Life is too short to be worried

1. Life is too short to be worried 人生何其短，岂容琐事烦

2. 微 生 物 学 生命科学系 张瑾 Zhangjin7688@163.com 图书馆311

3. 授课方式 1．课堂教学(38学时理论，26学时实验) • 讲授内容以教材为主； • 授课方式以PowerPoint讲板为主； • 平时小测验、课后习题及senimar； 2．课外教学 • 微生物学教学网站； • 多种渠道的师生交流； （个别交谈、学习委员、问卷调查、电话、E-mail、网络）

4. 本课程的学习参考资料 1、报刊及网上与微生物学相关的科技新闻； http://kepu.im.ac.cn/生物大观园--奇妙的微生物世界 www.ebiotrade.com 生物通 http://www.micro.csdb.cn/ 中国微生物资源数据库 www.dxy.cn 丁香园论坛－微生物学技术讨论版 www.bioon.com 生物谷

5. 本课程的学习参考资料 2、参考书： （1）《微生物学》 ，黄秀梨，高等教育出版社，1998 （2）《微生物学教程》，周德庆，高等教育出版社，1993 （3）“Biology of Microorganisms”，10th by Madigan/Martinko/Parker http://www.prenhall.com/brock/ 3、参考杂志 “微生物学通报”、“微生物学杂志”、 “生命的科学”

6. 如何成为名师？

7. 第一章 绪 论

8. What are we going to discuss? • 掌握微生物的概念是什么 • 了解和微生物相关的分类学知识 • 掌握微生物有哪些特点 • 了解微生物学先驱们的主要贡献

9. 生活中哪些事情与微生物有关?

10. 一、微生物的概念？ 用肉眼难以看清，必须借助光学显微镜或者电子显微镜才能观察到的一切微小生物（<0.1mm)统称为微生物（Microorganism) 不是分类学概念

11. 二 微生物在生物界的地位 微生物 微生物不是一个分类的概念 六界分类系统 病毒界 原核生物界 原生生物界 真菌界 植物界 动物界

12. 六界分类系统中微生物的范畴 包括： • 无细胞结构的病毒、亚病毒（类病毒、拟病毒、朊病毒） • 具有细胞结构 1.原核生物：细菌、放线菌、蓝细菌、支原体、衣原体、立克次氏体、螺旋体等 2.真核生物：酵母、霉菌、蕈菌、单细胞藻类、原生动物等

13. Woese三原界分类系统 16S RNA为什么能够用于分类

14. 补充：古细菌(archaea) • 又可叫做古生菌、古菌、古核细胞或原细菌， 多生活在极端的生态环境中。 • 具有原核生物的某些特征，如无核膜及内膜系统； • 也有真核生物的特征，如以甲硫氨酸起始蛋白质的合成、核糖体对氯霉素不敏感、RNA聚合酶和真核细胞的相似、DNA具有内含子并结合组蛋白； • 此外还具有既不同于原核细胞也不同于真核细胞的特征，如：细胞膜中的脂类是不可皂化的；细胞壁不含肽聚糖，有的以蛋白质为主，有的含杂多糖，有的类似于肽聚糖，但都不含胞壁酸、D型氨基酸和二氨基庚二酸。

15. 微生物具备的五大特征Five Common Characteristics of Microorganisms • 体积小面积大 • 吸收多转化快 • 生长旺繁殖快 • 适应强易变异 • 分布广种类多 1.Small volume, large surface area 2. Fast absorption and conversion 3. Rapid duplication and growth 4. Strong adaptability 5. Widespread distribution and diversified species

16. 体积小面积大: 测量单位：微米或钠米 • 杆菌的平均长度：2 微米； • 1500个杆菌首尾相连= 一粒芝麻的长度； • 10-100亿个细菌加起来重量 = 1毫克 • 面积/体积比：人 = 1，大肠杆菌 = 30万；

17. 边长4cm 边长1cm 边长2cm 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。 总表面积/总体积 =96/64=1.5/1 总表面积/总体积 =192/64=3/1 总表面积/总体积 =384/64=6/1

