微生物的多樣性微生物的多樣性微生物的多樣性V:1.0精細整理，僅供參考微生物的多樣性日期：20xx年X月《微生物學》課程論文微生物的多樣性專業：班級：學號：姓名：2011年6月12日星期日微生物的多樣性摘要：微生物是一群以分解代謝為主的生物類群，其生物活性十分豐富。根據微生物的生物特性，從物種、生理代謝類群及遺傳背景幾個方面探討微生物多樣性的問題，使人們更加的了解微生物的多樣性，更加全面的認識微生物的多樣性,為解決人類目前面臨的諸多問題提供更多的途徑。關鍵詞：微生物多樣性物種遺傳代謝生物類型生機勃勃的大自然，是多姿多彩的生命賦予的活力，無數生命構成了自然界的生物多樣性，看不見的微生物世界也是一個多樣性的微生命世界，他們和其他生命一起繪出了這個星球上一道絢麗的風景。微生物是一詞，是對所有形體微小、單細胞或個體結構較為簡單的多細胞，甚至無細胞結構的低等生物的總稱，或簡單地說是對人們肉眼看不見的微小的生物的總稱。微生物是指在顯微鏡下才能看見的生物，它不是一個分類學上的名詞。微生物所包含的類群十分龐雜。實際上，在分子生物學技術飛速發展的今天，新的形式、新的種屬的微生物仍然在不斷地被發現。微生物作為生物，既有一切生物的共同點：=1\*GB3①絕大部分微生物的遺傳信息都是由DNA鏈上的基因所攜帶，除少數特例外，其復制、表達與調控都遵循中心法則；=2\*GB3②微生物的初級代謝途徑如蛋白質、核酸、多糖、脂肪酸等大分子物質的合成途徑基本相同；=3\*GB3③微生物的能量代謝都可以ATP作為能量載體。微生物作為生物的一大類，除了與其他生物共有的特點外，還具有本身的特點極其獨特的生物多樣性：=1\*GB3①微生物種類的多樣性，=2\*GB3②微生物的遺傳與變異的多樣性，=3\*GB3③微生物代謝的多樣性，=4\*GB3④微生物的生態分布的多樣性。下面我們將來認識微生物的多樣性。一、微生物物種的多樣性由于微生物的發現和研究比動植物遲得多，加上鑒定種的工作以及劃分種的標準等教為困難，目前著重研究的微生物是對人類關系最為密切的一些種，已知種數大約為10萬多種，可以預見，睡著分離、培養方法的改進和研究工作的深入，微生物界的物種種數將超過動植物界種數之和。這可以從下面三個方面加以證明。首先,每年新發現的微生物種數正在急劇地增長著，僅形態較大的真菌每年即有1500種新種的記載；其次，土壤是微生物的大本營，但是在土壤中約有90%的微生物還無法在實驗室中加以培養鑒定；第三，由于幾乎所有的動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，僅病毒的種數即有可能超過其他動植物和微生物之和，況且有的宿主可同時有多種病毒寄生。微生物不僅種數多，而且個體數量也龐大，具理論推測，在適宜的生長條件下，大腸桿菌經過連續48小時的生長繁殖，可達2.2×1043個，約等于4000個地球的重量。可見微生物繁殖之快、數量之大是動植物所不可比擬的，也是微生物應用于發酵工業的巨大優越性。從上面我們可以看出，微生物作為巨大基因資源庫，蘊藏著極為豐富的基因內涵。我們認識、研究和開發它，無疑將給人類帶來巨大的效益，對解決現實中存在的諸多問題也具有重要的意義。無論是在農業上，還是在工業生產中，微生物都將給我帶來巨大的經濟效益和社會效益。二、微生物遺傳的多樣性生物多樣性，從本質上講，源于遺傳的多樣性。從分子水平上講，遺傳的多樣性主要是由于遺傳物質的堿基排列順序的多樣性和組成核酸分子的堿基數量的巨大性決定。雖然構成DNA分子的堿基只有4種，但由于DNA分子由幾十萬到幾百萬個堿基對組成，它們的排列順序就是一個天文數字，而排列順序的不同，就導致了物種之間的差異。從這一意義上講，我們看到了生物多樣性在宏觀領域與微觀領域的結合點。微生物遺傳的多樣性在基因水平上更為突出，不同的種群間的遺傳物質和基因表達具有很大的差異性。具體表現為以下幾個方面：=1\*GB3①基因組大小和基因組數目的多樣性，=2\*GB3②遺傳物質化學組成和DNA序列的差異，=3\*GB3③基因組系列所揭示的遺傳背景多樣性。微生物遺傳的多樣性還可進一步擴展。首先，構成微生物的主要遺傳物質不僅僅是DNA分子雙鏈結構，還存在單鏈DNA、雙鏈RNA、和單鏈RNA等遺傳信息的存在形式；其次，諸如傳導、轉化和結合及準性生殖等微生物特有的基因重組方式，對加強微生物之間的基因交流、推動新物種的形式，以及物種的進化具有重要作用；另外，加上人類的原生質體融合技術、基因工程技術的參與，使微生物遺傳的多樣性大大擴展，也為微生物遺傳變異提供了多樣化手段。