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微生物(microorganism),包括細菌、病毒、真菌以及一些小型的原生動物等在內的一大類生物群體,個體微小,與人類生活密切相關。廣泛涉及健康、醫藥、工農業、環保等諸多領域。在中國大陸地區的教科書中,均將微生物劃分為以下8大類:細菌、病毒、真菌、放線菌、立克次體、支原體、衣原體、螺旋體。

1 微生物 -發現歷史

形態學時期 微生物的形態觀察是從安東·列文虎克發明的顯微鏡開始的,他利用能放
微生物微生物
大50~300倍的顯微鏡,清楚地看見了細菌和原生動物,他的發現和描述首次揭示了一個嶄新的生物世界——微生物世界。在微生物學的發展史上具有劃時代的意義。

生理學時期

繼列文虎克發現微生物世界以後的200年間,微生物學的研究基本上停留在形態描述和分門別類階段。直到19世紀中期,以法國的巴斯德和德國的柯赫為代表的科學家才將微生物的研究從形態描述推進到生理學研究階段,揭露了微生物是造成腐敗發酵和人畜疾病的原因,並建立了分離、培養、接種和滅菌等一系列獨特的微生物技術。從而奠定了微生物學的基礎,同時開闢了醫學和工業微生物等分支學科。巴斯德和柯赫是微生物學的奠基人。

巴斯德和柯赫的傑出工作,使微生物學作為一門獨立的學科開始形成,並出現以他們為代表而建立的各分支學科,例如細菌學(巴斯德、柯赫等)、消毒外科技術(J. Lister),免疫學(巴斯德、Metchnikoff、Behring、Ehrlich等)、土壤微生物學(Beijernck Winogradsky 等)、病毒學(Ivanowsky、Beijerinck等)、植物病理學和真菌學(Bary、Berkeley等)、釀造學(Hensen、Jorgensen 等)以及化學治療法(Ehrlish 等)。微生物學的研究內容日趨豐富,使微生物學發展更加迅速。

現代微生物學

19世紀末和20世紀初,微生物學被牢固地建立起來。其後,它的主要發展有兩個方面:一是研究傳染病和免疫學,研究疾病的防治和化學治療劑的功效;另一方面是和遺傳學的結合。

2 微生物 -分類學地位

微生物微生物

當人類在發現和研究微生物之前,把一切生物分成截然不同的兩大界-動物界和植物界。隨著人們對微生物認識的逐步深化,從兩界系統經歷過三界系統、四界系統、五界系統甚至六界系統,20世紀70年代後期,美國人Woese等發現了地球上的第三生命形式-古菌,才導致了生命三域學說的誕生。該學說認為生命是由古菌域(Archaea)、細菌域(Bacteria)和真核生物域(Eucarya)所構成。除動物和植物以外,其它絕大多數生物都屬微生物範疇。微生物在生物界級分類中佔有特殊重要的地位。

Brown等依據平行同源基因構建的「Cenancestor」生命進化樹,認為生命的共同祖先Cenancestor是一個原生物。原生物在進化過程中產生兩個分支,一個是原核生物(細菌和古菌),一個是原真核生物,在之後的進化過程中細菌和古菌首先向不同的方向進化,然後原真核生物經吞食一個古菌,並由古菌的DNA取代寄主的RNA基因組而產生真核生物。從進化的角度,微生物是一切生物的老前輩。如果把地球的年齡比喻為一年的話,則微生物約在3月20日誕生,而人類約在12月31日下午7時許出現在地球上。

3 微生物 -特點

體微小,一般<0.1mm。構造簡單,有單細胞的,簡單多細胞的,非細胞的進化地位低。

五大共性

1,體積小,面積大。

2,吸收多,轉化快。

3,生長旺,繁殖快。

4,適應強,易變異。

5,分佈廣,種類多。

4 微生物 -分類

原核
微生物細菌結構模式圖
細菌、放線菌、螺旋體、支原體、立克次氏體、衣原體。

1.細菌 

一類細胞細短,結構簡單,胞壁堅韌,多以二分裂方式繁殖和水生性強的原核生物。分佈在溫暖,潮濕和富含有機質的地方。個體十分微小,大約1000個細菌排成一排才有1毫米長。

2.放線菌

一類主要成菌絲狀生長和以孢子繁殖的陸生性較強的原核生物。分佈在含水量較低,有機物較豐富的,呈微鹼性的土壤中。主要由菌絲組成,包括基內菌絲和氣生菌絲(部分氣生菌絲可以成熟分化為孢子絲,產生孢子)。

真核

真菌、藻類、原生動物。

非細胞類
1.病毒一類由核酸和蛋白質等少數幾種成分組成的「非細胞生物」,但是它的生存必須依賴於活細胞。形體極其微小,通常只能藉助電子顯微鏡才能觀察到它們。一般直徑在100nm左右,最大的病毒直徑為200nm的牛痘病毒,最小的病毒直徑為28nm的脊髓灰質炎病毒。

2.亞病毒。

5 微生物 -化學組成

C,H,O,N,P,S 以及其他元素。

6 微生物 -營養物質

微生物微生物

水和無機鹽
碳源
:凡能為微生物提供生長繁殖所需碳元素的營養物質。 

氮源:凡能為微生物提供所必需氮元素的營養物質。作用:主要用於合成蛋白質,核酸以及含氮的代謝產物。

能源:能為微生物生命活動提供最初能源來源的營養物質或輻射能。 

生長因子:微生物生長不可缺少的微量有機物。

7 微生物 -應用範圍

抗生素的發現

微生物非常小,必須通過顯微鏡放大約1000倍才能看到。比如中等大小的細菌,1000個疊加在一起只有句號那麼大。微生物也有有益的一面。最早是弗萊明從青黴菌抑制其它細菌的生長中發現了青霉素,這對醫藥界來講是一個劃時代的發現。後來大量的抗生素從放線菌等的代謝產物中篩選出來。抗生素的使用在第二次世界大戰中挽救了無數人的生命。

