生物技术教研室理科楼307 教师：王秀然 Email：906231703@qq.com 电话：18686515382 微生物学 生物技术教研室理科楼307 教师：王秀然 Email：906231703@qq.com 电话：18686515382

第一章 绪论 什么是微生物 微生物的特点 微生物与人类的关系 微生物的发现和微生物学的发展 微生物学及其分科 微生物学发展的趋势 第一章 绪论 什么是微生物 微生物的特点 微生物与人类的关系 微生物的发现和微生物学的发展 微生物学及其分科 微生物学发展的趋势 王秀然 生命科学学院生物技术教研室

一类肉眼看不见或看不清楚的微小生物的总称 一、微生物 什么是微生物？ 原核微生物：细菌，放线菌，支原体，衣原体，立克次氏体，蓝细菌，古细菌 真核微生物：真菌（酵母菌，霉菌，大型真菌——蕈菌），原生动物，显微藻类 非细胞结构微生物：病毒，亚病毒（类病毒，拟病毒，朊病毒） 一类肉眼看不见或看不清楚的微小生物的总称 王秀然 生命科学学院生物技术教研室

二、 微生物的特点 （一）个体小、面积大 （二）吸收多、转化快 （三）数量多、繁殖快 （四）适应强、易变异 （五）种类多、分布广 王秀然 生命科学学院生物技术教研室

（一）个体极小 微生物的个体极小，由几纳米(nm)到几微米(um) (1mm=103um=106nm),人类肉眼的分辨率为0.1mm；光学显微镜的分辨率为0.2um，而病毒小于0．2um，需通过电子显微镜才可看见，电子显微镜的分辨率为0.2～0.4nm,利用电子显微镜可以是清晰地看见各种微生物的结构。 杆菌的平均长度：2 微米； 1500个杆菌首尾相连= 一粒芝麻的长度； 10-100亿个细菌加起来重量 = 1毫克 面积/体积比：人 = 1，大肠杆菌 = 30万； 艾滋病毒攻击人体淋巴细胞 电子显微镜放大十万倍 4mm:40nm 王秀然 生命科学学院生物技术教研室

比面值：一个物体的面积与体积之比 由于微生物形体微小，表面积大，有利于细胞吸收营养物质和加强新陈代谢。例如： 乳酸杆菌 表面积／体积 约为120000 鸡蛋 表面积／体积 约为1．5 体重200斤的人 表面积／体积 约为0．3 王秀然 生命科学学院生物技术教研室

(二) 吸收多、转化快 在吸收方面：发酵乳糖的细菌每小时可分解其自身重量的1000到10000倍。 (二) 吸收多、转化快 在吸收方面：发酵乳糖的细菌每小时可分解其自身重量的1000到10000倍。 在转化利用方面：产阮假丝酵母（Candida utilis）合成蛋白质的能力较大豆高100倍，比食用公牛高10000倍。 王秀然 生命科学学院生物技术教研室

（三）生长旺、繁殖快 生物界中，微生物具有最高的繁殖速度。 几何级数增殖速度最多也只能维持几个小时。 大肠杆菌(Escherichia coli)和梭状芽孢杆菌(Clostridium sp.)，20分钟可繁殖一代。4.7×1021个后代/天，经48h可产生2.2×1043个后代。假如一个细菌重量为10-12g，那么，这里的总重量将达到2.2×1025吨。这个重量相当于4000个地球之重。 几何级数增殖速度最多也只能维持几个小时。 王秀然 生命科学学院生物技术教研室

（四） 适应性强，易变异 适应性强：微生物对极端环境具有惊人的适应能力 易变异： 从医院分离到的Ｓtaphylococcus．aureus耐青霉素菌株 年份 １９４６ １９４７ １９４８ １９４９ １９５７ １９６６ 耐药株（％） １４ ３８ ５９ ６８ ８０ ＞９７ 王秀然 生命科学学院生物技术教研室

