微生物学 主讲 ：朱 卫 中国药科大学生命科学与技术学院微生物学教研室.

Presentation on theme: "微生物学 主讲 ：朱 卫 中国药科大学生命科学与技术学院微生物学教研室."— Presentation transcript:

1 微生物学 主讲 ：朱 卫 中国药科大学生命科学与技术学院微生物学教研室

2 联系方式

3 参考教材

4 Q1: 什么是微生物？

5 微生物（microorganism）是一类体积微小、结构简单、肉眼直接看不见，必须借助光学显微镜或电子显微镜放大数百倍、数千倍，甚至数万倍才能观察到的微小生物的统称。

6

7 Q2: 微生物包括哪些种类？

8

9 原核生物界 特征 类别 代表生物 作用或用途 大肠杆菌、螺旋藻
有机物降解；自养或异养；工业发酵，造成水体污染，致病，提供单细胞蛋白及生物工程材料等 作用或用途 无明显细胞核，无膜包被的细胞器，或者是一些微小的单细胞生物 古细菌、细菌、蓝细菌、放线菌、四体等

10 原生生物界(乌合之众)动物植物真菌中原始种类、难以划分的真核生物。（97年进化理论会议）
有的行光合作用，是海洋或湖泊中的原初生产者，有的是古代石油来源等 作用或用途 草履虫、小球藻 代表生物 原生动物、真核藻类、粘菌 类别 为真核细胞，单细胞或多细胞群体，大部分生活在水中 特征 原生动物 水生态系统 吞噬取食 运动

11 真核藻类 粘菌类生物 藻类是一类具有光合作用色素、无根茎叶分化的自养原植体生物。大多单细胞。
其生长期或营养期为裸露的无细胞壁多核的原生质团，又叫变形体。繁殖期形成多细胞的孢子囊构造并产生具有纤维质细胞壁的孢子。 生活方式基本一致的原核生物，粘细菌 真菌菌丝体与藻类共生形成地衣

12 真菌界 特征 类别 代表生物 作用或用途 为真核细胞，但无叶绿素，不能光合作用，行腐食营养 霉菌、酵母菌、大型真菌 青霉、木耳、猴头菇
降解有机物，致病，作物病害，制药，食品等。 作用或用途

13 Q3: 微生物包括哪些细胞类型？

14

15

16 Q4: 微生物在自然界的地位如何？

17

18

19

20 Q5: 微生物有哪些特性？

21 体积小，比表面积大

22 乳酸杆菌 ,000 豌豆 鸡蛋 体重200磅的人 同样体积的物体，如果分割的越小，它的表面积的总和就会越大。人的体表面积和相同大小体积的细菌的体表面积相比，人只有细菌的几十万分之一。了解这点，我们就比较容易理解微生物的许多特征了。

23 吸收多，转化快 每天消耗与体重等重的粮食 每天消耗两倍于体重的粮食 每小时消耗2000倍于体重的糖!

24 一头500 kg的食用公牛，24小时生产0.5 kg蛋白质,而同样重量的酵母菌，以质量较次的糖液（如糖蜜）和氨水为原料，24小时可以生产 50000 kg优质蛋白质。

25 生长旺、繁殖快 微生物名称 代时 每日分裂次数 温度 每日增殖率 乳酸菌 分 ×1011 大肠杆菌 分 ×1024  根瘤菌 分 ×103 枯草杆菌 分 ×1013  光合细菌 分 ×103 酿酒酵母 分 ×103 小球藻 小时 念珠藻 * 小时 硅藻 小时 草履虫 小时 * 为念珠蓝菌属 (Nostoc) 的旧称，与细菌同属原核生物。

26 大肠杆菌一个细胞重约10 –12 克，平均20分钟繁殖一代
48小时后：2.2 × 10 43个后代，重量达到2.2 × 吨 相当于4000个地球的重量！

27 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。
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；氧化硫杆菌能在pH 1-2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。

28 世界上最古老的活细菌（芽孢）：2.5亿年 Nature 407, (2000)

