神奇的微生物家族_普通生物學

第三節(jié)　神奇的微生物家族

一、微生物的共性

微生物是一切肉眼看不見或看不清的微小生物的總稱，它們是一些個體微小、構(gòu)造簡單的低等生物。

微生物和動、植物一樣具有新陳代謝等生物的基本特征，但微生物也有其自身的特點?？偨Y(jié)起來，微生物具有如下共性。

（一）體積小、比面值大

微生物個體極其微小，必須借助顯微鏡才能觀察到。正由于個體微小，微生物有著極為巨大的比面值（單位體積所占有的面積，面積/體積），例如，大腸桿菌的比面值為300 000，人的比面值約為0．3。這樣一個小體積大面積的系統(tǒng)，就是微生物與一切大型生物相區(qū)別的關鍵所在，也是賦予微生物具有五大共性的本質(zhì)所在。因為一個小體積大面積系統(tǒng)，必然有一個巨大的營養(yǎng)的吸收面、代謝廢物的排泄面和環(huán)境信息的接受面。

（二）吸收多、轉(zhuǎn)化快

微生物雖然很小，但代謝旺盛，主要表現(xiàn)在吸收營養(yǎng)物質(zhì)多、物質(zhì)轉(zhuǎn)化快這兩方面。其代謝強度比高等動物的代謝強度高幾千倍到幾萬倍。例如1kg酒精酵母，一天能分解其自身重量幾千倍的糖類，使它們變成酒精，容易形成工廠化生產(chǎn)規(guī)模。產(chǎn)朊假絲酵母合成蛋白質(zhì)的能力是大豆的100倍，是肉用公牛的10萬倍。

正因為微生物的這個特性，才使得微生物能夠成為發(fā)酵工業(yè)的產(chǎn)業(yè)大軍，在工、農(nóng)、醫(yī)等戰(zhàn)線上發(fā)揮巨大作用。人類對微生物的利用，主要體現(xiàn)在它們的生物化學轉(zhuǎn)化能力上。

（三）生長旺、繁殖快

微生物的繁殖速度快得驚人。如果條件適合，大腸桿菌每12．5～20min分裂一次，按20min來計算，一晝夜可繁殖72代，即一個菌體一晝夜可產(chǎn)生2⁷²（4 722 366 500萬億）個后代，總重量可達4 722t。假如再這樣繁殖4～5天，它們就會形成跟地球同樣重量的物體。當然這種情況不會出現(xiàn)，因為影響細菌繁殖的各種因素隨時都在變化。

（四）易變異、適應性強

微生物細胞體系簡單，多為單細胞，通常都是單倍體，與外界直接接觸，在受到外界理化因素影響后，細胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)容易發(fā)生變化，即容易發(fā)生變異。加之它們具有繁殖快、數(shù)量多的特點，即使其變異的頻率十分低，也可在短時間內(nèi)產(chǎn)生大量的后代，易在短時間內(nèi)產(chǎn)生大量變異的后代。微生物容易變性的特性已使其成為許多科學家的研究目標和工具，微生物誘變育種就是典型的例子。青霉素是由產(chǎn)黃青霉產(chǎn)生的。1943年，每毫升青霉素發(fā)酵液中該菌只分泌約20單位的青霉素，而病人每天卻要注射幾十萬單位。那時，一茶匙黃色粉末的青霉素需數(shù)千英鎊。通過菌種選育，使該菌產(chǎn)量逐漸積累，目前，其發(fā)酵水平已超過5萬單位，甚至接近10萬單位。當然，菌類的抗藥性也同樣存在，有的菌株耐藥性竟比原始菌株提高1萬倍。20世紀40年代初，最嚴重感染的病人，只要每天分數(shù)次共注射10萬單位的青霉素即可，現(xiàn)在，成人每天要注射100萬單位左右。

