微生物基本知識

微生物基本知識一、什么是微生物微生物是一切肉眼看不見或看不清楚的微小生物的總稱。它們是一些個體微小，構(gòu)造簡單的低等生物。大多為單細胞，少數(shù)為多細胞，還包括一些沒有細胞結(jié)構(gòu)的生物。主要有古菌；屬于原核生物類的細菌、放線菌、藍細菌、支原體、立克次氏體；屬于真核生物類的真菌、原生動物和顯微藻類，這些微生物在光學顯微鏡下可見。蘑菇和銀耳等食、藥用菌是個例外，盡管可用厘米表示它們的大小，但其本質(zhì)是真菌，我們稱它們?yōu)榇笮驼婢?。而屬于非細胞生物類的病毒、類病毒和朊病毒（又稱朊粒）等則需借助電子顯微鏡才能看到。二、微生物的特征微生物一般指體形在0.1毫米以下的小生物，個體微小的特性使微生物獲得了高等生物無法具備的五大特征，即體積小面積大，吸收多轉(zhuǎn)化快，生長旺繁殖快，適應強變異頻，分布廣種類多。1、體積小，面積大微生物的個體極其微小，必須借助顯微鏡放大幾倍、幾百倍、上千倍，乃至數(shù)萬倍才能看清。桿菌的寬度是0.5微米，因此80個桿菌“肩并肩”地排列成橫隊，也只有一根頭發(fā)絲的寬度。桿菌的長度約2微米，故1500個桿菌頭尾銜接起來僅有一顆芝麻長。物體的表面積和體積之比稱為比表面積。大腸桿菌的比表面積是人的30萬倍。。2、吸收多，轉(zhuǎn)化快微生物的食譜非常廣泛，凡是動植物能利用的營養(yǎng)，微生物都能利用，大量的動植物不能利用的物質(zhì)，甚至劇毒的物質(zhì)，微生物照樣可以視為美味佳肴。如大腸桿菌在合適條件下，每小時可以消耗相當于自身重量2000倍的糖，而人體則需要40年之久。

3、生長旺，繁殖快微生物以驚人的速度“生兒育女”。例如大腸桿菌在合適的生長條件下，12.5~20分鐘便可繁殖一代，每小時可分裂3次，由1個變成8個。每晝夜可繁殖72代，由1個細菌變成重約4722噸，細菌數(shù)量的翻番只能維持幾個小時，不可能無限制地繁殖。因而在培養(yǎng)液中繁殖細菌，它們的數(shù)量一般僅能達到每毫升1-10億個，最多達到100億。盡管如此，它的繁殖速度仍比高等動植物高出千萬倍。微生物的這一特性在發(fā)酵工業(yè)上具有重要意義，可以提高生產(chǎn)效率，縮短發(fā)酵周期。4、適應強，變異頻多數(shù)細菌能耐0～－196℃的低溫；在海洋深處的某些硫細菌可在250～300℃的高溫條件下正常生長；一些嗜鹽細菌甚至能在飽和鹽水中正常生活；產(chǎn)芽孢細菌和真菌孢子在干燥條件下能保藏幾十年、幾百年。由于微生物繁殖快，也可在短時間內(nèi)產(chǎn)生大量變異的后代。正是由于這個特性，人們才能夠按照自己的要求不斷改良在生產(chǎn)上應用的微生物，如青霉素生產(chǎn)菌的發(fā)酵水平由每毫升20單位上升到近10萬單位，利用變異和育種得到如此大幅度的產(chǎn)量提高。

5、分布廣，種類多微生物在地球上幾乎無處不有，無孔不入，人的皮膚上，口腔，腸道里都有許多微生物。微生物聚集最多的地方是土壤，土壤是各種微生物生長繁殖的大本營，約占微生物總量的70-90%，任意取一把土或一粒土，就是一個微生物世界，不論數(shù)量或種類均最多。在肥沃的土壤中，每克土含有20億個微生物，即使是貧瘠的土壤，每克土中也含有3－5億個微生物。空氣里懸浮著無數(shù)細小的塵埃和水滴，它們是微生物在空氣中的藏身之地。哪里的塵埃多，哪里的微生物就多。迄今為止，我們知道的微生物約有10萬種，目前已知的種類只占地球上實際存在的微生物總數(shù)的20%，人類生產(chǎn)和生活中僅開發(fā)利用了已發(fā)現(xiàn)微生物種數(shù)的1%。三、微生物的生物多樣性微生物的多樣性包括所有微生物的生命形式、生態(tài)系統(tǒng)和生態(tài)過程以及有關(guān)微生物在遺傳、分類和生態(tài)系統(tǒng)水平上的各個方面。

