奇妙的微生物世界

奇妙的微生物世界微生物指个体难以用肉眼观察的一切微小生物之统称。微生物包括细菌、病毒、真菌、和少数藻类等，它个体微小、种类繁多、与人类关系密切。必须借助光学显微镜或电子显微镜进行观察。微生物的发现17世纪后叶，荷兰人列文虎克利用自制放大200—300倍的显微镜，观察了一位从未刷过牙的老人的牙垢，从老人的牙垢中看到了细菌，他把看到的细菌绘制成图，寄给英国的皇家学会，发表在会刊上，从此世人知道了细菌的存在，当时人们认为细菌是自然发生的。微生物的发现19世纪60年代，法国微生物学家巴斯德进行了著名的鹅颈烧瓶实验。鹅颈瓶实验是假设微生物的移动需要依靠菌毛、鞭毛，并且需要在有液体介质的情况下才能正常移动。他把肉汤灌进两个烧瓶里，第一个烧瓶就是普通的烧瓶，瓶口竖直朝上;而第二个烧瓶，瓶颈弯曲成天鹅颈一样的曲颈瓶。然后把肉汤煮沸、冷却。两个瓶子都没有用塞子塞住瓶口，而是敞开着，外界的空气可以畅通无阻地与肉汤表面接触。他将两个烧瓶放置一边。过了三天，第一个烧瓶里就出现了微生物，第二个烧瓶里却没有。他把第二个瓶子继续放下去:一个月、两个月，一年、两年……直至四年后，曲颈颈瓶里的肉汤仍然清澈透明，没有变质和产生微生物。微生物的发现鹅颈瓶实验示意图微生物的发现这是为什么呢?巴斯德解释说，因为第一个烧瓶是顶端开口，悬浮在空气中的尘埃和微生物可以落入瓶颈直达液体，微生物在肉汤里得到充足的营养而生长繁殖，于是引起了肉汤的变质。第二个瓶颈虽然也与空气相通，但瓶颈拉长弯曲，空气中的微生物仅仅落在弯曲的瓶颈上，而不会落入肉汤中生长。微生物的发现巴斯德用鹅颈瓶实验指出，细菌是由空气中已有细菌产生的，而不是自行产生，并发明了“巴氏消毒法”，被后人誉为“微生物之父”。微生物的形态--细菌细菌可根据形状分为三类，即：球菌、杆菌和螺旋菌（包括弧菌、螺菌、螺杆菌）在自然界中存在的细菌中，以杆菌最常见，球菌次之，而螺旋状的最少。微生物的形态--细菌微生物的形态--细菌糖被许多细菌的最外表复盖着一层多糖类物质，边界明显的称为荚膜（capsule），如肺炎球菌，边界不明显的称为粘液层（slimelayer），如葡萄球菌。糖被对细菌的生存具有重要意义，细菌可利用糖被抵御不良环境。微生物的形态--细菌菌毛1、普通菌毛可增加细菌吸附于其他细胞或物体的能力。例如肠道菌的I型菌毛，它能牢固的吸附在动植物、真菌以及多种其他细胞上，菌毛的这种吸附性可能对细菌在自然环境中的生活有着某种意义。2.性菌毛性菌毛是细菌传递游离基因的器官，作为细菌接合时遗传物质的通道。细菌的毒性及耐药性等性状可通过此方式传递，这是某些肠道杆菌容易产生耐药性的原因之一。微生物的形态--细菌鞭毛鞭毛是某些细菌的运动器官，由一种称为鞭毛蛋白（flagellin）的弹性蛋白构成，结构上不同于真核生物的鞭毛。细菌可以依靠鞭毛在液体中泳动并可通过调整鞭毛旋转的方向（顺和逆时针）来改变运动状态。微生物的形态--细菌芽孢某些细菌（芽孢杆菌，梭状芽孢杆菌，少数球菌等）在其生长发育后期，在细胞内形成的一个圆形或椭圆形，厚壁，含水量低，抗逆性强的休眠体构造，称为芽孢。芽孢是整个生物界中抗逆性最强的生命体，在抗热，抗化学药物和抗辐射等方面，十分突出，而且芽胞的休眠能力更为突出，在常规条件下，一般可以保持几年至几十年而不死。微生物的形态--霉菌霉菌是丝状真菌的俗称，意即发霉的真菌，它们往往能形成分枝繁茂的菌丝体，但又不象蘑菇那样产生大型的子实体。在潮湿温暖的地方，很多物品上长出一些。肉眼可见的绒毛状、絮状或蛛网状的菌落，那就是霉菌。微生物的形态--霉菌霉菌的形态结构：微生物的形态--霉菌菌丝构成霉菌营养体的基本单位是菌丝，霉菌生长时，部分菌丝深入基质吸收养料，称为基质菌丝或营养菌丝;向空中伸展的称气生菌丝，可进一步发育为繁殖菌丝，产生孢子。为适应不同的环境条件和更有效地摄取营养满足生长发育的需要，许多霉菌的菌丝可以分化成一些特殊的形态和组织，这种特化的形态称为菌丝变态。