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微生物

现代定义

个体难以用肉眼观察的一切微小生物之统称。微生物包括细菌病毒真菌、和少数藻类等。(但有些微生物是肉眼可以看见的,像属于真菌蘑菇灵芝等。)病毒是一类由核酸和蛋白质等少数几种成分组成的“非细胞生物”,但是它的生存必须依赖于活细胞。根据存在的不同环境分为空间微生物海洋生物等,按照细胞机构分类分为原核微生物和真核微生物

微<a target='_blank' href='/baike/index/id/45.html'>生物</a>.jpg

主要特征

体小面大

一个体积恒定的物体,被切割的越小,其相对表面积越大。微生物体积很小,如一个典型的球菌,其体积约1mm³,可是其表面积却很大。这个特征也是赋予微生物其他如代谢快等特性的基础。

吸多转快

生物通常具有极其高效的生物化学转化能力。据研究,乳糖菌在1个小时之内能够分解其自身重量1000-10000倍的乳糖,产朊假丝酵母菌的蛋白合成能力是大豆蛋白合成能力的100倍。

生长繁殖快

相比于大型动物,微生物具有极高的生长繁殖速度。大肠杆菌能够在12.5-20分钟内繁殖1次。不妨计算一下,1个大肠杆菌假设20分钟分裂1次,1小时3次,1昼夜24小时分裂24×3=72次,大概可产生4722366500万亿个(2的72次方),这是非常巨大的数字。但事实上,由于各种条件的限制,如营养缺失、竞争加剧、生存环境恶化等原因,微生物无法完全达到这种指数级增长。已知大多数微生物生长的最佳pH范围为7.0 (6.6~7.5)附近,部分则低于4.0。 

生物的这一特性使其在工业上有广泛的应用,如发酵、单细胞蛋白等。微生物人类不可或缺的好朋友。 

发现历史

形态学时期

生物的形态观察是从安东尼·列文虎克发明显微镜开始的,他利用能放大50~300倍的显微镜,清楚地看见了细菌和原生动物,他的发现和描述首次揭示了一个崭新的生物世界——微生物世界。在微生物学的发展史上具有划时代的意义。 

生理学时期

继列文虎克发现微生物世界以后的200年间,微生物学的研究基本上停留在形态描述和分门别类阶段。直到19世纪中期,以法国的巴斯德和德国的柯赫为代表的科学家才将微生物的研究从形态描述推进到生理学研究阶段,揭露了微生物是造成腐败发酵和人畜疾病的原因,并建立了分离、培养、接种和灭菌等一系列独特的微生物技术。从而奠定了微生物学的基础,同时开辟了医学和工业微生物等分支学科。巴斯德和柯赫是微生物学的奠基人。 

巴斯德和柯赫的杰出工作,使微生物学作为一门独立的学科开始形成,并出现以他们为代表而建立的各分支学科,例如细菌学(巴斯德、柯赫等)、消毒外科技术(J. Lister),免疫学(巴斯德、Metchnikoff、Behring、Ehrlich等)、土壤微生物学(Beijernck Winogradsky 等)、病毒学(Ivanowsky、Beijerinck等)、植物病理学和真菌学(Bary、Berkeley等)、酿造学(Hensen、Jorgensen 等)以及化学治疗法(Ehrlish 等)。微生物学的研究内容日趋丰富,使微生物学发展更加迅速。 

现代微生物

19世纪末和20世纪初,微生物学被牢固地建立起来。它的主要发展有两个方面:一是研究传染病和免疫学,研究疾病的防治和化学治疗剂的功效;另一方面是和遗传学的结合。 

历史上,微生物学的发展曾经历了两个辉煌的黄金时代,也经历了其发展的低谷时期。近20年来,随着基因组学、结构生物学、生物信息学、PCR技术、高分率荧光显微镜及其它物理化学理论和技术等的应用,使微生物学的研究取得了一系列突破性进展,微生物学己走出其低谷,开始进入它的第三个黄金时代。本文就下列几个方面谈谈自已对当今微生学发展的机遇、挑战和趋势的一些认识。 

原核生物

原核微生物(prokaryotic microbe):指核质和细胞质之间不存在明显核膜,其遗传物质由单一核酸组成的一类微生物

原核微生物的核很原始,发育不全,只是DNA链高度折叠形成的一个核区,没有核膜,核质裸露,与细胞质没有明显界线,叫拟核或似核。原核微生物存在单一细胞器核糖体,只有由细胞质膜内陷形成的不规则的泡沫结构体系,如间体和光合作用层片及其他内折。也不进行有丝分裂。原核微生物形状细短,结构简单,多以二分裂方式进行繁殖的原核生物,是在自然界分布最广、个体数量最多的有机体,是大自然物质循环的主要参与者。

