• 您所在的位置: 首页 科学视点
  • 科学视点
    微生物技术发展综述
    作者:高银相 姚飞 魏大为 张根宇 访问量: 0

    一、概念

    微生物是一群形体微小、大量的、极其多样的、结构简单的微小生物,是指不借助显微镜看不见的微小生物类群的总称。

    二、分类

    1.细菌:是指生物的主要类群之一,属于细菌域。也是所有生物中数量最多的一类,据估计,其总数约有5×1030个。细菌的形状相当多样,主要有球状、杆状,以及螺旋状。

    2.病毒:是一种没有细胞结构的特殊生物。它们的结构非常简单,由蛋白质外壳和内部的遗传物质组成。病毒不能独立生存,必须生活在其他生物的细胞内,一旦离开活细胞壳就不表现任何生命活动迹象。

    3.真菌:是一种单细胞或多细胞异养真核微生物,无光合色素,细胞壁含几丁质和纤维素。

    4.放线菌:是原核生物中一类能形成分枝菌丝和分生孢子的特殊类群,呈菌丝状生长,主要以孢子繁殖,因菌落呈放射状而得名。

    5.立克次氏体:是一类专性寄生于真核细胞内的G-原核生物。是介于细菌与病毒之间,而接近于细菌的一类原核生物

    6.支原体:是一类没有细胞壁、高度多形性、能通过滤菌器、可用人工培养基培养增殖的最小原核细胞型微生物,大小为0.1~0.3微米。由于能形成丝状与分枝形状,故称为支原体。

    7.衣原体:是一种比病毒大,比细菌小的能在细胞内生长的微生物,常见的对人有致病的有肺炎衣原体,沙眼衣原体,鹦鹉热衣原体,肺炎衣原体。

    8.螺旋体:是一种在生物学上的位置介于细菌与原虫之间的原核单细胞生物,它广泛分布在自然界和动物体内。一般可以分为5个属:包柔氏螺旋体属、密螺旋体属、钩端螺旋体属、脊螺旋体属、和螺旋体属等一共五个属。

    三、微生物特点

    微生物的特点包括微小、数量庞大、种类多样、生命活动范围广泛等。微生物在生态、医学、食品、工业等领域具有广泛的应用。

    1.微小:微生物的大小通常只有几微米到几百微米,因此它们不能被肉眼看到,必须借助显微镜才能观察到。除此之外,微生物还有以下特点。

    2.数量非常庞大:微生物的数量非常庞大。据估计,地球上微生物的总数可能超过10的30次方,是其他生物的数量的数倍以上。这些微生物分布在各种环境中,包括土壤、水体、空气、动植物体内等等。

    3.种类非常多样:微生物的种类非常多样。微生物包括细菌、真菌、病毒、原生动物等等,每一种微生物都有自己独特的特点和生命活动方式。例如,细菌是单细胞生物,可以利用光合作用或者化学反应来获取能量;真菌则是多细胞生物,可以分解有机物质并吸收其中的养分。

    4.代谢旺盛:微生物虽然很小,但胃口“大”,能“吃”会“排”,代谢旺盛,素有活的“化工厂”之称.微生物的代谢强度比高等动物的代谢强度高几千倍到几万倍.例如一千克酒精酵母一天能分解几千千克糖类,使它们变成酒精,容易形成工厂化生产规模。

    5.适应性强:微生物的适应性强,能在严酷的外界环境中随机应变,保存自己。例如,肺炎双球菌有荚膜,可以抵抗白细胞的吞噬。再如细菌的芽孢、放线菌的分生孢子、真菌的各种孢子,更能抵抗外界不良环境的侵害,一般能成活几年甚至几千年。

    6.容易培养:微生物对营养要求一般都不高,农副产品、工厂下脚料都可以用来培养微生物。沼气发生池就是利用粪便、草木纤维等生产沼气的。大多数微生物的反应条件温和,能在常温常压下生长繁殖,不需要昂贵的设备,这比用化学法生产化工原料要优越得多.微生物培养不受季节、气候影响,因而能长年累月地进行工业化生产。

