第一章原核生物的形态、构造与功能

1、全国及国际奥赛纲要对微生物学理论部分的要求全国及国际奥赛纲要对微生物学理论部分的要求n微生物的细胞生物学：细菌的结构和繁殖、光养和化养微生物的细胞生物学：细菌的结构和繁殖、光养和化养n生物技术（生物工程学）：发酵（微生物工程）生物技术（生物工程学）：发酵（微生物工程）n免疫：抗原和抗体、细胞和体液免疫、免疫失调引起的疾病免疫：抗原和抗体、细胞和体液免疫、免疫失调引起的疾病 n生物系统学生物系统学n原核：原核：细菌门、蓝藻门、原绿藻门、放线菌门、立克次氏体、细菌门、蓝藻门、原绿藻门、放线菌门、立克次氏体、n 支原体、衣原体支原体、衣原体n真核：真核：红藻门、褐藻门、绿藻门、裸藻门、金藻门、粘菌门

2、红藻门、褐藻门、绿藻门、裸藻门、金藻门、粘菌门接合菌门、子囊菌门、担子菌门、原生动物接合菌门、子囊菌门、担子菌门、原生动物n病毒：病毒：噬菌体、类病毒、病毒的结构和繁殖噬菌体、类病毒、病毒的结构和繁殖 n微生物的特殊代谢途径：生物固氮、有害物质的富集微生物的特殊代谢途径：生物固氮、有害物质的富集 1二、微生物学的知识体系微生物学微生物学生态与多样性感染与免疫遗传基因表达调控基因工程分类形态结构营养代谢生长繁殖系统发育发酵工业食品药物生物制品环保2第一章第一章 原核生物的形态、构造和功能原核生物的形态、构造和功能第一节第一节 细菌细菌第二节第二节 放线菌放线菌 第三节第三节 蓝细菌蓝细菌第四节第

3、四节 支原体、立克次氏体和衣原体支原体、立克次氏体和衣原体3原核生物原核生物n即广义的细菌，指一大类细胞核无核膜包裹，即广义的细菌，指一大类细胞核无核膜包裹，只存在称作只存在称作核区核区（nuclear region）的裸露）的裸露DNA的原始单细胞生物。（真细菌、古生菌）的原始单细胞生物。（真细菌、古生菌）n根据外表特征分为根据外表特征分为6大类大类三菌三体三菌三体n细菌细菌（狭义的）（狭义的）n放线菌放线菌n蓝细菌蓝细菌n支原体支原体n立克次氏体立克次氏体n衣原体衣原体4第一节第一节 细菌（细菌（Bacteria）n是一类细胞细短（直径是一类细胞细短（直径0.5um、长度、长度0.5-5u

4、m)、结构简单、胞壁坚韧、多以二分、结构简单、胞壁坚韧、多以二分裂方式繁殖和水生性较强的原核生物。裂方式繁殖和水生性较强的原核生物。n分布分布n作用作用n有害、有益有害、有益一、细菌的形态构造及其功能一、细菌的形态构造及其功能（一）形态和染色（一）形态和染色n细菌的三种基本形态细菌的三种基本形态n细菌的大小细菌的大小n细菌染色法细菌染色法 (二）构造二）构造n1、细菌细胞的一般构造、细菌细胞的一般构造n2、细菌细胞的特殊构造、细菌细胞的特殊构造6细菌的三种基本形态细菌的三种基本形态球状、球状、杆状及螺旋状杆状及螺旋状数量：杆菌最为常见，球菌其次，螺旋菌较少。球菌球菌（Coccus）n根据分裂的

5、根据分裂的方向方向及及分裂后的分裂后的排列方式排列方式分为：分为：n单球菌单球菌n双球菌双球菌n链球菌链球菌n四联球菌四联球菌n八叠球菌八叠球菌n葡萄球菌葡萄球菌单球菌n分裂后的细胞分散而单独存在的球菌.n如尿素微球菌(Micrococcus ureae)双球菌n分裂后两个球菌成对排列的为双球菌.n 如肺炎双球菌 (Diplococcus pneumoniae)链球菌n分裂是沿一个平面进行，分裂后细胞排列成链状.n如乳链球菌 （Streptococcus lactis）四联球菌n分裂是沿两个相垂直的平面进行，分裂，分裂后每四个细胞在一起呈田字形.n 如四联微球菌n （Micrococcus t

