微生物学笔记.ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,一、,微生物及其类群,微生物是一切,微小生物,的总称。是一些,个体微小、构造简单的低等生物，,包括属于,真核类,的霉菌、酵母菌、原生动物和小型藻类，属于,原核类,的细菌、放线菌、支原体、立克次氏体、衣原体和蓝细菌，以及属于,非细胞类,的病毒和亚病毒等生物。,在整个生物界中，体形大小差距十分悬殊。体形大小上的量变达到某一限度，就会引起一系列其他性状的质变。微生物界的小体积、大面积的生存体制，由此演现出一系列有别于高等生物的特征，从而使微生物获得了许多,“生命界之最”,的桂冠。,生物界的组成,生物界,宏生物,（动物、植物）,微生物,（真核微生物、原核微生物,非细胞型病毒）,个体小:,测量单位：微米或钠米,火星陨石中发现的细菌化石（直径10,nm）,德国科学家,H.N.Schulz,等1999年在纳米比亚海岸的海底沉积物中发现的一种硫磺细菌（,sulfur bacterium），,其大小可达0.75,mm，,Thiomargarita namibiensis,，-,“纳米比亚硫磺珍珠”,小个体、大表面积的,意义,共性的基础：,微生物体积小、面积大是微生,物五大共性基础和关键之所在。,扩大交换面,：比面值大则扩大了微生物群体,对外界营养物质的吸收面、产,物和废物的释放面、信息和能,量的交换面,单细胞培养,：启发了动植物研究中的单细胞,培养（发酵）。,2,.,吸收多、转化快,实例,E.coli(Escherichia coli),大肠埃希氏菌,(大肠杆菌),耗乳糖 2000倍/每小时.自重 (约为人类的,300,万倍),Candiada utilis,产朊假丝酵母,合成蛋白质的能力为大豆的100倍、公牛的100,000倍,意义,为微生物生长繁殖,提供了物质基础,为物质,转化、累积代谢产物,提供条件,更好地利用这一点，,发挥微生物,“活,的催化化工厂”,之功能,3,.,生长旺、繁殖快,实例,Vibrio Natriegens,(,需钠弧菌,),9.8,分钟/代,E.coli,12.520.0,分钟/代,4,.,适应强、易变异,适应性,个体微小，提供了微生物极其灵活的适应性,为适应多变的进化环境，微生物产生了许多,灵活代谢调控机制。,极端环境,中的微生物，为,人类探索宇宙,微生,物拓展了新思路。,适应范围,常温环境,即动、植物生长环境。,极端环境,热,250300,寒,-69-196,盐 饱和盐水,（32%,NaCl）,干 可保存几千年,压,1400,atm,辐射,碱,pH,911,酸,510%,H,2,SO,4,抗毒、抗缺氧,（养料）,从永冻冰层分离微生物,南极,Vostok,湖冰芯样品中的微生物,嗜盐菌,淹盐环境,中都能找到嗜盐性,微生物,，这些嗜盐菌有其重要实用价值。,如:盐生盐杆菌所含的视觉物质一一,细菌视紫红质,（,bacteriorhodopsin,）,是开发生物芯片的重要材料之一。另一方面，这种嗜盐古细菌对研究地球生命,起源,有重要价值。.,变异惊人,生物界的,变异率相同,(10,-5,-10,10,),微生物界的优势在于,个体数惊人，,因此其,产生突变数量同样惊人。,例：产量变异惊人,Penicillium chrysogenum,产黄青霉,20,U,./1943,5100,000U./,目前,约5,000 倍,抗药变异可怕,Staphlococcus au,r,reus,金黄色葡萄球菌,0.02,g,/,ml/1943,耐药量提高,10,000,倍,提示,掌握微生物的规律，趋利避弊，为民造福。,避免,滥用抗生素,等药物，否则无异于自杀。,人类与微生物之间的协调永无止境，永无喘息的余地。