1、第一章 绪论 微生物的概念 微生物的共性 微生物学的发展 微生物学的分支学科 微生物学的基本任务一、微生物的概念 微生物：个体微小、结构简单的一类低等生物。 微生物是一类形体微小、单细胞或个体较为简单的多细胞，甚至无细胞结构的低等生 物的总称。 简单地说是人们对肉眼看不见的细小生物的总称。特点 小（个体微小） nm 级：电镜下可见（细胞器、病毒） 少数肉眼可见 单细胞 简（结构简单） 简单多细胞um 级：光镜下可见（细胞） 非细胞 原核类：细菌，放线菌，支原体， 立克次氏体，衣原体，蓝细菌 低（进化地位低） 真核类：真菌（酵母菌，霉菌）， 原生动物，显微藻类 非细胞类：病毒，类病毒，元病毒二、
2、微生物的共性 体积小，比表面积大：这是五大共性的基础，原因是一个小体积大面积系统必然有一个巨大的营养物质吸收面、代谢废物的排泄面和环境信息的接受面。为高速生长繁殖和大量生长代谢产物提供了基础，使微生物有可能更好发挥“活的工厂”的作用。人类对微不足道生物的利用，主要在它们的生物转化能力。微生物的共同特点微生物的共同特点1吸收多，转化快生长旺，繁殖快适应强，易变异分布广，种类多微生物的共同特点微生物的共同特点2 个体微小个体微小 一般微生物以一般微生物以m mm表示其大小表示其大小 病毒用病毒用nm表示大小表示大小 结构简单结构简单 单细胞单细胞 简单多细胞简单多细胞 无细胞无细胞 微生物的共同特
3、点微生物的共同特点3 代谢活跃代谢活跃 吸收、转化物质速度极快。吸收、转化物质速度极快。 发酵乳糖的细菌每小时可分解其自发酵乳糖的细菌每小时可分解其自重的重的100010000倍倍 产朊假丝酵母合成蛋白质的能力较产朊假丝酵母合成蛋白质的能力较大豆强大豆强100倍，较成年公牛强倍，较成年公牛强105倍倍 方式多样方式多样 能利用的有机基质极为广泛，能利用的有机基质极为广泛，CO2 有机化能，无机化能有机化能，无机化能 ，光能光能 好氧呼吸，厌氧呼吸，发酵，（兼性）好氧呼吸，厌氧呼吸，发酵，（兼性） 途径多种多样途径多种多样 产物多种多样产物多种多样 微生物的共同特点微生物的共同特点4 繁殖快速繁
4、殖快速 大肠杆菌在适宜条件下大肠杆菌在适宜条件下37oC时的世代时时的世代时间为间为18min，每，每24 h可分裂可分裂80次，即增殖数为次，即增殖数为1.2x1024 容易变异容易变异 微生物的自然变异频率可达微生物的自然变异频率可达10-510-10 变异可涉及到任何形状变异可涉及到任何形状 形态构造，代谢途径，生理特性，抗原形态构造，代谢途径，生理特性，抗原抗性，产物种类，产物数量抗性，产物种类，产物数量微生物的共同特点微生物的共同特点5 抗逆性强抗逆性强 抗热性抗热性 抗压性抗压性 抗寒性抗寒性 抗酸性抗酸性 抗碱性抗碱性 抗干燥性抗干燥性 抗缺氧性抗缺氧性 抗辐射性抗辐射性 抗毒物
5、性抗毒物性 休眠期长休眠期长 具有特殊的休眠构造具有特殊的休眠构造 芽孢，孢子，胞囊芽孢，孢子，胞囊 菌丝体特异结构菌丝体特异结构 菌核，菌索菌核，菌索 芽孢休眠期可达几年，几百年，上千年芽孢休眠期可达几年，几百年，上千年 微生物的共同特点微生物的共同特点6 种类繁多种类繁多 目前已确定的微生物种类有目前已确定的微生物种类有105以上，每年仍以几百以上，每年仍以几百上千的新种在被发现上千的新种在被发现 目前所了解的微生物种类仅仅为自然界中的目前所了解的微生物种类仅仅为自然界中的0.1%-1%左右左右 数量巨大数量巨大 每每g土壤含几亿细菌土壤含几亿细菌 人体肠道内菌体总数人体肠道内菌体总数 达
6、达1013个左右个左右, 约约2kg 全球海洋中的微生物总重量达全球海洋中的微生物总重量达28x1012kg 微生物的共同特点微生物的共同特点7 分布广泛分布广泛 除了除了“明火明火”，火山喷发中心区和人，火山喷发中心区和人为的无菌环境外，都有微生物的存在为的无菌环境外，都有微生物的存在 分类级宽分类级宽 微生物横跨了无细胞结构生物、细胞微生物横跨了无细胞结构生物、细胞结构生物中的原核生物和真核生物结构生物中的原核生物和真核生物 除动物界和植物界外各界都为微生物除动物界和植物界外各界都为微生物而设而设微生物与其他生物的共同点微生物与其他生物的共同点 遗传信息都是以遗传信息都是以DNA和和RNA
