微生物学廖红东

湖南大学生命科学与技术研究院

第一章 绪论

在一双没有洗过的手上，居然携带着40万个人类肉眼看不到的细菌；在每100人中，就有近50人手上带着致病的病菌！

妈妈说上完厕所要洗手

例一、洗手

微生物与人类生活的关系

例二、刷牙

例三：发酵食品

一、什么是微生物

一切肉眼看不见或一切肉眼看不见或看不清楚的微小生看不清楚的微小生物的总称。物的总称。

个体微小个体微小 构造简单构造简单

m mm m mm μμm nmm nm

微生物界动、植物界

单细胞、简单多细胞、无细胞结构的低等生物单细胞、简单多细胞、无细胞结构的低等生物

微生物的菌落细菌的显微图样

二、人类对微生物的认识史

（1）一个难以认识的微生物世界

艾滋病，12～13年的潜伏期，人类免疫缺陷病毒（HIV）引起；

艾滋病病毒

模拟图

发霉的玉米、花生等胚附近，生长能产生剧毒真菌毒素的黄曲霉。

花生上的黄曲霉黄曲霉菌落

（2）微生物学发展史

史前期：约8000年前～1676，制曲、酿酒等

初创期：1676～1861，形态描述阶段，列文虎克自制显微镜

奠基期：1861～1897，生理水平研究，巴斯德，科赫

发展期：1897～1953，生化水平研究，E.BÜchner

成熟期：1953～至今，分子生物学水平研究，J.Watson和F.Crick

初创时期（形态学发展时期）

奠基时期（生理学发展时期）

１、巴斯德与自然发生学说

法国，化学家，路易斯 · 巴斯德

２、科赫与疾病的病菌说

德国，乡村医生，科赫

１、巴斯德与自然发生说

新鲜食品搁置

细菌检定

无细菌

腐败食品

细菌检定

有细菌

由非生命的物质自然发生

自然发生说

巴斯德与自然发生说

巴斯德反驳自然发生说的三个实验

第一个实验

空

气

乙醇、醚混合物棉纤维

沉淀物 检测

１、巴斯德与自然发生说

巴斯德反驳自然发生说的三个实验

第二个实验

加热

营养液

密封 放置 细菌检测 无细菌检出

自然发生说质疑：无机物自然变为生命有机体必须提供新鲜的空气

１、巴斯德与自然发生说

巴斯德反驳自然发生说的三个实验

第三个实验

２、科赫与疾病的病菌说

健康者病 者

接触传染物

感染得病

２、科赫与疾病的病菌说

科赫的有关实验——病原菌的发现

炭疽病——炭疽芽孢杆菌

科赫法则(证明某微生物是某疾病病原菌的四项要求)

1、病原微生物总在患传染病的动物发现，而不

存在健康的个体中；

2、这一微生物可以离开动物体并被培养为纯种

培养物；

3、这种纯种培养物接钟到敏感的动物后，应当

出现特有的病症； ；

4、该微生物可以从患病的实验动物中重新分离

出来，并可在实验中再次培养，此后它仍然

应该同原始病原菌微生物相同。

发展时期（生物化学水平）

始于二十世纪初，

代表人物：E. Eüchner （1897年）

酵母细胞石英砂研磨 过滤

滤液

葡萄糖

酵母细胞

酒精、CO2

成熟时期（分子水平）

始于二十世纪五十年代

电子显微镜的使用

DNA的发现

1、 个体微小，分布广泛

单位：um(10-6 m)或nm(10-9m)

2μm

0.5μm杆菌80个杆菌肩并肩

总宽度=1根头发丝的宽度

1500个杆菌首尾相连

总长度=1粒芝麻的长度

微生物的体积大小

三、微生物的特点

不同生物类型细胞大小的比较

微生物与其它生物种类的体积比较

动物的模式细胞

动物细胞核

细菌

病毒

动物、植物和微生物个体大小尺度范围

1、 个体微小，分布广泛

微生物在自然界的分布：无处不在，无孔不入

分布广

土壤空气水域生物体内外

极端环境

正常环境

高空深海底2000米深的地层

温泉

1、 个体微小，分布广泛

60年前，中国人乘飞机采集了160米到5300米的高空的气样并分析了其中的

微生物发布状况。

2、种类繁多，代谢旺盛

种类多

地球上的微生物： 估计有100万种以上

已发现的微生物： 约有10万种

已开发利用的微生物： 约1000种

微生物的微观性研究手段的限制分离培养的局限

微生物的比表面积

比表面积：个体的表面积与体积之比。

设定：

人的比表面积=1则： (与人等重)

