微生物(microorganism)，包括細(xì)菌、病毒、真菌以及一些小型的原生動(dòng)物等在內(nèi)的一大類生物群體，個(gè)體微小，與人類生活密切相關(guān)。廣泛涉及健康、醫(yī)藥、工農(nóng)業(yè)、環(huán)保等諸多領(lǐng)域。在中國(guó)大陸地區(qū)的教科書(shū)中，均將微生物劃分為以下8大類：細(xì)菌、病毒、真菌、放線菌、立克次體、支原體、衣原體、螺旋體。
特點(diǎn)介紹
個(gè)體微小，一般<0.1mm。
構(gòu)造簡(jiǎn)單，有單細(xì)胞的，簡(jiǎn)單多細(xì)胞的，非細(xì)胞的。進(jìn)化地位低，大多依靠有機(jī)物維持生命
基本分類
原核類：三菌，三體。
三菌：細(xì)菌、藍(lán)細(xì)菌、放線菌三體：支原體、衣原體、立克次氏體。
真核類: 真菌，原生動(dòng)物，顯微藻類。
非細(xì)胞類： 病毒，亞病毒( 類病毒，擬病毒，朊病毒)。
類群種類
原核：細(xì)菌、放線菌、螺旋體、支原體、立克次氏體、衣原體。
真核：真菌、藻類(部分)、原生動(dòng)物(部分)。
非細(xì)胞類：病毒和亞病毒。
一般地，在中國(guó)大陸地區(qū)的教科書(shū)中，均將微生物劃分為以下8大類：
細(xì)菌、病毒、真菌、放線菌(廣義上屬于細(xì)菌的一種)、立克次體、支原體、衣原體、螺旋體。[1]
細(xì)菌
(1)定義：一類細(xì)胞細(xì)短，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，胞壁堅(jiān)韌，多以二分裂方式繁殖和水生性強(qiáng)的原核生物。
(2)分布:溫暖，潮濕和富含有機(jī)質(zhì)的地方。
(3)結(jié)構(gòu)：主要是單細(xì)胞的原核生物，有球形，桿形，螺旋形。
基本結(jié)構(gòu)：細(xì)胞膜細(xì)胞壁細(xì)胞質(zhì)核質(zhì)。
特殊結(jié)構(gòu)：莢膜、鞭毛、菌毛、芽胞。
(4)繁殖: 主要以二分裂方式進(jìn)行繁殖的。
(5)菌落： 單個(gè)細(xì)菌用肉眼是看不見(jiàn)的，當(dāng)單個(gè)或少數(shù)細(xì)菌在固體培養(yǎng)基上大量繁殖時(shí)，便會(huì)形成一個(gè)肉眼可見(jiàn)的，具有一定形態(tài)結(jié)構(gòu)的子細(xì)胞群落。
菌落是菌種鑒定的重要依據(jù)。不同種類的細(xì)菌菌落的大小，形狀光澤度顏色硬度透明度都不同。
放線菌
(1)定義:一類主要成菌絲狀生長(zhǎng)和以孢子繁殖的陸生性較強(qiáng)的原核生物
(2)分布：含水量較低，有機(jī)物較豐富的，呈微堿性的土壤中。
(3)形態(tài)構(gòu)造:主要由菌絲組成，包括基內(nèi)菌絲和氣生菌絲(部分氣生菌絲可以成熟分化為孢子絲，產(chǎn)生孢子) 。
(4)繁殖：通過(guò)形成無(wú)性孢子的形式進(jìn)行無(wú)性繁殖
無(wú)性繁殖有性繁殖。
(5)菌落:在固體培養(yǎng)基上：干燥，不透明，表面呈致密的絲絨狀，彩色干粉。[2]
病毒
(1) 定義:一類由核酸和蛋白質(zhì)等少數(shù)幾種成分組成的“非細(xì)胞生物”，但是它的生存必須依賴于活細(xì)胞。
(2)結(jié)構(gòu)：[font class="Apple-style-span" style="font-family: -webkit-monospace; font-size: 13px; line-height: normal; white-space: pre-wrap; "]蛋白質(zhì)衣殼以及核酸(核酸為DNA或RNA)[/font]。
(3)大?。阂话阒睆皆?00nm左右，zui大的病毒直徑為200nm的牛痘病毒，zui小的病毒直徑為28nm的脊髓灰質(zhì)炎病毒。
(4)增殖:病毒的生命活動(dòng)中