7、作为载体，作为载体，遗传信息表达的规则相同遗传信息表达的规则相同 都是以都是以ATP作为能量代谢的载体作为能量代谢的载体 氨基酸、核苷酸、单糖、脂肪酸的合氨基酸、核苷酸、单糖、脂肪酸的合成途径相同成途径相同 蛋白质、脂肪、核酸和多糖的合成途蛋白质、脂肪、核酸和多糖的合成途径相同径相同 细胞的化学组成相似细胞的化学组成相似 什么微 生 物 学？ 是研究微生物及其生命活动规律的科学。是研究微生物及其生命活动规律的科学。微生物学研究的范畴微生物学研究的范畴 1 微生物本身微生物本身 形态结构，分类鉴定，生理生化， 生长繁殖，遗传变异，生态分布 2 微生物与微生物和其他生物植物、动物和人微生物与微生物
8、和其他生物植物、动物和人类的关系类的关系有益、有害、致病有益、有害、致病 3 微生物在自然界各种元素生物地球化学微生物在自然界各种元素生物地球化学 循环中的作用循环中的作用利用、转化、固定利用、转化、固定 4 微生物在工、农、医、环境保护、食品生产微生物在工、农、医、环境保护、食品生产 中的应用中的应用促进人类可持续发展促进人类可持续发展微生物学的学科功能 基础学科基础学科 应用学科应用学科 研究生命起源、本质、进化及其活动研究生命起源、本质、进化及其活动规律规律 促进国民经济的发展促进国民经济的发展 保护人类、动植物的健康保护人类、动植物的健康 保护自然环境和促进国民经济的可持保护自然环境和
9、促进国民经济的可持续发展续发展微生物学的分支学科 以研究微生物本身分以研究微生物本身分 普通微生物学普通微生物学 微生物形态学微生物形态学 微生物分类学微生物分类学 微生物生理学微生物生理学 微生物生物化学微生物生物化学 微生物生态学微生物生态学 微生物遗传学微生物遗传学 细胞微生物学细胞微生物学以研究对象分以研究对象分 细菌学细菌学 放线菌学放线菌学 真菌学真菌学 病毒学病毒学 噬菌体学噬菌体学 藻类学藻类学 支原体学支原体学 厌氧微生物学厌氧微生物学 原生动物学原生动物学以应用方面分以应用方面分 工业微生物学工业微生物学 农业微生物学农业微生物学 食品微生物学食品微生物学 乳品微生物学乳品
10、微生物学 医学微生物学医学微生物学 兽医微生物学兽医微生物学 抗生素学抗生素学 免疫学免疫学 土壤微生物学土壤微生物学 水域微生物学水域微生物学 环境微生物学环境微生物学 沼气发酵微生物学沼气发酵微生物学 水产微生物学水产微生物学 海洋微生物学海洋微生物学 分析微生物学分析微生物学 实验微生物学实验微生物学 发酵微生物学发酵微生物学 预防微生物学预防微生物学 正在发展的新兴学科正在发展的新兴学科 微生物分子生物学微生物分子生物学 分子微生物学分子微生物学 微生物化学分类学微生物化学分类学 微生物数值分类学微生物地球化学微生物数值分类学微生物地球化学 宇宙微生物学宇宙微生物学 微生物基因组学微生
11、物基因组学 微生物蛋白质组学微生物蛋白质组学 微生物分子系统学微生物分子系统学 微生物学的发展简史 问题：为什么微生物学的建立要比动、植物晚？ 原因：1、个体微小；2、外貌不显；3、杂居混生；因果难联。微生物学历史发展的早期，就是围绕如何克服四大障碍而开展各种研究工作的。 当人们还处于对微生物世界的无知状态时，对待眼前的微生物往往表现出“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。微生物学的发展简史 实例：公元6世纪鼠疫第一次大流行时，危及埃及、土耳其、意大利各阿富汗等国家和地区，死亡人数约1亿人；第二次（14世纪）流行时，欧洲约死2500万人口，亚
12、洲约死4000万（其中国1300万）；上世纪末至本世纪初的第三次流行，发生在香港等地区，死亡人数约100万。这三次全球性的流行病共殃及2亿人口，比死亡最惨重的第二次大战（约死亡1.1亿）还多！植物病原微生物对农作物的危害也有类似的情况。19世纪中叶，由于第一次“绿色革命”的结果，在欧洲普遍只种植单一的高产粮食作物马铃薯，在1843-1847年间由于气候异常，致使欧洲发生马铃薯晚疫病的大流行，毁灭了5/6的马铃薯，个别地方甚至颗粒无收。当时爱乐兰的800万人口中，有近100万人直接饿死或间接病死，并有164万人往北美谋生。微生物学的发展简史 史前时期人类对微生物的认识与利用 微生物学初创时期微生
