微生物学

课 程 说 明 微生物学是生命科学中重要的基础学科之一，其知识面覆盖微观世界和宏观世界两方面，内容涉及微生物的形态结构、生理生化、遗传变异、生态分布、传染与免疫、分类与鉴定等方面。该课程有利于学生全面、系统地理解微生物学的基本知识和基本理论，熟练掌握微生物的基本操作技能，初步具有分析和解决有关实际问题的能力，同时也为后继专业课：的学习打下良好的基础。

周德庆.微生物学教程（第3版）. 高等教育出版社，2011 教材： 周德庆.微生物学教程（第3版）. 高等教育出版社，2011 参考文献 1.武大、复旦大学.微生物学（第二版）.高教出版社，1987 2.俞大绂李季伦.微生物学（第二版）. 科学出版，1985 3.黄秀梨.微生物学. 高等教育出版社，1997 4.郑善良.微生物学基础. 化学工业出版社，1986 5.沈萍.微生物学（第二版）. 高等教育出版社，2007 6.邢来群.真菌学. 高等教育出版社，1999 7.沈同等.生物化学（第三版）. 高等教育出版社，2002 8.卫扬保.微生物生理学.高等教育出版社，1989 9.Lansing M.Prescott et al.Mincrobiology（fifth edition).2002

10.李季伦等.微生物生理学.北京：高等教育出版社，1993 11.沈萍.微生物遗传学.武汉：武汉大学出版社，1995 12.李阜棣等.微生物学.北京：中国农业出版社，2000 13.喻子牛等微生物学――教学研究与改革.北京：科学出版社，2000. 14．高等学校生物学试题库研究组高等学校生物学试题库生物化学与微生物学卷.北京:高等教育出版社，1999 15.沈萍等.微生物学实验.北京：高等教育出版社，1999 16．Brock T D，Madigan M T，Martinko J M，Parder J.Biology of Microorganisms.7th ed.Ner Jersey,Englewood Cliffs：Prentice Hall,1994

　绪 论

一、什么是微生物 微生物(microorganisms)是一群个体微小、结构简单，人的肉眼看不见的，必须借助于光学显微镜或电子显微镜才能看到的微小生物。 微生物的种类很多主要包括：细菌、放线菌、支原体、立克次氏体、衣原体、蓝细菌、真菌（酵母菌、霉菌及蕈菌）、原生动物、病毒、类病毒、朊病毒等。

微生物根据其不同的进化水平和性准上的明显差别可分为三大类群： 非细胞型生物：病毒、类病毒、朊病毒、拟病毒 原核生物：细菌、放线菌、蓝细菌、支原体、 立克次氏体、衣原体 真核生物：真菌（丝状真菌--霉菌；酵母菌；大型 真菌--蕈菌）藻类、原生动物

二、微生物的五大共性 1.体积小、面积大 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１um3； 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。这种细菌分裂缓慢，三天才分裂一次，是目前所知的最小的具有细胞壁的细菌。它们的结构也是非常简单的，大多数微生物为单细胞，只有少数为简单的多细胞。又如PSTV由359个核苷酸组成的RNA，长度为50nm；朊病毒仅蛋白质分子组成。

2.吸收多，转化快 　　科学家研究发现微生物吸收和转化物质的能力比动物、植物要高很多倍，如在合适的环境下，Escherichia coli每小时内可消耗其自重2000倍的乳糖。Candidautilis(产朊假丝酵母)合成蛋白质的能力比大豆强100倍，比食用公牛强10万倍，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上。

3.生长旺，繁殖快 　　生物界中，微生物具有惊人的生长繁殖速度，其中二等分裂的细菌尤为突出。人们研究得最透砌的微生物是Escherichia coli，其细胞在合适的生长条件下，每分裂一次的时间是12.5-20.0min。如按20min分裂一次计，则每小时分裂3次，24小时可达到4.722×1024个。

　 由于条件的限制，细菌的指数分裂速度只能维持数小时，而在液体培养基中，细菌细胞的浓度一般仅能达到108-109个/ml。 　 微生物的这一特性在发酵工业上体现在：生产效率高、发酵周期短。在生物学基本理论的研究上的优越性：科研周期大大缩短、经费减少、效率提高。 当然，对于危害人、畜和植物等的病原微生物或使物品发霉的微生物来说，它们的这个特性就会给人类带来极大的麻烦甚至严重的祸害，因而需要认真对待。