微生物對環(huán)境條件尤其是惡劣的“極端環(huán)境”所具有的驚人適應力，堪稱生物界之最。例如在海洋深處的某些硫細菌可在250℃甚至300℃的高溫條件下正常生長，大多數(shù)能耐0～－196℃的低溫，甚至在－253℃下仍能保持生命，一些嗜鹽菌甚至能在32%飽和鹽水中正常生活，許多微生物尤其是產(chǎn)生芽孢的細菌可在干燥條件下保藏幾十年、幾百年甚至上千年，肺炎雙球菌有莢膜，可以抵抗白細胞的吞噬，再如細菌的芽孢、放線菌的分生孢子、真菌的各種孢子，更能抵抗外界不良環(huán)境的侵害，一般能存活幾年甚至幾千年。

（五）種類多、分布廣

微生物的種類極其繁多，目前已發(fā)現(xiàn)的微生物達10萬種以上，新物種還在不停地被發(fā)現(xiàn)。分布非常廣泛，可以說微生物無處不有，無處不在，上至萬米高空，下至千米深海底部，熱達300℃的溫泉，冷至－80℃的極地，都可以見到它們的足跡。微生物大量存在的地方是土壤，那里是微生物的天下，在1g肥沃的土壤中有幾十億個微生物，空氣中也含有大量的微生物，越是人員聚集的公共場所，微生物含量越高，水中以江、河、湖中含量最高，井水次之，動、植物體表及某些內(nèi)部器官，如皮膚及消化道等也有其蹤跡。

二、原核微生物

原核微生物是由原核細胞構(gòu)成的單細胞生物，它們大約出現(xiàn)在35億年前，曾是地球上唯一的生命形式，獨占地球長達20億年以上。如今它們還是很興盛，在生物圈內(nèi)分布最廣，個體數(shù)量最多。

（一）主要特征

原核微生物最基本的特征：①沒有核膜，其擬核或核基因組主要由一個裸露的環(huán)狀DNA分子（也稱染色體）構(gòu)成，遺傳信息量??；②細胞小，直徑為0．2～10μm，有細胞壁，細胞壁成分多為肽聚糖；③細胞內(nèi)沒有以膜為基礎的細胞器。

（二）主要類群

1．細菌

（1）細菌的形態(tài)　顯微鏡下不同種類的細菌形態(tài)不一，其基本形態(tài)有球狀、桿狀和螺旋狀。一般球菌直徑為0．5～2μm，桿菌長0．5～6μm，寬0．3～1．2μm。許多細菌也常成對、成鏈、成簇地生長。

（2）細菌細胞的構(gòu)造　細菌細胞具有原核細胞的基本特征。很多細菌核基因組（或細菌染色體）還存在能自主復制的小段環(huán)狀DNA分子，稱為質(zhì)粒。質(zhì)粒所含基因一般非細菌生存所必需，只是在某些特殊條件下，賦予細菌某些特殊機能，如抗藥性、降解性、致病性等。在基因工程中，質(zhì)粒常能用作基因轉(zhuǎn)移的載體。除一般構(gòu)造外，在一定環(huán)境條件下，某些細菌還會產(chǎn)生一些特殊構(gòu)造（圖3－40）。如某些細菌細胞表面有一厚層膠狀的莢膜。莢膜具有保護菌體、儲存營養(yǎng)、堆積代謝廢物、表面附著和細胞間識別等功能。大多數(shù)能運動的細菌體表長有具運動功能的鞭毛，但不同種細菌鞭毛數(shù)目和著生方式不同。有的細菌體表長有纖細、數(shù)量較多的菌毛，有助于菌體附著于物體表面。還有一些細菌的雄性菌株生有一至少數(shù)幾根比菌毛長的性毛，可借性毛向雌性菌株傳遞遺傳物質(zhì)。有些細菌在生長發(fā)育后期，在細胞內(nèi)形成一個圓形或橢圓形結(jié)構(gòu)，稱為芽孢。芽孢有極強的抗熱、抗輻射、抗化學藥物和抗靜水壓的能力，是一種抗逆性休眠體，可存活幾年到幾十年，甚至幾百至上千年。

