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  • 微生物

    微生物包括:细菌、病毒、真菌以及一些小型的原生生物、显微藻类等在内的一大类生物群体,它个体微小,与人类关系密切。涵盖了有益跟有害的众多种类,广泛涉及食品、医药、工农业、环保等诸多领域。在中国大陆地区的教科书中,均将微生物划分为以下8大类:细菌、病毒、真菌、放线菌、立克次体、支原体、衣原体、螺旋体。有些微生物是肉眼可以看见的,像属于真菌的蘑菇、灵芝等。还有微生物是一类由核酸和蛋白质等少数几种成分组成的“非细胞生物”,但是它的生存必须依赖于活细胞。

    编辑摘要

    基本信息 编辑信息模块

    中文名: 微生物 英文名: micro-organism
    种类: 真核类,原核类,非细胞类 特点: 小,简,低
    • 莫小夏微生物,个体微小,一般<0.1mm。构造简单,有单细胞的、简单多细胞的。非细胞的进化地位低。

    目录

    发现历史/微生物 编辑

    形态学时期

    微生物的形态观察是从安东·列文虎克发明的显微镜开始的,他利用能放大50~300倍的显微镜,清楚地看见了细菌和原生动物,
    微生物微生物
    他的发现和描述首次揭示了一个崭新的生物世界——微生物世界。在微生物学的发展史上具有划时代的意义。

    生理学时期

    继列文虎克发现微生物世界以后的200年间,微生物学的研究基本上停留在形态描述和分门别类阶段。直到19世纪中期,以法国的巴斯德和德国的柯赫为代表的科学家才将微生物的研究从形态描述推进到生理学研究阶段,揭露了微生物是造成腐败发酵和人畜疾病的原因,并建立了分离、培养、接种和灭菌等一系列独特的微生物技术。从而奠定了微生物学的基础,同时开辟了医学和工业微生物等分支学科。巴斯德和柯赫是微生物学的奠基人。
    巴斯德和柯赫的杰出工作,使微生物学作为一门独立的学科开始形成,并出现以他们为代表而建立的各分支学科,例如细菌学(巴斯德、柯赫等)、消毒外科技术(J. Lister),免疫学(巴斯德、Metchnikoff、Behring、Ehrlich等)、土壤微生物学(Beijernck Winogradsky 等)、病毒学(Ivanowsky、Beijerinck等)、植物病理学和真菌学(Bary、Berkeley等)、酿造学(Hensen、Jorgensen 等)以及化学治疗法(Ehrlish 等)。微生物学的研究内容日趋丰富,使微生物学发展更加迅速。

    现代微生物学

    19世纪末和20世纪初,微生物学被牢固地建立起来。其后,它的主要发展有两个方面:一是研究传染病和免疫学,研究疾病的防治和化学治疗剂的功效;另一方面是和遗传学的结合。

    分类学地位/微生物 编辑

    微生物微生物

    当人类在发现和研究微生物之前,把一切生物分成截然不同的两大界-动物界植物界。随着人们对微生物认识的逐步深化,从两界系统经历过三界系统、四界系统、五界系统甚至六界系统,20世纪70年代后期,美国人Woese等发现了地球上的第三生命形式-古菌,才导致了生命三域学说的诞生。该学说认为生命是由古菌域(Archaea)、细菌域(Bacteria)和真核生物域(Eucarya)所构成。除动物和植物以外,其它绝大多数生物都属微生物范畴。微生物在生物界级分类中占有特殊重要的地位。
    Brown等依据平行同源基因构建的“Cenancestor”生命进化树,认为生命的共同祖先Cenancestor是一个原生物。原生物在进化过程中产生两个分支,一个是原核生物(细菌和古菌),一个是原真核生物,在之后的进化过程中细菌和古菌首先向不同的方向进化,然后原真核生物经吞食一个古菌,并由古菌的DNA取代寄主的RNA基因组而产生真核生物。从进化的角度,微生物是一切生物的老前辈。如果把地球的年龄比喻为一年的话,则微生物约在3月20日诞生,而人类约在12月31日下午7时许出现在地球上。

    具体分类/微生物 编辑

    原核类:三菌,三体。
    微生物微生物

    三菌:细菌、蓝细菌、放线菌三体:支原体、衣原体、立克次氏体。

    真核类: 真菌,原生动物,显微藻类。

    非细胞类: 病毒,亚病毒( 类病毒,拟病毒,朊病毒)。

    细胞类

    原核细菌、放线菌、螺旋体、支原体、立克次氏体、衣原体。
    微生物微生物
    1.细菌  一类细胞细短,结构简单,胞壁坚韧,多以二分裂方式繁殖和水生性强的原核生物。分布在温暖,潮湿和富含有机质的地方。个体十分微小,大约1000个细菌排成一排才有1毫米长。
    2.放线菌一类主要成菌丝状生长和以孢子繁殖的陆生性较强的原核生物。分布在含水量较低,有机物较丰富的,呈微碱性的土壤中。主要由菌丝组成,包括基内菌丝和气生菌丝(部分气生菌丝可以成熟分化为孢子丝,产生孢子)。
    真核
    真菌、藻类、原生动物。

