2023學年完整公開課版文檔：微生物

一篇關于微生物科普文章

在大自然中，生活著一大類人的肉眼看不見的微小生命。無論是繁華的現(xiàn)代城市、富饒的廣闊田野、還是人跡罕見的高山之巔、遼闊的海洋深處，到處都有它們的蹤跡。這一大類微小的"居民"稱為微生物，它們和動物、植物共同組成生物大軍，使大自然顯得生機勃勃。微生物王國是一個真正的"小人國"，這里的"臣民"分屬于細菌、放線菌、真菌、病毒、類病毒、立克次氏體、衣原體、支原體等幾個代表性家族。這些家族的成員，一個個小得驚人。就以細菌家族的"大個子"桿菌來說，讓3千個桿菌頭尾相接"躺"成一列,也只有一粒米那么大；讓70個桿菌"肩并肩"排成一行，剛抵得上一根頭發(fā)絲那么寬；相當于全地球總人口數(shù)(50多億)那么多的細菌加在一起，才只有一粒芝麻的重量。微生物如此之小，人們只能用"微米"甚至更小的單位"埃"來衡量它。大家知道，1微米等于1‰毫米。細菌的大小，一般只有幾個微米，有的只有微米，而人的眼睛大約只有分辨毫米的本領,難怪我們沒法看見它了。微生物是怎樣被人們發(fā)現(xiàn)的呢?說來有趣。300年前，荷蘭有個名叫列文虎克的人，他讀書雖然不多，但熱愛科學，富有刻苦鉆研的精神，還有一手高明的磨制放大鏡技術。他用自己磨制的鏡片，制作了一架能把原物放大200多倍的簡單的顯微鏡。一天,列文虎克從一個老頭的牙縫里取下一點殘屑來觀察，竟然發(fā)現(xiàn)那里面有無數(shù)各種形狀的小家伙蹦來跳去。他驚奇得幾乎不相信自己的眼睛。列文虎克精心地把這些小家伙的形狀描繪下來，他說："這個老頭嘴里的'小動物'，要比整個荷蘭王國的居民多得多……"這以后,他繼續(xù)觀察了各種容器的積水，以及河水、井水、污水等，都發(fā)現(xiàn)有這樣一個蕓蕓眾生的"小動物"世界。列文虎克第一個通過顯微鏡看到了細菌，為人類敲開了認識微生物的大門。從此，人們借助顯微鏡--揭開了微生物的奧秘。當然，微生物也有看得見的。比如食用的蘑菇，藥用的靈芝、馬勃等都是微生物。生物學家曾在原捷克斯洛伐克發(fā)現(xiàn)一種巨蕈，屬于真菌族微生物范疇，你猜它有多大?--直徑4米多，重達100多千克。它不僅是微生物大家族中的"巨人"，而且在整個生物世界里也不算"小個子"了。微生物王國奇觀