大肠杆菌比表面积=30万

设球菌半径r=0.5μm

球菌表面积(S)＝4πｒ2＝3.1416μｍ2

球菌体积(V)＝4／3πｒ3＝0.5236μｍ3

比表面=S/V＝3.1416/0.5236=6

设球菌半径ｒ＝2μｍ球菌面积(S)＝50.3μｍ2

球菌体积(V)＝33.5μｍ3

比表面=S/V＝50.3/33.5＝1.5

2、种类繁多，代谢旺盛

吸收多，转化快

人（50kg） 500~1000g/d

地鼠（体重3g） 3g/d

大肠杆菌 细胞重量2000倍糖/h

奶牛（500kg） 合成0.5kg蛋白质/24h

微生物细胞 合成自身重量30-40倍的细胞物质/24h

吸收多

转化快

2、种类繁多，代谢旺盛

3、繁殖快速，易于培养

大肠杆菌在合适的生长条件下：

12.5~20分钟 繁殖1代每小时 分裂3代，由1个变成8个。

经24小时 分裂72代，重约4722吨经48小时 可产生2.2×1043个后代。

地球重的4000倍

微生物代时及每日增殖率

微生物名称 代时(分) 温度 日增殖率

乳酸菌 38 25 2.7×10^11大肠杆菌 18 37 1.2×10^24根瘤菌 110 25 8.2×10^3枯草杆菌 31 30 7.2×10^13光合细菌 144 30 1.0×10^3酿酒酵母 120 30 4.1×10^3念珠藻 1380 25 2.1硅藻 1020 20 2.64小球藻 420 25 10.6草履虫 642 26 4.92

1）、对营养物质的利用上的适应性。

2）、对环境条件尤其是恶劣的“极端环境”的适应性。

耐0～－196℃低温

耐250℃～300℃的高温

耐盐（饱和盐水）

耐干燥（产芽孢细菌、真菌孢子）

耐酸碱、耐缺氧、耐毒物、抗辐射

适应性强

4、易变异，有利于应用

4、易变异，有利于应用

易变异

青霉素生产菌的发酵水平

1940年 每毫升20单位

2000年 每毫升10万单位

青霉素的使用剂量：

1940年 10万元单位/次1980年： 输液80万单位/次2000年： 输液800万-1000万单位/次

青霉素对金黄色葡萄球菌最低抑制浓度

0.02μg/ml

200μg/ml

三、微生物的分类和命名

分类学：将有机体进行分类或系统地编排成类群。

1.分类（classification）：

将各单位有规则地编排列入较大单位的类群中去。

2.命名（nomenclature）：

对由分类所划分了的（测知特征的）并进行过描述的单位给予名称。

3.鉴定（identification）：

运用分类和命名法所规定的标准，按“未知的”和“已知的”单位相互比较来鉴定微生物。

（1）通用的分类单元

界（Kingdom） 细菌界（Bacteria）

门（Phylum） 朊细菌门（Protobacteria）

纲（Class） 发酵细菌纲（Zymobacteria）

目（Order） 肠杆菌目（Enterobacteriales）

科（Family） 肠杆菌科(Enterobacteriaceae )

属（Genus） 埃希氏菌属（Escherichia）

种（Species） 大肠埃希氏菌（E.coli）

大肠埃希氏菌: Escherichia coli Cadtellani et Chalmers

门门纲纲 目目 科科 属属 种种

生物

种类

相同

特征

微生物在生物界的地位

无细胞结构生物—病毒

具细胞结构生物

生物 原核生物

真核生物

原生动物真菌

动物植物

真细菌 真菌藻类原生动物动物植物

真核生物

古细菌

生物

沃氏提出的三域（三原界）分类系统

微生物命名

通常以学名命名：常采用二名法

即：一个属名+一个种名（均为拉丁字）

注意：属名和种名都要用斜体表示

属名在前，第一个字母大写

种名在后，第一个字母小写

枯草芽孢杆菌（枯草杆菌）Bacillus subtilis （Ehrenberg） Cohn 1872

大肠埃希氏菌: Escherichia coli Cadtellani et Chalmers

四、微生物学及其分支学科

五、水处理微生物学的研究对象和任务

♦水处理微生物学是在微生物的形态、细胞结构及其功能，微生物的营养、呼吸、物质代谢、生长、繁殖、遗传与变异等基础知识的基础上，阐述城市生活污水、工业废水和污泥生物处理中的微生物及其生态和废水生物处理工程的原理、方法和技术

主要的授课内容

1.普通微生物学及水处理微生物学的基础

知识、理论、原理等；

2. 微生物自身生长规律与环境的关系（尤

其是微生物与污染环境之间的关系）；

3. 讨论水处理工程相关的微生物问题。

讨论

♦微生物在给排水中的应用

♦给水

给水水质要求：去除微生物，或者微量有机物

♦排水

排水水质要求：利用微生物或其他方法去除废水中的污染物，达到无害化目的

♦思考

1.微生物是如何分类的？

2.

4.微生物是如何命名的？

5.微生物有哪些特点？

6.写出大肠埃希氏杆菌和枯草芽孢杆菌的拉

丁文全称。

1、微生物学

武汉大学、复旦大学合编

高等教育出版社　

2、污染控制微生物学原理与应用

任南琪，马放等编著

化学工业出版社

3、基础微生物学

李阜棣，胡正嘉编著

中国农业出版社

参考书