第一章 绪 论
教学时数：4学时
要求：掌握微生物的概念、微生物学奠基人、细菌学奠基人；了解微生物的特点 教学内容：
一、微生物的概念
微生物是一切肉眼看不见或看不清楚的微小生物的总称。它们是一些个体微小、构造简单的低等生物，包括属于原核类的细菌、放线菌、支原体、立克次氏体、衣原体和蓝细菌（过去称蓝藻或蓝绿藻），属于真核类的真菌（酵母菌和霉菌）、原生动物和显微藻类，以及属于非细胞类的病毒、类病毒和朊病毒等。
支原体：是一类无细胞壁的原核生物，是整个生物界中尚能找到的能独立营养的最小型生物，与人类的关系明显是害大于利，腐生或者细胞内寄生，于1898年从患传染性胸膜肺炎的病牛中首次分离得到。植物支原体称为类支原体，可引起桑、稻、竹和玉米等的矮缩病、黄化病或从枝病。
立克次氏体：1909年由美国医生H.T.Ricketts首次发现（洛基山斑疹伤寒的病原菌），并于1910年牺牲于此病，立克次氏体因此得名。
立克次氏体营专性寄生生活，与支原体的主要不同之处是有细胞壁但不能独立生活；与衣原体的不同之处在于其细胞较大，无滤过性，合成能力较强，且不形成包涵体。
立克次氏体可使人患斑疹伤寒、恙虫热或Q热等传染病。病原往往由虱子、跳蚤、螨虫等节肢动物所携带，寄生在他们的消化道上皮细胞中，其致病机制主要是在宿主血流中大量增殖，同时也与它们的内毒素有关。
衣原体：1907年，由捷克学者在患沙眼的的结膜细胞内发现包涵体，当时误认为由衣原虫引起，后来发现砂岩包涵体内不存在衣原虫，而是“大型病毒”的集落，1956年由我国微生物学家汤飞凡及其助手张晓楼首次分离到沙眼的病原体，是一类在真核细胞内专性能量寄生的小型革兰氏阴性原核生物。
二、微生物的特点 1.形态微小、结构简单
体长在0.1mm以下，最小的双生病毒只有12~18nm长（植物界最大的红衫高达350米，动物界中的蓝鲸长达34米），细菌大小：0.5~2um，1500个大肠杆菌首尾相接，相当于一粒芝麻长。体形大小上的量变达到一定限度，就会引起一系列其它性状的质变。微生物体积小、面积大，即比表面积大，决定了其它特点。 2.代谢旺盛、繁殖快速
微生物比表面极大的特点决定其具有一个巨大的营养物吸收面、代谢废物的排泄面和环境信息的接受面，因此吸收多，转化快，有资料表明，发酵乳糖的细菌在1小时内可分解其自重1000~10000倍的乳糖，产朊假丝酵母合成蛋白质的能力比大豆强100倍，比食用公牛强10万倍。微生物具有极高的生长和繁殖速度，大肠杆菌在合适的生长条件下，每12.5~20分钟分裂一次，以每20分钟分裂一次计，经过48小时其后代数为2.21043个，约为4000个地球之重。 3.适应性强、易变异
微生物对极端环境有惊人的适应能力：海洋深处的某些硫细菌可在250C甚至在300C的高温下正常生长；大多数细菌能耐0~-196C的低温，甚至在-253C（液态氢）下仍能保持生命；一些嗜盐菌能在32%的饱和盐水中正常生活，许多微生物尤其是产芽孢的细菌可在干燥条件下保藏几十年、几百年甚至上千年；耐酸、耐碱、抗辐射等
变异性：由于构造简单，多为单细胞，繁殖速度快，故在短时间内能产生大量的变异后代。如产黄青霉，1943年每毫升发酵液中只产生20单位的青霉素，而病人每天要注射几十万单位，目前青霉素发酵液的产量已达到几十万单位/毫升，与此同时，菌的抗药性增加。 4.种类繁多、分布广泛
微生物只怕明火，地球上除了火山的中心区域外，从土壤圈、水圈、大气圈直至岩石圈，到处都有微生物家族的踪迹。微生物永远是生物圈上下限的开拓者和各种纪录的保持者。微生物的传播可以达到无孔不入的地步，只要生活条件合适，即可大大繁殖。
实例：
(1) 人体肠道中的正常菌群。人体肠道中聚居着100~400种不同种类的微生物，个体总数大于100万亿，数量最多的是厌氧菌，主要是脆弱拟杆菌，比大肠杆菌高出100~1000倍。
