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科學講座

微生物(microorganism)是肉眼看不見的微小生物的總稱。作為地球上最古老的生物,微生物無處不在。幾乎所有生物--植物或動物--都與微生物有關。新型冠狀病毒的爆發將公眾帶入了壹個微觀世界。事實上,自然界中存在著數十萬種微生物,它們廣泛分布於土壤、空氣、水、人和動物的體表及其與外界相通的腔道,如呼吸道、消化道和泌尿生殖道。絕大多數微生物都是有益的,有些甚至是人類和動植物生存所必需的。只有少數微生物會給人類、動物和植物帶來疾病,它們被稱為病原微生物。

壹、微生物的種類

根據微生物細胞結構和組成的不同將微生物分為三種類型:

1、原核細胞型微生物:只有原始細胞核,沒有核膜,沒有核仁,染色體只有單個裸露的DNA分子,沒有有絲分裂,缺乏完整的細胞器。如細菌、放線菌、螺旋體、支原體、衣原體、立克次體等。

2、真核細胞型微生物:細胞核分化較多,具有典型的核結構(核膜、核仁、染色體,由DNA和組蛋白組成),行有絲分裂。細胞質具有各種完整的細胞器。如真菌、藻類。

3、非細胞微生物:結構最簡單,體積最微小,能通過細菌濾器,無細胞結構,由單壹核酸(DNA或RNA)和(或)蛋白質外殼組成,無產能酶系統。必須寄生在活的易感細胞中才能生長繁殖。如病毒、亞病毒和朊病毒。

二、幾種常見的微生物

下面我們來詳細了解幾種常見的微生物:

1、細菌:

細菌是壹類細胞短小、結構簡單、細胞壁堅韌、以兩次以上分裂方式繁殖的水生原核生物。分布在溫暖、潮濕和有機質豐富的地方。具有細胞膜、細胞壁、細胞質和核質。單個細菌肉眼看不見,當單個或少量細菌在固體培養基上大量繁殖時,就會形成具有壹定形態和結構的亞細胞菌落,肉眼可見。菌落是鑒定細菌種類的重要依據。不同種類的細菌菌落大小、形狀光澤顏色硬度透明度都不同。

2、真菌:

真菌是壹種真核生物,能產生孢子,無葉綠體。真菌有真正的細胞核;無葉綠素,以吸收為營養方式的異養生物;其典型的滋養體為絲狀分支結構;細胞壁的主要成分為幾丁質或纖維素或兩者兼有。包含黴菌、酵母菌、粘菌和人類已知的其他蘑菇。真菌有含幾丁質的細胞,可以通過無性繁殖和有性繁殖產生孢子。

真菌的形態:

單細胞真菌呈圓形、橢圓形或圓柱形,包括酵母菌和類酵母菌。多細胞真菌的形態更為復雜,由菌絲(菌絲)和孢子(孢子)兩種基本結構組成。

菌絲:由成熟的孢子在基質上產生的芽,叫芽管,芽管逐漸延長成絲狀,叫菌絲。菌絲可長出許多分枝,交織成壹團,稱為菌絲體(mycelium)。根據結構,菌絲體可分為有隔菌絲體(有隔膜,把壹個菌絲體分成幾個細胞)和無隔菌絲體(無隔膜,壹個菌絲體就是壹個細胞)。

根據功能可分為營養菌絲、生殖菌絲和氣生菌絲。按形態分為節狀、球拍狀、螺旋狀、鹿角狀等。

孢子:是真菌的生殖結構,是由生殖菌絲產生的生殖體。真菌孢子分為無性孢子和有性孢子兩類。

1) 無性孢子:是指沒有兩個性器官或性細胞結合而產生的孢子。

a) 葉狀孢子。由菌絲細胞直接形成的生殖孢子。有 3 種類型:①出芽孢子;②節孢子;③厚膜孢子。

b) 分生孢子。生殖菌絲末端和分支的細胞分裂或集中形成的單生、簇生或鏈狀孢子,是多細胞真菌最常見的無性孢子類型,有大小之分,分為大分生孢子和小分生孢子。

c) 孢子囊孢子。由菌絲末端形成的囊狀結構即孢子囊,裏面有許多孢子稱為孢子囊孢子。

2)有性孢子:是由同壹生物或不同生物的兩個細胞或性器官融合,經減數分裂產生的。產生的有性孢子分為四類。

a) 卵孢子。在菌絲上產生兩個配子體,小的是雄性器官,大的是產卵器,兩者合作,雄性器官的內容物通過受精管進入卵球體,形成卵孢子。它存在於鞭毛蟲亞門--卵菌綱。

b) 接合孢子。兩個菌絲體的側枝腫脹,頂端接觸並連接起來形成分生孢子。見於接合菌亞門。

c) 分生孢子。無囊孢子的形成方式多種多樣,有簡單的,也有復雜的,有的無囊孢子內有4到8個無囊孢子,有的無囊孢子在殼外,有的無囊孢子包裹著無囊孢子。見於子囊菌亞門。

