阅读《环境微生物学（第二版）》郑平

  本文关键词：环境微生物学

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　　一、微生物
　　（一）微生物的定义
　　微生物（microorganism）是一切肉眼看不见或看不清楚的微小生物的总称。微生物种类繁多、形态各异、营养庞杂，但都表现为简单、低等的生命形态；微生物包括非细胞型微生物、原核细胞型微生物和真核细胞型微生物。
　　（二）微生物的特点
　　1.个体微小、结构简单
　　微生物形体微小。观察微生物必须借助于显微镜甚至电子显微镜，将其放大几千倍至几十万倍。测量微生物需用测微尺，细菌以微米（μm）为计量单位；病毒以纳米（nm）为计量单位。
　　微生物结构简单。大多数微生物是单细胞生物，一个细胞就是一个生物个体。病毒由核酸和蛋白质组成，没有细胞结构；亚病毒仅由核酸组成；朊病毒则仅由蛋白质组成。
　　2.代谢活跃、类型多样
　　微生物代谢活跃。由于其个体小，比表面积大（细菌表面积大约为12m2/g干重），微生物能从环境中快速摄取各种营养物质，并将大量代谢产物排出体外。例如，乳酸杆菌每小时产生的代谢产物（乳酸）可多达其体重的1000至10000倍。
　　微生物代谢类型多样。①基质广泛。既能利用无机物（二氧化碳），也能利用有机物作为碳源。②能源谱宽。既能利用太阳能，也能利用化学能作为能源。③适应性强。既能进行有氧呼吸，也能进行发酵或无氧呼吸。④代谢产物多样。既可产生无机产物，也可产生有机产物；既可产生小分子有机物，也可以产生大分子有机物。
　　3.繁殖迅速、容易变异
　　微生物繁殖很快。生长旺盛时，有些细菌每20min就能增殖一代，24h可增殖72代。如果没有其他条件限制，经过一昼夜，1个细菌就可增至47万亿亿（4.7×1021）个。若设1012个细菌的干重为1g，则在1天内，生物量将从10-12g增加到4.7×109g。
　　微生物容易变异。每一世代，细菌出现自发突变的频率约为10-6（即在100万个细菌中有1个发生基因突变），液体培养中的细菌浓度可达108个/mL，这意味着在每毫升培养液中，就有100个细菌发生基因突变。
　　4.抗逆性强、休眠期长
　　微生物抗逆性很强。高温菌可在2.65×107Pa和300℃的高压高温条件下生活；嗜酸菌可在pH 0.5的强酸性条件下生活；嗜盐菌则可在盐浓度30%以上的“死海”中生活。
　　微生物休眠期很长。在不利条件下，微生物可进入休眠状态，有些种类形成特殊休眠体（如细菌芽孢）。据报道，有些细菌芽孢在休眠几百甚至上千年后仍有活力。
　　5.种类繁多、数量巨大
　　微生物种类繁多。它包括病毒、细菌、古菌、放线菌、真菌、藻类和原生动物等类群。据估计，微生物种类数目约为50万～600万种，有记载的约为20万种（1995年），其中病毒4000多种，原核生物3500多种，真菌9万多种，原生动物和藻类10万多种。
　　微生物数量巨大。在温度和湿度适宜、养分丰富的土壤耕作层中，每克土壤的微生物含量高达数亿个。
　　6.分布广泛、分类界级宽
　　微生物分布广泛。在自然界，不论是土壤、水体和空气，还是植物、动物和人体的内部或表面，都存在大量微生物。上至8万多米的高空，下至3000多米的油井；冷至南北极地，热至几百摄氏度的深海火山口，都有微生物踪迹。
　　微生物的分类界级很宽。在反映生物系统发育的三域分类系统中，微生物包含了细菌域和古菌域的全部生物，以及真核生物域的部分生物。
　　（三）微生物的分类、鉴定和命名
　　由于微生物种类繁多，为了便于各类微生物的识别、研究和应用，有必要对其进行分类、鉴定和命名。
　　1.微生物分类
