現(xiàn)代微生物學(xué)與實(shí)驗(yàn)技術(shù)參考資料：沈萍主編

微生物學(xué)金志華等編著

工業(yè)微生物遺傳育種學(xué)原理與應(yīng)用■

羅大珍等主編現(xiàn)代微生物發(fā)酵及技術(shù)教程■

杜連祥等主編

微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)諸葛健編著工業(yè)微生物資源開(kāi)發(fā)應(yīng)用與保護(hù)姚汝華主編

微生物工程工藝原理微生物學(xué)報(bào)、生物工程進(jìn)展、生物技術(shù)、微生物通報(bào)

等期刊第

一

章緒論一

微

生物學(xué)的發(fā)展1.微生物科學(xué)■1.1研究對(duì)象及分類地位微生物學(xué)：研究微生物在一定條件下的形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理生化、遺傳變異以及微生

物的進(jìn)化、分類、生態(tài)等生命活動(dòng)規(guī)律及其應(yīng)用的一門(mén)學(xué)科。分類1753年二界系統(tǒng)(植物界、動(dòng)物界)瑞典博物學(xué)家林奈《植

物種志》□

1866年三界系統(tǒng)(植物界、動(dòng)物界、原生生物界)海格爾■

1938年(

1956更成熟)四界系統(tǒng)(植物界、動(dòng)物界、原始

生物界、菌界)柯普蘭■

1969年

五界系統(tǒng)(植物界、動(dòng)物界、原生生物界、真菌界、

原核生物界)

魏塔克根據(jù)生物獲得營(yíng)養(yǎng)的方式不同，把真菌提

升為界■

1977年六界系統(tǒng)(動(dòng)物、植物、原生生物、真菌、原核生物、

病毒)王大耜等70年代三域?qū)W說(shuō)(分子尺：16

SrRNA)■

古生菌域(產(chǎn)甲烷菌、極端嗜鹽菌、嗜熱嗜酸菌等)■

真細(xì)菌域(藍(lán)細(xì)菌、除古生菌外細(xì)菌)真核生物域(動(dòng)物、植物、真菌、原生生物)20世紀(jì)70年代以前，生物類群間的親緣關(guān)系主要是根據(jù)形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理生化、行為習(xí)性等表型特征以及少量

的化石資料來(lái)判斷它們之間的親緣關(guān)系。要使分類系統(tǒng)真正成為總結(jié)生物進(jìn)化歷史的生物系譜，需要系統(tǒng)的古生物資料來(lái)闡明各類生物之間的共祖、分

支和年代關(guān)系。因此，在缺乏化石資料的情況下，最為

艱難的任務(wù)是如何確定類群之間的進(jìn)化關(guān)系，用什么特

征作為劃分類群的主要特征?！龈鶕?jù)形態(tài)學(xué)特征推斷生物之間的親緣關(guān)系存在兩個(gè)突出問(wèn)題：一是由于微生物可利用的形態(tài)特征少，很難把所有生物放在同一水平上進(jìn)行比較；二是形態(tài)特征在不同

類群中進(jìn)化速度差異很大，僅根據(jù)形態(tài)推斷進(jìn)化關(guān)系往

往不準(zhǔn)確。■

因

此

，7

0

年代以后研究微生物的系統(tǒng)發(fā)育，主要是分

析和比較生物大分子的結(jié)構(gòu)特征，特別是蛋白質(zhì)、RNA

和DNA

這些反映生物基因組特征的分子序列，作

為判斷各類微生物乃至所有生物進(jìn)化關(guān)系的主要指征。■大量研究表明：蛋白

質(zhì)

、RNA

和DNA序列進(jìn)化變化的

顯著特點(diǎn)是進(jìn)化速率相對(duì)恒定。因此，這些生物大分子

被看作是分子計(jì)時(shí)器或進(jìn)化鐘，它們真實(shí)地記錄了各種

生物的進(jìn)化過(guò)程?！鑫覀兛梢酝ㄟ^(guò)比較不同類群的生物大分子序列的改變量

來(lái)確定它們彼此系統(tǒng)發(fā)育相關(guān)性或進(jìn)化距離。在兩群生

物中，如果同一種分子的序列差異很大時(shí)，表示它們進(jìn)

化距離遠(yuǎn)，這兩群生物在進(jìn)化過(guò)程中很早就分支了；如

果兩群生物同一來(lái)源的大分子的序列相同，說(shuō)明它們處

在同一進(jìn)化水平上。挑選恰當(dāng)?shù)拇蠓肿討?yīng)注意以下幾點(diǎn)：■(1)它必須普遍存在于所研究的各個(gè)生物類群中。(2)選擇在各種生物中功能同源的大分子?！?3)為了鑒定大分子序列的同源位置或同源區(qū)，要求所選擇的分子序列必須能嚴(yán)格線性排列，以便進(jìn)行進(jìn)一步

的分析比較。(4)

還應(yīng)注意根據(jù)所比較的各類生物之間的進(jìn)化距離來(lái)選擇適當(dāng)?shù)姆肿有蛄小．?dāng)我們比較親緣關(guān)系遠(yuǎn)的生物類

群時(shí)，必須選擇變化速率低的分子序列，因?yàn)樾蛄凶兓?/p>

速率高的分子，在其進(jìn)化過(guò)程中共同的序列已經(jīng)喪失?！?/p>

16SrRNA

被普遍公認(rèn)為是一把好的譜系分析的“分子

尺”,這是因?yàn)椋骸?1)rRNA

參與生物蛋白質(zhì)的合成過(guò)程，其功能是任何

生物都必不可少的，而且在生物進(jìn)化的漫長(zhǎng)歷程中，其

功能保持不變；(2)在16SrRNA

分子中，既含有高度保守的序列區(qū)域，又有中度保守和高度變化的序列區(qū)域，因而它適用于進(jìn)

化距離不同的各類生物親緣關(guān)系的研究；(3)16SrRNA

分子量大小適中，便于序列分析。5SrRNA信息量小，應(yīng)用上受很大限制；23

SrRNA分子量大，序列測(cè)定和分析比較工作量大，使用時(shí)難度

較

大

；■

(4)16S

rRNA

普遍存在于真核生物和原核生物中(真

核生物中其同源分子是18SrRNA),

因此它可以作為

測(cè)量各類生物進(jìn)化的工具——這一點(diǎn)極為重要。1981年美國(guó)學(xué)者伍斯等根據(jù)某些代表生物16SrRNA

(

或18SrRNA)序列比較，首次提出了一個(gè)函蓋整個(gè)生命界的系統(tǒng)

樹(shù)，而后又進(jìn)行了多次修改和補(bǔ)充。圖為近年提出的一個(gè)全生命

系統(tǒng)樹(shù)