微生物有著許多獨特的代謝方式，如自養(yǎng)細菌的化能合成作用、厭氧生活、不釋放氧的光合作用、生物固氮作用、對復雜有機物的生物轉(zhuǎn)化能力、分解氰、酚、多氯聯(lián)苯等有毒物質(zhì)的能力，抵抗熱、冷、酸、堿、高滲、高壓、高輻射劑量等極端環(huán)境的能力，以及病毒的以非細胞形態(tài)生存的能力等。微生物與生物環(huán)境間的相互關(guān)系也表現(xiàn)出多樣性，主要有互生、共生、寄生、拮抗和捕食等關(guān)系。

四、微生物的發(fā)現(xiàn)1、微生物學的開山祖—列文虎克：1673年荷蘭人列文虎克用自己制造的顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)了桿菌、球菌和原生動物。還第一次描繪了細菌的運動。

2、微生物學的奠基人—巴斯德：法國科學家巴斯德解決了葡萄酒變酸問題、發(fā)明了巴斯德滅菌法、醫(yī)治了蠶病、炭疽病和瘋狗病而成為偉大的微生物奠基人。3、微生物方法學和醫(yī)學微生物學的奠基人—科赫：德國科學家科赫發(fā)現(xiàn)了炭疽桿菌、結(jié)核桿菌、霍亂弧菌、鼠疫桿菌，并第一次用科學的方法證明某種特定的微生物是某種特定疾病的病原。并體外成功地培結(jié)核養(yǎng)了細菌。于1905年，獲得了諾貝爾醫(yī)學和生理學獎，主要是為了表彰他在肺結(jié)核研究方面的貢獻。五、微生物的主要家族微生物種類繁多，人們研究得最多、也較深入的主要有細菌、放線菌、藍細菌、枝原體、立克次氏體、古菌、真菌、顯微藻類、原生動物、病毒、類病毒和朊病毒等。（一）原核微生物：原核生物的細胞中沒有細胞核結(jié)構(gòu)，只有明顯核區(qū)，外面無核膜包圍。包括：細菌、放線菌、藍細菌、支原體、立克次氏體、衣原體和螺旋體等。1、細菌（1）細菌的形態(tài)和大?。杭毦菃渭毎?，即一個細胞就是一個個體。細菌的基本形態(tài)有三種：球狀、桿狀和螺旋狀，分別被稱為球菌、桿菌和螺旋菌。

