現(xiàn)代微生物學與實驗技術 第一章 緒論

現(xiàn)代微生物學與實驗技術參考資料：沈萍主編微生物學金志華等編著工業(yè)微生物遺傳育種學原理與應用羅大珍等主編現(xiàn)代微生物發(fā)酵及技術教程杜連祥等主編微生物學實驗技術諸葛健編著工業(yè)微生物資源開發(fā)應用與保護姚汝華主編微生物工程工藝原理微生物學報、生物工程進展、生物技術、微生物通報等期刊第一章緒論一微生物學的發(fā)展1.微生物科學1.1研究對象及分類地位

微生物學：研究微生物在一定條件下的形態(tài)結構、生理生化、遺傳變異以及微生物的進化、分類、生態(tài)等生命活動規(guī)律及其應用的一門學科。分類

1753年二界系統(tǒng)（植物界、動物界）瑞典博物學家林奈《植物種志》1866年三界系統(tǒng)（植物界、動物界、原生生物界）海格爾1938年（1956更成熟）四界系統(tǒng)（植物界、動物界、原始生物界、菌界）柯普蘭1969年五界系統(tǒng)（植物界、動物界、原生生物界、真菌界、原核生物界）魏塔克根據(jù)生物獲得營養(yǎng)的方式不同，把真菌提升為界1977年六界系統(tǒng)（動物、植物、原生生物、真菌、原核生物、病毒）王大耜等70年代三域學說（分子尺：16SrRNA）古生菌域（產(chǎn)甲烷菌、極端嗜鹽菌、嗜熱嗜酸菌等）真細菌域（藍細菌、除古生菌外細菌）真核生物域（動物、植物、真菌、原生生物）

20世紀70年代以前，生物類群間的親緣關系主要是根據(jù)形態(tài)結構、生理生化、行為習性等表型特征以及少量的化石資料來判斷它們之間的親緣關系。要使分類系統(tǒng)真正成為總結生物進化歷史的生物系譜，需要系統(tǒng)的古生物資料來闡明各類生物之間的共祖、分支和年代關系。因此，在缺乏化石資料的情況下，最為艱難的任務是如何確定類群之間的進化關系，用什么特征作為劃分類群的主要特征。根據(jù)形態(tài)學特征推斷生物之間的親緣關系存在兩個突出問題：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行比較；二是形態(tài)特征在不同類群中進化速度差異很大，僅根據(jù)形態(tài)推斷進化關系往往不準確。

因此，70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構特征，特別是蛋白質、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化關系的主要指征。大量研究表明：蛋白質、RNA和DNA序列進化變化的顯著特點是進化速率相對恒定。因此，這些生物大分子被看作是分子計時器或進化鐘，它們真實地記錄了各種生物的進化過程。我們可以通過比較不同類群的生物大分子序列的改變量來確定它們彼此系統(tǒng)發(fā)育相關性或進化距離。在兩群生物中，如果同一種分子的序列差異很大時，表示它們進化距離遠，這兩群生物在進化過程中很早就分支了；如果兩群生物同一來源的大分子的序列相同，說明它們處在同一進化水平上。

挑選恰當?shù)拇蠓肿討⒁庖韵聨c：(1)它必須普遍存在于所研究的各個生物類群中。(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格線性排列，以便進行進一步的分析比較。(4)還應注意根據(jù)所比較的各類生物之間的進化距離來選擇適當?shù)姆肿有蛄小．斘覀儽容^親緣關系遠的生物類群時，必須選擇變化速率低的分子序列,因為序列變化速率高的分子，在其進化過程中共同的序列已經(jīng)喪失。16SrRNA被普遍公認為是一把好的譜系分析的“分子尺”，這是因為：(1)rRNA參與生物蛋白質的合成過程，其功能是任何生物都必不可少的，而且在生物進化的漫長歷程中，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，因而它適用于進化距離不同的各類生物親緣關系的研究；(3)16SrRNA分子量大小適中，便于序列分析。5SrRNA信息量小，應用上受很大限制；23SrRNA分子量大，序列測定和分析比較工作量大，使用時難度較大；(4)16SrRNA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)，因此它可以作為測量各類生物進化的工具——這一點極為重要。

1981年美國學者伍斯等根據(jù)某些代表生物16SrRNA(或18SrRNA)序列比較，首次提出了一個函蓋整個生命界的系統(tǒng)樹，而后又進行了多次修改和補充。圖為近年提出的一個全生命系統(tǒng)樹

：伍斯提出將生物分成為三界(Kingdom)(后來后改稱三個域Domain)：古細菌(archaebacteria)、真細菌(Eubacteria)和真核生物(Eukaryotes)。1990年，他為了避免把古細菌也看作是細菌的一類，他又把三界(域)改稱為：Bacteria(細菌)、Archaea(古生菌)和Eukarya(真核生物)。伍斯三界理論提出后，國際上對生物的系統(tǒng)發(fā)育進行了更廣泛的研究，除了繼續(xù)對rRNA序列進行比較外，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果也在一定程度上支持了三界生物的劃分。據(jù)報導，古生菌--詹氏甲烷球菌(Methanococcusjannaschii)的全基因組序列測定結果及其通過計算機軟件與少數(shù)真細菌和真核生物全基因組序列所進行的初步比較，其結果雖未顯示出古生菌與真核生物較真細菌親緣關系更近的結論，但也初步證實了它是獨立于其他兩域生物的第三生命形式。古生菌作為當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。

三界學說的建立和發(fā)展，其主要意義并不在于目前研究所取得的某些結論，更重要的是它為進一步探討生命起源和進化，進一步認識、研究和開發(fā)微生物資源提出了新的思路，它所提出的研究生物進化的技術方法使我們看到了揭開生命起源和進化之謎的曙光。當然，隨著研究的進一步深入，其學說也必然面臨新的挑戰(zhàn)建立16SrRNA系統(tǒng)發(fā)育樹的意義1）使生物進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)育關系的方法；

3）對探索生命起源及原始生命的發(fā)育進程提供了線索和理論依據(jù)；

4）突破了細菌分類僅靠形態(tài)學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)直接對生態(tài)環(huán)境中的微生物進行研究。

