微生物学 第一章 绪论

接触传染物
病者
健康者
感染得病
科赫法则
(证明某微生物是某疾病病原菌的四项要求)
1、在患病动物中存在可疑病原有机体，而 健康动物中没有；
2、可疑有机体在纯培养中生长； 3、纯培养中的可疑有机体细胞，能引起健
康动物发病； 4、可疑有机体被再次分离，并且和最初分
离的有机体一样；
基因水平的科赫法则?
四、发展期（生化水平1897-1953）
1676年，荷兰，列文虎克，单式显微镜（复制品）
A、C、F、G： 杆 菌 E： 球 菌 H： 球菌的聚集体
列文虎克1684向英国皇家学会的信中 对细菌形态的描绘
二、微生物的定义
微生物是一切肉眼看不见或看不清楚的微 小生物的总称。(一般个体<0.1mm)。
微生物
非细胞生物 原核生物 部分真核生物（真菌、藻类、原生动物）
则： (与人等重)大肠杆菌比表面积=30万
营养物质 吸收面
巨大
环境信息
小体积
代谢废物
的交换面 巨大 大面积 巨大 的排泄面
（二）吸收多，转化快（代谢活性强）
奶牛（500kg）在24h内
体 积
吸收多 合成0.5kg蛋白质
越
微生物细胞在24h内
小，
合成自身重量30-40倍的细胞物质
代
大肠杆菌在1小时内分解的糖
120
30
4.1×103
1380
25
2.1
1020
20
2.64
420
25
10.6
642
26
4.92
在发酵工业 中的意义
生产效率高，周期短
（四）适应性强，易变异
适应性强
1、对营养物质的利用上的适应性。 2、对环境条件尤其是恶劣的“极端环境” 的适应性。
耐0－196℃低温 耐250℃-300℃的高温 耐盐（饱和盐水） 耐干燥（产芽孢细菌、真菌孢子） 耐酸碱、耐缺氧、耐毒物、抗辐射
环境微生物学
徐州师范大学生科院 生物技术系
授课教师:吕爱军
联系电话:13407524901
第一章 绪 论
第一节 微生物的基本概念 第二节 微生物的特点 第三节 微生物的分类和命名 第四节 微生物学的发展史 第五节 环境微生物学的研究内容 第六节 学习环境微生物学的意义
第一节 微生物的基本概念
一、微生物的发现
4、废弃物生物处理中微生物学原理和方法的研究
环境微生物学
•偏重于水环境保护。 ——有害微生物（病原性、腐蚀性）的监控与防治 ——有益微生物培养与利用（水处理中的各种微生物的 高效、密集培养、强化生物去污）
第六节 学习环境微生物学的意义
1、了解并揭示微生物在生态系统中的地位与作用 2、避免或防止微生物对人类的危害 3、开发、利用微生物以保护环境造福于人类
生 无细胞结构 病毒界
物
原核生物界
界
原生生物界
有细胞结构 真核生物
真菌界 植物界
动物界
病毒
细菌
菌
“微型植物
真菌
生
”
藻
物
微型动物 虫
动物
植物
植物界
真真菌菌界界
动物界
细细菌菌域域 古生古菌生域菌域真核生物域
原生生物界 原 原核核生生物物界界
魏塔克五界系统
共同祖先
沃氏提出的三域（三原界）系统
生物
古细菌 真细菌 真核生物
第二节 微生物的特点
（一）体积小，比表面积大
微生物的体积大小 单位：um(10-6 m)或nm(10-9m)
必须用显微镜观察
杆菌
0.5μm
2μm
1500个杆菌首尾相连
80个杆菌肩并肩
总长度=1粒芝麻的长度 总宽度=1根头发丝的宽度
微生物与其它生物种类的体积比较
病毒 细菌 动物的模拟细胞 动物的细胞核
二 、微生物的分类系统纲要
1、《伯杰氏手册》
美国的《伯杰氏鉴定细菌学手册》编写者集国际学术界的权威学 者，为各国微生物分类学界公认的一本经典佳作。 现书名已改为《伯杰氏系统细菌学手册》（Bergey’ Mamual of Systematic Bacteriology) 特点：①表型特征
②基因序列
=CCTCC AB 92068
当微生物名称是一个亚种（subspecies，简称 “subsp．”，排正体字）或变种（variety，简称 “var．”，排正体字）时，学名就应按“三名法”构 成，即：
例1：苏云金芽孢杆菌蜡螟亚种 Bacillus thuringiensis subsp．galleria 例2：酿酒酵母椭圆变种 Saccharomyces cerevisiae var．ellipsoideus
青霉素生产菌的发酵水平 1940年 每毫升20单位 2000年 每毫升10万单位
200μg/ml
（五）分布广，种类多
分布广 微生物在自然界的分布：
无处不在，无孔不入
陆地：高山、平原、沙漠
正常环境 空气： 水域：河流、湖泊、
分
生物体内外
布
高空：12000m
极端环境 深海底：10000m 2000米深的地层