三、微生物代謝的多樣性微生物是物質循環中的分解代謝類群,代謝類型的多樣性也表現在物質的分解代謝上,但其中也不乏合成代謝的類群。代謝所利用的能源有光能也有化學能;代謝中產生的電子受體可以是有機物也可以為無機物;代謝的環境可以有氧也可無氧。除此之外,同一種微生物還會因環境的變化而改變代謝類型,如紫色硫細菌在白天利用光合作用獲得能量,并氧化H2S為元素硫,還原CO2為儲存物質糖原;而在夜晚或陰天時進行化能營養,氧化糖原產生乙酸。自養營養是細菌特有的生活類型,哪怕是地球上主要的基礎生產者——植物的葉綠體也是起源于藍細菌。但目前對細菌的自養營養方式我們也只膚淺地了解固氮作用和CO2固定作用,而對鐵、氫及硫代謝了解甚少。所有自然的或生物合成的物質最終都由微生物降解,包括纖維素、半纖維素、木質素、難降解的鹵素苯環化合物等對于其他生物來說是營養極限的物質。無論從能量代謝還是從物質代謝角度講,微生物代謝類型的多樣性也是動植物不可比擬的。從營養代謝類型看,主要由光能自養型、光能異養型、化能自養性和化能異養型4種類型組成。如光能自養型,目前已知有3種形式,包括不產氧型光合作用——循環光合磷酸化;產氧型光合作用——非循環光合磷酸化(似綠色植物);嗜鹽紫膜菌型光合作用——一種無葉綠素或菌綠素(通過細菌視紫紅質)參與的獨特光合作用?；茏责B型代謝是微生物獨有的營養代謝類型,通過氧化無機物(NH4+、NO-、2H2S、S0、H2、Fe2+等)作為還原CO2所需要的ATP和還原力?；墚愷B型中,包括發酵、無氧呼吸、有氧呼吸等不同生物氧化形式及諸多代謝途徑產能。可以這樣講,在自然界只要存在某種有機物(包括人工合成的),就會有相應的微生物去分解利用它,如石油、苯酚、甲苯、丙烯晴、多種染料和農藥等。微生物在對碳源利用及氮源利用方面具有極其重要性,如大氣中的N2,在自然界中只能通過微生物或在其協助下才能轉化為其他生物可利用的氮源。微生物的營養類型是多樣的。根據微生物生長所需的營養物質的性質不同分為異養型生物和自養型生物。根據能量來源不同，分為化能營養型和光能營養型生物藍細菌、紅硫細菌、綠硫細菌是光能自養型生物，它們含有葉綠素或細菌葉綠體，能進行光合作用。紅螺菌屬于光能異養型微生物。在化能利用菌中又分為無機化能利用菌(I.ithotrophs)和有機利用菌(Organotrophs)。利用無機能源而需有機碳源的是混養菌(Mixotrophs)。但有更多種細菌能利用的有機物極為相同，如:石油、苯、酚、磷苯二酚、三硝基甲苯(TNT)、丙烯睛、多種染料和農藥。因而利用微生物能降解穩定有機物的特征來處理自然環境中的污染物，以達到保護環境、防治污染的目的。微生物還能以CN一、OCN一、SCN一、NCNZ一、NO:、NH2oH為氮源，最為獨特的是固定大氣中的N:。四、微生物的生態多樣性微生物世界還充滿著生態的多樣性，它們生活在不同的環境中，大部分微生物都生活于溫和的地方，土壤、大氣、水體以及生物體內都有它們的蹤跡，但也有不少的微生物生活于各種極端環境，它們直接決定著生命的疆域，20世紀60年代，一位年輕的微生物學家布洛克來到了著名的美國黃石國家公園里，他此行目的是休假，但耐不住寂寞的他將公園里高達80多攝氏度的熱泉水作為他觀察的對象，在顯微鏡下，他驚奇地發現有許多“活的小生命”，布洛克敏銳地意識到自己或許已打開了一個嶄新微生物世界的窗戶。今天，已經有越來越多的生活在極端環境的生命被發現，人們曾從pHO(酸度是普通細胞生存的至少10萬倍)的酸礦水、1200個大氣壓的海底、3200米的地下、1600米的冰層下、30%鹽度的鹽湖水中和幾百攝氏度高溫的海底火山口附近都分離到微生物生命，它們的存在讓人類將目光更昂然地投向了宇宙深處，希望在別的星球發現某種形式的生命。布洛克預言:“只要水保持液態就有發生生命的可能”，未來的發現或許將證明他的睿智。微生物的生活方式也豐富多彩，大部分微生物都能獨立生活，但如同人不光是一個生物個體意義上的人還是一個社會的人一樣，微生物的這種獨立生活并不代表它們不和周圍的生物發生聯系，通過種種方式，它們與周圍的生物存在著千絲萬縷的關系。