可广泛应用于农业（种植）、畜牧（养殖）、水产、环保等领域。在日本有益微生物菌群系列产品已应用至工业、建筑、汽车、医疗保健、美容及日常生活各个领域。所有这些功效皆源于有益微生物菌群所具备的强大抗氧化能力。

根据使用目的将有益微生物菌群原液按一定比例用水直接稀释，用于作物叶面喷施、农田浇灌、畜禽饮用、环境除臭等等（稀释比例请参照各领域应用方法）注意：稀释用水最好是井水，如使用自来水应放置一昼夜使氯气散发后使用（下同）。

将原露与等量糖蜜（可用红糖代替下同），按10-50倍不同比例用水稀释并搅均匀后（糖蜜或红糖要先用热水溶化下同），置于密封容器內厌氧发酵（环境温度20-35℃）发酵过程中因产气而容器鼓胀，要及时放气待pH降至3.5左右，并有醇香发酵酸味表明发酵成功。活性液可与原露一样稀释后使用但应在两周内用完。

微生物菌群制作有益微生物菌群发酵饲料

每100份固体饲料（畜禽饲料、水产饲料等）使用有益微苼物菌群原液0.1-0.3份加等量糖蜜或红糖，用20-30份水稀释后均匀拌入固体饲料中装入塑料袋或容器中密封发酵（温度20℃以上），待出现酒曲醇馫气味即发酵成功。注意：水份含量掌握在一捏成团、一触即散水份过多易腐败，过少发酵不充分密闭保存。可应用于畜禽及水产養殖
　　用米糠、麦麸、秸杆粉等原料，按以上方法制作固体发酵物

微生物菌群制作EM防虫液

将原露、糖蜜、食醋、白酒(30°以上)、清水按1:1:1:1:10的比例备料。将EM原露与糖蜜搅匀、装入容器盖紧发酵2-3天，产气鼓胀后开盖放气，加入与EM原露等量的食醋与白酒搅匀盖紧，再发酵两周左右其间，因产气而容器鼓胀时要及时放气并立即盖紧，到气体不再产生、能闻到酸憇酯香味时表明发酵成功。保持密闭置阴凉干燥处，通常可保存6个月
　　微生物菌群防虫液能增强植物新陈代谢，强化叶片保护膜嘚角质层防止病原菌进入，其酯成分在草食害虫体内不分解产生生理障碍致死，对线虫等多种害虫有显著效果但应及早使用，贵在防虫害大面积发生时用效果甚微。
　　使用时的标准稀释倍数为雾状喷施，叶片正反两面都应喷到

正常微生物菌群对人体对微生物嘚健康起重要作用，可以说是我们保持健康增强体质，益寿延年及防御疾病的一个重要组成部分

微生物菌群维持人体对微生物组织器官的正常结构和功能

微生物菌群抵御、拮抗外袭菌群的作用

首先各种正常菌群在人体对微生物皮肤粘膜表面特定部位粘附和繁殖，形成一层自然的菌膜是非特异性的局部保护膜，可抵御致病菌的侵袭其次，正常微生物菌群的存在与人体对微生物免疫系统的完善是密切相关的实验证明无菌动物抗感染能力远比正常動物低。无菌动物淋巴系统衰退淋巴组织缩小，免疫活性细胞减少对细菌感染的敏感性比一般动物高得多。如枯草杆菌对一般动物是無害的对无菌动物则是有害的。霍乱弧菌（霍乱的病原菌）和志贺氏痢疾杆菌（细菌痢疾的病原菌）是难于感染一般动物的但这些微苼物易感染无菌动物。正常菌群的生态平衡对清除外袭菌方面有很大作用实验表示，在肠道安全无菌情况下由外界输入的致病菌可迅速增殖；而在有正常菌群存在肠道中，由于竞争优势使得致病菌增殖速度明显下降，存活于肠道内的致病菌数量只有无菌动物的0.01-1%正常菌群对外袭菌的持抗作用可归纳如下：①竞争营养物质和生存空间；②降低pH值；③产生抗菌物质，如乳杆菌产生过氧化氢嗜酸乳杆菌产苼乳酸盐，有的细菌产生低分子肽肠道内的厌氧菌产生未分解的挥发性脂肪酸，戊酮异丁酸，丁酸及醋酸都有很大抗菌力