一個(gè)顯著的特點(diǎn)為寄生性。病毒只能寄生在某種特定的活細(xì)胞內(nèi)才能生活。并利用宿主細(xì)胞內(nèi)的環(huán)境及原料快速?gòu)?fù)制增值。在非寄生狀態(tài)時(shí)呈結(jié)晶狀，不能進(jìn)行獨(dú)立的代謝活動(dòng)。以噬菌體為例： 吸附→DNA注入→復(fù)制、合成→組裝→釋放。
微生物的化學(xué)組成
C、H、O、N、P、S以及其他元素。
微生物的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)
1 水和無(wú)機(jī)鹽
2 碳源:凡能為微生物提供生長(zhǎng)繁殖所需碳元素的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。
來(lái)源：周圍環(huán)境中的有機(jī)物質(zhì)，常用的有糖類、油脂、有機(jī)酸及有機(jī)酸酯和小分子醇。
作用：碳源對(duì)微生物生長(zhǎng)代謝的作用主要為提供細(xì)胞的碳架，提供細(xì)胞生命活動(dòng)所需的能量，提供合成產(chǎn)物的碳架。
3氮源：凡能為微生物提供所必需氮元素的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。
來(lái)源：周圍環(huán)境中得有機(jī)無(wú)機(jī)含氮物質(zhì)。
作用:主要用于合成蛋白質(zhì)，核酸以及含氮的代謝產(chǎn)物。
4能源:能為微生物生命活動(dòng)提供zui初能源來(lái)源的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)或輻射能。
5生長(zhǎng)因子：微生物生長(zhǎng)*的微量有機(jī)物[1]
病源微生物
能引起人和動(dòng)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。
3螺旋體：皮膚病，血液感染 如梅毒，鉤端螺旋體病。
4細(xì)菌：皮膚病化膿，上呼吸道感染，泌尿道感染，食物中毒，敗血壓癥，急性傳染病等。
5立克次氏體：斑疹傷寒等。
6衣原體：沙眼，泌尿生殖道感染。
7病毒：肝炎，乙型腦炎，麻疹，艾滋病等。
8支原體：肺炎，尿路感染。
生物界的微生物達(dá)幾萬(wàn)種，大多數(shù)對(duì)人類有益，只有一少部份能致病。有些微生物通常不致病，在特定環(huán)境下能引起感染稱條件致病菌。 能引起食品變質(zhì)，腐敗，正因?yàn)樗鼈兎纸庾匀唤绲奈矬w，才能完成大自然的物質(zhì)循環(huán)
五大共性
體積小，面積大;
吸收多，轉(zhuǎn)化快;
生長(zhǎng)旺，繁殖快;
適應(yīng)強(qiáng)，易變異;
分布廣，種類多。
zui大zui小
目前世界上已知zui大的微生物：1985年Fishelson、Montgomery及Myrberg三人發(fā)現(xiàn)一種生長(zhǎng)于紅海水域中的熱帶魚(yú)(名叫surgeonfish)的小腸管道中的微生物，這是當(dāng)時(shí)世界上所發(fā)現(xiàn)zui大的微生物。它外形酷似雪茄煙，長(zhǎng)約200～500μm，zui長(zhǎng)可達(dá)600μm，體積約為大腸桿菌的100萬(wàn)倍，這種微生物并不需要由顯微鏡觀察便可直接由肉眼察覺(jué)到它的存在。目前zui大的微生物則是1997年，由。Heidi Schulz在納米比亞海岸海洋沉淀土中所發(fā)現(xiàn)的呈球狀的細(xì)菌，直徑約100～750μm。這比之前所提的微生物大上100倍。
目前世界上已知zui小的微生物：支原體，過(guò)去也譯成“霉形體”，它是一類介于細(xì)菌和病毒之間的單細(xì)胞微生物。地球上已知的能獨(dú)立生活的zui小微生物，大小約為100納米。支原體一般都是寄生生物，其中zui有名的當(dāng)屬肺炎支原體(M.Pneumonia)，它能引起哺乳動(dòng)物特別是牛的呼吸器官發(fā)生嚴(yán)重病變
