微生物讲义

电子讲义- 第一章绪论[中文]教学大纲一、微生物学是一门实验手段较强的学科，本课程共56学时，24学时的实验，12-19周。

在成绩考核中，理论60%＋实验30%+平时成绩10%。

二、纪律要求：课堂纪律大家都很清楚，需强调一下出勤纪律，凡无故缺席一次扣5分，凡无故早退、迟到一次扣1分，当10分扣完后，再出现无故缺席、早退、迟到的就取消考试资格。

三、提问：谈谈对微生物或微生物学的认识？学完本课程后再比较一下今天的答案就知道自己是否有收获，大家涌跃一点，对答案我不作评价，在以后的不断学习中大家再丰富自己的答案。

（提出问题的理由：上课前，调查同学们得知，认为微生物很高深，很难学，因为他们的微生物知识太少，发以前学过生物，也限于动物、植物、或人（生理卫生），微生物可能知道两个名词而已，但是微生物给人的关系密切，如病毒、细菌之类的名词，与他们才学的无机、有机化学等不同，这些课在中学有很好的基础了，现在只是深化学习。

而对微生物因为他几乎肉眼不可见，同学们的好奇又使他们比较的兴趣）。

第一章绪论计划学时：2学时重点；微生物学的定义、类群、特点研究对象，微生物学发展的奠基者巴斯德、科赫对微生物学的贡献。

一、微生物概述(一) 什么是微生物微生物是一切不借助显微镜肉眼看不见或看不清的微小生物的总称。

它们都是一些个体微小（一般＜0.1mm）、构造简单（单细胞、简单多细胞、非细胞）的低等生物。

包括：2、20世纪70年代末，C.R.Woese等人提出三域学说：细菌域、古细菌域和真核生物域。

16S rRNA、18S rRNA序列来进行划分的。

认为生物的发展不是一个简单的由原核生物发展到更为复杂的真核生物的过程，生物界明显存在3个发展不同的基因系统。

这三个类型都是由一个尚不明确的始祖生物大约在35亿年前各自发展起来的。

微生物不是生物分类系统中的一个类群，它是微小生物的总称，涵盖全部真细菌、古细菌和真核生物中的部分真菌、单细胞藻类和原生动物，以及非细胞生物病毒。

(三) 微生物的特点1、个体微小，结构简单。

细胞大小以微米和纳米计量。

需用显微镜进行观察。

单细胞、简单多细胞、非细胞的低等生物。

2、生长旺，繁殖快。

至今被人类研究得最透彻的生物E.coli, 在合适的生长条件下，细胞分裂1次仅需12.5- 20min。

若按平均20min分裂1次计，则1h可分裂3次，每昼夜可分裂72次，这时，原初的—个细菌已产生了4 722 366 500万亿个后代，总重约可达4 722t。

若将细菌平铺在地球表面，能将地球表面覆盖。

事实上，由于营养、空间和代谢产物等条件的限制，微生物的几何级数分裂速度充其量只能维持数小时而已。

3、代谢类型多，活性强。

微生物的生理代谢类型之多；是动、植物所大大不及的。

例如：分解地球上贮量最丰富的初级有机物—天然气、石油、纤维素、木质素的能力为微生物所垄断；微生物有着最多样的产能方式，诸如细菌的光合作用，化能合成作用，各种厌氧产能途径等；生物固氮作用；合成各种次生代谢产物；抵抗极端环境的能力；分解氰、酚、多氯联苯等有毒和剧毒物质的能力，等等。

