微生物学word版本

1、蚆 微生物学童陈向东菜第1章 绪论赚三、微生物与我们肆 微生物无处不在，我们无时不生活在“微生物的海洋”中。索细菌数亿/g 土壤，土壤中的细菌总重量估计为：10034 X 10 12吨;节 每张纸币带细菌：900 万个；艿 人体体表及体内存在大量的微生物：蝇皮肤表面：平均10万个细菌/平方厘米；袅 口腔：细菌种类超过500 种；蒂肠道：微生物总量达 100万亿，蚂 粪便干重的1/3 是细菌，每克粪便的细菌总数为：1000 亿个；膈 每个喷嚏的飞沫含4500-150000 个细菌，重感冒患者为8500 万；薅 时时刻刻与微生物“共舞”赚是祸？是福？蜜微生物既是人类的敌人，更是人类的朋友！研微生物

2、是人类的朋友！莆 微生物是自然界物质循环的关键环节；膂 体内的正常菌群是人及动物健康的基本保证；袈 帮助消化、提供必需的营养物质、组成生理屏障肇 微生物可以为我们提供很多有用的物质；肆 有机酸、酶、各种药物、疫苗、面包、奶酪、啤酒、酱油等等芃 基因工程为代表的现代生物技术；其少数微生物也是人类的敌人！蒇 鼠疫；蟆天花；犀艾滋病；箴疯牛病；噩埃博拉病毒；薇 可以说，微生物与人类关系的重要性，你建怎么强调都不过分，微生物是一把十分锋利的螂 双刃剑，它们在给人类带来巨大利益的同时也虿 带来 “残忍 ”的破坏。它给人类带来的利益不仅肃 是享受，而且实际上涉及到人类的生存。膈在近代科学中，对人类福利最大

3、的一门科学，材要算是微生物学了。”聿 日本学者尾形学在“家畜微生物学”（ 1977）蝴四、微生物的发现和微生物学的建立与发展羁 （一）微生物的发现踊我国8000年前就开始出现了曲篥酿酒；蒈 4000 年前埃及人已学会烘制面包和酿制果酒；薄 2500 年前发明酿酱、醋，用曲治消化道疾病；建公元六世纪（北魏时期）贾思勰的巨著 齐民要术”；筮公元2世纪，张仲景：禁食病死兽类的肉和不清洁食物;初公元前112年-212年间，华佗： 割腐肉以防传染 充公元九世纪痘浆法、痘衣法预防天花；肄1346年，克里米亚半岛上的法卡城之战(粗坦人-罗马人)；詹16世纪，古罗巴医生 G.Fracastoro：疾病是由肉眼

4、看不见的生物(living creatures)引起的；前1641年，明末医生吴又可也提出俄气”学说；箍1664年，英国人虎克(Robert Hooke)曾用原始的显微镜对袁生长在皮革表面及蔷薇枯叶上的霉菌进行观察。袁1676年，微生物学的先驱荷兰人列文虎克( Antonyvan leeuwenhoek)首次观察到 了细菌。他没有上过大学是一个只会荷兰语的小商人，但却在1680年被选为英国皇家学会的会员。列文虎克利用业余时间制造过400多架单式显微镜和放大镜，放大率一般为50200倍，帔(二)微生物学的奠基嵋1.巴斯德辐(1)发现并证实发酵是由微生物引起的；辑化学家出生的巴斯德涉足微生物学是为

5、了治疗酒病”和 蚕病”蔓(2)彻底否定了 自然发生”学说；荽著名的曲颈瓶试验无可辩驳地证实，空气内确实含有微生物，肄是它们引起有机质的腐败。肇(3)免疫学 预防接种衿首次制成狂犬疫苗黄(4)其他贡献腿巴斯德消毒法：6065 c作短时间加热处理，杀死有害微生物蓬2.柯赫芈（1）微生物学基本操作技术方面的贡献 黑a）细菌纯培养方法的建立袂土豆切面一营养明胶一营养琼脂（平皿）覆b）设计了各种培养基，实现了在实验室内对各种微生物的培养崛c）流动蒸汽灭菌蟆d）染色观察和显微摄影袄（2）对病原细菌的研究作出了突出的贡献：羁a）具体证实了炭疽杆菌是炭疽病的病原菌；腿b）发现了肺结核病的病原菌；（1905年获

