微生物学 微生物学 微生物学 Microbiology ｛理论50学时，实验30学时｝ 崔战利 张鸿雁

一、微生物的概念、地位及微生物学的研究对象、任务和分科 二、微生物的五大共性 三、人类对微生物世界的认识史 四、微生物学的战略地位 绪论 一、微生物的概念、地位及微生物学的研究对象、任务和分科 二、微生物的五大共性 三、人类对微生物世界的认识史 四、微生物学的战略地位 Microbiology

（一）微生物的基本概念 微生物（Microorganism，microbe）： 是一切不借助显微镜肉眼看不见或看不清楚的微小生物的总称。 是一类个体微小、结构简单的低等生物 肉眼不可见 非细胞或单细胞或简单的多细胞 进化地位低，但具有生命的特征（同化和异化作用、遗传和变异性、个体繁殖、对环境的感应性）

(二)微生物在生物界中的地位 原核生物界：蓝细菌、 细菌 、放线菌；古细菌 原生生物界：藻类、原生动物 真菌界：酵母菌、霉菌、mushroom 植物界 动物界 病毒界：噬菌体等

微生物的类群 不具细胞结构：病毒、类病毒、朊病毒 与发酵工业有关的微生物类群： 噬菌体、细菌、放线菌、酵母菌、霉菌、担子菌 单细胞原核生物：细菌、放线菌、立克次氏体、支原体、衣原体、蓝细菌等 真菌：酵母菌、霉菌、担子菌等 单细胞原生生物；藻类、原生动物等 与发酵工业有关的微生物类群： 噬菌体、细菌、放线菌、酵母菌、霉菌、担子菌

新三原界学说 上世纪70年代后期，美国人Woese等发现了地球上的第三生命形式——古菌，才导致了生命三域学说的诞生。该学说认为生命是由古菌域（Archaea）、细菌域(Bacteria)和真核生物域(Eucarya)所构成。

（三）微生物学的研究对象、内容和任务 微生物学是研究微生物及其生命活动规律的科学，研究的内容涉及微生物的形态结构、成分、分类鉴定、新陈代谢、生长繁殖、遗传变异、进化、生态分布、微生物与自然界、微生物各类群之间、微生物与其他生物之间相互作用、相互影响以及微生物在农业、工业、环境保护、医疗卫生事业各方面的应用等。 任务：发掘、利用、改善和保护有益微生物，控制、消灭或改造有害微生物，服务人类社会。

本科程的主要内容 绪论 原核生物的形态、构造和功能 真核微生物的形态、构造和功能 微生物营养和培养基 微生物代谢与调节 微生物生长极其控制 病毒和亚病毒 微生物的遗传变异和育种 微生物的生态 传染与免疫 微生物的分类和鉴定 （共11章）

（四）微生物学的分科 微生物学是研究微生物及其生命活动规律的科学。P7

Microbiology 二、微生物的五大共性 体积小，面积大 吸收多，转化快 生长旺，繁殖快 适应强，易变异 分布广，种类多

1、体积小，面积大

个体形态需要借助 光学显微镜或电子显微镜观察

电子显微镜

扫描隧道显微镜

Gram-negative rods motile by polar flagella. A Gram-negative rods motile by polar flagella. A. Electron micrograph, negative stain. B. Scanning electron micrograph. C. Gram stain.

肉眼可观察到微生物 聚集的群体－菌落

肉眼可观察到微生物聚集的群体－菌落

肉眼可观察到微生物聚集的群体－菌落

肉眼可见的真菌子实体

2、吸收多，转化快

3、生长旺，繁殖快 l大肠杆菌（牛乳基质）繁殖一代12.5~20min，一 昼夜能繁殖115~72代，数量可增殖到4.15×1034个~4.7 ×1022 ，干菌体重量可达约1016吨~4722t。 l具强大的合成能力，可利用农产品废弃物、石油甚至CO2等为原料合成有机物。 l微生物合成蛋白质的速度比植物快500倍，比动物快2000倍。 l微生物繁殖速度快这一特性给动植物疫病的防治，食品的防腐、保鲜等带来了巨大的困难。

4、适应强，易变异 l细菌自发突变的频率为1O-5 ~ 1O-10左右 l个体结构简单，容易受到环境变化的影响而引起遗传性发生变异

5、分布广，种类多 l在人类可以生存的环境中，微生物无处不在 Ø一般城市街道每立方米的空气中约含5000个 Ø普通宿舍的空气中每立方米约含20000个 Ø每克肥沃土壤中可含数亿个甚至更多的微生物

在人类及其它高等生物难以生活的环境中 有些微生物仍然可以正常生活 Lithotroph Habitats. A. Stream in Northern Wisconsin near Hayward is a good source of iron bacteria. B. Bacteriologist J.C. Ensign of the University of Wisconsin observing growth of iron bacteria in a run-off channel from the Chocolate Pots along the Gibbon River, in Yellowstone National Park. C. An acid hot spring at the Norris Geyser Basin in Yellowstone is rich in iron and sulfur. D. A black smoker chimney in the deep sea emits iron sulfides at very high temperatures (270 to 380 degrees C).

