微生物學-全64集 | 易學族自學網

微生物學

微生物學是高等院校生物類專業必開的一門重要基礎課或專業基礎課，也是現代高新生物技術的理論與技術基礎。基因工程、細胞工程、酶工程及發酵工程就是在微生物學原理與技術基礎上形成和發展起來的；《微生物學》也是高等農林院校生物類專業發展及農林業現代化的重要基石之一。隨著生物技術廣泛應用，微生物學對現代與未來人類的生產活動及生活必將產生巨大影響。

微高倍显微镜下的微生物生物學的研究從19世紀60年代開始進入生理學階段。法國科學家L．巴斯德對微生物生理學的研究為現代微生物學奠定了基礎，化學家出身的巴斯德涉足微生物是為了治療「酒病」和「蠶病」。他論證酒和醋的釀造以及一些物質的腐敗都是由一定種類的微生物引起的發酵過程，並不是發酵或腐敗產生微生物，著名的曲頸瓶實驗無可辯駁的證實了這一點；他認為發酵是微生物在沒有空氣的環境中的呼吸作用，而酒的變質則是有害微生物生長的結果；他進一步證明不同微生物種類各有獨特的代謝機能，各自需要不同的生活條件並引起不同的作用；他提出了防止酒變質的加熱滅菌法，後來被人稱為巴斯德滅菌法，使用這一方法可使新生產的葡萄酒和啤酒長期保存。科赫對新興的醫學微生物學作出了巨大貢獻。科赫首先論證炭疽桿菌是炭疽病的病原菌，接著又發現結核病和霍亂的病原細菌，並提倡採用消毒和殺菌方法防止這些疾病的傳播；他的學生們也陸續發現白喉、肺炎、破傷風、鼠疫等的病原細菌，導致了當時和以後數十年間人們對細菌給予高度的重視；他首創細菌的染色方法，採用了以瓊微生物脂作凝固培養基培養細菌和分離單菌落而獲得純培養的操作過程；他規定了鑒定病原細菌的方法和步驟，提出著名的科赫法則。1860年，英國外科醫生J．利斯特應用藥物殺菌，並創立了無菌的外科手術操作方法。1901年，著名細菌學家和動物學家．．梅契尼科夫發現白細胞吞噬細菌的作用，對免疫學的發展作出了貢獻。

俄國出生的法國微生物學家C．H．維諾格拉茨基於1887年發現硫磺細菌，1890年發現硝化細菌，他論證了土壤中硫化作用和硝化作用的微生物學過程以及這些細菌的化能營養特性。他最先發現嫌氣性的自生固氮細菌，並運用無機培養基、選擇性培養基以及富集培養等原理和方法，研究土壤細菌各個生理類群的生命活動，揭示土壤微生物參與土壤物質轉化的各種作用，為土壤微生物學的發展奠定了基石。

1892 年，俄國植物生理學家．．伊萬諾夫斯基發現煙草花葉病原體是比細菌還小的、能通過細菌過濾器的、光學顯微鏡不能窺測的生物，稱為過濾性病毒。 1915～1917年，F．W．特沃特和F．H．de埃雷爾觀察細菌菌落上出現噬菌斑以及培養液中的溶菌現象，發現了細菌病毒——噬菌體。病毒的發現使人們對生物的概念從細胞形態擴大到了非細胞形態。

在這一階段中，微生物操作技術和研究方法的創立是微生物學發展的特有標誌。

微生物的特點

1．體積小、比表面積大

微生物的大小以μm計，但比表面積（表面積/體積）大，必然有一個巨大的營養吸收，代謝廢物排泄和環境信息接受面。這一特點也是微生物與一切大型生物相區別的關鍵所在。

舉例：乳酸桿菌：120，000；雞蛋：1.5；人（200磅）：0.3

2．吸收多、轉化快

這一特性為高速生長繁殖和產生大量代謝物提供了充分的物質基礎。

舉例：3克地鼠每天消耗與體重等重的糧食；1克閃綠蜂鳥每天消耗兩倍於體重的糧食；大腸桿菌每小時消耗2000倍於體重的糖；發酵乳糖的細菌在1小時內就可以分解相當於其自身重量1,000~10,000倍的乳糖，產生乳酸；1公斤酵母菌體，在一天內可發酵幾千公斤的糖，生成酒精。

3．生長旺、繁殖快

極高生長繁殖速度，如E.col 微生物 i20-30 分鐘分裂一次，若不停分裂，48小時2.2×10^43菌數增加，營養消耗，代謝積累，限制生長速度。這一特性可在短時間內把大量基質轉化為有用產品，縮短科研週期。也有不利一面，如疾病、糧食霉變。舉例：Escherichiacoli（大腸桿菌）在最適的生長條件下，每12.5~20分鐘細胞就能分裂一次；在液體培養基中，細菌細胞的濃度一般為108~109個/ml；谷氨酸短桿菌：搖瓶種子→50噸發酵罐：52小時內細胞數目可增加32億倍。利用微生物的這一特性就可以實現發酵工業的短週期、高效率生產。例如生產鮮酵母時，幾乎12小時就可以收穫一次，每年可以收穫數百次。

表若干微生物的代時及每日增殖率

*為念珠藍菌屬（Nostoc）的舊稱，與細菌同屬原核生物。

4、適應強、易變異

極其靈活適應性，對極端環境具有驚人的適應力，遺傳物質易變異。更重要的是在於微生物的生理代謝類型多、代謝產物種類多。舉例：萬米深海、85公里高空、地層下128米和427米沉積岩中都發現有微生物存在。微生物的種數，據1972年：

5．分佈廣、種類多

分佈區域廣，分佈環境廣。生理代謝類型多，代謝產物種類多，種數多。更重要的是在於微生物的生理代謝類型多、代謝產物種類多。任何有其它生物生存的環境中，都能找到微生物，而在其它生物不可能生存的極端環境中也有微生物存在。

舉例：青黴素生產菌Penicilliumchrysogenum（產黃青霉）的產量1943年為每毫升發酵液中含20單位青黴素，40多年來，經過世界各國微生物遺傳育種工作者的不懈努力使該菌產量變異逐漸積累，加上發酵條件的改進，世界上先進國家的發酵水平每毫升已超過5萬單位，甚至接近10萬單位。微生物的數量性狀變異和育種使產量提高的幅度之大，是動植物育種工作中絕對不可能達到的。正因為如此，幾乎所有微生物發酵工廠都十分重視菌種選育工作。

⒍ 易於變異，產生突變

微生物個體小，比表面積大等原因，使得微生物容易受環境條件的影響，在紫外線、生物誘變劑以及環境中的某些營養因子的改變，微生物個體自覺和被迫產生基因結構改變，從而產生變異體，據統計自然條件下，微生物個體變異概率為百萬分之一。由於微生物容易產生突變體，因此人們利用微生物這一特性，進行微生物誘變，然後篩選具有某種目的特性的微生物菌株，如提高產量、營養缺陷型等。