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3、生长繁殖快——微生物繁殖速度要比动、植物快得多。
有些细菌在条件适宜时，每20分钟就可繁殖一代，24小时就是72代，其数量可达4万亿亿个。
这一点对有益的微生物来说，可利用其大大提高生产率，对病原微生物来说，要控制其繁殖蔓延。
4、代谢能力强——微生物的每一个细胞，基本上都能独立生活，能充分与外界环境接触，迅速地从培养基中吸取营养物质，并排除大量的、多样性的代谢产物，相当于身体体重的30—40倍，这是其它生物所不能与之相比的。
5、容易发生变异——微生物个体小，对外界条件敏感，当环境剧烈变化时，大多数容易死亡，只有极少数能发生变异适应新的环境。
这有利于进行诱变育种。
三、 微生物在自然界中的地位
微生物不是生物界的一个独立的类群。
现代生物学观点认为，整个生物界区分为非细胞生物和细胞生物两大类。
非细胞生物主要是指病毒；
细胞类生物又分为原核生物和真核生物两个进化发展阶段。
目前普遍的将微生物划分为下面6界：
病毒界——病毒和类病毒。
原核生物界——细菌、放线菌、蓝细菌、立克次氏体、螺旋体、衣原体和枝原体。
真核原生生物界——藻类和原生动物
真 菌 界——酵母菌、霉菌和蕈菌。
四、 微生物的分类单位和命名
在种名后面加上给这个种命名的人的姓。
命名人的姓一律用正体字。
如黄曲霉AspergillusflavusLink 第一个字是曲霉的属名，第二个字是种名（黄色的），第三个字是命名人的姓。
微生物的中文名称，有的是按学名译出的，有的则是按我国习惯重新命名的，一般也是由一个定名的形容词和一个属名或属名简化名词（在后）构成。
如：
黑曲霉、米曲霉、枯草杆菌、圆褐固氮菌等。
在生产实践中，当一个菌种未进行鉴定以前往往用微生物菌株的名称，有的采用编号，有的采用代称，也有代称与编号合在一起的。
如“五四0六”、鲁保一号等。
五、微生物学的任务
微生物学是研究微生物及其生命活动规律的学科。
1、研究的内容
①、微生物的形态结构；
②、分类；
③、生理、代谢、遗传变异；
④、微生物的生态等方面的内容。
2、任务
①、开发微生物的资源，掌握微生物生长发育规律；
②、充分利用微生物对人类的有利方面，控制其有害的方面。
为经济建设服务。
第二节微生物学的发展简史
微生物的存在远早于它的被发现，人们在生产实践中也较早地应用了它，且积累有丰富的经验知识，如制曲（在自然条件下培养酿酒的微生物种群）酿酒，种豆肥田（利用豆科植物根瘤细菌固定空气中氮气），种牛痘（即天花病毒疫苗）预防天花，等等，但那时尚不知道微生物的存在。
因此，微生物学发展只能起始于微生物的被发现。
微生物学发展经历了下述各阶段。
一、微生物的被发现
列文胡克（荷兰人 1632—1723）
AntonyvanLeeuwenkock
首先用自制的放大160倍的显微镜观察牙垢、雨水、井水及各种有机物浸出液发现了细菌，
二、微生物学的奠基
巴斯德 （法国 1822—1895）
LouisPasteur
1、首先提出发酵和各种传染病都是微生物引起的结论；
2、把微生物引进了生理学研究阶段。
十九世纪中叶，西欧酿酒业发生酒酸败严重，蚕丝业有蚕病流行，对生产危害很大。
当时法国著名学者LouisPasteur（巴斯德，1822－1895）研究报告指出，酿酒是微生物发酵糖的作用，不同发酵是由不同种类微生物引起的，洒变质是感染有害微生物繁殖的结果。
因此，他提出采用加热消毒法——后来称为巴氏灭菌法，严格控制发酵条件，促使酿酒顺利进行。
他对鸡霍乱、蚕病、狂犬病等研究证实，传染病是由病原微生物引起的；
还进一步提出隔离病原，和接种疫苗预防疫病，是防治传染的有效措施。
他还用严密的科学实验，即将盛有有机溶液的曲颈瓶，经加热处理后，由于外界微生物不易经弯曲管进入瓶中，其中的有机溶液保持无菌状态和不腐坏，因而否定了微生物的自然发生学说。