    7.易变异:突变频率虽不高,但因繁殖快,数量多,与外界直接接触,因而在短时间内可产生大量变异的后代。

    8.生命活动范围非常广泛:微生物的生命活动范围非常广泛。微生物可以在各种极端环境中生存,例如高温、低温、高压、高盐、低氧等等。有些微生物甚至可以在太空中生存,这对于探索宇宙生命的可能性具有重要意义。

    四、微生物形态、大小和细胞类型

    微生物

    大小近似值

    细胞特征

    病毒

    0.01~0.25μm

    非细胞的

    细菌

    0.1~10μm

    原核生物

    真菌

    2μm~1m

    真核生物

    原生动物

    2~1000μm

    真核生物

    藻类

    1μm~几米

    真核生物

    五、发展阶段

    第一阶段:史前期(约8000 年前一1676 )

    劳动人民,未发现细菌等微生物的个体,但是凭借实践经验,他们利用微生物进行各种生产活动,如酿酒,酿醋,制酱,沤肥轮作、治病等。

    第二阶段:初创期(1676 一1861 年)

    17世纪,荷兰的生物学家列文虎克详细地描述了他对人、哺乳动物、两栖动物和鱼类等红血球的观察情况,并把它们的形态结构,绘成了图画。1683年,列文.虎克用自制的放大200倍以上的放大镜首次观察到微生物。1695年,他将自己观察到的微生物绘图并公诸于世,这是人类第一次对微生物的形态、大小、排列有了初步的认知。列文虎克可以说是微生物学的开山鼻祖。

    第三阶段:奠基期(1861 一1897 年)

    巴斯德,创立了微生物,建立了一整套独特的微生物学基本研究方法,开始运用“实践― 理论― 实践”的思想方法开展研究,建立了许多应用性分支学科, 进入寻找人类、动物病原菌的黄金时期。

    他在1880年发现传染病的免疫方法,1881年改进减轻病原微生物毒力的方法,1880年研制出鸡霍乱疫苗等多种疫苗,1882年制成病毒活疫苗。为免疫学的发展做出了巨大贡献,是微生物学、生理学和免疫学的奠基人。

    德国医生和细菌学家科赫:是世界病原细菌学的奠基人和开拓者。他是第一个发现传染病是由病原细菌感染造成的人,对医学事业所做出了开拓性的贡献,并获得了1905年的诺贝尔生理学及医学奖。

                         

    他也是世界上第一次分离出伤寒杆菌,第一次发明了蒸汽杀菌法,第一次分离出结核病细菌,第一次发明了预防炭疽病的接种方法,第一次发现了霍乱弧菌,第一次提出了霍乱预防法,第一次发现了鼠蚤传播鼠疫的秘密的伟大医学家、生物学家。

    第四阶段:发展期(1897 一1953 年)

    对酵母菌“酒化酶”进行系统研究,发现了微生物的代谢统一性;普通微生物学开始形成;开展广泛寻找微生物的有益代谢产物;青霉素的发现推动了微生物工业化培养技术的猛进。

    第五阶段:成熟期(1953 一至今)

    j .WatSOn 和f .crick ,, 广泛运用分子生物学理论好现代研究方法,深刻揭示微生物的各种生命活动规律;以基因工程为主导,把传统的工业发酵提高到发酵工程新水平; 大量理论性、交叉性、应用性和实验性分支学科飞速发展;微生物学的基础理论和独特实验技术推动了生命科学个领域飞速发展;微生物基因组的研究促进了生物信息学时代的到来。在这个阶段,科学家们广泛运用分子生物学理论和现代研究方法,来深刻揭示微生物的各种生命活动规律,并以基因工程为主导,将传统的工业发酵提高到发酵工程水平。沃森和克里克捕捉双螺旋结构奥秘—1962年,与威尔金斯一道荣获诺贝尔生物学或医学奖  2022年1100万瑞典克朗(合715万元人民币)。

