负责老师：X老师

大家好，我是本次研学的指导师，X老师，欢迎大家来体验《走近微生物》的研学课程。

在日常生活中，微生物是无处不在，随处可见的，从日常饮用的酒、酸乳、调味的醋、酱油、味精，到抗生素、激素、疫苗等药物，无一不是微生物发酵的产物。今天我们就一起走近微生物的世界~

二、关于“微生物”（19分钟）地点：暂定

活动目标：

了解微生物的知识

活动准备：

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同学们，你们知道为什么学校、广告老是宣传要勤洗手？早晚刷牙？不能喝生水？

你们说的很对，因为细菌。

一只没有洗过的手，至少含有4万-40万个细菌。指甲缝里更是细菌藏身的好地方，一个指甲缝里可藏细菌38亿之多。另外有人作过一个试验，急性痢疾病人用5-8层卫生纸，痢疾杆菌还能渗透到手上，痢疾杆菌在手上可传染病存活3天。流感病毒可在潮湿的温暖的手上存活7天。因此，手是很“脏”的。而且外出活动学习，手经常接触一些物品，都会把手弄脏。特别是患者和一些表面健康实际身体内带有病毒者，常常把致病微生物传播到各种用品用具上，当健康人的手接触后，致病微生物便来到手上。如果饭前便后不洗手，就可能把细菌带入口中，吃到肚里，这就是人们常说的“菌从手来，病从口入”。

 “为什么要早晚刷牙？”这个问题是有科学依据的，针对这个问题我们做过大量的实验，根据文献来看，牙齿的龋坏是因为牙齿上的牙菌斑，也就是细菌，细菌慢慢腐蚀导致牙齿龋坏。牙菌斑定植在牙面是需要时间的，也就是说它是一点一点长在牙面上的，它的定植时间是12小时，所以说这就我们要早晚刷牙两次的原因。

生水是指未经消毒，过滤处理过的水。如河水、井水、水库水等，或者家庭自来水。生水没有经过加热煮沸，可能会存在造成人体发生疾病的微生物。即使肉眼看不见，可细菌微生物仍存在...

那么，什么是微生物呢？

微生物是一切肉眼看不见或看不清楚的微小生物的总称。它们是一些个体微小、构造简单的低等生物。它的特征可以归纳为：体积小、面积大、吸收多、转化快、生长旺、繁殖快、适应强、变异频、分布广、种类多。微生物是生物中一群重要的分解代谢类群，缺少了它们，生物圈的物质能量循环将中断，地球上的生命将难以繁衍生息。微生物是地球上最为丰富多样的生物资源，种类仅次于昆虫，是生命世界里的第二大类群。在我国教科书中，将微生物划分为以下8大类：细菌、病毒、真菌、放线菌、立克次氏体、支原体、衣原体、螺旋体。有些微生物是肉眼可以看见的，像属于真菌的蘑菇、灵芝、香菇等。还有微生物是一类由核酸和蛋白质等少数几种成分组成的“非细胞生物”。

有同学会问，既然微生物看不见，那么人类是怎么知道微生物的存在呢？

图2 安东尼·列文虎克和他发明的显微镜

微生物的形态观察是从安东尼·列文虎克发明显微镜开始的，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，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。

图3 显微镜下的微生物

微生物的弊端

通过观察，我们发现微生物会导致传染病的流行。在人类疾病中有 50% 是由病毒引起的。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。在疾病的预防和治疗方面，人类取得了长足的进展，但是新现和再现的微生物感染还是不断发生，像大量的病毒性疾病一直缺乏有效的治疗药物，一些疾病的致病机制并不清楚。一些分节段的病毒之间可以通过重组或重配发生变异。

图4 病毒

比如我们熟知的流行性感冒病毒，每次流感大流行病毒都在前次导致感染的病毒上发生了变异，这也给疫苗的设计和治疗造成了很大的障碍。除此之外，微生物还会造成食品、布匹以及皮革等发霉腐烂。

