Microbiology

1. 微生物学基础 Microbiology Department of Chemistry and Life Science Lecturer: Li Yong ( Email: L68116@163.com )

2. 课程要求及安排 理论：51学时； 实验：24学时（8*3） 成绩计算： 平时成绩10%（平时作业，考勤，提问记录） 实验成绩20%（实验考勤，实验预习，实验报告） 期末卷面成绩70%。

3. 绪 论 • 一 微生物学的研究对象和分类地位 • 二 微生物学的研究内容及分科 • 三 微生物的特点 • 四 微生物的发现和微生物学的发展 • （一）微生物的发现 • （二）微生物学的发展简史 • （三）微生物学的先驱者及其贡献

4. 我们生活在“微生物的海洋”中 土壤 水体 空气 极端环境 皮肤 肠道 •••••• 人口腔中的微生物 土壤：细菌数亿/g

5. 一、微生物学的研究对象和分类地位 • 1.什么是“微生物”？ • 科普意义上，微生物（microorganism）是对所有形体微小、构造简单的低等生物的统称。 • 微生物学的定义：（请课后自行总结） 微生物的定义，一般要求对所有已知的类别加以列举；现代微生物的定义，除了从个体微小，结构简单的角度表述外，同时强调其生活习性及实验培养特性等。请参考网络课程相关内容。

6. 传统上又称为“三菌”、”三体“（不包括古菌）传统上又称为“三菌”、”三体“（不包括古菌） 2.研究对象

8. 3.分类地位 • 五界分类系统占3/5； • 六界占4/6； • 三域占2/3。

9. 二、研究内容及分科 • 1.微生物学（microbiology）的定义： • 就是研究微生物及其生命活动规律的科学。 • 2.研究内容： • 形态结构、分类鉴定、生理生化、生长繁殖、遗传变异、生态分布以及微生物在农业、工业、环境保护、医疗卫生等方面的应用等。 • 3.研究任务 • 发掘、利用、改善有用的微生物 • 控制、消灭、改造有害的微生物

10. 基础微生物学 微生物分类学 细菌学 微生物形态学 病毒学 微生物生理学 真菌学 微生物生态学 藻类学 分子微生物学 原生动物学 细胞微生物学 免疫学 医学微生物学 流行病学 应用微生物学 土壤微生物学 工业 海洋微生物学 农业 环境微生物学 医学 水微生物学 药学 宇宙微生物学 食品 预防 4.微生物学的分科

11. 三、微生物的特点 • 体积小，比表面积大 • 吸收多，转化快代谢能力强 • 生长旺，繁殖快数量多，易大量培养 • 适应强，易变异 • 分布广，种类多

12. 微生物的特点 1、体积小，比面值大 • 杆菌的平均长度：2 微米(μm)； • 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 • 比面值—面积/体积比：人 = 1，大肠杆菌 = 30万；

13. 表1-1 不同生物比表面积的比较 种类 比表面积 乳酸乳杆菌（Lactobacillus lactis） （0.5µm×2.0µm） 120,000 球菌（d=1.0µm） 60,000 豌豆（d=1.0cm） 6 鸡蛋 1.5 体重为90Kg的人 0.3 微生物的特点

14. 微生物的特点 转化快 • 消耗自身重量2000倍食物的时间： • 大肠杆菌：1小时 • 人：500年（按400斤/年计算）

15. 微生物的特点 繁殖快 • 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。

16. 微生物的特点 种类多 • 微生物的生理代谢类型多； • 代谢产物种类多； • 微生物的种数“多”

17. 微生物的特点

18. 微生物的特点 分布广 人迹可到之处，微生物的分布必然很多，而人迹不到的地方，也有大量的微生物存在！例如: • 数十公里的高空（最高为离地85公里，须用火箭采样）； • 几千米的地下； • 强酸、强碱、高热的极端环境； • 常年封冻的冰川；

19. 微生物的特点 耐热菌的生境 美国黄石公园热泉

20. 微生物的特点 海底的耐热硫细菌

21. 微生物的特点 南极冰盖下的微生物

22. 食谱广、易培养 微生物获取营养的方式多种多样，其食谱之广是动植物完全无法相比的！ • 纤维素、木质素、几丁质、角蛋白、石油、甲醇、甲烷、天然气、塑料、酚类、氰化物、各种有机物均可被微生物作为粮食。

23. 四、微生物的发现和微生物学的发展 • 1.微生物的发现 • Anthony van Leeuwenhock （荷兰人，1632—1723） • 制造了显微镜并发现了微生物。 安东尼.列文虎克

24. lens Object being viewed A drawing of one of the microscopes showing the lens a; mounting pin b; and focusing screws c and d. adjusting screws Leeuwenhoek’s drawings of bacteria from the human mouth.

