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微生物学教案
微生物学教案
延边大学农学院
2010年7月
第一章绪论
第一节微生物学的研究对象、任务和分科
一、微生物学的研究对象
1.什么是微生物?
微生物是是一大群形体(体积)微小,结构简单,肉眼视之不见的单细胞,多细胞,甚
至无细胞结构的低等生物的总称。
2.微生物的主要类群原核微生物:
细菌;放线菌;立克次氏体;支原体;
衣原体;蓝细菌
细胞型微生物
真核微生物:
酵母菌;霉菌;大型真菌(及原生动物;
微生物单细胞藻类)
非细胞型微生物:
病毒;亚病毒(包括类病毒;拟病毒;朊病毒)
3.微生物的分类地位
①1735年林奈的两界分类系统:
动物界;植物界
②1969年魏塔克(R.Whittaker)的五界分类系统:
动物界;植物界;原生生物界;原
核生物界;真菌界
③70年代我国学者王大耜等在魏塔克五界的基础上提出六界分类系统:
即增加病毒界
6界微生物占了4界,可见微生物在生物界中占有十分重要的地位。
4.微生物的特性(五大共性)
①体积小,表面积大
是本质是基础,小体积大面积必然有一个巨大的营养物质的吸收面,代谢废物的排泄面;
环境信息的接触面;
表面积/体积:
乳酸菌=120000
人=0.3
鸡蛋=1.5
②吸收多,转化快
乳酸菌每小时吸收的营养物质的重量达自身重量的100多倍;
一个70公斤重的人每昼夜进食5公斤(量够大的了)那么每小时吸收的量只即自身重量的0.3%。
500公斤重的酵母菌菌悬液每天利用氨水和废糖蜜至少能生产5000(有说5万)公斤的蛋白质;而500公斤重的一头肉牛每天只能生产0.4-0.5公斤的蛋白质。
③生长旺盛,繁殖快
大肠杆菌如各方面的条件都合适,每12.5-20(有说20-30)分钟分裂一次,按20分钟来算,则1昼夜分裂72次,那么1个菌体就会产生2的72次方个(即4722366500万亿个),重达4722吨;
酵母菌每2小时分裂一次,12小时可收获一次,一年可收获数百次,要比其它动植物快的多。
④适应性强,易变异
a.适应性强
耐热:
90℃的温泉中甚至250-300℃的海底火山口附近有微生物;
耐寒:
常年冰封的两极(甚至零下19℃的不冻湖中)有微生物;
一般微生物都能耐负196℃(液氮)及负253℃(液氢)。
耐盐:
32%的饱和食盐水中有微生物。
耐干:
产芽孢杆菌能在干燥条件下存活几十年、几百年甚至几千年。
耐酸:
氧化硫硫杆菌能在5-10%的硫酸中生长。
耐碱:
脱氮硫杆菌能在pH10.7的碱液中生长。
耐压:
地球大洋最深处在关岛附近的马里亚纳海沟,水深11034米,静水压1103.4个大气压,可仍有细菌在生活。
b.易变异
由于微生物数量多,繁殖快,与外界直接接触,使其能产生大量的变异后代;青霉素是
由产黄青霉产生的,1943年时每毫升发酵液只能产生20单位,目前发达国家已达5-10万单位;另外,菌类的抗药性也说明了变异的存在,原来严重感染的病人每天只要10万单位的青霉素,而现在则要800万单位。
(40、80、160、400万单位)
⑤分布广,种类多
动植物体内外,土壤中,海洋里,大气中,岩石内到处都有微生物,人们用地球物理火
箭从距地球表面85公里的空中找到了微生物,在万米深的海底也找到了微生物,在427米的沉积岩心中找到了活的细菌。
现在动物有150万种,植物有50万种,微生物目前发现的有10-15万种,但据前苏联的科学家估计发现的仅占微生物总量的5-10%,微生物的总量比动植物的总和还要多。
5.微生物的作用
a.在物质转化中作用重大
植物(微生物)光合作用
无机物_-------------——---→有机物
←——————————
微生物的分解作用
b.在生产和日常生活中作用重大
日常生活:
酱油、醋、酒、味精、食用菌
农业:
5406菌肥,920,B.T.生物杀虫剂
工业:
医药:
国防:
环保:
c.害处:
引起动物和人的传染病
引起作物病害
引起食品变质
二、微生物学的任务和分科
1.何为微生物学?
