丁酸酯）制造易聚羟基丁酸

17、酯）制造易降解的医用塑料制品以减少环境污染；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；利用微生物技术来监察环境的污染度；利用利用EMB培养来检查饮水的肠道病原菌培养来检查饮水的肠道病原菌等。等。5.5.微生物与人类健康微生物与人类健康防治这类疾病的主要手段又是各种微生物产防治这类疾病的主要手段又是各种微生物产生的药物：生的药物：抗生素、干扰素和白细胞介素抗生素、干扰素和白细胞介素等高效等高效药物纷纷转向由药物纷纷转向由“工程菌工程菌”来生产。来生产。此外，一大批与人类健康、长寿有关的生物此

18、外，一大批与人类健康、长寿有关的生物制品，如制品，如疫苗、类毒素疫苗、类毒素等均是微生物产品。等均是微生物产品。四、微生物学基本研究方法四、微生物学基本研究方法 光学显微镜的诞生，它将肉眼的分辨光学显微镜的诞生，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。现使人眼分辨达到纳米水平。列文虎克列文虎克（1632-1723，荷兰，荷兰.先驱者）先驱者）是第一个用是第一个用显微镜来观察和描述微生物的。显微镜来观察和描述微生物的。1.显微镜技术显微镜技术2.无菌技术无菌技术 无菌技术是在分离、转接及培养微生物纯培养无菌技术是在分离、转接

19、及培养微生物纯培养物时防止被其他微生物污染的技术。物时防止被其他微生物污染的技术。对灭菌技术的原理等作出科学解释的是对灭菌技术的原理等作出科学解释的是巴斯德巴斯德（L.Pasteur，1822-1895,法国。法国。微生物学奠基人微生物学奠基人)。他所进行的举世闻名的曲颈瓶实验，不仅彻底否定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了当时十分流行的“生命自然发生学说生命自然发生学说”，而且为，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。实践基础。无菌操作无菌操作纯种分离技术是人类揭开微生物世界奥秘纯种分离技术是人类揭

20、开微生物世界奥秘的重要手段。要揭开在自然条件下处于的重要手段。要揭开在自然条件下处于杂居杂居混生状态混生状态的某一微生物的特点，以及它们对的某一微生物的特点，以及它们对人类是有益还是有害，就必须采用建立在无人类是有益还是有害，就必须采用建立在无菌技术基础上的菌技术基础上的纯种分离技术纯种分离技术。早期对微生。早期对微生物群体进行单个纯化分离者是物群体进行单个纯化分离者是李斯特李斯特。但真。但真正取得突破的是正取得突破的是柯赫柯赫（1843-1910，德国，德国.细菌细菌学奠基人学奠基人）发明的）发明的培养皿琼脂平板技术培养皿琼脂平板技术。3.纯种分离技术纯种分离技术4.纯种培养技术纯种培养技术

21、 微生物纯种培养技术在科学实验和生产实践中有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。着极其重大的理论与实践意义。为微生物提供一个为微生物提供一个初级培养初级培养的实验方法并不复杂，的实验方法并不复杂，但要使微生物在但要使微生物在大规模生产大规模生产中良好地生长或累积代谢中良好地生长或累积代谢产物，就得考虑一些最为合理的产物，就得考虑一些最为合理的培养装置培养装置和有效的和有效的工工艺条件艺条件，并且还要在整个微生物的发酵过程中严防其，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他微生物的干扰 即即防止杂菌污染防止杂菌污染。发酵罐发酵罐的发明及大规模地普及应

22、用，为微生物工的发明及大规模地普及应用，为微生物工程学以至生物工程学的应用开辟了崭新前景。因此微程学以至生物工程学的应用开辟了崭新前景。因此微生物发酵工业已成为国民经济的重要支柱之一。生物发酵工业已成为国民经济的重要支柱之一。据估计据估计,全世界微生物产业的产值可达到全世界微生物产业的产值可达到2000亿亿美元。所以微生物产业已与动、植物生产并列为生物美元。所以微生物产业已与动、植物生产并列为生物产业的三大支柱。产业的三大支柱。微生物学领域的研究技术微生物学领域的研究技术五、微生物学的分支五、微生物学的分支 1.按研究基本生命活动规律来分：按研究基本生命活动规律来分：微生物分类学微生物分类学、

23、微生物生理学微生物生理学、微生物生态学微生物生态学、微生物遗传学微生物遗传学等。等。2.按微生物的具体研究对象分：按微生物的具体研究对象分：细菌学细菌学、真菌学真菌学、病毒学病毒学、菌物学菌物学、藻类学藻类学等。等。4.按微生物所处生态环境分：按微生物所处生态环境分：土壤微生物学土壤微生物学、海洋海洋微生物学微生物学、环境微生物学环境微生物学、宇宙微生物学宇宙微生物学等。等。3.按微生物的应用领域分：按微生物的应用领域分：农业微生物农业微生物、工业微生工业微生物物、医学微生物医学微生物、药用微生物学药用微生物学、食品微生物食品微生物、乳品微生物学乳品微生物学、兽医微生物学兽医微生物学、预防微生