6、etragenus）八叠球菌n按三个互相垂直的平面进行分裂后，每八个球菌在一起成立方体形.n 如藤黄八叠球菌n （Sarcina ureae)葡萄球菌n分裂面不规则，多个球菌聚在一起，像一串串葡萄。n 如金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus)杆菌（Bacillus）n杆菌的形态：杆菌的形态：n短杆状、长杆状、短杆状、长杆状、棒杆状、梭状杆棒杆状、梭状杆状、月亮状、竹状、月亮状、竹节状等；节状等；n杆菌是细菌中杆菌是细菌中种类最多种类最多的类型的类型大肠杆菌 E. coli. 肺结核分支杆菌沙门氏杆菌炭疽热杆菌螺旋菌（螺旋菌（Spirilla）n弧菌弧菌 （vibrio )

7、n螺菌螺菌 （spirillum）n螺旋体螺旋体（spirochaeta )Unusually shaped bacteria细菌的大小测量方法：测微尺测量方法：测微尺长度单位：长度单位：微米（微米（um)表示方法：表示方法： 球菌：直径球菌：直径(微米微米) 杆菌：宽杆菌：宽X长长(微米微米) 螺菌：宽螺菌：宽X长长(微米微米)最大细菌Thiomargarita namibiensis（纳米比亚嗜硫珠菌）0.32-1.00mm最小细菌nanobacteria(纳米细菌）50nm(或0.05um)细菌染色法细菌染色法n微生物染色方法一般分为微生物染色方法一般分为: :n单染色法、复染色法。单染

8、色法、复染色法。n单染色法单染色法：用一种染料使微生物染色，但不能：用一种染料使微生物染色，但不能鉴别微生物。鉴别微生物。n复染色法复染色法：是用两种或两种以上染料，有协助：是用两种或两种以上染料，有协助鉴别微生物的作用。故亦称鉴别染色法。鉴别微生物的作用。故亦称鉴别染色法。n常用的复染色法有：常用的复染色法有：n革兰氏染色法；革兰氏染色法；n抗酸性染色法；抗酸性染色法；n特殊染色法（鉴别细胞各部分结构：如芽胞、鞭毛、特殊染色法（鉴别细胞各部分结构：如芽胞、鞭毛、荚膜、细胞核等）。荚膜、细胞核等）。（二）构造（二）构造1、细菌细胞的一般构造、细菌细胞的一般构造细胞壁细胞壁 （cell wall

9、）n基本成份基本成份 肽聚糖肽聚糖n革兰阳性菌特革兰阳性菌特有成份有成份 磷壁酸磷壁酸n革兰阴性菌特革兰阴性菌特有成份有成份 外膜外膜（1）G+细菌的细胞壁细菌的细胞壁n肽聚糖肽聚糖 占占90%n磷壁酸磷壁酸 占占10%G+细菌肽聚糖（细菌肽聚糖（peptidoglycan）肽聚糖又称粘肽聚糖又称粘肽，是真细肽，是真细菌菌细胞壁细胞壁特特有的成分。有的成分。由由双糖单位、双糖单位、四肽侧链、四肽侧链、肽桥肽桥（或肽（或肽键）组成。键）组成。磷壁酸（磷壁酸（teichoic acid）n是是G G+ +菌细胞壁的特有成分，分菌细胞壁的特有成分，分壁磷壁酸壁磷壁酸和和膜磷壁酸膜磷壁酸。磷磷壁酸是壁