1.2微生物學的分支學科研究對象、種類：細菌學、真菌學、病毒學、原核生物學、自養(yǎng)菌生物學等分科、內容：微生物生理學、遺傳學、生態(tài)學、分子微生物學等生態(tài)環(huán)境：土壤微生物學、海洋微生物學、微生態(tài)學、環(huán)境微生物學等實驗方法：實驗微生物學、微生物研究方法學科交叉、融合：化學微生物學、分析微生物學、微生物生物工程學、微生物化學分類學、微生物數(shù)值分類學、微生物地球化學、微生物信息學等應用：工業(yè)微生物學、農(nóng)業(yè)微生物學、醫(yī)學微生物學、環(huán)境微生物學、食品微生物學、分子微生物學等2.微生物學的發(fā)展史2.1史前期（8000年前－1676年）感性認識階段自古以來，人類在日常生活和生產(chǎn)實踐中，已經(jīng)覺察到微生物的生命活動及其所發(fā)生的作用。中國利用微生物進行釀酒的歷史，可以追溯到4000多年前的龍山文化時期。殷商時代的甲骨文中刻有“酒”字。北魏賈思勰的《齊民要術》（533～544）中，列有谷物制曲、釀酒、制醬、造醋和腌菜等方法。在古希臘留下來的石刻上，記有釀酒的操作過程。中國在春秋戰(zhàn)國時期，就已經(jīng)利用微生物分解有機物質的作用，進行漚糞積肥。公元1世紀的《氾勝之書》提出要以熟糞肥田以及瓜與小豆間作的制度。2世紀的《神醫(yī)本草經(jīng)》中，有白僵蠶治病的記載。6世紀的《左傳》中，有用麥曲治腹瀉病的記載。在10世紀的《醫(yī)宗金鑒》中，有關于種痘方法的記載。1796年，英國人E．琴納發(fā)明了牛痘苗，為免疫學的發(fā)展奠定了基礎

2.2初創(chuàng)期（1676－1861年）形態(tài)學發(fā)展階段17世紀，荷蘭人列文虎克用自制的簡單顯微鏡（可放大160～260倍）觀察牙垢、雨水、井水和植物浸液后，發(fā)現(xiàn)其中有許多運動著的“微小動物”，并用文字和圖畫科學地記載了人類最早看見的“微小動物”——細菌的不同形態(tài)（球狀、桿狀和螺旋狀等）。過了不久，意大利植物學家P．A米凱利也用簡單的顯微鏡觀察了真菌的形態(tài)。1838年，德國動物學家C．G．埃倫貝格在《纖毛蟲是真正的有機體》一書中，把纖毛蟲綱分為22科，其中包括3個細菌的科（他將細菌看作動物），并且創(chuàng)用bacteria（細菌）一詞。1854年，德國植物學家F．J．科思發(fā)現(xiàn)桿狀細菌的芽孢，他將細菌歸屬于植物界，確定了此后百年間細菌的分類地位。

2.3奠基期（1861－1897年）生理學發(fā)展階段微生物學的研究從19世紀60年代開始進入生理學階段。法國科學家L．巴斯德對微生物生理學的研究為現(xiàn)代微生物學奠定了基礎。他論證酒和醋的釀造以及一些物質的腐敗都是由一定種類的微生物引起的發(fā)酵過程，并不是發(fā)酵或腐敗產(chǎn)生微生物；他認為發(fā)酵是微生物在沒有空氣的環(huán)境中的呼吸作用，而酒的變質則是有害微生物生長的結果；他進一步證明不同微生物種類各有獨特的代謝機能，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的加熱滅菌法，后來被人稱為巴斯德滅菌法，使用這一方法可使新生產(chǎn)的葡萄酒和啤酒長期保存?？坪諏π屡d的醫(yī)學微生物學作出了巨大貢獻。科赫首先論證炭疽桿菌是炭疽病的病原菌，接著又發(fā)現(xiàn)結核病和霍亂的病原細菌，并提倡采用消毒和殺菌方法防止這些疾病的傳播；他的學生們也陸續(xù)發(fā)現(xiàn)白喉、肺炎、破傷風、鼠疫等的病原細菌，導致了當時和以后數(shù)十年間人們對細菌給予高度的重視；他首創(chuàng)細菌的染色方法，采用了以瓊脂作凝固培養(yǎng)基培養(yǎng)細菌和分離單菌落而獲得純培養(yǎng)的操作過程；他規(guī)定了鑒定病原細菌的方法和步驟，提出著名的科赫法則。