    非细胞类

    1.病毒:一类由核酸和蛋白质等少数几种成分组成的“非细胞生物”,但是它的生存必须依赖于活细胞。形体极其微小,通常只能借助电子显微镜才能观察到它们。一般直径在100nm左右,最大的病毒直径为200nm的牛痘病毒,最小的病毒直径为28nm的脊髓灰质炎病毒。
    2.亚病毒。

    特点/微生物 编辑

    微生物
    个体微小,一般<0.1mm。构造简单,有单细胞的,简单多细胞的,非细胞的进化地位低。
    五大共性
    1,体积小,面积大。
    2,吸收多,转化快。
    3,生长旺,繁殖快。
    4,适应强,易变异。
    5,分布广,种类多。

    化学组成/微生物 编辑

    C,H,O,N,P,S 以及其他元素。

    营养物质/微生物 编辑

    水和无机盐碳源:凡能为微生物提供生长繁殖所需碳元素的营养物质。
    氮源:凡能为微生物提供所必需氮元素的营养物质。作用:主要用于合成蛋白质,核酸以及含氮的代谢产物。
    能源:能为微生物生命活动提供最初能源来源的营养物质或辐射能。 
    生长因子:微生物生长不可缺少的微量有机物。

    应用范围/微生物 编辑

    抗生素的发现

    微生物非常小,必须通过显微镜放大约1000倍才能看到。比如中等大小的细菌,1000个叠加在一起只有句号那么大。微生物也有有益的一面。最早是弗莱明从青霉菌抑制其它细菌的生长中发现了青霉素,这对医药界来讲是一个划时代的发现。后来大量的抗生素从放线菌等的代谢产物中筛选出来。抗生素的使用在第二次世界大战中挽救了无数人的生命。

    环保微生菌

    一些微生物被广泛应用于工业发酵,生产乙醇、食品及各种酶制剂等;一部分微生物能够降解塑料、处理废水废气等等,并且可再生资源的潜力极大,称为环保微生物;还有一些能在极端环境中生存的微生物,例如:高温、低温、高盐、高碱以及高辐射等普通生命体不能生存的环境,依然存在着一部分微生物等等。看上去,我们发现的微生物已经很多,但实际上由于培养方式等技术手段的限制,人类现今发现的微生物还只占自然界中存在的微生物的很少一部分。因为微生物很小,构造又简单,所以人们充分认识它,并发展成为一门学科,与其他学科比起来,还是很晚的。尽管如此,人们已经在广泛的应用微生物了。中国劳动人民很早就认识到微生物的存在和作用,也是最早应用微生物的少数国家之一。据考古学推测,中国在8000年前已经出现了曲蘖酿酒,4000多年前中国酿酒已十分普遍,而且当时埃及人也已学会烤制面包和酿制果酒。
    2500年前中国人民发明酿酱、,知道用曲治疗消化道疾病。公元6世纪(北魏时期),中国贾思勰的巨著《齐民要术》详细地记载了制曲、酿酒、制酱和酿醋等工艺。在农业上,虽然还不知道根瘤菌的固氮作用,但已经在利用豆科植物轮作提高土壤肥力。这些事实说明,尽管人们还不知道微生物的存在,但是已经在同微生物打交道了,在应用有益微生物的同时,还对有害微生物进行预防和治疗。为防止食物变质,采用盐渍、糖渍、干燥、酸化等方法处理食物。在中国隆庆年间就开始用人痘预防天花。人痘预防天花是中国对世界医学上的一大贡献,这种方法先后传到俄国、日本、朝鲜、土耳其及英国,1798年英国医生琴纳(Jenner)提出用牛痘预防天花。

    研究发展/微生物 编辑

    传染病的流行

    在人类疾病中有50%是由病毒引起。世界卫生组织公布资料显示:传染病的发病率和病死率在所有疾病中占据第一位。微生物导致人类疾病的历史,也就是人类与之不断斗争的历史。新现和再现的微生物感染还是不断发生,像大量的病毒性疾病一直缺乏有效的治疗药物。一些疾病的致病机制并不清楚。大量的广谱抗生素的滥用造成了强大的选择压力,使许多菌株发生变异,导致耐药性的产生,人类健康受到新的威胁。一些分节段的病毒之间可以通过重组或重配发生变异,最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与前次导致感染的株型发生了变异,这种快速的变异给疫苗的设计和治疗造成了很大的障碍。而耐药性结核杆菌的出现使原本已近控制住的结核感染又在世界范围内猖獗起来。