29 个体小、结构简、且多与外界环境直接接触 突变率：10-5 – 10-10 短时间内产生大量的变异后代
繁殖快、 数量多 突变率：10-5 – 10-10 ◆微生物在长期进化过程中产生了许多灵活的代谢调控机制，并有很多种类的诱导酶，具有极强的适应性 高温 250℃或300℃某些硫细菌可以生长； 低温 0到-196℃（液氮）大多数细菌能存活； 强酸 5%—10%的硫酸，氧化硫硫杆菌可生长； 强碱 pH值为9—11，某些曲霉和青霉可生长； 高盐 接近32%的饱和盐水，一些嗜盐菌可生长； 此外，有些微生物在抗干燥、辐射、耐压、耐缺氧、耐毒物等方面都有很强的适应性。 ★4 适应性强，容易变异 微生物对环境的适应性极强，这是高等动植物所无法比拟的优势。究其原因也是由于微生物的体积小而表面积极大。估计一个微球菌 (Micrococcus sp.) 的细胞仅能容纳10万个蛋白质分子，而一个体积比微球菌稍大一些的E.coli细胞却含有2,000~3,000种不同蛋白质。因此细胞内部暂时不用的蛋白质不能总是贮存着。为了适应多变的环境条件，微生物在长期的进化过程中产生了许多灵活的代谢调控机制，并拥有种类繁多的诱导酶 (可占细胞蛋白质含量的10%)。 ◆遗传：指的是生物将自己的一整套遗传因子传递给下一代的特性。 变异：指生物体在某种外因或内因的作用下，在遗传物质的结构或数量上发生了改变。 变异的特点是在群体中以极低的几率出现， 突变频率一般为10-5～10-10 变异使得生物在形态、结构、生理特性等性状面有所改变，形成新的性状；新性状是稳定的，可遗传的。 ★形成各种具有特异抗性菌株的原因 微生物的个体多为单细胞、简单多细胞或非细胞结构，它们通常是单倍体，加上它们具有繁殖快、数量多和与外界环境直接接触等原因，即使其变异频率非常低(一般为10－5~10－10)，也能在短时间内产生大量变异的后代。 最常见的变异形式是基因突变，它可以涉及到任何性状，包括形态构造、代谢途径、生理类型、各种抗性、抗原性以及代谢产物的质或量的变异等。 ★微生物对环境条件变化的适应能力举例 微生物对环境条件变化的适应能力堪称生物界之最。任何有其它生物生存的环境中，都能找到微生物。而在其它生物不可能生存的极端环境中也有微生物存在。例如： 海洋深处的一些硫细菌可以在250℃甚至在300℃的高温下正常生长； 大多数细菌能耐受0~－196℃ (液氮) 的任何低温，甚至在－256℃下存活； 一些嗜盐菌甚至在~32%NaCl的饱和盐水中正常生活； 许多微生物尤其是产芽孢的细菌可在干燥条件下长时间保藏； Thiobacillus thooxidans (氧化硫硫杆菌) 是耐酸菌的典型，它的一些菌株能生长在5~10%的硫酸中； 有些耐碱的微生物如 Thiobacillus denitrificans (脱氮硫杆菌) 的生长最高pH值为10.7，有些青霉和曲霉也能在pH9~11的碱性条件下生长； 在抗辐射能力方面，人和哺乳动物的辐射半致死剂量低于1,000R，E.coli为10,000R，酵母菌为30,000R，原生动物为100,000R，而抗辐射能力最强的生物——Micrococcus radiodurans * (耐辐射微球菌) 则达到750,000R； 在抗静水压方面，酵母菌为500个大气压，某些细菌、霉菌为3000个大气压，植物病毒可抗5,000个大气压。地球上大洋最深处为关岛附近的马里亚纳海沟，水深达11,034m，压力约为1,103.4个大气压，可是仍有细菌生存着； 耐缺氧、耐有毒物质等特性在微生物中也是极为常见的。 ★——青霉素产量变异、耐药性变异举例 例如，青霉素生产菌 Penicillium chrysogenum(产黄青霉)的产量1943年为每毫升发酵液中含20单位青霉素，40多年来，经过世界各国微生物遗传育种工作者的不懈努力使该菌产量变异逐渐积累，加上发酵条件的改进，目前世界上先进国家的发酵水平每毫升已超过5万单位，甚至接近10万单位。微生物的数量性状变异和育种使产量提高的幅度之大，是动植物育种工作中绝对不可能达到的。正因为如此，几乎所有微生物发酵工厂都十分重视菌种选育工作。 另外一些对人类有害的变异也很常见，如医疗工作中最常见的致病菌对抗生素所产生的抗药性变异。青霉素1943年刚刚问世时，对Staphylococcus aureus (金黄色葡萄球菌) 的最低制菌浓度是0.02μg，过了几年，制菌浓度不断提高，有的菌株耐药性竟比原始菌株提高1万倍。表1－4所示为有关S.aureus耐青霉素菌株的情况。这种情况说明人类在利用抗生素杀灭病原微生物和其它有害微生物时，必须不断地寻找新的抗生素等化学治疗剂；同时也要记住抗生素不可滥用。 ▼如：流感病毒 ◆微生物形体小，一般都是单细胞、简单的多细胞或非细胞的，通常都是单倍体，再加上繁殖快、数量多和与外界环境直接接触等原因，虽然突变频率很低，但也很容易出现大量变异的后代。 短时间内产生大量的变异后代

