第一章微生物及其特点

微生物是生物界中一切微小生物的总称，对微生物的认识，极大地推动了人类社会的进步，包括对生命科学基本理论研究的推动，以及对医疗保健、工业发酵、农业生产、环境保护和国防建设等多个实践领域的推进。本章简要概述了微生物的分类，以及微生物的特点，为后续内容的讲解作了铺垫。

●1.1什么是微生物

微生物是一切肉眼看不见或看不清的微小生物的总称，它们都是一些形体微小、构造简单的低等生物。本节以微生物的“小”、“简”、“低”引入，介绍了微生物的三大类群，即原核细胞型，真核细胞型和非细胞类三大类，以及每一大类微生物中的组成及其主要特点、分布等。

●1.2微生物的特点

微生物虽然个体微小，但在医疗保健、工业发酵、农业生产、环境保护和生命科学基本理论研究等领域贡献非常大，这与它的特点密切相关。本节着重介绍了微生物的五大特点，说明这些特点是微生物对自然界和人类社会发挥一切作用的基础。

第二章原核微生物

原核微生物即广义的细菌，泛指一大类只存在无核膜包裹的原始细胞核(核区或核质体)的单细胞生物。原核微生物可分为“三菌”“三体”，即细菌、放线菌、蓝细菌、支原体、衣原体和立克次氏体。本章主要介绍了细菌的鉴定染色方法革兰氏染色、细胞中的内含物、芽孢、放线菌和蓝细菌等内容。

●2.1细菌的革兰氏染色

以问题“有没有一种可以快速地对细菌进行鉴定的方法？”引出革兰氏染色方法，介绍了革兰氏染色的发明人、步骤、机制及其在细菌感染引起的疾病的临床诊断及治疗中的用途。

●2.2细胞的内含物

以生活中的两个问题，白色污染和癌症化疗的副作用，引出细菌细胞的内含物内容，介绍了细胞内含物的概念、种类、结构、功能、分布及其用途等。

●2.3芽孢

以2001年美国数个知名新闻媒体办公室以及两名民主党参议员收到含有炭疽杆菌的信件的恐怖事件，提出“为什么恐怖主义者会选用炭疽杆菌做为“生物武器””这一问题，引出细菌中抗逆性最强的一种构造——芽孢，介绍了芽孢的概念、形成芽孢的菌株、芽孢的结构、芽孢的抗逆性、芽孢的形成过程、耐热机制及其研究意义。

●2.4放线菌

放线菌是一类主要呈菌丝状生长和以孢子进行繁殖的陆生性较强的单细胞原核生物，绝大多数放线菌属于有益菌，与人的关系极为密切，对人类健康的贡献尤为突出，在环境保护、提高土壤肥力和自然界物质循环中也起着重大作用。本节介绍了放线菌的分布、形态结构、繁殖方式、生活史及其群体特征等。

●2.5蓝细菌

蓝细菌又名蓝藻，是一类进化历史悠久、革兰氏染色阴性，无鞭毛，含叶绿素a，但不形成叶绿体，能进行产氧性光合作用的大型原核生物，本节介绍了蓝细菌的形态结构、繁殖、分布及常见的几种蓝细菌，如微囊藻、螺旋藻、鱼腥藻、念珠藻等。

第三章真核微生物

真核微生物主要包括属于植物界的微藻、属于动物界的原生动物和属于菌物界的真菌等微小生物。本章简要介绍了真菌中的酵母菌，以及四大类微生物的菌落形态特征，以利识别和应用。

●3.1酵母菌

酵母菌泛指能发酵糖类的各种单细胞真菌。本节介绍了酵母菌的概念、分布及与人类的关系、形态构造、繁殖方式和生活史、菌落形态特征等。

●3.2常见微生物的菌落形态特征

从菌落的概念出发，引入菌落在微生物工作中的重要作用，进而引入到四大类常见微生物，细菌、放线菌、酵母菌、霉菌的菌落形态特征，为在实验室和生产实践中识别，鉴别和应用这些微生物奠定基础。

第四章病毒

病毒是一大类只含有核酸、蛋白质和少量其他成分的非细胞超显微生物，其本质是一种遗传因子。病毒与人类的关系密切，至今人类和许多有益动物的疑难疾病和威胁性最大的传染病几乎都是病毒病。本章主要概述了病毒的增殖过程，及人类常见的病毒病，为病毒病的防治奠定了基础。

●4.1病毒的增殖

本节以“同种病毒粒间有年龄和大小的区别吗？”这一问题，引出病毒的增殖过程本质是核酸和蛋白质这两种基本成分的合成和进一步的装配过程。本节以大肠杆菌T偶数噬菌体为例，具体阐明烈性噬菌体增殖的吸附、侵入、增殖、装配和释放五个阶段及其特点。

●4.2人类病毒病

以“2019年9月位于新西伯利亚的俄罗斯国家病毒学和生物技术研究中心VECTOR的一个秘密实验室发生爆炸，引起人们广泛关注”这一事件引出病毒病，人类的传染病有70%-80%是由病毒引起的。本节介绍了天花、流感、艾滋病和SARS等几种病毒病的致病病毒的形态结构、传播途径以及防治措施等。