    农业

    微生物基因组研究认清致病机制发展控制病害的新对策。积极开展某些植物致病微生物的基因组研究,认清其致病机制并由此发展控制病害的新对策显得十分紧迫。经济作物柑橘的致病菌是国际上第一个发表了全序列的植物致病微生物。还有一些在分类学、生理学和经济价值上非常重要的农业微生物,例如:胡萝卜欧文氏菌、植物致病性假单胞菌以及我国正在开展的黄单胞菌的研究等正在进行之中。
    植物固氮根瘤菌的全序列也已测定完成。借鉴已经较为成熟的从人类病原微生物的基因组学信息筛选治疗性药物的方案,可以尝试性地应用到植物病原体上。特别像柑橘的致病菌这种需要昆虫媒介才能完成生活周期的种类,除了杀虫剂能阻断其生活周期以外,只能通过遗传学研究找到毒力相关因子,寻找抗性靶位以发展更有效的控制对策。固氮菌全部遗传信息的解析对于开发利用其固氮关键基因提高农作物的产量和质量也具有重要的意义。

    基因产品开发

    微生物以人类基因组计划为代表的生物体基因组研究成为整个生命科学研究的前沿,而微生物基因组,研究又是其中的重要分支。世界权威性杂志《科学》曾将微生物基因组研究评为世界重大科学进展之一。通过基因组研究揭示微生物的遗传机制,发现重要的功能基因并在此基础上发展疫苗,开发新型抗病毒、抗细菌、真菌药物,将对有效地控制新老传染病的流行,促进医疗健康事业的迅速发展和壮大。从分子水平上对微生物进行基因组研究为探索微生物个体以及群体间作用的奥秘提供了新的线索和思路。

    嗜极菌

    在极端环境下能够生长的微生物称为极端微生物,又称嗜极菌。嗜极菌对极端环境具有很强的适应性,极端微生物基因组的研究有助于从分子水平研究极限条件下微生物的适应性,加深对生命本质的认识。
    极端微生物的适应性极强,据学者介绍,无孔不入的微生物总会在人类眼皮底下借助货运飞船进入空间站,同时迅速适应空间站内的环境并四处蔓延。苏联科学家曾经在“礼花”号空间站与“和平”号空间站内发现约300种对人体和空间站设备有害的致病细菌和微小真菌。“和平”号空间站就曾发生过微生物“蚕食”电缆的事故。但科学家们始终没有找到抵御微生物入侵的好办法 。

    作用/微生物 编辑

    生活生产

    微生物对人类最重要的影响之一是导致传染病的流行。在人类疾病中有50%是由病毒引起。微生物导致人类疾病的历史,也就是人类与之不断斗争的历史。在疾病的预防和治疗方面,人类取得了长足的进展,但是新现和再现的微生物感染还是不断发生,像大量的病毒性疾病一直缺乏有效的治疗药物。一些疾病的致病机制并不清楚。大量的广谱抗生素的滥用造成了强大的选择压力,使许多菌株发生变异,导致耐药性的产生,人类健康受到新的威胁。一些分节段的病毒之间可以通过重组或重配发生变异,最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与前次导致感染的株型发生了变异,这种快速的变异给疫苗的设计和治疗造成了很大的障碍。而耐药性结核杆菌的出现使原本已近控制住的结核感染又在世界范围内猖獗起来。
    微生物千姿百态,有些是腐败性的,即引起食品气味和组织结构发生不良变化。当然有些微生物是有益的,它们可用来生产如奶酪,面包,泡菜,啤酒和葡萄酒。微生物非常小,必须通过显微镜放大约1000 倍才能看到。比如中等大小的细菌,1000个叠加在一起只有句号那么大。想像一下一滴牛奶,每毫升腐败的牛奶中约有5千万个细菌,或者讲每夸脱牛奶中细菌总数约为50亿。也就是一滴牛奶中可能含有50 亿个细菌。
    微生物能够致病,能够造成食品、布匹、皮革等发霉腐烂,但微生物也有有益的一面。最早是弗莱明从青霉菌抑制其它细菌的生长中发现了青霉素,这对医药界来讲是一个划时代的发现。后来大量的抗生素从放线菌等的代谢产物中筛选出来。抗生素的使用在第二次世界大战中挽救了无数人的生命。一些微生物被广泛应用于工业发酵,生产乙醇、食品及各种酶制剂等;一部分微生物能够降解塑料、处理废水废气等等,并且可再生资源的潜力极大,称为环保微生物;还有一些能在极端环境中生存的微生物,例如:高温、低温、高盐、高碱以及高辐射等普通生命体不能生存的环境,依然存在着一部分微生物等等。看上去,我们发现的微生物已经很多,但实际上由于培养方式等技术手段的限制,人类现今发现的微生物还只占自然界中存在的微生物的很少一部分。
    微生物间的相互作用机制也相当奥秘。例如健康人肠道中即有大量细菌存在,称为正常菌群,其中包含的细菌种类高达上百种。在肠道环境中这些细菌相互依存,互惠共生。食物、有毒物质甚至药物的分解与吸收,菌群在这些过程中发挥的作用,以及细菌之间的相互作用机制还不明了。一旦菌群失调,就会引起腹泻。
    随着医学研究进入分子水平,人们对基因、遗传物质等专业术语也日渐熟悉。人们认识到,是遗传信息决定了生物体具有的生命特征,包括外部形态以及从事的生命活动等等,而生物体的基因组正是这些遗传信息的携带者。因此阐明生物体基因组携带的遗传信息,将大大有助于揭示生命的起源和奥秘。
    工业微生物涉及食品、制药、冶金、采矿、石油、皮革、轻化工等多种行业。通过微生物发酵途径生产抗生素、丁醇、维生素C以及一些风味食品的制备等;某些特殊微生物酶参与皮革脱毛、冶金、采油采矿等生产过程,甚至直接作为洗衣粉等的添加剂;另外还有一些微生物的代谢产物可以作为天然的微生物杀虫剂广泛应用于农业生产。通过对枯草芽孢杆菌的基因组研究,发现了一系列与抗生素及重要工业用酶的产生相关的基因。乳酸杆菌作为一种重要的微生态调节剂参与食品发酵过程,对其进行的基因组学研究将有利于找到关键的功能基因,然后对菌株加以改造,使其更适于工业化的生产过程。国内维生素C两步发酵法生产过程中的关键菌株氧化葡萄糖酸杆菌的基因组研究,将在基因组测序完成的前提下找到与维生素C生产相关的重要代谢功能基因,经基因工程改造,实现新的工程菌株的构建,简化生产步骤,降低生产成本,继而实现经济效益的大幅度提升。对工业微生物开展的基因组研究,不断发现新的特殊酶基因及重要代谢过程和代谢产物生成相关的功能基因,并将其应用于生产以及传统工业、工艺的改造,同时推动现代生物技术的迅速发展。
    经济作物柑橘的致病菌是国际上第一个发表了全序列的植物致病微生物。还有一些在分类学、生理学和经济价值上非常重要的农业微生物,例如:胡萝卜欧文氏菌、植物致病性假单胞菌以及中国正在开展的黄单胞菌的研究等正在进行之中。日前植物固氮根瘤菌的全序列也刚刚测定完成。借鉴已经较为成熟的从人类病原微生物的基因组学信息筛选治疗性药物的方案,可以尝试性地应用到植物病原体上。特别像柑橘的致病菌这种需要昆虫媒介才能完成生活周期的种类,除了杀虫剂能阻断其生活周期以外,只能通过遗传学研究找到毒力相关因子,寻找抗性靶位以发展更有效的控制对策。固氮菌全部遗传信息的解析对于开发利用其固氮关键基因提高农作物的产量和质量也具有重要的意义。
    在极端环境下能够生长的微生物称为极端微生物,又称嗜极菌。嗜极菌对极端环境具有很强的适应性,极端微生物基因组的研究有助于从分子水平研究极限条件下微生物的适应性,加深对生命本质的认识。

