1、微生物学课件绪 论授课人：张久明授课人：张久明本章内容本章内容绪绪 论论微生物及其特点微生物及其特点1 12 2微生物学及其发展简史微生物学及其发展简史 3 34 4微生物学研究的重要意义微生物学研究的重要意义研究微生物学的基本方法研究微生物学的基本方法 绪绪 论论微生物及其特点微生物及其特点1.11.1 什么是微生物什么是微生物（Microorganism）微生物是一切肉眼看不清或看不见微小生物的总称1微微生生物物分分类类有细胞结构有细胞结构的微生物的微生物非细胞结构非细胞结构微生物微生物原核微生物（原核细胞构成）真核微生物（真核细胞构成）真菌显微藻类原生动物细菌细菌放线菌放线菌蓝细菌蓝细菌
2、支原体、衣原体、立克次氏体支原体、衣原体、立克次氏体绪绪 论论1.21.2 微生物的特点微生物的特点五大共性五大共性微生物及其特点微生物及其特点2345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，种类多分布广，种类多1体积小，面积大体积小，面积大绪绪 论论支原体支原体立克次氏体立克次氏体衣原体衣原体病毒病毒0.2 m杆状细菌杆状细菌0.52.0 m放线菌放线菌菌丝直径菌丝直径 1 m霉菌霉菌菌丝直径菌丝直径 210 m酵母酵母15530 m0.20.5 m常见微生物大小常见微生物大小细胞结构微生物多为微细胞结构微生物多
3、为微米级别，非细胞结构生米级别，非细胞结构生物体为纳米级别物体为纳米级别比面比面=面积面积/体积体积乳酸杆菌乳酸杆菌 120,000豌豆豌豆 6.0鸡蛋鸡蛋 1.5体重体重200磅的人磅的人 0.3体积小，面积大体积小，面积大众所周知，任何物体被分割得越细，其众所周知，任何物体被分割得越细，其单位体积中物体所占的表面积就越大单位体积中物体所占的表面积就越大 最基本的共性最基本的共性绪绪 论论吸收多，转化快吸收多，转化快&Candidautilis（产朊假丝酵母）合成蛋（产朊假丝酵母）合成蛋白质的能力比大豆强白质的能力比大豆强100倍，比公牛强倍，比公牛强10万倍万倍例如&有资料表明，发酵乳糖的
4、有资料表明，发酵乳糖的 Escherichia coli.在在1小时内可分解其自重小时内可分解其自重100010000倍的倍的乳糖乳糖微生物的这个特性为它们的高速生长繁殖和微生物的这个特性为它们的高速生长繁殖和产生大量代谢产物提供了充分的物质基础，产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从而使微生物有可能更好地发挥“活的化工活的化工厂厂”的作用。的作用。绪绪 论论2生长旺，繁殖快生长旺，繁殖快24h：4722366500万亿个后代，重量达到：4722吨48h：2.2 10 43个后代，重量达到2.2 10 25 吨相当于相当于4000个地球的重量！个地球的重量！大肠杆
5、菌大肠杆菌一个细胞重约一个细胞重约10 12 克，克，平均平均20分分钟繁殖一代钟繁殖一代绪绪 论论理论上而已，实际上还理论上而已，实际上还受到培养环境的限制受到培养环境的限制3生长旺，繁殖快生长旺，繁殖快若干微生物的代时及每日增殖率若干微生物的代时及每日增殖率微生物名称微生物名称代时代时每日分裂次数每日分裂次数温度温度每日增殖率每日增殖率乳酸菌乳酸菌38分分38 252.71011大肠杆菌大肠杆菌18分分80 371.21024 根瘤菌根瘤菌110分分13258.2103枯草杆菌枯草杆菌31分分46307.01013光合细菌光合细菌144分分10301.0103酿酒酵母酿酒酵母120分分12
6、304.1103小球藻小球藻7小时小时3.42510.6念珠藻念珠藻*23小时小时1.04252.1硅藻硅藻17小时小时1.4202.64草履虫草履虫10.4小时小时2.3264.92*为念珠蓝菌属为念珠蓝菌属(Nostoc)的旧称，与细菌同属原核生物。的旧称，与细菌同属原核生物。绪绪 论论3适应强，易变异适应强，易变异C 微生物对环境条件尤其是恶劣的微生物对环境条件尤其是恶劣的“极端环极端环境境”所具有的惊人适应力，堪称所具有的惊人适应力，堪称生物界之生物界之最最。例如在海洋深处的某些硫细菌可在。例如在海洋深处的某些硫细菌可在250 甚至在甚至在300 的高温条件下正常生长；的高温条件下正常
