《微生物的奇妙世界》课件

《微生物的奇妙世界》什么是微生物定义广泛存在重要作用微生物是指个体微小，通常无法用肉眼直微生物存在于地球上的每一个角落，从土接观察到的生物它们包括细菌、病毒、壤、水域到空气，甚至在极端环境中也能真菌、原生生物等多种类型找到它们的身影微生物的基本分类细菌1Bacteria单细胞原核生物，种类繁多，分布广泛，在自然界中扮演着重要的分解者和生产者角色病毒2Viruses结构简单，必须寄生在宿主细胞内才能繁殖，是引起多种疾病的病原体真菌3Fungi包括酵母菌、霉菌等，在物质分解、食品工业和医药领域都有重要应用原生生物Protists微生物的大小与特征大小形态结构微生物的大小差异很大，细菌通常为几微生物的形态多样，细菌有球状、杆状、微生物的结构相对简单，细菌是原核细微米，病毒则更小，只有几十纳米因螺旋状等，真菌则有丝状、酵母状等胞，没有细胞核；真菌和原生生物是真此，需要借助显微镜才能观察到它们不同的形态与它们的功能和生存方式密核细胞，有细胞核和其他细胞器病毒切相关则更加简单，只有蛋白质外壳和核酸微生物的生存环境土壤水域极端环境土壤是微生物的重要栖水生环境中也存在大量在高温、高压、高盐、息地，各种细菌、真菌的微生物，包括细菌、强酸等极端环境中，也等参与土壤有机质的分藻类、原生生物等，它存在一些特殊的微生物，解和养分循环，维持土们参与水体净化、物质如嗜热菌、嗜盐菌等，壤肥力循环和能量流动它们具有独特的生存机制细菌微生物中的主要群体数量庞大1细菌是地球上数量最多的微生物群体，存在于各种环境中，种类繁多，功能多样分布广泛2从土壤、水域到动植物体内，甚至在极端环境中，都能找到细菌的身影作用重要3细菌在自然界中扮演着重要的分解者和生产者角色，参与物质循环、能量流动，影响着动植物的生长和健康细菌的结构特点细胞壁细胞膜细胞质细菌细胞壁的主要成分是肽聚糖，具有保细菌细胞膜由磷脂双分子层和蛋白质组成，细菌细胞质是细胞膜内部的凝胶状物质，护细胞、维持形态的作用不同细菌的细具有控制物质进出、能量代谢等功能包含核糖体、质粒、拟核等结构，参与蛋胞壁结构有所差异，可用于细菌分类白质合成、遗传信息传递等过程细菌的繁殖方式芽孢在环境恶劣时，一些细菌会形成芽孢，芽2孢具有很强的抵抗力，可以长期存活，并二分裂在环境适宜时萌发成新的细菌1二分裂是细菌最主要的繁殖方式，细胞经过复制后，一分为二，形成两个DNA相同的子细胞基因转移细菌之间还可以通过接合、转化、转导等方式进行基因转移，增加遗传多样性，提3高适应能力细菌在自然界中的作用分解者1分解动植物遗体、粪便等有机物，将有机物转化为无机物，释放养分生产者2通过光合作用或化能合成作用，将无机物转化为有机物，为其他生物提供能量氮循环3参与大气中氮气的固定、氨化、硝化、反硝化等过程，维持土壤肥力生态平衡4维持生态系统的物质循环和能量流动，保持生态平衡病原体细菌感染1某些细菌具有致病性，可以感染动植物，引起疾病传播2病原体细菌可以通过空气、水、食物、接触等途径传播防治3预防细菌感染的关键是保持个人卫生、注意饮食安全、加强锻炼，提高免疫力有益细菌有益细菌在人类健康和自然界中发挥着重要作用例如，乳酸菌可以帮助消化，双歧杆菌可以增强免疫力，芽孢杆菌可以促进植物生长我们应该充分利用有益细菌，为人类社会和生态环境做出贡献病毒最小的微生物超微结构专性寄生致病性病毒是最小的微生物，必须借助电子显微镜病毒没有细胞结构，必须寄生在宿主细胞内许多病毒具有致病性，可以引起动植物和人才能观察到它们才能繁殖类的疾病病毒的结构核酸蛋白质外壳包膜病毒的遗传物质是核酸，可以是DNA或病毒的蛋白质外壳称为衣壳，由多个亚基某些病毒具有包膜，包膜来源于宿主细胞RNA，携带病毒的遗传信息组成，具有保护核酸、识别宿主细胞的作膜，具有辅助病毒感染宿主细胞的作用用病毒的感染机制吸附侵入复制123病毒通过表面的受体与宿主细胞表面病毒通过胞吞、融合等方式进入宿主病毒利用宿主细胞的资源复制自己的的特定分子结合，吸附在宿主细胞表细胞内部核酸和蛋白质