工业微生物学PPT资料.ppt

1、它们是一些个体微小（一般小于0.1mm）、构造简单的低等生物。纳米比亚嗜硫细菌、费氏刺尾鱼菌（肉眼可以直接看到）现代定义：一般是指绝大多数凭肉眼看不见或看不清，必须借助显微镜才能看见或看清，以及少数能直接通过肉眼看见的单细胞、多细胞和无细胞结构的微小生物的总称。,一、微生物和微生物学的研究范畴,二、微生物的特点及种类,微生物,小（个体微小）,m（微米）级：光学显微镜下可见（细胞）,简（构造简单）,单细胞,简单多细胞,非细胞（即“分子生物”）,n m（纳米）级：电子显微镜下可见（细胞器，病毒）,低（进化地位低）,原核类：细菌（真细菌，古生菌），放线菌，蓝细菌，立克次氏体,衣原体,支原体等,真核类

2、：真菌（酵母菌，霉菌，蕈菌），原生动物，显微藻类,非细胞类：病毒，亚病毒（类病毒，拟病毒，朊病 毒）,1mm=103 m=106 nm=107 分辨率：肉眼:0.1mm；显微镜:0.2 m；电子显微镜:10,细菌数亿/g土壤，土壤中的细菌总重量估计为：10034 10 12 吨,每个喷嚏的飞沫含4500-150000个细菌,二、为什么要学习微生物,每张纸币带细菌：900万个,微生物既是人类的敌人，更是人类的朋友！,时时刻刻与微生物“共舞”,是 福？是祸？,少数微生物也是人类的敌人！鼠疫 艾滋病（AIDS）癌症 肺结核、虐疾、霍乱“卷土重来”。埃博拉病毒 疯牛病 SARS 禽流感,1347年的一

3、场由鼠疫杆菌（Yersinia pestis）引起的瘟疫几乎摧毁了整个欧洲，有1/3 的人（约2500万人）死于这场灾难，在此后的80年间，这种疾病一再肆虐，实际上消灭了大约75%的欧洲人口，一些历史学家认为这场灾难甚至改变了欧洲文化。我国在解放前也曾多次流行鼠疫，死亡率极高。,一种急性出血性传染病，病死率高达到，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，潜伏期为至天,The SARS Coronavirus:,The SARS outbreak of 2003According to the World Health Organization（WHO）,a total of

4、8,098 people worldwide became sick with SARS during the 2003 outbreak.Of these,774 died.,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。,1878年，意大利禽流感，首次爆发：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

5、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。,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。,三、微生物学对人类活动的影响,微生物与医疗保健微生物与农业微生物与工业微生物与能源、生态和环境保护微生物与生物技术,在医疗保健战线上的六大“战役”:外科消毒术的建立；寻找人畜病原菌；免疫防治法的应用；化学治疗剂的发明；抗生素治疗的兴起；用遗传工程和生物工程技术生产生化药物。,根瘤菌的固氮作用；反刍动物的消化过程；微生物在物质循环中的

6、作用；微生物对农业造成的危害等。,六个里程碑:自然发酵与食品、饮料的酿造；罐头保藏；厌氧纯种发酵技术；深层液体通气搅拌培养；代谢调控理论在发酵工业上的应用；生物工程的兴起,1.生物炼制：生物乙醇、生物柴油、生物制氢、沼气发酵、丙酮等生物燃料。2.原油泄漏和生物除污。3.生物环境技术。,利用分子生物学技术改造微生物的代谢特性，再借助发酵工程实现产业化。,四、微生物学发展简史,1.微生物的发现 1.1 影响认识微生物的四大障碍：1.1.1 个体过于微小 1.2.1 群体外貌不显 1.3.1 种间杂居混生 1.4.1 形态与其作用的后果很难被认识,2.微生物发展的五个时期 2.1 史前期：约8000

7、年前-1676 2.2 初创期：1676-1861 2.3 奠基期：1861-1897 2.4 发展期：1897-1953 2.5 成熟期：1953-,2.1 史前时期（直观应用时期）,春秋战国时期 微生物分解有机物质,沤粪积肥。公元二世纪的神农本草经 白僵蚕治病。公元6世纪 后魏的贾思勰 齐民要术 谷物制曲、酿酒、制酱、造醋、腌菜。豆科植物与其它作物轮作,2.2 初创时期（形态学发展时期）,（17世纪下半叶十九世纪中叶）使用显微镜观察微生物世界的时期。代表人物：列文虎克,贡献:（）发现了微生物世界（）科学地描述了微生物的形态并阐述了它们的繁茂性,2.3 奠基时期（生理学发展时期）,十九世纪下

8、叶有关微生物的两个疑难问题：1、生物是自然产生的吗？2、传染性疾病的本质是什么？,新鲜食品,搁置,细菌检定,无细菌,腐败食品,细菌检定,有细菌,由非生命的物质自然发生,自然发生说,（）巴斯德与自然发生学说,法国，化学家，路易斯 巴斯德（Louis Pasteur，18221895）,微生物学的奠基人,巴斯德反驳自然发生说的三个实验,空气,乙醇、醚混合物,棉纤维,沉淀物,检测,第一个实验,第二个实验,加热,营养液,密封,放置,细菌检测,无细菌检出,自然发生说质疑：无机物自然变为生命有机体必须提供新鲜的空气,第三个实验,（）科赫与疾病的病菌说,最早人们认为疾病是由诸如超自然力、被称为瘴毒的毒气以及

