《探索微观世界：微生物篇》课件

探索微观世界微生物篇欢来这观领数迎到微生物的奇妙世界！在个肉眼无法直接察的域里，生活着计们虽关以亿的微小生物，它然个体微小，却在地球生命系统中扮演着至重要的角色现过历们微生物是最早出在地球上的生命形式，至今已有超35亿年的史它们内热生活在我身体外的各个角落，从深海到高空，从酷的温泉到冰冷的极们环维地，无处不在它参与着地球上几乎所有的生物地球化学循，持着生态系统的平衡让们这观我一起踏上段奇妙的旅程，探索微世界的奥秘！课程概述微生物的定义显镜观微生物是指那些个体微小、需要借助微才能察到的生物它们细主要包括菌、病毒、真菌、原生动物等类群，是地球上分布最数广泛、量最多的生命形式微生物的重要性质环态微生物参与地球物循和能量流动，在生系统中扮演着分解者们关导进的角色它与人类健康密切相，既可能致疾病，也能促健领应康在工业、农业、医药等域有广泛用学习目标过课将通本程，学生了解微生物的基本特性、分类及其在自然界和术养人类社会中的作用掌握微生物研究的基本技方法，培微生物维为续专课习础学思，后业程学奠定基微生物学发展历史显微镜的发明1纪兰观17世，荷商人列文虎克（Leeuwenhoek）制造了第一台能察微生物的显镜约称为微，倍率达到270倍他首次描述了小动物（微生物），被微生物学之父显镜为开观们微的发明人类打了探索微世界的大门，使人第一次了解到肉眼看不见的微小生命巴斯德的贡献2纪过鹅颈验19世，法国科学家路易·巴斯德（Louis Pasteur）通著名的瓶实驳说证来还，斥了自然发生，明微生物源于同类微生物他发明了巴氏消毒为预贡法，食品保存和疾病防做出了巨大献科赫的贡献3罗则证德国医生伯特·科赫（Robert Koch）建立了科赫法，明特定微生物关养结与特定疾病之间的因果系他分离培出炭疽杆菌和核杆菌，奠定了医学础微生物学的基微生物的分类细菌病毒细细态原核生物，无核膜，大多具有胞壁非胞形的微生物，只含有一种核酸积须细内体微小，通常在

0.5-5微米之间繁殖（DNA或RNA），必在活胞复过积纳迅速，主要通二分裂方式繁殖包括制体极小，一般在20-300米之态显镜观球菌、杆菌、螺旋菌等形间，需电子微察原生动物真菌单细丝状胞真核生物，具有类似动物的特真核生物，包括酵母菌和真菌具质细养征种类多样，包括鞭毛虫、纤毛虫、有几丁胞壁，属于异生物在自为变形虫和孢子虫部分可引起人类疾然界中作分解者存在，也可引起人类疟病，如疾真菌病细菌的基本结构细胞壁细层为细态细结为兰位于胞膜外，主要成分肽聚糖，提供胞形和保护根据胞壁构差异，可分革氏阳性菌兰阴和革氏性菌细许过细来杀细胞壁是多抗生素的作用靶点，如青霉素通干扰胞壁合成死菌细胞膜层质组选择质进细细产场由磷脂双分子和蛋白成，具有性通透性，控制物出胞是胞能量生的重要所，含链有呼吸酶系细细胞膜是多种抗菌药物的作用靶点，如多粘菌素可破坏胞膜完整性细胞质满细内状质质内结细谢应场充胞部的胶物，含有核糖体、粒、膜系统等构是菌代反的主要所，含有各种谢产酶和代中间物核区细质环状状态细遗传载位于胞中央，含有DNA分子，无核膜和核仁DNA通常以超螺旋存在，是菌信息的体区诺核是某些抗生素如喹酮类药物的作用靶点细菌的特殊结构鞭毛丝状结细数由鞭毛蛋白构成的长构，是菌运动的器官鞭毛的量和排列方式因菌种而异，可为单细环远环细分周生、两端生和端生鞭毛使菌能够向有利境移动或离不利境，增强了菌的生存能力和致病性菌毛细状结细换比鞭毛短而的毛构，主要功能是粘附和菌接合（基因交）性菌毛（F菌毛）能形细进转细细成菌间的桥梁，促DNA移某些菌毛是菌粘附到宿主胞的重要因素，与致病性密关切相荚膜围细层层为荚细细包在胞壁外的粘液，主要成分多糖或多肽膜能保护菌免受吞噬胞的吞噬环伤荚础链和境不良因素的害，是重要的毒力因子膜也是某些血清学分型的基，如肺炎球菌芽胞细环结某些菌（如枯草杆菌、炭疽杆菌）在不良境条件下形成的休眠构芽胞具有极强的抵辐剂为营养细抗力，能耐受高温、干燥、射和化学消毒在适宜条件下，芽胞可发芽成型胞，恢复生长繁殖革兰氏染色法原理兰细将细为兰革氏染色法是菌学中最基本和最重要的染色方法，能菌分革氏阳性菌兰阴这细细结细（G+）和革氏性菌（G-）种分类基于菌胞壁构的差异G+菌胞壁层结细层层肽聚糖厚，能够保留晶紫-碘复合物；G-菌胞壁肽聚糖薄，外有脂多糖，染色后能被酒精脱色步骤结细

1.先用晶紫染色1分钟，所有菌染成紫色结

2.用碘液处理1分钟，形成晶紫-碘复合物

3.用酒精脱色30秒，G-菌被脱色，G+菌保持紫色红红为

4.用番复染30秒，G-菌染成色，G+菌仍紫色意义兰细鉴细础这革氏染色法在菌的初步定中具有重要作用，是菌分类的基种对选择导为对分类抗生素的具有指意义，因不同抗生素G+菌和G-菌的效果不时兰结细细结细同同，革氏染色果也反映了菌胞壁的构特点，有助于了解菌的生物学特性细菌的形态球菌杆菌螺旋菌态椭圆状状细形呈球形或形，呈短棒或长柱，长胞呈螺旋形或波浪径约为约为宽紧直

0.5-

1.5微度1-10微米，度形，根据螺旋的密程细为刚为弯米根据分裂后胞的

0.3-

1.5微米根据度和性，可分曲为态为排列方式，可分双球形特点可分短杆菌菌（如幽门螺杆菌）、肠菌（如肺炎双球菌）、（如大杆菌）、长杆螺旋菌（如梅毒螺旋链链伤钩球菌（如溶血性球菌（如破风杆菌）、体）和端螺旋体（如乱钩这菌）和葡萄球菌（如金弧菌（如霍弧菌）端螺旋体病）类这细黄色葡萄球菌）种等有些杆菌分裂后呈菌通常具有很高的活细现链状排列方式与菌分裂后特殊排列，如、动性，能在液体或半固连关鉴栅栏状养的粘程度有，是或中国字形排体培基中迅速移动别球菌的重要特征列细菌的大小和排列方式细菌的大小排列方式特点数细径这远细细连关鉴别大多菌的直介于

0.5-2微米之间，小于人类胞（直菌的排列方式与其分裂方式和分裂后的粘情况有，是径约这积细积细10-30微米）种微小的体使菌具有很高的表面/菌的重要特征常见的排列方式包括积质换谢体比，有利于物交和代活动细连·双联排列两个胞粘在一起，如肺炎双球菌虽细现细链状细连链然一般菌微小，但也存在一些例外例如，已发的最大·排列多个胞沿一个方向粘，如球菌径状细规则积菌Thiomargarita namibiensis直可达750微米，肉眼可见；径仅约显镜·葡萄串排列胞不堆，如葡萄球菌而最小的支原体直

0.1微米，接近光学微的分辨极栅栏状细状·排列两个胞垂直分裂，如棒杆菌限队状细·团排列胞成群聚集，如四联球菌细菌的生长曲线影响细菌生长的因素温度细围每种菌都有其最适生长温度和生长温度范pH值数细环大多菌适宜在中性或弱碱性境生长营养盐碳源、氮源、无机和生长因子的需求氧气对为厌根据氧的需求分好氧菌、氧菌和兼性菌对细现为谢缓导质将细为温度菌生长的影响表低温下代慢，高温可能致蛋白变性根据最适生长温度，可菌分嗜冷菌（0-20℃）、嗜温菌（20-40℃）和嗜热菌（40-80℃）细数细环营养质应细础浓pH值影响菌酶的活性，大多菌适宜在pH

