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微生物學,課程安排,講授：32學時 實驗：20學時 自學：4學時 成績構成 理論考試（機考）：45 % 平時成績：考勤（5%）+課程論文（20%） 實驗成績：30 %,21,課程開始前,我們在一個被大量微生物包圍著的環(huán)境中 空氣 水體 食品 …… 微生物無處不在 Microorganisms are ubiquitous,31,41,一些數字,每個噴嚏的飛沫含4500-150000個細菌，重感冒患者為8500萬； 全世界海洋中微生物的總重量約280億噸 細菌數億/g土壤，土壤中的細菌總重量估計為：1.0034 × 1016 噸 人體腸道內菌體總數達100萬億個左右（人體細胞數量50萬億） 新鮮葉子表面微生物數量達100多萬個/g,51,微生物既是人類的敵人，更是人類的朋友！,時時刻刻與微生物“共舞”是 禍？是 福？,61,微生物是自然界物質循環(huán)的關鍵環(huán)節(jié)；,微生物是人類的朋友,71,體內的正常菌群是人及動物健康的基本保證；幫助消化、提供必需的營養(yǎng)物質、組成生理屏障,微生物可以為我們提供很多有用的物質；有機酸、酶、各種藥物、疫苗、奶酪、啤酒、醬油等,基因工程為代表的現代生物技術。,81,少數微生物也是人類的敵人,鼠疫,艾 滋 病,91,埃博拉病毒,101,本章主要內容,一、微生物概述 二、微生物多樣性 三、微生物的重要性 四、微生物學的研究內容與成就 五、顯微鏡下的微生物,111,1.1 微生物概述,1.1.1 什么是微生物 1.1.2 生物中哪些是微生物 1.1.3 微生物的特點,121,1.1.1 什么是微生物,微生物(microbe，microorganism) ，是對所有形體微小、單細胞或個體結構較為簡單的多細胞，甚至無細胞結構的低等生物的總稱。 或簡單地說是對人們肉眼看不見的細小的生物的總稱。 微生物是指大量的、極其多樣的、不借助顯微鏡看不見的微小生物類群的總稱。,131,1.1.1 什么是微生物,微生物通常包括病毒、亞病毒（類病毒、擬病毒、朊病毒）、具原核細胞結構的細菌、古菌以及具真核細胞結構的真菌（酵母、霉菌、蕈菌等）、原生動物和單細胞藻類，它們的大小和特征見表1.1所示。,141,表1.1 微生物形態(tài)、大小和細胞類型,151,1.1.2 生物中哪些是微生物,161,1.1.2 生物中哪些是微生物,171,1.1.3 微生物的特點,體積小，比表面積大 吸收多，轉化快（代謝能力強） 生長旺，繁殖快 適應強，易變異 分布廣，種類多,181,,,191,,,,201,體積小，比表面積大,比表面積(Surface to Volume Ratio) 營養(yǎng)物質吸收、代謝廢物排泄、環(huán)境信息交換,211,對比表面分割后的變化,221,吸收多,轉化快,大腸桿菌每小時可分解其自重1000-10,000倍的乳糖 Candida utilis （產朊假絲酵母）比大豆強100倍的蛋白質合成能力 微生物的高呼吸速率,231,生長旺,繁殖快,E.coli：12.5—20 min/次分裂 以20min/次計算，請計算每天可產生多少子細胞？ 液體培養(yǎng)物細菌濃度一般僅為108-109CFU/mL 為什么？ 對于發(fā)酵工業(yè)的實踐意義 生產效率高 發(fā)酵周期短,241,適應強,易變異,靈活的適應性或代謝調節(jié)機制 蛋白質分子的數量 E. coli 分子中能容納20萬-30萬個蛋白質分子，2000-3000種執(zhí)行不同生理功能的蛋白質 極端環(huán)境的適應能力 極端環(huán)境 ???????????????????? 低變異頻率,251,分布廣, 種類多,無孔不入，隨遇而安 微生物的種類多樣性 生物多樣性的保護--微生物資源學,261,1.2 微生物多樣性,一、微生物的形態(tài)與結構多樣性 二、微生物的代謝多樣性 三、微生物的遺傳與變異多樣性 四、微生物的抗性多樣性 五、微生物的種類多樣性 六、微生物的生態(tài)分布多樣性,271,1.2.0 微生物的共性,絕大部分微生物的遺傳信息都是由DNA鏈上的基因所攜帶，除少數特例外，其復制、表達與調控都遵循中心法則。 微生物的初級代謝途徑如蛋白質、核酸、多糖、脂肪酸等大分子物質的合成途徑基本相同。 微生物的能量代謝都以ATP作為能量載體,281,1.3 微生物的重要性,農業(yè) 環(huán)境 能源 醫(yī)藥 食品,291,1.3 微生物的重要性-農業(yè),土壤的形成及其肥力的提高有賴于微生物的作用。 農產品的加工、貯藏--利用有益的微生物或是抑制有害微生物。 綠色農業(yè)或有機農業(yè)、綠色食品都離不開微生物的作用。防病、防蟲害、供肥。,301,1.4 微生物學的研究內容與成就,1.4.1 微生物學的基本內容 1.4.2 微生物學發(fā)展簡史 主線 重大事件,311,1.4.1微生物學的基本內容,①微生物細胞的結構和功能，研究細胞的構建及其 能量、物質、信息的運轉； ②微生物的進化和多樣性，研究微生物的種類，它們之間的相似性和區(qū)別，以及微生物的起源； ③生態(tài)學規(guī)律，研究不同微生物之間以及它們同環(huán)境之間的相互作用； ④微生物同人類的關系。