微生物学(Microbiology)

微生物学(Microbiology)属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、生命活动及其规律,研究微生物的进化、分类以及与人类、动植物、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、控制或消灭对人类有害的微生物,使微生物学朝着人类需要的方向发展。
微生物是存在于自然界中的一类体形微小、构造简单、肉眼看不见的微小生物,必须用光学显微镜或电子显微镜放大几百倍、几千倍,甚至几万倍后才能看到。它们虽然个体微小,但具有一定的形态结构、繁殖快、易变异、营养类型多、适应环境能力强等特性。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。在人类,动、植物的体表,以及与外界相通的呼吸道、消化道等腔道中,亦有多种微生物寄生。微生物种类非常庞杂,有细菌、病毒、衣原体、立克次体、支原体、螺旋体、放线菌和真菌等。除了非细胞型的病毒外,均属于原生生物界。按细胞结构、组成等差异,又可分为原核细胞型和真核细胞型两大类。故微生物包括: ①非细胞型微生物: 病毒是非细胞型微生物,由核酸(DNA或RNA)和蛋白质外壳组成,有的尚有一层脂类包膜。体积微小,能通过除菌滤器,一般不能在光学显微镜下观察,须用电子显微镜放大数千到数万倍才可见; 且是严格地寄生在易感细胞内以复制方式增殖的微生物。近年来,又发现没有蛋白质外壳,只有裸露核酸的类病毒。②原核细胞型微生物: 仅有原始核,无核膜和核仁,不进行有丝分裂,缺乏细胞器。原核型微生物包括细菌、衣原体、立克次体、支原体、螺旋体和放线菌等。③真核细胞型微生物: 细胞核的分化程度较高,有核膜、核仁,能行有丝分裂,胞质内有完整的细胞器。如真菌为真核型微生物。
自然界中的微生物,不仅种类多、数量大,且所起作用多种多样。大多数对人和动、植物有益,且是必需的。许多物质循环靠微生物的作用而进行,例如土壤中的氨化细菌分解有机氮化物产氨,促进亚硝酸菌的生长,亚硝酸菌氧化氨生成亚硝酸盐,为硝酸菌提供代谢原料,硝酸菌氧化亚硝酸生成硝酸盐,供给植物生长发育的需要。而植物又为人类和动物所利用。由此可见,没有微生物,植物不能新陈代谢,人和动物也将无法生存。
农业方面,我国除应用具有抗病、促进生长和提高肥效等作用的5406放线菌和固氮菌等,还利用微生物灭虫这一自然现象与害虫作斗争。例如苏芸金杆菌能在一些害虫的肠道内生长繁殖,分泌毒素,使害虫死亡。这种细菌对松毛虫、苹果巢蛾、玉米螟等害虫都有良好的杀灭效果。又如应用白僵菌、青虫菌、杀螟杆菌等杀灭大豆食心虫、菜青虫、稻螟虫等害虫。利用昆虫病毒等防治森林害虫和农作物害虫等。由于这些微生物杀虫剂对人、畜、农作物安全无害,在生物防治中已成为一个活跃的研究领域,目前正被广泛利用。总之,目前已开辟了一条以微生物造肥、催长、防病、治病等农业增产的新途径。
工业方面,在食品、皮革、纺织、石油、化工、冶金等部门,微生物的应用也越来越广泛。如利用微生物进行石油脱蜡,提供各类低凝固点石油产品,以适应工业及国防上的需要。又如在味精生产中,以微生物发酵法代替盐酸水解法,原来生产1吨味精需要30吨小麦,现只需3吨山芋粉,不仅提高生产效率,降低成本,且节约用粮。
污水处理方面,利用微生物处理含酚、有机磷及印染废水收到良好效果。对含氰废水的处理也取得一定进展。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,已日益受到人们的重视。
医药工业方面,几乎全部抗生素都是微生物的代谢产物。解放后,我国已成功地生产了庆大霉素、春雷霉素、争光霉素等五十多种抗生素,并找到了我国独有的创新霉素等新抗生素。近年来,又开展细菌发酵制造ATP等药品,对保障人民健康起了重要作用。
寄生在人类和动物口、鼻、咽部及消化道中的微生物,它们是无害的,且有些尚具有抵抗某些病原微生物的作用;生活在肠道中的微生物能合成人类不可缺少的营养物质——硫胺素、核黄素、烟酸、维生素B12、维生素K等维生素以及多种氨基酸。牛、羊等反刍动物的胃,因有分解纤维素的微生物共生,才能消化草料中的纤维素。豆科植物与根瘤菌共生,从而可利用空气中的游离N2作为氮源。
此外,也有一部分微生物能引起人类或动、植物病害。这些具有致病性的微生物称为病原微生物,它们可以造成农作物的病害,例如稻瘟病、小麦赤霉病等。对家畜、家禽引起的疾病有鸡霍乱、鸭瘟、牛炭疽、猪瘟等。某些病原微生物,则能引起人类传染病,如伤寒、菌痢、流感等。有些微生物,在正常情况下不致病,而在特定的条件下,能引起疾病称为条件性病原微生物。此外,微生物的破坏性,还表现在引起工业产品、农副产品及生活用品的腐蚀、霉烂等。
微生物结构简单、生长繁殖迅速、易于培养以及突变体应用的方便,使它们成为研究生物学中许多基本问题的良好材料,在探讨生命的本质、生命的起源与进化等方面具有重要作用。并经常与分支生物学联系在一起,所以它不仅是一门应用科学,且是很重要的一门基础科学。
微生物与人类关系非常密切,研究范围日益广泛和深入,因此微生物学又形成一些分支学科。着重于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、微生物遗传学等。按研究对象的种类可分为细菌学、病毒学、真菌学等。在应用微生物方面有农业微生物学、工业微生物学、医学微生物学、兽医微生物学、食品微生物学、石油微生物学、海洋微生物学、土壤微生物学。各分支学科的相互配合相互促进,有利于微生物学的全面深入发展。
参考资料:中国医学百科全书编辑委员会编;余(贺) 主编.中国医学百科全书·十九 微生物学.上海:上海科学技术出版社.1992.第1-2页.
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