圖3－40　細菌細胞的構(gòu)造

（3）細菌的營養(yǎng)　大多數(shù)細菌異養(yǎng)，少數(shù)自養(yǎng)，營養(yǎng)方式多樣。根據(jù)碳源、能源及電子供體性質(zhì)的不同，細菌的營養(yǎng)類型可分為光能無機自養(yǎng)型、光能有機異養(yǎng)型、化能無機自養(yǎng)型及化能有機異養(yǎng)型四種類型。絕大多數(shù)細菌屬于化能有機異養(yǎng)型。化能有機異養(yǎng)型又可分為腐生型、寄生型、兼性腐生型和兼性寄生型等類型。

（4）細菌的呼吸　細菌生命活動所需能量通過各種營養(yǎng)物質(zhì)的氧化即呼吸過程而獲得。根據(jù)呼吸過程中不同細菌與分子氧關系，細菌又分好氧菌（如根瘤菌）、厭氧菌（如破傷風桿菌）、兼性厭氧菌（如大腸桿菌）和微好氧菌等類型。

（5）細菌的繁殖　細菌以無性二分裂法繁殖，即一個細胞通過直接分裂（無絲分裂）產(chǎn)生兩個細胞。環(huán)境適宜時，20～30min繁殖一代，如大腸桿菌。

（6）細菌的作用及經(jīng)濟意義　自然界細菌有1萬余種，它們數(shù)量大、適應性強，廣泛分布于冰山曠野、江河湖海，上至數(shù)萬米高空，下至萬米深海底部，以及動植物和人體內(nèi)外。部分細菌是致病菌，能引起人類及動植物的許多傳染病，但大多數(shù)細菌對人類有利。土壤中的自生固氮菌、根瘤菌將空氣中的游離氮轉(zhuǎn)化為含氮化合物供植物營養(yǎng)；化能異養(yǎng)菌將許多含微量元素的不溶性有機物轉(zhuǎn)化為植物可吸收的形式；腐生細菌作為生態(tài)系統(tǒng)中的還原者，將動、植物的殘體分解成簡單的無機物，推動和維持了自然界的物質(zhì)循環(huán)。在工業(yè)上，利用細菌可生產(chǎn)乙醇、丙酮和醋酸等產(chǎn)品。隨著科學的發(fā)展，細菌還將展示出更廣闊的應用前景。

2．放線菌

放線菌是細胞呈分支狀菌絲、主要以孢子繁殖的化能異養(yǎng)原核生物。其種類很多，大多數(shù)生活在含水量較低、有機質(zhì)豐富、微堿性土壤中，少數(shù)水生。

放線菌的細胞結(jié)構(gòu)和細菌沒有多大區(qū)別，但是它們的形態(tài)比細菌復雜些，大多數(shù)放線菌有發(fā)達的分支菌絲。菌絲纖細，寬度近于桿狀細菌，為0．5～1μm。按其著生位置與功能，菌絲可分為營養(yǎng)菌絲、氣生菌絲和孢子絲。營養(yǎng)菌絲是伸向培養(yǎng)基內(nèi)部的菌絲，又稱基內(nèi)菌絲，主要功能是吸收營養(yǎng)物質(zhì)，有的可產(chǎn)生各種色素，把培養(yǎng)基染成各種各樣的顏色，這是菌種鑒定的重要依據(jù)。氣生菌絲是長在培養(yǎng)基表面的菌絲，暴露在空氣中。當營養(yǎng)充足、溫度合適時，在氣生菌絲上會分化出可產(chǎn)生孢子的孢子絲，孢子絲的形狀和排列方式因種而異。成熟的孢子從孢子絲上脫落下來，在有足夠的水分和合適溫度的環(huán)境下，便會萌發(fā)成菌絲，然后再形成孢子，如此周而復始，不斷生存和繁衍。

放線菌與人類關系中最引人注目的是它們能產(chǎn)生抗生素，目前在治療疾病用的抗生素中，有70%是用放線菌生產(chǎn)的，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)和分離到由放線菌產(chǎn)生的抗生素就有4 000多種，其中50多種已廣泛應用，如鏈霉素、紅霉素、四環(huán)素等。此外，放線菌還被用于生產(chǎn)許多維生素、酶類。在自然界物質(zhì)循環(huán)中，腐生放線菌協(xié)同細菌和真菌起著還原者的作用。極少數(shù)寄生放線菌能引起人和動植物疾病。

