个人介绍
微生物学 张晓华
提供学校: 中国海洋大学
院系: 海洋生命学院
专业大类: 海洋科学
专业: 海洋生物学

微生物学(microbiology)生物学的分支学科之一。它是在分子、细胞或群体水平上研究各类微小生物(细菌、放线菌、真菌、病毒、立克次氏体、支原体、衣原体、螺旋体原生动物以及单细胞藻类)的形态结构、生长繁殖、生理代谢、遗传变异、生态分布和分类进化等生命活动的基本规律,并将其应用于工业发酵、医学卫生和生物工程等领域的科学。

教师简介

张晓华 教授,博导

单位:中国海洋大学

部门:海洋生物系

职位:教授

微生物学

微生物学是高等院校生物类专业必开的一门重要基础课或专业基础课,也是现代高新生物技术的理论与技术基础。基因工程、细胞工程、酶工程及发酵工程就是在微生物学原理与技术基础上形成和发展起来的;《微生物学》也是高等农林院校生物类专业发展及农林业现代化的重要基石之一。随着生物技术广泛应用,微生物学对现代与未来人类的 生产活动及生活必将产生巨大影响。

生物学的研究从19世纪60年代开始进入生理学阶段。法国科学家L.巴斯德对微生物生理学的研究为现代微生物学奠定了基础,化学家出身的巴斯德涉足微生物是为了治疗“酒病”和“蚕病”。他论证酒和醋的酿造以及一些物质的腐败都是由一定种类的微生物引起的发酵过程,并不是发酵或腐败产生微生物,著名的曲颈瓶实验无可辩驳的证实了这一点;他认为发酵是微生物在没有空气的环境中的呼吸作用,而酒的变质则是有害微生物生长的结果;他进一步证明不同微生物种类各有独特的代谢机能,各自需要不同的生活条件并引起不同的作用;他提出了防止酒变质的加热灭菌法,后来被人称为巴斯德灭菌法,使用这一方法可使新生产的葡萄酒和啤酒长期保存。科赫对新兴的医学微生物学作出了巨大贡献。科赫首先论证炭疽杆菌是炭疽病的病原菌,接着又发现结核病和霍乱的病原细菌,并提倡采用消毒和杀菌方法防止这些疾病的传播;他的学生们也陆续发现白喉、肺炎、破伤风、鼠疫等的病原细菌,导致了当时和以后数十年间人们对细菌给予高度的重视;他首创细菌的染色方法,采用了以琼脂作凝固培养基培养细菌和分离单菌落而获得纯培养的操作过程;他规定了鉴定病原细菌的方法和步骤,提出著名的科赫法则。1860年,英国外科医生J.利斯特应用药物杀菌,并创立了无菌的外科手术操作方法。1901年,著名细菌学家和动物学家И.И.梅契尼科夫发现白细胞吞噬细菌的作用,对免疫学的发展作出了贡献。

俄国出生的法国微生物学家C.H.维诺格拉茨基于1887年发现硫磺细菌,1890年发现硝化细菌,他论证了土壤中硫化作用和硝化作用的微生物学过程以及这些细菌的化能营养特性。他最先发现嫌气性的自生固氮细菌,并运用无机培养基、选择性培养基以及富集培养等原理和方法,研究土壤细菌各个生理类群的生命活动,揭示土壤微生物参与土壤物质转化的各种作用,为土壤微生物学的发展奠定了基石。

1892年,俄国植物生理学家Д.И.伊万诺夫斯基发现烟草花叶病原体是比细菌还小的、能通过细菌过滤器的、光学显微镜不能窥测的生物,称为过滤性病毒。1915~1917年,F.W.特沃特和F.H.de埃雷尔观察细菌菌落上出现噬菌斑以及培养液中的溶菌现象,发现了细菌病毒——噬菌体。病毒的发现使人们对生物的概念从细胞形态扩大到了非细胞形态。

在这一阶段中,微生物操作技术和研究方法的创立是微生物学发展的特有标志。

微生物的特点

1.体积小、比表面积大

微生物的大小以μm计,但比表面积(表面积/体积)大,必然有一个巨大的营养吸收,代谢废物排泄和环境信息接受面。这一特点也是微生物与一切大型生物相区别的关键所在。

举例:乳酸杆菌:120,000;鸡蛋:1.5;人(200磅):0.3

2.吸收多、转化快

这一特性为高速生长繁殖和产生大量代谢物提供了充分的物质基础。

举例:3克地鼠每天消耗与体重等重的粮食;1克闪绿蜂鸟每天消耗两倍于体重的粮食;大肠杆菌每小时消耗2000倍于体重的糖;发酵乳糖的细菌在1小时内就可以分解相当于其自身重量1,000~10,000倍的乳糖,产生乳酸;1公斤酵母菌体,在一天内可发酵几千公斤的糖,生成酒精。

3.生长旺、繁殖快

极高生长繁殖速度,如E.coli20-30分钟分裂一次,若不停分裂,48小时2.2×10^43菌数增加,营养消耗,代谢积累,限制生长速度。这一特性可在短时间内把大量基质转化为有用产品,缩短科研周期。也有不利一面,如疾病、粮食霉变。举例:Escherichiacoli(大肠杆菌)在最适的生长条件下,每12.5~20分钟细胞就能分裂一次;在液体培养基中,细菌细胞的浓度一般为108~109个/ml;谷氨酸短杆菌:摇瓶种子→50吨发酵罐:52小时内细胞数目可增加32亿倍。利用微生物的这一特性就可以实现发酵工业的短周期、高效率生产。例如生产鲜酵母时,几乎12小时就可以收获一次,每年可以收获数百次。

