[分享]微生物学入门

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一、 什么是微生物？

微生物 (microorganism，microbe)

通俗定义：使一切肉眼看不见或看不清的微小生物的总称。一般只有借助显微镜才能其进行观察。

专业定义：微生物是所有形体微小的单细胞或个体结构较简单的多细胞，以及没有细胞结构的低等生物的通称。

 

二、 微生物包括哪些种类？

按照有无细胞及细胞组成结构不同，可将微生物分为三种细胞类型。

(一)原核细胞型

    原核细胞型即原核生物（procaryotes）。它们由单细胞组成，没有典型的核，无核仁核膜，单个染色体，仅有裸露的DNA，不行有丝分裂，没有细胞器，70S核糖体游离在胞浆中，细胞壁由肽聚糖组成。原核细胞型微生物有细菌、放线菌、螺旋体、支原体、衣原体、立克次体、蓝细菌、古细菌八类。

 (二)真核细胞型

    真核细胞型即真核生物(eucaryotes)。它们大多数为多细胞，少数为单细胞，具有典型的细胞核结构，即有核膜和核仁，多个染色体由DNA与组蛋白组成，有线粒体、内质网等细胞器，通过有丝分裂进行细胞分裂。细胞壁由纤维素、几丁质构成。真核细胞型微生物有真菌、原虫和单细胞藻类。

（三）非细胞型

    无细胞结构，结构比原核生物更简单，即病毒。病毒一般由蛋白质外壳和核酸基因组组成，且仅含有一种核酸，DNA或RNA。病毒的酶系统不完全，自身不能进行生长繁殖，必须寄生在活细胞内，以核酸复制方式增殖。

 

三、 微生物在自然界的分类地位（微生物在生物界的位置） 

1、两界系统（亚里斯多德）

动物界 Animalia：不具细胞壁，可运动，不行光合作用。

植物界 Plantae：具有细胞壁，不运动，可行光合作用。

三界：原生生物界 Protista：（E. H. Haeckel， 1866年提出）

2、五界系统

R. H. Whitakker, Science,  163: 150-160, 1969

原核生物界 Monera：细菌、放线菌等

原生生物界 Protista：藻类、原生动物、粘菌等

真菌界 Fungi：酵母、霉菌

动物界 Animalia：

植物界 Plantae：

五界系统是以细胞结构分化的等级以及和光合、吸收、摄食这三种主要营养方式有关的组织类型为基础的。

六界：加上病毒界。

3、三界（域）系统 

Woese用寡核苷酸序列编目分析法对60多株细菌的16SrRNA序列进行比较后，惊奇地发现：产甲烷细菌完全没有作为细菌特征的那些序列，于是提出了生命的第三种形式--古细菌(archaebacteria)。随后他又对包括某些真核生物在内的大量菌株进行了16SrRNA (18SrRNA)序列的分析比较，又发现极端嗜盐菌和极端嗜酸嗜热菌也和产甲烷细菌一样，具有既不同其他细菌也不同于其核生物的序列特征，而它们之间则具有许多共同的序列特征。于是提出将生物分成为三界(Kingdom)(后来改称三个域)：古细菌、真细菌(Eubacteria)和真核生物(Eukaryotes)。1990年，他为了避免把古细菌也看作是细菌的一类，他又把三界(域)改称为：Bacteria(细菌)、Archaea(古生菌)和Eukarya(真核生物)。并构建了三界(域)生物的系统树。

 

四、如何给微生物命名？

    同一种微生物在不同国家和地区常有不同的名称，即俗名（vernacular name），俗名的特点是通俗易懂、便于记忆，如引起结核病的细菌中文称作“结核杆菌”，英语则称为“tubercle bacillus”等。俗名的最大缺点是不便于国际和地区间的交流，有时会引起混乱。所以必须有一个统一的命名原则，以给每种微生物取一个大家所公认的科学名称，这就是学名（scientific name）。 

微生物的命名按照《国际细菌命名法规》采用林奈（Linneaus）的“双名法”。其学名由二部分所组成，前面为属名（斜体），字首字母要大写，后面是种名（斜体），字首字母要小写。通常属名是拉丁字的名词，用以描述微生物的主要特征，种名是一个拉丁字的形容词，用以描述微生物的次要特征。但有时需添加人名或地名来表示菌的名称。

 

五、 微生物与人类的关系如何？

微生物无处不在，我们无时不生活在“微生物的海洋”中。

（一）微生物对人类的危害

1.疾病：

1347年，鼠疫杆菌(Yersinia pestis)引起的瘟疫几乎摧毁了整个欧洲，有1/3 的人(约2500万人)死于这场灾难。

1843-1847年，欧洲人主要粮食马铃薯得病，饿死了100万人，164万人逃往北美。

新的瘟疫：

①艾滋病(AIDS)；②军团病；③埃博拉病毒病；④霍乱新菌型0139；⑤埃希氏大肠杆菌0157；⑥疯牛病

2.  霉腐

粮食、木材、纸张、衣物、光学器材和电子元件等

3.  堵塞管道，破坏地下建筑

(二) 微生物对人类的贡献

1. 生产食品和食品添加剂
2. 生产医药产品
3. 生产轻工、化工、 农用产品
4. 修复环境
5. 物质循环、再生资源 
6. 生物能源 
7. 理论研究的对象
8. 生物工程的主角 

