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1、78第五节微生物与微生物学（Microorganism and Microbiology)一、微生物微生物（microorganism)是存在于自然界中的一群体形细小、构造简单、肉眼直接看不见，必须借助于光学显微镜或电子显微镜放大几百倍、几千倍甚至几万倍才能观察到的微小生物。微生物虽然个体微小，但具有一定的结构、生理功能，并能在适宜的环境中快速地生长和繁殖。微生物的种类繁多，至少在十万种以上。按其结构、组成等差异，可分成三大类。1.非细胞型微生物 体积微小，能通过滤菌器；只能在活细胞内生长增殖，病毒属之。2原核细胞型微生物 仅有原始核，无核仁和核膜；缺乏完整的细胞器。这类微生物有细菌、衣原体、
2、立克次体、支原体、螺旋体和放线菌。3.真核细胞微生物 细胞核的分化程度较高，有核膜、核仁和染色体；胞浆内有完整的细胞器。真菌是真核型微生物。由于病毒、细菌、真菌等形态、结构、生理活动、代谢产物等不尽相同，它们又可各自进一步分类。例如病毒若按寄生宿主分类，则有细菌病毒（噬菌体） 、植物病毒、动物病毒等。根据病毒基因组的核酸种类（DNA 或 RNA） 、类型（ds 或 ss）和有无包膜分类，可有七大群、ds-DNA，有包膜，ds-DNA，无包膜；ss-DNA，无包膜；ds-RNA，有包膜；ds-RNA，无包膜；ss-RNA，有包膜；ss-RNA，无包膜。传统的细菌分类是按界、门、纲、目、科、属、种
3、分类。有的在科属之间分族，或在属下分亚属。细菌的命名都采用国际通用的林奈氏双命名法（属名在前，种名在后） 。例如结核分枝杆菌（Mycobacterium tuberculosis)、金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus)等。必须指出，细菌形态特征在分类中仅是初步的鉴定依据，一般尚需进一步按其生理特性（培养性状、生化反应、产毒性等） 、抗原构造和 DNA 硷基组成等鉴定。种（species)是细菌的基本分类单位。同一种细菌的形态、生理特性和组成成分都基本相同。具有密切相关的种组成（genera)，例如痢疾志贺氏菌、福氏志贺氏菌、鲍氏志贺氏菌和宋内志贺氏菌等组成贺氏菌属。有共
4、同亲缘关系菌属、沙门氏菌属等组成肠道杆菌科。同一菌种之间仍有一定的差异，故以下还可分型（types)和变种（varieties） 。又根据结构不同可分成不同血清型（serotypes);对噬菌体或细菌素敏感性不同分成多种噬菌体型（phagetypes) 或细菌素型（bacteriocin-types） 。此外，尚有毒素型（toxin-types)和生物型（biotypes） 。变种是指某些特性与典型种比较有明显差异的细菌。株（strains)是指不同来源的相同的种（或型） 。具有典型特征的菌株称为标准株(standard strains） ，如 H37RV 为结核杆菌的强毒标准株。为了便于鉴定
5、菌种需要，能同典型菌种进行比较，实验室应保存一些必要的标准菌株。微生物在自然界中分布极为广泛，江河、湖泊、海洋、土壤、空气、矿层等都有数量不等的微生物存在。其中以土壤中的微生物最多，例如 1 克肥沃土壤可有几亿至几十亿个。在79人类、动物、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，亦有多种微生物的寄生，详见下表。表 寄居人体的正常微生物丛-部位 主要微生物种类- 皮肤 葡萄球菌、类白喉杆菌、绿脓杆菌、非致病性分枝杆菌口腔 表皮葡萄球菌、甲型和丙型链球菌、肺炎球菌、奈氏球菌、大赐杆菌、乳杆菌、类白喉杆菌、梭形杆菌。螺旋体、白色念珠菌鼻咽腔 葡萄球菌，甲型和乙型链球菌、肺炎球