3．古細菌

古細菌也稱古生菌或古菌，常被發(fā)現(xiàn)生活于各種極端自然環(huán)境中。

1）古細菌的特征

采用細胞化學組分分析、比較生物化學和分子生物學的方法研究，揭示古細菌有如下特征：①細胞壁不含肽聚糖；②細胞膜由獨特的脂質(zhì)構(gòu)成，這些脂質(zhì)在物理特征、化學組成和鏈等方面與其他生物大不相同；③具有既不同于真細菌，也不同于真核生物的16SrRNA序列特征；④對抗生素的敏感性與真核生物相同，而與真細菌不同。由于以上特征，有人提出應將古細菌從原核生物中分出，成為與原核生物（即真細菌）、真核生物并列的一類。

2）古細菌的主要類群

（1）產(chǎn)甲烷古細菌　這是專性厭氧菌，生活于沼澤、污水、水稻田、反芻動物的反芻胃等富含有機質(zhì)且嚴格無氧的環(huán)境中，有18個屬，自養(yǎng)或異養(yǎng)，能利用H2還原CO₂產(chǎn)生甲烷（CH4）。這類菌已用于污水處理和漚肥，在將有機物轉(zhuǎn)化為氣體燃料甲烷的過程中起重要作用。

（2）極端嗜鹽古細菌　生活于鹽湖、鹽田、死海及鹽腌制品表面，能夠在鹽飽和環(huán)境中生長，當鹽濃度低于10%時不能生長，是嚴格好氧的化能異養(yǎng)菌，有8個屬。在厭氧光照條件下，有些菌株產(chǎn)生一種細菌視紫素嵌入細胞質(zhì)膜中，成為紫膜，使菌體呈現(xiàn)紅紫色。紫膜能進行光合作用，將太陽能轉(zhuǎn)換為電能。利用紫膜的能量轉(zhuǎn)換機制，有可能使紫膜成為功能材料用于電子器件，作為生物計算機的光開關、存儲器等組裝元件。

（3）超嗜熱古細菌　通常生存于含硫的熱泉、泥潭、海底熱溢口等處。目前已分離到的超嗜熱古細菌最適生長溫度為70～105℃，有18個屬，絕大多數(shù)專性厭氧，能化能有機營養(yǎng)或化能無機營養(yǎng)，能代謝硫。這類菌的耐高溫酶類有很大的應用前景，如PCR技術(shù)（DNA分子的體外擴增技術(shù)）中所使用的Taq酶就是從水生棲熱菌（T．a(chǎn)quatics）中分離到的，TaqDNA聚合酶的應用明顯提高了PCR的各項性能，才使這一技術(shù)得到迅速發(fā)展和廣泛的應用。

（4）熱原體　這是一類無細胞壁、嗜熱、嗜酸、行好氧化能有機營養(yǎng)的古細菌。目前已知只有三個種。熱原體的基因組極小，與其他原核生物不同的是，其DNA周圍裹有結(jié)合蛋白，經(jīng)氨基酸測序比較，其蛋白組分與真核細胞核小體中的組蛋白有一定的同源性。

由于古細菌所棲息的環(huán)境與地球生命起源初期的環(huán)境有許多相似之處，以及古細菌中蘊藏著遠多于真細菌和真核生物的、未知的生物學過程和功能，所以深入研究古細菌，不僅有助于闡明生命進化規(guī)律的線索，而且有不可估量的生物技術(shù)開發(fā)前景。

4．藍細菌

藍細菌是一類能行放氧光合作用的原核生物，由此也常被植物學家作為原核藻類植物進行描述，并稱之為藍藻。藍細菌的細胞膜重復折疊形成的類囊體膜上含有光合色素，是進行光合作用的場所。細胞壁成分除肽聚糖外，還含有纖維素；細胞壁外有膠質(zhì)層（或稱為鞘）。藍細菌以單細胞體或群體狀態(tài)存在，群體細胞共同包埋在膠質(zhì)鞘內(nèi)。某些藍細菌的絲狀群體中還有異形胞和厚壁孢子等特化細胞。異形胞有固氮作用，厚壁孢子可抵御不良環(huán)境，長期休眠。

