1、1 微生物学微生物学 MICROBIOLOGYMICROBIOLOGY 2第一章第一章 绪论绪论 Introduction第一节第一节 微生物的定义和基本特点微生物的定义和基本特点一一.微生物的定义：是对所有形体微小、单细胞微生物的定义：是对所有形体微小、单细胞的或个体结构较为简单的多细胞的、或没有细胞的或个体结构较为简单的多细胞的、或没有细胞结构的低等生物的通称结构的低等生物的通称.微生物不是一个正式的学术名词微生物不是一个正式的学术名词(即分类学名词即分类学名词)微生物：微生物：Microorganism 或或 Microbe二二.微生物种类和范围：微生物种类和范围： 细菌细菌 Bacte
2、ria、 放线菌放线菌 Actinomycetes、 酵母菌酵母菌 Yeast、 丝状真菌丝状真菌(霉菌霉菌)Mould、 立克次氏体立克次氏体 Rickettsia、支原体、支原体 Mycoplasma、 衣原体衣原体 Chlamydia、 螺旋体螺旋体 Spirochaeta、 病毒病毒 Virus 蓝细菌蓝细菌 Cyanobacteria、 单细胞藻单细胞藻 Protoalgae、 原生动物原生动物 Protozoan 3 三三. 微生物在生物界或生物圈的地位微生物在生物界或生物圈的地位 分类学家对所有生命所确定的六界系统分类学家对所有生命所确定的六界系统 1. 原核生物界原核生物界Mo
3、nera：包括细菌和蓝细菌；：包括细菌和蓝细菌； 2. 原生生物界原生生物界Protistae：包括大部分藻类与：包括大部分藻类与 原生动物；原生动物； 3. 真菌界真菌界Fungi：包括酵母菌、霉菌和粘菌；：包括酵母菌、霉菌和粘菌； 4. 病毒界病毒界Virusia：包括真病毒和亚病毒：包括真病毒和亚病毒 (类病毒、卫星类病毒、卫星RNA、朊病毒、朊病毒) 5. 植物界植物界Plantae 6. 动物界动物界Animalia 经典微生物学所研究的对象是细菌、放线菌、经典微生物学所研究的对象是细菌、放线菌、酵母菌、霉菌、病毒和原核生物藻类等。酵母菌、霉菌、病毒和原核生物藻类等。4 微生物的一级
4、分类微生物的一级分类 1.原核微生物：细菌、放线菌、蓝细菌、原核微生物：细菌、放线菌、蓝细菌、 立克次氏体、支原体、衣原体、螺旋体；立克次氏体、支原体、衣原体、螺旋体； (这类微生物不具有真正的细胞核构造这类微生物不具有真正的细胞核构造) 2.真核微生物：酵母菌、霉菌、蕈菌、真核微生物：酵母菌、霉菌、蕈菌、 单细胞藻类、原生动物；单细胞藻类、原生动物； (这类微生物具有完整的细胞核结构这类微生物具有完整的细胞核结构) 3.非细胞型微生物非细胞型微生物(亦称分子生物亦称分子生物)：病毒：病毒 (这类生物仅由生物大分子核酸与蛋白组成这类生物仅由生物大分子核酸与蛋白组成) 5生物圈的三界划分：细菌、
5、古细菌、真核生物生物圈的三界划分：细菌、古细菌、真核生物6不同生命形式的演化树不同生命形式的演化树purple bacteria 紫色细菌紫色细菌 cyanobacteria 蓝细菌蓝细菌 flavobacteria 黄杆菌黄杆菌aquifex 嗜水微生物嗜水微生物 thermo- 嗜热微生物嗜热微生物 halophilie 嗜盐细菌嗜盐细菌methanobacteria 甲烷细菌甲烷细菌 thermoproteus 嗜热变形杆菌嗜热变形杆菌 ciliates 纤毛虫纤毛虫 entamobae 变形虫变形虫 flagellates 鞭毛虫鞭毛虫 slime molds 粘菌粘菌 trichom
6、onads 毛滴虫毛滴虫 microsporidia 微孢子虫微孢子虫 diplomonads 7 微生物保持了生物圈的许多记录：它是生物圈中的年长者，大约微生物保持了生物圈的许多记录：它是生物圈中的年长者，大约迄今迄今32亿年以前，微生物就悄悄地出现在地球上了，后来才陆续出亿年以前，微生物就悄悄地出现在地球上了，后来才陆续出现了植物、动物和人类；微生物是自然界最大的现了植物、动物和人类；微生物是自然界最大的“食客食客”，它能利，它能利用的食粮远远多于动植物所能利用的范围，糖类、脂肪酸、蛋白质、用的食粮远远多于动植物所能利用的范围，糖类、脂肪酸、蛋白质、无机盐，人工合成的有机或无机化合物，甚至