那么微生物对人类有没有好处呢？有且还不少！

一、弗莱明从青霉菌抑制其它细菌的生长中发现了青霉素，这对医药界来讲是一个划时代的发现。后来大量的抗生素从放线菌等的代谢产物中筛选出来。抗生素的使用在第二次世界大战中挽救了无数人的生命。

图5 青霉素

二、还有一些微生物被广泛应用于工业发酵，生产乙醇、食品及各种酶制剂等：

1、啤酒发酵

2、啤酒是人类最古来的酒精饮料，是水和茶之后，世界上消耗量排名第三的饮料，这里就能看到啤酒的发酵过程。啤酒发酵过程是啤酒酵母在一定的条件下，利用麦汁中的可发酵型物质进行的正常生命活动，其代谢的产物便是酒。

图7 啤酒发酵的地方

2、酸奶发酵

酸奶是我们日常饮用的牛奶饮品，是以牛奶为原料，经过巴氏杀菌后再向牛奶中添加有益菌（发酵剂），经发酵后，再冷却灌装的一种牛奶制品。

市场上酸奶制品多以凝固型、搅拌型和添加各种果汁果酱等辅料的果味型为多。酸奶具有促进胃肠道蠕动，维持骨头坚韧性，提高机体免疫力的功效。

图8 酸奶发酵的地方

三、一部分微生物能够降解塑料、处理废水废气等等，并且可再生资源的潜力极大，称为环保微生物；

1.微生物对水的处理

（1）废水中的脱氮除磷，废水中氮、磷是造成水体富营养化的根源，利用生物脱氮除磷已进行了广泛的研究。生物脱氮中，有反硝化能力的微生物有变形杆菌、微球菌属、假单胞菌属、芽胞杆菌属等。

（2） 废水中有机物的降解，有机物的生物降解中，白腐菌是值得一提的。白腐菌是一类提子真菌，在废水治理中，其降解污染物的范围十分广泛。

2.微生物用于垃圾的处理

农村垃圾微生物处理，沼气发酵微生物是在缺氧条件下降解有机质产生沼气的一群微生物。沼气常形成 于富含有机质的沼泽、塘、湖等水下缺氧沉积物中，是一种可燃性气体，其主要成分为甲烷（占55～70％）和二氧化碳（占30～45％）。沼气微生物使自然界中缺氧环境的有机质降解，进入碳、氮等物质循环圈，所产生的甲烷最终又被氧化为二氧化碳。产生于深海沉积物中的甲烷则可能转化为甲烷水合物，进而转化为天然气。中国广大农村正在利用沼气微生物的作用，以秸秆、粪便等制取沼气，作为一种再生性补充能源，同时也有利于农村生态平衡，保持、提高土壤肥力并改善环境卫生，也是最经济，最实用的能源发展方向。

3.污染土壤的微生物修复与治理

目前工业的迅速发展，大量的人造化学物质排放到环境中，对资源和环境构成越来越严重的破坏。化石燃料的开采和使用，工业三废的排放，给我们赖以生存的环境造成难以估量的污染。在我的家乡，年年村民一到谷雨后，就要购买一些工业化肥，其实那只是短期的效果，但是日积月累给土壤和水带来大量的有机污染，从此下去我国赖以生存的土地就会严重破坏，导致无法耕作。

自“绿色革命”以来，对蔬菜无公害无污染越来越严格，大家都喜欢绿色食品。人们在使用农药防止病虫草害的同时，也使粮食、蔬菜、瓜果等农药残留超标，土壤污染严重，同时给非靶生物带来伤害，破坏了生态平衡，影响了农业的可持续发展，威胁着人类的身心健康。

土壤中的微生物，包括细菌、真菌、放线菌和藻类等，在它们中有一些具有农药降解功能的种类。我们可以利用其特点，使细菌由于其生化上的多种适应能力和容易诱发突变菌株，从而在农药降解中占有主要地位，例如假单胞菌对敌敌畏；曲霉菌、镰孢霉菌对敌百虫；芽孢杆菌、曲霉、青霉、假单胞杆菌、瓶型酵母等对甲胺磷。

微生物是地球上最为丰富多样的生物资源，虽然不起眼，但是实实在在的充满力量。

同学们知道微生物喜欢生活在什么样的环境里吗？

 动物和植物倾向于局限在它们所生长的环境类型之中，但微生物却广泛生长在许多环境之中。例如，微生物可在冰或温泉、淡水或盐水、有氧或无氧、极酸性环境或极碱性环境中生长。微生物实质上可栖居在地球的所有环境之中。

微生物是限制在我们发现它们的特定环境中吗?

