任务1 认识微生物
学习要求
1.掌握微生物的概念、微生物的基本特征。
2.了解微生物学发展的历史。
3.掌握食品微生物学的概念、研究内容及任务。
4.理解微生物的命名方法。
知识准备
一、我们周围的微生物
在地球上，生活着众多生物，大多数生物体的形态较大，肉眼可见，其结构功能分化得比较清楚，这些生物包括我们人类在内，还有我们比较熟悉的动物与植物。然而在我们周围，除了这些较大的生物外，还存在着一类体形微小、数量庞大、肉眼难以看见的微小生物，这就是我们这门课所要讨论与研究的微生物。微生物虽然微小，“看不见、摸不到”，但与我们生活密切相关，每个人的身上都有大量的微生物，自然环境到处都有微生物，而且也与食品工业等方面有着紧密的联系。
1.有利方面
自然界中的绝大多数微生物对人类和动植物的生存是无害、甚至是必不可少的，微生物在地球上生物的繁荣发展、食物链的形成中起着重要作用。如果没有微生物把有机物降解成无机物并产生大量CO2，其结果将是一方面地球上有机物堆积如山，另一方面，新的有机物将无法继续合成，在这样的生态环境中一切生物将无法生存。
人和动物机体内正常情况下存在的微生物群系称为正常菌群（normal flora），微生态学的研究证明，正常菌群对于机体具有生理作用、免疫作用和生物屏障作用。
在人类的生活和生产活动中，微生物的作用已被广泛应用于各个领域。在工业方面，微生物应用于食品、酿造、制革、石油勘探、废物处理，尤其在抗生素的生产中更是十分重要的，用微生物可以生产的食品如酸乳、啤酒、酱油、味精、面包等。在农业方面，细菌肥料、植物生长激素的生产以及植物虫害的防治都与微生物密切相关。微生物还在近年开展起来的遗传工程或基因工程中广为利用。例如，噬菌体和质粒是分子遗传学中的重要载体；限制性核酸内切酶是细菌代谢的产物；大肠埃希菌、枯草芽孢杆菌及酵母菌是常用的工程菌。
2.有害方面
微生物的分布很广泛，虽然它们对人类的生产生活有一定的积极作用，但它们也常常使工业器材受到腐蚀，使食品及原料腐败和变质，甚至以食物作媒介引起人体中毒、染病、致癌和死亡。自然界中的微生物有少数能使人类和动植物发生病害，称为病原微生物（pathogenic microbes，或pathogen）。例如，结核分枝杆菌可引起结核病，肝炎病毒引起病毒性肝炎等。由微生物引起的疾病很多，如艾滋病、非典型性肺炎、细菌性食物中毒等。微生物导致人类疾病的历史，也就是人类与之不断斗争的历史。
二、微生物的概述
1.微生物的概念
非洲南部发现杆菌化石之后，知道距今30亿年以前，微生物已出现在地球上了。人类第一次认识到微生物的存在还只是距今300多年前的事。微生物（microorganism或microbe）一词不是生物分类学上的专用名词，而是对所有用肉眼看不见或看不清的微小生物的总称，是根据生物体的大小而被人为地划归在一起的。
确切的定义：微生物是一类个体微小、结构简单，肉眼不可见或看不清楚的微小生物的统称。
2.微生物在生物界中的地位及分类
（1）微生物在生物界中的地位（在生物的六界系统中占有四界）按照目前生物分类系统，将所有生物分为6个界，即病毒界、原核生物界、真核原生生物界、真菌界、植物界、动物界。微生物被包括在除动、植物界以外的4个界中。
根据其细胞结构特点，习惯地把微生物归为3种类型，即真核细胞型微生物、原核细胞型微生物和非细胞结构型微生物。
非细胞结构型微生物：无细胞结构，由核心和蛋白质核壳组成。核心中只有RNA或DNA一种核酸。此类微生物包括病毒（virus）以及结构更简单的亚病毒（subvirus）。
原核细胞型微生物：细胞的分化程度较低，仅有原始的核，无核仁和核膜，胞浆内无完整的细胞器。属于原核细胞型的微生物统称细菌（bacterium），包括古细菌（archaebacterium）、真细菌（eubacterium）和蓝细菌（cyanobacterium）。蓝细菌过去称蓝绿藻（blue－green algae），能进行光合作用，目前尚未发现具有致病性。古细菌代表一类细胞结构更原始、其16S RNA序列与其他原核细胞微生物和真核细胞微生物截然不同的微生物，包括产甲烷细菌（methanogen）、在极端条件下生长的极端嗜盐菌（extreme halophile）和嗜热嗜酸菌（thermoacidophile）。除了古细菌和蓝细菌以外的其他原核细胞型微生物统称为真细菌，包括细菌、衣原体、支原体、立克次体、螺旋和放线菌等。
真核细胞型微生物（eukaryote）：细胞核的分化程度较高，有核膜、核仁和染色体，胞浆内有完整的细胞器，行有丝分裂。真菌界和真核原生生物界的微生物都属于此类。真核原生生物界包括单细胞藻类和原生动物。
