微生物的形态、结构与分类 之微生物概论 （一）微生物的概念 微生物的形态、结构与分类 之微生物概论 一、微生物的概念及特点 （一）微生物的概念 微生物通常是描述一切不借助显微镜用肉眼看不见的微小生物，包括病毒、细菌、真菌、原生动物、和某些藻类。 1、个体微小（细胞以微米、纳米来计算） ，比表面积大； 2、构造简单（单细胞，简单的多细胞， 有的不具有细胞结构）

（二）微生物的特点 1、种类多 微生物的作用：有利于物质循环；可以防治公害；生产各种发酵产品； 更重要的是微生物的生理代谢类型多、代谢产物种类多。 微生物的总类数大约为50万～600万种之间，原核生物3500种，病毒4000种，真菌9万种，原生生物和藻类10万种；

类型 低限 倾向种数 高限 病毒与立克次氏体 1,217 1,217 1,217 支原体 42 42 42 微生物的种数，据1972年： 类型 低限 倾向种数 高限 病毒与立克次氏体 1,217 1,217 1,217 支原体 42 42 42 细菌与放线菌 >1,000 1,500 1,500 蓝细菌 1,227 1,500 1,500 藻类 15,051 23,100 23,100 真菌 37,175 47,300 68,939 原生动物 24,068 24,068 30,000 总数 79,780 98,727 127,298

2、分布广 土壤中；水中；空气中； 如: 万米深海、85公里高空、 地层下128米和427米沉积岩中都发现有微生物存在。

例如：大肠杆菌在最适的生长条件下，每12.5～20分钟细胞就能分裂一次。 3、繁殖快 例如：大肠杆菌在最适的生长条件下，每12.5～20分钟细胞就能分裂一次。 在液体培养基中，细菌细胞的浓度一般为108 ～ 109个/ml。 谷氨酸短杆菌：摇瓶种子→50吨发酵罐，52小时内细胞数目可增加32亿倍。 利用微生物的这一特性就可以:实现发酵工业的短周期、高效率生产。例如生产鲜酵母时，几乎12小时就可以收获一次，每年可以收获数百次。

微生物繁殖快、价值低，没有种族上的异议，是很好的的实验材料 5、代谢能力强 4、易培养 任何有其它生物生存的环境中，都能找到微生物。而在其它生物不可能生存的极端环境中也有微生物存在。 微生物繁殖快、价值低，没有种族上的异议，是很好的的实验材料 5、代谢能力强

6、易变异、适应性强 利用物理的、化学的方法 突变频率一般为10-5 ～ 10-10，但因繁殖快，数量多，与外界环境直接接触，因而在短时间内可出现大量变异的后代。如感冒病毒

例如，青霉素生产菌 (产黄青霉)的产量1943年为每毫升发酵液中含20单位青霉素，多年来，经过世界各国微生物遗传育种工作者的不懈努力使该菌产量变异逐渐积累，加上发酵条件的改进，目前世界上先进国家的发酵水平每毫升已超过5万单位，甚至10万单位。微生物的数量性状变异和育种使产量提高的幅度之大，是动植物育种工作中绝对不可能达到的。正因为如此，几乎所有微生物发酵工厂都十分重视菌种选育工作。

（三）微生物在生物界中的分类 1、二界系统 动物界、植物界。 2、三界系统 动物界、植物界、低等生物界(原生生物界）。

3、四界系统 植物界、动物界（除原生动物）、原始生物界（原生动物、真菌、部分藻类、）和菌类（细菌、蓝细菌）。 4、五界系统 动物界、植物界、原生生物界（原生动物、单细胞藻类、黏菌等）、真菌和原核生物界（细菌、蓝细菌等）。

5、六界系统 后生动物界、后生植物界、真菌界、原生生物界、原核生物界和病毒界。 6、三总界五界系统 非细胞总界；原核总界（细菌界、蓝细菌界）、真核总界（植物界、真菌界、动物界）

7、三域学说 细菌域、古生菌界和真核生物域。 域是一个比界更高的界级分类单元。 微生物是所有界级中领域最宽的一界，对微生物的认识水平是生物界级分类的核心。

微生物在生物分类系统中的地位图：

二、微生物学的研究对象和任务 1、研究对象： 不具细胞结构的病毒； 单细胞的细菌、放线菌、支原体、蓝细菌、蛭弧菌； 属于真菌的酵母菌与霉菌； 单细胞藻类、原生动物等。

2、微生物学的任务 理论科学研究、应用科学研究和形成新的分支学科。 微生物学可分为：普通微生物学、微生物分类学、微生物生理学、微生物生态学、微生物遗传学等；细菌学、真菌学、病毒学等；

