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第一章绪论

第一节微生物与微生物学概述

一、微生物及其分类地位

微生物（microorganism）是存在于自然界中的一群个体微小、结构简单、肉眼看不见，必须借助显微镜放大数百倍甚至数万倍才能观察清楚的一类微小生物的总称。其种类繁多，按结构、组成差异，可分成三大类。

1.非细胞型微生物这类微生物主要是病毒。其特点是个体极小、能通过细菌虑器，无典型细胞结构，只能在敏感宿主的活细胞内生长繁殖。

2.原核细胞型微生物这类微生物包括细菌、放线菌、支原体、立克次氏体、衣原体、螺旋体、蓝细菌。其细胞形态和结构明显，但细胞核无核膜或核仁，细胞器不很完善。

3.真核细胞型微生物这些微生物有真菌、原生动物等。

微生物在生物界的地位因分类系统不同而有所差异。1969年，惠特克（R.H.Whittake）提出的五界系统被学术界普遍接受，该系统把生物分为动物界、植物界、原生生物界（包括原生动物、单细胞藻类、粘菌等）、真菌界（酵母菌和其它真菌）和原核生物界（细菌等）。我国学者陈世骧（1979年）在此基础上提出了应增加一个病毒界的六界系统。1977年，Woese等在研究了60多种不同细菌的16rRNA序列后，发现了一群序列奇特的细菌——产甲烷细菌，命名为古细菌（Archaebacteria），后改名为古菌（Archaea）。古菌被认为是地球上的第三生命形式（古菌域），细菌域、古菌域和真核生物域之间的序列相似性都低于60%，而域内的相似性高于70%，这三域生物共同构建了一个生命进化树。现在已知古菌是一群具有独特的基因结构或系统发育生物大分子序列的单细胞生物，通常生活在地球上极端的生境或生命出现初期的自然环境中，营自养或异养生活，具有特殊的生理功能，可生活在超高温，高酸碱度、高盐及无氧状态；具有独特的细胞结构，如细胞壁骨架为蛋白质或假胞壁酸，细胞膜含甘油醚键，代谢中的酶作用方式与细菌和真核生物都不同。1990年，R.C.Brussa将原核生物中古细菌独立出来自成一界，提出了与上述六界不同的六界系统，即古生物（古细菌）界、原核生物界、原生生物界、真菌界、植物界、动物界。

二、微生物的主要特性

微生物分类地位不同，生物学性状也互有差异，但一般有如下共性：

（一）个体微小，结构简单

微生物是个体很小的生物，通常肉眼看不见或看不清。其大小通常用μm（微米）或nm（纳米）表示，一般球菌的直径为0.5～1.0μm，多数病毒粒子的直径在100nm上下，最小病毒的直径为9～11nm。在结构上，虽然部分真菌为多细胞，有营养器官和繁殖器官的分化，但绝大部分的微生物（细菌、放线菌和部分真菌）为单细胞构造，病毒则不具备细胞结构，类病毒仅是一个无蛋白质外壳的游离的DNA分子。因此，观察微生物的形态结构必须借助显微镜或电子显微镜。这也是微生物发现较晚的重要原因。

（二）吸收多，代谢快

因为个体小，使微生物的相对表面积大，可以高速地从环境中吸收所需的营养物质，并排除代谢产物，使其较其他生物具有更高的代谢率。大肠杆菌在一小时内可分解其自重1000～10000倍的乳糖，产朊假丝酵母合成蛋白质的能力比大豆强100倍，比食用牛强10万倍。

（三）代时短，繁殖快

微生物极高的代谢率为它的高速生长繁殖提供了充分的物质基础。微生物的繁殖速度超过任何生物，一般细菌约每20分钟可分裂一次（一代），按此速度计算，24小时可繁殖72代，后代菌数为4722366500万亿个，总重量约4722吨，48小时的总重量相当于4000个地球的重量。然而，因为营养消耗、环境不断恶化，细菌的实际繁殖速度远远低于此理论速度。因此，在培养有益微生物时，如何尽可能缩小这两种速度的差距是值得追求的一个目标。

（四）代谢类型多样，适应力强

微生物对环境有强大的适应能力，这是因为微生物具有远远多于其他生物的代谢类型及灵活的代谢调控机制，当环境不良时，它们出现形态、生理、毒力等变异，如芽孢菌产生芽孢，病原菌产生抗药性。这些特性，使微生物能适应各种恶劣的“极端环境”，如海洋深处的某些硫细菌能在250℃～300

（五）种类繁多，分布广泛

微生物因为繁殖快和与外界环境直接接触等特点，使微生物容易发生变异，在环境因素的共同作用下，表现出丰富的物种多样性。微生物个体小、重量轻，不仅可主动运动，而且可随水和空气的流动或物体移动而四处传播，使其分布广泛，无处不在。地球上除火山的中心区域外，从土壤圈、水圈、大气圈直至岩石圈都有微生物。在动物体内外、植物表面、高空、深海、冰川、海底淤泥、盐湖、沙漠、地层下、酸性矿水以及有氧或无氧的自然界极端环境中，都有与环境相适应的微生物存在。其中土壤环境较恒定，是微生物存在的第一大天然场所。由于水域面积大于陆地面积，水域是微生物生物