人所共知，當前人類正面臨著多種危機，諸如糧食危機、能源匱乏、資源緊缺、生態惡 化和人口爆炸等。人類進入 21世紀後，將遇到從利用有限的礦物資源時代過渡到利用無限 的生物資源時代而產生的一系列新問題。

由於微生物細胞不僅是一個比面值 （specificsurface）大、生化轉化能力強、能進行快速自我複製的生命系統，而且它們還具有物種、遺傳、代謝 和生態型別的多樣性， 使得它們能夠在解決人類面臨的各種危機中發揮其不可替代的獨特作 用。

（一）微生物與糧食 糧食生產是全人類生存中至關重要的大事。 微生物在提高土壤肥力、 改進作物特性 （如 構建固氮植物） 、促進糧食增產、防治糧食作物的病蟲害、防止糧食黴腐變質以及把多餘糧 食轉化為糖、單細胞蛋白、各種飲料和調味品等方面，都可大顯身手。

（二）微生物與能源 當前，化石能源日益枯竭問題正在嚴重地困擾著世界各國。

①把自然界蘊藏量極其豐富的纖維素轉化成乙醇。 據估計， 中國年產植物秸稈多 達 5～ 6 億噸，如將其中的 10％進行水解和發酵，就可生產燃料酒精 700～800 萬噸，餘下 的糟粕仍可作飼料和肥料， 以保證土壤中鉀、 磷元素的正常供應。

目前已發現有高溫厭氧菌 例如 Closiridiumthermocellum （熱纖梭菌）等能直接分解纖維素產生乙醇。

②利用產甲烷菌 把自然界蘊藏量最豐富的可再生資源—— “生物量”（biomass）轉化成甲烷。 這是一項利國、 利民、 利生態、 利子孫的具有重大戰略意義的措施。

④透過微生物發酵產氣或其代謝產物來提高石油採收率。

⑤研究微生物電池並使之實用化。

（三）微生物與資源 微生物能將地球上永無枯竭之虞的纖維素等可再生資源轉化成各種化工、 輕工和製藥等 工業原料。這些產品除了傳統的乙醇、 丙酮、 丁醇、 乙酸、甘油、異丙醇、 甲乙酮、 檸檬酸、 乳酸、 蘋果酸、 反丁烯二酸和甲叉丁二酸等外， 還可生產水楊酸、 烏頭酸、 丙烯酸、 己二酸、 丙烯醯胺、癸二酸、長鏈脂肪酸、長鏈二元醇、 2，3-丁二醇、 γ -亞麻酸油和聚羥基丁酸酯 （PHB ），等等。

第九章中已述及的細菌瀝濾技術，就可把長期以來廢棄的低品位礦石、尾礦、礦渣中所含的銅、鎳、鈾等十餘種金屬不斷 溶解和提取出來，變成新的重要資源。

（四）微生物與環境保護 在環境保護方面可利用微生物的地方甚多：

①利用微生物肥料、 微生物殺蟲劑或農用抗 生素來取代會造成環境惡化的各種化學肥料或化學農藥；

②利用微生物生產的 PHB 製造易 降解的醫用塑膠製品以減少環境汙染；

④利 用微生物技術來監察環境的汙染度， 例如用艾姆氏法檢測環境中的 “三致” 物質， 利用 EMB 培養基來檢查飲水中的腸道病原菌等。

（五）微生物與人類健康 微生物與人類健康有著密切的關係。 首先是因為各種傳染病構成了人類的主要疾病， 而 防治這類疾病的主要手段又是各種微生物產生的藥物， 尤其是抗生素。

自從遺傳工程開創以 來，進一步擴大了微生物代謝產物的範圍和品種， 使昔日只由動物才能產生的胰島素、 干擾 素和白細胞介素等高效藥物紛紛轉向由“工程菌” 來生產。與人類生殖、避孕等密切相關的 甾 體 激 素 類 藥 物 也 早 已 從 化 工 生 產 方 式 轉 向 微 生 物 生 物 轉 化 （ biotransformation 或 bioconver-sion ）的生產方式。此外，一大批與人類健康、長壽有關的生物製品，例如疫苗、 菌苗和類毒素等均是微生物的產品。 無怪乎有人估計， 自從發明種痘以來， 人類平均壽命提 高了 10 歲，而自從發現抗生素以來， 平均壽命又提高了10歲以上。

