第一章-微生物学史课件

第一章第一章 微生物学史话微生物学史话人类对微生物的认识过程人类对微生物的认识过程难以认识的世界难以认识的世界个体微小个体微小外貌不显外貌不显杂居混生杂居混生因果难联因果难联人们对于微生物人们对于微生物视而不见视而不见嗅而不闻嗅而不闻触而不觉触而不觉食而不察食而不察得其益而不感其好得其益而不感其好受其害而不知其恶受其害而不知其恶例例1 鼠疫流行鼠疫流行例例2 马铃薯病马铃薯病第一节第一节 显微镜与微生物的发现显微镜与微生物的发现 人类利用微生物比认识微生物要早得多。自人类利用微生物比认识微生物要早得多。自古以来人们就对微生物的存在有所感受，但由于人古以来人们就对微生物的存在有所感受，但由于人眼的分辨力只有眼的分辨力只有0.1mm，而微生物，而微生物 一般都远远小一般都远远小于于0.1mm。正因如此，直到显微镜发明以后，人们。正因如此，直到显微镜发明以后，人们才开始了对微观世界的探索。才开始了对微观世界的探索。1、原始复式显微镜的诞生、原始复式显微镜的诞生 1590年，荷兰密得堡一个磨镜片工人詹森的年，荷兰密得堡一个磨镜片工人詹森的两个孩子两个孩子J詹森和詹森和Z詹森詹森，偶然将两个老花镜片，偶然将两个老花镜片装在一个铜管的两头，用它好奇的观看了书上很装在一个铜管的两头，用它好奇的观看了书上很小的逗号，发现它竞有蝌蚪般大，眼睫毛竞有木小的逗号，发现它竞有蝌蚪般大，眼睫毛竞有木棍粗。这个偶然发现导致了世界上最早的放大倍棍粗。这个偶然发现导致了世界上最早的放大倍数仅几倍的原始复式显微镜的诞生。数仅几倍的原始复式显微镜的诞生。特点：特点：仅能放大仅能放大几倍几倍，把肉眼能看见的小物体放大。，把肉眼能看见的小物体放大。2、胡克与显微镜、胡克与显微镜 1664年，英国人胡克（年，英国人胡克（Hooke,1635-1703）用自己）用自己设计的显微镜观察植物叶子和皮革表面上生长的霉菌，并设计的显微镜观察植物叶子和皮革表面上生长的霉菌，并描绘了霉菌的描绘了霉菌的“果实果实”。特点：特点：能放大能放大数十倍到数百倍数十倍到数百倍的光学显微镜，可观察的光学显微镜，可观察物体的微观结构，可发现一些肉眼看不见的东西。物体的微观结构，可发现一些肉眼看不见的东西。3、列文虎克与显微镜、列文虎克与显微镜 荷兰的业余显微荷兰的业余显微镜制造者列文虎克镜制造者列文虎克（Leeuwenhoek,1632-1723）,是现在公认是现在公认的第一个真正发现肉的第一个真正发现肉眼看不见的微生物并眼看不见的微生物并描绘它们的细节的人。描绘它们的细节的人。列文虎克列文虎克制成了世界上最早的可以放大近制成了世界上最早的可以放大近300倍的倍的金属结构的显微镜。他用这架当时世界上金属结构的显微镜。他用这架当时世界上“最精巧最精巧”、“最优良最优良”的显微镜，不停地观察、记录着他周围生活中找的显微镜，不停地观察、记录着他周围生活中找得到的微小物体。得到的微小物体。几年之后，他终于又研制出更精制、更完美的显微镜。几年之后，他终于又研制出更精制、更完美的显微镜。在动物毛细血管流动的血液里，他惊奇地发现有许多像小在动物毛细血管流动的血液里，他惊奇地发现有许多像小车轮一样滚动的血液细胞。