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1、【北京大学生命科学院】优质课全国特级教师XXXXX全册优秀课件全册优秀课件食品食品微生物学微生物学课 程 介绍 遗传学遗传学遗传学遗传学生理学生理学生理学生理学 分类学分类学分类学分类学 生态学生态学生态学生态学形态学形态学形态学形态学第一章第一章第一章第一章 原核微生物原核微生物原核微生物原核微生物第二章第二章第二章第二章 真核微生物真核微生物真核微生物真核微生物第三章第三章第三章第三章 病毒病毒病毒病毒第十章第十章第十章第十章 微生物的分类和鉴定微生物的分类和鉴定微生物的分类和鉴定微生物的分类和鉴定第四章第四章第四章第四章 微生物的营养微生物的营养微生物的营养微生物的营养第五章第五章第五章
2、第五章 微生物的代谢微生物的代谢微生物的代谢微生物的代谢第六章第六章第六章第六章 微生物的生长及其控制微生物的生长及其控制微生物的生长及其控制微生物的生长及其控制第八章第八章第八章第八章 微生物的生态微生物的生态微生物的生态微生物的生态第九章第九章第九章第九章 传染与免疫传染与免疫传染与免疫传染与免疫第七章第七章第七章第七章 微生物的遗传变异和育种微生物的遗传变异和育种微生物的遗传变异和育种微生物的遗传变异和育种结束语结束语结束语结束语 21 21 21 21世纪的微生物学世纪的微生物学世纪的微生物学世纪的微生物学动物：动物：动物：动物：呼吸、运动、循环、生殖等八大系统；呼吸、运动、循环、生殖
3、等八大系统；呼吸、运动、循环、生殖等八大系统；呼吸、运动、循环、生殖等八大系统；植物：植物：植物：植物：根、茎、叶、花、果实、种子六大组织；根、茎、叶、花、果实、种子六大组织；根、茎、叶、花、果实、种子六大组织；根、茎、叶、花、果实、种子六大组织；微生物：微生物：微生物：微生物：“朝生暮死朝生暮死朝生暮死朝生暮死”；较原始的、尚未出现组织、器官；较原始的、尚未出现组织、器官；较原始的、尚未出现组织、器官；较原始的、尚未出现组织、器官分化的生物。分化的生物。分化的生物。分化的生物。我们生活在一个被大量微生物包围着的我们生活在一个被大量微生物包围着的：空气空气、水体水体、食品食品、微生物无处不在微
4、生物无处不在课程介绍课程介绍第一节第一节 微生物的基本概念微生物的基本概念 第三节第三节 食品微生物学的发展概况食品微生物学的发展概况第二节第二节 食品微生物学概述食品微生物学概述微生物学及其分科微生物学及其分科2什么是微生物什么是微生物1人类对微生物世界的认识史人类对微生物世界的认识史3微生物学的发展微生物学的发展4微生物的五大共性微生物的五大共性5第一节第一节 微生物的基本概念微生物的基本概念 一、什么是微生物一、什么是微生物微生物（微生物（微生物（微生物（microorganism,microbemicroorganism,microbe）是一切肉眼看不见或看不清楚的微小生物的总称。它们
5、是一些个体微小、构造简单的低等生物。它不是一个分类学上的单位它不是一个分类学上的单位它不是一个分类学上的单位它不是一个分类学上的单位大小范围：0.1um1.0mm最小的细菌：naobactera，50nm最大的细菌：Thiomargarita namibiensis，0.10.3um 大多为单细胞，少数为多细胞，还包括一些没有细胞结构的生物。电子显微镜：电子显微镜：A白喉杆菌白喉杆菌B结核杆菌结核杆菌C链球菌链球菌D钩端螺旋钩端螺旋菌菌E破伤风杆破伤风杆菌菌F葡萄球菌葡萄球菌G微球菌微球菌H霍乱球菌霍乱球菌I炭疽杆菌炭疽杆菌J肠炎杆菌肠炎杆菌K肺炎球菌肺炎球菌L淋病球菌淋病球菌微生物的基本类群
6、微生物的基本类群病毒、亚病毒、病毒、亚病毒、病毒、亚病毒、病毒、亚病毒、噬菌体噬菌体噬菌体噬菌体非非非非细胞结构细胞结构细胞结构细胞结构原核生物原核生物真核微生物真核微生物微微生生物物细胞细胞细胞细胞结构结构结构结构 立克次氏体及支原体立克次氏体及支原体衣原体衣原体蓝细菌蓝细菌细菌、放线菌细菌、放线菌菌（酵母菌菌（酵母菌霉菌及病原真菌）、霉菌及病原真菌）、澡类植物和原生动澡类植物和原生动物物主要有三大类群：主要有三大类群：1）原核生物类：）原核生物类：细菌细菌（细菌、放线菌、蓝细菌、支原体、立克次氏体和衣原体）；古细菌古细菌 2）真核生物类：）真核生物类：真菌（酵母菌、霉菌、蕈菌）、原生动物和
