周德庆微生物学笔记1

周德庆微生物学笔记   绪 论
第一节：微生物学的研究对象与任务

一、“微生物”的含义（什么是微生物）
非分类学上名词，来自法语“Microbe”一词。
是形体微小、单细胞或个体结构简单的多细胞、甚或无细胞结构的低等生物的通称。（插入）
二、生物分界（微生物在生物界的位置）
1、两界系统（亚里斯多德）
动物界 Animalia：不具细胞壁，可运动，不行光合作用。
植物界 Plantae：具有细胞壁，不运动，可行光合作用。
三界：原生生物界 Protista：（E. H. Haeckel, 1866年提出）
2、五界系统
R. H. Whitakker, Science, 163: 150-160, 1969
原核生物界 Monera：细菌、放线菌等
原生生物界 Protista：藻类、原生动物、粘菌等
真菌界 Fungi：酵母、霉菌
动物界 Animalia：
植物界 Plantae：
五界系统是以细胞结构分化的等级以及和光合、吸收、摄食这三种主要营养方式有关的组织类型为基础的。
六界：加上病毒界。

3、三界（域）系统
Woese用寡核苷酸序列编目分析法对60多株细菌的16SrRNA序列进行比较后，惊奇地发现：产甲烷细菌完全没有作为细菌特征的那些序列，于是提出了生命的第三种形式--古细菌(archaebacteria)。随后他又对包括某些真核生物在内的大量菌株进行了16Sr RNA(18SrRNA)序列的分析比较，又发现极端嗜盐菌和极端嗜酸嗜热菌也和产甲烷细菌一样， 具有既不同其他细菌也不同于其核生物的序列特征，而它们之间则具有许多共同的序列特征。
于是提出将生物分成为三界(Kingdom)(后来改称三个域)：古细菌、真细菌( Eubacteria)和真核生物(Eukaryotes)。1990年，他为了避免把古细菌也看作是细菌的一类 ，他又把三界(域)改称为：Bacteria(细菌)、Archaea(古生菌)和Eukarya(真核生物)。并构建了三界(域)生物的系统树。

四、微生物特点
生命基本特征：
生命通过它的耐久性、适应性、它的生长及修复的能力和它的繁殖而延续下去，这是生命的基本的和普遍的特征。
新陈代谢，包括外部的和内部的，是一切生命的另一基本特征。
控制与调节，是生命的又一基本特征。
体积小、比表面积大
大小以um计，但比表面积（表面积/体积）大，（插入表），必然有一个巨大的营养吸收，代谢废物排泄和环境信息接受面。
这一特点也是微生物与一切大型生物相区别的关键所在。
特点1举例
乳酸杆菌：120，000
鸡蛋：1.5
人（200磅）：0.3
2、吸收多、转化快
这一特性为高速生长繁殖和产生大量代谢物提供了充分的物质基础。
特点2举例
重量相同下：乳酸菌：1小时可分解其体 重1000至10000倍乳糖。
人：2.5×105 小时消耗自身体重1000倍乳糖。
3、生长旺、繁殖快
极高生长繁殖速度，如E. coli 20-30分钟分裂一次，若不停分裂，48小时2.2×1043
菌数增加，营养消耗，代谢积累，限制生长速度。
这一特性可在短时间内把大量基质转化为有用产品，缩短科研周期。
也有不利一面，如疾病、粮食霉变。
4、适应强、易变异
极其灵活适应性，对极端环境具有惊人的适应力。
遗传物质易变异。
5、分布广、种类多
分布区域广，分布环境广。
生理代谢类型多，代谢产物种类多，种数多。
五、微生物作用
1、在自然界物质循环中作用
2、空气与水净化，污水处理
3、工农业生产：菌体，代谢产物，代谢活动
4、对生命科学的贡献
六、分支学科
根据不同研究领域和不同研究对象划分
第二节、微生物学发展简史
“科学的历史就是科学本身。”—— 歌德
中国古代
酒文化，“仪狄作酒，禹饮而甘之。”《书经》“若作酒醴，尔惟曲蘖（nie）”《齐民要术》提倡轮作制。