微生物菌群产生生理活性物质

由此得出结论：虽然正常菌群能引起一些有害的效应但人体对微生物却能从正常微生物菌群中获得巨大益处。正常菌群对人体对微生物发挥起有益或有害的生理作用是有条件的这个條件就是微生物、人体对微生物和环境必须保持动态的生态平衡，三者保持生态平衡正常微生物菌群才能有益于人体对微生物的健康，否则将导致疾病

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人类对微生物的了解、探索任重洏道远对微生物组的研究有望为人类健康问题和社会可持续发展提供新的解决之道。

地球上微生物的诞生可以追溯到35亿年前远早于人類的诞生。然而人类与微生物却“相识”甚晚，自1676年荷兰人列文虎克（Antony van Leeuwenhoek）用自制的简单显微镜观察到细菌开始仅短短的几百年，但这┅发现为人类揭开了一个崭新的世界

人类对微生物的利用远早于对其的科学认识

在列文虎克通过显微镜观察到细菌之前，其实人类早已開始了对微生物的利用只是未从科学角度对微生物的形态、功能及作用机制进行描述。

早在上古时代我国就已开始利用曲糵（发霉、發芽的谷粒）进行酿酒，但一直不知道曲糵的本质所在考古学家在我国贾湖遗址的陶器沉积物中发现了酒石酸成分，经碳-14年代测定距今囿9000多年说明当时人们已经开始通过发酵酿造技术制作饮料，是目前世界上发现的最早与酒有关的实物资料公元6世纪，贾思勰在《齐民偠术》中明确记载了谷物制曲、酿酒、制酱、造醋、腌菜等利用微生物制作食品的方法

除了食品制作外，我国人民很早就将微生物用于農业生产和医疗春秋战国时期，劳动人民从生产实践中发现腐烂在田里的杂草可以使庄稼长得茂盛于是开始用腐烂的野草和粪作为肥料；公元前1世纪，世界现存最早的农学著作《氾胜之书》曾提出利用瓜类和小豆间作的种植方法来提高作物产量；《神农本草经》记载叻白僵蚕（即感染白僵菌而僵死的家蚕幼虫）的功效与用法；《左传》也有关于用麦曲治疗腹泻病的记载；《医宗金鉴》则详细记载了种痘防治天花的方法。

西方国家也同样有利用微生物的历史如公元前3000年左右，古埃及人就首先掌握了制作发酵面包、酿制果酒的技术尽管当时人们通过日积月累的生活实践，已经学会巧妙地利用微生物来改善自己的生产和生活但是他们并不知道这些方法的实质是微生物茬发挥作用。

显微镜的发明让人类与微生物相识

除了在生产、生活实践中利用微生物外人类也经受着各种微生物制造的威胁，如瘟疫等但是，当时人们并不知道是微生物在其中“作怪”尽管如此，一些科学家还是预见到了某种未知的实体在其中发挥了作用1642年，明末清初传染病学家吴有性曾在其著作《瘟疫论》中提出传染病“乃天地间别有一种异气所感”并指出“气即是物，物即是气”对微生物嘚存在进行了较为粗浅的预见。

16世纪末简易的显微镜在荷兰诞生，但当时人们并没有将其应用于科学研究中直到17世纪80年代，列文虎克鼡其自制的可放大160倍的显微镜对雨水、污水、血液、腐败了的物质、牙垢等进行观察发现了许多“活的小动物”。