6.5-

7.5的境中生长，但也有嗜酸菌和嗜碱菌足够的物供是菌生长的基氧气度决定了能量谢对细代方式，不同类型的菌有不同影响细菌的繁殖方式1二分裂2芽殖细细二分裂是菌最常见的繁殖方式芽殖是一些特殊菌（如根瘤菌）这过细过细在个程中，菌的DNA先复的繁殖方式在芽殖程中，母细质终制，胞随后分裂，最形成两胞表面形成一个小突起（芽），随遗传质细渐转个物相同的子胞在适宜后芽逐长大，DNA复制并部分肠细条件下，大杆菌每20分钟就能移到芽中，最后芽与母胞分离形论时细产细完成一次二分裂，理上24小成新胞芽殖生的子胞通常内数细这细时可形成十亿个胞种快速比母胞小，需要一段间才能长细应环繁殖能力使菌能迅速适境变到正常大小化3分生线丝状细这细丝阶分生主要见于放菌等菌些菌的菌在生长到一定段后，会形结产这环成特殊的生殖构，生分生孢子些孢子散布到适宜境后，可以萌发形丝这细应环扩围成新的菌体分生是类菌适不同境、大分布范的重要方式细菌的代谢同化作用异化作用细组释合成胞分，需要消耗能量分解底物，放能量代谢调节代谢平衡环调谢径态根据境条件整代途同化与异化作用的动平衡细简单质杂细组过质这过细同化作用（anabolism）是菌利用物合成复胞分的程，包括蛋白、核酸、多糖和脂类的合成些程需要消耗能量，是胞质础生长和繁殖的物基细杂为简单质过时释环传链过异化作用（catabolism）是菌分解复有机物物的程，同放能量主要包括糖酵解、三羧酸循、电子递和氧化磷酸化等细为来这细鉴程不同菌可利用不同底物作能量源，是菌分类和定的重要依据细菌的遗传与变异基因突变质粒转座子细遗传质诱导质细细质额转组内基因突变是菌物自发或发生粒是存在于菌胞中的外染色体座子是能在基因跳跃的DNA片单换环状质转导的改变，可涉及个核苷酸的替、插入DNA，通常呈，能自主复制粒携段，可从一个位置移到另一个位置，较带细转导或缺失，也可能是大片段的改变突变的基因不是菌生存所必需的，但可能致插入或缺失突变座子的活动可能约赋细状调率通常很低（10^-6至10^-9），但在某予菌特殊性，如抗生素耐药性、毒致基因功能改变、基因重排或基因表达线诱剂谢质过细转带些条件下（如紫外照射、化学变作力因子或特殊代能力粒可通菌控改变某些座子携抗生素耐药基显细进应转导转细传细传用）可著提高突变是菌化和适接合、或化等方式在菌间水平因，在菌耐药性播中起重要作用环础境变化的基播细菌的耐药性产生原因细过转获结亲转过质菌耐药性主要通基因突变和水平基因移得突变可改变抗生素靶点构，降低和力；水平基因移（通转细获编码滥当产粒、座子等）可使菌得耐药蛋白的基因用和不使用抗生素是加速耐药性生的主要因素传播机制过细传遗传给传细传扩耐药性可通菌的垂直播（后代）和水平播（在不同菌间递）散耐药基遗传质转这因常位于可移动元件上，如粒、座子和整合子，些元素可在不同菌株甚至不同菌种转导传间移，致耐药性的广泛播健康威胁细严胁卫导疗难菌耐药性重威全球公共生，致感染治困、病程延长和卫组预测死亡率上升据世界生织，到2050年，耐药性感染可能每年导过数这问题协致1000万人死亡，超癌症死亡人解决一需要全球开作，包括合理使用抗生素、发新型抗菌药物和加强感染控制病毒的基本特征非细胞结构寄生性遗传物质类型细态没绝对细内须遗传质病毒是一种非胞形的微生物，有病毒是的胞寄生物，必在活病毒的物可以是DNA或RNA，呈细结细细内过单链链线环状遗传完整的胞构，不具备胞的基本特的宿主胞复制病毒通劫持宿主或双，性或根据物细谢质来质为征病毒粒子主要由核酸（DNA或胞的代系统和蛋白合成机器完的类型和复制方式，病毒可分不同时围细RNA，但不同具有两者）和包核酸成自身的复制不同病毒具有不同的宿的类群与胞生物不同，病毒的核酸质组还的蛋白外壳成，有些病毒具有脂主特异性，可感染动物、植物、真菌或可以是RNA，且在某些病毒中RNA可作质谢细细为遗传译过转录转包膜病毒不含有完整的代系统，菌某些病毒只能感染特定的胞类信息直接被翻或通逆独这为这为不能立生长和繁殖型，种特异性由病毒表面蛋白与宿主化DNA种多样性使病毒成研究细进胞表面受体的相互作用决定生命起源和化的重要模型病毒的形态和大小态结结杂结结数结病毒的形多种多样，主要包括三种基本类型二十面体构、螺旋形构和复构二十面体构常见于腺病毒和多动物病毒；螺旋形构包括烟草花叶病毒杂结细等植物病毒；复构如痘病毒和某些菌病毒纳数细过显镜观径约纳病毒的大小通常在20-400米之间，比大多菌小得多，只能通电子微察最小的病毒（如小RNA病毒）直20米，而最大的病毒（如巨病毒）可纳细态遗传质围关达400米以上，甚至大于某些小型菌病毒的形和大小与其物类型、宿主范及感染方式密切相病毒的结构核酸蛋白质外壳包膜围质结称为许病毒的核心是核酸，可以是DNA或包核酸的蛋白构衣壳多病毒（如流感病毒、HIV）在衣壳外时质还层质层称为RNA，但不会同含有两种病毒核酸（capsid），由多个蛋白亚基（衣壳有一脂双分子，包膜包单链链线环状组细过可以是或双，性或，分段蛋白）装而成衣壳保护病毒核酸不膜源自宿主胞膜，病毒在出芽程中时导细获镶编码或非分段例如，流感病毒含有8个分段被降解，同介病毒与宿主胞的相得包膜上嵌着病毒的糖蛋单链则链对称为这负责识别细的RNA，而疱疹病毒含有双互作用根据衣壳的性，可分螺白，些蛋白宿主胞受体并带对称进DNA核酸携着病毒复制所需的全部旋性（如烟草花叶病毒）和二十面促病毒入侵遗传编码调对称信息，病毒蛋白及控其表体性（如腺病毒）识别细包膜增加了病毒特定宿主胞的能达细杂对环某些病毒（如菌病毒T4）具有复的力，但也使病毒境因素更敏感包组结丝组对热剂不同病毒的基因大小差异很大，从几构，包括头部、尾部和尾等件，膜病毒通常干燥、和消毒更敏对数组这灭千碱基（如MS2噬菌体）到十万碱每个件都有特定功能感，也是肥皂能有效活新冠病毒等对进基（如巨病毒），反映了病毒化的包膜病毒的原因多样性病毒的复制周期吸附穿透细结过内进细病毒表面蛋白与宿主胞特定受体合病毒通吞或膜融合入胞释放脱壳6过细释释3通出芽或胞裂解放新病毒病毒外壳移除，放核酸组装生物合成4新的病毒粒子形成复制核酸，合成病毒蛋白病毒的分类DNA病毒RNA病毒遗传质遗传质DNA病毒的物是脱氧核糖核酸（DNA），可RNA病毒的物是核糖核酸（RNA），可以是单链链线环状数单链链单链为链以是或双，性或大多DNA病毒在或双RNA病毒又分正RNA病毒细内为负链宿主胞核复制，利用宿主的DNA聚合酶（可直接作mRNA）和RNA病毒（需先合成链链互补）·双DNA病毒疱疹病毒、腺病毒、痘病毒链质单链细·正RNA病毒脊髓灰炎病毒、肝炎A病毒·DNA病毒小病毒负链较组对较杂结·RNA病毒流感病毒、麻疹病毒、狂犬病DNA病毒通常具有大的基因和相复的续毒构，可能引起持性感染链状·双RNA病毒轮病毒细质较RNA病毒在宿主胞中复制，通常具有高的变异率逆转录病毒转录带转录将转录为组逆病毒是一类特殊的RNA病毒，携逆酶基因，能RNA DNA，再整合到宿主基因中转录细·逆RNA病毒人类免疫缺陷病毒（HIV）、人T胞白血病病毒转录·逆DNA病毒乙型肝炎病毒转录难这难逆病毒可引起持久性感染，且以被完全清除，也是艾滋病和慢性乙肝以彻底治愈的原因常见病毒性疾病传径状疾病病原体播途主要症传传热流感流感病毒A、B、飞沫播、接触发、头痛、肌肉C型播疼痛、咳嗽、流涕艾滋病人类免疫缺陷病毒血液、性接触、母免疫系统破坏、易婴传HIV播感染机会性病原体简单疱疹疱疹病毒直接接触、性接触口唇或生殖器疱HSV-1/2疹、疼痛粪传脏病毒性肝炎肝炎病毒A、B、口播A、E、肝炎症、黄疸、劳C、D、E型血液/性接触B、疲、食欲不振C、D传热新冠肺炎SARS-CoV-2飞沫播、气溶胶发、干咳、疲传劳觉觉丧播、嗅味失病毒的预防和控制疫苗预过灭单剂产应来疫苗是防病毒性疾病最有效的方法之一通接种含有减毒或活病毒、病毒亚位或病毒核酸的制，可刺激机体生特异性免疫答，在未接触相同病原时现术传灭单载体提供保护代疫苗技包括统的活/减毒疫苗、亚位疫苗、病毒体疫苗和mRNA疫苗等抗病毒药物过阶来疗抗病毒药物通干扰病毒复制周期的不同段治病毒感染常见作用机制包括抑制病毒吸附或穿透（如抗HIV药物恩夫韦肽）、抑制病毒酶活性（如抗流感药细较较物奥司他韦）、抑制病毒核酸合成（如抗疱疹药物阿昔洛韦）等与抗菌药物相比，抗病毒药物种类少，且普遍特异性高公共卫生措施针对卫断传径卫习惯场环病毒性疾病的公共生措施主要包括隔离感染者以阻播途、加强个人生（如勤洗手）、在特定合使用口罩、境消毒、增强健康教育和风险监测传为沟通、建立疾病系统等此类措施在控制呼吸道病毒（如流感、新冠病毒）的播中尤重要真菌的基本特征万亿

