微生物学 Microbiology

1. 微生物学Microbiology LIU Shi-quan Department of chemistry and environment engineering, Hunan City University, Hunan China, 413000 Contact:E-mail: lsq205@tom.com Tel: 13875321199 Public E-mail: wswx2010@yahoo.cn password:wsw301302401

2. 1.1 微生物 1 1.2 微生物学 2 小结与作业 3 第一章 绪论 HNCU

3. 1.1 微生物 1.1.1 微生物与人类 1.1.2 微生物及其共性 1.1.3 微生物的作用 1.1.4 微生物在自然界的位置 HNCU

4. 1.1.1 微生物与人类 • 微生物无处不在，我们无时不生活在“微生物的海洋”中：1. 土壤中细菌总重量估计为1.0 ×1012 吨 HNCU

5. 1.1.1 微生物与人类 • 微生物无处不在，我们无时不生活在“微生物的海洋”中：2. 每张纸币带细菌：900万个 HNCU

6. 1.1.1 微生物与人类 • 微生物无处不在，我们无时不生活在“微生物的海洋”中：3.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 HNCU

7. 1.1.1 微生物与人类 • 微生物无处不在，我们无时不生活在“微生物的海洋”中：4.每个喷嚏的飞沫含4500-150000个细菌 HNCU

8. 讨论： 是祸？ 还是福？ 既是是人类的敌人 也更是人类的朋友 1.1.1 微生物与人类 HNCU

9. 体内的正常菌群是人及动物健康的基本保证；帮助消化、提供必需的营养物质、组成生理屏障。体内的正常菌群是人及动物健康的基本保证；帮助消化、提供必需的营养物质、组成生理屏障。 是福1 微生物在许多重要产品中起了不可替代的作用，如面包、奶酪、啤酒、抗生素、疫苗、维生素、酶等产品生产. 是福2 1.1.1 微生物与人类 HNCU

10. 以基因工程为代表的现代生物技术的发展及其美妙的前景也是微生物对人类作出的又一重大贡献。以基因工程为代表的现代生物技术的发展及其美妙的前景也是微生物对人类作出的又一重大贡献。 是福4 是人类生存环境中必不可少的成员，有了它们才使得地球上的物质进行循环. 是福3 1.1.1 微生物与人类 HNCU

11. 是祸 鼠疫 、艾滋病(AIDS)、癌症 、肺结核、疟疾、霍乱、埃博拉病毒、疯牛病 、SARS 、禽流感、高致病性蓝耳病等等 1.1.1 微生物与人类 HNCU

12. 流行性疾病席卷罗马帝国和欧洲大陆 1.1.1 微生物与人类 • 天花: 公元165年，一场可怕的流行性天花席卷了整个罗马帝国。仅在罗马每天都有2000人死亡，它整整肆虐了15年，杀死了意大利全国人口的1/3。 • 鼠疫:即黑死病，在公元3～6世纪，它席卷了整个罗马帝国。正是黑死病导致了东罗马帝国在公元7世纪的崩溃。 公元1346～1361年，爆发了一场著名的黑死病潮，在这场病中，总共有2400万人死亡，相当于整个欧洲大陆人口的1/3。 • 斑疹伤寒: 1812年，拿破仑率领近50万大军入侵俄国，近半数士兵因斑疹伤寒和痢疾而死亡或丧失行动能力。当下令撤出莫斯科的时候，他的军队只剩下8万人；而1813年6月撤退行动结束时，只有3000多名士兵。 • 流行性感冒: 400多年前，意大利威尼斯城的一次流感大流行使六万人死亡，惊慌的人们认为这是上帝的惩罚，所以将这种病命名“魔鬼”。1957年和1968年发生的两次全球性流感，病人总数达10亿多。 HNCU

13. 一场病魔的大屠杀 1.1.1 微生物与人类 • 如果一个种群从来没有接触过某种病毒，那么这种病毒对这个种群会有更大的杀伤力。 • 西班牙人向美洲殖民的时候，将天花、麻疹、斑疹伤寒和流感带到了美洲，土著人对这些病根本没有抵抗力，对美洲的征服变成了一场病魔的大屠杀。 • 西班牙人入侵时的墨西哥还有3000万居民，天花的侵袭使他们在40年后只剩下了300万，一个世纪后只剩下160万。 HNCU

14. 1.1.1 微生物与人类 疯牛病最早发现于1984年至1985年。当时，英国的农场发现有牛患上了这种神经系统疾病，并具有传染性。英国维桥国家兽医中心实验室的兽医专家对病牛的大脑进行解剖时，发现病牛脑组织呈海绵状变性。根据病理变化，1986年11月这种神经系统的疾病被定名为牛海绵状脑病。不到20年工夫，疯牛病就已扩散到了欧洲、美洲和亚洲的几十个国家。截止到2002年，英国共屠宰病牛1100多万头，经济损失达数百亿英镑。 HNCU