24、物学等预防微生物学等。六、微生物学的发展简史六、微生物学的发展简史1.史前期史前期 史前期是指人类还未见到微生物个体尤其是细菌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，大约在距今细胞前的一段漫长的历史时期，大约在距今8000年年1676年间。年间。开创者：开创者：各国劳动人民各国劳动人民，其中尤以我国的制曲、，其中尤以我国的制曲、酿酒、制醋技术著称。酿酒、制醋技术著称。特点：特点：未见也未知细菌等微生物个体未见也未知细菌等微生物个体；仅；仅凭凭实践实践经验经验利用微生物的有益活动（酿酒、制酱、酿醋、沤利用微生物的有益活动（酿酒、制酱、酿醋、沤肥、轮作、治病）肥、轮作

25、、治病）。2.初创期初创期时时 间：间：16761861开创者：开创者：列文虎克列文虎克（Leeuwenhoek)特特 点：点：自制的单式显微镜观察到细菌的个体；自制的单式显微镜观察到细菌的个体；对某些微生物形态进行了描述对某些微生物形态进行了描述。1676年，微生物学年，微生物学的先驱者的先驱者荷兰荷兰人人列文虎克列文虎克首次观首次观察到了细菌。他没察到了细菌。他没有上过大学，是一有上过大学，是一个只会荷兰语的小个只会荷兰语的小商人，但却在商人，但却在1680年被选为英国皇家年被选为英国皇家学会的会员。学会的会员。时时 间：间：18611897开创者：开创者：Pasteur和和Koch特特

26、点：点：建立了一系列研究微生物所必要的独特方法；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，开创了寻找病原微借助于良好的研究方法，开创了寻找病原微 生物的生物的“黄金时期黄金时期”；把微生物的研究从形态描述推进到生理学研把微生物的研究从形态描述推进到生理学研 究的新水平；究的新水平；微生物学以独立的学科形式开始形成微生物学以独立的学科形式开始形成。3.奠基期奠基期法国人巴斯德（Louis Pasteur）（18221895）德国人柯赫（Robert Koch）（18431910）3.1 巴斯德巴斯德(1)发现并证实发酵是由活的小生物发现并证实发酵是由活的小生物微生物引起的微生

27、物引起的(2)彻底否定了彻底否定了“自然发生自然发生”学说学说化学家出生的巴斯德涉足微生物学是为了治疗化学家出生的巴斯德涉足微生物学是为了治疗“酒病酒病”和和“蚕蚕病病”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，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。是它们引起有机质的腐败。(3)免疫学免疫学预防接种预防接种首次制成狂犬疫苗首次制成狂犬疫苗(4)其他贡献其他贡献巴斯德消毒法：巴斯德消毒法：6065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3.2 柯赫柯赫a）细菌纯培养方法的建立细菌纯培养方法的建立土豆切面土豆切面 营养明胶

28、营养明胶 营养琼脂（平皿）营养琼脂（平皿）（1）微生物学基本操作技术方面的贡献）微生物学基本操作技术方面的贡献b）设计了各种培养基，实现了在实验室内对各种微设计了各种培养基，实现了在实验室内对各种微 微生物的培养微生物的培养c）流动蒸汽灭菌流动蒸汽灭菌d）染色观察和显微摄影染色观察和显微摄影（2）为病原细菌的研究作出了突出贡献：）为病原细菌的研究作出了突出贡献：a）具体证实了炭疽杆菌是炭疽病的病原菌（具体证实了炭疽杆菌是炭疽病的病原菌（1877）；）；b）发现了肺结核病的病原菌；发现了肺结核病的病原菌；（1905年获诺贝尔奖）年获诺贝尔奖）c）建立建立“某种微生物是否为某种疾病病原体的基本原则

29、某种微生物是否为某种疾病病原体的基本原则”著名的柯赫原则著名的柯赫原则1、在每一相同病例中都出现这种微生物；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；、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、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；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。、从试验发病的寄主中能再度分离培养出这种微生物来。柯柯赫赫法法则则结结 核核 杆杆 菌菌时时 间：间：18971953开创者：开创者：Buchner特特 点：进入微生物

30、生化水平的研究；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，应用微生物的分支学科更为扩大，出现了抗生素等学科；出现了抗生素等学科；开始寻找各种有益微生物代谢产物；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；普通微生物学开始形成；各相关学科和技术方法相互渗透，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。相互促进，加速了微生物学的发展。4.发展期发展期 时时 间：间：1953至今至今开创者：开创者：Watson 和和Crick特特 点：微生物学从一门在生命科学中较为孤立的点：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以应用为主的学科，成为一门十分热门的前沿基础学科；科；在基础学理论的研究方面，逐步进入到分子水平的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研究，微生物迅速成为分子生物学研究中的最主要的对象；对象；在应用研究方面，向着更自觉、更有效和可人控制在应用研究方面，向着更自觉、更有效和可人控制的方向发展。的方向发展。5.成熟期成熟期理论理论深入到分子生物学水平深入到分子生物学水平 实践实践深入到生物工程水平深入到生物工程水平