高級(jí)食品微生物學(xué)Advanced

FoodMicrobiology?微生物的概念及其主要類群?微生物在生物分類系統(tǒng)中的地位?微生物學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史?微生物學(xué)的重要性?微生物的五大共性?微生物學(xué)及其主要分支學(xué)科微生物學(xué)概述???微生物：

(microorganism,

microbe)

，是一類個(gè)體微小、

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，肉眼不可見或看不清楚的微小生物的統(tǒng)稱。特點(diǎn)

?。?/p>

μm

或nm級(jí)；簡(jiǎn)

:

單細(xì)胞，簡(jiǎn)單多細(xì)胞，非細(xì)胞

(分子生物)低：進(jìn)化地位低等，包括原核類、真核類和非細(xì)胞類；主要微生物類群

這個(gè)微小生物類群十分龐雜，它包括小到

沒

有

細(xì)

胞

結(jié)

構(gòu)

的

病

毒

(

virus

)

，

單

細(xì)

胞

原

核

的

細(xì)

菌

(

bacteria

)

、

放

線

菌

(

actinomyces

)

、

支

原

體

(

mycoplasma

)

、

立

克

次

氏

體

(

rickettsia

)

、

衣

原

體

(chlamydia

)

等和屬

于真

菌

的

酵

母菌

(

yeast

)

，

霉菌

(mold)

和原生動(dòng)物

(protozoa)

等。一、微生物的概念及其主要類群具有細(xì)胞結(jié)構(gòu)真細(xì)菌原核微生物古細(xì)菌真核微生物真菌(霉菌、酵母和粘菌)顯微藻類原生動(dòng)物微生物的類群(根據(jù)進(jìn)化水平和各種性狀)微生物類

群沒有細(xì)胞結(jié)構(gòu)——病毒主要是細(xì)菌、酵母菌、霉菌、放線菌和部分專門侵害微生物的病毒

(噬菌體,

phage)

，這些微小生物雖然種類不同、形態(tài)和大小各異，但是，它們的生物學(xué)特性比較接近，所以人們賦予其一個(gè)共同的名稱----微生物。與食品工業(yè)有密切關(guān)系的主要類群：生物的分類系統(tǒng)五界

(1969年)三界

(1860年)六界

(1977年)四界

(1956年)二界

(1753年)三域

(1978年)二界(1753年)1753年瑞典學(xué)者林奈，在其名著

《植物種志》中首次提出了動(dòng)物界和植物界。動(dòng)物界Animalia植物界Plantae1860年，

德國(guó)動(dòng)物學(xué)家E.H.Haeckel建議在動(dòng)物界和植物界之外，增加一個(gè)由低等生物

構(gòu)成的第三界---原生生物界。

動(dòng)物界Animalia原生生物界Protista植物界Plantae三界(1860年)

1956年，

Copeland分為動(dòng)物界、植物界、原生生物界(原生動(dòng)物、

真菌、部分藻類)和菌類(細(xì)菌ae界ant物Pl植lia界ima物An動(dòng)和藍(lán)細(xì)菌)1959年，

Whittaker：動(dòng)物界、

植物界、原生生物界和菌物界1974年，

Leedale等：動(dòng)物界、植物界、真菌和原核生物界原生生物界Protista菌類Mychota四界(1956年)動(dòng)物界Animalia原生生物界Protista1969年，R.

H.

Whittaker：動(dòng)物界、植物界、植物界Plantae真菌界Fungi原核生物界Monera原生生物界、真菌界和原核生物界五界(1969年)1977年，我國(guó)學(xué)者王大耜提出：動(dòng)物

界、植物界、原生

生物界、真菌界、

原核生物界和病毒

界。

六界

(1977年)原核生物界Monera原生生物界Protista病毒界vira動(dòng)物界Animalia植物界Plantae菌物界Fungi1978年，美國(guó)C.R.Woese等對(duì)大量微生物和其他生物進(jìn)

行16S和18SrRNA的寡聚核苷酸，并比較其同源性，

提出三域?qū)W說(Three

Domains

Theory)真核生物域古生菌域細(xì)菌域宇宙生物的系統(tǒng)發(fā)育樹廣域菌界嗜泉古菌界初生古菌界?兩界系統(tǒng)：(亞里斯多德，林奈)動(dòng)物界

Animalia：無(wú)細(xì)胞壁，可運(yùn)動(dòng)，不行光合作用。

植物界

Plantae

：有細(xì)胞壁，不運(yùn)動(dòng)，

可行光合作用。?三界系統(tǒng)：原生生物界

Protista：(E.

