微生物学讲稿教案 2010-2011学年第1学期 专业班级：生科08-1,2 计划学时：54学时（理论） 授课方式：多媒体课件 任课教师：张亚平 教材：微物学（沈萍主编） 2010.8 石河子大学生命科学学院
微生物学讲稿教案 2010-2011 学年第 1 学期 专业班级:生科 08-1,2 计划学时：54 学时(理论) 授课方式：多媒体课件 任课教师：张亚平 教 材: 微物学（沈萍主编） 2010.8 石河子大学生命科学学院
目录 第一章绪论(2)- 第二章微生物的纯培养和显微技术(3) 第三章微生物的细胞结构与功能(10) -19 第四章病毒(6)一 -38 第五章微生物的营养（④） -59 第六章微生物的代谢（④） -73 第七章微生物的生长繁殖及其控制(6) 81 第八章微生物遗传(4) -97 第九章微生物与基因工程(4) 120
1 目录 第一章 绪 论(2)-2 第二章 微生物的纯培养和显微技术(3)-8 第三章 微生物的细胞结构与功能(10)-19 第四章 病毒(6)-38 第五章 微生物的营养(4)-59 第六章 微生物的代谢(4)-73 第七章 微生物的生长繁殖及其控制(6)- -81 第八章 微生物遗传(4)-97 第九章 微生物与基因工程(4)-120
第一章绪论 计划学时：2 重点：微生物和人类的关系，微生物的特点，微生物类群及微生物学的莫基人及其对微生物学的贡状： 一、徽生物和你 微生物与人类关系的重要性，你怎么强调都不过分，微生物是一把十分锋利的双刃剑，它们在给人类 带来巨大利益的同时也带来“残忍“的破坏。它给人类带来的利益不仅是享受，而且实际上涉及到人类的生 存。在这本书中你们将读到微生物在许多重要产品中所起的不可替代的作用，例如：面包、奶酪、魂酒 抗生素、疫苗、维生素、酶等重要产品的生产（见第十五章），同时也是人类生存环境中必不可少的成员， 有了它们才使得地球上的物质进行循环（见第十一章），否则地球上的所有生命将无法繁衍下去。此外，你 在第十章还将会看到以基因工程为代表的现代生物技术的发展及其美妙的前景也是微生物对人类作出的 又一重大贡献。 然而，这把双刃剑的另一面一微生物的残忍“性给人类带来的灾难有时甚至是毁灭性的。1347年的 场由鼠疫杆菌(ersinia 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，在此后的80年间，这种疾病一再肆虐，实际上消灭了大约75%的欧洲人口，一些历史学家认为这场灾 难其至改变了欧洲文化。我国在解放前也曾多次流行鼠疫，死亡率极高。今天，一种新的痘疫一艾滋病(ADS) 也正在全球蔓延；癌症也正威胁着着人类的健康和生命：许多己被征服的传染病（如肺结核、虐疾、霍乱 等)也有"卷土重来"之势。据1999年8月世界卫生组织的统计，目前全世界有18.6亿人（相当于全球人 口的32)患结核病。随着环境的污染日趋严重，一些以前从未见过的新的疾病（如军团病、埃博拉病毒病 雷乱0139新菌型、0157以及疯牛病等)又给人类带来了新的威胁。因此，你-一未来的微生物学家或其他科 学家任重道远。正确地使用微生物这把双刃剑，造福于人类是我们学习和应用微生物学的目的，也是每一 个微生物学工作者义不容辞的责任 二、微生物科学 1研究对鱼及分举地位 物研究作为一门科学-一微生物学，比动物学、植物学要晚得多，至今不过100多年的历史。因为微生 物太小，需借助显微镜才能看清他们，因此微生物学（侧icrobiol0gy）一般定义为研究肉眼难以看清的称之 为微生物的生命活动的科学。这些微小生物包括：无细胞结构不能独立生活的病毒、亚病毒（类病毒、拟 病毒、肮病毒)：具原核细胞结构的真细茵、古生菌以及具真核细胞结构的真菌（酵母、霉菌、菜菌等）、 单细胞藻类、原生动物等。但其中也有少数成员是肉思可见的，例如近年来发现有的细菌是肉眼可见的： 1993年正式确定为细菌的Epulopiscium fishelsoni以及1998年报道的7 hiomargarita namibiensis(见 第二章)，均为肉眼可见的细菌。所以上述微生物学的定义是指一般的概念，是历史的沿革，也仍为今天 所适用
2 第一章 绪 论 计划学时：2 重点：微生物和人类的关系，微生物的特点，微生物类群及微生物学的奠基人及其对微生物学的贡献。 一、微生物和你 微生物与人类关系的重要性，你怎么强调都不过分，微生物是一把十分锋利的双刃剑，它们在给人类 带来巨大利益的同时也带来"残忍"的破坏。它给人类带来的利益不仅是享受，而且实际上涉及到人类的生 存。在这本书中你们将读到微生物在许多重要产品中所起的不可替代的作用，例如：面包、奶酪、啤酒、 抗生素、疫苗、维生素、酶等重要产品的生产(见第十五章)，同时也是人类生存环境中必不可少的成员， 有了它们才使得地球上的物质进行循环(见第十一章)，否则地球上的所有生命将无法繁衍下去。此外，你 在第十章还将会看到以基因工程为代表的现代生物技术的发展及其美妙的前景也是微生物对人类作出的 又一重大贡献。 然而，这把双刃剑的另一面-微生物的"残忍"性给人类带来的灾难有时甚至是毁灭性的。1347 年的一 场由鼠疫杆菌(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，在此后的 80 年间，这种疾病一再肆虐，实际上消灭了大约 75%的欧洲人口，一些历史学家认为这场灾 难甚至改变了欧洲文化。我国在解放前也曾多次流行鼠疫，死亡率极高。今天，一种新的瘟疫-艾滋病(AIDS) 也正在全球蔓延；癌症也正威胁着着人类的健康和生命；许多已被征服的传染病(如肺结核、虐疾、霍乱 等)也有"卷土重来 "之势。据 1999 年 8 月世界卫生组织的统计，目前全世界有 18.6 亿人(相当于全球人 口的 32 %)患结核病。随着环境的污染日趋严重，一些以前从未见过的新的疾病(如军团病、埃博拉病毒病、 霍乱 0139 新菌型、0157 以及疯牛病等)又给人类带来了新的威胁。因此，你-未来的微生物学家或其他科 学家任重道远。正确地使用微生物这把双刃剑，造福于人类是我们学习和应用微生物学的目的，也是每一 个微生物学工作者义不容辞的责任。 二、微生物科学 1.研究对象及分类地位 物研究作为一门科学-微生物学，比动物学、植物学要晚得多，至今不过 100 多年的历史。因为微生 物太小，需借助显微镜才能看清他们，因此微生物学(Microbiology)一般定义为研究肉眼难以看清的称之 为微生物的生命活动的科学。这些微小生物包括：无细胞结构不能独立生活的病毒、亚病毒(类病毒、拟 病毒、肮病毒)；具原核细胞结构的真细菌、古生菌以及具真核细胞结构的真菌(酵母、霉菌、蕈菌等)、 单细胞藻类、原生动物等。但其中也有少数成员是肉眼可见的，例如近年来发现有的细菌是肉眼可见的： 1993 年正式确定为细菌的 Epulopiscium fishelsoni 以及 1998 年报道的 Thiomargarita namibiensis(见 第二章)，均为肉眼可见的细菌。所以上述微生物学的定义是指一般的概念，是历史的沿革，也仍为今天 所适用