（2）微生物的分类
①分类目的：把各种微生物按照它们的亲缘关系分群归类，排成系统，以便于人们对微生物进行鉴定和交流。
②主要分类单位：界、门、纲、目、科、属、种、变种、亚种、型、菌株（品系）。
③种是分类的最基本单位。
微生物种是显示高度相似性，亲缘关系极其接近，与其他种有明显差异的一群菌株的总称。
种以上的分类单元之间，必要时可设中间类群，如亚门或超纲等。
种以下还可再分为亚种、型、菌株（品系）等。
④微生物的常用分类系统
细菌：《伯杰氏鉴定细菌学手册》（第八版、第九版）、《伯杰氏系统细菌学手册》（第一版）。
放线菌：中国科学院微生物研究所编著的放线菌目分科、分属检索表。
真菌：Smith、Alexopoulos、Ainsworth的分类系统。
⑤命名的方法：国际法规命名，即双名法，用斜体拉丁文书写。所有细胞微生物的种名均遵守林耐制定的拉丁双名法，即一个种的学名用拉丁词或拉丁化的词组成，应排成斜体字。根据双名法的规则，学名通常由一个属名加一个种的加词构成。出现在分类学文献中的学名，在此两者之后往往还加上定名人，但在一般使用时，定名人部分经常是省略的。如大肠埃希杆菌为Escherichia coli，可简写为E. coli。
三、微生物的特点
1.体积小，比表面积大
微生物的个体极其微小，要测量它们，必须用微米（μm）或纳米（nm）作单位。如一个典型的球菌体积仅为1μm3；最近芬兰科学家E.O.Kajander等发现了一种能引起尿结石的纳米细菌，其直径最小仅为50nm，甚至比最大的病毒更小一些。这种细菌分裂缓慢，三天才分裂一次，是目前所知的最小的具有细胞壁的细菌。迄今为止所知的个体最大的细菌是一个硫细菌，其大小一般在0.1～0.3mm，能够清楚地用肉眼看到。但也有例外，如许多真菌的子实体、蘑菇等为肉眼可见；某些藻类能生长数米长。
微生物的结构也是非常简单的，大多数微生物为单细胞，只有少数为简单的多细胞。由于微生物的个体极其微小，因而其比表面积极大。微生物的比表面积K（K＝表面值/体积），一个体积为1μm的球菌，K＝60000。比表面积（表面积/体积）大，必然有一个巨大的营养吸收、代谢废物排泄和环境信息接受面。
2.吸收多，转化快
微生物的代谢强度比高等生物要高出几百倍至几万倍，主要表现在吸收多，转化快。科学家研究发现微生物吸收和转化物质的能力比动物、植物要高很多倍，如在合适的环境下，大肠埃希杆菌每小时内可消耗其自重2000倍的乳糖。从工业生产的角度来看，微生物能把较多的基质转变为有用的产品，如1kg酒精酵母1d内“消耗”掉几百吨糖，把它转变为酒精，用乳酸菌生产乳酸，每个细胞可以产生其体重1000～10000倍的乳酸；产朊假丝酵母合成蛋白质的能力比大豆强100倍，比食用牛强10万倍。这个特性为微生物的高速生长繁殖和合成大量代谢产物提供了充分的物质基础，从而使微生物在自然界和人类实践中更好地发挥其超小型“活化工厂”的作用。
3.生长旺，繁殖快
生物界中，微生物具有惊人的生长繁殖速度，其中二等分裂的细菌尤为突出。人们研究得最透彻的微生物是大肠杆菌，其细胞在合适的生长条件下，每分裂一次的时间是12.5～20.0min。如按20min分裂一次计，则每小时分裂3次，24h可达到4.722×1024个（约4.722×106kg）。事实上，由于种种客观条件的限制，细菌的指数分裂速度只能维持数小时，而在液体培养基中，细菌细胞的浓度一般仅能达到108～109个/mL。
微生物的这一特性在发酵工业上具有重要的实践意义，主要体现在它的生产效率高、发酵周期短上。同时也给生物学基本理论的研究带来极大的优越性：它使科研周期大大缩短、经费减少、效率提高。当然，对于危害人、畜和植物等的病原微生物或使物品发霉的微生物来说，它们的这个特性就会给人类带来极大的麻烦，甚至严重的祸害，因而需要认真对待。
4.适应强，易变异
微生物对外界环境适应能力特强，这都是为了保存自己，是生物进化的结果。有些微生物体外附着一个保护层，如荚膜等，这样一方面可以作为营养，另一方面可以抵御吞噬细胞对它的吞噬。细菌的休眠芽孢、放线菌的分子孢子都有比其繁殖体大得多的对外界抵抗力。有些极端微生物都有相应特殊结构的蛋白质、酶和其他物质，使之能适应恶劣环境。
微生物有极其灵活的适应性，这是高等动植物无法比拟的，诸如抗热性、抗寒性、抗盐性、抗酸性、抗压力等能力。微生物对环境条件尤其是地球上那些恶劣的“极端环境”，如高温、高酸、高盐、高辐射、高压、低温、高碱、高毒等，有惊人的适应力，堪称生物界之最。例如：多数细菌能耐－196～0℃的低温；在海洋深处的某些硫细菌可在250～300℃生长；嗜盐细菌可在饱和盐水中正常生长繁殖；氧化硫杆菌在pH1～2酸性环境中生长；某种芽孢杆菌的芽孢在琥珀内蜜蜂肠道中已保存了2500万～4000万年。
