探索有趣的微观世界：微生物的种类、生存、应用

谷禾健康

大千世界多样的微生物，在各自的世界，在自己的方寸空间中生长，跨物种间便有了庞大和渺小。

我们总是善于去观察自己能看到的那些，而忽略肉眼看不到的。微生物存在于任何物理条件允许的地方。湖水在肉眼看来是透明的，但一升水可以容纳十亿个细菌，一克土壤也可以包含超过十亿个细菌。微观世界是一个无穷无尽的迷人之地，里面物种繁多，形态各异。

在地球存在的 46 亿年中，微生物已经在这里生活了至少 37 亿年。在植物和动物出现之前，微生物已经存在超过 30 亿年的时间，可以说它们帮助创造了生物圈，并支持地球上的生命过程。因此，微生物的多样性（从遗传、代谢和生理方面），远大于在植物和动物中发现的多样性也就不足为奇了。

那么，它们是如何生存的？

它们如何创造了这个世界？

它们给我们的生活带来怎样的便利？

……

近年来，微生物生态学出现了爆炸性发展，特别是在分子水平上。本文带大家更好地去认识和了解这个迷人的微生物世界，也能使我们更好地理解微生物在极端环境下的生存状态，帮助我们更好地与它们共存，将它们应用到生活中，并为我们的健康带来益处。

01
极端环境下的微生物

极端环境是指比人类或其他生物体发育的最佳范围环境条件更恶劣的栖息地。

极端环境的特点是各种不利条件，包括高温或低温、高压或低压以及酸性或碱性pH值。

对于一个被认为是极端的区域，必须认为环境的某些条件或方面非常难以让不同的生命形式生存。

一些极端环境的例子包括极地、沙漠、火山区、深海海沟、外太空，以及太阳系中除地球以外的所有其他行星。

一些常见的极端环境包括碱性、酸性、极热或极冷、高盐浓度、没有水或氧气的区域。

不同的极端环境

▸ 极端温度

极端温度可以描述两种极端环境：极冷和极热。

极冷环境是环境温度低于5°C的环境。这些可以在深海，高山峰顶或极地地区找到。

极热环境的特点是环境温度高于45°C。这些环境受到地热活动的影响，如大陆火山区或深海喷口的间歇泉和喷气孔。

▸ 极端pH值

极端环境也可根据其pH值分为酸性或碱性。

极端酸性环境是pH 值低于5的自然栖息地；而极端碱性环境是指pH值高于9的环境。

▸ 高盐环境

高盐环境是离子浓度高于海水（大于3.5%）的环境。

▸ 极端压力

极端压力环境是指处于极端水压力或岩石压力下的环境，例如2000米或以上深度的水生栖息地或地下深处的生态系统。

什么是极端微生物？

Microbe Notes

极端微生物：是由于不同的生理和分子适应能力，能够在极端环境中生存和繁衍的生命体。

注：这些生物在极端生态位、冰和盐溶液以及酸性和碱性条件下茁壮成长。有些可能生长在有毒废物、有机溶剂、重金属或其他几个被认为不适合生命生存的栖息地。

极端微生物可分为两类：需要一种或多种极端条件才能生存的极端微生物；以及即使它们在中性条件下最佳生长，也能耐受一种或多种物理参数的极端条件的极端耐受生物。

极端微生物包括所有三个生命领域的成员；细菌、古细菌和真核生物。大多数极端微生物是原核生物，属于古生菌的比例很高，但一些生物可能是真核生物，例如原生生物（例如藻类、真菌和原生动物）和多细胞生物。

根据它们生长的条件进行分类：嗜热菌和超嗜热菌（分别在高温或非常高温下生长的生物）、嗜冷菌（在低温下生长的生物）、嗜酸菌和嗜碱菌（在酸性或碱性环境中生长的生物）、嗜压菌（在压力下生长最好的生物）和嗜盐菌（在高盐环境中生长良好的生物）。

极端温度下的微生物

▸ 嗜冷菌

嗜冷菌，字面意思是喜冷，是适应低温生长的生物。嗜冷菌成功地克服了低温生长过程中出现的两个主要挑战：首先，低温，因为温度的任何降低都会以指数方式影响生化反应的速率；其次，水环境的粘度。

