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微生物学,主讲 朱 大 恒 郑州大学生物工程系,微生物学是现代生物学的重要分支学科，是许多学科专业的基础课程，他的主要内容包括微生物学的基本概念、微生物的生物多样性和系统学、微生物生理和代谢、微生物生态学、微生物遗传学及微生物技术等。要求学生对微生物学的基本概念、专业词语、技术原理有较深的了解；系统掌握微生物的类群、细胞结构与功能、生理代谢、遗传变异、生态学和免疫学的基本理论知识以及相关实验技术；并具有应用这些知识和技术分析和解决问题的能力。,微生物学的内容与教学目的,学习内容,第一章 绪论（4）,第二章 微生物的纯培养和显微技术 （4）,第三章 微生物类群与形态结构（12）,第四章 微生物的营养（4）,第五章 微生物的代谢（4）,第八章 病毒（4）,第七章 微生物的生态（4）,第九章 微生物遗传（4）,第六章 微生物的生长繁殖及其控制（4）,第十章 微生物生物技术（4）,第一章 绪 论,主要内容及教学重点,一、微生物与我们 二、微生物学的建立与发展 三、微生物学对人类的贡献 四、21世纪微生物学展望 五、微生物的五大共性,思考题： 1、简述Leeuwenhoek、 L.Pasteur、 R.Koch对 微生物学的贡献。 2、试根据微生物的特点，谈谈为什么说微生物 既是人类的敌人，更是人类的朋友。,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，每克粪便的细菌总数为：1000亿个；,一、微生物与我们,微生物无处不在，我们无时不生活在“微生物的海洋”中。,细菌数亿/g土壤，土壤中的细菌总重量估计为：10034 × 10 12 吨；,每张纸币带细菌：900万个；,每个喷嚏的飞沫含4500-150000个细菌，重感冒患者为8500万；,微生物是自然界物质循环的关键环节,微生物是人类的朋友！,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,微生物可以为我们提供很多有用的物质 有机酸、酶、各种药物、疫苗、面包、奶酪、啤酒、酱油等等,基因工程为代表的现代生物技术,少数微生物也是人类的敌人！,鼠疫； 天花； 艾滋病； 疯牛病； 埃博拉病毒； 非典病毒； 禽流感,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。,（讲义P1）,二、微生物学的建立与发展,（一）微生物学（Microbiology)的概念和研究对象,（二）人类对微生物世界的认识过程,（三） 20世纪的微生物学,（四）我国微生物学的发展,研究肉眼难以看清的称之为微生物的生命活动的科学。,更具体地说：,研究微生物在一定条件下的形态结构、生理生化、 遗传变异、进化、分类、生态等生命活动规律及其应用 的科学。,（一）微生物学（Microbiology)的概念和研究对象,二、微生物学的建立与发展,微 生 物,原核类：细菌,放线菌等,真核类：酵母菌,霉菌,非细胞类：病毒,类病毒,拟病毒,原生生物类：单胞藻,原生动物,（一）微生物学（Microbiology)的概念和研究对象,二、微生物学的建立与发展,（二）人类对微生物世界的认识过程,感性认识阶段（史前时期）,形态学发展阶段（初创时期）,生理学发展阶段（奠基时期）,分子生物学发展阶段（成熟时期）,生化发展阶段（发展时期）,二、微生物学的建立与发展,丰富多彩的酒文化（一）,远古人类发现，吃剩的米粥数日后变成了醇香可口的饮料 人类最早发明的酒,我国8000年前就开始出现了曲蘖酿酒； 4000年前埃及人已学会烘制面包和酿制果酒； 2500年前发明酿酱、醋，用曲治消化道疾病； 公元9世纪-10世纪我国发明鼻苗法种痘,（二）人类对微生物世界的认识过程,感性认识阶段（史前时期）,二、微生物学的建立与发展,形态学发展阶段 （初创期）,（二）人类对微生物世界的认识过程,1664年，列文虎克用于观察 霉菌的单筒复式显微镜,二、微生物学的建立与发展,列文虎克利用业余时间制造过400多架 单式显微镜和放大镜，放大率一般为50-300倍,1676年，微生物学的先驱 荷兰人列文虎克（Antony van leeuwenhoek）首次 观察到了细菌。