第五章微生物的营养

从外界环境中获取营养是微生物的重要生理特性之一，营养是生命活动的物质基础和新陈代谢的起点。本章简要概述了微生物的营养知识及营养类型、营养物质进入细胞的方式，培养基的分类，为科学地选用、改进和设计适合某微生物生理需求的培养基奠定了基础。

●5.1微生物的营养类型

按照微生物对能源、供氢体和碳源的需求为标准，可将所有的微生物分成4种营养类型。本节概述了四种不同营养类型的特点，包括碳源、能源、供氢体来源，以及代表生物等，并对具有多种营养类型的微生物的分类，以及自养和异养的区别进行了比较。

●5.2营养物质进入细胞的方式

在所有的微生物中，除原生动物可通过胞吞和胞饮作用摄取营养物质外，其他各大类有细胞的微生物，都是通过细胞膜的渗透和选择吸收作用从外界吸收营养物质的。本节介绍了细胞膜运送营养物质的单纯扩散、促进扩散、主动运输和基团移位这四种方式的特点、运送对象、主要应用微生物等。

●5.3培养基的分类

以问题“从土壤中分离得到可以分解纤维素的细菌，该采用什么样的培养基呢？”引入，本节介绍了培养基的种类及其用途，使学生除能选用现成的配方外，还能运用所学的微生物学营养理论、代谢知识等自行设计更合适的创新种类的培养基种类。

第六章微生物的生长

生长、繁殖和死亡是微生物最基本的属性之一，其中的规律对科学研究和指导生产实践具有重要的意义。本章简要概述了微生物微生物生长繁殖的测定方法、单细胞微生物的典型生长曲线、影响微生物生长的主要因素温度、有害微生物的控制、高温灭菌、化学消毒剂和治疗剂以及抗生素等内容。

●6.1微生物生长繁殖的测定方法

生长、繁殖和死亡是微生物最基本的属性之一，对微生物细胞进行计数或计量（测生长量）是量度微生物生长繁殖状态的最佳指标。本节介绍了对微生物的生长繁殖进行测定的方法，包括对生长进行测定的称干重、菌液的比浊法或测定菌体的含氮量等，以及对微生物的繁殖进行测定的显微镜下计数板直接计数法和用培养皿做间接计数的平板菌落计数法等。

●6.2单细胞微生物的典型生长曲线

微生物的生长规律与科研和生产实践的关系密切。单细胞微生物在一定容积液体培养基中的生长规律可用典型生长曲线来表达，可分为延滞期、指数期、稳定期和衰亡期4个阶段。本节着重介绍了单细胞微生物的典型生长曲线四个阶段的特点、形成原因、与生产实践的关系等内容，为其在生产实践中的应用奠定了基础。

●6.3影响微生物生长的主要因素——温度

影响微生物生长繁殖的外界环境因素很多，除营养外，主要有温度、pH和氧气等。本节以一种最高生长温度达到121℃的极端嗜热菌，引出问题“微生物生存的温度极限在哪里？”，进而引出温度这一影响微生物生长繁殖的重要因素。本节介绍了温度影响微生物的原因、生长温度三基点、依据最适生长温度对微生物的分类以及低温和高温微生物适应各自环境的机制等。

●6.4有害微生物的控制——灭菌、消毒、防腐、化疗

控制和杀灭各种有害微生物，是微生物学的一个重要研究和应用领域。控制的措施主要有灭菌、消毒、防腐和化疗4类。本节着重介绍了这4类措施的概念、应用及它们之间的主要区别。

●6.5高温灭菌

高温是最常用和最简便有效的灭菌和消毒手段，种类很多。本节以生活中常见的凉白开和果酒、牛奶等风味饮料为例，提出它们采用什么灭菌方法，引出高温灭菌，主要介绍了高温灭菌的种类，如干热灭菌法、加压蒸汽灭菌法、间歇灭菌法、巴氏消毒法等，以及每一种类的灭菌原理及其应用范围等。

●6.6表面消毒剂和化学治疗剂

表面消毒剂和化学治疗剂的种类很多，应用广泛，与人们的医疗、保健和日常生活密切相关。本节介绍了表面消毒剂概念、种类如重金属盐类、氧化剂、卤素及其化合物、表面活性剂、有机化合物、染料等，及其作用机制和应用；抗代谢药物的作用的概念、作用机制及其代表磺胺类药物。

●6.7抗生素

抗生素在治疗人类各种传染病和挽救危重病人方面有着举足轻重的作用。本节以问题“你生病了去医院，医生在给你开的药中有抗生素吗？”引出抗生素，介绍了抗生素的概念、抗生素的种类、作用机制和制菌谱、耐药性、半合成抗生素和生物药物素等。

第七章微生物的遗传

遗传和变异是一切微生物最本质的属性之一。本章简要概述了证明遗传与变异的物质基础是核酸而不是蛋白质的三个经典实验、检测环境或食品中是否存在化学致癌剂的简便有效方法艾姆斯试验以及菌种保藏等内容。