所有这些研究成就，即表明微生物是一种生产力，又开创了微生物生理学与传染病病原学。
3、柯赫 （德国 1843－1910）RobertKoch
①、对传染病的病原菌学说作出了重要贡献；
②、创造了许多研究微生物的方法。
4、伊凡诺夫斯（俄国 1892）
首先从烟草花叶中分离出滤过性病毒，扩大了微生物的研究的领域。
三、近代微生物学的发展
20世纪初至中叶，微生物学与生物化学关系日益密切，同时，由于生化研究又多以微生物为材料，使得:
1、促使微生物生理学进一步向前发展；
2、揭示了蛋白质合成机制；
揭示了酶、维生素和代谢调控机理。
四、现代微生物学的发展
随着电子显微镜技术的应用，分子生物学及分子遗传学的发展，使得微生物学进入到了分子生物学的阶段，即进入到了现代微生物学的发展阶段。
第三节微生物学与农业
农业微生物学是研究微生物与农业生产的关系的科学。
微生物与农业生产的关系十分密切，涉及到土壤肥料、作物营养、植物保护、畜牧兽医、动力能源、环境保护、农产品加工及综合利用等许多方面。
其中有有益的，也有有害的。
一、微生物对农业的有益作用
1、提高土壤肥力——微生物是构成土壤肥力的主要因素之一。
土壤中有机质的分解，原生质的转化，腐殖质的形成，都是微生物的作用。
积肥、沤肥也离不开微生物。
有机肥料要在微生物的作用下，才能腐熟。
有的微生物有很强的嗜碱性，还可利用其改造盐碱地。
2、扩大肥源能源——沼气是一种较好的微生物能源。
大办沼气不仅可以解决燃料、照明、还可以扩大肥源，为农业生产提供大量的优质有机肥料；
改善环境卫生，除害灭病；
代替柴油、汽油开动机器，提供新的的动力资源。
3、促进作物生长——微生物还有直接营养植物的作用，这些作用可以概括为根际营养和共生营养两个方面。
根际营养主要是：
微生物分解根的周围土壤中的复杂有机物，成为有效的养分；
通过固氮作用增加有效氮量；
产生酸、溶解不溶性盐类使其有效化；
产生维生素、生长刺激素类物质，促进根系发育和植物生长；
分泌抗菌类物质，抵抗病原菌的侵害。
共生营养是以形成根瘤和菌根等形式进行的。
现已发现这种内共生菌有些具有固氮、合成氨基酸、色素和其他复杂有机物的能力。
4、防治病虫杂草——某些微生物可以产生具有抑制或杀死植物病原菌的物质。
它们可以被用作防治植物病害的药剂，这就是农用抗生素。
农用抗生素具有选择性强、使用浓度低、易分解、对人畜毒性小的或无毒性等优点，有些还有内吸式治疗作用，是一类比较理想的农药。
近年来，获得了能够杀虫的抗生素。
有些微生物可以引起昆虫致病死亡；
有些微生物可以寄生在杂草上致使杂草死亡；
有些微生物的代谢产物还可以引起田鼠死亡。
在当前化学农药引起公害日益严重的情况下，发展微生物农药，有着重大的意义。
5、改善饲料的品质——微生物与家畜饲料的关系极为密切，有些微生物可以将秸秆、皮壳、树叶、青草等粗饲料进行转化，增加适口性；
有些微生物细胞本身就具有丰富的蛋白质、维生素、胡萝卜素等营养，可直接作为家畜的精料；
有些微生物产生的抗生素，能对幼畜直至防病和刺激生长作用。
还有，如青草、多汁饲料等通过微生物发酵后，可提高营养价值和延长保存时间。
6、保护生态环境——某些化学农药的施用和工厂的“三废”污染生活环境、土壤和水域造成公害。
有些微生物可以对有毒物质进行转化，变害为利。
可见，实行综合利用也是微生物应用的重要内容。
另外，农产品的贮藏加工也与微生物有密切关系，很多是利用有益微生物的作用，或者是抑制有害微生物的生长繁殖进行的。
二、微生物对农业的有害影响
1、某些微生物寄生于植物体引起各种植物病害；
产生有毒物质抑制植物生长。
2、某些微生物寄生于家畜、家禽体内，引起畜禽病害。
3、某些微生物能产生毒素，污染食品、粮食及饲料，引起人、畜中毒。
三、农业微生物学的应用前景
从目前研究的情况来看，微生物应用的潜力是很大的。