由于微生物的极其多样性以及独特的生物学特性（个体小、繁殖快、分布广等）使其在整个生命科学中 占据若举足轻重的地位。无论是1969年Whittaker提出的五界系统，还是1977年Woese提出的三域(domain) 系统（见第12章），微生物都占据了绝大多数的“席位“，分别为3/5和2/3强。这是微生物在整个生物界 的分类地位。在本章的后部分我们还将讨论微生物及微生物学对整个生命科学作出的巨大贡献及其生物学 地位。 2.研究内容及分科 那么微生物学具体的研究内容是什么呢？总的来说，微生物学是研究微生物在一定条件下的形态结构、 生理生化、遗传变异以及微生物的进化、分类、生态等生命活动规律及其应用的一门学科。随若微生物学 的不断发展，己形成了基础微生物学和应用微生物学，又可分为许多不同的分支学科，并还在不断地形成 新的学科和研究领域。其主要的分科见图1一1。 三、缴生物的发现和微生物学的发展 1,微生物的发现 在人们真正看到微生物之前，实际上已经猜想或感觉到它们的存在，甚至人们己经在不知不觉中应用 它们。我国劳动人民已很早就认识到微生物的存在和作用，也是最早应用微生物的少数国家之一。据考古 学推测，我国在80O0年以前已经出现了曲蘖酿酒了，4000多年前我国酿酒己十分普遍，而且当时的埃及 人也已学会烘制面包和酿制果酒，2500年前我国人民已发明酿酱、醋，知道用曲治消化道疾病。公元六世 纪（北魏时期），我国贾思勰的巨著“齐民要术“详细地记载了制曲、酿酒、制酱和酿猎等工艺。公元九世纪 到十世纪我国已发明用鼻苗法种痘，用细菌浸出法开采铜。到了16世纪，古罗巴医生G.Fracastoro才明 确提出疾病是由肉眼看不见的生物(living creatures)引起的。我国明末(164l年)医生吴又可也提出“戾 气“学说，认为传染病的病因是一种看不见的“戾气”，其传播途径以口、鼻为主。 但是直正看见并描述微生物的第一个人是荷兰商人安东·列文虎克(Antony van leeuwenhoe k.1632~ 1723)(图1-2)，但他的最大贡献不是在商界而是他利用自制的显微镜发现了微生物世界（当时被称之为微 小动物)，他的显微镜放大倍数为50~00倍，构造很简单，仅有一个透镜安装在两片金属薄片的中间， 在透镜前面有一根金属短棒，在棒的尖端搁上需要观察的样品，通过调焦螺旋调节焦距。利用这种显微镜 列文虎克清楚地看见了细菌和原生动物。首次揭示了一个崭新的生物世界一微生物界。由于他的划时代 贡献，1680年被选为英国皇家学会会员 2.微生物学发展过程中的重大事件 由列文虎克揭示的多姿多彩的微生物世界吸引着各国学者去研究、探索，推动着微生物学的建立和发 展，表1-1列出了发展过程中的重大事件 从表1-1列出的重大事件中，其发现或发明人就有0位获得诺贝尔奖，据有关统计表明，20世纪 诺贝尔奖（生理和医学）获得者中，从事微生物问题研究的就占了1/3，这从另一个侧面看到了微生物学举 足轻重的地位。也可见微生物学的发展对整个科学技术和社会经济的重大作用和贡献。 3.徽生物学发展的整基者 继列文虎克发现微生物世界以后的200年间，微生物学的研究基本上停留在形态描述和分门别类的阶 段。直到19世纪中期，以法国的巴斯德Louis Pasteur,1822~1895)和德国的柯赫(Robert Koch,1843~ 1910)为代表的科学家才将微生物的研究从形态描述推进到生理学研究阶段，揭露了微生物是造成腐败发 酵和人后疾病的原因，并建立了分离、培养、接种和灭菌等一系列独特的微牛物持术，从而尊定了微生物 学的基础，同时开辟了医学和工业微生物等分支学科。巴期德和柯棒是微生物学的奠基人。 1)巴新德
3 由于微生物的极其多样性以及独特的生物学特性(个体小、繁殖快、分布广等)使其在整个生命科学中 占据着举足轻重的地位。无论是1969年Whittaker提出的五界系统，还是1977年Woese提出的三域(domain) 系统(见第 12 章)，微生物都占据了绝大多数的"席位"，分别为 3/5 和 2/3 强。这是微生物在整个生物界 的分类地位。在本章的后部分我们还将讨论微生物及微生物学对整个生命科学作出的巨大贡献及其生物学 地位。 2.研究内容及分科 那么微生物学具体的研究内容是什么呢? 总的来说，微生物学是研究微生物在一定条件下的形态结构、 生理生化、遗传变异以及微生物的进化、分类、生态等生命活动规律及其应用的一门学科。随着微生物学 的不断发展，已形成了基础微生物学和应用微生物学，又可分为许多不同的分支学科，并还在不断地形成 新的学科和研究领域。其主要的分科见图 1-1。 三、微生物的发现和微生物学的发展 1.微生物的发现 在人们真正看到微生物之前，实际上已经猜想或感觉到它们的存在，甚至人们已经在不知不觉中应用 它们。我国劳动人民已很早就认识到微生物的存在和作用，也是最早应用微生物的少数国家之一。据考古 学推测，我国在 8000 年以前已经出现了曲蘖酿酒了，4000 多年前我国酿酒已十分普遍，而且当时的埃及 人也已学会烘制面包和酿制果酒，2500 年前我国人民已发明酿酱、醋，知道用曲治消化道疾病。公元六世 纪(北魏时期)，我国贾思勰的巨著"齐民要术"详细地记载了制曲、酿酒、制酱和酿醋等工艺。公元九世纪 到十世纪我国已发明用鼻苗法种痘，用细菌浸出法开采铜。到了 16 世纪，古罗巴医生 G.Fracastoro 才明 确提出疾病是由肉眼看不见的生物(living creatures)引起的。我国明末(1641 年)医生吴又可也提出"戾 气 "学说，认为传染病的病因是一种看不见的"戾气"，其传播途径以口、鼻为主。 但是真正看见并描述微生物的第一个人是荷兰商人安东·列文虎克(Antony Van Leeuwenhoe k, 1632～ 1723)(图 1-2)，但他的最大贡献不是在商界而是他利用自制的显微镜发现了微生物世界(当时被称之为微 小动物)，他的显微镜放大倍数为 50～300 倍，构造很简单，仅有一个透镜安装在两片金属薄片的中间， 在透镜前面有一根金属短棒，在棒的尖端搁上需要观察的样品，通过调焦螺旋调节焦距。利用这种显微镜， 列文虎克清楚地看见了细菌和原生动物 。首次揭示了一个崭新的生物世界-微生物界。由于他的划时代 贡献，1680 年被选为英国 皇家学会会员。 2.微生物学发展过程中的重大事件 由列文虎克揭示的多姿多彩的微生物世界吸引着各国学者去研究、探索，推动着微生物学的 建立和发 展，表 1-1 列出了发展过程中的重大事件。 从表 1-1 列出的重大事件中，其发现或发明人就有 30 位获得诺贝尔奖，据有关统计表明，20 世纪 诺贝尔奖(生理和医学)获得者中，从事微生物问题研究的就占了 1/3，这从另一个侧面看到了微生物学举 足轻重的地位。也可见微生物学的发展对整个科学技术和社会经济的重大作用和贡献。 3.微生物学发展的奠基者 继列文虎克发现微生物世界以后的 200 年间，微生物学的研究基本上停留在形态描述和分门别类的阶 段。直到 19 世纪中期，以法国的巴斯德(Louis Pasteur, 1822～1895)和德国的柯赫(Robert Koch, 1843～ 1910)为代表的科学家才将微生物的研究从形态描述推进到生理学研究阶段，揭露了微生物是造成腐败发 酵和人畜疾病的原因，并建立了分离、培养、接种和灭菌等一系列独特的微生物技术，从而奠定了微生物 学的基础，同时开辟了医学和工业微生物等分支学科。巴期德和柯赫是微生物学的奠基人。 1)巴斯德
