微生物学讲稿Word文档格式.docx

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它们都远小于人肉眼的分辨极限。

2．代谢强，繁殖快

由于微生物个体很小，因此它们具有巨大的比表面积。

人的比表面积为１，大肠杆菌200万。

微生物是通过表面积与外界环境进行物质和能量的交换。

巨大的表面积使它们能够在有机体与外界环境之间迅速交换营养物质和废物。

从单位重量看，Ｍ的代谢强度比高等动植物的代谢强度大几千倍至几万倍。

因此，微生物能以很高的速度进行繁殖。

一般细菌在适宜条件下每18分钟就可繁殖一代，不到90分钟就可“五世同堂”。

24小时就可繁殖72代，1个菌体可增殖到47×

1022个！

如果任其繁殖下去，一个小小的微生物，在24小时内，它的子孙后代聚集在一起，就有地球大！

3．结构简单，易变异

　　微生物是无细胞、单细胞或简单多细胞，它们用物理的或化学的诱变剂处理以后，容易使它们的遗传性发生变异。

人们利用这个特点进行菌种选育，可在短时间内获得优良菌种，提高产品的数量和质量；

但若保存不好，菌种的优良特性很容易退化。

　　如点青霉菌经人工诱变后，一年内，使产量从几十个单位上升到几万个单位。

当然，如果菌种保藏不好，其优良特性也很容易退化消失。

4．种类多、分布广

据统计，目前已发现的微生物有十万种以上。

不同种类的微生物具有不同的代谢方式，能利用不同的有机、无机物质为营养，能适应不同环境而生存，因而广泛分布于自然界，上至28公里，下至6000m的深海，无论土壤、空气、水域、各种物体的表面，到处都有微生物的存在，可以形容为“无处不在，无孔不入”。