他没有上 过大学，是一个只会荷兰 语的小商人，但却在1680 年被选为英国皇家学会的 会员。,题目：列文虎克用自制的显微镜，观察皮肤、肉类以及蜜蜂和其他虫类的若干记录,“大量难以相信的各种不同的、极小的狄尔肯 它们活动相当优美，它们来回地转动，也向前 和向一旁转动一个粗糙沙粒中有100万个这种 小东西；而在一滴水中，狄尔肯不仅能够生长 良好，而且能活跃地繁殖能够寄生大约270多 万个狄尔肯”。 “狄尔肯”：拉丁文中“细小活泼的物体”的意思,1683年，牙垢成了列文虎克关注的对象，他发现人口腔中竟然躲藏着许多“小动物”，它们像蛇一样用优美的弯曲姿势运动。他惊叹地记录道： “在人的口腔的牙垢中生活的动物，比整个荷兰王国的居民还要多。” 这就是人类第一次观察到细菌时发出的感叹。,生理学发展阶段（奠基期 ）,微生物学的重要奠基者,法国人巴斯德（Louis Pasteur） （18221895）,德国人柯赫（Robert Koch）（ 18431910）,微生物学的重要奠基者,生理学发展阶段（奠基期 ）,巴斯德的主要贡献：,(2) 发现并证实发酵、疾病是由微生物引起的；,(1) 彻底否定了“自然发生”学说，证明了“生源学说”的正确；,“酒病”、“蚕病”、兽病、禽病、人病,著名的曲颈瓶试验无可辩驳地证实，空气内确实含有微生物， 是它们引起有机质的腐败。（腐败病）,(3) 免疫学预防接种,首次制成狂犬疫苗,(4)其他贡献,巴斯德消毒法：6065作短时间加热处理，杀死有害微生物,微生物学的重要奠基者,生理学发展阶段（奠基期 ）,柯赫主要贡献：,a）细菌纯培养方法的建立:固体培养基,土豆切面 营养明胶 营养琼脂（平皿）,（1）微生物学基本操作技术方面的贡献,b）设计了各种培养基，实现了在实验室内对各种微生物的培养,c）流动蒸汽灭菌,d）染色观察和显微摄影,微生物学的重要奠基者,生理学发展阶段（奠基期 ）,柯赫主要贡献：,（2）对病原细菌的研究作出了突出的贡献：,a）具体证实了炭疽杆菌是炭疽病的病原菌；,b）发现了肺结核病的病原菌；（1905年获诺贝尔奖）,c）证明某种微生物是否为某种疾病病原体的基本原则 著名的柯赫原则,1、在每一相同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。,生理学发展阶段（奠基期 ）,细菌学（巴斯德、科赫）,外科消毒术（Lister，1865）,根瘤菌等土壤微生物的研究（M·W贝，C·H维） 病毒学.伊凡诺夫斯基）,酿造学（ECHensen，AJorgensen等）,生化发展阶段（发展期 ）,无酵母菌压汁酶功能的发现（E.Buchner,1897） “酒化酶”,化学药剂和抗生素发现和临床应用（1909-1935） 寻找各种有益微生物代谢产物的热潮,酿造技术日趋完美,普通微生物学开始 美国加利福尼亚大学伯克利分校M. Doudoroff,分子生物学发展阶段（成熟期）,J.D.Waston（詹姆士·沃森） H.F.C.Crick（弗朗西斯·克里克） 发现DNA双螺旋模型(1953，在Science发表),成熟期特点:,微生物学成为十分热门 的前沿基础学科,微生物成为分子生物学研究中的最主要对象,生物工程中，发酵工程是最成熟的应用技术,（三）20世纪的微生物学 P7,20世纪40年代后，微生物自身的特点使其成为生物学研究的“明星”，微生物学很快与生物学主流汇合，并被推到了整个生命科学发展的前沿，获得了迅速的发展，在生命科学的发展中作出了巨大的贡献。