微生物的分布、细菌与真菌
图中的圆形放大窗是微生物分布的教学示意，不是对这些地点实际采样所得的显微照片。
一片面包放久了会长出绒毛，潮湿墙角会出现霉斑，落叶落到土壤中又会慢慢消失。可我们擦过的桌面看起来很干净，空气里也什么都看不见。微生物究竟藏在哪里？“看不见”能不能算“不存在”？
这正是学习微生物时最值得追问的地方。许多微生物个体很小，肉眼通常看不到；但当大量个体在适宜条件下繁殖，形成可见的群体，或使食物和落叶发生变化，我们就能借助这些现象寻找证据。本章先从“怎样知道它们在这里”出发，再比较细菌和真菌的结构、营养与生殖，最后把它们放回自然界和日常生活中理解。
“微生物”是对许多微小生物的统称，不是一个结构完全相同的分类单位。本章先认识细菌和真菌；病毒有自己的特殊性，将在下一章学习。
看不见，怎样证明它存在
微生物分布很广
土壤、水体、空气中的尘埃、生物体表面和体内，都可能有细菌或真菌。这里的关键词是“可能”和“广泛”，而不是“任何地方、任何时刻都同样多”。干燥或潮湿、温度高或低、有没有可利用的有机物，都会影响微生物的种类、数量和生活状态。
比如，同一块面包在干燥、低温环境中不容易长霉，在温暖、潮湿环境中更容易出现霉斑。这能说明环境条件影响霉菌的生活，却不能推出“低温处完全没有微生物”。没有出现肉眼可见的变化，可能是微生物数量少，也可能是条件不适宜或观察时间不够。
从一个小点读出证据
把适于某些细菌或真菌生活的物质制成培养基，在教师组织下完成规范接种和培养，一段时间后可能看到一个个肉眼可见的斑点或绒毛状团块，这就是菌落。一个菌落通常是一个或少数几个微生物繁殖形成的群体。我们看到的是“许多个体聚在一起的结果”，不是突然把单个细菌看大了。
左侧示意典型细菌菌落，右侧示意霉菌菌落；霉菌外观不能代表所有真菌，图中圆窗也不提供物种鉴定或统一倍率的依据。
一般来说，细菌菌落比较小，表面可能光滑黏稠，也可能粗糙干燥；真菌菌落常比细菌菌落大，霉菌形成的菌落常呈绒毛状、絮状或蜘蛛网状，还可能出现红、褐、绿、黑、黄等颜色。这里说的是常见特征，不是“一眼定种”的身份证。仅凭外观，可以作初步比较，却不能准确判断未知菌落属于哪一个具体物种。
先想一想：一个培养皿里同时出现小而光滑的圆点和较大的绒毛状斑块，能不能说“这个环境里只有真菌”？不能。两种外观至少提示可能有不同类群的微生物；结论必须覆盖全部现象。
把探究变成公平比较
假如要比较洗手前后手上可形成菌落的微生物多少，真正要改变的是“洗手前还是洗手后”，它是自变量；观察并记录的菌落数量或覆盖情况是因变量；培养基、接触方式、培养时间等应相同，是控制变量。还要设置一个未经接种但其他处理相同的培养皿作对照，用来检查培养基或操作过程是否已经受到污染。
这个探究必须在教师组织下完成。教师提供已经高温灭菌并冷却的培养基。学生不开盖，先在皿底标明组别、日期、取样环境或处理；标在皿底可避免皿盖互换后认错。各组按统一的取样位置、面积、时间和接触方式接种，仅在需要时短暂开盖，完成后立即盖好并按要求密封，以减少额外污染并保证比较公平。
接种后，教师将全部培养皿同时倒置，按学校风险评估批准的培养条件管理，保持相同温度和时长。未知环境微生物的校园探究不应自行采用接近人体体温的培养条件；本课不提供可供学生自行照做的培养温度。倒置能减少冷凝水滴落、冲散菌落；同时培养可避免起止时间不同带来的偏差。此后每天同一时段隔着固定好皿盖的培养皿观察，连续记录菌落出现时间、数量、大小、形态和覆盖情况，绝不开盖观察。
整理记录时，先比较重复组，再与未接种对照比较。若对照也出现明显菌落，应怀疑培养基或操作受到污染，不能用这批结果判断取样环境；若洗手后组的菌落总体少于洗手前组，证据只支持“本次洗手减少了可形成菌落的微生物”，不等于清除了所有微生物。至此，探究形成完整闭环。
下面的互动可用于实验前检查变量、预测结果和练习读图，但不能代替教师组织的真实实验与连续记录。
