【正文】 ，繼而完成了全部密碼的破譯，為人類從分子水平上研究生命現(xiàn)象開(kāi)辟了新的途徑。微生物學(xué)與生物學(xué)發(fā)展的主流匯合、交叉，獲得了全面、深入的發(fā)展（見(jiàn)P3 圖11微生物學(xué)的主要分支學(xué)科）（五）微生物學(xué)在生命科學(xué)發(fā)展中的重要地位1．微生物是生物學(xué)基本理論研究中的理想實(shí)驗(yàn)對(duì)象， 對(duì)微生物的研究促進(jìn)許多重大生物學(xué)理論問(wèn)題的突破t 基因和酶關(guān)系的闡明及“一個(gè)基因一個(gè)酶”的假說(shuō)；1941年Beadle和Tatum用粗糙脈胞霉進(jìn)行的突變實(shí)驗(yàn)使基因和酶的關(guān)系得以闡明，并提出了“一個(gè)基因一個(gè)酶”的假說(shuō)。普通生物學(xué)：細(xì)胞的構(gòu)造及其在繁殖和發(fā)展中的作用、 植物和動(dòng)物的遺傳和進(jìn)化的機(jī)制。(3) 免疫學(xué)——預(yù)防接種首次制成狂犬疫苗(4)其他貢獻(xiàn)巴斯德消毒法：60～65℃作短時(shí)間加熱處理，殺死有害微生物（1）微生物學(xué)基本操作技術(shù)方面的貢獻(xiàn)a）細(xì)菌純培養(yǎng)方法的建立土豆切面 → 營(yíng)養(yǎng)明膠 → 營(yíng)養(yǎng)瓊脂（平皿）b）設(shè)計(jì)了各種培養(yǎng)基，實(shí)現(xiàn)了在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對(duì)各種微生物的培養(yǎng)c）流動(dòng)蒸汽滅菌d）染色觀察和顯微攝影（2）對(duì)病原細(xì)菌的研究作出了突出的貢獻(xiàn)：a）具體證實(shí)了炭疽桿菌是炭疽病的病原菌；b）發(fā)現(xiàn)了肺結(jié)核病的病原菌；（1905年獲諾貝爾獎(jiǎng)）c）證明某種微生物是否為某種疾病病原體的基本原則 ——著名的柯赫原則 在每一相同病例中都出現(xiàn)這種微生物；2 、要從寄主分離出這樣的微生物并在培養(yǎng)基中培養(yǎng)出來(lái)；用這種微生物的純培養(yǎng)接種健康而敏感的寄主，同樣的疾病會(huì) 重復(fù)發(fā)生；4 、從試驗(yàn)發(fā)病的寄主中能再度分離培養(yǎng)出這種微生物來(lái)。他沒(méi)有上過(guò)大學(xué)是一個(gè)只會(huì)荷蘭語(yǔ)的小商人，但卻在1680年被選為英國(guó)皇家學(xué)會(huì)的會(huì)員?！薄?日本學(xué)者尾形學(xué)在“家畜微生物學(xué)”（1977）四、微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學(xué)的建立與發(fā)展（一）微生物的發(fā)現(xiàn)t 我國(guó)8000年前就開(kāi)始出現(xiàn)了曲蘗釀酒；t 4000年前埃及人已學(xué)會(huì)烘制面包和釀制果酒；t 2500年前發(fā)明釀醬、醋，用曲治消化道疾??；t 公元六世紀(jì)(北魏時(shí)期)賈思勰的巨著“齊民要術(shù)”；t 公元2世紀(jì)，張仲景：禁食病死獸類的肉和不清潔食物；t 公元前112年212年間，華佗：“割腐肉以防傳染”；t 公元九世紀(jì)痘漿法、痘衣法預(yù)防天花；t 1346年，克里米亞半島上的法卡城之戰(zhàn)(靼坦人羅馬人)；t 16世紀(jì)，：疾病是由肉眼看不見(jiàn)的生物(living creatures)引起的；t 1641年，明末醫(yī)生吳又可也提出“戾氣”學(xué)說(shuō)；t 1664年，英國(guó)人虎克（Robert Hooke）曾用原始的顯微鏡對(duì)生長(zhǎng)在皮革表面及薔薇枯葉上的霉菌進(jìn)行觀察。它給人類帶來(lái)的利益不僅是享受，而且實(shí)際上涉及到人類的生存。微生物學(xué)陳向東第1章 緒論三、微生物與我們微生物無(wú)處不在，我們無(wú)時(shí)不生活在“微生物的海洋”中。t 細(xì)菌數(shù)億/g土壤，土壤中的細(xì)菌總重量估計(jì)為：10034 10 12 噸；t 每張紙幣帶細(xì)菌：900萬(wàn)個(gè)；t 人體體表及體內(nèi)存在大量的微生物：皮膚表面：平均10萬(wàn)個(gè)細(xì)菌/平方厘米；口腔：細(xì)菌種類超過(guò)500種；腸道：微生物總量達(dá)100萬(wàn)億，糞便干重的1/3是細(xì)菌，每克糞便的細(xì)菌總數(shù)為：1000億個(gè)；t 每個(gè)噴嚏的飛沫含4500150000個(gè)細(xì)菌，重感冒患者為8500萬(wàn)；時(shí)時(shí)刻刻與微生物“共舞” 是 禍？