微生物个体多为单细胞或结构简单的多细胞，甚至非细胞结构，容易受环境影响，但微生物善于“随机”应变，从而使自己得以保存。微生物的个体一般都是单倍体，加之它具有繁殖快、数量多以及与外界环境直接接触等特点，因此，虽然微生物的变异频率仅为10－9～10－6，也可在短时间内产生大量变异的后代。在微生物育种中利用变异这一特性可获得高产菌株。如，在1943年利用产黄青霉发酵生产青霉素，每毫升青霉素发酵液中只分泌约20单位的青霉素，生产1茶匙约需数千英镑。而现在通过微生物遗传育种工作者的不懈努力，使该菌产量变异逐渐累积，加之其他条件的改进，每毫升发酵液中达到5万单位，甚至达到10万单位，成本大大降低。这在动植物育种工作中是不可思议的，是对人类有益的变异。
实践中常遇到一些有害变异，如在医疗中最常见的致病菌对抗生素所产生的抗药性变异。青霉素在1943年刚问世时，对金黄色葡萄球菌最低制菌浓度为0.02μg/mL，过了几年，制菌浓度不断提高，有的菌株的耐药性竟比原始菌株提高了1万倍。如在20世纪40年代用青霉素治疗严重感染的病人，每天只需10万单位，而现在成人需160万单位，新生儿也不少于40万单位，病情严重时，甚至用数千万。同时也说明了“滥用抗生素无异于玩火”的口号是有充分科学依据的。
5.种类多、分布广
微生物在自然界是一个种类庞杂的生物类群。迄今为止，我们所知道的微生物近10万种，现在仍然以每年发现几百至上千个新种的趋势在增加。随着分离、培养方法的改进和研究工作的进一步深入，将会有更多的微生物被发现。有人估计目前至多只开发利用了其中的百分之一，因而研究和开发微生物资源的前景是十分灿烂的。
微生物具有各种生活方式和营养类型，大多数是以有机物为营养物质，还有些是寄生类型。微生物的生理代谢类型之多，是动植物所不及的。从无机营养到有机营养，微生物能够充分利用自然界的资源。凡能被动植物利用的物质，微生物都能利用，有些不能被动植物利用的物质也能找到能利用它们的微生物，如纤维素、石油、塑料等；甚至一些有毒物质，例如氰、酚、聚氯联苯等，微生物也能对付它们。
自然界中微生物存在的数量往往超出一般人们的预料。每克土壤中细菌可达几亿个，放线菌孢子可达几千万个；人体肠道中菌体总数可达100万亿左右；每克新鲜叶子表面可附生100多万个微生物；全世界海洋中微生物的总重量估计达280亿吨。从这些数据资料可见微生物在自然界中的数量之巨，实际上我们生活在一个充满着微生物的环境中。
微生物在自然界的分布极为广泛，除了火山喷发中心区和人为的无菌环境外，广泛存在于自然界土壤、空气、水中及动物与人体的体表和与外界相通的腔道里（如消化道、呼吸道）。微生物形体微小，重量轻，可以随着风和水流到处传播，走遍天涯海角，在生物圈的每一个角落都有留下踪迹。上至几万米的高空，下至千米的深海；高达90℃的温泉，冷至－80℃的南极；盐湖、沙漠，江河湖泊、土壤矿层、大气上空以及动植物体表体内到处都有。
四、自然界中的微生物
1.土壤中的微生物
土壤具备微生物生长发育所需要的营养、水分、空气、酸碱度、渗透压和温度等各种条件，是微生物生活的良好环境。对微生物来说，土壤是微生物的“大本营”，土壤具有“微生物天然培养基”之称，对人类来说，土壤是人类最丰富的“菌种资源库”。
土壤中微生物的数量因土壤类型、季节、土层深度与层次等不同而异。一般地说，在土壤表面，由于日光照射及干燥等因素的影响，微生物不易生存，离地表10～30cm的土层中菌数最多，随土层加深，菌数减少。
土壤的营养状况和水分是影响微生物活动的主要因素。水分为微生物生存的基本条件；大多数的微生物不能进行光合作用，需要靠有机物来生活，土壤中的有机物为微生物提供良好的碳源、氮源和能源；土壤中的矿质元素的含量也适合于微生物的发育。
土壤中微生物的数量和种类都很多，包括细菌、放线菌、真菌、藻类和原生动物等类群。其中细菌最多，占土壤微生物总量的70%～90%，放线菌、真菌次之，藻类和原生动物等较少。土壤微生物通过代谢活动可改变土壤理化性质，进行物质转化，因此，土壤微生物是构成土壤肥力的重要因素。
2.水中的微生物
水体微生物主要来自土壤、空气、动植物残体及分泌排泄物、工业生产废物废水及市政生活污水等。许多土壤微生物在水体中也可见到。水中溶有或悬浮着各种无机和有机物质，可供微生物生命活动之需。但由于各水体中所含的有机物和无机物种类和数量以及酸碱度、渗透压、温度等的差异，各水域中发育的微生物种类和数量各不相同。
