微生物学1-绪论(1).ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,最终成绩组成,：,平时成绩,占,40,考勤,平时表现,作业等,考试成绩,占,60,微生物学教程,周德庆编，,2011,年，高等教育出版社，第三版,微生物学实验教程,周德庆主编，,2013,年，高等教育出版社，第三版,教 材,第一版,第二版,第三版,教 学 参 考 书,教 学 参 考 杂 志,www.,微,生,物,学,相,关,网,站,神奇的微生物世界,第 一 章,绪 论,1.,说说你所了解的微生物。,2.,为什么要学习微生物？,第一章绪论,第一节 微生物的基本概念,一、什么是微生物,微生物,小,个体微小,简,构造简单,低,进化地位低,第一章绪论,1,、个体微小,肉眼看不见或看不清楚的微小生物；,观察借助显微镜；,测量单位为,微米或纳米。,肉眼分辨率,(0.2mm),微生物个体大小,(0.1mm),微生物小的直观感觉,真核细胞型,原核细胞型,电镜,微生物的相对大小,肉眼,光学显微镜,可见范围,病毒,各种“视野”下的细菌,光镜,暗视野,荧光,透射电镜,超薄切片,冷冻切片,扫描电镜,DNA,蛋白质复合物,电镜下的微生物,曲霉,阿米巴,草履虫,酵母菌,第一章绪论,细菌,的菌落,肉眼可观察到微生物聚集的,群体,菌落,第一章绪论,霉菌,的菌落,肉眼可观察到微生物聚集的,群体,菌落,第一章绪论,非细胞生物：,病毒、类病毒、拟病毒、朊病毒,单细胞生物：,细菌、放线菌、蓝细菌、立克次氏体、衣原体、支原体、酵母菌,和,单细胞藻类,简单多细胞生物：,霉菌（丝状真菌）、蕈菌、原生动物,2,、结构简单,微生物简的含义,微生物的细胞类型,主要特征,:,有核膜，核仁，染色体,;,有细胞器,;,核糖体为,80S;,真核细胞型微生物,主要特征,:,无核膜、核仁、染色体，,仅有裸露的,DNA,链形成的核区域，称核质体；,无细胞器；,原核细胞型微生物,非细胞结构微生物,腺病毒吸附在鸡红细胞上,主要特征,个体极小,不具细胞结构,只有一种核酸类型,严格活细胞内寄生,复制的方式繁殖,对抗生素不敏感,病毒、亚病毒等,第一章绪论,无细胞结构的,病毒、亚病毒（类病毒、拟病毒，朊病毒）；,属于原核生物的,细菌、放线菌、蓝细菌、立克次氏体、衣原体、支原体等；,属于真核生物的,真菌（酵母菌，霉菌，蕈菌），显微藻类、原生动物等。,3,、进化地位低,微生物在生物界的地位,1978,年,魏泰克（,R.H.Whittaker,）和,马古来斯（,L.Margulis,）提出三原界：,真核生物原界：原生生物、真菌、动物和植物,古细菌原界：产甲烷菌、极端嗜盐菌和嗜热嗜酸菌,真细菌原界：蓝细菌、除古细菌外的其他原核微生物,图 三原界系统图示,微生物,（,microorganism,，,microbe,）,微生物是所有形体微小的,单细胞,或个体结构较简单的,多细胞,，以及,没有细胞结构,的低等生物的通称。,肉眼,看不见,或,看不清楚,的微小生物的总称，,包括病毒、细菌、真菌、原生动物和某些藻类。,第一章绪论,微 生 物,细胞生物,非细胞生物,病毒、亚病毒,原核生物,真核生物,细菌,放线菌等,真菌,显微藻类,原生动物,微生物家族成员,第一章绪论,二、微生物的五大共性,1,、体积小，面积大,2,、吸收多，转化快,3,、生长旺，繁殖快,4,、分布广，种类多,5,、适应强，易变异,第一章绪论,支原体,立克次氏体,衣原体,病毒0.2,m,杆状细菌0.52.0,m,放线菌菌丝直径1,m,左右,霉菌菌丝直径,210,m,酵母15530,m,0.20.5m,1,、体积小，面积大,第一章绪论,杆菌的平均长度和宽度：,2m,和,0.5,m,3000,个杆菌首尾相连,=,一粒大米的长度,10-100,亿个细菌加起来重量,=,1,毫克,第一章绪论,针尖上的细菌,第一章绪论,比面值,=,面积/体积,任何物体被分割得,越细,，其单位体积所占的表面积就,越大,；,Eg.,人比面值,=1,；,大肠杆菌比面值,=30,万,。