Микробиология

МИКРОБИОЛОГИЯ

О.Д. СИДОРЕНКО

Допущено 

Министерством сельского хозяйства Российской Федерации 

в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, 

обучающихся по специальности 35.03.07  

«Технология производства и переработки  

сельскохозяйственной продукции»

Москва 
ИНФРА-М 

2024

УЧЕБНИК

2-е издание, переработанное и дополненное

УДК 579(075.8)
ББК 28.4я73 
 
С34

Сидоренко О.Д.

С34  
Микробиология : учебник / О.Д. Сидоренко. — 2-е изд., перераб. 

и доп. — Москва : ИНФРА-М, 2024. — 368 с. — (Высшее образование). — DOI 10.12737/2122973.

ISBN 978-5-16-019471-4 (print)
ISBN 978-5-16-112089-7 (online)

В учебнике представлены современные данные общей микробиологии, 

комплексный анализ промышленной биотехнологической отрасли и биоконверсии возобновляемых ресурсов. Впервые рассматриваются отходы 
сельского хозяйства как исходное сырье для получения полезных продуктов: органических удобрений, кормовых добавок, лечебных препаратов, 
источников энергии и др.

Соответствует требованиям федеральных государственных образова
тельных стандартов высшего образования последнего поколения.

Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направ
лению подготовки «Технология производства и переработки сельскохозяйственной продукции».

УДК 579(075.8)

ББК 28.4я73

Р е ц е н з е н т ы:

И.Ю. Чернов, доктор биологических наук, профессор, профессор 

Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова;

Д.И. Никитин, доктор биологических наук, профессор, ведущий 

научный сотрудник Института микробиологии имени С.Н. Виноградского Российской академии наук

ISBN 978-5-16-019471-4 (print)
ISBN 978-5-16-112089-7 (online)

© Сидоренко О.Д., Борисенко Е.Г., 

Ванькова А.А., Войно Л.И., 2012

© Сидоренко О.Д., Горбунова Е.О., 

2024, с изменениями

От автора

Переход России на двухуровневую систему высшего образо
вания потребовал от ученых-теоретиков несколько изменить подход к созданию учебников, учебных пособий для студентов вузов. 
Прежде всего, это касается второго уровня образования — магистратуры. Этим, на наш взгляд, и вызвана необходимость переиздания, 
в частности, учебника по микробиологии1, где с углубленным анализом изложены современные и перспективные подходы к решению задач безопасности сельскохозяйственной продукции, устойчивости и сохранения окружающей среды. 

Микробиология является одной из основных дисциплин био
логии. Исследования микроорганизмов имеют огромное значение 
для будущего человечества и развития таких дисциплин, как биохимия, молекулярная биология, генетика, биофизика, экология и др. 
Микроорганизмы вездесущи, они населяют практически все места 
обитания животных и растений, занимая порой экстремальные 
ниши, где не выживают высшие организмы. 

Курс лекций по микробиологии для разных специальностей, как 

правило, читается на первом и втором курсах, когда студенты интересуются практически всеми сторонами жизни: питанием, здоровьем, перспективой жизнеобитания и др. Изучая микробиологию, 
студенты познают богатейший материал о мощи этих мельчайших 
существ и участии их в преобразовании Земли, превращении веществ в воздухе, воде, почве. 

Данное издание учебника рассматривает не только вопросы об
щей микробиологии, но и значение микроорганизмов в чистоте природы, здоровье человека и т.д. Рациональное использование биохимической активности микроорганизмов играет большую роль для 
повышения плодородия почвы, добычи полезных ископаемых, восполнения энергетических ресурсов и охраны окружающей среды. 
Быстрое развитие биотехнологии в ХХI в. базируется прежде всего 
на использовании микроорганизмов как продуцентов множества 
полезных веществ, продуктов питания и источников энергии.

Книга отличается от первого издания исправлениями, допол
нениями и некоторыми перестановками в тексте. Учебник соответствует программам, по которым читается курс микробиологии 

1 
См.: Микробиология: учебник / О.Д. Сидоренко, Е.Г. Борисенко, А.А. Ванькова [и др.]. М.: ИНФРА-М, 2012. 

в наших университетах с углублением для агробиотехнологов. 
 Надеюсь, содержание книги несет популярные знания, просветительский характер и, несомненно, будет интересно и полезно молодому поколению, работающему в области биотехнологии.