A、球菌：大小以直徑表示，多為0.5～1.0微米。根據(jù)分裂后細胞排列方式不同分為：

單球菌：細胞分裂后，新個體分散而單獨存在，如尿素微球菌。

雙球菌：兩個細胞成對排列。如肺炎雙球菌。

四聯(lián)球菌：經(jīng)兩次分裂形成的四個細胞聯(lián)在一起呈田字形。如四聯(lián)微球菌。

鏈球菌：多個細胞排成鏈狀。如乳鏈球菌。

八疊球菌：細胞沿著三個互相垂直的方向進行分裂，分裂后8個細胞疊在一起呈魔方狀。如尿素八疊球菌。

葡萄球菌：細胞無定向分裂，形成的新個體排列成葡萄串狀。如金黃色葡萄球菌。

B、桿菌：桿菌的大小以寬度×長度表示，一般為0.2～1.25×0.5～5.0微米。分為單桿菌、雙桿菌、鏈桿菌等。桿菌是細菌中種類最多的，如大腸桿菌、枯草芽孢桿菌等。C、螺旋菌：螺旋菌大小一般為0.3～1.0×1.0～50微米，根據(jù)細胞彎曲程度和螺旋數(shù)目分為兩種，若菌體彎曲不足一圈，似逗號形，稱為弧菌，如霍亂弧菌；菌體回轉(zhuǎn)如螺旋狀，稱為螺菌，如迂回螺菌。（2）細菌細胞的構(gòu)造：細菌細胞的基本結(jié)構(gòu)是一般細菌共有的結(jié)構(gòu)，包括細胞壁、細胞質(zhì)膜、擬核、細胞質(zhì)。細胞壁是位于細胞最外面的一層堅韌而略具彈性的結(jié)構(gòu)層，主要由肽聚糖構(gòu)成，有固定外形和保護細胞等多種功能。用革蘭氏染色的方法，可將細菌分為革蘭氏陽性菌（G＋菌）和革蘭氏陰性菌（G－菌）兩大類。細菌細胞的特殊結(jié)構(gòu)包括鞭毛、菌毛、莢膜、芽孢等，是某些細菌在某生長階段具有的結(jié)構(gòu)。

（3）細菌的繁殖：二分分裂繁殖是細菌最普遍、最主要的繁殖方式。（4）細菌的菌落：單個或少數(shù)細菌細胞生長繁殖后，會形成以母細胞為中心的一堆肉眼可見、有一定形態(tài)構(gòu)造的子細胞集團，這就是菌落。細菌菌落常表現(xiàn)為濕潤、粘稠、光滑、較透明、易挑取、質(zhì)地均勻以及菌落正反面或邊緣與中央部位顏色一致等。細菌的菌落特征因種類而異。2、放線菌：是一大類多數(shù)呈絲狀生長的原核微生物。大多數(shù)以分生孢子繁殖，也可通過菌絲斷裂的片段形成新的菌體。放線菌與人類的關(guān)系極為密切，鏈霉素、土霉素、四環(huán)素、氯霉素、紅霉素、慶大霉素等抗生素藥物都是放線菌制造的。至今從微生物中發(fā)現(xiàn)的幾千種抗生素中有2/3都是由放線菌產(chǎn)生的。放線菌是一類具有絲狀分枝細胞的革蘭氏陽性細菌，呈放射狀而得名，放線菌最喜歡生活在有機質(zhì)豐富的微堿性土壤。3、藍細菌：曾被稱為藍藻或藍綠藻，是一類分布很廣，含有葉綠素A，能夠在光合作用時釋放氧氣的原核微生物。主要以二分裂或多分裂方式進行繁殖，其鏈絲段也具有繁殖功能。4、支原體：是一類目前已知最小的，無細胞壁，但無須依賴活細胞而能獨立生活的原核微生物。它們一般以二分裂方式繁殖，有時也出芽繁殖。

5、立克次氏體：是專性寄生于動物、植物活性細胞中的致病性原核微生物，形態(tài)結(jié)構(gòu)與細菌相似，以二分裂方式進行繁殖。6、衣原體：是一類比立克次氏體小，自身的結(jié)構(gòu)更簡單，專門寄生在活細胞中的致病性原核微生物，自己沒有產(chǎn)能系統(tǒng)，需要從其它生物取得能量，有“能量寄生物”之稱。這類微生物在宿主細胞內(nèi)生活周期獨特，存在原體和始體兩種細胞形態(tài)，始體形態(tài)較大，以二等分裂方式在宿主細胞內(nèi)形成一個微菌落，隨后大量子細胞又分化成較小而壁厚的感染性衣原體。7、螺旋體：是介于細菌與原生動物之間的單細胞原核微生物，細胞非常細長、螺旋狀、柔軟而且易彎曲、無鞭毛，其繁殖方式為二分裂。（二）真核微生物：真核微生物是一大類具有真正細胞核，具有核膜與核仁分化的較高等微生物，細胞內(nèi)有線粒體等較復雜的細胞結(jié)構(gòu)。這類微生物包括酵母菌、霉菌、微細藻類、原生動物和大型真菌等。1、酵母菌：是一類單細胞的真核微生物的通俗名稱。其繁殖方式包括無性繁殖和有性繁殖。無性繁殖方式有芽殖和裂殖，芽殖是酵母菌最普遍的繁殖方式。酵母菌是人類實踐中應用較早的一類微生物，如釀酒，發(fā)酵等。酵母菌的細胞里含有豐富的蛋白質(zhì)和維生素。酵母菌在自然界中分布很廣，喜歡在偏酸性且含糖較多的環(huán)境中生長。