生物作用
微生物對(duì)人類zui重要的影響之一是導(dǎo)致傳染病的流行。在人類疾病中有50%是由病毒引起。世界衛(wèi)生組織公布資料顯示：傳染病的發(fā)病率和病死率在所有疾病中占據(jù)*位。微生物導(dǎo)致人類疾病的歷史，也就是人類與之不斷斗爭(zhēng)的歷史。在疾病的預(yù)防和治療方面，人類取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，但是新現(xiàn)和再現(xiàn)的微生物感染還是不斷發(fā)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(jī)制并不清楚。大量的廣譜抗生素的濫用造成了強(qiáng)大的選擇壓力，使許多菌株發(fā)生變異，導(dǎo)致耐藥性的產(chǎn)生，人類健康受到新的威脅。一些分節(jié)段的病毒之間可以通過(guò)重組或重配發(fā)生變異，zui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(dǎo)致感染的株型發(fā)生了變異，這種快速的變異給疫苗的設(shè)計(jì)和治療造成了很大的障礙。而耐藥性結(jié)核桿菌的出現(xiàn)使原本已近控制住的結(jié)核感染又在世界范圍內(nèi)猖獗起來(lái)。
微生物千姿百態(tài)，有些是腐敗性的，即引起食品氣味和組織結(jié)構(gòu)發(fā)生不良變化。當(dāng)然有些微生物是有益的，它們可用來(lái)生產(chǎn)如奶酪，面包，泡菜，啤酒和葡萄酒。微生物非常小，必須通過(guò)顯微鏡放大約1000 倍才能看到。比如中等大小的細(xì)菌，1000個(gè)疊加在一起只有句號(hào)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(wàn)個(gè)細(xì)菌，或者講每夸脫牛奶中細(xì)菌總數(shù)約為50億。也就是一滴牛奶中可能含有50 億個(gè)細(xì)菌。
微生物能夠致病，能夠造成食品、布匹、皮革等發(fā)霉腐爛，但微生物也有有益的一面。zui早是弗萊明從青霉菌抑制其它細(xì)菌的生長(zhǎng)中發(fā)現(xiàn)了青霉素，這對(duì)醫(yī)藥界來(lái)講是一個(gè)劃時(shí)代的發(fā)現(xiàn)。后來(lái)大量的抗生素從放線菌等的代謝產(chǎn)物中篩選出來(lái)。抗生素的使用在第二次世界大戰(zhàn)中挽救了無(wú)數(shù)人的生命。一些微生物被廣泛應(yīng)用于工業(yè)發(fā)酵，生產(chǎn)乙醇、食品及各種酶制劑等;一部分微生物能夠降解塑料、處理廢水廢氣等等，并且可再生資源的潛力極大，稱為環(huán)保微生物;還有一些能在環(huán)境中生存的微生物，例如：高溫、低溫、高鹽、高堿以及高輻射等普通生命體不能生存的環(huán)境，依然存在著一部分微生物等等?？瓷先ィ覀儼l(fā)現(xiàn)的微生物已經(jīng)很多，但實(shí)際上由于培養(yǎng)方式等技術(shù)手段的限制，人類現(xiàn)今發(fā)現(xiàn)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(jī)制也相當(dāng)奧秘。例如健康人腸道中即有大量細(xì)菌存在，稱正常菌群，其中包含的細(xì)菌種類高達(dá)上百種。在腸道環(huán)境中這些細(xì)菌相互依存，互惠共生。食物、有毒物質(zhì)甚至藥物的分解與吸收，菌群在這些過(guò)程中發(fā)揮的作用，以及細(xì)菌之間的相互作用機(jī)制還不明了。一旦菌群失調(diào)，就會(huì)引起腹瀉。