超过80%的地球生物圈永久低于5°C，适合嗜冷菌的环境非常普遍，其中包括海水、永久冻土、冰川、南极岩石、雪原和极地冰盖。嗜冷微生物已成功地在从深海到山区和极地地区的所有永久寒冷环境中定殖。

原核嗜冷菌对氧气的耐受性各不相同，包括（严格）好氧、（严格）厌氧和兼性厌氧。

除了极端寒冷，许多嗜冷菌还能忍受或在某些情况下需要其他极端环境条件才能生长和生存。例如，深海嗜冷菌可能需要高压才能生长，从而使它们成为嗜压嗜冷菌。

✦利于嗜冷菌生存的结构

蛋白质和酶适宜低温生存

嗜冷菌产生在低温下发挥最佳功能的蛋白质和酶。

已经观察到，平均而言，冷活性酶具有更多量的α-螺旋和较少量的β-折叠二级结构。因为这些β-折叠倾向于形成更刚性的结构，冷活性酶的α-螺旋含量使蛋白质在低温下具有更大的灵活性。

用于增加蛋白质灵活性的另一种机制是通过减少形成多个氢键和盐桥， 并降低构象灵活性的精氨酸和脯氨酸含量的产生。

嗜冷菌还产生抗冻蛋白，这些蛋白能够通过一个大的互补表面与冰晶结合，从而产生热滞后并降低生物体可以生长的温度。

膜的流动性好

嗜冷菌的细胞质膜含有较高量的不饱和脂肪酸，有助于维持细胞膜的半流体状态。

已经提出的增加膜流动性的进一步适应包括增加大脂质头基、蛋白质和非极性类胡萝卜素色素的含量。

一些嗜冷菌的脂质还含有多不饱和脂肪酸，以及具有多个双键的长链碳氢化合物，增加了脂质膜的流动性。

✦嗜冷菌的应用：食品、洗衣去污

在嗜冷菌中，脂酶和蛋白酶具有相当大的应用潜力。酯酶可应用于许多方面，如作为食品的风味改变酶、去污添剂添加物等；蛋白酶也可被大量应用于食品工业、洗衣业以及对X光胶片上银的回收等。

★常见的嗜冷菌

嗜冷菌种最常见的品种有耶氏菌、李斯特菌和假单胞菌（pseudomonas）。

▸ 嗜热菌

嗜热菌是在高于维持大多数生命形式的温度下生长的生物。通常，嗜热菌在高于45°C的温度下表现出最大的生长速率。

高温环境包括陆地和海底环境。世界各地不同的高温栖息地都适合嗜热菌的生长。嗜热菌通常存在于热喷口、温泉和沸腾的蒸汽喷口等区域。

嗜热菌进一步分为不同的组：兼性嗜热菌和专性嗜热菌。兼性嗜热菌可以在高温和中等温度下茁壮成长，而专性嗜热菌需要高温才能生长。

✦利于嗜热菌生存的结构

与嗜冷菌一样，嗜热菌也具有不同的生理和分子适应能力，使生物体能够在较高的温度下生存。

酶和蛋白质更稳定

这些生物体中的酶和其他蛋白质比中温微生物中的酶和其他蛋白质对热更稳定。酶中一个或几个位置的关键氨基酸取代允许它们以符合热稳定性的方式折叠。

此外，某些溶质如磷酸二肌醇和甘油单酯会大量产生，有助于稳定蛋白质免受热降解。

膜稳定性更强

除了酶和细胞的其他成分外，嗜热菌的细胞质膜还需要稳定。嗜热菌通常具有富含饱和脂肪酸的脂质，因此允许膜在高温下保持稳定和功能。

饱和脂肪酸比不饱和脂肪酸形成更强的疏水环境，这也增加了膜的稳定性。

✦嗜热菌的作用：降解有机物、生产酶制剂、用于基因研究

嗜热菌通常存在于堆肥、干草堆和碎木堆等高温环境中，有助于一些有机物的降解。利用嗜热菌对废水废料进行厌氧处理，可提高反应速度，消灭污水污物中的病原微生物。

嗜热菌可用于生产多种酶制剂，例如纤维素酶、蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、菊糖酶等，由这些微生物中产生的酶制剂热稳定性好、催化反应速率高，易于在室温下保存。