當然，要制止人口的過 度增長就不光是微生物學範圍內的事了。

二、現代微生物學的特點及其發展趨勢 當前， 由於分子生物學研究的逐步深入， 各種新方法、 新技術在微生物學研究中的廣泛 應用， 各學科間的積極滲透和交叉， 以及生產實踐中大量有關問題的提出， 為微生物學的發 展提供了巨大的推動力。總的看來，

（一）研究工作向著縱深方向和分子水平發展 由於分子生物學的飛速發展， 使整個生命科學都推進到分子水平上來了。 微生物學也不 例外。 當前，在微生物領域中的幾乎所有問題都深入到分子水平上進行了深入的研究， 諸如 細胞構造和功能，微生物對營養物質的吸收機制，生長、繁殖和分化，代謝型別、途徑和調 控，遺傳、變異和進化，傳染和免疫，以及分類和鑑定，等等。

（二）在基礎理論深入研究的基礎上，一批新的學科（或潛 學科）正在形成 例如真菌毒素（學） ，細菌質粒（學） ，微生物分子育種（學） ，重組微生物生理學，原生質 體融合遺傳學，極端環境微生物學，菌種保藏（學） ，混菌發酵生理學，甲烷菌生物學，厭 氧菌生物學，古細菌（學） ，亞病毒（學） ，微生物酶學，固氮生物化學，固氮遺傳學，微生 物分子遺傳學，微生物生態遺傳學，微生物生物轉化（學） ，等等。

（三）微生物學與其他學科的滲透、交叉和融合，形成了新 的邊緣學科 在學科的發展中，各學科間的相互滲透、交叉和融合，往往起著生長點和帶頭的作用， 其結果不僅產生了一系列新概念、 新理論和新技術， 而且會形成一系列具有旺盛生命力的新 的邊緣學科。這或許就是學科間的“互補” 、“共生”或“雜種優勢”效應的一種體現。這類 例子很多，例如分析微生物學、化學分類學、微生物數值分類學和微生物地球化學，等等。

（四）新技術、新方法在微生物學中的廣泛應用 在現代的數、 理、化和多門工程技術學科的推動下， 為微生物學的發展創造了空前的有 利條件，它主要體現在新方法、新技術、新儀器、新裝備和新試劑的提供上。例如同位素標 記技術，電子顯微鏡技術， X 射線衍射技術，電子計算機技術，超離心技術，電泳技術，層 析技術，離子交換技術，質譜技術，分光光度計技術，細胞破碎技術，免疫學技術，氨基酸 自動分析技術， 核酸自動合成技術， 蛋白質或核酸的順序測定技術，低溫技術，新型微生物 培養技術， 微生物計數技術，微生物快速鑑定技術，固定化生物催化劑技術，微量物質的分 離、純化和測定技術，等等。這些技術的廣泛應用，大大促進了對微生物細胞的結構與功能 的研究，把原來以靜態、描述、定性為主的研究逐步提高到以動態、定量、定序和定位的新 的研究水平上。

（五）向著複合生態系統和宏觀範圍拓寬 在生物圈中，微生物的生存範圍是最廣、 最立體化的。 當人們對身邊的常見微生物作了 一定的研究後，其興趣便逐步轉向更廣、 更不易觸及的空間和各種複合生態系統，接踵而來 的就是又一批新學科的誕生和發展。例如極端環境微生物學，資源微生物學，熱帶真菌學，地下生態學，土壤微生物生態學，陸地微生物生態學，海洋微生物生態學，大氣微生物生態 學以及宇航微生物生態學，等等。

（六）一大批應用性高技術微生物學分科正在孕育和形成微生物學是一門高度紮根於生產實踐的學科。 當代應用微生物學所包括的分支學科越來越多，它們具有交叉性強、自覺度高和覆蓋面廣等特點：

①交叉性強。例如發酵工程學、細 菌冶金（學） 、水處理微生物學、真菌遺傳工程學、微生物生態工程學、農業微生物學以及 生物工業等。

②自覺度高。當前，在分子生物學理論和實踐的帶動下， 很多應用性的生物學 科都在朝著目的性強、自覺度高、可控性強和工效高的方向發展。一批標以“工程”名稱的 學科就是其中的代表，例如基因工程、細胞工程、生化工程、酶工程、蛋白質工程和最新的 代謝途徑工程（ pathwayengineering ）等。