土壤：

是微生物的“大本营”。

任意一颗土粒，就是一个微生物世界。

据测定，１克土中有数亿个Ｍ细胞。

空气：

微生物坐在尘埃或飞沫上，凭借风力，随空气流动可漫游3000km远，20000m高。

人和动植物体内，也生长着大量的微生物。

水域：

有大量微生物，在6000m的深海（约600个大气压）还有微生物。

其它生物体：

健康人体表及体内也有大量Ｍ，如大肠杆菌等。

　　食物：

各种食物中都有微生物，可造成食物的霉变、腐烂。

如黄曲霉（食物中毒、癌）。

恶劣环境：

90℃温泉，盐湖、稀酸液、高压环境、严寒（极地、冻库）

5．易培养

大多数微生物能够利用各种农副产品作为营养，无论是固体原料或是液体原料，都可用来培养微生物；

而且它不占耕地，不限季节，便于在人工控制的条件下进行培养。

三、微生物的能力（作用）

（一）广泛的分解能力

１．分解各种有机残体，促进自然界的物质循环，避免尸体堆积如山。

２．分解纤维素使纤维素在温和环境中被分解成能被其它生物所吸收的营养物质。

牛羊等反雏动物能

“吃草挤奶”，就是因为在这些生物的瘤胃中有大量的纤维分解菌。

一般情况下，纤维素只能在高

浓度的强酸或强碱溶液中才能被分解。

３．分解有毒物质，保护环境有些微生物能以像CNˉ、酚等毒性极大的有机物作为碳源和能源，来合成细胞的结构物质和功能物质。

污不净化。

（二）众多的合成能力

１．生物固氮固氮微生物能把占空气78％的、不能被其它生物吸收的N2转化成能被它们吸收利用的NH3、氨基酸和蛋白质等。

２．合成有机质如味精、酒精、丙酮、乳酸等。

３．合成抗生素如青霉素、链霉素、金霉素、土霉素、庆大霉素、头孢霉素等挽救了众多生命的抗生素，都是由微生物代谢产生的。

４．合成甲烷一些细菌（如产甲烷菌）能在无氧条件下把秸杆等转化成CH4。

而CH4可以用作燃料、动力、照明等，既产生了新能源，又保护了环境，还促进了物质的良性循环。

（三）人工免疫牛痘、狂犬苗、卡介苗、破伤风类毒素等。

（四）微生物冶金

目前在国际上有20余个国家正在进行细菌堆浸回收贫矿石、尾矿石或地下难采矿石中铜的生产。

美国生产的铜有25%的作细菌浸出法生产。

加纳的Obusi的细菌浸金工厂每小时处理金矿能力可达30吨，每年产黄金15吨。

加拿大用细菌法生产的铀年产达60砘。

此外，微生物浸出钴、镍、锰、银、锌、铂、钛等贵重金属也获得了或喜的研究成果。

微生物冶金还用于：

研究开发菌体直接吸附金等贵重和稀有金属，如曲霉从胶状溶液中吸附金的能力是活性炭

的11-13倍，有的藻类每克干细胞可吸附400mg的金；

微生物对煤脱硫，有的菌对煤中无机硫的脱除率可达96％；

非金属矿的微生物脱除金属，例如用来生产陶瓷的主要原料高岭土，用黑曲霉脱除其中的铁，此高岭土制成的新陶

瓷材料，在电子、军事工业中有广泛的特殊用途。

（五）石油脱蜡

用石油或天然气生产单细胞蛋白，即能获高质量的饲料，又能将石油中的石蜡脱除，改善成品的品质。

例如脱蜡球拟酵母（Torulopsis　depavaffina）发酵300—400℃馏分油，70h后，每公斤油可获得干酵母5.4g，并将油的凝固点从4.5℃下降到—60℃。

利用假丝酵母（Cardida）、假单胞菌属（Pseudomonas）和不动杆菌属（Acinetobacter）中的各种菌株，以石油或其各类分馏物为原料，能够生产琥珀酸、反丁烯二酸、柠檬酸、水杨酸、不饱和脂肪酸、多氧菌素和碱性蛋白酶等众多产品。

还可以用这类菌降解海洋、江湖水体石油的污染。

更用遗传工程技术，可以将某些微生物的有用特性的基因，构建在某一菌种中，使其在石油工业中发挥更大作用。

例如，世界上第一次获得遗传工，程重组菌株发明专利权的就是同时能降解不同石油成分的“超级细菌”，它是铜绿假单胞菌（P．aeruginosa）和恶臭假单胞菌（P．putida）共含有的5种质粒转移在同一细胞内，构建而成的遗传工程菌株。

该菌株能清除不同组分的石油污染，是石油污染环境的“超级清道夫”。

（六）微生物传感器、燃料电池和DNA芯片

1．微生物传感器（microbiosensors）

传感器一般是指感受某物质规定的测定量，并按一定规律转换成可用信号（主要是电信号）的器件或装置。

其组成主要有三大部分：

敏感元件、转换器件和电子线路、相应的机械设备及附件。

按其主要敏感元件或材料的反应性质可分为物理、化学、生物三种类型的传感器。

生物传感器根据其主要敏感材料的特性或来源不同，可细分为酶传感器、免疫传感器、细胞器传感器、动植物组织传感器、微生物传感器等。

微生物传感器的敏感元件是固定化微生物细胞，它的转换器件是各种电化学电极或场效应晶体管（6eldeffecttransistor，FET），其他机械、电路部分与另外的传感器大都相同。

微生物传感器的基本原理是：

固定化的微生物数量和活性保持恒定的条件时，它所消耗的溶解氧量或所产生的电极活性物质的量反映了被检测物质的量。

借助于气敏电极（如溶解氧电极、氨电极、CO2电极），或离子选择性电极（pH电极），或其他物理、化学检测器件测量消耗氧或电极活性物质的量，则能获得被检测物质的量。

微生物传感器的研究始于1977年Rechnity用粪便链球菌制成测精氨酸的传感器，而现在已有各种各样的微生物传感器用于临床诊断、食品检测，发酵监控和产物分析、环境质量监测等。

2．微生物燃料电池（microbialfuelcells）

根据微生物与电池中电极的反应形式，一般分为直接作用和间接作用构成的微生物电池。

直接作用：

是指微生物同化底物时的初期和中间产物常富含电子，通过介体作用使它们脱离与呼吸链的偶联，转而直接与电极发生生物电化学联系（bioelectrochemicalconnection），构成微生物电池；