●7.1遗传变异的物质基础——三个经典实验

遗传与变异的物质基础是核酸而不是蛋白质，在历史上是通过3个著名的实验而确立的，这就是肺炎链球菌的转化实验、噬菌体感染实验和植物病毒的重建实验。本节详细介绍了这三个实验的实验对象、实验内容与实验结果，通过这3个具有历史意义的经典实验，得到了一个确信无疑的共同结论，即只有核酸才是负载遗传信息的真正物质基础。

●7.2艾姆斯试验

以“反应停”的使用导致产生“海豹肢畸形人”，提出问题“某公司研制出一种新的药物，除了动物试验外，还可以怎样简便、快速、准确的检测出它是否对人体有害呢？”，引出能对环境或食品中是否存在化学致癌、致畸、致突变的“三致”物质进行检测的简便有效方法艾姆斯试验。本节介绍了艾姆斯试验的原理、方法、菌株、特点及其应用。

●7.3菌种保藏

利用微生物遗传变异的理论去指导菌种保藏，是使珍贵的微生物资源得以保护、开发和利用的坚强后盾。本节介绍了菌种保藏的目的、原理、方法和常用的菌种保藏方法，以及世界上的一些著名的菌种保藏结构等。

第八章微生物的生态

微生物生态学是阐述微生物群体与其周围的生物和非生物环境条件之间的相关作用规律，并将其运用于人类实践活动的学科，它与发掘微生物菌种资源、开发微生物农药和肥料、推动生态农业、防治人和动植物病害、治理环境污染以及探矿、湿法冶金和开发生物能源等事业息息相关。本章着重阐述了极端环境微生物、人体微生物、微生物与生物环境的关系、沼气发酵、环境污染的微生物监测等内容。

●8.1极端环境微生物

微生物在自然界的分布极其广泛，在一些对绝大多数生物无法生存的极端环境也有相应的嗜极菌生活着。本节以问题“冬天洗衣粉的去污效果没有夏天那么强，这个问题该怎么解决呢？”，引出这些必须依赖于高温、低温、高酸、高碱、高压、高毒或高辐射强度等极端环境才能正常生长繁殖的极端环境微生物，介绍了各种极端环境微生物的特点、分布及其适应相应极端环境的机制等，为这些微生物资源的研究、开发、利用和保护奠定基础。

●8.2人体微生物

本节以生活中常见的说法“喝酸奶有助于消化；将健康人的粪便灌入病人体内，可以用于治疗腹泻等”引出人体微生物，介绍了人体的正常菌群、微生态平衡、人体肠道微生物及其作用、正常菌群失调、微生态制剂的种类及作用等内容。

●8.3微生物与生物环境间的关系

微生物间和微生物与其他生物之间的关系十分复杂，最重要的关系有5种，即互生、共生、寄生、拮抗和捕食。本节主要介绍了互生、共生、寄生、拮抗和捕食这5种关系的定义，这5种关系在微生物之间或者微生物与其他生物之间的体现及其应用等。

●8.4沼气发酵

保护生态环境、恢复生态平衡和走可持续发展的道路，是全人类21世纪面临的最根本的共同目标。用微生物学方法是治理环境污染(如水体污染、城市垃圾处理以及工业“三废”排放等)，和恢复生态平衡最根本、有效和廉价的途径。沼气发酵因可对地球上数量最大的可再生资源——秸秆等生物质进行充分利用，使其中蕴藏的饲料、能源和肥料三大功能获得彻底发挥，对人类社会的健康发展具有重大的战略意义。本节介绍了沼气发酵的重要意义、沼气发酵的三个阶段（水解、产酸、产气阶段）、以及产甲烷菌的特点等。

●8.5环境污染的微生物监测

由于微生物细胞与环境接触的直接性和对其反应的敏感性，使得微生物成了环境监测中重要指示生物。本节以问题“南湖水能否作为饮用水源呢？”引出环境污染的微生物监测，介绍了大肠菌群的数量监测水体质量、艾姆斯试验检测食品、饮料、药物、饮水和环境等试样中的致癌物、以及用生物发光监测环境污染等的原理、应用等。

第九章微生物的分类鉴定

微生物的分类与鉴定是任何微生物学实验室经常会遇到的一项基础性工作。在微生物分类和鉴定工作的发展过程中，新的实验方法、技术和仪器的应用具有极其重要的作用。本章节简要概述了经典的、实用的和以微生物表型特征为主要指标的方法和现代、定量的和以微生物遗传型为主要指标的分子生物学方法。

●9.1微生物的分类鉴定

本节主要介绍了对微生物进行分类鉴定的经典方法和现代方法的原理及应用等。经典方法是在获得微生物纯培养的基础上，对微生物的经典鉴定指标进行鉴定，如形态特征、生理生化反应、生态特性等；现代方法包括核酸分析鉴定微生物遗传型、细胞化学成分分析和数值分类法等。