根据水体微生物的生态特点，可将水域中的微生物分为两类。一类是清水型水生微生物，主要是那些能生长于含有机物质不丰富的清水中的化能自养型或光能自养型微生物，如硫细菌、铁细菌、衣细菌等，还有蓝细菌、绿硫细菌、紫细菌等，它们仅从水域中获取无机物质或少量有机物质作为营养；另一类是腐生型水生微生物，腐败的有机残体、动物和人类排泄物、生活污水和工业有机废物废水大量进入水体，随着这些废物废水进入水体的微生物利用这些有机废物废水作为营养而大量发育繁殖，引起水质腐败。随着有机物质被矿化为无机态后，水被净化变清。这类微生物以不生芽孢的和革兰阴性杆菌为多，如变形杆菌、大肠杆菌、产气杆菌、产碱杆菌以及芽孢杆菌、弧菌和螺菌等，原生动物有纤毛虫类、鞭毛虫类和根足虫类。水域也常成为人类和动植物病原微生物的重要传播途径。
各类水体中的微生物种类、数量和分布特征很不一样。大气水和雨雪中仅为空气尘埃所携带的微生物所污染，一般微生物数量不高，尤其在长时间降雨过程的后期，菌数较少甚至可达无菌状态。高山积雪中也很少。种类主要有各种球菌、杆菌和放线菌、真菌的孢子。在流动的江河流水中微生物区系的特点与流经接触的土壤和是否流经城市密切相关。土壤中的微生物随雨水冲刷、灌水排放和随刮风等进入河水，或悬浮于水中，或附着于水中有机物上，或沉积于江河淤泥中。河流经城市时可由于大量的城市污水废物进入河流而有大量的微生物进入河水，因此城市下游河水中的微生物，无论在数量上还是在种类上都要比上游河水中的丰富得多。河水中藻类、细菌和原生动物等都有存在。池塘水一般由于靠近村舍，有机物进入量较丰富，且受人畜粪便污染，因此往往有大量腐生性细菌、藻类、原生动物生存和繁殖。在水体表层常有好氧性细菌生长和单细胞或丝状藻类繁殖，而在下层和底泥层则常有厌氧性或兼性厌氧性细菌分布。在湖泊中的微生物分布与池塘中的相类似。但在大型湖泊中，由于水体的不流动性和污染物分布的不均匀性，微生物的分布在各部分水体中有所差异。一般来说，沿岸水域中的微生物要比湖泊中心水域中的微生物丰富得多，其活性也高。地下水一般无有机物污染也很少有甚至无微生物生长繁殖。
海水是地球上最大的水体，但由于海水具有含盐高、温度低、有机物含量少、在深处有很大的静压力等特点，因此海水微生物区系与其他水体中的很不一样。只有能适应于这种特殊生态环境的微生物才能生存和繁殖。包括嗜盐或耐盐的革兰阴性细菌、弧菌、光合细菌、鞘细菌等。这些微生物的嗜盐浓度范围不大，以海水中盐浓度为最宜，少数可在淡水中生长，但不能在高盐浓度（如30%）生长。最适生长温度也低于其他生境中的微生物，一般为12～25℃，超过30℃就难以生长。许多深海细菌是耐压的。最适生长pH在7.2～7.6。海水中微生物的分布以近海岸和海底污泥表层为最多，海洋中心部位水体中数量较少。从垂直分布来看，10～50m深处为光合作用带，浮游藻类生长旺盛，也带动了腐生细菌的繁殖，再往下则数量大为减少。
3.空气中的微生物
空气中有较强的紫外辐射，空气较干燥，温度变化大，缺乏营养，所以，空气不是微生物生长繁殖的场所。虽然空气中微生物数量较多，但只是暂时停留，微生物在空气中停留时间的长短由风力、气流和雨、雪等条件所决定，但它最终要降到土壤和水中、建筑物和植物上。凡影响尘埃在空气中的停留时间的因素均可以影响微生物在空气中的停留，如尘埃大小、气流强弱、空气湿度、紫外线强度、微生物的抗逆性等。空气中的微生物主要有各种球菌、芽孢杆菌、产色素细菌以及对干燥和射线有抵抗力的真菌孢子。在人口稠密、污染严重的城市，尤其是在医院或患者的居室附近，空气中还可能有较多的病原菌。
空气中的微生物分为以下两类：
（1）非致病性的腐生微生物 常见的有芽孢杆菌属、产碱菌属、八叠球菌属、微球菌属以及一些放线菌、酵母菌和真菌等，一般对干燥紫外辐射及大气污染物等不良环境具有较强的抵抗力。空气中的微生物有的几秒钟内可能死亡，有的可存活几个星期、几个月甚至更长的时间。例如结核分枝杆菌黏附在尘埃上可保持传染性8～10d，在干燥痰内可存活6～8个月。一般细菌的芽孢比繁殖体存活率高，革兰阳性菌比革兰阴性菌存活率高，细菌比病毒存活率高，真菌孢子比真菌繁殖体存活率高。
（2）致病性微生物 空气中的病原菌，有来自人体的某些病原微生物，如结核分枝杆菌、白喉棒状杆菌、溶血性链球菌、金黄色葡萄球菌、脑膜炎奈瑟性球菌、流行性感冒病毒、麻疹病毒等，可能在成为空气传播疾病的病原。
4.极端环境下的微生物
自然界中，一些在以前被人们认为是生命禁区的高温、低温、高酸、高碱、高盐、高压或高辐射强度等极端环境中仍然生活着微生物，例如嗜热菌、嗜冷菌、嗜酸菌、嗜碱菌、嗜盐菌、嗜压菌或耐辐射菌等，它们被统称为极端环境微生物或简称极端微生物。