13、物形态认识时期 微生物学奠基时期微生物生理学发展时期 微生物学发展时期微生物生物化学发展时期 微生物学成熟时期微生物分子生物学发展时期史前时期 酿酒，制醋，制酱 种植豆科植物 积肥，压青，沤粪 消毒，灭菌 麦曲治病微生物学初创时期1 初创期（16世纪）：观察到了细菌和原生动物微生物学初创时期2 代表性事件 利用单式显微镜观察了许多微小利用单式显微镜观察了许多微小 物体物体和生物和生物 制作了制作了419架显微镜或放大镜（放大率架显微镜或放大镜（放大率50200倍，最高倍，最高266倍）倍） 发表了约发表了约400篇有关论文篇有关论文微生物学奠基时期1 巴斯德的主要贡献 否定了自生说 免疫学-提
14、出了预防接种措施（制备了狂犬疫苗） 证实发酵由微生物引起（酒精发酵） 其他：消毒法、家蚕软化（病原学说）微生物学奠基时期微生物学奠基时期3Kochs 代表性事件代表性事件 1、建立了研究微生物的一系列重要方法纯种分离，固体平板，鞭毛染色，悬滴培养，显微摄影 2、分离和纯化获得了许多传染病原菌 3、提出了Koch法则 (Kochs postulates)奠基时期 特点 建立了一系列研究微生物所必须的独建立了一系列研究微生物所必须的独特方法和技术特方法和技术 开创了寻找病原微生物的黄金时期开创了寻找病原微生物的黄金时期 把研究从形态描述推进到生理学研究把研究从形态描述推进到生理学研究水平水平 开始
15、以开始以“实践实践-理论理论-实践实践”的思想方法的思想方法指导科学实验指导科学实验 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微生物学发展时期微生物学发展时期 进入微生物生物化学研究水平进入微生物生物化学研究水平提出了酶提出了酶的概念的概念 应用微生物的分支学科进一步扩大应用微生物的分支学科进一步扩大出现出现抗生素等新学科抗生素等新学科 出现寻找有益微生物代谢产物的热潮出现寻找有益微生物代谢产物的热潮 普通微生物学形成普通微生物学形成美国美国M.Doudoroff 各相关学科和技术相互渗透交叉促进，加速各相关学科和技术相互渗透交叉促进，加速了微生物学的发展了微生物学的发
16、展微生物学成熟期微生物学成熟期 代表性人物代表性人物 J.D.Watson & H.F.C.Crick本时期特点本时期特点 成为以应用为主的学科，前沿基础学成为以应用为主的学科，前沿基础学科科 逐步进入分子生物学水平逐步进入分子生物学水平 微生物已成为新兴的生物工程的主角微生物已成为新兴的生物工程的主角微生物生物多样性微生物生物多样性Microbial biodiversity 一、微生物形态与结构的多样性一、微生物形态与结构的多样性 1、形态多样性、形态多样性 球形，杆形，螺旋形，方形，其他各种形状球形，杆形，螺旋形，方形，其他各种形状 2、大小多样性、大小多样性 病毒病毒nm，细菌，细菌m
17、 mm, 大型真菌几大型真菌几10几几cm 3、结构多样性、结构多样性 无细胞结构，单细胞结构，多细胞结构；有无细胞结构，单细胞结构，多细胞结构；有或无多种多样的特殊结构或无多种多样的特殊结构 二、微生物的代谢多样性 1、微生物代谢的底物多样性、微生物代谢的底物多样性 是其他生物所不可比拟的。微生物能利用的是其他生物所不可比拟的。微生物能利用的基质十分广泛，是任何其他生物所望尘莫及的，基质十分广泛，是任何其他生物所望尘莫及的，从无机的从无机的CO2到有机的酸、醇、糖类、蛋白质、到有机的酸、醇、糖类、蛋白质、脂类等，从短链、长链到芳香烃类，以及各种脂类等，从短链、长链到芳香烃类，以及各种多糖大分
18、子聚合物多糖大分子聚合物(果胶质、纤维素等果胶质、纤维素等)和许多和许多动、植物不能利用、甚至对其他生物有毒的物动、植物不能利用、甚至对其他生物有毒的物质，都可以成为微生物的良好碳源和能源。质，都可以成为微生物的良好碳源和能源。 2、微生物的代谢方式多样性、微生物的代谢方式多样性 既可以既可以CO2为碳源进行自养型生长，也为碳源进行自养型生长，也可以有机物为碳源进行异养型生长；既可以有机物为碳源进行异养型生长；既可以光能为能源，也可以化学能为能源。可以光能为能源，也可以化学能为能源。既可在有既可在有O2条件下生长，又可在无条件下生长，又可在无 O2条件下生长。条件下生长。 3、代谢的中间体和产