10、酸是G+菌重要的表面抗原；膜磷壁酸可以粘附宿主细菌重要的表面抗原；膜磷壁酸可以粘附宿主细胞，与细菌的致病性有关。胞，与细菌的致病性有关。 （2）G-细菌的细胞壁细菌的细胞壁n肽聚糖（肽聚糖（peptidoglycan）占）占5-20%n外膜（外膜（outer membrane）：）：脂多糖、磷脂、外膜蛋白脂多糖、磷脂、外膜蛋白。G-细菌肽聚糖（细菌肽聚糖（peptidoglycan）n由由双糖单双糖单位、四肽位、四肽侧链、肽侧链、肽键键组成。组成。大肠杆菌大肠杆菌E.coliE.coli与与G+细菌肽聚糖的区别细菌肽聚糖的区别n1、四肽尾的第三位氨基酸被、四肽尾的第三位氨基酸被m-DAPm-D

11、AP代替；代替；n2、无特殊肽桥，肽尾间通过、无特殊肽桥，肽尾间通过肽键肽键直接相连；直接相连；n3、交联结构较为疏松。、交联结构较为疏松。青霉素及溶菌酶的作用部位外膜外膜n脂多糖脂多糖、磷脂、外膜蛋白。、磷脂、外膜蛋白。36脂多糖（脂多糖（lipopolysaccharide LPS）n位于磷脂外侧，位于磷脂外侧，是是G菌的菌的内毒素内毒素，由内向外依次由类由内向外依次由类脂脂A A、核心多糖和、核心多糖和O-O-特异侧链组成。特异侧链组成。 n类脂类脂A:内毒素的毒内毒素的毒性成分性成分;n核心多糖核心多糖: :构成构成G-G-菌的属特异性抗菌的属特异性抗原原 ; ;nO-特异侧链特异侧链

12、: :构成构成G-G-菌的菌体抗原，菌的菌体抗原，也称为也称为O抗原抗原.磷脂n与细胞膜化学组成类似，与物质交换有关。 38外膜蛋白外膜蛋白n脂蛋白：脂蛋白： 孔蛋白：孔蛋白：G- 细菌与细菌与G+细菌一系列生物学特性的比较细菌一系列生物学特性的比较革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌细胞壁结构比较细胞壁结构比较细胞壁结构细胞壁结构革蓝氏阳性菌革蓝氏阳性菌革蓝氏阴性菌革蓝氏阴性菌厚度厚度厚，厚，1550nm薄，薄，1015nm肽聚糖含量肽聚糖含量多，占胞壁干重多，占胞壁干重30-95%少 ， 占 胞 壁 干 重少 ， 占 胞 壁 干 重 5 -20%左右左右脂类含量脂类含量一般

13、无一般无(2%)多，约多，约20%磷壁酸磷壁酸有有无无外膜外膜无无有有脂蛋白脂蛋白无无有有脂多糖脂多糖无无有有古生菌（古生菌（Archaea）的细胞壁（略）的细胞壁（略）n包括包括产甲烷菌产甲烷菌以及大多数以及大多数嗜极菌嗜极菌如极端如极端嗜盐菌、极端嗜热菌等嗜盐菌、极端嗜热菌等n古生菌的细胞壁中不含肽聚糖，由假肽古生菌的细胞壁中不含肽聚糖，由假肽聚糖、糖蛋白、蛋白质组成聚糖、糖蛋白、蛋白质组成n假肽聚糖：产甲烷杆菌假肽聚糖：产甲烷杆菌42n细胞壁革兰氏染色结晶紫初染碘液媒染乙醇脱色番红复染43抗酸性染色法n检查抗酸细菌检查抗酸细菌(如结核杆菌、麻风杆菌、分支如结核杆菌、麻风杆菌、分支杆菌等杆

