1.2 微生物的分类等级
微生物分类是十分复杂的，关于微生物的知识也是在科学技术的发展过程中逐渐认识的。关于生物分类的演化存在有多重方案和观点。代表观点主要有五界系统和最近提出的三域系统[1]。1969年Whittaker提出了五界分类系统的观点。这五界是：原核生物界、原生生物界、真菌界、动物界和植物界。细菌是原核生物界的下一级的细菌门，见图1.1。为了研究各种微生物客观存在的生物属性及其亲缘关系，按照次序排列分类系统，从大到小分为界、门、纲、目、科、属、种七个级别。在两个分类单位之间可以有亚界、亚门、亚纲、亚目、亚科、亚属、亚种及其变种等次要的分类单位。
图1.1 生物学的五界分类系统
CarlWoese及其合作者经过研究提出了生物分为三个不同类群，即细菌、古生菌和真核生物的观点。这三个基本类群构成三个域，即细菌域、古生菌域和真核生物域。域是放在门和界水平之上，而Whittaker提出的界分布在域之中，见图1.2。
图1.2 普遍性系统发育树
在这样的分类系统中，它们的亲缘关系有次序地分门别类排成一个从大到小的系统：界Kingdom>门Division（亚门）>纲Class（亚纲）>目Order（亚目）>科Family（亚科）>属Genus（亚属）>种Species（亚种、变种、株）。种是分类系统中最小的单位。
微生物学家采用双名系统命名微生物，即用两个拉丁文命名一个微生物的种。这个种的第一部分要求首写字母大写，是属名，第二部分要求字母小写，是种名。同时要求写种名时，采用斜体的拉丁文来表示。细菌如果只鉴定到属，没有鉴定到种，则该细菌的名称只有属名，没有种名，在属名后面加上sp.（单数）或spp.（复数），sp.和spp.代表种的缩写，例如Bacillussp.（spp.）等。
1.2.1 微生物的化学组成
微生物细胞的化学元素都是由碳、氧、氮、磷、硫、钾、钙、镁、钠和铁等主要元素组成。微生物细胞中含量最多的是水分，约占菌体鲜体重的70%～90%。除去水分的干物质部分，碳、氢、氧和氮4种元素占全部干重的90%～97%，其余的3%～10%为矿物质元素，亦称无机元素。
各种微生物细胞干物质的含碳量比较稳定，约占干重的50%±5%。氮元素含量在各类微生物中差别较大，约为干重的5%～13%。在矿物质元素中以磷的含量为最高，约占全矿物质含量的50%，占细胞干物质总量的3%～5%；其次为钾、镁、钙、硫、铁及钠等。
微生物细胞中的绝大部分元素组成了细胞的各种有机物质，主要的有机物是蛋白质、核酸、碳水化合物及脂类等，其含量见表1.1。
表1.1 微生物细胞中主要有机物的含量（占细胞干重/%）
1.2.2 微生物的营养物质
微生物生长过程中需要从外界环境中摄取营养物质，经过一系列生物化学反应，转变成细胞的组分，同时产生废物排泄到体外，这一过程称为代谢。营养物是指能够满足微生物生长、繁殖和完成各种生命活动所需的物质。当这些物质被微生物吸收后，可参与微生物细胞的组成、构成酶的活性成分和提供微生物各种生命活动所需的能量。营养物质不充分，供应不足，微生物的生长将受到限制。微生物的营养物质可以分为大量营养物质、微量营养物质和特殊营养物质。大量营养物质是微生物需求量相对较大的元素，主要用于合成糖、脂类、蛋白质、核酸、酶和辅助因子。主要由C、O、H、N、S、P、K、Ca、Mg和Fe组成微生物细胞，C、H、N、S和P是合成糖、脂类、蛋白质及核酸的主要部分，而K、Ca、Mg和Fe则是以离子的形式存在于微生物的细胞中，它们起着不同的生理功能作用。微生物的新陈代谢还需要微量营养物质，例如Mn、Zn、Co、Mo、Ni和Cu，它们可作为酶或辅助因子的组分辅助催化反应，维护蛋白质结构的稳定。除了大量元素和微量元素外，有些微生物需要特殊营养物质。微生物需要的主要营养物质分别介绍如下。
