微生物学 Microbiology华南农业大学 食品学院 生物工程系 徐学锋 xuxuefengscau.edu.cn 2009.09提要：n一、对微生物基本的认识（概述）n二、微生物学研究的发展概况n三、微生物及微生物学研究的前景和意义n四、显微镜下的微生物 一、对微生物基本的认识（概述）n1、 什么是微生物？n2、 微生物的分类和种类n3、 微生物的特点一、对微生物基本的认识（概述）n1、 什么是微生物？u微生物(microorganism)通常是 描述一切不借助显微镜用肉眼看不见的微小 生物。u微生物是指大量的、极其多样的 、不借助显微镜看不见的微小生物类群的总 称。u微生物通常包括病毒、亚病毒（ 类病毒、拟病毒、朊病毒）、具原核细胞结 构的细菌、古菌以及具真核细胞结构的真菌 （酵母、霉菌、蕈菌等）、原生动物和单细 胞藻类，它们的大小和特征见表1.1所示一、对微生物基本的认识（概述）n1、 什么是微生物？表1.1 微生物形态、大小和细胞类型 微生物微生物大小近似值大小近似值 细胞的特性细胞的特性 病毒病毒0.01-0.250.01-0.25 m m 非细胞的非细胞的 细菌细菌0.1-100.1-10 m m 原核生物原核生物 真菌真菌2 2 m-1m m-1m 真核生物真核生物 原生动物原生动物2-10002-1000 m m 真核生物真核生物 藻类藻类1 1米米- -几米几米 真核生物真核生物 一、对微生物基本的认识（概述）n2、 微生物的分类和种类u五界分类系统（魏塔克）：一、对微生物基本的认识（概述）n2、 微生物的分类和种类u三界分类系统：一、对微生物基本的认识（概述）n2、 微生物的分类和种类u三界分类系统：一、对微生物基本的认识（概述）n3、 微生物的特点u在形态上，个体微小：肉眼 看不见，需用显微镜观察，细胞大小 以微米和纳米计量。u生长繁殖快：微生物的生长 繁殖速度快，增殖率高，一般来说， 在实验室培养条件下，细菌几十分钟 至几小时繁殖一代，酵母菌需要2-4 小时，单细胞藻类也只需3-6小时， 比起高等动植物来要快千万倍。一、对微生物基本的认识（概述）n3、 微生物的特点u代谢类型多样，活性强： 由于微 生物个体微小，具有极大的表面积和容积的 比值，因此，它们能够在有机体与外界环境 之间迅速交换营养物质与废物。从单位重量 来看，微生物的代谢强度比高等动物的代谢 强度大几千倍至几万倍。u分布广泛： 在自然界中，上至 天空下至深海，到处都有微生物的存在。有 高等生物的地方均有微生物生活，动植物不 能生活的极端环境也有微生物存在。如 80的温泉和105热泉中，南北极的冰川 中等。一、对微生物基本的认识（概述）n3、 微生物的特点u在局部环境中数量众多： 如 每克土壤含微生物几千万至几亿个。 据统计，目前已发现的微生物至少有 10万种以上，每克土址中就有几亿到 几十亿个微生物。在所有生物类群中 ，已知微生物种类的数量仅次于被子 植物和昆虫。u适应性强，也易变异：二、微生物学研究的发展概况n微生物学（microbiology）就是研究微 生物生命活动规律的科学 u1. 微生物学的基本内容u2. 微生物学发展中的重大事 件或历史人物二、微生物学研究的发展概况n1. 微生物学的基本内容u微生物细胞的结构和功能，研 究细胞的构建及其能量、物质、信息的运转 ；u微生物的进化和多样性，研究 微生物的种类，它们之间的相似性和区别， 以及微生物的起源；u生态学规律，研究不同微生物 之间以及它们同环境之间的相互作用；u微生物同人类的关系。 二、微生物学研究的发展概况2. 