微生物生理学：微生物的营养机制、能量代谢，在自然界元素特别是植物营养元素在生物循环中的作用。 微生物形态学：认识主要微生物类群的个体形态、群体特征，包括繁殖方式。 微生物生理学：微生物的营养机制、能量代谢，在自然界元素特别是植物营养元素在生物循环中的作用。 微生物遗传学:了解微生物遗传信息传递过程的特殊性以及细菌基因重组的不同方式。 微生物生态学：了解微生物在自然界的分布，与植物、动物的相互关系。

微生物学分科： 按基本问题分：普通微生物学、微生物分类学、微生物生理学、微生物生态学、微生物遗传学等。 按研究对象分：细菌学、真菌学、病毒学、噬菌体学等。 按应用领域分：工业微生物学、农业微生物学、医学微生物学、食品微生物学、石油微生物学、土壤微生物学、海洋微生物学、环境微生物学、发酵微生物学等等。

微生物学是研究微生物生命活动规律的学科。 微生物学是研究微生物在一定条件下的形态构造、生理代谢、遗传变异、生态分布和分类进化等生命活动基本规律及其应用的一门学科。是在分子、细胞或群体水平上研究微生物的形态结构、生长繁殖、生理代谢、遗传异、生态分布和分类进化等 生命活动的基本规律，并将其应用于工业发酵、医学卫生和生物工程等领域的科学。

三、微生物学的发展 1、微生物学的朦胧阶段 2、微生物学的启蒙时期---形态学时期 1590年荷兰人詹森兄弟制作了第一台显微镜。 1664年英国人罗伯特.虎克用自制的显微镜并描述了霉菌的子实体结构。 1676年荷兰商人列文.虎克观察到“微动体”。 1680年显微镜放大270倍。

3、微生物学的奠基时期---生理生化时期 19世纪出现改良的显微镜：现代光学显微镜 1748年 英国传教士尼达姆 “微生物自生说” 法国巴斯德·路易斯； 德国科学家罗伯特·柯赫； 1865年 李斯特外科消毒术。 1909年 Ehrilich用化学制剂控制梅毒。 1929年 弗来明发现青霉素。 1944年 Wakesman土壤放线菌中找到了链霉素。

4、分子微生物学时期 1953年－－至今 Watson 和 Crick发现DNA的双螺旋结构。

四、微生物学研究的重要意义 生产者 消费者 环境 分解者 （一）在环境中的作用 1、微生物在生态系统中的地位：消费者，部分生产者。 微生物 植物（包括部分微生物） 消费者 动物 环境 土壤、空气、水 分解者 微生物

2、利用微生物改善环境 土壤改良：土壤改良剂农业产品内含丰富有机酶(酵素)， 这些有机酵素是从有益微生物菌提炼产生， 可让农作物直接吸收。在农作物从土壤中吸收有机酶(酵素)及矿物质后, 农作物将充满活力及发育成长。微生物菌可分解土壤中沉积的化学盐，这些化学盐是因农地长期过量使用化肥所造成。去除沉积的化学盐可松软土壤，使水份能更深入土壤，增加土壤的保水性，解除土壤的板结问题，增加农作物根部发育。

污水处理：高效微生物污水处理技术，其方法是通过化学或辐照的方法筛选出无毒、无致病性的高效微生物(HEM)、然后投放到污水处理现场，使污水得到净化。该技术可用于处理城市污水、酿造废水、屠宰废水等各种可生物降解的污水。安全可靠、操作简单，处理效率比传统方法提高50%以上，投资及运行费用降低20 ～ 30%，特别适合经费短缺的中小城市、乡村及厂矿企业使用，并可用于改造老的污水处理设施，使之重新获得新生。

3、微生物对环境的有害影响 植物病原菌：稻瘟病 烟草花叶病 烟草野火病 动物病原菌：鸡霍乱 猪瘟(口蹄疫) 人类的疾病：非典型肺炎(SARS） 爱滋病 流感 伤寒

（二）医药 各种疾病的疫苗 1880年 巴斯德研制出第一种疫苗---鸡霍乱疫苗 目前人类使用的疫苗 抗菌素 抗菌素是细菌、放线菌、真菌（如青霉、木霉、头孢霉）的次生代谢产物。 生物防治 苏云金杆菌防治虫害

（三）食品 有害影响：引起食品酸败（发霉、变质）、 食物中毒（如肉毒芽孢杆菌、黄曲霉毒素等） 以及其他疾病。 有利影响：食品微生物工程：酿酒、面包、酱油、酸奶等

（四）微生物学与现代生物技术的关系 生物技术也称生物工程，是指人们以现代生命科学为基础，结合先进的工程技术手段和其他基础学科的科学原理，按照预先的设计生物体或加工生物原料，为人类生产出需要产品或达到某种目的。 先进的工程技术手段是指基因工程、细胞工程、发酵工程、蛋白质和酶工程等新技术。