7、显微藻类。蘑菇和银耳等食、药用菌是个例外，尽管可用厘米表示它们的大小，但其本质是真菌，我们称它们为大型真菌。3）非细胞生物类：）非细胞生物类：病毒和亚病毒（类病毒、拟病毒和朊病毒）。立克次氏体立克次氏体支原体支原体衣原体衣原体放线菌放线菌蓝细菌蓝细菌细细菌菌原核生物类：原核生物类：真核生物类：真核生物类：非细胞生物类：非细胞生物类：虽然我们用肉眼看不到单个的微生物细胞，但是当微生物在虽然我们用肉眼看不到单个的微生物细胞，但是当微生物在某种材料上大量繁殖形成一个大集团时，我们就能看到它们某种材料上大量繁殖形成一个大集团时，我们就能看到它们了。这一团有着数量高达几百万细胞的集合体称为了。这一团有着
8、数量高达几百万细胞的集合体称为菌落菌落。例如腐败的馒头和面包上长的毛、烂水果上的斑点，皮鞋上例如腐败的馒头和面包上长的毛、烂水果上的斑点，皮鞋上的霉点，皮肤上藓块等就是许多微生物形成的菌落。的霉点，皮肤上藓块等就是许多微生物形成的菌落。微生物虽小，但它们和人类的关系非常密切，有些对人类微生物虽小，但它们和人类的关系非常密切，有些对人类有有益益，是人类生活不可缺少的伙伴；有些对人类，是人类生活不可缺少的伙伴；有些对人类有害有害，对人，对人类生存构成了威胁；有的虽然和人类没有直接的利害关系，类生存构成了威胁；有的虽然和人类没有直接的利害关系，但在生物圈的物质循环和能流中具有关键作用。但在生物圈的物
9、质循环和能流中具有关键作用。分解者微生物消费者动物环境土壤、空气、水生产者植物（包括部分微生物）二、微生物学及其分科二、微生物学及其分科二、微生物学及其分科二、微生物学及其分科微生物学（微生物学（Micobiology）：是在细胞、分子或群体水平上研究微生物）：是在细胞、分子或群体水平上研究微生物的形态结构、生理代谢、遗传变异、生态分布和分类进化等生命的形态结构、生理代谢、遗传变异、生态分布和分类进化等生命活动的活动的基本规律，并将其应用于工业发酵、医学卫生和生物工程基本规律，并将其应用于工业发酵、医学卫生和生物工程等领域的科学。等领域的科学。（研究微生物生命活动规律的科学）（研究微生物生命活
10、动规律的科学）根本任务：发掘、利用和改善有益微生物；控制、消灭或改造有害微根本任务：发掘、利用和改善有益微生物；控制、消灭或改造有害微生物。生物。周德庆教材的分类：周德庆教材的分类：微生物的基本生命活动规律：微生物的基本生命活动规律：普通微生物学、微生物分类学、微生物生理学、遗传学、生态学和分子微生物学应用领域：应用领域：应用微生物学、工业、农业、医学、药用、诊断、抗生素、食品微生物学研究对象：研究对象：细菌学、真菌学（菌物学）、病毒学、原核生物学、自养菌生物学和厌氧菌生物学生态环境：生态环境：土壤、微生态学、海洋、环境、水、宇宙学科交叉融合：学科交叉融合：化学微生物学、分析微生物学、微生物生
11、物工程学、微生物化学分类学、微生物数值分类学、微生物地球化学、微生物信息学实验方法与技术：实验方法与技术：实验微生物学、微生物研究方法学沈萍教材的分类：沈萍教材的分类：三、三、三、三、人类对微生物世界的认识简史人类对微生物世界的认识简史微生物的认识是一个漫长的发展过程。微生物的认识是一个漫长的发展过程。漫漫长夜终见曙光。人类认识微生物世界的四大障碍：漫漫长夜终见曙光。人类认识微生物世界的四大障碍：1）个体微小；2）外貌不显；3）杂居混生；4）因果难联。（一）我国古代对微生物的利用（一）我国古代对微生物的利用（一）我国古代对微生物的利用（一）我国古代对微生物的利用1、酿造、酿造我国人民在距今约我
12、国人民在距今约80008000年至年至45004500年间，已发明了制曲酿酒工艺：曲蘖酿年间，已发明了制曲酿酒工艺：曲蘖酿酒起源于约酒起源于约80008000年前，年前，40004000年前的年前的“龙山文化时期龙山文化时期”酿酒技术已经十酿酒技术已经十分发达，商代（公元前分发达，商代（公元前1717世纪到公元前世纪到公元前1111世纪）酿酒已成为独立的手世纪）酿酒已成为独立的手工业。工业。在在25002500年前的春秋战国时期，已知制酱和醋。年前的春秋战国时期，已知制酱和醋。在宋代，能制造优良的红曲。在宋代，能制造优良的红曲。我国酿酒工艺我国酿酒工艺我国酿酒工艺我国酿酒工艺:1 1）历史悠久