（1）嗜热微生物按最适生长温度不同又可以分为嗜热菌和超嗜热菌。嗜热菌最适生长温度65～70℃，40℃以下不能生长。超嗜热菌最适生长温度80～110℃，最低生长温度65℃左右。
嗜热微生物生长的环境有热泉（温度可达100℃）、草堆、厩肥、煤堆、热地区土壤及海底火山附近等处。在食品环境中，嗜热微生物可存在于排放冷却水中，也可以残存于经过高温灭菌的牛乳或其他食品中，食品加工中最重要的嗜热菌应属芽孢杆菌和梭状芽孢杆菌属。在罐头食品中可能残存有嗜热微生物，如肉毒梭状芽孢杆菌是食物中毒病原菌中耐热性最强的菌种，在121℃时，平均也要10min才能杀死。嗜热菌的良好抗热性造成了食品保存上的困难。
在发酵工业中，可以利用嗜热微生物耐高温特性，提高反应温度，增大反应速度，减少中温杂菌污染的机会，而且发酵过程不需冷却，可省去深井水的消耗。
（2）嗜冷微生物 可根据其生长温度特性分为两类：一类是必须生活在低温条件下且最高生长温度不超过20℃，最适生长温度在15℃，在0℃可生长繁殖的微生物，称为嗜冷菌。另一类是最高生长温度高于20℃，最适温度高于15℃，在0～5℃可生长繁殖的微生物，称为耐冷菌。这两类微生物的生态分布和适应低温的分子机制存在一定差异。在丰富底物存在的条件下，嗜冷菌在0℃的生长要超过耐冷菌。嗜冷菌只能在较窄的温度范围内生长，而耐冷菌则能在较宽的温度范围内生长。
嗜冷菌分布于极地、冰窖、高山、深海、冷冻土壤等区域，从这些环境中分离的主要嗜冷微生物有针丝藻和微单胞菌等。耐冷菌比嗜冷菌分布更加广泛，可从储存在冰箱中的肉、乳、苹果汁、蔬菜和水果中分离出它们，耐冷菌的存在往往是低温保藏食品腐败的主要根源。食品低温保藏一般在7℃以下，通常是0～7℃之间，在此温度生长并污染食品的主要是革兰阴性菌，如单核李斯特菌、沙门菌、微单胞菌和弧菌等，在低于－18℃的冻藏温度下，酵母和霉菌比细菌更有可能生长。在食品中微生物生长的最低温度记录是－34℃，它是一种红色酵母。
尽管嗜冷微生物有时会引起低温保藏食品的腐败，甚至产生细菌毒素。但它们能在低温条件下对污染物进行降解和转化，使其在工业和日常生活中具有许多潜在的应用价值。如：低温发酵可产生出许多风味食品，且可节约能源及减少嗜温菌的污染；分离自嗜冷菌的脂酶、蛋白酶及β－半乳糖苷酶在食品工业和洗涤剂中具有很大潜力；从海洋嗜冷菌分离的生物活性物质可用于医药和食品等。此外，生命起源于海洋，因此，研究海洋嗜冷菌有可能为生命起源和进化提供有意义的证据。
（3）嗜酸微生物 是指生长的最适pH在4以下的微生物，在弱酸性（pH3～4）的自然环境中较普遍，如某些湖泊、泥炭土和酸性沼泽。典型的嗜酸微生物有酸矿水中的化能自养硫氧化细菌，自热的煤堆和酸热泉中的嗜热嗜酸细菌。嗜酸乳杆菌是一种益生菌，和大部分的乳酸菌一样能够将乳糖转变为乳酸，属于乳杆菌属，革兰阳性杆菌，杆的末端呈圆形，主要存在于小肠中，释放乳酸、乙酸和一些对肠道致病菌起拮抗作用的抗菌素。
（4）嗜碱微生物是指最适生长在pH8以上，通常在pH9～10的微生物，称为嗜碱菌。而能在高pH条件下生长，但最适值并不在碱性pH范围的微生物，称为耐碱菌。嗜碱菌在发酵工业中，可作为许多种酶制剂的生产菌。例如由嗜碱芽孢杆菌产生的木聚糖酶能够水解木聚糖产生木糖和寡聚糖，碱性β－甘露聚糖酶降解甘露聚糖产生的寡糖可作为保健品的添加剂。
（5）嗜盐菌 耐盐菌是指那些能耐受一定浓度的盐溶液，但在无盐存在条件下生长得最好的菌类，如金黄色葡萄球菌。嗜盐菌专指那些以一定浓度的盐为菌体生长所必需，且只有在一定浓度的盐溶液中才能生长得最好的菌类。后者依嗜盐浓度不同，可又分为轻度嗜盐菌（最适盐浓度为0.2～0.5mol/L），中度嗜盐菌（最适盐浓度0.5～2.0mol/L）和极端嗜盐菌（最适盐浓度＞3mol/L）。
嗜盐菌常出现在高盐食物中，如腌鱼、海鱼和咸肉。嗜盐菌能引起食品腐败和食物中毒，副溶血弧菌是分布极广的海洋细菌，也是引起食物中毒的主要细菌之一，通过污染海产品、咸菜、烤鹅等致病。摄入被嗜盐菌污染的食品，一般经6～20h，短的1～3h，长的80h，便发生食物中毒——急性胃肠炎。
在高盐发酵环境中，嗜盐菌的活动是十分重要的。如酱油高盐稀态发酵阶段，起主要作用的是嗜盐性乳酸菌和嗜盐酵母，它们的代谢产物是酱油风味的主要来源，类似情形也发生在腌酸菜与酱腌菜发酵中。