原核微生物包括古菌(即古细菌)、真细菌放线菌、蓝细菌、粘细菌、立克次氏体、支原体衣原体和螺旋体。

生物

种类

原核;

真核:真菌藻类(部分)、原生动物(部分)。

细胞类:病毒和亚病毒

一般地,在中国大陆地区的教科书中,均将微生物划分为以下7大类:

细菌病毒真菌、立克次氏体、支原体衣原体、螺旋体。

细菌

(1)定义:一类细胞细短,结构简单,胞壁坚韧,多以二分裂方式繁殖和水生性强的原核生物。 

(2)分布:温暖,潮湿和富含有机质的地方。

(3)结构:主要是单细胞的原核生物,有球形,杆形,螺旋形。 

基本结构:细胞细胞细胞质核质。

特殊结构:荚膜鞭毛、菌毛、芽胞。

<a target='_blank' href='/baike/index/id/803.html'>细菌</a>.jpg

(4)繁殖: 主要以二分裂方式进行繁殖的。

(5)菌落: 单个细菌用肉眼是看不见的,当单个或少数细菌在固体培养基上大量繁殖时,便会形成一个肉眼可见的,具有一定形态结构的子细胞群落。 

菌落是菌种鉴定重要的依据。不同种类的细菌菌落的大小,形状光泽度颜色硬度透明度都不同。 

放线菌

(1)定义:一类主要成菌丝状生长和以孢子繁殖的陆生性较强的原核生物

(2)分布:含水量较低,有机物较丰富的,呈微碱性的土壤中。

(3)形态构造:主要由菌丝组成,包括基内菌丝和气生菌丝(部分气生菌丝可以成熟分化为孢子丝,产生孢子) 。

(4)繁殖:通过形成无性孢子的形式进行无性繁殖。

无性繁殖有性繁殖。

(5)菌落:在固体培养基上:干燥,不透明,表面呈致密的丝绒状,彩色干粉。 

病毒

(1) 定义:一类由核酸和蛋白质等少数几种成分组成的“非细胞生物”,但是它的生存必须依赖于活细胞。 

(2)结构:[font class="Apple-style-span" style="font-family: -webkit-monospace;font-size: 13px;line-height: normal;white-space: pre-wrap; "]蛋白质衣壳以及核酸核酸为DNA或RNA)。 

(3)大小:一般直径在100nm左右,最大的病毒直径为200nm的牛痘病毒,最小的病毒直径为28nm的脊髓灰质炎病毒。 

(4)增殖:病毒的生命活动中一个显著的特点为寄生性。病毒只能寄生在某种特定的活细胞内才能生活。并利用宿主细胞内的环境及原料快速复制增值。在非寄生状态时呈结晶状,不能进行独立的代谢活动。以噬菌体为例: 吸附→DNA注入→复制、合成→组装→释放。(吸附-穿入-脱壳-生物合成-装配与释放)。

化学组成

C,H,O,N,P,S以及其他元素。

营养物质

1,水和无机盐

2,碳源:凡能为微生物提供生长繁殖所需碳元素的营养物质。

来源:周围环境中的有机物质,常用的有糖类、油脂、有机酸及有机酸酯和小分子醇。

作用:碳源对微生物生长代谢的作用主要为提供细胞的碳架,提供细胞生命活动所需的能量,提供合成产物的碳架。

3,氮源:凡能为微生物提供所必需氮元素的营养物质。

来源:周围环境中得有机无机含氮物质。

作用:主要用于合成蛋白质,核酸以及含氮的代谢产物。

4,能源:能为微生物生命活动提供最初能源来源的营养物质或辐射能。

5,生长因子:微生物生长不可缺少的微量有机物。

病源微生物

引起人和动物致病的微生物叫病源微生物,有八大类:

1,真菌:引起皮肤病。深部组织上感染。

2,放线菌:皮肤,伤口感染。

3,螺旋体:皮肤病,血液感染 如梅毒,钩端螺旋体病。

4,细菌:皮肤病化脓,上呼吸道感染,泌尿道感染,食物中毒,败血压症,急性传染病等。

5,立克次体:斑疹伤寒等。

6,衣原体:沙眼,泌尿生殖道感染。

7,病毒:肝炎,乙型脑炎,麻疹,艾滋病等。

8,支原体:肺炎,尿路感染。

生物界的微生物达几万种,大多数对人类有益,只有一少部分能致病。有些微生物通常不致病,在特定环境下能引起感染称条件致病菌。 能引起食品变质,腐败,正因为它们分解自然界的物体,才能完成大自然的物质循环。

作用

生活生产

生物人类最重要的影响之一是导致传染病的流行。在人类疾病中有50%是由病毒引起。微生物导致人类疾病历史,也就是人类与之不断斗争的历史。在疾病的预防和治疗方面,人类取得了长足的进展,但是新现和再现的微生物感染还是不断发生,像大量的病毒疾病一直缺乏有效的治疗药物。一些疾病的致病机制并不清楚。大量的广谱抗生素的滥用造成了强大的选择压力,使许多菌株发生变异,导致耐药性的产生,人类健康受到新的威胁。一些分节段的病毒之间可以通过重组或重配发生变异,最典型的例子就是流行性感冒病毒。每次流感大流行流感病毒都与前次导致感染的株型发生了变异,这种快速的变异给疫苗的设计和治疗造成了很大的障碍。而耐药性结核杆菌的出现使原本已近控制住的结核感染又在世界范围内猖獗起来。

生物千姿百态,有些是腐败性的,即引起食品气味和组织结构发生不良变化。当然有些微生物是有益的,它们可用来生产如奶酪,面包,泡菜,啤酒葡萄酒。微生物非常小,必须通过显微镜放大约1000 倍才能看到。比如中等大小的细菌,1000个叠加在一起只有句号那么大。

生物能够致病,能够造成食品、布匹、皮革等发霉腐烂,但微生物也有有益的一面。最早是弗莱明从青霉菌抑制其它细菌的生长中发现了青霉素,这对医药界来讲是一个划时代的发现。后来大量的抗生素从放线菌等的代谢产物中筛选出来。抗生素的使用在第二次世界大战中挽救了无数人的生命。一些微生物被广泛应用于工业发酵,生产乙醇、食品及各种酶制剂等;一部分微生物能够降解塑料、处理废水废气等等,并且可再生资源的潜力极大,称为环保微生物;还有一些能在极端环境中生存的微生物,例如:高温、低温、高盐、高碱以及高辐射等普通生命体不能生存的环境,依然存在着一部分微生物等等。看上去,我们发现的微生物已经很多,但实际上由于培养方式等技术手段的限制,人类现今发现的微生物还只占自然界中存在的微生物的很少一部分。

生物间的相互作用机制也相当奥秘。例如健康人肠道中即有大量细菌存在,称为正常菌群,其中包含的细菌种类高达上百种。在肠道环境中这些细菌相互依存,互惠共生。食物、有毒物质甚至药物的分解与吸收,菌群在这些过程中发挥的作用,以及细菌之间的相互作用机制还不明了。一旦菌群失调,就会引起腹泻。 

随着医学研究进入分子水平,人们对基因、遗传物质等专业术语也日渐熟悉。人们认识到,是遗传信息决定了生物体具有的生命特征,包括外部形态以及从事的生命活动等等,而生物体的基因组正是这些遗传信息的携带者。因此阐明生物基因组携带的遗传信息,将大大有助于揭示生命的起源和奥秘。 

工业微生物涉及食品、制药、冶金、采矿、石油、皮革、轻化工等多种行业。通过微生物发酵途径生产抗生素、丁醇、维生素C以及一些风味食品的制备等;某些特殊微生物酶参与皮革脱毛、冶金、采油采矿等生产过程,甚至直接作为洗衣粉等的添加剂;另外还有一些微生物的代谢产物可以作为天然的微生物杀虫剂广泛应用于农业生产。通过对枯草芽孢杆菌的基因组研究,发现了一系列与抗生素及重要工业用酶的产生相关的基因。乳酸杆菌作为一种重要的微生态调节剂参与食品发酵过程,对其进行的基因组学研究将有利于找到关键的功能基因,然后对菌株加以改造,使其更适于工业化的生产过程。国内维生素C两步发酵法生产过程中的关键菌株氧化葡萄糖酸杆菌的基因组研究,将在基因组测序完成的前提下找到与维生素C生产相关的重要代谢功能基因,经基因工程改造,实现新的工程菌株的构建,简化生产步骤,降低生产成本,继而实现经济效益的大幅度提升。对工业微生物开展的基因组研究,不断发现新的特殊酶基因及重要代谢过程和代谢产物生成相关的功能基因,并将其应用于生产以及传统工业、工艺的改造,同时推动现代生物技术的迅速发展。 