19、物多样性代谢的中间体和产物多样性 有各种各样的酸、醇、氨基酸、蛋白有各种各样的酸、醇、氨基酸、蛋白 质、质、脂类、糖类等等。脂类、糖类等等。 4、代谢速率的多样性、代谢速率的多样性 如在适宜环境下，大肠杆菌每小时可消如在适宜环境下，大肠杆菌每小时可消耗的糖类相当于其自身重量的耗的糖类相当于其自身重量的2 000倍。倍。以同等体积计，一个细菌在以同等体积计，一个细菌在1小时内所消小时内所消耗的糖即可相当于人在耗的糖即可相当于人在500年时间内所消年时间内所消耗的粮食。但也微生物的代谢速率极为耗的粮食。但也微生物的代谢速率极为缓慢缓慢三、微生物的遗传与变异多样性微生物的遗传与变异多样性 1、在微生
20、物中携带遗传信息的物质及其方式、在微生物中携带遗传信息的物质及其方式具有多样性具有多样性 在原核微生物中，染色体、质粒也携带遗在原核微生物中，染色体、质粒也携带遗传信息；真核微生物中，染色体和细胞器都有传信息；真核微生物中，染色体和细胞器都有能自主独立复制的能自主独立复制的DNA；病毒携带的核酸可以；病毒携带的核酸可以是是DNA，也可以是，也可以是RNA，如朊病毒甚至用蛋，如朊病毒甚至用蛋白质作增殖模板。白质作增殖模板。RNA病毒和朊病毒都不遵守病毒和朊病毒都不遵守DNA RNA 蛋白质这一中心法则。蛋白质这一中心法则。2、微生物的繁殖方式相对于动、微生物的繁殖方式相对于动植物的繁殖也具有多样
21、性植物的繁殖也具有多样性 细菌以二裂法为主，个别可由性接合的细菌以二裂法为主，个别可由性接合的方式繁殖；放线菌可以菌丝和分生孢子方式繁殖；放线菌可以菌丝和分生孢子繁殖；霉菌可由菌丝、无性孢子和有性繁殖；霉菌可由菌丝、无性孢子和有性孢子繁殖，无性孢子和有性孢子又各有孢子繁殖，无性孢子和有性孢子又各有不同的方式和形态；酵母菌可由出芽方不同的方式和形态；酵母菌可由出芽方式和形成子囊孢子方式繁殖。式和形成子囊孢子方式繁殖。3、微生物繁殖速率的多样性、微生物繁殖速率的多样性 以二裂法繁殖的细菌具有惊人的繁殖速以二裂法繁殖的细菌具有惊人的繁殖速率。如在适宜条件下，大肠杆菌率。如在适宜条件下，大肠杆菌37时
22、时世代时间为世代时间为18分钟，每分钟，每24小时可分裂小时可分裂80次，每次，每24小时的增殖数为小时的增殖数为 1.2 x 1024个。个。许多深海或嗜压微生物的生长代时远较许多深海或嗜压微生物的生长代时远较大肠杆菌长，几天、几月者都有。大肠杆菌长，几天、几月者都有。 4、微生物变异的多样性、微生物变异的多样性 由于个体小，结构简单，繁殖快，与外由于个体小，结构简单，繁殖快，与外界环境直接接触等原因，很容易发生变界环境直接接触等原因，很容易发生变异，一般自然变异的频率可达异，一般自然变异的频率可达1051010，而且在很短时间内出现大量的变异，而且在很短时间内出现大量的变异后代。变异具有多
23、样性，其表现可涉及后代。变异具有多样性，其表现可涉及到任何性状，如形态构造、代谢途径、到任何性状，如形态构造、代谢途径、抗性、抗原性的形成与消失、代谢产物抗性、抗原性的形成与消失、代谢产物的种类和数量等等。的种类和数量等等。四、微生物的抗性多样性四、微生物的抗性多样性 微生物具有抗逆多样性微生物具有抗逆多样性 极强的抗热性、抗寒性、抗盐性、抗干燥性、抗酸性、抗碱性、抗压性、抗缺氧、抗辐射和抗毒物等能力。 抗热性、抗寒性抗热性、抗寒性 已从近于100条件下的温泉中分离到了高温芽孢杆菌，并观察到在105时还能生长。细菌芽孢具有高度抗热性，100 下可生存。许多细菌也耐冷和嗜冷，有些在-12下仍可生
24、活，造成贮藏于冰箱中的肉类、鱼类和蔬菜水果的腐败。人们常用冰箱(+4)、低温冰箱(-20)、干冰(-70)、液氮(-196)来保藏菌种，都具有良好的效果。抗酸碱性抗酸碱性 嗜酸菌可以在pH为0.5的强酸环境中生存，而硝化细菌可在pH 9.4、脱氮硫杆菌可在pH10.7的环境中活动。在含盐高达2325%的“死海”中仍有相当多的嗜盐菌生存。 抗高渗性抗高渗性 在糖渍蜜饯、蜂蜜等高渗物中同样有高渗酵母等微生物活动，从而往往引起这些物品的变质。抗逆结构的多样性抗逆结构的多样性 微生物在不良条件下很容易进入休眠状态，某些种类甚至会形成特殊的休眠构造，如芽孢、分生孢子、孢囊等。有些芽孢在休眠了几百年，甚至
25、上千年之后仍有活力。五、微生物的种类多样性五、微生物的种类多样性 1、目前已确定的微生物种数在十万种左、目前已确定的微生物种数在十万种左右右，但仍正以每年发现几百至上千个新，但仍正以每年发现几百至上千个新种的趋势在增加。种的趋势在增加。 2、未知的微生物仍是占绝大多、未知的微生物仍是占绝大多数数。 目前我们所了解的微生物种类，至多也不超过目前我们所了解的微生物种类，至多也不超过生活在自然界中的微生物总数的生活在自然界中的微生物总数的10”，微生，微生物生态学家较为一致地认为，目前已知的已分物生态学家较为一致地认为，目前已知的已分离培养的微生物种类可能还不足自然界存在的离培养的微生物种类可能还不