:熱袍菌

一產(chǎn)液菌雙滴蟲(chóng)變形桿菌藍(lán)細(xì)菌黃桿菌性細(xì)菌熱球菌

、熱變形菌

熱網(wǎng)菌、一植物纖毛蟲(chóng)鞭毛蟲(chóng)毛滴蟲(chóng)細(xì)菌古生菌(真細(xì)菌)

(古細(xì)菌)

真核生物綠色非硫

細(xì)菌螺旋體革蘭氏陽(yáng)動(dòng)物內(nèi)變形蟲(chóng)粘煎真菌甲烷八疊球蘑甲烷桿菌甲烷球菌圖12

-

3

全生命系統(tǒng)樹(shù)(Olsen和

Woese1993)鹽桿菌熱原體微孢子蟲(chóng)■伍斯提出將生物分成為三界(Kingdom)

(

后來(lái)后改稱三個(gè)域Domain):

古細(xì)菌(archaebacteria)、真細(xì)菌(Eubacteria)

和真核生物(Eukaryotes)

。1990

年，他為了

避免把古細(xì)菌也看作是細(xì)菌的一類，他又把三界

(域)改稱為：Bacteria

(細(xì)菌)、Archaea

(古

生菌)和Euka

rya

(真核生物)?！鑫樗谷缋碚撎岢龊?，國(guó)際上對(duì)生物的系統(tǒng)發(fā)育進(jìn)行了更廣泛的研究，除了繼續(xù)對(duì)

rRNA

序列進(jìn)行比較外，還廣泛研究了其他特征，包括許多表型特征。研究結(jié)果表明：三界理論雖然是根據(jù)16SrRNA序列

的比較提出的，但其他特征的比較研究結(jié)果也在一定程度上支持了三界生物的劃分?！鰮?jù)報(bào)導(dǎo)，古生菌--詹氏甲烷球菌(Methanococcusjannaschii)的全基因組序列測(cè)定結(jié)果及其通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件與少數(shù)真細(xì)菌和真核生物全基因組序列所進(jìn)行的初步比較，其結(jié)果

雖未顯示出古生菌與真核生物較真細(xì)菌親緣關(guān)系更近的結(jié)論，但

也初步證實(shí)了它是獨(dú)立于其他兩域生物的第三生命形式。古生菌

作為當(dāng)今仍生活在地球上某些極端環(huán)境(高鹽、低PH、高溫、高壓或極端缺氧環(huán)境)的一個(gè)特殊群體(上述產(chǎn)甲烷球菌就是生活在

2600m

深、200

大氣壓、94℃

左右的海底火山口附近),其特

殊的生境與地球生命起源初期的環(huán)境有許多相似之處?！鋈鐚W(xué)說(shuō)的建立和發(fā)展，其主要意義并不在于目前研究所取得的

某些結(jié)論，更重要的是它為進(jìn)一步探討生命起源和進(jìn)化，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)、研究和開(kāi)發(fā)微生物資源提出了新的思路，它所提出的研究

生物進(jìn)化的技術(shù)方法使我們看到了揭開(kāi)生命起源和進(jìn)化之謎的曙

光

。■當(dāng)然，隨著研究的進(jìn)一步深入，其學(xué)說(shuō)也必然面臨新的挑戰(zhàn)建立16SrRNA

系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)的意義1)使生物進(jìn)化的研究范圍真正覆蓋所有生物類群；2)提出了一種全新的正確衡量生物間系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系的方法；3)對(duì)探索生命起源及原始生命的發(fā)育進(jìn)程提供了線索

和理論依據(jù)；4)突破了細(xì)菌分類僅靠形態(tài)學(xué)和生理生化特性的限制，

建立了全新的微生物分類、鑒定理論；5)為微生物生物多樣性和微生物生態(tài)學(xué)研究建立了全新的研究理論和研究方法，特別是不經(jīng)培養(yǎng)直接對(duì)生態(tài)

環(huán)境中的微生物進(jìn)行研究。1.2

微生物學(xué)的分支學(xué)科□研究對(duì)象、種類：細(xì)菌學(xué)、真菌學(xué)、病毒學(xué)、原核生物

學(xué)、自養(yǎng)菌生物學(xué)等■分科、內(nèi)容：微生物生理學(xué)、遺傳學(xué)、生態(tài)學(xué)、分子微

生物學(xué)等■生態(tài)環(huán)境：

土壤微生物學(xué)、海洋微生物學(xué)、微生態(tài)學(xué)、

環(huán)境微生物學(xué)等■實(shí)

驗(yàn)

方

法：實(shí)驗(yàn)微生物學(xué)、微生物研究方法■

學(xué)科交叉、融合：化學(xué)微生物學(xué)、分析微生物學(xué)、微生

物生物工程學(xué)、微生物化學(xué)分類學(xué)、微生物數(shù)值分類學(xué)

微生物地球化學(xué)、微生物信息學(xué)等■應(yīng)

用：工業(yè)微生物學(xué)、農(nóng)業(yè)微生物學(xué)、醫(yī)學(xué)微生物學(xué)、

環(huán)境微生物學(xué)、食品微生物學(xué)、分子微生物學(xué)等釀酒、制醬、造醋和腌菜等方法。在古希臘留下來(lái)的石刻上，記有釀酒的操作過(guò)程。中國(guó)

在春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，就已經(jīng)利用微生物分解有機(jī)物質(zhì)的作用，進(jìn)行漚糞積肥。公元1世紀(jì)的《氾勝之書(shū)》提出要以熟糞肥田以及瓜與小豆間作的制度。2

世紀(jì)的《神醫(yī)本草經(jīng)》中，有白僵蠶治病的記載。6

世紀(jì)的《左傳》

中，有用麥曲治腹瀉病的記載。在10世紀(jì)的《醫(yī)宗金

鑒》中，有關(guān)于種痘方法的記載。1796年，英國(guó)人E.

琴納發(fā)明了牛痘苗，為免疫學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)2.微生物學(xué)的發(fā)展史2.1

史

前

期(8000

年前—

1

6

7

6

年)感性認(rèn)識(shí)階段。自古以來(lái)，人類在日常生活和生產(chǎn)實(shí)踐中，已經(jīng)覺(jué)察到刻有“

酒”

字。北魏

賈思勰殷商

渠的昌

的《齊民要術(shù)》(533544)中，列有谷物制曲、主的作用

遁

發(fā)

400

0。中國(guó)利用

多年前的龍L散生山

文命

歷

時(shí)物化2.2初創(chuàng)期(

1676-

1861年)形態(tài)學(xué)發(fā)展階段.1

7

世紀(jì)，荷蘭人列文虎克用自制的簡(jiǎn)單顯微鏡(可放

大160

～260倍)觀察牙垢、雨水、井水和植物浸液后，發(fā)現(xiàn)其中有許多運(yùn)動(dòng)著的“微小動(dòng)物”,并用文字

和圖畫(huà)科學(xué)地記載了人類最早看見(jiàn)的“微小動(dòng)物”—細(xì)菌的不同形態(tài)(球狀、桿狀和螺旋狀等)。過(guò)了不久，意大利植物學(xué)家P.A米凱利也用簡(jiǎn)單的顯微鏡觀察了

真菌的形態(tài)。1838

年，德國(guó)動(dòng)物學(xué)家C.G.