4、分布广泛。

微生物因其体积小、重量轻和数量多等原因，可以到处传播以致达到“无孔不入”的地步，只要条件合适，它们就可“随遇而安”。

地球上除了火山的中心区域等少数地方外，从土壤圈、水圈、大气圈至岩石圈；植物、动物、人体内到处都有它们的踪迹。

有高等生物的地方均有微生物生活，动植物不能生活的极端环境也有微生物存在。

再比如：人体正常微生物区系由微生物组成，多数是细菌，它们存在于与外部环境接触的体腔表面，即皮肤、口腔、胃腔道、阴道、泌尿道。

定居于这些部位的细菌数量巨大，它们是哺乳动物细胞数的10倍（细胞微生物学陈复兴、江学成等主译，北京｜人民军医出版社，2001：10）。

5、种类多，数量多。

迄今为止，人类已描述过的生物总数约200万种。

据估计，微生物的总数约在50万至600万种之间，其中已记载的仅约20万种(1995年)，包括原核生物3500种，病毒4000种，真菌9万种，原生动物和藻类10万种；随着人类对微生物的不断开发、研究和利用，这些数字还在急剧增长。

据报道，当前全球的细菌总数约为5×1030个。

在局部环境中数量多，如每克土壤含微生物几千万至几亿个。

6、易变异，适应性强。

微生物的个体一般都是单细胞、简单多细胞甚至非细胞的，它们通常都是单倍体，加之它们具有繁殖能力快、数量多及与环境直接接触等原因，即使变异的频率十分低(一般为10-5～10-10)，也可在短时间内出现大量变异的后代。

因此，微生物的变异性使其具有极强的适应能力，如抗热性、抗寒性、抗盐性、抗氧性、酸热性、抗压性、抗毒等能力。

二、微生物学研究的主要内容及成就1、研究的基本内容：①微生物细胞的结构和功能，研究细胞的构建及其能量、物质、信息的运转；②微生物进化和多样性，研究微生物的种类，它们之间的相似性和区别，以及微生物的起源；③生态学规律，研究不同微生物之间以及它们同环境之间的相互作用；④微生物同人类的关系。

2、微生物学的主要分枝学科3、研究微生物学的基本方法：（1）显微镜技术（2）无菌技术（3）纯种分离技术（4）纯种培养技术纯种培养技术发展特点：①以固体培养为主，发展到以液体培养为主；②从浅层培养法发展到深层发酵法；③从静止培养法发展到通气搅拌培养法；④从单罐培养发展到连续培养以及多级连续培养；⑤从利用分散的微生物细胞发展到固定化细胞；⑥从利用自然菌种到利用变异菌株以及“工程菌”等等。

4、微生物学的发展（自学P1-3）4.1、微生物学的早期发展1.微生物的发现（微生物形态学的发展）在人们真正看到微生物之前，实际上已经猜想或感觉到它们的存在，甚至人们已经在不知不觉中应用它们。

我国劳动人民已很早就认识到微生物的存在和作用，也是最早应用微生物的少数国家之一。

据考古学推测，我国在8000年以前已经出现了曲蘖酿酒了，4000多年前我国酿酒已十分普遍，而且当时的埃及人也已学会烘制面包和酿制果酒，2500年前我国人民已发明酿酱、醋，知道用曲治消化道疾病。

公元六世纪(北魏时期)，我国贾思勰的巨著"齐民要术"详细地记载了制曲、酿酒、制酱和酿醋等工艺。

公元九世纪到十世纪我国已发明用鼻苗法种痘，用细菌浸出法开采铜。

到了16世纪，古罗巴医生G.Fracastoro才明确提出疾病是由肉眼看不见的生物(living creatures)引起的。

我国明末(1641年)医生吴又可也提出"戾气 "学说，认为传染病的病因是一种看不见的"戾气"，其传播途径以口、鼻为主。

但是真正看见并描述微生物的第一个人是荷兰商人安东·列文虎克(Antony Van Leeuwenhoe k, 1632～1723)，但他的最大贡献不是在商界而是他利用自制的显微镜发现了微生物世界(当时被称之为微小动物)，他的显微镜放大倍数为50～300倍，构造很简单，仅有一个透镜安装在两片金属薄片的中间，在透镜前面有一根金属短棒，在棒的尖端搁上需要观察的样品，通过调焦螺旋调节焦距。