宋真宗时代（公元998-1022）种痘防天花。
二、国外微生物学发展
1、微生物的发现——形态学时期
Antony Van Leeuwenhock，1632-1723
第一个报告自己观察的人。他观察了几乎每一个想看到的东西，雨水、污水、血液、体液、酒、醋、牙垢等，发现了微生物，称为“微动体”。
2、微生物学的奠基——生理学时期
Louis Pasteur，1822-1895
他的一生给人类生活带来了史无前例的影响。
（1）证实了微生物活动和否定了微生物自然发生学说。
（2）免疫学——预防种痘
（3）发酵的研究
（4）其他贡献
否定自生说
关于自然发生的争论：
自然发生说（无生源说）：认为微小动物是从无生命的物质自然发生的。
生源说：认为微小动物是从微小动物的“种子”或“胚”形成的，“种子”或“胚”存在于空气中。
已进行的实验：1665年，Fracesco Redi 腐肉生蛆实验，否定了动物自生说。
Spallanzani实验，充分加热的有机汁液中长出微生物原因是由于空气将微生物带进了汁液，因而采取完全密封隔绝的封闭法。
18世纪末发现o2 ，意识到o2 是动物生活必需一种气体。
Pasteur实验
1、首先验证了空气中确实含有显微镜可观察到的“有机体”。
2、加热过的空气通入汁液（煮沸过）并不导致微生物生长。
3、在一封闭容器内，对完全灭菌的汁液加上一些收集到的微生物，无例外地引起微生物生长。
4、设计鹅颈瓶进行实验，最终否定自生说。
免疫学贡献
Edward Jenner，1796发明种痘，不了解机制。
Pasteur 1877研究了鸡霍乱、炭疽病和恐水病，发现钝化病原体可以诱发免疫性和预防疾病。
发酵研究
相信一切发酵作用都和微生物的存在及繁殖有关。不同的发酵是由不同的微生物引起的。
发明巴斯德消毒法。
观察丁酸发酵时，发现厌氧生命，提出好氧、厌氧术语。
Robert Koch 1843-1910
1、建立微生物学研究基本技术
（1）分离和纯化细菌：划线法，混合倒平板法。琼脂、培养皿（Petri）
（2）设计了培养细菌用的肉汁胨培养液和营养琼脂培养基。
（3）设计了细菌染色技术
2、证实疾病的病原菌学说，提出了柯赫准则。
柯赫准则
1、某一种微生物，当被怀疑是病原体时，它一定伴随着病害而存在。
2、必须能自原寄主分离出这种微生物，并培养成为纯培养。
3、用已纯化的纯培养微生物，人工接种寄主，必须能诱发与原来病害相同病害。
4、必须自人工接种发病的寄主内，能重新分离出同一病原微生物并培养成纯培养。
其他人
Serge Winogradsky,185 6-1953,发现微生物的自养生活。
Beijerinck M. W.,1851-1931，发现了非共生固氮菌。
Joseph Lister,1864,提出无菌外科操作技术。
Elie Metchnikoff 发现白细胞的吞噬作用。
Ivanovsky 发现烟草花叶病毒。
P. Ehrlich 现代化疗的开始
3、现代微生物学发展—分子生物学阶段
1、现代发酵工业的形成：1941，Florey & Chain 将青霉素投入生产，是通气培养微生物的开端，将微生物学与工程学结合。
2、微生物代谢作用研究；
1944，Avery 肺炎球菌转化实验，确定DNA是遗传物质，标志着分子生物学的形成。
1953，Watson & Crick 提出DNA双螺旋结构以及半保留复制假说。
3、分子生物学阶段
20世纪70年代，基因工程的发展，工程菌的构建更促进了微生物学的发展。
微生物学推动生命科学的发展
促进许多重大理论问题的突破
对生命科学研究技术的贡献
与“人类基因组计划”
展望
生物技术世纪已经来临，正是你们大展宏图之时，微生物学历史这部没有完成的书，要靠你们书写。
努力吧！同学们