7、其它生物厌恶的石油无机盐，人工合成的有机或无机化合物，甚至其它生物厌恶的石油和天然气等，微生物都能加以利用；它是自然界中的和天然气等，微生物都能加以利用；它是自然界中的“集团军集团军”，一个感冒的人，打一个喷嚏就含有一个感冒的人，打一个喷嚏就含有1500万个左右的病菌，土壤更是万个左右的病菌，土壤更是微生物的微生物的“大本营大本营”，通常在一克土壤里就有数亿个微生物；它是，通常在一克土壤里就有数亿个微生物；它是自然界中的自然界中的“超生大户超生大户”，如大肠杆菌平均，如大肠杆菌平均20分钟分裂一次，若每分钟分裂一次，若每个子细胞都具有同样的繁殖能力，那么从理论上个子细胞都具有同样的繁殖能力，那
8、么从理论上24小时可繁殖小时可繁殖72代；代；微生物还是生物圈中的善变者，当外界环境一变化，在千分之一秒微生物还是生物圈中的善变者，当外界环境一变化，在千分之一秒内，它们就会发生相应的反应，这种特性使得微生物在大自然的选内，它们就会发生相应的反应，这种特性使得微生物在大自然的选择作用下能在其它生物不能生存的环境中安居乐业，例如，海洋深择作用下能在其它生物不能生存的环境中安居乐业，例如，海洋深处的硫细菌可在处的硫细菌可在250甚至甚至300的高温条件下正常生长，大多数细的高温条件下正常生长，大多数细菌能耐菌能耐0-196（液氮）的任何低温，一些嗜盐菌甚至能在（液氮）的任何低温，一些嗜盐菌甚至能在
9、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存几十年条件下保存几十年 8 微生物之所以有如此多的能耐，与它代谢类型极其多样微生物之所以有如此多的能耐，与它代谢类型极其多样是分不开的。它们具有动植物不具备的特别的代谢途径和是分不开的。它们具有动植物不具备的特别的代谢途径和功能，如厌氧生活、生物固氮和不释放氧的光合作用等。功能，如厌氧生活、生物固氮和不释放氧的光合作用等。其其“食谱食谱”之广也是动植物所不能相比的。凡自然界存在之广也是动植物所不能相比的。凡自然界存在的有机物，几乎都能被微生物利用，甚至用其它方法难
10、以的有机物，几乎都能被微生物利用，甚至用其它方法难以降解的农药、清洁剂、橡胶以及毒性较大的化工产品，如降解的农药、清洁剂、橡胶以及毒性较大的化工产品，如甲苯、萘、酚等都能被微生物分解。我们不禁要产生这样甲苯、萘、酚等都能被微生物分解。我们不禁要产生这样的疑问：是不是地球上所有的物质都能找到相应的微生物的疑问：是不是地球上所有的物质都能找到相应的微生物将其分解呢？能不能分离到一种微生物用来对付现今最令将其分解呢？能不能分离到一种微生物用来对付现今最令人头疼的人头疼的“白色污染白色污染”呢？为什么在呢？为什么在90的高温、的高温、-80低温的极端温度下微生物还能进行生命活动呢？为什么在低温的极端温
11、度下微生物还能进行生命活动呢？为什么在几千米深海，几万米的高空中还能找到正常生活的微生物几千米深海，几万米的高空中还能找到正常生活的微生物呢？而在这些苛刻的极端环境中，比单细胞微生物高级得呢？而在这些苛刻的极端环境中，比单细胞微生物高级得多的人类却无法生存呢？多的人类却无法生存呢？ 9四四. 微生物的特点微生物的特点 微生物与动植物相比，具有以微生物与动植物相比，具有以下特点下特点 1. 生长旺，繁殖快生长旺，繁殖快：以细菌而言，一般：以细菌而言，一般20-30min分裂一次，一个细菌分裂一次，一个细菌24小时可繁殖小时可繁殖72代，这样原代，这样原始的一个细菌将变成始的一个细菌将变成272个
12、细菌，如按每个细菌，如按每10亿个细亿个细菌重菌重1mg计，计，272个细菌将超过个细菌将超过4722吨。微生物的吨。微生物的这种繁殖速度给其工业化生产提供了有利条件。这种繁殖速度给其工业化生产提供了有利条件。 2. 食谱杂，培养易食谱杂，培养易：自然界中的易利用物质如蛋：自然界中的易利用物质如蛋白质、糖类、脂肪和无机盐以及难利用物质如纤白质、糖类、脂肪和无机盐以及难利用物质如纤维素、石油、塑料，甚至有害物质如氰、酚类、维素、石油、塑料，甚至有害物质如氰、酚类、聚氯联苯、有关农药等均能被不同种类的微生物聚氯联苯、有关农药等均能被不同种类的微生物利用、分解和转化。利用微生物的这个特点可以利用、分
13、解和转化。利用微生物的这个特点可以开展废物综合利用和环境污染的处理。开展废物综合利用和环境污染的处理。 因微生物食谱杂，故对营养要求一般不高。因微生物食谱杂，故对营养要求一般不高。很很 多不易被动植物所利用的农副产品和工厂下脚料，多不易被动植物所利用的农副产品和工厂下脚料，如麸皮、饼粉、酒糟等均可作为培养微生物的营如麸皮、饼粉、酒糟等均可作为培养微生物的营养基质。微生物代谢反应条件温和，不受地域、养基质。微生物代谢反应条件温和，不受地域、设备和环境条件的严格限制。设备和环境条件的严格限制。103.分布广，种类多分布广，种类多：微生物的生存范围几乎是生：微生物的生存范围几乎是生物圈的上限和下限。