26、足自然界存在的微生物总数的微生物总数的1。分子生物学技术和方法的。分子生物学技术和方法的发展已经揭示了运用传统的微生物学研究技术发展已经揭示了运用传统的微生物学研究技术和方法获得的微生物种类和种群数量仅仅占自和方法获得的微生物种类和种群数量仅仅占自然界存在总数的不到然界存在总数的不到1。运用分子生物学技。运用分子生物学技术和方法获得了与目前所知微生物的基因完全术和方法获得了与目前所知微生物的基因完全不同的基因组。不同的基因组。3、自然界中微生物存在的数量、自然界中微生物存在的数量往往超出一般人们的预料往往超出一般人们的预料 每每g土壤中细菌可达几亿个，放线菌孢子土壤中细菌可达几亿个，放线菌孢子
27、可达几千万个。人体肠道中菌体总数可可达几千万个。人体肠道中菌体总数可达达100万亿左右。每万亿左右。每g新鲜叶子表面可附新鲜叶子表面可附生生100多万个微生物。全世界海洋中微生多万个微生物。全世界海洋中微生物的总重量估计达物的总重量估计达280亿吨。从这些数据亿吨。从这些数据资料可见微生物在自然界中的数量之巨。资料可见微生物在自然界中的数量之巨。实际上我们生活在一个充满着微生物的实际上我们生活在一个充满着微生物的环境中。环境中。4、微生物横跨了生物六界系统、微生物横跨了生物六界系统 无细胞结构生物病毒界和细胞结构生物无细胞结构生物病毒界和细胞结构生物中的原核生物界、原生生物界、菌物界，中的原核
28、生物界、原生生物界、菌物界，除了动物界、植物界外，其余各界都是除了动物界、植物界外，其余各界都是为微生物而设立的，范围极为宽广。为微生物而设立的，范围极为宽广。 5、根据、根据C. Woese1977年提出年提出的的生命三域生命三域的理论的理论 微生物也占据了微生物也占据了古菌、细菌和真核生物古菌、细菌和真核生物三域三域。六、微生物的生态分布多样性六、微生物的生态分布多样性 微生物在自然界中，除了微生物在自然界中，除了“明火明火”、火山喷、火山喷发中心区和人为的无菌环境外，到处都有分布，发中心区和人为的无菌环境外，到处都有分布，上至几十千米外的高空，下至地表下几百米的上至几十千米外的高空，下至
29、地表下几百米的深处，海洋上万米的水底层，土壤、水域、空深处，海洋上万米的水底层，土壤、水域、空气，动植物和人类体内外，都分布有各种不同气，动植物和人类体内外，都分布有各种不同的微生物，可以说无处不在。即使是同一地点的微生物，可以说无处不在。即使是同一地点同一环境，在不同的季节，如夏季和冬季，微同一环境，在不同的季节，如夏季和冬季，微生物的数量、种类、活性、生物链成员的组成生物的数量、种类、活性、生物链成员的组成等等有明显的不同。显示了微生物生态分布的等等有明显的不同。显示了微生物生态分布的多样性。多样性。 生命三域生命三域Three dominants of life 1977年，沃斯年，沃斯
30、(Carl Woese)及其同事根据对代表性及其同事根据对代表性细菌类群的细菌类群的16S rRNA碱基序列进行广泛比较后提碱基序列进行广泛比较后提出古菌出古菌(archaea)、细菌、细菌(bacteria)和真核生物和真核生物(eucaryea)三域三域(urkingdoms，dominant)的概的概念，认为生物界的系统发育并不是一个由简单的念，认为生物界的系统发育并不是一个由简单的原核生物发育到较完全、较复杂的真核生物的过原核生物发育到较完全、较复杂的真核生物的过程，而是明显存在着三个发育不同的基因系统，程，而是明显存在着三个发育不同的基因系统，即古菌、细菌和真核生物。并认为这三个基因
31、系即古菌、细菌和真核生物。并认为这三个基因系统几乎是同时从某一起点各自发育而来，这一起统几乎是同时从某一起点各自发育而来，这一起点即是至今仍不明确的一个原始祖先。这一生物点即是至今仍不明确的一个原始祖先。这一生物界三域观念已被广泛接受。界三域观念已被广泛接受。微生物包括了古菌、细菌和真核生物中的相当部分。微生物包括了古菌、细菌和真核生物中的相当部分。古菌古菌Archaea 根据古菌染色体中根据古菌染色体中DNA的结构组成和存在的结构组成和存在方式表明，古菌和细菌在细胞形态结构、生长方式表明，古菌和细菌在细胞形态结构、生长繁殖、生理代谢、遗传物质存在方式等方面相繁殖、生理代谢、遗传物质存在方式等