埃倫貝格在《纖毛蟲(chóng)

是真正的有機(jī)體》一書(shū)中，把纖毛蟲(chóng)綱分為22科，其

中包括3

個(gè)細(xì)菌的科(他將細(xì)菌看作動(dòng)物),并且創(chuàng)用bacteria

(細(xì)菌)

一

詞。

1854

年，德國(guó)植物學(xué)家

F.J.

科思發(fā)現(xiàn)桿狀細(xì)菌的芽孢，他將細(xì)菌歸屬于植

物界，確定了此后百年間細(xì)菌的分類地位。2.3奠基期(1861-1897年)生理學(xué)發(fā)展階段。微生物學(xué)的研究從19

世紀(jì)60

年代開(kāi)始進(jìn)入生理學(xué)階段。法國(guó)科學(xué)家L.巴斯德對(duì)微生物生理學(xué)的研究為現(xiàn)代微

生物學(xué)奠定了基礎(chǔ)。他論證酒和醋的釀造以及一些物質(zhì)

的腐敗都是由一定種類的微生物引起的發(fā)酵過(guò)程，并不

是發(fā)酵或腐敗產(chǎn)生微生物；他認(rèn)為發(fā)酵是微生物在沒(méi)有

空氣的環(huán)境中的呼吸作用，而酒的變質(zhì)則是有害微生物

生長(zhǎng)的結(jié)果；他進(jìn)一步證明不同微生物種類各有獨(dú)特的

代謝機(jī)能，各自需要不同的生活條件并引起不同的作用；

他提出了防止酒變質(zhì)的加熱滅菌法，后來(lái)被人稱為巴斯

德滅菌法，使用這一方法可使新生產(chǎn)的葡萄酒和啤酒長(zhǎng)

期保存。。科赫對(duì)新興的醫(yī)學(xué)微生物學(xué)作出了巨大貢獻(xiàn)。?？坪帐紫日撟C炭疽桿菌是炭疽病的病原菌，接著又發(fā)現(xiàn)

結(jié)核病和霍亂的病原細(xì)菌，并提倡采用消毒和殺菌方法

防止這些疾病的傳播；。他的學(xué)生們也陸續(xù)發(fā)現(xiàn)白喉、肺炎、破傷風(fēng)、鼠疫等的

病原細(xì)菌，導(dǎo)致了當(dāng)時(shí)和以后數(shù)十年間人們對(duì)細(xì)菌給予

高度的重視；·他首創(chuàng)細(xì)菌的染色方法，采用了以瓊脂作凝固培養(yǎng)基培養(yǎng)細(xì)菌和分離單菌落而獲得純培養(yǎng)的操作過(guò)程；。他規(guī)定了鑒定病原細(xì)菌的方法和步驟，提出著名的科赫法則。代表人物：A巴斯德(1822-

1895年)

法國(guó)

人—微生物學(xué)奠基人，“微生物學(xué)之父”貢獻(xiàn)生物學(xué)基礎(chǔ)理論：■徹底否定“自然發(fā)生說(shuō)”,提出生源說(shuō)■引進(jìn)“好氧”和“厭氧”兩個(gè)術(shù)語(yǔ)

工

業(yè)

：■①證實(shí)發(fā)酵是由微生物引起的■②提出巴氏消毒法(60℃,30

min)農(nóng)業(yè)

：■

①家蠶軟化病的防治■②建立了免疫學(xué)預(yù)防接種(雞霍亂疫苗；牛羊炭疽菌

疫苗)巴斯德逝世百年紀(jì)念郵票代表人物：B

柯赫(1843-

1910年)德國(guó)人—細(xì)菌學(xué)的奠基人貢獻(xiàn)①建立了研究微生物的一系列重要方法，如，

發(fā)明了固體培養(yǎng)基、微生物的純種分離、顯

微染色技術(shù)、顯微攝影技術(shù)等；②利用平板分離方法尋找并分離到許多病原菌，

如炭疽病菌(1877)、結(jié)核桿菌(1882)、

鏈球菌(1882)、霍亂弧菌(1883)等；③提出了柯赫法則(1884)。1905年，德國(guó)人科赫獲得了諾貝爾醫(yī)學(xué)和生理學(xué)獎(jiǎng)，主要是為了表彰他在肺結(jié)核研究方面的貢獻(xiàn)?？坪辗▌t(

Koch's

postulates)□

1、在每一相同病例中都出現(xiàn)這種微生物；□2、要從寄主分離出這樣的微生物并在培養(yǎng)基中培養(yǎng)出來(lái)；■3、用這種微生物的純培養(yǎng)接種健康而敏感的寄主，同樣的疾病會(huì)重復(fù)發(fā)生；■

4、從試驗(yàn)發(fā)病的寄主中能再度分離培養(yǎng)出這

種微生物。■

1860年，英國(guó)外科醫(yī)生J.利斯特應(yīng)用藥物殺菌，并

創(chuàng)立了無(wú)菌的外科手術(shù)操作方法?！龆韲?guó)出生的法國(guó)微生物學(xué)家C.

H.維諾格拉茨基于1887

年發(fā)現(xiàn)硫細(xì)菌，1

8

9

0

年發(fā)現(xiàn)硝化細(xì)菌、鐵細(xì)菌

等化能自養(yǎng)菌，他論證了土壤中硫化作用和硝化作用的

微生物學(xué)過(guò)程以及這些細(xì)菌的化能營(yíng)養(yǎng)特性。他第一次

從土壤中分離出厭氧的自生固氮菌一巴氏德梭菌等，并

運(yùn)用無(wú)機(jī)培養(yǎng)基、選擇性培養(yǎng)基以及富集培養(yǎng)等原理和

方法，研究土壤細(xì)菌各個(gè)生理類群的生命活動(dòng)，揭示土

壤微生物參與土壤物質(zhì)轉(zhuǎn)化的各種作用，開(kāi)辟了研究微

生物生態(tài)和微生物在自然界物質(zhì)循環(huán)中作用等重要課題，

奠定了土壤微生物學(xué)的基礎(chǔ)。n

貝杰林克(Beijerinck),荷蘭微生物學(xué)家，1888年，

成功地從豆科根瘤中分離出根瘤菌，揭示了共生固氮現(xiàn)