（6）耐辐射微生物 耐辐射微生物只是对高辐射环境更具耐受性，而不是对辐射有特别嗜好。芽孢菌的耐辐射力远大于无芽孢菌。A型肉毒梭状芽孢杆菌的芽孢是有梭状孢子中耐辐射能力最强的一种。革兰阴性菌中，不动杆菌属存在一些极高耐辐射种。革兰阳性球菌是非芽孢中抗性最强的一类，包括微球菌、链球菌和肠球菌。要特别提及的是，一种对辐射有极度耐性的奇异球菌属，该属包含4个种都是非芽孢菌中耐辐射最强的。1956年美国的教授首次在俄勒冈经大剂量辐射灭菌的肉罐头中分离出耐辐射奇异球菌。
研究耐辐射菌DNA损伤与修复系统具有非常重要的价值。它可能为解决日益严重的因辐射过量所致疾病的治疗提供新线索。另一方面，辐射灭菌已被确定为一种理想的冷杀菌方式，而耐辐射菌是食品保藏中腐败的主要原因。
5.工农业产品上的微生物
（1）农产品上的微生物 各种农产品上均有微生物生存，粮食尤为突出。全世界每年因霉菌而损失的粮食就占总产量的2%左右。粮食和饲料上的微生物种类：曲霉属、青霉属和镰孢（霉）属为主。以曲霉危害最大，青霉次之。真菌毒素是致癌物。黄曲霉产生的黄曲霉毒素是一种强烈的致肝癌毒物，对热稳定（300℃时才能被破坏），对人、家畜、家禽的健康危害极大。现已发现的有黄曲霉毒素B1、B2、G1、G2、B2a、G2a、M1、M2、P1等，以黄曲霉毒素B1的毒性和致病性最强，其次是黄曲霉毒素M1，黄曲霉毒素G1、B2、M2、G2的毒性依次减弱。黄曲霉毒素B1的致癌作用比已知的化学致癌物都强，它比二甲基亚硝胺强75倍。
（2）食品上的微生物 食品中的肉类、鱼类、乳品、蛋类、水果、蔬菜等富含蛋白质、糖、脂肪，也是天然培养基，常污染很多微生物，有的在冰箱中可繁殖（嗜冷细菌）。鱼类、肉类等常含有肉毒梭菌，可产生肉毒毒素（Pr），此外还有沙门菌、葡萄球菌、变形杆菌、致病菌等，引起中毒。
（3）引起工业产品霉腐的微生物 许多工业产品是部分或全部由有机物组成，因此易受环境中微生物的侵蚀，引起生霉、腐烂、腐蚀、老化、变形与破坏。即便是无机物如合金、玻璃，也可因微生物活动而产生腐蚀与变质，使产品的品质、性能、精确度、可靠性下降。
霉腐微生物通过产生各种酶系来分解产品中的相应组分，从而产生危害，如纤维素酶破坏棉、麻、竹、木等材料；蛋白酶分解革、毛、丝等产品；一些氧化酶和水解酶可破坏涂料、塑料、橡胶和黏接剂等合成材料。此外，微生物还可通过菌体的大量繁殖和代谢产物对工业产品产生危害，如霉腐微生物在矿物油中生长后，不仅产生的大量菌体阻塞机件，而且其代谢产物还会腐蚀金属器件；硫细菌、铁细菌和硫酸盐还原菌会对金属制品、管道和船舰外壳等产生腐蚀；霉腐微生物的菌体和代谢产物属于电解质，对电讯、电机器材来说会危及其电学性能；有些霉菌分泌的有机酸会腐蚀玻璃，以致严重降低显微镜、望远镜等光学仪器的性能。
五、微生物学与食品微生物学
微生物学经历长期发展，已分化出大量的分支学科，据不完全统计（1990年），已达181门之多。
1.微生物学
微生物学是研究微生物及其生命活动规律的科学。主要研究对象是微生物的形态结构、营养特点、生理生化、生长繁殖、遗传变异、分类鉴定、生态分布及微生物在工业、农业、医疗卫生、环境保护等方面的应用。
随着微生物学的不断发展，已形成了基础微生物学和应用微生物学，又可分为许多不同的分支学科，并还在不断地形成新的学科和研究领域。
（1）根据基础理论研究内容不同，形成的分支学科有：微生物生理学（microbial physiology）、微生物遗传学（microbiol genetics）、微生物生物化学（microbiol biochemistry）、微生物分类学（microbial taxonomy）、微生物生态学（microbiol ecology）等。
（2）根据微生物类群不同，形成的分支学科有：细菌学（bacteriology）、病毒学（virology）、真菌学（fungi）、放线菌学（actinomycetes）等。
（3）根据微生物的应用领域不同，形成的分支学科有：工业微生物学（industrial microbiology）、农业微生物学（agricultural microbiology）、医学微生物学（medical microbiology）、药用微生物学（pathological microbiology）、兽医微生物学（veterinary microbiology）、食品微生物学（food microbiology）等。
（4）根据微生物生态环境不同，形成的分支学科有：土壤微生物学（soil microbiology）、海洋微生物学（marine microbiology）等。
从以上可知，微生物学既是应用学科，又是基础学科，而且各分支学科是相互配合、相互促进的，其根本任务是利用和改善有益微生物，控制、消灭和改造有害微生物。