7、生长；C大多数细菌能耐大多数细菌能耐0 -196 （液态氮）的（液态氮）的任何低温，甚至在任何低温，甚至在-253 （液态氢）下仍（液态氢）下仍能保持生命；一些嗜盐菌甚至能在能保持生命；一些嗜盐菌甚至能在32%的的饱和盐水中正常生活；饱和盐水中正常生活；C 许多微生物尤其是产芽孢的细菌可在干燥许多微生物尤其是产芽孢的细菌可在干燥条件下保藏几十年、几百年甚至上千年。条件下保藏几十年、几百年甚至上千年。适 应 强适 应 强 绪绪 论论4适应强，易变异适应强，易变异 易 变 异易 变 异 微生物的个体一般都是单倍体，加之它具有微生物的个体一般都是单倍体，加之它具有繁殖快、数量多繁殖快、数量多以及与外
8、界环境直接接触等原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因，虽然微生物的变异频率仅为(10(10-6-6-10-10-9-9)，也，也可在短时间内产生大量变异的后代。可在短时间内产生大量变异的后代。在微生物育种中利用变异这一特性可获得在微生物育种中利用变异这一特性可获得高产菌株。高产菌株。12在医疗实践中，致病菌容易对抗生素产生在医疗实践中，致病菌容易对抗生素产生抗药性变异抗药性变异 绪绪 论论4细菌抗药性的产生：细菌抗药性的产生：图片来自食品图库图片来自食品图库分布广，种类多分布广，种类多物种多样性物种多样性生理代谢类型的多样性生理代谢类型的多样性代谢产物的多样性代谢产物的多
9、样性遗传基因的多样性遗传基因的多样性 生态类型的多样性生态类型的多样性从从85公里高空到公里高空到 地层下地层下128米沉积岩，到米沉积岩，到万米深海万米深海中都发现有微生物存在。中都发现有微生物存在。分 布 广分 布 广 种 类 多种 类 多 绪绪 论论5 从永冻冰层分离微生物分布广，种类多分布广，种类多绪绪 论论5南极冰芯样品中的微生物南极冰芯样品中的微生物分布广，种类多分布广，种类多绪绪 论论5绪绪 论论微生物学及其发展简微生物学及其发展简史史 微生物学（Microbiology）是研究微生物生命活动规律的学科。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 感性认
10、识阶段感性认识阶段形态描述阶段形态描述阶段生理水平研究生理水平研究生化水平研究生化水平研究分子水平研究分子水平研究2绪绪 论论史前期史前期 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，大约在距细菌细胞前的一段漫长的历史时期，大约在距今今8000年年1676年间。年间。开创者：开创者：各国劳动人民，其中尤以我国的制各国劳动人民，其中尤以我国的制曲、酿酒技术蓍称曲、酿酒技术蓍称特点：特点：未见细菌等微生物个体；凭实践经验未见细菌等微生物个体；凭实践经验利用微生物的有益活动（酿酒、制酱、酿醋、利用微生物的有益活动（酿酒、制酱、酿醋、沤肥
11、、轮作、治病）。沤肥、轮作、治病）。绪绪 论论史前期史前期t我国8000年前就开始出现了曲蘖酿酒；t4000年前埃及人已学会烘制面包和酿制果酒；t2500年前发明酿酱、醋，用曲治消化道疾病；t公元六世纪(北魏时期)贾思勰的巨著“齐民要术齐民要术”；t公元2世纪，张仲景禁食病死兽类的肉和不清洁食物t公元前112年-212年间，华佗割腐肉以防传染；t公元九世纪痘浆法、痘衣法预防天花；t16世纪古罗巴医生G.Fracastoro：疾病是由肉眼看不见的生物(living creatures)引起的；t1641年，明末医生吴又可也提出“戾气”学说；绪绪 论论我国古代的酿酒作坊（四川新都县出土的汉代画像）
12、史前期史前期绪绪 论论初创期初创期时时 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；对一些微生物形态进行描述。对一些微生物形态进行描述。安东安东列文虎克列文虎克（Antony ven Leeuwenhoek,16321723）在）在1680年前后发现了自然界中年前后发现了自然界中存在的细菌、酵母菌、原生动物等微小生物存在的细菌、酵母菌、原生动物等微小生物。初创期初创期绪绪 论论绪绪 论论奠基期奠基期时时 间：间：18611897开创者：开创者：Pasteur和和Koch特特