13、：）历史悠久：公元前公元前1717世纪，甲骨文世纪，甲骨文“酒酒”、“醴醴”；公元前公元前4 4世纪，书经世纪，书经“若作酒醴，尔惟曲蘖若作酒醴，尔惟曲蘖”；公元前公元前3 3世纪，吕氏春秋世纪，吕氏春秋“仪狄作酒禹饮而甘之仪狄作酒禹饮而甘之”；淮南子（公元前淮南子（公元前2 2世纪）世纪）“清鞅之美，始于耒耜清鞅之美，始于耒耜”；酒酒诰诰（3 3世世纪纪，晋晋代代）“酒酒之之所所兴兴，肇肇自自上上皇皇，或或云云仪仪狄狄，一一曰曰杜杜康康。有有饭饭不不尽尽，委委余余空空桑桑，郁郁积积成成味味，久久蓄蓄气气芳芳。本本出出于于此此，不不由由奇奇芳芳。”2 2）工艺独特：）工艺独特：按酿制原理大体可
14、分为果酒类、啤酒类、曲酒类、蒸馏酒类等。按酿制原理大体可分为果酒类、啤酒类、曲酒类、蒸馏酒类等。3）经验丰富：）经验丰富：在制曲和酿酒技术上有丰富的经验，齐民要术、开工天物等。在制曲和酿酒技术上有丰富的经验，齐民要术、开工天物等。4）品种多样：）品种多样：曲种上：散曲、小曲、饼曲、草药曲、红曲、干酵等；曲种上：散曲、小曲、饼曲、草药曲、红曲、干酵等；酒品种上：齐民要术中记载酒品种上：齐民要术中记载39种；种；菌种上：经过精心选择和独特培养后，已选育出以根霉、米曲霉、酵母菌种上：经过精心选择和独特培养后，已选育出以根霉、米曲霉、酵母菌、红曲霉、毛霉为主体的各种曲种。菌、红曲霉、毛霉为主体的各种曲
15、种。2、医疗、医疗在两千年前，我国人民已经初步认识到许多疾病具有传染性，公元前在两千年前，我国人民已经初步认识到许多疾病具有传染性，公元前5世纪，已知道驱逐狂犬，以预防狂犬病，知道用麦曲治疗腹病；世纪，已知道驱逐狂犬，以预防狂犬病，知道用麦曲治疗腹病；三国时代，名医华佗，创麻醉术及剖腹外科，主张割去腐肉以预防传三国时代，名医华佗，创麻醉术及剖腹外科，主张割去腐肉以预防传染；染；宋真宗时代（公元宋真宗时代（公元968-1022），创造），创造“以毒攻毒以毒攻毒”的免疫方法，发明的免疫方法，发明用种人痘预防天花。后来相继传到俄国、日本、朝鲜，并于用种人痘预防天花。后来相继传到俄国、日本、朝鲜，并于
16、1717年经过土耳其传到英国，继而传到欧洲及美洲各国。英国的秦纳年经过土耳其传到英国，继而传到欧洲及美洲各国。英国的秦纳（E.Jenner1796）受到启示，在种人痘的基础上发展用种牛痘预）受到启示，在种人痘的基础上发展用种牛痘预防天花。防天花。3、其他、其他l后魏时（公元后魏时（公元6世纪）的贾思勰齐民要术就详细地记载世纪）的贾思勰齐民要术就详细地记载了制曲和酿酒的技术，还记载了栽种豆科植物可以肥沃土壤。了制曲和酿酒的技术，还记载了栽种豆科植物可以肥沃土壤。l在在900年前，利用自养细菌生命活动的胆水浸铜法已经正式年前，利用自养细菌生命活动的胆水浸铜法已经正式用于生产铜。用于生产铜。l在农业
17、方面，在在农业方面，在2000年前，已发现豆科植物的根瘤有增产年前，已发现豆科植物的根瘤有增产作用，并采用积肥、沤粪、压青和轮作等农业措施，来利用和作用，并采用积肥、沤粪、压青和轮作等农业措施，来利用和控制有益的微生物的生命活动，从而提高作物产量。控制有益的微生物的生命活动，从而提高作物产量。（二）微生物学的发展史（二）微生物学的发展史（二）微生物学的发展史（二）微生物学的发展史微生物在地球上存在了微生物在地球上存在了3030多亿年，人类在数百万年前出多亿年，人类在数百万年前出现之后就一直和微生物发生着千丝万缕的密切联系。现之后就一直和微生物发生着千丝万缕的密切联系。微生物学的发展历史，可分为
18、五个时期，微生物学的发展历史，可分为五个时期，即：史前期、初创期、奠基期、发展期、成熟期史前期、初创期、奠基期、发展期、成熟期。1 1、史前期（感性认识阶段）、史前期（感性认识阶段）、史前期（感性认识阶段）、史前期（感性认识阶段）时间：大约距今时间：大约距今80008000年前年前-1676-1676年年进展：人们不自觉地微生物频繁地打交道，并凭自己的经验在实践中进展：人们不自觉地微生物频繁地打交道，并凭自己的经验在实践中开展利用有益微生物和防治有害微生物的活动。由于在思想方法上开展利用有益微生物和防治有害微生物的活动。由于在思想方法上停留在停留在“实践实践实践实践实践实践”的基础上，因此只能
19、长期处于低水平的基础上，因此只能长期处于低水平的应用阶段。的应用阶段。贡贡献献：人人民民在在自自己己的的生生产产实实践践中中都都累累积积了了许许多多利利用用有有益益微微生生物物和和防防治治有有害害微微生生物物的的经经验验，例例如如发发面面，天天然然果果酒酒和和啤啤酒酒的的酿酿造造，牛牛乳乳和和乳乳制品的发酵以及利用霉菌来治疗一些疾病等。制品的发酵以及利用霉菌来治疗一些疾病等。2 2、初创期（形态学发展阶段）、初创期（形态学发展阶段）、初创期（形态学发展阶段）、初创期（形态学发展阶段）时间：时间：16761676年年18611861年年进展：人们对微生物的研究仅停留在形态学描述的水平上，进展：人