2、絲狀真菌--霉菌：真菌是微生物中的一大類群，屬于真核微生物。霉菌是絲狀真菌的俗稱，意為"發(fā)霉的真菌"，它們往往能形成分枝繁茂的菌絲體。喜歡生活在潮濕溫暖的地方，呈肉眼可見的絨毛狀、絮狀或蛛網(wǎng)狀菌落。霉菌主要經(jīng)過菌絲斷裂、形成各種無性孢子的無性繁殖和有性繁殖。（三）微生物按需氧狀況分類：分為專性好氧、兼性好氧、微需氧和專性厭氧菌微生物。類型特點微生物舉例專性好氧微生物生長必須由有氧呼吸獲得能量銅綠假單胞桿菌白喉棒桿菌兼性好氧微生物在有氧和無氧環(huán)境中均可生長。它們又可分為兩類：一類可以在有氧環(huán)境中生長，但不能利用氧氣，只能通過發(fā)酵獲得能量另一類可以在有氧和無氧條件下通過呼吸和發(fā)酵的轉(zhuǎn)換獲得生長所需能量乳酸乳桿菌

乳鏈球菌

釀酒酵母

大腸桿菌微需氧微生物需要氧氣進行呼吸取得能量，但不能耐受大氣氧分壓（0.2bar），只能耐受0.01—0.03bar分壓。氫單胞菌屬

發(fā)酵單胞菌屬專性厭氧菌只能在沒有氧氣的環(huán)境下生長，氧氣對它們有毒梭菌屬雙歧桿菌屬六、微生物生命活動的基礎和營養(yǎng)類型1、微生物生命活動的基礎是營養(yǎng)，需要的營養(yǎng)素可分為六大類：碳源、氮源、能源、無機鹽、生長因子和水。2、微生物的營養(yǎng)類型：可以分成光能自養(yǎng)、光能異養(yǎng)、化能自養(yǎng)和化能異養(yǎng)4種。營養(yǎng)類型能源基本碳源氫的供體微生物舉例光能無機營養(yǎng)

（光能自養(yǎng)型）光二氧化碳無機物藍細菌、綠色硫細菌、藻類光能有機營養(yǎng)

（光能異養(yǎng)型）光二氧化碳及簡單有機物有機物紫色非硫細菌化能無機營養(yǎng)

（化能自養(yǎng)型）無機物二氧化碳無機物硝化細菌

氫細菌化能有機營養(yǎng)

（化能異養(yǎng)型）有機物有機物有機物大多數(shù)已知細菌和全部真核微生物七、微生物的生長規(guī)律微生物整個生長過程可以分為4個階段，各階段的特點見下表。生長階段特征延滯期細胞不分裂，細胞變大，細胞內(nèi)RNA含量增高，原生質(zhì)呈堿性，合成代謝活躍，易合成新的誘導酶，對外界環(huán)境變化敏感。接種物中死細胞較多或培養(yǎng)基不豐富時延滯期較長。對數(shù)期細胞分裂最快，細胞平衡生長，酶系活躍，代謝旺盛。生長速率由營養(yǎng)成分和培養(yǎng)條件決定。穩(wěn)定期新繁殖的細胞與死亡細胞數(shù)目相等，菌體產(chǎn)量達到最高，細胞開始儲藏糖原、脂肪等儲藏物，產(chǎn)芽孢的開始形成芽孢，開始合成次生代謝產(chǎn)物?？赡苡捎跔I養(yǎng)物的消耗或抑制生長的代謝產(chǎn)物積累，細胞停止增殖，但仍存活。衰亡期死亡細胞數(shù)目超過新生細胞，細胞形態(tài)多樣，細胞開始自溶，開始釋放次生代謝產(chǎn)物。在細菌的對數(shù)生長期，有三個重要的指