微生物是地球上最早的"居民"。假如把地球演化到今天的歷史濃縮到一天，地球誕生是24小時中的零點，那么，地球的首批居民--厭氧性異養(yǎng)細菌在早晨7點鐘降生；午后13點左右，出現(xiàn)了好氧性異養(yǎng)細菌;魚和陸生植物產生于晚上22點；而人類要在這一天的最后一分鐘才出現(xiàn)。微生物所以能在地球上最早出現(xiàn)，又延續(xù)至今，這與它們特有的食量大、食譜廣、繁殖快和抗性高等有關。個兒越小，"胃口"越大，這是生物界的普遍規(guī)律。微生物的結構非常簡單，一個細胞或是分化成簡單的一群細胞，就是一個能夠獨立生活的生物體，承擔了生命活動的全部功能。它們個兒雖小，但整個體表都具有吸收營養(yǎng)物質的機能，這就使它們的"胃口"變得分外龐大。如果將一個細菌在一小時內消耗的糖分換算成一個人要吃的糧食，那么，這個人得吃500年。微生物不僅食量大，而且無所不"吃"。地球上已有的有機物和無機物，它們都貪吃不厭，就連化學家合成的最新穎復雜的有機分子，也都難逃微生物之“口”。人們把那些只"吃"現(xiàn)成有機物質的微生物，稱為有機營養(yǎng)型或異養(yǎng)型微生物；把另一些靠二氧化碳和碳酸鹽自食其力的微生物，叫無機營養(yǎng)型或自養(yǎng)型微生物。微生物不分雌雄，它的繁殖方式也與眾不同。以細菌家族的成員來說，它們是靠自身分裂來繁衍后代的，只要條件適宜，通常20分鐘就能分裂一次，一分為二，二變?yōu)樗?，四分成八，……就這樣成倍成倍地分裂下去。如果按這個速度計算，一個細菌24小時內能產生個后代，總重量為克，相當于4個地球的重量!雖然這種呈幾何級數(shù)的繁衍，常常受環(huán)境、食物等條件的限制，實際上不可能實現(xiàn)，即使這樣，也足以使動植物望塵莫及了。微生物具有極強的抗熱、抗寒、抗鹽、抗干燥、抗酸、抗堿、抗缺氧、抗壓、抗輻射及抗毒物等能力。因而，從1萬米深、水壓高達1140個大氣壓的太平洋底到萬米高的大氣層；從炎熱的赤道海域到寒冷的南極冰川；從高鹽度的死海到強酸和強堿性環(huán)境，都可以找到微生物的蹤跡。由于微生物只怕"明火"，所以地球上除活火山口以外，都是它們的領地。微生物當然也要呼吸，但有的喜歡吸氧氣，是好氧性的；有的則討厭氧氣，屬于厭氧性的；還有的在有氧和無氧環(huán)境下都能生存，叫兼性微生物。微生物不僅能吃，而且還貪睡。據(jù)報道，在埃及金字塔中三四千年前的木乃伊上仍有活細菌。微生物的休眠本領也令人驚嘆不已。居位顯赫的細菌

自從德國鄉(xiāng)村醫(yī)生勞伯?柯赫第一個獵獲病菌以后，細菌這個名字就常常和疾病聯(lián)系在一起。因為人和動植物的許多傳染病，都是由細菌作祟引起的，所以人們對它總有一種厭惡和恐懼的感覺。其實，危害人類的細菌只是一小部分，大多數(shù)細菌不僅能和我們和平共處，還為人類造福。例如，地球上每年都要死亡大量動植物，千萬年過去了，這些動植物的遺體到哪里去了呢?這就是細菌和其他微生物的功勞。它們能把地球上一切生物的殘軀遺體“吃"個精光，同時轉化成植物能夠利用的養(yǎng)料，為促進自然界的物質循環(huán)立下了汗馬功勞。更何況許多細菌在工農業(yè)生產上起著重要的作用呢!在顯微鏡下，我們看到的細菌，大致有三種形狀：個兒又胖又圓的，叫球菌；身體瘦瘦長長的，是桿菌；體形彎彎扭扭的，稱螺旋菌。不論哪種形狀，它們都只是單細胞，內部結構和一個普通的植物細胞相似。它的外面有一個堅韌而有彈性的"外殼"，稱為細胞壁，細菌就靠它來保護自己的身體。緊貼細胞壁內部有一層柔韌的薄膜，叫細胞膜，它是食物和廢物進出細胞的"門戶"。細胞膜里面充滿著粘稠的膠體溶液，這是細胞質，其中含有各種顆粒和貯藏物質。細菌有擬核，她比大生物的細胞核簡單得多，因此人們叫它原核細胞。多數(shù)細菌是不會運動的，只是由于它們體微身輕，所以能借助風力、水流或粘附在空氣中的塵埃和飛禽走獸身上，云游四方，浪跡天涯。也有一些細菌身上長有鞭毛，好像魚的尾巴，能在水中扭來擺去，細菌便游動起來，速度還挺快。有人觀察，霍亂弧菌憑借鞭毛的擺動,1小時內能飛奔18厘米，這段距離相當于它身長的9萬倍!細菌中，有的"赤身裸體"，一絲不掛；有的卻穿著一身特別的"衣服"，這就是包圍在細胞壁外面的一層松散的粘液性物質，稱為莢膜，它既是細菌的養(yǎng)料貯存庫，又可作為"盔甲"，起著保護層的作用。對病菌來說，莢膜還與致病力密切相關，比如肺炎球菌能使人得肺炎，但若失去了莢膜，就如解除了武裝，沒有致病力了。當細菌遇到干燥、高溫、缺氧或化學藥品等惡劣環(huán)境時，它們還能使出一個絕招，就是幾乎全部脫去身體中的水分，從而使細胞凝聚成橢圓形的休眠體，這就是芽孢。芽孢在干燥條件下過幾十年仍有活力，一旦環(huán)境變得適宜，芽孢就會吸水膨脹，又成為一個有活力的菌體。單個細菌是無色透明的，為了便于鑒別，需要給它們染上顏色。1884年丹麥科學家革蘭姆創(chuàng)造了一種復染法，就是先用結晶紫液加碘液染色，再用酒精脫色，然后用稀復紅液染色。經過這樣的處理，可以把細菌分成兩大類，凡能染成紫色的，叫革蘭氏陽性菌；凡被染成紅色的，叫革蘭氏陰性菌。這兩類細菌在生活習性和細胞組成上有很大差別，醫(yī)生常依據(jù)細菌的革蘭氏染色來選用藥物，診治疾病。為紀念革蘭姆，復染法又稱革蘭氏染色法。細菌家族的成員，如果固定在一個地方生長繁殖，就形成了用肉眼能看見的小群體，叫菌落。菌落帶有各種絢麗的色彩，如綠膿桿菌的菌落是綠色的，葡萄球菌的菌落是金黃色的。細菌菌落的形狀、大小、厚薄和顏色等特點，是鑒別各種菌種的依據(jù)之一。弗萊明就是通過觀察到金黃色的葡萄球菌發(fā)現(xiàn)"吃"掉葡萄球菌的青霉素，劃時代地揭開了抗生素的秘密。戰(zhàn)功累累的放線菌

