基本介紹
- 中文名：微小生物
- 外文名：microorganism
- 類別：細菌、病毒、真菌
- 適用範圍：醫藥、工農業、環保
分類,營養,相關研究,形態特點,特性,分布,作用,
分類
微生物的定義
一切肉眼看不見的或看不清的微小生物的總稱。
非細胞類：病毒和亞病毒。
1 特點: 個體微小,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。
2 分類 原核類: 三菌,三體 。
真核類: 真菌,原生動物,顯微藻類。
3 五大共性: 體積小,面積大
吸收多,轉化快
生長旺,繁殖快
適應強,易變異
分布廣,種類多
1 細菌:
(2)分布:溫暖,潮濕和富含有機質的地方
(3)結構:主要是單細胞的原核生物,有球形,桿形,螺旋形
特殊結構：莢膜
(4)繁殖: 主要以二分裂方式進行繁殖的
2 放線菌
(2)分布:含水量較低,有機物較豐富的,呈微鹼性的土壤中
(4)繁殖:通過形成無性孢子的形式進行無性繁殖
3 病毒
(2)結構：蛋白質衣殼以及核酸（核酸為DNA或RNA）
營養
一、微生物的化學組成
C,H,O,N,P,S以及其他元素
二、微生物的營養物質
1 水和無機鹽
3氮源:凡能為微生物提供所必需氮元素的營養物質來源
4 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
根據碳源和能源分類:
5生長因子:微生物生長不可缺少的微量有機物
能引起人和動物致病的微生物叫病源微生物，有八大類：
1.真菌:引起皮膚病。深部組織上感染。
2放線菌：皮膚，傷口感染。
8支原體：肺炎，尿路感染。
相關研究
有些人誤將真菌當作細菌，是一種比較普遍的誤解。尤其以80年代以前未受過系統生物學教育者。
微生物對人類最重要的影響之一是導致傳染病的流行。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占據第一位。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。在疾病的預防和治療方面，人類取得了長足的進展，但是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。
微生物千姿百態，有些是腐敗性的，即引起食品氣味和組織結構發生不良變化。當然有些微生物是有益的，它們可用來生產如乳酪，麵包，泡菜，啤酒和葡萄酒。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么大。想像一下一滴牛奶，每毫升腐敗的牛奶中約有5千萬個細菌，或者講每夸脫牛奶中細菌總數約為50億。也就是一滴牛奶中可有含有50 億個細菌。
微生物能夠致病，能夠造成食品、布匹、皮革等發霉腐爛，但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黴素，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。一些微生物被廣泛套用於工業發酵，生產乙醇、食品及各種酶製劑等；一部分微生物能夠降解塑膠、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占自然界中存在的微生物的很少一部分。
微生物間的相互作用機制也相當奧秘。例如健康人腸道中即有大量細菌存在，稱正常菌群，其中包含的細菌種類高達上百種。在腸道環境中這些細菌相互依存，互惠共生。食物、有毒物質甚至藥物的分解與吸收，菌群在這些過程中發揮的作用，以及細菌之間的相互作用機制還不明了。一旦菌群失調，就會引起腹瀉。
隨著醫學研究進入分子水平，人們對基因、遺傳物質等專業術語也日漸熟悉。人們認識到，是遺傳信息決定了生物體具有的生命特徵，包括外部形態以及從事的生命活動等等，而生物體的基因組正是這些遺傳信息的攜帶者。因此闡明生物體基因組攜帶的遺傳信息，將大大有助於揭示生命的起源和奧秘。在分子水平上研究微生物病原體的變異規律、毒力和致病性，對於傳統微生物學來說是一場革命。