某些微生物只在特定环境条件下生长。科学家们称这些微生物是专性的(obligate)。另外一些微生物可在许多不同环境中存在，科学家们称其为兼性的(facultative)。

原生动物和真菌存活最适的温度是多少?

原生动物、真菌和单细胞藻类一般只在完全限定的环境温度下生存。例如，真菌和原生动物主要在接近室温、大约25°C下生活。有许多原生动物和真菌在较高的温度37°C下生活，这些微生物一般涉及人类的疾病。另外，还有许多真菌生活在冷的温度，如冰箱中发现的真菌为5C。霉菌在冷藏的一块食物上生长，就是真菌能够低温生长的证明。

细菌存活的最适温度是多少?

所有微生物中，细菌有最广泛的生长温度范围。它们能在低于0°C或高于100°C温度生长。

所有细菌生长需要氧吗?

许多细菌是好氧菌( aerobic)，也就是说它们生长和进行新陈代谢的生化反应需要氧。但是，细菌中有大量是厌氧菌( anaerobic)，在特别的除氧仪器中培养它们。这类细菌(称为厌氧菌)生活在无氧条件下,在沼泽地污泥的底层、地下掩埋的废物和仓库中可发现它们。一些厌氧菌是专性厌氧菌(obligateanaerobe),而另一些是兼性厌氧菌(faculativeanaerobe)，意味着它们可在有氧或无氧环境中生活。

在氧含量低的气体中有细菌存活吗?

某些细菌称为微好氧菌(microaerophilie) ,这些细菌当有少量氧存在时生长最好。它们存在于人的尿道和消化道内，某些种可引起这些系统感染。许多微好氧菌代谢依赖二氧化碳。这些微生物称为嗜二氧化碳细菌( capnophile)。

微生物生长所需最适pH是什么?

pH这个术语指的是微生物生长溶液酸度或碱度的水平;它的范围能从最酸水平0至中性水平7.0到最碱的水平14.0。真菌生长最适pH在稍微酸性的条件，它们喜欢pH5. 0的水平。原生动物倾向于生长最适pH接近中性(pH7.0)。细菌生长pH范围广泛。重要的是应注意微生物有一个最适的pH,指在这个酸度或碱度水平生长最好。假如微生物要存活，酸碱度水平变化不可能超过一个单位 。

各种类型细菌生长的pH范围?

不同种类细菌生长的pH范围广泛。某些细菌能够在pH 0~5. 0的范围生长。这些细菌称为嗜酸菌(acidophile)。那些在pH 5~8. 5的范围生长的称为嗜中性菌(neutrophile)。大多数人类病原菌是嗜中性菌。那些在pH 7.0~11.5的范围生长的称为嗜碱菌(alkalino-phile)。许多土壤中的细菌生活在这些高pH环境中。

所有微生物的生长都需要一定湿度吗?

为了生长，如糖酵解的新陈代谢反应、化学渗透和蛋白质生物合成必须在微生物的细胞质中进行，而且整个这些化学反应必须在水中进行。因此，水环境是生长必需的条件。但是，许多微生物能在干旱(moisture free)环境中存活，然而，它们不能在这些环境中生长。

哪一种微生物形态能在干旱的环境中存活?

真菌产生的孢子和某些原生动物产生的有抗性的孢囊(cs)能在干旱的环境中存活。细菌可以产生在自然界中已知具最大抗性的结构细菌芽孢。细菌芽孢在极端环境中能存活几个世纪或更长时间。当把它们放在营养培养基上时,它们逆转为营养细胞，像正常的细菌细胞生长和繁殖。

还在哪些不寻常的环境条件下能找到微生物?