象

等

；1891

年，又最早分離和發(fā)現(xiàn)了好氧的固氮細(xì)菌；

是土壤微生物學(xué)的奠基人之一，對(duì)普通微生物學(xué)的發(fā)展

也做出了突出貢獻(xiàn)。n

1892年，俄國(guó)植物生理學(xué)家A.M.伊萬(wàn)諾夫斯基發(fā)

現(xiàn)煙草花葉病原體是比細(xì)菌還小的、能通過(guò)細(xì)菌過(guò)濾器

的、光學(xué)顯微鏡不能窺測(cè)的生物，稱為過(guò)濾性病毒(煙

草花葉病毒),開(kāi)創(chuàng)了病毒學(xué)。n

1899年，奧梅梁斯基發(fā)現(xiàn)了分解纖維素的厭氧性細(xì)菌。1901年，著名細(xì)菌學(xué)家和動(dòng)物學(xué)家M.M.梅契尼科

夫發(fā)現(xiàn)白細(xì)胞吞噬細(xì)菌的作用，對(duì)免疫學(xué)的發(fā)展作出了

貢

獻(xiàn)

?！?/p>

1915～1917年，F(xiàn).W.

特沃特和F.H.de

埃雷爾觀察細(xì)菌菌落上出現(xiàn)噬菌斑以及培養(yǎng)液中的溶菌現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)了細(xì)菌病毒——噬菌體。病毒的發(fā)現(xiàn)使人們對(duì)生物

的概念從細(xì)胞形態(tài)擴(kuò)大到了非細(xì)胞形態(tài)?！鲈谶@一階段中，微生物操作技術(shù)和研究方法的創(chuàng)立是微生物學(xué)發(fā)展的特有標(biāo)志。2.4

發(fā)展期(

1897

-

1953年)生化水平研究階段.20世紀(jì)以來(lái)，生物化學(xué)和生物物理學(xué)向微生物學(xué)滲透，再加上電子顯微鏡的發(fā)明和同位素示蹤原子的應(yīng)用，推

動(dòng)了微生物學(xué)向生物化學(xué)階段的發(fā)展。1897

年德國(guó)學(xué)

者布赫納發(fā)現(xiàn)酵母菌的無(wú)細(xì)胞提取液能與酵母一樣具有

發(fā)酵糖液產(chǎn)生乙醇的作用，從而認(rèn)識(shí)了酵母菌酒精發(fā)酵

的酶促過(guò)程，將微生物生命活動(dòng)與酶化學(xué)結(jié)合起來(lái)，建

立了現(xiàn)代酶學(xué)，開(kāi)創(chuàng)了微生物生物化學(xué)研究的新時(shí)代。代表人物：.布赫納(Buchner)■

沒(méi)有酵母的酒精發(fā)酵

(Discovery

of

cell-free

fermentati■—德

國(guó)

E.Buchner.

1929年，英國(guó)細(xì)菌學(xué)家Fleming

發(fā)現(xiàn)了青霉菌產(chǎn)生抑菌物質(zhì)一青霉素，為疾病的化學(xué)治療開(kāi)辟了新的途徑。促使科學(xué)家們紛紛從微生物中尋找這

類抗生物質(zhì)。他在進(jìn)行葡萄球菌的培養(yǎng)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，污染有青

霉菌菌落的周圍完全不長(zhǎng)葡萄球菌，進(jìn)一步的研

究發(fā)現(xiàn)，這種抑菌物質(zhì)存在于青霉菌的發(fā)酵液中，

稱為青霉素?！?/p>

1944年，美國(guó)土壤微生物學(xué)家瓦克斯曼Waksman在他

多年研究土壤微生物所積累資料的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)了由鏈

霉菌產(chǎn)生的鏈霉素。此后陸續(xù)發(fā)現(xiàn)的新抗生素越來(lái)越多，相繼找到了氯霉素、地霉素、四環(huán)素、金霉素等數(shù)百種

抗生素，這些工作促使抗生素的研究從篩選到提純?nèi)嬲归_(kāi)，形成了一套完整的抗生素工業(yè)系統(tǒng)。■這些抗生素除醫(yī)用外，也應(yīng)用于防治動(dòng)植物的病害和食

品保藏。.G.

諾伊貝格等人對(duì)酵母菌生理的研究和對(duì)酒精發(fā)酵中間產(chǎn)物的分析·

A.J.

克勒伊沃對(duì)微生物代謝的研究以及他所開(kāi)拓的比較生物化學(xué)的研究方向。其他許多人以大腸桿菌為材料所進(jìn)行的一系列基本生理

和代謝途徑的研究。都闡明了生物體的代謝規(guī)律和控制其代謝的基本原理，

并且在控制微生物代謝的基礎(chǔ)上擴(kuò)大利用微生物，發(fā)展

酶學(xué)，推動(dòng)了生物化學(xué)的發(fā)展?！?

0

世紀(jì)30年代起，人們利用微生物進(jìn)行乙醇、丙酮、

丁醇、甘油、各種有機(jī)酸、氨基酸、蛋白質(zhì)、油脂等的

工業(yè)化生產(chǎn)。從1

9

世紀(jì)末到20

世紀(jì)40年代末，是微生物學(xué)發(fā)展迅速的時(shí)期，各學(xué)科相互滲透，形成了許多應(yīng)用微生物的

分支學(xué)科，如抗生素發(fā)酵、有機(jī)酸發(fā)酵、氨基酸發(fā)酵等。2.5成熟期(1953年-現(xiàn)在)分子生物學(xué)發(fā)展階段n從1953年4月25日Watson和Crick在英國(guó)的《自然》上發(fā)表DNA結(jié)構(gòu)的雙螺旋模型起(獲得了1962年諾貝爾獎(jiǎng)),整個(gè)生命科學(xué)就進(jìn)入了分子生物學(xué)研究的新階段。n特

點(diǎn)

：(1)微生物學(xué)迅速成長(zhǎng)為一門(mén)十分熱門(mén)的前沿基礎(chǔ)學(xué)科；(2)在基礎(chǔ)理論的研究方面，微生物迅速成為分子生物

學(xué)研究中的最主要的對(duì)象；(3)在應(yīng)用研究方面，向著更自覺(jué)、更有效和可人為控

制的方向發(fā)展，至70年代初，成為新興的生物工程中的主角

。n

微生物在生物工程中的應(yīng)用，微生物學(xué)發(fā)展史上的第三

個(gè)“淘金熱”。19

4

1

年

，G.W.比德?tīng)柡虴.L.