2.食品微生物学
食品微生物学：专门研究与食品有关的微生物的性状和生命活动规律，以及在一定条件下微生物与食品的相互关系。
（1）研究与食品相关的微生物的活动规律；
（2）研究如何利用有益微生物为人类制造食品；
（3）研究如何控制有害微生物，防止食品发生腐败变质；
（4）研究检测食品中微生物的方法，制定食品中微生物的指标，从而为判断食品的卫生质量而提供科学依据。
食品是人类营养的主要来源，所以对食品微生物进行研究和检验，在食品的质量及安全性方面都具有十分重要的意义。
3.食品微生物学研究任务
微生物在自然界广泛存在，在食品原料和大多数食品上都存在着微生物。但对不同的食品或在不同的条件下，其微生物的种类、数量和作用也不相同。微生物既可在食品制造中起有益作用，又可通过食品给人类带来危害。
（1）有益微生物在食品制造中的作用 用微生物制造食品，这并不是新的概念。早在古代，人们就采食野生菌类，利用微生物酿酒、制酱。但当时并不知道是微生物的作用。随着对微生物与食品关系的认识日益加深，对微生物的种类及其作用机制的理解，也逐步扩大了微生物在食品制造中的应用范围。
概括起来，微生物在食品中的应有下述三种方式。
①微生物菌体的应用：食用菌就是受人们欢迎的食品；乳酸菌可用于蔬菜和乳类及其他多种食品的发酵，所以，人们在食用酸牛乳和酸泡菜时也食用了大量的乳酸菌；单细胞蛋白（SCP）就是从微生物体中所获得的蛋白质，也是人们对微生物菌体的利用。
②微生物代谢产物的应用：人们食用的食品是经过微生物发酵作用的代谢产物，如酒类、食醋、氨基酸、有机酸、维生素等。
③微生物酶的应用：如豆腐乳、酱油。酱类是利用微生物产生的酶将原料中的成分分解而制成的食品。微生物酶制剂在食品及其他工业中的应用日益广泛。
我国幅员辽阔，微生物资源丰富。开发微生物资源，并利用生物工程手段改造微生物菌种，使其更好地发挥有益作用，为人类提供更多更好的食品，是食品微生物学的重要任务之一。
（2）有害微生物对食品的危害及防止 微生物引起的食品有害因素主要是食品的腐败变质，因而使食品的营养价值降低或完全丧失。有些微生物是使人类致病的病原菌，有的微生物可产生毒素。如果人们食用含有大量病原菌或含有毒素的食物，则可引起食物中毒，影响人体健康，甚至危及生命。所以食品微生物学工作者应该设法控制或消除微生物对人类的这些有害作用，采用现代的检测手段，对食品中的微生物进行检测，以保证食品安全性，这也是食品微生物学的任务之一。
总之，食品微生物学的任务在于，为人类提供既有益于健康、营养丰富，而又保证生命安全的食品。
六、微生物学的创立与发展
（一）史前期（萌芽期）：1676年以前，未发现微生物个体的漫长时期
人们利用微生物已有数千年的历史，如谷酒、果酒酿造和面包烘制，中国和埃及走在前列，其中尤以我国的制曲、酿酒技术著称，早在公元前4000～3000年，埃及人已熟悉葡萄酒、啤酒、醋的酿造方法。我国最早（约3000年前）开始制作酱和酱油。另外一些微生物加工方法，如亚麻的浸沤也是相当古老的，在3000～4000年以前已经达到技艺高超的程度。
利用微生物制造乳制品，如干酪、各种酸乳饮料、酸乳酪，大概可以追溯到新石器时代，由狩猎转变为农业的那个变革时期。
在新石器时代早期，当人们连年丰收、食物足够且有剩余时，就开始用各种方式保藏食品，这些方法有干燥、腌渍以及浓糖液中浸泡使之脱水等。公元前3000～公元前1200年，犹太人用死海中获得的盐来保存各种食物，中国人和希腊人用盐腌鱼保藏食品，约1000年前，罗马人开始用雪来包裹虾和其他易腐烂的食品。
尽管这些技术人们已很熟悉，但在当时对其原理却不得而知，仅是一种感性认识，在显微镜未发明之前，他们无法知道或证明微生物的存在。
（二）初创期（形态学期）：1676—1861年，观察到了细菌和原生动物
初创期始于1676年荷兰的安东尼·列文虎克用自制的显微镜看到称之为“微动体”的细菌，止于法国的巴斯德通过曲颈瓶实验推翻了生命的自然发生说（spontaneous generation：生物由无机物自发产生），创立胚种学说（germ theory）。
微生物形态观察是从安东尼·列文虎克（1632—1732）发明显微镜开始的，它是世界上真正看见并描述微生物的第一人，他观察了几乎每一个想看到的东西——雨水、污水、血液、体液、酒、醋、牙垢等，发现了微生物，称为“微动体”。他的显微镜在当时被认为是最精巧、最优良的单式显微镜，他利用能放大50～300倍的显微镜，清楚地看见了细菌和原生动物，而且还把观察结果报告给英国皇家学会，其中有详细的描述，并配有准确的插图。1695年，安东尼·列文虎克把自己积累的大量结果汇集在《安东尼·列文虎克所发现的自然界秘密》一书里。他的发现和描述首次揭示了一个崭新的生物世界——微生物世界。这在微生物学的发展史上具有划时代的意义。