面组装释放45病毒将复制的核酸和蛋白质组装成新的病毒粒子新的病毒粒子通过出芽、细胞裂解等方式释放出宿主细胞，感染其他细胞常见的病毒疾病流感艾滋病新冠肺炎由流感病毒引起，具有很强的传染性，由人类免疫缺陷病毒（HIV）引起，破由新型冠状病毒（SARS-CoV-2）引起，主要症状包括发热、咳嗽、乏力等坏人体免疫系统，导致免疫功能下降，主要症状包括发热、咳嗽、呼吸困难等，易感染各种机会性感染和肿瘤严重者可导致呼吸衰竭、死亡真菌另一类重要微生物多样性分解作用应用广泛真菌种类繁多，形态各许多真菌具有分解有机真菌在食品工业、医药异，包括酵母菌、霉菌、物的作用，参与自然界领域等都有重要应用食用菌等的物质循环真菌的分类酵母菌1单细胞真菌，主要通过出芽繁殖，在食品工业中广泛应用，如酿酒、面包制作等霉菌2多细胞真菌，由菌丝构成，可以分解有机物，有些霉菌可以产生抗生素，如青霉素食用菌3大型真菌，具有丰富的营养价值，可以食用，如蘑菇、香菇等真菌在生态系统中的角色分解者分解动植物遗体、粪便等有机物，将有机物转化为无机物，释放养分共生者与植物形成菌根，帮助植物吸收水分和养分；与藻类形成地衣，适应极端环境寄生者某些真菌可以寄生在动植物体内，引起疾病酵母菌与发酵酿酒利用酵母菌发酵，将葡萄、谷物等原料中2的糖类转化为酒精，制成葡萄酒、啤酒等发酵原理1酵母菌在无氧条件下，将糖类分解为酒精和二氧化碳，释放能量面包制作利用酵母菌发酵，产生二氧化碳，使面团3膨胀，制成面包、馒头等霉菌与腐烂腐烂原理霉菌分泌酶，将有机物分解为小分子，自身吸收利用1食品腐败2霉菌生长在食品上，导致食品变质、腐败，产生有害物质防霉措施3控制湿度、温度，使用防腐剂等，可以防止霉菌生长，延长食品保质期原生生物的多样性种类繁多1原生生物是结构和功能多样的单细胞或多细胞真核生物，包括藻类、原生动物等形态各异2原生生物的形态各异，有些具有鞭毛、纤毛等运动结构，有些具有色素，可以进行光合作用生态作用3原生生物在水生生态系统中扮演着重要的角色，参与物质循环、能量流动原生生物的生存策略Photosynthesis DecompositionPredation原生生物通过不同的生存策略适应不同的环境有些原生生物通过光合作用获取能量，有些原生生物通过分解有机物获取能量，有些原生生物则通过捕食其他生物获取能量这些生存策略使原生生物能够在各种环境中生存繁衍微生物的进化历程早期生命进化驱动力适应性进化微生物是地球上最早出现的生命形式，在地环境变化、基因突变、基因转移等是微生物微生物通过进化适应不同的环境，产生各种球的早期进化过程中扮演着重要的角色进化的主要驱动力功能多样的微生物微生物的遗传变异基因突变基因转移选择压力基因突变是指DNA序列发生改变，导致遗基因转移是指微生物之间传递遗传物质的环境变化、抗生素使用等可以对微生物产传信息发生变化基因突变是微生物遗传过程，包括接合、转化、转导等基因转生选择压力，促使微生物发生遗传变异，变异的重要来源之一移可以增加微生物的遗传多样性，提高适适应新的环境应能力微生物生态系统定义组成12微生物生态系统是指由各种微微生物生态系统包括细菌、病生物组成的相互作用的群体，毒、真菌、原生生物等多种微以及它们所处的环境生物，以及土壤、水、空气等环境因素作用3微生物生态系统参与物质循环、能量流动，影响着动植物的生长和健康，维持生态平衡微生物在土壤中的作用分解有机质参与氮循环促进植物生长将动植物遗体、粪便等有机物分解为无参与大气中氮气的固定、氨化、硝化、产生植物生长激素、溶解磷等，促进植机物，释放养分，提高土壤肥力反硝化等过程，为植物提供氮源物生长微生物在水生环境中的重要性初级生产者分解者物质循环浮游植物等微生物通过分解水中的有机物，参参与水中的碳、氮、磷光合作用，将无机物转与水体净化等元素的循环，维持水化为有机物，为其他生生生态系统的稳定物提供能量微生物与植物共生关系菌根1真菌与植物根系形成菌根，真菌帮助植物吸收水分和养分，植物为真菌提供碳源根瘤2根瘤菌与豆科植物根系形成根瘤，根瘤菌