32、方面相类似。但在分子生物学水平上，古菌和细菌之类似。但在分子生物学水平上，古菌和细菌之间有明显差别，是一群具有独特基因结构或系间有明显差别，是一群具有独特基因结构或系统发育生物大分子序列的单细胞生物。统发育生物大分子序列的单细胞生物。 古菌是一大类形态各异、特殊生理功能绝古菌是一大类形态各异、特殊生理功能绝然不同的微生物群。古菌可营自养或异养型生然不同的微生物群。古菌可营自养或异养型生活。活。 其主要特点如下：其主要特点如下： 古菌具有独特的细胞或亚细胞结构，如古菌具有独特的细胞或亚细胞结构，如无细胞壁古菌没有细胞壁，仅有细胞膜，而致无细胞壁古菌没有细胞壁，仅有细胞膜，而致细胞多形态。即使有细
33、胞壁的其他古菌，其细细胞多形态。即使有细胞壁的其他古菌，其细胞壁组分也独特，有具蛋白质性质，有具杂多胞壁组分也独特，有具蛋白质性质，有具杂多糖性质，也有类似于肽聚糖的假肽聚糖，但都糖性质，也有类似于肽聚糖的假肽聚糖，但都无胞壁酸、无胞壁酸、D-型氨基酸和二氨基庚二酸。型氨基酸和二氨基庚二酸。 古菌细胞膜的化学组成上，含有异戊烯古菌细胞膜的化学组成上，含有异戊烯醚而不含脂肪酸酯，脂肪酸也为有分支的直链醚而不含脂肪酸酯，脂肪酸也为有分支的直链而不是无分支的直链。细胞膜中的类脂不可皂而不是无分支的直链。细胞膜中的类脂不可皂化，中性类脂为类异戊二烯化，中性类脂为类异戊二烯(Isoprenoid)，极，
34、极性脂为植烷甘油醚性脂为植烷甘油醚(Phytanyl glycerol ethers)。 细胞内细胞内16SrRNA的核苷酸序列独特，不的核苷酸序列独特，不同于真细菌，也不同于真核生物。同于真细菌，也不同于真核生物。16S rRNA的碱基序列，的碱基序列，tRNA的特殊碱基的修饰，的特殊碱基的修饰，5S rRNA的二级结构等均不同于细菌和真核微生的二级结构等均不同于细菌和真核微生物。物。 古菌具有类似于真核生物的基因转录和翻古菌具有类似于真核生物的基因转录和翻译系统。译系统。 对于各种抗生素的敏感性上也与细菌有很对于各种抗生素的敏感性上也与细菌有很大差异，如对于氯霉素、青霉素、利福平等抗大差异
35、，如对于氯霉素、青霉素、利福平等抗生素不敏感，但细菌对此敏感；相反对于环己生素不敏感，但细菌对此敏感；相反对于环己胺、茴香霉素等敏感而细菌却不敏感。胺、茴香霉素等敏感而细菌却不敏感。 古菌大多生活在地球上如超高温、高古菌大多生活在地球上如超高温、高酸碱度、高盐浓度、严格无氧状态等极酸碱度、高盐浓度、严格无氧状态等极端环境或生命出现初期的自然环境。如端环境或生命出现初期的自然环境。如产甲烷细菌，可在严格厌氧环境下利用产甲烷细菌，可在严格厌氧环境下利用简单二碳和一碳化合物或简单二碳和一碳化合物或CO2生存和产生存和产甲烷；还原硫酸盐古菌可在极端高温、甲烷；还原硫酸盐古菌可在极端高温、酸性条件下还原
36、硫酸盐；极端嗜盐古菌酸性条件下还原硫酸盐；极端嗜盐古菌可在极高盐浓度下生存，等等。可在极高盐浓度下生存，等等。 目前根据不同的生理特性，可将古菌分为目前根据不同的生理特性，可将古菌分为: 产甲烷古菌群产甲烷古菌群 还原硫酸盐古菌群还原硫酸盐古菌群 极端嗜盐古菌群极端嗜盐古菌群 无细胞壁古菌群无细胞壁古菌群 极端嗜热和超嗜热代谢元素硫古菌群极端嗜热和超嗜热代谢元素硫古菌群 等等5大类群。大类群。 微 生 物 与 人 类 社 会 文 明 进 步微 生 物 与 人 类 社 会 文 明 进 步Microorganism and civilization progress of human societ
37、y微生物学的发展与人类的医疗微生物学的发展与人类的医疗保健保健 外科消毒术的建立，外科消毒术的建立， 探寻人畜病原菌，探寻人畜病原菌， 免疫防治的应用，免疫防治的应用， 化学药物治疗，化学药物治疗， 抗生素治疗，抗生素治疗， 生化药物微生物生产中遗传工程和生生化药物微生物生产中遗传工程和生物工程技术的应用物工程技术的应用 微生物学的发展与农业技术进步微生物学的发展与农业技术进步 以菌治虫，以菌治病，以菌治草以菌治虫，以菌治病，以菌治草 以菌增肥，以菌促长，以菌增肥，以菌促长， 以菌作饲料，以菌作药物，以菌作蔬以菌作饲料，以菌作药物，以菌作蔬菜菜 以菌产沼气以菌产沼气微生物学的发展对生物学基础理
