在我们肉眼无法触及的微观世界里，生活着一群数量庞大、种类繁多的生命体。它们看不见、摸不着，却无处不在，深刻影响着地球的生态平衡、人类的健康与文明。它们就是微生物——细菌、病毒与真菌。
1.无处不在的细菌：细菌是最早出现在地球上的生命形式之一，结构简单，只有单细胞，没有成型的细胞核，因此被称为“原核生物”。它们的个体极小，必须在显微镜下才能看清，但分布极广，从万米高空到深海海底，处处都有它们的身影。
细菌的外形多样：球状的叫球菌，长圆柱形的叫杆菌，弯曲如弓的叫弧菌，螺旋状的叫螺旋菌。它们有的单独生活，有的成双成对，有的连成链状，有的聚如葡萄，形态各异，各具特色。
细菌的基本结构包括细胞壁、细胞膜、细胞质和无核膜的核区, 细胞膜控制物质交换, 细胞质是生化反应场所。部分细菌还有其它特殊结构：
荚膜是细胞壁外的粘液状结构，能保护细菌免受化学物质侵害，有荚膜的细菌不易被药物杀死。
芽孢是细菌的“休眠体”，耐热、耐旱、耐化学药剂，能在恶劣环境中存活多年。
鞭毛是细菌的“推进器”，使它们能在水中快速游动。
细菌的繁殖速度惊人，理想条件下每20分钟即可分裂一次。若不受限制，一个细菌24小时内可繁衍出40多万亿亿个后代，总重可达4000多吨。虽然现实中受限于营养和环境，但细菌的繁殖速度仍居生物界之首。
大多数细菌对人类有益。也有少数病原菌会引发疾病，如结核杆菌、霍乱弧菌等。2.病毒：生物与非生物的“跨界者”病毒是一类非细胞形态的生命物质，比细菌小得多，必须用电子显微镜才能看到。它们结构极其简单，仅由核酸（DNA或RNA）和蛋白质外壳组成，缺乏独立的代谢系统，无法自主繁殖，必须寄生在活细胞中。
根据寄主不同，病毒可分为三类：
动物病毒寄生在动物细胞内，如天花、麻疹、流感、艾滋病病毒等。
植物病毒寄生在植物细胞内，如烟草花叶病、油菜花叶病等，会导致农作物减产。
噬菌体寄生在细菌和放线菌细胞内，具有蝌蚪状外形，能通过溶解细菌细胞壁侵入细胞，夺取细胞控制权繁殖后代，最终导致细菌破裂死亡。噬菌体可用于细菌诊断和治疗细菌感染。
后来科学家还发现了比病毒更小的类病毒（仅由短RNA组成，比最小病毒小80倍），它们进一步模糊了生物与非生物的边界。
3.真菌：真核生物界的“实用派”真菌是微生物家族中最庞杂的一支，属于真核生物，种类达六七万种，与人类关系极为密切。
酵母菌是单细胞真菌，比细菌大5-30倍可用于酿酒、制酱油、发面，还能提取辅酶A、细胞色素C等贵重药物。
霉菌喜欢潮湿和温暖环境，夏天常见的发霉现象就是霉菌生长的结果。常见霉菌及用途有：
根霉产生糖化酶，是酿酒的糖化菌种；
毛霉分解蛋白质，用于制作豆腐乳、豆豉；
曲霉广泛用于酿酒、制醋；
青霉生产青霉素；
木霉可分解纤维素为葡萄糖；
担子菌是高等真菌，是微生物中的“巨人”，如蘑菇、木耳、灵芝等，部分个体直径可达4米、重达近100千克。
真菌对人类的影响是“双刃剑”：有益的一面包括提供营养丰富的食品（蘑菇、木耳等）、名贵中药（灵芝、虫草等）、工业代谢产物（酒精、有机酸等）；有害的一面是会导致有机物腐败、霉变，使人畜患病、农作物减产。