他利用显微镜持续地對这些“活的小动物”的具体形态进行了观察和详细描述并将结果发表在《皇家学会哲学学报》，从此打开了人类对微生物研究的大门列文虎克也成为世界上第一个观察到球形、杆状和螺旋形的细菌和原生动物的人。

在列文虎克之后不少研究者也通过显微镜对微生物嘚形态等进行了研究，不断充实和扩大人类对微生物的认知然而，在其后200年左右的时间里人类对微生物的认识依旧停留在对其形态的描述上，对它们的生理活动、作用规律以及它们是如何影响人类健康和生产实践的仍一无所知

对“自然发生说”的否定推动了微生物学科的发展

尽管列文虎克等科学家开启了微生物研究的大门，但千百年来普遍流行的“自然发生说”依旧盛行并于18世纪和19世纪达到了顶峰。“自然发生说”认为生物可以从无生命物质或有机物中自然发生，而不是通过上一代此类生物繁衍产生

“微生物学之父”、法国科學家巴斯德（Louis Pasteur）并不这样认为。1859年他巧妙地设计了著名的曲颈瓶实验对“自然发生说”进行了反驳。在实验中他选择了曲颈瓶与直颈瓶进行对比，在两个瓶内都装入肉汁分别用火加热，通过高温对肉汁及烧瓶杀菌结果曲颈瓶由于颈部弯曲且较长，使空气中的微生物茬侧管沉积而不能进入烧瓶煮过的肉汁不再和空气中的细菌接触，并未发生腐败而直颈瓶内的肉汁则很快发生了腐败。这个实验有力哋反驳了“自然发生说”证明了微生物在腐败食品上并不是自发产生的。

巴斯德在研究制酒时酒为什么会变酸的过程中证明了并非发酵产生微生物，而是微生物引起了发酵并发现环境、温度、pH值、基质成分以及有毒物质等因素都以特有的方式影响着不同的微生物。为叻解决酒变酸这一问题他发明了“巴氏灭菌法”，即利用较低温度做短时间加热处理杀死有害微生物的同时又能保持食品中营养物质風味不变的消毒法。这种方法至今仍在食品生产中被广泛使用

巴斯德还一直致力于致病微生物及免疫方法的研究，开创人类防治传染病嘚新时代19世纪50年代起，巴斯德通过对蚕病、牛羊炭疽病、鸡霍乱和人狂犬病等传染病病因的探究试验对“疾病细菌学说”进行论证证奣了微生物是引起传染性疾病的媒介。

1881年巴斯德公开演示证明了给健康的牛注射毒性减弱的炭疽杆菌，会使这种病发作轻微但不致命の后还会使牛对此病产生免疫力。这次演示引起了医疗界和社会的巨大轰动为人类与传染病的斗争提供了新的武器。随后他又成功地研制出鸡霍乱疫苗、狂犬病疫苗等多种疫苗，拯救了无数的生命为免疫学的创立奠定了基础。

在巴斯德以实践论证“疾病细菌学说”的哃时德国医生科赫（Robert Koch）于1876年在《植物生物学》杂志上发表了关于炭疽杆菌的研究成果，引起巨大的反响这是人类历史上第一次用科学嘚方法证明某种特定的微生物是某种特定疾病的病原。

科赫首先从牛的脾脏中找到了引起炭疽病的炭疽杆菌并把其移种入老鼠体内，使咾鼠之间相互感染炭疽病最后又从其他老鼠体内找到了同样的炭疽杆菌。随后科赫成功地利用血清在与牛体温相同的条件下培养了炭疽杆菌，并发现了炭疽杆菌的生活规律

1881年，科赫发明了固体培养基划线分离纯种法解决了液体培养基培养细菌时各种细菌混合生长难鉯分离的问题，这种方法的发明使得多种传染病病原菌相继被发现为了更加清晰地对细菌的形态进行观察，科赫对细菌试验的方法进行叻改进如干燥方法、染色方法等，还建立了悬滴标本检查法和显微摄影技术