未知微生物培养只能在教师组织和学校规范条件下进行，按要求穿实验服、戴口罩。培养皿接种后由教师按获批方案固定皿盖；这里的“密封观察”指不再打开观察，不是让学生自行将皿盖整周气密封死。观察时不打开皿盖，不触摸、不闻嗅菌落，更不能把未知培养物带回家；实验结束由教师按学校规范高温灭菌处理。生活中发霉的食物也不要为了观察而凑近闻或自行制作装片。
细菌：一个细胞也能生活
细菌有球形、杆形、螺旋形等不同形态，但它们都是单细胞生物。一个细菌就是一个细胞。细菌个体非常小，观察其形态通常需要高倍显微镜或电子显微镜；肉眼看到的菌落不能代表单个细菌的大小和形状。
细菌细胞有细胞膜、细胞质和细胞壁等结构，有遗传物质，却没有成形的细胞核。有些细菌外面还有荚膜，有些具有鞭毛。荚膜可对细菌起一定保护作用，鞭毛可帮助某些细菌运动，但不是每一种细菌都有这些结构。
把细菌和已经学过的动植物细胞放在一起比较，最有辨识力的证据不是“有没有细胞结构”，而是“有没有成形的细胞核”。细菌没有成形的细胞核，不等于没有遗传物质；“没有细胞核”和“没有细胞”更不是一回事。
细菌没有叶绿体。大多数细菌不能进行光合作用，只能利用现成的有机物生活；蓝细菌等虽没有叶绿体，却能进行光合作用，因此不能把“没有叶绿体”直接等同于“不能制造有机物”。利用现成有机物的细菌，有的从生物遗体、排遗物或食物中获得营养，有的生活在其他生物体内或体表。
细菌主要通过分裂生殖：一个细菌分成两个，两个再分成四个。在条件适宜时，细菌繁殖速度较快，所以食物保存要设法抑制它们的生长和繁殖。不过“繁殖快”是有条件的，温度、水分和营养不合适时，它们并不会一直按同样速度增加。
有些细菌在不良环境中会形成芽孢。芽孢是细菌的休眠体，能帮助它度过干旱、低温等不利时期；环境适宜时又可萌发成细菌。芽孢不是生殖细胞，也不是细菌的生殖方式。一个细菌形成一个芽孢，一个芽孢萌发成一个细菌，数量没有因此增加。
真菌：从一个细胞到菌丝体
真菌的成员差别很大：酵母菌只有一个细胞；霉菌由许多菌丝组成；蘑菇、木耳等大型真菌也由菌丝构成。它们大小不同，却有共同线索：真菌细胞有细胞膜、细胞质、细胞核和细胞壁，有成形的细胞核；没有叶绿体，依靠现成的有机物生活。
酵母菌（左）、青霉（中）与蘑菇（右）的结构示意，不同对象不按同一比例绘制；中间青霉的扫帚状分枝顶端着生成串孢子，蘑菇下方是菌丝，不是根。
观察酵母菌和霉菌
观察青霉时应按教师要求戴手套、口罩和实验室专用防护眼镜；样本准备和处置由教师负责。这里所说的安全材料是经教师评估适用于本实验的材料，不表示青霉没有任何风险。
这项实验只使用教师提供的已知、安全材料。观察酵母菌时，在洁净载玻片上滴一滴酵母菌培养液，盖上盖玻片制成临时装片。先用低倍镜定位，再换较高倍镜，观察、绘制椭圆形单个细胞和大小不一的芽体；两者分别支持酵母菌是单细胞真菌、能出芽生殖。首次观察后，先从载物台取下装片；从盖玻片一侧滴一滴稀碘液，另一侧用吸水纸吸引。碘液浸润后，将装片放回载物台，观察染色后的细胞核。不可在显微镜载物台上直接染色。
观察青霉时，把教师准备的、已培养好的安全青霉材料置于白纸背景上，先用放大镜观察青绿色部分及其下方的直立菌丝；再观察由教师取材并制作好的青霉装片，在显微镜下寻找分枝的菌丝、扫帚状顶端和着生的孢子。许多相连的菌丝说明青霉的身体由菌丝构成，顶端成串的孢子结合“孢子在适宜条件下能够萌发”的资料，支持青霉可用孢子繁殖。实验结束按教师要求整理器材、洗手；学生不得自行培养微生物，也不得从发霉食物或环境中采集未知霉菌制作装片。
霉菌的菌丝深入营养物质内部，可以吸收水和有机物；伸向空气中的菌丝顶端可形成孢子。蘑菇露在地面上的伞状部分叫子实体，地下或基质中的菌丝体也是真菌身体的重要部分。不要因为只看见“蘑菇伞”，就以为真菌只有地上的那一小段。