六、微生物学的发展史

（一）初创时期（形态学时期）

1664年，英国人虎克（Robert Hooke）用显微镜观察微生物。虎克曾用原始的显微镜对生长在皮革表面及蔷薇枯叶上的霉菌进行观察。

1674～1695年，荷兰人列文虎克制造分辨率大的单式显微镜；

1676年，微生物学的先驱荷兰人列文虎克（Antony van leeuwenhoek）首次观察到了细菌。他没有上过大学，是一个只会荷兰语的小商人，但却在1680年被选为英国皇家学会的会员。

（二）奠基时期（生理学时期）

1. 巴斯德  微生物学之父

(1) 发现并证实发酵是由微生物引起的。

化学家出生的巴斯德涉足微生物学是为了治疗“酒病”和“蚕病”。

(2) 彻底否定了“自然发生”学说

著名的曲颈瓶试验无可辩驳地证实，空气内确实含有微生物，是它们引起有机质的腐败。

(3) 免疫学--预防接种

首次制成狂犬疫苗

(4) 其他贡献

巴斯德消毒法：60～65℃作短时间加热处理，杀死有害微生物。 

2. 柯赫    细菌学的奠基人 

 

   ①发明了固体培养基，建立了细菌纯培养方法，使得微生物分离纯化工作简便易行；

     土豆切面  →  营养明胶  →  营养琼脂（平皿）

   ②创立了细菌染色法、显微摄影法、动物实验感染法；

     提出了“科赫法则”（Koch’s postulates）；

③研究了多种致病微生物，尤其是发现了结核分枝杆菌（Mycobacterium tuberulosis），获得1905年诺贝尔奖。 

 

   3、其他

   李斯特（Joseph Lister，英）--外科消毒术

   梅契尼科夫（Metchnikoff，俄）、欧立希（Ehrlich，德）--免疫学奠基人；

   维诺格拉德斯基（Vinogradsky，波）、贝杰林克（Beijerinck，荷）--自养微生物； 

   伊凡诺夫斯基（Ivanovsky，俄）--病毒学创始人；

   约根生（Jorgensen，德）--酿造学。 

 

（三）发展时期（生化时期）

   布赫纳（E. Buchner，1860～1917，德）--1897年用酵母菌无细胞制剂将蔗糖转化为乙醇； 

   欧立希（P. Ehrlich，1854～1915，德）--1908年合成砷凡纳明、新砷凡纳明，标志着化学治疗的开始；

   杜马克（G. Domagk，1895～1964，德）--1935年发现磺胺类药物prontosil；

   弗莱明（A. Fleming，1881～1955，英）--1929年发现青霉素（penicillin)，迎来抗生素治疗的时代。

 

（四）成熟期（时期）  

1970  Arber，Smith和Nathans发现并提纯了DNA限制性内切酶；

1977  Woese提出古生菌是不同于细菌和真核生物的特殊类群，Sanger首次对Ф×174 噬菌体DNA进行了全序列分析；

1982   Prusiner发现朊病毒（prion）；

1983    Mullis 建立PCR技术；

1995    第一个独立生活的细菌（流感嗜血杆菌）全基团组 序列测定完成；

1996    第一个自养生活的古生菌基因组测定完成；第一个真核生物（啤酒酵母）基因组测序完成。

1953  Watson和Crick提出DNA双螺旋结构；

 

 

七、微生物学对药学专业的应用及其指导意义。  

药品生产：抗生素、维生素、氨基酸…… 

药物设计：针对微生物生命活动规律进行理性化设计； 

新药开发：数量繁多、分布广泛的微生物为我们提供了丰富的生物活性物质资源； 

药品质量控制：控制霉变、药品的卫生学检查； 

临床诊断：微生物鉴定。

 

八、我国微生物学的发展历史 

    伍连德（1879～1960）是最早从事微生物学研究的中国学者，他在1910～1921年间用近代微生物学知识对鼠疫和霍乱病原的探索和防治，并在中国最早建立了卫生防疫机构，培养了第一支预防鼠疫的专业队伍，在当时，这项工作居于国际领先地位，在国际上产生了很大的影响。

    上个世纪30年代，我国学者开始对医学微生物学有了较多的实验研究，主要是在湘雅医学院和协和医学院的进行的，涌现了我国第一批医学微生物学家，如余贺、汤飞凡、谢少文、魏曦等，在医学细菌学、病毒学和免疫学等方面的个别领域做出过较高水平的成绩。

    魏岩寿是我国近代应用微生物学研究的先驱。他在当时的实业部南京中央工业试验所和黄海化学工业社分别设立了酿造研究室和菌学研究室，在我国工业微生物学的早期发展中起了重要的作用。

      1922年戴芳澜等开始在我国介绍植物病害微生物；

      30年代，张宪武、陈华癸等对土壤微生物，特别是根瘤菌固氮作用的研究，是我国农业微生物学研究的开始。 

   汤飞凡：1955年首次分离出沙眼衣原体, 是迄今为止发现重要病原体, 并开辟了一个研究领域的第一个的中国微生物学家。

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