第二篇第三十一章微生物的变异
所谓微生物变异，通俗地讲就是由于自然条件的改变或者人为因素影响，促使一些微生物在
某方面改变了亲代传给它的特征，并且还能把得到了的这种特性传给子代。
变异可分为暂时变异和永久变异。暂时变异主要由环境因子控制，生物在某一特殊环境下
发生，当回到正常环境下，发生的变异又会恢复正常。永久变异是由遗传因子控制，是由遗
传物质的变化而引起的，变异是永久性的。
暂时变异一般是整个细胞群体的每个细胞都同时发生变化。如大肠杆菌在培养很久的老
培养基内变成近似球状的菌，当它回到新鲜的培养基内时，它们又可回到原来的杆状。微生
物的永久变异是出突变引起的。在没有人为影响条件下自然发生的突变为自发突变。对细菌
永久变异研究表明，每个细菌每一世代突变率为104～105，即1万个到10万个细菌中
，只有一个细菌发生突变，可见突变率是很低的。但是由于微生物的繁殖速度快，数量多，
即使突变率很低，当乘以这个庞大的基数时，数目还是惊人的。
由于变异是微生物的一种奇妙特征，微生物在自然选择作用下，对自然界有极强的适应能力
，可以在其他生物不能生存的环境中安居乐业，有的微生物可在90℃的高温中生活得自由自
在，有的则在稀酸水中悠哉悠哉，所以它们在自然界中分布最广，简直无处不在。
那么微生物变异对人类有什么益处和害处呢?这就是接下来要详细介绍的了。
孙悟空的法宝
早期人们认为微生物可“驯化"或“驯养"，就像长期喂养野猪，最后可以驯化为家猪一样。
有一种“定向培育"技术，即在特定环境下长期处理某一微生物培养物，同时不断地移种传
代，以达到积累和选择合适的自发突变体的古老的育种方法。巴斯德曾用42℃去培养炭疽杆
菌，经过20天，该菌丧失产芽孢能力。经2～3月，菌体进一步失去致病能力，因而可用作活
菌苗使用。利用它来接种，在预防牛、羊的炭疽病方面，曾获得良好的成效。巴斯德也曾将
疯狗的唾液注入健康兔子脑中长期传代“驯化"，制成疫苗，救治狂犬病患者，开创
了人类免疫学。定向培育最为成功的例子是目前被广泛使用的卡介苗。法国的卡尔密脱
和介林把牛型的结核分歧杆菌接种在牛胆汁、甘油、马铃薯培养基上，连续
传代培养230代，前后经历13年时间，终于在1923年获得显著减毒的结核杆菌——卡介苗
。当时，人们只是认为微生物与禽畜一样，长期处在特定环境中是可以被“驯服"的，并没
认识到实际上利用了自发突变。 虽然定向培育作为一种古老而低效的育种方法现已被淘汰
，但是人们仍然继续在利用菌体的自发突变现象。例如，可以从被污染的噬菌体发酵液中分
得到抗噬菌体的菌株。又如在酒精发酵工业中，曾有过一株分生孢子为白色的糖化菌“上酒
白种"，就是在原来孢子为黑色的宇佐美曲霉发生自发突变后，及时从生产过程中挑选出来
的。这一菌株不仅产生丰富的白色分生孢子，而且糖化率比原来菌株强，培养条件也比原菌
株粗放。这就是最初人们对微生物自然突变的利用了
定向培育是一种守株待兔式的被动育种方法，除某些抗性突变外，其他性状不是无法获得
，就是需要相当长时间才能奏效。由于微生物在自然条件下自然突变率太低，要从千千万万
个微生物群体中找出来也非常不容易，简直是大海捞针。
在生产实践中，可以迫使微生物发生变异，以获得具有优良特性的变种为人类服务。为了获
得高产菌株，便利用微生物易变异的特点，使用强烈的物理因素(如X射线、γ射线、α射线
、β射线、紫外线等)或化学因素(乙烯亚胺、亚硝酸等)对微生物进行处理，强迫
它们发生变异，这样人们就可以在较短的时间内获得更多的变异体，从中挑选出所需要的优
良变异体。例如：可使原来吃细粮的微生物改吃粗粮，以达到节约粮食的目的；不耐高温的
菌类可使它们适应高温环境，从而解决在大工业生产中的降温问题；通过诱变还可使产量低