车轮一样滚动的血液细胞。列文虎克成为第一个看见并描列文虎克成为第一个看见并描述红细胞的人。述红细胞的人。列文虎克一生致力于在微观世界中探索，发表论文列文虎克一生致力于在微观世界中探索，发表论文402篇，其中篇，其中列文虎克发现的自然界的秘密列文虎克发现的自然界的秘密是人类关是人类关于微生物学的开山鼻祖。于微生物学的开山鼻祖。在在20世纪，人们发明了电子显微镜。使人们世纪，人们发明了电子显微镜。使人们对微生物微观结构的认识越来越深入。对微生物微观结构的认识越来越深入。电子显微镜的诞生使人们能观察微生物的微观结构电子显微镜的诞生使人们能观察微生物的微观结构第二节第二节 巴斯德与微生物学巴斯德与微生物学巴斯德（巴斯德（Pasteur,1822-1895）出生于法国的多勒。）出生于法国的多勒。1847年毕业于巴黎师范学院，获博士年毕业于巴黎师范学院，获博士学位。学位。巴斯德一生的成就相当惊人。巴斯德一生的成就相当惊人。他不仅是微生物学的奠基人，也他不仅是微生物学的奠基人，也是现代医学、立体化学的创始人。是现代医学、立体化学的创始人。他不仅是个理论上的天才，还是他不仅是个理论上的天才，还是个善于解决实际问题的人。他被个善于解决实际问题的人。他被世人称颂为世人称颂为“进入科学王国的最进入科学王国的最完美无缺的人完美无缺的人”。1、酒精发酵、酒精发酵“发酵是纯粹的化学裂解发酵是纯粹的化学裂解”:在在19世纪中叶，世纪中叶，科学界普遍的观点是：发酵生产葡萄酒、啤酒和科学界普遍的观点是：发酵生产葡萄酒、啤酒和醋的过程，是糖通过简单的化学反应被裂解的结醋的过程，是糖通过简单的化学反应被裂解的结果，这种裂解反应是由糖本身不稳定的振动引起果，这种裂解反应是由糖本身不稳定的振动引起的。尽管在酒缸里已经发现了酵母，并且已经知的。尽管在酒缸里已经发现了酵母，并且已经知道酵母是活的生物，但大部分人认为，它们是发道酵母是活的生物，但大部分人认为，它们是发酵的产物或为发酵的进行提供某些有用的成分。酵的产物或为发酵的进行提供某些有用的成分。“发酵是纯粹的化学裂解发酵是纯粹的化学裂解”被当着科学定律。被当着科学定律。经过巴斯德对甜菜根制造酒精的研究，他断定是活的经过巴斯德对甜菜根制造酒精的研究，他断定是活的酵母细胞使糖发酵变为酒精。发酵时所产生的酒精和二氧酵母细胞使糖发酵变为酒精。发酵时所产生的酒精和二氧化碳气体都是由酵母使糖分解而产生的，这个过程即使在化碳气体都是由酵母使糖分解而产生的，这个过程即使在没有氧的条件下也能发生。另外，他还研究了乳酸和醋的没有氧的条件下也能发生。另外，他还研究了乳酸和醋的发酵过程。通过这些研究，证明了发酵是微生物活动的结发酵过程。通过这些研究，证明了发酵是微生物活动的结果，不同微生物引起不同类型的发酵果，不同微生物引起不同类型的发酵。巴斯德的这一发现。巴斯德的这一发现奠定了微生物学基础。奠定了微生物学基础。2 2、生物来自生物、生物来自生物、生物来自生物、生物来自生物 自从发现微生物以来，科学届就一直存在关于微生物自从发现微生物以来，科学届就一直存在关于微生物是自然发生的，还是由本来就存在的微生物繁殖产生的讨是自然发生的，还是由本来就存在的微生物繁殖产生的讨论。