藍細菌有29個屬。它們營養(yǎng)要求很低，在自然界分布極廣，從熱帶到兩極，江河湖海，85℃的溫泉，以及冰雪高山上都存在。藍細菌是地質(zhì)史上最早的放氧生物，在地球生命進化歷程中起到里程碑的作用。固氮藍細菌作為農(nóng)田肥料，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上有重要價值。但某些情況下藍細菌的大量繁殖形成“水華”，會影響魚類等水生生物的生存。

5．其他原核微生物

1）支原體

支原體不具細胞壁，能通過細菌濾器，是目前已知最小的、能獨立生活的原核生物。支原體廣泛存在于土壤、污水、昆蟲、脊椎動物及人體內(nèi)，是動、植物和人類的病原菌之一。支原體不侵入機體組織與血管，而是在呼吸道或泌尿生殖道上皮細胞黏附并定居后，通過不同機制引起細胞損傷，如獲取細胞膜上的脂質(zhì)與膽固醇造成膜的損傷，釋放神經(jīng)（外）毒素、磷酸酶及過氧化氫等。除肺炎支原體外，一般不使人致病，但較多的支原體能引起畜、禽和作物的病害。

2）衣原體

衣原體是一類在真核細胞內(nèi)專營寄生生活的原核微生物。廣泛寄生于人、哺乳動物和鳥類，僅少數(shù)致病，如人的沙眼衣原體。有的衣原體是人、動物共患的病原體。

3）立克次氏體

立克次氏體是一類嚴格的活細胞內(nèi)寄生的原核生物，大多是人獸共患的病原體，主要以節(jié)肢動物（虱、蜱、螨）為媒介，引起人類疾病如流行性斑疹傷寒、恙蟲熱、Q熱等。

三、真核微生物

真核微生物是一類細胞核具有核膜、核仁，能進行有絲分裂，細胞質(zhì)中存在線粒體或同時存在葉綠體等多種細胞器的生物。真核微生物主要包括真菌、單細胞藻類和原生動物。如下以真菌為例進行介紹。

（一）真菌的一般特征

除少數(shù)單細胞真菌外，絕大多數(shù)真菌是由分支或不分支的菌絲構(gòu)成的多細胞菌絲體。菌絲管狀有隔或無隔，一般有細胞壁，胞壁成分以幾丁質(zhì)（高等陸生真菌）或纖維素（低等真菌）為主，酵母菌以葡聚糖為主。

真菌沒有葉綠素，不能進行光合作用制造養(yǎng)料，所以它們的營養(yǎng)方式是異養(yǎng)的，異養(yǎng)方式有腐生、寄生、兼性寄生或共生。由菌絲、假根或菌絲上分出的吸器深入基質(zhì)或宿主細胞內(nèi)，借助于高滲透壓吸收水分和養(yǎng)料。

真菌的繁殖方式有營養(yǎng)繁殖、無性繁殖和有性繁殖。

（二）主要類群及其與人類的關系

安斯沃思分類系統(tǒng)根據(jù)有無能動細胞（游動孢子或配子）、有無有性孢子以及有性孢子的類型，將真菌門分為鞭毛菌亞門、接合菌亞門、子囊菌亞門、擔子菌亞門和半知菌亞門。鞭毛菌亞門與接合菌亞門因菌絲無隔膜而被長期放在一起，統(tǒng)稱藻狀菌。

1．接合菌亞門

接合菌亞門的菌絲體無隔，少數(shù)在幼嫩時產(chǎn)生隔膜。無性繁殖主要是在孢子囊內(nèi)產(chǎn)生無鞭毛、不能游動的孢囊孢子。有性生殖由相同的或不同的菌絲所產(chǎn)生的兩個同形等大或同形不等大的配子囊，經(jīng)過接合后形成球形或雙錐形的接合孢子。

本門的主要代表有毛霉屬和根霉屬。毛霉有很強的分解蛋白質(zhì)和糖化淀粉的能力，因此，常被用于釀造、發(fā)酵食品等工業(yè)。根霉與毛霉類似，能產(chǎn)生大量的淀粉酶，故用作釀酒、制醋業(yè)的糖化菌。有些種根霉還用于甾體激素、延胡索酸和酶劑制的生產(chǎn)。當然，接合菌亞門的有些種類是人、畜及其他動物的寄生菌和高等植物的弱寄生菌。條件適宜時?？梢鹗称?、果蔬等霉爛變質(zhì)。

