單細(xì)胞生物（Single 細(xì)胞 organism）是由一個細(xì)胞組成的生物，單細(xì)胞生物可以在單一的細(xì)胞內(nèi)完成所有生命活動過程（如營養(yǎng)、呼吸、排泄、生殖、生長、感應(yīng)性、運動和調(diào)節(jié)等），并能獨立生存在自然界。單細(xì)胞生物包括所有古菌、真細(xì)菌和很多原生生物。
單細(xì)胞生物最早可以追溯到距今35億年前，以原核生物藍(lán)菌門為主體的單細(xì)胞生物生活在陸緣淺海的環(huán)境中。而細(xì)胞一詞由英國物理學(xué)家羅伯特·胡克（Robert Hooke）于1665年提出，真正的單細(xì)胞生物則由荷蘭微生物學(xué)家安東尼·列文虎克（Antonie Philip van Leeuwenhoek）于1674年發(fā)現(xiàn)。
從生物進化的角度看，單細(xì)胞生物是生物界最原始的生物，是生命的源頭。單細(xì)胞生物的發(fā)現(xiàn)，對人類研究細(xì)胞學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、分子細(xì)胞學(xué)等領(lǐng)域有著重要的意義。
歷史發(fā)展
35億年前，溫暖的海洋醞釀出了地球上最初的生命形式，最早進化出來的生物是細(xì)菌和藍(lán)藻，也是最基本的單細(xì)胞生物，屬于原核生物界。
1665年，英國物理學(xué)家羅伯特·虎克（Robert Hooke）自制了世界上第一臺顯微鏡，并用其發(fā)現(xiàn)了木栓結(jié)構(gòu)是由許多微小孔洞組成的。他將這些小孔洞稱為cells（小室），后來被證明只是植物死細(xì)胞的纖維質(zhì)細(xì)胞壁。
1674年，荷蘭微生物學(xué)家安東尼·列文虎克（Antonie Philip van Leeuwenhoek）發(fā)現(xiàn)真正的單細(xì)胞生物。
1995年7月，《Science》首次刊登了TIGR (The Institude of Genomic Research)采用全新測序方法完成的流感嗜血桿菌(Haemopophilus influenzae Rd)的全基因組測序與組合的論文，這是人類完成的第一個單細(xì)胞微生物的全基因組序列的測定，標(biāo)志著基因組時代的真正開始。
生物特點
結(jié)構(gòu)特點
單細(xì)胞生物的細(xì)胞直徑一般都大于數(shù)微米，例如草履蟲的體長范圍為80～300微米，其內(nèi)部都有與胞漿的密度不同的核、線粒體、空泡等結(jié)構(gòu)。
功能特點
一個細(xì)胞就是一個生物體，具有維持生命活動的所有功能，能獨立生存于世界，有些單細(xì)胞生物沒有核膜和核仁，只是由脫氧核糖核酸構(gòu)成核區(qū)，成為貯存和復(fù)制遺傳信息的部位，單細(xì)胞生物沒有特化或分化的組織、器官等層次結(jié)構(gòu)，用偽足、鞭毛或纖毛作為運動的細(xì)胞器，以食物泡進行消化，通過細(xì)胞膜與外界進行氣體交換，還有的單細(xì)胞生物含有葉綠素或其他色素進行光合作用，營自養(yǎng)生活。
分類
原核生物
該類微生物的細(xì)胞核分化程度低，沒有核膜和核仁的分化，只有脫氧核糖核酸盤繞而成的擬核，細(xì)胞器不是很完善。除核糖體外，無其他細(xì)胞器。該類微生物的種類很多，細(xì)菌、衣原體、枝原體屬、立克次體、螺旋體、藍(lán)菌門、放線菌及古細(xì)菌等均屬于該類微生物。
細(xì)菌
細(xì)菌（bacteria）也稱真細(xì)菌（eubacteria），是一類個體微小、結(jié)構(gòu)簡單、細(xì)胞壁堅韌、多以二分裂方式繁殖的原核生物。根據(jù)其形態(tài)分為三類，球菌、桿菌和螺旋菌（包括弧菌、螺菌、螺桿菌）。
細(xì)菌細(xì)胞小而透明，直徑在0.1微米-1毫米之間，只有通過適當(dāng)?shù)娜旧蟛拍茉诠鈱W(xué)顯微鏡下觀察到。細(xì)胞結(jié)構(gòu)簡單，大多數(shù)細(xì)菌均具有的構(gòu)造稱為一般結(jié)構(gòu)，如細(xì)胞壁、細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)、內(nèi)含物等；只有少數(shù)細(xì)胞具有特殊結(jié)構(gòu)，如鞭毛、糖被、芽孢、菌毛和性毛等。