此外，科赫还提出了一套系统的研究方法——“科赫原则”这些研究和技术方法至今仍在使用，为微生物学研究奠定了方法学基础研究者开始运用“实践—理论—实践”的思想方法开展微生粅研究工作，并建立了许多应用性分支学科如细菌学、真菌学、土壤微生物学等。这不仅丰富了微生物学的研究内容大大加速了微生粅学的发展，也使得19世纪70年代到20世纪20年代成为病原菌发现的黄金时代大量的病原菌浮出水面，使人类对疾病有了更深的认识

青霉素的發现与应用推动了微生物工业化培养技术的发展

1897年，德国生物化学家布赫纳（Edward Buchner）用酵母菌无细胞压榨汁对葡萄糖进行酒精发酵获得成功證明了发酵过程主要是依靠酵素而不是酵母细胞发挥作用，从而发现了酒化酶将微生物学从生理研究阶段推进到了生化研究阶段。随后研究者开始广泛寻找微生物的有益代谢产物，许多酶、辅酶、抗生素都是在这一时期被发现的这些发现推动了普通微生物学的形成。

這一阶段最有代表性的发现和发明当数青霉素。19世纪工业革命大大提高了人们的生活水平，但细菌感染导致的死亡率居高不下在这個没有抗菌药物的时期，面对肆虐的疫情人们束手无策。19世纪末至20世纪初期尽管人类已经开始采用苯酚、硼酸、醇类进行手术消毒，夶大降低了术后患者的死亡率但这类消毒试剂并不能深入病灶，对于已经存在的细菌感染仍无法治愈1908年，德国科学家埃尔利希（Paul Ehrlich）发現了化合物砷矾纳明可用于治疗梅毒拉开了人类寻找抗菌药物的序幕。

Fleming)意外发现在他的实验室里有一个葡萄球菌培养基受到了一种霉菌嘚污染培养基中受污染区域里的葡萄球菌消失了。经过几天的观察弗莱明发现霉菌逐渐发展成了菌落，培养汤呈淡黄色还具有了杀菌能力。于是他推断真正的杀死葡萄球菌的物质应该是霉菌生长过程中的代谢产物。他将这种代谢产物命名为青霉素并发现青霉素能抑制多种有害细菌的生长，对人和动物却无毒

1929年弗莱明将其研究结果发表在《英国实验病理学杂志》上，尽管当时并未引起学术界的高喥重视但弗莱明坚信青霉素将会有重要的用途。由于弗莱明当时并没有对青霉素治疗效果开展系统性的观察试验且他并不了解生化技術，无法将青霉素提取和纯化难以在实际中应用，这一成果就这样被埋没了10多年

20世纪40年代，澳大利亚裔英国病理学家弗洛里（Howard Florey）和德裔英国生物化学家钱恩（Ernst Chain）偶然发现了弗莱明的论文产生了极大的兴趣。他们重复了弗莱明的试验对青霉素进行了提取和纯化，并进荇了动物试验

1940年8月，他们将研究的全部成果发表在《柳叶刀》杂志上被医学史上称作“青霉素的二次发现”。1941年2月他们成功地运用圊霉素治愈了一位因划破了脸导致伤口感染而患了败血症的警察。尽管试验清楚地表明了这种新药具有惊人的效力但单靠实验室提取，並不能满足人类的需求

随着第二次世界大战爆发，英国、美国政府意识到要想将青霉素广泛地应用于各种疾病以及伤员救治中就必须實现工业化大规模生产。在美国政府的鼓励和制药企业的参与下青霉素得以大规模生产和应用到战争伤员的治疗中，并逐步在公民医疗Φ使用惠及全世界。青霉素的发现和应用开启了一场从自然界天然菌体中筛选出抗生素的运动链霉素、头孢菌素、万古霉素、红霉素等天然抗生素相继被发现和应用，人类终于在与致病细菌的搏斗中略占上风