30 实例： 青霉素的生产： 10000单位/ ml 20单位/ ml（1943） 青霉素的用量： 最高：10万单位/天（40年代）
数百万-千万单位/次

31 分布广，种类多 万米深海、85公里高空、 地层下128米和427米 沉积岩中都发现有微生物存在。

32 虽然目前已定种的微生物只有大约10万种，远较动植物为少，但一般认为目前为人类所发现的微生物还不到自然界中微生物总数的1%
★5 分布广，种类多 高等生物的分布区域常有明显的地理限制，要扩大分布范围往往要靠人类或其它生物的散播。而微生物因其体积小、重量轻，故可以到处传播，地球上除了火山口以外，从土壤圈、水圈、大气圈甚至岩石圈都能找到微生物的踪迹。 微生物的分布及其广泛，充满地球。 在人和动植物的体内外、土壤、江、河、湖、海、温泉、雪山、岩石、沙漠、空气等中到处都有微生物。 如:△万米深海中的硫细菌； △几万米高空中的细菌和真菌； △地层下128米和427米沉积岩中的细菌。 我们认识的动物约有150万种，植物约有50万种，微生物约有10万种。 ★种类多的主要表现： 种类多主要表现在微生物的生理代谢类型多、代谢产物种类多和种数多。 微生物的生理代谢类型之多是动、植物所不能比拟的： 分解天然气、石油、纤维素、木质素等物质的能力是微生物所特有的； 微生物的产能代谢方式多种多样，细菌光合作用、嗜盐菌紫膜的光合作用、自养细菌的化能合成作用、各种厌氧产能途径； 生物固氮作用； 合成各种复杂有机物的能力； 对复杂有机物分子的生物转化能力； 分解氰、酚、多氯联苯等有毒物质的能力； 抵抗热、冷、酸、碱、高渗、高压、高辐射剂量等极端环境的能力； 独特的繁殖方式——病毒、类病毒、朊病毒的复制增殖等。 微生物能产生多种代谢产物，如抗生素，色素，毒素以及各种细胞内外的酶类等蛋白质。据报道，到1978年为止已找到5,128种抗生素，其中由微生物产生的就占4,973种，占97%；据1984年的报道，人类已找到9,000种抗生素。微生物所产生的酶的种类也极其丰富，仅“工具酶”中的Ⅱ型限制性内切酶，在各种微生物中就已发现了1,443种 (1990年初)。由此可知微生物代谢产物种类之多。 ★表1－5 主要微生物的种数 * 种 数 低 限 倾向性种数 高 限 病毒与立克次氏体 , , ,217 支原体 细菌与放线菌 , , ,500 蓝细菌 , , ,500 藻类 , , ,100 真菌 , , ,939 原生动物 , , ,000 总计 , , ,298 由于微生物的发现和研究比动、植物晚得多，加上鉴定种的工作以及划分种的标准较为困难，所以首先着重研究的是与人类关系最密切的那些种。目前比较肯定的微生物种数约为10万种，随着分离、培养方法的改进和研究工作的深入微生物的新种、新属、新科乃至新目、新纲屡见不鲜。即使是发现最早的较大型的微生物——真菌，现在还以每年约1,500个新种的速度递增。 从微生物的分布广、种类多这一特点可以看出，微生物的资源非常丰富，然而据估计目前人类开发利用的微生物仅占已发现微生物种数的不足1%。因此在生产实践和生物学基本理论问题的研究中，利用微生物的前景十分广阔。 虽然目前已定种的微生物只有大约10万种，远较动植物为少，但一般认为目前为人类所发现的微生物还不到自然界中微生物总数的1%

33 Q6: 如何命名微生物？

34 双名命名法（binomial nomenclature)的创立者
卡尔·冯·林奈 Carl Linnaeus

35 界 门 纲 目 科 属 种 真菌门 Eumycophyta 子囊菌纲 Ascomycetes 内孢霉目 Endomycetales
亚 级 亚种 界 门 纲 目 科 属 种 基本单位 真菌门 Eumycophyta 子囊菌纲 Ascomycetes 内孢霉目 Endomycetales 内孢霉科 Endomcetaceae 酵母属 Saccharomyces 啤酒酵母 S.Cerevisiae 菌株（品系）： 来源不同的同种微生物的纯培养，均可称为菌株。 界(kingdom)、门(Phylum)、纲(class)、目(order)、科(family)、属(genus)、种(sPecie)

36 命名的方法： 国际法规命名，即林奈所创立的双名法。 例： Bacillus subtilis（Ehrenberg）Cohn．1872
缩写：B. subtilis Bacillus sp. Bacillus thuringiensis subsp. israelensis

