悉 论 第一节微生物 微生物(microorganism)是存在于自然界的一大群体形微小、结构简单、肉眼直接 看不见，必须藉助光学显微镜或电子显微镜放大数百倍、数千倍，甚至数万倍才能观察 到的微小生物。 微生物的种类与分布微生物的种类繁多，在数十万种以上。按其大小、结构、组 成等，可分为三大类。 1.非细胞型徽生物是最小的一类微生物。无典型的细胞结构，无产生能量的酶 系统，只能在活细胞内生长增殖。核酸类型为DNA或RNA,两者不同时存在。病毒网 之。 2.原核细胞型微生物这类徽生物的原始核呈环状棵DNA团块结构，无核膜、 核仁。细胞器很不完善，只有核糖体。DNA和RNA同时存在。这类徽生物众多，有细 菌、支原体、衣原体、立克次体、螺旋体和放线菌。后五类的结构和组成与细菌接近， 故从分类学观点，将它们列人广义的细菌范晦。 3.真核细胞型微生物细胞核分化程度高，有核膜和核仁，细胞器完整。真菌属 此类。 微生物在自然界的分布极为广泛。江河、湖泊、海洋、土壤、矿层、空气等都有数 量不等、种类不一的徽生物存在。其中以土壤中的徽生物最多，例如1g肥沃土壤可有 几亿到几十亿个。在人类、动物和植物的体表，以及与外界相通的人类和动物的呼吸 道、消化道等腔道中，亦有大量的微生物存在。 微生物与人类的关系绝大多数微生物对人类和动、植物是有益的，而且有些是必 需的。自然界中N、C、S等元素的循环要靠有关的徽生物的代谢活动来进行。例如土 壤中的微生物能将死亡动、植物的有机氮化物转化为无机氮化物，以供植物生长的需 要，而植物又为人类和动物所食用。此外，空气中的大量游离氨，也只有依靠固氨菌等 作用后才能被植物吸收。因此，没有微生物，植物就不能进行代谢，人类和动物也将难 以生存。 在农业方面，也可以应用微生物制造菌肥、植物生长澈素等；也可利用微生物感染 昆虫这一自然现象来杀死害虫。例如苏云金杆菌能在一些农作物害虫的肠腔中生长繁殖 并分泌毒素，导致寄生昆虫的死亡。这样，开辟了以菌造肥、以菌催长、以菌防病、以 =-1
菌治病等农业增产新途径，为人类创造物质财富。 在工业方面，微生物应用于食品、皮革、纺织、石油、化工、治金等行业日趋 泛。例如采用盐酸水解法生产1吨味精需要小麦30吨，现改用微生物发酵法只需薯粉 3吨，既降低生产成本，又大大节约细粮。又如在炼油工业中，利用多种能以石油为原 料的微生物进行石油脱蜡，可以提高石油的质量和产量。 在医药工业方面，有许多抗生素是微生物的代谢产物，也可选用微生物来制造一些 维生素、辅酶、ATP等药物 此外，在污水处理方面，利用微生物降解有机磷、氰化物等亦有良好效果。 近年来，随者分子生物学的发展，微生物在基因工程技术中的作用更显裤煌，不仅 提供了必不可少的多种工具酶和载体系统，更可人为地定向创建有益的工程菌新品种， 能在无污染自然环境中制造出多样、大量的人类必需品。 正常情况下，寄生在人类和动物口、鼻、咽部和消化道中的微生物是无害的，且有 的尚能拮抗病原微生物。再则，定植在肠道中的大肠埃希菌等还能向宿主提供必需的硫 胺索、核黄素、烟酸、维生素B2、维生素K和多种氨基酸等营养物质。又牛、羊等反 乌动物的胃，因有分解纤维素的微生物定植，才能利用草饲料作为营养物质。 有少数微生物能引起人类和动物、植物的病害、这些具有致病性的微生物称为致病 微生物或病原微生物。它们分别引起人类的伤寒、痢疾、结核、破伤风、麻疹、脊储灰 质炎、肝炎、艾滋病(AIDS)等；禽、兽的鸡霍乱、鸭瘟、牛炭疽、猪气喘等：以及 农作物的水稻白叶枯病、小麦赤得病、大豆病毒病等。