（五）分布广、种类多 分布广：在动植物体内外，土壤、河流、空气、评议、高山、深海、冰川、海底淤泥、盐湖、沙漠、油井、地层下等 种类多： 物种多样性 生理代谢类型多 代谢产物种类多 遗传基因多样性 生态类型多样性 大洋钻探在深海海底玄武岩的火山玻璃中发现微生物的生命活动（暗色条） 王秀然 生命科学学院生物技术教研室

从永冻冰层分离微生物 南极Vostok湖冰芯样品中的微生物 王秀然 生命科学学院生物技术教研室

三、微生物与人类的关系 细菌数亿/g土壤，土壤中的细菌总重量估计为：10034 × 10 12吨； 每张纸币带细菌：900万个； 家居环境中微生物无处不在； 人体体表及体内存在大量的微生物： 皮肤表面：平均10万个细菌/平方厘米； 口腔：细菌种类超过500种； 肠道：微生物总量达100万亿， 粪便干重的1/3是细菌，每克粪便的细菌总数为：1000亿个； 时时刻刻与微生物“共舞” 是 祸？是 福？ 每个喷嚏的飞沫含4500-150000个细菌，重感冒患者为8500万； 王秀然 生命科学学院生物技术教研室

(一)少数微生物是人类的敌人！ 天花； 鼠疫； 艾滋病； 疯牛病； 埃博拉病毒； SARS； 2009年3至4月，墨西哥爆发H1N1疫潮 世界卫生组织将世界艾滋病日订为12月1日 http://www.chain.net.cn/ 2009年3至4月，墨西哥爆发H1N1疫潮 中国卫生部5月11日发出通报：四川省确诊一例甲型H1N1流感病例。 鼠疫杆菌Yersinia pestis，1347 王秀然 生命科学学院生物技术教研室

微生物学的发展促进了人类的进步的五个方面 1.微生物与医疗保健 2.微生物与工业生产 3.微生物与农业生产 4.微生物与环境保护 （二）微生物是人类的朋友！ 微生物学的发展促进了人类的进步的五个方面 1.微生物与医疗保健 2.微生物与工业生产 3.微生物与农业生产 4.微生物与环境保护 5.微生物与生命科学基础研究 王秀然 生命科学学院生物技术教研室

斯宾塞（1861年《教育论》）提出“人体健康是一切幸福的要素” 微生物学家在医疗保健战线上的六大战役 1.微生物与医疗保健 斯宾塞（1861年《教育论》）提出“人体健康是一切幸福的要素” 微生物学家在医疗保健战线上的六大战役 外科消毒术的建立 寻找人畜严重传染病的病原菌 免疫防治法的发明和广泛应用 化学治疗剂的普及 多种抗生素的筛选及其大规模生产和应用 基因工程菌生产各种多肽类生物药物等 1979年10月26日WHO宣布天花成为第一个被消灭的传染病 王秀然 生命科学学院生物技术教研室

2.微生物与工业生产 工业微生物 生物工程学（又称生物技术）的形成 食品的罐藏以及防霉腐 酿造技术的革新改造 纯种厌氧发酵技术的建立 大规模液体深层通气培养工艺的创建 代谢调控发酵技术的发明 生物工程学（又称生物技术）的形成 王秀然 生命科学学院生物技术教研室

3.微生物与农业生产 生物防治 微生物增产剂 食用菌生产技术 沼气发酵 王秀然 生命科学学院生物技术教研室

4.微生物与环境保护 地球上重要元素循环中的主要推动者 地球面积70%以上的海洋和其他水体中光合生产力的基础 食物链的重要环节 污水和有机废弃物处理中的关键角色 生态农业中既重要却处于隐形态的环节 环境污染和监察的重要指示生物 王秀然 生命科学学院生物技术教研室

