第1章绪论微生物的个体一般都是单细胞、简单多细胞或非细胞的。它们通常都是单倍体，加之它们具有繁殖快、数量多和与外界直接接触等原因，即使其变异频率十分低（一般为10-10～10-5），也可以在短时间内产生大量变异后代。最常见的变异形式是基因突变，它可以涉及到任何形式，诸如形态构造、代谢途径、生理类型以及代谢产物的质或量的变异等。人们利用微生物易变异的特点进行菌种选BR育，可以在短时间内获得优良菌种，提高产品质量。这在工业上已有许多成功的例子。但若保二维码1-2微生物的耐存不当，菌种的优良特性易发生退化，这种易变药性可封异的特点又是微生物应用中不可忽视的。由于微生物具有生物的一般特性，又具有其他生物所没有的特点，因而微生物也成为许多生物学基本问题研究最理想的实验材料。微生物学及其主要分支学科1.3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，并且还在不断地形成新的学科和研究领域。其主要分支学科见图1-1。从图1-1可以看出微生物学既是应用学科，又是基础学科，而且各分支学科是相互配合、相互促进的，其根本任务是利用和改善有益微生物，控制、消灭和改造有害微生物。微生物学应用微生物学基础微生物学+按与疾病按生态按应用按微生物按过程或按技术与工艺分类种类分类功能分类的关系分类环境分类范围分类++v*工业微生物学细菌学微生物生理学免疫学土壤微生物学分析微生物学微生真菌学微生物遗传学医学微生物学海洋微生物学微生物技术学农业微生物学病毒学环境微生物学微生物生态学流行病学发酵微生物学医学微生物学物药学微生物学菌物学分子微生物学水微生物学遗传工程学分类原生动物学细胞微生物学兽医微生物学宇宙微生物学藻类学微生物基因组学食品微生物学学预防微生物学图1-1微生物学的主要分支学科
食品微生物学1.4微生物学的形成和发展1.4.1微生物学的形成和发展因为微生物很小，构造又简单，所以人们充分认识它，并发展成为一门学科，与其他学科相比，还是很晚的。尽管如此，人们已经在广泛地应用微生物了。我国劳动人民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年前已经出现了曲酿酒了，4000多年前我国酿酒已十分普遍，而且当时埃及人也已学会烤制面包和酿制果酒。2500年前我国人民发明制酱、酿醋，知道用曲治疗消化道疾病。公元6世纪（北魏时期），我国贾思魏的巨著《齐民要术》详细地记载了制曲、酿酒、制酱和酿醋等工艺。在农业上，虽然还不知道根瘤菌的固氮作用，但已经在利用豆科植物轮作提高土壤肥力。这些事实说明，尽管人们还不知道微生物的存在，但是已经在与微生物打交道了，在应用有益微生物的同时，还对有害微生物进行预防和治疗。为防止食物变质，采用盐渍、糖渍、干燥、酸化等方法。在我国隆庆年间就开始用人痘预防天花。人痘预防天花是我国对世界医学上的一天贡献，这种方法先后传到俄国、日本、朝鲜、土耳其及英国，1798年英国医生琴纳（EdwardJenner）提出用牛痘预防天花。微生物学作为一门学科，是从有显微镜开始的。微生物学发展经历了3个时期：形态学时期、生理学时期和现代微生物学的发展。1.4.1.1形态学时期微生物的形态观察是从安东·列文虎克（AntonyVanLeeuwenhoek，1632一1723年）发明的显微镜开始的，他是真正看见并描述微生物的第一人，他的显微镜在当时被认为是最精巧、最优良的单式显微镜，他利用能放大50～300倍的显微镜，清楚地看见了细菌和原生动物，而且还把观察结果报告给英国皇家学会，其中有详细的描述，并配有准确的插图。1695年，安东·列文虎克把自已积累的大量结果汇集在口口《安东·列文虎克所发现的自然界秘密》一书二维码1-3开启微观世界大门里。他的发现和描述首次揭示了一个崭新的的工具—显微AEROE生物世界一微生物世界。这在微生物学的镜的发明口发展史上具有划时代的意义。1.4.1.2生理学时期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阶段。直到19世纪中期，以法国的巴斯德（LouisPasteur，1822一1895年）和德国的柯赫（RobertKoch，1843一1910年）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。巴斯德和柯赫是微生物学的奠基人。1.巴斯德巴斯德原是化学家，曾在化学上做出过重要的贡献，后来转向微生物学研究领域，为微生
第1章绪论物学的建立和发展做出了卓越的贡献。主要集中在下列4个方面。（1彻底否定了“自然发生”学说“自生说”是一个古老学说，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”逐渐削弱，但是由于技术问题，如何证实微生物不是自然发生的仍是一个难题，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（图1-2）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面弯曲的颈的玻瓶，其中盛有有机物水浸液，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，一且将瓶颈打断，瓶内浸液中才有了微生物，有机质发生腐败。图1-2曲颈瓶试验装置巴斯德的试验彻底否定了“自生说”，并从此建立了病原学说，推动了微生物学的发展。(2）免疫学一预防接种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，以预防鸡崔乱病。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、治病做出了重大贡献。（3）证实发酵是由微生物引起的究竞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与微生物的生长繁殖有关。经过不断努力，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。还研究了氧气对酵母菌的发育和酒精发酵的影响。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的巴斯德消毒法（60～65℃做短时间加热处理，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的发展，并深刻影响医学的发展。O2.柯赫柯赫是著名的细菌学家，由于他曾经是一名医生，因此对病原细菌的研究做出了突出的贡献。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一一柯赫法则。首先在患病机体里存在着一种特定的病原菌，并可以从该机体里分离得到纯培养：然后用得到的纯培养接种敏感动物，表现出特有的性状；最后从被感染的敏感动物中又一次获得与原病原菌相同的纯培养。由于柯赫在病原菌研究方面的开创性T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菌，柯赫除了在病原菌方面的伟大成就外，在微生物基本操作技术方面的贡献更是为微生物
