微生物1微生物与微生物学.pptx
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微生物生物学,华中农业大学生命科学技术学院陈雯莉Tel:
8728273013237136581,一.微生物学:
生命科学相关专业本科生的必修基础课,课程学习,知晓微生物的基本特性及其生命活动规律;牢固掌握微生物学的基本理论和基础知识;了解微生物学科的发展前沿、热点和问题。
为生命科学的进一步学习及以后的相关工作打下宽厚的基础,学习微生物的形态结构、生理生化、生长繁殖,、遗传变异、生态分布、传染免疫、分类鉴定;微生物与其他生物的相互关系及其多样性;在工、农、医等方面的应用等。
第2章微生物细胞结构与功能第3章原核微生物第4章真核微生物第5章病毒第6章微生物的营养第7章微生物的代谢第8章微生物的生长繁殖及其控制第9章微生物的遗传和变异第10章微生物生态,教学内容:
总学时56学时,每次课2学时,共28次课第1章微生物与微生物学,参考书及多媒体辅助课件:
BrocksBiologyofMicroorganism10TH,MichaelT.MadiganJohnM.MartinkoJackParker,PrenticeHall,2002“Microbiology”,LansingM.Prescott,DonaldKlein,JohnHarley,McGraw-HillHigherEducation,2002及其中译本(沈萍等,高等教育出版社,2003)MicrobeZooCD-ROM,theMichiganStateUniversityBoardofTrustees,1998微生物学教程,周德庆,高等教育出版社,2002微生物学,黄秀梨,高等教育出版社,2000,微生物学国内主要刊物,http:
/wswxb.periodicals.,http:
/wswxzz.periodicals.,http:
/wswxtb.periodicals.,微生物学报中国微生物学会中国科学院微生物研究所微生物学通报中国微生物学会中国科学院微生物研究所微生物学杂志中国微生物学会辽宁省微生物学会辽宁省微生物研究所,微生物学主要国际刊物,http:
/journals.asm.org,JournalofBacteriology,BiologyReviewshttp:
/mmbr.asm.org,http:
/jb.asm.org,MicrobiologyandMolecularAppliedandEnvironmental,Microbiologyhttp:
/aem.asm.org,http:
/,TrendsinMicrobiologyResearchinMicrobiologyFEMSMicrobiologyReviewsFEMSMicrobiologyLettersJournalofMicrobiologicalMethodswww.fems-microbiology.org,ArchivesofMicrobiology,http:
/link.springer.de/link/service/journals/00284http:
/link.springer.de/link/service/journals/00203http:
/link.springer.de/link/service/journals/00253,http:
/www.blackwell-,JournalofAppliedMicrobiologyLettersinAppliedMicrobiologyCellularMicrobiologyMolecularMicrobiology,CanadianJournalofMicroiologyhttp:
/www.nrc.ca/cisti/journals/canada,http:
/mic.sgmjournals.org,JournalofBasicMicrobiologyhttp:
/,配套教学网站:
华中农业大学南湖教苑精品课程微生物学,绪论了解微生物是什么?
做什么?