6、诺贝尔奖）藏c）证明某种微生物是否为某种疾病病原体的基本原则蚁一一著名的柯赫原则聿1、在每一相同病例中都出现这种微生物；«2、要从寄主分离出这样的微生物并在培养基中培养出来；蠢3、用这种微生物的纯培养接种健康而敏感的寄主，同样的疾病会螃重复发生；膈4、从试验发病的寄主中能再度分离培养出这种微生物来。熊（三）微生物学发展过程中的重大事件妨（见讲义P4表1-1微生物学发展中的重大事件）袄1890Von Behring瓶.备抗毒素治疗I卜佼和破伤风；薄1892Ivanovsky提供烟草花叶病毒是由病毒引起的证据;第1928Griffith发现细菌转化；蔻对其机理的研究导致 DNA是遗传物质

7、的确证;蚁外源遗传物质导入各种细胞的基因重组技术的建立；第1929 Fleming发现青霉素；腿1944 Avery等证实转化过程中 DNA是遗传信息的载体；糖1953 Watson和Crick 提I" DNA双螺旋结构；蜜 19701972Arber、Smith 和 Nathans 发现并提纯康DNA限制性内切酶< 1977Woese提出古生菌是不同于细菌和真核生物的特殊类群箍 Sanger 首次对 fx 174噬菌体DNA进行了全序列分析；螂 19821983 Prusiner 发现阮病毒（prion）；膀19831984Mullis建立PCR技术；赣1995第一个独立生活

8、的细菌（流感嗜血杆菌）全基团组序列蛔测定完成；奥1996第一个自养生活的古生菌基因组测定完成；蒂1997第一个真核生物（啤酒酵母）基因组测序完成；勘（四）20世纪的微生物学莆十九世纪末到二十世纪中期：蒲微生物学：鉴定病原菌、蚀研究免疫学及其在预防疾病中的作用、祎寻找化学治疗药物、滕分析微生物的化学活性。妨普通生物学：细胞的构造及其在繁殖和发展中的作用、植物和动物的遗传和进化的机制。藻动、植物 的生命活动规律祎适用于结构大大简单的微生物？蒂肌肉的糖酵解酵母菌乙醇发酵康本质上的同一性量维生素生长因子蜗相同的化学本质蒙多种辅酶的前体芳辅酶为细胞代谢所必需芨（一切生命系统在代谢水平上具有相同的本质）肃

9、生物化学的同一性”薄生化突变细菌基因水平转移蔽微生物遗传学媒对动植物起作用的遗传机制同样适用于微生物裂肺炎双球菌转化实验前病毒重组实验J核酸是遗传的物质基础蚀噬菌体感染实验芾20世纪40年代后，微生物自身的特点使其成为生物学薄研究的 明星”，微生物学很快与生物学主流汇合，并被推到募了整个生命科学发展的前沿，获得了迅速的发展，在生命科衿学的发展中作出了巨大的贡献。期微生物学与生物学发展的主流汇合、交叉， 英获得了全面、深入的发展菜（见P3图1-1微生物学的主要分支学科） 赚（五）微生物学在生命科学发展中的重要地位肆1.微生物是生物学基本理论研究中的理想实验对象，B对微生物的研究促进许多重大生物学

10、理论问题的突破节基因和酶关系的阐明及乙个基因一个酶”的假说；芳1941年Beadle和Tatum用粗糙脉胞霉进行的突变实验使基因和酶的关系得以阐明， 并提出了 个基因一个酶”的假说。蝇遗传的物质基础的阐明；袅基因概念的发展；蒂断裂基因"、跳跃基因"、重叠基因”的发现，以及基因结构的精细分析、基因组测序等。蚂遗传密码的破译；膈60年代Nirenberg等人通过研究大肠杆菌无细胞蛋白质合成体系薄及多聚尿甘酶，发现了苯丙氨酸的遗传密码，继而完成了全部赚密码的破译，为人类从分子水平上研究生命现象开辟了新的途径。蜜基因表达调控机制的研究；妍Jacob等通过研究大肠杆菌诱导酶的形成机制