论。巴斯德坚信微生物是不可能自然产生出来的，他与巴斯德坚信微生物是不可能自然产生出来的，他与自自然发生论然发生论进行了长达进行了长达20年的论战。年的论战。为了证明自己的观点，他进行了肉汤变质试验。为了证明自己的观点，他进行了肉汤变质试验。1862年，巴斯德设计出一个巧妙的曲颈瓶试验。证年，巴斯德设计出一个巧妙的曲颈瓶试验。证明了明了是空气中的微生物使肉汤发生腐败的是空气中的微生物使肉汤发生腐败的，而不是肉汤腐，而不是肉汤腐败产生微生物。败产生微生物。曲颈瓶试验曲颈瓶试验3、巴斯德灭菌法、巴斯德灭菌法法国酿酒业遭灭顶之灾：法国酿酒业遭灭顶之灾：1864年，关系到当时法国经济命脉的酿酒年，关系到当时法国经济命脉的酿酒业正面临严峻的形势，很多葡萄酒、啤酒常常因变酸而倒掉，造成业正面临严峻的形势，很多葡萄酒、啤酒常常因变酸而倒掉，造成了巨大的损失。有的酒商因此而破产。了巨大的损失。有的酒商因此而破产。拿破仑三世拿破仑三世皇帝要求巴斯德皇帝要求巴斯德对这种威胁酿酒业的对这种威胁酿酒业的“疾病疾病”开展调查和研究。为此，巴斯德到阿开展调查和研究。为此，巴斯德到阿波斯的一个葡萄种植园去研究这个问题。波斯的一个葡萄种植园去研究这个问题。找出罪魁祸首：找出罪魁祸首：他很快找出了使葡萄酒变酸的罪魁祸首杆菌。他很快找出了使葡萄酒变酸的罪魁祸首杆菌。发明发明“巴氏消毒法巴氏消毒法”：如何消灭这些杆菌又不破坏葡萄酒的风味，如何消灭这些杆菌又不破坏葡萄酒的风味，经研究发明了著名的经研究发明了著名的“巴氏消毒法巴氏消毒法”。巴斯德成为拯救法国酿酒业的功臣：巴斯德成为拯救法国酿酒业的功臣：巴斯德发明的消毒法拯救了法巴斯德发明的消毒法拯救了法国的酿酒业，也使他自己在法国成了传奇般的人物。国的酿酒业，也使他自己在法国成了传奇般的人物。巴氏消毒法巴氏消毒法(pasteurization)(pasteurization)：亦称低温消毒法，是亦称低温消毒法，是亦称低温消毒法，是亦称低温消毒法，是一种利用较低的温度既可杀死病菌又能保持物品中营养物质一种利用较低的温度既可杀死病菌又能保持物品中营养物质一种利用较低的温度既可杀死病菌又能保持物品中营养物质一种利用较低的温度既可杀死病菌又能保持物品中营养物质风味不变的消毒法风味不变的消毒法风味不变的消毒法风味不变的消毒法,现在常常被广义地用于定义需要杀死各种现在常常被广义地用于定义需要杀死各种现在常常被广义地用于定义需要杀死各种现在常常被广义地用于定义需要杀死各种病原菌的热处理方法。病原菌的热处理方法。病原菌的热处理方法。病原菌的热处理方法。方法：方法：方法：方法：6366，30min 71,15s，迅速冷却。，迅速冷却。目的：目的：目的：目的：杀死其中可能存在的病源菌如结核杆杀死其中可能存在的病源菌如结核杆菌、伤寒杆菌。菌、伤寒杆菌。适于适于适于适于：处理牛乳、酒类等饮料，不损害营养处理牛乳、酒类等饮料，不损害营养与风味。与风味。目前市售鲜牛奶部分采用此方法消毒。目前市售鲜牛奶部分采用此方法消毒。