经济作物柑橘的致病菌是国际上第一个发表了全序列的植物致病微生物。还有一些在分类学、生理学和经济价值上非常重要的农业微生物,例如:胡萝卜欧文氏菌、植物致病性假单胞菌以及中国正在开展的黄单胞菌的研究等正在进行之中。日前植物固氮根瘤菌的全序列也刚刚测定完成。借鉴已经较为成熟的从人类病原微生物基因组学信息筛选治疗性药物的方案,可以尝试性地应用到植物病原体上。特别像柑橘的致病菌这种需要昆虫媒介才能完成生活周期的种类,除了杀虫剂能阻断其生活周期以外,只能通过遗传学研究找到毒力相关因子,寻找抗性靶位以发展更有效的控制对策。固氮菌全部遗传信息的解析对于开发利用其固氮关键基因提高农作物的产量和质量也具有重要的意义。 

在极端环境下能够生长的微生物称为极端微生物,又称嗜极菌。嗜极菌对极端环境具有很强的适应性,极端微生物基因组的研究有助于从分子水平研究极限条件下微生物的适应性,加深对生命本质的认识。

生物理论

现代生物学的若干基础性的重大发现与理论,是在研究微生物的过程中或以微生物为实验材料与工具取得的。这些理论包括:证明DNA(脱氧核糖核酸)是遗传信息的载体(三大经典实验:肺炎球菌的转化实验、噬菌体实验、植物病毒的重组实验)。DNA的半保留复制方式(双螺旋的每一条子链分别、都是复制模板)。遗传密码子的解读(64个密码子各对应20种氨基酸及终止信号的哪一种)。基因的转录调节(operon, promoter, operator, repressor, activator的概念与调节方式)。信使RNA的翻译调节(terminator)等等……。2013年,很多常用、通用的生物学研究技术依赖于微生物,比如:分子克隆重组蛋白在细菌或酵母中的表达。很多医学技术也依赖于微生物,比如:以病毒为载体的基因治疗。 

生物生长:在适宜条件下,不断吸收营养物质,并按自身的代谢方式进行新陈代谢,如同化作用大于异化作用,其结果是原生质的总量不断的增加,称为微生物的生长。

生物的繁殖:当细胞增长到一定程度时,就以二分裂的方式形成两个相似的子细胞,子细胞重复上述过程是细胞数目增加,称为微生物的繁殖。 

世界之最

目前世界上已知最大的微生物:1985年Fishelson、Montgomery及Myrberg三人发现一种生长于红海水域中的热带鱼(名叫surgeonfish)的小肠管道中的微生物费氏刺骨鱼菌(Epulopiscium fishelsoni),这是当时世界上所发现最大的微生物。它外形酷似雪茄烟,长约200~500μm,最长可达600μm,体积约为大肠杆菌的100万倍,这种微生物并不需要由显微镜观察便可直接由肉眼察觉到它的存在。目前最大的微生物则是1997年,由Heidi Schulz在纳米比亚海岸海洋沉淀土中所发现的呈球状的细菌,直径约100~750μm。这比之前所提的微生物大上2~4倍。2011年9月我国科学家在海南发现世界最大真菌子实体,该子实体已生长了20年,长度超过10米,宽度接近1米,厚度在5厘米左右,体积为409262–525140立方厘米,重量超过500千克。

目前世界上已知最小的能独立生活的微生物支原体,过去也译成“霉形体”,它是一类介于细菌病毒之间的单细胞生物,是地球上已知的能独立生活的最小微生物,大小约为100纳米。支原体一般都是寄生生物,其中最有名的当属肺炎支原体(M.Pneumonia),它能引起哺乳动物特别是牛的呼吸器官发生严重病变。

病毒:最小的植物病毒,莴苣花叶病毒,粗1.5纳米,长28纳米;最小的动物病毒,口蹄疫病毒,直径只有2.1纳米。

病毒:(包括类病毒、拟病毒、朊病毒)是世界上最小的微生物。拟病毒的大小和类病毒相似;朊病毒比已知的最小的常规病毒还小得多(约30~50nm);类病毒是目前已知最小的可传染的致病因子,比普通病毒简单,1971年首次报道的马铃薯纺锤形块茎病类病毒,它的大小只有莴苣花叶病毒的三十九分之一。

