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微生物学 第一章 绪论 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望第一章第一章 绪论绪论一、什么是微生物？微生物通常是指那些微小、简单、肉眼难微生物通常是指那些微小、简单、肉眼难以观察的生物。以观察的生物。英文“微生物”一词“microorganism”，就是在“生物（organism）”词之前加上前缀“非常小（micro）”所构成。微生物并不是一个分类学上的术语，它们主要是根据生物体的大小而被人为地划归在一起的。微生物主要类群微生物主要类群真核生物真核生物真菌、微型藻类、原生动物、真菌、微型藻类、原生动物、和某些寄生蠕虫和某些寄生蠕虫原核生物原核生物细菌、放线菌、蓝细菌细菌、放线菌、蓝细菌和古生菌和古生菌非细胞生物非细胞生物病毒、类病毒和朊病毒病毒、类病毒和朊病毒二、微生物的特点1大多数微生物肉眼难以直接观察大多数微生物肉眼难以直接观察 （microscopic）2微生物通常以独立的增殖单位存在微生物通常以独立的增殖单位存在 （independent units）3微生物结构较不复杂。微生物结构较不复杂。（less complex）4微生物生长快速。微生物生长快速。（rapid growth rates）5微生物几乎无所不在。微生物几乎无所不在。（opmipresent）6.微生物研究使用相同的方法微生物研究使用相同的方法使用微生物的群体进行研究。使用微生物的群体进行研究。使用特殊的无菌技术。使用特殊的无菌技术。微生物类群进行鉴定、培养和研究时所使微生物类群进行鉴定、培养和研究时所使用的技术相似的。用的技术相似的。实际上将互不相关的微生物类群放在一起实际上将互不相关的微生物类群放在一起作为一门独立学科作为一门独立学科-微生物学加以研究，主要微生物学加以研究，主要是根据研究微生物的方法和技术，而不是根是根据研究微生物的方法和技术，而不是根据微生物之间的相关性。据微生物之间的相关性。三、微生物在生命世界的位置三、微生物在生命世界的位置（a原核生物界原生生物界植物界真菌界动物界共同祖先细菌域古生菌域真核生物域（ba 生物五界分类系统图示原核生物界原生生物界植物界真菌界动物界共同祖先细菌域古生菌域真核生物域（b原核生物界原生生物界真菌界原核生物界原生生物界植物界真菌界动物界共同祖先细菌域古生菌域共同祖先细菌域古生菌域真核生物域生物三域分类系统图示四、微生物的分类四、微生物的分类 微生物的系统分类单元遵循林耐建立的系统分类单元，自微生物的系统分类单元遵循林耐建立的系统分类单元，自上而下依次可分七级，即：上而下依次可分七级，即：界界Kingdom，门门Phylum，纲纲Class，目目Order，科科Family，属属Genus，种种Species。必要时每一级都还可有若干辅助单元，故共可有十余级必要时每一级都还可有若干辅助单元，故共可有十余级。所有细胞微生物的种名均遵守林耐制所有细胞微生物的种名均遵守林耐制定的拉丁双名法，即一个种的学名用拉丁定的拉丁双名法，即一个种的学名用拉丁词或拉丁化的词组成，应排成斜体字。根词或拉丁化的词组成，应排成斜体字。根据双名法的规则，学名通常由一个属名加据双名法的规则，学名通常由一个属名加一个种的加词构成。出现在分类学文献中一个种的加词构成。出现在分类学文献中的学名，在此两者之后往往还加上定名人，的学名，在此两者之后往往还加上定名人，但在一般使用时，定名人部分经常是省略但在一般使用时，定名人部分经常是省略的。的。