利用这种显微镜，列文虎克清楚地看见了细菌和原生动物。

首次揭示了一个崭新的生物世界--微生物界。

由于他的划时代贡献，1680年被选为英国皇家学会会员。

微生物学发展的奠基者（微生物生理学的发展）继列文虎克发现微生物世界以后的200年间，微生物学的研究基本上停留在形态描述和分门别类的阶段。

直到19世纪中期，以法国的巴斯德(Louis Pasteur)和德国的柯赫(Robert Koch)为代表的科学家才将微生物的研究从形态描述推进到生理学研究阶段，揭露了微生物是造成腐败发酵和人畜疾病的原因，并建立了分离、培养、接种和灭菌等一系列独特的微生物技术，从而奠定了微生物学的基础，同时开辟了医学和工业微生物等分支学科。

巴期德（法）和柯赫（德）是微生物学的奠基人。

巴斯德巴斯德原是化学家，曾在化学上作出过重要的贡献，后来转向微生物学研究领域，为微生物学的建立和发展作出了卓越的贡献。

主要集中在下列三方面。

(1)彻底否定了"自然发生"学说自生说"是一个古老的学说，认为一切生物是自然发生的。

到了17世纪，虽然由于研究植物和动物的生长发育和生活循环，使"自生说"逐渐软弱，但是由于技术问题，如何证实微生物不是自然发生的仍然是一个难题，这不仅是"自生说"的一个顽固阵地，同时也是人们正确认识微生物生命活动的一大屏障。

巴斯德在前人工作的基础上，进行了许多试验，其中著名的曲颈瓶试验无可辩驳地证实，空气内确实含有微生物，它们引起有机质的腐败。

巴斯德自制了一个具有细长而弯曲的颈的玻瓶，其中盛有有机物水浸液，经加热灭菌后，瓶内可一直保持无菌状态，有机物不发生腐败，因为弯曲的瓶颈阻挡了外面空气中微生物直达有机物浸液内，一旦将瓶颈打断，瓶内浸液中才有了微生物，有机质发生腐败。

巴斯德的实验彻底否定了"自生说"，并从此建立了病原学说，推动了微生物学的发展。

(2)免疫学--预防接种虽然早在1798年发明了种痘法可预防天花，但却不了解这个免疫过程的基本机制，因此，这个发现没能获得继续发展。

1877年，巴斯德研究了鸡霍乱，发现将病原菌减毒可诱发免疫性，以预防鸡霍乱病。

其后他又研究了牛、羊炭疽病和狂犬病，并首次制成狂犬疫苗，证实其免疫学说，为人类防病、治病作出了重大贡献。

(3)证实发酵是由微生物引起的酒精发酵是一个由微生物引起的生物过程还是一个纯粹的化学反应过程，曾是化学家和微生物学家激烈争论的问题。

巴斯德在否定"自生说"的基础上，认为一切发酵作用都可能和微生物的生长繁殖有关。

经不断地努力，巴斯德终于分离到了许多引起发酵的微生物，并证实酒精发酵是由酵母菌引起的。

此外，巴斯德还发现乳酸发酵、醋酸发酵和丁酸发酵都是不同细菌所引起的。

为进一步研究微生物的生理生化奠定了基础。

(4)其他贡献一直沿用至今天的巴斯德消毒法(60～65℃/30min）作短时间加热处理，杀死有害微生物的一种消毒法)和家蚕软化病问题的解决也是巴斯德的重要贡献，他不仅在实践上解决了当时法国酒变质和家蚕软化病的实际问题，而且也推动了微生物病原学说发展，并深刻影响医学的发展。

柯赫柯赫是著名的细菌学家，由于他曾经是一名医生，因此对病原细菌的研究作出了突出的贡献。

(1)具体证实了炭疽病菌是炭疽病的病原菌。

(2)发现了肺结核病的病原菌，这是当时死亡率极高的传染性疾病，因此柯赫获得了诺贝尔奖。

(3)提出了证明某种微生物是否为某种疾病病原体的基本原则--柯赫原则。

由于柯赫在病原菌研究方面的开创性工作，自19世纪70年代至20世纪20年代成了发现病原菌的黄金时代，所发现的各种病原微生物不下百余种，其中还包括植物病原细菌。