,5.,分布广、种类多,分布广,为生物圈的开拓者和,永久居民,实例1,：,肠道正常菌群,-种类,100400,种,-总量,10,13,个,-占排泄物干重的,1/3,-厌氧菌数量是好氧菌的几百至上千倍,实例2,：,万米海底,耐高温,100,耐高压,1140,atm,实例3,：,几万米高空,8.5万米处发现微生物,实例4,:,地层下的岩石,球菌，杆菌和真菌,种类多,动植物种类,：,动物约为,150万种,植物约为,50万种,微生物种类：,20万种（估计 50,0,600,万种）,自然界是,菌种资源库,；,微生物是人类的朋友与伙伴；,微生物善于做，也乐于做任何事情；,若你能善待它们，它们将会加倍报答 你；,若你武断处置它们，它们将会疯狂地报复于人类,微生物学及其分科,微生物学经历了一个多世纪的发展，已分化出大量的分支学科，根据其性质简单归纳成下列6 类：,(1）按研究微生物的基本生命活动规律为目的来分总学科称普通微生物学（General Microbiology)，分科如微生物分类学，微生物生理学，微生物遗传学，微生物生态学和分子微生物学等。,见书,三、微生物学发展简史,-史前,-初创,-奠基,-发展,-成熟,史前期,（,8000,年前,1676,年）,漫长,我国古代劳动人民的贡献：,制酱,(,约,2600,年,),酿醋,(,约,2600,年,),细菌浸矿,(,约,1000,年,),用曲治病,(,约,2600,年,),种人痘,(,约,1000,年,),-个体未见,（特指细菌细胞）,-应用凭经验,，即通过不断地实践。,-,应用方面,：酒类的酿造（果酒，啤酒）；乳品类发酵；胆水浸铜法；霉菌治疗疾病；农业上采用积肥、沤粪、压青。,独创制曲酿酒工艺的四大特点,历史悠久,：有8000余年的历史，使用酵母菌。,这是人类最古老的家养微生物之一。,工艺独特：,曲、蘖。,经验丰富,：制曲技术，如红曲。,品种多样：,有几百种普通酒和药酒。,酿酒工艺归纳为三种,谷物曲酿酒：谷物淀粉,啤酒或醴：谷物淀粉,葡萄等果酒：葡萄等果品,蘖（麦芽酶）,曲（微生物酶）,糖,液,直接压榨,酵,母,菌,酒,蒸馏酒,1、形态学时期,2、生理学时期,3、分子生物学时期,4、基因组及后基因组时期,1,、形态学时期,（,17,世纪,80,年代,）,Leeuwenhoek,列文虎克,（44岁）观察到细菌。,微生物学先驱者,能工巧匠：,一生中制作,400,多（,419,？）,架单式显微镜。,敏锐的观察家,多产的业余科学家：,一生发表,400,余篇论文，,375,篇在英国皇家学会发表。,Leeuwenhoek,列文虎克,单式显微镜,列文虎克,(1632,一,1723),，,荷兰显微镜学家、博物学家，微生物学的开山祖,。生于荷兰东部德尔福特小城。,他先后制作了,400,多架显微镜，最高的放大倍数达,200,300,倍，并用这些显微镜观察过雨水、污水、血液、辣椒水、酒、头发、牙垢等许多物质。,1677,年他首次描述了昆虫、狗和人的精子，,1684,年准确地描述了红细胞，从列文虎克写给英国皇家学会的,200,多封附有图的信里，人们断定他是全世界第一个观察到球形、杆状和螺旋形的细菌和原生动物的人，还第一次描绘了细菌的运动。尽管缺少正规的科学训练，但他对微小世界的细致观察、精确描述和众多惊人的发现，使他举世闻名，并对,18,世纪和,19,世纪初期细菌学和原生动物学研究的发展起了奠基作用。由此，他被称为,“细菌学和原生动物学之父”、“显微术的缔造者”和“第一位微生物猎人”。,列文虎克的贡献,最大贡献是用自制的显微镜发现了微生物。,首次揭示了一个崭新的生物世界微生物界。,二 生理学时期,（,19,世纪,60,年代初,）,微生物学的奠基人物,微生物学,奠基,：,L.Pasteur,巴斯徳,（1822,1895）,细菌学,奠基：,R.Koch,柯赫（1843,1910）,路易,巴斯德,(1822,1895),，,法国化学家、微生物学家，近代微生物学的奠基人。