(2) 万米深海底部的耐热硫细菌：耐高温、耐高压，马里亚纳海沟，东太平洋加拉帕戈斯群岛东部的海底温泉中有一个不依赖于太阳的独特生态系统，其生产者是硫细菌
(3) 几万米高空中的微生物
人类的正常活动高度是有限的，即使乘上飞机，1976年创飞行高度世界纪录的美国“黑鸟”，也未超出26千米，而为生物的活动范围却高得多，85千米的高空处仍有微生物存在，这是目前所知道的生物圈的上限。据认为，它们是由火山喷发、暴风或龙卷风带上，在阳光的作用下，脱离了地球引力而被抛向太空的。
(4) 地层下的微生物：有人在南极洲的罗斯岛和泰罗尔盆地128m和427m的沉积岩心中，找到了活细菌；前苏联科学家在南极冰川进行钻探时，在4.5~293m不同深度的岩心中多次发现有球菌、杆菌和微小的真菌。
种类多：目前所知道的动物有150万种，植物有50万种，微生物约有10万种。种类多主要体现在三个方面：(1) 生理代谢类型多。分解多种有机物，有多种产能方式；(2) 代谢产物种类多。抗生素、蛋白质、酶；(3) 微生物种类多。
三、微生物学发展简史
人类对动植物的认识，可以追溯到人类的出现，可是，对数量庞大、分布广泛并始终包围在人体内外的微生物却长期缺乏认识，原因主要有以下四个方面：(1) 个体微小：一般地说，人眼对小于1mm的物体就看不清楚了，而微生物更小，因此无法发现或辨认它们；(2) 外貌不显：个体形态看不到，而群体形态是可见的，但外貌平淡无奇，不甚显目；(3) 杂居混生：微生物在自然条件下是杂居混生在一起的，因此，在发明对其中各纯种微生物可进行分离、培养的技术前，是无法知道各种微生物对自然界和人类的真正作用的；(4) 因果难联：人体或动植物体处在病原微生物感染的早期时，一般不会引起人们的警觉，一旦事态突然严重时，对于没有较深刻的微生物学知识的人来说，也不会真正理解这是微生物生命活动的结果，因此容易遭受损失。微生物学历史发展的早期，就是围绕着如何克服这四大障碍而开展各种研究工作的。
人类认识微生物之前对微生物的态度：视而不见、嗅而不闻、触而不觉、食而不察、得其益而不感其好、受其害而不知其恶。
实例1：公元6世纪鼠疫在地球上第一次大流行时，曾危及埃及、土耳其、意大利和阿富汗等国家和地区，死亡人数约1亿人；第二次(14世纪) 流行时，欧洲约死亡2500万人口，亚洲约死亡4000万，其中中国约1300万；19世纪末20世纪初的第三次流行，发生在香港和印度北部地区，死亡人数约100万，这三次全球性杀人不见血的流行病共殃及近2亿人口，比死亡最惨重的第二次世界大战(约死亡1.1亿) 还多。
实例2：19世纪中叶，由于第一次“绿色革命”的结果，在欧洲普遍只种植单一的高产粮食作物马铃薯。在1843~1847年间由于气候异常，致使欧洲发生马铃薯晚疫病的大流行，毁灭了5/6的马铃薯，个别地方甚至颗粒无收。当时爱尔兰的800万人口中，有近100万人直接饿死或间接病死，并有164万人逃往北美谋生。
微生物学的发展历史可分为五个时期： 1.史前期：
指人类还未见到微生物个体尤其是细菌细胞前的一段漫长的历史时期，大约 在距今8000年前一直至公元1676年间。当时的人类虽未见到微生物的个体，却自发地与微生物频繁的打交道，并凭自己的经验在实践中开展利用有用微生物和防止有害微生物的活动。但由于在思想方法上长期停留在“实践—实践—实践”的基础上，因此只能长期处于低水平的应用阶段。
例：发面；天然果酒和啤酒的酿造；牛乳和乳制品的发酵以及利用霉菌来治疗一些疾病。我国的制曲工艺，近代“酒诰”中有一段朴素而充满唯物主义观点的关于酒的起源的叙述：酒之所兴，肇自上皇，或云仪狄，一曰杜康。有饭不尽，委于空桑，郁积成味，久蓄气芳。本出于此，不由奇方。我国人民在春秋战国时期已知制酱和醋，在900年前，利用自养细菌生命活动的胆水浸铜法已正式用于生产铜。在2000年前，已发现豆科植物的根瘤有增产作用，并采用积肥、沤粪、压青和轮作等农业措施，来利用和控制有益微生物的生命活动。在医药方面，宋代创造过“以毒攻毒”的免疫方法，发明用种人痘来预防天花，比Jenner在1796年发明种牛痘预防天花早半个多世纪。