18. 吸收多，转化快 • 微生物的“嘴”：与外界环境的接触面特别大，这非常有利于微生物通过体表吸收营养和排泄废物。 • 微生物的食谱：非常广泛。 • 微生物的“胃口”:大肠杆菌在合适条件下，每小时可以消耗相当于自身重量2000倍的糖。 • “微生物工厂”的作用，使大量基质在短时间内转化为大量有用的化工、医药产品或食品，为人类造福，使有害物质化为无害，将不能利用的物质变为植物的肥料。

19. 微生物的食谱 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

20. 生长旺繁殖快 大肠杆菌一个细胞重约10 –12 克，平均20分钟繁殖一代 24小时后： 4722366500（272）万亿个后代，重量：4722吨 48小时后：2.2 × 10 43个后代，重量达到2.2 × 10 25 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。

21. 适应强易变异： 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：10-5– 10-10 短时间内产生大量的变异后代

22. 变异易： 10000单位/ ml 青霉素的生产： 20单位/ ml（1943） 数百万-千万单位/次 青霉素的用量： 最高：10万单位/天（40年代）

23. 细菌抗药性的产生：

24. 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85公里，须用火箭采样）； • 几千米的地下； • 强酸、强碱、高热的极端环境； • 常年封冻的冰川；

25. 从永冻冰层分离微生物

26. 南极Vostok湖冰芯样品中的微生物

27. 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10万种，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%

28. 抗（逆）性强： 抗热：有的细菌能在265个大气压，250℃的条件下生长； 自然界中细菌生长的最高温度可以达到113 ℃； 有些细菌的芽孢，需加热煮沸8小时才被杀死； 抗寒：有些微生物可以在―12℃ ~ ―30℃的低温生长； 抗酸碱：细菌能耐受并生长的pH范围：pH 0.5 ~ 13； 耐渗透压：蜜饯、腌制品，饱和盐水（NaCl, 32%)中 都有微生物生长； 抗压力：有些细菌可在1400个大气压下生长；

29. 休眠长： 世界上最古老的活细菌（芽孢）：2.5亿年 Nature 407, 897 - 900 (2000)

30. 起源早： 38亿年前，生命在海洋中出现 26亿年前，陆地上就可能存在微生物 发现晚： 300多年前人们才真正发现微生物的存在

31. 微生物具备的五大特征Five Common Characteristics of Microorganisms • 体积小面积大 • 吸收多转化快 • 生长旺繁殖快 • 适应强易变异 • 分布广种类多 1.Small volume, large surface area 2. Fast absorption and conversion 3. Rapid duplication and growth 4. Strong adaptability 5. Widespread distribution and diversified species

32. 三、微生物与我们关系 微生物无处不在，我们无时不生活在“微生物的海洋”中。

33. 我国各主要土壤的含菌量(万/克干土) 土类 地点 细菌 放线菌 真菌 暗棕壤 黑龙江呼玛2,327 612 13 棕壤 辽宁沈阳 1,284 39 36 黄棕壤 江苏南京 1,406 271 6 红壤 浙江杭州 1,103 123 4 砖红壤 广东徐闻 507 39 11 磷质石灰土 西沙群岛2,229 1,105 15 黑土 黑龙江哈尔滨 2,111 1,024 19 黑钙土 黑龙江安达 1,074 319 2 棕钙土 宁夏宁武140 11 4 草甸土 黑龙江亚沟7,863 29 23 嵝土 陕西武功 951 1,032 4 白浆土 吉林皎河 1,598 55 3 滨海盐土 江苏连云港 466 41 0.4 33

34. 每张纸币带细菌：900万个；

35. 人体体表及体内存在大量的微生物： • 皮肤表面：平均10万个细菌/平方厘米； • 口腔：细菌种类超过500种； • 肠道：微生物总量达100万亿， • 粪便干重的1/3是细菌， • 每克粪便的细菌总数为：1000亿个；