有些微生物，在正带情况下不致 病，只是在特定情况下导致疾病，这类微生物称为条件致病微生物。例如一般大肠埃希 菌在肠道不致病，在泌尿道或腹腔中就引起感染。此外，有些微生物的破坏性还表现在 使工业产品、农副产品和生活用品的腐蚀和霉烂等。 第二节徽生物学 微生物学(micoby)是生命科学的一个重要分支，是研究徽生物的类型、分 布、形态、结构、代谢、生长繁殖、遗传、进化，以及与人类、动物、植物等相互关系 的一门科学。微生物学工作者的任务是将对人类有益的微生物用于生产实际，对人类有 害的微生物予以改造、控制和消灭：使徽生物半朝向人类需要的方向发展。 徽生物学随着研究范围的日益广泛和深人，又形成了许多分支。着重研究微生物学 基础的有普通徽生物学、微生物分类学、微生物生理学、微生物生态学、微生物遗传 学、分子徽生物学等。按研究对象分为细菌学、病毒学、真菌学等。在应用领城中，分 为农业微生物学、工业徽生物学、医学微生物学、诊断微生物学、兽医微生物学、食品 微生物学、海洋徽生物学、石油微生物学、土壤微生物学等。新近又有一门由细胞生物 学与微生物学融合的细胞徽生物学(cellur microbiology)的新分支学科形成。该学科 是用病原体来研究细胞生物学问题，这一分支的发展将大大有利于病原微生物致病机 制的研究。这些分支学科的相互配合和促进，使整个微生物学不断地全面地向纵深发 一2一
展 微生物学的发展过程大致可分三个时期。 微生物学经验时期古代人类虽未观察到具体的微生物，但早已将微生物知识用于 工农业生产和疾病防治之中。公元前两千多年前的夏禹时代，就有仪狄作酒的记载。北 魏(386~534)贾思勰《齐民要术》一书中，详细记载了制酷方法。那时也已知道豆类 的发酵过程，从而制成了酱。民间常用的盐腌、糖渍、烟熏、风干等保存食物的方法， 实际上都是防止食物因徽生物生长繁殖而腐烂变质的有效措施。 11世纪时，北宋末年刘真人就有肺痨由虫引起之说。意大利Fracastoro(1483~ 1553)认为传染病的传播有直接、间接和通过空气等数种途径。奥地利Plenciz(1705 1786)主张传染病的病因是活的物体，每种传染病由独特的活物体所引起。18世纪清 乾降年间，我国师道南在《天悬集》鼠死行篇中写道：“东死鼠，西死鼠，人见死鼠如 见虎，鼠死不几日，人死如圻堵，昼死人莫问数，日色惨谈愁云护，三人行未十步多 忽死两人横载路”。生动地描述了当时鼠疫猖孤流行的可怕凄惨情景，同时也正确 地指出了鼠疫的流行环节。 在预防医学方面，我国自古以来就有将水煮沸后饮用的习惯。明李时珍《本草纲 目》中指出，对病人的衣服燕过再穿就不会感染到疾病，表明已有消燕的记载。 士1月na工#日种他沙中 口上由女拉袖行亚知收现州口知
定了基础。 微生物学的另一莫基人是德国学者郭霍(Robert Koch,1843-1910)。他创用固体 培养基，使有可能将细菌从环境或病人排泄物等标本中分离成为纯培养，利于对各种细 菌的特性分别研究。他还创用了染色方法和实验动物感染，为发现多种传染病的病原菌 提供实验手段。在19世纪的最后20年中，许多传染病的病原菌如炭疽芽胞杆菌、伤寒 沙门菌、结核分枝杆菌、霍乱弧菌、白喉棒状杆菌、葡萄球菌、破伤风梭菌、脑膜炎奈 瑟菌、鼠疫耶氏菌、肉毒梭菌、痢疾志贺菌等，由郭猛和在他带动下的一大批学者相继 发现并分离培养成功。 郭蛋根据对炭疽芽胞杆菌的研究，提出了著名的郭霜法则(Koch'spostulates, 1884)。认为：①特殊的病原菌应在同一种疾病中查见，在健康人中不存在：②该特殊 病原曹能被分离培养得纯种：③该纯培养物接种至易感动物，能产生同样病症：④自人