,第一章绪论,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，并由此而产生其余,4,个共性,!,第一章绪论,2,、吸收多，转化快,生物界的普遍规律,某一生物的个体越小，,其单位体重所消耗的食物就越多。,3,克地鼠每天消耗与体重等重的粮食；,1,克闪绿蜂鸟每天消耗两倍于体重的粮食；,大肠杆菌每小时消耗,2000,倍于体重的糖；,从无机物到有机物；从无毒物到有毒物；从结构简单到结构复杂的物质，微生物都能利用和降解。,第一章绪论,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，从而使微生物有可能更好地发挥,“活的化工厂”,的作用。,人类对微生物的利用，主要体现在它们的,生物化学转化能力,。,第一章绪论,产朊假丝酵母合成蛋白质的能力,比食用公牛强,10,万倍,比大豆强,100,倍,微生物加工厂,第一章绪论,3,、生长旺，繁殖快,24,小时后：,4722366500,万亿个后代,重量达到,:,4722,吨,48,小时后：,2.2 10,43,个后代，重量达到,2.210,25,吨,相当于,4000,个地球的重量,!,大肠杆菌一个细胞重约,10,12,克,，,以平均,20,分钟繁殖一代计算,事实上，营养、空间和代谢产物等条件的限制，微生物的几何级数分裂速度只能维持数小时。,因而，一般培养液的菌浓度为,10,8,-10,9,个,/ml,。,第一章绪论,若干微生物的代时及每日增殖率,微生物名称,代时,每日分裂次数,温度,每日增殖率,乳酸菌,38分,38,25,2.710,11,大肠杆菌,18分,80,37,1.210,24,根瘤菌,110分,13,25,8.210,3,枯草杆菌,31分,46,30,7.010,13,光合细菌,144分,10,30,1.010,3,酿酒酵母,120分,12,30,4.110,3,小球藻,7小时,3.4,25,10.6,念珠藻*,23小时,1.04,25,2.1,硅藻,17小时,1.4,20,2.64,草履虫,10.4小时,2.3,26,4.92,*为念珠蓝菌属(,Nostoc),的旧称，与细菌同属原核生物。,第一章绪论,在生产实践中有重要的意义：,生产效率高，发酵周期短,为微生物学基本理论研究带来了极大的便利：,使科研周期大大缩短，效率提高,第一章绪论,4,、,适应强、易变异,微生物对环境条件尤其是恶劣的“极端环境”所具有的惊人适应力，堪称,生物界之最,。,海洋深处的某些硫细菌可在,250,甚至在,300,的高温条件下正常生长；,大多数细菌能耐,0,-196,（液态氮）的任何低温，甚至在,-253,（液态氢）下仍能保持生命；一些嗜盐菌甚至能在,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条件下保藏几十年、几百年甚至上千年。,微生物的生物学之最,形态最简,代谢能力最强,食谱最杂,繁殖最快,数量最多,分布最广,种类最多,变异最易,个体最小,第一章绪论,个体小、结构简单、且多是单细胞，繁殖快、数量多，,与外界环境直接接触等特点，使微生物易发生变异。,突变率：,10,-5,10,-10,易变异,短时间内产生大量的变异后代,第一章绪论,青霉素的生产,：,20,单位,/ml,（,1943,）,50000,单位,/ml,青霉素的用量：,最高：,10,万单位,/,天,（40,年代）,数百万,-,千万单位,/,次,第一章绪论,微生物的种数，据1972年,：,类型 低限 倾向种数 高限,病毒与立克次氏体 1,217 1,217 1,217,支原体 42 42 42,细菌与放线菌 1,000 1,500 1,500,蓝细菌 1,227 1,500 1,500,藻类 15,051 23,100 23,100,真菌 37,175,47,300 68,939,原生动物 24,068,24,068 30,000,总数 79,780 98,727 127,298,5,、,分布广，种类多,第一章绪论,分布广,万米深海,的硫细菌,、,85公里高空,的微生物,、,地层下128米和427米 沉积岩中,的细菌,人体的肠道中始终寄居着,100,400,种微生物，为肠道正常菌丛，总数可达,100,万亿。