绪论微生物与人类
一、 什么是微生物
微生物（microorganism microbe）是一切肉眼看不见或看不清的微生物的总称。它们都是一些个体微小（一般<0.1mm）、构造简单的低等生物，由于划分微生物的标准仅按其形态大小，故其成员就十分庞杂，粗分起来，它可包括属于原核类的细菌(真细菌和古生菌)、放线菌、蓝细菌（旧称―蓝绿藻‖或―蓝藻‖）、枝原体（又称支原体)、立克次氏体和衣原体；属于真核类的真菌（酵母菌、霉菌和覃菌）、原生动物和显微藻类，以及属于非细胞类的病毒和亚病毒(类病毒、拟病毒和朊病毒）。现在表解如下： μm(微米)级：光学显微镜下可见（细胞）
小（个体微小）
nm(纳米)级：电子显微镜下可见（细胞器，病毒） 单细胞 微生物
简（构造简单）简单多细胞
非细胞（即“分子生物”）
原核类：细菌（真细菌，古生菌），放线菌，蓝细菌，枝原体，立克次氏体，衣原体等
低（进化地位低）真核类：真菌（酵母菌，霉菌，蕈菌），原生动物，显微藻类
非细胞类：病毒，亚病毒（类病毒，拟病毒，朊病毒）
二、人类对微生物世界的认识史
认识世界是科学(science)的根本任务，而改造世界则是技术(technology)的根本任务，两者是源与流的关系，密不可分，共同组成了―第一生产力‖。那么，微生物学这门科学是何时、何地、何人，又是如何发展起来的呢? (一)一个难以认识的微生物世界
人类对动、植物的认识，可以追溯到人类的出现。可是，对数量无比庞大、分布极其广泛并始终包围在人体内外的微生物却长期缺乏认识。例如，你是否会想到一个刚离开娘肚的新生儿，在其呱呱坠地的瞬间，就有多种微生物从其四周趁机赶上，争先恐后地前来―圈地‖、―瓜分‖和―占领‖这一无菌―动物‖的口腔、消化管、呼吸道、泌尿生殖道和皮肤等―风水宝地‖，并从此发展成两者须臾不可分离的人体正常菌群或终生伴生微生物?又如，你是否想到过，在我们每天的食物和饮料中，竟有这么多的微生物及其产物在默默地为我们提供可口的滋味、丰富的营养和健康的保障?原来，我们面前琳琅满目的食品—酸奶、酒类、馒头、面包、蛋糕、干酪、酱油、味精、食醋、泡菜、腐乳和各种食用菌等都是由微生物加工而成的或本身就是微生物!再如，你是否想到过，在我们每天约2万次的呼吸活动中，有多少种微生物在进进出出，它们与人体会发生些什么关系?此外，当我们偶遇病原菌侵袭而不幸染上传染病时，你是否意识到我们体内正在与微生物进行一场悄然无声的战争?而在治疗过程中，又是
否知道那些疗效最好的药物，大多数都是由微生物产生的抗生素?至于包围着整个地球表层的土壤圈、水圈和大气圈，其中包含着的难以计数的微生物与地球生态平衡、地球化学循环、农牧渔业生产以及与人类不口动植物传染病的关系，更是常人所难以感知的。因此，在微生物学创建之前，人类曾长期处于―身在菌中不知菌‘，或―微盲‘，(微生物知识盲)的无知状态，而即使在微生物学十分发达的今天，也还有相当数量的人群仍处于―身在菌中不知菌‖的迷惘状态。
处于―微盲‖状态的人类，对其身边万分活跃的微生物世界只能表现出―视而不见，嗅而不闻，触而不觉，食而不察，得其益而不感其恩，受其害而不知其恶‖的愚昧状态。这从人类历史上曾遭遇过多次严重瘟疫而大批死亡的惨痛事实就可充分说明，例如鼠疫(黑死病)、天花、肺结核(白疫)、流感、疟疾和梅毒等的大流行。直到今天，多种新发传染病(emerging infectious disease)和再现传染病(re-emerging infectious disease)还在疯狂地侵扰和残害人类，例如艾滋病、萨斯(severe acute respiratory syndrome ，SARS，严重急性呼吸系统综合征)、禽流感、疯牛病、乙型肝炎和结核病等。