的菌株，变成产量高的菌株。如在1943年，当时利用黄青霉生产青霉素，在每毫升发酵液里
仅有20个单位，产量很低，因而价格昂贵。通过几十年来利用紫外线及乙烯亚胺等各种手段
诱导变异，再加上其他条件的改进，现在应用的变种每毫升发酵液中有几万个单位，大大提
高抗菌素的生产水平。链霉素生产菌经过变异改造后，今天的产量也比1945年提高数百倍。
在生产上还可以利用变种来扩大产品的品种数量，如生产四环素的菌种变异后，有的能生产
去甲基四环素，有的能生产去甲基金霉素等。
因此，利用微生物变异的特性，不仅能提高产量，扩大品种数量，而且能提高产品质量，简
化生产工艺。所以在目前利用微生物的工业生产中，广泛采用变种是一个极其有效的途径。
道高一尺，魔高一丈
应该看到微生物易于变异给我们带来益处的同时，也给人类带来威胁，有许多有害或致病
微生物有如从天而降，猖獗一时，为非作歹，给人们防治疾病带来一定的困难。
在20世纪40年代以前，肺病对于人类就像今天的癌症，难于
医治，因其为空气传播，更难于防范。直到抗生素出现，能杀死
结核菌的链霉素才成了结核病人的救星，链霉素还能杀死其他致病
菌，于是，20世纪60年代以后，一些常见的细菌感染疾病，
如肺炎、败血症、回归热、梅毒、淋病、炭疽病等都得到有效的治
疗。在众多的抗生素资源中，还
有一些对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌都有抑制或杀死作
用的种类，像金霉素、四环素等，这些抗生素被称为“广谱抗生素”，
它们的应用范围更广泛。
然而，抗生素使用不久，人们就发现它的杀菌效率不断下降，狡猾的细菌摇身一变，变成
了抗药性的细菌，这是由于变异。当使用抗生素时，大部分细菌被杀死，发生突变的细菌
产生了抗药性，并在自然界繁殖，兴风作浪。于是抗生素剂量不断加大，版本
不断刷新，人类和细菌开始了一场军备竞赛。结果是新
的抗生素的发现速度还赶不上细菌产生耐药性的速度，
而且耐药细菌的毒力也越来越强，越来越难以对付。如
今在美国的医院里，20%的肠道菌感染对抗生素产生抗
药性，包括危险的金黄色葡萄球菌在内。肺结核和疟疾
在世界许多地方失去了控制，每年有大约300万人死于
疟疾。
2003年上半年，在我国的一些地区和东南亚国家相
继发生了“非典型肺炎”病例，并向各地蔓延。患者几乎
都是以高热为首发症状，咳嗽较少，痰也很少。而以前被
定义的“非典型肺炎”多数由支原体、衣原体、立克次
体、军团杆菌或病毒引起，通过应用抗生素治疗大多能
收到不错的效果，很多患者甚至不用住院就能痊愈。但
本次的“非典型肺炎”与通常所指的“非典型肺炎”不同，
主要表现在现有的抗生素都难以奏效。这不能不引起人
们的高度警惕。世界卫生组织专家曾发出警告，如果人
类不停止滥用抗生素，那些新产生的能抵抗所有药物的
“超级病菌”，将会使目前所有的抗生素失效，人类在严
重感染面前将再次束手无策。
在不少病菌逐步产生对原有抗生素的耐药性，而新
的抗生素的发现又极困难的情况下，科学家们把目光投
向了昆虫。昆虫虽不像高等动物那样具备完善的免疫系
统，但它们的先天免疫和获得性免疫能力却是惊人的。
如家蝇从幼虫到成虫均生活在细菌丛生的环境里，在人
类和其他动物之间传播多种疾病，如痢疾、伤寒、霍乱
等，而自己却很少患病。因此，家蝇体内极可能具有能比
一般动物更有效地抵御病原菌感染的独特的免疫防御
机制。目前，对于与人类疾病有密切联系的蚊、蝇、蟑螂
等昆虫体液中的抗菌肽研究获得了初步的成功。抗菌肽
是一种昆虫血液与淋巴中具有杀菌和多种生物学作用
的活性蛋白，经过人工诱导，昆虫体内可产生大量的抗
菌肽。抗菌肽有望成为21世纪抗生素的新来源。