如何进行微生物操作？微生物与人

Chapter 4　Microbes and Man

我想该谈一谈前面谈到过的知识是怎么得来的了。在同类题材的书籍中，作者常常只告诉读者科学进展的结果，勾画当代知识的全景，却对得到这些进展和知识的方法只字不提。你可能会说，这不正好：普通的读者要听的就是这些，反正科学家的话都是权威的，书中所载的每一件事也都是以设计周密而可靠的实验为依据的。

真是这样就好了！科学的麻烦之处就在于它的变化无常。虽然偶尔会有重大而显著的进展，但研究和应用的实验通常是重复而单调的，得到的结果又常常是否定或无用的。科学家想要的结果往往需要经历漫长的时日才能出现。科学发现没有百分之百可信的，应用方面的观察结果多数有90%以上的可信度。今天，我们生活的社会有赖于高度发达的技术，所以十分重要的是，作为普通人也要以批判的眼光去看待科学研究的结果，或至少以批判的眼光看待新闻工作者、科学家或科学管理人员所提出的主张。科学知识的更新能快到什么程度呢？我打个比方，如果这本书在出版之前没有任何信息被证伪，那将是十分令人吃惊的。既然如此，人们如何去判断哪些信息可靠，哪些不可靠呢？

答案是要对论题找到一种感觉，不论科学家还是普通人皆如此。这种说法似乎很不科学，但我不会为此表示歉意，因为这种说法并不像听起来那样不科学。如果人们对实验方法有一定的了解，就能够区分出哪些是严格精确的，而哪些是纯粹建议性的。这两方面科学家都会用到，所以某个论题所依据的实验知识自然而然地会给人们以某种直觉，即哪些看法是可靠的，哪些只能持保留意见，因为后者可能会在进一步的实验中被修改或推翻。

整个微生物学是建立在这样一种基本观念上的：即生命物质不会从非生命物质中无中生有。例如，一份经过彻底灭菌的肉汤，如果保持不受微生物污染，就绝不会变质。这种看法在19世纪后叶才被广泛接受。它的依据是一些很简单的实验：在一个设计巧妙的容器中装入灭过菌的肉汤，使之接触空气并保温，同时又不让空气中的微生物进入。20世纪60年代，在伦敦皇家研究所中还能见到约翰·丁德尔（John Tyndall）于19世纪后期配制的陈年肉汤。然而，正如我将在第十章中谈到的，生命很可能是在过去的某一时刻自发出现在这个星球上的，自然发生眼下没有出现并不意味着它从未出现过。所以这一基本观念仅仅意味着：在当今时代，生命无中生有的可能性微乎其微，因此出于科学研究的目的可以忽略不计。

灭过菌的物质在适当保护下将保持无菌状态，除非有人去感染它。这是微生物学的基本原理。微生物学家制备出灭菌肉汤（有时制成胶冻状），使微生物能够在其中生长，然后引入单一品种，以保持微生物的“纯一”（指没有其他微生物污染）。这些就叫作微生物培养物，微生物学家有时把小部分群体转移进大量的肉汤或胶冻中以保种和繁育。这种肉汤的成分多种多样，从只含有少量化合物的简单溶液，到含有肉汁和牛奶的制剂，再到含有血液、肉类和维生素添加物的十分复杂的制品，应有尽有。另有专门介绍制备方法的教科书，我就不在此赘述了，但我还是要讲一讲设计这类肉汤的一些至关紧要的基本原理。首先，我要介绍一个微生物学中常用的术语——培养基。培养基常被称作肉汤或胶冻，微生物可以在其内部或表面生长。为了生长，许多微生物需要某种溶液，其中需含有少量的铁、镁、磷、钠、钾、钙等元素，铵盐之类的氮源，以及某种碳水化合物（如糖类）。举个例子，种花时使用的营养均衡的混合化肥，加上少许糖类，就可制成适于多种细菌生长的培养基精品，如果用少许土壤去感染这种溶液并放置于温暖的场所，那么确定无疑，一群土壤细菌成员（主要是呈小杆状的假单胞菌属类）就会迅速地长出来。它们利用溶解氧去氧化糖类，所以培养基里储存的空气（不包括液面部分）会迅速被耗尽，以至于像梭菌属这类的厌氧细菌便开始在其深层生长起来。不久，培养基就会散发出一股可怕的恶臭，还有一个个气泡冒出来，这是厌氧菌分解糖类产生的二氧化碳。而其中的微生物群体将是一个形形色色的大杂烩，对于希望了解其中有机体类型的人说来并没有什么用处。

