绪论徽生物学 第一节微生物及其种类、特点和在系统发育中的地位 、微生物及其种举 人们常说的微生物(microorganism,microbe)一词，是对所有形体 细胞结构核结构微生物类！ 微小、单细胞或个体结构较为简单的多细胞，甚至无细胞结构的低等生物 无细胞结构无核 内 的总称，或简单地说是对细小的人们肉眼看不见的生物的总称。指显微镜 亚病毒 拟病毒 下的才可见的生物，它不是一个分类学上的名词。但其中也有少数成员是 类病毒 肉眼可见的，例如近年来发现有的细菌是肉眼可见的，1993年正式确定 阮病毒 有细胞结构原核 古细 的沿革，但仍为今天所适用。 直细 微生 表表明微生物所包括的类群十分庞杂，形态大小、结构差异又十分 放线菌 二、微生物的共同特点及其多样性 真核 酵母菌 微生物作为生物，具有与一切生物的共同点，即：①遗传信总都是 露黄 由DA链上的基因所携带，除少数特例外，其复制、表达与调控都遵循 中心法则。②微生物的初级代谢途径如蛋白质、核酸、多糖、脂肪酸等 魔类 大分子物的合成途径基本相同。③微生物的能量代谢都以ATP作为能 原生动物 量载 微生物作为生物的 除了与其他生物共有的特点外，还具有其本身的特点及其独特的生物多样性： 的形 构多样 作单位，病毒等 细菌的 个。微生物木身就具有极为巨大的比表面积 如大肠杆菌(Escherichia coli)比表面积可达30万。这对于微生物 与环境的物质、能量和 息的交换极为有 尽管微生物的形态结构十分简单，大多是单细胞或简单的多细胞构成，甚至还无细胞结构，仅有DNA或RNA:形 态上也仅是球状、杆状、螺旋状或分枝丝状等，细菌和古菌形态上除了那些典型形状外还有许多如方形、阿拉伯数字 状、英文字母形等等特殊形状。放线菌和霉菌的形态有多种多样的分枝丝状。微生物细胞的显微结构更是具有明显的 多样性，如细菌经革兰氏染色后可分为革兰氏阳性细菌和阴性细菌，其原因在于细胞壁的化学组成和结构不同，古菌 班成更是与细菌有若明显的区别，没有肽聚釉而由蛋白质等组成，真菌细胞壁结构又与古南、细菌义 代谢多样性 长链到芳香经类，以及 而且微生物的代谢方式多样，既可以C0,为碳源进行自养型生长，也可以有机物为碳源进行异养型生长：既可以光 能为能源，也可以化学能为能源。既可在有0，条件下生长，又可在无0，条件下生长。代谢的中间体和产物更是多种多 样，有各种各样的酸、醇、氨基酸、蛋白质、脂类、糖类等等。代谢速率也是任何其他生物所不能比拟的。如在适宜 环境下，大肠杆菌每小时可消耗的糖类相当于其自身重量的2000倍。以同等体积计，一个细菌在1小时内所消耗的糖 即可相当于人在500年时间内所消耗的粮食。 代谢产物更是多 多样， 物的代产物酸脂肪、抗生素、维生素、素、色素、生物碱、 微生 变异多样性 可以菌丝和分生孢子繁 酵母南可由出芽方式和形成子囊孢子方式繁殖 微生物尤其是以二裂法繁殖的细菌具有惊人的繁殖速率。如在适宜条件下，大肠杆菌37℃时世代时间为18分钟， 每24小时可分裂0次，每24小时的增硝数为1.2x1024个。枯草芽孢杆菌(B阳Ci11 us suhti1s)30℃时的时代时间为 31分钟，每24小时可分裂46次，增殖数为7.0x1013个。 微生物由于个体小，结构简单，繁殖快，与外界环境直接接触等原因，很容易发生变异， 一股自然变异的频率可 达10-5 10一10，而且在很短时间内出现大量的变异后代。变异具有多样性，其表现可涉及到任何性状，如形态 构造、代谢途径、抗性 抗原性的形成与消失、代期严物的种类和数量等。 如常见的人体病原菌抗药性的提高，常 霉素的发酵生 瑞提高至接0方单绪论 微生物学 第一节 微生物及其种类、特点和在系统发育中的地位 一、微生物及其种类 人们常说的微生物 (microorganism, microbe) 一词，是对所有形体 微小、单细胞或个体结构较为简单的多细胞，甚至无细胞结构的低等生物 的总称，或简单地说是对细小的人们肉眼看不见的生物的总称。指显微镜 下的才可见的生物，它不是一个分类学上的名词。但其中也有少数成员是 肉眼可见的，例如近年来发现有的细菌是肉眼可见的， 1993 年正式确定 为细菌的 Epulopiscium fishlsoni 以及 1998 年报道的 Thiomargarita namibiensis ，均为肉眼可见的细菌。所以上述微生物学的定义是指一般 的概念，是历史的沿革，但仍为今天所适用。 微生物的种类包括 上表表明微生物所包括的类群十分庞杂，形态大小、结构差异又十分 巨大。 