14、微生物的分布密度随环境条物圈的上限和下限。微生物的分布密度随环境条件的不同而异，土壤是微生物的件的不同而异，土壤是微生物的“大本营大本营”。微。微生物的广泛分布暗示着具有多种类型的菌种资源，生物的广泛分布暗示着具有多种类型的菌种资源，尤其在特殊生态环境下的微生物往往具有特殊的尤其在特殊生态环境下的微生物往往具有特殊的生理代谢功能，因此开发、利用和保护这些微生生理代谢功能，因此开发、利用和保护这些微生物资源成为可持续发展战略的重要内容。（书物资源成为可持续发展战略的重要内容。（书P6-7）4.体积小，比表面积大体积小，比表面积大：这样一个系统，使微生：这样一个系统，使微生物具有了巨大的营养物吸收
15、面、代谢废物的排泄物具有了巨大的营养物吸收面、代谢废物的排泄面和环境信息的接受面。面和环境信息的接受面。 115.吸收多，转化快吸收多，转化快：微生物素有小型：微生物素有小型“活化工厂活化工厂”之称。从单位重量来看，微生物的代谢强度是高之称。从单位重量来看，微生物的代谢强度是高等动物的千倍和万倍，如等动物的千倍和万倍，如1kg酒精酵母酒精酵母1天内可天内可“消耗消耗”几千公斤糖并转变为酒精；每个乳酸菌几千公斤糖并转变为酒精；每个乳酸菌细胞可产生其体重细胞可产生其体重103-104倍的乳酸。倍的乳酸。 6.适应强，易变异适应强，易变异：微生物：微生物“随遇而安随遇而安”的能力的能力很强，善于随很
16、强，善于随“机机”应变，根据环境变化随时调应变，根据环境变化随时调整细胞内的代谢模式，以提高对外界环境的抵抗整细胞内的代谢模式，以提高对外界环境的抵抗能力能力(形成休眠体：芽孢、孢子等形成休眠体：芽孢、孢子等)。肺炎双球菌只。肺炎双球菌只要有荚膜就可抵抗人体血液中白血球的吞噬。要有荚膜就可抵抗人体血液中白血球的吞噬。 在生产实践中，可利用该特点来进行菌种保藏在生产实践中，可利用该特点来进行菌种保藏(休眠体休眠体 )和诱变育种和诱变育种(物理诱变和化学诱变物理诱变和化学诱变)。12第二节第二节 微生物学发展简史微生物学发展简史 微生物学发展分六个时期微生物学发展分六个时期 一一. 感性认识时期感
17、性认识时期(史前期：史前期：8000年前年前1676年年) 1. 古代人们的酿酒技术，可上溯到古代人们的酿酒技术，可上溯到4000年前；年前； 2. 蘑菇的人工栽培技术，可上溯到蘑菇的人工栽培技术，可上溯到2000年前；年前； 3. 种种“人痘人痘”预防天花，可上溯到预防天花，可上溯到1000年前；年前； 二二. 微生物的发现微生物的发现(初创期：初创期：16761860年年) 1. Leeuwenhoek的工作：的工作：1675年，荷兰人年，荷兰人Leeuwenhoek 用自制的可放大用自制的可放大200-300倍的显微镜观察雨水、牙倍的显微镜观察雨水、牙 垢、腐败物和血液等，首次看到原生动
18、物；垢、腐败物和血液等，首次看到原生动物；1683年年 第一次发现细菌；他将这些微小生物称为第一次发现细菌；他将这些微小生物称为“微动体微动体” ，并于，并于1695年在皇家学术刊物上发表论文。应当说年在皇家学术刊物上发表论文。应当说 ，显微镜的发明是导致微生物的发现以及后来微生，显微镜的发明是导致微生物的发现以及后来微生 物学诞生的直接原因。物学诞生的直接原因。 2. 微生物微生物“猎人猎人”追寻微生物的踪迹及其行为：十七世追寻微生物的踪迹及其行为：十七世 纪末至十九世纪中叶。纪末至十九世纪中叶。 1314早期显微镜早期显微镜15 三三.微生物学的奠基时期微生物学的奠基时期(18611896
19、年年) 1.法国化学家法国化学家Pasteur的杰出贡献的杰出贡献 (1)否定了生命否定了生命“自然发生自然发生”的学说：著名的曲颈的学说：著名的曲颈瓶试验瓶试验 二瓶加热灭菌的二瓶加热灭菌的“肉汤肉汤”分别放置曲颈瓶和直分别放置曲颈瓶和直颈瓶中，管口与瓶口均不加盖，置于空气中，结颈瓶中，管口与瓶口均不加盖，置于空气中，结果前者未腐败而后者却腐败了。该试验的严谨设果前者未腐败而后者却腐败了。该试验的严谨设计彻底推翻计彻底推翻“自然发生说自然发生说”(1861年年)。 Louis Pasteur(1822-1895) 微生物学的奠基人微生物学的奠基人 1617 (2)奠定微生物学的理论基础奠定微