为了获得单一类型微生物的培养物，微生物学家采用了两种通用技术。第一种为富集培养，这要用到选择性培养基。例如，若想得到某些固氮细菌，则可选用没有铵盐的含糖培养基。在这种条件下，若以少量土壤感染，便只有那些能够利用大气氮的微生物得以生长，因此该培养物就会富含固氮细菌。自然，当它们开始生长时，部分被固定下来的氮就会为土壤接种物中的其他细菌所利用，而随着后者的生长，细菌群体将变得相当混杂。但至少在培养初期，培养物中是富含固氮细菌的。若想得到硫细菌，可在培养基中保留铵盐，并以硫取代糖；以硫酸铁代替糖则会助长铁细菌之生长。还可以采用不变更培养基组成而只改变酸度的办法，弱酸性含糖培养基有利于酵母菌和霉菌的生长，细菌却不然。或者通过隔绝空气的措施（简便方法是把液体培养基装满到瓶口并塞紧）来富集厌氧菌。然而，对于含糖培养基来说，这并不是一种很好的办法，因为培养梭菌时常因产气而崩掉瓶塞。在此类培养基中，少量的硫酸盐可使群体富含硫酸盐还原菌，硝酸盐可用于选择脱氮菌。高温处理则可选择出嗜热菌：在接种进培养基前加热土壤，结果是只有那些能形成抗热芽孢的微生物得以生长。

显然，富集培养有无限的可能性。读者可亲自设计培养基，以便充分利用酒精、消毒剂、橡胶、鞋革、塑料等物品来富集培养微生物。并非所有的培养基都可用于富集培养，自然界某些微生物就对简单的富集技术无动于衷。但一般说来，富集培养乃是科学家们寻求微生物纯培养的第一步。

然而，医学微生物学家不太采用富集培养方法。原因很简单，因为富集过程早已进行完毕。一位受感染的患者就是一份富集培养物，因此医学科学家可立即进行第二步工作，即从已经富集的微生物中把纯菌株分离出来。

一旦得到了富集的群体（也就是说，微生物培养物中大多数是人们所寻求的微生物），你该如何使群体纯化呢？最容易的办法就是使用一种胶冻状的培养基，把一细滴培养物涂布在上面，设法使微生物个体彼此充分分离。每个分离的微生物在胶冻状培养基中生长时，都将繁殖出一个同类微生物的群落，而这些彼此相隔离的菌落主要来自富集培养物中占优势的那些微生物。接下来的操作很简单，即从一个纯化了的菌落取一小块接种到新的培养基上，然后你就可以获得一个纯的微生物培养物了。

以上是平板培养法的原理。微生物学家通常使用叫作皮氏培养皿的带盖平皿。皿中的培养基含有一种名为琼脂的胶状海草提取物，它们使培养基凝固成一个平面，以便进行平板培养。培养厌氧菌则需采用装有凝固琼脂的培养基试管。其他方法也可以获得纯培养物，例如在显微镜下用微针挑取单个细胞。这些方法都有赖于从大群体中得到单个微生物，以便形成彼此充分分离的子孙群落。

平板培养要想取得成功，培养基的组成就必须适合微生物的需要，而且培养基、玻璃器皿和器械必须是无菌的。此外，操作中要尽量把空气中微生物的污染减至最小。微生物学家把这种技术叫作无菌技术。它要求工作环境不通风，培养基和玻璃器皿必须经过加压蒸煮或在烤箱中烘烤若干时间进行灭菌。不是所有的培养基都能耐受高压蒸汽处理，因为蒸煮可使其成分分解而不适于那些挑三拣四的微生物之生长。遇到这种情况，可以用孔径很细的滤器除去外源微生物，也可以采用γ-射线或紫外线进行辐射灭菌。微生物学家使用射线给塑料器皿灭菌，因为塑料虽然价廉且使用方便，却几乎不耐高温。温度在50℃以上即可杀死大部分微生物，那么高温烘烤或者在高于水沸点的热蒸汽中进行高压蒸煮的方法似乎小题大做了；但是我们必须这么做，因为某些微生物的芽孢具有很强的抗热能力，而有时空气里偏偏恰好就有最顽强的产芽孢细菌。

●实验室中的细菌菌落。用灭菌的器具把一小滴微生物的培养物涂布在合适的凝胶状表面。保温之后，出现互相分开的细菌群体数量较稀少的菌落。图中的细菌是从热带土壤中分离的胶德克斯氏菌（Derxia gummosa）。

