一、微生物簡介
1.微生物及其主要類群
微生物是形體微小、結構簡單、大多數肉眼看不到、必須借助顯微鏡才能觀察到的一類低等生物的總稱，它包括屬於原核微生物的細菌(真細菌和古生菌)、放線菌、藍細菌、立克次氏體、支原體、衣原體和螺旋體，屬於真核微生物的真菌(酵母菌、黴菌和蕈菌)、單細胞藻類和原生動物，以及屬於非細胞微生物的病毒(動物病毒、植物病毒、噬菌體、真菌病毒、藻病毒和原生動物病毒等)和亞病毒(衛星病毒、類病毒和朊病毒)。
2.微生物在生物界中的分類地位
在生物學發展史上，曾將所有生物分為植物界和動物界。藻類有細胞壁，進行光合作用，歸於植物界。原生動物無細胞壁，可運動，不進行光合作用，歸於動物界。而微生物中的許多細菌具有細胞壁，進行光合作用，又可運動，將它們歸於植物界或動物界均不合適。因此，1866年赫克爾(Haeckel)提出三界係統，將生物分為動物界、植物界和原生生物界。1969年魏塔克(Whittaker)提出生物分類的五界係統，將具有細胞結構的生物分為原核生物界(包括細菌、放線菌和藍細菌等)、原生生物界(包括大部分藻類、原生動物和黏菌)、真菌界(包括酵母菌和黴菌等)、植物界和動物界。1977年我國學者王大耜等提出將所有生物分為六界係統，即在五界係統上增加病毒界。據此，微生物分別屬於病毒界、原核生物界、真核原生生物界和真菌界。當代流行的觀點是1990年伍斯(Woese)根據16S rRNA序列進行同源性比較提出的將所有細胞生物分為三個域(Domain)或三個原界(Erkingdom)：細菌(Bacteria，或稱真細菌)、古生菌(Archaea，或稱古細菌)和真核生物(Eukarya)。由此可見，微生物在生物界中占有極其重要的地位。
3.微生物的特點
微生物與動植物一樣具有生物最基本的特征——新陳代謝、生長發育、衰老死亡，有生命周期。除此之外，還有其自身的特點：個體小，繁殖快；麵積大，代謝旺；食譜雜，易培養；適應強，易變異；種類多，分布廣。
(1)個體小，繁殖快微生物個體極其微小，測量其大小通常用微米(μm)或納米(nm)為單位。微生物用肉眼一般看不見，必須借助光學(或電子)顯微鏡才能看清。但也有例外，如大型真菌子實體常肉眼可見。微生物的繁殖速度驚人。細菌一般每20～30min即分裂１次，細胞數目比原來增加１倍，例如大腸杆菌在適宜條件下20min即分裂1次，那麼1h後就是23個，24h後就是272個細菌，即4.7×1023個。但實際上由於受空間、營養物質、代謝產物、生物拮抗及環境條件的限製，微生物的幾何級數分裂速度隻能維持數小時。發酵工業利用微生物繁殖快的特點可在短時間內獲得大量菌體和發酵產物。例如，利用啤酒酵母生產蛋白質，一般每8～12h即“收獲”１次，而農作物一般要１年才收獲１次。
(2) 麵積大，代謝旺微生物代謝旺盛表現為代謝能力強和代謝類型多。微生物體積小，單位體積表麵積大(即比表麵積大)，能迅速與周圍環境進行物質交換，使其代謝速率最大，因此具有很強的合成與分解能力。例如，1kg酒精酵母1d能消耗幾千公斤的葡萄糖轉變為酒精，大腸杆菌每小時可消耗自重2000倍的糖，乳酸菌發酵乳糖每小時可產生自重1000倍的乳酸，產朊假絲酵母合成蛋白質的能力是大豆的100倍。此種特性為微生物快速生長繁殖和產生大量代謝產物提供了充分的物質基礎，從而使微生物有可能更好地發揮“活的化工廠”的作用。發酵工業利用微生物高效率的生物化學轉化能力將基質快速轉化為發酵產品。微生物代謝類型之多是動植物所不及的，它們幾乎能分解地球上的一切有機物，既能分解天然氣、石油、纖維素、木素等初級有機物，又能分解氰化鉀、酚、聚氯聯苯、DDT等有毒物質，也能合成次級代謝產物等各種複雜有機物。微生物有多種產能方式，有的利用分解有機物或無機物的氧化獲得能量，有的利用光能進行光合作用，有的利用化學能進行化能合成作用，有的能進行有氧呼吸、無氧呼吸或發酵等而產能。有的具有固定分子態氮或利用複雜有機氮化物的能力，有的具有抗熱、冷、酸、堿、高滲、高壓、高輻射劑量等極端環境的特殊能力。不同微生物可產生不同的代謝產物，如氨基酸、有機酸、抗生素和酶類等，在生產實踐中可應用此特點獲得種類繁多的發酵產品。