    生物理论

    现代生物学的若干基础性的重大发现与理论,是在研究微生物的过程中或以微生物为实验材料与工具取得的。这些理论包括:证明DNA(脱氧核糖核酸)是遗传信息的载体(三大经典实验:肺炎球菌的转化实验、噬菌体实验、植物病毒的重组实验)。DNA的半保留复制方式(双螺旋的每一条子链分别、都是复制模板)。遗传密码子的解读(64个密码子各对应20种氨基酸及终止信号的哪一种)。基因的转录调节(operon, promoter, operator, repressor, activator的概念与调节方式)。信使RNA的翻译调节(terminator)等等……。2013年,很多常用、通用的生物学研究技术依赖于微生物,比如:分子克隆重组蛋白在细菌或酵母中的表达。很多医学技术也依赖于微生物,比如:以病毒为载体的基因治疗。
    微生物生长:在适宜条件下,不断吸收营养物质,并按自身的代谢方式进行新陈代谢,如同化作用大于异化作用,其结果是原生质的总量不断的增加,称为微生物的生长。
    微生物的繁殖:当细胞增长到一定程度时,就以二分裂的方式形成两个相似的子细胞,子细胞重复上述过程是细胞数目增加,称为微生物的繁殖。

    世界之最/微生物 编辑

    目前世界上已知最大的微生物:1985年Fishelson、Montgomery及Myrberg三人发现一种生长于红海水域中的热带鱼(名叫surgeonfish)的小肠管道中的微生物费氏刺骨鱼菌(Epulopiscium fishelsoni),这是当时世界上所发现最大的微生物。它外形酷似雪茄烟,长约200~500μm,最长可达600μm,体积约为大肠杆菌的100万倍,这种微生物并不需要由显微镜观察便可直接由肉眼察觉到它的存在。目前最大的微生物则是1997年,由Heidi Schulz在纳米比亚海岸海洋沉淀土中所发现的呈球状的细菌,直径约100~750μm。这比之前所提的微生物大上2~4倍。
    目前世界上已知最小的微生物:支原体,过去也译成“霉形体”,它是一类介于细菌和病毒之间的单细胞微生物。地球上已知的能独立生活的最小微生物,大小约为100纳米。支原体一般都是寄生生物,其中最有名的当属肺炎支原体(M.Pneumonia),它能引起哺乳动物特别是牛的呼吸器官发生严重病变。

