2025年高二下學(xué)期生物微生物和平題微生物是一類個體微小、結(jié)構(gòu)簡單的生物群體，通常需要借助光學(xué)顯微鏡或電子顯微鏡才能觀察到，包括細菌、真菌、病毒、放線菌、支原體、衣原體等。根據(jù)細胞結(jié)構(gòu)的差異，微生物可分為無細胞結(jié)構(gòu)的病毒（如新冠病毒、噬菌體）、原核細胞型微生物（如細菌、藍細菌、放線菌）和真核細胞型微生物（如酵母菌、霉菌、原生動物）。細菌按形態(tài)可分為球菌、桿菌和螺旋菌，其基本結(jié)構(gòu)包括細胞壁、細胞膜、細胞質(zhì)和擬核，部分細菌還具有莢膜、鞭毛等特殊結(jié)構(gòu)。真菌則分為單細胞的酵母菌和多細胞的霉菌、蕈菌，細胞結(jié)構(gòu)包括細胞壁（主要成分為幾丁質(zhì)）、細胞膜、細胞質(zhì)和細胞核，其中酵母菌通過出芽生殖繁殖，霉菌則通過孢子繁殖。病毒沒有細胞結(jié)構(gòu)，主要由蛋白質(zhì)外殼和內(nèi)部的核酸（DNA或RNA）組成，必須寄生在活細胞內(nèi)才能進行生命活動。微生物培養(yǎng)技術(shù)是研究和應(yīng)用微生物的基礎(chǔ)，其核心在于為目標(biāo)微生物提供適宜的營養(yǎng)和環(huán)境條件，并防止雜菌污染。培養(yǎng)基作為微生物生長的營養(yǎng)基質(zhì)，需根據(jù)微生物的營養(yǎng)需求進行科學(xué)配制。培養(yǎng)基的基本成分包括碳源、氮源、水和無機鹽，碳源是提供碳元素的物質(zhì)，分為無機碳源（如CO?、NaHCO?）和有機碳源（如葡萄糖、蔗糖、牛肉膏），其中有機碳源同時也是異養(yǎng)微生物的能源物質(zhì)；氮源是提供氮元素的物質(zhì)，分為無機氮源（如NH??、NO??、N?）和有機氮源（如蛋白胨、尿素、氨基酸），用于合成蛋白質(zhì)、核酸等含氮物質(zhì)。此外，部分微生物還需要添加生長因子，如維生素、氨基酸、嘌呤、嘧啶等。根據(jù)物理性質(zhì)，培養(yǎng)基可分為固體培養(yǎng)基（添加瓊脂，用于微生物的分離、鑒定和菌落觀察）、液體培養(yǎng)基（用于擴大培養(yǎng)和工業(yè)生產(chǎn)）和半固體培養(yǎng)基（用于觀察微生物的運動）；根據(jù)用途可分為選擇培養(yǎng)基（如加入高濃度食鹽分離金黃色葡萄球菌）和鑒別培養(yǎng)基（如伊紅-美藍培養(yǎng)基鑒別大腸桿菌）。無菌技術(shù)是微生物培養(yǎng)成功的關(guān)鍵，貫穿于培養(yǎng)基制備、接種、培養(yǎng)等全過程。培養(yǎng)基的滅菌通常采用高壓蒸汽滅菌法，在壓力100kPa、溫度121℃的條件下滅菌15-30分鐘，以殺死包括芽孢在內(nèi)的所有微生物；培養(yǎng)皿、接種環(huán)等器具則采用干熱滅菌法（160-170℃滅菌2小時）或灼燒滅菌法（接種環(huán)在酒精燈火焰上灼燒至紅熱）。在操作過程中，需在超凈工作臺或酒精燈火焰附近進行，以避免空氣中的雜菌污染。倒平板時，需待培養(yǎng)基冷卻至50℃左右（手感不燙手），在火焰旁將培養(yǎng)基倒入滅菌后的培養(yǎng)皿中，待凝固后倒置存放，防止皿蓋上的水珠落入培養(yǎng)基造成污染。微生物的接種方法主要有平板劃線法和稀釋涂布平板法。平板劃線法是通過接種環(huán)在固體培養(yǎng)基表面連續(xù)劃線，將聚集的微生物逐步稀釋分散，最終得到單菌落。操作步驟為：①接種環(huán)灼燒滅菌并冷卻；②蘸取菌液后在平板上劃3-5條平行線；③再次灼燒接種環(huán)，冷卻后從第一區(qū)域末端開始劃第二區(qū)域，重復(fù)操作至劃滿5個區(qū)域，注意各區(qū)域劃線末端不重疊。稀釋涂布平板法是將菌液進行一系列梯度稀釋后，取少量稀釋液涂布在培養(yǎng)基表面，培養(yǎng)后形成單菌落，該方法可用于活菌計數(shù)。接種后的培養(yǎng)皿需倒置放入恒溫培養(yǎng)箱中，根據(jù)微生物的生長需求控制溫度（如細菌37℃、酵母菌28℃）、pH和氧氣條件（需氧菌需充足氧氣，厭氧菌需創(chuàng)造無氧環(huán)境）。培養(yǎng)過程中需定期觀察菌落特征，包括大小、形狀、顏色、光澤度、透明度等，這些特征是菌種鑒定的重要依據(jù)。微生物與人類的關(guān)系極為密切，在多個領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。