微生物学

微生物学绪论教学目的和要求: 通过本章的课堂教学，引导学生走进微生物世界，了解微生物是什么？做什么？以及它们与人类的特殊关系；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；展望未来，激发学生的学习兴趣和明确肩负的重任。

教学重点、难点: 重点：微生物学的发展史和微生物的五大共性难点：微生物学的发展史一、微生物学概述1 微生物：是一类结构简单、进化地位低下、形体微小、肉眼看不见或看不清楚的生物的总称。

2 微生物的类群非细胞型生物：病毒、类病毒、朊病毒、拟病毒细胞型生物原核生物：细菌、放线菌、蓝细胞、支原体等真核生物：真菌（霉菌、酵母菌）、藻类等3.微生物的特点：个体小(size is small): ≥ 0.2 μm 原核、真核生物，光学显微镜下可见< 0.2 μm 非细胞生物，电镜下可见（病毒，亚病毒）结构简单(structure is simple) 单细胞：酵母、细菌、支原体、衣原体、立克次氏体、蓝细菌、原生动物、藻类、放线菌多细胞：霉菌非细胞：病毒、类病毒、拟病毒、朊病毒进化低(evolution is low)4．微生物在生物界的地位二、微生物学的发展史1．微生物学：微生物学是生物学的分支学科之一，它是研究各类微小生物，如细菌、放线菌、真菌、病毒、立克次氏体、枝原体、衣原体、原生动物以及藻类等的形态、生理、生物化学、分类和生态的科学。

2．微生物学的发展史：根据特点和研究水平分为5个时期：史前期、初创期、奠基期、发展期、成熟期史前期：1676年以前未发现微生物个体尤其是细菌细胞的漫长时期特点:微生物的应用和防治方面，如谷酒、果酒酿造和面包烘制，中国、埃及走在前列初创期 1676年－1861年近200年历史始于1676年荷兰的列文虎克(leewenhock)用自制的显微镜看到称之为“微动体”的细菌，止于法国的巴斯德（pastur）通过曲颈瓶实验推翻了生命的自然发生说(spontaneous generation：生物由无机物自发产生)，创立种胚学说（germ theory）代表人物：荷兰的列文虎克特点（荷兰的列文虎克的主要成就）：显微镜的发明，419架，最大放大倍数为266倍首次发现细菌发表了论文约400篇奠基期－1897年始于1861 年法国的巴斯德（pastur）通过曲颈瓶实验推翻了生命的自然发生说(spontaneous generation：生物由无机物自发产生)，创立种胚学说（germ theory），止于1897年德国人 E.Buchner发现“酒化酶”代表人物：法国的巴斯德（pastur,被称为微生物学的奠基人），德国的柯赫（Koch，被称为细菌学的奠基人）特点：a 一系列研究方法赫技术的建立：巴氏消毒法，过滤除菌，预防疾病的接种，外科消毒术，柯赫氏法则（证病律）b 借助于良好的方法开创了寻找病原微生物的黄金时代－第一个“淘金热”c 微生物学的研究从形态描述到生理学研究的水平d 开始客观地以辩证唯物主义的“实践－理论－实践”的思想指导科学实验（从实践中总结规律，用于指导实践）e 分支学科形成，如细菌学，酿造学，植物病理学，土壤微生物学发展期 1897年－1953年始于1897年德国人 E.Buchner利用石英砂磨后酵母无细胞滤液把葡萄糖发酵生产酒精和CO2，他把这种能发酵的蛋白质称为“酒化酶”标志着微生物学的研究进入生化水平特点：a 微生物学的研究进入生化水平，维生素、抗生素、酶、基因（一个基因一个酶学说的提出，基因连锁，有性生殖、细菌质粒F因子的发现）b 应用分支学科的形成：抗生素学c 微生物学的第二个“淘金热”－寻找各种有益代谢物：维生素、抗生素、酶d 分支学科开始综合形成普通微生物学e 各学科相互渗透、相互促进，如遗传学、生物化学，16人次获诺贝尔奖成熟期 1953年－1953年J.D.Watson和H.C. Crick提出了DNA的双螺旋模型，从而将微生物学的研究推进到分子生物学的水平特点：a 微生物学称为热门的前沿学科b 称为分子生物学的主要研究对象，从分子水平研究生命活动规律（大分子结构、功能，生理生化的过程及其机制，生物进化）c 应用方面更主动控制条件，充分利用微生物的活动格拉茨为人类服务 24人12次获诺贝尔奖3．Important Persons in Microbiology History 1684 Antonie van Leeuwenhoek (discovery of bacteria)1857-1864 Louis Pasteur (lactic acid fermentation, yeast alcohol fermentation, spontaneous generation theory)1881-1884 Robert Koch (pure culture, cause of tuberculosis, Koch’s postulates, cause of (霍乱) cholera） 1889 Martinus Beijerinck (concept of a virus)1929 Alexander Fleming (discovery of penicilin)1953 James Watson, Francis Crick (DNA structure) 1983 Luc Montagnier (discovery of HIV)三、微生物学的应用(一)微生物的作用众所共知，当前人类正面临着多种危机，诸如粮食危机、能源匮乏、生态恶化和人口爆炸等。