醫(yī)生常常使用鏈霉素、紅霉素這一類抗生素治病，使許多病人轉危為安?？股氐闹鹘蔷褪谴竺ΧΦ姆啪€菌。放線菌的個體由一個細胞組成，這與細菌十分相似，因此它們常被當作細菌家族中的一個獨立的大家庭。不過，放線菌又有許多真菌家族的特點，例如菌體由許多無隔膜的菌絲體組成，所以從生物進化的角度看，它是介于細菌與真菌之間的過渡類型。放線菌有許多交織在一起的纖細菌體，叫菌絲。這些菌絲分工不同，有的"埋頭大吃"，這是專管吸收營養(yǎng)的基質菌絲；有的朝天猛長，這是作為放線菌成長發(fā)育標志的氣生菌絲。放線菌長到一定階段便開始"生兒育女"。它們先在氣生菌絲的頂端長出孢子絲，等到成熟之后，就分裂出成串的孢子。孢子的外形有的像球，有的像卵，可以隨風飄散，遇到適宜的環(huán)境，就會在那里"安家落戶"，開始吸水，萌生成新的放線菌。放線菌大量存在于土壤中。它們中絕大多數(shù)是腐生菌，能將動植物的尸體腐爛、"吃"光，然后轉化成有利于植物生長的營養(yǎng)物質，在自然界物質循環(huán)中立下了不朽的功勛。還有一種叫弗蘭克氏菌，生長在許多非豆科植物的根瘤里，能固定大氣中的氮，成為植物能利用的氮肥。放線菌還有許多貢獻。目前發(fā)現(xiàn)的幾千種抗生素中，有一半以上是由放線菌產生的。它的菌落顏色鮮艷，呈放射狀，對人體無害，因此，人們常用它作食品染色劑，既美觀，又安全。利用放線菌還可以生產維生素B12、蛋白酶和葡萄糖異構酶等醫(yī)藥用品。雖然個別類的放線菌對人類有害，例如分枝桿菌能引起肺結核和麻風病等，但這些比起放線菌的功績來，實在是微不足道的。家族龐大的真菌