4 4、羊炭疽热与鸡霍乱、羊炭疽热与鸡霍乱、羊炭疽热与鸡霍乱、羊炭疽热与鸡霍乱疫苗疫苗炭疽热：炭疽热：是一种畜牧业的疫病，羊、牛因之十死其是一种畜牧业的疫病，羊、牛因之十死其一，而且它还会传染给人。羊被传染后，几小时就可死一，而且它还会传染给人。羊被传染后，几小时就可死亡。亡。病源菌病源菌:炭疽杆菌是引起炭疽热疾病的病原细菌。炭疽杆菌是引起炭疽热疾病的病原细菌。巴斯德的羊炭疽热病原菌实验：巴斯德的羊炭疽热病原菌实验：在巴斯德生活的时在巴斯德生活的时代，炭疽热是一种严重影响法国畜牧业的疾病。代，炭疽热是一种严重影响法国畜牧业的疾病。1877年，年，巴斯德开始了对炭疽热的研究。通过实验，巴斯德得出巴斯德开始了对炭疽热的研究。通过实验，巴斯德得出了是活的细菌导致了炭疽热，并推论出：人身上的传染了是活的细菌导致了炭疽热，并推论出：人身上的传染病也是由这些看不见的微生物传播的。这一大胆的结论病也是由这些看不见的微生物传播的。这一大胆的结论在当时的医学界就像捅了一个马蜂窝。在当时的医学界就像捅了一个马蜂窝。怎样能预防羊炭疽热？怎样能预防羊炭疽热？由于这么小的微生物传播途径太多，难以通过由于这么小的微生物传播途径太多，难以通过隔离完全控制炭疽热的传播。巴斯德考虑必须寻隔离完全控制炭疽热的传播。巴斯德考虑必须寻出一种预防的方法。出一种预防的方法。鸡霍乱疫苗鸡霍乱疫苗1879年，巴斯德在继续研究炭疽热的同时，还开展了对鸡霍乱的研究。通过研究，巴斯德成功研制出炭疽热和禽霍乱疫苗。鸡霍乱：鸡霍乱：鸡霍乱是一种由鸡霍乱细菌引起的传播迅速的瘟疫，来势异常凶猛，家庭饲养的鸡一旦染上鸡霍乱就会成批死亡。鸡霍乱会在3天内传遍一个养鸡场。鸡一旦感染会在小时内死亡怎样能预防鸡霍乱？怎样能预防鸡霍乱？巴斯德研究发现，空气中的氧气氧气会使霍乱菌的毒性日渐减弱。菌液存放时间几天1个月2个月3个月鸡死亡率100%80%50%10%如果用更久的菌液注射，鸡虽然也得病，却如果用更久的菌液注射，鸡虽然也得病，却不会死亡。不会死亡。实验证明，凡是注射过低毒性菌液的鸡，再实验证明，凡是注射过低毒性菌液的鸡，再给它注入毒性足以致死的鸡霍乱菌，它也具有抵给它注入毒性足以致死的鸡霍乱菌，它也具有抵抗力，病势轻微，甚至毫无影响。抗力，病势轻微，甚至毫无影响。预防鸡霍乱的方法找到了！这一偶然的发现，使巴斯德预防鸡霍乱的方法找到了！这一偶然的发现，使巴斯德对用弱化的病原菌接种的免疫法原理，有了初步的认识。对用弱化的病原菌接种的免疫法原理，有了初步的认识。炭疽热疫苗：炭疽热疫苗：受到鸡霍乱的研究工作的启发，巴斯德马上开始了对羊炭受到鸡霍乱的研究工作的启发，巴斯德马上开始了对羊炭疽热免疫的研究。通过实验发现，通过采用氧化、老化等疽热免疫的研究。通过实验发现，通过采用氧化、老化等多种技术制得的疫苗，在实验室里确实防止了羊的炭疽热。多种技术制得的疫苗，在实验室里确实防止了羊的炭疽热。在在4243高温培养炭疽病原菌能丧失致病能力，将其接高温培养炭疽病原菌能丧失致病能力，将其接种到动物健康体内，能产生对炭疽病的免疫能力。种到动物健康体内，能产生对炭疽病的免疫能力。