20、们对微生物的研究仅停留在形态学描述的水平上，而对它们的生理活动及其与人类实践活动的关系却未加研而对它们的生理活动及其与人类实践活动的关系却未加研究，微生物学作为一门学科在当时还未形成。究，微生物学作为一门学科在当时还未形成。微生物学的先驱者：微生物学的先驱者：17th最伟大的业余科学家最伟大的业余科学家列文列文列文列文虎克虎克虎克虎克（AntonyvanLeeuwenhoek）只上过中学的布店学徒工只上过中学的布店学徒工英国皇家学会会员英国皇家学会会员巴黎科学院通讯院士巴黎科学院通讯院士列文虎克的贡献：列文虎克的贡献：（1 1）制作了）制作了419419架显微镜或放大镜，架显微镜或放大镜，50
21、50200200倍，倍，266266倍；倍；（2 2）用显微镜观察了许多微生物，）用显微镜观察了许多微生物，16761676年首次观察到细菌；年首次观察到细菌；（3 3）发表论文）发表论文400400篇，其中篇，其中375375篇寄往英国皇家学会发表。篇寄往英国皇家学会发表。列文虎克：列文虎克：“我知道，我是对的我知道，我是对的”“生活在整个荷兰的全部生活在整个荷兰的全部人数，还没有我每天嘴内人数，还没有我每天嘴内所带有的小生物那么多所带有的小生物那么多”墓志铭：九十年，十个月墓志铭：九十年，十个月又两天又两天 在微生物学各个历史的阶段，每一个较大的进步都伴随着更好显微镜的问世。microsc
22、ope列文虎克利用业余时间制造过列文虎克利用业余时间制造过400多架多架单式显微镜和放大镜，放大率一般为单式显微镜和放大镜，放大率一般为50200倍，倍，microscope1690年年1720年年1725年年1760年年请欣赏不同时期的显微镜请欣赏不同时期的显微镜1790年年1881年年1840年年1890年年电子显微电子显微镜镜3 3、奠基期（生理学发展阶段）、奠基期（生理学发展阶段）、奠基期（生理学发展阶段）、奠基期（生理学发展阶段）时间：时间：18611861年年18971897年年进进展展：建建立立了了一一系系列列研研究究微微生生物物的的方方法法和和技技术术；开开创创了了寻寻找找病病
23、原原微微生生物物的的“黄黄金金时时代代”（1870s1870s1920s1920s）；开开始始在在生生理理学学水水平平上上研研究究微微生生物物；以以“实实践践理理论论实实践践”的的思思想想方方法法指导科学实验；微生物学开始形成独立学科。指导科学实验；微生物学开始形成独立学科。贡献：贡献：法国的法国的巴斯德（巴斯德（PasteurPasteur）微生物学的奠基人，微生物学的奠基人，“微生物学之父微生物学之父”。德国的德国的科赫（科赫（KochKoch）细菌学的奠基人。细菌学的奠基人。巴斯德主要贡献：巴斯德主要贡献：（1 1）提出了生命只能来自生命的胚种学说（种质学说），否定了自）提出了生命只能来
24、自生命的胚种学说（种质学说），否定了自然发生学说（然发生学说（18611861年）；年）；（2 2）指出了传染病、发酵、腐败的真正原因是微生物活动的结果；）指出了传染病、发酵、腐败的真正原因是微生物活动的结果；（3 3）在人类防病治病方面的贡献，发现病原菌减毒可诱发免疫性，）在人类防病治病方面的贡献，发现病原菌减毒可诱发免疫性，首次制成狂犬疫苗，证实了免疫学说。首次制成狂犬疫苗，证实了免疫学说。（狂犬、霍乱、炭疽）（狂犬、霍乱、炭疽）（4 4）建立了一系列消毒、灭菌的方法。）建立了一系列消毒、灭菌的方法。在观察的领域，机遇只在观察的领域，机遇只垂青于有准备的头脑垂青于有准备的头脑 Louis
25、Pasteur Louis PasteurPasteurPasteur的曲径瓶实验的曲径瓶实验柯赫主要贡献为：柯赫主要贡献为：柯赫主要贡献为：柯赫主要贡献为：（1 1）建立了研究微生物的一系列重要方法，如，发明了固体培养基）建立了研究微生物的一系列重要方法，如，发明了固体培养基、微生物的纯种分离、显微染色技术、显微摄影技术等；、微生物的纯种分离、显微染色技术、显微摄影技术等；（2 2）利用平板分离方法寻找并分离到许多病原菌，如炭疽病菌）利用平板分离方法寻找并分离到许多病原菌，如炭疽病菌（18771877）、结核杆菌（）、结核杆菌（18821882）、链球菌（）、链球菌（18821882）、霍乱