例例1：大：大肠肠埃希氏菌（即大埃希氏菌（即大肠肠杆菌）杆菌）Escherichia coli（Migula）CastellanietChalmers例例2：黄曲霉菌：黄曲霉菌Aspergillus flavus例例3：粟酒裂殖酵母：粟酒裂殖酵母Schizosaccharomyces pombe当微生物名称是一个亚种（当微生物名称是一个亚种（subspecies，简称，简称“subsp”，排正体字）或变种（，排正体字）或变种（variety，简称，简称“var”，排正体字）时，学名就应按排正体字）时，学名就应按“三名法三名法”构成，即：构成，即：例1：苏云金芽孢杆菌蜡螟亚种Bacillus thuringiensissubspgalleria例2：酿酒酵母椭圆变种Saccharomyces cerevisiaevarellipsoideus 当一个微生物种名在一篇文章或著作中反复出当一个微生物种名在一篇文章或著作中反复出现时，常常可以对学名进行省略。属及以上分类现时，常常可以对学名进行省略。属及以上分类单位的名称不能省略，只有种名可省略。当它在单位的名称不能省略，只有种名可省略。当它在有关文章或资料中首次出现时，不能省略，必须有关文章或资料中首次出现时，不能省略，必须写全，以后均可省略。省略时，只能简略种名中写全，以后均可省略。省略时，只能简略种名中的属名，种加词不能省略。的属名，种加词不能省略。如如 Escherichia coli，E.coli（大肠杆菌），（大肠杆菌），但是这种省略也要遵循一定的原则。但是这种省略也要遵循一定的原则。五、微生物学研究范围五、微生物学研究范围微生物学就是研究微生物的科学，其研究范微生物学就是研究微生物的科学，其研究范围包括微生物的多样性、微生物的生命活动围包括微生物的多样性、微生物的生命活动规律及其对人类社会经济活动的影响。规律及其对人类社会经济活动的影响。六、微生物学的重要性与社会需求六、微生物学的重要性与社会需求微生物与人类和动物健康及疾病密切相关微生物与人类和动物健康及疾病密切相关微生物在工业生产中有很多应用微生物在工业生产中有很多应用 微生物对农业生产有着很大的影响微生物对农业生产有着很大的影响 微生物学促进了生物学的发展微生物学促进了生物学的发展 微生物作为模式生物具有如下优点：（1）微生物具有相对不复杂的结构；（2）微生物培养成本低、群体数量大，易于获得统计学上可信度高的结果；（3）微生物生长速度快，倍增时间短，极大缩短了世代培养研究所需周期。微生物学发展史上的重大事件1546Fracastoro1546Fracastoro提出不可提出不可提出不可提出不可见见到的生物引起疾病到的生物引起疾病到的生物引起疾病到的生物引起疾病1676Leeuwenhoek1676Leeuwenhoek发现发现了了了了“animalcules”“animalcules”1765-1776Spallanzani1765-1776Spallanzani反反反反驳驳自然自然自然自然发发生生生生说说1786Muller1786Muller提出了第一个提出了第一个提出了第一个提出了第一个细细菌分菌分菌分菌分类类1798Jenner1798Jenner介介介介绍绍了牛痘疫苗了牛痘疫苗了牛痘疫苗了牛痘疫苗183818381839Schwann&Schleiden1839Schwann&Schleiden提出了提出了提出了提出了细细胞理胞理胞理胞理论论1857Pasteur1857Pasteur证证明了乳酸明了乳酸明了乳酸明了乳酸发发酵是由微生物引起的酵是由微生物引起的酵是由微生物引起的酵是由微生物引起的1861Pasteur1861Pasteur用曲用曲用曲用曲颈颈瓶瓶瓶瓶实验证实验证明微生物非自然明微生物非自然明微生物非自然明微生物非自然发发生，推翻生，推翻生，推翻生，推翻 了争了争了争了争论论以久的以久的以久的以久的“自生自生自生自生说说”1864Pasteur1864Pasteur建立了巴氏消毒法建立了巴氏消毒法建立了巴氏消毒法建立了巴氏消毒法18671869Lister创立了消毒外科，并首次成功的立了消毒外科，并首次成功的进行行了石炭酸消毒了石炭酸消毒实验Miescher发现核酸核酸18761877Koch证明了炭疽病由炭疽杆菌引起明了炭疽病由炭疽杆菌引起1881Koch等首等首创用明胶固体培养基分离用明胶固体培养基分离细菌，巴斯德菌，巴斯德制制备了炭疽菌苗了炭疽菌苗1882Koch发现结核杆菌核杆菌(Mycobacterium tuberculosis)1883Koch首次首次发表表Koch氏法氏法则。