,第一章绪论,第一章绪论,南极,Vostok,湖冰芯样品中的微生物,微生物多样性的体现：,物种的多样性,生理代谢类型的多样性,代谢产物的多样性,遗传基因的多样性,生态类型的多样性,种类多,第一章绪论,第二节 微生物学科的发展,是一门在细胞、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、生态分布和分类进化等,生命活动基本规律,，,并将其应用,于工、农、以及环境保护等实践领域的科学。,微生物学（,Microbiology,）,微生物学发展简史,人类认识微生物的四个障碍：,个体过于微小,群体外貌不详,种间杂居混生,形态与其作用后果之间很难被人认识,微生物学发展的五个时期,1,、史前期,2,、初创期,3,、奠基期,4,、发展期,5,、成熟期,第一章绪论,考古研究表明，我国在,8000,多年前的新石器时代早期就出现了利用微生物的“曲蘖酿酒”,我国,商代,酿酒技术已有很大的发展，已逐渐从农业中分化出来成为独立的手工业，出现了一些酿酒工场。,一、微生物的利用与发现,（一）史前期（约,8000,年前,1676,）各国劳动人民，其中尤以我国的制曲、酿酒技术著称,远古人类发现，吃剩的米粥数日后变成,了醇香可口的饮料,人类最早发明的酒,我国古代的酿酒作坊,（四川新都县出土的汉代画像）,殷 商 酒 具,公元前,2300,年左右，埃及人酿制啤酒的场面,第一章绪论,Robert Hooke,，,1665,年描绘的微生物,霉菌的子实体,第一个描述微生物的人,第一章绪论,安东,列文虎克,（,Antony ven Leeuwenhoek,1632,1723,）在,1680,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。,第一个发现细菌的人,第一章绪论,第一章绪论,19,世纪中期到晚期，微生物学得到很大的发展，主要因为人们将注意力集中到那个时期生物学和医学普遍关注的两个主要问题：,1.,生物是自然产生的吗？,2.,传染性疾病的本质是什么？,奠基期（,1861,1897,）,生理水平研究阶段（巴斯德、科赫）,1,、微生物学开始建立,2,、创立了一整套独特的微生物学基本研究方法,3,、开始运用“实践理论实践”的思想方法开展研究,4,、建立了许多应用性分支学科,5,、进入寻找人类和动物病原菌的黄金时代,第一章绪论,法国化学家、微生物学家,路易,巴斯德,（,Louis Pasteur,，,1822,1895,）,二、杰出科学家的贡献,路易,巴斯德,Louis Pasteur(1822 1895),1,解决了当时工、农、医方面提,出的许多难题，推动了生产的发展；,2,、彻底否定了生命“自然发生”学说；,3,、奠定了微生物学的理论基础；,4,、创造了一些微生物学实验方法；,5,、证实发酵是由微生物引起的；,6,、免疫学,预防接种；,7,、发明巴氏消毒法（,Pasteurization,）,第一章绪论,曲颈瓶实验,第一章绪论,当时很多工作包括巴斯德本人的工作已经证明，如果把营养液密闭在一个玻璃烧瓶中加热煮沸，它就不会腐败，即消毒。但仍不能彻底驳倒自然发生学说，直到巴斯德的曲颈瓶实验才彻底解决了这个问题，为什么？,自然发生学说的支持者断言新鲜空气是自然发生所必须的，密闭在烧瓶中的空气，受到了加热的影响而不能再维持自然发生。,第一章绪论,德国科学家柯赫,（,Robert Koch,，,1843,1910,）,发现了许多病原菌，如炭疽杆菌、结核杆菌、霍乱弧菌等；,发明了固体培养基，提出了纯培养的概念和方法；,创造了细菌染色的方法。