37 Staphylococcus aureus
Descriptive name Staphylo- means clustered coccus means spherical aureus refers to the golden color of the colonies

38 Escherichia coli Honors the discoverer Describes the habitat
Theodor Escherich Describes the habitat Colon or large intestine

39 Q7: 微生物学研究什么？

40 微生物学（microbiology）是研究微生物的形态、结构、分类、生理代谢、遗传变异、生态分布、微生物与人类和动植物关系的学科。

41

42

43 Q8: 为什么说微生物学促进了人类社 会的发展？

44 Food, water medicine Clothing, shelter Consumer products, raw materials

45

46

47

48

49

50

51

52

53

54

55

56

57 Q9: 是谁打开了微生物世界的大门？

58 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。
史前期的人民未见细菌等微生物个体，但是已经凭实践经验利用微生物开展一系列有益的活动（酿酒、制酱、酿醋、沤肥、轮作、治病）。

59 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。

60 1676年荷兰人列文虎克用自磨镜片，创造了一架能放大266倍的原始显微镜检查了污水、齿垢、粪便等，发现了许多肉眼看不见的微小生物，正确描述了细菌的形态有球形、杆状和螺旋样，为微生物的存在提供了科学依据。

61

62 Q10: 微生物学之父是谁？

63 关键词 酒精发酵 病原学说 否定“自然发生说” 狂犬疫苗 免疫学之父 巴斯消毒法 巴斯德（1822～1895） Pasteur，Louis

64

65 Q11 : 巴斯德是如何否定了 自然发生说？

66 自然发生说 又称自生论或无生源说。一种地球上生命起源的看法。认为生物可以随时由非生物发生，或由另一类截然不同的生物产生。例如，我国古代人所说的“腐草化萤”；埃及人认为，太阳照在尼罗河的淤泥上就会产生出黄鳝和青蛙；“大多数鱼是由卵发育而成的，可是有些鱼（由于灌注了雨水）而从干涸的泥土和砂砾中产生出来”等等。自然发生说已被科学实验证明是错误的，现已被抛弃。

67

68

69

70

71

72 巴氏消毒法(pasteurization) 是一种利用较低的温度既可杀死病菌又能保持物品中营养物质风味不变的消毒法，常常被广义地用于定义需要杀死各种病原菌的热处理方法。
低温维持法(LTLT)：加热到62~65℃，保持30分钟 。 高温瞬时法(HTST):加热到75~90℃，保温15~16秒

73 1827年-1912年

74 Q12 : 细菌学之父是谁？

75 关键词 纯培养技术 病原学说 抗酸染色法 结核分枝杆菌 科赫法则 诺贝尔奖 科赫（1843～1910） Koch，Robert

76 Q 11 : 什么是科赫法则？

77 科赫法则 特殊的病原菌应在同一疾病中查见，在健康人中不存在； 该病原菌能被分离培养得纯种； 该纯培养物接种至易感动物，能产生同样病症；
自人工感染的实验动物体内能重新分离得该病原菌纯培养。

78

79

80 Q12 : 病毒是怎么被发现的

81 1892：俄国 伊万诺夫斯基 首次发现烟草花叶病毒的感染因子能通过细菌过滤器。
1898：荷兰 贝哲林克 证实该致病因子可以被乙醇从悬液中沉淀下来而不失去其感染性但用培养细菌的方法培养不出来；给这样的病原体起名叫virus。 1935：美国 Stanley从烟草花叶病病叶中提取出了病毒结晶，又证实了结晶中含核酸和蛋白质两种成分，而只有核酸具感染和复制能力，并因此而或诺贝尔奖。 1952：Hershey和Chase证实噬菌体的遗传物质仅仅是DNA,开创了病毒分子生物学。 1971后：陆续发现了各种亚病毒——类病毒、朊病毒、和拟病毒。

82 Q13 : 谁发现了抗生素？

83 Alexander Fleming 恩斯特•钱恩 瓦尔特•弗洛里

84 Selman Abraham Waksman

85 Q14 : 为什么说微生物促进了整 个生命科学的进步？

86 生物学上的许多重大争论问题产生结论 是分子生物学的支柱之一 使经典遗传学发展为分子遗传学 微生物与基因工程

87

88 Q14 : 微生物学对药学研究有那 些重要意义？

89 药品生产：抗生素、维生素、氨基酸…… 药物设计：针对微生物生命活动规律进行理性化设计； 新药开发：数量繁多、分布广泛的微生物为我们提供了 丰富的生物活性物质资源； 药品质量控制：控制霉变、药品的卫生学检查； 临床诊断：微生物鉴定。

90 本讲结束，请及时复习！