3节：工业微生物简介
1、酿酒工业
白酒：四大名酒，五大香型
啤酒、黄酒、葡萄酒（威士忌、白兰地、伏特加、朗姆、金酒）
2、酒精工业
3、溶剂工业（丙酮、丁醇）
4、有机酸工业: 乳酸、柠檬酸、衣康酸、延胡索酸、琥珀酸、苹果酸、酒石酸等。
5、抗生素工业
6、酶制剂工业
7、氨基酸工业
8、酵母工业
9、多糖工业：黄原胶、右旋糖苷、等等
10、石油发酵
11、生物活性物质：核酸类、维生素等
12、其它：微生物农药、沼气发酵、生物制品（菌苗、疫苗）
4节：微生物分类 Microbial taxonomy
分类主要是探索生物之间的亲缘关系，把它们归纳为互相联系的不同类群。
具体任务就是分类、鉴定和命名。
一、分类单位与命名
（一）分类单位:
界,门,纲,目,科,属,种
种是最基本的分类单位,它是一大群表型特征高度相似，亲缘关系极其相近，与同属内其它种有着明显差异的菌株的总称。
种以下又分亚种(变种),型,类群,菌株(品系)
菌株(品系)(strain): 表示任何由一个独立分离的单细胞繁殖成的纯种群体及其一切后代。
（二）命名
命名按照《国际细菌命名法规》,采用林奈氏双名法。
属名 + 种名 +命名人
如大肠杆菌: Escherichia coli (Migula) Castellani & Chalmers 1919
属名:名词,大写首字母,一般描绘主要形态或生理特征。
种名:形容词,小写,代表一个种次要特征。
未确定种名或不指特定的种时，可在属名后加sp.表示。
举例
真菌界 Fungi
真菌门 Eumycophyta
子囊菌纲 Ascomycetes
原子囊亚纲 Protoascomycetes
内孢霉目 Endomycetales
内孢霉科 Endomycetaceae
酵母亚科 Sacchromycetoideae
酵母属 Sacchromyces
酿酒酵母 S. cerevisiae Hansen
二、分类依据
1、形态特征（个体和群体）
细胞形态：形状、大小、排列、染色反应等。
培养：固体— 菌落，半固体— 穿刺，液体。
2、生理生化反应
营养要求：碳源、氮源、营养类型
代谢产物：种类、产量、显色反应
酶：产酶种类、反应特性
3、生态学特征
相互关系、宿主种类、与氧关系等。
4、生活史
5、血清学反应
近年又发展了红外光谱，GC含量，DNA杂交等。
三、分类方法
（一）经典分类法
随机地和不系统地根据一些特征进行分类。主要是形态、生理生化特征。
（二）数值分类法
根据较多特征分类，每一特征地位相同。
1、每一菌株为一操作单位，确定很多特征（50—60 个）
2、比较菌株间的最大相似性
阳性和阴性符合的总和
---------------------------------× 100%
总的测定数 --- 无效测定数
>85%为同种，>65%为同属
3、据数值绘出矩阵图并转换成树状谱。
（三）分子与遗传方法
1、DNA碱基组成：GC%
相同不能说明是同种，但不同则肯定不是同种。
差别>10%不是同种，<10%可能是同种。
2、核酸分子杂交
比较碱基顺序的同源性
3、16s rRNA寡核苷酸编目分析
水解rRNA产生一系列寡核苷酸片段，顺序分析。
近年来，采用红外、核磁、电镜等新技术越来越广泛。
四、分类系统
原核生物：
《伯杰氏细菌鉴定手册》第8版，1973
《伯杰氏系统细菌学手册》第9版，1984
真菌：Ainsworth (1973)系统
酵母：Lodder分类系统
菌种鉴定工作三部曲
1、获得该微生物的纯培养
2、测定一系列必要的鉴定指标
3、查找权威性鉴定手册
一章：微生物类群与形态结构
非细胞型：病毒
细胞型：原核微生物：细菌、放线菌等，
无明显核，也无核膜、核仁。
真核微生物：酵母菌、霉菌，
有明显核，有核膜、核仁。