原核微生物的形态、结构、生理特性与应用探讨

# 原核微生物
- 形态学特征
  - 基本形态
    - 球菌
      - 类型
        - 单、双、链、四联、八叠、葡萄状
    - 杆菌
      - 类型
        - 单、双、链、梭状、分枝状
    - 螺旋菌
      - 类型
        - 弧菌、螺菌、螺旋体
    - 特殊形态
      - 丝状体、星形、方形
  - 细胞大小
    - 典型范围
      - 0.5-5μm直径
    - 极端案例
      - 最小
        - 纳米细菌(0.2μm)
      - 最大
        - 费氏刺骨鱼菌(750μm)
- 细胞结构
  - 基本结构
    - 细胞壁
      - 类型
        - 革兰阳性
          - 特征
            - 厚肽聚糖、磷壁酸
        - 革兰阴性
          - 特征
            - 薄肽聚糖、外膜(LPS)
        - 特殊类型
          - 支原体、古菌假肽聚糖
    - 细胞膜
      - 结构
        - 磷脂双分子层、甾醇缺失
      - 功能
        - 选择性屏障、能量转换
    - 拟核
      - 特征
        - 环状dsDNA、无核膜、核仁、超螺旋结构
    - 细胞质
      - 组成
        - 核糖体(70S型)
        - 内含物(糖原粒、聚-β-羟丁酸、磁小体、羧酶体)
  - 特殊结构
    - 荚膜
      - 成分
        - 多糖、多肽
      - 功能
        - 抗吞噬
    - 鞭毛
      - 结构
        - 基体、钩、丝
      - 功能
        - 旋转运动
    - 菌毛
      - 功能
        - 黏附、接合
    - 芽孢
      - 特征
        - 内生孢子、极端抗性
    - 气泡
      - 功能
        - 浮力调节
- 生理特性
  - 营养类型
    - 光能自养
      - 蓝细菌、紫硫细菌
    - 光能异养
      - 紫色非硫细菌
    - 化能自养
      - 硝化细菌、铁细菌、硫细菌
    - 化能异养
      - 大多数细菌
  - 呼吸类型
    - 专性好氧
      - 示例如：结核分枝杆菌
    - 兼性厌氧
      - 示例如：大肠杆菌
    - 微好氧
      - 示例如：幽门螺杆菌
    - 耐氧厌氧
      - 示例如：乳酸菌
    - 专性厌氧
      - 示例如：产甲烷菌
  - 生长繁殖
    - 方式
      - 二分裂
    - 世代时间
      - 范围：20min-数天
    - 生长曲线
      - 阶段：延滞、指数、稳定、衰亡
    - 生物膜
      - 特征
        - 群体感应调控
- 分类与进化
  - 细菌域
    - 分类
      - 革兰阳性菌
        - 厚壁菌门（芽孢杆菌、葡萄球菌）
        - 放线菌门（链霉菌、分枝杆菌）
      - 革兰阴性菌
        - 变形菌门（α/β/γ/δ/ε亚群）
        - 拟杆菌门（肠道共生菌）
        - 蓝细菌门（产氧光合）
  - 古菌域
    - 分类
      - 广古菌门（产甲烷菌、嗜盐菌）
      - 泉古菌门（超嗜热菌）
      - 深古菌门（深海热液口）
  - 系统发育
    - 方法
      - 16S rRNA基因序列分析
      - 分子钟理论
      - LUCA（最后共同祖先）
- 代谢多样性
  - 能量代谢
    - 光合作用
      - 产氧型（蓝细菌PSII）
      - 不产氧型（细菌叶绿素）
    - 化能合成
      - 硝化作用
      - 硫氧化
      - 铁氧化
    - 发酵途径
      - 混合酸发酵、丁二醇发酵、丙酸发酵
  - 物质循环
    - 碳循环
      - 产甲烷、甲烷氧化
    - 氮循环
      - 固氮、反硝化
    - 硫循环
      - 硫酸盐还原、硫氧化
- 生态与工程应用
  - 自然生境
    - 极端环境（热泉、深海、盐湖）
    - 共生系统（根瘤菌-豆科植物）
    - 人体微生态（肠道菌群）
  - 生物技术应用
    - 工业发酵（氨基酸、酶制剂生产）
    - 环境修复（石油降解菌）
    - 生物采矿（浸矿微生物）
    - 能源生产（产氢、产电细菌）
  - 医学意义
    - 病原菌（结核、霍乱、炭疽）
    - 抗生素生产（链霉素、青霉素）
    - 益生菌（双歧杆菌、乳酸菌）