14、菌等)的一种特殊染色法。常用的是先以浓的一种特殊染色法。常用的是先以浓石炭酸复红加温初染，随即以盐酸酒精或硫酸石炭酸复红加温初染，随即以盐酸酒精或硫酸水脱色，最后用美蓝液复染。如属于抗酸细菌，水脱色，最后用美蓝液复染。如属于抗酸细菌，呈红色，因菌体有抗御酸类脱色的特性，故能呈红色，因菌体有抗御酸类脱色的特性，故能保持初染的红色。如属于一般细菌，则呈蓝色，保持初染的红色。如属于一般细菌，则呈蓝色，因菌体无抗酸能力，初染的红色被酸类所脱去，因菌体无抗酸能力，初染的红色被酸类所脱去，故被复染成蓝色。故被复染成蓝色。 抗酸性染色原理n分支杆菌的细胞壁有特殊的脂类物质分支杆菌的细胞壁有特殊的脂类物质分枝

15、菌酸，分支菌酸厚且呈蜡质，可分枝菌酸，分支菌酸厚且呈蜡质，可以抵御酸性酒精的脱色作用。以抵御酸性酒精的脱色作用。缺壁缺壁细菌细菌实验室中形成实验室中形成自然界长期进化中形成：支原体自然界长期进化中形成：支原体自发缺壁突变：自发缺壁突变：L型细菌型细菌 （ L-form of bacteria）人工方法去壁人工方法去壁彻底除尽：彻底除尽：原生质体原生质体（protoplast）部分去除：部分去除：球状体球状体（sphaeroplast）缺壁细菌缺壁细菌(cell wall deficient bacteria）细胞壁的功能 n维持细菌的固有外形，保护细胞免受渗透压等外力的损伤；n为细菌的生长、分

16、裂和鞭毛运动所必需；n阻拦大分子有害物质进入细胞 ；n与细菌的抗原性和对噬菌体的敏感性密切相关。47细菌细胞的一般构造细胞膜（cell membrane）n与真核细胞膜的不与真核细胞膜的不同点：同点：不含胆固醇不含胆固醇、形成形成间体间体。n间体（间体（mesosomemesosome，或中体）或中体）：细菌细：细菌细胞膜内陷形成的中胞膜内陷形成的中隔，可增加细胞膜隔，可增加细胞膜的表面积，参与细的表面积，参与细菌的呼吸、生物合菌的呼吸、生物合成和细菌分裂。成和细菌分裂。细胞膜的功能n1、物质交换：选择性通透作用，摄取营养，排出代谢产物。n2、生物合成：细菌无细胞器，合成酶位于细胞膜。粘肽、磷

17、壁酸、磷脂、脂多糖、荚膜、鞭毛等多种菌体成分在细胞膜上合成。n3、呼吸作用：各种呼吸酶，包括细胞色素、脱氢酶等均在细胞膜上，相当于真核细胞的线粒体，是细菌能量代谢的场所。n4、协助鞭毛运动。49细菌细胞的一般构造细菌细胞的一般构造细胞质细胞质和内含物和内含物n细胞质化学组成：主要成分是水、蛋白质、核酸、脂类，少量糖类和无机盐。 n内含物如大量核糖体核糖体、胞浆颗粒胞浆颗粒以及质质粒粒 。50核糖体（核糖体（ribosome)n是分散在细胞质中的颗粒状是分散在细胞质中的颗粒状结构，由核糖体核酸（占结构，由核糖体核酸（占60%）和蛋白质（占）和蛋白质（占40%）组成。组成。n细菌的核糖体细菌的核糖

18、体n沉降系数为：沉降系数为：70s，由，由50s大亚基和大亚基和 30s 小亚基构成。小亚基构成。n功能：功能：n是细胞合成蛋白质的机构。是细胞合成蛋白质的机构。51气 泡聚 - -羟 基 丁 酸硫 粒糖 原碳 源 及 能 源 类藻 青 素氮 源 类异 染 粒磷 源 类储 藏 物羧 酶 体颗颗 粒粒 状状 内内 含含 物物胞浆粒状胞浆粒状聚聚- - -羟基丁酸（羟基丁酸（poly-poly-hydroxybutirate-hydroxybutirate，PHBPHB）：）：聚聚羟丁酸颗粒是许多细羟丁酸颗粒是许多细菌细胞质内常含有的菌细胞质内常含有的碳源碳源类类储藏物储藏物. .PHBPHB不溶

