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第5章 真菌与细菌

真菌和细菌,一个是真核细胞,一个是原核细胞。原核细胞是最简单的细胞结构了,它没有真正的细胞核,只有一个拟核。

真菌不等同于病毒,同样,它也不等同于细菌,它们都同属于微生物类。微生物是包括细菌、病毒、真菌以及一些小型的原生动物等在内的一大类生物群体,它们个体微小,却与人类生活密切相关。微生物在自然界中可谓“无处不在,无处不有”,涵盖了有益有害的众多种类,广泛涉及健康、医药、工农业、环保等诸多领域。

细菌和真菌都同属菌类,但它们却有本质上的区别。真菌的细胞是真核细胞,有真正的细胞核;而细菌的细胞是原核细胞,没有真正的细胞核,只有原核或拟核,所含的一个基因带(或染色体),是环状双股单一顺序的脱氧核糖核酸分子,没有组蛋白与之结合,无核仁,缺乏核膜。

原核细胞

真菌细胞

细菌隶属生物学一类,是一类形状细短,结构简单,多以二分裂方式进行繁殖的原核生物,是在自然界分布最广、个体数量最多的有机体,是大自然物质循环的主要参与者。细菌主要由细胞壁、细胞膜、细胞质、核质体等部分构成,有的细菌还有夹膜、鞭毛、菌毛等特殊结构。绝大多数细菌的直径大小在0.5微米~5微米之间。细菌结构细菌细胞的外层原生质中有70S核糖体与中间体,缺乏高尔基体、内质网、线粒体和中心体等。转录和转译同时进行,四周质膜内含有呼吸酶。无有丝分裂和减数分裂,脱氧核糖核酸复制后,细胞随即分裂为二。

细菌是生物的主要类群之一,属于细菌域。细菌是所有生物中数量最多的一类,据估计,其总数约有5×1030个。细菌的个体非常小,体积在0.2微实~100微米不等,目前已知最小的细菌只有0.2微米长,因此大多只能在显微镜下看到它们。细菌一般是单细胞,细胞结构简单,缺乏细胞核、细胞骨架以及膜状胞器,例如粒线体和叶绿体。基于这些特征,细菌属于原核生物。

细菌广泛分布于土壤和水中,或者与其他生物共生。人体身上也带有相当多的细菌。据估计,人体内及表皮上的细菌细胞总数约是人体细胞总数的十倍。我们的双手总是沾满了细菌此外,也有部分种类分布在极端的环境中,例如温泉,甚至是放射性废弃物中,它们被归类为嗜极生物,其中最著名的种类之一是海栖热袍菌,科学家是在意大利的一座海底火山中发现这种细菌的。然而,细菌的种类是如此之多,科学家研究过并命名的种类只占其中的小部分。细菌域下所有门中,只有约一半包含能在实验室培养的种类。

细菌的营养方式有自养及异养,其中异养的腐生细菌是生态系统中重要的分解者,使碳循环能顺利进行。部分细菌会进行固氮作用,使氮元素得以转换为生物能利用的形式。

腐生细菌在自然中的分解作用

细菌可以以无性或者遗传重组两种方式繁殖,最主要的方式是以二分裂法这种无性繁殖的方式:一个细菌细胞的细胞壁横向分裂,形成两个子代细胞。并且单个细胞也会通过如下几种方式发生遗传变异:突变——细胞自身的遗传密码发生随机改变;转化——无修饰的DNA从一个细菌转移到溶液的另一个细菌中;转染——病毒的或细菌的DNA,或者两者的DNA,通过噬菌体转移到另一个细菌中;细菌接合——一个细菌的DNA通过两细菌间形成的特殊的蛋白质结构,接合菌毛,转移到另一个细菌。细菌可以通过这些方式获得DNA,然后进行分裂,将重组的基因组传给后代。许多细菌都含有包含染色体外DNA的质粒。

细菌以二分裂的方式繁殖,某些细菌处于不利的环境,或耗尽营养时,形成内生孢子,又称芽孢,是对不良环境有强抵抗力的休眠体,由于芽孢在细菌细胞内形成,故常称为内生孢子。