    基因因素/微生物 编辑

    农业微生物基因组研究认清致病机制发展控制病害的新对策。据资料统计,全球每年因病害导致的农作物减产可高达20%,其中植物的细菌性病害最为严重。除了培植在遗传上对病害有抗性的品种以及加强园艺管理外,似乎没有更好的病害防治策略。因此积极开展某些植物致病微生物的基因组研究,认清其致病机制并由此发展控制病害的新对策显得十分紧迫。例如:胡萝卜欧文氏菌、植物致病性假单胞菌以及我国正在开展的黄单胞菌的研究等正在进行之中。
    微生物能够分解纤维素等物质,并促进资源的再生利用。对这些微生物开展的基因组研究,在深入了解特殊代谢过程的遗传背景的前提下,有选择性的加以利用,例如找到不同污染物降解的关键基因,将其在某一菌株中组合,构建高效能的基因工程菌株,一菌多用,可同时降解不同的环境污染物质,极大发挥其改善环境、排除污染的潜力。美国基因组研究所结合生物芯片方法对微生物进行了特殊条件下的表达谱的研究,以期找到其降解有机物的关键基因,为开发及利用确定目标。极端环境微生物基因组研究深入认识生命本质应用潜力极大。有一种嗜极菌,它能够暴露于数千倍强度的辐射下仍能存活,而人类一个剂量强度就会死亡。该细菌的染色体在接受几百万拉德a射线后粉碎为数百个片段,但能在一天内将其恢复。研究其DNA修复机制对于发展在辐射污染区进行环境的生物治理非常有意义。开发利用嗜极菌的极限特性可以突破当前生物技术领域中的一些局限,建立新的技术手段,使环境、能源、农业、健康、轻化工等领域的生物技术能力发生革命。来自极端微生物的极端酶,可在极端环境下行使功能,将极大地拓展酶的应用空间,是建立高效率、低成本生物技术加工过程的基础,例如PCR技术中的TagDNA聚合酶、洗涤剂中的碱性酶等都具有代表意义。极端微生物的研究与应用将是取得现代生物技术优势的重要途径,其在新酶、新药开发及环境整治方面应用潜力极大。

    特殊微生物/微生物 编辑

    地下微生物

    1989年,美国几所大学和能源部的一些专家,在南卡罗来纳州进行调查时,发现了一个“全新的生态系统”。他们在550米的地表下发现了3000多种微生物组织,其中有许多属首次发现。
    这些微生物,大多数是从地下水里吸收氧气,而另一些则不需要氧气就能生存。这些微生物吸收养料少,新陈代谢缓慢,它们的生存就像一些地表动物冬眠一样。
    世界地位
    当人类在发现和研究微生物之前,把一切生物分成截然不同的两大界-动物界和植物界。随着人们对微生物认识的逐步深化,从两界系统经历过三界系统、四界系统、五界系统甚至六界系统,直到70年代后期,美国人Woese等发现了地球上的第三生命形式-古菌,才导致了生命三域学说的诞生。该学说认为生命是由古菌域(Archaea)、细菌域(Bacteria)和真核生物域(Eucarya)所构成。在图示“生物的系统进化树”中,左侧的黄色分枝是细菌域;中间的褐色和紫色分枝是古菌域;右侧的绿色分枝是真核生物域。古菌域包括嗜泉古菌界(Crenarchaeota)、广域古菌界(Euryarchaeota)和初生古菌界(Korarchaeota);细菌域包括细菌、放线菌、蓝细菌和各种除古菌以外的其它原核生物;真核生物域包括真菌、原生生物、动物和植物。除动物和植物以外,其它绝大多数生物都属微生物范畴。由此可见,微生物在生物界级分类中占有特殊重要的地位。生命进化一直是人们关注的热点。Brown等依据平行同源基因构建的“Cenancestor”生命进化树,认为生命的共同祖先Cenancestor是一个原生物。原生物在进化过程中产生两个分支,一个是原核生物(细菌和古菌),一个是原真核生物,在之后的进化过程中细菌和古菌首先向不同的方向进化,然后原真核生物经吞食一个古菌,并由古菌的DNA取代寄主的RNA基因组而产生真核生物。从进化的角度,微生物是一切生物的老前辈。如果把地球的年龄比喻为一年的话,则微生物约在3月20日诞生,而人类约在12月31日下午7时许出现在地球上。

    空间微生物 

    生态学的研究表明,地球是万物生存的摇篮,它包括陆域生态系、水域生态系及环绕地球的大气生态系等自然生态系。能够存活于大气层环境中的微生物构成了自然界中大气微生物生态系。大气层分为对流层、同温层和电离层。由于大气层随着高度的上升,温度很快下降(对流层的温度只有-43——-83摄氏度),不利于生命活动的化学、物理等因子(臭氧、微重力、UV射线等)也增强,因此,这一生态系中微生物只有抗逆休眠体及来源于带有微生物细胞或孢子的尘埃、雾滴、动物呼吸和排泄物等。微生物一旦进入或者超越自然生态系中的电离层,由于银河射线及地磁俘获辐射形成的强辐射、微重力等空间环境因子的作用就难以存活。尽管如此,一门研究地球以外生命(包括其他星球上的生命)的新兴科学——《外空生物学》(Exobiology)正在形成。这一研究领域里,外空生物学家一方面利用各种航天飞行器(高空气球、轨道卫星、空间站、航天飞机等)探索生物对空间环境因子作用的反应(即生物学效应),为人类征服空间提供理论知识和技术依据,及空间生物学(Space Biology)研究的主要内容:另一方面越来越多的科学家还试图通过从包括火星、月球、木星等其他星球上取回的岩石和尘埃样品的检测,寻找地球外可能存在的生命形式。