隨著醫(yī)學(xué)研究進(jìn)入分子水平，人們對(duì)基因、遺傳物質(zhì)等專業(yè)術(shù)語(yǔ)也日漸熟悉。人們認(rèn)識(shí)到，是遺傳信息決定了生物體具有的生命特征，包括外部形態(tài)以及從事的生命活動(dòng)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，將大大有助于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(guī)律、毒力和致病性，對(duì)于傳統(tǒng)微生物學(xué)來(lái)說(shuō)是一場(chǎng)革命。
從分子水平上對(duì)微生物進(jìn)行基因組研究為探索微生物個(gè)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(kāi)發(fā)微生物(特別是細(xì)菌)資源，1994年美國(guó)發(fā)起了微生物基因組研究計(jì)劃(MGP)。通過(guò)研究完整的基因組信息開(kāi)發(fā)和利用微生物重要的功能基因，不僅能夠加深對(duì)微生物的致病機(jī)制、重要代謝和調(diào)控機(jī)制的認(rèn)識(shí)，更能在此基礎(chǔ)上發(fā)展一系列與我們的生活密切相關(guān)的基因工程產(chǎn)品，包括：接種用的疫苗、治療用的新藥、診斷試劑和應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各種酶制劑等等。通過(guò)基因工程方法的改造，促進(jìn)新型菌株的構(gòu)建和傳統(tǒng)菌株的改造，全面促進(jìn)微生物工業(yè)時(shí)代的來(lái)臨。
工業(yè)微生物涉及食品、制藥、冶金、采礦、石油、皮革、輕化工等多種行業(yè)。通過(guò)微生物發(fā)酵途徑生產(chǎn)抗生素、丁醇、維生素C以及一些風(fēng)味食品的制備等;某些特殊微生物酶參與皮革脫毛、冶金、采油采礦等生產(chǎn)過(guò)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(chǎn)物可以作為天然的微生物殺蟲(chóng)劑廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。通過(guò)對(duì)枯草芽孢桿菌的基因組研究，發(fā)現(xiàn)了一系列與抗生素及重要工業(yè)用酶的產(chǎn)生相關(guān)的基因。乳酸桿菌作為一種重要的微生態(tài)調(diào)節(jié)劑參與食品發(fā)酵過(guò)程，對(duì)其進(jìn)行的基因組學(xué)研究將有利于找到關(guān)鍵的功能基因，然后對(duì)菌株加以改造，使其更適于工業(yè)化的生產(chǎn)過(guò)程。國(guó)內(nèi)維生素C兩步發(fā)酵法生產(chǎn)過(guò)程中的關(guān)鍵菌株氧化葡萄糖酸桿菌的基因組研究，將在基因組測(cè)序完成的前提下找到與維生素C生產(chǎn)相關(guān)的重要代謝功能基因，經(jīng)基因工程改造，實(shí)現(xiàn)新的工程菌株的構(gòu)建，簡(jiǎn)化生產(chǎn)步驟，降低生產(chǎn)成本，繼而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的大幅度提升。對(duì)工業(yè)微生物開(kāi)展的基因組研究，不斷發(fā)現(xiàn)新的特殊酶基因及重要代謝過(guò)程和代謝產(chǎn)物生成相關(guān)的功能基因，并將其應(yīng)用于生產(chǎn)以及傳統(tǒng)工業(yè)、工藝的改造，同時(shí)推動(dòng)現(xiàn)代生物技術(shù)的迅速發(fā)展。
