1.3 现代细菌学的相关发展

科学家们富有想象和智慧的开创性研究及取得的成果，拉开了细菌学研究的帷幕。进入20世纪，越来越多的科学家对细菌展开研究，随着实验方法与技术的进步和现代分子生物学的发展，科学家开始研究细菌的生命活动以及其他衍生的功能，他们对细菌的了解愈发深入、系统和完整，现代微生物学真正开始发展起来。

1928年，弗雷德里克·格里菲斯（FrederickGriffith，1877— 1941）利用肺炎链球菌和老鼠进行了一系列的生物学实验。实验结果显示，细菌的遗传信息，会因为转型作用发生改变。随后，奥斯瓦尔德·艾弗里（OswaldAvery，1877—1955）和他的同事们，在肺炎链球菌的离体转化实验中，初步证明了核酸是肺炎链球菌Ⅲ型转化因子的基本单位，驳斥了当时蛋白质是遗传物质的观点。

在亚历山大·弗莱明（Alexander Fleming，1881—1955）、霍华德·弗洛里（Howard Florey，1898—1968）、诺曼·希特利（Norman Heatley，1911—2004）、恩斯特·钱恩（Ernst Chain，1906—1979）、多萝西·霍奇金（Dorothy Hodgkin，1910—1994）等科学家的努力下，青霉素实现了从被发现到进行工业化的生产和应用。青霉素在细菌的繁殖期起到了杀菌的作用，挽救了无数人的生命。之后，链霉素、氯霉素、四环霉素、红霉素等，陆续被科学家成功开发，并被投入使用。

1995年，克雷格·文特尔（J. Craig Venter，1946—）等科学家合作完成并公布了流感嗜血杆菌的全基因组序列，这是世界上第一个被完成基因组测序的细菌。紧接着，科学家相继完成数个病原体、模式菌、极端微生物的测序工作，如结核分枝杆菌、鼠疫耶尔森菌等。

基于几百年来科学研究的点滴积累，人们逐步对细菌的各种特征，如分类、形态、功能等有了基本的认识，并建立了系统的知识体系。我们知道，细菌是典型的原核生物，以细胞壁分界，细菌的结构包括：①细胞壁外：荚膜、菌毛和鞭毛；②细胞壁内：胞质膜、细胞质、拟核和质粒、核糖体、内含物 。为了便于观察，人们可用各种方法对不同的结构进行特异性的染色，用不同的颜色加以区分。

为了便于认识自然界的生物种类，分辨表型特征和亲缘关系，20世纪70年代，卡尔·乌斯（CarlWoese，1928—2012）提出了生物分类的三域学说，包括：细菌域、古菌域、真核生物域。在《伯杰氏系统细菌学手册》第二版中，细菌界囊括了23门31纲77目187科783属。

传统分类法中，一般根据细菌的形态学特征（形状、大小、结构和染色、培养特征菌落形态）进行分类。细菌的大小以微米（μm）作为量度单位，如大肠杆菌，大小约为（0.4～0.7）μm×（1.0～3.0）μm。细菌的形状可分为球状、杆状和螺旋状，若细分，有30多种。如，球状细菌的形态有球状、半球状、桶球状等；杆状细菌的形态有两端呈平截状、钝圆状、尖突状等；螺旋状细菌的形态则有螺旋状、弧状等。除此之外，还有些特殊形态的细菌，如柄状细菌有柄，鞘细菌外被鞘套包围。

不同细菌在培养生长过程中，肉眼可见的视觉形态也是各式各样的。在固体培养基中，菌落的大小、形态以及隆起形状部分的表面形态、光泽、颜色和质地等都不尽相同；在液体培养基中，浑浊程度、沉淀形态和颜色等也千差万别。

细菌在生命活动过程中，会不断从外界吸收营养物质，通过体内一系列代谢的生化反应，将这些营养物质转化为能量并合成自身的组成物质，维持正常的生长和繁殖。具体而言，不同微生物具有不同的生理生化特征，它们可以利用有机物、日光以及还原态无机物，通过光合作用、氧化还原作用，获得通用能源。

人类文明发展至今，细菌与人类生活息息相关，人类对细菌的应用无处不在。在工业界中，人们利用乳酸菌发酵乳制品；利用醋酸杆菌酿醋；细菌纤维素作为膳食纤维，可以制作椰果、冰淇淋、减脂餐等。除此之外，人们掌握了细菌的生理生化活动后，利用细菌的代谢活动进行工艺应用和产品生产，利用细菌对丝织品、受损建筑遗迹、古画等进行文物修复和保护，还利用细菌染色的技术取代传统染色工艺，避免环境污染。在艺术界中，细菌不仅可以成为一种技术，让艺术品保存完好，重新恢复面貌，还可以作为工具，制作精美的艺术作品，如琼脂艺术。在前沿科学产业界中，合成生物学通过改造、筛选菌株，使细菌成为一种重要的生物生产工具，比如研发细菌疗法治疗肿瘤等。

诺贝尔曾说：“科学研究的进展及其日益扩充的领域，将唤起我们的希望。”世事如棋局局新，我们期待未来能有越来越多关于细菌学的新发现，也期待细菌学在不同方向和领域的精彩应用！

什么是细菌纤维素？

纤维素作为一种重要的有机聚合物被广泛应用于生产生活，是自然界中分布最广、含量最多的一种多糖，包括细菌纤维素（BacterialCellulose）与植物纤维素（PlantCellulose）。

细菌纤维素是一种多孔性网状纳米级生物高分子聚合物，由独特的丝状纤维组成。其纤维直径在10~100纳米之间，比植物纤维素小2~3个数量级。两者的区别在于：植物纤维素是植物细胞壁的重要成分，通常与木质素、果胶、半纤维素结合在一起，很难获取纯纤维素底物；细菌纤维素则不含木质素和其他细胞壁成分，被认为是纯纤维素的来源。

由于其独特的合成方式，细菌纤维素具有超细网状纤维结构。它质地纯、结晶度高、有很强的吸水性，是一种天然的纳米级“海绵”，并具有良好的生物安全性和可降解性。由于合成过程温和，同时具有强大的成膜特性，细菌纤维膜被形象地比喻成“以无数的细菌为梭子织就的一块无纺布”。这些优势预示着细菌纤维素在许多需要使用精细纤维素的领域有着不可替代的应用前景。作为一种新型纳米材料，细菌纤维素已被广泛应用于纺织、医用材料、食品等各个领域。

目前，有许多种细菌能够生产纤维素。其中醋酸菌属中的木醋杆菌可将葡萄糖、甘油、糖或其他有机物转化为纯纤维素。木醋杆菌对原料适应广泛，产纤维素能力强，被普遍用于生产和科研。

生产细菌纤维素需要一定的发酵环境。25~30℃的温度范围最适合生产细菌纤维素，其中28℃是木醋杆菌生产细菌纤维素的最佳温度。pH值是控制细菌纤维素生产的另一个重要因素。在细菌纤维素的发酵过程中，乙酸、葡萄糖酸和乳酸等次生代谢物的产生会改变发酵培养基的pH值。4~6的pH值是细菌纤维素发酵培养基的理想值。另外，由于产出细菌纤维素的微生物都是有氧的，而在培养基内，低水平的溶解氧会阻碍细菌生长，降低细菌纤维素合成效率，因此需要保证充足的氧气供应。