19、于水不溶于水, ,易被易被脂溶性染料脂溶性染料( (如苏丹黑如苏丹黑) )着色。着色。功能功能: :贮存碳源、能源和降贮存碳源、能源和降低渗透压。低渗透压。许多好氧菌和光合厌氧菌都许多好氧菌和光合厌氧菌都含有聚含有聚羟丁酸颗粒。羟丁酸颗粒。异染颗粒异染颗粒多聚偏磷酸盐的聚合物多聚偏磷酸盐的聚合物功能：功能：贮存磷元素和能量，降低渗透压。贮存磷元素和能量，降低渗透压。 羧酶体羧酶体n又称羧化体，是存在于一些自养细菌细胞内的多角形或六角形内含物。与CO2的固定有关。55细菌细胞的一般构造细菌细胞的一般构造核区核区（nuclear region）n由裸露的由裸露的双股双股DNA盘绕组成，盘绕组成，没

20、有组蛋没有组蛋白包绕，白包绕，也没有核也没有核膜包裹，膜包裹，因此叫因此叫核核质质，或称，或称为为拟核拟核。质粒质粒n是细菌染色体外的遗传物质，由双股环状DNA构成。重要的常见质粒有F质粒、R质粒等。细菌细胞的特殊构造细菌细胞的特殊构造糖被（糖被（glycocalyx）n主要成分：多糖，主要成分：多糖，少数为多肽（或少数为多肽（或复合型）。复合型）。n荚膜荚膜n微荚膜微荚膜n黏液层黏液层n菌胶团菌胶团荚膜（capsule 或macrocapsule )功能：功能：n抗吞噬抗吞噬n抗不良环境抗不良环境n粘附作用粘附作用 等。等。细菌细胞的特殊构造细菌细胞的特殊构造 鞭毛鞭毛n鞭毛是细菌的运动器鞭

21、毛是细菌的运动器 (长长15-20um,直径直径0.01-0.02um），主要成分为蛋白质，构成细菌的），主要成分为蛋白质，构成细菌的H抗原抗原。n着生方式着生方式：单 根一 束单 端单 根一 束双 端端端 生生周周 生生侧 生鞭鞭 毛毛 的的 着着 生生 方方 式式鞭毛的构造（以E.coli为例) 鞭毛的结构：鞭毛的结构：鞭毛丝鞭毛丝鞭毛鞭毛 鞭毛钩鞭毛钩 基体基体62鞭毛的观察n电镜n特殊鞭毛染色，在光学显微镜下观察n半固体穿刺培养n悬滴法观察n从固体培养基上的菌落形态判断n菌落形状大，薄且不规则，边缘极不平整，可能有鞭毛。n菌落十分圆滑，边缘平整且相对较厚，可能没有鞭毛。64“栓菌”试验

22、“旋转论”的证明细菌细胞的特殊构造菌毛（fimbria）和性毛(pilus）n普通菌毛是细菌的黏附结构。n性菌毛是细菌传递遗传物质的结构。67细菌细胞的特殊构造芽孢和其他休眠构造n芽孢芽孢（endospore,spore)n结构：结构：n特点：特点：n芽孢耐热机制：芽孢耐热机制：n渗透调节皮层膨胀学说；渗透调节皮层膨胀学说；nDPA-Ca能形成芽孢的细菌种类n在杆菌中能形成芽孢的种类较多，在球菌和螺旋菌中只有少数菌种可形成芽孢。n产生芽孢的几个属：n(Bacillus)芽孢杆菌属n(Clostridium)梭状芽孢杆菌属n(Sporosarcina)芽孢八叠球菌属70细菌细胞的特殊构造伴胞晶体

23、(parasporal crystal）n伴孢晶体蛋白(Parasporal crystal protein)又称d 内毒素，是苏云金杆菌(Bacillus thuringiensis)在形成芽孢时，形成的一类对昆虫具有毒杀作用的小分子蛋白质或多肽。n晶体蛋白的形状：主要有菱形、方形、长方形、椭圆形、不规则形等。n伴孢晶体蛋白在碱性条件下能溶解成原毒素，而原毒素在蛋白酶的作用下可水解成具有杀虫活性的小分子多肽，是苏云金杆菌杀虫的主要活性成分。71(三）细菌的繁殖n1、裂殖（fission）n2、芽殖（budding）裂殖（fission）芽殖（budding）二、细菌的群体形态n（一）、在固体