在人类历史上，因传染病的大流行而造成的死亡人数要大大地超过两次世界大战的死亡人数。例如，6世纪、14世纪和20世纪初的3次鼠疫流行共殃及近2亿人口，而第一、二次世界大战的死亡人数共约.7 350万(分别为1 850万和5 500万);发生于1918-1919年的―西班牙流感‖曾导致5 000万以上人口的死亡;被称为―世纪瘟疫‖或，―黄色妖魔‖的艾滋病，自1981年在美国发现后，迅速向全世界各处蔓延，至今已导致约4 000万人的死亡(2008年);此外，在19世纪中叶，由于欧洲过分偏重种植高产作物马铃薯，在1845-I 846年的收获季节恰遇气候异常、潮湿多雨，终于导致马铃薯晚疫病大面积流行，最终造成了历史上著名的―爱尔兰大饥荒‖，毁灭了当地5/6的马铃薯，致使爱尔兰的800万人口中，直接饿死或间接病死了150万人，另有164万人逃往北美谋生。由此可见，作为生物圈中最高级物种的人类，若因微生物的个体渺小和行为的变幻莫测而不加研究，则当遇到这些自然界中最小、最低级的物种对人类进行肆虐时，就会显得极其虚弱甚至不堪一击! 微生物难以认识的主要原因有以下4个:
(1)个体微小细菌是一类典型的微生物，其细胞的直径一般只有0.5-1.0μm(微米)，大约是人发直径的1/60一1/120；一个杆菌的长度通常为2. 0μm，仅相当于一颗芝麻长度的1/1 500；无细胞构造的病毒颗粒，其直径仅约为细菌的1/10。因此，必须用光学显微镜来观察细菌，而病毒则只能借助电子显微镜来观察了。在人类历史上迈开可喜第一步即用自己的肉眼观察到微生物细胞(尤其是细菌)的人是荷兰业余科学爱好者安东尼·列文虎克(Antoni van Leeuwenhoek ， 1632-1723 )。他用自已制作的放大率约200倍的一个透镜装在金属附件中，组成一架单式显微镜，于1676年首次看到了细菌，并作图记录了这一划时代的结果(图绪一1)0由于列文虎克首次克服了人类认识微生物世界的第一个难关—―个体微小‖，使人类初步踏进了微生物世界的大门，所以我们称他为―微生物学的先驱者‖。
(2)外貌不显在高等生物特别在动物中，从其外貌特征往往就可判断其生活习性。微生物的个体因其微小而为人眼所不可见，但其群体形态则可以长得很大，形成特征鲜明、人眼易见的菌落、菌苔或子实体，可是在微生物学创建之前，这些形态仍属平淡无奇，无法激起人们去深入研究它的好奇心。
(3)杂居混生在自然条件下，微生物一般都是许多种相互杂居混生在一起的，如果对这类―乌合之众‖的群落不进行纯种分离，人们就无法了解某一微生物的具体生命活动及其对人类的影响(如引起人类或动、植物病害，器材霉腐，食品酿造等)。在微生物学发展史上，德国医生罗伯特·科赫(Robert
Koch ， 1843-1910 )及其学派在对―杂居混生‖微生物进行纯种分离方面的贡献最为突出。他们用琼脂配制对分离细菌十分有效的固体培养基(须预先灭菌)，以划线方式进行样品稀释，从而可轻而易举地在琼脂平板上获得某一微生物的纯种菌落。由此解决了阻碍研究微生物的―杂居混生‖难题，此后，大批―微生物猎人‖才有可能把多种长期与人作恶的病原微生物尤其是细菌一一揪出来示众，并开创了一个发现大批病原细菌的―黄金时期‖。因此，科赫可称为是细菌学(实为医学微生物学)的奠基人(图绪一4)。