Metchnikoff阐述了述了吞噬作用。建立高吞噬作用。建立高压蒸汽蒸汽灭菌和革菌和革兰氏染色法氏染色法1884Pasteur研究狂犬病疫苗成功，开研究狂犬病疫苗成功，开创了免疫学了免疫学1887RichardPetri1887RichardPetri发发明了双明了双明了双明了双层层培养皿培养皿培养皿培养皿1889Winogradsky1889Winogradsky发现发现硫循硫循硫循硫循环环和硝化和硝化和硝化和硝化细细菌。菌。菌。菌。BeijerinckBeijerinck首次分离根瘤菌首次分离根瘤菌首次分离根瘤菌首次分离根瘤菌1890VonBehring1890VonBehring制制制制备备抗毒素治抗毒素治抗毒素治抗毒素治疗疗白喉和破白喉和破白喉和破白喉和破伤风伤风18911891SternbergSternberg与巴斯德同与巴斯德同与巴斯德同与巴斯德同时发现时发现了肺炎了肺炎了肺炎了肺炎链链球菌球菌球菌球菌18951895IvanowskyIvanowsky提供烟草花叶病是由病毒引起的提供烟草花叶病是由病毒引起的提供烟草花叶病是由病毒引起的提供烟草花叶病是由病毒引起的证证据；据；据；据；BordetBordet发现发现互互互互补补 现现象象象象18961896BchnerBchner用无用无用无用无细细胞存在的酵母菌抽提液胞存在的酵母菌抽提液胞存在的酵母菌抽提液胞存在的酵母菌抽提液对对葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖进进行酒精行酒精行酒精行酒精发发酵成功酵成功酵成功酵成功18991899RossRoss证实疟证实疟疾病原菌由蚊子疾病原菌由蚊子疾病原菌由蚊子疾病原菌由蚊子传传播播播播19091910Ricketts19091910Ricketts发现发现立克次氏体；立克次氏体；立克次氏体；立克次氏体；EhrlichEhrlich首次合成治首次合成治首次合成治首次合成治梅毒的化学治梅毒的化学治梅毒的化学治梅毒的化学治疗剂疗剂1928Griffith发现细菌菌转化化1929Fleming发现青霉素青霉素1935Stanley首次提首次提纯了烟草花叶病毒，并了烟草花叶病毒，并获得了它得了它的的“蛋白蛋白质结晶晶”1943Luria和和Delbck用波用波动实验证明明细菌噬菌体的抗菌噬菌体的抗性是基因自性是基因自发突突变所致；所致；Chain和和Flory形成青霉素工形成青霉素工业化生化生产的工的工艺1944Avery等等证实转化化过程中程中DNA是是遗传信息的信息的载体；体；Waksman发现链霉素霉素19461947Lederberg和和Tatum发现细菌的接合菌的接合现象、象、基因基因连锁现象象1949Enders、Robbins和和Weller在非神在非神经的的组织培养培养中，培养脊髓灰中，培养脊髓灰质炎炎病毒成功病毒成功19521952HersheyHershey和和和和ChaseChase发现发现噬菌体将噬菌体将噬菌体将噬菌体将DNADNA注入宿主注入宿主注入宿主注入宿主细细胞；胞；胞；胞；LederbergLederberg发发明了影印培养法；明了影印培养法；明了影印培养法；明了影印培养法；ZinderZinder和和和和LederbergLederberg发现发现普遍性普遍性普遍性普遍性转导转导WatsonWatson和和和和CrickCrick提出提出提出提出DNADNA双螺旋双螺旋双螺旋双螺旋结结构构构构19561956UmbargerUmbarger发现发现反反反反馈馈阻遏阻遏阻遏阻遏现现象象象象19611961JocobJocob和和和和MonodMonod提出基因提出基因提出基因提出基因调节调节的操的操的操的操纵纵子模型子模型子模型子模型19611966Holley19611966Holley、KhoranaKhorana、NirenbergNirenberg等等等等阐阐明明明明遗传遗传 