經(jīng)濟(jì)作物柑橘的致病菌是上*個(gè)發(fā)表了全序列的植物致病微生物。還有一些在分類學(xué)、生理學(xué)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值上非常重要的農(nóng)業(yè)微生物，例如：胡蘿卜歐文氏菌、植物致病性假單胞菌以及中國(guó)正在開(kāi)展的黃單胞菌的研究等正在進(jìn)行之中。日前植物固氮根瘤菌的全序列也剛剛測(cè)定完成。借鑒已經(jīng)較為成熟的從人類病原微生物的基因組學(xué)信息篩選治療性藥物的方案，可以嘗試性地應(yīng)用到植物病原體上。特別像柑橘的致病菌這種需要昆蟲(chóng)媒介才能完成生活周期的種類，除了殺蟲(chóng)劑能阻斷其生活周期以外，只能通過(guò)遺傳學(xué)研究找到毒力相關(guān)因子，尋找抗性靶位以發(fā)展更有效的控制對(duì)策。固氮菌全部遺傳信息的解析對(duì)于開(kāi)發(fā)利用其固氮關(guān)鍵基因提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量也具有重要的意義。
在環(huán)境下能夠生長(zhǎng)的微生物稱為微生物，又稱嗜極菌。嗜極菌對(duì)環(huán)境具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，微生物基因組的研究有助于從分子水平研究極限條件下微生物的適應(yīng)性，加深對(duì)生命本質(zhì)的認(rèn)識(shí)。
有一種嗜極菌，它能夠暴
露于數(shù)千倍強(qiáng)度的輻射下仍能存活，而人類一個(gè)劑量強(qiáng)度就會(huì)死亡。該細(xì)菌的染色體在接受幾百萬(wàn)拉德a射線后粉碎為數(shù)百個(gè)片段，但能在一天內(nèi)將其恢復(fù)。研究其DNA修復(fù)機(jī)制對(duì)于發(fā)展在輻射污染區(qū)進(jìn)行環(huán)境的生物治理非常有意義。開(kāi)發(fā)利用嗜極菌的極限特性可以突破當(dāng)前生物技術(shù)領(lǐng)域中的一些局限，建立新的技術(shù)手段，使環(huán)境、能源、農(nóng)業(yè)、健康、輕化工等領(lǐng)域的生物技術(shù)能力發(fā)生革命。來(lái)自微生物的酶，可在環(huán)境下行使功能，將極大地拓展酶的應(yīng)用空間，是建立率、低成本生物技術(shù)加工過(guò)程的基礎(chǔ)，例如PCR技術(shù)中的TagDNA聚合酶、洗滌劑中的堿性酶等都具有代表意義。微生物的研究與應(yīng)用將是取得現(xiàn)代生物技術(shù)優(yōu)勢(shì)的重要途徑，其在新酶、新藥開(kāi)發(fā)及環(huán)境整治方面應(yīng)用潛力極大。[3]
折疊編輯本段生物貢獻(xiàn)
現(xiàn)代生物學(xué)的若干基礎(chǔ)性的重大發(fā)現(xiàn)與理論，是在研究微生物的過(guò)程中或以微生物為實(shí)驗(yàn)材料與工具取得的。這些理論包括：證明DNA(脫氧核糖核酸)是遺傳信息的載體(三大經(jīng)典實(shí)驗(yàn)：肺炎球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)、噬菌體實(shí)驗(yàn)、植物病毒的重組實(shí)驗(yàn))。DNA的半保留復(fù)制方式(雙螺旋的每一條子鏈分別、都是復(fù)制模板)。遺傳密碼子的解讀(64個(gè)密碼子各對(duì)應(yīng)20種氨基酸及終止信號(hào)的哪一種)?；虻霓D(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)(operon, promoter, operator, repressor, activator的概念與調(diào)節(jié)方式)。信使RNA的翻譯調(diào)節(jié)(terminator)等等……?，F(xiàn)在，很多常用、通用的生物學(xué)研究技術(shù)依賴于微生物，比如：分子克隆重組蛋白在細(xì)菌或酵母中的表達(dá)。很多醫(yī)學(xué)技術(shù)也依賴于微生物，比如：以病毒為載體的基因治療