澳大利亚学者Burnet以生物学和分子遗传学的发展为基础，在艾利希刺链学说和 Jeme等天然抗体选择学说，以及人工耐受诱导成功的启发下，于1958年提出了关于抗 体生成的克隆选择学说。该学说的基本观点是将机体的免疫现象建立在生物学的基础 上，它不仅阐明了抗体产生机制，同时也可对抗原的识别、免疫记忆形成、自身耐受建 立和自身免疫发生等重要免疫生物学现象作出解答。这样，免疫学跨超了感染免疫的范 畴，逐渐形成生物医学(biomedicine)中的一门新学科。 3.化学疗剂和抗生素的发明首先合成化学疗剂的是艾利希。他在1910年合成治 疗梅毒的砷凡纳明（编号6O6),后又合成新碑凡纳明（编号914），开创了微生物性疾 病的化学治疗时代。I935年Domagk发现百浪多息(protosil)可以治疗致病性球菌感 染后，一系列磺胺药物相继合成，广泛应用于感染性疾病的治疗中。 l929年Fleming发现青莓菌产生的青霉素能抑制金黄色葡萄球菌的生长。直到 1940年，下1ory等将青霉菌的培养液予以提纯，才获得可供临床使用的青霉素纯品。 青霉素的发现，鼓舞了微生物学家们寻找、发掘抗生素的热潮，于是链善素、氯卷素、 金莓素、土霉素、红需素等等相继发现。使许多由细菌引起的感染和传染病得到控制和 治愈，为人类健康作出了巨大贡献。 现代徽生物学时期近30年来，随着化学、物理学、生物化学、遗传学、细胞生 物学、免疫学和分子生物学等学科的进展，电子显微镜技术、细胞培养、组织化学、标 记技术、核酸杂交、色谱技术和电子计算机等新技术的建立和改进，微生物学得到极为 迅速的发展。 1.新病原徽生物的发现自1973年以来，新发现的病原徽生物已有30多种。其 中主要的有军团曹，幽门螺杆菌，霍乱弧黄0139血清群，大肠埃希菌0157：H7血消 型，肺炎衣原体，伯氏疏螺旋体，人类免疫缺陷病毒(HV),人疱疹病毒6、7、8型， 丙、丁、戊、庚型肝炎病海，汉坦病毒，轮状病毒等。 1967-I971年间，美国植物学家Diener等从马铃薯纺锤形块茎病中发现一种不具 有蛋白质组分的RNA致病因子，称为类病毒(viroid)。后来在研究类病毒时发现另 种引起首着等植物病害的拟病毒(virusoid)。1983年有关国际会议将这些微生物统称为 亚病毒(subvirus)。 1982年，美国科学家Prusiner从感染羊瘙痒病(scrapie)的鼠脑分离出一种称为朊 粒(pion)的传染性蛋白因子。该因子只含蛋白质，无核酸组分。引起海绵状脑病， 是一种慢性进行性致死性中枢神经系统疾病。阮粒所致疾病，动物中除羊瘙痒病外，有 牛海绵状脑病（俗称疯牛病），貂传染性脑炎等；人类中有库鲁(kuu)病、克雅 病(Creutzfeldt-Jakise,CjD)、格斯综合征(Gerstmann's syndrome,.GSs)、致 死性家族失眠症(fata familial ns,FFI)等。pion曾译为朊病毒，但有学者认 为其生物学性状与寻常病毒差异太大，不宜列人病毒范酶，因而，其确切生物学位殴待 2.致病机制近年来，分子生物学技术的介人，对病原微生物致病机制的认识可 深人到分子水平和基因水平。迄今一些主要病原菌的外毒素、内毒素、侵袭性蛋白、粘 -5