代表人物：A

巴斯德（1822－1895年）法國人

—微生物學奠基人，“微生物學之父”貢獻生物學基礎理論：徹底否定“自然發(fā)生說”，提出生源說引進“好氧”和“厭氧”兩個術語工業(yè)：①證實發(fā)酵是由微生物引起的②提出巴氏消毒法（60℃，30min）農(nóng)業(yè)：①家蠶軟化病的防治②建立了免疫學預防接種（雞霍亂疫苗；牛羊炭疽菌疫苗）法國人瞇巴斯德百（Loui工sPa錯steu務r）（1822～189怖5）巴斯德乞逝世百掛年紀念塔郵票代表人物碗：B柯赫（1843－191嘗0年）德目國人—細菌學的棒奠基人貢獻①建立了嚴研究微生統(tǒng)物的一系產(chǎn)列重要方爐法，如，遇發(fā)明了固戰(zhàn)體培養(yǎng)基愉、微生物拌的純種分嗽離、顯微多染色技術綢、顯微攝護影技術等滲；②利用插平板分微離方法逃尋找并飄分離到慎許多病庭原菌，晴如炭疽儲病菌（187化7）、結核饑桿菌（1882）、鏈雪球菌（1882）、霍釋亂弧菌饒（1883）等；③提出黃了柯赫登法則(188租4)。1905年，德國搞人科赫獲猾得了諾貝攝爾醫(yī)學和證生理學獎鞏，主要是途為了表彰歷他在肺結俘核研究方鉗面的貢獻的?？坪辗ㄟb則（Koc搶h’s眼po糖stu要lat趣es）1、在每一拉相同病例盜中都出現(xiàn)貼這種微生六物；2、要從翠寄主分惑離出這弱樣的微流生物并晉在培養(yǎng)孫基中培嫌養(yǎng)出來紗；3、用這剝種微生呈物的純盈培養(yǎng)接食種健康段而敏感爭的寄主橡，同樣援的疾病軟會重復餓發(fā)生；4、從試驗披發(fā)病的寄悔主中能再久度分離培口養(yǎng)出這種業(yè)微生物。186像0年，英國柱外科醫(yī)生J．利斯特舌應用藥物午殺菌，并高創(chuàng)立了無剃菌的外科垮手術操作漆方法。俄國出效生的法警國微生魔物學家C．H．維諾格劇拉茨基于1887年發(fā)現(xiàn)芽硫細菌靈，189妥0年發(fā)現(xiàn)癢硝化細容菌、鐵細菌信等化能自盼養(yǎng)菌，他論證腿了土壤中英硫化作用禿和硝化作與用的微生滿物學過程輝以及這些屢細菌的化皺能營養(yǎng)特灶性。他第一次哈從土壤酒中分離贏出厭氧延的自生賺固氮菌—巴氏德梭鬧菌等，并運用窗無機培輝養(yǎng)基、奮選擇性釀培養(yǎng)基漂以及富鍵集培養(yǎng)號等原理嬸和方法蛋，研究為土壤細改菌各個技生理類則群的生狼命活動拜，揭示鴉土壤微產(chǎn)生物參勾與土壤卡物質轉跟化的各軟種作用各，開辟了研庸究微生物猶生態(tài)和微笨生物在自怒然界物質能循環(huán)中作率用等重要容課題，奠粗定了土壤鄰微生物學化的基礎。貝杰林克衡（Bei滅jer本inc穩(wěn)k)，荷蘭進微生物扭學家，1888年，成功成地從豆科民根瘤中分示離出根瘤能菌，揭示弄了共生固懸氮現(xiàn)象等貴；1891年，又棄最早分礙離和發(fā)強現(xiàn)了好蛛氧的固窄氮細菌司；是土握壤微生祝物學的霉奠基人輔之一，搖對普通召微生物塔學的發(fā)賞展也做誼出了突冬出貢獻植。189么2年，俄國需植物生理獸學家Д．И．伊萬諾塊夫斯基發(fā)奶現(xiàn)煙草花電葉病原體欣是比細菌道還小的、傅能通過細言菌過濾器弄的、光學旦顯微鏡不邁能窺測的抬生物，稱監(jiān)為過濾性紗病毒（煙草花葉滿病毒），開創(chuàng)了徒病毒學。189州9年，奧后梅梁斯姐基發(fā)現(xiàn)壁了分解順纖維素卷的厭氧鞏性細菌嘗。1901年，著名熔細菌學家款和動物學歌家И．И．梅契尼毛科夫發(fā)現(xiàn)巷白細胞吞妨噬細菌的蘿作用，對倘免疫學的薪發(fā)展作出龜了貢獻。1915～191狡7年，F(xiàn)．W．特沃誕特和F．H．de埃雷爾觀蟻察細菌菌街落上出現(xiàn)漠噬菌斑以凳及培養(yǎng)液齊中的溶菌子現(xiàn)象，發(fā)么現(xiàn)了細菌狹病毒——噬菌體績。病毒秀的發(fā)現(xiàn)計使人們稿對生物斯的概念武從細胞潛形態(tài)擴瞇大到了歐非細胞租形態(tài)。在這一階恐段中，微璃生物操作遭技術和研屬究方法的拜創(chuàng)立是微閃生物學發(fā)旅展的特有妹標志。2.4發(fā)展期（189般7－195警3年）生化水旋平研究胳階段20世紀以慶來，生向物化學紐奉和生物昂物理學言向微生快物學滲造透，再請加上電冊子顯微翁鏡的發(fā)發(fā)明和同澤位素示薪蹤原子懇的應用邁，推動藝了微生好物學向限生物化渡學階段怒的發(fā)展菊。1897年德國學賴者布赫納發(fā)現(xiàn)酵朋母菌的率無細胞李提取液徒能與酵坊母一樣鳥具有發(fā)掃酵糖液脆產(chǎn)生乙屯醇的作澡用，從壘而認識他了酵母壟菌酒精壺發(fā)酵的府酶促過而程，將答微生物閃生命活爭動與酶貓化學結跡合起來經(jīng)，建立了現(xiàn)里代酶學，牲開創(chuàng)了微曾生物生物奮化學研究鎮(zhèn)的新時代停。代表人物綢：布赫納(Buc們hner御)沒有酵母襪的酒精發(fā)宏酵（Disc肅over臂yof金cel夏l-fr冷eef頁erme杠ntat悼ion）——德國E.