巴斯德（图1-3）原是化学家，曾在化学上作出过重要的贡献，后来转向微生物学研究领域，为微生物 学的建立和发展作出了卓越的贡献。主要集中在下列三方面。 (1)彻底否定了“自然发生“学说 ”自生说“是一个古老的学说，认为一切生物是自然发生的。到了17世纪，虽然由于研究植物和动物的 生长发育和生活循环，使“自生说”逐渐软弱，但是由于技术问题，如何证实微生物不是自然发生的仍然是 一个难题，这不仅是”自生说“的一个顽固阵地，同时也是人们正确认识微生物生命活动的一大屏喷。巴 德在前人工作的基础上，进行了许多试验，其中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，它们引起有机质的腐败。巴斯德自制了一个具有细长而弯曲的颈的玻瓶，其中盛有有机物水浸液（图 -),经加热灭南后，瓶内可一直保持无菌状态，有机物不发生腐败，因为弯曲的瓶颈阻挡了外面空气中 微生物直达有机物浸液内，一旦将瓶颈打断，瓶内浸液中才有了微生物，有机质发生腐败。巴斯德的实验 彻底否定了“自生说”，并从此建立了病原学说，推动了微生物学的发展。 (2)免疫学-预防接种 Jenner虽然早在1798年发明了种痘法可预防天花，但却不了解这个免疫过程的基本机制，因此，这个 发现没能获得缘续发展。1877年，巴斯德研究了鸡霜乱，发现将病原菌成毒可透发免疫性，以预防鸡霜乱 病。其后他又研究了牛、羊炭疽病和狂犬病，并首次制成狂犬疫苗，证实其免疫学说，为人类防病、治病 作出了重大贡献」 (3)证实发酵是由微生物引起的 酒精发酵是一个由微生物引起的生物过程还是一个纯粹的化学反应过程，曾是化学家和微生物学家激 烈争论的问题。巴斯德在否定“自生说“的基础上，认为一切发酵作用都可能和微生物的生长繁殖有关。经 不断地努力，巴斯德终于分离到了许多引起发酵的微生物，并证实酒精发酵是由酵母南引起的。此外，巴 斯德还发现乳酸发酵、错酸发酵和丁酸发酵都是不同细菌所引起的。为进一步研究微生物的生理生化奠定 了其础 (4)其他贡献 直沿用至今天的巴斯德消毒法(60~65℃)作短时间加热处理，杀死有害微生物的一种消毒法)和家 蚕软化病问题的解决也是巴斯德的重要贡献，他不仅在实践上解决了当时法国酒变质和家蚕软化病的实际 问题，而且也推动了微生物病原学说发展，并深刻影响医学的发展。 2小.柯赫 柯赫（图1-）是著名的细茵学家，由于他曾经是一名医生，因此对病原细菌的研究作出了突出的贡 (1)具体证实了炭疽病菌是炭疽病的病原菌。 (2)发现了肺结核病的病原菌，这是当时死亡率极高的传染性疾病，因此柯赫获得了诺贝尔奖。 (3)提出了证明某种微生物是否为某种疾病病原体的基本原则一柯赫原则。由于柯赫在病原菌研究方面 的开创性工作，自19世纪70年代至20世纪20年代成了发现病原菌的黄金时代，所发现的各种病原微生 物不下百余种，其中还包括植物病原细菌。 柯赫除了在病原菌研究方面的伟大成就外，在微生物基本操作技术方面的贡献更是为微生物学的发展 奠定了技术基础，这些技术包括： (1)用固体培养基分离纯化微生物的技术，这是进行微生物学研究的基本前体，这项技术一直沿用至今 (2)配制培养基（见第四章）。也是当今微生物学研究的基本技术之一。这二项技术不仅是具有微生物学 研究特色的重要技术，而且也为当今动植物细胞的培养作出了十分重要的贡献。 4
4 巴斯德(图 1-3)原是化学家，曾在化学上作出过重要的贡献，后来转向微生物学研究领域，为微生物 学的建立和发展作出了卓越的贡献。主要集中在下列三方面。 (1)彻底否定了"自然发生"学说 "自生说"是一个古老的学说，认为一切生物是自然发生的。到了 17 世纪，虽然由于研究植物和动物的 生长发育和生活循环，使"自生说"逐渐软弱，但是由于技术问题，如何证实微生物不是自然发生的仍然是 一个难题，这不仅是"自生说"的一个顽固阵地，同时也是人们正确认识微生物生命活动的一大屏障。巴斯 德在前人工作的基础上，进行了许多试验，其中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，它们引起有机质的腐败。巴斯德自制了一个具有细长而弯曲的颈的玻瓶，其中盛有有机物水浸液(图 1-4)，经加热灭菌后，瓶内可一直保持无菌状态，有机物不发生腐败，因为弯曲的瓶颈阻挡了外面空气中 微生物直达有机物浸液内，一旦将瓶颈打断，瓶内浸液中才有了微生物，有机质发生腐败。巴斯德的实验 彻底否定了"自生说"，并从此建立了病原学说，推动了微生物学的发展。 (2)免疫学-预防接种 Jenner 虽然早在 1798 年发明了种痘法可预防天花，但却不了解这个免疫过程的基本机制，因此，这个 发现没能获得继续发展。1877 年，巴斯德研究了鸡霍乱，发现将病原菌减毒可诱发免疫性，以预防鸡霍乱 病。其后他又研究了牛、羊炭疽病和狂犬病，并首次制成狂犬疫苗，证实其免疫学说，为人类防病、治病 作出了重大贡献。 (3)证实发酵是由微生物引起的 酒精发酵是一个由微生物引起的生物过程还是一个纯粹的化学反应过程，曾是化学家和微生物学家激 烈争论的问题。巴斯德在否定"自生说"的基础上，认为一切发酵作用都可能和微生物的生长繁殖有关。经 不断地努力，巴斯德终于分离到了许多引起发酵的微生物，并证实酒精发酵是由酵母菌引起的。此外，巴 斯德还发现乳酸发酵、醋酸发酵和丁酸发酵都是不同细菌所引起的。为进一步研究微生物的生理生化奠定 了基础。 (4)其他贡献 一直沿用至今天的巴斯德消毒法(60～65℃）作短时间加热处理，杀死有害微生物的一种消毒法)和家 蚕软化病问题的解决也是巴斯德的重要贡献，他不仅在实践上解决了当时法国酒变质和家蚕软化病的实际 问题，而且也推动了微生物病原学说发展，并深刻影响医学的发展。 2).柯赫 柯赫(图 1-5)是著名的细菌学家，由于他曾经是一名医生，因此对病原细菌的研究作出了突出的贡 (1)具体证实了炭疽病菌是炭疽病的病原菌。 (2)发现了肺结核病的病原菌，这是当时死亡率极高的传染性疾病，因此柯赫获得了诺贝尔奖。 (3)提出了证明某种微生物是否为某种疾病病原体的基本原则-柯赫原则。由于柯赫在病原菌研究方面 的开创性工作，自 19 世纪 70 年代至 20 世纪 20 年代成了发现病原菌的黄金时代，所发现的各种病原微生 物不下百余种，其中还包括植物病原细菌。 柯赫除了在病原菌研究方面的伟大成就外，在微生物基本操作技术方面的贡献更是为微生物学的发展 奠定了技术基础，这些技术包括： (1)用固体培养基分离纯化微生物的技术，这是进行微生物学研究的基本前体，这项技术一直沿用至今。 (2)配制培养基(见第四章)。也是当今微生物学研究的基本技术之一。这二项技术不仅是具有微生物学 研究特色的重要技术，而且也为当今动植物细胞的培养作出了十分重要的贡献