研究微生物及其生命活动规律和应用的科学,研究内容包括形态结构、分类、生理、遗传变异、代谢、生态以及微生物在工、农、医药、卫生、环保、生物工程等分娩的应用。
2.微生物学的分科
①着重研究基本理论的有:
普通微生物学、微生物形态学、微生物分类学、微生物生理学、微生物生物化学、微生物遗传学、微生物生态学、分子微生物学等。
②着重应用性研究的有:
应用微生物学、工业微生物学、农业微生物学、植物病理学、医学微生物学、药用微生物学、兽医微生物学、抗生素学、食品微生物学、酿造学、乳品微生物学、石油微生物学、海洋微生物学、地质微生物学、土壤微生物学。
③据研究对象分为:
细菌学、真菌学、病毒学、噬菌体学、野生动物学、藻类学、支原体学、自养菌生物学、厌氧菌生物学。
④据生态环境分为:
土壤微生物学、海洋微生物学、环境微生物学、宇宙微生物学、水微生物学。
⑤着重实验性研究的为:
实验微生物学
⑥与其它学科的交叉:
分析微生物学、化学微生物学、微生物化学分类学、微生物数值分类学、微生物地球化学。
第二节微生物学的发展
一、我国古代人民对微生物的认识和利用
我国人民在距今8000-4500年间发明了制曲酿酒工艺,在2500年前的春秋战国时期已会制酱和制醋,宋代已采用曲母进行接种,并会制造红曲,900年前利用自养细菌的胆水浸铜法生产铜,在2000年前发现豆科植物的根瘤有增产作用,在宋代还创造了以毒攻毒的免疫学方法,最早发明用人痘来预防天花,比英国的Jenner(琴纳1796年)早半个多世纪。
华佗去腐肉以防传染也是免疫学知识的应用。
我国制曲酿酒有4大特点:
历史悠久,工艺独特,经验丰富,品种多样。
另外,食用菌栽培为我国首创;用盐腌、糖渍、烟熏、风干等方法保存食品。
二、微生物的发现和微生物学的创立
微生物世界是一个难以认识的世界:
①体微小:
人能看到大于1mm的东西,而微生物大都在几个微米到几十个微米之间。
②外貌不显:
单个微生物虽然看不见,但其群体菌落(菌苔)却是可见的,但因其外形往往平淡无奇,不甚显眼,极易被忽略。
③杂局混生:
在不能分出纯种前,很难知道各种微生物对自然界和人类真正作用。
④因果难联:
得病早期不易查出,后期也很难想到是微生物在作怪;腐败也是如此,看不见,菜馊了,加之微生物繁殖快,代谢活力强。
当人们对微生物世界处于无知状态时,往往表现出“视而不见,嗅而不闻,触而不觉,食而不察,得其益而不感其好,受其害而不知其恶”,处于愚昧状态之中。
(一)微生物的发现
荷兰人列文胡克(Leeuwenhook,1632-1723)1676年最早发现微生物(罗伯特胡克是最早发现细胞的人),他一生制作了419架显微镜,放大率在50-300倍,用其观察了雨水、污水、污泥、牙垢、精子、红血球,发现了球形、杆形、螺旋形的细菌,并绘成了图,寄给英国皇家学会。
(二)微生物学的创立
杰出的奠基人是法国的巴斯德(Pasteur)和德国的柯赫(Koch)。
1.巴斯德的主要贡献:
否定了自然发生说(他认为生命只能来自于生命的胚种),发酵是由微生物引起的,传染病是由病原菌引起的,并研究出了多种菌苗。
2.柯赫的主要贡献:
发明琼脂固体培养基,发明了细菌染色方法,分离到了多种病原菌(炭疽杆菌、结核杆菌、霍乱弧菌);提出了柯赫定理:
①一种病原微生物必定存在于患病动物中;②这一病原微生物必能从寄主分离到,并能得到纯培养;③分离到的纯培养物接种到敏感动物,必然出现特有的疾病症状。
3.贝依林克(Beijerinck):
提出了自养微生物和土壤微生物的研究方法。
4.伊凡诺夫斯基(前苏联):
最早发现了病毒(烟草花叶病毒)。
三、现代微生物学的发展
1.传染病和免疫学的独立研究
2.微生物学与生物化学的结合:
生产出了乙醇、丙酮、乳酸、甘油和其它有机酸、蛋白质、油脂等微生物产品。
3.微生物学与遗传学的结合:
①1941年比德耳(Beadle)和塔图姆提出了“一个基因一个酶”学说,并使链孢霉成为遗传研究的材料之一。
②1928年格里菲斯发现了细菌的转化现象(肺炎双球菌),并且在1944年埃弗雷证明了DNA为转化因子,由此发现了遗传物质的化学本质。
③1953年华生和克里克提出了DNA分子的双螺旋结构模型和半保留复制假说。
④1946年莱德伯格和塔图姆发现了细菌的接合现象,并且发现了F因子和Hfr菌株。
⑤1952年辛德和莱德伯格发现了转导作用,并找到了转导的载体是噬菌体。
⑥1952年和1961年莫诺和雅各布提出了操纵子学说,同年尼伦伯格提出了遗传密码的理论,从而使遗传信息转录、翻译和表达得到了阐明。
⑦1963年,莫诺又提出了调节酶的变构理论,使分子生物学更快地成长起来。
第三节我国微生物学的简况
生物工程学:
微生物工程吸收了新发展起来的基因工程,细胞工程(细胞融合),酶工程(固相酶)等新技术发展起来的现代工程学。
基因工程:
在DNA的分子水平上动手术,将一种细胞的结构基因转到另一种细胞中去。
基因文库;想用哪个基因可以随意调出。
我国在抗生素、氨基酸、有机酸、酿酒、酶制剂、食用菌、农药、菌肥的研究和生产方面以有相当的基础,特别是抗生素的产量,在全世界名列前茅。
衣原体1956年汤飞凡首先通过鸡胚培养分离出来。
立克次氏体1934年我国学者谢少文首先用鸡胚培养成功。
第四节微生物学的发展促进了人类的进步
在近代科学中,对人真正作用福利最大的一门科学就是微生物学。
一、医疗战线的六大战役:
1.外科消毒术的建立
2.寻找人畜病原菌:
炭疽芽孢杆菌(1877),麻风分支杆菌(1874),肺炎链球菌(1880),伤寒沙门氏菌(1880),结核分支杆菌(1882),豆号弧菌(1883),破伤风梭菌(1884),鼠疫耶尔森氏菌(1894),痢疾志贺氏菌(1898)。
3.免疫防治法的应用:
种人痘始于我国宋朝真宗年间1796年,卡介苗1923制成。
4.化学治疗剂的发明:
为抑制或杀死潜伏于人或大雾体内部的病原菌,就必须寻找一类对病原菌有强大毒力而对其宿主基本无毒的药物,化学治疗剂,磺胺类药物!
1941年)。
5.抗生素治疗的兴起:
1929年英国化学家弗来明发现了青霉素,1944年美国微生物学家威科斯曼(Waksman)从近1万株放线菌中找到了链霉素,接着找到了氯、金、红、新、万古、卡那、庆大等霉素。
1978年已找到5128种抗生素,1984年已统计到9000种,现在1万中左右。
6.用遗传工程和生物工程技术使微生物生产生化药物。
二、微生物在工业发展中的六个里程碑
1.自然发酵与食品饮料的酿造。
2.罐头保藏。
3.厌氧纯种发酵技术(酒类生产)。
4.深层液体通气搅拌培养(制药工业)。
5.代谢调节理论在发酵工业上的应用(味精、甘油等一些化工产品的生产)。
6.生物工程的兴起。
三、微生物学促进了农业的进步
以菌治虫,以菌治病,以菌治草(微生物治草剂),以菌增肥(5406),以菌促长(920、赤霉素),以菌产沼气,以菌当饲料(单细胞蛋白),以菌当药物,以菌当蔬菜。
思考题
1.什么叫微生物?
其主要类群有哪些?
2.何谓微生物学?
3.微生物的五大共性是什么?
第二章原核微生物
原核微生物:
不具有真正细胞核的微生物。
主要包括细菌、放线菌、立克次氏体、支原体、衣原体、蓝细菌(有人将属于螺旋状细菌的螺旋体单独列出)。
第一节细菌
细菌(bacteria,单数为bacteri
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