以及它们与人类的特殊关系(历史、现在与未来)。
明确微生物学作为一门独立学科在生命科学发展中的重要作用和地位(学习微生物学课程的重要性)。
展望微生物学的未来,一、微生物学的研究对象,绪论讲授内容,二、微生物的发现和微生物学的建立与发展三、微生物的类群与特点四、微生物与我们-微生物的作用五、未来微生物学的发展,虽然目前已定种的微生物只有大约10万种,远较动植物为少,但一般认为目前为人类所发现的微生物还不到自然界中微生物总数的1%,一、微生物学的研究对象,微生物-所有形体微小,单细胞的或个体结构较为简单的多细胞的、甚至没有细胞结构的低等生物的通称。
微生物类群十分庞杂,包括:
不具细胞结构的病毒、类病毒、朊病毒单细胞的立克次氏体、支原体、衣原体、细菌、放线菌属于真菌的酵母菌与霉菌单细胞藻类、原生动物等,绪论,讲授内容,二、微生物的发现和微生物学的建立与发展
(一)微生物的发现,巴斯德柯赫(重点:
巴斯德、柯赫对微生物学建立与发展的贡献)(三)微生物学发展过程中的重大事件(四)20世纪的微生物学(微生物学的发展历程及与生物学的关系),(五)微生物学在生命科学发展中的重要地位(重点),微生物是生物学基本理论研究中的理想实验对象对生命科学研究技术的贡献微生物与“人类基因组计划”,(六)我国微生物学的发展(七)微生物学展望,
(二)微生物学的奠基,二、微生物的发现和微生物学的建立与发展,
(一)微生物的发现我国8000年前就开始出现了曲蘖酿酒;4000年前埃及人已学会烘制面包和酿制果酒;2500年前发明酿酱、醋,用曲治消化道疾病;公元六世纪(北魏时期)贾思勰的巨著“齐民要术”;公元2世纪,张仲景:
禁食病死兽类的肉和不清洁食物;公元前112年-212年间,华佗:
“割腐肉以防传染”;公元九世纪痘浆法、痘衣法预防天花;16世纪,古罗巴医生G.Fracastoro:
疾病是由肉眼看不见的生物(livingcreatures)引起的;,1664年,英国人虎克(RobertHooke)曾用原始的显微镜对生长在皮革表面及蔷薇枯叶上的霉菌进行观察。
1676年,微生物学的先驱荷兰人列文虎克(Antonyvanleeuwenhoek)首次观察到了细菌。
1676年,微生物学的先驱荷兰人列文虎克(Antonyvanleeuwenhoek)首次观察到了细菌。
他没有上过大学,是一个只会荷兰语的小商人,但却在1680年被选为英国皇家学会的会员。
列文虎克利用业余时间制造过400多架单式显微镜和放大镜,放大率一般为50200倍,,
(二)微生物学的奠基,二、微生物的发现和微生物学的建立与发展,法国人巴斯德(LouisPasteur)(18221895)德国人柯赫(RobertKoch)(18431910),巴斯德的贡献:
1、彻底否定了“自然发生”学说巴斯德自制了一个具有长而弯曲的曲颈瓶,其中装有有机物浸提液,经灭菌后瓶内一直保持无菌状态,有机物不腐败。
2、证实发酵是由微生物引起的巴斯德证明了酒精发酵是由酵母菌引起的。
乳酸发酵,醋酸发酵,丁酸发酵是由不同微生物引起的。
3、免疫学方面的贡献巴斯德发明用接种减毒细菌来预防鸡霍乱,牛、羊炭疽病,并首次制成了狂犬疫苗。
4、发明了巴氏消毒法(62oC-63oC/30分钟),该方法解决了当时法国的“酒病”问题。
法国微生物学家巴斯德奠定了微生物生理学基础,1、彻底否定了“自然发生”学说巴斯德自制了一个具有长而弯曲的曲颈瓶,其中装有有机物浸提液,经灭菌后瓶内一直保持无菌状态,有机物不腐败。
巴斯德的贡献:
2、证实发酵是由微生物引起的巴斯德证明了酒精发酵是由酵母菌引起的。
乳酸发酵,醋酸发酵,丁酸发酵是由不同微生物引起的。
3、发明了巴氏消毒法(62oC-63oC/30分钟),该方法解决了当时法国的“酒病”问题。
4、免疫学方面的贡献巴斯德发明用接种减毒细菌来预防鸡霍乱,牛、羊炭疽病,并首次制成了狂犬疫苗。
科赫的贡献:
1、建立了微生物的一系列重要方法:
明胶平板,琼脂平板,固体培养基技术:
马铃薯块培养分离和纯种培养技术微生物染色法,2、分离到多种传染病的病原菌:
炭疽病菌(1877年)结核病菌(1882年)链球菌(1882年)霍乱弧菌(1883年)3、创立了病原微生物的柯赫法则患病动物体内存在病原菌从感病个体内可分离出病原菌的纯培养体病原菌的纯培养接种健康动物会引起相同的病症相同的病原菌可以从接种动物体内分离出,是有史以來最偉大的細菌學家之一。
他在結核菌方面的成就,使他獲得1905年的醫學諾貝爾獎金。
柯赫法则:
患病动物体内存在病原菌从感病个体内可分离出病原菌的纯培养体病原菌的纯培养接种健康动物会引起相同的病症相同的病原菌可以从接种动物体内分离出,(三)微生物学发展过程中的重大事件,VonBehring制备抗毒素治疗白喉和破伤风;Ivanovsky提供烟草花叶病毒是由病毒引起的证据;,18901892186719281929,Lister创立了消毒外科;Griffith发现细菌转化;Fleming发现青霉素;,1944Avery等证实转化过程中DNA是遗传信息的载体;1953Watson和Crick提出DNA双螺旋结构;19701972Arber、Smith和Nathans发现并提纯了DNA限制性内切酶,1977Woese提出古生菌是不同于细菌和真核生物的特殊类群Sanger首次对f174噬菌体DNA进行了全序列分析;19821983Prusiner发现朊病毒(prion);19831984Mullis建立PCR技术;1995第一个独立生活的细菌(流感嗜血杆菌)全基团组序列测定完成;1996第一个自养生活的古生菌基因组测定完成;1997第一个真核生物(啤酒酵母)基因组测序完成;,微生物学的建立与发展,微生物学的发展阶段史前期初创期167618601676年AntonvanLeeuwenhoek发现了“微动体”的存在。
奠定期18611896Pasteur、koch开创了微生物学研究领域;微生物学的研究也从形态描述上升到生理学水平。
发展期18971952开创了微生物生物化学研究的新时期;普通微生物学已形成一门学科。
成熟期1953DNA结构模型的建立使微生物成为分子生物学的重要研究对象和生物工程的主角。
一、微生物的定义微生物是所有形体微小,肉眼难以看清的单细胞的或个体结构较为简单的多细胞的、甚或没有细胞结构的低等生物的通称。
要点回顾,细胞型微生物,非细胞型微生物:
病毒、类病毒、朊病毒、拟病毒原核微生物:
细菌、放线菌、古细菌,蓝细胞、支原体等,真核微生物:
真菌(霉菌、酵母菌)藻类、原生动物等,二、微生物的类群,史前期1676初创期16761860奠定期18611896发展期18971952成熟期1953,三、微生物学的发展:
巴斯德的贡献:
1、彻底否定了“自然发生”学说2、证实发酵是由微生物引起的3、免疫学方面的贡献4、发明了巴氏消毒法(62oC-63oC/30分钟),科赫的贡献:
1、建立了微生物的固体培养基技术、分离和纯培养技术、微生物染色法2、分离到多种传染病的病原菌3、创立了病原微生物的柯赫法则,微生物学的任务与分科,微生物学是研究微生物在一定条件下的形态结构、生理生化、遗传变异以及微生物的进化、分类、生态等生命活动规律及其应用的一门学科。
任务研究微生物的形态及生命活动规律。
利用有益微生物。
防治有害微生物。
微生物学的分科,按研究对象:
细菌学、真菌学、病毒学、藻类学、原生动物学。
按研究微生物本身的基本理论:
普通微生物学、微生物生理学、微生物遗传学、微生物生态学。
按微生物生活环境:
土壤微生物学,海洋微生物学。
按微生物的应用:
医学微生物学、食品微生物学、工业微生物学、农业微生物学、乳品微生物学、环境微生物学、酿造微生物学、兽医微生物学、石油微生物学。
微生物的研究对象,微生物一词不是分类学上的专门名词,它是指形态微小生物的总称。
当代生物分类学中,人们将生物分为如下六界:
动物界(animalia)植物界(plantae)真菌界(fungi)原生生物界(protista)(原生动物,单细胞藻类)原核生物界(procaryotae)病毒界(virus)上述六界系统中,前五界是whittaker1969年提出的五界系统,微生物研究的对象包括:
真菌界,原生生物界,原核生物界和病毒界,Fungi,Plants,Animals,Protista,Virus,六界系统,Prokaryotae真菌界,原生生物界,原核生物界和病毒界,Archaebacteria,Eubacteria,Eukaryotes,三界系统,古菌界,真细菌界,真核生物界,(四)20世纪的微生物学,(微生物学的发展历程及生物学的关系)微生物学:
鉴定病原菌、研究免疫学及其在预防疾病中的作用、寻找化学治疗药物、分析微生物的代谢活性。
普通生物学:
细胞的构造及其在繁殖和发展中的作用、植物和动物的遗传和进化的机制。
肌肉的糖酵解,酵母菌乙醇发酵,维生素,生长因子,“生物化学的同一性”,生化突变,细菌基因水平转移,微生物遗传学,对动植物起作用的遗传机制同样适用于微生物肺炎双球菌转化实验,病毒重组实验,噬菌体感染实验,核酸是遗传的物质基础,二、微生物的发现和微生物学的建立与发展,20世纪40年代后,微生物自身的特点使其成为生物学研究的“明星”,微生物学很快与生物学主流汇合,并被推到了整个生命科学发展的前沿,获得了迅速的发展,在生命科学的发展中作出了巨大的贡献。
(五)微生物学在生命科学发展中的重要地位,1微生物是生物学基本理论研究中的理想实验对象,对微生物的研究促进许多重大生物学理论问题的突破基因和酶关系的阐明及“一个基因一个酶”的假说;遗传的物质基础的阐明;基因概念的发展;遗传密码的破译;基因表达调控机制的研究;生物大分子合成的中心法则;,对生命科学研究技术的贡献细胞的人工培养突变体筛选DNA重组技术和遗传工程微生物与“人类基因组计划”作为模式生物;基因与基因组的功能研究的重要工具;,微生物具备生命现象的特性和共性,是21世纪进一步解决生物学重大理论问题,如生命起源与进化,物质运动的基本规律等,和实际应用问题,如新的微生物资源的开发利用,能源、粮食等的最理想的材料。
(六)21世纪微生物学,三、微生物的特点,个体小、比表面大分布广、种类多代谢强、繁殖快易变异、抗性强,个体小:
最大的细菌德国科学家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(sulfurbacterium)其大小可达0.75mmThiomargaritanamibiensis-“纳米比亚硫磺珍珠”,最小的细菌:
芬兰科学家E.O.Kajander等发现了一种能引起尿结石的纳米细菌,其直径最小仅为50nm。
体积小,面积大,任何一定体积的物体,如对其进行三维切割,则切割的次数越多,所产生的颗粒也越多,颗粒的体积就越小。
这时如把所有颗粒的总面积相加,则其表面积越大。
例如:
一个球菌,若体积为1m3的话,用这样的球菌堆成1cm3其总面积可达6m2,而一粒1cm3大小的豌豆,其总表面积仅6cm2。
微生物的面积与体积的比值称为比面值。
球菌:
面积=4R2体积=4/3R3面积/体积=3/R(R越小,比面值越大),代谢快:
比面值大的微生物必然有一个大的营养物质的吸收面,一个大的代谢物的排泄面,所以小的微生物代谢旺盛。
消耗自身重量2000倍食物的时间:
大肠杆菌:
1小时人:
500年(按400斤/年计算)电视剧“康熙王朝”主题歌:
好想再活500年,繁殖快:
大肠杆菌一个细胞重约1012克,平均20分钟繁殖一代24小时后:
4722366500万亿个后代,重量达4722吨48小时后:
2.21043个后代,重量达2.21025吨,相当于4000个地球的重量!
一头500kg的公牛,24小时生产0.5kg蛋白质,而同样重量的酵母菌,以糖液(如糖蜜)和氨水为原料,24小时可以生产50000kg优质蛋白质。
分布广:
分布:
土壤、水域、空气、动植物体内、食品、极端环境。
人迹可到之处,微生物的分布必然很多,而人迹不到的地方,也有大量的微生物存在!