将大气中的氮气固定为氨，供植物利用，植物为根瘤菌提供碳源内生菌3内生菌生活在植物组织内部，可以帮助植物抵抗病虫害、适应环境压力微生物在食品工业中的应用发酵食品利用微生物发酵，生产各种发酵食品，如酸奶、奶酪、酱油、醋、泡菜等食品保鲜利用微生物生产的抗菌物质，抑制食品中的有害微生物生长，延长食品保质期食品添加剂利用微生物生产各种食品添加剂，如氨基酸、维生素、酶等发酵食品的微生物酵母菌2用于生产面包、馒头、啤酒、葡萄酒等，可以将糖类转化为酒精和二氧化碳乳酸菌1用于生产酸奶、奶酪、泡菜等，可以将糖类转化为乳酸，产生酸味霉菌用于生产酱油、豆腐乳等，可以分解蛋白3质和脂肪，产生独特的风味微生物在医学领域的贡献抗生素许多抗生素来源于微生物，可以治疗细菌感染1疫苗2利用灭活或减毒的微生物，可以制成疫苗，预防病毒和细菌感染诊断试剂3利用微生物的特异性，可以开发各种诊断试剂，检测病原体感染抗生素的发现青霉素1年，英国科学家弗莱明发现了青霉素，开创了抗生素时代1928链霉素2年，美国科学家瓦克斯曼发现了链霉素，可以治疗结核病1944其他抗生素3随着科学技术的发展，人们又发现了许多新的抗生素，为治疗细菌感染提供了更多的选择微生物在基因工程中的作用微生物在基因工程中发挥着重要作用，例如用于生产蛋白质、生产药物、基因治疗通过基因工程改造微生物，可以使其具有新的功能，为人类带来更多的益处微生物是基因工程的重要工具，其应用前景广阔微生物的生物技术应用生物修复生物燃料生物塑料利用微生物降解污染物，修复污染环境利用微生物发酵，生产生物燃料，替代化石利用微生物生产生物塑料，替代传统塑料，燃料减少环境污染微生物在环境净化中的作用分解污染物去除重金属修复土壤许多微生物具有分解污染物的作用，可以某些微生物可以吸附或沉淀重金属，从环利用微生物改良土壤结构，提高土壤肥力，将污染物转化为无毒或低毒的物质境中去除重金属修复污染土壤微生物降解pollutants石油农药塑料123某些细菌可以分解石油，用于清理石某些细菌可以分解农药，减少农药残某些细菌可以分解塑料，减少塑料污油泄漏事故留染微生物的碳循环光合作用呼吸作用微生物通过光合作用，将大气中的微生物通过呼吸作用，将有机物分二氧化碳转化为有机物，固定碳解为二氧化碳，释放碳分解作用微生物分解动植物遗体、粪便等有机物，将有机物转化为二氧化碳，释放碳微生物与气候变化温室气体碳封存海洋酸化某些微生物可以产生温某些微生物可以吸收二大气中的二氧化碳溶解室气体，如甲烷、氧化氧化碳，将其转化为有于海洋，导致海洋酸化，亚氮，加剧气候变暖机物，封存碳，减缓气影响海洋生物生存候变暖极端环境中的微生物嗜热菌1生活在高温环境中，如温泉、海底热泉等嗜盐菌2生活在高盐环境中，如盐湖、盐田等嗜酸菌3生活在高酸环境中，如矿山酸性废水等微生物的极限生存能力芽孢某些细菌可以形成芽孢，芽孢具有很强的抵抗力，可以长期存活，并在环境适宜时萌发成新的细菌休眠某些微生物可以进入休眠状态，降低代谢速率，减少能量消耗，延长生存时间修复DNA某些微生物具有修复损伤的能力，可以抵抗辐射、紫外线等DNA有害因素微生物与人体微生物组分布2人体微生物组主要分布在肠道、皮肤、口腔、呼吸道等部位定义1人体微生物组是指寄生在人体内的各种微生物组成的群体，包括细菌、病毒、真菌、原生生物等作用人体微生物组参与营养物质代谢、免疫调3节、疾病预防等，对人体健康至关重要肠道微生物的重要性消化1帮助消化食物，吸收营养物质免疫2调节免疫系统，增强免疫力神经3影响神经系统功能，调节情绪、行为益生菌与健康定义1益生菌是指对宿主有益的活性微生物，可以改善肠道菌群结构，增强免疫力，促进健康来源2益生菌可以从发酵食品、益生菌补充剂等途径获取应用3益生菌可以用于治疗腹泻、便秘、肠易激综合征等疾病微生物与免疫系统微生物与免疫系统之间存在着复杂的相互作用某些微生物可以刺激免疫系统，增强免疫力；某些微生物可以抑制免疫系统，导致免疫功能下降通过调节微生物与免疫系统之间的相互作用，可以改善人体健康微生物对人类健康的影