塔特姆用X射

線和紫外線照射粗糙脈孢菌(Neurosporacrassa),

使其產(chǎn)生變異，分離到幾個(gè)營(yíng)養(yǎng)

缺陷型突變株。他們對(duì)營(yíng)養(yǎng)缺陷型的研究不

僅可以進(jìn)一步了解基因的作用和本質(zhì)，而且

為分子遺傳學(xué)打下了基礎(chǔ)。194

4

年

，Avery在研究細(xì)菌的轉(zhuǎn)化因子時(shí)，發(fā)

現(xiàn)了DNA的作用，揭示了基因的化學(xué)本質(zhì)，

從而證實(shí)了遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)。1953

年

，Watson和Crick發(fā)表了DNA的雙螺

旋結(jié)構(gòu)，極大地促進(jìn)了分子遺傳學(xué)的發(fā)展。1961年，Jacob

和Monod提出了乳糖操縱

子學(xué)說(shuō)，證實(shí)大腸桿菌乳糖代謝的調(diào)節(jié)

是由一套調(diào)節(jié)基因控制的，建立了微生

物代謝調(diào)控的基礎(chǔ)。1965年，Nirenberg破譯了DNA堿基組成的

三聯(lián)體密碼，揭示了生物同一性的本質(zhì)。

此

后

，DNA

序列分析、DNA

復(fù)制機(jī)制、DNA

分子雜交、蛋白質(zhì)生物合成等方面

的研究以驚人的速度發(fā)展。1973年，Cohen

等首次將兩個(gè)不同質(zhì)粒的DNA

進(jìn)行體外重

組，轉(zhuǎn)化大腸桿菌成功，奠定了遺傳工程的基礎(chǔ)。此后

遺傳工程的研究取得多方面的成就。1979年，將人的胰島素A

、B鏈基因轉(zhuǎn)入大腸桿菌，并獲

得了表達(dá)。高等真核生物的基因在原核生物中的成功表

達(dá)，使得利用轉(zhuǎn)基因微生物(基因工程菌)生產(chǎn)多肽藥

物(基因工程藥物)成為可能。此外，微生物基因工程

方法應(yīng)用于動(dòng)植物，構(gòu)建轉(zhuǎn)基因動(dòng)物和轉(zhuǎn)基因植物，使

生物技術(shù)得到全面發(fā)展。20世紀(jì)80年代后期，微生物學(xué)在分子水平上的研究得到全

面快速發(fā)展，在短期內(nèi)取得了多方面的突破性進(jìn)展，形

成了分子微生物學(xué)。即利用分子生物學(xué)的技術(shù)方法研究

微生物形態(tài)、生理、遺傳、生態(tài)、分類等基本生物學(xué)規(guī)

律。1995年，美國(guó)首先測(cè)定了流感嗜血桿菌(Haemophilus

influenzae)的全基因組序列。從此，微生物基因組(genome)的研

究范圍不斷擴(kuò)大，目前，已經(jīng)完成了100

多種微生物的基因組全序列的測(cè)定，他

們分屬于Woese

系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)中的細(xì)菌、古

菌和真核微生物，如大腸桿菌、枯草芽

孢桿菌、酵母菌和詹氏甲烷球菌等。★微生物基因組測(cè)序?yàn)樯茖W(xué)開(kāi)辟了新的研

究領(lǐng)域，如生物信息學(xué)、比較基因組學(xué)、功

能基因組學(xué)等?！?/p>

微生物基因組測(cè)序?yàn)槲⑸飳W(xué)、醫(yī)學(xué)和免疫

學(xué)等提供了新的思路和方法?！镂⑸锘蚪M測(cè)序?qū)τ诤蠡蚪M時(shí)代，研究

基因與功能之間的相互關(guān)系將起著重大作用?！镂⑸镒鳛槔硐氲哪Ｊ缴铮浠蚪M測(cè)序

技術(shù)和方法對(duì)于高等生物的基因組測(cè)序具有

重要的指導(dǎo)和借鑒意義。1994年，提出了蛋白質(zhì)組(Proteome)的概念，

20世紀(jì)末以來(lái)，蛋白質(zhì)組研究技術(shù)和方法逐

漸成熟和完善，微生物蛋白質(zhì)組研究全面展開(kāi)，建立了蛋白質(zhì)組學(xué)(Proteomics).20世紀(jì)末，從轉(zhuǎn)錄組(transcriptome)水平

上的研究工作也開(kāi)始起步，并取得了可喜的

進(jìn)展3.微生物發(fā)酵工程的發(fā)展■

3

.

1天然發(fā)酵階段手工操作

常被雜菌污染

產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定■

3

.

2純培養(yǎng)技術(shù)的建立□1857巴斯德證明發(fā)酵是由于微生物的作用，葡萄酒酸敗是由于

醋酸菌污染造成二次發(fā)酵引起■

1881年柯赫固體培養(yǎng)基

微生物純培養(yǎng)技術(shù)■通過(guò)上述原理應(yīng)用，發(fā)酵管理技術(shù)得到巨大改進(jìn)，酒類、醬油變

質(zhì)現(xiàn)象大大減少■采用滅菌操作，發(fā)明了密閉式發(fā)酵罐■

發(fā)酵產(chǎn)品較多，發(fā)酵工業(yè)逐漸加入到近代化學(xué)工業(yè)行列一發(fā)酵史上第一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)■

3.3深層培養(yǎng)(通氣攪拌)技術(shù)的建立20世紀(jì)40年代初，隨著青霉素的發(fā)現(xiàn)，抗生素發(fā)酵工業(yè)逐漸興起。由于青霉素產(chǎn)生菌是需氧型的，微生物學(xué)家在厭氧發(fā)酵技術(shù)的基礎(chǔ)上，成功地引進(jìn)了化學(xué)工業(yè)的通氣攪拌和一整套無(wú)菌技術(shù)，建立了通氣攪拌液體深層發(fā)酵技術(shù)。它大大促進(jìn)了發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展，是現(xiàn)代微生物發(fā)酵工程的主要生產(chǎn)方式。發(fā)酵史上第二個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)啤酒發(fā)酵設(shè)備發(fā)酵車間的幾層樓高的大型發(fā)酵罐的頂部照片(萃取、蒸餾等)代謝產(chǎn)物的分離副產(chǎn)品或廢物處理細(xì)胞的加工(離子交換、層析、結(jié)

晶、干燥等)代謝產(chǎn)物的分純或加工產(chǎn)

品產(chǎn)

品菌

種活

化

(

斜

面

)擴(kuò)大培養(yǎng)

)進(jìn)一步擴(kuò)大培養(yǎng)

接

種茄子瓶(搖瓶或(粗選、除雜、粉碎、分析或水解、

加工等)(添加水、無(wú)機(jī)鹽、其他營(yíng)養(yǎng)物，

調(diào)碳氮比、pH等

)(測(cè)量和控制發(fā)酵溫度、pH、溶解氧等)發(fā)

酵

原

料預(yù)

處

理發(fā)酵培養(yǎng)基的配制滅

菌大型發(fā)酵代謝產(chǎn)物和細(xì)胞的分離(過(guò)濾、離心、沉淀等)圖15

-

1

微生物工業(yè)發(fā)酵的基本過(guò)程■3.4代謝控制發(fā)酵技術(shù)的建立■1957年，日本用微生物生產(chǎn)谷氨酸成功，如今20種氨基酸都

可以用發(fā)酵法生產(chǎn)。氨基酸發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展，是建立在代謝控制

發(fā)酵新技術(shù)的基礎(chǔ)上的?？茖W(xué)家在深入研究微生物代謝途徑的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)微生物進(jìn)行

人工誘變，先得到適合于生產(chǎn)某種產(chǎn)品的突變類型，再在人工控

制的條件下培養(yǎng)，就能選擇性地大量生產(chǎn)人們所需要的中間代謝

產(chǎn)物如各種氨基酸和抗生素，開(kāi)始了新型的代謝控制發(fā)酵技術(shù)。發(fā)酵史上第三個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)■3

.

