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绪论

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第一节微生物学的研究对象与任务

一、微生物学的研究对象

1、什么叫微生物

微生物是一类个体微小，结构简单，大多数为单细胞，少数为多细胞、甚至是没有细胞构造生物的总称。

大多数微生物的个体小于1mm。

所以微生物必须借助显微镜甚至电子显微镜才能看到其形态。

微生物包括：

形态微小的细菌，蓝细菌，放线菌及古细菌。

单细胞或者多细胞的真菌，单细胞的原生动物，结构简单的藻类，没有细胞结构的病毒。

2、微生物的研究对象

微生物一词不是分类学上的专门名词，它是指形态微小生物的总称。

当代生物分类学中，人们将生物分为如下六界：

动物界（animalia）

植物界（plantae）

真菌界（fungi）whittaker的五界系统

原生生物界（protista）（原生动物，单细胞藻类，粘菌）

原核生物界（procaryotae）

病毒界（virus）

上述六界系统中,前五界是whittaker1969年提出的五界系统，微生物研究的对象包括：

真菌界，原生生物界，原核生物界和病毒界

3、微生物的特点

（1）种类多，分布广

动物：

150万种

植物：

50万种

微生物：

10多万种

1病毒：

4000多种

2原核生物：

5000多种

3藻类：

23100种

4真菌：

47300种

5原生动物：

24000种

分布：

①土壤、②水域、③动植物体内、④极端环境、⑤食品。

（2）体积小，面积大

任何一定体积的物体，如对其进行三维切割，则切割的次数越多，所产生的颗粒也越多，颗粒的体积就越小。

这时如把所有颗粒的总面积相加，则其表面积越大。

例如：

一个球菌，若体积为1µm3的话，用这样的球菌堆成1cm3其总面积可达6m2，而一粒1cm3大小的豌豆，其总表面积仅6cm2。

微生物的面积与体积的比值称为比面值。

球菌：

面积=4πR2

体积=4/3πR3

面积/体积=4πR2/4/3πR3=3/R（R越小，比面值越大）

比面值大的微生物必然有一个大的营养物质的吸收面，一个大的代谢物的排泄面。

所以小的微生物代谢旺盛。

（3）吸收多，转化快

产朊假丝酵母合成蛋白质的能力比大豆强100倍，比食用公牛强10万倍。

一头500kg重的牛每天可增加蛋白质0﹒5kg，而500kg的酵母24小时可形成50000kg的蛋白质。

（4）生长旺盛，繁殖快

E．Coli每分裂1次的时间是12.5——20分钟，若以20分钟分裂一次计，一小时可分裂3次，1天24小时可分裂72次，后代数为4，722，366，500万亿个，约重4722吨，事实上由于客观条件的限制，细菌的对数增长只能维持数小时，不可能达到这么多。