1.5μm735细胞大小已知物种数进化历史（年）细径计真菌胞直通常在1-5微米之间估实际存在150万种真菌真菌是地球上最古老的真核生物之一细细结细内质线细绿进真菌是一类真核生物，其胞具有与植物和动物胞相似的构，包括胞核、网、粒体等胞器与植物不同，真菌不含叶素，不能质细营养摄为营养行光合作用；与动物不同，真菌具有几丁胞壁，不能运动，取方式吸收式数过获营养还大多真菌是腐生生物，通分解死亡的有机物取；一些真菌是共生生物，如地衣（真菌与藻类共生）和菌根（真菌与植物根系共生）；态对质环有一些真菌是寄生生物，可引起植物、动物和人类的真菌病真菌在生系统中扮演分解者角色，物循具有重要意义真菌的形态酵母菌丝状真菌二形性真菌单细圆椭圆丝状细状结丝环现酵母菌是胞真菌，呈形或形，直真菌（霉菌）由长的管构—菌二形性真菌能在不同境条件下表出两种径约酿组丝丝丝为营态时态3-5微米典型代表是酒酵母和白色成，菌交织形成菌体菌可分不同的形在37℃呈酵母样形，在过养丝丝丝时丝状这为念珠菌酵母菌主要通出芽方式繁殖，在菌和生殖菌根据菌是否有隔膜，25℃呈菌类真菌多人类病原为丝丝丝状组浆荚组适宜条件下能快速增殖某些酵母菌在特定可分有隔菌和无隔菌常见的真菌，包括织胞菌、球孢子菌和膜织丝这鉴别这浆转条件下可形成假菌，是真菌的重要菌包括青霉菌、曲霉菌和毛霉菌等类真胞菌等二形性变与真菌致病性密切相应过态颜关应内环特征酵母菌广泛用于食品发酵和生物技菌通常通孢子繁殖，孢子的形、色和，它使真菌能适宿主体境，逃避免术鉴识别传，但部分种类也是人类致病菌排列方式是定的重要依据疫系统，增强感染和播能力真菌的繁殖方式有性繁殖无性繁殖数真菌的有性繁殖涉及两个compatible的菌株或同一菌株不同部无性繁殖是真菌最常见的繁殖方式，不涉及核融合和减分裂，数产组遗传产亲位的核融合和减分裂，生基因重，增加多样性根据生的后代与代基因型相同主要方式包括为有性孢子的类型和形成方式，真菌可分接合菌门、子囊菌门、细为细·分裂生殖胞直接分裂两个子胞担子菌门和半知菌门细渐·出芽生殖母胞表面形成芽，逐长大后分离·接合菌形成接合孢子，如毛霉·孢子生殖形成各种无性孢子，如分生孢子、孢囊孢子丝丝断丝·子囊菌形成子囊孢子，如酵母、青霉·菌体碎片化菌裂，碎片发育成新的菌体·担子菌形成担孢子，如蘑菇、木耳时内产扩无性繁殖速度快，能在短间生大量后代，是真菌迅速散虽过杂产遗传应环数进有性繁殖然程复，但能生变异，有助于真菌适和定殖的主要方式大多真菌在有利条件下行无性繁殖，在转为境变化和抵抗不利条件不利条件下有性繁殖常见真菌性疾病皮肤癣念珠菌病肤癣称皮（俗ringworm）是由皮念珠菌病是由白色念珠菌等念珠菌属癣浅鹅菌属真菌引起的表感染，可影响真菌引起的感染，可发生在口腔（肤疮阴阴皮、头发和指甲根据感染部位不口）、道（霉菌性道炎）、皮为癣癣肤内脏为同，可分足（香港脚）、体、和等部位念珠菌通常作人癣癣癣这股、头和甲等类疾病通常体正常菌群存在，但在免疫力下降、过内时过通直接接触感染者或被污染的物品抗生素使用或分泌变化可度生传状肤红鳞导浅状播症包括皮发、瘙痒、长致感染表感染症包括白色环状疗袭屑形成和病变治主要采用局斑块、瘙痒和疼痛；侵性感染可危疗部或口服抗真菌药物及生命治依靠抗真菌药物和改善宿主防御力肺曲霉病肺曲霉病是由曲霉菌（主要是烟曲霉）吸入引起的肺部感染，多见于免疫功能低下质状热者，如器官移植受者、长期使用皮类固醇者和血液病患者症包括发、咳嗽、难严诊断检养胸痛和呼吸困，重者可播散至全身多个器官依靠影像学查、真菌培和检测疗预状态血清学治主要使用伏立康唑等三唑类抗真菌药物，后与免疫密切相关真菌在生态系统中的作用生态系统健康维态持生系统平衡与生物多样性物质循环释养分解有机物，放分回到土壤共生关系进与植物根系形成菌根，促植物生长为难组质维这数将杂为简作分解者，真菌能分解降解的植物分如木素和纤素，是大多生物无法完成的任务真菌分泌胞外酶复有机物分解单进环维没残将积养环将断化合物，促碳、氮、磷等元素循，持土壤肥力有真菌的分解作用，大量植物体堆，分循中陆关矿质别扩积菌根是真菌与90%以上地植物根系形成的互惠共生系真菌帮助植物吸收水分和物（特是磷），大吸收面，提高抗逆性；则为蓝细环态驱植物真菌提供碳水化合物地衣是真菌与藻类或菌的共生体，能在极端境中生存，是生演替的先者原生动物的特征单细胞真核生物多样的运动方式组单细为原生动物是一多样化的胞真核生原生动物根据运动方式的不同，可分鞭细内细物，胞具有完整的胞器系统，包括毛虫、纤毛虫、变形虫和孢子虫鞭毛虫细线内质数胞核、粒体、网和高尔基体等依靠少长鞭毛运动；纤毛虫依靠密布的细积较过伪进与菌不同，原生动物体大，通常在短纤毛运动；变形虫通形成足行爬显镜观10-100微米之间，可用光学微察行运动；孢子虫成熟期不具有运动能力尽单细细结这应管是胞生物，但原生动物的胞些不同的运动方式反映了原生动物适区态进构高度分化，形成了各种功能域，如口不同生位的化策略，也是分类学上的缩器、胞肛、收泡和感光器等，使其能完重要依据杂成复的生命活动复杂的生活史许杂阶现态疟多原生动物具有复的生活周期，在不同段表出不同的形和生活方式例如，原杂肠为营养养虫在人体和蚊子之间交替，完成复的生活史；道阿米巴在适宜条件下型滋体，在不利条件下形成囊体这杂应环种复的生活史使原生动物能够适不同的境条件，增强生存能力，也增加了寄生虫病难防控的度原生动物的分类鞭毛虫纤毛虫依靠一条或多条鞭毛运动的原生动物鞭毛体表覆盖大量短纤毛的原生动物纤毛排列细质结过状摆产协摆产细是长的蛋白构，通波浪动生整齐，同动生水流，使胞能快速运进锥锥单推力代表性种类包括虫（引起虫动代表性种类包括草履虫、钟形虫和面1热这结为杂显病）、利什曼原虫（引起黑病）和梨形鞭虫类原生动物构最复，具有明细结毛虫（非致病性）的胞口、胞咽和胞肛等构孢子虫变形虫传43过伪伪细质成熟期不具运动能力，以孢子形式播的寄通足运动的原生动物足是胞的杂过临时过质生性原生动物生活史通常复，涉及性突起，通胞流动形成和收回代表过疟程和无性程代表性种类包括原虫（引性种类包括阿米巴（如痢疾阿米巴）和有孔疟隐没态环起疾）、弓形虫（引起弓形体病）和孢虫变形虫通常有固定形，能随境改隐状子虫（引起孢子虫病）变形原生动物的生活方式自由生活数湿润们大多原生动物是自由生活的，广泛分布于淡水、海水和的土壤中它过细获营养通吞噬菌、藻类、有机碎屑或其他小型原生动物取，是微生物食物组网中的重要成部分典型代表包括草履虫、变形虫和眼虫等寄生生活许应内资多原生动物适了寄生生活方式，在宿主体或体表生活，利用宿主源们它可寄生于人类、动物、植物甚至其他原生动物人类重要的原生动物病原疟贾体包括原虫、痢疾阿米巴、第鞭毛虫和利什曼原虫等共生关系关蚁肠一些原生动物与其他生物形成互惠共生系例如，白道中的鞭毛虫帮助维协维内进分解纤素；牛羊瘤胃中的纤毛虫助消化植物纤；珊瑚虫体的虫黄藻营养这关对行光合作用提供些共生系宿主和原生动物都有利原生动物导致的疾病称传状疾病名病原体播方式主要症防治措施疟疟杀灭疾原虫蚊虫叮咬周期性发蚊虫、热战疟、寒、抗药物、贫血疫苗研发粪传卫阿米巴痢疾痢疾阿米巴口播腹痛、腹个人生、泻、粘液血食品安全、便抗原虫药物锥锥蝇热虫病虫采采叮咬发、淋巴控制采采结肿蝇锥大、中、抗虫枢状神经症药物贾贾粪传饮卫第鞭毛虫第鞭毛虫口播腹痛、腹水生、泻胀病、腹、甲硝唑等药疗消化不良物治微生物的生态作用碳循环氮循环释产分解有机物放二氧化碳，固定二氧化碳生有2固氮、硝化作用和反硝化作用机物4磷循环硫循环3矿转盐还有机磷化和无机磷化硫化物氧化和硫酸原环驱环将残转为蓝细则将微生物是地球生物地球化学循的核心动力在碳循中，微生物分解者动植物体中的碳化二氧化碳返回大气；光合微生物（如菌）二氧化碳固为环将转为细将为盐细将盐还为定有机碳在氮循中，固氮微生物（如根瘤菌）大气中惰性的氮气化氨；硝化菌氨氧化硝酸；反硝化菌硝酸原氮气还过质杀剂转来净环维态础时为微生物通降解有毒物（如石油、虫）和化重金属化境在生物多样性持方面，微生物既是生系统的分解者，也是食物网的基，同作病调说没质环将维将续原体控动植物种群可以，有微生物的参与，地球上的物循无法持，生命无法持微生物与人类的关系有益微生物有害微生物条件致病菌数对过产组大多微生物人类有益或中性益生致病微生物通生毒素、破坏织或条件致病菌在正常情况下与宿主和平共肠过应导菌（如乳酸菌、双歧杆菌）定植于触发度免疫反致疾病病毒性疾处，但在特定条件下（如免疫力下降、维训练细调伤道，帮助消化、合成生素、免疫病包括流感、艾滋病和肝炎