(3) 食譜雜，易培養微生物利用物質的能力很強。凡是能被動植物利用的物質，如蛋白質、糖類、脂肪和無機鹽等微生物均能利用，而且有的還能分解動植物不能利用的物質，如纖維素、石油、塑料等。微生物容易培養，能在常溫常壓下利用簡單的營養物質，甚至工農業廢棄物生長繁殖，積累代謝產物。發酵工業借助微生物這一特點，利用可再生資源，如秸稈、米糠、麩皮、廢糖蜜、酒糟、蔗渣等為原料，製造食品、醫藥和化工原料。
(4)適應強，易變異微生物有極其靈活的適應性，這是高等動植物不可比擬的。為了適應多變的環境條件，微生物在長期進化中產生了許多靈活的代謝調控機製，並有很多種誘導酶(占細胞蛋白質含量的10%)。一些極端微生物都有相應特殊結構蛋白質、酶和其他物質，使之適應極端惡劣環境。例如，海洋深處的某些硫細菌可在100℃以上的高溫下正常生長，一些嗜鹽細菌能在32%的鹽水中正常活動。此外，微生物為了保護自己，形成了一些細胞特殊結構。例如，在菌體外附著的莢膜可免受幹燥和寄主吞噬細胞的吞噬，細菌的休眠體芽孢、藍細菌的靜息孢子、放線菌的分生孢子和真菌孢子均比其營養細胞有較強的抗不良環境能力。微生物的個體一般都是單細胞、簡單多細胞或非細胞的生物，其表麵積與體積的比值大，使之與外界接觸麵大而受環境條件影響大，一旦環境條件激烈變化，多數微生物死亡，少數個體發生變異(基因突變)而存活下來，但由於微生物繁殖快，數量多，即使變異頻率十分低(一般為10-10～10-5)，也容易產生大量變異後代。此種變異涉及細胞的形態構造、代謝途徑、生理類型以及代謝產物的質或量等性狀的變化。人類利用微生物容易變異的特點實施誘變育種，再進行突變株的篩選，即可在短時間內獲得優良菌種，提高產品質量和產量。微生物易發生變異的特性還常導致菌種衰退以及對抗生素的耐藥性。
(5) 種類多，分布廣微生物在自然界是一個十分龐雜的生物類群。據統計，已發現的微生物種類多達10萬種以上。據估計，人類已發現的微生物種類僅占自然界中微生物總數的10%，而人類至多僅開發利用了已發現微生物種類的1%，更大量的微生物資源還有待於人類發掘。微生物在自然界的分布極為廣泛。由於微生物體積小而重量輕，可以隨風飄蕩，走遍天涯，以致達到“無孔不入”的地步，地球上不論在動植物體內外，還是土壤、空氣、沙漠、溫泉、河流、深海、冰川、鹽湖、高山、油井、地層下都有大量與其相適應的各類微生物聚居。利用微生物分布廣的特點可以從各種場所分離篩選生產菌種，開發菌種資源。如從土壤中篩選生產抗生素的放線菌；從果園土壤中篩選生產乙醇的酵母菌等。
微生物的這些特點使其在工業生產中正起著愈加顯著的作用，有的直接利用菌體及其內含物，有的利用酶及其代謝產物。微生物已被廣泛用於生產食品、藥物、化工原料、生物製品、飼料、農藥等，也有的被用於紡織、製革、石油發酵、細菌冶金、石油開采。近年來也有的利用微生物生產塑料、樹脂等高分子化合物。隨著基因工程、固定化酶、固定化細胞等先進技術的應用，進一步發掘了微生物在工農業生產中的巨大潛力。
二、微生物學及發展簡史
微生物學是研究微生物及其生命活動規律和應用的科學，其研究內容包括微生物的形態結構、生理生化、生長繁殖、遺傳變異、分類鑒定、生態分布，以及微生物與生物環境間的相互關係，理化環境因素對微生物生長的影響，並將其應用於發酵工業、農業、醫藥衛生、生物工程和環境保護等實踐領域。其根本任務是發掘、利用、改善和保護有益微生物，控製、消滅或改造有害微生物。隨著微生物學的不斷發展，已形成了基礎微生物學和應用微生物學。