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微 生 物 学
MICROBIOLOGY
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第一章 绪论 Introduction
第一节 微生物的定义和基本特点 一 . 微生物的定义：是对所有形体微小、单细胞 的或个体结构较为简单的多细胞的、或没有细胞 结构的低等生物的通称. 微生物不是一个正式的学术名词(即分类学名词) 微生物：Microorganism 或 Microbe 二.微生物种类和范围： 细菌 Bacteria、 放线菌 Actinomycetes、 酵母菌 Yeast、 丝状真菌(霉菌)Mould、 立克次氏体 Rickettsia、支原体 Mycoplasma、 衣原体 Chlamydia、 螺旋体 Spirochaeta、 病毒 Virus 蓝细菌 Cyanobacteria、 单细胞藻 Protoalgae、 原生动物 Protozoan 2
微生物保持了生物圈的许多记录：它是生物圈中的年长者，大约 迄今32亿年以前，微生物就悄悄地出现在地球上了，后来才陆续出 现了植物、动物和人类；微生物是自然界最大的“食客”，它能利 用的食粮远远多于动植物所能利用的范围，糖类、脂肪酸、蛋白质、 无机盐，人工合成的有机或无机化合物，甚至其它生物厌恶的石油 和天然气等，微生物都能加以利用；它是自然界中的“集团军”， 一个感冒的人，打一个喷嚏就含有1500万个左右的病菌，土壤更是 微生物的“大本营”，通常在一克土壤里就有数亿个微生物；它是 自然界中的“超生大户”，如大肠杆菌平均20分钟分裂一次，若每 个子细胞都具有同样的繁殖能力，那么从理论上24小时可繁殖72代； 微生物还是生物圈中的善变者，当外界环境一变化，在千分之一秒 内，它们就会发生相应的反应，这种特性使得微生物在大自然的选 择作用下能在其它生物不能生存的环境中安居乐业，例如，海洋深 处的硫细菌可在250℃甚至300℃的高温条件下正常生长，大多数细 菌能耐0～-196℃（液氮）的任何低温，一些嗜盐菌甚至能在32% 的饱和盐水中正常生活，许多微生物尤其是产芽孢的细菌可在干燥 7 条件下保存几十年……
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四. 微生物的特点 微生物与动植物相比，具有以 下特点 1. 生长旺，繁殖快：以细菌而言，一般20-30min 分裂一次，一个细菌 24 小时可繁殖 72 代，这样原 始的一个细菌将变成 272个细菌，如按每 10亿个细 菌重 1mg 计， 272 个细菌将超过 4722 吨。微生物的 这种繁殖速度给其工业化生产提供了有利条件。 2. 食谱杂，培养易：自然界中的易利用物质如蛋 白质、糖类、脂肪和无机盐以及难利用物质如纤 维素、石油、塑料，甚至有害物质如氰、酚类、 聚氯联苯、有关农药等均能被不同种类的微生物 利用、分解和转化。利用微生物的这个特点可以 开展废物综合利用和环境污染的处理。 因微生物食谱杂，故对营养要求一般不高。很 多不易被动植物所利用的农副产品和工厂下脚料， 如麸皮、饼粉、酒糟等均可作为培养微生物的营 养基质。微生物代谢反应条件温和，不受地域、 9 设备和环境条件的严格限制。
三. 微生物在生物界或生物圈的地位 分类学家对所有生命所确定的六界系统 1. 原核生物界Monera：包括细菌和蓝细菌； 2. 原生生物界Protistae：包括大部分藻类与 原生动物； 3. 真菌界Fungi：包括酵母菌、霉菌和粘菌； 4. 病毒界Virusia：包括真病毒和亚病毒 (类病毒、卫星RNA、朊病毒) 5. 植物界Plantae 6. 动物界Animalia 经典微生物学所研究的对象是细菌、放线菌、 酵母菌、霉菌、病毒和原核生物藻类等。
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微生物的一级分类 1.原核微生物：细菌、放线菌、蓝细菌、 立克次氏体、支原体、衣原体、螺旋体； (这类微生物不具有真正的细胞核构造) 2.真核微生物：酵母菌、霉菌、蕈菌、 单细胞藻类、原生动物； (这类微生物具有完整的细胞核结构) 3.非细胞型微生物(亦称分子生物)：病毒 (这类生物仅由生物大分子核酸与蛋白组成)