重要的是，我们不仅要明白样品材料中有什么微生物，而且要知道它们有多少。在培养皿或无气试管的凝胶状培养基上培养菌落，就可以实现这个目的：把一定量的样品材料（必要时可进行匀浆和稀释）分散在适当的培养基内部或表面并进行培养后，就可以对出现的微生物群落数进行计数了。这是微生物学的一项基本技术，精巧而繁复，但本书并非一本实用手册，恕不就此赘述了；上述操作的目的，在于通过菌落来查明微生物的种类和估计微生物的数量，操作的耗时取决于菌落的生长速度，大肠杆菌只需隔夜便可得到结果，换作是结核分枝杆菌则要耗时数周。微生物学信息的取得有时就是十分缓慢。

对于能够在实验室培养基中生长的大多数微生物来说，富集培养和单菌落分离就能得到纯培养物，但有些微生物就不那么容易驯服了。可引起麻风病的麻风分枝杆菌离开了活组织就再不能生长，而想得到原生动物的纯培养物只能靠喂饲它们所需的活菌。对于军团杆菌的研究曾经停顿了好几年，因为它在实验室中长不好，只有在较复杂的环境（比如发育着的鸡蛋卵黄囊）中才能生长。一种实验室培养基的出现结束了这一局面。尽管这种培养基结构复杂，但它的出现加速了研究的进展，还促成了另一项重大发现，即军团菌属对于红霉素和利福平等抗生素颇为敏感。在人工培养方面，更不好伺候的要数病毒了，它们只能在活组织中生长。从细菌和其他微生物将其分离出来并非难事：孔径适宜的滤器可以让病毒通过，而把较大的微生物阻留下来。但滤过之后，病毒需要活的宿主才能够繁殖。最常使用的宿主有组织培养物、童子鸡的蛋或细菌培养物；有时动物宿主也是必要的，至少在培养普通感冒病毒时，人类志愿者是最佳环境。分离这类纯系病毒的关键，在于把富集群体稀释到仅保留少量的感染单位，这样一来，由于当初群体已经富集，所以可认为这些少量的感染单位就代表了占优势的病毒类型。不过对于一些顽固的病毒来说，这类分离方法很难奏效，甚至有时不可能实现。事实上，微生物学家不得不接受这一可悲的现实，即相较于自然界中实际存在的病毒，实验室里能培养的实在少得可怜。如今，科学家能从各种生物中提取和检测遗传物质（特别是脱氧核糖核酸），并在脱氧核糖核酸中发现了一些化学结构，有的结构是其所在物种独有的，有的则是其所属纲目共有的。在后文涉及生物工程的两章里，我将更多地谈及这些结构的特性；这里我要告诉大家的是，通过比较结构特点，来自病毒或细菌的脱氧核糖核酸是易于同其他高等生物相区别的。借助这类方法，科学家在猪和人这类高等生物的基因组里发现了呈休止状态的病毒样结构，相应地，从含水沉积物或土壤这类富含细菌的自然环境中提取的脱氧核糖核酸告诉我们，自然界中存在着实验室里培养不出来的一些细菌，它们无法被归类于任何已知物种。

自然界似乎还有一大群微生物活跃在外，只是传统的微生物学研究和操作无法将其揭示出来。有时，从这些行踪不定的微生物对环境的作用中，我们可以了解到它们的作用。例如，1950年，当我还是一位比较年轻的研究者时，传统的富集和分离方法只能得到2～3种硫酸盐还原菌，但有迹象表明，某些特殊地点其实存在某些品系，只是它们常常狡猾地避开了检测。后来探寻这类细菌的新培养基和新方法被开发出来，于是直到1955年，50多个品种进一步得到识别。微生物有时就是爱玩捉迷藏；与此同时，微生物学家能否确定，实验室中培养的微生物与自然界中存在者，两者的行为在多大程度上相一致呢？答案是他们不能确定。一位卓越的荷兰微生物学家——已故的克鲁维（Kluyver）教授向来认为，所有的细菌培养物均是实验室的人工产物，为了适应实验室的生长条件，这些微生物的特性已经起了变化。他的看法十分正确。微生物具有惊人的适应性，而微生物学家必须牢记，不要把他们实验室中微生物材料的表现误认为是其在自然环境中的表现。一个简单的例子就是引起伤寒的细菌——伤寒沙门氏菌。新近从伤寒患者处将其分离时，科学家常常需要在培养基中提供色氨酸等氨基酸以促使其生长。但这种细菌在实验室中很快就能改变自身特性，轻而易举地学会自己制造色氨酸；只有当用该菌株去感染实验动物并再度将其分离时，它才会恢复从外界获得色氨酸的特性。