,321,1.4.1微生物學的基本內容,,331,認識微生物的四大障礙,個體過于微小 群體外貌不顯 種間雜居混生 形態(tài)與作用后果難以認識,341,微生物學的發(fā)展主線,,351,史前期（約8000年前-1676年）,進展 古中國的制曲、釀酒技術 《天工開物》、《齊民要術》、《東坡酒經》 特點 視而不見 臭而不聞 觸而不覺 食而不察 得其益而不感其好 受其害而不知其惡,361,初創(chuàng)期（1676-1861）,進展 形態(tài)描述，Antony van Leeuwenhoek，1632-1723，十七世紀最偉大的業(yè)余科學家 只上過中學的布店學徒工 英國皇家學會會員Member of Royal Society 巴黎科學院通訊院士,371,Antony van Leeuwenhoek,381,奠基期（1861-1897）,進展 生理水平的研究，微生物生理學的研究 微生物學奠基人：巴斯德 細菌學奠基人：科赫,391,巴斯德對人類的貢獻 （1822－1895）,奠定微生物學理論，開創(chuàng)新的微生物學科 否定“自然發(fā)生說”（曲頸瓶實驗） Preventative vaccination－Immunology Fermentation caused by Microorganisms，解決了當時生產中提出的許多難題。 創(chuàng)造一些微生物學實驗方法 巴氏消毒法：60－65℃, 30min,401,Louis Pasteur, one of the greatest scientists of the nineteenth century,The Spontaneous Generation Experiment,科赫的主要貢獻－細菌學家,病原學的研究 炭疽病菌 肺結核病病原菌 病原菌的尋找與分離：1870s－1920s 科赫法則 微生物學基本操作技術 固體培養(yǎng)基的使用 培養(yǎng)基的配制 細菌的染色方法,431,Robert Koch,1、 在每一相同病例中都出現這種微生物； 2 、要從寄主分離出這樣的微生物并在培養(yǎng)基中培養(yǎng)出來； 3、用這種微生物的純培養(yǎng)接種健康而敏感的寄主，同樣的疾病會重復發(fā)生； 4 、從試驗發(fā)病的寄主中能再度分離培養(yǎng)出這種微生物來。,證明某種微生物是否為某種疾病病原體的基本原則 ——著名的柯赫原則,451,發(fā)展期（1897-1953）,開創(chuàng)了微生物生化的研究 沒有酵母的酒精發(fā)酵 Discovery of cell-free fermentation 德國E. Buchner,461,Fleming-Sir-Alexander,成熟期（1953- ）,進展 分子生物學水平的研究,James D. Watson (left) and Francis Crick propose a double- helical structure for DNA,481,微生物學的發(fā)展前沿,微生物基因組學(功能基因組學) 微生物生態(tài)學 環(huán)境微生物學 細胞微生物學 微生物生命現象的特性和共性 微生物學與其他學科的交叉 微生物產業(yè)的全新發(fā)展,491,微生物學發(fā)展史的結論,微生物學發(fā)展的歷史 認識微生物的歷史 開發(fā)利用有益微生物的歷史 控制和消滅有害微生物的歷史。 微生物是一把雙刃劍,501,1.4.2 微生物學發(fā)展中的重大事件,511,1.4.2 微生物學發(fā)展中的重大事件,521,1.4.2 微生物學發(fā)展中的重大事件,531,1.4.2 微生物學發(fā)展中的重大事件,541,1.5農業(yè)微生物學--定義,定義 簡言之，農業(yè)微生物學就是研究農業(yè)中的微生物學。 農業(yè)微生物學研究對象 與整個農業(yè)生產鏈條掛鉤的微生物,551,1.5農業(yè)微生物學--任務,認識掌握： 微生物在農業(yè)生產過程中的活動情況與作用規(guī)律； 微生物對農業(yè)生產產生的有利或有害影響；,561,1.5農業(yè)微生物學--內容,微生物的形態(tài)、細胞結構及其功能，微生物的營養(yǎng)、呼吸、物質代謝、生長、繁殖、遺傳與變異等的基礎知識； 與農業(yè)生產密切相關的微生物及其生態(tài)；,571,1.5農業(yè)微生物學--內容,自然環(huán)境中物質循環(huán)與轉化； 微生物學新技術在農業(yè)生產中的應用。,581,1.7 顯微鏡下的微生物,Single Rod (Bacillus),Streptobacillus Arrangement (Note bacilli in chains),591,1.7 顯微鏡下的微生物,Scanning Electron Micrograph of Streptococcus pneumoniae,Electron Micrograph of Neisseria gonorrhoeae, a Diplococcus,601,1.7 顯微鏡下的微生物,（ Penicillium sp ）青霉菌,611,參考書目,教材 袁紅莉. 《農業(yè)微生物學及實驗教程》 北京：中國農業(yè)出版社，2009. 參考書： 周德慶著．微生物學教程． 北京：高等教育出版社，2002. 沈萍主編．微生物學．北京：高等教育出版社，2000. 尼克林著，林稚蘭譯．微生物學．科學出版社，2000. Madigan, Martinko, Parker. Brock Biology of Microorganisms(9th Edition) Prentice Hall，2000.,621,參考書目,馬迪根等著，楊文博等譯．微生物生物學．北京：科學出版社，2001. 陳華癸、樊慶笙主編．微生物學（修定第四版）．北京：農業(yè)出版社，1989. 陳文新主編．土壤和環(huán)境微生物學．北京：北京農業(yè)大學出版社，1989. 武漢大學. 復旦大學生物系微生物教研室編．微生物學（第二版）．北京：高等教育出版社，1987.,631,期刊,微生物學報 微生物學通報 菌物系統(tǒng) 應用與環(huán)境生物學報 Systematic and Applied Microbiology International Journal of Systematic Bacteriology,641,思考題,微生物與所學專業(yè)間的關系.,651,