20、生物学的理论基础,开创新的微生物开创新的微生物 学科：学科： “酒病酒病”的发生是杂菌污染的结果的发生是杂菌污染的结果(1857年年)； 含糖溶液中的酒精发酵系由酵母所为；含糖溶液中的酒精发酵系由酵母所为； 所有食物的发酵都是微生物的作用，不同的微所有食物的发酵都是微生物的作用，不同的微 生物引起不同的发酵，没有微生物，发酵作用生物引起不同的发酵，没有微生物，发酵作用 是不能产生的；是不能产生的； 提出并证实了传染病是由活的小生物引起的提出并证实了传染病是由活的小生物引起的 理论。理论。 蚕病：微粒子病蚕病：微粒子病 1865年年 禽病：鸡霍乱禽病：鸡霍乱 1879年年 兽病：牛羊炭疽病兽病：
21、牛羊炭疽病 1881年年 人病：狂犬病人病：狂犬病 1885年年 18(3) 解决了生产中的许多难题解决了生产中的许多难题 解决了啤酒变酸的问题：将酒加热到一定温度解决了啤酒变酸的问题：将酒加热到一定温度并保持一定时间即可；并保持一定时间即可； 解决解决“蚕病蚕病”问题：细菌是问题：细菌是“蚕病蚕病”的根源，的根源，将生病的蚕及卵烧掉；将生病的蚕及卵烧掉； 用减毒的鸡霍乱病原体接种于鸡可防止鸡霍乱用减毒的鸡霍乱病原体接种于鸡可防止鸡霍乱发生；发生； 用用42-43高温培养的炭疽病病原体接种绵羊高温培养的炭疽病病原体接种绵羊可使绵羊不受炭疽杆菌的侵袭；可使绵羊不受炭疽杆菌的侵袭； 创造创造“固定
22、毒疫苗固定毒疫苗”(狂犬疫苗狂犬疫苗)治疗被狂犬咬伤治疗被狂犬咬伤之人，此法延用至今。之人，此法延用至今。(4) 创造了一些微生物学的实验方法创造了一些微生物学的实验方法 著名的著名的“巴氏消毒法巴氏消毒法”：62 for 30min，广泛，广泛应用于酒、醋、酱、奶、果汁的消毒。应用于酒、醋、酱、奶、果汁的消毒。 正是因为正是因为Pasteur对微生物学的巨大贡献，故有对微生物学的巨大贡献，故有“微生物学之父微生物学之父”和和“微生物学奠基人微生物学奠基人”的美称的美称。 19 Pasteur的主要业绩：的主要业绩： 1. 提出发酵是由特殊的微小生物引起；提出发酵是由特殊的微小生物引起； 2.
23、 传染病也是由特殊微生物引起；传染病也是由特殊微生物引起； 3. 将病原菌减毒可转变为疫苗，病用于防止将病原菌减毒可转变为疫苗，病用于防止疾病疾病(鸡霍乱、炭疽病、狂犬病等鸡霍乱、炭疽病、狂犬病等)。 20 2.德国医生德国医生Koch的卓越工作的卓越工作 因对因对Pasteur关于传染病是由微生物所引起的关于传染病是由微生物所引起的 学说感兴趣而开始了对微生物的探索。学说感兴趣而开始了对微生物的探索。(1)发明固体培养基：从马铃薯的不同地方能长出发明固体培养基：从马铃薯的不同地方能长出 不同颜色的微生物的现象中得到启发，经不断不同颜色的微生物的现象中得到启发，经不断 改进找到理想的凝固剂琼脂
24、，并设计出浇铺平改进找到理想的凝固剂琼脂，并设计出浇铺平 板用的玻璃培养皿板用的玻璃培养皿琼脂平板培养技术；琼脂平板培养技术； Robert Koch( (1843-1910) ) 细菌学的奠基人细菌学的奠基人21(2)创造细菌的染色方法：通过对细菌染色提高色差，便创造细菌的染色方法：通过对细菌染色提高色差，便于在显微镜下观察，他是第一个给细菌鞭毛染色的人；于在显微镜下观察，他是第一个给细菌鞭毛染色的人；(3)发现许多病原菌：炭疽杆菌、结核杆菌、霍乱弧菌等发现许多病原菌：炭疽杆菌、结核杆菌、霍乱弧菌等，为今后研究药物和寻找治疗方法提供依据。，为今后研究药物和寻找治疗方法提供依据。(4)提出为证
25、明某种特定细菌是某种特定疾病的病原菌的提出为证明某种特定细菌是某种特定疾病的病原菌的所谓所谓“科赫法则科赫法则”，该法则对研究疾病与微生物的关系具，该法则对研究疾病与微生物的关系具有重大意义和应用价值。有重大意义和应用价值。 3. 英国医生英国医生Lister的贡献的贡献 消毒技术和无菌概念的提出促使外科手术的快速进步。消毒技术和无菌概念的提出促使外科手术的快速进步。英国爱丁堡医院的外科医生英国爱丁堡医院的外科医生Lister(1827-1912)根据根据Pasteur提出的细菌是腐败的原因的分析，在提出的细菌是腐败的原因的分析，在1865年年8月月12日试验日试验用石炭酸消毒的新型外科手术，