此外，嗜热菌研究中最引人注目的成果之一就是将水生栖热菌中耐热的Taq DNA聚合酶用于基因的研究和遗传工程的研究以及基因技术的广泛应用中。

★常见的嗜热菌

嗜热菌的一些常见例子包括Methanosarcina thermophila、Methanobacterium wolfei、Methanobacterium thermoautotrophicum、Archaeglobus profundus、Alicyclobacillus acidoterrestris、A. acidocaidarius等。

▸ 超嗜热菌

超嗜热菌是可以在极高温度（80°C以上）下生存和生长的生物。一般超嗜热菌的最适生长温度为80°C，但它们可以在高于100°C的温度下生存。

大多数超嗜热菌能够承受其他极端条件，如更高的pH值和更高的压力。

注：大多数超嗜热生物存在于温泉和沸腾的蒸汽喷口中，即使是中等嗜热生物也无法生存或繁衍。

超嗜热菌大多属于古细菌组，极少数物种是细菌物种。

✦利于超嗜热菌生存的结构

蛋白质和酶的热稳定性

超嗜热古菌在其嗜热适应过程中使用基于结构的物理机制来增加其蛋白质的热稳定性。

由于结构中盐桥（在氨基酸残基之间桥接电荷的阳离子）数量的增加，提高了超嗜热菌中蛋白质和酶的稳定性。

此外，各种氨基酸的正电荷和负电荷之间的离子键数量的增加也使蛋白质稳定。增加的离子键在蛋白质内部形成了密集的高度疏水性内部，从而阻止了蛋白质在高温下的展开。

醚键使膜更加稳定

大多数嗜热古细菌的膜中没有任何脂肪酸。相反，它们具有带有分支烃链的脂质。这些链由五碳化合物异戊二烯的重复单元组成，通过醚键相互结合。

醚键是更稳定的键，这反过来又稳定了膜以防止热断裂，而支化降低了膜的流动性。膜的整体结构形成了比中温生物的脂质双层更耐热的脂质单层。

★常见的超嗜热菌

超嗜热生物的一些常见例子是Thermoproteus uzoniensis、Staphylothermus marinus、Pyrodictium abyssi、Pyrococcus furiosus、Hypothermus butylicus、Pryococcus woesei、Pyrodictium brockii、Pyrodictium occultum等。

极端pH环境的微生物

▸ 嗜酸菌

嗜酸菌是可以在高酸性条件下（通常在pH2.0）下生存和繁衍的生物。

嗜酸微生物在极低pH值的自然和人造环境中茁壮成长，例如酸性湖泊、酸性硫酸盐土壤、硫化风化层和矿石，以及受金属和煤矿影响的环境。

天然酸性环境：包括火山区、热液源、深海通风口、金属矿区和动物的胃。

研究最广泛的嗜酸菌是氧化还原铁和硫的原核生物。它们可以催化黄铁矿等金属硫化物矿物的氧化溶解，从而严重酸化它们赖以生存的环境（通常pH值低于3）。

✦嗜酸菌的种类

嗜酸生物属于三个领域；古生菌、细菌和真细菌，但古生菌代表了最大的嗜酸生物群。

在生理上，嗜酸菌非常多样化：有需氧菌和兼性厌氧菌、化能自养菌以及不同类型的异养原核生物、光合自养真核生物、捕食性原生动物等。

✦利于嗜酸菌生存的结构

细胞膜的不渗透性

有助于维持嗜酸菌细胞内pH值的适应性之一是细胞膜的不渗透性，它限制了质子流入细胞质。

在嗜酸古细菌中，细胞膜中四醚脂质的存在与对酸性pH值的耐受性之间存在很强的关联。

已经提出减小膜通道的孔径作为维持pH稳态以防止质子进入细胞的另一种机制。另一个是加入了超长链二羧酸脂肪酸，占膜脂肪酸的50%以上。这些专门的机制防止质子进入细胞和膜的酸水解。

