第一事绪论一、微生物和你当你清展起床后，深深吸一口清新的空气，喝一杯可口的酸奶，品尝着美味的面包或馒头的时候，你就已经开始享受到了微生物给你带来的恩惠；当你因患某些疾病而躺在医院的病床上，经受病痛的折磨时，那便是有害的微生物侵蚀了你的身体：但当白衣护土给你服用（或注射）抗生素类药物，使你很快恢复了健康时，你得感谢微生物给你带来的福音，固为抗生素是微生物的“奉献”。然面，如果高剂量的某种抗生素注人到你的体内后，效果甚微甚至毫无效果，你可曾想到这也是微生物的恶作剧一一病原微生物对药物产生了抗性。这时医生只好尝试用其他药物，这些药物又有待于徽生物学家和其他科学家去研究、开发….可以说，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，这也是微生物对人类做出的又一重大贡献。然而，这把双刃剑的另一面一一微生物的“残忍”性给人类带来的灾难有时甚至是毁灭性的。1347年的一场由鼠疫杆菌（Yersiniapestis）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，这种疾病一再肆虑，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，一种新的瘟疫一艾滋病（AIDS）也正在全球蔓延；瘤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、疾、衢乱等）也有“卷土重来”之势。据世界卫生组织的统计，结核病现在已跃为人类头号杀手，全球有近1/3的人口已经感染了结核菌。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、留乱0139新菌型、大肠杆菌0157以及疯牛病等）又给人类带来了新的威胁。2003年，全球爆发的非典型肺炎（严重急性呼吸道综合征，severeacuterespiratorysyndrome，简称SARS）所带来的危害和恐慌，仍记忆犹新。因此，你一一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、微生物学1.研究对象及分类地位微生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（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、亚病毒因子（卫星病毒、卫星RNA和病毒）：具原核细胞结构的细菌、古生菌以及具真核细胞结构的真菌（酵母、塞菌，草菌等）、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Epulopisciumfishelsoni以及1998年报道的Thiomargaritanamibiensis（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
第一牵绪论念，是历史的沿革，也仍为今天所适用。但也有的微生物学家提出不同的看法，例如，著名的微生物学家Roger Stanier提出，确定微生物学领域不应只是根据其大小，而且也应该根据有别于动、植物的研究技术。微生物学家通常要首先从群体中分离出特殊的微生物纯种，然后还要进行培养，因此研究微生物要使用特殊的技术，例如，消毒灭菌和培养基的应用等，这对成功地分离和生长微生物是必须的，也是有别于动、植物的。微生物丰富的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（见第十二章），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做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，其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。其主要的分科见图1-1。在分子水平上研究微生物生命活动规律的“分子微生物学”重点研究微生物与寄主细胞相互关系的新型学科领域一—细胞微生物学（cellularmicrobiology）以及伴随人类基因组计划兴起的微生物基因组学等分支学科和新型领域的兴起标志着微生物学的发展又迈上了一个新的台阶，21世纪的微生物学将展现新的辉煌。微生物学基础微生物学应用微生物学按微生物种类分按过程或功能分按与疾病的关系分按生态环境分按技术与工艺分按应用范围分纽茵学微微生物生理学免疫学土筑微生物学分析微生物学工业微生物学t真苗学微生物速传学医学徽生物学海洋徽生物学微生物技术学农业徽生物学物一病每学微生物生态学流行病学环境徽生物学发酵微生物学医学徽生物学分蔡类学分千徽生物学宇宙徽生物学滤传工程药学徽生物学首物学细胞微生物学水徽生物学兽医徽生物学学原生动物学微生物基因组学食品数生物学预防微生物学图1-1微生物学的主要分支学科三、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了。我国劳动人民很早就已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菜酿酒，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6世纪（北魏时期），我国贾思的巨著《齐民要术》详细地记载了制曲、酿酒、制酱和酿醋等工艺