,证明某种微生物是否为某种疾病病原体的基本原则,柯赫氏法则,第一章绪论,柯赫氏法则,(Koch postulates),从,动植物的患者体内分离出病原物,进行纯培养,回接到同样类型的动植物体，引起,同样的病症,再分离得到与第二步一致的菌系,第一章绪论,第一章绪论,毕希纳,Eduard Buchner(1860-1917,）,德国人，,1897,年发现了酵母的无细胞制剂可以将蔗糖转化为酒精，并对葡萄糖进行酒精发酵获得成功从此，微生物学进入了生化研究阶段，并诞生了生物化学学科。,第一章绪论,汤飞凡,中国第一代医学病毒学家,、生物制品学家。,沙眼病原,沙眼衣原体（,Chlamydia trachomatis,）的发现人,在中国，他将永远不会被忘记,.,李约瑟,Alexander Fleming 1929,年发现了青霉素（,penicillin,）,世界第一个抗生素,亚历山大,弗莱明,Alexander Fleming(1881-1955),第一章绪论,微生物学,研究工具,的不断改进,社会和经济,发展有大量的微生物学,问题,迫切需要解决,微生物学,和其他生物科学共同发展,，互相促进,三、近代微生物学的发展,第一章绪论,个体形态需借助光学显微镜或电子显微镜察。,光学显微镜,第一章绪论,现代光学显微镜,第一章绪论,电子显微镜,J.D.Waston,H.F.C.Crick,发现,DNA,双螺旋模型标志着分子生物学的诞生。（,1953,年）,沃森,克里克,他们独一无二的开阔眼界和敏捷思维，使沃森和克里克当之无愧地获得了1962年诺贝尔奖。,第一章绪论,詹姆斯,沃森,20,世纪的微生物学,1.,多学科交叉促进微生物学全面发展,2.,微生物学推动生命科学的发展,(1),促进许多重大理论问题的突破,(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,(4),我国微生物学的发展,21,世纪微生物学展望,1.,微生物基因组学研究将全面展开,2.,以了解微生物之间、微生物与其他生物、微生物与环境的相互作用为研究内容的微生物生态学、环境微生物、细胞微生物学等，将在基因组信息的基础上获得长足发展，为人类的生存和健康发挥积极的作用。,5.,微生物产业将呈现全新的局面,3.,微生物生命现象的特性和共性将更加受到重视。,(1),微生物具有其它生物不具备的生物学特性,(2),微生物具有其他生物共有的基本生物学特性：,(3),易操作性,4.,与其他学科实现更广泛的交叉，获得新的发展。,第一章绪论,微生物无处不在，,我们无时不生活在 中。,四、微生物与人类,“微生物的海洋”,在自然界物质循环中的作用,动物 植物,微生物,疾病,18431847,年，,欧洲人主要粮食,马铃薯,得病，饿死了,100,万人，,164,万人逃往北美。,（一）,微生物对人类的危害,1347,年，,鼠疫杆菌,(,Yersinia pestis,),引起的瘟疫几乎摧毁了整个欧洲，有,1/3,的人,(,约,2500,万人,),死于这场灾难。,许多已被人类征服的传染病又有,卷土重来,之势。,如肺结核、虐疾、霍乱等,目前全世界有,18.6,亿人患结核病，相当于全球人口的,32%,。,环境污染的日益严重，一些新的疾病又给人类带来新的威胁。,例如：,军团病：嗜肺军团杆菌所致的急性呼吸道传染病。,埃博拉病毒病：由,埃博拉病毒引起的一种急性出血性传染病,霍乱新菌型,0139,埃希氏,大肠杆菌,0157,疯牛病,艾滋病,(AIDS),正在全球蔓延。,2003,年，非典性肺炎,-SARS,病毒席卷了中国。,2003-2004,年，,禽流感,在亚洲肆虐。,2009,年，,甲型,H1N1,在全世界肆虐。,2,.,霉腐,粮食、木材、纸张、衣物、光学器材和电子元件等,3.,堵塞管道，破坏地下建筑,人們利用微生物,制,造出來的食物很多，如,酒,面,包,馒头,泡菜,发酵,乳醃漬醬菜,豆腐乳,（二）微生物对人类的贡献,生产、生活都离不开微生物。