1、 微微 生生 物物 学学 Microbiology Microbiology一、什么是微生物一、什么是微生物二、人类对二、人类对微生物世界的认识史微生物世界的认识史三、微生物的五大共性三、微生物的五大共性 绪绪 论论 微生物（微生物（microorganism,microbe）是一切肉）是一切肉眼看不见或看不清楚的微小生物的总称，它眼看不见或看不清楚的微小生物的总称，它们是一些个体微小、构造简单的低等生物。们是一些个体微小、构造简单的低等生物。一、什么是微生物一、什么是微生物微生物包括：微生物包括：原核类：原核类：细菌细菌 放线菌放线菌 蓝细菌蓝细菌 支原体支原体 衣原体衣原体 立克次氏体立克
2、次氏体 真核类：真核类：真菌（酵母菌真菌（酵母菌 霉菌霉菌 蕈菌蕈菌）原生动物原生动物 显微藻类显微藻类非细胞类：非细胞类：病毒病毒 类病毒类病毒 朊病毒朊病毒 拟病毒拟病毒 二、人类对微生物世界的认识史二、人类对微生物世界的认识史 史前期史前期 初创期初创期 奠基期奠基期 发展期发展期 成熟期成熟期 是指人类还未见到微生物个体尤其是细菌细胞前的一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，大约在距今段漫长的历史时期，大约在距今8000年前一直至公元年前一直至公元1676年间。年间。在在十七世纪末叶十七世纪末叶以前，人们虽然不知道世界上有微生以前，人们虽然不知道世界上有微
3、生物，但在生产和日常生活以及医药卫生方面，我们的物，但在生产和日常生活以及医药卫生方面，我们的 祖先早已与微生物频繁打交道。他们在微生物的应用祖先早已与微生物频繁打交道。他们在微生物的应用 和防治方面，不但积累了许多经验，而且还有不少发和防治方面，不但积累了许多经验，而且还有不少发 明创造。明创造。（一）史前期（一）史前期（二）初创期（二）初创期 从从1676年年列文虎克列文虎克用自制的单式显微镜观察到细菌的用自制的单式显微镜观察到细菌的个体起，直至个体起，直至1861年近年近200年的时间。年的时间。在这一时期中，人们对微生物的研究仅停留在形态描在这一时期中，人们对微生物的研究仅停留在形态描
4、述的低级水平上，而对它们的生理活动及其与人类实述的低级水平上，而对它们的生理活动及其与人类实践活动的关系却未加研究，因此，微生物学作为一门践活动的关系却未加研究，因此，微生物学作为一门科学在当时还未形成。科学在当时还未形成。初创期代表人物初创期代表人物 微生物学先驱者微生物学先驱者列文虎克列文虎克，荷兰，荷兰的业余科学家。的业余科学家。列文虎克利用业余时间制造过列文虎克利用业余时间制造过400多架多架单式显微镜和放大镜，放大率一般为单式显微镜和放大镜，放大率一般为50200倍，倍，（三）奠基期（三）奠基期 从从1861年巴斯德根据曲颈瓶试验彻底推年巴斯德根据曲颈瓶试验彻底推翻生命的自然发生说并
5、建立胚种学说起，翻生命的自然发生说并建立胚种学说起，直至直至1897年的一段时间。年的一段时间。奠基期代表人物奠基期代表人物 巴斯德巴斯德（Louis Pasteur,1822-1895)，法国，法国，微生物学的奠基人微生物学的奠基人 科赫科赫（R.Koch,1843-1910)，德国，细菌学的，德国，细菌学的奠基人奠基人（四）发展期（四）发展期 1897年德国人年德国人E.Buchner用无细胞酵母菌压用无细胞酵母菌压榨汁中的榨汁中的“酒化酶酒化酶”对葡萄糖进行酒精发酵对葡萄糖进行酒精发酵成功，从而开创了微生物生化研究的新时代。成功，从而开创了微生物生化研究的新时代。此后，微生物生理、代谢研
6、究就蓬勃开展了此后，微生物生理、代谢研究就蓬勃开展了起来。起来。（五）成熟期（五）成熟期 从从1953年年4月月25日日J.D.Watson和和 H.F.C.Crick在在英国的英国的自然自然杂志上发表关于杂志上发表关于DNA结构的双结构的双螺旋模型起，整个生命科学就进入了分子生物螺旋模型起，整个生命科学就进入了分子生物学的研究阶段，同样也是微生物学发展史上成学的研究阶段，同样也是微生物学发展史上成熟期到来的标志熟期到来的标志。四、微生物的五大共性四、微生物的五大共性 体积小，面积大体积小，面积大 吸收多，转化快吸收多，转化快 生长旺，繁殖快生长旺，繁殖快 适应强，易变异适应强，易变异 分布广