细胞质可以缓冲并维持pH稳态

嗜酸菌通过不同机制从细胞质中去除多余的质子来维持pH稳态。

对于酸热芽孢杆菌（Bacillus acidocaldarius）和嗜酸芽孢杆菌（T. acidophilum）等细菌而言，它们能够主动将质子泵出细胞质以维持pH稳态，这一过程与呼吸链有关。

众多质子驱动的二级转运蛋白也可以适应在低pH环境下生存。嗜酸菌细胞质的缓冲能力也是嗜酸菌生理适应的重要手段。这些细胞含有缓冲分子，这些分子含有赖氨酸、组氨酸和精氨酸等碱性氨基酸，这些分子有助于去除质子。

有机酸的降解

通过质子化形式扩散到细胞中，有机酸（如乙酸或乳酸）在低pH值下充当呼吸链的解偶联剂。这些有机酸的降解可能会被异养嗜酸菌用来防止它们的有害影响。

✦嗜酸菌的作用：保持肠道菌群平衡、促进发酵、促吸收、生物湿法冶金

在医学方面，嗜酸菌，是有益的肠内菌之一。可以保持肠道菌群平衡，有效抑制肠道内不良微生物的增生，减少腹泻等问题的出现。

多种嗜酸菌组合在一起还能促进发酵，使身体产生乳酸、醋酸等多种物质。提升钙元素、磷元素利用率和吸收率，维持身体健康。

工业方面，可以利用嗜酸菌将贫矿和尾矿中金属溶出并回收，这种方法称为生物湿法冶金。

★常见的嗜酸菌

嗜酸生物包括乳酸杆菌、硫叶硫杆菌、酸热芽孢杆菌、嗜酸嗜热原体、嗜酸铁原体、嗜酸铁原体、嗜酸硫杆菌、钩端螺旋体、酸杆菌属、硫杆菌等。

▸ 嗜碱菌

嗜碱菌是一组能在pH值极高（9-13）的环境中生存和繁衍的极端微生物，一般最适pH值为10。

嗜碱菌有两种类型；专性嗜碱菌仅在pH高于9的环境中生长，兼性嗜碱菌可在中性pH和碱性条件下生存。

迄今为止，大多数被描述为在碱性条件下生长的生物都是原核生物，包括真细菌的异质集合和一些古细菌的例子。

✦利于嗜碱菌生存的结构

产生酸来促进pH稳态

嗜碱菌通过糖发酵和氨基酸脱氨酶产生代谢酸。酸的产生主要通过增加细胞质氢离子浓度来促进pH稳态。此外，酸的产生，除了防止细胞质碱化外，还可以增加细胞附近氢离子的可用性。