（1）碳 碳一方面作为细胞的组成部分，是构成所有有机分子骨架或主链所必需的。另一方面，对有些微生物来说，碳源提供了能源。不同的微生物利用不同的碳源。例如光能自养微生物和化能自养微生物利用无机碳源，如CO2；所有化能异养微生物利用有机碳源。有机碳源较为广泛，其中糖类是微生物最容易利用的碳源，有机碳源有糖与糖的衍生物：脂类、醇类、有机酸、烃类化合物、芳香族化合物及各种含氮物质。
（2）氮 凡是能够提供给微生物含氮物质的营养物称为氮源。氮源一般作为合成细胞物质中蛋白质、核酸等重要生物分子的原料，氮一般不作为能源。少数自养菌利用铵盐、硝酸盐作为菌体生长的氮源和能源。氮源有N2、NH3、尿素、硫酸铵、硝酸铵、硝酸钾、硝酸钠、氨基酸和蛋白质等。氮的主要作用是合成氨基酸、嘌呤、嘧啶、某些糖和脂类、酶的辅助因子及其他物质。许多微生物以氨基酸为氮源，而氨可以在谷氨酸脱氢酶、谷氨酰胺合成酶及谷氨酸合成酶的作用下加以利用。
（3）磷 所有的微生物都需要磷酸盐，它对微生物的生长、繁殖、代谢起着极其重要的作用。磷主要存在于核酸、磷脂、核苷酸（如ATP）、一些辅助因子、某些蛋白质和其他细胞组分中。磷是微生物细胞合成核酸、核蛋白、磷脂和其他含磷化合物的重要元素，也是许多重要辅酶的元素，几乎所有微生物可将无机磷酸盐作为磷源直接利用，当微生物的磷供应不足时，造成微生物的磷酸盐饥饿，生长受到抑制。
（4）硫 硫主要用于合成蛋白质中的半胱氨酸、甲硫氨酸、某些碳水化合物和硫胺素。硫胺素、生物素、谷胱甘肽等都含有巯基（—SH，也称为硫氢基）。硫是在代谢过程中起重要作用的物质，硫或硫化物是某些自养微生物的能源。
（5）镁 镁是异糖磷酸化酶、异柠檬酸脱氢酶、肽酶、羧化酶等的活化剂。镁是有机体中一些重要酶的组成成分。此外，镁在细胞中还起着稳定核糖体、细胞膜和核酸的作用。因此，微生物生长需要一定量的镁，如果缺乏镁，细胞的生长就会停止，而首先遭到破坏的是核糖体和细胞膜。不同的微生物对镁的需求量不同，革兰阳性菌对镁的需求量比革兰阴性菌的需求量大10倍。微生物需要的镁源有硫酸镁及其他镁盐。
（6）铁 铁是细胞中过氧化氢酶、过氧化物酶、细胞色素、细胞色素酶的组成成分。缺铁会使这些酶的合成受到阻碍，并使生长受到影响。铁在细胞色素和铁氧还原蛋白的氧化还原反应中作为一种必不可少的电子载体。铁是铁细菌的能源，在氧化铁的过程中获取能量。
（7）钾 钾是细胞中的重要阳离子，它是许多酶的激活剂。钾离子对磷的传递、ATP的水解、苹果酸的脱羧作用等起到重要作用。钾源有各种无机钾盐，特别是磷酸二氢钾、磷酸氢二钾。
（8）钙 钙也是细胞内的重要阳离子，它是某些酶（例如蛋白酶）的激活剂。钙离子能够起到稳定细胞壁的作用。
（9）铜 铜是一些酶的组成成分。
微量元素有钼、锌、锰、钴、镍、铜、碘、溴、钒等，它们是维持微生物正常生长发育所必需的物质，往往非常强烈地刺激微生物的生命活动。这是由于许多微量元素参与酶蛋白的组成或者很多酶受它们的活化。一般在培养基中含有1×10-7mol/L或更少就可满足需要。过量的微量元素反而会引起毒害作用，特别是一种过量微量元素单独存在时更为严重。微量元素之间有协同作用，也有拮抗作用。铁、锌、锰可促进铜的作用，锰却抵消锌的促进作用。