3. 分布广，种类多：微生物的生存范围几乎是生 物圈的上限和下限。微生物的分布密度随环境条 件的不同而异，土壤是微生物的“大本营”。微 生物的广泛分布暗示着具有多种类型的菌种资源， 尤其在特殊生态环境下的微生物往往具有特殊的 生理代谢功能，因此开发、利用和保护这些微生 物资源成为可持续发展战略的重要内容。（书P6-7） 4. 体积小，比表面积大：这样一个系统，使微生 物具有了巨大的营养物吸收面、代谢废物的排泄 面和环境信息的接受面。
微生物之所以有如此多的能耐，与它代谢类型极其多样 是分不开的。它们具有动植物不具备的特别的代谢途径和 功能，如厌氧生活、生物固氮和不释放氧的光合作用等。 其“食谱”之广也是动植物所不能相比的。凡自然界存在 的有机物，几乎都能被微生物利用，甚至用其它方法难以 降解的农药、清洁剂、橡胶以及毒性较大的化工产品，如 甲苯、萘、酚等都能被微生物分解。我们不禁要产生这样 的疑问：是不是地球上所有的物质都能找到相应的微生物 将其分解呢？能不能分离到一种微生物用来对付现今最令 人头疼的“白色污染”呢？为什么在90℃的高温、-80℃ 低温的极端温度下微生物还能进行生命活动呢？为什么在 几千米深海，几万米的高空中还能找到正常生活的微生物 呢？而在这些苛刻的极端环境中，比单细胞微生物高级得 多的人类却无法生存呢？…… 8
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生物圈的三界划分：细菌、古细菌、真核生物
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不同生命形式的演化树
purple bacteria 紫色细菌 aquifex 嗜水微生物 methanobacteria 甲烷细菌 ciliates 纤毛虫 slime molds 粘菌 microsporidia 微孢子虫
cyanobacteria 蓝细菌 flavobacteria 黄杆菌 thermo- 嗜热微生物 halophilie 嗜盐细菌 thermoproteus 嗜热变形杆菌 entamobae 变形虫 flagellates 鞭毛虫 trichomonads 毛滴虫 diplomonads 6
MICROBIOLOGY
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第一章 绪论 Introduction
第一节 微生物的定义和基本特点 一 . 微生物的定义：是对所有形体微小、单细胞 的或个体结构较为简单的多细胞的、或没有细胞 结构的低等生物的通称. 微生物不是一个正式的学术名词(即分类学名词) 微生物：Microorganism 或 Microbe 二.微生物种类和范围： 细菌 Bacteria、 放线菌 Actinomycetes、 酵母菌 Yeast、 丝状真菌(霉菌)Mould、 立克次氏体 Rickettsia、支原体 Mycoplasma、 衣原体 Chlamydia、 螺旋体 Spirochaeta、 病毒 Virus 蓝细菌 Cyanobacteria、 单细胞藻 Protoalgae、 原生动物 Protozoan 2
微生物保持了生物圈的许多记录：它是生物圈中的年长者，大约 迄今32亿年以前，微生物就悄悄地出现在地球上了，后来才陆续出 现了植物、动物和人类；微生物是自然界最大的“食客”，它能利 用的食粮远远多于动植物所能利用的范围，糖类、脂肪酸、蛋白质、 无机盐，人工合成的有机或无机化合物，甚至其它生物厌恶的石油 和天然气等，微生物都能加以利用；它是自然界中的“集团军”， 一个感冒的人，打一个喷嚏就含有1500万个左右的病菌，土壤更是 微生物的“大本营”，通常在一克土壤里就有数亿个微生物；它是 自然界中的“超生大户”，如大肠杆菌平均20分钟分裂一次，若每 个子细胞都具有同样的繁殖能力，那么从理论上24小时可繁殖72代； 微生物还是生物圈中的善变者，当外界环境一变化，在千分之一秒 内，它们就会发生相应的反应，这种特性使得微生物在大自然的选 择作用下能在其它生物不能生存的环境中安居乐业，例如，海洋深 处的硫细菌可在250℃甚至300℃的高温条件下正常生长，大多数细 菌能耐0～-196℃（液氮）的任何低温，一些嗜盐菌甚至能在32% 的饱和盐水中正常生活，许多微生物尤其是产芽孢的细菌可在干燥 7 条件下保存几十年……