出生在法国东部的多尔。,1843,年以第四名的成绩进入巴黎高等师范学校学习。,1846,年毕业后留校当实验室管理员，同时完成,博士论,文，主攻晶体结构。,1849,1854,年，在斯特拉斯堡学院任化学助教，继续研究晶体学。,1853,年，法国科学院授予他荣誉军团勋章。,1854,1857,年，出任里尔大学理学院教授兼教务长，研究乳酸发酵和酒精发酵，,1860,年获得法国科学院的实验生理奖。,1857,1867,年，任巴黎高等师范学校行政副校长兼理科主任，开始与“,自然发生说,”,展开长期争论。,1862,年，当选为,法国科学院院士,。,18671874,年任巴黎大学,化学教授，,研究和解决,蚕微粒子病,。,1873,年当选为,医学科学院院士,。,18671888,年间，任巴黎高等师范学校物理化学实验室主任，提出,发酵理论,，研制成功,羊炭疽病、鸡霍乱、猪霍乱、狂犬病疫苗,。,1888,年,巴斯德研究所,成立，担任所长，直至逝世。,肉汤放置于室温会很快,变馊？,微生物是何处来的？两种学说,自发产生,由“种子”引起,巴斯德的实验：,棉花塞实验,曲颈瓶实验,巴斯德的实验奠定了“胚种”学说的基础。,棉花塞,容器瓶,培养物,法国人巴斯德,（,Louis Pasteur）,（18221895）,巴斯徳研究院,巴斯徳工作室,曲颈瓶试验,曲颈瓶试验,：巴斯德自制了一个具有细长而弯曲的颈的玻璃,，,其中盛有有机物水浸液，经加热灭菌后，瓶内可一直,保持无菌,状态，有机物不发生腐败，因为弯曲的瓶颈阻挡了外面空气中微生物直达有机物浸液内，一旦将,瓶颈打断,，瓶内浸液中才有了微生物，有机物,发生腐败,。巴斯德彻底否定了“自生说”，并建立“胚种学说”“病原学说”,。,巴斯德发现免疫现象,几星期后,42-43,o,C,下培养,的老龄炭疽菌,获免疫力,37,o,C,下培养,的新鲜炭疽菌,发酵是由微生物引起的,1,、发现,好酒,中有一种微生物，就是今天知道的,酵母,。,2,、酸败的酒中带有一类比酵母小的多的微生物，现在我们知道是,细菌。,首先发明在加入酵母前先将葡萄提取液,短暂加热,，来减少细菌引起的酸败。,巴斯德消毒法,以,60,65,作短时间加热处理，杀死有害微生物的一种消毒法，一直沿用至今。如牛奶、啤酒和酱油等不能高温灭菌的物品，且不影响其原有的风味。,Pasteur,的功绩,1,、彻底否定了,“,自然发生,”,学说（,生命只能来自生命的胚种学说，曲颈瓶试验）。,2,、进行预防接种，证实了免疫学说，,为人类防病、治病作出了贡献。,3,、证实发酵是由微生物引起的（,酒病由腐败细菌所致）。,4,、其他贡献,（巴氏消毒法，,家蚕软化病问题的解决）,。,德国人柯赫,（,Robert Koch）,（18431910）,Koch,的功绩,：,1,、对,病原菌,的研究作出了突出贡献。如证实了炭疽病的病原菌（,1877,）；发现了当时死亡率极高的传染病,肺结核病的病原菌（,1882）,，因此柯赫获得了诺贝尔奖；,2,、提出了,柯赫法则,证明某种微生物是否为某种疾病病原体的基本原则。,3,、为微生物学的发展奠定了,技术,基础。如固体培养基分离纯化微生物；配制培养基等。,科赫法则,判定某种微生物引起特定疾病，必须同时满足：,1,、相关性,：这种微生物必须在所有患该种疾病的生物体内都存在，但在健康生物中不存在；,2,、可分离培养：,必须将这种微生物分离出来，作纯种培养；,3,、可人工感染,：当用这种分离出来的微生物接种到一个健康寄主时，必须能够引起同样的疾病；,4,、可再分离,：必须能够从接种感染的生物体内再次分离得到这种微生物。