26、球菌）、霍乱球菌（18831883）等；）等；（3 3）提出了）提出了柯赫法则（柯赫法则（18841884）。1905年，科赫获得了诺贝尔医学和生理年，科赫获得了诺贝尔医学和生理学奖，主要是为了表彰他在肺结核研究学奖，主要是为了表彰他在肺结核研究方面的贡献。方面的贡献。1982年，我国邮电部发行了一枚纪念邮年，我国邮电部发行了一枚纪念邮票，纪念科赫发现肺结核病原菌一百周票，纪念科赫发现肺结核病原菌一百周年。年。科赫法则（科赫法则（科赫法则（科赫法则（KochspostulatesKochspostulates）病病原原微微生生物物总总是是在在患患传传染染病病的的动动物物中中发发现现而而不不存存
27、在在于于健康个体中；健康个体中；这一微生物可以离开动物体，并被培养为纯种培养物；这一微生物可以离开动物体，并被培养为纯种培养物；这种纯培养物接种到敏感动物体中，出现特有症状；这种纯培养物接种到敏感动物体中，出现特有症状；该该微微生生物物可可以以从从患患病病的的实实验验动动物物中中重重新新分分离离出出来来，并并可可在在实实验验室室中中再再次次培培养养，此此后后它它仍仍然然与与原原始始病病原原微微生生物相同。物相同。4 4、发展期（生化水平研究阶段）、发展期（生化水平研究阶段）、发展期（生化水平研究阶段）、发展期（生化水平研究阶段）时间：时间：18971897年年19531953年年进展：开创了微
28、生物生化研究的时代，各学科相互渗透；形成了许多进展：开创了微生物生化研究的时代，各学科相互渗透；形成了许多应用微生物的分支学科，如抗生素发酵、有机酸发酵、氨基酸发酵应用微生物的分支学科，如抗生素发酵、有机酸发酵、氨基酸发酵等；发现微生物的代谢统一性，开展寻找微生物的有益代谢产物，等；发现微生物的代谢统一性，开展寻找微生物的有益代谢产物，出现了微生物学发展史上的第二个出现了微生物学发展史上的第二个“淘金热淘金热”；青霉素的发现推动；青霉素的发现推动了微生物工业化培养技术的突飞猛进。了微生物工业化培养技术的突飞猛进。18971897年，布赫纳年，布赫纳(Buchner)(Buchner)研究磨碎了
29、的酵母菌的发酵作用，用无细研究磨碎了的酵母菌的发酵作用，用无细胞酵母汁发酵葡萄糖得到酒精，因而把生命活动和酶的化学紧密联胞酵母汁发酵葡萄糖得到酒精，因而把生命活动和酶的化学紧密联系起来。系起来。加利福尼亚大学的加利福尼亚大学的M.DoudoroffM.Doudoroff，普通微生物学，普通微生物学没有酵母的酒精发酵（没有酵母的酒精发酵（Discoveryofcell-freefermentation）德国德国E.Buchner 18971897年，德国人布赫纳年，德国人布赫纳（E.Bchner)用用酵母菌无细胞滤液进行酒精发酵取得成功，酵母菌无细胞滤液进行酒精发酵取得成功，建立了现代酶学、开创
30、了微生物生物化学研究的新时代。建立了现代酶学、开创了微生物生物化学研究的新时代。在该期，俄国人维诺格拉斯基在该期，俄国人维诺格拉斯基（Winogradsky）发现了铁细菌、硫细菌、硝化细发现了铁细菌、硫细菌、硝化细菌等化能自养菌；第一次从土壤中分离出自生固氮菌（巴氏德梭菌等）；开菌等化能自养菌；第一次从土壤中分离出自生固氮菌（巴氏德梭菌等）；开辟了研究微生物生态和微生物在自然界物质循环中作用等重要课题，奠定了辟了研究微生物生态和微生物在自然界物质循环中作用等重要课题，奠定了土壤微生物学的基础。（土壤微生物学）土壤微生物学的基础。（土壤微生物学）荷兰微生物学家贝杰林克（荷兰微生物学家贝杰林克（B
31、eijerinck)Beijerinck)，成功地从豆科根瘤中分离出根瘤菌，成功地从豆科根瘤中分离出根瘤菌，揭示了共生固氮现象等；后来，又分离和发现了好氧的固氮细菌。（土壤微揭示了共生固氮现象等；后来，又分离和发现了好氧的固氮细菌。（土壤微生物学）生物学）1892年，伊万诺夫斯基（年，伊万诺夫斯基（IVanowsky）发现烟草花叶病毒，开创了病毒学。）发现烟草花叶病毒，开创了病毒学。19291929年，英国年，英国细菌学家细菌学家FlemingFleming发现了青霉菌产生抑菌物质发现了青霉菌产生抑菌物质青霉素青霉素，为，为疾病的化学治疗开辟了新的途径。促使科学家们纷纷从微生物中寻找疾病的化学