(4)因果难联在微生物学创立之前，要从诸多表面现象中判断其原始动因是否由微生物所引起，实是一件绝不可能办到的事。例如食物为何腐败?酒类何以酿成?鼠疫为何流行?即使在微生物学已十分发达的今天，当遇到教科书上还未记载过的新现象时，由于―因果难联‖的存在，总是令无数学者煞费苦心，他们往往经过无数艰难曲折，最终才有极少数幸运者赢得了成功。这方面的故事特别多，对我们的启迪也特别大，而且相信今后将有无数的这类重大问题在等待着一代代青年微生物学家去解决。以下只选择一个最经典的和几个最新的例子来说明。
在19世纪中叶，虽然经过数世纪的争论和若干实验，但不论在东方或西方，对生命起源仍盛行古老的自然发生说(spontaneous gene-ration theory，又称无生源论)，如―腐肉生蛆‖、―腐草化萤‖或―谷仓生鼠‖等的说法，特别认为煮沸后的肉汤会很快腐败并产生细菌更是这类学说的最有力例证。当时，只有极少数学者确信一切生命都以其特有的―种子‖(germ，胚种)而代代相传的。法国科学家路易·巴斯德(Louis Pasteur， 1822-1895，图绪一2)就是其中最杰出的代表。巴斯德针对前人煮沸肉汤后必须将容器长期密封才能防止―自然发生‖从而认为空气是自然发生的关键因素的论点，设计了一个既可允许空气自由进入容器又可阻止容器内无菌肉汤不能―自然发生‖生命(腐败)的简便、巧妙的曲颈瓶(swan neck flask ， Pasteur flask)试验(图绪一3)，令人信服地证实了肉汤腐败产生大量细菌的原因只是接种了来自空气中的微生物―胚种‖，从而于1861年发表论文和推翻了历史上流传已久的顽固的自然发生说，并确立了生命来自生命的胚种学说(germ theory，又称生源论)。以巴斯德的曲颈瓶试验为标志 一门新的富有生命力的学科—微生物学终于建立起来了；与此相伴的 一项具有微生物学特色、应用广泛的消毒灭菌技术也奠定了坚实的理论基础，故巴斯德当之无愧地可称为微生物学的奠基人。
在微生物学发展史上，因这类因果问题的解决而作出重大创新进而获得诺贝尔奖的例子很多，近年来尤为明显，如美国学者S. B. Prusiner因深究绵羊瘙痒病的病因而发现阮病毒(获1997年诺贝尔奖)，澳大利亚学者B. Marshall和R. Warren因探索胃炎、胃溃疡等胃病的原因而发现了幽门螺杆菌( Helicobocter pylori ， Hp)获2005年诺贝尔奖)，德国学者哈拉尔德·楚尔·豪森因研究子宫颈癌的病因而发现了人乳头瘤病毒(HPV)的致癌作用(获2008年诺贝尔奖)，以及法国学者Barre-Sinoussi和Luc Montagnier因研究艾滋病的病因而发现了人类
免疫缺陷病毒(HIV )获2008年诺贝尔奖)，等等。由此可知，这些学者们执著的科学精神、创造性的思维方法和独特的实践能力，的确值得我们认真思考和好好学习。
(二)微生物学发展史
整个微生物学发展史是一部逐步克服上述认识微生物的4个障碍(如显微镜的发明，灭菌技术的运用，纯种分离和培养技术的建立等)，不断探究它们的生命活动规律，并开发、利用有益微生物以及控制、消灭有害微生物的历史。现扼要地将它分为5个时期(表绪一1)。
表绪—1微生物学史简表