；菌性疾菌群失、口感染）可引起疾病例肤结阴系统、抑制有害菌生长皮共生菌通病包括肺炎、核病和食物中毒；真菌如，白色念珠菌常存在于口腔和道过态产质肤癣时鹅疮阴占据生位和生抗菌物保护皮病包括皮和念珠菌病；原虫病包括中，免疫力下降可引起口或道肤疟肠肠进疾和阿米巴病炎；大杆菌是道正常菌群，但入环质环废还败泌尿系统可引起感染境中的微生物参与物循，分解微生物可引起食品腐、工业材料生净产损这们物，化水体工业微生物用于生食物降解、农作物病害等经济失随着类微生物提醒我，微生物的有益滥问题严绝对品、药物、酶和化学品农业微生物提抗生素用，耐药性日益重，威或有害不是的，而取决于微生物进胁现数状态态高土壤肥力，促植物生长，控制病虫代医学成就种类、量、位置和宿主的动平害衡微生物在发酵中的应用酒类发酵乳制品发酵酱油醋类发酵产过导将传调赖酱微生物发酵是酒类生的核心程酵母乳酸菌在乳制品发酵中起主作用，乳东亚统味品依微生物发酵油制酿将转为转为导质将质菌（主要是酒酵母）糖分化乙醇糖化乳酸，致pH降低、蛋白凝作首先使用曲霉大豆、小麦中的蛋白结热链为和二氧化碳不同酒类使用不同原料和微酸奶使用嗜球菌和保加利亚乳杆和淀粉水解氨基酸和糖，然后乳酸菌和进产产生物啤酒使用大麦麦芽和啤酒酵母；葡菌；奶酪制作涉及乳酸菌和（某些品种）酵母一步发酵生风味；食醋生包括蓝开产将为萄酒利用葡萄中的糖和葡萄酒酵母；白酒霉菌或白霉菌；酸奶油、菲尔等品酵母酒精发酵和醋酸菌乙醇氧化醋酸则仅质过酱产赖采用多种微生物混合发酵；日本清酒使用使用特定的菌群发酵不改变地和的程；豆瓣、味噌等品同样依多还质营养协米曲霉和酵母的联合作用风味，提高保期和价值种微生物的同作用微生物在医药中的应用抗生素生产疫苗制备生物制品产预传许产挥关键抗生素是微生物生的能抑制其他微生物生疫苗是防染病的有效手段，多疫苗基微生物在各类生物制品生中发作质现产传灭组质岛长的物，是代医学的重要支柱青霉素于微生物或其物统疫苗包括活疫苗用重蛋白药物如胰素、生长激素、产规应质灭过由青霉菌生，首个被大模用的抗生（如脊髓灰炎活疫苗）、减毒活疫苗干扰素等通基因工程微生物表达系统生链链产疗伤产维素；霉素由霉菌生，第一个有效治（如麻疹疫苗）和类毒素疫苗（如破风疫；微生物酶如纤素酶、蛋白酶用于疾病结红环现术单组疗单现疗础核病的抗生素；霉素、四素等也由微苗）代技发展了亚位疫苗、重疫治；克隆抗体是代免疫治的基；产现产肠剂调节肠疗泻生物生代抗生素生采用优化菌株和苗和核酸疫苗微生物表达系统（如大杆益生菌制用于道菌群，治腹和产虽许现产组肠综细发酵条件，最大化量然多抗生素菌、酵母）是生重蛋白疫苗的重要工易激合征胞因子、激素、血液制品过产产赖术可通化学合成，但发酵生仍是重要途具，如乙肝疫苗和HPV疫苗等生物制品的生同样依微生物技径微生物在环境保护中的应用生物降解将转为产微生物能降解各种有机污染物，其化无害物特定菌种能分解石油类污染物单线（如假胞菌属、芽孢杆菌属）、农药（如某些放菌）和塑料（如PET分解菌）微对环较环生物降解的优点是成本低、境友好、可就地处理；缺点是降解速度慢，受境条应废场场件限制生物降解已广泛用于工业水处理、石油污染地修复和垃圾填埋管理生物修复环态生物修复利用微生物去除境中的污染物，恢复生系统功能主要策略包括原位现场将专生物修复（在污染直接处理）、异位生物修复（污染物移至门设施处理）、环进生物增强（添加特定微生物）和生物刺激（优化境条件促原有微生物活动）微仅还转将转为生物不能降解有机污染物，能化重金属（如可溶性汞不溶性形式）或累积铀放射性元素（如某些真菌富集）废水处理废将为微生物是水处理的核心在活性污泥法中，好氧微生物有机物氧化二氧化厌杂协为碳和水；在氧消化中，复有机物经多种微生物同分解甲烷和二氧化碳，产载生的沼气可作燃料；在生物膜法中，微生物附着在固体体上形成生物膜，提还这高处理效率特殊微生物用于去除氮（硝化-反硝化）和磷（聚磷菌）些生环物处理方法相比化学处理更经济、保微生物在农业中的应用生物肥料生物农药饲料添加剂剂产饲剂产生物肥料是含有活微生物的制，能提高植物生物农药利用微生物及其物控制植物病虫微生物料添加能提高动物健康和生性营养进产结对维肠吸收和促生长固氮微生物（如根瘤害苏云金芽孢杆菌（Bt）生的晶蛋白能益生菌（如乳酸菌、芽孢杆菌）能持蓝细将转为鳞绿预肠剂维菌、菌）大气中的氮化植物可利用翅目昆虫有特异性毒性；僵菌可感染多种道菌群平衡，防道疾病；酶制（如纤单树链谢产饲营养的形式；磷溶解菌（如芽孢杆菌、假胞菌）农业害虫；浸染果素霉菌的代物农用素酶、植酸酶）提高料利用率；有机酸难盐扩链细诱产能溶解土壤中溶性磷酸；菌根真菌大植霉素用于控制菌性病害；某些微生物可（由微生物发酵生）能抑制有害菌生长，降积矿质导对肠养维物根系吸收面，提高水分和物吸收生植物系统抗性，增强病原体的防御能力低道pH值；酵母培物提供B族生素和消环结环这剂为物肥料相比化学肥料更保，能改善土壤生物农药相比化学农药降解快、境友好、不化刺激物些添加已成减少抗生素使盐产稳较进续构，减少硝酸淋溶和温室气体排放易生抗性，但定性和速效性差用、促畜牧业可持发展的重要工具微生物在工业中的应用生物能源将质转为对赖过产规掺换应微生物能生物化可再生能源，减少化石燃料的依生物乙醇主要通酵母发酵糖类生，巴西和美国大模用于汽油混；生物柴油可由油脂经酶催化酯交反生产过厌废产区应质为；沼气（主要成分甲烷）通氧微生物发酵有机物生，广泛用于农村地能源供；微藻生物因生长速度快、不占用农田，被视第三代生物燃料的希望生物塑料产传羟细积储质传微生物能生多种生物可降解塑料，替代统石油基塑料聚基烷酸酯PHAs是菌在特定条件下累的能物，具有类似统塑料的性能但可完全生物降解；聚乳酸PLA虽过产细维纯维这虽较术进规扩应通化学方法合成，但其原料乳酸由微生物发酵生；菌纤素是一种高度纤素，可用于食品包装和医用材料些生物塑料成本高，但随技步和模大，阔用前景广生物冶金矿滤矿将贵顽矿生物冶金利用微生物能力从低品位石中提取金属微生物淋使用嗜酸性硫杆菌氧化硫化中的硫化物，金属溶解；生物氧化前处理增加金属（如金）从固石中的回收积环蚀时产质传别矿矿率；微生物累可富集境中稀有金属；微生物腐利用微生物生长生的活性物加速金属溶解生物冶金相比统冶金方法能耗低、污染少，特适用于低品位和尾处理微生物与食品安全食品腐败败导质观过败单食品腐是微生物在食品中生长繁殖，分解食品成分，致地、气味、味道和外变化的程主要腐微生物包括假胞菌（肉产败仅损还产质类和海品）、乳酸菌（蔬菜和乳制品）、酵母和霉菌（水果和谷物）腐不造成经济失，可能生有害物防控措施包调节剂组括低温保存、降低水分活度、pH值、使用防腐和改变包装气体成等食源性疾病过摄细鸡食源性疾病是通入受污染食品引起的疾病菌性食源性疾病主要由沙门氏菌（蛋、肉类）、金黄单细产荚色葡萄球菌（乳制品）、核胞增生李斯特菌（即食食品）、气膜梭菌（低酸罐头食品）等引起；产坚诺过传预真菌生的霉菌毒素（如黄曲霉毒素）可污染谷物和果；病毒如如病毒可通贝类播防措施包卫习惯饪括良好的生、安全的食品处理和充分的烹食品保藏术质热食品保藏技旨在控制微生物生长，延长食品保期物理保藏方法包括处灭辐剂理（巴氏消毒、菌）、低温保存、干燥和照；化学保藏使用添加如山梨盐产酸、苯甲酸和亚硝酸；生物保藏利用乳酸菌生的乳酸和抗菌肽抑制有害微调环组现生物；改良气包装改变境气体成，抑制需氧微生物生长代食品保藏趋术结现向于多重屏障技，合多种方法实最佳效果微生物实验室安全生物安全等级为级根据微生物的危害程度分四个人防护验实服、手套、面罩等防护装备操作规范标准操作程序确保安全处理微生物级导肠级传生物安全一（BSL-1）适用于已知不会致健康人疾病的微生物，如大杆菌K12株；生物安全二（BSL-2）适用于能引起人类疾病但播级导严预疗结风险有限的微生物，如沙门氏菌；生物安全三（BSL-3）适用于可能致重或致命疾病但有防和治手段的病原体，如核分枝杆菌；级导严预疗生物安全四（BSL-4）适用于致重致命疾病且无有效防治手段的病原体，如埃博拉病毒须级别规进验废弃应对预验应个人防护设备必与所处理的微生物危险相匹配操作范包括出实室程序、物处理、意外事件案等每个实室都有负责进评员训验进明确的安全管理制度和人，定期行风险估和人培，确保实室工作安全、有序行显微镜技术光学显微镜电子显微镜荧光显微镜显镜镜显镜线荧显镜荧荧标记细光学微利用可见光和透系统放大样品，是电子微使用电子束代替光，分辨率可达光微利用光染料或光蛋白特定场显镜纳数观细结荧最基本的微生物学工具普通明微分辨率