Автор с глубокой благодарностью и признательностью вспоми
нает об участии и поддержке, которая была оказана в свое время 
видными учеными-микробиологами — доктором биологических 
наук Ю.С. Бородулиной, доктором биологических наук В.П. Израильским, академиком АН СССР А.А. Имшенецким, доктором биологических наук Д.И. Никитиным (к сожалению, в первом издании 
их имена не были упомянуты). Кроме того, автор выражает благодарность кандидату биологических наук Е.О. Горбуновой и редактору И.В. Потапчук за помощь, оказанную при переиздании учебника, и критические замечания, которые позволили значительно 
уменьшить число ошибок и неточностей в данном учебнике.

Предисловие

Внедрение энерго- и ресурсосберегающих технологий позволит 

рационально использовать первичные и вторичные сырьевые ресурсы, отходы агропромышленного комплекса, пищевой промышленности и превращать их в новые полезные продукты. Микробные 
технологии способны справиться с проблемой управления отходами, биоконверсией и рециклингом вторичных продуктов сельского хозяйства и перерабатывающей промышленности, определяя 
степень безотходности производств и возможного вторичного использования. В основе их лежат принципы биологического разложения органических соединений, которые за счет микроорганизмов 
способны использовать субстраты в более высоких концентрациях.

Вклад микроорганизмов в структурирование сложных при
родных систем велик. Микроорганизмы составляют половину всей 
живой биомассы Земли, они населяют практически все места обитания животных и растений, занимая экстремальные ниши, в которых не выживают высшие организмы. Микроорганизмы катализируют уникальные и важнейшие реакции живого мира, участвуют 
в глобальных циклах элементов (углерода, азота, серы, фосфора, 
кальция и др.). Рациональное использование биохимической активности микроорганизмов играет важную роль в повышении плодородия почв, увеличении добычи полезных ископаемых, восполнении энергетических ресурсов и сохранении чистоты окружающей 
среды. Микроорганизмы — это продуценты витаминов, антибиотиков, ферментов, аминокислот и др. Сегодня очевидно, что благодаря микробному синтезу используют дешевые природные ресурсы 
органического состава и отходы промышленного и сельскохозяйственного производства для получения полезных коммерческих 
продуктов. Особое место занимает целлюлозосодержащее сырье, 
которое можно превращать в белковые и белково-углеводные кормовые препараты, источники биоэнергии и сырье для микробиологической промышленности. 

Биотехнологию относят к одному из самых перспективных 

и многообещающих направлений дальнейшего развития различных производств, сельского хозяйства и медицины будущего. Уже 
сейчас активно используют биомассу микроорганизмов и самые 
различные их метаболиты: аминокислоты, белки, ферменты, антибиотики, токсические вещества. Поэтому технологи сельского хозяйства должны получать информацию, которая касается обмена 

веществ и продуцентов микроорганизмов, и понимать механизмы 
управления сложными процессами в их клетках.

Круг проблем, требующих интенсивного и глубокого изучения 

свойств микроорганизмов, весьма широк, а быстрое накопление 
знаний в разных областях микробиологии определяет потребность 
в постоянном обновлении учебных материалов для студентов. Возникновение биотехнологий, связанных с клонированием ДНК, 
в том числе рекомбинантной, привело к возможности использовать 
генетически измененные микроорганизмы для борьбы с загрязнениями природы, контроля роста растений и др.

В сельскохозяйственных вузах введен новый курс технологии 

переработки продуктов животноводства, растениеводства и отходов агропромышленного комплекса (АПК). Успехи развития 
биотехнологии, с одной стороны, и преобладание микробиологии 
в биотехнологических методах, с другой стороны, поставили вопрос 
о специальных учебниках для агротехнологов по технологическому 
применению микроорганизмов в сельском хозяйстве и использованию их в сельскохозяйственном производстве.

В настоящее время достаточно хорошо осознана недопустимость 

шаблонного применения агротехнических приемов, зоогигиены 
промышленного животноводства и использования отходов АПК. 
В связи с глобальными проблемами сохранения природных экосистем особо важное значение приобретают знания специфического 
применения биотехнологии для переработки и утилизации отходов 
АПК, борьбы с загрязнениями и использованием биотехнологических методов с небиологическими технологиями.