芽孢的生命力非常顽强,有些湖底沉积土中的芽孢杆菌经500~1000年后仍有活力,肉毒梭菌的芽孢在中性水中能耐受100℃煮沸5~9.5小时。

细菌芽孢形成过程

细菌对环境,人类和动物既有用处又有危害。一些细菌成为病原体,导致了破伤风、伤寒、肺炎、梅毒、霍乱和肺结核。在植物中,细菌导致叶斑病、火疫病和萎蔫。感染方式包括接触、空气传播、食物、水和带菌微生物。病原体可以用抗菌素处理,抗菌素分为杀菌型和抑菌型。

细菌感染致叶斑病

细菌通常与酵母菌及其他种类的真菌一起用于发酵食物,例如在醋的传统制造过程中,就是利用空气中的醋酸菌使酒转变成醋。其他利用细菌制造的食品还有奶酪、泡菜、酱油、醋、酒、优格等。细菌也能够分泌多种抗生素,例如链霉素即是由链霉菌所分泌的。

细菌能降解多种有机化合物的能力也常被用来清除污染,称作生物复育。比如,科学家利用嗜甲烷菌来分解美国佐治亚州的三氯乙烯和四氯乙烯污染。

无论从结构还是功能来看,细菌和真菌都存在着巨大的区别。真核细胞由真核细胞构成而细菌由原核细胞构成。真菌有细胞核,而原核细胞没有细胞核,只有原核或拟核。营养过程和繁殖过程也存在着很大的差距。相同的是它们当中有些对人体有益的,有些对人体则是有害的。

菌类可以与各种生物共生,这是真菌与细菌的又一共同点,共生分为寄生和共利共生,寄生对于宿主来说只有害而无一利,而共利共生是寄主与宿主之间的合作,双方都获得利益。

细菌与病毒是人类和其他生物患上许多传染性疾病的根源,但细菌和病毒却是两种截然不同的有机体。细菌是由真正的细胞构成的,尽管它不像其他高级生物的细胞那样有一个很确定的细胞核。另外,细菌有自我繁殖的能力。

病毒则不是由细胞构成的,而是由DNA或RNA的一个分子构成的,这个分子被包裹在一个蛋白膜内,因此病毒实质上是一种基因信息。它不吸收营养、不呼吸、不能靠自身力量繁殖,但它能在进入生物细胞后增殖(生物细胞包括细菌细胞和人类的细胞)。所以有一些科学家对把病毒归类为有机生物持怀疑态度。因为有机“生物”就意味着有能力吸收营养,能自身繁殖。病毒要比细菌小千百倍,它们只能在电子显微镜下被观察到。

真菌像细菌和其他微生物一样都是分解者,就是一些分解死亡生物的有机物的生物。它们将生物分解为各类无机物,使土地肥力增强。同时,它在农业、林业和畜牧业中,也会表现出有害的一面。真菌、细菌和病毒都能引起植物多种病害,从而造成巨大的经济损失。

病毒

细菌

电子显微镜下的杆菌

芽孢生命力那么强,它是由什么构成的呢?

答:芽孢由内及外有以下几部分组成:

1.芽孢原生质:含浓缩的原生质。

2.内膜:由原来繁殖型细菌的细胞膜形成,包围芽孢原生质。

3.芽孢壁:由繁殖型细菌的肽聚糖组成,包围内膜。发芽后成为细菌的细胞壁。

4.皮质:是芽孢包膜中最厚的一层,由肽聚糖组成,但结构不同于细胞壁的肽聚糖,交联少,多糖支架中为胞壁酐而不是胞壁酸,四肽侧链由L-Ala组成。

5.外膜:也是由细菌细胞膜形成的。

6.外壳:芽孢壳,质地坚韧致密,由类角蛋白组成,含有大量二硫键,具疏水性特征。

7.外壁:芽孢外衣,是芽孢的最外层,由脂蛋白及碳水化合物(糖类)组成,结构疏松。

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