38、论研究的巨大贡献 解决了生物学上许多重大的争论问题解决了生物学上许多重大的争论问题 是生物学的三大来源和三大支柱（生物化学，是生物学的三大来源和三大支柱（生物化学，微生物学和遗传学）之一微生物学和遗传学）之一 遗传学研究对象的微生物化促进了经典遗传遗传学研究对象的微生物化促进了经典遗传学向分子遗传学的发展学向分子遗传学的发展 微生物是基因工程中供体、载体、工具酶和微生物是基因工程中供体、载体、工具酶和受体的主要提供者受体的主要提供者 高等生物研究与应用中技术的日益微生物学高等生物研究与应用中技术的日益微生物学化化 微生物学研究中的实验技术与设备向生命科微生物学研究中的实验技术与设备向生命科学各
39、领域研究迅速扩散，在方法学上作出贡献学各领域研究迅速扩散，在方法学上作出贡献微生物学的发展促进了发酵工业微生物学的发展促进了发酵工业 食品和饮料的自然发酵食品和饮料的自然发酵 罐头生产与保藏罐头生产与保藏 厌氧纯种发酵技术厌氧纯种发酵技术 深层液体通气搅拌培养深层液体通气搅拌培养 代谢调控理论在发酵工业上的应用代谢调控理论在发酵工业上的应用 微生物生物工程的兴起微生物生物工程的兴起 微生物学的发展与生态环境的微生物学的发展与生态环境的保护和污染环境的生物修复保护和污染环境的生物修复 有机废弃物、废水的生物处理有机废弃物、废水的生物处理 污染环境的微生物修复污染环境的微生物修复 微生物学发展史上
40、的重大事件微生物学发展史上的重大事件 1546 Fracastoro提出不可见到生物引提出不可见到生物引起疾病起疾病 1676 L e e u w e n h o e k 发 现发 现了了”animalcules” 1765-1776 Spallanzani 反驳自然发生说反驳自然发生说 1786 Muller 提出了第一个细菌分类提出了第一个细菌分类 1798 Jenner 介绍了牛痘疫苗介绍了牛痘疫苗 18381839 Schwann & Schleiden 提出提出了细胞理论了细胞理论 1857 Pasteur证明了乳酸发酵是由证明了乳酸发酵是由微生物引起的微生物引起的 1861 Pas
41、teur用曲颈瓶实验证明微生物非用曲颈瓶实验证明微生物非自然发生，推翻了争论以久的自然发生，推翻了争论以久的“自生说自生说” 1864 Pasteur建立了巴氏消毒法建立了巴氏消毒法 1867 1869 Lister创立了消毒外科，并首次创立了消毒外科，并首次成功的进行了石炭酸消毒实验成功的进行了石炭酸消毒实验 Miescher 发现核酸发现核酸 18761877 Koch证明了炭疽病由炭疽杆证明了炭疽病由炭疽杆菌引起菌引起 1881 Koch等首创用明胶固体培养基分等首创用明胶固体培养基分离细菌，巴斯德制备了炭疽菌苗离细菌，巴斯德制备了炭疽菌苗 1882 Koch发现结核杆菌发现结核杆菌(M
42、ycobacterium tuberculosis) 1883 Koch首次发表首次发表Koch氏法则。氏法则。Metchnikoff阐述了吞噬作用。建立高压蒸汽阐述了吞噬作用。建立高压蒸汽灭菌和革兰氏染色法灭菌和革兰氏染色法 1884 Pasteur研究狂犬病疫苗成功，开研究狂犬病疫苗成功，开创了免疫学创了免疫学 1887 Richard Petri发明了双层培养皿发明了双层培养皿 1889 Winogradsky发现硫循环和硝化细发现硫循环和硝化细菌。菌。Beijerinck首次分离根瘤菌首次分离根瘤菌 1890 Von Behring制备抗毒素治疗白制备抗毒素治疗白喉和破伤风喉和破伤风
43、1891 Sternberg与巴斯德同时发现了与巴斯德同时发现了肺炎链球菌肺炎链球菌 1895 Ivanowsky提供烟草花叶病是由病毒提供烟草花叶病是由病毒引起的证据；引起的证据； Bordet发现互补发现互补 现象现象 1896 Bchner用无细胞存在的酵母菌抽用无细胞存在的酵母菌抽提液对葡萄糖进行酒精发酵成功提液对葡萄糖进行酒精发酵成功 1899 Ross证实疟疾病原菌由蚊子传播证实疟疾病原菌由蚊子传播 19091910 Ricketts发现立克次氏体；发现立克次氏体；Ehrlich首次合成治梅毒的化学治疗剂首次合成治梅毒的化学治疗剂 1928 Griffith发现细菌转化发现细菌转化