2．子囊菌亞門

子囊菌亞門的主要特征是除極少數(shù)低等種類為單細胞（如酵母菌）外，其余均為有隔菌絲組成的菌絲體。子囊菌的無性生殖特別發(fā)達，有裂殖、芽殖或形成各種無性孢子，如分生孢子、節(jié)孢子、厚垣孢子（厚壁孢子）等。有性生殖產(chǎn)生子囊，內(nèi)生子囊孢子。本門的代表菌有酵母菌、青霉菌、曲霉菌、赤霉菌、冬蟲夏草、羊肚菌。酵母菌為單細胞真菌，是食品工業(yè)和發(fā)酵工業(yè)的重要菌種。只有少數(shù)酵母菌可致人和動物疾病，如白色微絲酵母菌可引起人類陰道感染、鵝口瘡和肺部感染。

曲霉菌、青霉菌、脈孢菌、赤霉菌等均為常見霉菌，為廣泛用于現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)的重要菌種。另一方面，霉菌極易引起食物、衣物、器材、工業(yè)原料霉變，造成較大的經(jīng)濟損失。植物的很多疾病都由霉菌引起。霉菌還能產(chǎn)生多種毒素威脅人畜健康，如花生上長的黃曲霉產(chǎn)生的毒素會誘發(fā)肝癌。

3．擔子菌亞門

擔子菌都是由多細胞的菌絲體組成的有機體，菌絲均具有橫隔膜。在整個發(fā)育過程中，產(chǎn)生兩種形式不同的菌絲：一種是由擔孢子萌發(fā)形成的具有單核的初生菌絲；以后通過單核菌絲的結(jié)合，但核并不及時結(jié)合而保持雙核的狀態(tài)，這種菌絲叫次生菌絲。次生菌絲雙核時期相當長，這是擔子菌的特點之一。擔子菌最大的特點是形成擔子、擔孢子。產(chǎn)生擔孢子的復雜結(jié)構(gòu)的菌絲體叫做擔子果，就是擔子菌的子實體，其形態(tài)、大小、顏色各不相同，如傘狀、扇狀、球狀、頭狀、筆狀等。

擔子菌中既有嚴重危害糧食作物和林木的病原菌，如黑粉菌、銹菌、木腐菌等，也有很多著名的食用菌，如蘑菇、口蘑、香菇和側(cè)耳等，還有許多中國傳統(tǒng)的貴重藥材，如黑木耳、銀耳、茯苓、靈芝等，甚至有些大型菌類還含有抗癌物質(zhì)。

4．半知菌亞門

絕大多數(shù)的半知菌類為有隔菌絲組成的菌絲體，只以分生孢子進行繁殖，尚未發(fā)現(xiàn)其有性生殖過程；有些種類僅發(fā)現(xiàn)菌絲，連分生孢子也未發(fā)現(xiàn)，故名半知菌。半知菌絕大多數(shù)是腐生，約1/3是寄生在人、動物和植物體內(nèi)的，可引起疾病，如人的頭癬、灰指甲、腳癬（香港腳）等均是由半知菌類的菌株引起的。

四、非細胞微生物

非細胞微生物分為真病毒和亞病毒。真病毒簡稱病毒，至少含有核酸和蛋白質(zhì)兩種組分。亞病毒又分為類病毒、擬病毒和朊病毒。類病毒只含具有獨立侵染性的RNA組分，擬病毒只含不具有獨立侵染性的RNA組分，朊病毒只含蛋白質(zhì)一種組分。

（一）病毒

1．病毒的特性

除了具有微生物的共性之外，病毒還具有以下特性：無細胞結(jié)構(gòu)，只是由核酸和蛋白質(zhì)組成的大分子；每種病毒只含有一種類型的核酸，DNA或者是RNA；專性活細胞內(nèi)寄生；以復制方式增殖，依靠宿主細胞進行自我復制繁殖；在離體條件下，只能以無生命的大分子狀態(tài)存在，并可長期保持其侵染性；一般對抗生素不敏感，而對干擾素敏感。