是 福？微生物既是人類的敵人，更是人類的朋友！微生物是人類的朋友！t 微生物是自然界物質(zhì)循環(huán)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)；t 體內(nèi)的正常菌群是人及動(dòng)物健康的基本保證；幫助消化、提供必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、組成生理屏障t 微生物可以為我們提供很多有用的物質(zhì)；有機(jī)酸、酶、各種藥物、疫苗、面包、奶酪、啤酒、醬油等等t 基因工程為代表的現(xiàn)代生物技術(shù)；少數(shù)微生物也是人類的敵人！鼠疫；天花；艾滋??；瘋牛病；埃博拉病毒；可以說(shuō)，微生物與人類關(guān)系的重要性，你怎么強(qiáng)調(diào)都不過(guò)分，微生物是一把十分鋒利的雙刃劍，它們?cè)诮o人類帶來(lái)巨大利益的同時(shí)也帶來(lái)“殘忍”的破壞?！霸诮茖W(xué)中，對(duì)人類福利最大的一門(mén)科學(xué)，要算是微生物學(xué)了。t 1676年，微生物學(xué)的先驅(qū)荷蘭人列文虎克（Antonyvan leeuwenhoek）首次觀察到了細(xì)菌。列文虎克利用業(yè)余時(shí)間制造過(guò)400多架單式顯微鏡和放大鏡，放大率一般為50~200倍，（二）微生物學(xué)的奠基 (1) 發(fā)現(xiàn)并證實(shí)發(fā)酵是由微生物引起的；化學(xué)家出生的巴斯德涉足微生物學(xué)是為了治療“酒病”和“蠶病”(2) 徹底否定了“自然發(fā)生”學(xué)說(shuō)；著名的曲頸瓶試驗(yàn)無(wú)可辯駁地證實(shí)，空氣內(nèi)確實(shí)含有微生物，是它們引起有機(jī)質(zhì)的腐敗。（三）微生物學(xué)發(fā)展過(guò)程中的重大事件（見(jiàn)講義P4 表11 微生物學(xué)發(fā)展中的重大事件）t 1890 Von Behring制備抗毒素治療白喉和破傷風(fēng)；t 1892 Ivanovsky 提供煙草花葉病毒是由病毒引起的證據(jù)；t 1928 Griffith發(fā)現(xiàn)細(xì)菌轉(zhuǎn)化；對(duì)其機(jī)理的研究導(dǎo)致DNA是遺傳物質(zhì)的確證；外源遺傳物質(zhì)導(dǎo)入各種細(xì)胞的基因重組技術(shù)的建立；t 1929 Fleming 發(fā)現(xiàn)青霉素；t 1944 Avery等證實(shí)轉(zhuǎn)化過(guò)程中DNA是遺傳信息的載體；t 1953 Watson和Crick提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)；t 1970～1972 Arber、Smith和Nathans發(fā)現(xiàn)并提純了DNA限制性內(nèi)切酶t 1977 Woese提出古生菌是不同于細(xì)菌和真核生物的特殊類群 Sanger首次對(duì)f174噬菌體DNA進(jìn)行了全序列分析；t 1982～1983 Prusiner發(fā)現(xiàn)朊病毒(prion)；t 1983～1984 Mullis 建立PCR技術(shù)；t 1995第一個(gè)獨(dú)立生活的細(xì)菌(流感嗜血桿菌)全基團(tuán)組序列測(cè)定完成；t 1996 第一個(gè)自養(yǎng)生活的古生菌基因組測(cè)定完成；t 1997 第一個(gè)真核生物(啤酒酵母)基因組測(cè)序完成；（四）20世紀(jì)的微生物學(xué)十九世紀(jì)末到二十世紀(jì)中期：微生物學(xué)：鑒定病原菌、 研究免疫學(xué)及其在預(yù)防疾病中的作用、 尋找化學(xué)治療藥物、 分析微生物的化學(xué)活性。動(dòng)、植物 的生命活動(dòng)規(guī)律 適用于結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)單的微生物？ 