5發(fā)酵原料的轉(zhuǎn)變?cè)?糖、淀粉)

→

醋酸、甲烷、氫氣、廢渣、廢水、纖維素■發(fā)酵史上第四個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)■3.6

基因工程引入發(fā)酵■20世紀(jì)80年代以后

體外DNA重組技術(shù)工程菌■工程菌產(chǎn)品：胰島素、干擾素、凝血因子、SOD等■菌種選育，可提高產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量，降低成本■發(fā)酵史上第五個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)涉及工業(yè)范圍：■釀酒工業(yè)、食品工業(yè)、有機(jī)溶劑、抗生素、有機(jī)酸、酶制劑、氨基酸工業(yè)、核苷酸類、

維生素、生理活性物質(zhì)(激素、赤霉素)、

環(huán)境凈化工業(yè)、生物能源、微生物冶金。現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)的特點(diǎn)：■①生產(chǎn)初級(jí)代謝產(chǎn)物

→

次級(jí)代謝產(chǎn)物；■

十自然發(fā)酵

→代謝調(diào)控發(fā)酵■②發(fā)酵生產(chǎn)合成簡(jiǎn)單產(chǎn)物

→發(fā)酵與化學(xué)合

成聯(lián)合生產(chǎn)復(fù)雜的產(chǎn)物(抗生素)■③作坊或小型化

→大型化、連續(xù)化、自動(dòng)

化■④自然菌株

→誘變菌株

→

工程菌株，產(chǎn)品

更為多樣二

微生物對(duì)生物基礎(chǔ)理論的貢獻(xiàn)微生物特點(diǎn)：個(gè)體小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)、胃口大、食譜廣、繁殖快、易培養(yǎng)、

數(shù)量大、分布廣、種類多、級(jí)界寬、變異易、

抗性強(qiáng)、

休眠長(zhǎng)、起源早、發(fā)現(xiàn)晚?！龇敝持芷诙?、培養(yǎng)條件簡(jiǎn)單、表型性狀豐富、多數(shù)是單

倍體等特別適合作遺傳學(xué)研究對(duì)象?！鲐暙I(xiàn)

：①否定生命的自然發(fā)生說(shuō)，提出胚種學(xué)說(shuō)；

■②證明遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)是核酸；■③揭示遺傳密碼，提出操縱子學(xué)說(shuō)；■④提出真核細(xì)胞內(nèi)共生學(xué)說(shuō)；■⑤開(kāi)創(chuàng)了基因工程，建立了PCR

技術(shù)；⑥創(chuàng)建了生物三域?qū)W說(shuō)理論；■

⑦建立了一套獨(dú)特的研究方法和技術(shù)。三現(xiàn)代微生物技術(shù)的發(fā)展■1.基因工程■現(xiàn)代生物技術(shù)(生物工程)是指對(duì)生物有機(jī)體在分子、細(xì)

胞或個(gè)體水平上通過(guò)一定的技術(shù)手段進(jìn)行設(shè)計(jì)操作，以

改良物種質(zhì)量和生物大分子特性或生產(chǎn)特殊用途的生物

大分子物質(zhì)等。包括基因工程、細(xì)胞工程、酶工程、發(fā)

酵工程，其中基因工程為核心技術(shù)?！錾锛夹g(shù)的發(fā)展可以劃分為三個(gè)不同的階段：傳統(tǒng)生物

技術(shù)、近代生物技術(shù)、現(xiàn)代生物技術(shù)。傳統(tǒng)生物技術(shù)的

技術(shù)特征是釀造技術(shù)，近代生物技術(shù)的技術(shù)特征是微生

物發(fā)酵技術(shù)，現(xiàn)代生物技術(shù)的技術(shù)特征就是以基因工程

為首要標(biāo)志。■基因工程或重組DNA

技術(shù)是指對(duì)遺傳信息的分子操作

和施工，即把分離到的或合成的基因經(jīng)過(guò)改造，插入載

體中，導(dǎo)入宿主細(xì)胞內(nèi)，使其擴(kuò)增和表達(dá)，從而獲得大

量基因產(chǎn)物，或者令生物表現(xiàn)出新的性狀?！龌蚬こ痰某霈F(xiàn)是2

0

世紀(jì)生物科學(xué)具有劃時(shí)代意義的

巨大事件，它使得生物科學(xué)獲得迅猛發(fā)展，并帶動(dòng)了生

物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的興起?！?/p>

它的出現(xiàn)標(biāo)志著人類已經(jīng)能夠按照自己意愿進(jìn)行各種基因操作，大規(guī)模生產(chǎn)基因產(chǎn)物，并且去設(shè)計(jì)和創(chuàng)建新的

基因、新的蛋白質(zhì)和新的生物物種，這也是當(dāng)今新技術(shù)

革命的重要組成部分。微生物和微生物學(xué)在基因工程的產(chǎn)生和發(fā)展中占據(jù)了十分重要的地位，可以說(shuō)一切基因工程操作都離不開(kāi)微生物：①基因工程所用克隆載體主要是用病毒、噬菌體和

質(zhì)粒改造而成；②基因工程所用千余種工具酶絕大多數(shù)是從微生物中分離純化得到的；③微生物細(xì)胞是基因克隆的宿主，即使植物基因工

程和動(dòng)物基因工程也要先構(gòu)建穿梭載體，使外源

基因或重組體DNA

在大腸桿菌中得到克隆并進(jìn)行

拼接和改造，才能再轉(zhuǎn)移到植物和動(dòng)物細(xì)胞中；④為大規(guī)模表達(dá)各種基因產(chǎn)物，從事商品化生產(chǎn)，

通常都是將外源基因表達(dá)載體導(dǎo)入大腸桿菌或是

酵母菌中以構(gòu)建成工程菌，利用工廠發(fā)酵來(lái)實(shí)現(xiàn)