细胞膜减少氢离子的损失

嗜碱菌的细胞膜由次生细胞壁聚合物组成，这些聚合物富含带负电荷的残基，例如天冬氨酸、半乳糖醛酸、谷氨酸和磷酸。

嗜碱菌的细胞膜由约90%的支链脂肪酸组成，这些脂肪酸通过减少氢离子泄漏来帮助实现pH稳态。

高度带负电荷的细胞壁结构与阳离子如氢离子相互作用，可以延缓细胞表面氢离子的快速损失，增强嗜碱菌的生物能。

修复损伤提高耐受

嗜碱菌还采用不同的损伤修复系统来维持功能性生物分子的必要水平，修复细胞质碱化造成的损伤。

伴侣蛋白水平的增加和蛋白质损伤修复酶的释放是一些经过充分研究的机制。已知伴侣参与重折叠由压力展开的蛋白质，从而提高耐受水平。

✦嗜碱菌的应用：生产酶制剂、处理人造纤维废物、洗涤剂添加剂、保健品添加剂

嗜碱菌在发酵工业中，可作为许多种酶制剂的生产菌。例如嗜碱芽孢杆菌产生的弹性蛋白酶适宜作用弹性蛋白，而且在高pH条件下裂解该种蛋白质的活性可以大大提高。

由嗜碱细菌产生的蛋白酶具有碱性条件下催化活力高、热稳定性强之优点，常作为洗涤剂的添加剂。

由嗜碱芽孢杆菌产生的木聚糖酶能够水解木聚糖产生木糖和寡聚糖，因此可用来处理人造纤维废物，而碱性β甘露聚糖酶降解甘露聚糖产生的寡糖可作为保健品的添加剂。

★常见的嗜碱菌

嗜碱菌的一些例子包括嗜碱芽孢杆菌（Bacillus alkaliphilus）, Bacillus pasteurri, Bacillus halodurans, Halobacterium, Clostridium paradoxum, Halomonas pantelleriensis, Alkaliphilus hydrothermalis

极端盐浓度下的微生物

▸ 嗜盐菌

嗜盐菌是一组嗜盐菌，它们的生存和生长需要高盐浓度。嗜盐微生物构成高盐生态系统的天然微生物群落，广泛分布于世界各地。范围从高盐土壤、泉水、盐湖到海洋沉积物。

嗜盐微生物的一般特征是营养需求低，耐高浓度盐，具有平衡环境渗透压的能力。嗜盐菌有两种类型；要求盐浓度为3%或更高的专性嗜盐菌，以及在平均盐浓度和更高浓度下都能存活的耐盐菌。

它们在生理上是多样的；主要是需氧的，以及厌氧的、异养的、光养的和化学自养的。

这些生物存在于三个领域，即古生菌、细菌和真核生物。嗜盐细菌在特定的系统发育亚群中更为丰富，其中大部分属于变形杆菌科的盐单胞菌。

✦利于嗜盐菌生存的策略

为了避免在高盐条件下过度失水，嗜盐菌采用两种不同的策略来增加其细胞质与外部环境的渗透活性，要么产生相容的有机溶质，要么在其细胞质中积累大量盐浓度以达到平衡状态。细胞内的总盐浓度与环境的盐浓度相关。

高盐策略平衡盐浓度

高盐策略是另一种适应技术，可保护嗜盐菌免受盐环境的影响，在盐环境中，嗜盐菌在细胞内积累无机离子，以平衡其环境中的盐浓度。

这一过程涉及氯离子泵，仅在嗜盐菌中发现，将氯离子从环境输送到细胞质中。精氨酸和赖氨酸位于通道的两端，以促进氯离子的吸收和释放。

极端嗜盐菌通过在细胞内浓缩钾离子来维持其渗透平衡。这是通过膜结合质子泵细菌视紫红质、ATP合酶和钠离子逆向转运体的联合作用实现的，其产生了驱动细胞吸收钾离子的电位。

有机盐策略增加耐受性

高盐策略可能不适合在盐度波动的栖息地繁衍生息的中度嗜盐菌的生存。

有机盐策略包括在嗜盐生物中演化出惰性、相容的有机溶质（渗透物）。这些渗透物保护微生物蛋白质在低盐浓度的水中不变性，同时增强它们对外部盐水环境剧烈波动的耐受性。

酶在高盐环境下更能保持活性

高盐环境显著影响蛋白质的溶解度和稳定性，从而影响其功能。

嗜盐菌的蛋白质和酶在其表面上具有较大比例的谷氨酸和天冬氨酸，这导致大量的蛋白质电荷和增加疏水性。

这两种机制对嗜盐酶的适应起作用。由于它们的多极端特性，嗜盐酶比它们的非嗜盐酶更稳定。这些酶在高盐环境、耐热和嗜碱环境中保持活性。

✦嗜盐菌的应用：提高原盐产量，处理废水

嗜盐菌能使提高盐田中的原盐产量；还能处理含盐的有机工业废水；嗜盐菌上的菌紫质蛋白是未来光生物材料。

同时嗜盐生物正被开发为胡萝卜素、相容溶质、甘油和药用表面活性剂的潜在来源。

★嗜盐菌的例子

嗜盐菌对盐的需求分为三组；低 (1-3%盐浓度)、中等 (3-15%盐浓度) 和极端 (15-30%盐浓度)。

轻度嗜盐：Erwinia, Bacillus hunanensis, Halomonas zhaodongensis, Alkalibacterium thalassium