（1）物种的多样性：估计微生物总数50~600万，而描述过的生物总数200万种 类群 已知种 估计种 已知种所占的比例（%） 微生物种类多主要体现在以下五个方面 （1）物种的多样性：估计微生物总数50~600万，而描述过的生物总数200万种 类群 已知种 估计种 已知种所占的比例（%） 细菌真菌病毒藻类 4760 6900 5000 40000 1500000 130000 60000 12 5 4 67

（1）物种的多样性 （2）生理代谢类型的多样性 （3）代谢产物的多样性 （4）遗传基因的多样性 （5）生态类型的多样性

微生物的“生物界之最” 个体最小 数量最多 分布最广 变异最易 起源最早 形态最简 抗性最强 发现最晚 ‘胃口’最大 食谱最广 休眠最长 Microbiology 微生物的“生物界之最” 个体最小 数量最多 分布最广 变异最易 起源最早 形态最简 抗性最强 发现最晚 ‘胃口’最大 食谱最广 休眠最长 界级最宽 繁殖最快 种类最多

三、人类对微生物世界的认识史 感性认识阶段（史前时期） 形态学发展阶段（初创时期） 生理学发展阶段（奠基时期） 生化水平研究阶段（发展期） 分子生物学发展阶段（成熟时期） Microbiology

Microbiology （一）感性认识阶段（史前期） 细菌冶金 沤粪肥田 刮骨疗毒 提倡轮作 种痘防花 麦曲治泻 制曲酿酒

丰富多彩的酒文化 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

1664年，列文虎克用于观察霉菌的单筒复式显微镜 （二）形态学发展阶段 初创期 1664年，列文虎克用于观察霉菌的单筒复式显微镜

Anthnoy van Leeuwenhoek与他的显微镜 1684年寄给皇家协会信的部分内容

（三）生理学发展阶段（奠基期 ） 1人类温疫 2马铃蓍晚疫病 1建立技术 2寻病源菌 3描述—生理 4客观对待 5独立学科 本期特点 Microbiology （三）生理学发展阶段（奠基期 ） 1人类温疫 2马铃蓍晚疫病 1建立技术 2寻病源菌 3描述—生理 4客观对待 5独立学科 本期特点 促进本期因素 代表人物和重要事件

巴斯德的功绩 彻底否定了自然发生说 证实发酵由微生物引起 免疫学—预防接种 发明巴氏消毒法

无菌营养液 出现微生物 巴 斯 德 的 雁颈瓶实验 无菌营养液 无生命出现 加热 无菌营养液 无生命出现

几星期后 42-43oC下培养 的老龄炭疽菌 获免疫力 37oC下培养 的新鲜炭疽菌 巴斯德发现免疫现象

柯赫的实验室

发明培养基并用其纯化微生物等一系列研究方法的创立 科赫的功绩 发明培养基并用其纯化微生物等一系列研究方法的创立 证实炭疽病因 — 炭疽杆菌 发现结核病原菌—结核杆菌 科赫法则

单菌落 划线法获得单菌落 科赫定理图示

柯赫法则

1878年，李斯特分离乳酸链球 菌时用注射器和酒杯培养装置

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 霉菌菌落周围出现抑制萄 葡球菌生长的抑制现象

根瘤菌等土壤微生物的研究（M·W贝，C·H维） Microbiology 细菌学（巴斯德、科赫） 外科消毒术（Lister，1865） 根瘤菌等土壤微生物的研究（M·W贝，C·H维）

（四）发展期 无酵母菌压汁酶功能的发现（E.Buchner,1897) 寻找和研究微生物有益产物。化学药剂和抗生素发现和临床应用（1909-1935） 发现微生物的代谢统一性 青霉素的发现推进了工业化培养基书的猛进 普通微生物学形成 应用微生物分支学科扩大 相关学科相互渗透

（五）分子生物学发展阶段（成熟期） J.D.Waston, H.F.C.Crick 发现DNA双螺旋模型

（五）成熟期特点 微生物学成为十分热门的前沿基础学科 微生物成为生物学研究中的最主要对象 生物工程中，发酵工程是最成熟的应用 技术 Microbiology （五）成熟期特点 微生物学成为十分热门的前沿基础学科 微生物成为生物学研究中的最主要对象 生物工程中，发酵工程是最成熟的应用 技术

四、微生物学的战略地位 （一）微生物对社会发展的重要意义 微生物与医药卫生 微生物与生态 微生物与环保 微生物与农牧业 微生物与能源 微生物与食品 微生物与工业 微生物与生物工程 微生物的有害作用

1、微生物与医药卫生 用“工程菌”生产药物 干 扰 素 脑 菲 肽 胰 岛 素 乙肝疫苗 众抗生素 各种单克隆抗体免疫血清 Microbiology 1、微生物与医药卫生 用“工程菌”生产药物 干 扰 素 脑 菲 肽 胰 岛 素 乙肝疫苗 众抗生素 各种单克隆抗体免疫血清