4.适应强、易变异 　　微生物有极其灵活的适应性，这是高等动植物无法比拟的，诸如抗热性、抗寒性、抗盐性、抗酸性、抗压力等能力。例如：在海洋深处的某些硫细菌可在250℃-300℃之间生长；嗜盐细菌可在饱和盐水中正常生长繁殖；Thiobacillus thiooxidans(氧化硫杆菌)在PH1-2酸性环境中生长。Bacillus.sp.(未定名)的芽孢在琥珀内蜜蜂肠道中已保存了2500万年--4000万年。

　　微生物的个体一般都是单倍体，加之它具有繁殖快、数量多以及与外界环境直接接触等原因，虽然微生物的变异频率仅为(10-6-10-9)，也可在短时间内产生大量变异的后代。在微生物育种中利用变异这一特性可获得高产菌株。如：在1943年，利用Penicillium chrysogenum发酵生产青霉素，青霉素发酵液中只分泌约20单位/ml的青霉素。通过诱变现在发酵液中达到5万-10万单位/ml，成本大大降低。

实践中常遇到一些有害变异，在医疗中最常见的致病菌对抗生素所产生的抗药性变异。青霉素43年刚问世时，对Staphylococcus aureusr 最低制菌浓度为0.02ug/ml,由于突变原因制菌浓度不断提高，有的菌株的耐药性竟比原始菌株提高了1万倍。 　　如在40年代用青霉素治疗时，即使是严重感染的病人，每天只需10万单位，而现在成人需1６0万单位，新生儿也不少于４０万单位。病情严重时，甚至用数千万。同时也说明了“滥用抗生素无异于玩火”的口号是有充分科学依据的。

细菌抗药性的产生：

5.分布广，种类多 　　在生物圈的每一个角落都有微生物踪迹。如：人体体腔（100-400种，总数约为100万亿，其中数量最多的是（脆弱拟杆菌）。海底（硫细菌，100℃，140个大气压）、高空（85km）、土壤深层；由于微生物的发现比较迟，加上鉴定微生物种的工作以及划分种的标准等问题较复杂，所以目前确定微生物种数只有10万多种。随着分离、培养方法的改进和研究工作的进一步的深入，将会有更多的微生物被发现。

三、微生物学的发展促进了人类进步（5个方面） 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 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； 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。　　 传统的：乙醇、丙醇、丁醇、乙酸、甘油、乳酸、苹果酸等； 　　现代的：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； 　　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 　　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 　　防治这类疾病的主要手段又是各种微生物产生的药物：抗生素、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 　　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。

四、微生物的基本研究方法 1.显微镜技术 　　光学显微镜的诞生，它将肉眼的分辨率提高到微米级水平，而电子显微镜的出现使人眼分辨达到纳米水平。列文虎克是第一个用显微镜来观察和描述微生物的。

2.无菌技术 无菌技术是在分离、转接及培养纯培养物时防 止其被其他微生物污染的技术。而对灭菌技术的原 理等作出科学解释的是巴斯德，他所进行的举世闻 名的曲颈瓶实验，不仅彻底否定了当时十分流行的 “生命自然发生学说”，而且为微生物学中的无菌技 术的创立和发展奠定了理论和实践基础。

无菌操作

3.纯种分离技术 　　纯种分离技术是人类揭开微生物世界奥秘的重要手段。要揭开在自然条件下处于杂居混生状态的某一微生物的特点，以及它们对人类是有益还是有害，就必须采用在无菌技术基础上的纯种分离方法。早期对微生物群体进行单个纯化分离者是李斯特。但真正取得突破的是柯赫发明的培养皿琼脂平板技术。

4.纯种培养技术 微生物纯种培养技术在科学实验和生产实践中有着极其重大的理论与实践意义。若为微生物提供一个初级培养的实验方法并不复杂，但要使微生物在大规模生产中良好地生长或累积代谢产物，就得考虑一些最为合理的培养装置和有效的工艺条件，并且还要在整个微生物的发酵过程中严防其他微生物的干扰，即防止杂菌污染。发酵罐的发明及大规模地普及使用，它为生物工程学开辟了崭新的前景。同时微生物发酵工业也已成为国民经济的重要支柱之一。

五、微生物学及其分科 1.按研究微生物学基本生命活动规律为目的来分有：微生物分类学、微生物生理学、微生物生态学、微生物遗传学等。 2.按微生物的研究对象分有：细菌学、真菌学、病毒学、菌物学、藻类学等。

