高中生物竞赛课件：微生物学—绪论.pptx

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1、第1 1章 绪论1、微生物基因组学研究将全面深入展开微生物基因组研究由模式微生物进一步扩大到其他微生物，特别是与工、农、医及与环境、资源有关的重要微生物。研究种类包括古菌、细菌、真菌、原生生物、藻类和病毒。泛基因组和宏基因组的概念和技术得到更广泛的研究和应用2007年启动的人体微生物组计划引人注目，并将逐步深人，其研究成果将得到广泛应用四、21世纪微生物学发展的特点和趋势2、微生物生态、环境微生物的研究将进入最好时期探讨新的微生物（未培养的、极端环境），传统自然环境污染治理1、微生物基因组学研究将全面深入展开四、21世纪微生物学发展的特点和趋势2、微生物生态、环境微生物的研究将进入最好时期1、

2、微生物基因组学研究将全面深入展开3、微生物自身的特点将会更加受到关注和利用共性：微生物具有其他生物共有的基本生物学特性：生长、繁殖、代谢、共用一套遗传密码等，甚至其基因组上含有与高等生物同源的基因，充分反映了生物高度的统一性。四、21世纪微生物学发展的特点和趋势特性：微生物具有其它生物不具备的生物学特性，例如可在其他生物无法生存的极端环境下生存和繁殖，具有其他生物不具备的代谢途径和功能，反映了微生物极其丰富的多样性。以及微生物的易操作性等特点。四、21世纪微生物学发展的特点和趋势2、微生物生态、环境微生物的研究将进入最好时期1、微生物基因组学研究将全面深入展开3、微生物自身的特点将会更加受到关

3、注和利用 以微生物为研究材料继续对一些基本生命现象进行研究；2010 Synthia2、微生物生态、环境微生物的研究将进入最好时期1、微生物基因组学研究将全面深入展开3、微生物自身的特点将会更加受到关注和利用 以微生物为研究材料继续对一些基本生命现象进行研究；生物进化方面的研究；在微生物基因组上进行的考古 性别分化的意义；基因水平转移-细菌DNA的主动分泌与摄取四、21世纪微生物学发展的特点和趋势四、21世纪微生物学发展的特点和趋势2、微生物生态、环境微生物的研究将进入最好时期1、微生物基因组学研究将全面深入展开3、微生物自身的特点将会更加受到关注和利用 以微生物为研究材料继续对一些基本生命现

4、象进行研究；生物进化方面的研究；性别分化的意义；生物智慧的发展；聪明的黏菌2、微生物生态、环境微生物的研究将进入最好时期1、微生物基因组学研究将全面深入展开3、微生物自身的特点将会更加受到关注和利用以微生物为研究材料继续对一些基本生命现象进行研究生物进化方面的研究；性别分化的意义；生物智慧的发展；生命起源的研究；重要致病菌的特点及其防治；四、21世纪微生物学发展的特点和趋势2、微生物生态、环境微生物的研究将进入最好时期1、微生物基因组学研究将全面深入展开3、微生物自身的特点将会更加受到关注和利用 生物圈边界的重新界定、提供探索生命极限的途径、揭示生命的起源、全面了解和利用生物的多样性 古菌遗传

5、信息传递（包括转录、翻译、复制）与真核生物的极其相似，因而古菌很可能成为了解真核生物，甚至我们人类的遗传信息传递系统的有效模型。4、嗜极细菌和古菌成为新的研究亮点四、21世纪微生物学发展的特点和趋势2、微生物生态、环境微生物的研究将进入最好时期1、微生物基因组学研究将全面深入展开3、微生物自身的特点将会更加受到关注和利用4、嗜极细菌和古菌成为新的研究亮点5、与其他学科实现更广泛的交叉，获得新的发展 “组学”时代是数学、物理、化学、信息、计算机等多种学科交叉的结果 以微生物为研究模式的合成生物学更是一门新兴的交叉学科，它是基因组测序技术、计算机建模及模拟技术、生物工程技术、化学合成技术等现代技术

6、的综合和交叉。21世纪的微生物学还将进一步向地质、海洋、大气、太空渗透，使更多的边缘学科得到发展。四、21世纪微生物学发展的特点和趋势2、微生物生态、环境微生物的研究将进入最好时期1、微生物基因组学研究将全面深入展开3、微生物自身的特点将会更加受到关注和利用4、嗜极细菌和古菌成为新的研究亮点5、与其他学科实现更广泛的交叉，获得新的发展6、微生物产业将呈现全新的局面基因工程菌将造就一批强大的工业生产菌，生产外源基因表达的产物，特别是药物的生产将出现前所未有的新局面，人类将有可能彻底征服癌症、艾滋病以及其他疾病新产品：降解性塑料、DNA芯片、生物能源等崭新的微生物工业，为全世界的经济和社会发展作出