6、菌、奈斤球菌、绿脓杆菌、大肠杆菌、变形杆菌、腺病毒外耳道 葡萄球菌、类白喉杆菌、绿脓杆菌、非致病性分枝杆菌眼结膜 白色葡萄球菌、结膜干燥杆菌、类白喉杆菌胃 正常一般无菌肠道 大肠杆菌、产气杆菌、变形杆菌、绿脓杆菌、葡萄球菌、粪链球菌、产气荚膜杆菌、 破伤风杆菌、无芽胞厌氧菌、 ECHO 病毒、腺病毒尿道 白色葡萄球菌、类白喉杆菌、非致病性分枝杆菌阴道 乳杆菌、白色念珠菌、类白喉杆菌、大肠杆菌-绝大多数微生物对人类和动、植物是有益的，而且是必需的。自然界中许多物质循环要靠微生物的代谢活动来进行。例如土壤中的微生物能将动、植物蛋白质转化为无机含氮化合物，以供植物生长发育的需要，而植物又为人类和动物
7、所利用。此外，空气中的大量氮气，也只有依靠固氮菌等作用后才能被植物利用。由此可见，没有微生物，植物就不能新陈代谢，人和动物也将无法生存。在农业方面，我国广泛应用微生物制造菌肥、植物生长激素等；还利用微生物灭虫这一自然现象同害虫作斗争，例如苏云金杆菌能在一些害虫的肠道内生长繁殖、分泌毒素，导致害虫死亡。这样，开辟了以菌造肥、以菌催长、以菌防病、以菌治病等农业增产新途径，为社会创造物质财富。在工业方面，微生物应用于食品、皮革、纺织、石油、化工、冶金等部门越来越广泛。例如利用多种能以石油为原料的微生物进行石油脱蜡，可以提高石油的产量和质量；在味精生产中，以微生物发酵法代替盐酸水解法，原来生产一吨味精
8、需要三十吨小麦，现只需三吨薯粉，既降低了成本，又大大节约了粮食。在医药工业方面，几乎所有抗生素都是微生物的代谢产物；同时，还可利用微生物来制造维生素、辅酶、ATP 等药物。此外，利用微生物处理含酚、有机磷及印染废水方面，收到了良好效果，在含氰化物污水处理上也取得一定进展。如何利用微生物的功能对有害物质进行转化，变害为利、变废为宝，保护和控制自然环境日益受到人们的重视。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，且有些尚具有拮抗某些病原微生物的作用。再则，定居在肠道中的大肠杆菌等还能提供人类必需的硫80胺素、核黄素、烟酸、维生素 B12 、维生素 K 和多种氨基酸等营养物
9、质。又牛、羊等反刍动物因能与瘤胃微生物共生，才能消化草料中的纤维素。微生物中有一小部分可以引起人类或动、植物的病害。例如人类的伤寒、痢疾、麻疹、脊髓灰质炎，畜禽的炭疽、猪瘟、鸡新城疫、鸭瘟等，植物的水稻白叶枯病、小麦赤霉病、大豆病毒病等。这些具有致病性的微生物称为病原微生物。微生物学（microbiology）是生物学中的一个分支，是研究微生物在一定条件下的形态、结构、生命活动和规律、进化、分类以及与人类、动物、植物、自然界相互关系等问题的一门科学。微生物学工作者的任务是将对人类有益的微生物用之于生产实践，同时改造、控制和消灭对人类有害的微生物。微生物学随着研究范围的日益扩大和深入，又逐渐形成
10、了许多分支。着重研究微生物学基本问题的有普通微生物学、微生物分类学、微生物生理学、微生物生态学、微生物遗传学、分子微生物学等。按研究对象分为细菌学、病毒学、真菌学等。在应用领域中分为农业微生物学、工业微生物学、食品微生物学、海洋微生物学、兽医微生物学、医学微生物学等。各分支学科间的相互配合和促进，使整个微生物学全面的向纵深发展。二、医学微生物学医学微生物学（medical microbiology）是一门医学的基础学科，主要研究与医学有关的病原微生物的生物学性状、传染致病的机理、免疫学的基本理论、诊断技术和特异性防治措施等，以达到控制和消灭传染性疾病和与微生物有关的免疫性疾病，保障人类健康的目