如：吸器、假根、菌网和菌环、菌核（药用的茯苓、麦角都是菌核）。微生物的形态--霉菌孢子霉菌的孢子具有小、轻、干、多，以及形态色泽各异、休眠期长和抗逆性强等特点，每个个体所产生的孢子数，经常是成千上万的，有时竟达几百亿、几千亿甚至更多。这些特点有助于霉菌在自然界中随处散播和繁殖。微生物的形态--酵母菌酵母菌一般泛指能发酵糖类的各种单细胞真菌。多数酵母可以分离于富含糖类的环境中，比如一些水果（葡萄、苹果、桃等）或者植物分泌物。酵母菌与人类关系密切，可认为它是人类的“第一种家养微生物”，千百年来，人类几乎天天离不开酵母菌，如酒类的生产、面包的制作，石油及油品的脱蜡等。只有少数酵母菌才能引起人或动物的疾病，如白色念珠菌。微生物的形态--酵母菌微生物的形态--酵母菌酵母菌细胞的形态通常有球形、卵圆形、腊肠形、椭圆形、柠檬形或藕节形等。比细菌的单细胞个体要大得多，一般为1~5微米或5~20微米。酵母菌无鞭毛，不能游动。微生物的形态--酵母菌酵母菌繁殖方式多样，包括有性繁殖、无性繁殖，一般把只进行无性繁殖的酵母菌称为“假酵母”或“拟酵母”，而把具有有性生殖的酵母菌称为“真酵母”。微生物的特点1、体积小，比表面积大一个体积恒定的物体，被切割的越小，其相对表面积越大。微生物体积很小，如一个典型的球菌，其体积约1mm³，可是其表面积却很大。这个特征也是赋予微生物其他如代谢快等特性的基础。微生物的特点2、吸收多，转化快有资料表明，大肠埃希菌在1h内可分解其自重1000~10000倍的乳糖。这个特性为微生物的高速生长繁殖和合成大量代谢产物提供了充分的物质基础,从而使微生物能在自然界和人类实践中更好地发挥其超小型“活的化工厂”的作用。微生物的特点3、生长旺，繁殖快微生物具有极高的生长和繁殖速度。大肠埃希菌在合适的生长条件下，细胞分裂1次仅需12.5~20min，1个细菌24小时可产生272个后代，总重4722吨。事实上，由于营养、空间和代谢产物等条件的限制，液体培养中，细菌的浓度一般仅达到108~109个/ml左右。微生物的特点问题：大肠埃希菌在合适的生长条件下，细胞分裂1次仅需20min，假设手上有10个大肠埃希菌，4小时后，手上有多少个大肠埃希菌？10×212=40960个微生物的特点4、适应强、易变异微生物对环境条件尤其是“极端环境”例如高温、高酸、高盐、高辐射、高碱、高毒、低温等有惊人的适应力。微生物变异频率很低，一般为（10-5~10-10），但因其繁殖快，数量多，也可在短时间内产生出大量变异的后代。有害的变异如耐药性是人类各项事业中的大敌。微生物的特点5、分布广，种类多据估计，微生物约有50万至600万种，微生物因其体积小、重量轻和数量多等原因，可以到处传播以致达到“无孔不入”的地步，只要条件合适，它们就可“随遇而安”。由于土壤具备了各种微生物生长发育所需要的条件，所以成了微生物生活的良好环境，土壤是微生物的“天然培养基”。土壤中所含的微生物数量很大，尤以细菌居多。据估计，在每克耕作层土壤中，各种微生物含量之比大体有一个10倍系列的递减规律:细菌(~108)放线菌(~107,孢子)霉菌(~106,孢子)酵母菌(~105)藻类(~104)原生动物(~103)微生物的特点空气中并不含微生物生长繁殖所必需的营养物、充足的水分和其他条件，相反,日光中的紫外线还有强烈的杀菌作用，因此，它不宜于微生物的生存。然而，空气中还是含有一定数量来自土壤、生物和水体等的微生物，它是以尘埃、微粒等方式由气流带来的。因此,凡含尘埃越多或越贴近地面的空气，其中的微生物含量就越高。在医院及公共场所的空气中，病原菌特别是耐药菌的种类多、数量大，对免疫力低下的人群十分有害。空气中微生物以气溶胶的形式存在，它是动植物病害的传播，发酵工业中的污染以及工农业产品的霉腐等的重要根源。在微生物的生长繁殖过程中，环境的变化会对其产生很大的影响。影响微生物生长的主要因素有营养物质、水、温度、pH和氧等。