H.

Haeckel,

1860年提出)?四界系統(tǒng)：

1956年Copeland提出?原生生物界(protista)

(原生動(dòng)物、真菌、粘菌和藻

類等)；?菌界(Mychota)(細(xì)菌、放線菌、藍(lán)細(xì)菌等)；?動(dòng)物界

(Animalia)

多細(xì)胞動(dòng)物；?植物界

(Plantae)。二、微生物的生物學(xué)分類地位(1)?五界系統(tǒng):1969年R.

H

Whittaker提出：

是以細(xì)胞結(jié)構(gòu)分化的等

級(jí)(原核細(xì)胞、真核單細(xì)胞、真核多細(xì)胞)以及光合、吸收和

攝食這三種主要營(yíng)養(yǎng)方式有關(guān)的組織類型為基礎(chǔ)的。?原核生物界

Monera：細(xì)菌、放線菌等?原生生物界

Protista：藻類、原生動(dòng)物、粘菌等?真菌界

Fungi：酵母、霉菌?動(dòng)物界

Animalia：?植物界

Plantae：?六界分類系統(tǒng):1977年，我國(guó)微生物學(xué)家提出把病毒列為一界，

即病毒界

(vira)。因此在五界分類系統(tǒng)的基礎(chǔ)上形成了六界

分類系統(tǒng)。?可以看出，在生物六界分類系統(tǒng)中，其中微生物包括四界。微生物的生物學(xué)分類地位(2)

三個(gè)原界:70年代以后，隨著“第三型生物”——古細(xì)菌(archaebacteria)的發(fā)現(xiàn)，于1978年R.H.Whittaker和L.Margulis提出了三原界

(urkingdom)分類系統(tǒng)。認(rèn)為，在生物進(jìn)化的早

期，存在一類各生物的共同祖先，然后分成三條進(jìn)

化路線，形成了三個(gè)原界：?古細(xì)菌原界：包括產(chǎn)甲烷細(xì)菌、極端嗜鹽細(xì)菌、嗜熱嗜

酸細(xì)菌；?真細(xì)菌(eubacteria)原界：包括除古細(xì)菌以外的其它原核

生物；?真核生物原界：包括原生動(dòng)物、真菌、動(dòng)物和植物。微生物的生物學(xué)分類地位(3)圖1.三域系統(tǒng)進(jìn)化樹我們把這個(gè)過程分成以下五個(gè)階段加以闡述。?微生物學(xué)的史前時(shí)期?微生物的發(fā)現(xiàn)與微生物學(xué)的啟蒙時(shí)期

(初創(chuàng)期)?微生物學(xué)的形成時(shí)期

(奠基期)?微生物學(xué)的發(fā)展時(shí)期?微生物學(xué)的成熟期三、

微生物學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史

難以認(rèn)識(shí)，存在四大障礙：個(gè)體過于微小，

雜居混生，群體外貌不顯，因果難聯(lián)；例如，艾滋病與HIV，肝癌與黃曲霉毒素

盲目應(yīng)用時(shí)期(1)

人類已經(jīng)在利用微生物，在生產(chǎn)實(shí)踐中都積累

了很多利用有益微生物和防治有害微生物的經(jīng)驗(yàn)。

如釀酒、發(fā)面、制醬、釀醋、漚肥、輪作、治病等。

我國(guó)古代勞動(dòng)人民就利用了鹽腌、糖漬、煙熏、風(fēng)

干等。(2)

微生物對(duì)人類的危害更大。鼠疫、天花、瘧疾、

麻風(fēng)、梅毒、結(jié)核病和流感等大流行。(一)

微生物學(xué)的史前時(shí)期

(

1676年以前)

十

七

世

紀(jì)

，

荷

蘭

人

呂

文

虎

克

(Antony

van

Leeuwenhock)

發(fā)明了第一臺(tái)簡(jiǎn)易顯微鏡

(

200~

300倍)

。

于1669年出版了《安東.列文虎克所發(fā)現(xiàn)的自然界秘密》。

隨后在近200年的時(shí)期，隨著顯微鏡的不斷改進(jìn)，分辨率的提高，

人們對(duì)微生物的認(rèn)識(shí)由粗略的形

態(tài)描述逐步發(fā)展到對(duì)微生物進(jìn)行

詳細(xì)的觀察和根據(jù)形態(tài)進(jìn)行分類

研究，形成了啟蒙的微生物學(xué)。(二)微生物發(fā)現(xiàn)與微生物學(xué)啟蒙時(shí)期(1676-1861)

