不是随机组合而成，大致可分为三种类型（enterotypes）：拟杆菌型 （Bacteroides）、普氏菌型（Prevotella）、瘤胃球菌型（Ruminococcus）
➢生命三域：细菌域 （Bacteria）、古菌域 （Archaea）和真核生物域 （Eukarya）
➢生物六界中四界：动物界、 植物界、病毒界、原核生 物界、原生动物界、菌物 界
土壤肥力 ✓ 病原菌给人类带来灾难：瘟疫，疫苗、抗生素
挽救生命，拯救人类文明 ✓ 现代生命科学研究的基本对象和良好工具
微生物与社会可持续发展
✓ 微生物与生态环境的保护和修复 —保护环境，维护生态平衡 —污染环境修复，有机废弃物、人工合成有毒物
✓ 微生物与农业 —土壤形成和肥力（氮、碳等循环） —生物防治与绿色农业、有机农业（病虫害防治） —农产品加工贮藏（有益微生物的利用、有害微生
应用微生物
章初龙 生物技术研究所
微生物与其它生物的共同点
1. 遗传信息都是由 DNA 链上的基因所携带，除少数 特例外，其复制、表达与调控都遵循中心法则
2. 初级代谢途径如蛋白质、核酸、多糖、脂肪酸等大 分子物特点
1. 体积小，比面积大：微米，纳米。比面值（面积与体积 比），假设人的比面值为1，则大肠杆菌是300 000。比面 积大有利于物质交换和能量、信息的交换。
物的抑制） ✓ 微生物与能源
—生物能源，清洁能源 ✓ 微生物与医药
—生物医药 ✓ 微生物采矿...... ➢ 丰富的微生物资源及其产物为人类的可持续发展提供
新的支持与发展点
当代微生物学的发展趋势
• 纵深发展，从细胞水平、酶学水平逐渐进入到基 因水平、分子水平和后基因组水平
• 拓宽宏观研究领域，与其他生命科学和技术、其 他学科交叉、综合形成许多新的学科发展点甚至 孕育新的分支学科
个 ➢ 人体肠道中菌体总数可达 100 万亿左右 ➢ 每 g 新鲜叶子表面可附生 100 多万个微生物 ➢ 全世界海洋中微生物的总重量估计达 280 亿吨 ➢ microbiome，mycobiome
2 June 2006
人体胃肠道微生物区系
M Arumugam et al. Nature 000, 1-7 (2011) doi:10.1038/nature09944
土壤 污水 水域 地矿
宇宙空间 极端环境 微环境
生命起源进化 和系统发育
微生物多样性
微生物特有的生命现象
生存能力
极端环境
特异的代谢途径和功能
生物转化 生物修复
复习思考
• 微生物在生物界的地位，微生物的三大类群，微生物特 性，微生物在科学研究、社会发展中的重要性
4. 适应性强，易变异：生产青霉素的产黄青霉1943年时每升 发酵液约5mg，目前已超过60克，生产效率提高了12000 倍。
微生物的多样性
1. 种类多样性 2. 形态和结构多样性 3. 代谢多样性 4. 繁殖与变异多样性 5. 抗性多样性
微生物的种类多样性
➢ 已确定10万，每年新增几百上千种，1% ➢ 每 g 土壤中细菌几亿个，放线菌孢子可达几千万
微生物的形态与结构多样性
• 个体微小，光学显微镜或电子显微镜，mm/µm/nm， 每 g 细菌的个数可达1010 个，比表面积大
• 无细胞，单细胞，多细胞 • 球状、杆状、螺旋状、分枝丝状等典型形状，方
形、阿拉伯数字状、英文字母形等特殊形状 • 细胞显微结构具有明显的多样性
重半吨、长约10米，估计20岁
微生物的代谢多样性
• 可利用基质广泛：无机CO2，有机质醇、酸、糖 、蛋白、脂，短链、长链到芳香烃类，木质素 、纤维素等多糖大分子聚合物，甚至有毒物质
• 代谢方式多样：自养、异养；光能、化能；有 氧、无氧
• 代谢速率快：以同等体积计，细菌1小时消耗的 糖类相当于人500年消耗的糖类
• 代谢产物多样：蛋白质、多糖、核酸、脂肪、 抗生素、维生素、毒素、色素、生物碱、CO2、 H2O 、H2S 、 NO2－1 、NO3－1 、SO4－2
2. 结构简单：单细胞、简单多细胞或无细胞形式。
3. 吸收多，转化快：大肠杆菌在1小时内可分解比自身重量 1000-10000倍的乳糖；产朊假丝酵母合成蛋白质的能力 比大豆强100倍，比肉用公牛强10万倍。
3. 生长旺，繁殖快：大肠杆菌20min分裂一次，1个细菌1小 时后，变为23…1天后变成272=4722366500万亿个，总重 量达4722吨。
微生物的繁殖与遗传变异多样性
➢ 繁殖方式多样 ➢ 携带遗传信息的物质和方式多样 —原核生物：染色体、质粒 —真核生物：染色体、细胞器都有独立自主
复制DNA —病毒：DNA、RNA、蛋白质 ➢ 变异快，自然变异频率10-5-10-10
微生物的抗性多样性
➢ 抗热性：热泉（100℃）、太平洋深处（250-300℃） ➢ 抗寒性：冰箱、冻土 ➢ 抗盐性：死海不死，含盐高达 23％～25%，嗜盐菌 ➢ 抗酸抗碱：嗜酸菌（pH 0.5）、硝化细菌（pH 9.4）、
脱氮硫杆菌（pH 10.7） ➢ 抗干燥性 ➢ 抗压 ➢ 抗缺氧 ➢ 抗辐射 ➢ 抗毒物
微生物的生态分布多样性
➢ 除明火、火山喷发中心区、人为无菌环境 ➢ 无处不在，高空、深海，南北极、赤道，土
壤、水、空气、动植物内外 ➢ 春夏秋冬
微生物与人类社会文明进步
✓ 数千年前酿造活动、烘制面包、配制果酒 ✓ 早期农业生产，豆科植物与其他作物轮作提高