微生物学发展中的重大事件或历史人物时 间重 大 事 件1857巴斯德证明乳酸发酵是由微生物引起的1861巴斯德用曲颈瓶实验证明微生物非自然发生，推翻了争论已久的“自生说 ”1864巴斯德建立巴氏消毒法1867Lister创立了消毒外科，并首次成功地进行了石炭酸消毒试验1867- 1877柯赫证明炭疽病由炭疽杆菌引起1881柯赫等首创用明胶固体培养基分离细菌，巴斯德制备了炭疽菌苗1882柯赫*发现结核杆菌1884柯赫法则首次发表；Metchnikoff*阐述吞噬作用；建立高压蒸汽灭菌和革 兰氏染色法1885巴斯德研究狂犬疫苗成功，开创了免疫学二、微生物学研究的发展概况2. 微生物学发展中的重大事件或历史人物（续）1887Richard Petri发明了双层培养皿1888Beijerinck首次分离根瘤菌1890Von Behring*制备抗毒素治疗白喉和破伤风1891Steinberg与巴斯德同时发现了肺炎球菌1892Ivanowsky提供烟草花叶病毒是由病毒引起的证据；Winogradsky发现硫循 环1897Buchner用无细胞存在的酵母菌抽提液对葡萄糖进行酒精发酵成功1899Ross*证实疟疾病原菌由蚊子传播 1909- 1910Ricketts发现立克次氏体；Ehrtich*首次合成了治疗梅毒的化学治疗剂1928Griffith发现细菌转化1929Fleming*发现青霉素1935Stanley*首次提纯了烟草花叶病毒，并获得了它的“蛋白质结晶”1943Luria*和Delbruck*用波动试验证明细菌噬菌体的抗性是基因自发突变所致 ；Chain*和Florey*形成青霉素工业化 生产的工艺二、微生物学研究的发展概况2. 微生物学发展中的重大事件或历史人物（续）1944Avery等证实转化过程中DNA是遗传信息的载体；Waksman*发现链霉素1946- 1947Lederberg*和Tatum发现细菌的接合现象、基因连锁现象1949Enders*、Robbins*和Weller*在非神经的组织培养中，培养脊髓灰质炎病毒 成功1952Hershey*和Chase发现噬菌体将DNA注入宿主细胞；Lederberg*发明了影印培 养法；Zinder和Lederberg 发现普遍性转导1953Watson*和Crick*提出DNA双螺旋结构1956Umbarger发现反馈阻遏现象1961Jacob*和Monod*提出基因调节的操纵子模型1961- 1966Holhy*、Khorana*、Nirenberg*等阐明遗传密码1969Edelman*测定了抗体蛋白分子的一级结构1970- 1972Arber*、Nathans*和Smith*发现并提纯了限制性内切酶；Temin和Baltimore 发现反转录酶二、微生物学研究的发展概况2. 微生物学发展中的重大事件或历史人物（续）1973Ames建立细菌测定法检测致癌物；Cohen等首次将重组质粒转人大肠杆菌成 功1975Khler和Milstein*建立生产单克隆抗体技术1977Woese提出古生菌是不同于细菌和真核生物的特殊类群；Sanger*首次对 X174噬菌体DNA进行了全序列 分析1982 1983Cech*和Altman*发现具催化活性的RNA(ribozyme)；McClintock*发现的转 座因子获得公认； Prusiner*发现朊病毒(prion) 1983- 1984Gallo和Montagnier分离和鉴定人免疫缺陷病毒；Mullis*建立PCR技术1988Deisenhofer等发现并研究细菌的光合色素1989Bishop*和Varmus*发现癌基因1995第一个独立生活的生物(流感嗜血杆菌)全基因组序列测定完成1996第一个自养生活的古生菌基因组测定完成1997第一个真核生物(啤酒酵母)基因组测序完成nAnthnoy van Leeuwenhoek与他的 显微镜nAnthnoy van Leeuwenhoek1684年 寄给皇家协会信的部分内容n1664年，英人虎克用于观察霉菌的单筒 复式显微镜n巴斯德的功绩u彻底否定了自然发生说；u证实发酵由微生物引起；u免疫学预防接种；u发明巴氏消毒法.