受到炭疽热和禽霍乱疫苗研制成功的鼓舞，在接下来的受到炭疽热和禽霍乱疫苗研制成功的鼓舞，在接下来的2 23 3年里，巴斯德又分离出包括猪丹毒、产褥热、肺炎等年里，巴斯德又分离出包括猪丹毒、产褥热、肺炎等多种疾病的病原微生物。多种疾病的病原微生物。疫苗的概念：疫苗的概念：用病原微生物用病原微生物(病毒、立克次体、细菌病毒、立克次体、细菌等等)所制造的生物制品，用以注射于机体内，所制造的生物制品，用以注射于机体内，使产生免疫力，从而对有关的疾病起预防使产生免疫力，从而对有关的疾病起预防或治疗作用。或治疗作用。5、向狂犬病宣战、向狂犬病宣战 狂犬病：狂犬病：狂犬病又称恐水症，是一种由病毒引起的可怕的人蓄共同传染病。这种病毒会侵入人和动物的中枢神经系统，因而十分危险。人常因被病兽（狗、猫、狼等肉食动物）咬伤而感染。狂犬病主要表现为兴奋、恐水、咽肌痉挛、进行性瘫痪等。狂犬病是当今病死率最高的疾病。狂犬病一旦发作，在症状出现后，病死率几乎是100%。狂犬病病源：狂犬病病源：通过研究发现，狂犬病毒是一种比细菌更小，能通过细菌滤器的微小生命。这种生命后来被叫做病毒。巴斯德也因此成为第一个发现病毒的人。狂犬病潜伏期狂犬病从感染到发病期间有一个长短不定的潜伏期。一般认为，这段时期正是狂犬病毒侵入体内，但还没有到达神经中枢的时期，所以也是治疗的好时机。这时如果能采用人为的方法诱导人体产生足量的抗体，就有可能消灭病毒。当时由于人体免疫系统对狂犬病毒的反应比较迟钝，自然条件下，一般都要等到狂犬病症状出现后约5天，才能在肌体中检查出抗体。这时，抗体对侵入中枢神经元的狂犬病毒已经无能为力了。19世纪世纪80年代，巴斯德开始研究征服狂年代，巴斯德开始研究征服狂犬病的方法。犬病的方法。通过实验，巴斯德得出结论：免疫注射法对已被疯狗咬伤的狗同样有效。1885年7月，巴斯德第一次在人身上注射了狂犬病疫苗，并获得了成功。第三节第三节 见证生命科学的发展见证生命科学的发展1 1、概念：、概念：、概念：、概念：遗传遗传亲代的某些性状在子代的体现，叫遗传。亲代的某些性状在子代的体现，叫遗传。遗传确保了子代与亲代在相同的环境中生存。遗传确保了子代与亲代在相同的环境中生存。变异变异生物体遗传物质在结构上发生了变化，使生物体遗传物质在结构上发生了变化，使子代的某些性状与亲代不同，发生了变化，叫变子代的某些性状与亲代不同，发生了变化，叫变异。异。变异保证了子代适应环境变化的能力。变异保证了子代适应环境变化的能力。遗传性和变异性之间可以互相转变，遗传性遗传性和变异性之间可以互相转变，遗传性的动摇就表现为变异，变异性的巩固就成为遗传。的动摇就表现为变异，变异性的巩固就成为遗传。2、遗传和变异的物质基础、遗传和变异的物质基础DNA2.1 DNA（脱氧核糖核酸）的组成和结构（脱氧核糖核酸）的组成和结构双链双螺旋结构：双链双螺旋结构：DNA由两条多核苷酸链彼此互补并排列方向相反由两条多核苷酸链彼此互补并排列方向相反（一条多核苷酸链的（一条多核苷酸链的A、T、G、C分别同另一条链的分别同另一条链的T、A、C、G相对）的以右手旋转的方式围绕同一根轴而互相对）的以右手旋转的方式围绕同一根轴而互相盘绕形成的，具有一定空间距离的双螺旋结构。