中度嗜盐:Erwinia, Bacillus hunanensis, Halomonas zhaodongensis, Alkalibacterium thalassium

重度嗜盐：Halococcus salifodinae, Halobacterium salinarum, Limimonas halophilia, Lentibacillus kimchii, Sporohalobacter salinus

极端压力下的微生物

▸ 嗜压菌

嗜压菌被定义为在高于大气压的压力下以最佳方式生长和繁殖的生物。

大多数嗜压生物倾向于嗜冷，因此不能在高于 20°C 的温度下培养。嗜压细菌已从世界各地的各种深海环境中分离出来，并在低温和高压下迅速生长。

高压会影响微生物的生存，从而影响细胞的膜结构和功能。深海环境中的高压和低温会降低脂质的流动性，甚至会抑制生物膜的功能。

✦利于嗜压菌生存的结构

膜流动性较低

高压可能会导致形成凝胶状膜，从而降低养分的吸收和加工。

嗜压菌在脂质中产生更高水平的不饱和脂肪酸，并且脂肪酸不饱和程度的增加可以在高压、低温或两者兼有的条件下将膜保持在功能性液晶状态。

降低的流动性使膜具有确定的结构，从而支持细胞的正常功能。

蛋白质灵活性较高

适用于嗜压菌的高压条件会导致抑制其功能的蛋白质的构象变化。为了防止这种变化，嗜压蛋白通常具有较低浓度的脯氨酸残基和较高浓度的甘氨酸残基。

脯氨酸残基具有破坏α-螺旋的环状侧链，而甘氨酸残基具有具有高构象灵活性的小侧链。增加的灵活性可防止α螺旋的破坏并保护此类蛋白质的功能。

✦嗜压菌的作用：生产高压生物反应器

嗜压菌及其嗜压酶可用于生产高压生物反应器，以及食品加工中的高压灭菌。

嗜压菌在揭示海洋环境变迁和元素的地球化学循环中也起重要作用。

★常见的嗜压菌

嗜压微生物的一些常见例子是Shewanellabenthica、Moritella yayanosii、Shewanella violacea、Photobacterium profundum、Moritella japonica、Sporosarcina spp

极端辐射中的微生物

▸ 嗜放射菌

嗜放射性菌是一组能够在极端形式的辐射（如电离辐射、伽马射线和紫外线辐射）中幸存下来的极端微生物。

对放射性物质的研究非常有限，因为它们要与其他行星的外太空等极端环境隔离开来。

这些生物的多样性很低，所有生物都属于古细菌和细菌家族。放射性物质可以是耐辐射的或抗辐射的。耐辐射微生物可以耐受有害辐射一段时间，而抗辐射微生物可以耐受更长的时间。

辐射对中性粒细胞有害，因为它们会因电离而破坏各种重要的生物分子，如DNA、蛋白质和酶。

反过来，非电离辐射会导致形成像超氧化物这样的活性氧物质，然后影响这些细胞的新陈代谢。

✦嗜放射菌的适应方式

对于电离辐射和非电离辐射，嗜放射微生物使用的自适应机制可能不同。

// 电离辐射

电离辐射主要负责生物体基因组中的双链断裂。然而，它也被证明会损害蛋白质和脂质并诱导持续的氧化应激。

因此，电离辐射抗性生物已经开发出所有或不同策略的组合，如新的和适应性DNA修复机制、抗氧化和酶防御系统以及浓缩的类核。

基因组的快速和准确修复对于幸存的电离辐射剂量是必不可少的，这是通过使用核苷酸切除修复途径在放射性物质中完成的。

其他形式的氧化应激预防和耐受机制包括通过消除氧化大分子来清洁细胞，选择性保护蛋白质免受氧化损伤，以及抑制活性氧的产生。

浓缩的类核也被证明可以提高DNA修复的效率和准确性，并限制辐射产生的DNA片段的扩散。

// 非电离辐射

与伽马辐射不同，紫外线辐射通过形成环丁烯嘧啶二聚体以更微妙的方式损害DNA。

为了修复这些DNA损伤，生物体使用光活化基因、核苷酸切除修复、碱基切除修复和同源重组的组合。

这些生物还开发了一套光保护装置，以保护自己免受持续暴露于紫外线辐射。类胡萝卜素、超氧化物歧化酶和氢过氧化物等产品以及通过多倍体进行的基因复制过程可作为光保护装置。