В течение более 100 лет выдающиеся ученые — заведующие ка
федрой микробиологии МСХА имени К.А. Тимирязева Николай 
Николаевич Худяков, Владимир Степанович Буткевич, Михаил 
Васильевич Фёдоров, Евгений Николаевич Мишустин создавали 
учебники по микробиологии, обобщая труды общей и специальной 
частной микробиологии, которые традиционно включали общий, 
почвенный и частично зоотехнический разделы микробиологии. 
Особенность данного учебника — освещение возможностей использования микробиологии в АПК, включая природоохранные 
мероприятия, применение бактериальных препаратов в повышении 
продуктивности растений, животных и плодородии почв, использование биоцидов, биостимуляторов, пробиотиков, пребиотиков и др. 
Приведенные данные являются основой для творческого использования достижений биохимии, микробиологии, генетики и химической технологии в технологическом применении полезных качеств микроорганизмов.

Данный учебник включает в себя два раздела: 
1. Общая характеристика микроорганизмов.
2. Частная микробиология: экологические основы применения 

микроорганизмов в сельском хозяйстве.

В первом разделе содержится материал о строении клетки про
кариот и структурах клетки, которые обеспечивают поступление 
в нее определенных соединений извне и секрецию метаболитов 
во внешнюю среду, о факторах, влияющих на рост и развитие 
 микроорганизмов, а также об активном участии микроорганизмов 
в кругообороте основных элементов окружающей среды.

Во втором разделе рассмотрены основные особенности биологии 

почв и их биоразнообразие, расшифрованы механизмы протекающих в почве процессов, их биохимическая сущность, подробно 
рассмотрены микробно-растительные взаимоотношения, роль 
микроорганизмов в растительных кормах. Растения «чувствуют» 
микроорганизмы и вступают с ними в разнообразные взаимоотношения: от симбиотических до антагонистических. Физиология 
продукционного процесса сельскохозяйственных культур тесно 
связана с активностью эпифитной и ризосферной микрофлоры, 
которые в большой степени определяют качество урожая, в том 
числе при действии загрязнителей антропогенного происхождения 
ксенобиотиков.

В учебнике освещены также вопросы и способы решения 

проблемы загрязнения почв, водоемов, сельскохозяйственных 
угодий и в целом окружающей среды вместе с технологиями переработки отходов АПК. Уничтожение отходов с помощью захоронения общепризнанно считается потенциальным источником загрязнения окружающей среды, поэтому в учебнике впервые обсуждаются проблемы, трудности и перспективы биотехнологических 
приемов переработки и утилизации отходов.

Необходимо помнить, что возможности биотехнологии опре
деляются высокими скоростями, специфичностью процессов и созданием практически безотходных производств. Существующие 
достижения обусловлены достаточно высоким уровнем понимания 
фундаментальных основ молекулярных процессов в биосистемах. 
Дальнейшее развитие теоретических исследований приведет к выявлению и становлению прикладных аспектов той или иной проблемы.

Большое внимание в учебнике уделено методам получения 

полезных продуктов из отходов АПК. При рассмотрении этих 
вопросов приведены огромный фактический материал, патентованные технологии, а также результаты многочисленных лабора

торных, модульных и производственных испытаний, проведенных 
в нашей стране. 

Изложенный материал формирует мировоззрение современного 

студента, а тем, кто захочет более основательно изучить отдельные 
проблемы микробиологии, будет полезно ознакомиться с литературой, которая приведена в библиографическом списке. После 
изучения материала учебника «Микробиология» студент будет:

 
• знать задачи микробиологии, принципы взаимоотношений 

микроорганизмов и превращения микроорганизмами органических и минеральных соединений, биотехнологические приемы 
охраны окружающей среды;

 
• уметь применять на практике методы управления жизнедея
тельностью микроорганизмами, готовить питательные среды 
для аэробных и анаэробных микроорганизмов, выявлять численность микроорганизмов определенных субстратов, выявлять 
микроорганизмы и их метаболиты;

 
• владеть навыками проведения биотехнологических процессов 

переработки вторичного сырья растениеводства и животноводства, навыками управления и практического использования 
приемов работы с чистыми культурами микроорганизмов, методами получения продуктов переработки вторичного сырья АПК.