无菌营养液出现微生物无菌营养液无生命出现加热无菌营养液无生命出现巴 斯 德 的 雁颈瓶实验巴斯德发现免疫现象几星期后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n科赫u发明培养基，并用其纯化微生物 等一系列研究方法的创立；u证实炭疽病因 炭疽杆菌；u发现结核病原菌结核杆菌；u科赫法则n科赫u 科赫氏法则三、微生物及微生物学研究的前 景和意义n微生物与医药卫生n微生物与农牧业n微生物与工业n微生物与食品n微生物与环保n微生物与生物工程（21世纪的微生物学）三、微生物及微生物学研究的前 景和意义n微生物与医药卫生u用“工程菌”生产药物n干 扰 素n脑 菲 肽n胰 岛 素n乙肝疫苗n众抗生素n各种单克隆抗体免疫血清三、微生物及微生物学研究的前 景和意义n微生物与农牧业u微生物饲料u农用抗菌素u生物农药u生物菌肥u微生物能源三、微生物及微生物学研究的前 景和意义n微生物与农牧业u微生物饲料n菌体蛋白饲料n饲料酵母n维生素饲料n发酵饲料n青贮饲料三、微生物及微生物学研究的前 景和意义n微生物与农牧业u农用抗菌素n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。n 如：灭瘟素与春雷霉素都 是微生物产生的抗生素，它们都能防治 稻瘟病；三、微生物及微生物学研究的前 景和意义n微生物与农牧业u生物农药n细菌农药n真菌农药n病毒农药n用得最普遍的就是苏云 金杆菌（简称bt）可防治多种害虫。n昆虫病原微生物又能防 治害虫；三、微生物及微生物学研究的前 景和意义n微生物与农牧业u生物菌肥n主要是根瘤菌肥即含固氮 菌活菌的肥料。三、微生物及微生物学研究的前 景和意义n微生物与农牧业u微生物能源n微生物降解三、微生物及微生物学研究的前 景和意义n微生物与工业u酶工业u氨基酸工业u有机酸工业u新材料开发u生物化工u食品工程三、微生物及微生物学研究的前 景和意义n微生物与食品u酱，酱油，豆豉u食用醋u发酵饮料u淹渍蔬菜u发酵面食u食药用菌u食用色素u食品添加剂三、微生物及微生物学研究的前 景和意义n微生物与环保三、微生物及微生物学研究的前 景和意义n微生物与生物工程 四、显微镜下的微生物nSingle Rod (Bacillus)四、显微镜下的微生物nStreptobacillus Arrangement (Note bacilli in chains)四、显微镜下的微生物n伯利克画的爱尔兰土豆枯萎病的病源微生 物（1846年）四、显微镜下的微生物n不同时期观察到的酵母菌细胞结构四、显微镜下的微生物n霉菌菌落周围出现抑制葡萄球菌生长的抑 制现象四、显微镜下的微生物n病毒四、显微镜下的微生物n细菌四、显微镜下的微生物n细菌四、显微镜下的微生物n毛霉四、显微镜下的微生物n根霉四、显微镜下的微生物n青霉四、显微镜下的微生物n曲霉四、显微镜下的微生物n曲霉四、显微镜下的微生物n链孢霉霉四、显微镜下的微生物n青霉四、显微镜下的微生物n木霉四、显微镜下的微生物n香菇四、显微镜下的微生物金针菇四、显微镜下的微生物n灵芝四、显微镜下的微生物n银耳四、显微镜下的微生物n草菇参考资料n周德庆著微生物学教程 北京：高等教育出版社，2002n沈萍主编微生物学北京：高等教育出版社，2000n尼克林著，林稚兰译微生物学科学出版社，2000nMadigan、Martinko、Parker. Brock Biology of Microorganisms(Ninth Edition) Prentice Hall，2000参考资料n微生物学报n微生物学通报n菌物系统n应用与环境生物学报 nSystematic and Applied Microbiology nInternational Journal of Systematic Bacteriologynend