【正文】 周德慶微生物學(xué)筆記第一節(jié)：微生物學(xué)的研究對象與任務(wù) 一、微生物的含義（什么是微生物）非分類學(xué)上名詞，來自法語Microbe一詞。是形體微小、單細胞或個體結(jié)構(gòu)簡單的多細胞、甚或無細胞結(jié)構(gòu)的低等生物的通稱。（插入）二、生物分界（微生物在生物界的位置） 兩界系統(tǒng)（亞里斯多德）動物界 Animalia：不具細胞壁，可運動，不行光合作用。植物界 Plantae：具有細胞壁，不運動，可行光合作用。三界：原生生物界 Protista：（E. H. Haeckel, 1866年提出） 五界系統(tǒng) R. H. Whitakker, Science, 163: 150160, 1969原核生物界 Monera：細菌、放線菌等原生生物界 Protista：藻類、原生動物、粘菌等真菌界 Fungi：酵母、霉菌動物界 Animalia：植物界 Plantae：五界系統(tǒng)是以細胞結(jié)構(gòu)分化的等級以及和光合、吸收、攝食這三種主要營養(yǎng)方式有關(guān)的組織類型為基礎(chǔ)的。六界：加上病毒界。三界（域）系統(tǒng) Woese用寡核苷酸序列編目分析法對60多株細菌的16SrRNA序列進行比較后，驚奇地發(fā)現(xiàn)：產(chǎn)甲烷細菌完全沒有作為細菌特征的那些序列，于是提出了生命的第三種形式古細菌(archaebacteria)。隨后他又對包括某些真核生物在內(nèi)的大量菌株進行了16Sr RNA(18SrRNA)序列的分析比較，又發(fā)現(xiàn)極端嗜鹽菌和極端嗜酸嗜熱菌也和產(chǎn)甲烷細菌一樣， 具有既不同其他細菌也不同于其核生物的序列特征，而它們之間則具有許多共同的序列特征。于是提出將生物分成為三界(Kingdom)(后來改稱三個域)：古細菌、真細菌( Eubacteria)和真核生物(Eukaryotes)。1990年，他為了避免把古細菌也看作是細菌的一類 ，他又把三界(域)改稱為：Bacteria(細菌)、Archaea(古生菌)和Eukarya(真核生物)。并構(gòu)建了三界(域)生物的系統(tǒng)樹。四、微生物特點　　　　 生命基本特征：　　　　 生命通過它的耐久性、適應(yīng)性、它的生長及修復(fù)的能力和它的繁殖而延續(xù)下去，這是生命的基本的和普遍的特征?！　　　?新陳代謝，包括外部的和內(nèi)部的，是一切生命的另一基本特征。　　　　 控制與調(diào)節(jié)，是生命的又一基本特征。　　　　 體積小、比表面積大　　　　 大小以um計，但比表面積（表面積/體積）大，（插入表），必然有一個巨大的營養(yǎng)吸收，代謝廢物排泄和環(huán)境信息接受面?！　　　?這一特點也是微生物與一切大型生物相區(qū)別的關(guān)鍵所在?！　　　?特點1舉例　　　　 乳酸桿菌：120，000　　　　 雞蛋：　　　　 人（200磅）： 　　　　 吸收多、轉(zhuǎn)化快　　　　 這一特性為高速生長繁殖和產(chǎn)生大量代謝物提供了充分的物質(zhì)基礎(chǔ)?！　　　?特點2舉例　　　　 重量相同下：乳酸菌：1小時可分解其體 重1000至10000倍乳糖?！　　　?人：105 小時消耗自身體重1000倍乳糖?！　　　?生長旺、繁殖快　　　　 極高生長繁殖速度，如E. coli 2030分鐘分裂一次，若不停分裂，1043 . 菌數(shù)增加，營養(yǎng)消耗，代謝積累，限制生長速度。 這一特性可在短時間內(nèi)把大量基質(zhì)轉(zhuǎn)化為有用產(chǎn)品，縮短科研周期。 也有不利一面，如疾病、糧食霉變?！　　　?適應(yīng)強、易變異　　　　 極其靈活適應(yīng)性，對極端環(huán)境具有驚人的適應(yīng)力。遺傳物質(zhì)易變異?！　　　?分布廣、種類多　　　　 分布區(qū)域廣，分布環(huán)境廣。 