,李斯特：外科手术器械消毒奠基人,约瑟夫李斯特,英国医生,以巴斯德在酿酒中的研究为基础,提出微生物是,外科手术感染,的主要原因（1867）,发明用,石炭酸,消毒手术器械、衣物和手术环境，可大大降低感染的机会,照片,1897,年德国学者,毕希纳,发现,酵母菌的无细胞提取,液,能与酵母一样具有发酵糖液产生乙醇的作用，,从而认识了酵母菌酒精发酵的酶促过程，将微生,物生命活动与酶化学结合起来。,1929,年，,弗莱明,发现青霉菌能抑制葡萄球菌的生长，揭示了微生物间的拮抗关系，并发现了青霉素。,霉菌菌落周围出现抑制,萄葡球菌,生长的抑制现象,产黄青霉菌落,细菌生长,抑制区域,正常细菌,生长区域,青霉素的发现,3,、分子生物学时期,1944,年，艾弗里第一次证实引起肺炎双球菌形成荚膜的物质是,DNA,。,1952,年，赫尔希,(ADHershey),和蔡斯,(Chase),的噬菌体侵染细菌实验进一步证实,DNA,是主要的遗传物质。,1953,年，沃森和克里克（,Watson,、Crick,）,提出了,DNA,分子的双螺旋结构模型和核酸半保留复制学说。,J.D.Waston,H.F.C.Crick,发现,DNA,双螺旋模型,1961,年，法国生物学家雅各布,(F.Jacob),和莫诺德（,J.Monod,）根据在大肠杆菌中的研究结果提出乳糖操纵子模型标志着基因调控研究的开始。,1977,年，,C.Woese,等在分析原核生物,16S rRNA,和真核生物,18S rRNA,序列的基础上，提出了可将自然界的生命分为细菌、古菌和真核生物三域（,domain,），揭示了各生物之间的系统发育关系，使微生物学进入到成熟时期。,4,、基因组及后基因组时期,1994,年美国发起了微生物基因组研究计划（,MGP,）。,1977,年已完成了噬菌体,DNA,的全基因测序。,从,1995,第一个独立生活的生物（流感嗜血杆菌）全基因组序列测定完成以来，已有,870,多个真细菌基因组和,60,多个古细菌基因组序列发布。,微生物基因组及其功能的研究将导致一场影响深远的生命科学的革命。,微生物基因组结构及功能的研究，提供了在医药及工农业领域中，进行创新性理论研究和应用研究的机遇。,四、微生物与人类的关系,(,一,),微生物与人类生活,A.,微生物是人类的朋友,1、微生物在物质循环中的作用,在生物圈内的物质循环过程中，如果没有众多微生物的参与，自然界的许多元素循环可能就会中断。,2、微生物有益于人体健康,人体肠道正常菌群，在肠道中能合成核黄素、维生素 B12、维生素K等多种维生素以及氨基酸以供人体吸收利用。,灵芝、猴头菇、虫草菌、金针菇、香菇、灰树花等食用菌，其味道鲜美、营养丰富，能强化人体免疫力。,3,、微生物对工业、农业与环保等领域的贡献,工业方面：,1.,自然发酵与酿造业方兴未艾,2.,食品保藏业的蓬勃发展,3.,厌氧纯种发酵技术,4.,深层液体通气搅拌发酵的贡献,5.,代谢调控理论的应用,6.,生物工程,的大发展前景光明,农业方面：,以菌治虫,以菌治草,以菌当饲料,以菌产沼气,以菌增肥,以菌当蔬菜,以菌当药物,环保方面：,生态食物链中的主角,污水处理中的主角,物质循环中的主角,.,B.,微生物是人类的敌人,1、微生物能导致人类疾病，影响人类的寿命。,天花病毒(,Smallpox virus),3000,年起源于印度或埃及,病症：发热、大量水泡性红肿,死亡率：30以上；幸存者常伴随失明等严重残疾,历史上微生物疾病引起的灾难,在欧洲曾经有一个国王的妻子患了天花，在临死前她请求丈夫满足她最后的愿望，她要求：假使全体御医不能挽救她的生命，那么就将他们全部处死。皇后终于死掉了，于是国王为了皇后的愿望便下令把,御医全部用剑砍死,。