0.1米，能放大十万倍，是察病毒和胞胞构或分子，在特定波长光照射下发出光，约数约观结显镜现关键荧术

0.2微米，最大放大倍1000倍，适合察超微构的重要工具透射电子微（TEM）是代生物学研究的工具免疫光技使细观过产维图观荧标记识别荧杂菌、真菌和原生动物，但不能察病毒暗视使电子束穿超薄样品，生二像，适合用光抗体特异性抗原；光原位交显镜过细内结扫显镜检测野微通特殊光路使微生物在黑暗背景下呈察胞部构；描电子微（SEM）使电（FISH）可特定DNA或RNA序列；共聚焦观显扫产维图扫显镜获维亮色，适合察螺旋体等小型微生物；相差微子束在样品表面描，生三表面像，适合激光描微增加了空间分辨率，能得三镜对观观态显镜虽图显术增强无染色微生物的比度，适合察活体样察微生物形和排列电子微分辨率高像；超分辨率微技突破了光学衍射极限，荧显镜则观荧标记观显镜本；光微用于察光染料的样但成本高昂，且不能察活体样本分辨率接近电子微本微生物培养技术培养基类型接种方法养为营养环将养过培基是微生物生长提供和适宜接种是微生物引入培基的程常用质状态为养环丝环灭境的物按物理可分液体培基工具包括接种（金属，火焰汤养养针（肉）、半固体培基和固体培基菌）、接种（尖端工具，适合穿刺）和为（常加琼脂）；按化学成分可分合成培一次性接种棒（塑料制品）平板接种可养杂养线单基（确切成分已知）和复培基（含采用划法（分离菌落）、涂布法（定汤胨杂倾养肉、蛋白等复成分）；按用途可分量分析）和注法（嵌入培）；液体培为础养选择养养论基培基、性培基（添加抑制可直接加入菌液或菌落无何种方鉴别养显须某些微生物的成分）、培基（能法，都必在无菌条件下操作，防止污养须灭过示微生物特定生化特性）和富集培基染接种工具使用前后必菌，接种进对应进（促特定微生物生长）不同微生物程在火焰附近或生物安全柜中行养培基的需求差异很大培养条件养养关键数细为合适的培条件是成功培微生物的温度是重要参，一般菌适宜温度37℃，真为热数为菌25-28℃，但嗜冷菌、嗜菌需特殊温度；大多微生物适宜pH值

6.5-

7.5，但酸性或环为浓碱性境微生物除外；氧气需求分好氧（需氧气）、微需氧（需低度氧气）、兼性（有无厌对须养时细氧气均可生长）和氧（无氧生长）；光照光合微生物和某些孢子形成必；培间从数时数菌的小到真菌的天不等微生物分离纯化技术划线分离法倾注平板法稀释涂布法线纯倾将烫释将释将划分离法是最常用的微生物化技注平板法微生物与融化但不手的稀涂布法先样品系列稀，然后术过线释养倾养当释悬，通在琼脂平板上反复划，稀琼脂培基混合，入培皿中凝固适稀度的液涂布在平板表面具终获单骤骤原始混合物，最得个菌落具体具体步体步骤步释悬释