以人類基因組計畫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。為了充分開發微生物（特別是細菌）資源，1994年美國發起了微生物基因組研究計畫（MGP）。通過研究完整的基因組信息開發和利用微生物重要的功能基因，不僅能夠加深對微生物的致病機制、重要代謝和調控機制的認識，更能在此基礎上發展一系列與我們的生活密切相關的基因工程產品，包括：接種用的疫苗、治療用的新藥、診斷試劑和套用於工農業生產的各種酶製劑等等。通過基因工程方法的改造，促進新型菌株的構建和傳統菌株的改造，全面促進微生物工業時代的來臨。
工業微生物涉及食品、製藥、冶金、採礦、石油、皮革、輕化工等多種行業。通過微生物發酵途徑生產抗生素、丁醇、維生素C以及一些風味食品的製備等；某些特殊微生物酶參與皮革脫毛、冶金、採油採礦等生產過程，甚至直接作為洗衣粉等的添加劑；另外還有一些微生物的代謝產物可以作為天然的微生物殺蟲劑廣泛套用於農業生產。通過對枯草芽孢桿菌的基因組研究，發現了一系列與抗生素及重要工業用酶的產生相關的基因。乳酸桿菌作為一種重要的微生態調節劑參與食品發酵過程，對其進行的基因組學研究將有利於找到關鍵的功能基因，然後對菌株加以改造，使其更適於工業化的生產過程。國內維生素C兩步發酵法生產過程中的關鍵菌株氧化葡萄糖酸桿菌的基因組研究，將在基因組測序完成的前提下找到與維生素C生產相關的重要代謝功能基因，經基因工程改造，實現新的工程菌株的構建，簡化生產步驟，降低生產成本，繼而實現經濟效益的大幅度提升。對工業微生物開展的基因組研究，不斷發現新的特殊酶基因及重要代謝過程和代謝產物生成相關的功能基因，並將其套用於生產以及傳統工業、工藝的改造，同時推動現代生物技術的迅速發展。
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
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我國正在開展的黃單胞菌的研究等正在進行之中。日前植物固氮根瘤菌的全序列也剛剛測定完成。借鑑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，可以嘗試性地套用到植物病原體上。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。
環境保護微生物基因組研究找到關鍵基因降解不同污染物
在全面推進經濟發展的同時，濫用資源、破壞環境的現象也日益嚴重。面對全球環境的一再惡化，提倡環保成為全世界人民的共同呼聲。而生物除污在環境污染治理中潛力巨大，微生物參與治理則是生物除污的主流。微生物可降解塑膠、甲苯等有機物；還能處理工業廢水中的磷酸鹽、含硫廢氣以及土壤的改良等。微生物能夠分解纖維素等物質，並促進資源的再生利用。對這些微生物開展的基因組研究，在深入了解特殊代謝過程的遺傳背景的前提下，有選擇性的加以利用，例如找到不同污染物降解的關鍵基因，將其在某一菌株中組合，構建高效能的基因工程菌株，一菌多用，可同時降解不同的環境污染物質，極大發揮其改善環境、排除污染的潛力。美國基因組研究所結合生物晶片方法對微生物進行了特殊條件下的表達譜的研究，以期找到其降解有機物的關鍵基因，為開發及利用確定目標。
有一種嗜極菌，它能夠暴露於數千倍強度的輻射下仍能存活，而人類一個劑量強度就會死亡。該細菌的染色體在接受幾百萬拉德a射線後粉碎為數百個片段，但能在一天內將其恢復。研究其DNA修復機制對於發展在輻射污染區進行環境的生物治理非常有意義。開發利用嗜極菌的極限特性可以突破當前生物技術領域中的一些局限，建立新的技術手段，使環境、能源、農業、健康、輕化工等領域的生物技術能力發生革命。來自極端微生物的極端酶，可在極端環境下行使功能，將極大地拓展酶的套用空間，是建立高效率、低成本生物技術加工過程的基礎，例如PCR技術中的TagDNA聚合酶、洗滌劑中的鹼性酶等都具有代表意義。極端微生物的研究與套用將是取得現代生物技術優勢的重要途徑，其在新酶、新藥開發及環境整治方面套用潛力極大。
微生物在整個生命世界中的地位!