由于微生物能够致病，此类问题在医学微生物学尤为重要。患者身上的微生物真的能致病吗？这点在某些疾患中没多大疑问，比如从本该无菌的血液中发现的细菌显然可以看作败血症的病原。但是，例如在口腔疾患中，由于这个部位原已存在种类繁多的微生物，以至于除非有十分不寻常的类型出现，否则人们难于确定哪种微生物才是罪魁祸首。究竟哪种微生物与龋齿的发生有关？其实人们一直没能就这个问题达成共识。最早期的细菌学家之一——柏林的罗伯特·科赫（Robert Koch）博士提出了一套科赫法则，具备如下条件的微生物可以被看作病原：（1）发病的当时当地数量异常，（2）能够从患者体内分离出来，（3）接种给健康者时能引发疾病。这些条件显然难于付诸实践，不过若不坚持它们，科学家就会茫然失措。普通感冒（现在知道它是一种病毒感染）引起分泌物增多，而后者又促进了多种细菌（有些无害，有些具有刺激性）的生长。20世纪初期，科学家曾认为这些细菌是各种伤风的病因，还提供了多种抗菌制剂用于医治。现在真相已经水落石出，这些伤风乃是由原发性病毒感染诱生的继发性细菌感染。肠道紊乱引起的肠内微生物的明显改变，常常是疾病的结果而不是原因。科赫氏假设适用于整个微生物学界，而绝不限于医学领域：在第七章中我将讨论石料的腐蚀问题，由于硫细菌的参与，这种现象肯定能够发生，但又常与该种细菌没有直接联系。遗憾的是，科赫氏假设时常被人们遗忘，甚至连最该采用这种假设的人们也是如此。

在获得微生物的纯培养物之后，人们要做的第一件事通常就是进行观察。微生物究竟是杆状的、球形的、螺旋形的，还是像个逗点？它们会游泳吗？它们呈链状排列还是堆成葡萄状？它们有鞭毛吗？它们产生孢子吗？它们的内部结构带核还是呈颗粒状？进行培养试验时，它们能够在牛奶、肉汤、简单的糖盐混合物中生长吗？它们产气还是产酸？它们在胶状培养基上的群落是什么样子的？1884年，克里斯琴·革兰（Christian Gram）设计了一项重要的细菌检验法，用来检验经过杀死、染色和碘处理的细菌机体是否能在用酒精或丙酮冲洗后保留染料的颜色。这项试验叫革兰氏染色，它可以把细菌分为两大类，在细菌学中意义非凡。由于某种至今未明的巧合，此两类细菌分别对应着其他几种重要的性质，例如能够保留染料的革兰氏阳性细菌对青霉素和磺胺类药物特别敏感，并具有一些其他共同的生理学特征。通过观察外部形态、培养物的状况和染色反应，并借助于指导读本，微生物学家对微生物的特性不难有所了解，如果想进一步钻研，他们会使用更多的检验方法（包括使用抗血清）沿这些线索穷追到底，并对微生物进行彻底的鉴别。但是，我必须再次强调前面提到过的一些不确定因素：对于那些常见的重要微生物（如沙门氏菌等），精细的鉴别是有可能的，但对于那些栖息于土壤中的无数种类的细菌，我们恐怕只能做出颇为笼统的分类了。

有时，某种微生物能做些有用的事，比如制造抗生素、维生素或其他化合物，为此，科学家可能希望大量繁殖它们。以生产规模大量培养微生物的行为，叫作发酵。这其实是一个错误的叫法，因为严格地说，发酵指的是在缺乏空气的环境中由微生物生长所引起的物质转化，经典的例子是酵母菌使糖转化为酒精的发酵作用。但是，不管通空气与否，当今的工业微生物学家把任何大规模的培养过程都叫作发酵。原则上说，所有发酵都是规模放大了的实验室培养过程，但说来容易做起来甚难。因为这项工程十分庞杂，要把大批的培养物装进发酵罐中并进行灭菌操作，还要培养、收获和提取产物，以至于名曰生物化学工程的一整套技术应运而生。仅仅就给几千加仑微生物培养液中供应空气这点来说，其工艺之复杂就出乎人们意料，在这样的大规模生产中，工程师们的给氧措施很难跟上微生物的耗氧速度。抗生素制品的开发使工业微生物学变得热门，进而使生物化学工程成为一门独立的学科。我在这里不打算多讲，只想谈谈当今生化工程师普遍接受的一个重要概念：连续培养。