衣原體
衣原體（chlamydia）是一組極小的，非運動性的，專在細(xì)胞內(nèi)生長的微生物。衣原體可分為４種，即肺炎衣原體、鸚鵡熱衣原體、沙眼衣原體和牛衣原體。
支原體
支原體（支原體）是一類沒有細(xì)胞壁、高度多形性、能通過濾菌器、可用人工培養(yǎng)基培養(yǎng)增殖的最小原核細(xì)胞型微生物，大小為0.1～0.3微米。由于能形成絲狀與分枝形狀，故稱為支原體。支原體廣泛存在于人和動物體內(nèi)。
藍(lán)菌門
藍(lán)菌門是一類農(nóng)桿菌，也被稱為藍(lán)細(xì)菌、藍(lán)綠菌、藍(lán)藻或藍(lán)綠藻。它們是一類進化歷史悠久的大型單細(xì)胞原核生物，含有葉綠素a，但不含葉綠體且無鞭毛，能進行產(chǎn)氧性光合作用。藍(lán)菌門已存在于地球上約35億年，是最早的光合放氧生物之一，對地球表面從無氧的大氣環(huán)境變?yōu)橛醒醐h(huán)境起了巨大的作用。藍(lán)菌門廣泛分布于自然界，包括各種水體、土壤中和部分生物體內(nèi)外，甚至在巖石表面和其他惡劣環(huán)境中都可找到它們的蹤跡。藍(lán)菌門在巖石風(fēng)化、土壤形成以及水體生態(tài)平衡中起著重要的作用。藍(lán)細(xì)菌具有一定經(jīng)濟價值，包括許多食用種類，如普通木耳念珠藍(lán)細(xì)菌（即葛仙米，俗稱地耳，N．commun）、盤狀螺旋藍(lán)細(xì)菌（Spirulina platensis）、最大螺旋藍(lán)細(xì)菌（Spirulina maxima）等，后兩種已開發(fā)成有一定經(jīng)濟價值的“螺旋藻”產(chǎn)品。
真核細(xì)胞型微生物
該類微生物的細(xì)胞核分化度較高，含有核膜、核仁和染色體。細(xì)胞質(zhì)內(nèi)含有完整的細(xì)胞器，如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、線粒體等行有絲分裂，真菌（酵母菌、霉菌、蕈菌）、單細(xì)胞藻類和原生動物等屬于該類微生物。
酵母菌屬
酵母菌屬是子囊菌門、半子囊菌綱、內(nèi)孢霉目、酵母科中的一屬重要真菌。形狀呈細(xì)胞圓形、橢圓形或柱形，其大小比細(xì)菌大得多，高倍鏡可看到。并且細(xì)胞結(jié)構(gòu)還有細(xì)胞壁、膜、質(zhì)、核。其特點是核有核膜、核仁和染色體。
霉菌
霉菌是褐腐菌（ filamentous fungi ）的一個俗稱，意即"會引起物品霉變的真菌"，通常指那些菌絲體較發(fā)達(dá)又不產(chǎn)生大型肉質(zhì)子實體結(jié)構(gòu)的真菌。霉菌是真核生物，其細(xì)胞包含有細(xì)胞核和其他細(xì)胞器。霉菌的細(xì)胞壁由纖維素、甲殼質(zhì)和其他配位化合物構(gòu)成。它們通過菌絲體（Hyphae）構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)進行繁殖和生長。
蕈菌
菌是一種大型真菌，具有菌絲、子實體和孢子。它們屬于真菌界中的子囊菌亞門和擔(dān)子菌門。蕈菌是真菌中進化最高級的，能產(chǎn)生肉眼可見、供人采摘的子實體，通常包括人們所稱的蘑菇、木耳等。
鞭毛類有機體
如眼蟲等鞭毛有機體有時被歸為單細(xì)胞藻類或者是單細(xì)胞動物，新的分類法中屬于原生生物。它們生活在水中，能攝取有機化合物，營異養(yǎng)生活。其體內(nèi)含有光合色素，也能進行光合作用營自養(yǎng)生活。
原生動物
原生動物可以作為多種細(xì)菌的宿主或載體，這些細(xì)菌適應(yīng)原生動物胞內(nèi)條件，與原生動物形成兼性（Facultative）或?qū)Ｐ裕∣bligate）共生，甚至可復(fù)制增殖。其中，兼性共生細(xì)菌在原生動物胞內(nèi)生存和繁殖，一定條件下能裂解原生動物細(xì)胞并被釋放到環(huán)境中；專性共生細(xì)菌的復(fù)制嚴(yán)格依賴原生動物宿主，與原生動物建立長期穩(wěn)定的內(nèi)共生體。