③覆蓋面廣。從大的方面來看，微生物的應用範 圍主要聯絡著工業、農業、醫藥、環保和國防等領域；從細的方面來看，每個大領域又可分 出若干個分支領域，例如細菌冶金（學） ，汙水處理微生物學，沼氣發酵微生物學，應用土 壤微生物學，微生物生物防治（學） ，農用抗生素學，食用蕈菌學，藥用真菌學，藥用微生 物學，以及人畜共患微生物學，等等。

三、微生物在“生物學世紀”中的作用 當前，不少有遠見卓識的科學家都同意“ 21 世紀將是生物學世紀”的見解，其主要原 因有四方面：

①由物質運動發展的規律所決定。 物質運動一般由機械運動→物理運動→化學 運動→生命運動方向發展， 複雜的運動規律必須建立在簡單運動規律基礎上。 目前， 人類對 機械運動、 物理運動和化學運動的客觀規律已經有了深刻的認識， 因此， 為人類進一步認識 生命運動規律提供了良好的基礎和提出了迫切的任務。

②由生物界的多樣性及對其認識的長 期性所決定。 生物界的多樣性正是它有別於非生物界的主要特點之一， 人類對生物界多樣性 的認識還處在低階階段， 而生物界的多樣性恰恰是人類賴以生存的主要物質基礎。

④由其他學科對生命科學的促進和生命科學 對其“反饋”或“回敬”的規律所決定。 在“生物學世紀”中，微生物學將起著特別重要的作用。在自然科學中，如果說生命科學還 是一個“朝陽科學”的話，則微生物學只能認為是一門“晨曦科學” ；如果說微生物學是一 個“富礦”的話，則目前它還是一個“剛剝去一層表土的富礦” 。這是因為在微生物中存在 著高度的物種、 遺傳、代謝和生態型別的多樣性。 微生物的多樣性構成了微生物資源的豐富 性，而微生物資源的豐富性則決定了對它的研究、開發和利用的長期性。 人類對豐富的微生物資源的開發工作， 還只能說剛開了一個頭。

不管如何估計， 微生物 界（包括病毒在內）的物種總數應大大超過動、植物界物種總數之和（目前約知道有 150 萬種），可是目前前者至多還只有後者的 1／10。而據科學估計，在自然界真正存在的動、 植物物種數至少還要比現今知道的數字大好幾倍。

①微生物的新種數每年正在急 劇地增長著，僅形態較大的真菌每年即有 1500 種新種記載；

②在土壤中約有 90％的微生物 還 無 法 在 實 驗 室 中 加 以 培 養 ， 其 中 有 不 少 被 稱 作 “ 活 的 不 可 培 養 狀 態 的 細 菌 ” （viablebutuncultur-ablestatebacteria ）；

③由於幾乎在所有動、植物和微生物中都找到了相應 的病毒，因此可以想象， 在微生物中，僅病毒的種數即有可能接近甚至超過其他動、植物和微生物種數之總和， 更何況有的一種宿主可同時有多種病毒寄生呢 （例如僅人類病毒目前就 發現 300 多種！）；

④人類真正研究微生物的歷史還只有 130 年左右，可以想象，今後的微生 物資源該可發現和利用多少！在曾描述的微生物中，被人類利用的種數大約還未超過 1％。例如，在約1萬種大型蕈菌中，有30多屬即 2000 種左右是可食用的，但至今只有 80 種在實驗室作過栽培試驗，約有20種作了商業性栽培，而市場上常見的僅 5、6 種而已。 至於對微生物特種代謝型別，例如極端環境下微生物的開發，還停留在起跑線上呢！

四、大力開展中國微生物學研究 由於歷史等的原因， 目前中國微生物學離國際先進水平還有很大的差距。 作為中華民族 的子孫，有義務為使中國科技水平趕超國際水平而努力，微生物學工作者自然責無旁貸。

要發展中國的微生物學， 必須從中國具體國情出發， 在有限的條件下， 集中主要人力物 力，攻佔一些具有中國特色，又有一定基礎， 在學術上和經濟、社會效益上較明顯的少數項 目作為突破口。 做到突破一點， 帶動一片，再逐步擴大戰果。