真菌是微生物王國中最大的家族，它的成員約有25萬多種。真菌這個名字聽起來好像比較陌生，其實生活中你經常接觸到它。例如，味道鮮美的蘑菇，營養(yǎng)豐富的銀耳、木耳，延年益壽的靈芝，利水消腫、健脾安神的茯苓，保肺益腎、止血化痰的冬蟲夏草，諸如此類早為人們所熟悉的名菜佳肴、珍奇藥物，都是真菌大家族的成員；釀酒、發(fā)面、制醬油，都離不開酵母菌或霉菌的幫助，而它們正是真菌大家族的杰出代表。從生物進化的過程來看，真菌的誕生要比細菌晚10億年左右，所以它是微生物王國中最年輕的家族。它們和細菌、放線菌最根本的區(qū)別，是真菌已經有了真正的細胞核。因此人們把真菌的細胞叫做真核細胞。從原核細胞發(fā)展到真核細胞，是生物進化史上的一件大事。真菌具有多細胞結構，能產生孢子進行有性和無性繁殖。雖然蘑菇、猴頭這一類真菌長得又高又大，樣子很像植物，但它們的細胞壁里還沒有纖維素和葉綠體，不能像植物那樣產生葉綠素，這是它與植物的重要區(qū)別。真菌為人類食品提供了重要來源，它們中有許多本身就是名貴的中藥材。利用真菌還可以生產多種抗生素。真菌不僅在傳統(tǒng)釀造和食品工業(yè)中發(fā)揮了重要作用，而且在現(xiàn)代工業(yè)中也大顯身手。人們利用各種不同的霉菌，制取各種酶制劑以及許多重要的工業(yè)原料和試劑，并且還可以作為高效飼料發(fā)展養(yǎng)殖業(yè)。但是，真菌也會給人類帶來許多危害。梅雨季節(jié)，家具、衣服都會長出白"毛"；陰濕的倉庫里，糧食、蔬菜、水果常常腐爛變質；許多人染上了灰指甲病和各種癬病等等，都是真菌在作怪。1960年夏天，英國某地有10多萬只火雞莫名其妙地死去，當時誰也說不清是什么病，就稱為"火雞X病"。以后人們才搞清楚，原來這些火雞因為吃了發(fā)霉的花生粉餅,而發(fā)霉的花生餅中含有一種由黃曲霉菌產生的毒素叫黃曲霉毒素。這是一種很強的致癌物質，能引起許多動物的肝癌，并且與人的肝癌也有一定的相關性。因此，我們對于真菌的基本態(tài)度是，認清敵友，揚長避短，讓它為人類作出更大的貢獻。罪惡昭彰的病毒

病毒比細菌小得多，只有用能把物體放大到上百萬倍的電子顯微鏡才能看到它們。一般病毒，只有一根頭發(fā)直徑的萬分之一那么大。病毒比細菌簡單得多，整個身體僅由核酸和蛋白質外殼構成，連細胞壁也沒有。蛋白質外殼決定病毒的形狀。它們中有的呈桿狀、線狀，有的像小球、鴨蛋、炮彈，還有的像蝌蚪。病毒不能單獨生存，必須在活細胞中過寄生生活，因此各種生物的細胞便成為病毒的"家"。寄生在人或其他動物身上的病毒稱為動物病毒，人類的天花、肝炎、流行性感冒、麻疹等疾病，動物的雞瘟、豬丹毒、口蹄疫等，都是因為病毒寄生于人體及畜禽細胞而引起的。寄生在植物體上的叫植物病毒，煙草花葉病、大白菜的孤丁病、馬鈴薯的退化病等等都是由植物病毒引起的。寄生在昆蟲體上的病毒是昆蟲病毒，由于這種病毒可以有效地殺死害蟲，所以近年來被當作生物農藥廣泛使用。還有一類病毒生活在細菌體內，以菌為食，因此被稱為噬菌體，是細菌病毒。病毒所依賴的活細胞叫寄主，一般每種病毒都有特定的寄主，例如腦炎病毒只能在腦神經細胞內寄生。寄主養(yǎng)活了病毒，而病毒卻"恩將仇報"，反過來危害寄主。以人體為寄主的脊髓灰質炎病毒可以導致小兒麻痹癥的發(fā)生；由流