肌肉的糖酵解 酵母菌乙醇發(fā)酵本質(zhì)上的同一性維生素 生長(zhǎng)因子相同的化學(xué)本質(zhì) 多種輔酶的前體輔酶為細(xì)胞代謝所必需（一切生命系統(tǒng)在代謝水平上具有相同的本質(zhì)）“生物化學(xué)的同一性”生化突變 細(xì)菌基因水平轉(zhuǎn)移微生物遺傳學(xué)對(duì)動(dòng)植物起作用的遺傳機(jī)制同樣適用于微生物肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)病毒重組實(shí)驗(yàn) 核酸是遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)噬菌體感染實(shí)驗(yàn)20世紀(jì)40年代后，微生物自身的特點(diǎn)使其成為生物學(xué)研究的“明星”，微生物學(xué)很快與生物學(xué)主流匯合，并被推到了整個(gè)生命科學(xué)發(fā)展的前沿，獲得了迅速的發(fā)展，在生命科學(xué)的發(fā)展中作出了巨大的貢獻(xiàn)。t 遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)的闡明；t 基因概念的發(fā)展；“斷裂基因”、 “跳躍基因”、“重疊基因”的發(fā)現(xiàn)，以及基因結(jié)構(gòu)的精細(xì)分析、基因組測(cè)序等。t 基因表達(dá)調(diào)控機(jī)制的研究；Jacob等通過(guò)研究大腸桿菌誘導(dǎo)酶的形成機(jī)制而提出操縱子學(xué)說(shuō)，闡明了基因表達(dá)調(diào)控的機(jī)制，為分子生物學(xué)的形成奠定了基礎(chǔ)。（五)我國(guó)微生物學(xué)的發(fā)展湯飛凡：沙眼病原體的分離和確證陳華癸：根瘤菌固氮作用的研究高尚蔭：創(chuàng)建了我國(guó)病毒學(xué)的基礎(chǔ)理論研究 和第一個(gè)微生物學(xué)專業(yè)抗生素的總產(chǎn)量已耀居世界首位兩步法生產(chǎn)維生素C的技術(shù)居世界先進(jìn)水平泉生熱孢菌全基因組序列測(cè)定（六）21世紀(jì)微生物學(xué)展望1．微生物自身的特點(diǎn)（共性和特性）將會(huì)更加受到關(guān)注和利用共性：微生物具有其他生物共有的基本生物學(xué)特性：生長(zhǎng)、 繁殖、代謝、共用一套遺傳密碼等，甚至其基因組 上含有與高等生物同源的基因，充分反映了生物高 度的統(tǒng)一性。t 以微生物為研究材料繼續(xù)對(duì)一些基本生命現(xiàn)象進(jìn)行研究；t 生物進(jìn)化方面的研究；在微生物基因組上進(jìn)行的考古t 性別分化的意義；基因水平轉(zhuǎn)移細(xì)菌DNA的主動(dòng)分泌與攝取t 生物智慧的發(fā)展；聰明的黏菌t 生命起源的研究；t 極端環(huán)境的微生物的研究；t 微生物產(chǎn)業(yè)的開(kāi)發(fā)；t 重要致病菌的特點(diǎn)及其防治；微生物自身特性的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)、利用：例如降解性塑料，分解纖維素、生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白等。微生物具備生命現(xiàn)象的特性和共性，將是21世紀(jì)進(jìn)一步解決生物學(xué)重大理論問(wèn)題，如生命起源與進(jìn)化，物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律等，和實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題，如新的微生物資源的開(kāi)發(fā)利用，能源、糧食等的最理想的材料。易培養(yǎng)：很多細(xì)菌都可以非常方便地進(jìn)行人工培養(yǎng)！數(shù)量大：在自然界中（土壤、水體、空氣，動(dòng)植物體內(nèi)和體表）都生存有大量的微生物！分布廣：人跡可到之處，微生物的分布必然很多，而人跡不到的地方，也有大量的微生物存在！t 數(shù)十公里的高空（最高為離地85公里，須用火箭采樣）；t 幾千米的地下；t 強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、高熱的極端環(huán)境；t 常年封凍的冰川；種類多：t 微生物的生理代謝類型多；t 代謝產(chǎn)物種類多；t 微生物的種數(shù)“多”；雖然目前已定種的微生物只有大約10萬(wàn)種，遠(yuǎn)較動(dòng)植物為少，但一般認(rèn)為目前為人類所發(fā)現(xiàn)的微生物還不到自然界中微生物總數(shù)的1%級(jí)界寬：Whittaker的五界分類系統(tǒng) Woese三原界分類系統(tǒng)變異易：個(gè)體小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)、且多與外界環(huán)境直接接觸 