微生物能在地球上许多其他环境中发现。海洋中，就有上万种海洋微生物在盐水中旺盛生长。在深海底层,科学家们找到了嗜压微生物(barophile)。它们可在极强的水压下存活。微生物也能在辐射性很强的环境、极高渗透压的环境和异常大量盐的环境中发现。在高盐环境中生长的微生物和海洋中的微生物称为嗜盐微生物或嗜盐菌(halophile)。

我们一起看一段科普视频《极端环境下的多嗜极生物》（2分钟）：

三、人体中的微生物（15分钟）地点：暂定

活动目标：

了解人体中的微生物

活动准备：

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同学们，你们觉得我们人类的身体里有微生物吗？

是的，人体有大量我们肉眼看不到的微生物。它们几乎分布在我们身体的各个角落。我们的眼睛、皮肤、口腔、食管、胃、肺，还有我们的肠道，体表和体内各个部分几乎都有微生物的分布。

除了我们原来认为应该有菌的部位，比如皮肤外，随着基因检测技术的发展，我们原来认为无菌的地方，现在也发现有菌了，比如肺脏。近期的研究发现，肺脏中有几百种微生物。再比如血液和尿液，我们认为其中应该没有菌，特别是在健康人的血液中，根本不应该有菌。但是现在发现血液和尿液中都存在微生物。更让人惊讶的是，最近几年，科学家在孕妇子宫里的胎儿、胎盘，甚至人的大脑里，这些我们原来认为也不应该有菌的部位都检测到了微生物。

人体微生物种类多，数量多

这个“多”表现在人体微生物的种类和数量都非常多。

在人体的细菌种类超过1000种，真菌也有几百种，而病毒的数量可能比细菌和真菌的数量加起来还要多。

人体微生物的数量可以达到100万亿个，而人体自身细胞的数量有多少呢？大概只有60万亿个，很明显，人体容纳的微生物的数量要远大于我们自身细胞数量。人体微生物编码的基因数量那就更多了。人体大概有2.3万个基因，而人体微生物编码的基因数虽可以达到900万个，远远大于人体自身的基因数量。

现在也把人称作“超级生物体，也就是说我们人类已经不是原来的“人”了，而是由人体和与人共生的微生物共同构成的“超级生命体”。

人体微生物和人之间的共生关系

人体微生物彼此之间形成了非常复杂的关系网络，两者之间，既有竞争也有合作。菌和人体之间也同时存在竞争与合作。肠道微生物和肠道共同构成了一个生态系统，即肠道微生态系统。

从人体来看，肠道微生态只是人体微生态中的一个。人体各部位也都有自己的微环境。在这些微环境里，环境特征差别非常大，比如不同部位的酸碱度不同，微生物组成就会不同。消化道中，胃里的pH值非常低，这里的微生物数量也非常少。但是，在结肠和直肠，pH会很快升高，微生物的种类、数量也会增多。

另外，随着含水量的不同，微生物的组成也不一样，例如，皮肤很干燥，跟空气直接接触，水分少，氧气也比较充足，体表的微生物组成和肠道微生物组成差异非常大。肠道远离空气，绝大部分都是厌氧菌；而皮肤、口腔有相当多的好氧菌，或兼性厌氧菌。

不同的微环境造成了不同的微生物组成。当然，人体不同部位的微生物，有自己独特的与所在部位匹配的功能。

人体微生物有什么作用

肠道微生物和人之间是一种共生关系，两者之间是相互支持的。这些微生物对人体的作用主要包括以下几个方面。

第一，营养代谢作用。

肠道里分布的这么多微生物，可以帮助人体分解食物。我们吃下去的食物，为人体提供营养：同时，这些食物也是肠道微生物的唯一食物来源。

这些微生物把这些食物分解、利用，除了满足自己的需要之外，还会产生一些营养素供给人体，比如肠道中的一些微生物可以合成人体不能合成的B族维生素。

第二，调节作用。

微生物在肠道可以产生非常多的活性物质，比如一些抗菌物质、激素和神经质等，人体中约有95%的五羟色胺和50%的多巴胺都来自于肠道。五羟色胺和多巴胺一样是快乐激素，可以让我们的心情变好。这些肠道微生物产生的活性物质可以调节我们的身体活动、行为和情绪，可以说人的吃，喝、拉，撒，睡，以及我们的喜、怨，哀、乐都或多或少地受到肠道微生物的影响。