疑Buc嶼hne艷r1929年，英國覆細菌學家Fle愛min攜g發(fā)現(xiàn)了青糕霉菌產(chǎn)生臣抑菌物質—青霉素主，為疾陜病的化斧學治療列開辟了輸新的途料徑。促炕使科學雁家們紛掏紛從微罷生物中哄尋找這資類抗生策物質。他在進行甲葡萄球菌賢的培養(yǎng)過內程中發(fā)現(xiàn)惜，污染有吊青霉菌菌茶落的周圍暈完全不長練葡萄球菌矩，進一步督的研究發(fā)眠現(xiàn)，這種翻抑菌物質擠存在于青栽霉菌的發(fā)犁酵液中，限稱為青霉委素。194聾4年，美稻國土壤菠微生物瞇學家瓦潑克斯曼Waks敘man在他多繞年研究飯土壤微良生物所虛積累資街料的基低礎上，北發(fā)現(xiàn)了姥由鏈霉創(chuàng)菌產(chǎn)生淹的鏈霉磁素。此副后陸續(xù)掙發(fā)現(xiàn)的芒新抗生疤素越來帶越多,相繼找范到了氯繁霉素、某地霉素賊、四環(huán)夸素、金陪霉素等頸數(shù)百種細抗生素哀，這些愧工作促姑使抗生糧素的研必究從篩排選到提賢純全面惑展開，煙形成了縫一套完塘整的抗解生素工按業(yè)系統(tǒng)數(shù)。這些抗甜生素除飾醫(yī)用外漸，也應拾用于防港治動植岔物的病掩害和食目品保藏唇。G．諾伊貝星格等人對伙酵母菌生留理的研究濟和對酒精繞發(fā)酵中間撇產(chǎn)物的分舉析A．J．克勒糊伊沃對勤微生物萍代謝的煮研究以嘗及他所霉開拓的樹比較生喜物化學拆的研究塔方向其他許惜多人以捎大腸桿禾菌為材揪料所進飄行的一吳系列基鞋本生理淡和代謝殖途徑的銜研究都闡明了陷生物體的蒜代謝規(guī)律就和控制其舟代謝的基宋本原理，治并且在控的制微生物禁代謝的基悄礎上擴大勉利用微生完物，發(fā)展偷酶學，推織動了生物急化學的發(fā)也展。從20世紀30年代起，歷人們利用誘微生物進緒行乙醇、姐丙酮、丁紛醇、甘油啊、各種有掀機酸、氨謀基酸、蛋襯白質、油濤脂等的工懷業(yè)化生產(chǎn)米。從19世紀末王到20世紀40年代末迎，是微檢生物學守發(fā)展迅去速的時椒期，各繞學科相揀互滲透圾，形成大了許多利應用微塞生物的背分支學版科，如活抗生素巖發(fā)酵、蝕有機酸忘發(fā)酵、毛氨基酸騎發(fā)酵等本。2.5成熟期（1953年-現(xiàn)在）分子生物撞學發(fā)展階壺段從1953年4月25日Wats術on和Cric米k在英國的《自然》上發(fā)表DNA結構的雙紡螺旋模型立起（獲得了196榨2年諾貝爾驚獎），整個笑生命科背學就進閘入了分鳳子生物犧學研究減的新階盡段。特點：（1）微生物劑學迅速成恨長為一門爹十分熱門限的前沿基填礎學科；（2）在基礎通理論的研害究方面，她微生物迅假速成為分芝子生物學盼研究中的酷最主要的姥對象；（3）在應貍用研究包方面，慕向著更奇自覺、元更有效屋和可人蓬為控制駁的方向兇發(fā)展，喚至70年代初，蛛成為新興診的生物工祝程中的主鞭角。微生物在面生物工程縫中的應用秋，微生物鋒學發(fā)展史技上的第三勵個“淘金瓦熱”。194擊1年，G．W．比德材爾和E．L．塔特塵姆用X射線和尋紫外線葡照射粗迅糙脈孢朗菌（Neu賺ros雄por別ac描ras串sa)，使其產(chǎn)顆生變異，己分離到幾杰個營養(yǎng)缺岸陷型突變局株。他們繼對營養(yǎng)缺蝕陷型的研呀究不僅可攻以進一步哄了解基因幼的作用和品本質，而熄且為分子幅遺傳學打昏下了基礎螞。1944年，Aver南y在研究細甜菌的轉化損因子時，嘗發(fā)現(xiàn)了DNA的作用，弄揭示了基寧因的化學能本質，從監(jiān)而證實了望遺傳的物渾質基礎。1953年，Wats述on和Cric勝k發(fā)表了DNA的雙螺旋嚇結構，極勺大地促進兼了分子遺她傳學的發(fā)速展。196汪1年，Jac糕ob和Mon攔od提出了射乳糖操化縱子學個說，證汁實大腸駁桿菌乳姐糖代謝濱的調節(jié)偉是由一欠套調節(jié)要基因控摩制的，全建立了舒微生物轟代謝調醫(yī)控的基望礎。1965年，Nire圾nber概g破譯了DNA堿基組辭成的三渾聯(lián)體密攜碼，揭腥示了生愧物同一椅性的本皂質。此幸后，DNA序列分晨析、DNA復制機危制、DNA分子雜交禍、蛋白質謀生物合成宮等方面的熊研究以驚縮慧人的速度適發(fā)展。1973年，Coh旱en等首次仿將兩個兼不同質炊粒的DNA進行體外終重組，轉踏化大腸桿打菌成功，淚奠定了遺俊傳工程的變基礎。此桑后遺傳工豬程的研究航取得多方濤面的成就燙。1979年，將人義的胰島素A、B鏈基因轉錘入大腸桿御菌，并獲雀得了表達炸。高等真乳核生物的石基因在原坡核生物中跳的成功表電達，使得題利用轉基隱因微生物獻（基因工沉程菌）生常產(chǎn)多肽藥錘物（基因賽工程藥物濤）成為可柴能。此外夕，微生物付基因工程茅方法應用篩于動植物逢，構建轉鼻基因動物歌和轉基因糖植物，使姥生物技術仿得到全面滾發(fā)展。20世紀80年代后漫期，微久生物學鐮在分子漸水平上誓的研究歡得到全壁面快速娘發(fā)展，瓶在短期凱內取得健了多方專面的突寄破性進頸展，形寄成了分照子微生屠物學。堆即利用訴分子生乖物學的婦技術方擋法研究畫微生物循形態(tài)、銹生理、張遺傳、造生態(tài)、蟻分類等抹基本生舞物學規(guī)除律。199毒5年，美國驕首先測定司了流感嗜每血桿菌（Hae裂mop阻hil哲us爛inf甩lue僚nza愈e)的全基繼因組序拳列。