现在，假设你是一位为面包工业生产酵母菌的实业家。按照传统的方法，你必须保存酵母的原始培养物，用它繁殖出大量的种子培养物，还要为你的发酵罐准备成千上万加仑的培养基，灭菌、接种，等其生长之后再进行收获。然后，你还必须把发酵罐清洗干净以便再次进行生产。是不是很麻烦？如果培养物能连续不断地生长出来该有多好啊！要做到这点，我们就得依靠连续培养：给发酵罐设计一根输液管道，通过它泵进灭菌的液体培养基，而进液的速度应该略慢于使微生物实现最快生长的速度。待一切准备就绪，培养物就可以连续不断地流入收集容器，进而连续不断地被采集。可以这样说：微生物的生长和培养基的供给速度相等。这种工艺的优越性是能够对生产程序进行自动控制，使工厂昼夜不停地工作，而且比起传统工艺来更不易受到污染。但是发酵工业的经营者们已经对一批批发酵罐大量投资，因而不愿废弃那些一直能够使用的昂贵设备。这个颇为现实的原因使连续培养装置迟迟无法投入使用。

连续培养在科学研究上也有巨大的价值。既然微生物的生长速度与补料速度相等，那么我们就可以选择让哪种营养素充当微生物繁殖的限制因素。当采用简单的由糖和无机盐配成的培养基来培养细菌时，通过降低糖浓度而保持足量的无机盐，细菌就有望把供给的糖分用尽。于是，通过培养基中所提供的糖的浓度，我们就可以推测出培养物中细菌的浓度。按微生物学家的术语说，糖是细菌生长的限制因子。如果我们使用足量的糖并限制氨的供应来培养同样的细菌，那么就可得到受氨限制的有机体。微生物学家已经发现，这些细菌在几个方面有所区别。它们富含碳水化合物且生命力强，不会轻易死亡。它们的酶系统和化学组成均有所改变。通过采用不同的营养限制措施，微生物的生物化学状况可以发生显著变化。这使微生物学家得以对其研究材料的生理状况进行实验控制，这一生物学上的独特方法一直推动着基础理论研究的进步。

连续培养的事实依据在于：微生物需要某些养分来进行繁殖，而通过对这些养分的调节可以达到控制微生物生长的目的。许多微生物需要十分复杂的养料，例如氨基酸或维生素等。对分析化学家来说，要分析食品或其他材料中是否含有这类化合物有时是相当困难的。但是微生物学家已经利用微生物来进行这类分析了。例如，倘若人们有一种含维生素的材料并希望了解它的含量如何，一种最不复杂的方法就是将少量样品加入需要维生素B12的微生物的培养物中，然后观察微生物的生长状况如何。这种方法叫作微生物检测法，是测量某些维生素含量的唯一办法。微生物检测法的问世与一个意外发现有关，即污泥是获得维生素B12的最丰富来源之一，而原生动物对维生素B12的检测又特别有用。20世纪40年代，大多数氨基酸靠微生物来进行检测，但今天，随着化学分析方法的不断进步，氨基酸的微生物学测定法已被淘汰。

像一切生物一样，微生物也会死亡。因此，为了保持微生物菌株的活性，你需要一代接一代地培养它们。如果你保存有一大群微生物，这样的工作显然令人不胜其烦。然而，有两种保存微生物的方法可以免去反复的培养操作，那就是深低温冷冻或冷冻干燥。这两种操作都要用相当特殊的方式来进行。如果处理得当，微生物将进入假死状态而可望长期储存。例如，为了对活的细菌培养物进行深低温冷冻，你需要把微生物机体悬浮在较浓（20%～50%）的甘油溶液或其他许多非极性的化合物溶液中。当这样的悬浮液被冷冻时，几乎所有的细菌均能继续存活，要是换作普通培养基，多数细菌则会死亡。如果把微生物保存在极低的温度中（-70℃，或者最好到-200℃），它们的寿命也会延长。在这方面，它们十分类似于组织和血液的细胞，后者被冷冻于甘油中入库存储，以备外科手术或输血之用，而几乎所有活的微生物都能接受这种储存方式。只有原生动物是个例外，也许是由于其内部结构更为复杂，所以难以耐受此类储存过程。