1.准备稀后的微生物液

1.制备样品的10倍系列稀液（10^-1环悬养

1.用接种蘸取少量菌液至10^-8）

2.取

0.1-1ml液加入空培皿区线当释悬约养

2.在平板一部分域画出密集条

2.取

0.1ml适稀度的液加到平板

3.倒入15ml融化冷却的琼脂培基灭环区缘约表面

3.菌接种，从已划域边少量划（45℃）区匀轻轻转匀养入新域

3.用无菌涂布棒均涂抹整个平板

4.旋混，凝固后倒置培转养

4.重复操作3-4次，每次向成90度角这细内

4.培至菌落可见养观终区单种方法使菌分布在琼脂部，适合厌养计数单较这获纯养

5.培后察最域的菌落氧菌培和菌落，但取菌落种方法既可用于得培物，也可难测浓简单术较困用于定量定微生物度，是微生物学优点是易行，缺点是技要求验规术赖验实室的常技高，成功率依操作者经微生物鉴定技术形态学鉴定态鉴态应细态检细状形学定基于微生物的形特征、染色反和生长特性等菌形学查包括胞形（球菌、杆菌、螺兰结荚态检丝结旋菌）、大小、排列方式、革染色果、膜和芽胞的存在等；真菌形学查包括菌类型、孢子构；态检赖显镜观态状颜质鉴病毒形学查依电子微察病毒粒子形菌落特征（大小、形、色、地）也是初步定的重态检简结要依据形学查便快速，但特异性不高，通常需合其他方法生理生化鉴定鉴谢传鉴测试试验生理生化定基于微生物的代特性，是统定的主要方法常用包括碳源利用（如糖发酵）、氮盐鉴源利用、特定酶活性（如催化酶、氧化酶）、耐性、温度耐受性等商业定系统如API系统、VITEK系统整应临验鉴区时较合多种生化反，自动化程度高，广泛用于床微生物实室生理生化定能分相似菌种，但耗长，结某些微生物表型可变，影响果一致性血清学鉴定鉴应检测术应细血清学定基于抗原-抗体特异性反，用于微生物抗原或宿主抗体常用技包括凝集反（菌与特异产试验标记检测荧术抗体混合生肉眼可见凝集物）、酶联免疫吸附（ELISA，用酶抗原或抗体）、免疫光技荧标记观这简临诊断（用光抗体直接察微生物）些方法特异性高、敏感度好、操作便，广泛用于床和流行病调现应学查，但可能出交叉反分子生物学鉴定鉴组现鉴标链应检测分子生物学定基于微生物基因特征，是代微生物定的金准聚合酶反（PCR）特定基因片杂检测测别测段；核酸交特异性序列；DNA序（特是16S rDNA序）提供准确的系统发育信息；限制性片段长态场质辅时质谱度多性（RFLP）和脉冲凝胶电泳（PFGE）用于菌株分型；基助激光解吸电离飞行间过质纹图谱鉴这术区缘（MALDI-TOF MS）通蛋白指快速定微生物些技敏感性和特异性极高，能分近种微生物计数方法30-30010^810^6最佳菌落计数范围显微镜视野细菌上限MPN法典型检测范围计数数计数细数数围平板法理想的菌落量每毫升样品可的菌量每100毫升水样中的菌范计数计数过计数计数当释数平板法是最常用的方法，通算平板上的菌落量估原始样品中的活菌样品需经适稀，使每个平板上生长的菌落在30-300个之计数计结为单仅计数养间，既能准确又有统学意义果通常表示CFU/ml或CFU/g（菌落形成位）此方法能在特定培条件下形成可见菌落的活菌数计数别数较时释组养组显数最可能法（MPN）适用于液体样品中活菌，特是菌低样品经系列稀后接种到多液体培管中，根据各中示生长的管，查表或计数显镜计数显镜计数计数计数数算得出最可能菌微法直接在微下微生物，可使用血球板或Petroff-Hausser室，适用于快速估算总菌（包括活菌和死还浊测测谢测菌）其他方法包括度定、干重定和代活性定等微生物基因工程基因克隆基因表达将载导转录译为质外源基因插入体并入宿主2外源基因在宿主中翻蛋白应用开发基因编辑领组基因工程微生物用于医药、农业等域精确修改基因DNA序列骤扩过载内连将载组导细过转转基因克隆的基本步包括目的基因提取和增（通常通PCR）、基因和体用限制性切酶消化、接酶基因插入体、重DNA入宿主胞（通化、电筛选组载质肠细等方法）、含有重DNA的克隆常用的克隆体有粒、噬菌体、人工染色体等；常用宿主包括大杆菌、酵母、哺乳动物胞等调载细组肠饰细基因表达系统由启动子、控元件、表达体和宿主胞成原核表达系统（如大杆菌）表达量高但蛋白可能缺乏正确折叠或修；真核表达系统（如酵母、昆虫细进译饰较编辑术组应胞、哺乳动物胞）能行翻后修，但表达量低基因技如CRISPR-Cas9系统已革命性地提高了基因改造的精确性和效率，广泛用于微生物改良、功能研究和合成生物学微生物组学研究基因组学转录组学组遗传质结进测术转录组调络术微生物基因学研究微生物全部物的构、功能和化随着高通量序技发学研究特定条件下微生物表达的所有RNA分子，揭示基因表达控网常用技组测显组测仅鉴阵测时转录组展，微生物基因序成本大幅降低，速度著提高全基因序不能定微生物种包括微列、RNA序和实定量PCR分析能确定哪些基因在特定条件下（如感还谢遗传较组环胁调调对环应类，能揭示其代潜能、毒力因子、耐药基因、移动元件等比基因学分析不染、境迫、药物处理）被上或下，了解微生物境变化的响机制组应进同菌株间的基因差异，了解微生物适性化这识别关键调现谢径为些信息有助于控基因、发新的代途和药物靶点，微生物改造和药物组应诊断开领开基因信息已广泛用于疾病、药物发、分子分型和疫情追踪等域发提供依据蛋白质组学代谢组学质组产质饰状态谢组产谢产状态蛋白学研究微生物生的所有蛋白，包括其表达水平、修和相互作用主要代学研究微生物生的所有小分子代物，是了解微生物生理的直接窗口常术维谱质谱质组转录组术谱质谱谱质谱谢组谢技包括二凝胶电泳、液相色和分析蛋白学能提供比学更直接的功用技包括核磁共振、气相色-和液相色-代学能揭示微生物的代流变为质细执级谢产环应能信息，因蛋白是胞功能的实际行者化、次代物、境响和种间相互作用这领对环应标鉴这开鉴标态一域了解微生物毒力机制、抗药性机制、境适性和菌种特异性志物定等具些信息有助于发新型抗生素、优化工业发酵工艺、定生物志物和理解微生物生有重要价值功能微生物与人体微生物组微生物与免疫系统先天性免疫适应性免疫疫苗原理应细细过诱导产先天性免疫是机体抵抗微生物侵染的第一适性免疫由T淋巴胞和B淋巴胞介疫苗是通模拟自然感染，机体生线应导识别记忆记忆剂传道防，具有快速响但非特异性的特，具有特异性、免疫和自身耐免疫但不引起疾病的生物制统肤细导细杀灭杀点物理屏障（如皮、黏膜）阻止微生受等特点T胞介胞免疫，直接疫苗包括活疫苗（化学或物理方法死伤细细调节物入侵；化学屏障（如胃酸、溶菌酶）直感染胞或分泌胞因子免疫反的微生物）、减毒活疫苗（毒力减弱但仍杀灭细细应细导产接微生物；胞成分包括巨噬胞、；B胞介体液免疫，生特异性抗能复制的微生物）和类毒素疫苗（经处理细杀伤细识别进细中性粒胞、自然胞等，能微体中和微生物或促其清除的菌毒素）生物共有的分子模式（PAMPs）应应为应现术单适性免疫响分初次免疫答（接触代疫苗技包括亚位疫苗（微生物的质级应产继应组组产补体系统是血液中的蛋白联反，能抗原后7-10天生）和发免疫答（再特定抗原分）、重疫苗（基因工程进产这编码直接裂解微生物或促吞噬作用炎症反次接触同一抗原迅速大量生抗体）生的抗原）、核酸疫苗（抗原的DNA应组对记忆础载带是局部织微生物感染的保护性反种免疫是疫苗有效性的基微生物或RNA）和体疫苗（使用无害病毒携应扩张渗细过应标仅，包括血管、透性增加和免疫通多种机制逃避或抑制免疫答，如抗目抗原基因）疫苗接种不保护个产过胞募集原变异、生免疫抑制因子等体，也通群体免疫保护整个人群，是控传卫制染病最有效的公共生措施抗微生物药物抗生素疗细为细质环