巴斯德和柯赫的杰出工作，使微生物学作为一门独立的学科开始形成，并出现以他们为代表而建立的 各分枝学科，例如细菌学（巴斯德、柯赫等）、消毒外科技术(J,Lister)),免疫学（巴斯德、Metchnikoff, Behring,.Ehrlich等)、土壤微生物学(BeijernckWinogradsky等)、病毒学(IVanowsky、Beijerinck等) 植物病理学和真菌学(Bary,Berkeley等)、酿造学(lensen,Jorgensen等)以及化学治疗法(Ehrlish等) 等。微生物学的研究内容日趋丰高，使微生物学发展更加迅速 四、20世纪的微生物学 19世纪中期到20世纪初，微生物研究作为一门独立的学科已经形成，并进行着自身的发展。但在20 世纪早期还未与生物学的主流相汇合。当时大多数生物学家的研究兴趣是有关高等动植物细胞的结构和功 能、生态学、繁殖和发有、遗传以及进化等：而微生物学家更关心的是感染疾病的因子、免疫、寻找新 的化学治疗药物以及微生物代谢等。到了20世纪40年代，随着生物学的发展，许多生物学难以解决的理 论和技术问题十分突出，特别是遗传学上的争论问题，使得微生物这样一种简单而又具完整生命活动的小 生物成了生物学研究的“明星”，微生物学很快与生物学主流汇合，并被推到了整个生命科学发展的前沿， 获得了迅速的发展，在生命科学的发展中作出了巨大的贡献。 1.多学科交叉促进徽生物学全面发展 微生物学走出了独自发展，以应用为主的狭窄研究范围，与生物学发展的主流汇合、交叉，获得全面、 深入的发展。而首先与之汇合的是遗传学、生物化学。191年Beadle和Tatum用粗糙脉胞菌(Veurospora c”as分离出一系列生化突变株，将遗传学和生物化学紧密结合起来，不仅促进微生物学本身向纵深发展 形成了新的基础研究学科-一微生物遗传学和微生物生理学，而且也推动了分子遗传学的形成。与此同时， 微生物的其他分支学科也得到迅速发展，如细南学、真南学、病毒学、微生物分类学、工业微生物学、 土壤微生物学、植物病理学、医学微生物学及免疫学等。还有60年代发展起来的微生物生态学、环境微 生物学等。这些都是原来独立的学科相互交叉、渗透而形成的。微生物的一系列生命活动规律，包括遗传 变异、细胞结构和功能，微生物的酶及生理生化等的研究逐渐发展起来，到了20世纪50年代微生物学全 面进入分子研究水平，并进一步与迅速发展起来的分子生物学理论和技术以及其他学科汇合，使微生物学 发展成为生命科学领域内一门发展最快，影响最大、体现生命科学发展主流的前沿科学。 微生物学应用性广泛，进入20世纪，特别是40年代后，微生物的应用也获得重大进展。抗生素的生 产已成为现代化的大企业：微生物酶制剂已广泛用于农、工、医各方面：微生物的其它产物，如有机酸 氨基酸、维生素、核苷酸等，都利用微生物进行大量生产。微生物的利用己组成一项新兴的发酵工业，并 逐步朝着人为有效控制的方面发展。80年代初，在基因工程的带动下，传统的微生物发酵工业已从多方面 发生了质的变化，成为现代生物技术的重要组成部分。 2.徽生物学推动生命科学的发展 (1)促进许多重大理论问题的突破 生命科学由整体或细胞研究水平进入分子水平，取决于许多重大理论问题的突破，其中微生物学起了 重要其至关键的作用，特别是对分子遗传学和分子生物学的影响最大。我们知道“突变“是遗传学研究的重 要手段，但是只有在1941年Beadle和Tatu用粗糙脉胞莓进行的突变实验，才使基因和酶的关系得以阐 明，提出了”一个基因一个酶"的假说。有关突变的性质和来源（自发突变）也是由于S.Luria和 M.Delbruck(1943)利用细菌进行的突变所证实。长期争论而不能得到解决的遗传物质的基础是什么？ 的重大理论问题，只有在以微生物为材料进行研究所获得的结果才无可辩驳地证实：核酸是遗传信息的携 带者，是遗传物质的基础（见第八章）。这一重大突破也为1953年Wotson Crick DNA双螺旋结构的提出 起了战略性的决定作用，从而奠定了分子遗传学的基础。此外，基因的概念一遗传学发展的核心，也与
5 巴斯德和柯赫的杰出工作，使微生物学作为一门独立的学科开始形成，并出现以他们为代表而建立的 各分枝学科，例如细菌学(巴斯德、柯赫等)、消毒外科技术(J.Lister)，免疫学(巴斯德、Metchnikoff, Behring, Ehrlich 等)、土壤微生物学(Beijernck Winogradsky 等)、病毒学(IVanowsky、Beijerinck 等)、 植物病理学和真菌学(Bary, Berkeley 等)、酿造学 (Hensen, Jorgensen 等)以及化学治疗法(Ehrlish 等) 等。微生物学的研究内容日趋丰富，使微生物学发展更加迅速。 四、20 世纪的微生物学 19 世纪中期到 20 世纪初，微生物研究作为一门独立的学科已经形成，并进行着自身的发展。 但在 20 世纪早期还未与生物学的主流相汇合。当时大多数生物学家的研究兴趣是有关高等动植物细胞的结构和功 能、生态学、繁殖和发育、遗传以及进化等；而微生物学家更关心的是感染 疾病的因子、免疫、寻找新 的化学治疗药物以及微生物代谢等。到了 20 世纪 40 年代，随着生物学的发展，许多生物学难以解决的理 论和技术问题十分突出，特别是遗传学上的争论问题，使得微生物这样一种简单而又具完整生命活动的小 生物成了生物学研究的"明星"，微生物学很快与生物学主流汇合，并被推到了整个生命科学发展的前沿， 获得了迅速的发展，在生命科学的发展中作出了巨大的贡献。 1.多学科交叉促进微生物学全面发展 微生物学走出了独自发展，以应用为主的狭窄研究范围，与生物学发展的主流汇合、交叉， 获得全面、 深入的发展。而首先与之汇合的是遗传学、生物化学。1941 年 Beadle 和 Tatum 用粗糙脉胞菌(Neurospora crasa)分离出一系列生化突变株，将遗传学和生物化学紧密结合起来，不仅促进微生物学本身向纵深发展， 形成了新的基础研究学科-微生物遗 传学和微生物生理学，而且也推动了分子遗传学的形成。与此同时， 微生物的其他分支学科也得到迅速发展 ，如细菌学、真菌学、病毒学、微生物分类学、工业微生物学、 土壤微生物学、植物病理学、医学微生物学及免疫学等。还有 60 年代发展起来的微生物生态学、环境微 生物学等。这些都是原来独立的学科相互交叉、渗透而形成的。微生物的一系列生命活动规律，包括遗传 变异、细胞结构和功能，微生物的酶及生理生化等的研究逐渐发展起来，到了 20 世纪 50 年代微生物学全 面进入分子研究水平，并进一步与迅速发展起来的分子生物学理论和技术以及其他学科汇合，使微生物学 发展成为生命科学领域内一门发展最快，影响最大、体现生命科学发展主流的前沿科学。 微生物学应用性广泛，进入 20 世纪，特别是 40 年代后，微生物的应用也获得重大进展。抗生素的生 产已成为现代化的大企业；微生物酶制剂已广泛用于农、工、医各方面 ；微生物的其它产物，如有机酸、 氨基酸、维生素、核苷酸等，都利用微生物进行大量生产。微生物的利用已组成一项新兴的发酵工业，并 逐步朝着人为有效控制的方面发展。80 年代初，在基因工程的带动下，传统的微生物发酵工业已从多方面 发生了质的变化，成为现代生物技术的重要组成部分。 2.微生物学推动生命科学的发展 (1)促进许多重大理论问题的突破 生命科学由整体或细胞研究水平进入分子水平，取决于许多重大理论问题的突破，其中微生物学起了 重要甚至关键的作用，特别是对分子遗传学和分子生物学的影响最大。我们知道"突变"是遗传学研究的重 要手段，但是只有在 1941 年 Beadle 和 Tatum 用粗糙脉胞霉进行的突变实验，才使基因和酶的关系得以阐 明，提出了"一个基因一个酶"的假说。有关突变的性质和来源(自发突变)也是由于 S.Luria 和 M .Delbruck(1943)利用细菌进行的突变所证实。长期争论而不能得到解决的"遗传物 质的基础是什么?" 的重大理论问题，只有在以微生物为材料进行研究所获得的结果才无可辩驳地证实：核酸是遗传信息的携 带者，是遗传物质的基础(见第八章)。这一重大突破也为 1953 年 Wotson Crick DNA 双螺旋结构的提出 起了战略性的决定作用，从而奠定了分子遗传 学的基础。此外，基因的概念-遗传学发展的核心，也与