26、获得奇迹般成功，外科死用石炭酸消毒的新型外科手术，获得奇迹般成功，外科死亡率从亡率从45%降至降至15%。 此前，法国巴黎医院的外科死亡此前，法国巴黎医院的外科死亡率率53.6%；英国的一般医院为；英国的一般医院为80%，当时世界上最好的医，当时世界上最好的医院爱丁堡医院的外科死亡也达院爱丁堡医院的外科死亡也达45%。22 KochKochs Postulatess Postulates1)The agent must be present in every case of the disease.1)The agent must be present in every case of the
27、 disease.2)The agent must be isolated from the host and grown in vitro.2)The agent must be isolated from the host and grown in vitro.3)The disease must be reproduced when a pure culture of3)The disease must be reproduced when a pure culture of the agent is inoculated into a healthy susceptible host.
28、 the agent is inoculated into a healthy susceptible host.4)The same agent must be recovered once again from the4)The same agent must be recovered once again from the experimentally infected host experimentally infected host. . 科赫法则科赫法则1)1)在所有病例中都能发现这种病原菌；在所有病例中都能发现这种病原菌；2)2)可以将这种病原菌从发病宿主中分离出来，并完成纯可以
29、将这种病原菌从发病宿主中分离出来，并完成纯 培养；培养；3)3)当病原菌的纯培养接种到健康的敏感宿主动物体内后当病原菌的纯培养接种到健康的敏感宿主动物体内后 可引起与原来相同的疾病；可引起与原来相同的疾病；4)4)从病原菌的纯培养进行实验感染的宿主中仍能再次得从病原菌的纯培养进行实验感染的宿主中仍能再次得 到同种病原菌并实现体外纯培养。到同种病原菌并实现体外纯培养。 23 四.“微生物猎人”分离病原菌的时期 (19世纪70年代到20世纪初)1874 分离麻风分枝杆菌；1877 分离炭疽芽孢杆菌；1880 分离肺炎链球菌(过去称肺炎双球菌)；1880 分离伤寒沙门氏菌；1882 分离结核分枝杆菌
30、；1883 分离霍乱逗号弧菌；1884 分离破伤风梭状杆菌；1894 分离鼠疫耶尔森氏菌；1898 分离痢疾志贺氏菌。1898 发现病毒TMV 24五. 微生物生化研究时代(20世纪初到中叶) 1897年，德国人E. Buchner用无细胞酵母菌压榨汁的“酒化酶”(zymase)对葡萄糖进行酒精发酵成功，开创了微生物生化研究的新时代。 此期的研究特点： 1.研究微生物对维生素需要、酶的特性、寻找抗生素以 及研究微生物的遗传变异等，“微生物猎人”发展为 “维生素猎人”、“酶猎人”、“抗生素猎人”。 2.微生物学的分支学科扩大，出现抗生素学科。 3.出现微生物学史上的第二个“淘金热”寻找有益微生
31、物的代谢产物。 4.以研究微生物基本生物学规律的综合学科普通微生 物学形成，代表人物是美国California大学Berkeley 分校的M. Doudoroff。 25这一时期所发生的重大事件：这一时期所发生的重大事件：1909年 合成化学治疗剂“606”(砷凡纳明) Ehrlich(Ge.)1923年 发明结核杆菌疫苗卡介苗(BCG) Calmette (Fr.)1929年 发现第一个实用抗生素青霉素 Fleming(UK)30年代 电子显微镜问世1935年 阐述病毒的(核)蛋白本质Stanley,Bawden(USA)1935年 发现新的化学治疗剂“百浪多息”(磺胺) Domagk (G
