1. 环境微生物的概念

环境微生物(Environmental microorganism)通常是指大量的、极其多样的存在于自然界的一大群体形微小、结构简单、肉眼直接看不见，必须借助光学显微镜或电子显微镜放大数百倍、数千倍，甚至数万倍才能观察到的微小生物。

英文“微生物”一词“Microorganism”就是在“生物”(Organism)词之前加上前缀“非常小”(micro)所构成，意指微小的生物。

但是，微生物并不是一个分类学上的术语，它们主要是根据生物体的大小而被人为地划归在一起的。

2. 环境微生物的种类

微生物通常包括病毒、亚病毒(类病毒、拟病毒、朊病毒)、具原核细胞结构的细菌、古菌以及具真核细胞结构的真菌(酵母、霉菌、蕈菌等)、原生动物和单细胞藻类。

1. 体积小、面积大、比表面积大

体积小、面积大、比表面积大有利于营养物质吸收、代谢废物排泄、环境信息交换。

如10-100亿个细菌加起来重量约1 mg。

再如杆菌的长度约2 μm，约80个杆菌肩并肩才有人类一根头发丝粗，约1500个杆菌头尾衔接起来才有一粒芝麻长(3 mm)。

2. 结构简单、起源早、进化地位低

环境微生物的结构比较简单，细菌、放线菌和部分真菌是单细胞的，高等真菌是多细胞的，有营养器官和繁殖器官的区分。而病毒和亚病毒均不具有细胞结构，而是由某些大分子的核蛋白粒子所组成。

38亿年前，生命在地球原始海洋中出现。26亿年前，陆地上就可能存在微生物。但仅在300多年前人们才真正发现微生物的存在。

3. 吸收多、转化快

大肠杆菌(E.coli) 1 h可分解其自重1000-10000倍的乳糖。

产朊假丝酵母(C. utilis)比大豆强100倍的蛋白质合成能力。

发酵乳糖的细菌在1 h内就可以分解相当于其自身重量1000-10000倍的乳糖，产生乳酸。1 kg酵母菌在1 d内可发酵数千公斤的糖发酵成酒精。

但是，一个体重50 kg的人一天吃掉与体重等重的食物恐怕这个世界几乎没有人做到。若要消耗自身体重1000-10000倍的食物普通人则需要约400年左右的时间(按400斤/年计算)。

4. 生长旺、繁殖快

谷氨酸短杆菌：摇瓶种子→50 t发酵罐，52 h内细胞数目理论上可增加32亿倍。

E. coli在最适的生长条件下12.5-20 min分裂一次。若按20 min繁殖一代，一昼夜就是72代，一个细菌细胞在不受任何影响的条件下，24 h后可繁殖到四万亿亿个(重约4722 t)，48 h后则可产生2.2×10⁴³个后代，如此多的细菌的重量约4000个地球之重。

5. 易变异、适应强

突变频率一般为10^-5-10^-10，但因繁殖快、数量多、与外界环境直接接触，因而在短时间内可出现大量变异的后代。

如青霉素生产菌Penicilliumchrysogenum (产黄青霉)的产量1943年为每毫升发酵液中含20单位青霉素。40多年来，经世界各国微生物遗传育种工作者的努力使该菌产量变异逐渐积累，加上发酵条件的改进，其发酵水平每毫升已高达5-10万单位。微生物的数量性状变异和育种使产量提高的幅度之大，是动植物育种工作中绝对不可能达到的。

灵活的适应性或代谢调节机制，如E. coli中能容纳20-30万个蛋白质分子，2000-3000种执行不同生理功能的蛋白质。

极端环境的适应能力，如高温、高酸、高盐、高辐射、高压、低温、高碱、高毒等。

环境微生物的抗性：

l  抗热：有的细菌能在265个大气压、250 ℃的条件下生长。有些细菌的芽孢，需加热煮沸8 h才被杀死。

l  抗寒：有些微生物可以在―12 ℃-―30 ℃的低温生长。

l  抗酸碱：细菌能耐受并生长的pH范围：pH 0.5-13。

l  耐渗透压：蜜饯、腌制品，饱和盐水(NaCl, 32%)中均有微生物生长。

另外，微生物若遇到不良环境会形成芽孢已躲避外界不良环境的影响。相关研究表明世界上最古老的活细菌(芽孢)年龄已高达2.5亿年(Nature 407, 897-900, 2000)。

6. 分布广、数量大、种类多

微生物无孔不入，随遇而安，分布广。如万米深海、85 km高空、地层下128 m和427 m沉积岩中均有微生物存在。无论是动物、植物的身体内外，或高山、大海、空气里、土壤中、矿井下、河流内、食物上、拉圾内等等均有大量的微生物安家落户。

微生物的数量也非常庞大。一般城市街道每立方米的空气中约含5000个微生物。普通宿舍的空气中每立方米约含20000个微生物。每克肥沃土壤中可含数亿个甚至更多数量的微生物，土壤中的细菌总重量估计约为10034×10¹²t。

微生物物种多、生理代谢类型多、代谢产物多、遗传基因多、生态类型多。如微生物的总数约为50-600万种，已记载的约20万种(1995年)。其中原核生物约3500种，病毒约4000种，真菌约9万种，原生动物和藻类约10万种。

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