單細(xì)胞生物的形態(tài)
大小
不同細(xì)胞的大小（體積）也有很大差別。
一般來說原核生物細(xì)胞直徑處于1-10μm，真核生物細(xì)胞直徑在10-100μm，因此原核生物小于真核生物；同時，高等動物細(xì)胞小于植物細(xì)胞。
細(xì)胞大小的差異由細(xì)胞的來源組織、細(xì)胞代謝活動、細(xì)胞功能、外界條件共同決定，但不管差異有多大，細(xì)胞的大小通常處于一個恒定的范圍，尤其是同一組織或同一器官。即便是差異最大的神經(jīng)細(xì)胞也只相差兩倍作用，因此器官的大小主要取決于細(xì)胞的數(shù)量。
參考資料：
形狀
細(xì)胞因結(jié)構(gòu)、功能、所處環(huán)境不同，具有多種形狀。
單細(xì)胞生物通常獨立生活、互不相干，因此形態(tài)相對固定，有呈棒狀的（桿菌）、球狀（球菌）、彎曲樣的（弧菌）等，也有如草履蟲一樣呈鞋底狀，如眼蟲呈梭狀。
多細(xì)胞生物往往是高等生物，細(xì)胞的形態(tài)受本身分化以及所執(zhí)行的生理功能影響。如具有收縮功能的肌肉細(xì)胞呈長梭形，神經(jīng)細(xì)胞有很長的細(xì)胞突起（有的可超過1m）是為了實現(xiàn)神經(jīng)沖動的傳導(dǎo)。
生殖方式
單細(xì)胞生物的繁殖方式為無性生殖，主要為分裂生殖(縱裂或橫裂)、出芽生殖和孢子生殖等。
分裂生殖
單細(xì)胞生物的分裂生殖是將機體分成大致相等的兩半，每一半隨后又充分長足，這個過程能重復(fù)地進行。在適宜的條件下細(xì)菌能每隔20~30分鐘分裂一次，變形蟲和大多數(shù)其他原生動物也用這種方法生殖。
出芽生殖
單細(xì)胞生物的出芽生殖，出芽生殖不同于分裂生殖是所產(chǎn)生的兩部分大小不一。如酵母細(xì)胞就是出芽生殖，母細(xì)胞的核分裂，一個子核進入芽體，在適當(dāng)?shù)臈l件下，芽體在最后與母細(xì)胞分離之前又可以產(chǎn)生另一個芽體。
孢子生殖
孢子生殖是由母體產(chǎn)生孢子，這種無性生殖細(xì)胞不經(jīng)過兩兩結(jié)合而直接形成新個體的生殖方式。如衣藻屬、小球藻等原生藻類，可由營養(yǎng)細(xì)胞(體細(xì)胞)擴大、胞壁加厚而形成孢子囊，細(xì)胞在孢子囊內(nèi)進行2—3次分裂，形成無性孢子。
營養(yǎng)方式
營養(yǎng)方式：有自養(yǎng)型、異養(yǎng)型、兼有自養(yǎng)和異養(yǎng)型，還有些行寄生或腐生生活。
異養(yǎng)型
單細(xì)胞生物的營養(yǎng)方式有異養(yǎng)型，如細(xì)菌一般不含有葉綠素，只能靠吸收現(xiàn)成的有機化合物來維持生活。異樣的細(xì)菌又分寄生和腐生型兩種，寄生的細(xì)菌是從活的動植物體內(nèi)吸取有機物來生活的。如大腸桿菌、痢疾桿菌、結(jié)核分枝桿菌、肺炎雙球菌等都是寄生型細(xì)菌。除大腸桿菌一般不致病外，其余三種常常致人畜患病。腐生的細(xì)菌則是靠分解動植物的遺體（尸體、糞便和枯枝敗葉）來吸取有機物為生的，如枯草芽孢桿菌就是腐生型細(xì)菌。
自養(yǎng)型
自養(yǎng)型的單細(xì)胞生物是具有葉綠體的，可以自己制造自己所需的營養(yǎng)。如單細(xì)胞藻類就是自養(yǎng)型單細(xì)胞生物。
應(yīng)用與研究
單細(xì)胞生物傳感器
被廣泛用于細(xì)胞代謝產(chǎn)物的檢測，并且它可以與高通量篩選體系結(jié)合來優(yōu)化篩選流程。其原理是利用一些感應(yīng)蛋白或核糖核酸來感知胞內(nèi)的代謝物濃度，并偶聯(lián)輸出信號(如熒光信號)。其中以轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子為元件構(gòu)建的單細(xì)胞生物傳感器最多。生物中存在著眾多的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子，它們被廣泛用于構(gòu)建各種代謝物(比如氨基酸、有機酸、醇類等)檢測的單細(xì)胞生物傳感器。