2．病毒的大小與形態(tài)

不同病毒的毒粒大小懸殊，絕大多數(shù)直徑在10～300nm，一般需用電子顯微鏡觀察。病毒的基本形態(tài)為球形（多為動物病毒）、桿形（多為植物病毒）、蝌蚪狀（微生物病毒，也稱為噬菌體），也有磚形（如牛痘）和絲狀（如M13噬菌體）等。

3．病毒的組成與結(jié)構(gòu)

毒粒的基本化學組成是核酸和蛋白質(zhì)，結(jié)構(gòu)復雜的病毒還含有脂類和糖類。一種病毒只含一種類型的核酸（DNA或RNA），單鏈或雙鏈分子，線性或環(huán)狀形式。

病毒不具細胞結(jié)構(gòu)，其基本結(jié)構(gòu)是由蛋白質(zhì)衣殼和位于毒粒中心的核酸構(gòu)成的核衣殼結(jié)構(gòu)。衣殼由許多被稱為殼粒的衣殼蛋白質(zhì)亞基按一定的規(guī)律排列構(gòu)成，而使各種病毒具有不同的形狀。簡單的病毒如煙草花葉病毒僅具核衣殼結(jié)構(gòu)。復雜的病毒，如引起艾滋病的人免疫缺陷病毒（HIV），在核衣殼外還包著一層由脂類、蛋白質(zhì)和糖類組成的包膜。有些病毒，尤其是有包膜病毒的毒粒表面還有突出物（圖3－41）。

4．病毒的增殖

病毒是嚴格的細胞內(nèi)寄生物。它們沒有完整的酶系統(tǒng)和合成代謝系統(tǒng)，不能以分裂方式進行繁殖，而是以復制的方式在宿主活細胞內(nèi)增殖。即當病毒感染敏感宿主細胞時，即借助宿主細胞的能量系統(tǒng)、tRNA、核糖體和復制、轉(zhuǎn)錄、翻譯等生物合成體系，復制病毒的核酸和合成病毒的蛋白質(zhì)，最后裝配成結(jié)構(gòu)完整、具有侵染力的、成熟的病毒粒子，并以一定的方式釋放到細胞外。以噬菌體為例，一般病毒的整個增殖過程大致包括五個階段：吸附、侵入（與脫殼）、復制（生物合成）、組裝、釋放（圖3－42）。

圖3－41　病毒的形態(tài)結(jié)構(gòu)

圖3－42　噬菌體的增殖

5．病毒的起源

病毒是不是生物？如果說它是不具細胞形態(tài)的原始生物，它卻沒有完整的酶系統(tǒng)，不能制造ATP，不能獨立生活，離開了細胞就只是一個沒有生命的分子。如果說它不是生物，它卻具有完整的按照生物界通用的遺傳密碼編制的程序。只此一點便足以說明它即使不是完整的生命，也是和生命以及生命進化有密切關系的。由于病毒離開了細胞就沒有生命活動這一特性，多數(shù)人認為病毒不可能是細胞出現(xiàn)以前的“前細胞”生物，只能是細胞出現(xiàn)以后的產(chǎn)物。

分子生物學家大多認為，病毒只是細胞中的一部分遺傳物質(zhì)加上一個外殼而形成的不完全生命。我們知道，細菌和酵母菌中有獨立于染色體的質(zhì)粒。質(zhì)粒能復制自身，能拼接到染色體中，還能從一個細胞進入另一個細胞。多細胞生物染色體中有轉(zhuǎn)座子，轉(zhuǎn)座子是能跳動移位的DNA序列。病毒和質(zhì)粒、轉(zhuǎn)座子有相似之處。此外，病毒含有的一些基因常和寄主細胞的基因相同或相似，而和其他病毒的基因不同。所有這些來自分子生物學研究的結(jié)果，都有利于說明病毒是細胞中不斷進化和逃脫出來的基因片段。這一看法雖占優(yōu)勢，卻還不是最后結(jié)論，還需繼續(xù)研究。