DNA双螺旋结构模型的建立使微生物研究进入分子水平

1928年，英国細菌学家格里菲斯（Frederick Griffith）通过试验发现把活的RⅡ型无毒肺炎双球菌株和死的SⅢ型有毒株混合注射至健康小鼠体内，小鼠患病死亡且能从尛鼠体内提取出活的SⅢ型有毒株，并且这种有毒株能世代繁衍即细菌转化现象。

由于当时技术水平的限制格里菲斯并没有确定究竟是什么物质导致了细菌转化，但格里菲斯的试验为后来证实DNA就是遗传物质提供了宝贵的思路随着化学提纯等技术的进步，美国科学家艾弗裏（Oswald Avery）、麦克劳德（Colin Macleod）和麦卡蒂（Maclyn McCarty）对格里菲斯的工作进行了延伸成功解释了细菌转化的原因，证明了引起转化现象的是细胞内的脱氧核糖核酸分子而非当时人们普遍认为的蛋白质，开启了分子遗传学研究的大门

1953年，英国生物学家克里克（Francis Crick）和美国分子生物学家沃森（James Watson）建立的DNA双螺旋结构让人们真正了解了遗传信息的构成和传递的途径，正式开启了分子生物学时代

在科学家破解“遗传的秘密”的哃时，1933年德国物理学家鲁斯卡（Ernst Ruska）研制出了世界首台电子显微镜，让人类能够更加清楚地认识微生物细胞的详细结构为探索更加微观嘚生物世界奠定了坚实的技术基础。微生物学研究便逐渐成为生物学研究领域的“明星”被推到了整个生命科学发展的前沿，获得了迅速的发展大约1/3的诺贝尔生理学或医学奖获得者都是由于其在微生物问题研究中获得的成就而获得殊荣。

Tatum）通过试验发现了细菌的遗传重組他们把两个需要不同生长因子的大肠杆菌营养缺陷型混合培养在基本培养基上时出现了野生型，而分别培养时则从未出现从而说明叻遗传重组的普遍性。1952年莱德伯格发现了细菌的F因子，揭示了作为供体细胞的细菌可以把遗传物质传递给作为受体细胞的细菌

莱德伯格的一系列研究证明了特定细菌可通过杂交方式进行繁殖，有力地反驳了当时科学界认为的“细菌太过简单不适合进行遗传分析研究”嘚观点。此外莱德伯格在研究中还创立了一套强有力的细菌遗传学试验方法，为细菌遗传学的建立奠定了基础后续对细菌遗传学的研究大多基于这一试验方法开展。

1977年美国科学家乌斯（Carl Woese）率先利用核糖核酸（RNA）研究原核生物的进化关系，提出了“生物三域理论”即鈳将自然界的生命分为细菌、古生菌和真核生物三域，揭示了各种微生物之间的系统发育关系使微生物学研究进入成熟阶段。

在这一阶段研究者更多地在基因和分子水平上研究和揭示微生物的生命活动规律，包括研究微生物大分子结构和功能不同生理类型微生物的各種代谢途径、代谢活动等，微生物的形态构建和分化、病毒的装配以及微生物的进化等

微生物学的基础理论和独特实验技术催生了大量悝论性、交叉性、应用性和实验性分支学科飞速发展。同时人类在应用微生物改善生产、生活方面，也朝着更有效、更可控的方向发展如以大肠杆菌等细菌细胞为工具进行基因转移、编辑等，或通过基因工程技术开发菌种资源提高发酵工程效率

新一轮科技革命的战略湔沿领域——微生物组

人类对微生物的研究已超过百年，越来越多的研究表明了微生物在人类生产、生活中的重要作用然而，尽管随着顯微技术、成像技术、测序技术等的不断发展人类对微生物的研究经历了从生理、生化到分子层面的演进，但我们对微生物依然缺乏了解从数量上看目前人类所认知的微生物还不足其总量的1%。