32、治疗开辟了新的途径。促使科学家们纷纷从微生物中寻找这类抗生物质。这类抗生物质。他在进行葡萄球菌的培养过程中发现，污染有青霉菌菌落的周围完全他在进行葡萄球菌的培养过程中发现，污染有青霉菌菌落的周围完全不长葡萄球菌，进一步的研究发现，这种抑菌物质存在于青霉菌的发不长葡萄球菌，进一步的研究发现，这种抑菌物质存在于青霉菌的发酵液中，称为青霉素。酵液中，称为青霉素。19441944年，美国土壤微生物学家年，美国土壤微生物学家WaksmanWaksman等找到了由链霉菌产生的等找到了由链霉菌产生的链霉素；随后相继找到了氯霉素、地霉素、四环素、金霉素等链霉素；随后相继找到了氯霉素、地霉素、四环素、金霉素等数
33、百种抗生素，这些工作促使抗生素的研究从筛选到提纯全面数百种抗生素，这些工作促使抗生素的研究从筛选到提纯全面展开，形成了一套完整的抗生素工业系统。展开，形成了一套完整的抗生素工业系统。从从19世纪末到世纪末到20世纪世纪40年代末，是微生物学发展迅速的时期，年代末，是微生物学发展迅速的时期，各学科相互渗透，形成了许多应用微生物的分支学科，如抗生各学科相互渗透，形成了许多应用微生物的分支学科，如抗生素发酵、有机酸发酵、氨基酸发酵等。素发酵、有机酸发酵、氨基酸发酵等。5 5、成熟期（分子生物学发展阶段）、成熟期（分子生物学发展阶段）、成熟期（分子生物学发展阶段）、成熟期（分子生物学发展阶段）1953
34、1953年现在。从年现在。从WatsonWatson和和Crick Crick（1953.4.25.1953.4.25.）在英国的自然）在英国的自然上发表上发表DNADNA结构的双螺旋模型起，整个生命科学就进入了分子结构的双螺旋模型起，整个生命科学就进入了分子生物学研究的新阶段。生物学研究的新阶段。特点：特点：（1）微生物学迅速成长为一门十分热门的前沿基础学科；（2）在基础理论的研究方面，微生物迅速成为分子生物学研究中的最主要的对象；（3）在应用研究方面，向着更自觉、更有效和可人为控制的方向发展，至70年代初，成为新兴的生物工程中的主角。微微生生物物在在生生物物工工程程中中的的应应用用，微微生
35、生物物学学发发展展史史上上的的第第三三个个“淘淘金热金热”。Francis Crick(35y)1953JamesWatson(23y)丹麦丹麦哥本哈根哥本哈根剑桥大学剑桥大学CavendishLab.19531953年，年，Watson Watson 和和CrickCrick发表了发表了DNA DNA 的双螺旋结构，极大地促进了分子遗的双螺旋结构，极大地促进了分子遗传学的发展。传学的发展。1961年，年，Jacob和和Monod提出了乳糖操纵子学说，证实大肠杆菌乳糖代谢提出了乳糖操纵子学说，证实大肠杆菌乳糖代谢的调节是由一套调节基因控制的，建立了微生物代谢调控的基础。的调节是由一套调节基因控
36、制的，建立了微生物代谢调控的基础。1965年，年，Nirenberg破译了破译了DNA碱基组成的三联体密码，揭示了生物同一碱基组成的三联体密码，揭示了生物同一性的本质。此后，性的本质。此后，DNA序列分析、序列分析、DNA复制机制、复制机制、DNA分子杂交、蛋分子杂交、蛋白质生物合成等方面的研究以惊人的速度发展。白质生物合成等方面的研究以惊人的速度发展。1973年，年，Cohen等首次将两个不同质粒的等首次将两个不同质粒的DNA进行体外重组，转化进行体外重组，转化大肠杆菌成功，奠定了遗传工程的基础。此后遗传工程的研究大肠杆菌成功，奠定了遗传工程的基础。此后遗传工程的研究取得多方面的成就。取得多
37、方面的成就。1979年，将人的胰岛素年，将人的胰岛素A、B链基因转入大肠杆菌，并获得了表达。链基因转入大肠杆菌，并获得了表达。高等真核生物的基因在原核生物中的成功表达，使得利用转基高等真核生物的基因在原核生物中的成功表达，使得利用转基因微生物（基因工程菌）生产多肽药物（基因工程药物）成为因微生物（基因工程菌）生产多肽药物（基因工程药物）成为可能。此外，微生物基因工程方法应用于动植物，构建转基因可能。此外，微生物基因工程方法应用于动植物，构建转基因动物和转基因植物，使生物技术得到全面发展。动物和转基因植物，使生物技术得到全面发展。20世纪世纪80年代后期，微生物学在分子水平上的研究得到全面快速发
38、展，年代后期，微生物学在分子水平上的研究得到全面快速发展，在短期内取得了多方面的突破性进展，形成了在短期内取得了多方面的突破性进展，形成了分子微生物学分子微生物学分子微生物学分子微生物学。即利。即利用分子生物学的技术方法研究微生物形态、生理、遗传、生态、分用分子生物学的技术方法研究微生物形态、生理、遗传、生态、分类等基本生物学规律。类等基本生物学规律。1995年，美国首先测定了流感嗜血杆菌（年，美国首先测定了流感嗜血杆菌（Haemophilus influenzae)的全基的全基因组序列。从此，微生物基因组的研究范围不断扩大，目前，已经因组序列。从此，微生物基因组的研究范围不断扩大，目前，已经