生理代謝類型多，代謝產(chǎn)物種類多，種數(shù)多?！　　　?五、微生物作用 在自然界物質(zhì)循環(huán)中作用 空氣與水凈化，污水處理 工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)：菌體，代謝產(chǎn)物，代謝活動 對生命科學(xué)的貢獻　　　　 六、分支學(xué)科　　　　 根據(jù)不同研究領(lǐng)域和不同研究對象劃分　　　　 第二節(jié)、微生物學(xué)發(fā)展簡史　　　　 科學(xué)的歷史就是科學(xué)本身。 歌德　　　　 中國古代　　　　 酒文化，儀狄作酒，禹飲而甘之。《書經(jīng)》若作酒醴，爾惟曲蘗（nie）《齊民要術(shù)》提倡輪作制。 宋真宗時代（公元9981022）二、國外微生物學(xué)發(fā)展　　　　 微生物的發(fā)現(xiàn)形態(tài)學(xué)時期　　　　 Antony Van Leeuwenhock，16321723　　　　 第一個報告自己觀察的人。他觀察了幾乎每一個想看到的東西，雨水、污水、血液、體液、酒、醋、牙垢等，發(fā)現(xiàn)了微生物，稱為微動體?！　　　?微生物學(xué)的奠基生理學(xué)時期　　　　 Louis Pasteur，18221895　　　　 他的一生給人類生活帶來了史無前例的影響?！　　　?（1）證實了微生物活動和否定了微生物自然發(fā)生學(xué)說。（2）免疫學(xué)預(yù)防種痘 （3）發(fā)酵的研究（4）其他貢獻　　　　 否定自生說　　　　 關(guān)于自然發(fā)生的爭論：　　　　 自然發(fā)生說（無生源說）：認為微小動物是從無生命的物質(zhì)自然發(fā)生的?！　　　?生源說：認為微小動物是從微小動物的種子或胚形成的，種子或胚存在于空氣中?！　　　?已進行的實驗：1665年，F(xiàn)racesco Redi 腐肉生蛆實驗，否定了動物自生說。　　　　 Spallanzani實驗，充分加熱的有機汁液中長出微生物原因是由于空氣將微生物帶進了汁液，因而采取完全密封隔絕的封閉法。　　　　 18世紀(jì)末發(fā)現(xiàn)o2 ，意識到o2 是動物生活必需一種氣體?！　　　?Pasteur實驗　　　　 首先驗證了空氣中確實含有顯微鏡可觀察到的有機體。 加熱過的空氣通入汁液（煮沸過）并不導(dǎo)致微生物生長。 在一封閉容器內(nèi)，對完全滅菌的汁液加上一些收集到的微生物，無例外地引起微生物生長。 設(shè)計鵝頸瓶進行實驗，最終否定自生說?！　　　?免疫學(xué)貢獻　　　　 Edward Jenner，1796發(fā)明種痘，不了解機制?！　　　?Pasteur 1877研究了雞霍亂、炭疽病和恐水病，發(fā)現(xiàn)鈍化病原體可以誘發(fā)免疫性和預(yù)防疾病?！　　　?發(fā)酵研究　　　　 相信一切發(fā)酵作用都和微生物的存在及繁殖有關(guān)。不同的發(fā)酵是由不同的微生物引起的?！　　　?發(fā)明巴斯德消毒法?！　　　?觀察丁酸發(fā)酵時，發(fā)現(xiàn)厭氧生命，提出好氧、厭氧術(shù)語?！　　　?Robert Koch 18431910　　　　 建立微生物學(xué)研究基本技術(shù)　　　　 （1）分離和純化細菌：劃線法，混合倒平板法。瓊脂、培養(yǎng)皿（Petri）（2）設(shè)計了培養(yǎng)細菌用的肉汁胨培養(yǎng)液和營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基。（3）設(shè)計了細菌染色技術(shù)　　　　 證實疾病的病原菌學(xué)說，提出了柯赫準(zhǔn)則?！　　　?柯赫準(zhǔn)則　　　　 某一種微生物，當(dāng)被懷疑是病原體時，它一定伴隨著病害而存在。 必須能自原寄主分離出這種微生物，并培養(yǎng)成為純培養(yǎng)。 