由研究微生物形態(tài)的啟蒙時(shí)期到對(duì)微生物的生理生化水平研

究時(shí)期。

巴

斯

德

(

Louis

Pasteur,1822~1895)

通過對(duì)酒曲的研

究，證明了酒曲發(fā)酵是其中的

酵母菌代謝作用，這一研究結(jié)

果把對(duì)微生物的研究由形態(tài)轉(zhuǎn)

向生理生化研究水平，為微生

物學(xué)的形成和發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

巴斯德還通過大量實(shí)驗(yàn)證明了

食品的腐敗變質(zhì)是遭受微生物

污染后，微生物生長(zhǎng)繁殖而引

起的，從根本上否定了“微生

物自然發(fā)生說”。?微生物學(xué)的另一位奠基人是

一位德國(guó)醫(yī)生柯赫

(Robert

Koch,

1843~1910)，他為疾

病的病原學(xué)說建立了基礎(chǔ)。?首先從患病動(dòng)物的病變臟器

中分離純化得到病原菌，通過

將病原菌接種回到動(dòng)物體內(nèi)，

能引起相同癥狀的疾病，證明

了傳染病是由某些特定的病原

菌傳播的。?由于巴斯德和柯赫對(duì)微生物

學(xué)的形成作出了極大的貢獻(xiàn)，

普遍認(rèn)為，

他們兩位是微生物

學(xué)的奠基人。(三)微生物學(xué)的形成時(shí)期(1861-1897)

創(chuàng)立了一整套獨(dú)特的微生物學(xué)基本研究方

法：培養(yǎng)基制作技術(shù)，滅菌消毒技術(shù)、純

種分離和培養(yǎng)技術(shù)等；

開創(chuàng)了尋找人類和動(dòng)物病原菌的時(shí)代；

開辟了分支應(yīng)用學(xué)科；

建立了“實(shí)踐-理論-實(shí)踐”思維和研究模

式。主要貢獻(xiàn)

Buchner，對(duì)無(wú)細(xì)胞酵母菌“酒化酶”發(fā)酵試驗(yàn)，開創(chuàng)了微生物生物化學(xué)研究時(shí)代。

上世紀(jì)是微生物學(xué)的全面發(fā)展時(shí)期：

發(fā)現(xiàn)了微生物的代謝系統(tǒng)；

開展尋找微生物的有益代謝產(chǎn)物；

推動(dòng)了微生物工業(yè)化生產(chǎn)的發(fā)展

(發(fā)酵工業(yè)出。(四)微生物學(xué)的發(fā)展時(shí)期(1897-1953)現(xiàn))年?1953，DNA雙螺旋解密后DNA年代，進(jìn)入70。子生物學(xué)時(shí)代在微生物的研究基礎(chǔ)上重組技術(shù)和基因工程的發(fā)展。將程技術(shù)傳統(tǒng)發(fā)酵?提高到了?微生物學(xué)、水平；發(fā)酵工程遺傳學(xué)和生物化學(xué)的相互滲透與作推動(dòng)了用導(dǎo)致了現(xiàn)代分子遺傳學(xué)的誕生與發(fā)展；(五)微生物學(xué)的成熟時(shí)期(1953-至今)微生物學(xué)進(jìn)入了分，導(dǎo)致了開創(chuàng)了生物工生物信息學(xué)時(shí)代的到來生物芯片??，。。

醫(yī)療保?。?/p>

外科消毒術(shù)、傳染病、免疫預(yù)防法、磺胺等生化治療劑、抗生素、多肽類藥物等出現(xiàn)，提高了健康水平。

工業(yè)發(fā)展：

食品保鮮防腐技術(shù)(罐藏)

、釀造技術(shù)改造、純種發(fā)酵技術(shù)、液體深層攪拌發(fā)酵技術(shù)、代謝控制發(fā)酵技術(shù)。

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)：

生物防治技術(shù)(微生物農(nóng)藥、殺菌劑)

、微生物增產(chǎn)技術(shù)(菌肥、生長(zhǎng)素)

，微生物飼料和食品(SCP，食用

菌)，生物能源(沼氣、燃料乙醇等)。

環(huán)境保護(hù)：

生態(tài)農(nóng)業(yè)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)，污水處理、自然界元素循環(huán)的推動(dòng)者，環(huán)境污染和監(jiān)測(cè)的指示生物。