3.按微生物的应用领域分有：农业微生物、工业微生物、医学微生物、食品微生物、兽医微生物学、预防微生物学、水产微生物学等。 4.按微生物所在的生态环境分有：土壤微生物学、海洋微生物学、环境微生物学、宇宙微生物学等。

六、人类对微生物世界的认识史（发展史） 1.史前期 史前期是指人类还未见到微生物个体尤其是细菌 　 史前期是指人类还未见到微生物个体尤其是细菌 细胞前的一段漫长的历史时期，大约在距今8000 年－－1676年间。 　 开创者：各国劳动人民，其中尤以我国的制曲、 酿酒技术蓍称。 　 特点：未见细菌等微生物个体；凭实践经验利用 微生物的有益活动（酿酒、制酱、酿醋、沤肥、轮 作、治病）。

2.初创期 时 间：1676－－1861 开创者：列文虎克（Leeuwenhoek ) 特 点：自制的单式显微镜观察到细菌的个体； 对一些微生物形态进行描述。

1676年，微生物学的先驱荷兰人列文虎克首次观察到了细菌。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。

3.奠基期 时 间：1861－－1897 开创者：Pasteur和Koch 特 点：①建立了一系列研究微生物所必要的独特方法； 　　　 ②借助于良好的研究方法，开创了寻找病原微 生物的“黄金时期”； 　　　 ③把微生物的研究从形态描述推进到生理学研 究的新水平； 　　　 ④微生物学以独立的学科形式开始形成。

法国人巴斯德（Louis Pasteur） （1822～1895） 德国人柯赫（Robert Koch） （ 1843～1910）

1.巴斯德 (1) 发现并证实发酵是由微生物引起的 (2) 彻底否定了“自然发生”学说 (3) 免疫学——预防接种 (4)其他贡献 化学家出生的巴斯德涉足微生物学是为了治疗“酒病”和“蚕病” (2) 彻底否定了“自然发生”学说 著名的曲颈瓶试验无可辩驳地证实，空气内确实含有微生物， 是它们引起有机质的腐败。 (3) 免疫学——预防接种 首次制成狂犬疫苗 (4)其他贡献 巴斯德消毒法：60～65℃作短时间加热处理，杀死有害微生物

2.柯赫 （1）微生物学基本操作技术方面的贡献 a）细菌纯培养方法的建立 土豆切面 → 营养明胶 → 营养琼脂（平皿） b）设计了各种培养基，实现了在实验室内对各种微 生物的培养 c）流动蒸汽灭菌 d）染色观察和显微摄影

a）具体证实了炭疽杆菌是炭疽病的病原菌； （2）对病原细菌的研究作出了突出的贡献： a）具体证实了炭疽杆菌是炭疽病的病原菌； b）发现了肺结核病的病原菌；（1905年获诺贝尔奖） c）证明某种微生物是否为某种疾病病原体的基本原则 ——著名的柯赫原则 1、 在每一相同病例中都出现这种微生物； 2 、要从寄主分离出这样的微生物并在培养基中培养出来； 3、用这种微生物的纯培养接种健康而敏感的寄主，同样的疾病会重复发生； 4 、从试验发病的寄主中能再度分离培养出这种微生物来。

柯赫法则 结 核 杆 菌

4.发展期 时 间：1897－－1953 开创者：Buchner 特 点：①进入微生物生化水平的研究； 时 间：1897－－1953 开创者：Buchner 特 点：①进入微生物生化水平的研究； 　　　 ②应用微生物的分支学科更为扩大，　　　　 出现了抗生素等学科； 　　　 ③开始寻找各种有益微生物代谢产物； 　　　 ④普通微生物学开始形成； 　　　 ⑤各相关学科和技术方法相互渗透，　　　　 相互促进，加速了微生物学的发展。

5.成熟期 时 间：1953－－至今 开创者： Watson 和Crick 特 点：①微生物学从一门在生命科学中较为孤立　　　　　 的以应用为主的学科，成为一门十分热　　　　　 门的前沿基础学科； 　　　 ②在基础学理论的研究方面，逐步进入到　　　　　 分子水平的研究，微生物迅速成为分子　　　　　 生物学研究中的最主要的对象； 　　　 ③在应用研究方面，向着更自觉、更有效　　　　　 和可人控制的方向发展。

作业 调研报告：利用业余时间自己去联系与微生物相关的企业或相关技术做调研，形成调研报告，提出建设性建议（3000字以上），并利用PPT图文并茂的进行介绍（以组为单位）

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