1、向空气要肥要蛋白：
大气中的氮、氧、氢、二氧化碳等，均可为微生物利用。
固氮菌、氢细菌和能利用太阳能的光合细菌，尤其引人注目。
目前对生物固氮的研究，一方面是发现和利用固氮生物，另一方面是研究固氮酶，进行化学模拟工作，以实现向大气索取更多庸俗化肥的理想。
同时，遗传工程的发展，为固氮基因的移植开辟了广阔的前景。
另外，研究能在二氧化碳、氢、氧及氮等混合气体中生长的细菌，进行混合气体培养。
这不仅能获得大量的营养价值高的菌体蛋白，而且能回收燃料废气、防除公害。
石油酵母的菌体中40—50%蛋白质及其维生素、脂肪、糖类等，营养价值很高，可用作饲料和食品的原料。
2、向树木秸秆要糖要饲料——绿色植物能产生大量的纤维素。
据估计，仅我国的稻草、麦秸、稻壳、棉籽壳及玉米蕊等五项农副产品，年产量就约4亿吨，假如其中含纤维素40%，而把其中的2%用纤维素酶转化成糖，若酶的转化率为50%，则每年就可获得160万吨糖。
这些糖既可直接供人食用，也可进一步通过微生物发酵工程取得工业原料、饲料和食物。
3、向各类微生物要农药——现有的微生物农药，可分为细菌、真菌、病毒及抗生素四类。
细菌农药的应用及研究，目前正向筛选高毒力菌株和扩大多效应新品种的方向努力。
病毒农药比细菌农药效果更好，已引起人们高度重视。
4、向废弃物要能源——某些微生物除了利用废弃物进行沼气发酵产生能量外，有些不能产生大量的氢气和醇类。
5、开发利用微生物资源——目前已知的微生物有10万多种，而在生产上利用的却很少。
在发酵产品方面霉菌代谢产物利用方面（已有上千种，利用的只有100多种。
）、抗生素利用（已发现的有几千种，利用的只有100多种。
）、食用菌利用上（已发现的有近千种，利用的只有10多种。
）都远远不够。
这方面的潜力是很大。
第一章原核微生物
1、原核微生物包括细菌、放线菌和蓝细菌等，是低等生物类型。
2、它的主要特点是细胞不具核膜，仅见裸露的核物质，不进行有丝分裂。
多进行分裂生殖。
3、生理类型各式各样，多数需有机养料，有的行光合自养或化能自养，需氧、厌氧或兼性好氧。
4、原核微生物中的某些属种能利用空中N2。
5、细菌是原核微生物中具代表性结构且近年来研究较为深入的种类，作为本章的重点。
第一节细菌 （Bacteria）
细菌是自然界中分布最广、数量最大，与人类关系极为密切的一类微生物。
一般常常说得“细菌”仅包括真细菌亚纲的细菌，主要是真细菌目和假单孢细菌目内的一些属种。
细菌是单细胞的原核微生物，每一个细胞都是一个独立生活的个体，往往是许多单细胞群聚而生，以简单的分裂方式进行繁殖传代。
一、细菌的形态和大小
（一）、细菌的形态
细菌的基本形态为三种类型
1.球状菌
球状菌——球菌就是指球状细菌的总称。
细胞呈球状或扁圆形。
1）、单球菌——尿微球菌
2）、双球菌——肺炎双球菌
3）、四联球菌——四联细球菌
4）、八叠球菌——尿素八叠球菌
5）、葡萄球菌—金黄色葡萄球菌
2.杆状菌
杆菌是杆状或类似于杆状的细菌的总称。
各种杆菌的大小和具体形态有显著的差别
1）、球杆菌—假单孢菌
2）、短杆菌—短杆菌属
3）、长杆菌—白喉棒杆菌
4）、分枝杆菌—结核杆菌
5）、其它类型
3.螺旋状菌（弧状）螺旋状菌（弧状）细胞弯曲弓形称弧菌。
如霍乱弧菌,细胞具有多个弯曲的为螺旋菌如迂回螺菌。
（二）、细菌的形态与环境的关系
细菌形态极易受到环境的影响，如培养时间、培养温度、培养基的成分、浓度和pH值的改变，均可以引起菌体形态发生变化。
1、幼龄菌及生长条件适宜时——细菌形态正常、整齐，表现其固有形态。
2、老龄菌及生长条件不正常时——细菌常出现畸形。
如膨胀呈梨形，或伸长为丝状，但若转移到合适的新鲜培养基中培养时，畸形菌又可恢复到原有形态。
（三）、细菌的大小与测定
细菌的大小可用测微尺在显微镜下测量。
1、球菌只测量直径；
一般球菌的直径为0.5－2.0μm.