微生物学的研究息息相关，例如，著名的“断裂基因“的发现来源于对病毒的研究（第七章）：所谓”跳跃基 因”（可转座因子）的发现虽然首先来源于McC1 intock对玉米的研究，但最终得到证实和公认是由于对大肠 杆菌的研究。基因结构的精细分析、重叠基因的发现，最先完成的基因组测序等都与微生物学发展密不可 分。 以研究生命物质的物理、化学结构及其功能为己任的分子生物学，如果没有遗传密码的阐明，不知道 基因表达调控的机制，那将是“无源之水，无本之本“。正是微生物学的研究和发展为之奠定了基础。60年 代Nirenberg等人通过研究大肠杆菌无细胞蛋白质合成体系及多聚尿苷酶，发现了苯丙氨酸的遗传密码 继而完成了全部密码的破译，为人类从分子水平上研究生命现象开辟了新的途径。Ja©ob等人通过研究大 肠杆菌诱导酶的形成机制而提出的操纵子学说，阐明了基因表达调控的机制，为分子生物学的形成莫定 基础。此外，DNA、NA、蛋白质的合成机制以及遗传信息传递的"中心法则"的提出等都涉及到微生物学家 所作出的卓越贡献。 (2)对生命科学研究技术的贡献 微生物学的建立虽然比高等动、植物学晚，但发展却十分迅速。动、植物由于结构的复杂性及技术方 法的限制而相对发展摆慢。特别是人类遗传学的限制更大。0世纪中后期由于微生物学的消毒灭菌，分离 培养等技术的渗透和应用的拓宽及发展，动、植物细胞也可以像微生物一样在平板或三角瓶中培养，可以 在显微镜下进行分离，甚至可以像微生物的工业发酵一样，在发酵罐中进行生产。今天的转基因动物、转 基团植物的转化技术也源于微生物转化的理论和技术 70年代，由于微生物学的许多重大发现，包括质粒载体，限制性内切酶，连接醇，反转录酶等，才导 致了DNA重组技术和遗传工程的出现（见第十章），使整个生命科学翻开了新的一页，使人类定向改变生物 根治疾病、美化环境的的梦想将成为现实。 (3)微生物与”人类基因组计划 “人类基因组计划”的全称为“人类基因组作图和测序计划”。这是一项当今世界耗资巨大(30亿美元) 其深远意义堪与阿波罗登月计划雄美的最大的科学工程。要完成如此浩大的工程，除了需要多学科（数 理、化、信息、计算机等)的交叉外，模式生物的先行至关重要，因为模式生物一般背景清楚，基因组小 便于测定和分析，可从中获取经验改讲技术方法。而这些模式生物除极少数（例如果蝇、线虫、拟南芥等） 为非微生物外，绝大部分为细菌和酵母，目前已完成了近20多种独立生活的微生物基因组的序列测定 在此过程中由于基因组作图和测序方法的不断改进，大大加快了基因组计划进展，预计”人类基因组计划” 有可能提前2-3年完成(2003年左右)。 测序工作只是“计划“的一部分，紧接者是更巨大的工程一后基因组研究，其主要任务是认识基因与基 因组的功能。目前微生物基因组序列分析表明，在某些微生物中存在一些与人类某些遗传疾病相类似的基 因，因此可以利用这些细菌的模型来研究这些基因的功能，为认识庞大的人类基因组及其功能提供简便的 模式。 总之，20世纪的微生物学一方面在与其它学科的交叉和相互促进中，获得令人瞩目的发展。另一方面 也为整个生命科学的发展作出了巨大的贡献，并在生命科学的发展中占有重要的地位。 (4)我国微生物学的发展 我国是具有五千年文明史的古国，我国劳动人民对微生物的认识和利用是最早的几个国家之一。特别 是在制酒、酱油、醋等微生物产品以及用种痘、麦曲等进行防病治疗等方面只有卓越的贡献。但微生物作 为一门科学进行研究，我国起步较晚。中国学者开始从事微生物学研究在20世纪之初，那时一批到西方 留学的中国科学家开始较系统地介绍微生物学知识，从事微生物学研究。1910~1921年间伍连德用近代微
6 微生物学的研究息息相关，例如，著名的"断裂基因"的发现来源于对病毒的研究(第七章)；所谓"跳跃基 因"(可转座因子)的发现虽然首先来源于 McClintock 对玉米的研究，但最终得到证实和公认是由于对大肠 杆菌的研究。基因结构的精细分析、重叠基因的发现，最先完成的基因组测序等都与微生物学发展密不可 分。 以研究生命物质的物理、化学结构及其功能为己任的分子生物学，如果没有遗传密码的阐明，不知道 基因表达调控的机制，那将是"无源之水，无本之本"。正是微生物学的研究和发展为之奠定了基础。60 年 代 Nirenberg 等人通过研究大肠杆菌无细胞蛋白质合成体系及多聚尿苷酶，发现了苯丙氨酸的遗传密码， 继而完成了全部密码的破译，为人类从分子水平上研究生命现象开辟了新的途径。Jacob 等人通过研究大 肠杆菌诱导酶的形成机制而提出的操纵子学说，阐明了基因表达调控的机制，为分子生物学的形成奠定了 基础。此外，DNA、RNA、蛋白质的合成机制以及遗传信息传递的"中心法则"的提出等都涉及到微生物学家 所作出的卓越贡献。 (2)对生命科学研究技术的贡献 微生物学的建立虽然比高等动、植物学晚，但发展却十分迅速。动、植物由于结构的复杂性及技术方 法的限制而相对发展缓慢，特别是人类遗传学的限制更大。20 世纪中后期由于微生物学的消毒灭菌，分离 培养等技术的渗透和应用的拓宽及发展，动、植物细胞也可以像微生物一样在平板或三角瓶中培养，可以 在显微镜下进行分离，甚至可以像微生物的工业发酵一样，在发酵罐中进行生产。今天的转基因动物、转 基团植物的转化技术也源于微生物转化的理论和技术。 70 年代，由于微生物学的许多重大发现，包括质粒载体，限制性内切酶，连接酶，反转录酶等，才导 致了 DNA 重组技术和遗传工程的出现(见第十章)，使整个生命科学翻开了新的一页，使人类定向改变生物、 根治疾病、美化环境的的梦想将成为现实。 (3)微生物与"人类基因组计划" "人类基因组计划"的全称为"人类基因组作图和测序计划"。这是一项当今世界耗资巨大(30 亿美元)， 其深远意义堪与阿波罗登月计划媲美的最大的科学工程。要完成如此浩大的工程，除了需要多学科(数、 理、化、信息、计算机等)的交叉外，模式生物的先行至关重要，因为模式生物一般背景清楚，基因组小， 便于测定和分析，可从中获取经验改进技术方法。而这些模式生物除极少数(例如果蝇、线虫、拟南芥等) 为非微生物外，绝大部分为细菌和酵母，目前已完成了近 20 多种独立生活的微生物基因组的序列测定， 在此过程中由于基因组作图和测序方法的不断改进，大大加快了基因组计划进展，预计"人类基因组计划" 有可能提前 2-3 年完成(2003 年左右)。 测序工作只是"计划"的一部分，紧接着是更巨大的工程-后基因组研究，其主要任务是认识基因与基 因组的功能。目前微生物基因组序列分析表明，在某些微生物中存在一些与人类某些遗传疾病相类似的基 因，因此可以利用这些细菌的模型来研究这些基因的功能，为认识庞大的人类基因组及其功能提供简便的 模式。 总之，20 世纪的微生物学一方面在与其它学科的交叉和相互促进中，获得令人瞩目的发展。 另一方面 也为整个生命科学的发展作出了巨大的贡献，并在生命科学的发展中占有重要的地位。 (4)我国微生物学的发展 我国是具有五千年文明史的古国，我国劳动人民对微生物的认识和利用是最早的几个国家之一。特别 是在制酒、酱油、醋等微生物产品以及用种痘、麦曲等进行防病治疗等方面具有卓越的贡献。但微生物作 为一门科学进行研究，我国起步较晚。中国学者开始从事微生物学研究在 20 世纪之初，那时一批到西方 留学的中国科学家开始较系统地介绍微生物学知识，从事微生物学研究。1910～1921 年间伍连德用近代微