（5）适应强，易变异

微生物适应性强是动植物无法比拟的。

某些硫细菌能在250。

C甚至300。

C下正常生长，而大多数细菌可在—196。

C的液N中存活。

微生物由于个体小易受环境条件影响而发生变异。

变异有好的一面，提高如青霉素产生菌效价，变异也有坏的一面，如细菌产生抗药性。

二、微生物学的任务与分科

什么叫微生物学：

微生物学是研究微生物生命活动规律及其应用的学科。

①研究微生物的形态及生命活动规律。

微生物学的任务包括②利用有益微生物。

③防治有害微生物。

微生物学的分科包括：

按研究对象分：

细菌学、真菌学、病毒学、藻类学、原生动物学。

按研究微生物本身的基本理论分：

普通微生物学、微生物生理学、微生物遗传学、微生物生态学。

按微生物的生活环境可分为：

土壤微生物学，海洋微生物学。

按微生物的应用来分则有：

医学微生物学、食品微生物学、工业微生物学、农业微生物学、乳品微生物学、环境微生物学、酿造微生物学、兽医微生物学、石油微生物学。

第二节微生物学的发展

一、我国古代对微生物的利用

1、利用微生物酿酒

早在距今4千多年前的龙山文化时期（黄河流域原始父系社会时期），我国就有了利用微生物酿酒的技术。

从龙山出土的陶器中有不少的饮酒用具，尊、盉、高脚杯、小壶等酒器。

殷代甲骨文中就有了酒的象形字。

（殷即商朝，从公元前16-11世纪）

解放后在河南郑州发现了商代酿造工厂遗址。

公元前14世纪《书经》一书里有“若作酒醴，尔惟曲蘖”的记载，意思是说，做甜酒，必须要麦芽和酒曲，麦芽起糖化作用，酒曲中的微生物则转化糖变成酒。

我国酿酒的创始人据古籍记载是仪狄和杜康两人，仪狄是夏禹的臣，他会做酒，«世本»里说“帝女令仪狄始作酒醪，变五味”，说明仪狄是很会造酒的人。

绍兴酒是我国八大名酒之一，它是黄酒的一种，在战国时代就已经开始酿造了。

白酒又名烧酒，是一种蒸馏酒，它在唐代以前就有了。

葡萄酒是在汉代由西域传来的。

2、利用微生物提高肥力

公元前1世纪《氾胜之书》中就提出肥田要熟粪及瓜与小豆间作的耕作制度。

熟粪是经微生物分解过的肥料，氨态N含量高，利于作物吸收。

小豆是豆科作物可固定空气中的N2为N化物，被作物吸收。

3、防治农业病害

公元2世纪«神农本草经»中就有蚕“白僵”的记载，«陈农书»里也明确提到“黑白红僵”三种蚕病，并提出了相对的防治措施，如保持蚕室干燥，空气流通，勤晒养蚕用具等。

4、栽培食用菌

据«本草纲目»记载，栽培食用菌在我国始于公元7世纪唐朝，而西方在18世纪才开始。

5、种痘防治天花

种痘防治天花的方法在宋真宗〈公元998-1022年〉就已广泛应用，后来传至亚洲其它国家，并于`1717年经土耳其传到英国，继而传到美洲各国，在“人痘”的基础上发展成为“牛痘”。

二、微生物的发现和微生物学的奠基

1、Leeuwenhoek最先看到了微生物

16世纪，荷兰人Leeuwenhoek制成了能放大270-300倍的简单显微镜，他利用此镜观察了污水，牙垢，腐败有机物，直接看到了微生物，并作了相当正确的描述，为微生物的存在提供了有力的证据。