Раздел I 

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА 

МИКРООРГАНИЗМОВ

Глава 1 

КРАТКИЙ ИСТОРИЧЕСКИЙ ОЧЕРК  

РАЗВИТИЯ ОБЩЕЙ МИКРОБИОЛОГИИ 

1.1. ПЕРИОДЫ РАЗВИТИЯ МИКРОБИОЛОГИИ

Микробиология (от греч. micro — малый, bios — жизнь, logos — 

наука) имеет многовековую историю и является одной из основных дисциплин биологии. Связь микробиологии с практикой 
иллюстрируется примерами применения научных достижений 
и открытий в сельском хозяйстве, промышленности, медицине, 
преобразовании окружающей среды. Причем отдельные открытия 
уже в процессе поиска предопределялись как нужные практике, 
нацеливались на решение не только научных, но и практически 
важных проблем.

С глубокой древности, задолго до открытия микроорганизмов, 

человек использовал микробиологические процессы сбраживания 
виноградного сока, скисания молока, приготовления теста. В 1981 г. 
при раскопках Вавилона на дощечке, которая датируется примерно 
VI тысячелетием до н.э., обнаружено описание процесса приготовления пива. В III тысячелетии до н.э. шумеры изготавливали до двух 
десятков сортов пива. Виноделы и сыровары древности даже не подозревали о существовании микробов, но это не мешало им варить 
сыры и делать вина. При зарождении естественных наук среди немногочисленных исследователей природы выделялось особенно 
много врачей, профессиональная деятельность которых вынуждала 
их пристально вглядываться в явления окружающего мира.

В старинных летописях описываются опустошительные эпиде
мии чумы, холеры и других заразных болезней, которые в Средние 
века на Дальнем и Среднем Востоке уносили жизни большей части 
населения. Из-за чумы становились безлюдными целые области. 
В 527–565 гг. от чумы погибла половина жителей Римской империи, а в 1340 г. — 1/4 населения Европы. Оспой болело до 80% лю

дей, многие умирали, что было причиной того, что население 
в то время не увеличивалось, несмотря на высокую рождаемость. 
В XVII в. Германия ежегодно хоронила до 70 тыс. человек, заболевших оспой.

Гиппократ (около 460 г. до н.э. — около 370 г. до н.э.), Авиценна 

(980–1037), Фрэнсис Бэкон (1561–1626), Ян Баптиста ван Гельмонт (1580–1644) только предполагали, что существуют микроорганизмы. Гиппократ, например, считал, что во время эпидемий 
воздух наполняют особые болезнетворные испарения — «миазмы», 
а древнеримский поэт и философ Марк Теренций Варрон верил 
в существование «мельчайших животных», приносящих эпидемии. 
В данный период были сделаны существенные и достаточно точные 
наблюдения за течением многих инфекционных болезней. Это был 
эвристический период в развитии микробиологии. Любопытство 
и потребность в знаниях стимулировали человечество к активной 
деятельности.

Итальянский врач, ученый и поэт Джироламо Фракасторо 

(1478–1553) впервые упомянул о передаче инфекций при непосредственном соприкосновении, через зараженные предметы, такие 
как постель, одежда, продукты питания и т.д. Фракасторо первым 
описал чумную лихорадку, чахотку, сифилис и некоторые другие 
заболевания. Его идеи опередили свое время. «Онтагии», или микробы, стали открытием только XIX в.

Невидимый мир обрел реальность благодаря изобретению 

увеличивающего оптического устройства. В 1609 г. итальянский 
физик, механик, астроном, философ, математик Галилео Галилей 
(1564–1642) сконструировал первый в мире телескоп. Прибор для 
изучения микроскопических объектов был создан голландскими 
учеными Хансом и Захариасом Янсенами. Впервые мир невидимых 
существ наблюдал ученый-иезуит Анастасиус Кирхер (1602–1680), 
обнаруживший мельчайших «червячков» в гниющем мясе, молоке, 
уксусе и других продуктах. Разумеется, пользуясь микроскопом 
Янсенов с 32-кратным увеличением, Кирхер не мог видеть бактерии.

Первым, кому, бесспорно, удалось проникнуть в мир микробов, 

был голландец Антони ван Левенгук (1632–1723), использовавший 
микроскопы с 160-кратным увеличением. Однако открытие им 
мельчайших организмов (1684 г.) еще не положило начало микробиологии. Пути к пониманию функции и роли этих «мельчайших 
созданий», или «анималькулей» (от лат. animalcula — зверушка), 
были разработаны химиками и физиками.

Открытия Левенгука вызвали живейший интерес ученых. 

Однако слабое развитие в XVII–XVIII вв. промышленности и сель