基因因素

农业微生物基因组研究认清致病机制发展控制病害的新对策。据资料统计,全球每年因病害导致的农作物减产可高达20%,其中植物细菌性病害最为严重。除了培植在遗传上对病害有抗性的品种以及加强园艺管理外,似乎没有更好的病害防治策略。因此积极开展某些植物致病微生物基因组研究,认清其致病机制并由此发展控制病害的新对策显得十分紧迫。例如:胡萝卜欧文氏菌、植物致病性假单胞菌以及我国正在开展的黄单胞菌的研究等正在进行之中。 

生物能够分解纤维素等物质,并促进资源的再生利用。对这些微生物开展的基因组研究,在深入了解特殊代谢过程的遗传背景的前提下,有选择性的加以利用,例如找到不同污染物降解的关键基因,将其在某一菌株中组合,构建高效能的基因工程菌株,一菌多用,可同时降解不同的环境污染物质,极大发挥其改善环境、排除污染的潜力。美国基因组研究所结合生物芯片方法对微生物进行了特殊条件下的表达谱的研究,以期找到其降解有机物的关键基因,为开发及利用确定目标。极端环境微生物基因组研究深入认识生命本质应用潜力极大。有一种嗜极菌,它能够暴露于数千倍强度的辐射下仍能存活,而人类一个剂量强度就会死亡。该细菌的染色体在接受几百万拉德a射线后粉碎为数百个片段,但能在一天内将其恢复。研究其DNA修复机制对于发展在辐射污染区进行环境的生物治理非常有意义。开发利用嗜极菌的极限特性可以突破当前生物技术领域中的一些局限,建立新的技术手段,使环境、能源、农业、健康、轻化工等领域的生物技术能力发生革命。来自极端微生物的极端酶,可在极端环境下行使功能,将极大地拓展酶的应用空间,是建立高效率、低成本生物技术加工过程的基础,例如PCR技术中的TagDNA聚合酶、洗涤剂中的碱性酶等都具有代表意义。极端微生物的研究与应用将是取得现代生物技术优势的重要途径,其在新酶、新药开发及环境整治方面应用潜力极大。 

研究发展

综述

17世纪中叶荷兰人列文虎克(Antoni van Leeuwenhoek)用自制的简单显微镜观察并发现了许多微生物。一大批研究者在19世纪下半叶推动了微生物学研究的蓬勃发展,其中贡献最突出的有巴斯德、科赫、贝耶林克和维诺格拉德斯基。微生物学的一套基本技术在19世纪后期均已完善,包括显微术、灭菌方法、加压灭菌器(Chamberland,1884)、纯培养技术、革兰氏染色法(Gram,1884)、培养皿(Petri,1887)和琼脂作凝固剂等。 

巴斯德

生物学家巴斯德原是化学家,曾在化学上做出过重要的贡献,后来转向微生物学研究领域,为微生物学的建立和发展做出了卓越的贡献。主要集中在下列三个方面:① 彻底否定了“自然发生”学说。“自生说”是一个古老学说,认为一切生物自然发生的。到了17世纪,虽然由于研究植物动物的生长发育和生活循环,是“自生说”逐渐消弱,但是由于技术问题,如何证实微生物不是自然发生的仍是一个难题,这不仅是“自生说”的一个顽固阵地,同时也是人们正确认识微生物生命活动的一大屏障。巴斯德在前人工作的基础上,进行了许多试验,其中著名的曲颈瓶试验无可辩驳地证实,空气内确实含有微生物,他们引起有机质的腐败。巴斯德自制了一个具有细长而弯曲的颈的玻瓶,其中盛有有机物水浸液,经加热灭菌后,瓶内可一直保持无菌状态,有机物不发生腐败,一旦将瓶颈打断,瓶内浸液中才有了微生物,有机质发生腐败。巴斯德的试验彻底否定了“自生说”,并从此建立了病原学说,推动了微生物学的发展。 

② 免疫学——预防接种。Jenner虽然早在1798年发明了种痘法可预防天花,但却不了解这个免疫过程的基本机制,因此,这个发现没能获得继续发展。1877年,巴斯德研究了鸡霍乱,发现将病原菌

参考文献

文章来源:百度百科及农夫百科

原始创建:佚名

词条概况

版本编辑:5次

最近更新:2018-04-02

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原始创建:佚名

词条标签:细菌 , 真菌,生物

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