2、微生物与生态 （1）作为有机物的分解者，参与自然界 的物质循环 l自然界的碳元素循环 l自然界的氮元素循环 l自然界的铁、锰、磷元素循环

l在自然界直接利用太阳能作为能源，从简单的无机物合成有机化合物 （2）微生物也是有机物的初级生产者 l在自然界直接利用太阳能作为能源，从简单的无机物合成有机化合物 l以无机物氧化产生的化学能作为能量来源，以无机物为原料合成有机化合物。

3、微生物与环境 土壤、水体自净 转化与降解污染物 生产环境友好材料 监察环境的污染物

微生物与环保 微生物处理腈纶废水的塔式滤池

Microbiology 4、微生物与农业和畜牧业 微生物饲料 农用抗菌素 生物农药 生物菌肥 微生物蔬菜

微生物饲料 菌体蛋白饲料 饲 料 酵 母 维 生 素 饲 料 发 酵 饲 料 青 贮 饲 料 饲料生物添加剂 Microbiology

农用抗菌素 Microbiology 某些微生物能够产生具有抑制 或杀死植物病原菌的物质,该物质称 农用抗菌素。  

生物农药 细菌农药 真菌农药 病毒农药

微生物肥料 细菌肥料（如根瘤菌肥、固氮菌肥、解磷菌类肥料、硅酸盐菌类肥料） 放线菌肥料（如抗生菌肥料） 真菌类肥料（如菌根真菌） 复合（或复混）微生物肥料解磷菌类肥料、硅酸盐菌类肥料

5、微生物与能源 沼气 氢气 酒精 微生物电池

6、微生物与饮食、调味品 味 精 发酵面食 酱，酱油，豆豉 食 用 醋 食药用菌 发酵饮料 食用色素 淹渍蔬菜 食品添加剂 青 红 方 Microbiology 6、微生物与饮食、调味品 青 红 方 味 精 发酵面食 酱，酱油，豆豉 食 用 醋 食药用菌 发酵饮料 食用色素 淹渍蔬菜 食品添加剂

7、微生物与工业 酶 工 业 氨基酸工业 微生物冶炼贵重金属 有机酸工业 新材料开发 生 物 化 工 食 品 工 程 微生物在石油工业应用 Microbiology 7、微生物与工业 酶 工 业 氨基酸工业 有机酸工业 新材料开发 生 物 化 工 食 品 工 程 微生物冶炼贵重金属 微生物在石油工业应用

改造物种 8、微生物与生物工程 商品生产 常规菌(或常规细胞株) ①遗传工程 ② 细胞工程 “工程菌”（或“工程细胞株”） ③ 微生物工程 ④ 酶工程 ⑤ 生物反应器工程 经济效益 大量产品 社会效益 生态效益 8、微生物与生物工程 商品生产

微生物工程的内容 微生物菌体生产和应用 微生物代谢产物的应用 微 生 物 机 能 的 利 用

9、微生物的有害作用 n微生物可使人体及其它动、植物罹患各种疾病

（二）微生物学对生物学基础理论问题研究的贡献（在生命科学中的前沿地位） Microbiology 1.生物学上的许多重大争论问题产生结论 2.是分子生物学的三大来源和三大支柱之一 3.使经典遗传学发展为分子遗传学 4.微生物与基因工程（作为基因供体、载体与基因受体及许多工具酶的来源） 5.高等生物研究和利用中的微生物化趋向方兴未艾 6.微生物的多样性为人类生命起源和生物进化研究提供依据 7.微生物学中的一套独特实验技术渗透到生命科学的各研究领域

(三)21世纪微生物学展望 我国利用卫星回收搭载微生物培养（2000年6月） 微生物基因组学研究将全面展开 以了解微生物之间、微与其他生物、微与环境的相互作用为内容的微生物生态学、环境微生物学、细胞微生物学等将在基因组信息的基础上获得长足发展。女女女女 微生物生命现象的特性和共性将更加受到重视 微生物与其他学科实现更广泛的交叉，获得新的发展 微生物产业将呈现全新的局面 (三)21世纪微生物学展望

用高效液相色谱进行微生物来源的物质分析 细胞高密度培养生产生物降解塑料PHA

国家“八.五” 重点项目 基因工程产品色氨酸

www. 微 生 物 学 相 关 网 站

主要参考书 微生物生物学（第八版），M.T.马迪根等，2001，科学出版社学 微生物学教程，周德庆，2003，高等教育出版社 现代食品微生物学 徐岩等译 第五版，2001年，中国轻工出版 微生物学，沈萍， 2002年，高等教育出版 微生物世界，美， 第五版， 微生物学，余大绂，李季伦， 农业微生物学实验技术，李阜棣，喻子牛等，1996，中国农业出版 微生物学实验，沈萍，范秀容等，1999，高等教育出版社

思考题 1、什么是微生物？它包括哪些类群？ 2、人类迟至19世纪才真正认识微生物、其中主要克服了哪些重大障碍？ 3、简述微生物学发展史上5个时期的特点和代表人物。 4、如何理解微生物学的战略地位？（微生物学对人类的贡献有哪些？） 5、微生物有哪五大共性？其中最基本的是哪一个？ （第8页）