生物学知识对鼠疫和霍乱病原的探索和防治，在中国最早建立起卫生防疫机构，培养了第一支预防鼠疫日 专业队伍，在当时这项工作居于国际先进地位。20一30年代，我国学者开始对医学微生物学有了较多的实 验研究，其中汤飞凡等在医学细菌学、病毒学和免疫学等方面的某些领域做出过较高水平的成绩，例如沙 眼病原体的分离和确证是具有国际领先水平的开创性工作。30年代开始在高等学校设立酿造科目和农产制 造系，以酿造为主要课程，创建了一批与应用微生物学有关的研究机构，魏岩寿等在工业微生物方面做 出了开拓性工作，戴芳澜和俞大绂等是我国真菌学和植物病理学的莫基人：张宪武和陈华癸等对根瘤菌固 氮作用的研究开创了我国农业微生物学：高尚荫创建了我国病毒学的基础理论研究和第一个微生物学专 业。但总的说来，在新中国成立之前，我国微生物学的力量较弱且分散，未形成我国自己的队伍和研究体 系，也没有我国自己的现代微生物工业。 新中国成立以后，微生物学在我国有了划时代的发展，一批主要进行微生物学研究的单位建立起来了 一些重点大学创设了微生物学专业。现代化的发醇工业、抗生素工业、生物农药和菌肥工作已经形成一定 规模，特别是改革开放以来，我国微生物学无论在应用和基础理论研究方面都取得了重要的成果，例如我 国抗生素的总产量己耀居世界首位，我国的两步法生产维生素C的技术居世界先进水平。培养了一大批微 生物学人才。近年来，我国学者瞄准世界微生物学科发展前沿，进行微生物基因组学的研究，现己完成痘 苗病毒天坛株的全基因组测序，最近又对我国的辛德毕斯毒株（变异株）进行了全基因组测序。1999年又启 动了从我国云南省腾冲地区热海沸泉中分离得到的泉生热袍菌全基因组测序，目前取得可喜进展。我国微 生物进入了一个全面发展的新时期。但从总体来说，我国的微生物学发展水平除个别领域或研究课题达 到国际先进水平，为国外同行承认外，绝大多数领域与国外先进水平相比，尚有相当大的差距。因此如何 发挥我国传统应用微生物技术的优势，紧跟国际发展前沿，赶超世界先进水平，还需作出艰苦的努力。 五、21世纪微生物学展望 1.徽生物基因组学研究将全面展开 所谓“基因组学“是1986年由Thomas Roderick首创，至今已发展为一专门的学科领域，包括全基因 组的序列分析、功能分析和比较分析，是结构、功能和进化基因组学交织的学科。 如果说20世纪刚刚兴起的微生物基因组研究是给“长跑“中的“人类基因组计划“助一臂之力的话，那 21世纪微生物基因组学将在继续作为人类基因组计划“的主要模式生物，在后基因组研究（认识基因与基因 组功能)中发挥不可取代的作用外，会进一步扩大到其他微生物，特别是与工农业及与环境、资源有关的 重要微生物。目前己经完成基因组测序的微生物主要是模式微生物、特殊微生物及医用微生物。而随着基 因组作图测序方法的不断进步与完善，基因组研究将成为一种常规的研究方法，为从本质上认识微生物自 身以及利用和改造微生物将产生质的飞跃。并将带动分子微生物学等基础研究学科的发展。 2.以了解微生物之间、微生物与其他生物、徽生物与环境的相互作用为研究内容的徽生物生态学、环 境激生物、细胞微生物学等，将在基因组信息的基础上获得长足发展，为人类的生存和健康发挥积极的作 用。 3.徽生物生命现象的特性和共性将更加受到重视。 微生物生命现象的特性和共性可概括为： ()微生物具有其它生物不具备的生物学特性，例如可在其他生物无法生存的极端环境下生存和繁殖 具有其他生物不具备的代谢途径和功能，如化能营养、厌氧生活、生物固氮和不释放氧的光合作用等， 反映了微生物极其丰富的多样性。 (②)微生物具有其他生物共有的基本生物学特性：生长、繁殖、代谢、共用一套遗传密码等，甚至其基 因组上含有与高等生物同源的基因，充分反映了生物高度的统一性
7 生物学知识对鼠疫和霍乱病原的探索和防治，在中国最早建立起卫生防疫机构，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先进地位。20～30 年代，我国学者开始对医学微生物学有了较多的实 验研究，其中汤飞凡等在医学细菌学、病毒学和免疫学等方面的某些领域做出过较高水平的成绩，例如沙 眼病原体的分离和确证是具有国际领先水平的开创性工作。30 年代开始在高等学校设立酿造科目和农产制 造系，以酿 造为主要课程，创建了一批与应用微生物学有关的研究机构，魏岩寿等在工业微生物方面做 出了开拓性工作，戴芳澜和俞大绂等是我国真菌学和植物病理学的奠基人；张宪武和陈华癸等对根瘤菌固 氮作用的研究开创了我国农业微生物学；高尚荫创建了我国病毒学的基础理论研究和第一个微生物学专 业。但总的说来，在新中国成立之前，我国微生物学的力量较弱且分散，未形成我国自己的队伍和研究体 系，也没有我国自己的现代微生物工业。 新中国成立以后，微生物学在我国有了划时代的发展，一批主要进行微生物学研究的单位建立起来了， 一些重点大学创设了微生物学专业。现代化的发酵工业、抗生素工业、生物农药和菌肥工作已经形成一定 规模，特别是改革开放以来，我国微生物学无论在应用和基础理论研究方面都取得了重要的成果，例如我 国抗生素的总产量已耀居世界首位，我国的两步法生产维生素 C 的技术居世界先进水平。培养了一大批微 生物学人才。近年来，我国学者瞄准世界微生物学科发展前沿，进行微生物基因组学的研究，现已完成痘 苗病毒天坛株的全基因组测序，最近又对我国的辛德毕斯毒株(变异株)进行了全基因组测序。1999 年又启 动了从我国云南省腾冲地区热海沸泉中分离得到的泉生热袍菌全基因组测序，目前取得可喜进展。我国微 生物进入了一个全面发展的新时期。但从总体来说，我国的微生物学发展水平除个别领域 或研究课题达 到国际先进水平，为国外同行承认外，绝大多数领域与国外先进水平相比，尚有相当大的差距。因此如何 发挥我国传统应用微生物技术的优势，紧跟国际发展前沿，赶超世界先进水平，还需作出艰苦的努力。 五、21 世纪微生物学展望 1.微生物基因组学研究将全面展开 所谓"基因组学"是 1986 年由 Thomas Roderick 首创，至今已发展为一专门的学科领域，包括全基因 组的序列分析、功能分析和比较分析，是结构、功能和进化基因组学交织的学科。 如果说 20 世纪刚刚兴起的微生物基因组研究是给"长跑"中的"人类基因组计划"助一臂之力的话，那么 21 世纪微生物基因组学将在继续作为人类基因组计划"的主要模式生物，在后基因组研究(认识基因与基因 组功能)中发挥不可取代的作用外，会进一步扩大到其他微生物，特别是与工农业及与环境、资源有关的 重要微生物。