人类进入 21 世纪后，将遇到从利用有限的矿物资源时代过渡到利用无限的生物资源时代而产生的一系列的新问题。

由于微生物具有五大特点，使得它们能够在解决人类面临的各种危机中发挥其不可替代的独特作用，现分述如下：1. 微生物与粮食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。

2 ．微生物与能源当前，化学能源日益枯竭问题正在严重地困扰着世界各国。

微生物在能源生产上有其独特的优点：①把自然界蕴藏量极其丰富的纤维素转化成乙醇；②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；③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；④通过微生物发酵产气或其代谢产物来提高石油采收率（黄原胶：水溶性胶体多糖，具增粘、稳定、互溶等优良特性，用它作为注水增稠剂，注入油层驱油；也可作为钻井粘滑剂，同时可脱去石油中的石蜡，改善成品的品质）；⑤研制微生物电池使之实用化。

3. 微生物与资源微生物能将地球上永无枯竭的纤维素等可再生资源转化成各种化工、轻工和制药等工业原料。

这些产品除了传统的乙醇、丙醇、丁醇、乙酸、甘油、乳酸、苹果酸等外，还可生产水杨酸、乌头酸、丙烯酸、已二酸、丙烯酸、长链脂肪酸、亚麻酸油和聚羟基丁酸酯（ PHB ），等等。

由于发酵工程具有代谢产物种类多、原料来源广、能源消耗低、经济效益高和环境污染少等优点，故必将逐步取代目前需高温、高压、能耗大和“三废”严重的化学工业。

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。

4. 微生物与环境保护在环境保护方面可利用微生物的地方甚多：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化学农药；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，如用艾姆氏法检测环境中的“三致”物质，利用 EMB 培养来检查饮水的肠道病原菌等。

5. 微生物与人类健康微生物与人类健康有着密切的关系。

首先是因为各种传染病构成了人类的主要疾病，而防治这类疾病的主要手段又是各种微生物产生的药物，尤其是抗生素。

自从遗传工程开创以来，进一步扩大了微生物代谢产物的范围和品种，使昔日由动物才能产生的胰岛素、干扰素和白细胞介素等高效药物纷纷转向由“工程菌”来生产。

与人类生殖、避孕等密切相关的甾体激素类药物也早已从化工生产方式转向微生物生物转化的生产方式。

此外，一大批与人类健康、长寿有关的生物制品，如疫苗、类毒素等均是微生物产品。

(二) 微生物学的应用前景1 续采用微生物作为生命科学的研究材料。

2 生物生产与动植物生产并列为生物产业的三大支柱。

在工业中许多产品利用微生物来生产，如各种生物活性物质 ( 抗生素等 ) 、化工原料 ( 酒精等 ) 。

微生物在农业生产中也有着多方面的作用。

微生物在食品加工中有广泛用途，发酵食品和许多调味品都离不开微生物。

3 生物是消除污染、净化环境的重要手段。

4 新兴的生物技术产业中，微生物的作用更是不可替代。

作为基因工程的外源 DNA 载体，不是微生物本身 ( 如噬菌体 ) ，就是微生物细胞中的质粒；被用作切割与拼接基因的工具酶，绝大多数来自各种微生物。

由于微生物生长繁殖快、培养条件较简易，当今大量的基因工程产品主要是以微生物作为受体而进行生产，尤其是大肠杆菌、枯草芽胞杆菌和酿酒醉母。

借助微生物发酵法，人们已能生产外源蛋白质药物 ( 如人胰岛素和干扰素等 ) 。

尽管基因工程所采用的外源基因可以来自动植物，但由于微生物生理代谢类型的多样性，它们是最丰富的外源基因供体。

5 与高等动植物相比，已知微生物种类只是估计存在数量的很小一部分哺乳动物和鸟类的物种几乎全部为人们所掌握，被子植物已知种类达 93% ，但细菌已知种数仅为估计数的 12% ，真菌为 5% ，病毒为 4%(Bull ，1992) 。

目前研究的也只是已知种类的很少一部分。

根据 SCI(science citation index) 资料， 1991 — 1997 发表的微生物学文献大量集中在8 个属，尤其是埃希氏杆菌，其中大肠杆菌又占主要部分 (Galvez 等， 1998) 。

可以想像，既然对少数已知微生物的研究就已为人类作出了重要贡献，通过对多样性微生物的开发必然会为社会带来巨大利益。

6 生物学事业方兴未艾。

微生物基因组学研究将全面展开，以微生物之间、微生物与其他生物、微生物与环境的相互作用为主要内容的微生物生态学、环境微生物学、细胞微生物学将基因组信息在基础上获得长足发展。

Five Common Characteristics of Microorganisms五大特性１．个体微小，结构简单微生物的个体极其微小，要测量它们，必须用 um 或 nm 作单位。

如一个典型的球菌体积仅为１ um 3 ；最近芬兰科学家 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 ，甚至比最大的病毒更小一些。