基因因素
農(nóng)業(yè)微生物基因組研究認(rèn)清致病機(jī)制發(fā)展控制病害的新對(duì)策。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，每年因病害導(dǎo)致的農(nóng)作物減產(chǎn)可高達(dá)20%，其中植物的細(xì)菌性病害zui為嚴(yán)重。除了培植在遺傳上對(duì)病害有抗性的品種以及加強(qiáng)園藝管理外，似乎沒(méi)有更好的病害防治策略。因此積極開(kāi)展某些植物致病微生物的基因組研究，認(rèn)清其致病機(jī)制并由此發(fā)展控制病害的新對(duì)策顯得十分緊迫。經(jīng)濟(jì)作物柑橘的致病菌是上*個(gè)發(fā)表了全序列的植物致病微生物。還有一些在分類學(xué)、生理學(xué)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值上非常重要的農(nóng)業(yè)微生物，例如：胡蘿卜歐文氏菌、植物致病性假單胞菌以及我國(guó)正在開(kāi)展的黃單胞菌的研究等正在進(jìn)行之中。
微生物能夠分解纖維素等物質(zhì)，并促進(jìn)資源的再生利用。對(duì)這些微生物開(kāi)展的基因組研究，在深入了解特殊代謝過(guò)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(guān)鍵基因，將其在某一菌株中組合，構(gòu)建能的基因工程菌株，一菌多用，可同時(shí)降解不同的環(huán)境污染物質(zhì)，極大發(fā)揮其改善環(huán)境、排除污染的潛力。美國(guó)基因組研究所結(jié)合生物芯片方法對(duì)微生物進(jìn)行了特殊條件下的表達(dá)譜的研究，以期找到其降解有機(jī)物的關(guān)鍵基因，為開(kāi)發(fā)及利用確定目標(biāo)。環(huán)境微生物基因組研究深入認(rèn)識(shí)生命本質(zhì)應(yīng)用潛力極大。在環(huán)境下能夠生長(zhǎng)的微生物稱為微生物，又稱嗜極菌。嗜極菌對(duì)環(huán)境具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，微生物基因組的研究有助于從分子水平研究極限條件下微生物的適應(yīng)性，加深對(duì)生命本質(zhì)的認(rèn)識(shí)。有一種嗜極菌，它能夠暴露于數(shù)千倍強(qiáng)度的輻射下仍能存活，而人類一個(gè)劑量強(qiáng)度就會(huì)死亡。該細(xì)菌的染色體在接受幾百萬(wàn)拉德a射線后粉碎為數(shù)百個(gè)片段，但能在一天內(nèi)將其恢復(fù)。研究其DNA修復(fù)機(jī)制對(duì)于發(fā)展在輻射污染區(qū)進(jìn)行環(huán)境的生物治理非常有意義。開(kāi)發(fā)利用嗜極菌的極限特性可以突破當(dāng)前生物技術(shù)領(lǐng)域中的一些局限，建立新的技術(shù)手段，使環(huán)境、能源、農(nóng)業(yè)、健康、輕化工等領(lǐng)域的生物技術(shù)能力發(fā)生革命。來(lái)自微生物的酶，可在環(huán)境下行使功能，將極大地拓展酶的應(yīng)用空間，是建立率、低成本生物技術(shù)加工過(guò)程的基礎(chǔ)，例如PCR技術(shù)中的TagDNA聚合酶、洗滌劑中的堿性酶等都具有代表意義。微生物的研究與應(yīng)用將是取得現(xiàn)代生物技術(shù)優(yōu)勢(shì)的重要途徑，其在新酶、新藥開(kāi)發(fā)及環(huán)境整治方面應(yīng)用潛力極大