7、更大贡献 四、21世纪微生物学发展的特点和趋势2、微生物生态、环境微生物的研究将进入最好时期1、微生物基因组学研究将全面深入展开3、微生物自身的特点将会更加受到关注和利用4、嗜极细菌和古菌成为新的研究亮点5、与其他学科实现更广泛的交叉，获得新的发展6、微生物产业将呈现全新的局面合成生物学是一门建立在系统生物学、生物信息学等学科基础之上，并以基因组技术为核心的现代生物科学，最终目标是重塑生命。能实现这一目标的先驱者必然是微生物，因为它的基因组最小。通过对微生物遗传物质的合成、设计和精简，遗传元件的标准化和遗传线路的模块化等合成生物学的理念和技术，也必将使我们进一步从分子水平上认识和利用微生物、塑

8、造具有特殊功能的新菌种开辟了一条新的途径。7、合成生物学将促进微生物学的发展四、21世纪微生物学发展的特点和趋势本章主要内容一、微生物与我们二、微生物学的发现和发展三、2020世纪的微生物学四、2121世纪微生物学发展的特点和趋势五、微生物的类群及特点五、微生物的类群及特点微生物病毒原核微生物：细菌、古生菌真核微生物真菌单细胞藻类、原生动物酵母、霉菌蕈菌一切肉眼看不见或看不清的微小生物；个体微小，结构简单，通常要用光学显微镜甚至电子显微镜才能看清楚的生物，统称为微生物。五、微生物的类群及特点微生物病毒原核微生物：真核微生物真菌细菌、古生菌单细胞藻类、原生动物酵母霉菌蕈菌一切肉眼看不见或看不清的

9、微小生物；个体微小，结构简单，通常要用光学显微镜甚至电子显微镜才能看清楚的生物，统称为微生物。五、微生物的类群及特点个体小、结构简、胃口大、食谱广、繁殖快、易培养、数量大、分布广、种类多、级界宽、变异易、抗性强、休眠长、起源早、发现晚五、微生物的类群及特点个 体 小测量单位：微米或钠米杆菌的平均长度：2 2 微米；15001500个杆菌首尾相连=一粒芝麻的长度；10-10010-100亿个细菌加起来重量=1 1毫克；面积/体积比：人=1=1，大肠杆菌=30=30万；这样大的比表面积特别有利于它们和周围环境进行物质、能量、信息的交换。微生物的其它很多属性都和这一特点密切相关。五、微生物的类群及特

10、点结 构 简无细胞结构（病毒）；单细胞；简单多细胞；胃 口 大消耗自身重量20002000倍食物的时间：E.coli：1小时人：500年（按400斤/年计算）五、微生物的类群及特点食谱广微生物获取营养的方式多种多样，其食谱之广是动植物完全无法相比的！纤维素、木质素、几丁质、角蛋白、石油、甲醇、甲烷、天然气、塑料、酚类、氰化物、各种有机物均可被微生物作为粮食五、微生物的类群及特点繁 殖 快E.coliE.coli 一个细胞重约10 10 1212 g g，平均2020 minmin繁殖一代24 h 后：4722366500万亿个后代，重量达4722吨48 h 后：2.2 1043个后代，重量达到

11、2.2 1025 吨相当于4000个地球的重量！一头500 kg的食用公牛，24小时生产 0.5 kg蛋白质，而同样重量的酵母菌，以质量较次的糖液（如糖蜜）和氨水为原料，24小时可以生产 50000 kg优质蛋白质五、微生物的类群及特点易 培 养很多细菌都可以非常方便地进行人工培养！数 量 大在自然界中（土壤、水体、空气，动植物体内和体表）都生存有大量的微生物！分析表明，微生物占地球生物总量的60%60%！五、微生物的类群及特点分 布 广人迹可到之处，微生物的分布必然很多，而人迹不到的地方，也有大量的微生物存在！数十公里的高空（最高为离地8585公里，须用火箭采样）；几千米的地下；强酸、强碱、

12、高热的极端环境；常年封冻的冰川；五、微生物的类群及特点分 布 广五、微生物的类群及特点从永冻冰层分离微生物分 布 广五、微生物的类群及特点南极Vostok湖冰芯样品中的微生物分 布 广五、微生物的类群及特点种 类 多微生物的生理代谢类型多代谢产物种类多微生物的种数“多”虽然目前已定种的微生物只有大约1010万种，远较动植物为少，但一般认为目前为人类所发现的微生物还不到自然界中微生物总数的1%1%五、微生物的类群及特点级 界 宽W W h hi it tt ta ak ke er r的五界分类系统原核生物界原生生物界植物界动物界真菌界五、微生物的类群及特点级 界 宽W W o oe es se

13、e三原界分类系统五、微生物的类群及特点变 异 易个体小、结构简、且多与外界环境直接接触 繁殖快、数量多 突变率：1010-5-5-1010-10-10短时间内产生大量的变异后代青霉素的生产2020单位/mL(1943)/mL(1943)1010万 单位/mLmL青霉素的用量最高：1010万单位/天(4040年代)数百万-千万单位/次五、微生物的类群及特点细菌抗药性的产生五、微生物的类群及特点抗(逆)性强抗热：有些细菌的芽胞，加热煮沸8 8h h才被杀死；自然界中细菌生长的最高温度可以达到12121 1 ；科学家发现一种食铁微生物可在121121度高温下繁殖 科学杂志（Science,Scien