在食品工業(yè)中，酵母菌用于釀酒、制作面包和饅頭，其發(fā)酵過程將葡萄糖分解為酒精和CO?；乳酸菌用于制作酸奶、泡菜，通過無氧呼吸產(chǎn)生乳酸，抑制雜菌生長；醋酸菌用于釀醋，將酒精氧化為醋酸。在醫(yī)藥領(lǐng)域，青霉素、頭孢菌素等抗生素由真菌或放線菌產(chǎn)生，可抑制細菌細胞壁的合成；胰島素、干擾素等藥物通過基因工程菌（如大腸桿菌）生產(chǎn)，具有高效、低成本的優(yōu)點；疫苗的制備也離不開微生物，如乙肝疫苗是利用基因工程技術(shù)將乙肝病毒表面抗原基因?qū)虢湍妇a(chǎn)的。在環(huán)境保護方面，微生物可用于污水處理，通過好氧菌和厭氧菌的協(xié)同作用，分解污水中的有機物（如淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪），降低COD（化學(xué)需氧量）和BOD（生化需氧量）；某些微生物還能降解石油、塑料等污染物，如假單胞菌可分解石油中的烴類物質(zhì)，放線菌可降解部分塑料。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，根瘤菌與豆科植物共生，能將空氣中的N?轉(zhuǎn)化為氨，提高土壤肥力；蘇云金桿菌（Bt）可產(chǎn)生殺蟲蛋白，用于生物防治，減少化學(xué)農(nóng)藥的使用。然而，微生物也可能對人類造成危害，部分病原微生物可引起人類疾病，如結(jié)核桿菌導(dǎo)致肺結(jié)核，新冠病毒引發(fā)新冠肺炎，幽門螺桿菌與胃潰瘍、胃癌密切相關(guān)。在食品變質(zhì)方面，霉菌污染糧食可產(chǎn)生黃曲霉毒素（強致癌物質(zhì)），細菌污染肉類可導(dǎo)致食物中毒。因此，在利用微生物的同時，需加強對病原微生物的防控，如通過滅菌、消毒、接種疫苗等措施預(yù)防疾病傳播，通過食品保鮮技術(shù)（如低溫冷藏、真空包裝、添加防腐劑）抑制微生物生長繁殖。微生物在自然界的物質(zhì)循環(huán)中也扮演著不可或缺的角色。分解者微生物（如細菌、真菌）能將動植物遺體、排泄物中的有機物分解為無機物（如CO?、H?O、無機鹽），歸還到無機環(huán)境中，供生產(chǎn)者（綠色植物）重新利用，從而維持生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動。例如，碳循環(huán)中，微生物的分解作用將有機碳轉(zhuǎn)化為CO?，釋放到大氣中，參與光合作用；氮循環(huán)中，固氮菌將N?轉(zhuǎn)化為氨，硝化細菌將氨氧化為亞硝酸鹽和硝酸鹽，反硝化細菌將硝酸鹽還原為N?，實現(xiàn)氮元素在無機環(huán)境和生物群落之間的循環(huán)。隨著生物技術(shù)的不斷發(fā)展，微生物的應(yīng)用領(lǐng)域還在不斷拓展。在能源領(lǐng)域，利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)生物柴油、乙醇等可再生能源，減少對化石燃料的依賴；在新材料領(lǐng)域，微生物可合成可降解塑料（如聚羥基脂肪酸酯），緩解白色污染；在生物制藥領(lǐng)域，通過基因編輯技術(shù)改造微生物，可生產(chǎn)出更多高效、特異的藥物。同時，微生物的研究也為生命科學(xué)的發(fā)展提供了重要啟示，如大腸桿菌作為模式生物，在分子生物學(xué)、遺傳學(xué)等領(lǐng)域的研究中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，幫助科學(xué)家揭示了DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯等基本生命過程的機制。微生物培養(yǎng)技術(shù)的發(fā)展也推動了相關(guān)學(xué)科的進步。通過對微生物代謝途徑的研究，可為代謝工程、合成生物學(xué)提供理論基礎(chǔ)；微生物的快速檢測技術(shù)（如PCR技術(shù)、基因芯片技術(shù)）在臨床診斷、食品安全檢測、環(huán)境監(jiān)測等方面得到廣泛應(yīng)用，提高了檢測的靈敏度和效率。此外，微生物的多樣性研究也日益受到重視，地球上存在著大量未被發(fā)現(xiàn)的微生物，它們蘊含著豐富的基因資源，有望成為新藥研發(fā)、環(huán)境保護、工業(yè)生產(chǎn)的新源泉?？傊⑸锱c人類的關(guān)系是辯證統(tǒng)一的，