,微生物学与生物学发展的主流汇合、交叉， 获得了全面、深入的发展,（见P3 图1-1微生物学的主要分支学科）,二、微生物学的建立与发展,（见P3 图1-1微生物学的主要分支学科）,（四)我国微生物学的发展,汤飞凡：沙眼病原体的分离和确证,陈华癸：根瘤菌固氮作用的研究（华中农大）,高尚荫：创建了我国病毒学的基础理论研究 和第一个微生物学专业（武大）,抗生素的总产量已耀居世界首位,两步法生产维生素C的技术居世界先进水平,二、微生物学的建立与发展,伍连德：对鼠疫和霍乱病原的探索和防治,伍连德（18791960），公共卫生学家，博士。我国检疫、防疫事业的先驱 。在中国最早建立卫生防疫机构，共所，培养了第一支预防鼠疫的专业队伍。成功控制东北鼠疫大流行。创办了哈尔滨医学专门学校。发起建立，并创刊中华医学杂志。,汤飞凡（18971958） 微生物学家，博士。赴美国 哈佛大学医学院进修，研究细菌学。1943年研制中国 首批五万单位的青霉素。为抗战作出贡献。发现日军 在北平进行长达七年的细菌战研究 。1955年成功分离 出砂眼病毒“汤氏病毒”。1958年非正常死亡。,1992年,我国著名土壤微生物学家、创立华中农大微生物学课程。1936年赴英国伦敦大学细菌及热带病学院读博士学位。回国后筹建了北大土壤系，武大农业化学系。 编著了我国第一部土壤微生物学和微生物学教材。对紫云英根瘤菌剂的生产和大面积推广应用起了开创的作用。,陈华癸（1914-2002）,微生物学家，病毒学家，教育家。中国病毒 学的奠基人之一。创办了我国最早的病毒学 研究机构和我国第一个微生物专业、第一个 病毒学专业。赴美国佛罗里达州劳林斯大学 和耶鲁大学学习 ，曾在诺贝尔奖获得者斯坦利（）的实验室从事病毒学研究工作。年回国后在武汉大学创办了我国第一个病毒学研究室。,高尚荫（1909-1989）,三、微生物学对人类的贡献,（一）微生物学的发展促进了人类的进步,（二）微生物学在生命科学发展中的重要地位,三、微生物学对人类的贡献,（一）微生物学的发展促进了人类的进步,微生物与医药卫生,微生物与农牧业,微生物与工业,微生物与食品,微生物与医药卫生,用“工程菌”生产药物,干 扰 素 胰 岛 素 乙肝疫苗 抗生素 各种单克隆抗体,1929年，英国细菌学家A.Fleming,青霉素,1944年，美国微生物学家S.Waksman,链霉素,氯霉素 金霉素 土霉素 红霉素 庆大霉素,霉菌菌落周围出现抑制萄葡球菌生长的抑制现象,产黄青霉菌落,细菌生长 抑制区域,正常细菌 生长区域,微生物与农业和畜牧业,微生物饲料 菌体蛋白饲料 饲料酵母 维生素饲料 发酵饲料 青贮饲料,生物农药 细菌农药 真菌农药 病毒农药 除草剂,生物菌肥 根瘤菌肥 钾细菌 磷细菌,微生物与工业,酶 工 业 氨基酸工业 有机酸工业 新材料开发 生 物 化 工 食 品 工 程,酱，酱油，豆豉,食 用 醋,发酵饮料,淹渍蔬菜,味 精,发酵面食,食药用菌,食用色素,微生物与饮食、调味品,三、微生物学对人类的贡献,（二）微生物学在生命科学发展中的重要地位,1微生物是生物学基本理论研究中的理想实验对象， 通过微生物的研究促进许多重大生物学理论问题的突破,基因和酶关系的阐明及“一个基因一个酶”的假说；,遗传的物质基础的阐明；,基因概念的发展；,遗传密码的破译；（大肠杆菌无细胞蛋白质合成体系）,基因表达调控机制的研究；,生物大分子合成的中心法则；,1941年Beadle和Tatum用粗糙脉胞霉进行的突变实验 使基因和酶的关系得以阐明，并提出了“一个基因一个酶”的假说。