d) 伸出孢子。在擔子梗的頂端產生4個擔子孢子,由擔子孢子不斷產生孢子。見於擔子菌亞門。

3、病毒:

病毒是壹類由核酸和蛋白質等成分組成的少數 "非細胞生物",但它的生存必須依靠活細胞。壹般直徑在 100nm 左右,最大的病毒直徑為 200nm 的牛痘病毒,最小的病毒直徑為 28nm 的脊髓灰質炎病毒。

病毒的基本結構:病毒的蛋白質外殼稱為囊殼,遺傳物質主要是RNA或DNA,囊殼和核酸分子統稱為核殼。但以艾滋病病毒為例,病毒表面還包裹著壹層類似細胞膜的細胞膜和刺狀結構,與衣殼****著決定病毒的特異性。此外還有壹些酶:如逆轉錄酶。大多數常見病毒由蛋白質外殼和核酸(DNA 或 RNA)組成;但朊病毒沒有核酸,只有蛋白質;還有壹類病毒沒有蛋白質,只有核酸。病毒主要有三種形態:桿狀、球狀和蝌蚪狀。此外,還有子彈形和磚塊形。而有些病毒還會有多態性,如流感病毒就有球形、絲狀和桿狀等多種形態。

病毒的分類:

病毒不僅可分為植物病毒(如煙草花葉病毒等)、動物病毒(如禽流感病毒、天花病毒、艾滋病病毒等)和細菌病毒(噬菌體)。

(1) 雙鏈 DNA 病毒(如)腺病毒、皰疹病毒、痘病毒)

(2) 單鏈 DNA 病毒(如小 DNA 病毒)

(3) 雙鏈 RNA 病毒(如埃可病毒)

(4) (+) 單鏈 RNA 病毒(如、(5) (?)單股 RNA 病毒(如正粘病毒、殼病毒)

(6) 單股 RNA 逆轉錄病毒(如逆轉錄病毒科)

(7) (?

(7) 雙鏈 DNA 逆轉錄病毒(如肝病毒)

例如,屬於冠狀病毒組的新冠狀病毒是壹種具有包膜結構的病毒,其中含有單股正鏈 RNA(+RNA)。包膜有助於病毒顆粒以類似細胞吞噬的方式侵入宿主細胞,而單股 +RNA 鏈則可以充當 mRNA,直接經過翻譯過程合成蛋白質。在復制過程中,+RNA 鏈被用作模板,按照堿基互補配對原則合成互補的 -RNA 鏈,然後利用 -RNA 鏈指導多條 +RNA 鏈的合成,新合成的蛋白質與 +RNA 遺傳物質鏈組裝成新的病毒粒子。新型冠狀病毒被歸類為 RNA 復制病毒(過程 1、2 如圖所示),而 HIV 病毒則屬於反轉錄病毒(過程 5、6、7 如圖所示)。

病毒生命活動的壹個顯著特點是寄生性,只有寄生在特定的活細胞中才能生存。並利用宿主細胞的環境和原料進行快速復制和增殖。在非寄生狀態下則呈晶體狀,不能獨立進行新陳代謝活動。其生命過程大致分為五個步驟:吸附、註入(遺傳物質)、合成(逆轉錄/整合到宿主細胞 DNA 中)、組裝(利用宿主細胞轉錄 RNA、翻譯和重新組裝蛋白質)、釋放。

千百萬年來,無處不在的微生物與人類共同生存,造福人類,也給人類帶來毀滅性災難,始終保持著 "亦敵亦友 "的奇妙關系。新型肺炎疫情是當今世界最嚴重的疫情,近三年來在世界各國蔓延,至今仍未得到有效控制。人類對微生物的認識和探索任重而道遠,對微生物的認識和研究是打開未知世界大門的鑰匙。我們期待通過不斷進步的科學技術手段,更好地認識和利用微生物,預防和治療病原微生物,以應對我們今天和未來所面臨的巨大挑戰。

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