第三，训练人体免疫系统。

肠道微生物几乎占了人体微生物的 80%，几十万亿的微生物生活在肠道，想一想就觉得震惊，但是，为什么我们可以面对这么多微生物而不发病呢？面对这么多的微生物，需要人体派出专门的“人”来管理的。

靠谁管呢？只能靠人体的免疫系统。人体的免疫系统在运营和维持着，或者管理肠道微生物，人的后天免疫系统的发育过程跟这些微生物密切相关。在微生物与人数百万年的共同进化过程中，在它们之间长期的较量过程中，彼此之间长期的相互沟通，相互交流，最终，人体掌握了管理这么多微生物的能力。在这个过程中，这些微生物也在“教育”我们的免疫系统。正是因为微生物的存在，后天免疫系统才会发育得更好。

还有一个数字值得大家记住，人体70%的免疫系统是位于肠道的，而80%的微生物也是位于肠道的，大比例的微生物和免疫系统都位于人的肠道，这不是偶然，而是必然。

我们再看一段科普视频，讲讲细菌和人类的关系（4分钟53秒）：

四、休息（10分钟）地点：暂定

五、自制显微镜（40分钟）地点：暂定

活动目标：

动手制作显微镜

活动准备：

材料包、橘子皮、洋葱

我们今天来自制显微镜，当然真正的光学显微镜真正的光学显微镜结构比较复杂。它的目镜和物镜都是精致的凸透镜。光学显微镜的放大倍数等于目镜乘物镜的放大倍数 如目镜为10倍,物镜为16倍,那么放大倍数就是160倍。

我们自制显微镜的原理是利用凸透镜，中间厚，边缘薄，实现了放大效果。凸透镜在日常生活中的应用非常广泛。聚光镜、远光灯和探照灯、放大镜、人眼和照相机、老花眼镜、幻灯机、投影仪与电影放映机、显微镜、望远镜等等都使用了“凸透镜”原理。可以说“凸透镜”在生活中无处不在。正是因为它的存在，以及它的独特作用，使生活更加丰富多彩。

我们一起看一下制作方法：

1. 将橡胶垫套入板材A的木轴上把软镜子用海绵胶粘贴在板材A上用板材B将板材A固定在板材C上。

2. 用M3×6螺丝和塑料柱将两块板材D组合在一起。

3.分别将贴纸A和贴纸B粘贴在大镜筒和小镜筒上（注意纸卡A和纸卡B的大小不一样，不要贴错）把EVA1和EVA2分别安装进大镜筒和小镜筒中，把小透镜平面朝外放在EVA1上，大透镜凸面朝外放在EVA2上，然后在镜片上分别盖上EVAl和EVA2将镜片夹紧。

4.将大镜筒和小镜筒组合在一起，用大橡皮筋将镜筒固定在板材D上。

现在老师给你们每人一份材料包，你们先了解一下手中的材料再开始制作。制作的过程中有任何疑问都可以举手问老师哦！

已经完成的同学，可以来老师这里领取橘子皮和洋葱，试一试自己自制的显微镜吧！

六、收获与分享（5分钟）

同学们都完成了显微镜的制作，真棒！今天我们初步认识了微生物，谁可以和老师分享一下收获和感想？

说的不错，微生物的发展潜力是巨大的，相信在不久的未来，它将会应用在更多的领域，为人类做出更多的贡献。感兴趣的同学可以在这个领域深入研究一下！今天的家庭任务是，用自己的理解为微生物用文字加画画的形式设计一份简介哦！

七、结束语

今天的研学课程到这里就结束啦！非常感谢同学们陪老师度过的愉快时光，期待我们下次再见！

八、课程反思