7、，种类多分布广，种类多（一）体积小，面积大（一）体积小，面积大 测量单位：测量单位：微米（微米（m，10-6 m）纳米（纳米（nm，10-9 m）（一）体积小，面积大（一）体积小，面积大 杆菌，杆菌，平均长度约平均长度约2 m，宽度，宽度0.5 m，1500个杆菌头尾个杆菌头尾衔接起来仅有一粒芝麻长衔接起来仅有一粒芝麻长;60-80个个杆菌杆菌“肩并肩肩并肩”排列的总宽度，只相当于一根排列的总宽度，只相当于一根头发的直径。头发的直径。相当于一粒苋菜籽重（不到相当于一粒苋菜籽重（不到1 1毫克）的一团细菌，其中毫克）的一团细菌，其中包含的细菌数竟相当于全地球的总人口数（以包含的细菌数竟相当于全地
8、球的总人口数（以19851985年年为为48.548.5亿计）。亿计）。面积面积/体积比：人体积比：人=1;大肠杆菌大肠杆菌=30万；万；这样大的比表面积特别有利于它们和周围环境这样大的比表面积特别有利于它们和周围环境进行物质、能量、信息的交换。微生物的其它进行物质、能量、信息的交换。微生物的其它很多属性都和这一特点密切相关。很多属性都和这一特点密切相关。（一）体积小，面积大（一）体积小，面积大（二）吸收多，转化快（二）吸收多，转化快合成速度合成速度 产朊假丝酵母合成蛋白质的能力比大豆强产朊假丝酵母合成蛋白质的能力比大豆强100100倍，比食用牛强倍，比食用牛强1010万倍；一些微生物的呼吸万
9、倍；一些微生物的呼吸速率也比高等动植物的组织强数十至数百倍。速率也比高等动植物的组织强数十至数百倍。（二）吸收多，转化快（二）吸收多，转化快黑曲霉斜面菌种黑曲霉斜面菌种 四天扩大培养四天扩大培养3吨液体曲吨液体曲 500吨薯干淀粉转化成糖吨薯干淀粉转化成糖酵母菌酵母菌 200吨酒精吨酒精 分解速度分解速度（三）生长旺，繁殖快（三）生长旺，繁殖快 大肠杆菌（大肠杆菌（Escherichia coli）在适宜的条件下，每分裂一次的时间是在适宜的条件下，每分裂一次的时间是17.3分钟。如按分钟。如按20分钟分裂一次计，分钟分裂一次计，每小时每小时 分裂分裂3次次 每昼夜每昼夜 分裂分裂72次次 后代
10、数可达后代数可达4 722 366 500万亿万亿（471022），重约），重约4 722吨吨 48小时为小时为2.21043 个，约等于个，约等于4 000地球之重地球之重!（三）生长旺，繁殖快（三）生长旺，繁殖快500Kg的牛的牛 24小时小时 合成蛋白质合成蛋白质0.5Kg500Kg大豆大豆 24小时小时 合成蛋白质合成蛋白质50Kg 500Kg 24小时小时 合成蛋白质合成蛋白质50 000Kg 酵母菌酵母菌（四）适应强，易变异（四）适应强，易变异1.1.适应性适应性 海洋深处的硫细菌可在海洋深处的硫细菌可在250-300的高温条件下生长；的高温条件下生长；大多数细菌能耐大多数细菌能耐
11、0 -196（液氮）的低温；（液氮）的低温；一些嗜盐菌能在一些嗜盐菌能在32%的饱和盐水中正常生活；的饱和盐水中正常生活；产芽孢细菌可在干燥条件下保藏几十年、几百年甚至几产芽孢细菌可在干燥条件下保藏几十年、几百年甚至几千年；千年；（四）适应强，易变异（四）适应强，易变异 氧化硫硫杆菌能生长在氧化硫硫杆菌能生长在5-10%的硫酸中；的硫酸中；脱氮硫杆菌的生长最高脱氮硫杆菌的生长最高pH值为值为10.7；在抗辐射方面，在抗辐射方面，E.coli为为10 000R，酵母菌为，酵母菌为30 000R，原生动物为原生动物为100 000R，耐辐射微球菌为，耐辐射微球菌为750 000R 在抗静水压方面，
12、酵母菌为在抗静水压方面，酵母菌为500个大气压，细菌、霉个大气压，细菌、霉菌为菌为3 000个大气压，植物病毒可抗个大气压，植物病毒可抗5 000个大气压。个大气压。（四）适应强，易变异（四）适应强，易变异2.变异性变异性青霉素产生菌青霉素产生菌产黄青霉产黄青霉的产量变异的产量变异 1943年，每毫升青霉素发酵液中该菌只分泌年，每毫升青霉素发酵液中该菌只分泌约约20单位的青霉素单位的青霉素；目前国际上先进的国家，其发酵水平每毫升目前国际上先进的国家，其发酵水平每毫升已超过已超过5万单位万单位，甚至接近，甚至接近10万单位万单位。（四）适应强，易变异（四）适应强，易变异 致病菌对抗生素产生抗药性