数十公里的高空(最高为离地85公里,须用火箭采样);几千米的地下;强酸、强碱、高热的极端环境;常年封冻的冰川;,种类多,动物:
150万种植物:
50万种微生物:
10多万种病毒:
原核生物:
藻类:
真菌:
原生动物:
4000多种5000多种23100种47300种24000种,适应强,易变异,微生物适应性强是动植物无法比拟的。
某些硫细菌能在250C甚至300C下正常生长,而大多数细菌可在-196C的液N中存活。
微生物由于个体小易受环境条件影响而发生变异。
变异有好的一面,如提高青霉素产生菌效价,变异也有坏的一面,如细菌产生抗药性。
抗(逆)性强:
抗热:
有的细菌能在265个大气压,250的条件下生长自然界中细菌生长的最高温度可以达到121;有些细菌的芽孢,需加热煮沸8小时才被杀死;抗寒:
有些微生物可以在1230的低温生长;抗酸碱:
细菌能耐受并生长的pH范围:
pH0.513;耐渗透压:
蜜饯、腌制品,饱和盐水(NaCl,32%)中都有微生物生长;抗压力:
有些细菌可在1400个大气压下生长;,休眠长:
世界上最古老的活细菌(芽孢):
2.5亿年Nature407,897-900(2000),起源早:
38亿年前,生命在海洋中出现26亿年前,陆地上就可能存在微生物发现晚:
300多年前人们才真正发现微生物的存在,生态环境中重要的一员生物学研究中重要的工具与材料对人类的有益作用工业方面的应用医药方面的应用农业方面的应用对人类的有害作用引起人畜病害引起植物病害引起食物腐败变质引起其他物质变质,微生物与人类,酿酒:
啤酒、白酒、黄酒、葡萄酒。
利用微生物生产调味品:
利用微生物生产酶制剂:
用微生物生产有机酸:
用微生物生产核酸:
用微生物冶金:
一、微生物与工业,二、微生物与农业,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、防治粮食作物的病虫害。
三、微生物与能源,微生物与石油资源的开采和利用,纤维素转化为乙醇燃料酒精甲烷沼气;研制微生物电池,利用光合细菌、蓝细菌或厌氧梭菌等微生物生产“清洁能源”-氢气;,利用微生物生产的PHB(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;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。
四、微生物与环境保护,微生物无处不在,我们无时不生活在“微生物的海洋”中。
纸币家居环境(菜板、抹布等)人体体表及体内(口腔、皮肤、肠道等)空气(每个喷嚏的飞沫含4500-150000个细菌,重感冒患者为8500万),土壤中MicrobialDistributioninSoil,物质循环;,微生物是人类的朋友!
体内的正常菌群是人及动物健康的基本保证;有用物质的生产;基因工程为代表的现代生物技术;,五、微生物与人类健康,微生物既是人类的敌人,更是人类的朋友!
时时刻刻与微生物“共舞”,是祸?
是福?
少数微生物也是人类的敌人!
天花;鼠疫;艾滋病;疯牛病;埃博拉病毒;SARS;禽流感;,微生物无处不在,我们无时不生活在“微生物的海洋”中。
可以说,微生物与人类关系的重要性,你怎么强调都不过分,微生物是一把十分锋利的双刃剑,它们在给人类带来巨大利益的同时也带来“残忍”的破坏。
它给人类带来的利益不仅是享受,而且实际上涉及到人类的生存。
“在近代科学中,对人类福利最大的一门科学,要算是微生物学了。
”,五、未来微生物的发展微生物学今后的发展方向,是利用基因工程的手段,构建有益的基因工程菌,从而使之具有新的遗传性状,产生人类所需要的新物质。
目前已开发应用的基因工程菌有:
1、利用基因工程菌提高抗生素的产量2、利用基因工程菌提高氨基酸的产量3、利用基因工程菌进行维生素C的生产4、利用基因工程菌生产人的干扰素5、利用基因工程生产乙肝疫苗,本章思考题:
用具体事例说明人类与微生物的关系,为什么说微生物既是人类的敌人,更是我们的朋友?
为什么微生物能成为生命科学研究的“明星”?
为什么说巴斯德和柯赫是微生物学的奠基人?
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