食品微生物学C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提，这项技术一直沿用至今：②配制培养基（见第3章），也是当今微生物研究的基本技术之一。这两项技术不仅是具有微生物研究特色的重要技术，而且也为当今动植物细胞的培养做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支学科，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、E.Metchnikoff、E.Behring、P.Ehrlich等）、土壤微生物学（M.W.Beijerinck、SWinogradsky等）、病毒学（D.Ivanowsky、M.W.Beijerinck等）、植物病理学和真菌学（H.A.Bary、M.J.Berkeley等）、酿造学（E.C.Hensen口A.Jorgensen等）以及化学治疗法（P.Ehrlish二维码1-4著名微生物学家等。微生物学的研究内容日趋富，使便微生物的故事学发展更加迅速。口1.4.1.3.现代微生物学的发展20世纪上半叶微生物学事业欣欣向荣。微生物学沿着两个方向发展，即应用微生物学和基础微生物学。在应用方面，对人类疾病和躯体防御机能的研究，促进了医学微生物学和免疫学的发展。青霉素的发现（A，Fleming，1929）和瓦克斯曼（S.H.Waksman）对土壤中放线菌的研究成果导致广抗生系科学的出现，这是工业微生物学的一个重要领域。环境微生物学是在土壤微生物学研究的基础上发展起来的。微生物在农业中的应用使农业微生物学和兽医微生物学等也成为重要的应用学科。应用成果不断涌现，促进了基础研究的深人，于是细菌和其他微生物的分类系统在20世纪中叶出现了，对细胞化学结构和酶及其功能的研究发展了微生物生理学和生物化学，微生物遗传和变异的研究导致了微生物遗传学的诞生。微生物生态学在20世纪60年代也形成了一个独立学科。20世纪80年代以来，在分子水平上对微生物研究迅速发展，分子微生物学应运而生。在短短的时间内取得了一系列进展，并出现了一些新的概念，较突出的有：生物多样性、进化，三原界学说，细菌染色体结构和全基因组测序：细菌基因表达的整体调控和对环境变化的适应机制：细菌的发育及其分子机理细菌细胞之闻和细菌与动植物之闻的信号传递：分子技术在微生物原位研究中的应用。经历约50年成长起来的微生物学，在21世纪还将为统一生物学的重要内容而继续回前发展·其中两个活跃的前造领域将是分子微生物遗传学和分子微生物生态学。微生物产业在21世纪更会呈现全新的局面。微生物从发现到现在短短的300年间，特别是20世纪中叶，已在人类的生活和生产实践中得到广泛的应用，并形成了继动、植物两大生物产业后的第三大产业。这是以微生物的代谢产物和菌体本身为生产对象的生物产业，所用的微生物主要是从自然界筛选或选育的自然菌种。21世纪，微生物产业除了更广泛地利用和挖掘不同生境（包括极端环境）的自然资源微生物外，基因工程菌将形成一批强大的工业生产菌，生产外源基因表达的产物，特别是药物的生产将出现前所未有的新局面，结合基因组学在药物设计的新策略将出现以核酸DNA或RNA为靴标的新药物（如反义核酸肽核酸DNA疫苗等）的大量生产，人类将完全征服癌症、艾滋病以及其他疾病。此外，微生物工业将生产各种各样的新产品，例如降解性塑料、DNA芯片、生物能源等。在2I世纪将出现一批
第1章绪论新的微生物工业，为全世界的经济和社会发展做出更大贡献。1.4.2我国微生物学的发展我国是具有5000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儿个国家之一。特别是在制酒、制酱油、制醋等微生物产品以及用种痘、麦曲等进行防病、治病等方面具有卓越的贡献。但将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知识，从事微生物学研究。1910一1921年，伍连德用近代微生物学知识对鼠疫和律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，在当时这项作居于国际先进地位，20世纪二三十年代，我国学者开始对医学微生物学有了较多的试验研究，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认是具有国际领先水平的开创性工作。20世纪30年代开始，在高校设立酿造科目和农产品制造系，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。戴芳澜和俞大线等是我国真菌学和植物病理学的奠基人：陈华葵和张宪武等对根瘤菌固氨作用的研究开创了我国农业微生物学：高尚荫创建广我国病学的基础理论研究和第一个微生物学专业。：但总的来说，在新中国成立之前，我国微生物学的力量较弱且分散，未形成我国自已的队伍和研究体系，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，培养了一大批微生物学人才。现代化的发酵业、抗生素工业，生物农药和菌肥工作已经形成一定的规模，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跃居世界首位，我国的两步法生产维生素C的技术居世界先进水平。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和辛德毕斯毒株（变异株）的全基因组测序。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孢菌全基因组测序，并于2013年绘制出首张微生物基因组“完成图”。我国微生物学进人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，尚有一定的差距。因此如何发挥我国传统应用微生物技术的优势，紧跟国EEH际发展前沿，赶超世界先进水平，还需做出艰苦的口品二维码1-5华大基因努力。1.4.3食品微生物学的发展伴随着人类的进程和微生物学的发展，一门专门研究微生物与食品之间相互关系的科学一食品微生物学诞生了。1.4.3.1食品微生物学的发展历史远在8000年以前，人类就开始了食品产时期。公元6000年左右，人类已经掌握了酿酒和食品保藏的技术。埃及人在公元前3000年就食用酸牛奶和乳酪