微生物的形態(tài)、結(jié)構(gòu)與分類-(一)

1、微生物的形態(tài)、結(jié)構(gòu)與分類 之微生物概論,一、微生物的概念及特點 （一）微生物的概念 微生物通常是描述一切不借助顯微鏡用肉眼看不見的微小生物，包括病毒、細菌、真菌、原生動物、和某些藻類。 1、個體微小（細胞以微米、納米來計算），比表面積大； 2、構(gòu)造簡單（單細胞，簡單的多細胞， 有的不具有細胞結(jié)構(gòu)）,（二）微生物的特點 1、種類多 微生物的作用：有利于物質(zhì)循環(huán)；可以防治公害；生產(chǎn)各種發(fā)酵產(chǎn)品； 更重要的是微生物的生理代謝類型多、代謝產(chǎn)物種類多。 微生物的總類數(shù)大約為50萬600萬種之間，原核生物3500種，病毒4000種，真菌9萬種，原生生物和藻類10萬種；,微生物的種數(shù)，據(jù)1972年： 類型

2、低限 傾向種數(shù) 高限 病毒與立克次氏體 1,217 1,217 1,217 支原體 42 42 42 細菌與放線菌 1,000 1,500 1,500 藍細菌 1,227 1,500 1,500 藻類 15,051 23,100 23,100 真菌 37,175 47,300 68,939 原生動物 24,068 24,068 30,000 總數(shù) 79,780 98,727 127,298,2、分布廣 土壤中；水中；空氣中； 如: 萬米深海、85公里高空、 地層下128米和427米沉積巖中都發(fā)現(xiàn)有微生物存在。,3、繁殖快 例如：大腸桿菌在最適的生長條件下，每12.520分鐘細胞就能分裂一次。

3、在液體培養(yǎng)基中，細菌細胞的濃度一般為108 109個/ml。 谷氨酸短桿菌：搖瓶種子50噸發(fā)酵罐，52小時內(nèi)細胞數(shù)目可增加32億倍。 利用微生物的這一特性就可以:實現(xiàn)發(fā)酵工業(yè)的短周期、高效率生產(chǎn)。例如生產(chǎn)鮮酵母時，幾乎12小時就可以收獲一次，每年可以收獲數(shù)百次。,4、易培養(yǎng) 任何有其它生物生存的環(huán)境中，都能找到微生物。而在其它生物不可能生存的極端環(huán)境中也有微生物存在。 微生物繁殖快、價值低，沒有種族上的異議，是很好的的實驗材料 5、代謝能力強,6、易變異、適應(yīng)性強 利用物理的、化學(xué)的方法 突變頻率一般為10-5 10-10，但因繁殖快，數(shù)量多，與外界環(huán)境直接接觸，因而在短時間內(nèi)可出現(xiàn)大量變異的

4、后代。如感冒病毒,例如，青霉素生產(chǎn)菌 (產(chǎn)黃青霉)的產(chǎn)量1943年為每毫升發(fā)酵液中含20單位青霉素，多年來，經(jīng)過世界各國微生物遺傳育種工作者的不懈努力使該菌產(chǎn)量變異逐漸積累，加上發(fā)酵條件的改進，目前世界上先進國家的發(fā)酵水平每毫升已超過5萬單位，甚至10萬單位。微生物的數(shù)量性狀變異和育種使產(chǎn)量提高的幅度之大，是動植物育種工作中絕對不可能達到的。正因為如此，幾乎所有微生物發(fā)酵工廠都十分重視菌種選育工作。,（三）微生物在生物界中的分類 1、二界系統(tǒng) 動物界、植物界。 2、三界系統(tǒng) 動物界、植物界、低等生物界(原生生物界）。,3、四界系統(tǒng) 植物界、動物界（除原生動物）、原始生物界（原生動物、真菌、部分

5、藻類、）和菌類（細菌、藍細菌）。 4、五界系統(tǒng) 動物界、植物界、原生生物界（原生動物、單細胞藻類、黏菌等）、真菌和原核生物界（細菌、藍細菌等）。,5、六界系統(tǒng) 后生動物界、后生植物界、真菌界、原生生物界、原核生物界和病毒界。 6、三總界五界系統(tǒng) 非細胞總界；原核總界（細菌界、藍細菌界）、真核總界（植物界、真菌界、動物界）,7、三域?qū)W說 細菌域、古生菌界和真核生物域。 域是一個比界更高的界級分類單元。 微生物是所有界級中領(lǐng)域最寬的一界，對微生物的認識水平是生物界級分類的核心。,微生物在生物分類系統(tǒng)中的地位圖：,二、微生物學(xué)的研究對象和任務(wù) 1、研究對象： 不具細胞結(jié)構(gòu)的病毒； 單細胞的細菌、放線