（一）資源調查與分類鑑定 中國土地廣袤，地形複雜，地跨寒、溫、熱三帶，生態環境多樣，是一個難得的微生物 資源大國。可是，目前資源調查與分類鑑定隊伍薄弱，技術較落後，發表的成果較少。據統 計，中國目前研究過的細菌和真菌數均僅佔全世界已知數的 5～10％。在這一領域內，我們要努力調查有中國特色的、 近期有應用前景的菌種資源， 並藉此來帶動形態、 分類和鑑定 （尤 其是新的鑑定手段）工作的開展。 例如， 固氮微生物資源的調查， 根瘤菌的分類、鑑定；新型拮抗性放線菌的篩選與化學 分類學的研究； 菌根資源的調查； 食用與藥用真菌資源的調查和真菌分類系統的研究； 蟲生 微生物和昆蟲桿狀病毒資源的調查；主要作物病毒病原的分離、檢測及其病害防治的研究； 單細胞蛋白（ SCP）資源的開發；極端微生物（尤其是嗜鹽、嗜鹼和嗜熱菌）資源的調查和 菌種分類鑑定的研究；等等。

（二）生理代謝與發酵工程 生理代謝研究的成果可促進發酵工程、 農業和醫學微生物等多個應用領域的發展。 在這 方面應開展的研究專案甚多， 例如重組微生物生理學， 固定化微生物生理學， 混菌培養微生 物生理學，極端微生物生理學，光合細菌生理學，厭氧菌生理學；固氮生物化學，次生代謝 產物（例如抗生素）合成途徑與代謝調控；多級連續培養動力學；胞外酶分泌機制，酶抑制 劑與啟用劑；高密度菌體的生長規律；非糧食發酵原料的研究；發酵生產中提高產物濃度、 轉化率和生產率（ g／L ·h）等引數的研究；液體發酵中氧載體的研究；纖維素、木質素和 半纖維素的微生物分解機制，微生物產氫機制；生物感測器（ biosensor）的研究，電子計算 機線上控制發酵的研究； 中草藥有效成分對病毒的抑制； 工業產品的黴腐機制； 厭氧菌代謝蘇州大學 7 產物的調查和利用；等等。

（三）遺傳變異與菌種選育 微生物種質資源的研究及其改良是微生物學中一項長期的不可缺少的工作。 自從遺傳工 程問世以來，使微生物遺傳育種工作登上了一個新的臺階。在遺傳變異與菌種選育領域中， 值得進一步研究的問題如下： 微生物分子育種原理與技術， 原生質體育種的原理與技術； 重組菌的遺傳穩定性； 放線菌遺 傳學；與發酵工程有關的各種新型受體 -載體系統的建立（如芽孢桿菌，棒桿菌，酵母菌， 放線菌，絲狀真菌，若干極端微生物） ；根瘤菌遺傳學，固氮基因匯入非豆科植物；分解纖 維素、 木質素、 半纖維素工程菌的組建； 致病菌耐藥性的遺傳學原理； 以及傳統菌種篩選技 術的突破，等等。

（四）生態學理論與環保實踐 在微生物生態學的研究領域內，深入的工作還較罕見， 有大量的工作等待著人們去研究。例如土壤中微生物新類群的調查， 土壤微生物的群體結構與功能；共生和致病微生物與宿主 相互識別的分子基礎；用微生物防治病蟲害的理論基礎；中國傳統釀造中的微生物生態問題；微生態學的研究；黴腐微生物的種類、 黴腐機制和防治方法；重要致病菌在自然界的生存狀 態；瘤胃、盲腸（馬等） 、蟑螂腸道的微生物區系及其分解纖維素的機制；厭氧降解生態學，頑固性有機物降解菌，“三廢”的綜合利用；海洋微生物生態學；以及產毒真菌與真菌毒素； 等等。

（五）傳染和免疫的機制及實踐 在這方面的研究內容主要有： 病原菌致病的分子機制； 病原性厭氧菌的分離、 鑑定及致 病性；反生物戰；新病原菌的分離、鑑定；新疫苗，新型生物製品，基因工程與菌苗、疫苗 生產，多價基因工程疫苗；單克隆抗體的研究；等等。

（六）其他 微生物學方法的研究； 現代化菌種保藏技術； 微生物資料庫的建立； 實驗室試劑的標準 化；商品化的菌種簡便、快速鑑定盒；等等。 總結 綜上所述， 我們可以知道，微生物是生物界中一支數量無比龐大的隊伍。

它們所起作用 的大小，對人們有利或有害，主要還是取決於人們對其活動規律的認識和掌握的程度。無數 事實生動地證明，自從人類認識微生物並逐步掌握其活動規律後，就可能做到使原來無利的微生物變為有利，小利者變大利，有害者變小害、無害甚至有利， 從而大大地推動人類的進 步。這就是我們學習微生物學的根本目的。