的；⑤微生物的多樣性，尤其是抗高溫、高鹽、高堿、

低溫等基因，為基因工程提供了極其豐富而獨(dú)特

的基因資源；⑥有關(guān)基因結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和表達(dá)調(diào)控的理論主要也是

來(lái)自對(duì)微生物的研究中取得的，或者是將動(dòng)、植

物基因轉(zhuǎn)移到微生物中后進(jìn)行研究而取得的。因此微生物學(xué)不僅為基因工程提供了操作技術(shù)，

同時(shí)也提供了理論指導(dǎo)?！龌蚬こ痰膽?yīng)用范圍十分廣泛，在醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、食品、

化工、環(huán)保、采礦、冶煉、材料、能源等眾多領(lǐng)域都有

誘人的開(kāi)發(fā)前景?！銎渲嗅t(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域是以基因工程為首要標(biāo)志的現(xiàn)代生物

技術(shù)最先登上的舞臺(tái)，也是目前應(yīng)用最廣泛、成效最顯

著、發(fā)展最迅速、潛力也最大的一個(gè)領(lǐng)域?！霈F(xiàn)代生物技術(shù)在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用主要是解決了過(guò)去

用常規(guī)方法不能生產(chǎn)或者生產(chǎn)成本特別昂貴的藥品的生

產(chǎn)技術(shù)問(wèn)題，開(kāi)發(fā)出了一大批新的特效藥物，這些藥品

可以分別用以防治諸如腫瘤、心腦肺血管、遺傳性、免

疫性、內(nèi)分泌等嚴(yán)重威脅人類健康的疑難病癥，而且在

避免毒副作用方面明顯優(yōu)于傳統(tǒng)藥品?；蚬こ趟幬锇ㄒ恍┰谏矬w內(nèi)含量甚微但卻具有重要生理功能的蛋白質(zhì)，如激

素、酶和抑制劑、細(xì)胞因子、抗原和抗體、

反義核酸和疫苗、DNA

重組疫苗等■此外，還可利用重組DNA技術(shù)改造蛋白質(zhì)，

設(shè)計(jì)和生產(chǎn)出自然界不存在的新型蛋白質(zhì)

藥

物

?！霰?列出一些具有重要臨床應(yīng)用價(jià)值的重組

蛋白質(zhì)藥物。酶與

(urokinase)a-1-

抗胰蛋白酶

(a-1-antitrypsin)溶菌酶(lysozyme)血液蛋白促紅細(xì)胞生成素(erythropoietin)凝血因子組織纖溶酶原激活劑(tissue

plasminogen

activator)

人類激素表皮生長(zhǎng)因子(epidermal

growthfactor)促濾泡素(folliclestimulating

hormone)人生長(zhǎng)激素

(humangrowthhormone)免疫

(interferon)白細(xì)胞介素

(interleukin)集落刺激因子(colony

stimulating

factor)腫瘤壞死因子(tumornecrosisfactor)

疫苗乙肝

(

hepatitis

B)狂犬病(rabies)治療貧血促進(jìn)血凝溶栓劑促進(jìn)傷口愈合治療生殖失調(diào)促進(jìn)生長(zhǎng)治療糖尿病助產(chǎn)劑抗病毒、抗腫瘤激活、刺激各類白細(xì)胞

治療感染和腫瘤抗腫瘤預(yù)防乙型肝炎預(yù)防麻疹預(yù)防狂犬病蛋

白

名

稱

用途溶栓劑治療肺氣腫抗炎癥表1

利用基因工程生產(chǎn)的人類蛋白質(zhì)藥物胰島素

(insulin)松弛素(relaxin)麻疹(measles)■胰島素是在胰臟的胰島中產(chǎn)生的一種小分子蛋白質(zhì)，它

能提高組織攝取葡萄糖的能力，具有降低血糖的作用，

可用于治療人的糖尿病■胰島素最早是從新鮮豬或牛胰臟組織中提取得到■目前世界上糖尿病患者有6000

萬(wàn)人，每人每年約需1

克胰島素，這樣總計(jì)需從4

5

億公斤新鮮胰臟中提取，

這實(shí)際上辦不到■利用基因工程的"工程菌"生產(chǎn)1

克胰島素，只需20升

發(fā)酵液，它的價(jià)值不能用金錢來(lái)計(jì)算■已能在細(xì)菌中克隆人胰島素基因并用于大規(guī)模生產(chǎn)■

重組胰島素(recombinantinsulin)是作為商品于

1982

年最早投放市場(chǎng)的基因工程藥物■基因工程已成功開(kāi)發(fā)出一系列重組疫苗(recombinant

vaccines),這

是一

類更有效更

安全的新型疫苗。所謂重組疫苗是指利用重組DNA

技術(shù)，克隆并表達(dá)抗原基因的編碼序列，并將表達(dá)產(chǎn)物用

作疫苗?！龅谝粋€(gè)被批準(zhǔn)在人類中使用的重組疫苗是用酵母生產(chǎn)的乙肝表面抗原(

HBsAg),它是由乙肝病毒表面蛋白

抗原基因在酵母細(xì)胞中克隆和表達(dá)得到的HBsAg,實(shí)

際上是中空的病毒顆粒(只含表面抗原蛋白和磷脂),

經(jīng)純化后可作為乙型肝炎疫苗?！龀媒湍竿猓ハx(chóng)細(xì)胞、哺乳動(dòng)物細(xì)胞也被作為宿主，

甚至植物也能產(chǎn)生重組疫苗?，F(xiàn)在世界上許多實(shí)驗(yàn)室正在試驗(yàn)制備HIV

的重組疫苗?！鲋亟M疫苗是目前最普遍使用的基因工程藥物。2.生產(chǎn)菌種的選育■誘變育種■細(xì)胞融合技術(shù)(異種、異屬間)■雜交育種■

3.