9、四种体液（血液、粘痰、黄胆汁、黑胆汁）之间的失调而引起的。,Agostino Bassi（17731856）在1835年证明蚕病是由真菌感染引起的，首先提出微生物可引起疾病。1845年，M.J.Berkeley证明爱尔兰马铃薯枯萎病（Potato Blight of Ireland）是由真菌引起的。之后，巴斯德提出“蚕的微粒子病”是由原生动物寄生虫引起的。,Lister受巴斯德关于微生物在发酵和腐败问题中研究的启发，提出了外科消毒术，消毒所使用的石炭酸可以杀死细菌，同样也可以阻止伤口感染，这一观点为微生物在疾病中的作用提供了间接的证据。,（）科赫与疾病的病菌说,德国，乡村医生，科赫（Rober

10、t Koch，18431910）,细菌学奠基人,直接关系的证明来自于德国医生柯赫对炭疽菌的研究（1876年）,科赫法则1、病原微生物存在于患病动物中,而健康动物中没有；2、该微生物可在离开动物体外纯培养生长；3、当培养物接种易感动物时产生特定的疾病症状；4、该病原微生物可从患病的实验动物中重新分离到,且在实验室能够再次培养,最终具有与原始菌株相同的性状。,柯赫其他主要贡献：建立了纯培养技术（凝固剂和petri dish）,对结核杆菌的分离和观察,首创了抗酸菌染色的Ziehl-Nielsen染色法,结核组织,结核杆菌,发现和分离了引起霍乱的微生物霍乱弧菌，发现了在控制霍乱传播中水过滤的重要性，发

11、表了第一张细菌的显微镜照片。,2.4 发展时期（生物化学水平）,德国人E.Buchner（1897年）用无细胞的酵母菌裂解液中的混合酶对葡萄糖进行了酒精发酵：,酵母细胞,石英砂研磨,过 滤,滤液,葡萄糖,酵母细胞,酒精、CO2,巴斯德提出发酵是由微生物引起；他还发现了厌氧微生物。,Martinus Beijerinck（1851-1931）对微生物领域的最大贡献是提出了富集培养概念。用富集培养技术Beijerinck从土壤和水中分离得到许多纯种微生物，包括好气的固氮菌、硫化细菌、固氮根瘤菌、乳酸菌、绿藻和许多其他微生物。在研究烟草花叶病时，Beijerinck指出感染物（一种病毒）不是细菌，而

12、是寄生到植物细胞中生存的一类微生物；实际上，Beijerinck描绘了病毒学的基本理论。,Sergei Winogradsky（1856-1935）成功的分离了硝化细菌、硫化细菌等和氮、硫化合物循环有关的微生物，提出硝化过程是细菌作用的结果，提出无机化能营养和自养生物的概念。还分离到第一株厌氧固氮菌巴氏固氮梭状芽孢杆菌，提出了细菌固氮作用的概念。可称是土壤微生物学的奠基石。,2.5 成熟时期（分子水平）,始于二十世纪五十年代（电子显微镜的使用和DNA的发现）,从1953年4月25日JWatson和FCrick在英国的自然杂志上发表关于DNA结构的双螺旋模型起，整个生命科学就进入了分子生物学研究

13、的新阶段，同样也是微生物学发展史上成熟期到来的标志。,（1）微生物学从以应用为主的学科，迅速成长为一门十分热门的前沿基础学（2）在基础理论的研究方面，微生物迅速成为分子生物学研究中最主要的对象（3）在应用研究方面，向着更自觉、更有效和可人为控制的方向发展，至70年代初，有关发酵工程的研究已与遗传工程、细胞工程和酶工程等紧密结合，微生物已成为新兴的生物工程中的主角。,遗传学+生物化学+微生物学,该时期，多学科交叉促进微生物学全面发展,微生物遗传学 微生物生理学 分子遗传学,微生物学推动生命科学的发展,同时微生物的其他分支学科也得到迅速发展,使微生物学发展成为生命科学领域内一门发展最快，影响最大、

14、体现生命科学发展主流,a.促进许多重大理论问题的突破,遗传物质基础;基因与酶关系;突变的本质;操纵子学说;PCR;等,b.对生命科学研究技术的贡献,细胞的人工培养；突变体筛选；DNA重组技术和遗传工程,c.微生物与人类基因组计划,作为模式生物促进基因与基因组的功能研究,对生命进行系统地和科学地解码,以达到了解和认识生命的起源,种间和个体间差异的起因,疾病产生的机制,长寿及衰老等生命现象.,基因组学（genomics）：研究整个基因组的所有基因,解码生命,Human Genome Project,HGP,1、体积小，比表面积大,单位：um（10-6 m）或nm（10-9m）,微生物的体积大小,五、微生物的共性,2、吸收多，转化快,人（50kg）5001000g/d地鼠（体重3g）3g/d大肠杆菌 细胞重量2000倍糖/h,奶牛（500kg）合成0.5kg蛋白质/24h微生物细胞 合成自身重量30-40倍的细