25. 2.微生物学的奠基人及其贡献 • （1） 巴斯德（法国人，1822~1896） • 主要贡献： • 发现并证实发酵是由微生物引起的； • 彻底否定了“自然发生”学说； • 免疫学——预防接种 ； • 其他贡献：巴斯德消毒法等。 有关微生物学的发展中，各种争论及各位科学家的奠基性的工作，需要大家认真体会，这是微生物的基本理论训练中的必要知识与必要学习过程。

26. 公认的微生物学奠基人 Louis Pasteur (1822 – 1895) In the field of observation, chance favors only prepared minds. ------ Louis Pasteur Louis Pasteur working in his laboratory

27. 巴斯德发现并 证实发酵是由 微生物引起的

28. 自然发生学说的否定 The spontaneous generationconflict Spontaneous generation – that living organisms could develop from nonliving or decomposing matter. 很早以前,人们相信自生说,生命有机体能够从无生命和物质发展而来.甚至伟大的亚里士多德也认为一些简单的无脊椎动物能够自然发生.

29. Spontaneous generation – that living organisms could develop from nonliving or decomposing matter. From earliest time, people had believed in spontaneous generation. Even the great Aristotle(384-322B.C.) thought some of the simpler invertebrates could arise by the spontaneous generation. This view finally was challenged by Italian physician Francesco Redi(1626-1697), who carried out a series of experiments on decaying meat and its ability to produce maggots spontaneously. Redi placed meat in three containers. One was uncovered, a second was covered with paper, and the third was covered with a fine gauze(纱布) that would exclude flies. What would happen? The spontaneous generation conflict-一场“愚笨”的争论? 自然发生学说，即无生源论认为生命体可以有无生命的有机或无机物在一定的条件下自然发生。这将导致微生物的不可知性。巴斯德以其著名的曲颈瓶实验，有力地证明包括微生物在内的一切生物皆由其同种生物的”胚种“发育而来，与自然发生学说相对，也相应地称为胚种学说。

30. Flies laid their eggs on the uncovered meat and maggot developed. The other two meat did not produce maggots spontaneously. However, flies were attracted to the gauze-covered container and laid their eggs on the gauze; these eggs produced maggots. Thus the generation of maggots by decaying meat resulted from the presence of fly eggs, and meat did not spontaneously generate maggots as previously believed. Similar experiments by others helped discredit the theory for large organisms.

32. Leeuwenhoek’s discovery of microorganisms renewed(复兴) the controversy. Some proposed that microbes arose by spontaneous generation even though larger organisms did not! In 1748 the English priest John Needham (1713-1799) “ boiled mutton broth and then tightly stoppered(塞) the flasks(长颈瓶). Eventually many of the flasks became cloudy and contained microorganisms. He thought organic matter contained a vital force that could confer the properties of life on nonliving matter.

33. If you are one of these scientists who would not believe in Spontaneous generation theory, and was involved in this controversial topic, what are you about to do? Several investigators attempted to counter such arguments. Theodore Schwann(1810-1882) allowed air to enter a flask containing a sterile nutrient solution after the air had passed through a red-hot tube. The flask remained sterile. Subsequently Geoge Friedrich Schroder and theodor von Dushch allowed the air to enter a flask of heat-sterilized medium after it had passed through sterile cotton wool. No growth occurred in the medium even though the air had not been heated.

34. Despite those experiments the French naturalist Felix Pouchet claimed in 1859 to have carried out experiments conclusively proving that microbial growth could occur without air contamination(污染). This claim provoked Louis Pasteur(1822-1895) to settle the matter once for all.