微生物培養(yǎng)技術(shù)■分批培養(yǎng)■連續(xù)培養(yǎng)■固定化培養(yǎng)■透析培養(yǎng)(可減少產(chǎn)物對(duì)微生物造成的毒

害

)4.微生物藥物■抗生素、抗腫瘤、免疫調(diào)節(jié)劑、抗氧化劑、抗輻射、酶抑制劑、

蛋白分解酶抑制劑(消炎、肌肉痿縮)、氨肽酶抑制劑(抑制腫

瘤的轉(zhuǎn)移)■在最近20

多年的微生物藥物研究開(kāi)發(fā)過(guò)程中，最令人興奮的成果之一是從微生物次級(jí)代謝產(chǎn)物中發(fā)現(xiàn)抑制膽固醇合成過(guò)程的限

速步驟，即HMG-CoA

還原酶抑制劑洛伐他汀和普伐他汀，普

(洛、辛)伐他汀是膽固醇合成中限速酶(

HMG—CoA

還原酶)

的抑制劑，能使VLDL

(

極低密度脂蛋白)和LDLC(

低密度脂蛋白)降低，尤其是總膽固醇降低明顯，且副作用小。■隨后通過(guò)藥物化學(xué)家的共同努力，很快應(yīng)用化學(xué)合成的方法獲得

了阿托伐他汀、氟伐他汀和得伐他汀等一系列他汀類降血脂藥物。

由于這類藥物的作用機(jī)制新穎和獨(dú)特，取得了十分顯著的臨床治療的效果。日本“生命科學(xué)與工業(yè)”雜志曾引述醫(yī)藥界權(quán)威的評(píng)

價(jià)：認(rèn)為這種新穎藥物對(duì)治療高血脂癥是一場(chǎng)革命，其深遠(yuǎn)影響就如青霉素治療感染疾病一樣。■另一個(gè)突出的例子環(huán)孢菌素A,首先是作為抗真菌藥物

被發(fā)現(xiàn)的，但其作為免疫抑制劑用于臨床抗器官移植排

斥反應(yīng)，取得了驚人的效果，是臨床免疫抑制療法的一

場(chǎng)革命?！?/p>

環(huán)孢菌素A(cyclosporinA,CyA)

,

從半知菌Tolypocladium

inflatum的培養(yǎng)液中分離純化而

得到，它是由11個(gè)氨基酸組成的環(huán)肽，分子量1202,CyA

針對(duì)抗器官移植的T

細(xì)胞，阻斷其活力，但它不作用B

細(xì)胞，即不抑制機(jī)體抗感染的能力，極大地提高了

器官移植的成功率，是一種高效、低毒較理想的抗排異藥物，在臨床應(yīng)用上效果很好。目前，從發(fā)表的文獻(xiàn)資料來(lái)看，從微生物

代謝產(chǎn)物中篩選各種生物活性物質(zhì)，除了抗耐藥菌抗生素、酶抑制劑和免疫調(diào)節(jié)劑

等幾個(gè)領(lǐng)域外，在受體拮抗劑、抗氧化劑、

細(xì)胞因子誘導(dǎo)劑等多個(gè)領(lǐng)域，都發(fā)現(xiàn)了很

多具有藥物開(kāi)發(fā)價(jià)值的候選化合物?？梢?/p>

毫不夸張地說(shuō)，在微生物的代謝產(chǎn)物中，

存在著各種人們目前還無(wú)法想象的極好藥

物，它有待于我們?nèi)フJ(rèn)識(shí)和開(kāi)發(fā)?！?/p>

5.微生物農(nóng)藥、肥料和飼料5.1微生物農(nóng)藥■化學(xué)農(nóng)藥：環(huán)境污染，生態(tài)破壞，抗藥性大增，人畜中毒■生陽(yáng)物極農(nóng)藥：1992

年世界環(huán)境與發(fā)展大會(huì)的決議指出：要在全球范圍內(nèi)控制化學(xué)農(nóng)藥的銷售和使用，到2000年生物農(nóng)藥的產(chǎn)量將占農(nóng)藥總量的60%。微生物農(nóng)藥：在生物農(nóng)藥中占有重要地位，它是利用微生物本身或其代謝產(chǎn)物防治病、蟲(chóng)、雜草的制劑?！鲆焉唐坊奈⑸镛r(nóng)藥主要包括抗生素(防治病、蟲(chóng)、雜草)、

細(xì)菌殺蟲(chóng)劑

(蘇云金芽孢桿菌殺蟲(chóng)劑，簡(jiǎn)

稱Bt殺

蟲(chóng)劑，使用最

多最廣泛)、

真菌殺蟲(chóng)劑

(典型代表是白僵菌殺蟲(chóng)劑，白僵菌是

一

種廣譜性寄生真菌，廣泛地使昆蟲(chóng)致病)、病毒殺蟲(chóng)劑(許

多病毒能使害蟲(chóng)致病死亡，并且對(duì)人、畜和作物安全，殺蟲(chóng)作用

具有流行性和可持續(xù)性)、細(xì)菌與病毒

混合殺蟲(chóng)劑和微生物除

草劑

(雜草的病原體，我國(guó)”魯保一號(hào)”是利用專性寄生于菟絲

子的半知菌類黑盤(pán)孢目盤(pán)長(zhǎng)孢屬的真菌制成)等?！?.2微生物肥料和飼料■微生物肥料是根據(jù)微生物在自然界物質(zhì)循環(huán)中分解和合

成作用，所產(chǎn)生的促進(jìn)植物生長(zhǎng)和減少植物危害的作用，

精心選育菌種，生產(chǎn)而成的生物肥料?！?/p>

還有將固氮、解磷、轉(zhuǎn)化礦物、抗病害的微生物混合培

養(yǎng)制成的復(fù)合微生物肥料?！鍪褂梦⑸锓柿?，可以緩解長(zhǎng)期大量施用化肥帶來(lái)的破

壞土壤結(jié)構(gòu)、污染環(huán)境等嚴(yán)重問(wèn)題，而且生產(chǎn)工藝似微

生物農(nóng)藥，安全、簡(jiǎn)便、成本低、原料可因地制宜、來(lái)

源容易。■目前工業(yè)生產(chǎn)的一些微生物肥料如表

2表

2

一

些

微

生

物

肥

料

實(shí)

例肥料類別菌種主要作用主要用途固氮菌肥料固氮菌屬(Azotobacter)固氮梭菌屬(Closteridium)魚(yú)腥藻屬(Anabaesna)等的菌種固氮谷物、棉花、蔬菜的氮

肥，增加土壤中氮素含量根瘤菌肥料根瘤菌屬(Rhizobium)弗蘭克氏菌屬(Frankia)等的菌種固氮豆科和木本非豆科植物共生固氮，增加土壤中

氮素含量磷細(xì)菌肥料解磷的巨大芽孢桿菌(B.megaterium)將土壤中不溶磷轉(zhuǎn)

化為可溶磷各種農(nóng)作物磷肥氧化硫硫桿菌(Thiobacillus

thiooxidans)鉀細(xì)菌制劑膠凍樣芽孢桿菌(B.mucilaginosus)分解長(zhǎng)石

硅酸鹽類

有效鉀和云母礦物產(chǎn)等生各類農(nóng)作物鉀肥"5406"抗生菌肥細(xì)黃鏈霉菌(S.microflavus)產(chǎn)生抗生素抗病驅(qū)

蟲(chóng)，分泌刺激素，

促進(jìn)植物生長(zhǎng)，轉(zhuǎn)

化礦物質(zhì)促進(jìn)各種作物生長(zhǎng)、

抗病驅(qū)蟲(chóng)■微生物飼料包括青貯飼料、發(fā)酵飼料、單細(xì)胞蛋

白(