從累此，微棄生物基筋因組(ge沸nom栗e)的研究瞧范圍不普斷擴大岡，目前扒，已經(jīng)傾完成了100多種微豎生物的遭基因組獨全序列碗的測定家，他們窗分屬于Woe加se系統(tǒng)發(fā)育逐樹中的細挪菌、古菌總和真核微芒生物，如薪大腸桿菌由、枯草芽輕孢桿菌、曲酵母菌和營詹氏甲烷競球菌等?！镂⑸锘Y因組測序紙為生命科灰學開辟了雹新的研究朱領域，如祖生物信息忍學、比較交基因組學僵、功能基圈因組學等恨?！镂⑸锘g因組測序殼為微生物繁學、醫(yī)學符和免疫學刊等提供了鞠新的思路猶和方法?！镂⑸锘y因組測序咸對于后基照因組時代扒，研究基淋因與功能狠之間的相諸互關系將疾起著重大鼠作用。★微生物作樹為理想的著模式生物恥，其基因送組測序技含術和方法城對于高等陵生物的基被因組測序煩具有重要致的指導和膠借鑒意義等。199曬4年，提出閣了蛋白質鋪組（Pro啊teo昌me)的概念，20世紀末討以來，露蛋白質既組研究惹技術和攀方法逐歡漸成熟西和完善躺，微生疏物蛋白侮質組研御究全面餓展開，員建立了柔蛋白質擁組學（Prot蒙eomi麻cs).20世紀末，銹從轉錄組界（tran別scri霸ptom彎e)水平上的施研究工作密也開始起險步，并取封得了可喜嘆的進展3.微生物同發(fā)酵工緊程的發(fā)慎展3.1天然發(fā)根酵階段手工操作役常被樓雜菌污染籍產(chǎn)品耐質量不穩(wěn)爛定3.2純培養(yǎng)雹技術的眨建立1857巴斯德證流明發(fā)酵是寺由于微生勾物的作用復，葡萄酒紙酸敗是由管于醋酸菌抖污染造成懇二次發(fā)酵路引起1881年柯咐赫素固體犁培養(yǎng)基餃微生物振純培養(yǎng)草技術通過上慌述原理每應用，堆發(fā)酵管籌理技術籍得到巨烏大改進好，酒類想、醬油躺變質現(xiàn)閉象大大瘡減少采用滅菌而操作，發(fā)部明了密閉剃式發(fā)酵罐發(fā)酵產(chǎn)遣品較多脖，發(fā)酵柳工業(yè)逐羨漸加入堆到近代?；瘜W工豎業(yè)行列—發(fā)酵史上相第一個轉宴折點3.3深層培戴養(yǎng)（通至氣攪拌繼）技術褲的建立20世紀40年代初，每隨著青霉演素的發(fā)現(xiàn)廚，抗生素配發(fā)酵工業(yè)淡逐漸興起該。由于青權霉素產(chǎn)生煙菌是需氧化型的，微散生物學家傅在厭氧發(fā)棕酵技術的甘基礎上，您成功地引厲進了化學常工業(yè)的通布氣攪拌和模一整套無棍菌技術，舌建立了通臟氣攪拌液卷體深層發(fā)牛酵技術。贈它大大促砍進了發(fā)酵戶工業(yè)的發(fā)趴展，是現(xiàn)月代微生物仔發(fā)酵工陪程的主挨要生產(chǎn)停方式。發(fā)酵史上壯第二個轉歷折點啤酒發(fā)酵育設備在露天驗的大型弄發(fā)酵罐租群的照漠片發(fā)酵車間銜的幾層樓遣高的大型悶發(fā)酵罐的訴頂部照片3.4代謝控衣制發(fā)酵道技術的珍建立1957年，日本猶用微生物龜生產(chǎn)谷氨券酸成功，兄如今20種氨基舉酸都可繩以用發(fā)余酵法生庫產(chǎn)。氨款基酸發(fā)量酵工業(yè)渡的發(fā)展奶，是建牢立在代峽謝控制緣瑞發(fā)酵新三技術的蜜基礎上察的。科學家付在深入愈研究微持生物代急謝途徑鋤的基礎佛上，通蓄過對微頂生物進將行人工京誘變，兆先得到身適合于列生產(chǎn)某量種產(chǎn)品摘的突變皺類型，哲再在人套工控制尚的條件份下培養(yǎng)療，就能概選擇性渾地大量落生產(chǎn)人籮們所需革要的中諒間代謝性產(chǎn)物如乎各種氨地基酸和天抗生素滅，開始疼了新型賠的代謝帖控制發(fā)絹酵技術揮。發(fā)酵史螞上第三丑個轉折嘆點3.5發(fā)酵原剛料的轉妨變原料（炸糖、淀鴉粉）→叼醋酸肚、甲烷悶、氫氣挨、廢渣耽、廢水狹、纖維用素發(fā)酵史凡上第四撒個轉折膏點3.6基因工烈程引入瘡發(fā)酵20世紀80年代以筑后吐體外DNA重組技白術礦工程菌工程菌怪產(chǎn)品：誓胰島素能、干擾鎮(zhèn)素、凝厭血因子掃、SOD等菌種選育庸，可提高董產(chǎn)品的產(chǎn)殘量、質量冷，降低成勁本發(fā)酵史戒上第五膠個轉折圍點涉及工但業(yè)范圍訓：釀酒工六業(yè)、食申品工業(yè)礙、有機付溶劑、穴抗生素派、有機鎖酸、酶饞制劑、他氨基酸蛋工業(yè)、示核苷酸誤類、維糾生素、上生理活者性物質被（激素借、赤霉豪素）、捕環(huán)境凈饑化工業(yè)引、生物虎能源、賄微生物膊冶金?，F(xiàn)代發(fā)譯酵工業(yè)繁的特點乏：①生產(chǎn)初級榮代謝產(chǎn)物歪→次級娘代謝產(chǎn)物霜；自然發(fā)啄酵→慮代謝調押控發(fā)酵②發(fā)酵生蹄產(chǎn)合成簡婚單產(chǎn)物→扒發(fā)酵與金化學合成委聯(lián)合生產(chǎn)搶復雜的產(chǎn)壺物（抗生栽素）③作坊咱或小型膝化→被大型化鋤、連續(xù)罰化、自逼動化④自然菌瞧株→誘暮變菌株→挖工程菌柿株，產(chǎn)品準更為多樣二宏微生物遠對生物恢基礎理梁論的貢牛獻微生物遭特點：個體小、呢結構簡、廳胃口大、則食譜廣、械繁殖快、方易培養(yǎng)、典數(shù)量大、游分布廣、魯種類多、傍級界寬、緣瑞變異易、脫抗性強、盡休眠長、鄭起源早、檔發(fā)現(xiàn)晚。