诺抗生素是治菌感染的药物，根据作用机制可分抑制胞壁合成类（如青霉素、头孢菌素）、抑制蛋白合成类（如氨基糖苷类、四素类）、抑制核酸合成类（如喹酮细谱为谱对细谱对细为杀类）、抑制叶酸合成类（如磺胺类）和抑制胞膜功能类（如多粘菌素）抗生素可根据抗菌分广（多种菌有效）和窄（特定菌有效），根据作用方式分菌剂剂和抑菌抗病毒药物针对刚抗病毒药物病毒感染，作用机制包括抑制病毒吸附和穿透（如恩夫韦肽）、抑制病毒脱壳（如金烷胺）、抑制病毒核酸合成（如阿昔洛韦、奥司他韦）、抑制病毒蛋白加剂释细难为细难工（如HIV蛋白酶抑制）和干扰病毒放（如扎那米韦）与抗菌药物相比，抗病毒药物度更大，因病毒利用宿主胞机制复制，以找到特异性靶点抗真菌药物疗浅袭细抗真菌药物用于治表和侵性真菌感染，主要包括多烯类（如两性霉素B）靶向真菌胞膜中的麦角固醇；唑类（如氟康唑）抑制麦角固醇合成；烯丙胺类（如特比萘芬）净细对较也抑制麦角固醇合成但机制不同；棘白霉素类（如卡泊芬）抑制胞壁β-葡聚糖合成抗真菌药物种类相少，毒性和药物相互作用是主要限制因素微生物耐药性问题耐药机制细过获灭内菌通多种机制得耐药性酶活是最常见机制，如β-酰胺酶分解青霉素结类抗生素；靶点改变使抗生素无法合，如耐甲氧西林金黄色葡萄球菌MRSA的多重耐药结将细青霉素合蛋白改变；药物外排系统主动抗生素泵出胞，常见于多重耐药细进径绕过对别时产菌；胞膜通透性降低减少抗生素入；旁路途抗生素作用点，如磺胺耐多重耐药MDR指微生物多种不同类抗微生物药物同生耐药性泛耐药获为严对药菌得外源性叶酸XDR和全耐药PDR菌株更重，几乎所有可用药物耐药典型的多重耐药产谱内肠细产菌包括MRSA、超广β-酰胺酶ESBL杆菌科菌、碳青霉烯酶生菌和肠这级细导疗选择耐药性控制策略万古霉素耐药球菌VRE些超菌致治有限，病死率增加和疗费医用上升综剂疗控制耐药性蔓延的合策略包括合理使用抗生素（合适药物、量、程）；项监诊断术开抗生素管理目（督医院抗生素使用）；提高技加速准确用药；发新疗卫型抗菌药物和替代法（噬菌体、抗菌肽）；加强感染控制措施（手生、隔滥监测离）；减少农业和畜牧业抗生素用；建立抗生素耐药性系统；加强公众和员协医护人教育耐药性控制需多方同，采取同一健康理念新发传染病定义和特点近年来的新发传染病传现显纪来传新发染病是指新出的、发病率明上升的或21世以的重要新发染病包括2003年扩趋势传这严综过有散的染病些疾病可能是完全新发SARS（重急性呼吸合征），源自蝙蝠，通现状传的病原体引起（如SARS冠病毒）；已知病原果子狸播；2009年H1N1甲型流感大流行，源扩区罗体散到新地或新宿主（如西尼病毒在北自猪与禽流感病毒重配；2012年MERS（中东呼获结综过骆驼传美）；已知病原体得新的毒力特征（如耐药吸合征），源自蝙蝠，通播；2014-认识核分枝杆菌）；或者是以前未被的古老疾病2016年西非埃博拉病毒疫情，可能源自蝙蝠；过传（如艾滋病）2015-2016年寨卡病毒疫情，通蚊媒播；传预测传2019年至今的新冠肺炎（COVID-19）全球大流新发染病具有不可性、跨国界播、缺乏行有效防控措施等特点，往往由病毒引起，常源自这显对传人畜共患疾病些疫情凸了人类新发染病的脆弱性和全应对球机制的重要性防控策略传层监测现诊断术缩诊时有效防控新发染病需要多次的策略全球系统及早发疫情；快速技短确间；研发应对术应调新病原体的平台技；建立快速响机制，包括流行病学查、隔离措施和接触者追踪；加强国际合关环作和信息共享；采取同一健康方法，注人类、动物和境之间的联系训卫区对应对传关新冠疫情教表明，公共生准备、科学沟通和社参与成功新发染病至重要气候变化、全来传球化和人口密度增加等因素可能增加未新发染病风险微生物与生物武器别战剂类代表性生物疾病主要特点细热菌炭疽杆菌炭疽病形成耐芽孢，致死率高细传菌鼠疫耶尔森菌肺鼠疫人人，高度致命传病毒天花病毒天花高度染性，已被消灭热病毒埃博拉病毒埃博拉出血高致死率，无特效治疗质毒素肉毒杆菌毒素肉毒中毒最毒物之一历敌纪计生物武器史可追溯到古代，如向方水源投放动物尸体20世，多国建立生物武器划，如日本731队约产储执部和美苏生物武器研究1972年《生物武器公》禁止发展、生和存生物武器，但行机制薄专为隐弱前苏联解体后，生物武器家和材料流失成安全患生物恐怖主义，如2001年美国炭疽邮件事关件，引发全球注监获监测防御措施包括国际管框架加强；生物安全和生物防护提高，控制高危病原体取；疾病系统加强预疗应诊断术疗协调应预早期警；医反能力提升，包括技、疫苗和治方案；建立一致的急案；跨学科科研进术军独时卫问题胁促防护技发展生物武器在备控制中特性在于其同是公共生和国家安全威微生物与极端环境规难环应热环热喷陆们极端微生物是能在常生物以生存的极端境中繁衍的微生物，展示了生命的适能力嗜微生物生活在高温境（最高121℃），如深海液口和地温泉它质细稳质应环层们的蛋白、酶和胞膜具有特殊定性，如古菌特殊的醚类脂嗜冷微生物适永久低温境（低至-20℃），如极地冰和深海，它的酶在低温下保持活性，含有防冻饱蛋白和不和脂肪酸盐盐环过积质盐维细内渗环矿们维嗜微生物在高境中生存（如死海），通累相容性溶或入策略持胞透平衡嗜酸微生物在极酸境中生长（pH值低至0），如酸性水，它持细内应环质这仅态还术胞中性pH并有抗酸蛋白嗜碱微生物适高pH境（pH值高至13），如碱性湖泊，拥有特殊的子泵系统些微生物不具有生学意义，是生物技中重要来酶和生物活性分子的源微生物与宇宙生物学地外生命探索微生物的宇宙适应性应环微生物是地球上最早和最具适性的生命形研究表明某些微生物能在太空境中存活标辐式，因此也是地外生命探索的主要目火枯草芽孢杆菌、嗜射奇球菌和地衣等能耐环辐验星古代境可能适合微生物生存，好奇号和受真空、射和极端温度国际空间站实测寻卫证轨数毅力号探器正在找生命迹象土六实微生物可在低地球道条件下生存态卫这论说过（泰坦）液甲烷湖泊和土二（恩克拉多年支持泛种假，即生命可能通赖剂陨传现斯）地下海洋可能存在依非水溶或化学石在行星间播太空微生物研究也发寻环能的极端微生物系外行星研究找大气中微生物在微重力境下生长加速、毒力增强标生物志气体（如甲烷、氧气）微生物化和生物膜形成增加微生物在生命支持系统标谢产应废产石、生物志化合物和微生物代物是确中具有潜在用，如物处理、食物生和认现证来关键古代或代地外生命的重要据氧气生成，是未长期太空任务的行星保护行星保护旨在防止地球微生物污染其他天体（正向保护）和外星生物污染地球（逆向保护）航过严热辐负载标天器需经格消毒，如处理、射和化学清洁，降低微生物根据任务目和目的地，为欧罗严过行星保护分五类，火星和巴等可能存在生命的天体要求最格即使经消毒，仍有耐极环标计进端境的微生物可能随航天器到达目天体，如火星表面随着火星样本返回划展，逆向保带来护措施日益重要，需防止潜在外星微生物的生物安全风险合成生物学与微生物人工设计微生物将应计标编码终组遗传线计逻辑荡合成生物学工程学原理用于生物系统，设和构建具有新功能的微生物准化生物部件，如启动子、序列和止子，可像电子元件一样装路设包括门、振开关赋杂计辅谢应领产肠环器和，予微生物复功能算工具助微生物代建模和优化用域包括生物燃料生（如改造大杆菌和酵母合成生物柴油）、药物合成（如青蒿素前体合成）、境修计细检测传细应复（如设菌降解塑料或污染物）和生物感（如菌响特定分子发光）最小基因组组维过简创组细约为组最小基因研究探索持生命所需的基本基因集，通删除非必需基因构建化微生物新基因公司构建的人工菌JCVI-syn