蛋白质（如蛋清或血清）也能抵御冷冻的损伤，糖类亦不例外。把细菌悬浮在血清和葡萄糖的混合物中，那么我们不仅可以进行无损伤冷冻，还能对其做干燥处理。冷冻混合物中的冰必须在高真空条件下进行升华。而这种名为冷冻干燥的方法用处很大，因为一旦干燥之后，培养物就无须冷藏。英国食品工业和海洋细菌菌种保藏中心（NCIMB）等培养物保藏机构用的就是此种方法。若要从它们那里订购某一细菌培养物，你会得到一个小的安瓿，其中含有一小片休眠微生物的血清-糖类干燥混合物，一旦把它们移到适宜的无菌液体培养基里，微生物就会复活，并且繁殖起来。(www.xing528.com)

微生物冷冻干燥法被广泛接受只有约50年的历史^[1]，据了解，即使是冷冻干燥，有些种类的微生物过几年后也会死绝，但有些在1950年冷冻干燥的微生物至今还一直活着。

微生物学家、实业家以及研究人员都希望他们的微生物保持活力，但在日常生活的许多场合，期望却是相反的——人们想知道怎样杀灭微生物。本章自始至终贯穿着灭菌问题。那么我们究竟该如何给某些东西灭菌呢？我曾谈到加压蒸煮和烘烤，还提及了过滤和射线辐照，但这些方法都很有局限性。在普通卫生学中，消毒是一个非同小可的问题，但操作起来常常效率低下，所以我将在此做一概述。为求其完整性，我将重述几种已经提及的处理过程。

加压蒸煮 在医院和实验室中，器械、培养基和受过感染的材料均在充满蒸汽的大压力锅（高压灭菌器）中进行灭菌，每件物品要在120℃的高温下蒸煮至少15分钟，这样的温度和时间已经足够杀灭最耐热的孢子。但我们必须记住，即便是在加压蒸汽中，成堆的毯子或大瓶的液体内部，仍然需要延长处理时间才能达到蒸汽的温度。

蒸汽灭菌 所有没有形成芽孢的微生物营养体通通可以被杀死。因此，用蒸汽处理过某种材料后，我们应该为那些没有被杀死的芽孢提供机会，让它们萌发成营养体，然后再用蒸汽灭菌一次。但是如果芽孢不萌发就不好办了。这种方法适合那些经不起高压高温处理的材料，通常要用蒸汽处理3次。这种方法又叫作间歇灭菌法。

煮沸 在水中煮沸是给器具灭菌的一个简便方法。外科和牙科器具灭菌通常采用这种方法，这也是家庭中最适用的应急方法。

巴斯德灭菌法 牛奶和某些其他食品在用蒸汽处理之后会变味。如果短时间加热到70℃左右，则微生物的营养体都可以被杀死，只有芽孢会存活。经过这样处理的牛奶虽然不是完全无菌的，但能比不处理的牛奶保存时间更长。啤酒、牛奶和奶酪常用这种方法灭菌。

超高温灭菌 经煮沸或巴斯德灭菌法处理后，牛奶的味道依然会改变，这个缺点被超高温处理巧妙地克服了。把牛奶或奶油加热到沸点以上，维持大约4秒钟后迅速冷却，就可以杀灭所有细菌。由于加热时间非常短，所以牛奶等食品的质量难以觉察到有什么变化。经过这样处理的牛奶被装进充分灭菌的容器中后，可以在几个月内保持原汁原味。

紫外线辐照 在第三章我谈到过日光对空气微生物的致死效应。最有效的射线波长是在260纳米左右的短波紫外区域。用紫外光灯照射就可使透明的样品灭菌。对手术室、瓶装植物和制药厂的空气，都可以采用这种方式灭菌。应当注意的是，紫外线会明显伤害皮肤，尤其是眼睛。

γ-射线辐照 γ-射线辐照可以杀死任何生物，微生物也不例外，不过有的细菌对射线有高度抵抗性，如耐辐射微球菌的微球菌。这种灭菌方法可以用于那些不透明且不耐热的物品（如电子元件），也可以用于实验室用品（如培养皿）。宇宙飞船的部件也可以用这种方法处理，从而消除星际空间的微生物污染。用γ-射线辐照处理新鲜蔬菜等食品能够延长它们的货架寿命。这种方法处理食品的效果极好，几乎不影响食品的风味。可悲的是，有人用这种技术去处理不合格的甚至变质的食品。