    六、前景

    微生物行业是指涉及微生物研究、应用和生产的行业。这个行业前景非常广阔,因为微生物具有种类繁多、数量巨大、易于培养、适应性强的特点,因此在生物技术、医药、环境、工业等领域得到了广泛的应用。

    1.微生物在生物技术领域具有重要的应用价值:微生物可以用于生产各种生物活性物质,如抗生素、激素、疫苗等,还可以用于制造生物可降解材料、生物燃料等。随着生物技术的不断发展,微生物的应用前景将会更加广阔。

    2.微生物在医药领域也有着广泛的应用:微生物可以用于制造药物,如抗生素、激素、维生素等,还可以用于生产医学材料,如人工关节、心脏支架等。同时,微生物在疾病治疗方面也具有重要的应用价值,如利用益生菌治疗肠道疾病等。

    3.微生物在环境领域也有着重要的应用价值:微生物可以用于处理污水、废气等污染物,还可以用于制造生物肥料、改良土壤等。

    4.微生物在工业领域也有着广泛的应用:微生物可以用于制造各种工业材料,如生物塑料、生物纤维等,还可以用于生产生物能源,如生物柴油、乙醇等。

    参考文献:

    1.中国科学院科研进展官网

    2.中国科学院所属有关研究所和其它有关科研机构大学官网

    3.发酵工程在食品工业中的发展及应用 食品科技丁? 琪,冯志华,孙? 涛 (江苏海洋大学,江苏连云港 213000)

    4.食品发酵中微生物的应用现状与发展方向  周艳玲  现代食品. 2020(09)   临沂市市场监管综合服务中心

    5.食品发酵中微生物的应用现状与发展方向探讨  冯志合    食品安全导刊中国生物发酵产业协会

    6.微生物的概念及分类   微生物菌种网 2022-08-29

    7.微生物技术的发展与创新时间:2022-07-21部门:农业食品标准化研究所

    8.微生物技术在现代农业上的应用综述  金卫根江西农业科技   抚州师专生物系 抚州344000

    9.我国农业微生物发展趋势  吴清平院士:2023-06-28

    10我国原核微生物分类学七十年    微生物学报  张玉琴,吕志堂,崔恒林,许学伟,阮志勇,李文均


    作者简介:高银相 中国科学院老科协科技报告团秘书长。曾任中国科学院研究生院应用技术研究所常务所长,中国产业政策和创新项目主编。从事生物技术研究与开发,1995年主持省部级重大项目(生物酶饲料添加剂)获一等奖,授权多项发明专利。中国生物工程学会终身会员。主持策划创作习主席提倡弘扬科学家精神微视频800余部,在新媒体发布,观众200万人以上。中国科学院科学家精神宣讲团视频课件总策划。长期以来,深入学校、社区科普讲座200余场。 姚飞:中国科学院老科协科技报告团副秘书长,航天自动化高级工程师,曾在航天三院从事航天育种研究工作。参与策划创作习主席提倡弘扬科学家精神微视频800余部,在新媒体发布,观众200万人以上。参与中国科学院科学家精神宣讲团视频课件创作。中国科协认证高级科技辅导员,辅导全国1000多所中小学开展航天等竞赛。长期以来,深入学校、社区科普讲座80余场。 魏大为,北京中科老专家技术中心科技项目处处长、载波科技(北京)有限公司执行董事、北京市创业导师。先后于瑞典查尔姆斯理工大学与新西兰奥克兰大学获得无线通信硕士与商业创新硕士。多年全球领先信息技术企业管理与技术经验。现负责包含科普研学、大健康、新媒体在内的具体科技与商业项目的落地经营。 张根宇:中国科学院老科协科技报告团副秘书长,参与创作习主席提倡弘扬科学家精神微视频800余部,在新媒体发布,观众200万人以上。中国科学院科学家精神宣讲团视频课件创作日常工作。曾在航天三院从事航天育种有关工作。