用已純化的純培養(yǎng)微生物，人工接種寄主，必須能誘發(fā)與原來病害相同病害。 必須自人工接種發(fā)病的寄主內(nèi)，能重新分離出同一病原微生物并培養(yǎng)成純培養(yǎng)?！　　　?其他人　　　　 Serge Winogradsky,18561953,發(fā)現(xiàn)微生物的自養(yǎng)生活。 Beijerinck M. W.,18511931，發(fā)現(xiàn)了非共生固氮菌。 Joseph Lister,1864,提出無菌外科操作技術(shù)。 Elie Metchnikoff 發(fā)現(xiàn)白細胞的吞噬作用。 Ivanovsky 發(fā)現(xiàn)煙草花葉病毒。 P. Ehrlich 現(xiàn)代化療的開始　　　　 現(xiàn)代微生物學(xué)發(fā)展分子生物學(xué)階段　　　　 現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)的形成：1941，F(xiàn)lorey amp。 Chain 　　　　 將青霉素投入生產(chǎn)，是通氣培養(yǎng)微生物的開端，將微生物學(xué)與工程學(xué)結(jié)合。 　　　　 微生物代謝作用研究；　　　　 1944，Avery 肺炎球菌轉(zhuǎn)化實驗，確定DNA是遺傳物質(zhì)，標(biāo)志著分子生物學(xué)的形成。 1953，Watson amp。 Crick 提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)以及半保留復(fù)制假說?！　　　?分子生物學(xué)階段　　　　 20世紀(jì)70年代，基因工程的發(fā)展，工程菌的構(gòu)建更促進了微生物學(xué)的發(fā)展。 微生物學(xué)推動生命科學(xué)的發(fā)展. 促進許多重大理論問題的突破. 人類基因組計劃.展望　　　　 3節(jié)：工業(yè)微生物...　　　　 3節(jié)：工業(yè)微生物簡介　　　　 釀酒工業(yè)　　　　 白酒：四大名酒，五大香型　　　　 啤酒、黃酒、葡萄酒（威士忌、白蘭地、伏特加、朗姆、金酒）　　　　 酒精工業(yè) 溶劑工業(yè)（丙酮、丁醇） 有機酸工業(yè): 乳酸、檸檬酸、衣康酸、延胡索酸、琥珀酸、蘋果酸、酒石酸等?！　?抗生素工業(yè)　　 酶制劑工業(yè)　　 氨基酸工業(yè)　　 酵母工業(yè)　　 多糖工業(yè)：黃原膠、右旋糖苷、等等　　石油發(fā)酵　　 1生物活性物質(zhì)：核酸類、維生素等　　 1其它：微生物農(nóng)藥、沼氣發(fā)酵、生物制品（菌苗、疫苗）　　　　 4節(jié)：微生物分類 Microbial taxonomy　　　　 分類主要是探索生物之間的親緣關(guān)系，把它們歸納為互相聯(lián)系的不同類群。　　　　 具體任務(wù)就是分類、鑒定和命名?！　　　?一、分類單位與命名 　　　　 （一）分類單位:　　　　 界,門,綱,目,科,屬,種　　　　 種是最基本的分類單位,它是一大群表型特征高度相似，親緣關(guān)系極其相近，與同屬內(nèi)其它種有著明顯差異的菌株的總稱。 種以下又分亞種(變種),型,類群,菌株(品系) 菌株(品系)(strain): 表示任何由一個獨立分離的單細胞繁殖成的純種群體及其一切后代?！　　　?（二）命名　　　　 命名按照《國際細菌命名法規(guī)》,采用林奈氏雙名法。　　　　 屬名 + 種名 +命名人　　　　 如大腸桿菌: Escherichia coli (Migula) Castellani amp。 Chalmers 1919　　　　 屬名:名詞,大寫首字母,一般描繪主要形態(tài)或生理特征。　　　　 種名:形容詞,小寫,代表一個種次要特征。　　　　 未確定種名或不指特定的種時?！　　　?