表 若干微生物的代时及每日增殖率

*为念珠蓝菌属(Nostoc)的旧称,与细菌同属原核生物。

4、适应强、易变异

极其灵活适应性,对极端环境具有惊人的适应力,遗传物质易变异。更重要的是在于微生物的生理代谢类型多、代谢产物种类多。举例:万米深海、85公里高空、地层下128米和427米沉积岩中都发现有微生物存在。微生物的种数,据1972年:

5.分布广、种类多

分布区域广,分布环境广。生理代谢类型多,代谢产物种类多,种数多。更重要的是在于微生物的生理代谢类型多、代谢产物种类多。任何有其它生物生存的环境中,都能找到微生物,而在其它生物不可能生存的极端环境中也有微生物存在。

举例:青霉素生产菌Penicilliumchrysogenum(产黄青霉)的产量1943年为每毫升发酵液中含20单位青霉素,40多年来,经过世界各国微生物遗传育种工作者的不懈努力使该菌产量变异逐渐积累,加上发酵条件的改进,世界上先进国家的发酵水平每毫升已超过5万单位,甚至接近10万单位。微生物的数量性状变异和育种使产量提高的幅度之大,是动植物育种工作中绝对不可能达到的。正因为如此,几乎所有微生物发酵工厂都十分重视菌种选育工作。

⒍ 易于变异,产生突变

微生物个体小,比表面积大等原因,使得微生物容易受环境条件的影响,在紫外线、生物诱变剂以及环境中的某些营养因子的改变,微生物个体自觉和被迫产生基因结构改变,从而产生变异体,据统计自然条件下,微生物个体变异概率为百万分之一。由于微生物容易产生突变体,因此人们利用微生物这一特性,进行微生物诱变,然后筛选具有某种目的特性的微生物菌株,如提高产量、营养缺陷型等。

参考教材



课程评价

教学资源
课程章节 | 文件类型   | 修改时间 | 大小 | 备注
1.1 What are Microorganisms?
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1.2 Brief History of Microbiology
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1.3 The impact of microorganisms on humans
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2014-09-11 339.30MB
1.4 Five Common Characteristice of Microorganisms
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1.5 Research area and branches of microbiology
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2.1 Staining
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2.2 Morphology and size
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2.3 Cell division
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2.4.1 Cell wall
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2.4.2 Bacterial plasma membrane
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2.4.3 Bacterial Internal Structures
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2.4.4 Summary of Prokaryotic Cell Structures
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3.1 Characteristics of actinomycets
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3.2 Morphology and structure of actinomycets
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3.3 Reproduction of actinomycetes
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4.1 Morphology and Size
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4.2 Cell structures of Cyanobacteria
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4.3 Heterocyst and akinete
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4.4 Reproduction of Cyanobacteria
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4.5 Biological significance of Cyanobacteria
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5.1 Mycoplasma
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5.2 Rickettsia
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5.3 Chlamydia
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6.1.1 Differences:Pro-and Eukaryotes
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6.1.2 Three groups of Eukaryotic Microorganisms
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6.1.3 Cell structure of fungi
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6.1.4 Properties of Fung
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6.2.1 Morphology of yeasts
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6.2.2 Structure of yeasts
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6.2.3 Reproduction of Yeast
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6.2.4 Colony of Yeast
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6.3.1 Hyphae
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6.3.2 Specialization of mycelium
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6.3.3 Spores of Fungi
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6.3.4 Colony of mould
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6.4 Mushroom
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7.1.1 Definition
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7.1.2 Properties of viruses
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7.2.1 Size of viruses
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7.2.2 Virion Morphologies
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7.2.3 Virus Structure
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7.2.4 Chemical composition of virus
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7.2.5 Symmetry type of virus
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7.3 Classification of Viruses
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7.4.1 Animal virus reproduction
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7.4.2 Bacteriophage reproduction
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7.4.3 One-step growth curve
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7.4.4 Template phage and lysogeny
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7.4.5 Cultivating viruses
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7.4.6 Other noncellular infectious agent
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8.1 The microbial nutrient requirements
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8.2 Transport mechanisma for nutrient absorption
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8.3.1 Principles for making culture medium
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8.3.2 Methods to select and make cultrure medium
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8.3.3 Category of Culture medium
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9.1.1 Isolation of pure cultures
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9.1.2.1 Direct count methods
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9.1.2.2 Viable cell counts methods
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9.1.3 Measuring Biomass
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9.2.1 The Cell Cycle in Bacteria
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9.2.2 The Growth Curve
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9.2.3 The continuous culture of Microbes
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9.2.4 Microbial growth in natural environments
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9.3.1 Temperature
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9.3.2 Oxygen requirements
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9.3.3 pH
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9.4 Microbial culture methods
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视频
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9.5.1 Definition of frequently used terms
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9.5.2.1 Heat
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9.5.2.2 Desiccation
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9.5.2.3 Osmotic pressure
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9.5.2.4 Radiation
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9.5.2.5 Filtration
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9.5.3.1 Disinfectant and antiseptice
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10.1.1 identification of genetice materia
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10.1.3 plasmid
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10.2.1 Types of mutations
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10.2.2 Rates of Mutation
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10.2.3 Properties of gene mutation
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10.2.4 The molecular basis of mutation
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10.2.5 Breeeding by induced mutation
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10.2.6 the Ames test
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10.3.2 Genetic recombination in eukaryotic cells
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10.4.1 Overall strategy of genetic engineering
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10.4.2 Cloning ang characterization of target genes
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11.1.1 Microbes in soil
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11.1.2 Microbes in atmosphere
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11.1.3 The normal microflora in living organisms
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11.1.4 Microbes in extreme environment
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11.2 Interactions of microbes with other organisms
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11.3 Microbes in biogeochemical cycles
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11.4 Wastewater treatment
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