,墨西哥人口随着西班牙殖民者的到来而急剧下降,死于天花的帝王：,中国清世祖爱新觉罗,福临,（1661）,日本天皇,Gokomyo（1654）,和,Higashiyama（1709）;,英国女皇玛丽二世（1694）,俄国沙皇彼德二世（1730）,法国国王路易十五（1774）,奥地利皇帝,Ferdinand,四世（1654）和,Joseph,一世（1711）,1979年10月26日，是值得人类共同庆祝的盛大节日。因为在这一天，,世界卫生组织,宣布：人类历史上最后一名天花病人，来自“非洲之角”索马里的牧民阿里毛马林，在1977年被治愈了。从此，地球上，再也没有发现天花病了。,Edward Jenner,(1749 1823),1979,年,10,月,26,日联合国世界卫生组织在内罗毕宣布，全世界已经消灭了天花病，并且为此举行了庆祝仪式。,传染性非典型肺炎,SARS,就是传染性非典型肺炎，全称,严重急性呼吸综合征,（英文全称是,Severe Acute Respiratory Syndromes,），简称，是一种因感染相关冠状病毒而导致的一种新的呼吸道传染病,.,主要症状：发热、干咳、胸闷为，严重者出现快速进展的呼吸系统衰竭。,冠状病毒主要通过近距离的,飞沫传播,、接触患者的分泌物以及密切接触传播，是一种新出现的病毒，人群不具有免疫力，普遍易感。,2003,年,4,月,16,日，,WHO,正式确认,SARS,病毒是,SARS,的病因，这是一种,新型的冠状病毒,。,冠状病毒科（,Coronaviridae,）的病毒成员仅感染脊椎动物，可引起人和动物呼吸道和消化道、肝脏和神经系统产生疾病。冠状病毒最早于,1937,年从鸡中分离，,1965,年,Tyrrell,和,Bynoe,首次用有纤毛的胚状气管在体外培养了人的冠状病毒，约有,15,个种，不仅感染人，也感染牛、猪、猫、狗等。,资料：中国内地累计病例,5327,例，,死亡,349,人,；中国香港,1755,例，死亡,300,人；中国台湾,665,例，死亡,180,人,2003,年,8,月,16,日下午,16,时，卫生部宣布全国非典型肺炎零病例,艾滋病,08,年资料：全球艾滋病疫情蔓延的趋势还没有得到逆转。据联合国艾滋病规划署统计，目前全球共有,万名,艾滋病病毒感染者，其中万名感染者分布在撒哈拉沙漠以南的众多非洲国家；亚洲有近,万,名感染者；东欧和中亚地区约万名；拉美地区约万名；北美、西欧和中东欧地区约万名，其中美国约万名。,亚洲每年有,万人,死于艾滋病。,（,06,）与亚洲其他国家相比，,印度,的状况相对严重，新增病例高达,30,万，病毒感染者有,300,多万，目前其艾滋病患者人数仅次于南非，居世界第,2,位。,中国艾滋病现状,中国第一例艾滋病病例是在,1985,年发现的。,中国艾滋病感染者,超过,100,万人（,22,万患者死亡）,。处亚洲第,2,位，全球第,14,位。艾滋病防治工作十分严峻！,目前中国,31,个省、自治区、直辖市中，,30,个省有,HIV,感染者的报告，感染者大多数分布在各省的局部地区，,多为农民,。但其他地区感染数量在增多，特别是在长途卡车司机和流动人口中间存在,HIV,感染的公路沿线，提示传播在不久将会更为广泛。,HIV,感染者分布于各种职业人群，但大多数是农民、归国劳工、无业游民及个体从业者。,青壮年,占感染者的大多数，约有,79,感染者年龄为,20,40,岁，男女比例为,5,：,1,。,目前报告的,HIV,感染者中约,2/3,通过注射毒品感染，,8,通过性接触传播，有,3,例通过母婴传播。,(2009-6-23)世界卫生组织确认全球100个国家和地区共有52160例甲型11流感确诊病例,其中包括死亡病例231例。