2.初创期：1676年~1861年
特点：人们对微生物的研究仅停留在形态描述的低级水平上，而对他们的生 理活动及其与人类实践活动的关系却未加研究，微生物作为一门学科还未形成。 代表人物：列文虎克，1676年用自制的单式显微镜观察到细菌的个体。 列文虎克：荷兰的业余科学家，微生物学的先驱，其贡献：(1) 利用单式显微镜观察了许多微小物体和生物，并于1676年首次观察到形态微小、作用巨大的细菌；(2) 一生制作了419架显微镜或放大镜，放大率一般为50~200倍，最高者达266倍；(3) 发表过约400篇论文，其中375篇寄往英国皇家学会发表。
注意区别列文虎克与罗伯特虎克：罗伯特虎克，英国物理学家，于1665年用自制显微镜观察软木薄片，观察到植物细胞。
3.奠基期：1861年~1897年
特点：(1) 建立了一系列研究微生物所必要的独特方法和技术，解决了认识微生物的第
二、
三、四个障碍
(2) 借助于良好的研究方法，开创了寻找病原微生物的“黄金时期”
(3) 把微生物学的研究从形态描述推进到生理学研究的新水平
(4) 开始客观上以辩证唯物主义的“实践—理论—实践”的思想方法指导科学实验
(5) 微生物学以独立的学科形式开始形成，但当时主要还是以其各应用性分支学科的形式存在。
代表人物：
巴斯德：1822~1895，法国化学家生物学家，微生物学的奠基人，主要贡献： (1) 否定了自然发生学说
1857年根据曲颈瓶实验证实了空气中存在微生物，引起有机质的腐败，建 立了胚种学说，认为生命只能来自生命
(2) 证实了发酵是由微生物引起的
发酵是生物过程还是纯粹的化学反应，巴斯德分离到引起发酵的微生物，证 实了酒精发酵是由酵母菌引起的，并且发现乳酸发酵、醋酸发酵、丁酸发酵等都是由不同的细菌引起的。
(3) 免疫学---预防接种
1877年，研究鸡霍乱，发现将病原菌减毒可诱发免疫性，以预防鸡霍乱病， 其后又研究牛、羊炭疽病和狂犬病，并首次制成狂犬疫苗，证实了其免疫学说。
(4) 巴斯德消毒法 60~65度作短时间加热处理，杀死有害微生物，解决了法国酒变质的问题。 科赫：1843~1910，德国人，细菌学的奠基人，在病原菌的研究及细菌的分 离、培养方面做出了贡献：
(1) 建立了研究微生物的一系列重要方法，尤其在分离微生物纯种方面，把早年在马铃薯快上的固体培养技术改进为明胶平板培养技术，并进而提高到琼脂平板培养技术。在1881年前后，科赫及其助手们还创立了许多显微镜技术，包括细菌鞭毛染色在内的许多染色方法、悬滴培养法以及显微摄影技术。
(2) 利用平板分离方法寻找并分离到多种传染病的病原菌，例如炭疽病菌、结核杆菌、链球菌和霍乱弧菌等。
(3) 在理论上，科赫于1884年提出了科赫法则，其主要内容为：病原微生物总是在患传染病的动物中发现而不存在于健康个体中；这一微生物可以离开动物体，并被培养为纯种培养物；这种纯种培养物接种到敏感动物体后，应当出现特有的病症；该微生物可以从患病的实验动物中重新分离出来，并可在实验室中再次培养，此后它仍然应该与病原微生物相同。
4.发展期：1897年~1953年 特点：
(1) 进入了微生物生化水平的研究。开始研究微生物对维生素的需要酶的特 性，寻找和研究抗生素以及逐步深入到研究它们的遗传变异和基因。
(2) 应用微生物的分支学科更为扩大，出现了抗生素等新学科。 (3) 开始了寻找各种有益微生物代谢产物的热潮
(4) 在各微生物应用学科较深入发展的基础上，一门以研究微生物基本生物学规律的综合学科---普通微生物学开始形成。
(5) 各相关学科和技术方法相互渗透，相互促进，加速了微生物学的发展。 代表人物：
布赫纳：1860~1917，德国人，于1897年用酵母菌无细胞压榨汁将葡萄糖进行酒精发酵获得成功，发现了微生物酶的重要作用，促使微生物生理、生化研究得到迅速发展。