    海洋微生物 

    微生物定义英文名称:marine microorganism
    定义
    1:分布在海洋中的个体微小、形态结构简单的单细胞或多细胞生物。
    所属学科:水产学(一级学科);水产基础科学(二级学科)
    2:海洋中个体微小,构造简单的低等生物的总称。包括细菌、放线菌、霉菌、酵母、病毒、衣原体、支原体、噬菌体和微型藻及微型原生动物等。
    所属学科:资源科技(一级学科);海洋资源学(二级学科)
    以海洋水体为正常栖居环境的一切微生物。但由于学科传统及研究方法的不同,本文不介绍单细胞藻类,而只讨论细菌、真菌及噬菌体等狭义微生物学的对象。海洋细菌是海洋生态系统中的重要环节。
    特性 
    嗜盐性
    海洋微生物最普遍的特点。真正的海洋微生物的生长必需海水。海水中富含各种无机盐类和微量元素。钠为海洋微生物生长与代谢所必需此外,钾、镁、钙、磷、硫或其他微量元素也是某些海洋微生物生长所必需的。
    嗜冷性
    大约90%海洋环境的温度都在5℃以下,绝大多数海洋微生物的生长要求较低的温度,一般温度超过37℃就停止生长或死亡。那些能在 0℃生长或其最适生长温度低于20℃的微生物称为嗜冷微生物。嗜冷菌主要分布于极地、深海或高纬度的海域中。其细胞膜构造具有适应低温的特点。那种严格依赖低温才能生存的嗜冷菌对热反应极为敏感,即使中温就足以阻碍其生长与代谢。
    嗜压性
    海洋中静水压力因水深而异,水深每增加10米,静水压力递增1个标准大气压。海洋最深处的静水压力可超过1000大气压。深海水域是一个广阔的生态系统,约56%以上的海洋环境处在100~1100大气压的压力之中,嗜压性是深海微生物独有的特性。来源于浅海的微生物一般只能忍耐较低的压力,而深海的嗜压细菌则具有在高压环境下生长的能力,能在高压环境中保持其酶系统的稳定性。研究嗜压微生物的生理特性必需借助高压培养器来维持特定的压力。那种严格依赖高压而存活的深海嗜压细菌,由于研究手段的限制迄今尚难于获得纯培养菌株。根据自动接种培养装置在深海实地实验获得的微生物生理活动资料判断,在深海底部微生物分解各种有机物质的过程是相当缓慢的。
    低营养性
    海水中营养物质比较稀薄,部分海洋细菌要求在营养贫乏的培养基上生长。在一般营养较丰富的培养基上,有的细菌于第一次形成菌落后即迅速死亡,有的则根本不能形成菌落。这类海洋细菌在形成菌落过程中因其自身代谢产物积聚过甚而中毒致死。这种现象说明常规的平板法并不是一种最理想的分离海洋微生物方法。
    多形性
    在显微镜下观察细菌形态时,有时在同一株细菌纯培养中可以同时观察到多种形态,如球形椭圆形、大小长短不一的杆状或各种不规则形态的细胞。这种多形现象在海洋革兰氏阴性杆菌中表现尤为普遍。这种特性看来是微生物长期适应复杂海洋环境的产物。
    发光性
    在海洋细菌中只有少数几个属表现发光特性。发光细菌通常可从海水或鱼产品上分离到。细菌发光现象对理化因子反应敏感,因此有人试图利用发光细菌为检验水域污染状况的指示菌。

    实验室应用/微生物 编辑

    生物化学技术PCR

    PCR技术采用体外酶促反应合成特异性DNA片段,再通过扩增产物来识别细菌。由于PCR灵敏度高,理论上可以检出一个细菌的拷贝基因,因此在细菌的检测中只需短时间增菌甚至不增菌,即可通过PCR进行筛选,节约了大量时间,但PCR技术也存在一些缺点:食物成分、增菌培养基成分和其他微生物DNA对Taq酶具有抑制作用,可能导致检验结果假阴性;操作过程要求严格,微量的外源性DNA进入PCR后可以引起无限放大产生假阳性结果,扩增过程中有一定的装配误差,会对结果产生影响。由于以上原因,PCR技术对操作者的自身素质要求很高,对于基层单位而言难以做到。短时间内也不会有经济效益和社会效益,因此影响了这项技术在基层的应用。