二、微生物的共同特点及其多样性 微生物作为生物，具有与一切生物的共同点，即： ① 遗传信息都是 由 DNA 链上的基因所携带，除少数特例外，其复制、表达与调控都遵循 中心法则。 ② 微生物的初级代谢途径如蛋白质、核酸、多糖、脂肪酸等 大分子物的合成途径基本相同。 ③ 微生物的能量代谢都以 ATP 作为能 量载体。 微生物作为生物的一大类 ，除了与其他生物共有的特点外，还具有其本身的特点及其独特的生物多样性： 1 、微生物的形态与结构多样性 微生物的个体极其微小，必须借助于光学显微镜或电子显微镜才能观察到它们。测量和表示单位，细菌等须用 mm 作单位，病毒等必须用 nm 作单位。杆形细菌的宽度只有 0.5～2mm，长度也只有 1～几个 mm，每 g 细菌的个数可达 1010 个。微生物本身就具有极为巨大的比表面积，如大肠杆菌（Escherichia coli ）比表面积可达 30 万。这对于微生物 与环境的物质、能量和信息的交换极为有利。 尽管微生物的形态结构十分简单，大多是单细胞或简单的多细胞构成，甚至还无细胞结构，仅有 DNA 或 RNA；形 态上也仅是球状、杆状、螺旋状或分枝丝状等，细菌和古菌形态上除了那些典型形状外还有许多如方形、阿拉伯数字 状、英文字母形等等特殊形状。放线菌和霉菌的形态有多种多样的分枝丝状。微生物细胞的显微结构更是具有明显的 多样性，如细菌经革兰氏染色后可分为革兰氏阳性细菌和阴性细菌，其原因在于细胞壁的化学组成和结构不同，古菌 的细胞壁组成更是与细菌有着明显的区别，没有肽聚糖而由蛋白质等组成，真菌细胞壁结构又与古菌、细菌又很大的 差异。 2 、微生物的代谢多样性 微生物能利用的基质十分广泛，是任何其他生物所望尘莫及的。从无机的 CO2 到有机的酸、醇、糖类、蛋白质、脂 类等，从短链、长链到芳香烃类，以及各种多糖大分子聚合物(果胶质、纤维素等)和许多动、植物不能利用、甚至对 其他生物有毒的物质，都可以成为微生物的碳源和能源。 而且微生物的代谢方式多样，既可以 CO2 为碳源进行自养型生长，也可以有机物为碳源进行异养型生长；既可以光 能为能源，也可以化学能为能源。既可在有 O2 条件下生长，又可在无 O2 条件下生长。代谢的中间体和产物更是多种多 样，有各种各样的酸、醇、氨基酸、蛋白 质、脂类、糖类等等。代谢速率也是任何其他生物所不能比拟的。如在适宜 环境下，大肠杆菌每小时可消耗的糖类相当于其自身重量的 2000 倍。以同等体积计，一个细菌在 1 小时内所消耗的糖 即可相当于人在 500 年时间内所消耗的粮食。 代谢产物更是多种多样，蛋白质、多糖、核酸、脂肪、抗生素、维生素、毒素、色素、生物碱，CO2、H2O、H2S、 NO2 -1、NO3 －1 、SO4 －2 等等都可是微生物的代谢产物。 3 、微生物的繁殖与变异多样性 微生物的繁殖方式相对于动植物的繁殖也具有多样性。细菌以二裂法为主，个别可由性接合的方式繁殖；放线菌 可以菌丝和分生孢子繁殖；霉菌可由菌丝、无性孢子和有性孢子繁殖，无性孢子和有性孢子又各有不同的方式和形态； 酵母菌可由出芽方式和形成子囊孢子方式繁殖。 微生物尤其是以二裂法繁殖的细菌具有惊人的繁殖速率。如在适宜条件下，大肠杆菌 37℃时世代时间为 18 分钟， 每 24 小时可分裂 80 次，每 24 小时的增殖数为 1.2x1024 个。枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)30℃时的时代时间为 31 分钟，每 24 小时可分裂 46 次，增殖数为 7.0x1013 个。 微生物由于个体小，结构简单，繁殖快，与外界环境直接接触等原因，很容易发生变异，一般自然变异的频率可 达 10－5 ～ 10－10 ，而且在很短时间内出现大量的变异后代。变异具有多样性，其表现可涉及到任何性状，如形态 构造、代谢途径、抗性、抗原性的形成与消失、代谢产物的种类和数量等等。如常见的人体病原菌抗药性的提高，常 需要提高用药剂量，则是病原菌变异的结果。抗生素生产和其他发酵性生产中利用微生物变异，提高发酵产物产量。 最典型的例子是青霉素的发酵生产，最初发酵产物每 ml 只含 20 单位左右，而现在已有极大的增加，甚至接近 10 万单 位了。 细胞结构 核结构 微生物类群 无细胞结构 无核 病毒 亚病毒 拟病毒 类病毒 朊病毒 有细胞结构 原核 古细菌 真细菌 放线菌 蓝细菌 真核 酵母菌 霉菌 藻类 原生动物