環保微生菌

一些微生物被廣泛應用於工業發酵,生產乙醇、食品及各種酶製劑等;一部分微生物能夠降解塑料、處理廢水廢氣等等,並且可再生資源的潛力極大,稱為環保微生物;還有一些能在極端環境中生存的微生物,例如:高溫、低溫、高鹽、高鹼以及高輻射等普通生命體不能生存的環境,依然存在著一部分微生物等等。看上去,我們發現的微生物已經很多,但實際上由於培養方式等技術手段的限制,人類現今發現的微生物還只佔自然界中存在的微生物的很少一部分。因為微生物很小,構造又簡單,所以人們充分認識它,並發展成為一門學科,與其他學科比起來,還是很晚的。儘管如此,人們已經在廣泛的應用微生物了。中國勞動人民很早就認識到微生物的存在和作用,也是最早應用微生物的少數國家之一。據考古學推測,中國在8000年前已經出現了麴櫱釀酒,4000多年前中國釀酒已十分普遍,而且當時埃及人也已學會烤制麵包和釀製果酒。

2500年前中國人民發明釀醬、醋,知道用曲治療消化道疾病。公元6世紀(北魏時期),中國賈思勰的巨著《齊民要術》詳細地記載了制曲、釀酒、制醬和釀醋等工藝。在農業上,雖然還不知道根瘤菌的固氮作用,但已經在利用豆科植物輪作提高土壤肥力。這些事實說明,儘管人們還不知道微生物的存在,但是已經在同微生物打交道了,在應用有益微生物的同時,還對有害微生物進行預防和治療。為防止食物變質,採用鹽漬、糖漬、乾燥、酸化等方法處理食物。在中國隆慶年間就開始用人痘預防天花。人痘預防天花是中國對世界醫學上的一大貢獻,這種方法先後傳到俄國、日本、朝鮮、土耳其及英國,1798年英國醫生琴納(Jenner)提出用牛痘預防天花。

8 微生物 -研究發展

傳染病的流行
微生物微生物
在人類疾病中有50%是由病毒引起。世界衛生組織公布資料顯示:傳染病的發病率和病死率在所有疾病中佔據第一位。微生物導致人類疾病的歷史,也就是人類與之不斷鬥爭的歷史。新現和再現的微生物感染還是不斷發生,像大量的病毒性疾病一直缺乏有效的治療藥物。一些疾病的致病機制並不清楚。大量的廣譜抗生素的濫用造成了強大的選擇壓力,使許多菌株發生變異,導致耐藥性的產生,人類健康受到新的威脅。一些分節段的病毒之間可以通過重組或重配發生變異,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與前次導致感染的株型發生了變異,這種快速的變異給疫苗的設計和治療造成了很大的障礙。而耐藥性結核桿菌的出現使原本已近控制住的結核感染又在世界範圍內猖獗起來。
農業

微生物基因組研究認清致病機制發展控制病害的新對策。積極開展某些植物致病微生物的基因組研究,認清其致病機制並由此發展控制病害的新對策顯得十分緊迫。經濟作物柑橘的致病菌是國際上第一個發表了全序列的植物致病微生物。還有一些在分類學、生理學和經濟價值上非常重要的農業微生物,例如:胡蘿蔔歐文氏菌、植物致病性假單胞菌以及中國正在開展的黃單胞菌的研究等正在進行之中。

植物固氮根瘤菌的全序列也已測定完成。借鑒已經較為成熟的從人類病原微生物的基因組學信息篩選治療性藥物的方案,可以嘗試性地應用到植物病原體上。特別像柑橘的致病菌這種需要昆蟲媒介才能完成生活周期的種類,除了殺蟲劑能阻斷其生活周期以外,只能通過遺傳學研究找到毒力相關因子,尋找抗性靶位以發展更有效的控制對策。固氮菌全部遺傳信息的解析對於開發利用其固氮關鍵基因提高農作物的產量和質量也具有重要的意義。   

基因產品開發

微生物以人類基因組計劃為代表的生物體基因組研究成為整個生命科學研究的前沿,而微生物基因組,研究又是其中的重要分支。世界權威性雜誌《科學》曾將微生物基因組研究評為世界重大科學進展之一。通過基因組研究揭示微生物的遺傳機制,發現重要的功能基因並在此基礎上發展疫苗,開發新型抗病毒、抗細菌、真菌藥物,將對有效地控制新老傳染病的流行,促進醫療健康事業的迅速發展和壯大。從分子水平上對微生物進行基因組研究為探索微生物個體以及群體間作用的奧秘提供了新的線索和思路。

嗜極菌

在極端環境下能夠生長的微生物稱為極端微生物,又稱嗜極菌。嗜極菌對極端環境具有很強的適應性,極端微生物基因組的研究有助於從分子水平研究極限條件下微生物的適應性,加深對生命本質的認識。

極端微生物的適應性極強,據學者介紹,無孔不入的微生物總會在人類眼皮底下藉助貨運飛船進入空間站,同時迅速適應空間站內的環境並四處蔓延。蘇聯科學家曾經在「禮花」號空間站與「和平」號空間站內發現約300種對人體和空間站設備有害的致病細菌和微小真菌。「和平」號空間站就曾發生過微生物「蠶食」電纜的事故。但科學家們始終沒有找到抵禦微生物入侵的好辦法

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