15. 1.1.1 微生物与人类 “埃博拉”出血热是一种死亡率很高的传染病，是由一种叫“埃博拉”的病毒引发的。埃博拉病毒十分罕见，最早于1967年在德国的马尔堡首次发现， “埃博拉”出血热病死率高达５０％到９０％，通过接触病人的血液或其他体液，经皮肤、呼吸道或结膜而感染，潜伏期为５至１４天。发病症状为突然起病，表现为发热、头痛、肌痛、结膜充血等，几天后可出现呕吐、腹痛、腹泻、咽痛，导致人体内外出血、血液凝固、坏死的血液很快传及全身的各个器官，病人最终耳、眼口及皮肤大量出血而死。 HNCU

16. 1.1.1 微生物与人类 2003The SARS Coronavirus: 改变中国的日子 2003年初，非典型肺炎突然爆发。短短数月，已蔓延至二十几个国家，令全世界如临大敌。其强烈的传染性令人们为之色变。医护人员健康受到直接威胁，百姓生活受到巨大干扰。全民抗炎，成为2003年中国大地的主旋律。 HNCU

17. 1.1.1 微生物与人类 1878年，意大利禽流感，首次爆发： 禽流感席卷韩日越三国世界卫生组织1月14日警告说，禽流感已经开始席卷亚洲部分地区，并且导致越南至少3人死亡，它对亚洲的威胁可能比非典更严重。 危害最大，经济损失最严重的禽流感：（H5N5）:1983年美国滨州等地区, 直接损失6000多万美元，间接经济损失估计达3.49亿美元,1997年5月，香港禽流感，直接损失达8000万港币。2003年3月，荷兰禽流感，波及最广的爆发，荷兰南部海尔德兰省800个农场已经受到禽流感的影响，已蔓延到比利时与德国边境附近。 HNCU

18. 1.1.1 微生物与人类 • 1987年在美国首先报道了猪繁殖与呼吸综合征（prrs），即蓝耳病，1989~1990年在亚洲开始流行。上世纪90年代该病传入我国，世界动物卫生组织将其列为法定报告动物疫病，我国列为二类动物疫病。　　该病主要表现为繁殖障碍与呼吸道症状。临床特征为：怀孕母猪大批流产、死胎、早产、产弱仔，流产率达30％，严重者可达70％~80％；哺乳母猪严重缺奶，甚至无奶汁，乳猪10日龄以内死亡率为80％~100％；生长猪和育肥猪出现呼吸道感染症状，有的猪出现结膜炎，眼睑和结膜水肿，个别出现球结膜水肿。其结果造成饲料报酬率降低、母猪繁殖率障碍、生长速度下降。 HNCU

19. 1.1.1 微生物与人类 • 2006年夏秋之季，我国部分地区发生以高热为特征的猪病。最初许多人称之为“高热病”。农业部及时组织中国动物疫病预防控制中心、中国兽医药品监察所、中国动物卫生与流行病学中心、中国农科院哈尔滨兽医研究所等单位及有关专家，对“高热病”开展了流行病学调查、病原分离鉴定、动物试验等科技攻关。分离到猪繁殖与呼吸综合征（即猪蓝耳病）病毒变异株。2007年月1月，农业部最终确定“高热病”即“高致病性蓝耳病”。 HNCU

20. 1.1.1 微生物与人类 流行性脑膜炎是由脑膜炎双球菌引起的急性传染病 上呼吸道感染　→　菌血症(高热、恶心、呕吐，皮肤出现瘀点、瘀斑为本病特征) →　可侵及脑膜，发展成脑膜炎. 暴发型脑膜炎严重休克、面色苍白、四肢冰冷、脉搏摸不到、血压下降或测不出、心率快、心音低钝、神志昏迷。后遗症有耳聋、失明、肢体瘫痪、智能及精神改变、脑积水等 2001年到2004年中国的流脑病例数分别为2250例、2550例、2535例、2698例，稳定在百万分之二左右，低于一些欧洲国家和美国的发病率。A＋C型流脑混合疫苗供民众预防接种 HNCU

21. 1.1.1 微生物与人类 HNCU

22. 微生物疾病的现实威胁 1.1.1 微生物与人类 • 越来越多的原来的非传染性疾病，现在发现也与微生物密切相关 • 胃溃疡：幽门螺旋体 • 结石：细菌感染？ • 肿瘤：多种细菌、病毒等 HNCU