13、 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，开创了寻找病原微生借助于良好的研究方法，开创了寻找病原微生物的物的“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究把微生物的研究从形态描述推进到生理学研究的新水平；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。绪绪 论论奠基期奠基期法国化学家、微生物学家法国化学家、微生物学家路易路易巴斯德巴斯德（Louis Pasteur，18221895）彻底否定了自然发生说彻底否定了自然发生说证实发酵由微生物引起证实发酵由微生物引起免疫学免疫学预防接种预
14、防接种发明巴氏消毒法发明巴氏消毒法巴斯德的功绩巴斯德的功绩曲颈瓶实验曲颈瓶实验几星期后42-43oC下培养的老龄炭疽菌获免疫力37oC下培养的新鲜炭疽菌巴斯德发现免疫现象绪绪 论论奠基期奠基期德国科学家柯赫德国科学家柯赫（Robert Koch，18431910）C发明了固体培养基，提出了纯培养的概念和方法发明了固体培养基，提出了纯培养的概念和方法C创造了细菌染色的方法创造了细菌染色的方法C发现了许多病原菌，并且提出了证明某种微生物是否为发现了许多病原菌，并且提出了证明某种微生物是否为某种疾病病原体的基本原则某种疾病病原体的基本原则 著名的柯赫法则著名的柯赫法则绪绪 论论柯 赫 法 则柯 赫
15、法 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 2、要从寄主分离出这样的微生物并在培养、要从寄主分离出这样的微生物并在培养基中培养出来；基中培养出来；3 3、用这种微生物的纯培养接种健康而敏感、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；的寄主，同样的疾病会重复发生；4 4、从试验发病的寄主中能再度分离培养出、从试验发病的寄主中能再度分离培养出这种微生物来。这种微生物来。奠基期奠基期发展期发展期时时 间：间：18971953开创者：开创者：Buchner特特 点：点：进入微生物生化水平的研究；进入微生物生化水平的研究；应用微生物的分支学科更
16、为扩大，出现了应用微生物的分支学科更为扩大，出现了抗生素等学科；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，相互促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。进，加速了微生物学的发展。绪绪 论论绪绪 论论Sir Alexander Fleming discovered the antibiotic penicillin.He had the insight to recognize the significance of the inhibition of bacter
17、ial growth in the vicinity of a fungal contaminant when most other scientists probably would have simply discarded the contaminated plates.Alexander Fleming(1881-1955)发展期发展期绪绪 论论时时 间：间：1953至今至今开创者：开创者：Watson 和和Crick特特 点：点：微生物学从一门在生命科学中较为孤立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，成为一门十分热的以应用为主的学科，成为一门十分热 门的前沿基础学科
18、；门的前沿基础学科；在基础学理论的研究方面，逐步进入到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对象；生物学研究中的最主要的对象；在应用研究方面，向着更自觉、更有效在应用研究方面，向着更自觉、更有效 和可人控制的方向发展。和可人控制的方向发展。成熟期成熟期微生物学研究的重要意微生物学研究的重要意义义3.1微生物与食品微生物与食品3.2微生物与能源微生物与能源3.3微生物与资源微生物与资源3.4微生物与环境保护微生物与环境保护3.5微生物与人类健康微生物与人类健康绪绪 论论3绪绪 论论微生物学研究的重要意微生物