（二）亞病毒

自1971年以來，在病毒學研究中又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)一些比病毒更小、結(jié)構(gòu)更簡單的感染性因子，并于1983年將它們歸類為亞病毒，包括類病毒、擬病毒和朊病毒。

類病毒是一類無蛋白質(zhì)外殼，僅由含246～375個核苷酸的單鏈環(huán)狀RNA分子組成的，專性寄生于植物的病原因子。它們能大面積地使馬鈴薯、柑橘、椰子樹、番茄等多種植物患病，造成很大的經(jīng)濟損失。

朊病毒是一類蛋白質(zhì)病原因子，具有侵染性并可在宿主細胞內(nèi)復制。能侵染人和脊椎動物，引起致死性中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病，如人的庫魯病、克雅氏病、羊的瘙癢癥、牛海綿狀腦?。ǒ偱２。┑取３醪窖芯空J為朊病毒的來源和增殖途徑是，細胞中一種正常蛋白質(zhì)（P_rP^c）的基因表達產(chǎn)物在病原蛋白質(zhì)的作用下經(jīng)過特異的轉(zhuǎn)錄后的加工或翻譯后的修飾而轉(zhuǎn)變成新的病原蛋白質(zhì)（P_rP^sc）。

本章小結(jié)

植物類群主要包括藻類植物、苔蘚植物、蕨類植物、種子植物。種子植物包括裸子植物和被子植物。大多數(shù)成年植物在營養(yǎng)生長階段，整個植株可顯著分為根、莖、葉三種營養(yǎng)器官；在有性生殖階段，又會出現(xiàn)花、果實、種子三種繁殖器官。植物生長物質(zhì)包括植物激素和植物生長調(diào)節(jié)劑，是一類調(diào)節(jié)與控制植物體內(nèi)的各種代謝過程以適應外界環(huán)境條件變化的微量有機物質(zhì)。

動物分成34個門。除脊索動物門外的其他各門類可統(tǒng)稱為無脊椎動物。無脊椎動物的身體的中軸沒有由脊椎骨構(gòu)成的脊柱，主要包括海綿、腔腸、扁形、線蟲、環(huán)節(jié)、軟體、節(jié)肢、棘皮等門類。脊椎動物主要包括圓口綱、魚綱、兩棲綱、爬行綱、鳥綱、哺乳綱等。高等動物和人的器官按其生理功能不同，可分為皮膚系統(tǒng)、運動系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)。通過神經(jīng)調(diào)節(jié)和體液調(diào)節(jié)，各系統(tǒng)相互聯(lián)系、相互制約，協(xié)調(diào)完成生物體的生命活動。神經(jīng)調(diào)節(jié)的基本方式是反射，體液調(diào)節(jié)主要通過激素進行。動物行為包括先天的行為和后天學習的行為。學習的方式有習慣化、印隨學習、聯(lián)系學習及頓悟?qū)W習。

微生物是一類肉眼看不見或看不清的微小生物的總稱，它們是一些個體微小、構(gòu)造簡單的低等生物，它們有著與其他大型生物顯著不同的特征。按結(jié)構(gòu)與組成，微生物可分為原核微生物、真核微生物、非細胞微生物。人類生產(chǎn)生活與微生物的關系非常密切。

復習思考題

1．簡述不同植物類群的主要特征，根據(jù)它們的特征，你能說明植物的進化關系嗎？

2．植物的營養(yǎng)器官有何主要功能？你能舉例說明生活中常見的營養(yǎng)器官的變態(tài)現(xiàn)象嗎？

3．簡述植物的運動方式，植物運動有什么意義？

4．植物生長物質(zhì)有何生理功能？請舉例說明植物生長物質(zhì)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應用。

5．簡述不同動物類群的主要特征，并說明它們的進化關系。

6．哺乳動物的各器官系統(tǒng)各有什么功能？

7．舉例說明動物的學習行為。

8．細菌和真菌的特征各是什么？與人類有何關系？

9．微生物有哪五大共性？最基本的是哪一個？為什么？

10．請舉例說明微生物與人類的關系。