6、菌、支原體、藍細菌、蛭弧菌； 屬于真菌的酵母菌與霉菌； 單細胞藻類、原生動物等。,2、微生物學(xué)的任務(wù) 理論科學(xué)研究、應(yīng)用科學(xué)研究和形成新的分支學(xué)科。 微生物學(xué)可分為：普通微生物學(xué)、微生物分類學(xué)、微生物生理學(xué)、微生物生態(tài)學(xué)、微生物遺傳學(xué)等；細菌學(xué)、真菌學(xué)、病毒學(xué)等；,微生物形態(tài)學(xué)：認識主要微生物類群的個體形態(tài)、群體特征，包括繁殖方式。 微生物生理學(xué)：微生物的營養(yǎng)機制、能量代謝，在自然界元素特別是植物營養(yǎng)元素在生物循環(huán)中的作用。 微生物遺傳學(xué):了解微生物遺傳信息傳遞過程的特殊性以及細菌基因重組的不同方式。 微生物生態(tài)學(xué)：了解微生物在自然界的分布，與植物、動物的相互關(guān)系。,微生物學(xué)分科： 按基本問題

7、分：普通微生物學(xué)、微生物分類學(xué)、微生物生理學(xué)、微生物生態(tài)學(xué)、微生物遺傳學(xué)等。 按研究對象分：細菌學(xué)、真菌學(xué)、病毒學(xué)、噬菌體學(xué)等。 按應(yīng)用領(lǐng)域分：工業(yè)微生物學(xué)、農(nóng)業(yè)微生物學(xué)、醫(yī)學(xué)微生物學(xué)、食品微生物學(xué)、石油微生物學(xué)、土壤微生物學(xué)、海洋微生物學(xué)、環(huán)境微生物學(xué)、發(fā)酵微生物學(xué)等等。,微生物學(xué)是研究微生物生命活動規(guī)律的學(xué)科。 微生物學(xué)是研究微生物在一定條件下的形態(tài)構(gòu)造、生理代謝、遺傳變異、生態(tài)分布和分類進化等生命活動基本規(guī)律及其應(yīng)用的一門學(xué)科。是在分子、細胞或群體水平上研究微生物的形態(tài)結(jié)構(gòu)、生長繁殖、生理代謝、遺傳異、生態(tài)分布和分類進化等 生命活動的基本規(guī)律，并將其應(yīng)用于工業(yè)發(fā)酵、醫(yī)學(xué)衛(wèi)生和生物工程等領(lǐng)

8、域的科學(xué)。,三、微生物學(xué)的發(fā)展 1、微生物學(xué)的朦朧階段 2、微生物學(xué)的啟蒙時期-形態(tài)學(xué)時期 1590年荷蘭人詹森兄弟制作了第一臺顯微鏡。 1664年英國人羅伯特.虎克用自制的顯微鏡并描述了霉菌的子實體結(jié)構(gòu)。 1676年荷蘭商人列文.虎克觀察到“微動體”。 1680年顯微鏡放大270倍。,3、微生物學(xué)的奠基時期-生理生化時期 19世紀出現(xiàn)改良的顯微鏡：現(xiàn)代光學(xué)顯微鏡 1748年 英國傳教士尼達姆 “微生物自生說” 法國巴斯德路易斯； 德國科學(xué)家羅伯特柯赫； 1865年 李斯特外科消毒術(shù)。 1909年 Ehrilich用化學(xué)制劑控制梅毒。 1929年 弗來明發(fā)現(xiàn)青霉素。 1944年 Wakesma