2、杆菌测量它的宽度与长度；
一般杆菌为0.5－1.0×
1.0－5.0μm.
3、螺菌测量它的宽度与弯曲形长度，以宽×
长或直径表示大小。
二、细菌的细胞结构
一）、基本结构
1、细胞壁
1）、细菌的细胞壁位于菌体的最外层，是一层无色透明的薄膜。
它比较坚韧而富有弹性。
2）、细胞壁的主要功能：
①、抵抗因渗透作用产生的膨压和外界的机械破坏并保持菌体的特定外形；
②、作为细胞内外物质交换的第一屏障，能阻止胞内外大分子或颗粒状物质的通过而和小分子或小颗粒的进出；
③、决定细菌的抗原性、致病力和对噬菌体的特异敏感性。
3）、细胞壁的主要成分：
为肽聚糖，并有蛋白质、类脂和多糖复合物等。
细胞壁占菌体干重的10－25%。
4）、革兰氏阴性菌（G－）与阳性菌（G＋）
由于细菌细胞壁成分和结构的不同，丹麦人Gram（1884）最先用差别染色法将细菌区分为两类菌即为革兰氏阳性G＋菌和革兰氏阴性菌G－ 。
现在这种染色方法已成为细菌学中一种非常重要的染色法。
经过这种染色菌体呈现出紫红色为革兰氏阳性（G＋），菌体呈现粉红色的为革兰氏阴性菌（G－）。
鉴别细菌最常用的一种染色方法。
这种方法最初是由丹麦的医师革兰所采用，所以由此命名。
它的主要步聚是先用结晶紫（或称为龙胆紫）染液初染，加碘液作用，再用乙醇脱色，最后用番红（沙黄）复染。
乙醇脱色是关键的一步，由于乙醇的作用，使得细胞壁的脂类物质被溶解，结果使得革兰氏阴性菌细胞壁增加了通透性，结晶紫－碘复合物亦被乙醇抽提出，于是革兰氏阴性菌被脱色。
革兰氏阳性细菌由于细胞壁肽聚糖含量高（约含40－90%），脂类含量低，乙醇处理中被脱水引起细胞壁肽聚糖层中孔径变小，通透性降低，结晶紫－碘复合物被留在细胞内，细胞不被脱色。
5）、革兰氏阳性与阴性菌的比较
①、结构比较
②、特性比较
革兰氏阳性菌与阴性菌的特性的比较
特性
阳性菌
阴性菌
对青霉素的敏感性
对链霉素的敏感性
对溶菌霉的敏感性
产生的毒素
生长适宜的pH值
对碱性染料抑制作用性
热力对胞壁的破裂作用
对酸的溶解作用
很敏感
不敏感
外毒素
较高
敏感
无
抗力小
内毒素
在酸侧
有
有抗力
2、原生质体
1）、细胞膜 2）、细胞质 3）、原核 4）、质粒
1）、细胞膜
细菌的细胞膜是紧靠在胞壁内侧和位于细胞质表面，具有柔软和富有弹性的生物薄膜。
细胞膜的特征
①、细胞膜的厚约8nm,约占细胞干重10%。
②、成分为蛋白质、脂类和糖类。
③、电镜下为三层结构。
④、是一个单一膜系，即只有一个连结不断的质膜系。
⑤、膜内陷形成中间体（mesosome）作为DNA复制的支点；
光合细菌的类囊体，可进行光合作用。
⑥、膜上附有多种酶系。
参与多种代谢能量反应。
⑦、与细胞生长与分裂有关。
2）、细胞质
细胞质是细胞质膜内除核质外的的部分
①、约占细胞重80%，主要为水，其次为蛋白质、RNA、脂类、糖类与盐类等
②、菌体幼小时，光镜下无色透明均一的胶体物；
老菌时，变为不均一状。
③、多数细菌无任何细胞器。