19、学研究的重要意义义3.1微生物与食品微生物与食品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。微生物在提高土壤肥力、改进作物特性（如构微生物在提高土壤肥力、改进作物特性（如构建固氮植物）、促进粮食增产、防治粮食作物建固氮植物）、促进粮食增产、防治粮食作物的病虫害、防止粮食霉腐变质以及把多余粮食的病虫害、防止粮食霉腐变质以及把多余粮食转化为糖、单细胞蛋白、各种饮料和调味品等转化为糖、单细胞蛋白、各种饮料和调味品等方面，都可大显身手。方面，都可大显身手。3微生物发酵生产柠檬酸微生物发酵生产柠檬酸微生物发酵生产乳酸微生物发酵生产乳酸3.2微生物与能源微生物与能源把自然界
20、蕴藏量极其丰富的纤维素转化成乙把自然界蕴藏量极其丰富的纤维素转化成乙醇；醇；利用产甲烷菌把自然界蕴藏量最丰富的可再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；生资源转化成甲烷；利用光合细菌、蓝细菌或厌氧梭菌等微生物利用光合细菌、蓝细菌或厌氧梭菌等微生物生产生产“清洁能源清洁能源”-氢气；氢气；通过微生物发酵产气或其代谢产物来提高石通过微生物发酵产气或其代谢产物来提高石油采收率；油采收率；研制微生物电池使之实用化。研制微生物电池使之实用化。微生物学研究的重要意微生物学研究的重要意义义绪绪 论论3.3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微生物能将地球上永无枯竭
21、的纤维素等可再生资源转化成各种化工、轻工和制药等工业再生资源转化成各种化工、轻工和制药等工业原料。原料。传统的：乙醇、丙醇、丁醇、乙酸、甘油、传统的：乙醇、丙醇、丁醇、乙酸、甘油、乳酸、苹果酸等；乳酸、苹果酸等；现代的：水杨酸、乌头酸、丙烯酸、已二现代的：水杨酸、乌头酸、丙烯酸、已二酸、丙烯酸、长链脂肪酸、亚麻酸油和聚羟基酸、丙烯酸、长链脂肪酸、亚麻酸油和聚羟基丁酸酯（丁酸酯（PHB）等；）等；另外：微生物在金属矿藏资源的开发和利另外：微生物在金属矿藏资源的开发和利用上也有独特的作用。用上也有独特的作用。微生物学研究的重要意微生物学研究的重要意义义绪绪 论论3.4微生物与环境保护微生物与环境保
22、护利用微生物肥料、微生物杀虫剂或农用抗利用微生物肥料、微生物杀虫剂或农用抗生素来取代会造成环境恶化的各种化学肥料或生素来取代会造成环境恶化的各种化学肥料或化学农药；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）（聚羟基丁酸酯）制造易降解的医用塑料制品以减少环境污染；制造易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，如水；利用微生物技术来监察环境的污染度，如用艾姆氏法检测环境中的用艾姆氏法检测环境中的“三致三致”物质；物质；微生物学研究的重要意微生物学研究的重要意义义绪绪 论论分
23、解者微生物消费者动物环境土壤、空气、水生产者植物（包括部分微生物）微生物在生态系统中的地位：分解者，部分生产者利用微生物进行污水处理微生物学研究的重要意微生物学研究的重要意义义3.5微生物与人类健康微生物与人类健康 很多人类的疾病（如非典型肺炎很多人类的疾病（如非典型肺炎(SARS），爱），爱滋病，流感，伤寒滋病，流感，伤寒,甲型甲型H1N1流感病毒流感病毒等）均等）均有微生物引起；防治这类疾病的主要手段又是有微生物引起；防治这类疾病的主要手段又是各种微生物产生的药物：抗生素、干扰素和白各种微生物产生的药物：抗生素、干扰素和白细胞介素等高效药物纷纷转向由细胞介素等高效药物纷纷转向由“工程菌工程
24、菌”来来生产。生产。微生物学研究的重要意微生物学研究的重要意义义绪绪 论论4.1显微镜技术显微镜技术4.2无菌技术无菌技术4.3纯种分离技术纯种分离技术4.4纯种培养技术纯种培养技术 研究微生物学的基本方研究微生物学的基本方法法 绪绪 论论4绪绪 论论光学显微镜的诞生，它将肉眼的分辨率提光学显微镜的诞生，它将肉眼的分辨率提高到微米级水平，而电子显微镜的出现使人眼高到微米级水平，而电子显微镜的出现使人眼分辨达到纳米水平。列文虎克是第一个用显微分辨达到纳米水平。列文虎克是第一个用显微镜来观察和描述微生物的。镜来观察和描述微生物的。4.1显微镜技术显微镜技术研究微生物学的基本方研究微生物学的基本方法