过滤 孔径极细的滤器可滤除微生物而使液体无菌。但除了制备注射用的血清外，实验室外很少用到这种方法。

化学灭菌法 用酚（石炭酸）及其多种衍生物等消毒剂灭菌。这些消毒剂其实就是毒药，只不过对微生物的致死作用比对人或动物更强罢了。

人们可以根据场合选用不同的灭菌方法，具体案例我在每种方法中都介绍过了。100年前，微生物学家在处理微生物时是相当随便的，难怪现在的微生物学界流传着一个笑话：19世纪那些伟大的微生物学家的胡须，是微生物不为人知的安乐窝。当时，和微生物打交道是相当危险的，微生物学家受研究对象感染（时有死亡）的事故并不少见，病原微生物从实验室中逃逸的情况也曾发生。这种事故现在已经比较少了，因为针对微生物的安全问题，一套合理的技术规范已经建立起来。

让我们来想想，一个运转良好的手术室需要多少技术。手术室的首要任务是保护患者不受病原菌的侵害。病原菌在医院中必然有很多，空气中、墙壁和天花板上、器械上、医务人员的体表和体内都有可能带菌。因此，送进手术室的空气要经过过滤，还要设置好通风装置，使室内的气压稍高于室外，以免带有灰尘和微生物的室外空气经过门缝被吸进室内。墙壁、天花板和其他设施均要用化学消毒剂擦拭，除去前次使用时留下的微生物，还要用紫外光灯消灭任何漏网的或人为活动带进来的微生物。手术室工作人员要穿上经过高压蒸汽灭菌的衣服、口罩和发套，以防他们身上携带的微生物向周围散播，他们还要带上经过γ-射线辐照灭菌的塑胶手套，以及使用蒸汽处理过的器械。患者要穿经过高压蒸汽灭菌的衣服，手术部位的皮肤要用化学消毒剂擦拭，以杀灭在该部位皮肤上栖息的微生物。手术结束后，用过的物资和废弃的物品要灭菌或焚毁，手术室要进行消毒以便接待下一位患者。

无菌技术对医院工作的各方面都极其重要。抗生素时代的一个麻烦是，由于抗生素的效果相当好，以至于医务工作者连“日常” 感染都要靠它来对付。这令医学微生物学家们有些担心，因为现在在医院的日常工作中，微生物学的标准已经不像以前那样严格了，医院内部感染比实际应该发生得更加频繁，而且这些感染时常是由耐受抗生素的菌种引发的；在第九章中我还要谈到这个问题。抗二甲氧基苯青霉素（或多种抗生素）的金黄色葡萄球菌（MRSA）就是特别难对付的致病菌。它是普通金黄色葡萄球菌的一个特殊品系，后者起源于20世纪70年代的澳大利亚，曾扰乱过包括英国在内的世界上许多地区的医院。这些菌株所获得的抗药性不仅针对经过化学修饰的另派用场的青霉素——二甲氧基苯青霉素，还指向半打与青霉素无关的抗生素。这类葡萄球菌对健康人危害不大，但能在有创伤或免疫力减弱的患者身上引起很严重的（有时甚至致命的）毒血性感染。它在每次外科手术（即使是小手术）中都要造成创伤。因此，一旦在医院中发现了MRSA，工作人员常要将病房封闭并行彻底消毒。直到1997年，一道新的防御线终于出现了：这种细菌对名叫万古霉素的抗生素敏感。但可悲的是，同年5月，日本便报道了一种对万古霉素也有抗性的细菌亚系。正如广泛预见的那样（甚至本书的上一版也提到过），这类细菌的出现只是时间早晚的事，若未阻止其传播，后果将不堪设想。

对病原体进行操作的微生物学研究工作者的想法却有些不同。他们关心的是自身保护，以及如何防止他们所研究的微生物逃离实验室。手术室中应当遵循的许多注意事项在实验室中也同样适用，不过有一点是截然不同的，那就是实验室的空气压力应当比室外低。在用危害性极大的病原菌做实验时，防护用具、全身防护服、消毒剂淋浴等措施是不可少的。

幸运的是，大多数微生物是无害的。研究工作者关心的，是如何保护自己的培养物免受空气和呼吸带来的“陌生小家伙”的污染。预防措施是必需的，但不必过于苛刻。现在，大多数国家的卫生安全部门都为各类微生物学研究制定了详细的注意条款（称为生物安全防护等级）。