生命科學(xué)：

研究材料，糖酵解機(jī)制的認(rèn)識(shí)，基因與酶關(guān)系發(fā)現(xiàn)，突變本質(zhì)，遺傳物質(zhì)的載體的證實(shí)，基因工程的開創(chuàng)等基本理

論研究，微生物成為基因工程的主角。研究方法的微生物化趨

勢(shì)。四、微生物的重要性——促進(jìn)了人類的進(jìn)步

1、在自然界物質(zhì)循環(huán)中作用2、空氣與水凈化，污水處理3、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)：菌體，代謝產(chǎn)物，代謝活動(dòng)運(yùn)用與發(fā)酵工業(yè)4、對(duì)生命科學(xué)的貢獻(xiàn)

尤其是與基因工程的關(guān)系。

微生物作用

五、微生物的生物學(xué)特點(diǎn)(五大共性)?微生物除具有生物的共性外，

也有其正因?yàn)槠渚哂羞@些特點(diǎn)，才使得這樣微不可見的生物類群(一)

體積小、比表面積大引起人們的高度重視。(三)吸收多、轉(zhuǎn)化快生長(zhǎng)旺、繁殖快(五)適應(yīng)強(qiáng)、易變異分布廣、種類多獨(dú)特的特點(diǎn)(二)(四):體積小、比表面積大：um體積)大。計(jì)，但比表面積必然有一個(gè)巨大的營(yíng)養(yǎng)吸收、代謝廢物排泄和環(huán)境信息接受面。這一特點(diǎn)也是微生物與一切大型生物相區(qū)別的關(guān)鍵所在。微生物共性(1)乳酸桿菌：(表面積雞蛋：大小以1201.5磅)：人(舉例0.3200000/

，吸收多、轉(zhuǎn)化快：這一特性為高速生長(zhǎng)繁殖和產(chǎn)生大量代謝物提供了充分的物質(zhì)基礎(chǔ)?！盎畹幕S”。重量相同下乳酸菌：1510000倍乳糖。1000小時(shí)消耗自身體重×人體：倍乳糖。產(chǎn)朊假絲酵母：合成蛋白質(zhì)的能力比大豆強(qiáng)小時(shí)可分解其體重微生物共性(2)比食用公牛強(qiáng)萬(wàn)倍。1000倍，2.51001010舉例，

-30min43E.

coli

20-極高生長(zhǎng)繁殖速度。分裂一次，若不停分裂，小時(shí)為48個(gè)。(菌數(shù)增加，營(yíng)養(yǎng)消耗，

代謝積累，限制生長(zhǎng)速度)這兩個(gè)特性，可使微生物在短時(shí)間內(nèi)把大量基質(zhì)轉(zhuǎn)化為有用產(chǎn)品，生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)周期短，

發(fā)酵工業(yè)具有重要實(shí)踐意義。也有不利一面，如疾病、糧食霉變。1適應(yīng)強(qiáng)、易變異：)極其靈活適應(yīng)性，(對(duì)極端環(huán)境具有驚人的適應(yīng)力(多樣的2代謝調(diào)控機(jī)制和多種誘導(dǎo)酶)；)遺傳物質(zhì)易變異，有利有弊：高產(chǎn)菌株選育；菌種退化，微生物共性(3

，4)生長(zhǎng)旺、繁殖快：(耐藥性；例如，2.210×

微生物個(gè)體微小，對(duì)外界環(huán)境很敏感，抗逆性較差，很容易受到各種不良外界環(huán)境的影響；另外，微生物的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，

缺乏免疫監(jiān)控系統(tǒng),

很容易變異。

微生物的遺傳不穩(wěn)定性，是相對(duì)高等生物而言的，實(shí)際上在自然條件下，微生物的自發(fā)突變頻率為10-6左右。

微生物的遺傳穩(wěn)定性差，給微生物菌種保藏工作帶來一定不。

另一方面，正因?yàn)槲⑸锏倪z傳穩(wěn)定性差，其遺傳的保守性低，使得微生物菌種培育相對(duì)容易得多。通過育種工作，可大幅度地提高菌種的生產(chǎn)性能

其產(chǎn)量性狀提高幅度是高等動(dòng)、植物所難以實(shí)現(xiàn)的。原因分析：

遺傳穩(wěn)定性差，容易發(fā)生變異便，1分布廣、種類多)

分布區(qū)域廣，分布環(huán)境多樣；極端環(huán)境微生物(嗜極菌)2)

生理代謝類型多，代謝產(chǎn)物種類多；可利用的初級(jí)能源，產(chǎn)能代謝方式，獨(dú)特的合成代謝等34(50)

微生物種數(shù)多。5)