间接作用：

是指微生物同化底物时的终产物或二次代谢物为电活性物质，如氢、甲酸等，这类物质继而与电极作用，产生能斯脱效应（Nemsteffect），构成微生物电池。

目前微生物电池虽未达到实用化，但人们十分关注它可能利用的领域和重要的价值：

①由生物转换成效率高、价廉、长效的电能系统；

②利用废液、废物作燃料，用微生物电池净化环境，而且产生电能；

③以人的体液为燃料，做成体内埋伏型的驱动电源——微生物电池成为新型的体内起搏器；

④从转换能量的微生物电池可以发展到应用转换信息的微生物电池，即作为介体微生物传感器（mediatedmicrobiosensor）。

3．微生物DNA芯片（microbialDNAchip）

计算机、信息设备和许多家用电器的心脏——微电子芯片（microelectronicschips）的发明，是1971年，美国英特尔公司将2300只晶体管缩到一块集成电路板上，首创了微型计算机芯片。

20多年后，同在硅谷，距英特尔公司总部仅数英里的艾菲迈却克斯（AtBfinetfix）公司，效仿类似的生产模式，研制和开发了具有划时代意义的DNA芯片，又叫基因芯片（genechips），DNA阵列（DNAarrays）或寡核苷酸微芯片（aligonucleotidemicrochip）等。

DNA芯片的机理是根据核酸杂交原理检测待测的DNA序列。

它与一般核酸杂交技术不同之处是已知序列的寡核苷酸（DNA探针）高度集成化，即高密度的DNA探针阵列以预先设计的排列方式固化在玻璃或硅片或尼龙膜上。

大量DNA探针的固化是采用在位组合合成化学和微电子芯片的光刻技术或其他方法制作，目前已达到的密度是40万个探针／芯片，每个探针间隔是10-20μm，有可能将人类的全部基因集约化地固化在1cm2的芯片上。

DNA芯片检测样品时，将经处理过的样品滴加在芯片上进行杂交，用激光共聚焦显微镜检测DNA探针与样品分子上的荧光素放出的荧光信号，经计算机软件处理可获得检测DNA的序列及其变化情况。

DNA芯片与计算机芯片非常相似的地方是高度集成化，也借助了微电子芯片的制作技术，不同之处是，目前，DNA芯片不作为分子的电子器件，不起计算机芯片上集成的半导体晶体管的作用，不能作为DNA计算机用，主要的功能是生命信息的储存和处理。

微生物DNA芯片是指用主要来源于微生物的寡核苷酸制成的芯片。

微生物的多样性取决于其基因的多样性，因而可以制成种类繁多的DNA芯片，储存空前规模的生命信息，可利用其快速、高效、同时也获取大量的生命信息。

例如临床常见疾病许多病原微生物诊断的DNA芯片，已显现出它在高度准确、敏感、快速和自动化方面对于鉴定大量样品具有很大优势。

据报道，我国一种用于检测病毒基因的芯片已研制成功，可用来检测乙型肝炎病毒和EB病毒的基因。

预计微生物DNA芯片在微生物的基因鉴定、基因表达、基因组研究、新基因的发现等方面将得到广泛利用，可能成为今后微生物学研究及其在各个领域应用中的具划时代意义的新技术方法，将会发挥重大作用。

（七）其他　　

1．微生物农药（苏云金杆菌、白僵菌、多角体病毒）。

微生物肥料（根瘤菌肥、ＶＡ菌根、“5406”抗生菌肥）、微生物饲料（青贮饲料；

菌体蛋白；

人工瘤胃――先将饲料进行一定加工处理，使那些胃中没有纤维分解菌的牲畜也同样能吃纤维饲料，而且加工后的饲料营养价值提高）。

2．药用食用：

食用菌。

（八）微生物的危害作用

1．病原　生物（动物、植物、人类及微生物）的非生理性疾病来源。

2．污染、腐蚀及霉变

四、微生物学的任务及发展简史

（一）微生物学的概念

　微生物学：

研究微生物形态、结构、分类、生理、代谢、遗传变异及生态等生命现象的学科。

（二）任务

微生物学是一门应用性极强的基础理论学科，它的任务是：

第一、研究认识微生物的生命活动过程，充分利用有益微生物的生命活动及代谢产物（用酵母产酒，黑曲霉生