9、n土壤放線菌中找到了鏈霉素。,4、分子微生物學(xué)時期 1953年至今 Watson 和 Crick發(fā)現(xiàn)DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)。,四、微生物學(xué)研究的重要意義 （一）在環(huán)境中的作用 1、微生物在生態(tài)系統(tǒng)中的地位：消費者，部分生產(chǎn)者。,分解者 微生物,消費者 動物,生產(chǎn)者 植物（包括部分微生物）,環(huán)境 土壤、空氣、水,2、利用微生物改善環(huán)境 土壤改良：土壤改良劑農(nóng)業(yè)產(chǎn)品內(nèi)含豐富有機酶(酵素)， 這些有機酵素是從有益微生物菌提煉產(chǎn)生， 可讓農(nóng)作物直接吸收。在農(nóng)作物從土壤中吸收有機酶(酵素)及礦物質(zhì)后, 農(nóng)作物將充滿活力及發(fā)育成長。微生物菌可分解土壤中沉積的化學(xué)鹽，這些化學(xué)鹽是因農(nóng)地長期過量使用化肥所造成。去

10、除沉積的化學(xué)鹽可松軟土壤，使水份能更深入土壤，增加土壤的保水性，解除土壤的板結(jié)問題，增加農(nóng)作物根部發(fā)育。,污水處理：高效微生物污水處理技術(shù)，其方法是通過化學(xué)或輻照的方法篩選出無毒、無致病性的高效微生物(HEM)、然后投放到污水處理現(xiàn)場，使污水得到凈化。該技術(shù)可用于處理城市污水、釀造廢水、屠宰廢水等各種可生物降解的污水。安全可靠、操作簡單，處理效率比傳統(tǒng)方法提高50%以上，投資及運行費用降低20 30%，特別適合經(jīng)費短缺的中小城市、鄉(xiāng)村及廠礦企業(yè)使用，并可用于改造老的污水處理設(shè)施，使之重新獲得新生。,3、微生物對環(huán)境的有害影響 植物病原菌：稻瘟病 煙草花葉病 煙草野火病 動物病原菌：雞霍亂 豬瘟

11、(口蹄疫) 人類的疾?。悍堑湫头窝?SARS） 愛滋病 流感 傷寒,（二）醫(yī)藥 各種疾病的疫苗 1880年 巴斯德研制出第一種疫苗-雞霍亂疫苗 目前人類使用的疫苗 抗菌素 抗菌素是細菌、放線菌、真菌（如青霉、木霉、頭孢霉）的次生代謝產(chǎn)物。 生物防治 蘇云金桿菌防治蟲害,（三）食品 有害影響：引起食品酸?。òl(fā)霉、變質(zhì)）、 食物中毒（如肉毒芽孢桿菌、黃曲霉毒素等） 以及其他疾病。 有利影響：食品微生物工程：釀酒、面包、醬油、酸奶等,（四）微生物學(xué)與現(xiàn)代生物技術(shù)的關(guān)系 生物技術(shù)也稱生物工程，是指人們以現(xiàn)代生命科學(xué)為基礎(chǔ)，結(jié)合先進的工程技術(shù)手段和其他基礎(chǔ)學(xué)科的科學(xué)原理，按照預(yù)先的設(shè)計生物體或加工生物原

12、料，為人類生產(chǎn)出需要產(chǎn)品或達到某種目的。 先進的工程技術(shù)手段是指基因工程、細胞工程、發(fā)酵工程、蛋白質(zhì)和酶工程等新技術(shù)。,生物技術(shù)與微生物學(xué)的關(guān)系 微生物 工程菌 發(fā)酵工程 基因工程 蛋白質(zhì)或酶 蛋白質(zhì)工程 產(chǎn)品 或酶工程 動植物個體細胞 細胞工程 優(yōu)質(zhì)動植物品系,五、工業(yè)微生物及其研究對象和任務(wù) （一）工業(yè)微生物的研究對象 工業(yè)微生物學(xué)是微生物學(xué)中的重要分支，主要研究用于食品、制藥、冶金、石油、能源、材料、輕工、化工、軍工等工業(yè)生產(chǎn)中的微生物本身或微生物的眾多代謝產(chǎn)物。包括微生物的種類、菌種的獲得、代謝的機理和調(diào)控以及實際生產(chǎn)所需條件和控制。也就是說，試圖對微生物加以控制。,微生物種類繁多，容

