一、微生物
(一)微生物的定義
微生物(microorganism)是一切肉眼看不見或看不清楚的微小生物的總稱。微生物種類繁多、形態各異、營養龐雜,但都表現為簡單、低等的生命形態;微生物包括非細胞型微生物、原核細胞型微生物和真核細胞型微生物。
(二)微生物的特點
1.個體微小、結構簡單
微生物形體微小。觀察微生物必須借助於顯微鏡甚至電子顯微鏡,將其放大幾千倍至幾十萬倍。測量微生物需用測微尺,細菌以微米(μm)為計量單位;病毒以納米(nm)為計量單位。
微生物結構簡單。大多數微生物是單細胞生物,一個細胞就是一個生物個體。病毒由核酸和蛋白質組成,沒有細胞結構;亞病毒僅由核酸組成;朊病毒則僅由蛋白質組成。
2.代謝活躍、類型多樣
微生物代謝活躍。由於其個體小,比表麵積大(細菌表麵積大約為12m2/g幹重),微生物能從環境中快速攝取各種營養物質,並將大量代謝產物排出體外。例如,乳酸杆菌每小時產生的代謝產物(乳酸)可多達其體重的1000至10000倍。
微生物代謝類型多樣。①基質廣泛。既能利用無機物(二氧化碳),也能利用有機物作為碳源。②能源譜寬。既能利用太陽能,也能利用化學能作為能源。③適應性強。既能進行有氧呼吸,也能進行發酵或無氧呼吸。④代謝產物多樣。既可產生無機產物,也可產生有機產物;既可產生小分子有機物,也可以產生大分子有機物。
3.繁殖迅速、容易變異
微生物繁殖很快。生長旺盛時,有些細菌每20min就能增殖一代,24h可增殖72代。如果沒有其他條件限製,經過一晝夜,1個細菌就可增至47萬億億(4.7×1021)個。若設1012個細菌的幹重為1g,則在1天內,生物量將從10-12g增加到4.7×109g。
微生物容易變異。每一世代,細菌出現自發突變的頻率約為10-6(即在100萬個細菌中有1個發生基因突變),液體培養中的細菌濃度可達108個/mL,這意味著在每毫升培養液中,就有100個細菌發生基因突變。
4.抗逆性強、休眠期長
微生物抗逆性很強。高溫菌可在2.65×107Pa和300℃的高壓高溫條件下生活;嗜酸菌可在pH 0.5的強酸性條件下生活;嗜鹽菌則可在鹽濃度30%以上的“死海”中生活。
微生物休眠期很長。在不利條件下,微生物可進入休眠狀態,有些種類形成特殊休眠體(如細菌芽孢)。據報道,有些細菌芽孢在休眠幾百甚至上千年後仍有活力。
5.種類繁多、數量巨大
微生物種類繁多。它包括病毒、細菌、古菌、放線菌、真菌、藻類和原生動物等類群。據估計,微生物種類數目約為50萬~600萬種,有記載的約為20萬種(1995年),其中病毒4000多種,原核生物3500多種,真菌9萬多種,原生動物和藻類10萬多種。
微生物數量巨大。在溫度和濕度適宜、養分豐富的土壤耕作層中,每克土壤的微生物含量高達數億個。
6.分布廣泛、分類界級寬
微生物分布廣泛。在自然界,不論是土壤、水體和空氣,還是植物、動物和人體的內部或表麵,都存在大量微生物。上至8萬多米的高空,下至3000多米的油井;冷至南北極地,熱至幾百攝氏度的深海火山口,都有微生物蹤跡。
微生物的分類界級很寬。在反映生物係統發育的三域分類係統中,微生物包含了細菌域和古菌域的全部生物,以及真核生物域的部分生物。
(三)微生物的分類、鑒定和命名
由於微生物種類繁多,為了便於各類微生物的識別、研究和應用,有必要對其進行分類、鑒定和命名。
1.微生物分類
分類(classification)是根據一定原則對微生物進行分群歸類,把相似或相近的微生物放在一個分類單位中。從大到小,微生物的分類單位依次是域(domain)、界(kingdom)、門(phylum)、綱(class)、目(order)、科(family)、屬(genus)、種(species)。在主要分類單位之間,還經常加進次要分類單位,如亞門(subphylum)、亞綱(subclass)、亞目(suborder)、亞科(subfamily)、亞種(subspecies)、變種(variety)。