39、完成了完成了100多种微生物的基因组全序列的测定，他们分属于多种微生物的基因组全序列的测定，他们分属于Woese系系统发育树中的细菌、古菌和真核微生物，如大肠杆菌、枯草芽孢杆统发育树中的细菌、古菌和真核微生物，如大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、酵母菌和詹氏甲烷球菌等。菌、酵母菌和詹氏甲烷球菌等。微生物基因组测微生物基因组测序意义序意义 微生物基因组测序为生命科学开辟了新的研究领域，如生物信息学、微生物基因组测序为生命科学开辟了新的研究领域，如生物信息学、比较基因组学、功能基因组学等。比较基因组学、功能基因组学等。微生物基因组测序为微生物学、医学和免疫学等提供了新的思路和方微生物基因组测序为微生物学、医
40、学和免疫学等提供了新的思路和方法。法。微生物基因组测序对于后基因组时代，研究基因与功能之间的相互关微生物基因组测序对于后基因组时代，研究基因与功能之间的相互关系将起着重大作用。系将起着重大作用。微生物作为理想的模式生物，其基因组测序技术和方法对于高等生物微生物作为理想的模式生物，其基因组测序技术和方法对于高等生物的基因组测序具有重要的指导和借鉴意义。的基因组测序具有重要的指导和借鉴意义。四、微生物学的发展促进了人类的进步四、微生物学的发展促进了人类的进步（一）人类健康（一）人类健康（医疗保健战线上的六大战役）外科消毒手术的建立；寻找人畜重大传染病的病原菌；免疫防治法的发明及广泛应用；磺胺等化学
41、治疗剂的普及；抗生素的大规模生产和推广；利用工程菌生产多肽类生化药等。所有这些，使原先猖獗的细菌性传染病得到了较好的控制，天花等烈性传染病已彻底绝迹，人类健康水平大幅度提高，平均寿命明显提高。1867年年JosephLister(18271912)首创用石炭酸喷洒手术室和煮沸手术用具首创用石炭酸喷洒手术室和煮沸手术用具以防术后感染，为防腐、消毒，以及无菌以防术后感染，为防腐、消毒，以及无菌操作奠定了基础。操作奠定了基础。1796年美国医生EdwardJenner(17491823)首创用牛痘预防天花，为预防医学开辟了广阔途径。（二）工业发酵及生物工程学的创立（二）工业发酵及生物工程学的创立微生
42、物与工业发展关系。通过食品罐状防腐、酿造技术的改革，纯种厌氧发酵的建立，液体深层通气搅拌大规模培养技术的创立以及代谢调控发酵技术的发明，使得古老的酿造技术发展成工业发酵技术；接着，又与遗传工程、细胞工程、酶工程和生物反应器工程一起，共同组成当代一个高技术学科生物工程学。生物工程生物工程商品生产商品生产改造物种改造物种常规菌常规菌(或常规细胞株或常规细胞株)遗传工程遗传工程细胞工程细胞工程“工程菌工程菌”（或（或“工程细胞株工程细胞株”）微生物工程微生物工程酶工程酶工程生物反应器工程生物反应器工程经济效益经济效益大量产品大量产品社会效益社会效益生态效益生态效益（三）微生物与农业生产的关系（三）微
43、生物与农业生产的关系以菌治害虫和以菌治植病的生物防治技术；以菌增肥效和以菌促生长（如赤霉素等）的微生物增产技术；以菌作饲（饵）料和以菌当蔬菜（食用菌）的单细胞蛋白和食用菌生产技术；以及以菌产沼气等生物能源技术等。微生物在农业生产中的地位越来越高。（四）微生物与环境保护的关系（四）微生物与环境保护的关系（四）微生物与环境保护的关系（四）微生物与环境保护的关系微生物是海洋和其他水体(占地球面积70以上)中光合生产力的基础；是一切生物链的主要环节；是污水处理中的关键角色；是生态农业中最重要的一环；是自然界重要元素循环的首要推动者；以及是环境污染和监测的重要指示生物等。因此微生物学在环境保护中具有重要
44、意义。（五）微生物学在生命科学发展中的重要地位（五）微生物学在生命科学发展中的重要地位1 1微生物是生物学基本理论研究中的理想实验对象，微生物是生物学基本理论研究中的理想实验对象，对微生物的研究促进许多重大生物学理论问题的突破对微生物的研究促进许多重大生物学理论问题的突破t 基因和酶关系的阐明及基因和酶关系的阐明及“一个基因一个酶一个基因一个酶”的假说；的假说；t遗传的物质基础的阐明；遗传的物质基础的阐明；t基因概念的发展；基因概念的发展；t遗传密码的破译；遗传密码的破译；t基因表达调控机制的研究；基因表达调控机制的研究；t生物大分子合成的中心法则；生物大分子合成的中心法则；Beadle&Ta