双嘧啶序列数量减少的生物体的基因组组成也提供了对暴露的保护。

✦嗜放射微生物的作用：环境修复

抗辐射微生物是十分重要的生物资源，可以直接作为环境修复特别是核废料的处理工具。

抗辐射微生物中含有丰富的基因资源，具有应用于作物抗干旱研究的潜在价值。

为治疗肿瘤提供了新药物和新方法。

★ 常见的嗜放射菌

嗜放射菌主要有Deinococcus radiodurans, Brevundimonas, Rhodococcus, Halomonas, Herbaspirillum, Hymenobacter, Rhodobacter。

02
微观世界的其他生物

藻类是光合生物，主要存在于淡水或海洋资源中。大多数藻类都含有色素，可帮助生物体生产食物或氧气。

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藻类的结构与植物和动物等其他生物有很大不同。一些藻类是微观的，而一些大型的却有200英尺长。

绿藻门

绿藻，含叶绿素a、叶绿素b，具有与高等植物相同的色素和贮藏物质，因此通常把它们认为是陆地植物的祖先。

绿藻门不同于其他真核藻类，它的储存物质在叶绿体而非细胞质中合成，通常在蛋白核的参与下合成淀粉。叶绿体周围没有叶绿体内质网。

✦显微镜下的结构

在显微镜下，绿藻被视为封闭在以链状排列的隔室中的绿色结构。在每个这样的隔间内，观察到一个大液泡，还可以看到两层细胞壁。

藻类的形状和大小因属而异。一些藻类是能动的，而一些是不能动的。

✦可用作饲料或生化材料，还具有净化作用

小球藻和珊藻富含蛋白质可供人食用和作动物饲料。

绿藻是藻类生理生化研究的材料及宇宙航行的供氧体，有的可制藻胶。绿藻在水体自净中起净化和指示生物的作用。

黄藻门

✦结构

这组藻类几乎没有链状结构的物种，而是呈鼓形、变形虫或梨形结构。

有些物种有毛发状的附属物或鞭毛，有时比生物本体还要长。

一些藻类的形状和大小可能会在其一生中发生变化，具体取决于生命阶段和栖息地。

✦影响水中氧气，造成水体污染

黄藻是一种水生浮游植物，发生的适宜气象条件为气温高、降水少、日照长，它的主要组成物是双星藻、转板藻和水棉三个属的藻类。

这种黄色藻类生长旺盛，大量消耗水内氧气，对鱼类和其他水生植物生长造成影响。黄藻使得鸟赖以生存的食物被覆盖和污染，对在此栖息生存的水禽构成严重危害，也造成水体严重污染，渔业资源遭到破坏。

隐藻门

✦结构

隐藻门是一大类的藻类，大都具有色素体，淡水中常见。细胞大小约为10-50μm，形状扁平，有两个稍微不等长的鞭毛。

该组中的藻类呈逗号形，带有红色或类似的色素。有些种类的细胞膜上可能有凹槽，而另一些则没有。色素通常位于侧面，而细胞核位于液泡附近的中心。

✦能将藻胆素带给宿主

一个特征是能寄生于红藻中，形成一种内共生关系，并把藻胆素带给宿主。

同时隐藻在海洋浮游生物群落中占有一定地位。隐藻喜生于有机物和氮丰富的水体，是我国传统高产肥水鱼池中极为常见的鞭毛藻类。有隐藻的鱼池，白鲢生长好，快，产量高，隐藻是水肥、水活、好水的标志。