微生物的生长营养物质对微生物生长的影响微生物在新陈代谢活动中,必须吸收充足的碳源、氮源以及钙,镁,钾,铁等无机盐和一些必须的生长辅助因子,才能正常地生长发育。微生物的生长水对微生物生长的影响水是机体中的重要组成成分，它是一种起着溶剂和运输介质作用的物质，参与机体内的整个化学反应，并在维持蛋白质等大分子物质的稳定的天然状态上起着重要作用。微生物的生长温度对微生物生长的影响温度对微生物生长的影响具体表现在：1、影响酶活性•温度变化影响酶促反应速率，最终影响细胞物质合成；2、影响细胞质膜的流动性•温度高流动性大，有利于物质的运输，温度低流动性降低，不利于物质运输，因此温度变化影响营养物质的吸收与代谢产物的分泌；3、影响物质的溶解度•物质只有溶于水才能被机体吸收或分泌，除气体物质以外，温度上升物质的溶解度增加，温度降低物质的溶解度降低，最终影响微生物的生长。微生物的生长pH对微生物生长的影响pH对微生物生长的影响具体表现在：1、影响酶促反应速率•微生物生长过程中机体内发生的绝大多数的反应是酶促反应，而酶促反应都有一个最适pH范围，此时酶促反应速率最高，微生物生长速率最大。2、pH影响营养物质的吸收•影响细胞质膜的透性、膜结构的稳定性和物质的溶解性或电离性来影响营养物质的吸收，从而影响微生物的生长速率。微生物的生长氧对微生物生长的影响需氧菌需要有足够的氧气才能生长，厌氧菌在无氧的情况下才能生长，而兼性厌氧菌在有氧无氧条件下均能生长，但其有氧发酵和无氧发酵的代谢产物不同。微生物的生长微生物的生长生长条件需氧菌霉菌和酵母菌大肠埃希菌金黄色葡萄球菌铜绿假单胞菌沙门菌营养物质需要足够的营养物质需要足够的营养物质对营养物质要求不高对营养物质要求不高对营养物质要求不高对营养物质要求不高水需要需要需要需要需要需要氧气需要足够氧气大部分霉菌需氧气，酵母菌则有氧无氧均能生长有氧无氧均能生长有氧无氧均能生长需要足够氧气有氧无氧均能生长温度最适温度20~40℃最适温度20~30℃最适温度37℃最适温度37℃最适温度35℃最适温度37℃PH最适生长PH7.2~7.6最适生长PH4.5~5.0最适生长PH7.4~7.6最适生长PH7.6最适生长PH7.2~7.6最适生长PH6.8~7.8微生物的控制灭菌：彻底杀灭（一切微生物）杀灭法消毒：部分杀灭（仅杀灭病原菌）控制微生物的措施防腐：抑制霉腐微生物抑制法化疗：抑制寄主体内的病原菌微生物的控制抑制、消毒和灭菌抑制(inhibition)消毒(disinfection)灭菌(sterilization)抑制是在某因子作用下导致微生物生长停止，但在移去这种因子后生长仍可以恢复的生物学现象。灭菌是指利用某种方法杀死物体中包括芽孢在内的所有微生物的一种措施。灭菌后的物体不再有可存活的微生物。消毒是利用某种方法杀死或灭活物质或物体中所有病原微生物的一种措施。一般消毒剂在常用浓度下只能杀死微生物的营养体，对芽孢则无杀灭作用。微生物的控制控制微生物的化学物质-抗微生物剂抗微生物剂是一类能够杀死微生物或抑制微生物生长的化学物质，包括：①抑菌剂它们能抑制微生物生长，但不能杀死它们，作用机理是这类物质结合到核糖体上抑制蛋白质合成，导致生长停止，由于它们同核糖体结合不紧，它们在浓度降低时又会游离出来，核糖体合成蛋白质的能力恢复，使生长恢复。②杀菌剂它们能杀死细胞．但不能使细胞裂解，由于它们是紧紧地结合到细胞的作用靶上，即使在浓度降低时也不能游离出来，因此生长不能恢复；③溶菌剂它们能通过诱导细胞裂解的方式杀死细胞，将这类物质加到生长的细胞悬液里以后会导致细胞数量成细胞悬液的混浊度降低，能抑制细胞壁合成或损伤细胞质膜的抗生素就属于溶菌剂。微生物的控制抗微生物剂-醇类醇类是脱水剂、蛋白质变性剂，也是脂溶剂，可使蛋白质脱水、变性，损害细胞而具杀菌能力。醇类物质，随着分子量的增大，杀菌力增强。例如戊醇＞丁醇＞丙醇＞乙醇＞甲醇。那些高级醇虽杀菌力强于乙醇，由于丙醇以上的醇不易与水相混，故一般不用作消毒剂。70%～75％的乙醇杀菌效果最