單細(xì)胞微生物基因組學(xué)研究
單細(xì)胞微生物基因組學(xué)研究主要源于人類基因組計劃的實施。1990年10月開始實施的人類基因組計劃，是希望用15年時間，完成人類全部23對染色體的遺傳圖譜、序列圖譜和轉(zhuǎn)錄圖譜，同時還對大腸桿菌(埃希氏菌屬 coli)、酵母(Saccharomyces cerevisiae)、美麗線蟲(Caenorhabditis elegans)，果蠅(Drosophila melanogaster)和老鼠(Mus musculs)等5種模式生物的全基因組序列進行測定。
單細(xì)胞光導(dǎo)平臺
單細(xì)胞光導(dǎo)平臺采用的數(shù)字細(xì)胞生物學(xué)技術(shù)，能夠自動一體化處理單個細(xì)胞的分選、在線分析、克隆培養(yǎng)以及導(dǎo)出，從而高效、快速、精準(zhǔn)地進行各種基于單細(xì)胞的免疫學(xué)研究以及其他細(xì)胞生物學(xué)研究。尤其在生物制藥研發(fā)領(lǐng)域，可將傳統(tǒng)的細(xì)胞處理過程從數(shù)月縮短至數(shù)周甚至數(shù)天，大大提高生物制藥研發(fā)效率。
單細(xì)胞蛋白飼料
與植物源蛋白飼料相比，微生物單細(xì)胞蛋白具有較快的合成速率，無須日照和大量土地。項目組從自然生境中分離出兩株具有自養(yǎng)、異養(yǎng)和混合營養(yǎng)產(chǎn)SCP能力的氫氧化細(xì)菌——脫氮副球菌（副球菌屬 denitrificans Y5）和善變副球菌（Paracoccus.versutus D6）。這兩株氫氧化細(xì)菌具有獨特的代謝特點，能以葡萄糖等有機碳源和氨氮異養(yǎng)合成SCP，且在提供還原力H2的條件下能夠以CO2為無機化合物碳源和氨氮自養(yǎng)合成SCP。菌株Y5和D6的單細(xì)胞蛋白含量為細(xì)胞干重的67.34%~73.73%，高于大豆的蛋白含量。而氫氧化細(xì)菌的細(xì)胞生物質(zhì)（菌體干重）濃度較低，自養(yǎng)、混合營養(yǎng)和異養(yǎng)條件下最高僅為2.13g/L、3.19g/L、5.17g/L。
培育人類胚胎干細(xì)胞
2008年在7月9日舉行的歐洲人類繁殖及胚胎學(xué)協(xié)會第24屆會議上，科學(xué)家稱人類第一次成功的通過單細(xì)胞（處于四細(xì)胞階段的胚葉細(xì)胞）培育出了人類胚胎干細(xì)胞（hESC）。來自布魯塞爾大學(xué)的維爾德博士稱這次研究的成功意味著未來將有可能在不破壞胚胎細(xì)胞的更早階段進行人體胚胎干細(xì)胞系的培養(yǎng)。
人體胚胎干細(xì)胞系主要從處于桑葚胚階段的內(nèi)細(xì)胞獲得。之前人類都是從處于八細(xì)胞階段的胚胎獲得人體胚胎干細(xì)胞系的，這種方法的成功率不穩(wěn)定，同時培養(yǎng)的人體胚胎干細(xì)胞需要在一個形成的人體胚胎干細(xì)胞系環(huán)境中進行培養(yǎng)。而利用胚胎發(fā)育的更早階段獲得人體胚胎干細(xì)胞系就可以去掉人體胚胎干細(xì)胞系的環(huán)境。
參考資料 >
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微生物所真菌學(xué)國家重點實驗室在酵母菌系統(tǒng)學(xué)研究方面取得重大進展 - 中國科學(xué)院大學(xué)新聞網(wǎng).中國科學(xué)院大學(xué)新聞網(wǎng).2023-11-02
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單細(xì)胞光導(dǎo)平臺落戶南京.今日頭條.2023-11-02
沼液生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白飼料研究獲進展.今日頭條.2023-11-02
科學(xué)家第一次利用單細(xì)胞培育出人類胚胎干細(xì)胞.細(xì)胞生物學(xué)-網(wǎng)易探索.2023-11-02