微生物的多样性讲课教案

微生物的多样性

《微生物学》课程论文微生物的多样性

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2011年6月12日星期日

微生物的多样性

摘要：微生物是一群以分解代谢为主的生物类群，其生物活性十分丰富。根据微生物的生物特性，从物种、生理代谢类群及遗传背景几个方面探讨微生物多样性的问题，使人们更加的了解微生物的多样性，更加全面的认识微生物的多样性,为解决人类目前面临的诸多问题提供更多的途径。

关键词：微生物多样性物种遗传代谢生物类型

生机勃勃的大自然，是多姿多彩的生命赋予的活力，无数生命构成了自然界的生物多样性，看不见的微生物世界也是一个多样性的微生命世界，他们和其他生命一起绘出了这个星球上一道绚丽的风景。微生物是一词，是对所有形体微小、单细胞或个体结构较为简单的多细胞，甚至无细胞结构的低等生物的总称，或简单地说是对人们肉眼看不见的微小的生物的总称。微生物是指在显微镜下才能看见的生物，它不是一个分类学上的名词。

微生物所包含的类群十分庞杂。实际上，在分子生物学技术飞速发展的今天，新的形式、新的种属的微生物仍然在不断地被发现。

微生物作为生物，既有一切生物的共同点：①绝大部分微生物的遗传信息都是由DNA链上的基因所携带，除少数特例外，其复制、表达与调控都遵循中心法则；②微生物的初级代谢途径如蛋白质、核酸、多糖、脂肪酸等大分子物质的合成途径基本相同；③微生物的能量代谢都可以ATP作为能量载体。

微生物作为生物的一大类，除了与其他生物共有的特点外，还具有本身的特点极其独特的生物多样性：①微生物种类的多样性，②微生物的遗传与变异的多样性，③微生物代谢的多样性，④微生物的生态分布的多样性。下面我们将来认识微生物的多样性。

一、微生物物种的多样性

由于微生物的发现和研究比动植物迟得多，加上鉴定种的工作以及划分种的标准等教为困难，目前着重研究的微生物是对人类关系最为密切的一些种，已知种数大约为10万多种，可以预见，睡着分离、培养方法的改进和研究工作的深入，微生物界的物种种数将超过动植物界种数之和。这可以从下面三个方面加以证明。

首先,每年新发现的微生物种数正在急剧地增长着，仅形态较大的真菌每年即有1500种新种的记载；其次，土壤是微生物的大本营，但是在土壤中约有90%的微生物还无法在实验室中加以培养鉴定；第三，由于几乎所有的动植物和微生物中找到了相同的病毒，因此，可以想象，在微生物中，仅病毒的种数即有可能超过其他动植物和微生物之和，况且有的宿主可同时有多种病毒寄生。

微生物不仅种数多，而且个体数量也庞大，具理论推测，在适宜的生长条件下，大肠杆菌经过连续48小时的生长繁殖，可达 2.21043个，约等于4000个地球的重量。可见微生物繁殖之快、数量之大是动植物所不可比拟的，也是微生物应用于发酵工业的巨大优越性。

从上面我们可以看出，微生物作为巨大基因资源库，蕴藏着极为丰富的基因内涵。我们认识、研究和开发它，无疑将给人类带来巨大的效益，对解决现实中存在的诸多问题也具有重要的意义。无论是在农业上，还是在工业生产中，微生物都将给我带来巨大的经济效益和社会效益。

二、微生物遗传的多样性

生物多样性，从本质上讲，源于遗传的多样性。从分子水平上讲，遗传的多样性主要是由于遗传物质的碱基排列顺序的多样性和组成核酸分子的碱基数量的巨大性决定。虽然构成DNA分子的碱基只有4种，但由于DNA分子由几

十万到几百万个碱基对组成，它们的排列顺序就是一个天文数字，而排列顺序的不同，就导致了物种之间的差异。从这一意义上讲，我们看到了生物多样性在宏观领域与微观领域的结合点。