在无氧环境：酵母菌会将98%～99%的糖发酵转化为乙醇和二氧化碳，仅用1%～2%的糖维持自身细胞活动，这也是酿酒的原理。
在有氧环境：酵母菌会进行有氧呼吸，将糖彻底氧化为二氧化碳和水，这个过程可以产生更多能量，促酵母细胞的繁殖速度大幅提升。
基于这一特性，人类要酒精就隔绝氧气，要菌体就通入空气。
2.细菌的多样生存法则不同细菌对温度的耐受范围差异巨大：有的能在-70℃的低温下存活，有的可在90℃的高温温泉中生长，但绝大多数细菌适宜在20～40℃的环境中生活。水分是细菌细胞的主要成分（占75%～85%），干燥环境会严重抑制细菌的生长繁殖。
在营养的获取方式上：
自养细菌如同绿色植物，能通过吸收二氧化碳等无机物自行制造有机物。
异养细菌直接从外界吸收有机物，又可分为两类：
腐生细菌在动植物尸体、粪便或枯枝落叶上生活，分解有机物的同时促进物质循环，能将残体转化为肥料。
寄生细菌活的动植物体内或体表生活，部分种类会导致宿主患病。
在对氧气的需求上：
厌氧菌只能在无氧环境中生存。
兼性厌氧菌在有氧、无氧环境中都能生存。
需氧菌依赖氧气生存，土壤中的多数细菌属于此类，定期松土能增加土壤透气性，促进需氧菌活动，提升土壤肥力。
微生物的食谱极其广泛，从动植物尸体、人类食物残渣，到纸、塑料，甚至空气中的二氧化碳，都是它们的"食物"，这让它们能在各种环境中轻松获取营养。
微生物在恶劣条件下可进入休眠状态，形成芽孢等结构，耐高温、耐干燥、耐化学药剂。芽孢可在土壤中存活数百年甚至上千年。
3.微生物间的"相爱相杀"微观世界也遵循"相生相克"的法则，有着复杂的相互关系：
噬菌体是寄生在细菌体内的病毒，通过将遗传物质注入细菌体内，利用细菌的物质进行复制繁殖，最终冲破细菌细胞壁释放新的噬菌体。
某些真菌能分泌粘液粘住线虫，再伸入线虫体内吸取营养；原生动物如草履虫则会捕食酵母菌。这些“菌捕虫”和“虫捕菌”的现象，构成了土壤生态系统中复杂的食物网。
在同一环境中，微生物会为营养、氧气和空间展开激烈竞争。
部分微生物之间存在"互帮互助"的共生关系：
菌根是真菌与植物根系形成的共生体。外生菌根包裹在根外，帮助植物吸收水分和养分；内生菌根则深入根细胞内部，促进植物对磷的吸收。
阿拉伯糖乳杆菌和粪链球菌各自缺乏必需营养，但混合培养时却能相互提供所需，共同生长。分解纤维素的多种菌混合培养，效果远胜单一菌种。
在人类与自然的关系日益紧张的今天，微生物以其独特的代谢能力和生态功能，正悄然成为我们最可靠的“绿色帮手”。
1.微生物农药：化学农药虽然能暂时控制害虫，但也会杀死益虫、污染环境，甚至导致害虫产生抗药性。微生物农药则以其安全、高效、可持续的优势，成为害虫防治的理想选择。
苏云金杆菌是最早被应用的细菌农药。它能在害虫体内产生毒素。对200多种昆虫有杀伤作用，但对人畜无害。
白僵菌是一种真菌农药，通过分生孢子附着于害虫体表，使害虫僵硬而死。白僵菌能感染200多种害虫，是森林松毛虫的“克星”。
病毒杀虫剂寄生于害虫体内，感染后使害虫食欲减退、行动异常，数日后死亡。
2.细菌肥料：根瘤菌与豆科植物共生，在根部形成根瘤，通过固氮酶将氮气固定为氨，供植物利用。
固氮蓝藻则在水田中发挥作用。