有些微生物必須生活于別的生物體內，如果它們只是貪婪地吮吸宿主的營養，它們則是寄生性微生物(如很多病原微生物)，如果它們在獲得營養的同時對宿主也有好處，并且它們與宿主形成了特定形態的結構，則它們與宿主的關系叫共生，真菌和藻類形成地衣，纖維素分解菌與牛、羊等反自動物形成瘤胃都是共生的典型例子。微生物的基因組(全部基因的總稱)也存在著極大的差異，以細菌為例，不同細菌的基因組大小、基因的數量差異很大，有時相差十幾倍，一種叫生殖道支原體的細菌僅有不到500個基因，而大腸桿菌卻有超過4000個基因。再來看看古菌，它雖然和細菌長得一模一樣，非常像細菌那樣的原核生物，但古菌的許多基因特征卻類似于真核生物，一些古菌的全基因組序列的測定也顯示了它們是一類獨特的生命形式，是生命進化之路上獨立的一支。五、微生物利用的廣泛性人類戰勝疾病的歷史，就是利用微生物的歷史。自從1929年英國·細菌學家Fleming分離出青霉素之后，發現了4000多種抗生素，100多種已應用在醫療和工農業生產中。1990年世界20種暢銷藥品中4種是微生物產品，占總銷售額198.5億美元中的29.7億(15%)。環抱素(cyclosPrin)是強力免疫抑制劑，利用它成功地進行人的器官移植。微生物還可以生產留體類藥物、維生素、氨基酸、有機酸、酶制劑等。后者應用于多種工業生產，有巨大二次產值。用基因工程菌再生產激素、生長因子、干擾素、白細胞介素、乙肝疫苗等。世界每年微生物產值達2000億美元。微生物在農業方面被廣泛地利用:施用根瘤菌制劑肥田;用蘇云金桿菌殺蟲;用赤霉素使作物增廣;抗生素使禽畜增重;用農桿菌質粒Pi將病毒CP基因或B.t基因轉入植物獲得抗病蟲轉基因植物，大田試驗證明增產效果明顯。在工業方面，利用微生物促進石油采收。利用酵母發酵生產酒精;用工農業和城市廢物生產甲烷，可做清潔燃料，發酵液用于肥田;微生物能脫除煤和石油中的硫減少大氣污染。利用微生物浸礦，可從礦中生產銅、鈾、錳等，大大提高了回收率，降低成本。六、為什么研究微生物的生物多樣性以往人們感興趣的微生物主要是那些模式菌株及具有直接經濟價值的種群,而那些被忽視的大多數未知種群也蘊藏著目前還無法估量的資源。因而研究微生物的生物多樣性是十分必要的。(1)對極端生境微生物的研究不僅使人類了解和探索生命的策略和極限,而且為超常物質的開發利用提供了資源。嗜熱酶的開發已開始為人類創造前所未有的價值,眾所周知的來源水生棲熱菌的TaqDNA聚合酶使DNA的體外復制變得異常的簡便和常規化,將生物工程、基因組研究等分子生物學領域推向一個新境界。國外的一些生物公司也瞄準了這一領域,已有20多個公司申請并被獲準調查黃石公園的微生物,他們已在30多種嗜熱物種中發現一半以上具有加工淀粉、紙張漂白和產生乙醇的潛力。(2)微生物在生物圈的維持中起“中樞”作用,它們是地球上生物地化學循環的主要工作者。(3)微生物資源對生物技術尤其具有價值,它們及它們的基因代表了最大的、未開發的無價資源。在已開發的產品中包括了抗菌、抗腫瘤物質,耐熱酶類,PCE和PCB脫鹵素菌,生物殺蟲劑及促進植物生長的根際細菌。加拿大TerragenDiversity公司直接從土壤微生物中克隆到兩個新的與Polyketides合成酶(PKS)有關的基因,Polyketides的代謝物多是抗菌物質或有其他藥效的物質。PKS序列的變化有可能產生新的抗菌物質。ARIAD公司和Wisconsin大學通過非培養手段建立了土壤微生物總基因組文庫,并從中篩選到了抗白血病的靛玉紅基因。我國學者也利用無培養的手段從土壤中直接克隆到了一些新酶或分子伴娘的基因,其中有催化手性化合物(環氧化酶)酶。(4)微生物可用于監控環境變化,它們的群體通常對環境狀況反應迅速,因而是一個地區或歷史環境變遷的良好記錄。(5)微生物在高等生物的保護和恢復生物學中起重要作用,如菌根真菌可幫助植物成功地將根定植在土壤中,因而實現本地區的森林再造。人和動物的微生態學則是建立在人體正常菌群和人體建立的和諧的基礎上的一門科學。(6)微生物可作為闡明生態和生物進化原理的模式,因為它們容易操作、具有獨特的交叉反應并在地球上存在的歷史悠久。七、基因組時代為微生物多樣性的認識和應用展示了美好的前景基因組時代的到來,將一個嶄新的、全面的和內在的微生物世界展現在人們面前,它充分顯示了微生物的生物多樣性,并揭示了生物進化的動力。。基因組序列的完成為生物信息學、功能基因組學和比較基因組學研究奠定了基礎。生物信息學不只是基因的線狀排列名單,而是與生物化學功能、基因表達概貌及細胞功能相關的數據庫