13、的变异致病菌对抗生素产生抗药性的变异 1943年青霉素对金黄色葡萄球菌的最低制菌浓度为年青霉素对金黄色葡萄球菌的最低制菌浓度为0.02g/ml；1946年就有年就有14%的菌株产生了抗药性；的菌株产生了抗药性；1948年抗药性菌株率提高到年抗药性菌株率提高到59%；1957年继续增高到年继续增高到80%，有些菌株对青霉素的抗药性竟有些菌株对青霉素的抗药性竟比原始菌株提高了一万倍，即达到比原始菌株提高了一万倍，即达到200g/ml。（五）分布广，种类多（五）分布广，种类多1.分布广分布广人体肠道中的正常菌群人体肠道中的正常菌群 种类种类 100-400种种 总数总数 100万亿万亿 数量最多的是
14、数量最多的是脆弱拟杆菌脆弱拟杆菌，1010-1011/g万米深海底部的耐热硫细菌万米深海底部的耐热硫细菌 100万万-100亿个亿个/ml海水海水（五）分布广，种类多（五）分布广，种类多几万米高空的微生物几万米高空的微生物 70年代末从年代末从74km的高空采集到处在同温层和大气的高空采集到处在同温层和大气层中的微生物，后来又在层中的微生物，后来又在85km处找到了微生物处找到了微生物地层下的微生物地层下的微生物 在南极洲的罗斯岛和泰罗尔盆地在南极洲的罗斯岛和泰罗尔盆地128m和和427m的的沉积岩心中找到了活细菌沉积岩心中找到了活细菌 每张纸币带菌每张纸币带菌900万个细菌万个细菌每个喷嚏的
15、飞沫含每个喷嚏的飞沫含4500-1500004500-150000个细菌；个细菌；重感冒患者为重感冒患者为85008500万个细菌万个细菌 2.种类多种类多（1）微生物的种数多）微生物的种数多 人类已描述过的生物总数约为人类已描述过的生物总数约为200万种。据估计，万种。据估计，微生物的总数约在微生物的总数约在50600万种之间，其中已记万种之间，其中已记载过的仅约载过的仅约20万种（万种（1995年），包括原核生物年），包括原核生物3 500种，病毒种，病毒4 000种，真菌种，真菌9万种，原生动物万种，原生动物和藻类和藻类10万种。万种。（五）分布广，种类多（五）分布广，种类多（五）分布广
16、，种类多（五）分布广，种类多（2 2）微生物的生理代谢类型多）微生物的生理代谢类型多分解地球上贮藏量最为丰富的初级有机物，分解地球上贮藏量最为丰富的初级有机物，如天然气、石油、纤维素、木质素等如天然气、石油、纤维素、木质素等多种产能方式，如细菌光合作用，嗜盐菌紫多种产能方式，如细菌光合作用，嗜盐菌紫膜的光合作用，自养细菌的化能合成作用，膜的光合作用，自养细菌的化能合成作用，各种厌氧产能途径各种厌氧产能途径（五）分布广，种类多（五）分布广，种类多生物固氮作用生物固氮作用合成各种复杂有机物的能力合成各种复杂有机物的能力对复杂有机物分子基团的生物转化能力对复杂有机物分子基团的生物转化能力分解氰、酚、
17、多氯联苯等有毒物质的能力分解氰、酚、多氯联苯等有毒物质的能力抵抗极端环境的能力抵抗极端环境的能力（五）分布广，种类多（五）分布广，种类多（3）代谢产物种类多）代谢产物种类多 1980年代末曾有人统计为年代末曾有人统计为“7 890种种”，1992年又有人报道仅微生物产生的次生代谢产物就年又有人报道仅微生物产生的次生代谢产物就有有16 500种，且每年还在以种，且每年还在以500种新化合物的种新化合物的数目增长着。数目增长着。（五）分布广，种类多（五）分布广，种类多 （4）遗传基因的多样性）遗传基因的多样性 截止截止2000年年5月，已发表的微生物基因组有月，已发表的微生物基因组有31 个，即将发表的个，即将发表的15个，正在进行的个，正在进行的106个。个。（5）生态类型的多样性）生态类型的多样性 极端微生物即嗜极菌极端微生物即嗜极菌 微生物与微生物或与其他生物间存在着相互微生物与微生物或与其他生物间存在着相互 依存关系依存关系