真菌通常通过孢子繁殖，孢子轻、小而多，散落到适宜环境中可萌发。酵母菌在条件适宜时常进行出芽生殖，细胞表面长出小芽体，逐渐长大后脱离。注意三个相似词：细菌的分裂让一个细胞变成两个；酵母菌的“芽体”参与生殖；细菌的“芽孢”用于休眠，不能因为都有“芽”字就混为一谈。
怎样把这些零散特征连起来？可以先看细胞核：没有成形细胞核的是细菌，有成形细胞核的是本章所学真菌；再看身体组成：细菌都是单细胞，真菌既有单细胞酵母菌，也有由许多细胞构成的霉菌和大型真菌；最后看繁殖证据：细菌分裂、酵母菌出芽、许多真菌形成孢子。三层证据相互印证，比只记一个关键词可靠得多。
如果在本章的细菌与真菌之间辨析，题目给出“有细胞壁、无叶绿体、通过孢子繁殖”，应判断为真菌，不能把孢子繁殖误认成细菌形成芽孢。若题目还提供“有成形细胞核”，则是另一条支持真菌的证据；不能把题干未提供的特征当作已观察到的事实。结构辨析应组合题目实际提供的证据。
放回自然和生活：作用要看对象与情境
落叶为什么不会永远铺满森林？营腐生生活的细菌和真菌能把遗体、落叶和排遗物中的有机物分解成较简单的物质，使其中一部分物质回到环境，被植物重新利用。它们是生态系统中重要的分解者，促进自然界的物质循环。
图中循环箭头表示物质经分解后回到环境、再被植物利用，不表示植物的根直接把图示细菌当作无机盐吸收；食品分支只举应用情境，不表示所有微生物都能用于制作食品。
细菌和真菌也会与其他生物共同生活。例如，根瘤菌与豆科植物共生，地衣是真菌与藻类等生物共同生活形成的。还有一些细菌或真菌会寄生，使植物、动物或人患病。可见，“细菌有害”“真菌有益”这样的整类判断都不科学，必须说明是哪一种生物、处于什么关系和情境。
食物保存这里只作下一章过渡：脱水降低微生物可利用的水分，低温减慢多数微生物的生长繁殖，真空或低氧只能抑制部分需氧微生物，不能消除厌氧微生物风险。食品经规范罐藏工艺或商业无菌处理后密封，才可按规范常温保存。普通密封主要防止再次污染，不能清除原有微生物；密封不等于无菌，也不能单独保证常温安全。家庭制作必须采用权威验证的配方、设备和处理参数，不能仅凭普通加热与封口常温保存；易腐食品仍应按标签要求冷藏或冷冻。
现在再回看开头：我们不必看见单个微生物，才能研究它。菌落、食物变化、落叶分解以及规范实验中的比较数据，都是可分析的证据。真正可靠的生物学结论，既要来自观察，也要受实验条件和证据范围的约束。
本章小结
- 微生物分布广泛，数量和生活状态受温度、水分、营养等条件影响；菌落是微生物繁殖形成的可见群体。
- 细菌是单细胞生物，没有成形的细胞核，多数利用现成有机物，主要进行分裂生殖；芽孢是休眠体。
- 真菌有成形的细胞核，没有叶绿体，依靠现成有机物生活；酵母菌可出芽生殖，许多真菌通过孢子繁殖。
- 细菌和真菌可作分解者、与其他生物共生，也可能寄生致病；人类既能合理利用它们，也要防止食品腐败等有害影响。
- 探究微生物分布要设置对照、控制变量、如实记录，并始终遵守密封观察和规范处置的安全边界。
本章练习
1
肉眼看到培养基上的一个细菌菌落，最恰当的解释是？
2
比较典型的细菌菌落和真菌菌落时，可记录哪些外观特征？
3
没有成形细胞核，说明细菌没有遗传物质。
4
关于芽孢的说法，正确的是？
5
下列特征中，符合真菌的是？
6
学校培养皿中出现未知绒毛状菌落后，最安全的做法是？
第 7 题：实验变量
某小组比较洗手前、按规范洗手后手上可形成菌落的微生物多少。两组使用相同培养基，以相同方式取样，并在相同条件下观察；另设一个不接种的培养皿。指出自变量、因变量，并说明不接种组的作用。
第 8 题：读表与证据
以下为读表练习的假设数据：相同条件下，甲环境的三次培养结果分别为 18、21、20 个菌落，乙环境分别为 4、5、16 个。能否直接断言“乙环境微生物一定更少”？你会先检查什么？
第 9 题：资料分析
假设观察到以下现象：一堆落叶经过一段时间后质量减少，周围土壤中的某些无机盐增加；低温保存的同类食物比室温下更晚腐败。分别说明细菌和真菌可能发挥了什么作用，并解释低温保存的依据。