•1897年，德国科学家布赫纳，酵母菌无细胞压榨汁将葡萄糖 发酵成酒精，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，英国科学家弗莱明发现点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世界上第一个抗 生素-青霉素。
•1949年，美国的瓦克斯曼在他多年研究土壤微生物所积累资 料的基础上，发现了链霉素。
Selman A. Waksman（1888－ 1973） The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1952
美国瓦克斯曼1952年的诺贝尔生理学或医学奖，因为 “他 发现了链霉素、 第一有效抗生素用于治疗肺结核”。 用此基金在罗格斯大学建立了瓦克斯曼微生物学研究所。
温泉
种类多
微生物的微观 性，研究手段 的限制分离培 养的局限
地球上的微生物：估计有100万种 已发现的微生物：约有10万种 已开发利用的微生物：约1000种
（六）易于人工培养
体积小，比表面积大
微生物具有 代谢活性强 生长旺、繁殖快
易于人 工培养
适应性强，易变异
只要提供适宜的营养和环境条件，就可 获得培养物。不受地区和季节的限制。
始于二十世纪初， 代表人物： 德国爱德华·布赫纳(Edward Buchner，1860--1907)发现无细胞发酵现 象， 1907年诺贝尔化学奖。
石英砂研磨 过 滤 酵母细胞
滤液
葡萄糖 酵母细胞
酒精、CO2
Alexander Fleming （1881-1955)
1922年他从某种植物和动物分泌液中发现一种能杀灭细菌的 物质，称之为溶菌酶。 英国弗莱明和钱恩、弗罗里（青霉素的分离、提纯）于1945 年共同获得诺贝尔医学和生理学奖 。
二、初创期（形态学发展时期） 1676-1861
（17世纪下半叶-十九世纪中叶） 使用显微镜观察微生物世界的 时期。 代表人物：列文·虎克
贡献: （１）发现了微生物世界 （２）描述了微生物的形态并阐述了它们的多样性
三、奠基期（生理学发展时期） （1861-1897）
十九世纪下叶 有关微生物的两个疑难问题： 1、生物是自然产生的吗？(自生说) 2、传染性疾病的本质是什么？
模式菌株：是一个种的具体活标本，必须是该菌种的活培养物， 是由一个被指定为命名的模式菌株传代而来。
属名
种的加词 Specific epithet
种名
定种人
年代
Bacillus
Bacillus subtilis (Cohn, 1872)
Type strain: ATCC 6051
=DSM 10
保藏机构 及其保藏号
2、前苏联克拉西尔尼可夫的《细菌和放线菌鉴定》
3、法国雷沃A.R.Prevot的《细菌分类学》
第四节 微生物学的发展历史
一、史前期（直观应用时期）
春秋战国时期 微生物分解有机物质，沤粪积肥。
公元二世纪的《神农本草经》 白僵蚕治病。
公元6世纪 后魏的贾思勰 （xié）《齐民要术》 谷物制曲、酿酒、制酱、造醋、腌菜。 豆科植物与其它作物轮作
加热
密封 放置 细菌检测 无细菌检出
营养液 自然发生说质疑：无机物自然变为生命有机体必须提供新鲜的空气
曲颈瓶试验(1861年 ) 用无可争辩的事实推翻
了（自然发生说）
巴斯德消毒法
２、科赫与疾病的病菌说
科赫的有关实验——病原菌的发现 炭疽病——炭疽芽孢杆菌
德国，乡村医生，科赫 （Robert Koch，18431910）治疗结核病 1905年 诺贝尔生理学或医学奖。
真菌 藻类 原生动物 动物 植物
(一)分类单元 界、门、纲、目、科、属、种
种(species)是一个基本分类单元，是一大群表型特征高度相似、亲缘 关系极其接近、与同属内的其他物种有着明显差异的一大群菌株的总 称。 模式种(type species)、典型菌株(type strain) 新种(species nova, sp. nov)：是指权威性的分类、鉴定手册中从未记载 过的一种新分离并鉴定过的微生物。
谢
越 转化快 是本身重量2000倍糖。
强
1kg酵母菌在12小时内，将几
吨糖转化为酒精。
（三）生长旺，繁殖快
大肠杆菌在适宜的生长条件下：
12.5-20分钟
繁殖1代
每小时
分裂3代，由1个变成8个。
经24小时
分裂72代，重约4722吨
经24小时
可产生4.72×1021个后代。
微生物因受营养、空间、代谢产物等
(二) 命名
双名法：指一个物种的学名由前面一个属名和后面一个种名加词两部 分组成 。 学名=属名+种名+（首次定名人）+现名定名人+现名定名年份