遺傳基因多樣性)

生態(tài)類型多樣性微生物共性(5))萬(wàn)種(((((60

-極端微生物?在一些對(duì)其它生物是極端或致死的環(huán)境中生長(zhǎng)和繁衍著一類微生物，這

種環(huán)境稱為極端環(huán)境(Extreme

environments)

，而這類微生物稱為極端環(huán)

境微生物或極端微生物(Extremophiles)。?極端微生物分成五個(gè)類群：嗜熱微生物(Thermophiles)

、嗜冷微生物

(Psychrophiles)

、嗜鹽微生物(Halophiles)

、嗜堿微生物(Alkaliphiles)

、嗜

酸微生物(Acidophiles)

。也有人認(rèn)為還應(yīng)包括嗜壓微生物(Barophiles)和抗

毒物微生物(Toxic-resistant

microbes)。?值得注意的是，極端微生物不僅僅是“耐受”這些極端環(huán)

境，而且在這些特殊生境中生長(zhǎng)繁茂，甚至為了更好地繁衍

后代需要一種或多種極端條件。不同地球生命的溫度極限(引自，莊逢源譯HORNECK《宇宙生物學(xué)》溫

度：

-20℃

—

+113℃水活度：

aw

≥

0.7鹽

度：鹽濃度≤30%，鹽晶

體酸

度：

pH

=1-11營(yíng)

養(yǎng)：高新陳代謝普適性無(wú)機(jī)自養(yǎng)生長(zhǎng)高度抗擊饑餓氧：

有氧和無(wú)氧生物輻

射：

60

Gy

/hour生命(極端微生物)的生長(zhǎng)代謝極限溫

度：

-263℃

—

+150℃，甚至更高水活度：

0

≤

aw

≤

1.0鹽

度：鹽晶體酸

度：

pH

=0-12.5營(yíng)

養(yǎng)：不需要，最好沒有營(yíng)養(yǎng)氧：

不需要，最好沒有氧氣，孢子可在真空中存活(10-6

Pa)輻

射：

5

k

Gy電離輻射萌芽時(shí)，孢子可修復(fù)損傷時(shí)

間：

≤

25-40×106

a

(年)生命存活的極限高溫環(huán)境：嗜熱和超嗜熱微生物棲息低溫環(huán)境：嗜冷微生物棲息南極冰川高鹽環(huán)境：嗜鹽和嗜鹽堿微生物棲息酸性環(huán)境：嗜酸和嗜酸熱微生物棲息堿性環(huán)境：嗜堿和嗜鹽堿微生物去棲息新疆天山北麓泥火山環(huán)境(低溫，寡營(yíng)養(yǎng))新疆天山北麓泥火山環(huán)境深海底層生物由管蟲類無(wú)脊椎動(dòng)物、嗜熱菌菌席(mats)、以及火山口環(huán)境組成白灰色和橙黃色(含硫化物)為嗜熱菌菌席，棒狀體為管蟲類無(wú)脊椎動(dòng)物石內(nèi)微生物(endolithic

microorganism)云南騰沖熱海熱泉(一)微生物學(xué)及其研究對(duì)象?微生物學(xué)概念:概括地講，微生物學(xué)

(Microbiology)

是研

究微生物及其生命活動(dòng)規(guī)律的學(xué)科。從細(xì)胞、分子或群體

水平上研究微生物的形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理代謝、遺傳變異、生

態(tài)分布和分類進(jìn)化等生命活動(dòng)基本規(guī)律，并將其在實(shí)踐領(lǐng)

域應(yīng)用的學(xué)科。?研究對(duì)象:研究?jī)?nèi)容涉及形態(tài)結(jié)構(gòu)，營(yíng)養(yǎng)特點(diǎn)，生理生化，

生長(zhǎng)繁殖，遺傳變異，分類鑒定，生態(tài)分布以及微生物在

工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境保護(hù)等各方面的應(yīng)用。?研究任務(wù)和目的：充分發(fā)掘、利用、改善和保護(hù)有益微生

物；控制、消滅或改造有害微生物，更好地為人類社會(huì)進(jìn)步服務(wù)。六、

微生物學(xué)及其分支學(xué)科(

一()三根)

微礎(chǔ)生理物論的研應(yīng)

不同，，形成的

科微工生業(yè)物微生生理物學(xué)學(xué)(M(i

i

hlysMiioclrogbyi)ology)

微

學(xué)(Mi(cArgorbi

ull

i

si)crobiology)

微

學(xué)

((MMiecdr

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微

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