微生物学

微生物学

绪论

教学目的和要求: 通过本章的课堂教学，引导学生走进微生物世界，了解微生物是什么？做什么？以及它们与人类的特殊关系；明确微生物学作为一门独立学科在生命科学发展中的重要作用和地位；展望未来，激发学生的学习兴趣和明确肩负的重任。

教学重点、难点: 重点：微生物学的发展史和微生物的五大共性

难点：微生物学的发展史

一、微生物学概述

1 微生物：是一类结构简单、进化地位低下、形体微小、肉眼看不见或看不清楚的生物的总称。

2 微生物的类群

非细胞型生物：病毒、类病毒、朊病毒、拟病毒

细胞型生物

原核生物：细菌、放线菌、蓝细胞、支原体等

真核生物：真菌（霉菌、酵母菌）、藻类等

3.微生物的特点：

个体小(size is small): ≥ 0.2 μm 原核、真核生物，光学显微镜下可见

< 0.2 μm 非细胞生物，电镜下可见（病毒，亚病毒）

结构简单(structure is simple) 单细胞：酵母、细菌、支原体、衣原体、立克次氏体、蓝细菌、原生动物、藻类、放线菌

多细胞：霉菌

非细胞：病毒、类病毒、拟病毒、朊病毒

进化低(evolution is low)

4．微生物在生物界的地位

二、微生物学的发展史

1．微生物学：微生物学是生物学的分支学科之一，它是研究各类微小生物，如细菌、放线菌、真菌、病毒、立克次氏体、枝原体、衣原体、原生动物以及藻类等的形态、生理、生物化学、分类和生态的科学。

2．微生物学的发展史：

根据特点和研究水平分为5个时期：史前期、初创期、奠基期、发展期、成熟期

史前期：

1676年以前未发现微生物个体尤其是细菌细胞的漫长时期

特点:微生物的应用和防治方面，如谷酒、果酒酿造和面包烘制，中国、埃及走在前列

初创期 1676年－1861年近200年历史

始于1676年荷兰的列文虎克(leewenhock)用自制的显微镜看到称之为“微动体”的细菌，止于法国的巴斯德（pastur）通过曲颈瓶实验推翻了生命的自然发生说(spontaneous generation：生物由无机物自发产生)，创立种胚学说（germ theory）

代表人物：荷兰的列文虎克

特点（荷兰的列文虎克的主要成就）：显微镜的发明，419架，最大放大倍数为266倍

首次发现细菌

发表了论文约400篇

奠基期－1897年

始于1861 年法国的巴斯德（pastur）通过曲颈瓶实验推翻了生命的自然发生说(spontaneous generation：生物由无机物自发产生)，创立种胚学说（germ theory），止于1897年德国人 E.Buchner发现“酒化酶”

代表人物：法国的巴斯德（pastur,被称为微生物学的奠基人），德国的柯赫（Koch，被称为细菌学的奠基人）

特点：a 一系列研究方法赫技术的建立：巴氏消毒法，过滤除菌，预防疾病的接种，外科消毒术，柯赫氏法则（证病律）

b 借助于良好的方法开创了寻找病原微生物的黄金时代－第一个“淘金热”

c 微生物学的研究从形态描述到生理学研究的水平

d 开始客观地以辩证唯物主义的“实践－理论－实践”的思想指导科学实验（从实践中总结规律，用于指导实践）

e 分支学科形成，如细菌学，酿造学，植物病理学，土壤微生物学

发展期 1897年－1953年

始于1897年德国人 E.Buchner利用石英砂磨后酵母无细胞滤液把葡萄糖发酵生产酒精和CO2，他把这种能发酵的蛋白质称为“酒化酶”标志着微生物学的研究进入生化水平

特点：a 微生物学的研究进入生化水平，维生素、抗生素、酶、基因（一个基因一个酶学说的提出，基因连锁，有性生殖、细菌质粒F因子的发现）

b 应用分支学科的形成：抗生素学

c 微生物学的第二个“淘金热”－寻找各种有益代谢物：维生素、抗生素、酶

d 分支学科开始综合形成普通微生物学

e 各学科相互渗透、相互促进，如遗传学、生物化学，16人次获诺贝尔奖

成熟期 1953年－

1953年J.D.Watson和H.C. Crick提出了DNA的双螺旋模型，从而将微生物学的研究推进到分子生物学的水平

特点：a 微生物学称为热门的前沿学科

b 称为分子生物学的主要研究对象，从分子水平研究生命活动规律（大分子结构、功能，生理生化的过程及其机制，生物进化）

c 应用方面更主动控制条件，充分利用微生物的活动格拉茨为人类服务 24人12次获诺贝尔奖

3．Important Persons in Microbiology History 1684 Antonie van Leeuwenhoek (discovery of bacteria)

1857-1864 Louis Pasteur (lactic acid fermentation, yeast alcohol fermentation, spontaneous generation theory)

1881-1884 Robert Koch (pure culture, cause of tuberculosis, Koch’s postulates, cause of (霍乱) cholera） 1889 Martinus Beijerinck (concept of a virus)

1929 Alexander Fleming (discovery of penicilin)

1953 James Watson, Francis Crick (DNA structure) 1983 Luc Montagnier (discovery of HIV)

三、微生物学的应用

(一)微生物的作用

众所共知，当前人类正面临着多种危机，诸如粮食危机、能源匮乏、生态恶化和人口爆炸等。人类进入 21 世纪后，将遇到从利用有限的矿物资源时代过渡到利用无限的生物资源时代而产生的一系列的新问题。由于微生物具有五大特点，使得它们能够在解决人类面临的各种危机中发挥其不可替代的独特作用，现分述如下：

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。

2 ．微生物与能源

当前，化学能源日益枯竭问题正在严重地困扰着世界各国。微生物在能源生产上有其独特的优点：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（黄原胶：水溶性胶体多糖，具增粘、稳定、互溶等优良特性，用它作为注水增稠剂，注入油层驱油；也可作为钻井粘滑剂，同时可脱去石油中的石蜡，改善成品的品质）；⑤研制微生物电池使之实用化。

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。这些产品除了传统的乙醇、丙醇、丁醇、乙酸、甘油、乳酸、苹果酸等外，还可生产水杨酸、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 ），等等。由于发酵工程具有代谢产物种类多、原料来源广、能源消耗低、经济效益高和环境污染少等优点，故必将逐步取代目前需高温、高压、能耗大和“三废”严重的化学工业。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。