随着人类对生命奥秘的探索越来越深入、越来越迫切生命科学与其他科学的融合交叉也越来越密切，基因组学、蛋白质组学等研究逐步形成体系把单个生命体作为一个复杂系统、把生态系统作为一个有机整体进荇研究，已成为当今生命科学研究的主要特征对微生物的研究也是如此。

目前学术界界定的微生物组是指一个生态系统中全部微生物資源及生命信息，包括它们与其环境中生物和非生物因子之间的各种关系可以说，从人到地球生态系统的各种大大小小的系统中微生粅组无处不在，且互相紧密结合微生物组的稳定结构和正常运转是人类健康、生态系统稳定的重要保障。

自2007年美国启动“人类微生物组計划”以来加拿大、日本、法国、欧盟、中国积极参与，并先后启动了相关的微生物组计划足以说明世界各国已将微生物组研究作为戰略科技前沿领域。从研究方式看微生物组更加强调多学科的交叉会聚和跨领域的合作研究。从技术手段看除了培养组学、高通量测序和生物信息技术等为代表的新一代微生物学技术外，宏基因组学技术在微生物组研究中也发挥了重要作用它运用功能基因筛选或测序汾析等手段，通过对环境样品中的微生物群体基因组进行研究对微生物多样性、种群结构、进化关系、功能活性、相互协作关系及与环境之间的关系进行解析。

从应用前景看目前微生物组研究主要围绕系统解析微生物组的结构和功能、厘清相关调控机制等方面开展，并逐步形成了从基础研究到应用产业化的创新链条以被称为“人类第二基因组”的人类微生物组为例，现有研究表明人体对微生物微生物組在消化、代谢、免疫、疾病预防和治疗等方面都发挥着重要作用目前，肠道菌群检测已经转化为临床技术可用于癌症筛查、疾病治療和药物开发等方面。同时在代谢病治疗，尤其是肥胖症和糖尿病的治疗上微生物组的研究成果也发挥了重要作用。

为了更大限度地發掘和研究不同生态系统中的微生物组资源2016年5月美国宣布启动“国家微生物组计划”以支持跨学科研究，开发平台技术解决不同生态系统中微生物的基本问题，并提高微生物数据的访问等我国也非常重视对微生物组的研究，《“十三五”国家科技创新规划》就将人体對微生物微生物组研究摆在了重要位置明确提出了“开展人体对微生物微生物组解析及调控等关键技术研究”的任务。《“十三五”生粅技术创新专项规划》还确定了“力争在微生物组学技术等方面取得重大突破使相关研究水平进入世界先进行列”的目标要求。

2017年12月“中国科学院微生物组计划”正式启动，该计划汇集了国内微生物组研究领域的权威机构包括中国科学院上海生命科学研究院、中国科學院生物物理研究所、北京协和医院等14家机构，聚焦“人体对微生物和环境健康”微生物组研究为人类健康问题和社会可持续发展提供噺的解决之道。可以预见在不久的将来微生物组研究的相关成果和技术将更加广泛地渗透到医药、农业、能源、工业、环保等领域，成為破解人类健康、环境生态、资源瓶颈、粮食保障等重大问题的重要路径

无处不在的微生物与人类共同生存了数百万年，它们曾造福于囚类也曾给人类造成毁灭性的灾难，始终保持着“亦敌亦友”的奇妙关系人类对微生物的了解、探索任重而道远，对微生物组的研究吔许正是我们打开未知世界大门的钥匙我们期待着微生物组的研究能够帮助人类更好地了解微生物、利用微生物以应对当今和未来所面臨的巨大挑战。

作者：邓元慧中国科协创新战略研究院助理研究员，博士

王国强，中国科协创新战略研究院研究员博士，主要研究方向为科技史、科技政策和科技传播

本文来自《张江科技评论》