繁殖周期派短、培養(yǎng)穴條件簡單程、表型性機狀豐富、皺多數(shù)是單回倍體等特月別適合作摔遺傳學研炕究對象。貢獻：①否定螺生命的爛自然發(fā)年生說，后提出胚召種學說血；②證明遺困傳變異的慣物質基礎間是核酸；③揭示遺使傳密碼，芽提出操縱漢子學說；④提出真概核細胞內蓬共生學說見；⑤開創(chuàng)了做基因工程勿，建立了PCR技術；⑥創(chuàng)建帝了生物刺三域學嗽說理論蒙；⑦建立外了一套喉獨特的眉研究方雙法和技王術。三現(xiàn)刃代微生物通技術的發(fā)補展1.基因工枯程現(xiàn)代生呀物技術(生物工柔程)是指對于生物有鋸機體在涌分子、衛(wèi)細胞或僑個體水擾平上通乓過一定球的技術統(tǒng)手段進牛行設計節(jié)操作，蠟以改良樹物種質辜量和生箏物大分擋子特性繪或生產(chǎn)眠特殊用安途的生菌物大分餅子物質菊等。包肉括基因討工程、渴細胞工濟程、酶歐工程、紹發(fā)酵工斤程，其悶中基因洽工程為炕核心技鐵術。生物技飄術的發(fā)棵展可以參劃分為炭三個不繁同的階財段：傳棕統(tǒng)生物利技術、冬近代生儀物技術哈、現(xiàn)代吹生物技撤術。傳床統(tǒng)生物祝技術的地技術特塊征是釀依造技術月，近代學生物技蝕術的技木術特征滾是微生沸物發(fā)酵蕩技術，贊現(xiàn)代生津物技術抱的技術換特征就三是以基怪因工程眉為首要錘標志。基因工事程或重宵組DNA技術是樂指對遺弊傳信息盼的分子啞操作和澡施工，縫即把分評離到的凈或合成狹的基因敢經(jīng)過改儀造，插悟入載體搜中，導底入宿主氣細胞內杯，使其冒擴增和避表達，診從而獲訴得大量環(huán)基因產(chǎn)甩物，或察者令生恩物表現(xiàn)刺出新的周性狀。基因工程爭的出現(xiàn)是20世紀生物虛科學具有膜劃時代意院義的巨大宋事件，它吉使得生物倉科學獲得愧迅猛發(fā)展互，并帶動挖了生物技頑術產(chǎn)業(yè)的著興起。它的出菠現(xiàn)標志及著人類壯已經(jīng)能責夠按照尚自己意戚愿進行蛙各種基喊因操作瘡，大規(guī)壯模生產(chǎn)并基因產(chǎn)匠物，并振且去設亭計和創(chuàng)世建新的兼基因、憶新的蛋權白質和痛新的生葵物物種謹，這也蒼是當今螞新技術隔革命的椒重要組飼成部分憤。微生物癢和微生棋物學在歐基因工懶程的產(chǎn)略生和發(fā)天展中占肝據(jù)了十興分重要尊的地位法，可以油說一切室基因工勝程操作東都離不追開微生夫物：①基因工環(huán)程所用克萬隆載體主挨要是用病漂毒、噬菌最體和質粒局改造而成急；②基因工蠟程所用千令余種工具困酶絕大多覆數(shù)是從微仿生物中分妹離純化得仁到的；③微生父物細胞神是基因滋克隆的趕宿主，絞即使植惠物基因渡工程和逃動物基國因工程猜也要先中構建穿徑梭載體宇，使外困源基因刊或重組尤體DNA在大腸桿豎菌中得到塔克隆并進水行拼接和駐改造，才已能再轉移沃到植物和惱動物細胞賀中；④為大規(guī)?？直磉_各種烈基因產(chǎn)物猛，從事商嗎品化生產(chǎn)余，通常都避是將外源竹基因表達騎載體導入幅大腸桿菌埋或是酵母都菌中以構獵建成工程予菌，利用物工廠發(fā)酵患來實現(xiàn)的值；⑤微生娃物的多隔樣性，屢尤其是舉抗高溫口、高鹽倍、高堿棍、低溫聯(lián)等基因柜，為基棉因工程冶提供了技極其豐波富而獨床特的基習因資源闊；⑥有關過基因結玩構、性另質和表夢達調控懶的理論報主要也盜是來自架對微生敬物的研鳳究中取羞得的，經(jīng)或者是冤將動、項植物基倡因轉移三到微生城物中后爛進行研巖究而取鮮得的。因此微生瓜物學不僅寒為基因工腫程提供了充操作技術斷，同時也尺提供了理嚼論指導。基因工倘程的應需用范圍惡十分廣妹泛，在心醫(yī)藥、賊農(nóng)業(yè)、鼠食品、浩化工、失環(huán)保、宵采礦、堵冶煉、密材料、排能源等即眾多領胸域都有纏誘人的旨開發(fā)前鋤景。其中醫(yī)藥趴衛(wèi)生領域起是以基因他工程為首孫要標志的謝現(xiàn)代生物內技術最先梅登上的舞幻玉臺，也是史目前應用停最廣泛、尖成效最顯肉著、發(fā)展概最迅速、繼潛力也最拼大的一個皮領域。現(xiàn)代生物爪技術在醫(yī)蜂藥衛(wèi)生領殺域的應用排主要是解獨決了過去袋用常規(guī)方沸法不能生野產(chǎn)或者生喝產(chǎn)成本特啞別昂貴的古藥品的生寄產(chǎn)技術問疏題，開發(fā)牲出了一大罵批新的特絲式效藥物，對這些藥品晚可以分別量用以防治捉諸如腫瘤垃、心腦肺繩血管、遺排傳性、免繁疫性、內純分泌等嚴介重威脅人潤類健康的振疑難病癥憑，而且在必避免毒副衡作用方面谷明顯優(yōu)于銳傳統(tǒng)藥品柳。基因工程璃藥物包括僚一些在生拌物體內含星量甚微但晶卻具有重涌要生理功瓶能的蛋白督質，如激恭素、酶和糊抑制劑、膛細胞因子住、抗原和屆抗體、反軋義核酸和板疫苗、DNA重組疫禿苗等此外，還僻可利用重從組DNA技術改碧造蛋白副質，設仗計和生登產(chǎn)出自尋然界不詳存在的厘新型蛋榮白質藥性物。表1列出一芹些具有辜重要臨慕床應用畫價值的侍重組蛋浙白質藥悼物。表1利用基因假工程生產(chǎn)貧的人類蛋欣白質藥物蛋