23. 1.1.1 微生物与人类 9.11——改变美国的日子 改变了微生物在人类心目中的地位 炭疽”生物恐怖惊骇全球 "9.11"以后，美国已出现数千宗炭疽疑案，国会至少有34人的炭疽热检测结果呈阳性，寄给国会参议院议长达什勒信中的炭疽菌纯度很高，致病性很强。 HNCU

24. 1.1.1 微生物与人类 可以说，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。它给人类带来的利益不仅是享受，而且实际上涉及到人类的生存。 “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。” HNCU

25. 1.1.2 微生物及其共性 微生物(microorganisms)是一群个体微小、结构简单，人的肉眼看不见的，必须借助于光学显微镜或电子显微镜才能看到的微小生物。 HNCU

26. 1.1.2 微生物及其共性 微生物根据其不同的进化水平和结构上的明显差别可分为三大类群： 非细胞型生物：病毒、类病毒、朊病毒、拟病毒 原核生物：古生菌、真细菌(细菌、放线菌、蓝细菌、支原体、立克次氏体、衣原体 真核生物：真菌（丝状真菌--霉菌；酵母菌；大型真菌--蕈菌）、单细胞藻类、原生动物 HNCU

27. 1.1.2 微生物及其共性 共性(五大共性)： 1. 体积小,比表面积大; 2.吸收多, 转化快; 3. 生长旺, 繁殖快; 4.分布广, 种类多（多样性）; 5.适应性强, 易变异。 HNCU

28. 1.1.2 微生物及其共性 1. 体积小,比表面积大 杆菌的平均长度：2 微米 1500个杆菌首尾相连= 一粒芝麻长度 10-100亿个细菌加起来重量 = 1毫克 比表面积: 表面积和体积之比 大的比表面积特别有利于它们和周围环境进行物质、能量、信息的交换。 微生物的其它很多属性都和这一特点密切相关。 HNCU

29. 1.1.2 微生物及其共性 2. 吸收多,转化快 意义 为微生物生长繁殖提供了物质基础 为物质转化、累积代谢产物提供条件 利用这一点，可以更好发挥“微生物 工厂”之功能(抗生素、重组蛋白质、抗体等）; 从单位重量来看，微生物的代谢强度比高等生物大几千倍到几万倍。 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） HNCU

30. 1.1.2 微生物及其共性 3. 生长旺,繁殖快 大肠杆菌一个细胞重约10 –12 克，平均20分钟繁殖一代。 24小时后，就有了72代，其子代数量可达4722366500万亿个，重量达到4722吨； 48小时后：2.2 × 10 43个后代，重量达到 2.2 × 10 25 吨，相当于4000个地球的重量！ 实际上，由于各种原因，细菌的指数分裂速度只能维持几个小时，液体培养基中，细菌细胞的数量一般仅能达到108-109个/ml HNCU

31. 1.1.2 微生物及其共性 4.分布广,种类多（多样性） 在各种自然环境界中（土壤、水体、空气，动植物体内和体表，万米高空，万米海底，强酸、强碱、高热的极端环境，常年封冻的冰川等）都生存有大量的微生物！ HNCU

32. 1.1.2 微生物及其共性 南极Vostok湖冰芯样品中的微生物 HNCU

33. 1.1.2 微生物及其共性 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” 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 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% HNCU

34. 1.1.2 微生物及其共性 5.适应性强, 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。例如：在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；Thiobacillus thiooxidans(氧化硫杆菌)在PH1-2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。 HNCU

35. 1.1.2 微生物及其共性 微生物的个体一般都是单倍体，加之它具有繁殖快、数量多以及与外界环境直接接触等原因，虽然微生物的变异频率仅为(10-6-10-9)，也可在短时间内产生大量变异的后代。在微生物育种中利用变异这一特性可获得高产菌株。如：在1943年，利用Penicillium chrysogenum发酵生产青霉素，青霉素发酵液中只分泌约20单位/ml的青霉素。通过诱变现在发酵液中达到5万-10万单位/ml，成本大大降低。 HNCU

36. 1.1.2 微生物及其共性 实践中常遇到一些有害变异，在医疗中最常见的致病菌对抗生素所产生的抗药性变异。青霉素43年刚问世时，对Staphylococcus aureusr 最低制菌浓度为0.02ug/ml,由于突变原因制菌浓度不断提高，有的菌株的耐药性竟比原始菌株提高了1万倍。 　　在40年代用青霉素治疗时，即使是严重感染的病人，每天只需10万单位，而现在成人需1６0万单位，新生儿也不少于４０万单位。病情严重时，甚至用数千万。同时也说明了“滥用抗生素无异于玩火” 是有充分科学依据的。 HNCU