微生物遗传的多样性在基因水平上更为突出，不同的种群间的遗传物质和基因表达具有很大的差异性。具体表现为以下几个方面：①基因组大小和基因组数目的多样性，②遗传物质化学组成和DNA序列的差异，③基因组系列所揭示的遗传背景多样性。

微生物遗传的多样性还可进一步扩展。首先，构成微生物的主要遗传物质不仅仅是DNA分子双链结构，还存在单链DNA、双链RNA、和单链RNA等遗传信息的存在形式；其次，诸如传导、转化和结合及准性生殖等微生物特有的基因重组方式，对加强微生物之间的基因交流、推动新物种的形式，以及物种的进化具有重要作用；另外，加上人类的原生质体融合技术、基因工程技术的参与，使微生物遗传的多样性大大扩展，也为微生物遗传变异提供了多样化手段。

三、微生物代谢的多样性

微生物是物质循环中的分解代谢类群,代谢类型的多样性也表现在物质的分解代谢上,但其中也不乏合成代谢的类群。代谢所利用的能源有光能也有化学能;代谢中产生的电子受体可以是有机物也可以为无机物;代谢的环境可以有氧也可无氧。

除此之外,同一种微生物还会因环境的变化而改变代谢类型,如紫色硫细菌在白天利用光合作用获得能量,并氧化H2S为元素硫,还原CO2为储存物质糖原;而在夜晚或阴天时进行化能营养,氧化糖原产生乙酸。自养营养是细菌特有的生活类型,哪怕是地球上主要的基础生产者——植物的叶绿体也是起源于蓝细菌。但目前对细菌的自养营养方式我们也只肤浅地了解固氮作用和CO2固定作用,而对铁、氢及硫代谢了解甚少。所有自然的或生物合成的物质最终都由微生物

降解,包括纤维素、半纤维素、木质素、难降解的卤素苯环化合物等对于其他生物来说是营养极限的物质。

无论从能量代谢还是从物质代谢角度讲,微生物代谢类型的多样性也是动植物不可比拟的。从营养代谢类型看,主要由光能自养型、光能异养型、化能自养性和化能异养型4种类型组成。如光能自养型,目前已知有3种形式,包括不产氧型光合作用——循环光合磷酸化;产氧型光合作用——非循环光合磷酸化(似绿色植物);嗜盐紫膜菌型光合作用——一种无叶绿素或菌绿素(通过细菌视紫红质)参与的独特光合作用。化能自养型代谢是微生物独有的营养代谢类型,通过氧化无机物(NH4+、NO-、2H2S、S0、H2、Fe2+等)作为还原CO2所需要的ATP和还原力。化能异养型中,包括发酵、无氧呼吸、有氧呼吸等不同生物氧化形式及诸多代谢途径产能。可以这样讲,在自然界只要存在某种有机物(包括人工合成的),就会有相应的微生物去分解利用它,如石油、苯酚、甲苯、丙烯晴、多种染料和农药等。微生物在对碳源利用及氮源利用方面具有极其重要性,如大气中的N2,在自然界中只能通过微生物或在其协助下才能转化为其他生物可利用的氮源。

微生物的营养类型是多样的。根据微生物生长所需的营养物质的性质不同分为异养型生物和自养型生物。根据能量来源不同，分为化能营养型和光能营养型生物蓝细菌、红硫细菌、绿硫细菌是光能自养型生物，它们含有叶绿素或细菌叶绿体，能进行光合作用。红螺菌属于光能异养型微生物。在化能利用菌中又分为无机化能利用菌(I.ithotrophs)和有机利用菌(Organotrophs)。利用无机能源而需有机碳源的是混养菌(Mixotrophs)。但有更多种细菌能利用的有机物极为相同，如:石油、苯、酚、磷苯二酚、三硝基甲苯(TNT)、丙烯睛、多种染料和农药。因而利用微生物能降解稳定有机物的特征来处理自然环境中的污染物，以达到保护环境、防治污染的目的。微生