生物技术与微生物学的关系 基因工程 蛋白质或酶 蛋白质工程 产品 或酶工程 动植物个体细胞 细胞工程 优质动植物品系 微生物 工程菌 发酵工程 基因工程 蛋白质或酶 蛋白质工程 产品 或酶工程 动植物个体细胞 细胞工程 优质动植物品系

五、工业微生物及其研究对象和任务 （一）工业微生物的研究对象 工业微生物学是微生物学中的重要分支，主要研究用于食品、制药、冶金、石油、能源、材料、轻工、化工、军工等工业生产中的微生物本身或微生物的众多代谢产物。包括微生物的种类、菌种的获得、代谢的机理和调控以及实际生产所需条件和控制。也就是说，试图对微生物加以控制。

微生物种类繁多，容易变异，代谢类型多，适应性强。所以，微生物工业中菌种的选择和培育是生产之本，代谢调控是生产的关键。目前，在工业上应用的微生物主要有细菌、病毒、真菌、显微藻类、动植物细胞培养物，具有活性的细胞碎片如酶和细胞匀浆物等。而这些微生物中产值最大的主要部分却只有酵母业、抗生素业、酶制品业三项。

（二）我国工业微生物的研究概况 我国劳动人民数千年前就会利用微生物来酿酒，制酱、醋，但直到20世纪40年代，工业微生物没有一个独立的教学和科研机构。20世纪50年代开始，我国工业微生物领域的科研、生产均取得巨大的发展，国家设立了科学院和各级科研机构，并在工科院校设立了发酵专业，培养了大批发酵科技人材，推动了科研和生产的发展。

酶制剂工业是20世纪60年代才开始建立的，几个主要酶种的发展很快，产量也很大。1986年全国酶制剂产量达3万多吨。目前已知的酶有2500余种，有150多种已得到结晶。酶可分为氧化还原酶类、转移酶类、水解酶类、裂解酶类、异构酶类和合成酶类6大类。

酶制剂商品已有100多种，如淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、果胶酶、纤维素酶、乳糖酶、葡萄糖氧化酶、葡萄糖异构酶等。并且有近百种酶可制成固定化酶。现在微生物酶制品已广泛应用于食品、发酵、日用化工、纺织、制革、造纸、医药和农业等各个方面。

微生物在医学方面的应用是20世纪50年代后才投入生产的，但现在已居世界前列。目前可利用微生物生产生物制品、抗生素、葡萄糖酐、干扰素、核苷酸、维生素、甾体药物以及基因工程菌生产的药物。

另外，还可利用微生物进行疾病的生物学诊断。其中，生物制品包括疫苗、类毒素和免疫血清；抗生素包括青霉素、链霉素、四环素、氯霉素、螺旋霉素等9000多种已被发现，市售有50多种，其中，由放线菌生产的有40种，由细菌生产的有6种，由霉菌生产的有5种；基因工程菌生产的药物主要有胰岛素、生长激素、胸腺素、白细胞介素等。

微生物在其他方面的应用也越来越广泛。例如：利用微生物溶浸金属是近30年发展起来的新工艺，已由浸溶铜、铀、金发展为浸溶钴、镍、锰、锌、钛等20多种稀有和名贵金属。微生物在石油勘探、开采、脱硫、脱蜡等方面已有广泛应用。

微生物在环境保护中的应用主要表现为污水处理、对固体污染物的降解和转化、环境的生物修复和环境监测。微生物在农业方面的应用表现为提高土壤的生物活性，生产微生物肥料，生产微生物饲料，生产微生物农药，沼气发酵和食用微生物的栽培。

(三)现代工业微生物学的发展趋势 20世纪，微生物学与生命科学及其他学科融合、交叉，获得了全面、深入的发展。20世纪50年代微生物学研究全面进入分子水平，并与分子生物学等学科进一步渗透，使微生物学发展成为生命科学中发展最快、影响最大、体现生命科学发展主流的前沿科学。

同时微生物学也为生命科学做出了多方面的贡献。不但使生命科学在理论上产生重大变革，而且它的实验方法也是独特的、先进的。许多方法已在生命科学的很多领域广泛应用，推动了整个生命科学的发展。

20世纪70年代兴起的以微生物为主角的基因工程，是获得新物种的一项崭新技术，为人工定向控制生物遗传性状、根治疾病、美化环境、用微生物生产各种产品展现了美好的前景。

21世纪，工业微生物学在现有基础上将进一步向地质、海洋、大气、太空等领域渗透，使更多的边缘学科得到发展。微生物与能源、信息、材料、计算机的结合也将开辟新的研究领域。工业微生物的产品将会出现在我们生活的各个方面。