　　分类（classification）是根据一定原则对微生物进行分群归类，把相似或相近的微生物放在一个分类单位中。从大到小，微生物的分类单位依次是域（domain）、界（kingdom）、门（phylum）、纲（class）、目（order）、科（family）、属（genus）、种（species）。在主要分类单位之间，还经常加进次要分类单位，如亚门（subphylum）、亚纲（subclass）、亚目（suborder）、亚科（subfamily）、亚种（subspecies）、变种（variety）。
　　种是分类的基本单位，它是表型特征高度相似、亲缘关系极其接近、与其他种有明显差别的一群菌株的总称。种的特征常用一个指定的典型菌株（type strain）来代表。菌株（strain）是指任何一个独立分离的单细胞（或单个病毒粒子）繁殖而成的纯种群体及其后代。
　　2.微生物鉴定
　　鉴定（identification）是借助现有分类系统，通过特征测定，确定某一微生物的归属单位。
　　微生物的鉴定方法可分成4个水平：①细胞形态和习性水平。主要以经典研究方法，观察微生物的形态特征、运动性、酶反应等。②细胞组分水平。主要以化学分析技术，测定微生物细胞壁、细胞膜、细胞质等的化学成分。③蛋白质水平。主要采用氨基酸序列分析、凝胶电脉、免疫标记等手段，测定微生物蛋白质的特性。④核酸水平。主要采用G+C%值测定、核酸分子杂交、16S（18S）rRNA序列分析等手段，测定微生物核酸的特性。
　　3.微生物命名
　　命名（nomenclature）是按照国际命名法则，给每一个微生物类群或物种一个专有名称。微生物名称有俗名和学名之分。
　　俗名（common name）指普通的、通俗的、地区性的名字，，具有简明和大众化的优点；但往往涵义不确切，易于相互重复，使用范围受到限制。例如，俗名“绿脓杆菌”指“铜绿假单胞菌”（Pseudomonas aeruginosa）。
　　学名（scientific name）是一个菌种的科学名称，它是按照国际学术界的通用规则命名的。学名采用拉丁词或拉丁化的词构成。在出版物中，学名排成斜体（在书写或打字时，在学名之下划一横线，以表示它是斜体）。根据双名法规则，学名通常由一个属名（第一个字母大写）加一个种名（第一个字母小写）构成。出现在分类学文献上的学名，在双名之后往往加上首次定名人（放在括号内）、现名定名人和现名定名年份。即：
　　学名=属名+种名必要（斜体）+（首次定名人）+现名定名人+现名定名年份可省略（正体）例如，大肠埃希氏菌（简称大肠杆菌）
　　Escherichia coli （Migula）Castellani et Chalmers 1919
　　在少数情况下，当某菌株归入一个亚种［subspecies，简写subsp.（正体）］或变种［variety，简写var.（正体）］时，学名应按“三名法”构成。即：
　　学名=属名+种名必要（斜体）+（subsp.或var.）可省略（正体）+亚种或变种名必要（斜体）例如，苏云金芽孢杆菌蜡螟亚种
　　Bacillus thuringiensis subsp.galleria
　　二、微生物学
　　微生物学（microbiology）是在分子、细胞、个体或群体水平上研究微生物的形态构造、生理代谢、遗传变异、生态分布和分类进化等生命活动的基本规律，并将其应用于工业发酵、农业生产、医疗卫生、生物工程和环境保护等领域的学科。它的根本任务是发掘、改善、利用有益微生物，控制、改造、消灭有害微生物。
　　经过长期发展，微生物学产生了许多分支学科。依据所研究的生命现象，可将微生物学划分为微生物分类学、微生物生理学、微生物遗传学等。依据微生物的应用领域，又可将微生物学划分为工业微生物学、农业微生物学、环境微生物学等。按照不同标准，还可将微生物学划分出更多的分支学科。环境微生物学是微生物学的重要分支学科之一。