11、的。医学微生物学的内容分为五部分。 （一）细菌：主要叙述细菌的形态、结构、生长繁殖、变异、致病性等生物学特性，以及理化、生物因素对细菌的影响。 （二）免疫学基础：主要阐明病原微生物和宿主机体相互作用的一般规律，传染病的特异性预防、诊断和治疗；并叙述非传染性免疫的有关理论。 （三）细菌各论：阐述医学上重要的各种病原菌的生物学特性、致病性与免疫性、微生物检查法和特异性防治。 （四）病毒和（五）其他微生物：分别列述与医学有关的病毒、衣原体、立克次体、支原体、螺旋体、放线菌和真菌的生物学特性、致病性与免疫性，微生物学检查法和防治原则。学习医学微生物学的目的，在于了解病原微生物的生物学特性与致病性；认识
12、人体对病原微生物的免疫作用，感染与免疫的相互关系，掌握传染病及与微生物有关的其他疾病的诊断方法、预防和治疗的基本原则，以能运用医学微生物学的基础理论、基本知识和基本技能，为今后学习有关基础医学和临床医学打下基础。三、微生物学发展过程（一）微生物学的经验时期公元二千多年的夏禹时代，就有仪狄作酒的记载。北魏（386534）贾思勰齐民要术一书中，详细地记载了制醋方法。我国古代人民也发现豆类的发酵过程，从而制成了酱。长期以来，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微生物生长而腐烂变质的好方法。十一世纪时。北宋未年刘真人就有肺痨由虫引起之说。意大利学者Fracastoro
13、（14831553）认为传染病的传播有直接、间接和通过空气等几种途径。奥地利医师 Plenciz （17051786）主张传染病的病因是活的物体，每种传染病由独特的活的物81体所引起。十八世纪清乾隆年间，我国师道南在天愚集鼠死行篇中写道：“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，日色惨淡愁云护，三人行来十步多，忽死两人横截路” 。生动地描述了当时鼠疫猖獗流行的可怕、凄惨状况，同时正确地指出了鼠疫与鼠的关系。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，这是预防肠道传染病的有效方法之一。明李时珍的本草纲目中，亦有对病人穿过的衣服应该进行消毒的记载，指出蒸过再
14、穿就不会传染疾病。古代人民早已认识到天花是一种烈性传染病，人们一旦与患者接触，几乎都会遭受感染，且死亡率极高。但已患过天花康复者去护理天花病人，就不再得天花。这种免得瘟疫的现象，就是“免疫”一词最早的概念。我国古代人民，在这个现象的启发下，创用了预防天花的人痘接种法。大量古书证明，我国在明代隆庆年间（15671572） ，人痘已经广泛使用，并先后传至俄国、日本、朝鲜、土耳其、英国等国家，人痘接种是我国对预防医学的一大贡献。（二）实验微生物学时期1.微生物的发现首先看到微生物的是荷兰人吕文虎克（Antony van Leeuwenhoek，16321723） 。他于 1676 年利用自磨镜片，创
15、制了一架能放大约 270 倍的原始显微镜，正确地描述了微生物的形态有球形、杆状、螺旋样等，为微生物的存在提供了有力证据。十九世纪六十年代，欧洲一些国家中占重要经济地位的酿酒工业和蚕丝业发生酒味变酸和蚕病危害等，促进对微生物的研究。法国科学家巴斯德（Louis Pasteur，18221895）首先实验证明有机物质的发酵与腐败是由微生物引起，而酒类变质正因污染了杂菌，又传染病的流行亦是由病原微生物传播所致。在发酵工业等生产过程中，只要消毒严密，根绝外界微生物的污染，就可防止酒类等变质。巴斯德的研究开始了微生物的生理学时期。人们认识到不同微生物间不仅有形态学上的差异，在生理学特性上亦有所不同，进一步肯定微生物在自然界中所起的重要作用。自此，微生物学开始成为一门独立的学科。巴斯德为防止酒类等变质创用的加温处理法，就是至今沿用的巴氏消毒法。随后，英国外科医师李斯德（Joseph Lister，18271912）创用石碳酸喷洒手术室和煮沸手术用具，以防止外科手术的继发感染，为防腐、消毒以及无菌操作打下基础。微生物学的另一奠基人是德国学者郭霍（Robert Koch，18431910） 。他