32、e.)1944年 发现链霉素 Waksman(USA) 1944年 细菌转化试验证实细菌的遗传变异 Avery(USA)40年代 开发青霉素深层培养技术，形成抗生素工业26六六.成熟期成熟期 1953年年4月月25日，日，Watson和和Crick在在Nature杂志发表关于杂志发表关于DNA结构的双螺旋模型，结构的双螺旋模型，整个生命科学进入了分子生物学研究阶段，同时整个生命科学进入了分子生物学研究阶段，同时也是微生物学发展史上成熟期的标志也是微生物学发展史上成熟期的标志(成为独立学成为独立学科科)。此前的一些微生物学现象诸如。此前的一些微生物学现象诸如“转化转化”等立等立即得到解释。即得到
33、解释。 这一时期的一些重大事件这一时期的一些重大事件1958年年 利用枯草杆菌噬菌体利用枯草杆菌噬菌体SP8证实证实DNA的单链的单链转录实验转录实验1962年年 发现细菌细胞中的限制系统与修饰系统发现细菌细胞中的限制系统与修饰系统1968年年 发现细菌细胞中存在限制性内切酶发现细菌细胞中存在限制性内切酶1972年年 动物病毒动物病毒SV40与噬菌体与噬菌体的的DNA体外重组体外重组成功成功70年代年代 微生物迅速成为新兴的生物工程的主角微生物迅速成为新兴的生物工程的主角 27 微生物学发展史小结微生物学发展史小结 一一. . 医疗保健战线上的六大战役医疗保健战线上的六大战役 1. 外科消毒术
34、的建立外科消毒术的建立 2. 寻找人畜病原菌寻找人畜病原菌 3. 免疫防治法的应用：宋朝的人痘，免疫防治法的应用：宋朝的人痘， Jenner发明的牛痘，卡介苗的发明等发明的牛痘，卡介苗的发明等 4. 化学治疗剂的发明化学治疗剂的发明 5. 抗生素治疗的兴起抗生素治疗的兴起 6. 遗传工程和生物技术使微生物生产生化药物遗传工程和生物技术使微生物生产生化药物 28二二. 微生物在工业发展过程中的六个里程碑微生物在工业发展过程中的六个里程碑 1. 自然发酵与食品、饮料的酿造：酒、酱、醋、自然发酵与食品、饮料的酿造：酒、酱、醋、 面包、酸奶面包、酸奶 2. 罐头保藏：罐头保藏：1804年发明食品的玻璃
35、瓶罐装技术年发明食品的玻璃瓶罐装技术 3. 厌氧纯种发酵技术：重要化工原料的生产厌氧纯种发酵技术：重要化工原料的生产 4. 深层液体通气搅拌培养：好氧发酵深层液体通气搅拌培养：好氧发酵抗生素、抗生素、 有机酸、酶制剂生产有机酸、酶制剂生产 5. 代谢调控理论在发酵工业上的应用：利用微生代谢调控理论在发酵工业上的应用：利用微生 物积累有益代谢物物积累有益代谢物 6. 生物工程的兴起：始于生物工程的兴起：始于70年代初，大量年代初，大量“工程工程 菌菌”的应用的应用 29三三.微生物学与其它领域的关系微生物学与其它领域的关系 1.微生物学促进了农业的进步：微生物杀虫剂、微生物学促进了农业的进步：微
36、生物杀虫剂、 微生物肥料、微生物饲料等微生物肥料、微生物饲料等 2.微生物与生态和环境保护的关系微生物与生态和环境保护的关系 3.微生物学对生物学基础理论研究的贡献：微生物学对生物学基础理论研究的贡献： 分子生物学的三大来源和支柱；分子生物学的三大来源和支柱； 遗传学研究的微生物化发展为分子遗传学；遗传学研究的微生物化发展为分子遗传学； 微生物与基因工程；微生物与基因工程； 高等生物研究和利用的微生物化；高等生物研究和利用的微生物化； 微生物学技术成为生命科学各个学科的微生物学技术成为生命科学各个学科的 基础技术基础技术 30第三节第三节 微生物学的研究目的及其学科分类微生物学的研究目的及其学
37、科分类 一一.研究目的：控制、消灭或改造有害微生物，研究目的：控制、消灭或改造有害微生物， 发掘、利用和改善有益微生物。发掘、利用和改善有益微生物。 二二.微生物学的定义及其学科微生物学的定义及其学科 微生物学是在细胞、分子或群体水平上研究微生物学是在细胞、分子或群体水平上研究 微生物的形态构造、生理代谢、遗传变异、微生物的形态构造、生理代谢、遗传变异、 传染免疫、生态分布及分类进化等生命活动传染免疫、生态分布及分类进化等生命活动 基本规律，并将其应用于工业发酵、医药卫基本规律，并将其应用于工业发酵、医药卫 生和生物工程等领域的科学。生和生物工程等领域的科学。 微生物学为二级学科。微生物学为二
38、级学科。 31按研究微生物基本生命活动规律为目的按研究微生物基本生命活动规律为目的(普通微生物学普通微生物学)：微生物形态学、微生物分类学、微生物生理学、微生微生物形态学、微生物分类学、微生物生理学、微生物遗传学、微生物生态学等；物遗传学、微生物生态学等；按微生物的应用领域按微生物的应用领域(应用微生物学应用微生物学)：工业微生物学、农业微生物学、医学微生物学、兽医工业微生物学、农业微生物学、医学微生物学、兽医微生物学、食品微生物学、药用微生物学、植物病理学、微生物学、食品微生物学、药用微生物学、植物病理学、抗生素学、酿造学等；抗生素学、酿造学等；按研究的微生物对象来分：按研究的微生物对象来分