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四. 微生物的特点 微生物与动植物相比，具有以 下特点 1. 生长旺，繁殖快：以细菌而言，一般20-30min 分裂一次，一个细菌 24 小时可繁殖 72 代，这样原 始的一个细菌将变成 272个细菌，如按每 10亿个细 菌重 1mg 计， 272 个细菌将超过 4722 吨。微生物的 这种繁殖速度给其工业化生产提供了有利条件。 2. 食谱杂，培养易：自然界中的易利用物质如蛋 白质、糖类、脂肪和无机盐以及难利用物质如纤 维素、石油、塑料，甚至有害物质如氰、酚类、 聚氯联苯、有关农药等均能被不同种类的微生物 利用、分解和转化。利用微生物的这个特点可以 开展废物综合利用和环境污染的处理。 因微生物食谱杂，故对营养要求一般不高。很 多不易被动植物所利用的农副产品和工厂下脚料， 如麸皮、饼粉、酒糟等均可作为培养微生物的营 养基质。微生物代谢反应条件温和，不受地域、 9 设备和环境条件的严格限制。
三. 微生物在生物界或生物圈的地位 分类学家对所有生命所确定的六界系统 1. 原核生物界Monera：包括细菌和蓝细菌； 2. 原生生物界Protistae：包括大部分藻类与 原生动物； 3. 真菌界Fungi：包括酵母菌、霉菌和粘菌； 4. 病毒界Virusia：包括真病毒和亚病毒 (类病毒、卫星RNA、朊病毒) 5. 植物界Plantae 6. 动物界Animalia 经典微生物学所研究的对象是细菌、放线菌、 酵母菌、霉菌、病毒和原核生物藻类等。
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微生物的一级分类 1.原核微生物：细菌、放线菌、蓝细菌、 立克次氏体、支原体、衣原体、螺旋体； (这类微生物不具有真正的细胞核构造) 2.真核微生物：酵母菌、霉菌、蕈菌、 单细胞藻类、原生动物； (这类微生物具有完整的细胞核结构) 3.非细胞型微生物(亦称分子生物)：病毒 (这类生物仅由生物大分子核酸与蛋白组成)
3. 分布广，种类多：微生物的生存范围几乎是生 物圈的上限和下限。微生物的分布密度随环境条 件的不同而异，土壤是微生物的“大本营”。微 生物的广泛分布暗示着具有多种类型的菌种资源， 尤其在特殊生态环境下的微生物往往具有特殊的 生理代谢功能，因此开发、利用和保护这些微生 物资源成为可持续发展战略的重要内容。（书P6-7） 4. 体积小，比表面积大：这样一个系统，使微生 物具有了巨大的营养物吸收面、代谢废物的排泄 面和环境信息的接受面。
微生物之所以有如此多的能耐，与它代谢类型极其多样 是分不开的。它们具有动植物不具备的特别的代谢途径和 功能，如厌氧生活、生物固氮和不释放氧的光合作用等。 其“食谱”之广也是动植物所不能相比的。凡自然界存在 的有机物，几乎都能被微生物利用，甚至用其它方法难以 降解的农药、清洁剂、橡胶以及毒性较大的化工产品，如 甲苯、萘、酚等都能被微生物分解。我们不禁要产生这样 的疑问：是不是地球上所有的物质都能找到相应的微生物 将其分解呢？能不能分离到一种微生物用来对付现今最令 人头疼的“白色污染”呢？为什么在90℃的高温、-80℃ 低温的极端温度下微生物还能进行生命活动呢？为什么在 几千米深海，几万米的高空中还能找到正常生活的微生物 呢？而在这些苛刻的极端环境中，比单细胞微生物高级得 多的人类却无法生存呢？…… 8
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生物圈的三界划分：细菌、古细菌、真核生物
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不同生命形式的演化树
purple bacteria 紫色细菌 aquifex 嗜水微生物 methanobacteria 甲烷细菌 ciliates 纤毛虫 slime molds 粘菌 microsporidia 微孢子虫
cyanobacteria 蓝细菌 flavobacteria 黄杆菌 thermo- 嗜热微生物 halophilie 嗜盐细菌 thermoproteus 嗜热变形杆菌 entamobae 变形虫 flagellates 鞭毛虫 trichomonads 毛滴虫 diplomonads 6