白名稱用途酶與抑制劑

尿激酶（urokinase）

a-1-抗胰蛋白酶（a-1－antitrypsin）溶菌酶（lysozyme）

溶栓劑

治療肺氣腫

抗炎癥血液蛋白促紅細胞生成素（erythropoietin）凝血因子組織纖溶酶原激活劑（tissueplasminogenactivator）

治療貧血

促進血凝

溶栓劑人類激素

表皮生長因子（epidermalgrowthfactor）促濾泡素（folliclestimulatinghormone）人生長激素（humangrowthhormone）胰島素（insulin）松弛素（relaxin）促進傷口愈合

治療生殖失調

促進生長

治療糖尿病

助產(chǎn)劑免疫調節(jié)劑

干擾素(interferon)白細胞介素（interleukin）集落刺激因子（colonystimulatingfactor）腫瘤壞死因子（tumornecrosisfactor）

抗病毒、抗腫瘤

激活、刺激各類白細胞

治療感染和腫瘤

抗腫瘤疫苗

乙肝（hepatitisB）麻疹（measles）狂犬?。╮abies）

預防乙型肝炎

預防麻疹

預防狂犬病

胰島素是圣在胰臟的技胰島中產(chǎn)酬生的一種繁小分子蛋攜白質，它睜能提高組貫織攝取葡掏萄糖的能牧力，具有次降低血糖相的作用，缸可用于治惹療人的糖默尿病胰島素最線早是從新桐鮮豬或牛單胰臟組織魯中提取得鑄到目前世界廣上糖尿病差患者有6000萬人，每箏人每年約炒需1克胰島素辟，這樣總剝計需從45億公斤新腳鮮胰臟中淡提取，這理實際上辦庭不到利用基因衛(wèi)工程的"工程菌"生產(chǎn)1克胰島店素，只競需20升發(fā)酵飛液，它草的價值唐不能用哈金錢來化計算已能在細殲菌中克隆擠人胰島素該基因并用擊于大規(guī)模仗生產(chǎn)重組胰島起素(re堤com遞bin秧ant械in膜sul剩in)是作為訓商品于1982年最早投糾放市場的涉基因工程刃藥物基因工程現(xiàn)已成功開私發(fā)出一系犯列重組疫苗（rec潤omb紐奉ina梳nt質vac桿cin凝es），廚這是一倉類更有墻效更安鬧全的新萬型疫苗樹。所謂所重組疫助苗是指步利用重脾組DNA技術，剝克隆并吸表達抗好原基因卷的編碼識序列，敞并將表械達產(chǎn)物備用作疫泄苗。第一個繞被批準綢在人類晨中使用言的重組君疫苗是抄用酵母攜生產(chǎn)的穿乙肝表即面抗原曲（HBsA埋g），它是尊由乙肝病抵毒表面蛋后白抗原基捷因在酵母園細胞中克閥隆和表達噴得到的HBsA乘g，實際謹上是中燃空的病循毒顆粒鄭（只含也表面抗徒原蛋白捐和磷脂得），經(jīng)翻純化后息可作為埋乙型肝叉炎疫苗渴。除用酵忍母外，可昆蟲細劃胞、哺水乳動物毒細胞也帶被作為赤宿主，蠢甚至植輕物也能池產(chǎn)生重敞組疫苗符。現(xiàn)在章世界上啊許多實扣驗室正縮慧在試驗賴制備HIV的重組疫助苗。重組疫條苗是目督前最普也遍使用距的基因政工程藥史物。2.生產(chǎn)菌月種的選菜育誘變育種細胞融裝合技術及（異種塘、異屬妻間）雜交育種3.微生物培苗養(yǎng)技術分批培養(yǎng)連續(xù)培功養(yǎng)固定化培偶養(yǎng)透析培養(yǎng)克（可減少宜產(chǎn)物對微推生物造成滴的毒害）4.微生物診藥物抗生素、業(yè)抗腫瘤、界免疫調節(jié)馬劑、抗氧侮化劑、抗奪輻射、酶讓抑制劑、材蛋白分解粥酶抑制劑介（消炎、仰肌肉痿縮后）、氨肽妨酶抑制劑乳（抑制腫懸瘤的轉移桶）在最近20多年的微犁生物藥物恨研究開發(fā)太過程中，雅最令人興陽奮的成果色之一是從收微生物次橡級代謝產(chǎn)旨物中發(fā)現(xiàn)套抑制膽固勸醇合成過潮程的限速砍步驟，即HMG－CoA還原酶抑漿制劑洛伐鴉他汀和普畝伐他汀，狐普（洛、旬辛）伐他下汀是膽固勞醇合成中滾限速酶（HMG—CoA還原酶）磁的抑制劑貧，能使VLDL丘(極低密疲度脂蛋剃白)和LDLC鑄(低密度脂遣蛋白)降低，尤咐其是總膽棄固醇降低搏明顯，且位副作用小商。隨后通衰過藥物弊化學家油的共同填努力，拔很快應配用化學球合成的穴方法獲摩得了阿朋托伐他芬汀、氟書伐他汀丸和得伐頭他汀等銜一系列撥他汀類和降血脂剩藥物。順由于這煤類藥物蔥的作用甘機制新日穎和獨狡特，取癢得了十剛分顯著窩的臨床若治療的此效果。毒日本“生命科學袍與工業(yè)”雜志曾膚引述醫(yī)覆藥界權勉威的評窗價：認關為這種斥新穎藥軍物對治魄療高血扁脂癥是扇一場革肅命，其抽深遠影招響就如坡青霉素僻治療感父染疾病沿一樣。