39、：细菌学、真菌学、病毒学、噬菌体学、原生动物学、细菌学、真菌学、病毒学、噬菌体学、原生动物学、藻类学、厌氧菌生物学等；藻类学、厌氧菌生物学等；按微生物所在的生态环境来分：按微生物所在的生态环境来分：土壤微生物学、海洋微生物学、环境微生物学、水体土壤微生物学、海洋微生物学、环境微生物学、水体微生物学等；微生物学等；交叉学科：分析微生物学、微生物地球化学、微生物交叉学科：分析微生物学、微生物地球化学、微生物数值分类学等。数值分类学等。32第四节第四节 微生物学与分子生物学微生物学与分子生物学 一一. 微生物学与分子遗传学的诞生微生物学与分子遗传学的诞生(1928-1953年年) 1.1928年，年
40、，Griffith通过研究肺炎链球菌发现转化通过研究肺炎链球菌发现转化transformation现象现象 2.1944年，年，Avery等证实引起细菌转化的物质是等证实引起细菌转化的物质是DNA； 3.1952年，年，Hershey和和Chase证明证明T2噬菌体的遗传物质不噬菌体的遗传物质不是蛋白而是是蛋白而是DNA； 4.1953年，年，Watson和和Crick提出著名的提出著名的DNA双螺旋结构模双螺旋结构模型；型； 5.1956年，年，Kornberg获得大肠杆菌获得大肠杆菌DNA聚合酶，离体合聚合酶，离体合成成DNA的互补链；的互补链； 6.1958年，年，Meselson和和S
41、tahl利用大肠杆菌证明利用大肠杆菌证明DNA的的 “半保留复制半保留复制”； 7.1958年，年，Crick提出遗传信息传递的提出遗传信息传递的“中心法则中心法则”(DNARNA蛋白质蛋白质)。 33 二二.微生物学与分子生物学的诞生微生物学与分子生物学的诞生(1959-1973年年) 1.1959年，年，Sinsheimer发现噬菌体发现噬菌体174的核酸的核酸为单链为单链DNA(ssDNA)； 2.1961年，年，Jacob和和Monod通过研究大肠杆菌诱导通过研究大肠杆菌诱导酶的形成机制而建立操纵子学说酶的形成机制而建立操纵子学说分子生物学的分子生物学的基础；基础； 3.1961年，年
42、，Nirenberg通过研究大肠杆菌的无细胞通过研究大肠杆菌的无细胞蛋白质合成体系首次破译遗传密码；蛋白质合成体系首次破译遗传密码； 4.1969年，年，Shapiro用用噬菌体和噬菌体和80噬菌体分离噬菌体分离出大肠杆菌操纵子；出大肠杆菌操纵子； 5.1970年，年，Koana等人工合成第一个基因等人工合成第一个基因(酵母丙酵母丙氨酸氨酸tRNA基因基因)； 6.1970年，年，Baltimore和和Temin等从等从Rous肉瘤病毒肉瘤病毒中发现逆转录酶，并修正中发现逆转录酶，并修正“中心法则中心法则”； 7.1967年，年，Yuan等在大肠杆菌中发现等在大肠杆菌中发现类限制性类限制性内切
43、酶内切酶基因工程的孕育；基因工程的孕育；34 8.1968年，年，Jordan和和Shapiro首次从大肠杆菌中分离到乳首次从大肠杆菌中分离到乳糖操纵子的部分糖操纵子的部分DNADNA第一个基因；第一个基因； 9.1970年年，Smith在大肠杆菌中发现在大肠杆菌中发现类限制性内切酶类限制性内切酶基因工程工具酶；基因工程工具酶；10.1972年年，Berg将将SVSV4040和噬菌体和噬菌体的的DNADNA首次实现体外重首次实现体外重组；组；11.1973年，年，Boyer和和Cohen等将大肠杆菌的二种质粒体外等将大肠杆菌的二种质粒体外重组并成功转化到大肠杆菌受体菌中重组并成功转化到大肠杆菌
44、受体菌中完整的基因工程试完整的基因工程试验，故验，故1973年年为基因工程元年；为基因工程元年；三三. .微生物学与分子生物学的发展微生物学与分子生物学的发展( (1973年以后年以后) ) 1.在基因工程中微生物的重要作用：载体构建、重组子在基因工程中微生物的重要作用：载体构建、重组子转化以及基因工程下游技术。转化以及基因工程下游技术。 2.微生物学研究与新的生命本质的揭示：逆转录病毒中逆微生物学研究与新的生命本质的揭示：逆转录病毒中逆转录酶的发现；朊病毒转录酶的发现；朊病毒Prion发现的重要意义发现的重要意义“中心法则中心法则”是否还需要修改？蛋白质与遗传本质如何相关？是否还需要修改？蛋