37. 1.1.3 微生物的作用 1. 微生物与粮食 　　粮食生产是全人类生存中至关重要的大事。微生物在提高土壤肥力、改进作物特性（如构建固氮植物）、促进粮食增产、防治粮食作物的病虫害、防止粮食霉腐变质以及把多余粮食转化为糖、单细胞蛋白、各种饮料和调味品等方面，都可大显身手。 HNCU

38. 1.1.3 微生物的作用 2. 微生物与能源 ①把自然界蕴藏量极其丰富的纤维素转化成乙醇； ②利用产甲烷菌把自然界蕴藏量最丰富的可再生资源转化成甲烷； ③利用光合细菌、蓝细菌或厌氧梭菌等微生物生产“清洁能源”--氢气； ④通过微生物发酵产气或其代谢产物来提高石油采收率； ⑤研制微生物电池使之实用化。 HNCU

39. 1.1.3 微生物的作用 3. 微生物与资源 微生物能将地球上永无枯竭的纤维素等可再生资源转化成各种化工、轻工和制药等工业原料。　　 传统的：乙醇、丙醇、丁醇、乙酸、甘油、乳酸、苹果酸等； 　　现代的：水杨酸、乌头酸、丙烯酸、已二酸、丙烯酸、长链脂肪酸、亚麻酸油和聚羟基丁酸酯（PHB）等； 　　另外：微生物在金属矿藏资源的开发和利用上也有独特的作用。 HNCU

40. 1.1.3 微生物的作用 4. 微生物与环境保护 　　利用微生物肥料、微生物杀虫剂或农用抗生素来取代会造成环境恶化的各种化学肥料或化学农药；　　 　　利用微生物生产的PHB（聚羟基丁酸酯）制造易降解的医用塑料制品以减少环境污染； 　　利用微生物来净化生活污水和有毒工业污水；利用微生物技术来监察环境的污染度； 　　利用EMB培养来检查饮水的肠道病原菌等。 HNCU

41. 1.1.3 微生物的作用 5. 微生物与人类健康 　　防治这类疾病的主要手段又是各种微生物产生的药物：抗生素、干扰素和白细胞介素等高效药物纷纷转向由“工程菌”来生产。 　　与人类生殖、避孕等密切相关的甾体激素类药物, 此外，一大批与人类健康、长寿有关的生物制品，如疫苗、类毒素等均是微生物产品。 HNCU

42. 1.3.4 微生物在自然界的位置 Whittaker的五界分类系统 1969年Science上发表 HNCU

43. 1.3.4 微生物在自然界的位置 1977年， Woese 根据16S rRNA和类似的rRNA的基因序列为系统发育指标绘制了系统发育树。他认为，地球上所有细胞生命沿三个谱系进化，即细菌（bacteria）、古菌（archaea）、真核生物（eukarya）。 HNCU

44. 1.2 微生物学 2.2.1 微生物学 2.2.2 基本研究方法 2.2.3 微生物学发生和发展 2.2.4 微生物学展望 HNCU

45. 1.2.1 微生物学 微生物学(Microbiology) 研究微生物生命活动的科学。 HNCU

46. 1.2.2 微生物学基本研究方法 1.显微镜技术 　　光学显微镜的诞生，它将肉眼的分辨率提高到微米级水平，而电子显微镜的出现使人眼分辨达到纳米水平。列文虎克是第一个用显微镜来观察和描述微生物。 HNCU

47. 1.2.2 微生物学基本研究方法 2. 无菌技术 无菌技术是在分离、转接及培养纯培养物时防止其被其他微生物污染的技术。 对灭菌技术的原理等作出科学解释的是巴斯德，他所进行的举世闻名的曲颈瓶实验，不仅彻底否定了当时十分流行的“生命自然发生学说”，而且为微生物学中的无菌技术的创立和发展奠定了理论和实践基础。 HNCU

48. 1.2.2 微生物学基本研究方法 无菌操作 HNCU

49. 1.2.2 微生物学基本研究方法 3. 纯种分离技术 纯种分离技术是人类揭开微生物世界奥秘的重要手段。要揭开在自然条件下处于杂居混生状态的某一微生物的特点，以及它们对人类是有益还是有害，就必须采用在无菌技术基础上的纯种分离方法。 早期对微生物群体进行单个纯化分离者是李斯特。但真正取得突破的是柯赫发明的培养皿琼脂平板技术。 HNCU

50. 1.2.2 微生物学基本研究方法 4. 纯种培养技术 要使微生物在大规模生产中良好地生长或累积代谢产物，就得考虑一些最为合理的培养装置和有效的工艺条件，并且还要在整个微生物的发酵过程中严防杂菌污染。 发酵罐的发明及大规模地普及使用，为生物工程学开辟了崭新的前景。同时微生物发酵工业也已成为国民经济的重要支柱之一。 HNCU