13、易變異，代謝類型多，適應(yīng)性強。所以，微生物工業(yè)中菌種的選擇和培育是生產(chǎn)之本，代謝調(diào)控是生產(chǎn)的關(guān)鍵。目前，在工業(yè)上應(yīng)用的微生物主要有細菌、病毒、真菌、顯微藻類、動植物細胞培養(yǎng)物，具有活性的細胞碎片如酶和細胞勻漿物等。而這些微生物中產(chǎn)值最大的主要部分卻只有酵母業(yè)、抗生素業(yè)、酶制品業(yè)三項。,（二）我國工業(yè)微生物的研究概況 我國勞動人民數(shù)千年前就會利用微生物來釀酒，制醬、醋，但直到20世紀40年代，工業(yè)微生物沒有一個獨立的教學(xué)和科研機構(gòu)。20世紀50年代開始，我國工業(yè)微生物領(lǐng)域的科研、生產(chǎn)均取得巨大的發(fā)展，國家設(shè)立了科學(xué)院和各級科研機構(gòu)，并在工科院校設(shè)立了發(fā)酵專業(yè)，培養(yǎng)了大批發(fā)酵科技人材，推動了科研和

14、生產(chǎn)的發(fā)展。,酶制劑工業(yè)是20世紀60年代才開始建立的，幾個主要酶種的發(fā)展很快，產(chǎn)量也很大。1986年全國酶制劑產(chǎn)量達3萬多噸。目前已知的酶有2500余種，有150多種已得到結(jié)晶。酶可分為氧化還原酶類、轉(zhuǎn)移酶類、水解酶類、裂解酶類、異構(gòu)酶類和合成酶類6大類。,酶制劑商品已有100多種，如淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、果膠酶、纖維素酶、乳糖酶、葡萄糖氧化酶、葡萄糖異構(gòu)酶等。并且有近百種酶可制成固定化酶?，F(xiàn)在微生物酶制品已廣泛應(yīng)用于食品、發(fā)酵、日用化工、紡織、制革、造紙、醫(yī)藥和農(nóng)業(yè)等各個方面。,微生物在醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用是20世紀50年代后才投入生產(chǎn)的，但現(xiàn)在已居世界前列。目前可利用微生物生產(chǎn)生物制品、抗生

15、素、葡萄糖酐、干擾素、核苷酸、維生素、甾體藥物以及基因工程菌生產(chǎn)的藥物。,另外，還可利用微生物進行疾病的生物學(xué)診斷。其中，生物制品包括疫苗、類毒素和免疫血清；抗生素包括青霉素、鏈霉素、四環(huán)素、氯霉素、螺旋霉素等9000多種已被發(fā)現(xiàn)，市售有50多種，其中，由放線菌生產(chǎn)的有40種，由細菌生產(chǎn)的有6種，由霉菌生產(chǎn)的有5種；基因工程菌生產(chǎn)的藥物主要有胰島素、生長激素、胸腺素、白細胞介素等。,微生物在其他方面的應(yīng)用也越來越廣泛。例如：利用微生物溶浸金屬是近30年發(fā)展起來的新工藝，已由浸溶銅、鈾、金發(fā)展為浸溶鈷、鎳、錳、鋅、鈦等20多種稀有和名貴金屬。微生物在石油勘探、開采、脫硫、脫蠟等方面已有廣泛應(yīng)用。,微生物在環(huán)境保護中的應(yīng)用主要表現(xiàn)為污水處理、對固體污染物的降解和轉(zhuǎn)化、環(huán)境的生物修復(fù)和環(huán)境監(jiān)測。微生物在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用表現(xiàn)為提高土壤的生物活性，生產(chǎn)微生物肥料，生產(chǎn)微生物飼料，生產(chǎn)微生物農(nóng)藥，沼氣發(fā)酵和食用微生物的栽培。,(三)現(xiàn)代工業(yè)微生物學(xué)的發(fā)展趨勢 20世紀，微生物學(xué)與生命科學(xué)及其他學(xué)科融合、交叉，獲得了全面、深入的發(fā)展。20世紀50年代微生物學(xué)研究全面進入分子水平，并與分子生物學(xué)等學(xué)科進一步滲透，使微生物學(xué)發(fā)展成為生命科學(xué)中發(fā)展最快、影響最大、體現(xiàn)生命科學(xué)發(fā)展主流的前沿科學(xué)。,同時微生物學(xué)也為生命科學(xué)做出了多方面的貢獻。不但使生命科學(xué)