    基因探针技术

    基因探针技术利用具有同源性序列的核酸单链在适当条件下互补形成稳定的DNA?RNA或DNADNA链的原理,采用高度特异性基因片段制备基因探针来识别细菌。基因探针的优点是减少了基因片段长度多态性所需要分析的条带数。如法国生物一梅里埃公司的GEN?PROBE基因探针检测系统,对于分离到的单个菌落,30 min完成微生物的确证试验,基因探针的缺点是不能鉴定目标菌以外的其他菌。

    免疫学技术 

    免疫学技术通过抗原和抗体的特异性结合反应,再辅以免疫放大技术来鉴别细菌。免疫方法的优点是样品在进行选择性增菌后,不需分离,即可采用免疫技术进行筛选。由于免疫法有较高灵敏度,样品经增菌后可在较短的时间内达到检出度,抗原和抗体的结合反应可在很短时间内完成。此技术对操作者要求也不高,是目前为止基层单位应用时间最长最为广泛的一项快速检测技术。如采用免疫磁珠法可有效地收集、浓缩神奈川现象阳性的副溶血性弧菌,可显著提高环境样品及食品中病原性副溶血性弧菌的检出率。胶体金免疫层析法能快速、灵敏检测金黄色葡萄球菌,应用胶体金免疫层析法检测乙型肝炎表面抗原,可大大提高工作效率。ATP生物发光法是发展较快的一种用于食品生产加工设备洁净度检测的快速检测方法。利用ATP生物发光分析技术和体细胞清除技术,测量细菌ATP和体细胞ATP,细菌ATP的量与细菌数成正比,用ATP生物发光分析技术检测肉类食品细菌污染状况或食品器具的现场卫生学检测,都能够达到快速适时的目标。微型自动荧光酶标分析法(mini VIDAS)是利用酶联荧光免疫分析技术,通过抗原-抗体特异反应,分离出目标菌,由特殊仪器根据荧光的强弱自动判断样品的阳性或阴性。VIDAS法检测冻肉中沙门菌具有很高的灵敏度和特异性,用于进出口冻肉的检测,可大大缩短检验时间,加快通关速度,检测冻肉中李斯特氏菌亦如此。

    全自动微生物分析系统(AMS)

    AMS是一种由传统生化反应及微生物检测技术与现代计算机技术相结合,运用概率最大近似值模型法进行自动微生物检测的技术,可鉴定由环境、原料及产品中分离的微生物。AMS仅需4~18 h即可报告结果,以常规法鉴定细菌,只能得到是或不是某种菌,要想知到是哪种菌还要做大量、烦琐的生化试验,而AMS则可以直接报告是什么菌。法国生物梅里埃集团公司出品的Vitek?AMS自动微生物检测系统属当今世界上最为先进、自动化程度最高的细菌鉴定仪器之一。Vitek对细菌的鉴定是以每种细菌的微量生化反应为基础,不同种类的Vitek试卡(检测卡)含有多种的生化反应孔,可达30种,可鉴定405种细菌。用AMS明显缩短肠道菌生化鉴定的时间,如鉴定沙门菌属只需4 h,鉴定志贺氏菌属只需6 h,鉴定霍乱弧菌等致病性弧菌亦只需4~13 h。这套系统对基层单位而言具有极强的应用价值,但他昂贵的价格让人望而生畏。

    分离培养/微生物 编辑

    微生物在自然界中呈混杂状态存在,要获得所需菌种,必需从中把它们分离出来。在保存菌种时不慎受到到污染也需予以分纯。微生物分离和纯化的方法很多,但基本原理却是相似的,即将待分离的样品进行一定的稀释,并使微生物的细胞(或孢子)尽量以分散状态存在,然后使其长成一个个纯种单菌落。然而上述工作又离不开接种,即将一种微生物移到另一灭过菌的培养基上的过程。