DNA → RNA → 蛋白质 5. 微生物与生命科学基础研究 “断裂基因”、 “跳跃基因”、“重叠基因”的发现， （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； 1941年Beadle和Tatum用粗糙脉胞霉进行的突变实验 使基因和酶的关系得以阐明，并提出了“一个基因一个酶”的假说。 基因概念的发展； “断裂基因”、 “跳跃基因”、“重叠基因”的发现， 以及基因结构的精细分析、基因组测序等。 遗传密码的破译； 60年代Nirenberg等人通过研究大肠杆菌无细胞蛋白质合成体系 及多聚尿苷酶，发现了苯丙氨酸的遗传密码，继而完成了全部 密码的破译，为人类从分子水平上研究生命现象开辟了新的途径。 基因表达调控机制的研究； Jacob等通过研究大肠杆菌诱导酶的形成机制而提出操纵子学说， 阐明了基因表达调控的机制，为分子生物学的形成奠定了基础。 生物大分子合成的中心法则； DNA → RNA → 蛋白质 王秀然 生命科学学院生物技术教研室

（2）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； 微生物独特的研究方法与技术 （3）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; 王秀然 生命科学学院生物技术教研室

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。 “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。” —— 日本学者尾形学在“家畜微生物学”（1977） 王秀然 生命科学学院生物技术教研室

四、人类对微生物世界的认识史 （一）一个难以认识的微生物世界——史前期（朦胧阶段） 微生物难以认识的主要原因 1.个体微小 2.外貌不显 3.杂居混生 4.因果难辨 王秀然 生命科学学院生物技术教研室

（二）微生物的发现——初创期（形态描述阶段） 16世纪意大利医生G.Fracastoro才明确提出疾病是由肉眼看不见的生物引起的。 我国明末（1641年）吴又可提出“戾气”学说，认为传染病的病因是一种看不见的“戾气”，其传播途径以口、鼻为主。 1664年，英国人虎克（Robert Hooke）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。 王秀然 生命科学学院生物技术教研室

荷兰人列文虎克（Leeuwenhoek)自己做成能放大200-400倍的显微镜 1675年，第一次观察到原生动物 1685年，发现细菌，他把这些微小生物，称为“微动体”并绘图 1695年，发表了《安东•列文虎克所发现的自然界的秘密》的论文 直到19世纪中期的200年间，微生物学的研究停留在形态描述——形态学时期 王秀然 生命科学学院生物技术教研室

（三）微生物学发展的奠基人——奠基期（生理水平研究阶段） 19世纪中期到20世纪初 法国 巴斯德（Louis Pasteur 1822-1895） 德国 科赫 （Robert Koch 1843-1910） 微生物的研究从形态描述推进到生理学研究阶段，揭露了微生物是造成腐败发酵和人畜疾病的原因，并建立了分离、培养、接种和灭菌等一系列独特的技术，从而奠定了微生物学的基础，开辟了医学和工业微生物等分支科学。 进入寻找人类和病原菌的黄金时期 王秀然 生命科学学院生物技术教研室

one of the founders of microbiology 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 发明巴氏消毒法 免疫学—预防接种 Louis Pasteur(1822-1895) one of the founders of microbiology 王秀然 生命科学学院生物技术教研室

自然发生说：一切生物是自然发生的 生物发生说 王秀然 生命科学学院生物技术教研室

Pasteur attenuate the bacteria 巴斯德与免疫学 Pasteur attenuate the bacteria Pasteur and rabies vaccine —the attenuated virus Cultured at 42-43oC Cultured at 37oC unimmune Several weeks later immune 王秀然 生命科学学院生物技术教研室

Robert Koch（1843-1910） 科赫的贡献 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 Robert Koch（1843-1910） Koch won the Nobel Prize for Physiology or Medicine in 1905 for his work on tuberculin. 科赫法则 王秀然 生命科学学院生物技术教研室

科赫原则 1.在所有病例中都能发现这种病菌 2.把这种病菌从病体中分离出来，并完成纯培养 3.将纯菌接种给健康动物，能引起相应的疾病 4.在接种纯菌而致病的动物身上，仍能取得同种病菌，并仍能在体外实现纯培养 王秀然 生命科学学院生物技术教研室

（四）发展期（生化水平研究阶段） 1897年德国人E.Buchner用无细胞酵母菌压榨汁中的“酒化酶”对葡萄糖进行酒精发酵成功。 化学药剂和抗生素发现和临床应用（1909-1935） 酿造技术及发酵技术日趋完美 发现微生物的代谢统一性。普通微生物学开始形成。青霉素的发现推动了微生物工业化培养技术的猛进。微生物进入广泛寻找微生物的有意代谢产物第二个黄金时期。 王秀然 生命科学学院生物技术教研室