5.成熟期：1953年以后
1953年4月25日，Watson和Crick在英国自然杂志上发表关于DNA结构 的双螺旋模型，是整个生命科学进入了分子生物学研究的新阶段，是微生物学发展史上成熟期到来的标志。
特点：
(1) 微生物学从一门在生命科学中较为孤立地以应用为主的学科，迅速成长为一门十分热门的前沿基础学科
(2) 在基础理论的研究方面，逐步进入到分子水平的研究，微生物迅速成为分子生物学研究中的最主要的对象
(3) 在应用研究方面，向着更自觉、更有效和可人为控制的方向发展，微生物成为生物工程中的主角。
四、微生物学的发展与人类进步 1.医疗保健
(1) 外科消毒术的建立
英国爱丁堡医院的外科医生李斯特根据巴斯德提出的细菌是腐败的真正原因的分析，在1865年8月12日实验了用石炭酸（苯酚）消毒的新型外科手术，取得了奇迹般的成功。1864年时在法国巴黎的医院中，外科手术的死亡率高达53.6%，英国的一般医院为80%，最好的爱丁堡亿元，外科手术的死亡率也高达45%，因此，当时的外科医生常被称为“刽子手”。李斯特发明外科消毒术后，1868年，爱丁堡医院的外科手术死亡率已降低到15%左右。 (2) 寻找人畜病原菌
19世纪70年代至20世纪初的30年间，分离出大量危害人畜的烈性传染病的病原菌，如炭疽芽孢杆菌，麻风分枝杆菌，肺炎链球菌，伤寒沙门氏菌，结合分枝杆菌，逗号弧菌，破伤风梭菌，鼠疫巴斯德氏菌，痢疾志贺氏菌 (3) 免疫防治法的应用
种痘最早起源于我国宋朝真宗年代的人痘。1796年，英国医生Jenner首次为一男孩接种牛痘并取得很大的成功。从此，种牛痘就成为预防天花最有效的措施了。1923年，法国医生发明了减毒牛型结核杆菌制成的卡介苗，此后，生物制品获得了蓬勃的发展，高校化学组分疫苗、单克隆抗体、嵌合抗体和双功能抗体军在研究中。 (4) 化学治疗剂的发明 百浪多息（治疗链球菌感染），磺胺类药物 (5) 抗生素治疗的兴起
1929年英国细菌学家弗莱明发现第一个有实用意义的抗生素---青霉素。1943年起，青霉素已得到日益广泛的应用。1944年以后，相继发现了链霉素、氯霉素、金霉素、土霉素、红霉素、新霉素、万古霉素、卡那霉素、庆大霉素等。1978年已找到5128种抗生素，1984年则达到9000多种。 (6) 用遗传工程和生物工程技术使微生物生产生化药物
利用微生物作为不同生物有关目的基因的受体，由微生物生产各种生化药物，除抗微生物药物外，还包括治疗其他疾病的药物，如疫苗、抗体、干扰素、胰岛素、激素以及其它各种多肽类药物。 2.工业
(1) 自然发酵与食品、饮料的酿造：酒、酱、醋、泡菜、豆豉、酸牛奶、干酪和面包
(2) 罐头保藏：1804年，法国厨师埃尔伯特经过10年的试验后，发明了食品的玻璃瓶罐藏技术，从而为事务的消毒灭菌和长期保藏找到了一种较为有效的方法。
(3) 厌氧纯种发酵技术：生产乙醇、丙酮、丁醇、乳酸或甘油。 (4) 深层液体通气搅拌培养：用于抗生素、有机酸、酶制剂等发酵工业。 (5) 代谢调控理论在发酵工业上的应用：50年代中期起开始应用，如谷氨酸生产。 (6) 生物工程的兴起：遗传工程、细胞工程、微生物工程、酶工程和生物反应器工程。 3.农业
以菌治虫；以菌治病；以菌治草；以菌增肥；以菌促长（赤霉素促进植物生长）以菌当饲料；以菌当药物（药用真菌）；以菌当蔬菜（食用菌）；以菌产沼气 4.生态和环保
微生物是食物链中的主要环节、污水处理中的中心角色。 5.对生物学基础理论研究的贡献
以微生物作为研究对象解决了生物学上的许多重大争论问题，如生命自然发生说的否定，突变本质的证明，核酸是一切生物遗传变异的物质基础等地阐明等，都是以微生物作为材料才得以肯定的。
微生物是分子生物学的三大来源和三大支柱之一。三大支柱：生物化学、微生物学和遗传学。
遗传学研究对象的微生物化促使经典遗传学发展为分子遗传学。 微生物与基因工程的关系
五、微生物的学习