25、法 绪绪 论论研究微生物学的基本方研究微生物学的基本方法法 绪绪 论论 电子显微镜电子显微镜研究微生物学的基本方研究微生物学的基本方法法 绪绪 论论4.2无菌技术无菌技术 无菌技术是在分离、转接及培养纯培养无菌技术是在分离、转接及培养纯培养物时防止其被其他微生物污染的技术。而对物时防止其被其他微生物污染的技术。而对灭菌技术的原理等作出科学解释的是巴斯德，灭菌技术的原理等作出科学解释的是巴斯德，他所进行的举世闻名的曲颈瓶实验，不仅彻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底否定了当时十分流行的“生命自然发生学生命自然发生学说说”，而且为微生物学中的无菌技术的创立，而且为微生物
26、学中的无菌技术的创立和发展奠定了理论和实践基础。和发展奠定了理论和实践基础。研究微生物学的基本方研究微生物学的基本方法法 无菌操作无菌操作将菌种从试管转接至平板将菌种从试管转接至平板无菌操作工作台无菌操作工作台水平流超净工作台水平流超净工作台垂直流超净工作台垂直流超净工作台绪绪 论论绪绪 论论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开微生物世界奥秘的重要手段。要揭开在自然条件下处于杂居混的重要手段。要揭开在自然条件下处于杂居混生状态的某一微生物的特点，以及它们对人类生状态的某一微生物的特点，以及它们对人类是有益还是有害，就必须采用在无菌技术基础是有益还是有害，就必须采用在无菌技
27、术基础上的纯种分离方法。早期对微生物群体进行单上的纯种分离方法。早期对微生物群体进行单个纯化分离者是李斯特。但真正取得突破的是个纯化分离者是李斯特。但真正取得突破的是柯赫发明的培养皿琼脂平板技术。柯赫发明的培养皿琼脂平板技术。4.3纯种分离技术纯种分离技术研究微生物学的基本方研究微生物学的基本方法法 绪绪 论论研究微生物学的基本方研究微生物学的基本方法法 绪绪 论论4.4纯种培养技术纯种培养技术 微生物纯种培养技术在科学实验和生产实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。若为微践中有着极其重大的理论与实践意义。若为微生物提供一个初级培养的实验方法并不复杂，生物提供
28、一个初级培养的实验方法并不复杂，但要使微生物在大规模生产中良好地生长或累但要使微生物在大规模生产中良好地生长或累积代谢产物，就得考虑一些最为合理的培养装积代谢产物，就得考虑一些最为合理的培养装置和有效的工艺条件，并且还要在整个微生物置和有效的工艺条件，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，即防止的发酵过程中严防其他微生物的干扰，即防止杂菌污染。发酵罐的发明及大规模地普及使用，杂菌污染。发酵罐的发明及大规模地普及使用，它为生物工程学开辟了崭新的前景。同时微生它为生物工程学开辟了崭新的前景。同时微生物发酵工业也已成为国民经济的重要支柱之一。物发酵工业也已成为国民经济的重要支柱之一。
29、研究微生物学的基本方研究微生物学的基本方法法 摇瓶发酵摇瓶发酵10L种子罐培养 100L发酵罐全景发酵罐全景 100L发酵罐培养发酵罐培养 绪绪 论论参考书目参考书目 中国科学院武汉病毒研究所中国科学院武汉病毒研究所 网址网址:http:/ 网址网址:http:/ 中国微生物潜在资源信息数据库中国微生物潜在资源信息数据库 网址网址:http:/ 微生物菌种数据库微生物菌种数据库 网址网址:http:/ 网址网址:http:/ 论论思考题思考题1、什么是微生物？这是分类学上的概念么？、什么是微生物？这是分类学上的概念么？2、微生物的五大共性是什么？最基本的是哪、微生物的五大共性是什么？最基本的是哪一条？一条？3、对于微生物实验，有那些是最基本的操作、对于微生物实验，有那些是最基本的操作技术？技术？图片来自网络以及本人实验室图片来自网络以及本人实验室