后来，英国皇家学会会圆RbertHooke用Leeuwenhoek制作的显微镜第一次看到了软木细胞。

2、巴斯德的贡献

巴斯德的贡献在于把微生物的研究从形态学推进到了生理学的研究阶段。

巴斯德在研究酒变质时发现，糖变成酒是由于酵母菌的作用，而酒变质则是由于杂菌引起（乳酸菌和醋酸菌）。

于是他得出结论，发酵是由微生物引起的，不同种的微生物引起不同的发酵。

巴斯德否定了自然发生说，创立了巴斯德消毒法，推动了罐头和食品工业的发展。

巴斯德发现传染病是由病原菌引起的，奠定了传染病病原微生物学的基础，巴斯德还发明了制造疫苗的方法和预防接种，为免疫学奠定了基础。

３、柯赫的贡献

柯赫是一位德国医生，他的一系列工作为疾病的病原说建立了牢固的基础，柯提出了确定病原菌的严格标准，即柯赫定理。

〈通过对牛炭疽病的研究提出的定理〉感病动物有菌→此病菌可分离到纯培养→分离物接种可使动物感病→能再次分离出相同的纯培养体。

柯赫的贡献还在于创造了许多纯培养的方法。

４、其它学者的贡献：

（1）、1860年，苏格兰人李斯特首创无菌的外科手术。

（2）、1883年，俄国人梅奇尼可夫发现细胞吞噬作用即白细胞吞噬入侵的细菌。

（3）、1884年，丹麦人Gram首创革兰氏染色法。

（4）、1888年，荷兰人贝依林克分离出纯培养的根瘤菌。

1901年，贝依林克分离出自生球褐固N菌。

（5）、1890年，俄国人维诺格拉德斯基发现自养细菌（硝化细菌），1895年，维诺格拉德斯基分离出厌气性的固N梭菌。

（6）、1892年，俄国人伊万诺夫斯基发现烟草花叶病的病原为一种过滤性病毒。

三、现代微生物学的发展

现代微生物学的发展，包括两个方面：

一是微生物与生物化学的结合，一是微生物与遗传学的结合。

电子显微镜的问世，把现代微生物学的发展推向了一个新的阶段。

1）、1928年，英国人格里菲斯发现了转化现象

2）、1929年，英国人弗来明（Fleming）首先发现了青霉素

3）、1935年，Stanley首次提纯了TMV，并获得了它的“蛋白质结晶”。

4）、1941年，比德耳（Beadle）和塔图姆（Tatum）用X射线和紫外线照射，使链霉菌发生变异获得了营养缺陷型。

5）、1943年，瓦克斯曼（Waksman）分离出链霉素产生菌。

6）、1944年，艾弗里（avery）第一次证明遗传的物质基础是DNA。

7）、1946年，Ledeberg和Tatum发现细菌确有结合过程。

1952年，Zinder与Ledeberg发现了细菌的普遍转导。

8）、1953年，华特生（Watson）与克里克（Crick）提出DNA的双螺旋分子结构模型和半保留复制假说。

9）、1961年莫诺（Monod）和雅各布（Jacob）提出了操纵子学说。

10）、1963年，尼伦伯格（Nirenberg）提出了遗传密码的理论

11）、1970年，Temin发现了反转录酶

12）、1973年，柯汉（Cohen）提出基因工程的理论

13）、1982-1983年Prusiner发现了朊病毒

14）、1983-1984年Gallo分离鉴定了艾兹病毒，Mullis建立PCR技术。

15）、1995年人类完成了流感嗜血杆菌全基因组的测序工作。

16）、1997年人类完成了酵母菌全基因组的测序工作。

17）、2001年人类基因组图框架数据结果正式发表。

18）、2002年水稻基因组图框架数据结果正式发表。

第三节微生物与人类的关系

微生物对于人类有它有利的一面，也有它有害的一面。

我们研究微生物，就是利用微生物有利的一面为人类造福，同时防止有害微生物对人类的危害。

一、利用有益微生物为人类造福

1、工业上：

（1）、酿酒：

啤酒、白酒、黄酒、葡萄酒。

（2）、利用微生物生产调味品：

酱油、醋、味精是人们日常生活中不可缺少的调味品。

酱油是曲霉产生的蛋白酶降解蛋白质得到的。

醋是醋酸菌氧化乙醇得到的。

味精是利用谷氨酸棒状杆菌发酵糖蜜或淀粉得到的。

（3）、利用微生物生产酶制剂：

酶制剂无论是在工业上，还是在医学上都大有用途，各种酶制剂都可用微生物生产出来，如工业上退浆和制饴的а淀粉酶就是用枯草杆菌生产的。

（4）、用微生物生产有机酸：

柠檬酸是制造汽水和糖果的原料，它是用黑曲霉发酵蔗糖制得的。

（5）、用微生物生产核酸：

肌苷是次黄嘌呤核苷酸（IMP），它是腺嘌呤核苷酸的前体物，肌苷是用枯草杆菌发酵葡萄糖得到的。

（6）、用微生物冶金：

一些贫矿、尾矿可以用微生物来浸溶，然后从中得到贵重金属，例如氧化硫硫杆菌能氧化元素硫为硫酸，所生成的硫酸可直接浸溶矿石。

2、在医药卫生上

（1）、由微生物生产的抗菌素拯救了无数人的生命。

最著名的是青霉素，它是由产黄青霉产生的。

链霉素是放线菌中的灰色链霉菌产生的抗菌素，它的问世，治好了无数的结核病人。

还有抗真菌的灰黄霉素是灰黄青霉菌产生的抗菌素。

抗肿瘤的自力霉素是头状链霉菌产生的抗菌素（抑制DNA合成，抗癌）

（2）、医用上的许多生化药品也是由微生物制得的。

ATP是利用酵母的酶系来生产的。

辅酶A可治疗白细胞减少症，它是从酵母细胞中提取的。

也可从白地霉菌体中提取，还可由发酵法生产。

核黄素是用棉阿舒囊霉酵母菌发酵生产出来的。

（3）、用微生物制成疫苗，使许多疾病的漫延得到控制和消灭。

牛痘苗使天花在地球上已经绝迹，卡介菌有效预防结核。

流脑疫苗、小儿麻痹疫苗使无数的少年儿童免遭脑膜炎和畸形之苦。

3、在农业上

（1）、根瘤菌剂的应用，大大提高了豆科作物的产量

（2）、用微生物防治害虫，既杀虫，又安全有效，无残毒。

4、在日常生活中

酱腌菜、腐乳、米酒好吃，它们都是粮食用微生物加工后提供的风味。

灵芝、虫草可治病，银耳、木耳、蘑菇、平菇是美味佳肴，它们也都属于微生物。

5、微生物在能源开发中

微生物被用来勘探石油，地底层如果烃氧化菌的数量很多，那么此处就可能有石油存在。

利用甲烷菌发酵有