古菌域包括嗜泉古菌界（Crenarchaeota）、廣域古菌界（Euryarchaeota）和初生古菌界（Korarchaeota）；細菌域包括細菌、放線菌、藍細菌和各種除古菌以外的其它原核生物；真核生物域包括真菌、原生生物、動物和植物。除動物和植物以外，其它絕大多數生物都屬微生物範疇。由此可見，微生物在生物界級分類中占有特殊重要的地位。
生命進化一直是人們關注的熱點。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。
形態特點
1.個體微小，結構簡單
在形態上，個體微小，肉眼看不見，需用顯微鏡觀察，細胞大小以微米和納米計量。
2.繁殖快
生長繁殖快，在實驗室培養條件下細菌幾十分鐘至幾小時可以繁殖一代。
3.代謝類型多，活性強。
4.分布廣泛
有高等生物的地方均有微生物生活，動植物不能生活的極端環境也有微生物存在。
5.數量多
在局部環境中數量眾多，如每克土壤含微生物幾千萬至幾億個。
6.易變異
所以微生物是很好的研究對象，具有廣泛的用途。
以海洋水體為正常棲居環境的一切微生物。但由於學科傳統及研究方法的不同,本文不介紹單細胞藻類,而只討論細菌、真菌及噬菌體等狹義微生物學的對象。海洋細菌是海洋生態系統中的重要環節。作為分解者它促進了物質循環；在海洋沉積成岩及海底成油成氣過程中，都起了重要作用。還有一小部分化能自養菌則是深海生物群落中的生產者。海洋細菌可以污損水工構築物，在特定條件下其代謝產物如氨及硫化氫也可毒化養殖環境，從而造成養殖業的經濟損失。但海洋微生物的頡頏作用可以消滅陸源致病菌，它的巨大分解潛能幾乎可以淨化各種類型的污染，它還可能提供新抗生素以及其他生物資源，因而隨著研究技術的進展，海洋微生物日益受到重視。
特性
嗜鹽性
嗜冷性
嗜壓性
海洋中靜水壓力因水深而異，水深每增加10米,靜水壓力遞增1個標準大氣壓。海洋最深處的靜水壓力可超過1000大氣壓。深海水域是一個廣闊的生態系統,約56%以上的海洋環境處在100～1100大氣壓的壓力之中，嗜壓性是深海微生物獨有的特性。來源於淺海的微生物一般只能忍耐較低的壓力，而深海的嗜壓細菌則具有在高壓環境下生長的能力，能在高壓環境中保持其酶系統的穩定性。研究嗜壓微生物的生理特性必需藉助高壓培養器來維持特定的壓力。那種嚴格依賴高壓而存活的深海嗜壓細菌，由於研究手段的限制迄今尚難於獲得純培養菌株。根據自動接種培養裝置在深海實地實驗獲得的微生物生理活動資料判斷，在深海底部微生物分解各種有機物質的過程是相當緩慢的。
低營養性
海水中營養物質比較稀薄，部分海洋細菌要求在營養貧乏的培養基上生長。在一般營養較豐富的培養基上，有的細菌於第一次形成菌落後即迅速死亡，有的則根本不能形成菌落。這類海洋細菌在形成菌落過程中因其自身代謝產物積聚過甚而中毒致死。這種現象說明常規的平板法並不是一種最理想的分離海洋微生物方法。
趨化性與附著生長
海水中的營養物質雖然稀薄，但海洋環境中各種固體表面或不同性質的界面上吸附積聚著較豐富的營養物。絕大多數海洋細菌都具有運動能力。其中某些細菌還具有沿著某種化合物濃度梯度移動的能力，這一特點稱為趨化性。某些專門附著于海洋植物體表而生長的細菌稱為植物附生細菌。海洋微生物附著在海洋中生物和非生物固體的表面，形成薄膜，為其他生物的附著造成條件，從而形成特定的附著生物區系。