密密密密码码19691969EdelmanEdelman测测定了抗原蛋白定了抗原蛋白定了抗原蛋白定了抗原蛋白质质分子的一分子的一分子的一分子的一级结级结构构构构19701972Arber19701972Arber、NathansNathans和和和和SmithSmith发现发现并提并提并提并提纯纯了了了了限制性内切限制性内切限制性内切限制性内切酶酶；TeminTemin和和和和BaltimoreBaltimore发现转录酶发现转录酶1973Ames建立建立细菌菌测定法定法检测致癌物；致癌物；Cohen等首次将重等首次将重组质粒粒转入大入大肠杆菌中杆菌中获得成功得成功1974Khler和和Milstein建立生建立生产单克隆抗体的技克隆抗体的技术1977Woese提出古生菌是有不同于提出古生菌是有不同于细菌和真核生物菌和真核生物的特殊的特殊类群；群；Sanger首次首次对X174噬菌体噬菌体DNA进行了全行了全序列分析序列分析19821983Cech和和Altman发现具有催化活性的具有催化活性的RNA（ribozyme）；）；McClintock发现的的转座因子座因子获得公得公认；Prusiner发现朊病毒（病毒（prion）19831984Gallo19831984Gallo和和和和MontagnierMontagnier分离和分离和分离和分离和鉴鉴定人免疫定人免疫定人免疫定人免疫缺陷病毒；缺陷病毒；缺陷病毒；缺陷病毒；MullisMullis建立建立建立建立PCRPCR技技技技术术19881988DeisenhoferDeisenhofer等等等等发现发现并研究并研究并研究并研究细细菌的光合色素菌的光合色素菌的光合色素菌的光合色素19951995第一个独立生活的生物（流感嗜血杆菌）全基因第一个独立生活的生物（流感嗜血杆菌）全基因第一个独立生活的生物（流感嗜血杆菌）全基因第一个独立生活的生物（流感嗜血杆菌）全基因序列序列序列序列测测定完成定完成定完成定完成19961996第一个自养生活的古生菌基因第一个自养生活的古生菌基因第一个自养生活的古生菌基因第一个自养生活的古生菌基因组测组测定完成定完成定完成定完成19971997第一个真核生物（啤酒酵母）基因第一个真核生物（啤酒酵母）基因第一个真核生物（啤酒酵母）基因第一个真核生物（啤酒酵母）基因组测组测序完成序完成序完成序完成20002000霍乱弧菌基因霍乱弧菌基因霍乱弧菌基因霍乱弧菌基因组测组测序完成序完成序完成序完成与微生物学有关的与微生物学有关的与微生物学有关的与微生物学有关的诺贝尔诺贝尔生理或医学生理或医学生理或医学生理或医学奖奖NobelPrizeinPhysiologyorMedicineNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1901190119991999之之之之间间有有有有3939项项。总总人数：人数：人数：人数：7777人人人人 美国美国美国美国4646人，英国人人，英国人人，英国人人，英国人1111人，法国人人，法国人人，法国人人，法国人77人，德国人人，德国人人，德国人人，德国人66人，瑞士人人，瑞士人人，瑞士人人，瑞士人 4 4人，澳大利人，澳大利人，澳大利人，澳大利亚亚人人人人22人，意大利人人，意大利人人，意大利人人，意大利人11人人人人 19451945年，青霉素的年，青霉素的年，青霉素的年，青霉素的发现发现与与与与发发展展展展 19521952年，年，年，年，链链霉素的霉素的霉素的霉素的发现发现与与与与发发展展展展 19531953年，碳水化合物在年，碳水化合物在年，碳水化合物在年，碳水化合物在细细胞中的代胞中的代胞中的代胞中的代谢谢 