3.0只含473个基因，野生型的一半最小基因项们对过简组为术盘谢负来标目揭示了多个功能未知的必需基因，提示我基本生命程理解仍不完整化基因微生物成理想的生物技底，减少代担，提高异源蛋白表达效率未目是从头合现这临术战伦问题成全部染色体，实完全人造微生物，但面技挑和理生物传感器传检测环产测应荧颜应领环监测检测生物感器微生物能特定分子或境变化并生可量响常见输出信号包括光蛋白表达、生物发光和色变化用域广泛境微生物可砷、重金属或有毒物质诊断传检测标传识别肠计为测肠诊断级传现杂；医学感器疾病志物；食品安全感器病原体或毒素工程化大杆菌已被设量道炎症的活体工具高生物感器可整合多种输入信号，实复时检测标时疗这领将结现决策，如只在同到多种癌症志物才触发治基因表达一域生物学、工程学和信息学合，展合成生物学跨学科特性微生物与纳米技术微生物合成纳米材料纳米材料对微生物的影响纳米技术在微生物检测中的应用环纳纳纳术显检测微生物能以保方式合成各种米材料，米材料与微生物的相互作用是一个活跃米技著提高了微生物的灵敏传细领纳颗谱纳颗侧减少统化学合成的能耗和污染菌和的研究域银米粒具有广抗菌活度、特异性和速度金米粒向流动还铂过杀灭细细层检测应真菌可原金属离子，生成金、银、等性，通多重机制菌，如破坏胞免疫析在快速病原体方面用广纳颗细矿纳产锌纳颗获浓缩金属米粒；磁菌自然形成磁铁膜、生活性氧和干扰DNA复制；氧化泛；磁性米粒可捕和稀有微生蓝细导钛纳颗产为荧标记稳米晶体；某些菌和藻类能合成半体和二氧化米粒在光照下生活性物；量子点作光物，提供明亮细维纳维络对杀灭纳量子点；菌纤素形成米纤网氧，微生物具有光催化作用；碳定的信号；表面增强拉曼散射（SERS）基纳细细现单细检测纳传微生物合成的米材料常具有优异的分散米管和石墨烯可物理穿刺菌胞底可实胞水平；米生物感稳应性、定性和生物相容性这纳应疗层器能响特定病原体或毒素些抗菌米材料用于医设备涂、纳独势这术监测质检生物合成米材料具有特优可在室水处理、食品包装和抗菌纺织品然而，些技已用于食品安全、水进环纳环测临诊断纳温和中性pH下行；境友好，无需有毒米材料也可能影响境中有益微生物，、床和生物防御例如，基于质颗状过调节态谨术远区诊化学物；粒大小和形可通微干扰生系统功能，引发耐药性，需要米技的便携式设备可在偏地快速数还现纳评环断结疟传杂验生物参控制；可实米材料功能慎估其境风险核病、疾等染病，无需复实进疗化，如包裹抗体或药物室设备，促了医普惠微生物学前沿研究CRISPR-Cas系统细应为编辑细CRISPR-Cas系统源自菌和古菌的适性免疫系统，已发展成革命性基因工具CRISPR是菌组导员这基因中的重复序列，间隔病毒DNA片段；Cas蛋白能被引切割匹配的外源DNA研究人利用一开简单组编辑术现系统发了高效的基因技，可实精确基因敲除、插入和点突变在微生物学中，CRISPR术谢径开现应仅技用于研究基因功能、改造微生物代路和发抗生素替代品CRISPR的发和用不改变了生术础物技，也展示了基微生物学研究的重要价值单细胞测序技术单细测术传单细组转录组该胞序技突破了统混合群体分析的局限，提供个微生物胞的基因和信息技术单细扩组转录组进测单细测可分离个胞，增其基因或，行高通量序在微生物学中，胞序揭示了自养现谢径内组质然群落中未培微生物的多样性；发了新型分类群和代途；揭示了同一种群的基因异转态过过单细测现选性；展示了微生物间水平基因移的动程例如，通胞序发的候门CP员组关们对态（Candidate PhylaRadiation）成具有极小基因和特殊共生系，改变了我微生物生和进化的理解微生物组工程组计领单组微生物工程是设、操控和优化微生物群落的新兴域与一菌株工程不同，微生物工程关组筛选测试组注微生物间的相互作用和整体功能常用方法包括合（构建和不同微生物进选择压进应态计员关合）；定向化（施加力促群落适）；合成生学（设群落成间的互作系）；组编辑时应领计疗肠基因（同操控多个菌株）用域涵盖人体健康（如设治性道菌群）、农业环组临战（如增强植物-微生物共生）和境科学（如优化污染物降解群落）微生物工程面的挑包稳维杂络预测括群落定性持和复互作网的与控制微生物学家的职业发展科研道路为场术径过阶微生物学科研以大学和研究所主要所学发展路通常始于博士学位，经博士后段，逐为态步成助理教授、副教授和正教授微生物学研究方向多样，包括分子微生物学、微生物生学、应资来项计医学微生物学和用微生物学等科研金主要自国家自然科学基金、科技部目、地方科技评论数质专请术划和企业合作科研价看重文发表（量、量、影响因子）、利申、学影响力和人才养创维验术项队协培科研工作需要新思、实技、目管理和团作能力产业应用产领阔应开剂微生物学在业域有广用生物制药企业需要微生物学家发抗生素、疫苗和生物制；食专进质监测环术品工业需要业人才行发酵工艺优化、品控制和食品安全；境公司需要微生物技处理废术开术创污染物和水；农业生物技公司发生物肥料和生物农药；新兴生物技业公司探索合成生物组应产应调规产学和微生物用业用强实用性、经济效益和模化生能力微生物学家在企业中可担员产术员质产术监职产开任研发人、生技、量控制主管、品经理和技总等位企业工作要求品发、质规场量管理、法遵从和市分析能力教育工作职开师传础识验微生物学教育工作主要在高校、业学校和科普机构展教需授微生物学基知、实技态养维创论课验能和前沿动，培学生的科学思和新能力微生物学教学形式包括理程、实教学、实项师应专识导时进地考察和研究目优秀教具备扎实业知、清晰表达能力、启发引技巧和与俱的教还编写开资责线学理念教育工作者承担教材、发教学源和科学普及的任随着在教育发展，微生过络频扩养物学家也可通网平台、社交媒体和科普视大教育影响力，提高公众微生物学素总结与展望课程回顾技术创新课绍来将项术创本程全面介了微生物的多样性和重要性，从微生物学未发展受益于多技新高通应们习细组术将继续基本概念到前沿用我学了菌、病毒、量学技揭示微生物多样性和功能；人数将真菌和原生动物的基本特性；探索了微生物在生工智能与大据分析加速微生物研究；合成生态应讨论将创单细术将系统、工业、医学和农业中的用；了与物学造全新功能微生物；胞技深入关战传术将微生物相的挑，如耐药性和新发染病；了揭示微生物个体差异；微流控技革新微生物现术养术将现时观解了代微生物学研究技和方法培方法；新型成像技实微生物实察环境与可持续性健康应用将环续挥领来微生物学在境保护和可持发展中发更大微生物学在健康域的未发展包括个性化微获术缓组预疗疗载作用微生物碳捕技解气候变化；塑料降生物干治慢性疾病；微生物基因治体应对术开应对战解微生物塑料污染；生物修复技修复污染发；新型抗微生物策略耐药性挑；微生诊断术应土壤和水体；微生物肥料减少化学农业投入；生物技提高精准度和便捷性；益生菌新用矿开扩领肠脑轴物能源微生物提高效率和经济性；微生物物展至心理健康域；研究揭示微生物与术环采技降低境影响神经系统相互作用为础们对观认识将继续术临环微生物学作生命科学的基学科，其重要性正日益增强随着我微世界的深入，微生物学推动生物技革命，解决人类面的健康、境资战为来们将这为续贡和源挑作未的微生物学家，你有机会参与一激动人心的科学探索，人类福祉和地球可持发展做出献。