45、白质与遗传本质如何相关？ 3.微生物学研究与生命起源：古细菌的发现微生物学研究与生命起源：古细菌的发现介于原核生介于原核生物与真核生物之间的一类生物；病毒在生物的分子演化中物与真核生物之间的一类生物；病毒在生物的分子演化中的作用及其与生命起源的关系。的作用及其与生命起源的关系。 35一、微生物的分类和命名一、微生物的分类和命名微生物分类：把各种微生物按照其亲缘关微生物分类：把各种微生物按照其亲缘关系分群归类，编排成系统系分群归类，编排成系统1 1、微生物的分类单位、微生物的分类单位主要分类单位：主要分类单位： 界（界（Kingdom） 门门（Phylum）纲（）纲（Class）目（）目（Ord
46、er）科）科（Family）属（）属（Genus）种（）种（Species） 次要分类单位：亚门、亚纲、亚目、亚次要分类单位：亚门、亚纲、亚目、亚 科、科、亚属亚属第四节第四节 微生物的分类和命名微生物的分类和命名36 种种 (Species)：是一大群表型特征高度相似、亲缘是一大群表型特征高度相似、亲缘关系极其接近、与同属内其它种有关系极其接近、与同属内其它种有着明显差异的菌株的总称。着明显差异的菌株的总称。亚种（亚种（Subspecies）：如果某纯种的某一主要特征与典型如果某纯种的某一主要特征与典型种的不同，其余特征则完全相符，种的不同，其余特征则完全相符，而这一特征又是稳定的，则把该纯
47、而这一特征又是稳定的，则把该纯种称为典型种的变种。种称为典型种的变种。菌株（菌株（Strain）：同一种不同来源的微生物的纯培养。同一种不同来源的微生物的纯培养。372微生物的命名：微生物的命名：双名法双名法（1）每一种微生物的学名由两个拉丁字、）每一种微生物的学名由两个拉丁字、希腊字或拉丁化的其它文字组成希腊字或拉丁化的其它文字组成（2）第一个字是属名，用名词，字首字）第一个字是属名，用名词，字首字母大写；第二个字是种名，用形容词，字母大写；第二个字是种名，用形容词，字首字母不大写首字母不大写38（3）属名规定了微生物的主要特征，如）属名规定了微生物的主要特征，如形态特征、生理特征；种名补充
48、说明微生形态特征、生理特征；种名补充说明微生物的次要特征，如颜色、形状、用途等物的次要特征，如颜色、形状、用途等（4）附加部分：）附加部分：a. 命名者的姓，位于种名之后命名者的姓，位于种名之后b. 亚种亚种(变种变种)，以，以subsp(var) .开始后加开始后加变种名变种名39常用微生物的名称常用微生物的名称: :Staphylococeus aureus 金黄色葡萄球菌金黄色葡萄球菌Escherichia coli 大肠杆菌大肠杆菌Bacillus subtilis 枯草枯草(芽孢芽孢)杆菌杆菌Bacillus subtilis Var. Niger 枯草杆菌黑色变种枯草杆菌黑色变种C
49、orynebacterium pekinese Chen et al 北京棒状杆菌北京棒状杆菌 Saccharomyces cerevisiae 酿酒酵母酿酒酵母Saccharomyces carlsbergensis 卡氏酵母卡氏酵母Aspergillus niger 黑曲霉黑曲霉Aspergillus oryzae 米曲霉米曲霉Streptomyces sp. 链霉菌链霉菌Rhizopus sp. 根霉根霉Penici11ium sp. 青霉青霉Mucor sp. 毛霉毛霉Schizosaccharomyces pombe 粟酒裂殖酵母粟酒裂殖酵母40二、微生物的分类依据二、微生物的分类依
50、据1.形态特征形态特征 群体形态（培养特征）群体形态（培养特征） 个体形态个体形态2.生理生化特征生理生化特征 营养要求营养要求 酶酶 代谢产物代谢产物413、生态特征、生态特征4、血清学反应、血清学反应5、细胞壁成分、细胞壁成分6、红外吸收光谱、红外吸收光谱7、GC含量含量8、DNA杂合杂合9、其它、其它42三、微生物分类方法三、微生物分类方法1、经典分类法：、经典分类法： 是一种随机的和不系统的根据是一种随机的和不系统的根据少数几种特征进行分类的方法。主少数几种特征进行分类的方法。主要以形态特征和生理生化特征为主要以形态特征和生理生化特征为主要依据，结合生态特征、血清学反要依据，结合生态特