舉例　　　　 真菌界 Fungi 真菌門 Eumycophyta 子囊菌綱 Asycetes　　　　 原子囊亞綱 Protoasycetes 內(nèi)孢霉目 Endomycetales　 內(nèi)孢霉科 Endomycetaceae　　　　 酵母亞科 Sacchromycetoideae 酵母屬 Sacchromyces 釀酒酵母 S. cerevisiae Hansen　　　　 二、分類依據(jù)　　　　 形態(tài)特征（個體和群體） 　　　　 細胞形態(tài)：形狀、大小、排列、染色反應(yīng)等。　　　　 培養(yǎng)：固體 菌落，半固體 穿刺，液體?！　　　?生理生化反應(yīng)　　　　 營養(yǎng)要求：碳源、氮源、營養(yǎng)類型　　　　 代謝產(chǎn)物：種類、產(chǎn)量、顯色反應(yīng)　　　　 酶：產(chǎn)酶種類、反應(yīng)特性　　　　 生態(tài)學(xué)特征　　　　 相互關(guān)系、宿主種類、與氧關(guān)系等。　　　　 生活史　　　　 血清學(xué)反應(yīng)　　　　 近年又發(fā)展了紅外光譜，GC含量，DNA雜交等。　　　　 三、分類方法　　　　 （一）經(jīng)典分類法　　　　 隨機地和不系統(tǒng)地根據(jù)一些特征進行分類。主要是形態(tài)、生理生化特征?！　　　?（二）數(shù)值分類法　　　　 根據(jù)較多特征分類，每一特征地位相同?！　　　?每一菌株為一操作單位，確定很多特征（5060 個）　　　　 比較菌株間的最大相似性　　　　 陽性和陰性符合的總和　　　　 100%　　　　 總的測定數(shù) 無效測定數(shù)　　　　 85%為同種，65%為同屬　　　　 據(jù)數(shù)值繪出矩陣圖并轉(zhuǎn)換成樹狀譜。　　　　 （三）分子與遺傳方法　　　　 DNA堿基組成：GC%　　　　 相同不能說明是同種，但不同則肯定不是同種。 差別10%不是同種，10%可能是同種?！　　　?核酸分子雜交　　　　 比較堿基順序的同源性　　　　 16s rRNA寡核苷酸編目分析　　　　 水解rRNA產(chǎn)生一系列寡核苷酸片段，順序分析。 近年來，采用紅外、核磁、電鏡等新技術(shù)越來越廣泛?！　　　?四、分類系統(tǒng)　　　　 原核生物：　　　　 《伯杰氏細菌鑒定手冊》第8版，1973《伯杰氏系統(tǒng)細菌學(xué)手冊》第9版，1984　　　　 真菌：Ainsworth (1973)系統(tǒng) 酵母：Lodder分類系統(tǒng)　　　　 菌種鑒定工作三部曲　　　　 獲得該微生物的純培養(yǎng) 測定一系列必要的鑒定指標(biāo) 查找權(quán)威性鑒定手冊　　　　 一章：微生物類群與形態(tài)結(jié)構(gòu)　　　　 非細胞型：病毒　　　　 細胞型：原核微生物：細菌、放線菌等，　　　　 無明顯核，也無核膜、核仁?！　　　?真核微生物：酵母菌、霉菌，　　　　 有明顯核，有核膜、核仁。　　　　 1節(jié)：細菌 Bacteria　　　　 是微生物一大類群，主要研究對象?！　　　?細菌是單細胞的，大小在1um左右，1000倍以上顯微鏡才能看到其形狀?！　　　?一、細菌的形態(tài)和大小　　　　 （一）基本形態(tài)　　　　 球菌 Coccus：球形或近球形，根據(jù)空間排列方式不同又分為單、雙、鏈、四聯(lián)、八疊、葡萄球菌。不同的排列方式是由于細胞分裂方向及分裂后情況不同造成的?！　　　?桿菌 Bacillus (Bacterium)：桿狀或圓柱形，徑長比不同，短粗或細長。是細菌中種類最多的?！　　　?螺旋菌 Spirillum：是細胞呈彎曲桿狀細菌統(tǒng)稱，一般分散存在。根據(jù)其長度、螺旋數(shù)目和螺距等差別，分為弧菌Vibrio（菌體只有一個彎曲，形似C字）和螺旋菌（螺旋狀，超過1圈）?！　　　?與螺旋體 Spirochaeta 區(qū)別：無鞭毛?！　　　?細菌形態(tài)不是一成不變的，受環(huán)境條件影響（如溫度、培養(yǎng)基濃度及組成、菌齡等）