例：大肠埃希氏菌（大肠杆菌） Escherichia coli (Migula) Castellani et Chalmers 1919
菌株(strain)：又称品系（在非细胞型的病毒中则称毒株或株）， 表示任何由一个独立分离的单细胞（或单个病毒粒）繁殖而成 的纯遗传型群体及其一切后代。
五、成熟期（1953以后） 又称分子生物学水平
奠基人
沃森 克里克
重要贡献：建立了DNA结构双螺旋模型。
第五节 环境微生物学的研究内容
环境微生物学：研究人类的生存环境与微生物之间相 互关系的科学。
1、自然环境中微生物的多样性 2、自然环境中的微生物生态学研究
微生物学
环境生物学
3、污染环境中的微生物生态学研究
１、巴斯德与自然发生学说
普涉（Pouchet）自 然发生说
由非生命物质自然发生的
路易斯·巴斯德（Louis Pasteur，1822-1895) ， 法国微生物学家、化学家，微生物学奠基人。
巴斯德反驳自然发生说的三个实验
搁置 新鲜食品
腐败食品
细菌检定
细菌检定
无细菌
有细菌
证明由干草汁未被杀死的种子或由空气传播产生的
动物、植物和微生物个体大小尺度范围
不同生物类型细胞 大小的比较
比表面积：个体的表面积与体积之比。则 个体的体积越小，其比表面积值就越大。
以球菌为例：比面值=表面积/体积 =4πr2/4/3πr3=3/r
球菌r=0.5μm
比表面积为6
球菌r=1μm
比表面积为3
球菌r=2μm
比表面积为1.5
设定：人的比表面积=1
条件限制，几何级数的繁殖速度只能维 持数小时。
微生物代时及每日增殖率
微生物名称 代时(分) 温度 日增殖率
乳酸菌 大肠杆菌 根瘤菌 枯草杆菌 光合细菌 酿酒酵母 念珠藻7×1011
20
37
4.7×1021
110
25
8.2×103
31
30
7.2×1013
144
30
1.0×103
第三节 微生物的分类和命名
一 、微生物在生物界的地位
动物界 植物界 林奈
动物界 植物界 原生生 物界
Haeckel
植物界 动物界 原始生 物界 菌界
Copeland
植物界 动物界 原核生物界 原生生物界 真菌界
Whittaker
五界 + 病毒界
细菌域 古生菌域 真核生物域 美国
Woese
六界系统（王大耜sì）
易变异 由于繁殖快、数量多、与外界环境
直接接触，即使变异频率低（10-5-10-10 ）也可
在短时间内产生大量变异后代。
青霉素的使用剂量：
青霉素对金黄色 葡萄球菌最低抑
1940年 10万元单位/次
制浓度。
1980年： 输液80万单位/次
0.02μg/ml
2000年： 输液800万-1000万单位/次
树立质量法制观念、提高全员质量意 识。20.10.1920.10.19Monday, October 19, 2020 人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。17:16:3517:16: 3517:1610/19/2020 5:16:35 PM 安全象只弓，不拉它就松，要想保安 全，常 把弓弦 绷。20.10.1917:16:3517:16O ct-2019-Oct-20 加强交通建设管理，确保工程建设质 量。17: 16:3517:16:3517:16Monday, October 19, 2020 安全在于心细，事故出在麻痹。20.10.1920.10.1917: 16:3517:16:35October 19, 2020 踏实肯干，努力奋斗。2020年10月19日下午5时16分 20.10.1920.10.19 追求至善凭技术开拓市场，凭管理增 创效益 ，凭服 务树立 形象。2020年10月19日星期 一下午5时16分 35秒17:16:3520.10.19 严格把控质量关，让生产更加有保障 。2020年10月 下午5时 16分20.10.1917:16O ctober 19, 2020 作业标准记得牢，驾轻就熟除烦恼。2020年10月19日星期 一5时16分35秒 17:16: 3519 October 2020 好的事情马上就会到来，一切都是最 好的安 排。下 午5时16分35秒 下午5时16分17:16:3520.10.19 一马当先，全员举绩，梅开二度，业 绩保底 。20.10.1920.10.1917: 1617:16:3517: 16:35Oct-20 牢记安全之责，善谋安全之策，力务 安全之 实。2020年10月19日 星期一5时16分 35秒M onday, October 19, 2020 相信相信得力量。20.10.192020年10月 19日星 期一5时16分35秒20.10.19