自然，把这类条款搬到家里就成了啰唆的纸上空谈。但是灭菌措施有时还是必要的，而化学消毒剂是最适宜的。氯是一种很好的消毒剂。如前文所述，家庭用水就是用它消毒的。即使施用的浓度不足以使饮用水完全灭菌，也可以使微生物基本得到抑制。在游泳池中，氯被用来在拥挤的人群中防止交叉感染；为了防止感染在成人和哺乳婴儿间传播，人们也要用到氯。但整个处理过程一定要得当。我曾见到这样一位母亲，她用一种消毒剂认真地为奶瓶和奶嘴消毒，用巴斯德法给牛奶灭菌，但在最后，她用手或嘴唇触碰奶嘴，想试试温度是否合适。这样一来，她就把皮肤或口腔的微生物接种到了她的宝宝身上。请大家务必记住，可以滴下一滴牛奶来试温度，切勿接触奶嘴。

石炭酸（酚）是良好的通用杀菌剂，用它擦拭天花板和墙壁一般是没什么问题的，但它的腐蚀性很强，应避免接触皮肤和食品。多数人认为，它们并不能除臭，这是因为它们本身就具有强烈的臭味。但它们是可以的，杀灭了相应的细菌，腐败气味自然就不再产生了。普通肥皂和去污剂只有微弱的消毒作用，要想对皮肤进行消毒，另有一类去污剂效果非常明显，即被称为第四代去污剂的阳离子去污剂。许多专用的洗涤膏就是用它们制成的。我在第三章已经说过，消毒粉是除臭膏和除臭粉的基本原料，它们可以杀灭使汗液发酵产生异味的微生物。

铜盐等某些简单的化合物也具有消毒作用，园艺中使用的波尔多液（即把硫酸铜加到石灰乳中配成的杀菌剂）就含有它们。它们的毒性相当强。

消毒剂需要经过一定时间才能发挥作用。所以说，把石炭酸倒进一个发臭的污水槽中然后立即洗掉的做法就欠妥；同样，给抽水马桶加氯后立刻冲走也在浪费金钱。因为消毒剂是有选择性的，难以立即生效。第四代去污剂似乎违反了上述规则，如果有需要，我们可以让它们立即发挥作用。不过，较为明智的做法仍然是，在使用某种消毒剂时，还是要合理地延长处理时间。此外，因为它们是以化学方式对活的微生物起作用，所以环境中若有许多其他的物质与消毒剂发生反应，则真正用于杀灭微生物的消毒剂剂量就会减少。要杀灭土壤中1000万个微生物所需的石炭酸量或许远大于杀灭水中同样数量的微生物。道理很简单，因为大量石炭酸会同土壤颗粒发生反应而失效，便无法消灭微生物了。回到家中，与清洁的婴儿奶瓶相比，积有牛奶皮的奶瓶就需要更多的米尔顿消毒液（Milton）来灭菌。因为氯同结壳的牛奶反应并不比同微生物作用更难。因此，每个诊所都坚持只用米尔顿处理洁净的奶瓶。

从作用原理上说，消毒剂是十分不同于抗生素和化学治疗药物的。消毒剂是一般的生物学毒物，它杀灭微生物的作用比杀灭高等生物更强。用微生物学家的术语来说，它们是杀微生物剂，类似于杀虫剂，而许多抗生素和药物其实根本不能杀死微生物，只不过抑制它们繁殖而已。虽然消毒剂是文明社会中保持日常卫生的重要必需品，但我们不能对它过于痴迷。如我曾经指出的，我们还是需要受到某些感染，以便对疾病产生抗性。从这个角度看，与一想到微生物就如临大敌的我们相比，那位用嘴唇接触奶嘴的母亲是不是更明智呢？回答是否定的。因为她那样做是出于无知，万一她患了齿龈炎呢？明智的人应当清楚自己正在做什么，以及为什么这么做。只有知道这些，才能得心应手地同微生物打交道；而无知地对待微生物，准会招灾惹祸。这些话是不是听着耳熟？没错，它们也同样适用于原子弹，请记住，即便比起政治家或家庭主妇，科学家对自己的专业已经了解甚多，但他们仍旧觉得自己其实非常无知。科学已经在20世纪书写了传奇，但是我们所掌握的知识只是拼图一角，还有无穷的奥秘等待我们去探索。

【注释】

[1]本书最后一次修订于2000年，距今实为70年。——译校者