45、tum Onegene-oneenzymeM.NirenbergGeneticcodenFrancois Jacob(44y)Jacques Monod(55y)Lac.OperonTheory19652 2对生命科学研究技术的贡献对生命科学研究技术的贡献细胞的人工培养；细胞的人工培养；突变体筛选；突变体筛选；DNA重组技术和遗传工程；重组技术和遗传工程；3 3微生物与微生物与“人类基因组计划人类基因组计划”作为模式生物；作为模式生物；基因与基因组的功能研究的重要工具基因与基因组的功能研究的重要工具;二十一世纪微生物学展望二十一世纪微生物学展望二十一世纪微生物学展望二十一世纪微生物学展望（1）
46、微生物基因组学研究将全面展开。）微生物基因组学研究将全面展开。基因组学包括全基因组的序列分析、功能分析和比较分析，是结构、功能和进化基因组学交织的学科。微生物基因组学将继续作为“人类基因组计划”的主要模式生物，在后基因组研究中发挥重要作用，并将带动分子微生物学等基础研究学科的发展。（2）在基因组信息的基础上，微生物生态学、环境微生物学、细胞微生）在基因组信息的基础上，微生物生态学、环境微生物学、细胞微生物学等获得长足发展，为人类的生存和健康发挥积极作用。物学等获得长足发展，为人类的生存和健康发挥积极作用。（3）微生物生命现象的特征和共性将更加受到重视。）微生物生命现象的特征和共性将更加受到重视
47、。微生物的特征，将为21世纪进一步解决生物学重大理论问题，如生命起源与进化，物质运动的基本规律等，和实际应用问题，如新的微生物资源的开发和利用，能源、粮食等的最理想材料。（4）与其他学科实现更广泛的交叉，获得新的发展。）与其他学科实现更广泛的交叉，获得新的发展。微生物学将进一步向地质、海洋、大气、太空渗透，使更多的边缘学科微生物学将进一步向地质、海洋、大气、太空渗透，使更多的边缘学科得到发展，如微生物地球化学、海洋微生物学、大气微生物学、太空微得到发展，如微生物地球化学、海洋微生物学、大气微生物学、太空微生物以及极端环境微生物学等。微生物与能源、信息、材料、计算机的生物以及极端环境微生物学等。
48、微生物与能源、信息、材料、计算机的结合也将开辟新的研究和应用领域。此外，微生物学的研究技术和方法结合也将开辟新的研究和应用领域。此外，微生物学的研究技术和方法也将会在吸收其他学科的先进技术的基础上，向自动化、定向化和定量也将会在吸收其他学科的先进技术的基础上，向自动化、定向化和定量化的发展。化的发展。（5）微生物产业将呈现全新的局面）微生物产业将呈现全新的局面以微生物代谢产物和菌体本身为生产对象的生物产业，已成为继动、植物两大产业之后的第三大产业。21世纪，微生物产业除了更广泛地利用和挖掘不同生境（包括极端环境）的自然资源微生物外，基因工程菌将形成一批强大的工业生产菌，生产外源基因表达产物，特
49、别是药物生产将出现前所未有的新局面，结合基因组学在药物设计上的新策略将出现以核酸为靶标的新药物（如反以寡核苷酸、肽核酸、DNA疫苗等）的大量生产，人类将完全征服癌症、艾滋病以及其他疾病。此外，微生物工业将生产各种各样的新产品，如降解性塑料、此外，微生物工业将生产各种各样的新产品，如降解性塑料、DNA芯片、芯片、生物能源等，在生物能源等，在21世纪将出现一批崭新的微生物工业，为经济和社世纪将出现一批崭新的微生物工业，为经济和社会发展作出贡献。会发展作出贡献。五、五、五、五、微生物的五大共性（特征）微生物的五大共性（特征）微生物的五大共性（特征）微生物的五大共性（特征）小、多、快、强、广小、多、快
50、、强、广（1 1）体积小，面积大）体积小，面积大 （2 2）吸收多，转化快）吸收多，转化快（3 3）生长旺，繁殖快）生长旺，繁殖快（4 4）适应强，易变异）适应强，易变异（5 5）分布广，种类多）分布广，种类多1、体积小，面积大（、体积小，面积大（个体小个体小）测量单位：微米或钠米测量单位：微米或钠米在科学上的一篇文章报道了对一快活性陨石上可能存在的生命遗迹的在科学上的一篇文章报道了对一快活性陨石上可能存在的生命遗迹的研究，这块陨石在研究，这块陨石在45亿年前在火星上形成，亿年前在火星上形成，13亿年以前由于宇宙碰撞而离开火亿年以前由于宇宙碰撞而离开火星，星，13000年前作为陨石降落到地球上