另一個突轉出的例子蜂環(huán)孢菌素A,首先是貫作為抗漫真菌藥灣物被發(fā)擾現(xiàn)的,但其作為診免疫抑制珍劑用于臨窮床抗器官呼移植排斥閃反應，取念得了驚人棄的效果，惑是臨床免惠疫抑制療按法的一場亡革命。環(huán)孢菌素A(cy書clos厚pori榴nA,C群yA)，從半條知菌Tol音ypo濤cla態(tài)diu煙mi著nfl需atu裙m的培養(yǎng)株液中分悶離純化故而得到鉛，它是倦由11個氨基酸惠組成的環(huán)風肽，分子弟量1202，CyA針對抗器積官移植的T細胞，愿阻斷其溫活力，緞但它不脆作用B細胞，即痕不抑制機淚體抗感染番的能力，球極大地提鈴高了器官碑移植的成檔功率，是蔬一種高效銅、低毒較彎理想的抗濾排異藥物竄，在臨床美應用上效臭果很好。目前，慮從發(fā)表放的文獻梳資料來錢看，從畢微生物晉代謝產(chǎn)圣物中篩殼選各種罷生物活環(huán)性物質評，除了貴抗耐藥令菌抗生叛素、酶舅抑制劑從和免疫乓調節(jié)劑央等幾個遭領域外舉，在受暗體拮抗捆劑、抗扒氧化劑米、細胞號因子誘怕導劑等纏多個領院域，都碗發(fā)現(xiàn)了榴很多具瘡有藥物茂開發(fā)價片值的候告選化合菠物。可閘以毫不所夸張地參說，在晉微生物艦的代謝礦產(chǎn)物中振，存在他著各種多人們目頁前還無歌法想象薪的極好莫藥物，神它有待證于我們具去認識機和開發(fā)三。5.微生物農(nóng)統(tǒng)藥、肥料思和飼料5.1微生物農(nóng)對藥化學農(nóng)背藥：環(huán)境污藍染，生突態(tài)破壞殲，抗藥處性大增劣，人畜你中毒生物農(nóng)筆藥：199咽2年世界環(huán)樸境與發(fā)展億大會的決餡議指出：將要在全球爺范圍內控筑制化學農(nóng)械藥的銷售攔和使用，到2000年生物喇農(nóng)藥的萍產(chǎn)量將結占農(nóng)藥美總量的60%。微生物農(nóng)屑藥：在生物聾農(nóng)藥中喉占有重騎要地位尾，它是郊利用微骨生物本為身或其蹲代謝產(chǎn)旅物防治聚病、蟲兩、雜草定的制劑黃。已商品肌化的微苦生物農(nóng)父藥主要模包括抗生素（防治病茂、蟲、絲式雜草）、細菌殺蟲聽劑（蘇云金芽索孢桿菌殺拘蟲劑，簡陵稱Bt殺蟲劑管，使用麗最多最患廣泛）、真菌殺蟲罩劑（典型代穿表是白咐僵菌殺宰蟲劑，掠白僵菌挺是一種清廣譜性眼寄生真染菌，廣換泛地使徐昆蟲致循病）、病毒殺蟲遵劑（許多病毒佛能使害蟲償致病死亡聚，并且對煩人、畜和論作物安全種，殺蟲作羞用具有流掠行性和可撇持續(xù)性）、細菌蒜與病毒混合殺沸蟲劑和微生物除掀草劑（雜草的次病原體嘗，我跑國"魯保一啟號"是利用專鏡性寄生于辱菟絲子的龍半知菌類終黑盤孢目悟盤長孢屬托的真菌制秩成）等。5.2微生物肥昏料和飼料微生物執(zhí)肥料是根據(jù)微高生物在自吹然界物質噴循環(huán)中分姜解和合成始作用，所嶄產(chǎn)生的促熟進植物生捐長和減少鬧植物危害妻的作用，身精心選育輝菌種，生戴產(chǎn)而成的受生物肥料年。還有將絡固氮、鄭解磷、燦轉化礦進物、抗吩病害的登微生物套混合培緊養(yǎng)制成備的復合般微生物堂肥料。使用微友生物肥口料，可額以緩解霉長期大岔量施用若化肥帶謠來的破你壞土壤打結構、槳污染環(huán)兆境等嚴咐重問題查，而且型生產(chǎn)工求藝似微您生物農(nóng)補藥，安冠全、簡森便、成唱本低、有原料可尤因地制濕宜、來紹源容易掉。目前工業(yè)癢生產(chǎn)的一厚些微生物江肥料如表2表2一些微生霜物肥料實即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菌肥料

解磷的巨大芽孢桿菌(B.megaterium)氧化硫硫桿菌(Thiobacillusthiooxidans)將土壤中不溶磷轉化為可溶磷各種農(nóng)作物磷肥鉀細菌制劑膠凍樣芽孢桿菌(B.mucilaginosus)分解長石和云母等硅酸鹽類礦物產(chǎn)生有效鉀各類農(nóng)作物鉀肥"5406"抗生菌肥

細黃鏈霉菌(S.microflavus)產(chǎn)生抗生素抗病驅蟲，分泌刺激素，促進植物生長，轉化礦物質促進各種作物生長、抗病驅蟲微生物菠飼料包括青勒貯飼料什、發(fā)酵暴飼料、顆單細胞仔蛋白(SCP寒)，氨基她酸添加淋劑等。青貯飼料是將新鮮唯的牧草、孫作物桔稈菌等青飼料社粉碎，填但入并密封蠻于青貯窖跌內，由于儲附著在青籍飼料上的寸乳酸菌等里微生物的牙作用，青憶飼料發(fā)酵譜后生成乳蟲酸等有機躁酸和醇類寶，部分蛋擱白質分解援成氨基酸碑，繁殖的筒菌體使營概養(yǎng)物質增永加，發(fā)酵霉中產(chǎn)生的梨熱可殺死擠或抑制病賤原菌的生筍長，從而擇制成營養(yǎng)皇豐富、易娛消化