19581958年，微生物年，微生物年，微生物年，微生物遗传遗传的生物化学研究的生物化学研究的生物化学研究的生物化学研究 19591959年，年，年，年，DNADNA和和和和RNARNA的的的的发现发现与合成机理与合成机理与合成机理与合成机理 1962年，年，DNA结构的构的测定定1965年，年，细胞中基因活性的胞中基因活性的调节研究研究1969年，年，细胞病毒感染的机理研究胞病毒感染的机理研究1984年，年，单克隆抗体技克隆抗体技术的的发展，免疫学研究展，免疫学研究1997年，年，朊病毒的研究病毒的研究1999年，蛋白年，蛋白质在在细胞中的移胞中的移动和定位机理研究和定位机理研究1、感性认识阶段（史前期）（约、感性认识阶段（史前期）（约800年前年前1676）七、微生物的发现与微生物学发展七、微生物的发现与微生物学发展 2 2、形态学描述阶段、形态学描述阶段 初创期（初创期（16761861）法国科学家巴斯德法国科学家巴斯德（Louis Pasteur，1822-1895）彻底否定了自然发生说证实发酵由微生物引起发明了狂犬病毒减毒疫 苗制备方法 发明巴氏消毒法3 3、生理水平研究阶段、生理水平研究阶段 奠基期奠基期（18611897）发明培养基并用其纯化微生物等一系列研究方法的创立证实炭疽病因 炭疽杆菌发现结核病原菌结核杆菌科赫法则德国微生物学家柯赫（Robert Koch，1843-1910）划线法获得单菌落 科赫定理图示单菌落4 4、生化水平研究阶段、生化水平研究阶段,发展期发展期（18971953）德国科学家布赫纳（1897年）：酵母菌无细胞压榨汁将葡萄糖发酵成酒精英国科学家弗莱明（1929年）：发现了世界上第一个抗生素-青霉素 J.D.Waston,H.F.C.CrickJ.D.Waston,H.F.C.Crick发现发现DNADNA双螺旋模（双螺旋模（19531953年）年）5 5、分子生物学水平研究阶段、分子生物学水平研究阶段,成熟期成熟期（1953至今）微生物具备生命现象的特性和共性，将是微生物具备生命现象的特性和共性，将是21世世纪进一步解决生物学重大理论问题，纪进一步解决生物学重大理论问题，如生命起源如生命起源与进化，物质运动的基本规律与进化，物质运动的基本规律等，和实际应用问等，和实际应用问题，如题，如新的微生物资源的开发利用，能源、粮食新的微生物资源的开发利用，能源、粮食等的最理想的材料。等的最理想的材料。2121世纪微生物学展望世纪微生物学展望参考文献:1.沈萍.微生物学,北京：高等教育出版社，20002.周德庆.微生物教程,第2版北京：高等教育出版社，20023.黄秀梨.微生物学 第2版.北京：高等教育出版社，20014.诸葛健.李华钟.微生物学第一版北京：科学出版社，20045.Prescott LM.等著.微生物学第5版 沈萍等译，北京：科学出版社，20006.Prescott LM,Harley JP,and Klein DA.Microbiology(5th ed.),Higher education press and McGraw-Hill Companies,Inc.20027.Michael TM,John MM,Jack P.Brock biology of micoorganisms，International edition,Pearson Education,Inc.20038.Gregory N.Stephanopoulos,Aristos A.Aristidou,Jens Nielsenz 著,代谢工程原理与方法.赵学明 白冬梅，等译.化学工业出版社，2003 9.Talaro K.P.Foundations in microbiology(Fifth Edition),Higher education press and McGraw-Hill Companies,Inc.200510.RM特怀曼著高级分子生物学要义陈淳等译，北京：科学出版社，2000