36. 每个喷嚏的飞沫含4500-150000个细菌， • 重感冒患者为8500万；

37. 时时刻刻与微生物“共舞” 是 祸？是 福？ 微生物既是人类的敌人，更是人类的朋友！

38. 微生物是人类的朋友！ • 微生物是自然界物质循环的关键环节； • 体内的正常菌群是人及动物健康的基本保证； 帮助消化、提供必需的营养物质、组成生理屏障 • 微生物可以为我们提供很多有用的物质； • 有机酸、酶、各种药物、疫苗、面包、奶酪、啤酒、酱油等等 • 基因工程为代表的现代生物技术；

39. 少数微生物也是人类的敌人！ 鼠疫； 天花； 艾滋病； 疯牛病； 埃博拉病毒； SARS 超级细菌

40. 可以说，微生物与人类关系的重要性，你 怎么强调都不过分，微生物是一把十分锋利的 双刃剑，它们在给人类带来巨大利益的同时也 带来“残忍”的破坏。它给人类带来的利益不仅 是享受，而且实际上涉及到人类的生存。

41. “在近代科学中，对人类福利最大的一门科学，“在近代科学中，对人类福利最大的一门科学， 要算是微生物学了。” —— 日本学者尾形学在“家畜微生物学”（1977）

42. 四、微生物的发现和微生物学的建立与发展 （一）微生物的应用与发现（微生物学的史前期） • 我国8000年前就开始出现了曲蘖酿酒； • 4000年前埃及人已学会烘制面包和酿制果酒； • 2500年前发明酿酱、醋，用曲治消化道疾病； • 公元六世纪(北魏时期)贾思勰的巨著“齐民要术”； • 公元2世纪，张仲景：禁食病死兽类的肉和不清洁食物； • 公元前112年-212年间，华佗：“割腐肉以防传染”； • 公元九世纪痘浆法、痘衣法预防天花； • 16世纪，古罗巴医生G.Fracastoro：疾病是由肉眼看不见 的生物(living creatures)引起的； • 1641年，明末医生吴又可也提出“戾气”学说；

43. （微生物学的初创期） 1676年，微生物学的先驱 荷兰人列文虎克（Antony van leeuwenhoek）首次 观察到了细菌。他没有上 过大学，是一个只会荷兰 语的小商人，但却在1680 年被选为英国皇家学会的 会员。发表论文约400篇。

44. 列文虎克利用业余时间制造过400多架 单式显微镜和放大镜，放大率一般为50~200倍，

45. 四、微生物的发现和微生物学的建立与发展 （二）微生物学的奠基期 德国人柯赫（Robert Koch） （ 1843～1910） 法国人巴斯德（Louis Pasteur） （1822～1895）

46. （二）微生物学的奠基 1.巴斯德 (1) 发现并证实发酵是由微生物引起的； 化学家出生的巴斯德涉足微生物学是为了治疗“酒病” 和“蚕病” (2) 彻底否定了“自然发生”学说； 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，是它们引起有机质的腐败。

48. （二）微生物学的奠基 1.巴斯德 (3) 免疫学——预防接种 首次制成狂犬疫苗 (4)其他贡献 巴斯德消毒法：

49. 巴斯德消毒法 • 通过升高温度给液体食物或饮料加热，杀死有害的微生物，延长保质时间的消毒方法，但不破坏食物营养与风味。 • 牛奶工业现有低温维持法和瞬时高温法两种。 • 低温维持法：是将牛奶加热到62~65℃：保持30分钟。 • 瞬时高温法：将牛奶加热到75~90℃：保温15秒。 • 注意：通过该方式获得的产品不是无菌的，即仍含有微生物，且在储存和处理的过程中需要冷藏。

50. 四、微生物的发现和微生物学的建立与发展 （二）微生物学的奠基 2.柯赫 （1）微生物学基本操作技术方面的贡献 a）细菌纯培养方法的建立 土豆切面 → 营养明胶 → 营养琼脂（平皿） b）设计了各种培养基，实现了在实验室内对 各种微生物的培养 c）流动蒸汽灭菌 d）染色观察和显微摄影