红藻门

红藻门是藻类植物的一门。该科多数是多细胞的，少数是单细胞的，该门只有红藻纲一纲，约有760属，4410余种。

红藻纲又分两个亚纲：紫菜亚纲和真红藻纲。该门绝大多数海产，少数生于淡水；分布于世界各地，包括极地。

✦结构

红藻是丝状的，其中身体的特征是具有钙质沉积物的菌体，从而形成固体结构。有机体的颜色范围从粉红色到紫色、红色、黄色、绿色，甚至是白色。

有些物种是光合作用的，因此绿色色素沉积在细胞壁内部。

✦重要经济价值

红藻门的经济价值很高。在红藻类中，紫菜是一种食用藻类，它含有丰富的蛋白质，不仅营养丰富，而且味道鲜美。此外石花菜、海萝等均可食用。

鹧鸪菜和海人草是常用的小儿驱虫药。从石花菜属、江篱属、麒麟菜属植物中提取的琼胶，被应用在医药工业和纺织工业上，并广泛作为培养基。

甲藻

✦结构

由于存在金棕色质体，这些单细胞生物呈现金棕色。它们有凹陷的细胞膜，并展现出游动的能力。

甲藻的细胞核相当大，有可见的染色体。并且有两个从细胞膜突出的不同鞭毛。

注：有些甲藻是肉眼可见的，即使没有任何显微镜也能看到。

✦富集会污染水体

甲藻是具有双鞭毛的单细胞集合群植物，形状不定，常分布于淡水和海水中。

有些甲藻的活动是有害的，它们的生存会带有一些特殊的气味。有的则会形成“赤潮”和“藻花”，使局部海水呈现红色、黄色或棕色。

赤潮：水体中某些微小的浮游植物、原生动物或细菌，在一定的环境条件下突发性地增殖和聚集，引起一定范围内一段时间中水体变色现象。

藻花：又称“水花”，是淡水水体中某些蓝藻类过度生长所产生的现象。

眼虫（裸藻）

眼虫是眼虫属生物的统称，在植物学中称裸藻，也称绿虫藻，是一类介于动物和植物之间的单细胞真核生物。

✦结构

在显微镜下，它们有一个大而细长的绿色结构。形状可能会从一种物种变为另一种。在它们的细胞质中有两到四个带有叶绿体沉积物的鞭毛。

在眼虫中，可以看到外围有一个橙色的斑点，称为有机体的眼斑。

✦环境污染的生物指标

研究眼虫不仅对遗传变异理论的探讨有意义，而且对了解有色、无色鞭毛虫类动物间的亲缘关系，对了解动、植物的亲缘关系都有重要意义。

眼虫也有被作为有机物污染环境的生物指标，用以确定有机污染的程度，另外眼虫对净化水的放射性物质也有作用。

病毒

NIAID (Flickr)

病毒可以被认为是强制性寄生的一种粒子，因为它们不会在活生物体外生长或存活。

✦病毒体型十分微小

病毒的大小范围从直径20nm到200-450nm。与细菌相比，病毒很小。

因此病毒无法用复合显微镜观察，需要使用荧光显微镜或透射电子显微镜等高倍显微镜。

荧光显微镜下的病毒

在荧光显微镜下，病毒呈现出所用荧光颗粒的颜色。

但是依然很难区分病毒的结构，但这种技术对于病毒的定量估计很有用。

荧光染料对某些蛋白质具有特异性，从而使它们能够检测所需的颗粒。

透射电子显微镜下的病毒

透射电子显微镜更适合观察病毒，它们可提供高达1000倍的粒子放大倍率。

通过这种显微镜，可以观察生物细胞内的病毒。与荧光显微镜一样，该技术还利用病毒中蛋白质的特异性染料，从而使病毒可视化。

在观察病毒的结构时，它可能是二十面体或螺旋形。每种病毒的形状和结构各不相同，但成分相似。

所有病毒都有遗传物质，可以是包裹在蛋白质外壳内的DNA或RNA。

在噬菌体病毒的情况下，尾部和尾部纤维也是可见的，并且被发现附着在细菌细胞表面。

结语

通过本文的介绍，相信大家对微观世界有了一定的认识和了解。但是微生物世界远比我们现在所了解的庞大的多。

科学家还在不断地对微生物世界进行探索，识别微生物的种类并了解其结构和作用，有助于构建更好的生存环境，创造更健康的身体。对其研究探索的过程，为农业、医学、工业、生物修复等提供了新的机遇，将对社会产生深远的积极影响。