相盘绕形成的，具有一定空间距离的双螺旋结构。一一个个DNA分子可含几十万或几百万个碱基对。分子可含几十万或几百万个碱基对。基因遗传因子基因遗传因子概念：概念：基因是一切生物体储存遗传信息的、基因是一切生物体储存遗传信息的、有自我复制能力的遗传功能单位。它是有自我复制能力的遗传功能单位。它是DNA分子上一个具有特定碱基顺序，即核分子上一个具有特定碱基顺序，即核苷酸顺序的片断。苷酸顺序的片断。大小：大小：相对分子量大约为相对分子量大约为6105，约有，约有1000个碱基对，每个细菌约有个碱基对，每个细菌约有500010000个基个基因。因。培育植物新品种的途径1、天然杂交、天然杂交2、人工授粉、人工授粉3、各种物理、化学因素诱导变异、各种物理、化学因素诱导变异4、基因工程、基因工程2.2 证明核酸是遗传物质基础的经典实验：证明核酸是遗传物质基础的经典实验：科学家是如何知道，决定生物体的遗传性状的物质是核酸而不是蛋白质的呢？正是微生物，使科学家认识到这一点。（1）细菌的转化实验）细菌的转化实验1928年，英国医生格里菲斯（FrederickGriffith）的转化实验确切的证明证明DNADNA是遗传的物是遗传的物质基础。质基础。很多微生物能吸收体外环境中的DNA分子并从中获得基因，这个过程称为转化。无毒无毒有毒有毒肺炎双球菌肺炎双球菌（2）噬菌体的感染实验噬菌体的感染实验 1952年，原子物理学家德尔布吕克年，原子物理学家德尔布吕克（Delbruck,19061981）用放射性同位）用放射性同位素示踪元素素示踪元素32PO43-和和35S42-标记大肠杆菌标记大肠杆菌T2噬菌体，因蛋白质分子中只含硫不含磷，噬菌体，因蛋白质分子中只含硫不含磷，而而DNA只含磷不含硫。对大肠杆菌只含磷不含硫。对大肠杆菌T2噬菌噬菌体的吸附、增殖和释放进行了一系列研究。体的吸附、增殖和释放进行了一系列研究。又一次又一次证明了证明了DNADNA是遗传物质。是遗传物质。（3）基因工程的诞生）基因工程的诞生 概念：概念：基因工程基因工程指在基因水平上的遗传工程，又叫基因剪接或核酸体外重组。基因工程的意义：基因工程的意义：基因工程是人们在分子生物学理论指导下的一种自觉的、能像工程一样事先设计和控制的育种新技术，是人工的、离体的、分子水平上的一种遗传育种的新技术，是既可近缘杂交又可超远缘杂交的育种新技术。基因工程操作步骤：基因工程操作步骤：）先从供体细胞中选择获取带有目的基因的DNA片段；）将目的DNA的片段和质粒在体外重组；）将重组体转入受体细胞；）重组体克隆的筛选与鉴定；）外源基因表达产物的分离与提纯。（见基因工程操作动画）见后图见后图基因工程与微生物的关系：基因工程与微生物的关系：DNA内切酶和连接酶：内切酶和连接酶：从微生物体中提取出“切割”DNA的限制性核酸内切酶和DNA连接酶。基因载体：基因载体：原核微生物细胞中的质粒是基因工程中基因转移的载体。在现代生物科学和技术（包括基因工程）的发展历程中，随处都有微生物的参与。整个20世纪，共有57名诺贝尔奖获名诺贝尔奖获得者进行的研究与微生物相关。由此可见，微生物对生命科学的发展作出了巨大的贡献。