繁殖快、 數(shù)量多 ’ 突變率：105 – 1010短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量的變異后代青霉素的生產(chǎn)：20單位/ ml（1943）10000單位/ ml青霉素的用量：最高：10萬(wàn)單位/天（40年代）數(shù)百萬(wàn)千萬(wàn)單位/次細(xì)菌抗藥性的產(chǎn)生：抗（逆）性強(qiáng)：抗熱：有的細(xì)菌能在265個(gè)大氣壓，250 ℃的條件下生長(zhǎng)； 自然界中細(xì)菌生長(zhǎng)的最高溫度可以達(dá)到113 ℃ ； 有些細(xì)菌的芽孢，需加熱煮沸8小時(shí)才被殺死；抗寒：有些微生物可以在―12℃ ~ ―30℃的低溫生長(zhǎng)；抗酸堿：細(xì)菌能耐受并生長(zhǎng)的pH范圍：pH ~ 13；耐滲透壓：蜜餞、腌制品，飽和鹽水（NaCl, 32%)中 都有微生物生長(zhǎng)；抗壓力：有些細(xì)菌可在1400個(gè)大氣壓下生長(zhǎng)；休眠長(zhǎng)：世界上最古老的活細(xì)菌（芽孢）：Nature 407, 897 900 (2000) 起源早：38億年前，生命在海洋中出現(xiàn)26億年前，陸地上就可能存在微生物發(fā)現(xiàn)晚：300多年前人們才真正發(fā)現(xiàn)微生物的存在微生物的特點(diǎn)：個(gè)體小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)、胃口大、食譜廣、繁殖快、易培養(yǎng)、數(shù)量大、分布廣、種類多、級(jí)界寬、變異易、抗性強(qiáng)、休眠長(zhǎng)、起源早、發(fā)現(xiàn)晚第2章 純培養(yǎng)和顯微技術(shù)微生物的基本特點(diǎn)：??！t 在絕大多數(shù)情況下都是利用微生物的群體來(lái)研究其屬性；t 微生物的物種（菌株）一般也是以群體的形式進(jìn)行繁衍、保存；培養(yǎng)技術(shù)在微生物學(xué)中具有重要意義！在研究中所使用的微生物培養(yǎng)群體：培養(yǎng)物：在一定的條件下培養(yǎng)、繁殖得到的微生物群體混合培養(yǎng)物：含有多種微生物的培養(yǎng)物；純培養(yǎng)物： 只有一種微生物的培養(yǎng)物；通常情況下只有純培養(yǎng)物才能提供可以重復(fù)的結(jié)果純培養(yǎng)技術(shù)是進(jìn)行微生物學(xué)研究的基礎(chǔ)！微生物的基本特點(diǎn)：??！微生物個(gè)體微小的特點(diǎn)也決定了顯微技術(shù)是進(jìn)行微生物研究的另一項(xiàng)重要技術(shù)，因?yàn)榻^大多數(shù)微生物的個(gè)體形態(tài)及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)只能通過(guò)顯微鏡才能進(jìn)行觀察和研究。一、無(wú)菌技術(shù)t 用于分離、培養(yǎng)微生物的器具事先不含任何微生物；t 在轉(zhuǎn)接、培養(yǎng)微生物時(shí)防止其它微生物的污染；微生物培養(yǎng)的常用器具及其滅菌常用的器具：試管、瓶子、培養(yǎng)皿等1887年，R J Petri 發(fā)明Petri dish常用的滅菌方法：高壓蒸汽滅菌高溫干熱滅菌接種操作無(wú)菌操作：火焰附近（酒精燈、煤氣燈）進(jìn)行在無(wú)菌箱或操作室內(nèi)無(wú)菌的環(huán)境下進(jìn)行二、用固體培養(yǎng)基分離純培養(yǎng)液體培養(yǎng)基；培養(yǎng)基： 固體培養(yǎng)基；半固體培養(yǎng)基； 瓊脂柯赫（Robert Koch）的助手W Heese和他的夫人Fran Heese菌落（colony）：?jiǎn)蝹€(gè)（或聚集在一起的一團(tuán)）微生物在適宜的固體培養(yǎng)基表面或內(nèi)部生長(zhǎng)、繁殖到一定程度可以形成肉眼可見(jiàn)的、 有一定形態(tài)結(jié)構(gòu)的子細(xì)胞生長(zhǎng)群體眾多菌落連成一片菌苔（lawn）不同微生物在特定培養(yǎng)基上生長(zhǎng)形成的菌落或菌苔一般都具有穩(wěn)定的特征（形狀、顏色等），可以成為對(duì)該微生物進(jìn)行分類、鑒定的重要依據(jù)（見(jiàn)P14 圖23）。例如：若同一稀釋度的試管中有95%表現(xiàn)為不生長(zhǎng)，則生長(zhǎng)的試管中僅含一個(gè)細(xì)胞的幾率為：%；含二個(gè)細(xì)胞的幾率為：%；含三個(gè)細(xì)胞的幾率為：%