在顯微鏡下觀察細菌形態時，有時在同一株細菌純培養中可以同時觀察到多種形態,如球形橢圓形、大小長短不一的桿狀或各種不規則形態的細胞。這種多形現象在海洋革蘭氏陰性桿菌中表現尤為普遍。這種特性看來是微生物長期適應複雜海洋環境的產物。
分布
海洋細菌分布廣、數量多，在海洋生態系統中起著特殊的作用。海洋中細菌數量分布的規律是：近海區的細菌密度較大洋大，內灣與河口內密度尤大；表層水和水底泥界面處細菌密度較深層水大，一般底泥中較海水中大；不同類型的底質間細菌密度差異懸殊，一般泥土中高於沙土。大洋海水中細菌密度較小，每毫升海水中有時分離不出1個細菌菌落,因此必須採用薄膜過濾法:將一定體積的海水樣品用孔徑0.2微米的薄膜過濾，使樣品中的細菌聚集在薄膜上，再採用直接顯微計數法或培養法計數。大洋海水中細菌密度一般為每40毫升幾個至幾十個。在海洋調查時常發現某一水層中細菌數量劇增，這種微區分布現象主要決定於海水中有機物質的分布狀況。一般在赤潮之後往往伴隨著細菌數量增長的高峰。有人試圖利用微生物分布狀況來指示不同水團或溫躍層界面處有機物質積聚的特點，進而分析水團來源或轉移的規律。
海洋真菌多集中分布於近岸海域的各種基底上，按其棲住對象可分為寄生於動植物、附著生長於藻類和棲住於木質或其他海洋基底上等類群。某些真菌是熱帶紅樹林上的特殊菌群。某些藻類與菌類之間存在著密切的營養供需關係，稱為藻菌半共生關係。
大洋海水中酵母菌密度為每升 5～10個。近岸海水中可達每升幾百至幾千個。海洋酵母菌主要分布於新鮮或腐爛的海洋動植物體上，海洋中的酵母菌多數來源於陸地，只有少數種被認為是海洋種。海洋中酵母菌的數量分布僅次於海洋細菌。
作用
在海洋環境中的作用。海洋堪稱為世界上最龐大的恆化器，能承受巨大的衝擊（如污染）而仍保持其生命力和生產力；微生物在其中是不可缺少的活躍因素。自人類開發利用海洋以來，競爭性的捕撈和航海活動、大工業興起帶來的污染以及海洋養殖場的無限擴大，使海洋生態系統的動態平衡遭受嚴重破壞。海洋微生物以其敏感的適應能力和快速的繁殖速度在發生變化的新環境中迅速形成異常環境微生物區系，積極參與氧化還原活動，調整與促進新動態平衡的形成與發展。從暫時或局部的效果來看，其活動結果可能是利與弊兼有，但從長遠或全局的效果來看，微生物的活動始終是海洋生態系統發展過程中最積極的一環。
海洋中的微生物多數是分解者，但有一部分是生產者，因而具有雙重的重要性。實際上，微生物參與海洋物質分解和轉化的全過程。海洋中分解有機物質的代表性菌群是：分解有機含氮化合物者有分解明膠、魚蛋白、蛋白腖、多肽、胺基酸、含硫蛋白質以及尿素等的微生物；利用碳水化合物類者有主要利用各種糖類、澱粉、纖維素、瓊脂、褐藻酸、幾丁質以及木質素等的微生物。此外，還有降解烴類化合物以及利用芬香化合物如酚等的微生物。海洋微生物分解有機物質的終極產物如氨、硝酸鹽、磷酸鹽以及二氧化碳等都直接或間接地為海洋植物提供主要營養。微生物在海洋無機營養再生過程中起著決定性的作用。某些海洋化能自養細菌可通過對氨、亞硝酸鹽、甲烷、分子氫和硫化氫的氧化過程取得能量而增殖。在深海熱泉的特殊生態系中，某些硫細菌是利用硫化氫作為能源而增殖的生產者。另一些海洋細菌則具有光合作用的能力。不論異養或自養微生物，其自身的增殖都為海洋原生動物、浮遊動物以及底棲動物等提供直接的營養源。這在食物鏈上有助於初級或高層次的生物生產。在深海底部，硫細菌實際上負擔了全部初級生產。