目前已经完成基因组测序的微生物主要是模式微生物、特殊微生物及医用微生物。而随着基 因组作图测序方法的不断进步与完善，基因组研究将成为一种常规的研究方法，为从本质上认识微生物自 身以及利用和改造微生物将产生质的飞跃。并将带动分子微生物学等基础研究学科的发展。 2.以了解微生物之间、微生物与其他生物、微生物与环境的相互作用为研究内容的微生物生态学、环 境微生物、细胞微生物学等，将在基因组信息的基础上获得长足发展，为人类的生存和健康发挥积极的作 用。 3.微生物生命现象的特性和共性将更加受到重视。 微生物生命现象的特性和共性可概括为： (1)微生物具有其它生物不具备的生物学特性，例如可在其他生物无法生存的极端环境下生存和繁殖， 具有其他生物不具备的代谢途径和功能 ，如化能营养、厌氧生活、生物固氮和不释放氧的光合作用等， 反映了微生物极其丰富的多样性。 (2)微生物具有其他生物共有的基本生物学特性：生长、繁殖、代谢、共用一套遗传密码等，甚至其基 因组上含有与高等生物同源的基因，充分反映了生物高度的统一性
(③)易操作性：微生物个体小、结构简单、生长周期短，易大量培养，易变异，重复性强等优势，十 分易于操作。 微生物具备生命现象的特性和共性，将是21世纪进一步解决生物学重大理论问题，如生命起源与进化 物质运动的基本规律等，和实际应用问题，如新的微生物资源的开发利用，能源、粮食等的最理想的材料。 4.与其他学科实现更广泛的交叉，获得新的发展 5.微生物产业将呈现全新的局面 小结 1.微生物是由荷兰商人列文虎克首先发现的，至今有300多年的历史。微生物的主要特征是：个体小、 结构简单、繁殖快、易培养、易变异、分布广。它一方面具有其它生物不具备的生物学特性，另一方面它 也具有其它生物共有的基本生命特征。 2微生物学是研究微生物在一定条件下的形态结构、生理生化、遗传变异以及微生物的进化、分类 生态等生命活动规律及其应用的一门学科。诞生于19世纪中期，其奠基人是法国的巴斯德和德围的柯赫 0世纪获得全面发展，形成了许多分支学科。特别是40年代以后微生物学促进了整个生命科学的发展， 跃居中心地持。 3.我国是最早知道利用微生物的少数国家之一。但作为一门学科发展起始于20世纪初，曾在某些病原 菌的研究和防治以及微生物在工、农业上的应用和研究等方面，作出具国际先进水平的工作。近年来，在 微生物基因组的研究工作方面与国际发展前沿接轨，在微生物应用方面己取得可喜成绩。 421世纪的微生物学将更加绚丽多彩。多学科的交叉、基因组研究的深入和扩展将使微生物学的基础 研究及其应用出现前所表有的局面 思老题 1.用具体事例说明人类与微生物的关系。 2.简述微生物学在生命科学发展中的地位，并描绘其前景 4.为什么说巴斯德和柯赫是微生物学的奠基人？ 第二章微生物的纯培养和显微技术 计划学时：2 重点：徽生物的分高和纯培养技术，常用的菌种保藏方法。细菌、放线菌、每菌、酵母菌等的形态特征。 大多数动物植物的研究、利用都能以个体为单位进行，而微生物由于个体微小，在绝大多数情况下都 是利用群体来研究其属性，微生物的物种（菌株）一般也是以群体的形式进行繁衍、保存。在微生物学中， 在人为规定的条件下培养、繁殖得到的微生物群体称为培养物(cultur©)，而只有一种微生物的培养物 称为纯培养物(pure culture)。由于在通常情况下纯培养物能较好地被研究、利用和重复结果，因此把 特定的微生物从自然界混杂存在的状态中分离、纯化出来的纯培养技术是进行微生物学研究的基础。相应 的，微生物个体微小的特点也决定了显微技术是进行微生物研究的另一项重要技术，因为绝大多数微生物 的个体形态及其内部结构只能通过显微镜才能进行观察和研究。显微技术包括显微标本的制作、观察、测 定、分析及记录等方面的内容。实际上，正是由于显微技术及微生物纯培养技术的建立才使我们得以认识 丰富多彩的微生物世界，并真正使对微生物的研究发展成为一门科学。 第一节徽生物的分离和纯培养
8 (3) 易操作性：微生物个体小、结构简单、生长周期短，易大量培养，易变异，重复性强等优势，十 分易于操作。 微生物具备生命现象的特性和共性，将是 21 世纪进一步解决生物学重大理论问题，如生命起源与进化， 物质运动的基本规律等，和实际应用问题，如新的微生物资源的开发利用，能源、粮食等的最理想的材料。 4.与其他学科实现更广泛的交叉，获得新的发展。 5.微生物产业将呈现全新的局面 小结 1.微生物是由荷兰商人列文虎克首先发现的，至今有 300 多年的历史。微生物的主要特征是：个体小、 结构简单、繁殖快、易培养、易变异、分布广。它一方面具有其它生物不具备的生物学特性，另一方面它 也具有其它生物共有的基本生命特征。 2.微生物学是研究微生物在一定条件下的形态结构、生理生化、遗传变异以及微生物的进化、分类、 生态等生命活动规律及其应用的一门学科。诞生于 19 世纪中期，其奠基人是法国的巴斯德和德国的柯赫。 20 世纪获得全面发展，形成了许多分支学科。特别是 40 年代以后微生物学促进了整个生命科学的发展， 跃居中心地位。 3.我国是最早知道利用微生物的少数国家之一。但作为一门学科发展起始于 20 世纪初，曾在某些病原 菌的研究和防治以及微生物在工、农业上的应用和研究等方面，作出具国际先进水平的工作。近年来，在 微生物基因组的研究工作方面与国际发展前沿接轨，在微生物应用方面已取得可喜成绩。 4.21 世纪的微生物学将更加绚丽多彩。多学科的交叉、基因组研究的深入和扩展将使微生物学的基础 研究及其应用出现前所未有的局面。 思 考 题 1.用具体事例说明人类与微生物的关系。 2.简述微生物学在生命科学发展中的地位，并描绘其前景。 4.为什么说巴斯德和柯赫是微生物学的奠基人? 第二章 微生物的纯培养和显微技术 计划学时：2 重点：微生物的分离和纯培养技术，常用的菌种保藏方法。细菌、放线菌、霉菌、酵母菌等的形态特征。 大多数动物植物的研究、利用都能以个体为单位进行，而微生物由于个体微小，在绝大多数情况下都 是利用群体来研究其属性，微生物的物种（菌株）一般也是以群体的形式进行繁衍、保存。在微生物学中， 在人为规定的条件下培养、繁殖得到的微生物群体称为培养物（culture），而只有一种微生物的培养物 称为纯培养物（pure culture）。由于在通常情况下纯培养物能较好地被研究、利用和重复结果，因此把 特定的微生物从自然界混杂存在的状态中分离、纯化出来的纯培养技术是进行微生物学研究的基础。相应 的，微生物个体微小的特点也决定了显微技术是进行微生物研究的另一项重要技术，因为绝大多数微生物 的个体形态及其内部结构只能通过显微镜才能进行观察和研究。显微技术包括显微标本的制作、观察、测 定、分析及记录等方面的内容。实际上，正是由于显微技术及微生物纯培养技术的建立才使我们得以认识 丰富多彩的微生物世界，并真正使对微生物的研究发展成为一门科学。 第一节 微生物的分离和纯培养