,微生物有助于解决人类面临的五大危机,微生物与粮食微生物与资源,微生物与能源,微生物与环境保护,微生物与医药,1.,微生物与粮食,提高土壤肥力,促进粮食增产,发酵生产单细胞蛋白和饲料蛋白,2.,微生物与资源,利用微生物的转化能力将无用的废物变为有用的原料,3.,微生物与能源,如,:,甲烷细菌；,氢细菌，光合细菌，蓝细菌，厌氧梭菌；,热纤梭菌,；,4.,微生物与环境保护,使用生物肥料，生物杀虫剂；,降解有毒物质；,净化废水废气，处理石油污染；,用于环境监测。,5.,微生物与医药,抗生素、维生素、激素,疫苗和菌苗等,生物工程,（,生物技术,）,以生物学的理论和技术为基础（特别是其中的微生物学、遗传学、生物化学和细胞学），结合化工、机械、电子计算机等现代工程技术，充分运用分子生物学的最新成就，自觉地操纵遗传物质，定向地改造生物或其功能，短期内创造出具有超远缘性状的新物种。再通过合适的生物反应器，对这类,“,工程菌,”,或,“,工程细胞株,”,进行大规模的培养。以产生大量有用代谢产物或发挥它们独特生理功能的一门新兴技术。,生物工程,商品生产,改造物种,常规菌,(,或常规细胞株,),遗传工程,细胞工程,“工程菌”（或“工程细胞株”）,微生物工程,酶工程,生物反应器工程,经济效益,大量产品 社会效益,生态效益,重组菌株,（工程菌）,基因重组,微生物,诱变,突变株,发酵罐,产物,固定化酶,固定化细胞,反应器,产物,细胞融合,融合菌株,基因工程酶工程,发酵工程,细胞工程,微生物学及其分科,（一）微生物学的研究内容,（二）学习微生物学的目的与任务,（三）微生物学分科,（,一）微生物学的研究内容,微生物学是研究微生物及其生命活动规律的学科，是在细胞、分子或群体水平上研究微生物生命活动基本规律,，并将其应用于工业发酵、医学卫生和生物工程等领域的科学。,研究内容涉及微生物的：,形态结构 分类鉴定 生长代谢,生长繁殖 遗传变异 生态分布,微生物对自然界、微生物各类群之间、微生物与其他生物之间的相互影响、相互作用,微生物在工业、农业、医药卫生、环境保护等方面的作用,（二）学习微生物学的目的与任务,学习目的：,研究微生物及其生命活动规律是为了更好地利用、控制、改造微生物，为人类服务。除了利用其对人类的有利作用外，还包括防止、消除微生物的有害活动或使之转害为利。,根本任务：,开发、利用、改善和保护有益的微生物，控制、消灭或改造有害微生物，为人类社会的进步服务。,（,三）微生物学及其分科,按研究微生物的基本生命活动规律为目的来划分,按应用领域划分,按研究的微生物对象来分,按所处的生态环境划分,按学科间的交叉划分,按实验方法、技术分,第一章绪论,第一章绪论,与微生物学有关的诺贝尔生理或医学奖,Nobel Prize in Physiology or Medicine,1901,1999,之间有,39,项。,总人数：,77,人,美国,46,人，英国人,11,人，法国人,7,人，德国人,6,人，瑞士人,4,人，澳大利亚人,2,人，意大利人,1,人,1945,年，青霉素的发现与发展,1952,年，链霉素的发现与发展,1953,年，碳水化合物在细胞中的代谢,1958,年，微生物遗传的生物化学研究,1959,年，,DNA,和,RNA,的发现与合成机理,第一章绪论,1962,年，,DNA,结构的测定,1965,年，细胞中基因活性的调节研究,1969,年，细胞病毒感染的机理研究,1984,年，单克隆抗体技术的发展，免疫学研究,1997,年，朊病毒的研究,1999,年，蛋白质在细胞中的移动和定位机理研究,To reach the peak,you have to begin from each brick,Microbiology,Molecular Biology,Biochemistry,Physics,Chemistry,Mathematics,General Biology,SEE YOU HERE,作业,一、名词解释,微生物：,二、填空,1,、根据形态结构等生物学特征，微生物可分为 、和 三大类。,2,、,证明某种微生物是否为某种疾病病原体的基本原则是 。,三、举生活中的一个事例说明微生物与人类的关系。,CLASS IS OVER!,