Clostridium acetobutylicum, the "Weizmann Organism" Upper part of fermentors (tanks) used to produce penicillin and vitamin B12. Clostridium acetobutylicum, the "Weizmann Organism" Fermentation unit used in purifying penicillin in 1945. 王秀然 生命科学学院生物技术教研室

发展最快、影响最大、体系全面的生命科学发展主流的前沿科学 （五）成熟期（分子生物学水平研究阶段） 多学科交叉促进微生物学全面发展 生化突变 细菌基因水平转移 微生物遗传学和微生物生理学 推动了分子遗传学的形成 微生物学全面进入分子研究水平 发展最快、影响最大、体系全面的生命科学发展主流的前沿科学 王秀然 生命科学学院生物技术教研室

J.Watson and F. Crick分子生物学奠基人 广泛运用分子生物学理论和现代研究方法，深刻揭示微生物的各种生命活动规律；以基因工程为主导，把传统的工业发酵提高到发酵工程水平；大量理论性、交叉性、应用性和实验性分支学科飞速发展；微生物学的基础理论和独特实验技术推动了生命科学各领域飞速发展；微生物基因组的研究促进了生物信息学和合成生物学时代的到来。人类进入微生物学的第三个黄金时期寻找微生物基因的时代。 王秀然 生命科学学院生物技术教研室

五、微生物学及其学科 微生物学：在分子、细胞或群体水平上研究微生物的形态构造、生理代谢、遗传变异、生态分布和分类进化等生命活动的基本规律，并将其应用于工业发酵、医学卫生和生物工程等领域的科学。 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，为人类社会的进步服务。 王秀然 生命科学学院生物技术教研室

微生物学 微生物分类学 基础微生物学 应用微生物学 按微生物种类分 按过程或 按与疾病 按生态 按技术与 按应用 细菌学 真菌学 病毒学 功能分 按与疾病 的关系分 按生态 环境分 按技术与 工艺分 按应用 范围分 微生物分类学 细菌学 真菌学 病毒学 菌物学 原生动物学 藻类学 微生物生理学 微生物遗传学微生物生态学 分子微生物学细胞微生物学微生物基因组学 免疫学 医学微生物学流行病学 土壤微生物学 海洋微生物学 环境微生物学 水微生物学 宇宙微生物学 分析微生物学 微生物技术学 发酵微生物学 遗传工程 工业微生物学 农业微生物学 医学微生物学 药学微生物学 兽医微生物学 食品微生物学 预防微生物学 王秀然 生命科学学院生物技术教研室

六、我国微生物学的发展 我国是世界文明发达最早国家之一。勤劳勇敢的中国人民，在长期的生产实践中，对微生物的认识和利用有着悠久的历史，积累了丰富的经验。 下面分别在制酒，农业，医学等方面进行举例说明。 王秀然 生命科学学院生物技术教研室

3. 在郑州曾发现商代酿酒工场的遗址，可见至少在商代，我国的酿酒已从农业分化成独立的手工业。 制酒方面 1. 在我国，利用微生物进行谷物酿酒的历史，至少可追溯到距今四千多年前的龙山文化时期。我国龙山文化遗址出土的陶器中有不少的饮酒用具。殷代甲骨文中记载有不少的“酒”字。 2. 公元前十四世纪《书经》中有“若作酒醴，尔惟曲蘖”的记载，意思是要酿造酒类，必须用蘖。曲是由谷物发霉而成的，蘖就是发芽的谷物，说明那时已用曲与蘖酿酒。 3. 在郑州曾发现商代酿酒工场的遗址，可见至少在商代，我国的酿酒已从农业分化成独立的手工业。 王秀然 生命科学学院生物技术教研室