一、无菌技术 微生物通常是肉眼看不到的微小生物，而且无处不在。因此，在微生物的研究及应用中，不仅需要通 过分离纯化技术从混杂的天然微生物群中分离出特定的微生物，而且还必须随时注意保持微生物纯培养物 的“纯洁”，防止其他微生物的混入。在分离、转接及培养纯培养物时防止其被其他微生物污染的技术被 称为无菌技术(aseptic technique),它是保证微生物学研究正常进行的关键。 1,微生物培养的常用器具及其灭黄 式管、玻璃烧瓶、平皿(culture dish,Petri dish)等是最为常用的培养微生物的器具，在使用 前必须先行灭菌，使容器中不含任何生物。培养微生物的营养物质（称为培养基(culture medium))可 以加到器皿中后一起灭菌，也可在单独灭菌后加到无南的器具中。最常用的灭菌方法是高压燕汽灭菌，它 可以杀灭所有的生物，包括最时热的某些微生物的休民体，同时可以基本保持培养基的营养成分不被破坏 有些玻璃器皿也可采用高温干热灭菌。为了防止杂菌，特别是空气中的杂菌污染，试管及玻璃烧瓶都需采 用适宜的塞子塞口，通常采用棉花塞，也可采用各种金属、塑料及硅胶帽，它们只可让空气通过，而空气 中的其他微生物不能通过。而平皿是由正反两平面板互扣而成，这种器具是专为防止空气中微生物的污染 而设计的。 2.接种操作 用接种环或接种针分离微生物，或在无菌条件下把微生物由一个培养器皿转接到另一个培养容器进行 培养，是微生物学研究中最常用的基本操作。由于打开器皿就可能引起器皿内部被环境中的其他微生物污 染，因此微生物实验的所有操作均应在无菌条件下进行，其要点是在火焰附近进行熟练的无菌操作（图 2-1),或在无南箱或操作室内无南的环境下进行操作（图-2）。操作箱或操作室内的空气可在使用前 段时间内用紫外灯或化学药剂灭菌。有的无菌室通无菌空气维持无菌状态 用以挑取和转接微生物材料的接种环及接种针，一般采用易于迅速加热和冷却的镍铬合金等金属制 备，使用时用火焰灼烧灭菌。而移植液体培养物可采用无菌吸管或移液枪。 二、用固体培养基分离纯培养 单个微生物在适宜的固体培养基表面或内部生长、繁殖到一定程度可以形成肉眼可见的、有一定形态 结构的子细胞生长群体，称为菌落(colony)。当固体培养基表面众多菌落连成一片时，便成为菌苔(1am)。 不同微生物在特定培养基上生长形成的菌落或菌苔一般都具有稳定的特征，可以成为对该微生物进行分 类、鉴定的重要依据（图2-3）。大多数细菌、酵母菌、以及许多真菌和单细胞藻类能在固体培养基上形 成孤立的菌落，采用适宜的平板分离法很容易得到纯培养。所谓平板，即培养平板(culture plate)的 简称，它是指固体培养基倒入无菌平皿，冷却凝固后，盛固体培养基的平皿。这方法包括将单个微生物分 离和固定在固体培养基表面或里面。固体培养基用琼脂或其它凝胶物质固化的培养基，每个孤立的活微生 物体生长、繁殖形成菌落，形成的菌落便于移植。最常用的分离、培养微生物的固体培养基是琼脂固体培 养基平板。这种由K0ck建立的采用平板分离微生物纯培养的技术简便易行，100多年米一直是各种菌种分 离的最常用手段 1.稀释倒平板法(pour plate method) 先将待分离的材料用无菌水作一系列的稀释（如1：10、1：100、1：1,000、1：10,000. )然后分 别取不同稀释液少许，与已熔化并冷却至50℃左右的琼脂培养基混合，摇匀后，倾入灭过菌的培养皿中， 待琼脂凝固后，制成可能含菌的琼脂平板，保温培养一定时间即可出现菌落。如果稀释得当，在平板表面 或琼脂培养基中就可出现分散的单个菌落，这个菌落可能就是由一个细菌细胞繁殖形成的。随后挑取该单 个菌落，或重复以上操作数次，便可得到纯培养。 9
9 一、无菌技术 微生物通常是肉眼看不到的微小生物，而且无处不在。因此，在微生物的研究及应用中，不仅需要通 过分离纯化技术从混杂的天然微生物群中分离出特定的微生物，而且还必须随时注意保持微生物纯培养物 的“纯洁”，防止其他微生物的混入。在分离、转接及培养纯培养物时防止其被其他微生物污染的技术被 称为无菌技术（aseptic technique），它是保证微生物学研究正常进行的关键。 1. 微生物培养的常用器具及其灭菌 试管、玻璃烧瓶、平皿（culture dish，Petri dish）等是最为常用的培养微生物的器具，在使用 前必须先行灭菌，使容器中不含任何生物。培养微生物的营养物质（称为培养基（culture medium））可 以加到器皿中后一起灭菌，也可在单独灭菌后加到无菌的器具中。最常用的灭菌方法是高压蒸汽灭菌，它 可以杀灭所有的生物，包括最耐热的某些微生物的休眠体，同时可以基本保持培养基的营养成分不被破坏。 有些玻璃器皿也可采用高温干热灭菌。为了防止杂菌，特别是空气中的杂菌污染，试管及玻璃烧瓶都需采 用适宜的塞子塞口，通常采用棉花塞，也可采用各种金属、塑料及硅胶帽，它们只可让空气通过，而空气 中的其他微生物不能通过。而平皿是由正反两平面板互扣而成，这种器具是专为防止空气中微生物的污染 而设计的。 2. 接种操作 用接种环或接种针分离微生物，或在无菌条件下把微生物由一个培养器皿转接到另一个培养容器进行 培养，是微生物学研究中最常用的基本操作。由于打开器皿就可能引起器皿内部被环境中的其他微生物污 染，因此微生物实验的所有操作均应在无菌条件下进行，其要点是在火焰附近进行熟练的无菌操作（图 2-1），或在无菌箱或操作室内无菌的环境下进行操作（图 2-2）。操作箱或操作室内的空气可在使用前一 段时间内用紫外灯或化学药剂灭菌。有的无菌室通无菌空气维持无菌状态。 用以挑取和转接微生物材料的接种环及接种针，一般采用易于迅速加热和冷却的镍铬合金等金属制 备，使用时用火焰灼烧灭菌。而移植液体培养物可采用无菌吸管或移液枪。 二、用固体培养基分离纯培养 单个微生物在适宜的固体培养基表面或内部生长、繁殖到一定程度可以形成肉眼可见的、有一定形态 结构的子细胞生长群体，称为菌落（colony）。当固体培养基表面众多菌落连成一片时，便成为菌苔（lawn）。 不同微生物在特定培养基上生长形成的菌落或菌苔一般都具有稳定的特征，可以成为对该微生物进行分 类、鉴定的重要依据（图 2-3）。大多数细菌、酵母菌、以及许多真菌和单细胞藻类能在固体培养基上形 成孤立的菌落，采用适宜的平板分离法很容易得到纯培养。所谓平板，即培养平板（culture plate）的 简称，它是指固体培养基倒入无菌平皿，冷却凝固后，盛固体培养基的平皿。这方法包括将单个微生物分 离和固定在固体培养基表面或里面。固体培养基用琼脂或其它凝胶物质固化的培养基，每个孤立的活微生 物体生长、繁殖形成菌落，形成的菌落便于移植。最常用的分离、培养微生物的固体培养基是琼脂固体培 养基平板。这种由 Kock 建立的采用平板分离微生物纯培养的技术简便易行，100 多年来一直是各种菌种分 离的最常用手段。 1. 稀释倒平板法（pour plate method） 先将待分离的材料用无菌水作一系列的稀释（如 1:10、1:100、1:1,000、1:10,000.），然后分 别取不同稀释液少许，与已熔化并冷却至 50℃左右的琼脂培养基混合，摇匀后，倾入灭过菌的培养皿中， 待琼脂凝固后，制成可能含菌的琼脂平板，保温培养一定时间即可出现菌落。如果稀释得当，在平板表面 或琼脂培养基中就可出现分散的单个菌落，这个菌落可能就是由一个细菌细胞繁殖形成的。随后挑取该单 个菌落，或重复以上操作数次，便可得到纯培养