磷细菌、钾细菌能分解土壤中难溶的磷、钾元素，供作物吸收利用。
腐殖酸肥是有机物经微生物分解转化形成的高分子化合物，既能改良土壤结构，又能活化微量元素。
3.细菌饲料：畜牧业的发展离不开饲料。微生物技术能将秸秆、木屑等废弃物转化为高蛋白饲料。
发酵饲料（糖化饲料）利用霉菌和酵母菌分解秸秆中的纤维素，转化为糖类，同时产生酸、甜、香的气味，提高饲料的营养价值和适口性。
菌体蛋白饲料是利用纤维素等为原料，培养酵母菌等微生物，蛋白质含量高达50%以上。
赤霉素：能促进细胞伸长和分裂，使植物生长速度提高5～6倍。5米高的洋白菜就是赤霉素的杰作。使用时需配合充足肥料，否则会导致植物徒长不结实。赤霉素还能促进动物组织生长，加速伤口愈合。青贮饲料利用乳酸杆菌发酵，抑制腐败菌生长，使青饲料长期保存。
4.沼气发酵：沼气是有机物在无氧条件下经微生物发酵产生的可燃气体，主要成分为甲烷。沼气发酵后的残渣是优质肥料。
5.污水微生物处理：工业废水与生活污水的排放曾导致严重的水体污染。微生物以其强大的分解能力，成为污水处理的“主力军”。
好氧处理在充足氧气条件下，将有机物分解为二氧化碳和水。
厌氧处理则利用厌氧细菌分解有机物，产生甲烷等气体，实现能源回收。
微生物还能降解石油、分解有毒物质，是名副其实的“大自然清洁工”。
假单孢菌、梭菌等能分泌纤维素酶，将废水中的纤维素降解为乳酸、醋酸、乙醇等小分子有机物，最终被甲烷菌转化为甲烷、二氧化碳和水。
海洋酵母菌等能分解石油，将海面油污逐步降解为小分子，恢复海洋洁净。
6.微生物食品随着人口增长和土地资源紧张，微生物成为解决粮食问题的重要方向。微生物蛋白质含量高达40%～80%，远高于大豆的34%，且含有人体必需的氨基酸和维生素。
石油蛋白是利用石油发酵生产的菌体蛋白，生产效率是粮食生产的数百倍。
酵母菌生产蛋白质比种植大豆经济得多。若每年人口增长7000万，所需蛋白质只需2500个200吨发酵罐培养酵母即可满足，而种植大豆则需要3600万公顷土地。酵母繁殖速度比动植物快8000倍，是理想的“工厂化食品”。
此外，微生物还能生产脂肪，人造脂肪富含不饱和脂肪酸，可预防心血管疾病和动脉硬化。
7.微生物发电与产氢微生物电池是一种燃料电池，利用微生物产生的氢气、氨、甲烷等作为燃料，在负极发生氧化反应释放电子，电子通过导线流向正极，形成电流。宇航局曾设计用芽孢杆菌处理尿液生产氢气，再以氨为燃料发电。
化能异养菌通过发酵糖类、有机酸等有机物，将部分能量以氢气形式释放；
光合养菌吸收太阳能，合成有机物的同时产生氢气。
8.微生物提取黄金传统提金使用剧毒的氰化物，人们一直在寻找无毒替代方法。研究发现，某些微生物及其代谢产物能溶解、吸附、氧化金、银及其包裹的硫化矿物。俄罗斯在此方面开展了大量研究，部分成果已进入工业生产。
9.微生物勘探石油石油中含有大量烃类物质，即使埋藏很深，也能通过扩散渗透到地表。专吃烃类物质的微生物会在渗漏区大量繁殖，成为地下石油存在的“指示菌”。
10.微生物环境监测地衣是真菌与藻类的共生体，对二氧化硫极为敏感，可用于监测大气污染。噬油菌、蛭弧菌、乳节水霉等则对污水有特殊敏感性，可作为水体污染的指示生物。