14、ce,Vol.Vol.301,301,Issue Issue 5635,5635,976-978,976-978,August15,2003August15,2003）发表的一篇论文表明，研究人员发现了一种能够在121121度 高温下生存繁殖的食铁微生物。如果微生物会嘲弄别人的话，这种微生物一定会嘲笑那些在上周的欧洲热浪中有诸多抱怨的人们。来自阿姆赫斯特马萨诸塞大学的研究人员Kazem Kazem KashefiKashefi和Derek Derek LovleyLovley发现这种微生物并将之成为“121121株”，目前该微生物还没科学名称。科学家在太平洋深海海床火山口发现这种微生物，该地的

15、温度可以高达400400摄氏度。两位研究人员将121121株放在121121摄氏度的烤箱中，结果发现这种微生物竟然很适合这一温度，菌落大小很快就增大到原来的两倍。这比以前报告的微生物最高生存温度高出8 8摄氏度。LovleyLovley表示，研究这种食铁的121121株微生物可以为我们揭示3535亿年前第一种生命形式演化所处的环境五、微生物的类群及特点抗(逆)性强抗热：有些细菌的芽胞，加热煮沸8 8h h才被杀死；自然界中细菌生长的最高温度可以达到122 122 ；“Strain Strain 121121,”,”thrives thrives at at 121 121 CC and and

16、 can can even even survive survive for for two two hours hours at at 130 130 CC.Extending Extending the the Upper Upper Temperature Temperature Limit Limit for for LifeLife，Science,Science,August August 15,200315,2003，VOL VOL 301301：934934五、微生物的类群及特点抗(逆)性强抗热：有些细菌的芽胞，加热煮沸8 8h h才被杀死；自然界中细菌生长的最高温度可以达到1

17、22 122 ；“Strain Strain 121121,”,”thrives thrives at at 121 121 CC and and can can even even survive survive for for two two hours hours at at 130 C130 C.Extending Extending the the Upper Upper Temperature Temperature Limit Limit for for LifeLife，Science,Science,August August 15,200315,2003，VOL VOL 3

18、01301：934934五、微生物的类群及特点抗(逆)性 强抗热：有些细菌的芽胞，加热煮沸8 8h h才被杀死；自然界中细菌生长的最高温度可以达到12122 2 ；抗寒：有些微生物可以在-1212 -3030的低温生长；抗酸碱：细菌能耐受并生长的pHpH范围：pH 0.5pH 0.51313；耐渗透压：蜜饯、腌制品，饱和盐水（NaCl,NaCl,32%)32%)中都有微生物生长；抗压力：有些细菌可在14001400个大气压下生长；科学家建议寻找地下50公里生命 北京晚报:2002-3-8把E.coli E.coli 放在地下5050公里的超强压力下，它会不会活下来？科学家最近惊奇地发现，答案是

19、肯定的。一些科学家说，这些细菌可以适应如此极端的压力环境，说明生物对环境具有超乎想象的“惊人”适应力。因此人类在其他星球上寻找地外生命时，眼光不能只局限在星球的表面，而应当延伸到压力巨大的地下。照理来说，E.coli 等一般难以在这么高的压力下生存。以前的实验发现，构成生物的蛋白质等基本结构，在如此高的压力下往往会裂解。但美国卡内基学会地球物理研究所夏尔马博士领导的小组在最近出版的美国科学杂志上介绍，在他们的实验中，E.coli E.coli 不仅在极端高压下活了下来，而且还能进行新陈代谢。在实验中，科学家借用了高压物理学实验工具金刚石钻压槽。放入金刚石钻压槽中的E.coli 和另外一种常见细

20、菌，受到了强力的挤压，其承受的压力最高值相当于海平面气压的1.61.6万倍 化学分析显示，在接受压力实验的100100万个细菌中，有1%1%存活了下来，这些幸存者仍然能够完成正常的代谢功能，将甲酸盐转化为二氧化碳和氢气，但是，与此同时，它们也付出了代价，许多幸存的个体已经被挤压得面目全非，而且目前没有迹象表明细菌能够在高压环境中繁殖。近些年来，研究人员陆续在海底火山口旁、两极冰层和地下发现了许多奇异的有机体，这些有机体能够在高温、高放射性、强酸性和极为干燥的环境中生存并繁衍。这次新的研究又将生命的极限做了延伸。夏尔马说，当人类在外太空寻找生命时，应当重新考虑那些从前因为处于高压环境而被忽略的地方，例如木星的深水层或者火星冰盖的下面都可能有生命形式存在。美生物学家提出：“当你认识到有机体能够在压强达上百吨的地下生存并繁衍的时候，生命的极限已经被延伸了，这就预示了像木星或其他重力巨大的行星上存在生命的可能性。五、微生物的类群及特点休眠长世界上最古老的活细菌（芽胞）：2.52.5亿年Nature 407,897-900(2000)Nature 407,897-900(2000)六、微生物的类群及特点五、微生物的类群及特点起 源 早3838亿年前，生命在海洋中出现2626亿年前，陆地上就可能存在微生物发 现 晚300300多年前人们才真正发现微生物的存在