（三）奠基期（生理学期）：1861—1897年
始于1861年法国的巴斯德通过曲颈瓶实验推翻了生命的自然发生说，创立胚种学说（germ theory），止于1897年德国人爱德华·毕希纳发现“酒化酶”。
继安东尼·列文虎克发现微生物以后的200年间，微生物学的研究基本上停留在形态描述和分门别类阶段。直到19世纪60年代，欧洲一些国家中占重要经济地位的酿酒工业和蚕桑业发生了酒变质和蚕病危害等问题，进一步推动了对微生物的研究，促进了卫生学的兴起。其中法国人巴斯德与德国人柯赫起了积极的作用。
微生物学的一套基本技术在19世纪后期均已完善，包括显微术、灭菌方法、加压灭菌器（Chamberland，1884）、纯培养技术、革兰染色法（Gram，1884）、培养皿（Petri，1887）和琼脂作凝固剂等。
1.巴斯德
巴斯德（Louis Pasteur，1822—1895）的主要贡献如下：
（1）证实了微生物活动和否定了微生物自然发生学说（曲颈瓶实验）；
（2）免疫学——预防接种提高机体免疫功能（制备了狂犬疫苗）；
（3）证实发酵由微生物引起（酒精发酵）；
（4）创立了巴氏消毒（60～65℃，30min），一直沿用到今天，仍然是广泛采用的消毒法。
2.柯赫
柯赫（Robert Koch，1843—1910）是著名的细菌学家，他的功绩在于：
（1）建立微生物学研究基本技术
①分离纯化微生物的技术：划线法，混合倒平板法；
②配制培养基技术：设计了培养细菌用的肉汁胨培养液和营养琼脂培养基；
③设计了细菌染色技术。
（2）对病原菌的研究证明了炭疽病是炭疽菌引起的，结核病是结核菌引起的。
（3）证实疾病的病原菌学说，创立了某一微生物是否为相应疾病的病原的基本原则——柯赫法则，即：
①某一种微生物，当被怀疑是病原体时，它一定伴随着病害而存在；
②必须能自原寄主分离出这种微生物，并培养成为纯培养；
③用已纯化的纯培养微生物人工接种寄主，必须能诱发与原来病害相同的病害；
④必须自人工接种发病的寄主内，能重新分离出同一病原微生物并培养成纯培养。
由于巴斯德和柯赫的杰出工作，微生物学作为一门独立的学科开始形成，而且出现以他们为代表而建立的各分支学科，同样也促进后来形成的应用微生物学中的食品微生物学。
（四）发展期（生化水平研究阶段）：1897—1953年
始于1897年德国人爱德华·毕希纳利用石英砂磨后酵母无细胞滤液中的“酒化酶”把葡萄糖发酵生产酒精和CO2，他把这种能发酵的蛋白质称为“酒化酶”，标志着微生物学的研究进入生化水平。
特点：
（1）微生物学的研究进入生化水平，维生素、抗生素、酶、基因（“一个基因一个酶”假说的提出，基因连锁，有性生殖、细菌质粒F因子的发现）；
（2）应用分支学科的形成：抗生素学；
（3）微生物学的第二个“淘金热”——寻找各种有益代谢物：维生素、抗生素、酶；
（4）分支学科开始综合形成普通微生物学；
（5）各学科相互渗透、相互促进，如遗传学、生物化学，16人次获诺贝尔奖。
（五）成熟期（分子生物学阶段）：1953年至今
从1953年发现DNA的双螺旋结构模型起，整个生命科学进入到分子生物学的研究领域，也是微生物学发展史上成熟期到来的标志，其应用研究向着更自觉、更有效和可人为控制的方向发展。在应用方面，开发菌种资源、开发新的微生物发酵原料、利用代谢调控机制和固定化细胞、固定化酶发展发酵生产和提高发酵产品的经济效益。应用遗传工程组建具有特殊功能的“工程菌”，把研究微生物的各种方法和手段应用于动、植物和人类研究的某些领域等。从此，微生物学研究进入到一个崭新的时期。
20世纪，电子显微镜的出现，相关学科的发展，使微生物学进入亚细胞水平、分子水平。
1935年，斯坦利（Stanley）首次得到烟草花叶病病毒结晶，随后鲍登（Bawden）等证实该结晶为核蛋白，具有生物特有的繁殖能力。此后还证明其他许多病毒的主要成分也是核蛋白。
1941年，比德尔（Beadle）与塔特姆（Tatum）用X射线和紫外线照射，使链孢霉产生变异，获得了营养缺陷型。
1944年，艾佛里（Avery）证实了引起肺炎球菌形成荚膜遗传性状转化的物质是DNA，第一次确切地把DNA和基因概念联系在一起。标志着分子生物学的开始。
1953年，沃森（Watson）与克里克（Crick）提出DNA分子双螺旋结构模型及核酸半保留复制假说，从而将微生物学的研究推进到分子生物学的水平。