第一章绪论公元9世纪到10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，古罗马医生G.Fracastoro才明确提出疾病是由肉眼看不见的生物（livingcreatures）引起的。我国明末（1641年）医生吴又可也提出“房气”学说，认为传染病的病因是一种看不见的“房气”，其传播途径以口、鼻为主。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（AntonyVanLeeuwenhoek，1632—1723）（图1-2），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。一微生物界。由于他的划时代首次揭示了一个辨新的生物世界一贡献，1680年被选为英国皇家学会会员。列文虎克（1632-1723）图1-22.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。表1-1微生物学发展中的重大事件重大事件时间1857Pasteur证明乳酸发酵是由微生物引起的Pasteur用曲颈瓶实验证明微生物非自然发生，推翻了争论已久的自生说”18611864Pasteur建立巴氏消毒法1867Lister创立了消毒外科，并首次成功地进行了石炭酸消毒试验18671877Koch证明炭疽病由炭疽杆菌引起Koch·等首创用明胶固体培养基分离细菌，巴斯德制备了炭疽菌苗18811882Koch发现结核杆菌1884Koch?氏法则首次发表：Metchnikoff阐述吞噬作用；建立高压蒸汽灭菌和革兰氏染色法1885Pasteur研究狂犬疫苗成功，开创了免疫学1887RichardPetri发明了双层培养Ⅲ1888BeiJerinck首次分离根瘤菌1890VonBehring制备抗毒素治疗白喉和破伤风Stemberg与Pasteur同时发现了肺炎球菌1891IVanowsky提供烟草花叶病毒是由病毒引起的证据：Winogradsky发现硫循环18921897Bachner用无细胞存在的酵母菌抽提液对葡帮糖进行酒精发酵成功出来1899Ross证实症疾病原菌由蚊子传播1909—1910Ricketts发现立克次氏体：Ehrlich首次合成了治疗梅毒的化学治疗剂的上1928Grifith发现细菌转化1929Fleming发现青霉素Stanley首次提纯了烟草花叶病毒，并获得了它的“蛋白质结晶"1935Luria和Delbruck用波动试验证明细菌噬菌体的抗性是基因自发突变所致Chain和Florey形成青1943霍素工业化生产的工艺Avery等证实转化过程中DNA是遗传信息的载体：Waksman发现链霉素1944Lederberg和Tatum发现细菌的接合现象、基因连锁现象1946-1947
论.线(续表）时间重大事件1949Enders、Robbins和Weller在非神经的组织培养中，培养脊髓灰质炎病毒成功1932Hershey和ChaBe发现噬菌体将DNA注人宿主细胞；Lederberg发明了影印培养法：Zinder和Lederberg’发现普遍性转导1953Watson和Crick提出DNA双爆旋结构1956Umbarger发现反馈阻退现象1961Jacob和Monod'提出基因调节的操纵子模型19611966Holley'、Nirenberg’、Khorana'等闻明遗传密码1969Edelman测定了抗体蛋白分子的一级结构1970-1972Arber、Smith和Nathana发现并提纯了限制性内切酶；Temin和Baltimore发现反转录酶1973Ames建立细菌测定法检测致瘤物；Cohen等首次将重组质粒转人大肠杆菌成功1975Kohler和Mistein'建立生产单克隆抗体技术1977Woese提出古生菌是不同于细菌和真核生物的特殊类群；Sanger首次对Φ×174噬菌体DNA进行了全序列分析1982—1983Cech和Altman发现具催化活性的RNA（ribozyme）；McClintock发现的转座因子获得公认Prusiner发现脱病毒（prion）1983—1984Gallo和Montagnier分离和鉴定人免疫缺陷病毒，Mullis建立PCR技术1988Deisenhofer等发现并研究细菌的光合色素1989Bishop和Varmus*发现瘤基因1995第一个独立生活的细菌（流感嗜血杆菌）全基团组序列测定完成1996第一个自养生活的古生菌（詹氏甲烧球菌）基因组测序完成：DavidHo（何大一）发明了鸡尾酒法（Cocktail）治疗艾滋病（AIDS）1997第一个真核生物（啤酒酵母）基因组测序完成1998Eokajander等发现最大的细菌（纳米比亚硫磺珍珠菌）2001邮寄的炭疽孢子引起大范围的生物恐饰事件2002BernardLaScola等发现最大的病毒（mimivirus）；Kashefi等分离到生长温度可高达121C的古生菌，并称之为121菌株（strain121）2003全球爆发严重急性呼吸道综合征（severeacuterespiratorysyndrome，简称SARS）2005对BarryJ.Marshall和RobinJ.Warren在1983年发现的胃炎、胃溃疡是由幽门螺杆菌感染所至的理论获得公认，并获诺贝尔奖2004—2006食流感（birdlu）开始在全球流行，引起人们的关注为诺贝尔奖获得者从表1-1列出的重大事件中，其发现或发明人就有30余位获得诺贝尔奖，有关统计表明，20世纪诺贝尔奖获得者中，从事微生物问题研究的就占了1/3，这从另一个面反映出微生物学举足轻重的地位。也可见徽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.微生物学发展的莫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（LouisPasteur，1822—1895）和德国的柯赫（RobertKoch，1843一1910）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，从而莫定了微生物学的基础，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（图1-3)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，为微生物
第一章绪论学的建立和发展作出了卓越的贡献。其贡献集中表现在下列3方面。1）彻底否定了“自生说”“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，由于植物和动物的生长发育和生活史的研究，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，进行了许多实验，其中著名的曲颈瓶实验无质的腐败。巴实含有微生物，它们引起有机可解驳地机物水浸液斯德自制不发生保（图1图1-3巴斯德（1822—1895）勿浸液内面公腐败，因为弯曲的加热消毒将未灭菌的有机用火焰弯曲瓶颈溶液注入曲颈瓶灰尘被截留在考曲处长时间放置液体没有变化自然冷却短时间放置将瓶颈打断，微生物在液体里繁殖使微生物的载体—灰尘接触液体图1-4曲颈瓶实验装置