44、 1929 Fleming发现青霉素发现青霉素 1935 Stanley首次提纯了烟草花叶病毒，首次提纯了烟草花叶病毒，并获得了它的并获得了它的“蛋白质结晶蛋白质结晶” 1943 Luria和和Delbck用波动实验证明细用波动实验证明细菌噬菌体的抗性是基因自发突变所致；菌噬菌体的抗性是基因自发突变所致；Chain和和Flory形成青霉素工业化生产的工艺形成青霉素工业化生产的工艺 1944 Avery等证实转化过程中等证实转化过程中DNA是遗传信是遗传信息的载体；息的载体；Waksman发现链霉素发现链霉素 19461947 Lederberg和和Tatum发发现细菌的接合现象、基因连锁现象现
45、细菌的接合现象、基因连锁现象 1949 Enders、Robbins和和Weller在非神经的组织培养中，培养脊髓灰质在非神经的组织培养中，培养脊髓灰质炎病毒成功炎病毒成功 1952 Hershey和和Chase发现噬菌体发现噬菌体将将DNA注入宿主细胞；注入宿主细胞； Lederberg发明了影印培养法；发明了影印培养法；Zinder和和Lederberg发现普遍性转导发现普遍性转导 Watson和和Crick提出提出DNA双螺旋结构双螺旋结构 1956 Umbarger发现反馈阻遏现象发现反馈阻遏现象 1961 Jocob和和Monod提出基因调节提出基因调节的操纵子模型的操纵子模型 19
46、611966 Holley、Khorana、Nirenberg等阐明遗传密码等阐明遗传密码 1969 Edelman测定了抗原蛋白质分测定了抗原蛋白质分子的一级结构子的一级结构 19701972 Arber、Nathans和和Smith发现并提纯了限制性内切酶；发现并提纯了限制性内切酶； Temin和和Baltimore发现转录酶发现转录酶 1973 Ames建立细菌测定法检测致癌建立细菌测定法检测致癌物；物； Cohen等首次将重组质粒转入大肠杆菌中获等首次将重组质粒转入大肠杆菌中获得成功得成功 1974 Khler和和Milstein建立生产单克隆建立生产单克隆抗体的技术抗体的技术 197
47、7 Woese提出古生菌是有不同于细菌提出古生菌是有不同于细菌和真核生物的特殊类群；和真核生物的特殊类群； Sanger首次对首次对X174噬菌体噬菌体DNA进行了全进行了全序列分析序列分析 19821983 Cech和和Altman发现具有催发现具有催化活性的化活性的RNA（ribozyme）；）； McClintock发现的转座因子获得公发现的转座因子获得公认；认； Prusiner发现朊病毒（发现朊病毒（prion 19831984 Gallo和和Montagnier分离和鉴分离和鉴定人免疫缺陷病毒；定人免疫缺陷病毒； Mullis建立建立PCR技术技术 1988 Deisenhofer
48、等发现并研究细等发现并研究细菌的光合色素菌的光合色素 1995 第一个独立生活的生物（流感嗜血第一个独立生活的生物（流感嗜血杆菌）全基因序列测定完成杆菌）全基因序列测定完成 1996 第一个自养生活的古生菌基因第一个自养生活的古生菌基因组测定完成组测定完成 1997 第一个真核生物（啤酒酵母）基第一个真核生物（啤酒酵母）基因组测序完成因组测序完成 2000 霍乱弧菌基因组测序完成霍乱弧菌基因组测序完成微生物与人类的可持续发展微生物与人类的可持续发展 微生物与人类生存环境的维护和污染环境的微生物与人类生存环境的维护和污染环境的净化净化 微生物生物制剂对化学肥料、化学农药、化微生物生物制剂对化学肥
49、料、化学农药、化学促进剂的替代学促进剂的替代 微生物生物可降解物质对难降解物质的替代微生物生物可降解物质对难降解物质的替代 微生物药物、微生物保健品与人类健康长寿微生物药物、微生物保健品与人类健康长寿 微生物能源生产微生物能源生产乙醇、氢气、甲烷乙醇、氢气、甲烷 微生物食品与饮料微生物食品与饮料20世纪的微生物学 微生物学的全面发展(微生物遗传学、微生物生理学、分子遗传学及其它分支学科)，50年代全面进入了分子研究的水平 微生物学的广泛应用 微生物学推动生命科学的发展 （1）重大理论的突破 （2）对生命科学研究技术的贡献 （3）微生物与人类基因组计划 微生物学的基本任务 研究微生物在一定条件下的形态结构、生理生化、遗传变异及微生物的生态、进化、分类等基本的生命活动规律和应用的科学作业题 1、什么是微生物？微生物有哪些共性？请举例说明。 2、微生物学的发展可分为几个时期？各时期的主要成就有哪些？代表人物是谁？