24、培养基上（内）的群体形态n（二）、在半固体培养基上（内）的群体形态n（三）、在液体培养基上（内）的群体形态75在固体培养基上（内）的群体形态在固体培养基上（内）的群体形态菌落概念：菌落概念：菌落特征是细菌分类的依据之一菌落特征是细菌分类的依据之一菌落和菌苔菌落和菌苔在半固体培养基上（内）的群体形态在液体培养基上（内）的群体形态第二节第二节 放线菌放线菌（actinomyces）n是一类主要呈丝状生长和以孢子繁殖的陆生性很强的原核生物（G+）。n分布：n作用：一、放线菌的形态构造（典型放线菌（典型放线菌链霉菌链霉菌Streptomyces 的形态构造）的形态构造）n基内菌丝、气生菌丝、孢子丝。基

25、内菌丝、气生菌丝、孢子丝。放线菌的代表属链霉菌属(Streptomyces) n 共约1000多种。具有发育良好的菌丝体，菌丝体有基内菌丝、气生菌丝、和孢子丝之分；孢子丝和孢子的形态因种而异。抗生素主要由放线菌产生，而其中90%由链霉菌产生。82第三节第三节 蓝细菌蓝细菌（Cyanobacteria）含有叶绿素含有叶绿素a、无鞭毛、进行产氧型光合作用的、无鞭毛、进行产氧型光合作用的G-大型原核生大型原核生物。物。费氏蓝细菌费氏蓝细菌(Fischerella)鱼腥蓝细菌鱼腥蓝细菌(Anabaena)；粘杆蓝细菌粘杆蓝细菌(Gloeotheca)皮果蓝细菌皮果蓝细菌(Dermacarpa)颤蓝细菌

26、颤蓝细菌(Oscillatoria)用途n已知蓝细菌有20多种具固氮作用，故在农业上，尤其是热带，已成为保持土壤氮素营养水平的主要因素。在水稻田中培养蓝细菌作为生物氮肥，可以提高土壤的肥力。n临床上它能用于治疗肝硬化、贫血、白内障、青光眼、胰腺炎等疾病，对糖尿病、肝炎也有一定疗效。n作为食品和营养品。84蓝藻细胞的基本特征：1） 中心质：是遗传物质DNA所在的部位，相当于细菌的核区，称为中心质或中央体。蓝藻细胞模式图2）光合作用片层是位于细胞质部分的同心环样的膜片层结构，上面规则地排列着直径约35nm的小体，称藻胆蛋白体。85藻胆蛋白的作用是将光能传递给叶绿素藻胆蛋白的作用是将光能传递给叶绿素

27、a a。蓝藻不含叶绿素蓝藻不含叶绿素b,b,所以光合效率比高等植物低。所以光合效率比高等植物低。蓝藻的光合作用于细菌不同：蓝藻放出氧气，而光合细蓝藻的光合作用于细菌不同：蓝藻放出氧气，而光合细菌不能放出氧气。菌不能放出氧气。3 3）细胞内含物）细胞内含物 蓝藻细胞包含许多各具特点的内含物，包括蓝藻淀粉、蓝藻细胞包含许多各具特点的内含物，包括蓝藻淀粉、脂滴、颗粒体、多磷酸脂体、多角体等。脂滴、颗粒体、多磷酸脂体、多角体等。内含物的形态各异，与细胞的生理状态、发育时期和环内含物的形态各异，与细胞的生理状态、发育时期和环境因素有关。境因素有关。功能功能 有的是储存养料，有的功能不清。有的是储存养料，有的功能不清。4 4）细胞表面结构）细胞表面结构细胞壁细胞壁 电镜观察