    微生物接种分类材料工具

    1.恒温培养箱
    2.接种环、玻璃棒、吸管、酒精灯
    3.培养基
    4.大肠杆菌、枯草杆菌、金黄色葡萄球菌、酵母菌等

    方法步骤

    接种操作方法
    斜面接种(接金黄葡萄球菌)
    (1)操作前,先用75%酒精擦手,待酒精挥发后点燃酒精灯。
    (2)将菌种管和斜面握在左手大拇指和其它四指之间,使斜面和有菌种的一面向上,并处于水平位置。
    (3)先将菌种和斜面的棉塞旋转一下,以便接种时便于拔出。
    (4)左手拿接种环(如握钢笔一样),以火焰上先将环端烧红灭菌,然后将有可能伸入试管其余部位也过火灭菌。
    (5)用右手的无名指、小指和手掌将菌种管和待接斜面试管的棉花塞或试管帽同时拔出,然后让试管口缓缓过火灭菌(切勿烧过烫)。
    (6)将灼烧过的接种环伸入菌种管内,接种环在试管内壁或未长菌苔的培养基上接触一下,让其充分冷却,然后轻轻刮取少许菌苔,再从菌种管内抽出接种环。
    (7)迅速将沾有菌种的接种环伸入另一支待接斜面试管。从斜面底部向上作“Z”形来回密集划线。有时也可用接种针仅在培养基的中央拉一条线来作斜面接种,以便观察菌种的生长特点。
    (8)接种完毕后抽出接种环灼烧管口,塞上棉塞。
    (9)将接种环烧红灭菌。放下接种环,再将棉花塞旋紧。
    液体接种 
    (1)由斜面培养基接入液体培养基,此法用于观察细菌的生长特性和生化反应的测定,操作方法与前相同,但使试管口向上斜,以免培养液流出接入菌体后,使接种环和管内壁磨擦几下以利洗下环上菌体。接种后塞好棉塞将试管在手掌中轻轻敲打,使菌体充分分散。
    (2)由液体培养基接种液体培养基,菌种是液体时,接处除用接种环外尚用无菌吸管或滴管。接种时只需在火焰旁拔出棉塞,将管口通过火焰,用无菌吸管吸取菌液注入培养液内,摇匀即可。
    平板接种
    将菌在平板上划线和涂布。
    (1)划线接种 见分离划线法。
    (2)涂布接种 用无菌吸管吸取菌液注入平板后,用灭菌的玻棒在平板表面作均匀涂布。
    穿刺接种
    把菌种接种到固体深层培养基中,此法用于嫌气性细菌接种或为鉴定细菌时观察生理性能用。
    (1)操作方法与上述相同,但所用的接种针应挺直。
    (2)将接种针自培养基中心刺入,直刺到接近管底,但勿穿透,然后尚原穿刺途径慢慢拔出。
    分离操作方法
    稀释分离法
    通过不断稀释使被分离的样品分散到最低限度,然后吸取一定量注入平板与温度适合溶化了的琼脂培养基混合,这样分散的细菌被固定在原处而形成单菌落。
    (1)将大肠杆菌或酵母菌用无菌水制作菌悬液。
    (2)取若干支无菌试管,每支内盛9ml无菌水。
    (3)吸取1ml制备好的菌悬液,置于第一支含有9ml无菌水的试管内,这样就稀释了10倍,也就是10-2。
    (4)从第一支试管内(10-2)吸取1ml注入第二支含有无菌水的试管内,这样就稀释了100倍,也就是10-2。
    (5)用同样方法操作,直至稀释至10-5-10-6。
    (6)分别精确吸取10-5-10-6各稀释度菌液0.2ml加入编好号的空无菌平皿中,同一稀释度重复做三个平皿。
    (7)将已溶化并冷却至45℃的琼脂培养基倒入上述各平皿内,轻轻旋转使培养基与菌悬液充分混匀,凝固后倒置于37℃或38℃度恒温箱中培养24-48小时,观察平板上菌落生长和分布情况。
    平板划线分离法
    平板划线分离法是接种环在平板培养基表面通过分区划线而达到分离微生物的一种方法。其原理是将微生物样品在固体培养基表面多次作“由点到线”稀释而达到分离目的。
    (1)倒平板 溶化牛肉膏蛋白胨琼脂培养基倒平板,水平静置待凝。
    (2)在酒精灯光焰上灼烧接种环,待冷,取一接种环金黄葡萄球菌、大肠杆菌混合菌液。
    (3)左手握琼脂平板稍抬起皿盖,同时靠近火焰周围,右手持接种环伸入皿内,在平板上一个区域作之形回划线,划线时例接种环与平板表面成30-40°角度轻轻接触,以腕力在表面作轻快的滑动,勿使平板表面划破或嵌进增基内。
    (4)灼烧接种杯,以杀灭接种环上尚残余的菌液,待冷却后,再将接种环伸入皿内,在第一区域划过线的地方稍接触一下后,转动90°,在第二区域继续划线。
    (5)划毕后再灼烧接种杯,冷却后用同样方法在其他区域划线。
    (6)全部划线完毕后,在平皿底用特种蜡笔注明菌种、日期、组别、姓名。将整个培养皿倒置放入恒温培养箱。
    (7)37℃经过24-48小时培养后取出观察。注意菌落的开关、大小、颜色、边缘、表面结构、透明度等性状。

    注意事项

    (1)接种室应保持清洁,用煤粉酚皂液擦洗台面及墙壁,定期用乳酸或甲醛熏蒸。每次使用前,均应用紫外灯灭菌。定期对接种室作无菌程度的检查。
    (2)进入接种室前,应先做好个人卫生工作,在缓冲间内要更换工作鞋帽、工作衣、戴口罩。工作衣、工作鞋、口罩只准在接种室内使用。不准穿到其它地方去,并要定期更换、消毒。
    (3)接种的试管、三角并瓶等应做好标记,注明培养基、菌种的名称、日期。移入接种室内的所有物品,均须在缓冲室用70%酒精擦试干净。
    (4)接种前,双手用70%酒精或新洁尔消毒,操作过程不离开酒精灯火焰;棉塞不乱放;接种工具使用前后均需火焰灭菌。
    (5)培养箱应经常清洁消毒。


    相关文献

    扩展阅读
    1微生物研究
    2微生物、酶与载体的自固定化技术

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