分期 时间／年 史前期 约8000年前－1676 朦胧阶段 初创期 奠基期 发展期 成熟期 1676——1861 1861——1897 1897——1953 1953——至今 实质 形态描述阶段 生理水平研究阶段 生化水平研究阶段 分子生物学水平研究阶段 J.Watson和F.Crick——分子生物学奠基人 开创者 各国劳动人列文虎克——民。其中尤以微生物学的先我国的制曲，驱者 酿酒技术著称 1.未见细菌等微生物的个体。2凭实践经验利用微生物的有益活动（进行酿酒，发面，制酱，酿醋，沤肥，1自制单式显微镜，观察到细菌等微生物的个体。2出于个人爱好对一些微生物进行形态描述 1.巴斯德——E.buchner——微生物学奠基生物化学奠基人2.科赫——人 细菌学奠基人 1.微生物学开始建立2创立了一整套独特的微生物学基本研究方法3.开始运用“实践——理论——实践”的思1.对无细胞酵母菌“酒化酶”进行生化研究2.发现微生物的代谢统一性3.普通微生物学开始形成4.开展广泛寻找特点 1.广泛运用分子生物学理论和现代研究方法，深刻揭示微生物的各种生命活动规律。2以基因工程为主导，把传统的工业发酵提高到发酵工程新水平。3大量理论性，交叉性，应用性轮作，治病等） 想方法开展研究4.建立了许多应用性分支学科5.进入寻找人类和动物病原菌的黄金时期。 微生物的有益代谢产物5.青霉素的发现推动了微生物工业化培养技术的猛进 和实践性分支学科飞速发展。4微生物学的基础理论和独特实验技术推动了生命科学各领域飞速发展。5微生物基因组的研究促进了生物信息学和合成生物学时代的到来。
三、微生物学的发展促进了人类的进步
自从以巴斯德为代表的一批早期微生物学家开创微生物学的一个多世纪以来，由于人们对微生物生命活动规律研究的不断扩大和深入，使人类逐步能自觉地驾驭微生物为自己服务，并能让微生物这把―双刃剑‖从以前的害大于利的―敌人‖方向迅速转变为利大于害的―朋友‖方向。有一个微生物学家曾对有益微生物作过幽默而生动的描写，人们称它为―Perlman氏应用微生物学定律‖( Perlman's law of applied microbiology ):―微生物总没有错，它是你的朋友和微妙的伙伴。愚蠢的微生物是没有的。微生物善于做和乐于做任何事情。微生物比化学家、工程师和其他人更机灵、聪明和精力充沛。如果你会照顾这些小朋友，那么它们也会照顾你的未来。‖因此，在Perlman的眼里，微生物就是人类尤其应是微生物学家心目中的既聪明又能干、赛过专家又懂报恩的好朋友。
现从以下5个方面来简述微生物学的发展促进了人类的进步。 (一)微生物与医疗保健
英国哲学家和教育家斯宾塞在其名著《教育论》(1861年)中早就提出过―人体健康是一切幸福的要素‖的精辟论点。日本学者尾形学在其《家畜微生物学》( 1977年)一书中，第一句话就是―在近代科学中，对人类福利贡献最大的一门科学，要算是微生物学了。‖微生物学从一建立起，就与人类和动物传染病的防治产生了不解之缘，如巴斯德对蚕病、鸡霍乱、牛羊炭疽病和人类狂犬病的研究，科赫对炭疽、结核病和霍乱的研究等。一个半世纪来，微生物学家通过在医疗保健战线发起的―六大战役‖，即外科消毒术的建立，寻找人畜严重传染病的病原菌，免疫防治法的发明禾口广泛应用，化学治疗剂(磺胺药等)的普及，多种抗生素的筛选及其大规模生产和应用，以及利用基因工程菌生产各多肤类生物药物等，使原先猖撅一时的细菌性传染病得到了较好的控制，烈性传染病天花成了地球上第一个被人类消灭的传染病(1979年10月26日由 WHO宣布)，脊髓灰质炎和麻疹也即将成为在地球上第二、第三种被消灭的传染病。生活在文明社会中的每一个人，几乎毫无例外地都受到过微生物药物尤其是抗生素的治疗，从而使人类的平均寿命有了大幅度的提高。 (二)微生物与工业生产
微生物在工业生产上的应用，大大促进了新型生产工艺和许多新产业部门的形成。从历史角度来看，通过食品的罐藏以防霉腐、酿造技术的革新改造、纯种厌氧发酵技术的建立、大规模液体深层通气培养工艺的创建，以及代谢调控发酵技术的发明，不但使一些古老的酿造工