电镜下，可看到细胞质内以核糖体颗粒为主。
④、核糖体颗粒为70s，成分为RNA与蛋白质的复合物，作用为合成蛋白质与酶。
3）、原核
（1）、原核
细菌的细胞核结构与真核生物相比不完整，因而称其为原核。
原核的主要成分仍然是DNA。
是细菌传递遗传性状的重要的物质基础。
（2）、特征：
①、细菌的核结构不完整，主要成分是DNA；
②、没有核仁、核膜，只有单个染色体，是一个很长的、连续的环状DNA分子；
③、DNA复制时以中间体为支点。
产生两个相同的双链DNA，分别进入子细胞。
将遗传信息传给子代。
4）、质粒
（1）、定义：
质粒是细菌中比染色体（主DNA）小得多的环状DNA，也是细菌的遗传物质，为双链DNA。
细菌的一个细胞内一般有1－2个质粒，有的有多个。
质粒能插入到染色体中，同染色体一起复制，称为附加体
①、分子量比染色体小得多的环状DNA，占主DNA的0.5－3.0%；
②、携带的基因少得多；
③、能自主复制，稳定遗传；
④、对细菌的生存无决定性影响。
如细菌的致育因子（F－）、抗药性因子（R－），大肠杆菌（Col－）因子等特性，均由相应质粒控制。
3、内含物
很多细菌的细胞中含有另一些大颗粒物，多是在营养过剩时形成的胞内贮藏物，其种类随菌种的不同而不同，数量随着菌龄与培养条件而变化。
只有外源营养缺少时，这些贮藏物质才会被降解利用。
常见的内含物：
①、糖原——碳源与能量贮存物之一；
②、多聚β－羟基丁酸（PHB）非脂类物质，是理想能源和碳源贮存物。
③、异染颗粒 也叫捩转菌素（volutin）能量贮存作用与起磷酸的作用。
④、硫滴——存在于某些硫细菌中，供磷酸化作用
⑤、伴孢晶体——少数芽孢杆菌（苏云金芽孢杆菌）在其形成芽孢的同时，会在芽孢旁形成一颗菱形或双椎形的碱溶性蛋白晶体，称为伴孢晶体，是一种结晶状的蛋白质毒素。
对某些昆虫具有强烈的毒性。
4、其它
二）、特殊结构
1、鞭毛
鞭毛（Flagella）——是细菌从质膜伸至细胞表面的细丝。
①、直径是菌体宽度的十分之一或更细，光镜下用特殊染料染色后可见，用电镜才能看清。
②、多数杆菌、螺菌及少数球菌生有鞭毛。
③、根据鞭毛的着生的位置与数目，单生、丛生和周生鞭毛菌。
④、鞭毛是运动器官。
2、芽孢
1）、定义 某些种类的细菌生长发育至一定的阶段，细胞质浓缩凝结逐步形成圆形或椭圆形的具有壁厚、质浓、折光性强的结构。
称为芽孢。
当遇到适宜条件下，芽孢细菌可重新萌发出芽，发育成一个新的营养细胞
2）、特征
①、很多杆菌能形成芽孢，能形成芽孢杆菌的，称为芽孢杆菌；
不能形成芽孢杆菌的，称为不形成芽孢的杆菌。
②、只有极少数的球菌、螺旋菌种类能形成芽孢。
③、芽孢的形状、大小以及在细胞内的位置是细菌分类的依据。
④、芽孢的核心是原生质体。
皮层外面是芽孢壳。
⑤、芽孢形成特有的化合物—吡啶二羧酸，简称DPA。
⑥、芽孢是细菌生活史中的一个休眠体，而不是繁殖体
芽孢与营养细胞的比较？
3、荚膜
1）、荚膜（Capsule）