,国家 确诊病例 死亡病例,墨西哥 7624 113,美国 21449 87,中国（含香港、澳门）739 0,猪流感、禽流感,首先致病源均为病毒，但病毒种类不同；禽流感是由流感病毒,甲型,H5N1,亚型,致病；猪流感的病因目前认为是流感病毒,甲型,H1N1,亚型,。流感病毒属于,RNA,病毒的正黏病毒科，分甲、乙、丙,3,个型。,微生物疾病的现实威胁,原来的病原微生物并没有消失,鼠疫：在我国许多地区依然时有发生,结核病：在得到有效控制后，近年再度猖獗,病毒性肝炎：仍然是我国危害最广的疾病之一,疟疾：热带地区的多发病,新的病原微生物不断产生,.,1999年，马来西亚，暴发了 一场严重的流行病,269人染病，死亡108人，死亡率高达40,患者均与养猪业或屠宰业有关，经屠宰上百万头猪才终止了流行,新出现的病毒：,Nipah,病毒,病原是一种全新的病毒，命名为,Nipah,病毒。,原是一种蝙蝠的病毒，对人无害，但,经猪这一中间寄主,，发生变异，成为对人高度毒性的了。,人畜共患病：可能成为新病毒的重要来源。,Nipah,病毒：蝙蝠传播的病毒,微生物疾病的现实威胁,越来越多的原来的非传染性疾病，现在发现也与微生物密切相关,胃溃疡：幽门螺旋体,结石：细菌感染（,细菌感染和胆固醇结石的形成有关系）,多种心血管疾病、糖尿病，乃至行为疾病,肿瘤：多种细菌、病毒等,引起肿瘤的病毒,约有16的肿瘤是由感染引起的,已经确认的引起肿瘤的病毒有：,Epstein Barr,病毒,(EB,病毒）：引起鼻咽癌，伯杰氏淋巴瘤等,(,此,病毒,最早始由英國學者,M.A.,Epstein,及,Y.M.,Barr,建立了淋巴瘤細胞株，並利用電子顯微鏡確認,病毒,顆粒之型態（,Epstein,and,Barr,1964,）。,乙肝病毒、丙肝病毒：肝癌,人乳头瘤病毒（16，18型）：子宫颈癌,人8型疱疹病毒：卡玻西肉瘤（艾滋病人）,人,T,细胞白血病病毒：白血病,2,、微生物导致工业产品损坏,各种工业器材，如金属、仪表、电讯器材、绝缘材料和纺织品等，它们含有一些可被微生物利用的成分，因此，都会受到微生物的侵蚀，使之老化变质。,3,、微生物导致农产品腐败,粮、油原料及其制品，含有丰富的养分，它们是微生物的天然营养基地，如果其他条件适宜，很多微生物就会迅速地繁殖起来。,（二）微生物与“四大工程”的关系,微生物与发酵工程、食品工程、环境工程、制药工程关系十分密切，在工业、食品、环境、制药等领域应用及其广泛。,1,、微生物与发酵工程,现代发酵工程可以生产氨基酸、维生素、有机酸等工业产品，生产,胰岛素、干扰素、生长激素,、抗生素和疫苗等多种医疗保健药物，生产天然杀虫剂、细菌肥料和微生物除草剂等农用生产资料，在化学工业上生产氨基酸、香料、生物高分子、酶、,维生素和单细胞蛋白,等。,2,、微生物与食品工程,发酵食品是人类利用有益微生物加工制造的一类食品，具有独特的风味。食品发酵工业越来越深地同国民经济部门发生关系，涉及的范围十分广泛，主要包括,酿酒工业（啤酒、葡萄酒、白酒等）、调味品工业（酱油、酱、豆豉、腐乳、酱腌菜、食醋、味精等）,和微生物菌体蛋白发酵工业（酵母、单蛋白细胞等）。微生物在食品工业的应用是随着微生物学科的发挥而不断壮大的，许多新的食品都可以用发酵方法来生产。,3,、微生物与制药工程,我国微生物药物的生产已初具规模，如抗生素产量不断增加，质量逐步提高，品种逐渐增多，发酵单位也稳步上升，产品产量居世界首位。目前，临床应用的,微生物药物约,60,余种,，加上半合成产品有,200,余种，产值约占医药工业产值的,15%,。,4,、微生物与环境工程,微生物在环境保护上应用越来越受到社会关注。利用,微生物处理污染物,的范围不断扩大，不仅处理有机废水和固体废物，还能处理废气和水体中的重金属。利用微生物实现废物资源化和能源化，如废水产氢、产乙醇和产甲烷等等。利用高浓度有机废水,生产单细胞蛋白,已经工业化。,