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 殷 商 酒 具 王秀然 生命科学学院生物技术教研室

农业方面 据考证，远在商代，已知使用经过一定时间储存的粪便来肥田。春秋战国时期，沤制粪便的应用更为普遍。 公元前一世纪《胜之书》中就提出肥田要熟粪及瓜与小豆间作的耕作制度。 后魏贾思勰著《齐民要术》（六世纪）总结前人经验指出，种过豆类植物的土地特别肥沃，提倡轮作。 应用根瘤菌的作用为农业生产服务，而西方采用轮作制则是十八世纪三十年代以后的事了。 王秀然 生命科学学院生物技术教研室

医学方面 1.左襄公时（公元前556年）已知狂犬病来源于疯狗，而很重视驱逐疯狗来预防狂犬病。公元前三世纪我国有“取（疯狗）脑傅之”的记载，这与近代防治狂犬病的免疫方法近似。 2.公元前二世纪时，张仲景判断伤寒流行与环境和季节有关，提出禁食病死兽类的肉及不洁食品。 3.华佗（约公元前112~212年间）首创麻醉术和剖腹外科，并主张割去腐肉以防传染。 王秀然 生命科学学院生物技术教研室

4. 种痘防天花的历史 ←曾国藩（1811～1872） 宋真宗时（公元998～1022年）已用种人痘术预防天花。 4. 种痘防天花的历史 宋真宗时（公元998～1022年）已用种人痘术预防天花。 1688年（康熙27年）俄国医生来北京学习种人痘的方法。 18世纪20年代种人痘术先后传至土耳其、欧洲、日本。 18世纪末英国医生Jenner发明接种牛痘预防天花。 1805年（嘉庆10年），牛痘法由奥门的葡人传入我国。 “孙男孙女皆好，拟于三月间点牛痘。此间牛痘局系广东京官请名医设局积德，不索一钱万无一失。”——引自《曾国藩家书》 ←曾国藩（1811～1872） 王秀然 生命科学学院生物技术教研室

( Edward Jenner,1749~1823 )首创用牛痘预防天花，是免疫学的发展，开创了预防医学的先河。 王秀然 生命科学学院生物技术教研室

现代微生物学的发展 汤飞凡：沙眼病原体的分离和确证 陈华癸：根瘤菌固氮作用的研究 高尚荫：创建了我国病毒学的基础理论研究 和第一个微生物学专业 抗生素的总产量已跃居世界首位 两步法生产维生素C的技术居世界先进水平 2002年泉生热孢菌全基因组序列测定 王秀然 生命科学学院生物技术教研室

七、微生物学发展的趋势 微生物基因组学研究将全面展开 与环境密切相关的微生物学研究将获得长足发展 微生物生命现象的特性和共性将更加受到重视 基因组全序列分析、功能分析、比较分析 （目前1214 微生物基因组序列测定） 与环境密切相关的微生物学研究将获得长足发展 微生物生态学、环境微生物学、细胞微生物学 （污染治理、生物修复、矿质代谢） 微生物生命现象的特性和共性将更加受到重视 解决生物学重大理论问题和实际应用问题 与其他学科实现更广泛的交叉，获得新的发展 分子生物学、微生物基因组学、系统生物学、合成生物学 微生物产业将呈现全新的局面 基因工程菌、新材料、新能源 王秀然 生命科学学院生物技术教研室

教学内容 绪论 微生物细胞的结构与功能 微生物的营养 微生物的代谢 微生物的生长繁殖及其控制 病毒 微生物遗传 微生物的生态 微生物的进化、系统发育和分类鉴定 王秀然 生命科学学院生物技术教研室

参考书目 微生物学教程（第三版）周德庆 高等教育出版社 微生物学（第二版）沈萍 高等教育出版社 微生物学教程（第二版）周德庆 高等教育出版社 微生物学教程（第三版）周德庆 高等教育出版社 微生物学（第二版）沈萍 高等教育出版社 微生物学教程（第二版）周德庆 高等教育出版社 Brock biology of microorganism 10th madigan,M.T. 科学出版社 Microbiology 5th Lansing M.Presscott 高等教育出版社 Introduction to Microbiology 2th John L. Ingraham 科学出版社 王秀然 生命科学学院生物技术教研室

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