有的的细菌在一定的条件下，在细胞壁表面分泌出粘液状的物质，形成较厚的膜，这种膜称为荚膜。
2）、粘液层（Slimelayer）:
通常是一菌一膜，也有多菌共膜的。
多菌共膜的称为菌胶团。
如果分泌的粘液物质粘滞性较低，则叫粘液，扩散在菌体的周围。
3）、荚膜与粘液层的作用 荚膜和粘液中的水分约有90%，其固形物为多糖或多肽的聚合物。
荚膜和粘液对细菌一般具有保护作用。
①、防止细菌变干；
②、吸附阳离子；
③、防止噬菌体侵袭；
④、防止被真核生物吞噬。
菌胶团的这种性能，在污水净化中可使净化后的水与细菌分离。
三、细菌的繁殖与菌落特征
一）、细菌的繁殖
1、裂殖
细菌的繁殖是以无性繁殖方式进行的。
主要是有两类即
1、裂殖
细菌的裂殖是以二分裂方式进行繁殖的。
①、DNA双螺旋链分开；
②、DNA双螺旋链开始复制；
形成两个新的双螺旋链；
③、两个新的的双螺旋链向两边移动，形成两个核区；
④、两个核区之间形成双层细胞膜；
⑤、在双层细胞膜之间形成细胞壁，成为两个细胞。
完成细菌的繁殖。
2、芽殖
芽殖即出芽生殖法，即在母细胞表面先生出一个突起，渐长大后同母细胞分开。
类似于酵母菌的出芽生殖法。
与裂殖不同的是，芽细胞的胞壁大部分是靠新合成的物质形成的。
常见的有巴斯德菌、生芽杆菌和芽生球菌等。
其中以裂殖最为常见。
2、芽殖与孢子生殖
二）、细菌的群体形态特征
细菌的群体形态特征包括群体的大小、形状、和表面状态、表面光泽、颜色以及透明度等的描述。
细菌群体形态是每个个体表面状况、排列和代谢等集中反映，同时受到培养条件、时间等因素的影响。
细菌的群体形态一般分为
1、菌落；
2、菌苔；
3、菌膜；
4·
、菌球
1、菌落把一个或少数细胞在固体培养基表面繁殖出来的、肉眼可见的子细胞群体称为菌落。
2、菌苔在培养基上形成的群体又称为菌苔。
3、菌膜在液体培养基表面的膜状子细胞群体则称为菌膜。
、菌球在液体培养基中形成的球状子细胞群体称为菌球。
四、常见细菌类群的代表
1、球菌
①、小球菌属②、葡萄球菌属③、链球菌属
2、G-无芽孢杆菌
①、大肠杆菌属②、假单孢杆菌属③、沙门氏杆菌属④、欧文杆菌属
⑤、亚硝酸细菌属⑥、硫化杆菌属
3、刚螺菌①、刚螺菌属②、固氮螺菌属
4、G+无芽孢杆菌
①、芽孢杆菌属②、蜡质芽孢杆菌属③、苏云菌杆菌属④、梭菌属
6、衣细菌铁锈菌属
7、粘细菌①、食纤维菌属②、粒杆粘细菌属
8、厌气性光合细菌①、绿细菌属②、硫螺菌属
第二节放线菌 （ctinomycetes）
放线菌是一类呈菌丝状的细菌，是原核微生物。
在工农业生产中有着非常重要的作用。
大多数放线菌菌体为分枝丝状，细胞结构简单，有与一般细菌类似的胞壁，G+菌，无细菌的荚膜、鞭毛和芽孢等特殊构造，个体比细菌大，不含光合色素，需有机养料，大多数进行腐生生活，少数为寄生菌。
多以产生孢子生殖，一般无有性生殖过程。
许多放线菌能够产生抗菌素。
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