响有益微生物病原微生物菌群失调促进消化、增强免疫力、预防疾病引起感染、炎症、慢性疾病影响健康，增加疾病风险微生物研究的前沿领域宏基因组学合成生物学微生物组学研究环境中所有微生物的遗传信息，揭示设计和构建具有特定功能的生物系统，用研究微生物群落的结构、功能和动态变化，微生物群落的组成、功能和相互作用于生产药物、生物燃料等揭示微生物与健康、疾病、环境之间的关系基因组学与微生物基因组测序比较基因组学12揭示微生物的遗传信息，了解比较不同微生物的基因组，了其代谢途径、致病机制、耐药解其进化关系、功能差异等性等功能基因组学3研究基因的功能，揭示微生物的生理过程、代谢调控等合成生物学定义方法应用合成生物学是指设计和构建具有特定功合成生物学利用基因工程、代谢工程等合成生物学可以用于生产药物、生物燃能的生物系统，用于解决环境、能源、技术，改造微生物，使其具有新的功能料、生物塑料等健康等领域的问题微生物与精准医疗个体化治疗疾病诊断药物开发根据个体的微生物组特通过检测微生物组的变利用微生物组，开发新征，制定个体化的治疗化，诊断疾病的药物方案未来微生物研究的挑战抗生素耐药性1抗生素耐药性日益严重，威胁人类健康，需要开发新的抗生素或替代疗法新发传染病2新发传染病不断出现，威胁全球公共卫生安全，需要加强对新发传染病的监测和防控微生物组研究3微生物组的研究还处于起步阶段，需要深入了解微生物组的组成、功能和相互作用人类与微生物的共存相互依赖和谐共处合作共赢人类和微生物相互依赖，共同进化维持微生物组的平衡，促进健康利用微生物，解决环境、能源、健康等领域的问题微生物多样性保护威胁2环境污染、气候变化、人类活动等对微生物多样性构成威胁重要性1微生物多样性是生态系统的重要组成部分，对维持生态平衡至关重要措施保护微生物多样性，需要减少环境污染、3减缓气候变化、合理利用微生物资源微生物研究的伦理问题基因编辑1基因编辑技术的应用可能带来伦理风险生物安全2病原微生物的研究可能威胁生物安全知识产权3微生物资源和技术的利用可能涉及知识产权问题微生物生命的奇迹微小1个体微小，但数量庞大，功能多样重要2参与物质循环、能量流动，影响动植物生长和健康奇妙3极限生存能力、多样性、复杂性令人惊叹微生物对地球生命的重要性Nutrient cyclingOxygen productionDecomposition Symbioticrelationships微生物对地球生命的重要性体现在多个方面，例如参与营养物质循环、产生氧气、分解有机物、形成共生关系微生物是地球生命的基础，其作用不可替代对微生物世界的敬畏多样性适应性重要性微生物种类繁多，形态各异，功能多样微生物可以适应各种极端环境，具有很强的微生物在生态系统中扮演着重要的角色，对生存能力地球生命至关重要结语微生物改变世界影响力潜力未来微生物影响着地球的每一个角落，塑造着微生物具有巨大的潜力，可以用于解决环微生物研究将继续深入，为人类社会带来地球的生命境、能源、健康等领域的问题更多的福祉问答环节提问解答12欢迎大家踊跃提问，共同探讨我们将尽力解答大家的问题，微生物的奇妙世界分享微生物研究的最新进展交流3希望通过问答环节，促进大家对微生物的了解，激发对微生物研究的兴趣参考文献与致谢参考文献致谢本课件参考了以下文献，感谢各位作者的辛勤付出感谢各位老师、同学对本课件的指导和帮助•Madigan MT,Martinko JM,Bender KS,Buckley DH,Sattley WM.Brock Biologyof Microorganisms.14th ed.Benjamin Cummings;

2014.•Tortora GJ,Funke BR,Case CL.Microbiology:An Introduction.12th ed.Benjamin Cummings;

2016.•Prescott LM,Harley JP,Klein DA.Microbiology.9th ed.McGraw-Hill;

2014.。