35. The flasks’ openings were freely open to the air but were curved so that gravity would cause any airborne dust particles to deposit(堆积)in the lower part of the necks. Pasteur’s swan neck flasks used in his experiments on the spontaneous generation of microorganisms

36. 现代科学的基本要求：假设-推论法 假设被放弃 可能证明无根据

37. （2）科赫（德国人，1843~1910） • 建立了研究微生物的一系列重要方法； • 细菌纯培养方法的建立 • 配制培养基 • 流动蒸汽灭菌 • 染色观察和显微摄影 • 科赫法则

38. 科赫法则 • 分离许多病原菌，并提出了确定病原菌的基本准则——柯赫原则: • 1 在每一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。

39. Robert Koch (1843 – 1910) The recognition of microbial role in disease 柯赫通过对炭疽病（anthrax)的研究提供了细菌引起疾病的第一个直接证据。 Robert Koch in his laboratory

40. 细菌引起疾病的第一个直接证据，来自于德国医生罗伯特·柯赫(1843—1910)对炭疽的研究。细菌引起疾病的第一个直接证据，来自于德国医生罗伯特·柯赫(1843—1910)对炭疽的研究。 柯赫用来自有病动物的物质注射健康的老鼠，这些老鼠都发病。通过20只老鼠一系列的接种转移炭疽之后，他将一块含有炭疽芽孢杆菌的脾脏放在牛血清中培养，这种杆菌生长繁炭疽病就发生了。从而证明一种微生物与一种特定疾病之间的因果关系，被称为柯赫氏定律.

41. Koch’s demonstration of special organisms cause special diseases

42. 尽管柯赫在他的炭疽研究中应用了该定律中所描述的一般方法，但直到1884年他发表了结核病的病因，他才充分地论述了该定律。尽管柯赫在他的炭疽研究中应用了该定律中所描述的一般方法，但直到1884年他发表了结核病的病因，他才充分地论述了该定律。 巴斯德和他的同事们也用自己的工作证实了柯赫关于炭疽芽孢杆菌引起炭疽病的论述——他们发现死动物埋葬后，炭疽孢子仍是活的，并被蚯蚓携带到地面，当这些孢子被健康动物摄取后,动物便发病。

43. 微生物病原体研究技术的发展 • ---Recognition of the role of microorganisms depended greatly upon the development of new techniques for their study. • 柯赫（Germany, Pasteur’s contemporary)和它的实验团队(柯赫学派),在微生物纯种分离技术的发展上做出了重大贡献.

44. The Development of Techniques for Studying Microbial Pathogens（病原微生物研究技术的发展） Isolation of the bacterial pathogens-agar,petri dish(培养皿), media (“培养基” suitable for growing bacteria from body, use mixture of meat extracts and protein digests as nutrient) Charles Chamberland: constructed a porcelain bacterial filter(细菌过滤器) and autoclave(高压锅)

45. 培养皿获得的真菌菌苔

46. 其它著名的人物举例

47. 一位“主妇”为微生物学提供到至今为止最好的固体培养基凝固剂—琼脂(agar) .

48. Fannie Eilshemius Hesse, 柯赫的助手之一、Walther Hesse的妻子, 建议利用琼脂作为凝固剂， 柯赫助手之一Richard Petri研制出了培养皿(Petri dish)或平板(plate)，这是一种盛固体培养基的容器。 这些进展不仅使分离纯培养物(只含一种类型的细菌) 成为可能，而且直接促进了细菌学所有领域的进步。 由于肉提取物和蛋白质水解液与体液相似，所用它们作为营养来源，结果研制出了今天还广泛使用的营养肉汤和营养琼脂培养基。 1882年，柯赫利用这些技术分离引起结核病的杆菌随后是一个约30-40年的黄金时代，在此年代中 分离出了大多数主要的病原菌。 1884年，巴斯德的同事之一Charles Chamberland 构建了一个瓷的细菌过滤器，这使得发现病毒和它在疾病中的作用有了可能。它同时也是高压灭菌锅的发明者.

49. 微生物发展中的“黄金时代” “The Golden age of microbiology” • Koch and pure cultures • Fermentation and Pasteurization • Germ theory of disease • Vaccination ( 本部份内容在最后一章集中介绍)

50. The discovery of microbial effects on organic and inorganic matter • The Russian microbiologist Winograsky (维格拉夫斯基) discovered that soil bacteria could oxidize iron, sulfur and ammonia to obtain energy, and also isolated nitrogen–fixing bacteria. • Beijerinck made fundamental contributions to microbial ecology. He isolated Azotobacter(固氮菌) and Rhizobium(根瘤菌).