11、而提出操纵子学说，莆阐明了基因表达调控的机制，为分子生物学的形成奠定了基础。膂生物大分子合成的中心法则；袈DNA - RNA f蛋白质肇2.对生命科学研究技术的贡献肆细胞的人工培养；范突变体筛选；范DNA重组技术和遗传工程;藏3.微生物与 人类基因组计划”蟆作为模式生物；康基因与基因组的功能研究的重要工具；菽（五）我国微生物学的发展墨汤飞凡：沙眼病原体的分离和确证薇陈华癸：根瘤菌固氮作用的研究建高尚荫：创建了我国病毒学的基础理论研究螂和第一个微生物学专业蚕抗生素的总产量已耀居世界首位肃两步法生产维生素 C的技术居世界先进水平膈泉生热抱菌全基因组序列测定» （六）21世纪微生物学展望聿

12、1.微生物自身的特点（共性和特性）将会更加受到关注和利用蝴共性：微生物具有其他生物共有的基本生物学特性：生长、羁繁殖、代谢、共用一套遗传密码等，甚至其基因组«上含有与高等生物同源的基因，充分反映了生物高曹度的统一性。薄特性：微生物具有其它生物不具备的生物学特性，例如可在建其他生物无法生存的极端环境下生存和繁殖，具有其筮他生物不具备的代谢途径和功能，反映了微生物极其w丰富的多样性。先以微生物为研究材料继续对一些基本生命现象进行研究；肄生物进化方面的研究；曾在微生物基因组上进行的考古勘性别分化的意义；箍基因水平转移-细菌DNA的主动分泌与摄取袁生物智慧的发展；袁聪明的黏菌蟆生命起源的研究

13、；嵋极端环境的微生物的研究；精微生物产业的开发；辑重要致病菌的特点及其防治；蔓微生物自身特性的进一步开发、利用：例如降解性塑料，分解纤维素、生产单细胞蛋 白等。袄借助（利用）微生物特点的基因工程产业：利用微生物生产原本它们不能生产的药物、 疫苗等。前微生物具备生命现象的特性和共性，将是21世纪进一步解决生物学重大理论问题，如生命起源与进化，物质运动的基本规律等，和实际应用问题，如新的微生物资源的开发利用， 能源、粮食等的最理想的材料。莆（见讲义P10）腿2.与其他学科实现更广泛的交叉，获得新的发展学科交叉永远是科学创新的源泉！薄微生物基因组的序列测定和分析；腿微生物的快速检定；蝇微量热技术对生

14、命过程的研究； 期计算机技术与微生物学的结合；芄 微生物的特点： 赚个体小、结构简、胃口大、食谱广、初繁殖快、易培养、数量大、分布广、肆 种类多 、 级界宽 、 变异易 、 抗性强 、I!休眠长、起源早、发现晚节 个体小 :艿 测量单位：微米或钠米菜结构简：螅 无细胞结构（病毒）；聿 单细胞；芨简单多细胞；袄 胃口大：范消耗自身重量2000倍食物的时间：犀大肠杆菌：1小时荽人：500年（按400斤/年计算）英食谱广：精微生物获取营养的方式多种多样，其食谱之广是动植物完全无法相比的！膂 纤维素、木质素、几丁质、角蛋白、石油、甲醇、甲烷、天然气、塑料、酚类、氰化物、各种有机物均可被微生物作为粮食衿

15、 繁殖快：肇大肠杆菌一个细胞重约 10 T2克，平均20分钟繁殖一代螂 24 小时后：4722366500 万亿个后代，重量达到：4722 吨量48小时后：2.2 X 10 43个后代，重量达到 2.2 X 10 25吨赣相当于4000个地球的重量！蒇 一头 500 kg 的食用公牛，24 小时生产0.5 kg 蛋白质 ,蒙而同样重量的酵母菌，以质量较次的糖液（如糖蜜）羁 和氨水为原料，24 小时可以生产50000 kg 优质蛋白质。箴易培养：袆 很多细菌都可以非常方便地进行人工培养！芃 数量大：建在自然界中（土壤、水体、空气，动植物体内和体表）都生存有大量的微生物！蒈 分布广：芍人迹可到之处

16、，微生物的分布必然很多，蠢而人迹不到的地方，也有大量的微生物存在！未勺数十公里的高空（最高为离地85公里，须用火箭采样）；未勺几千米的地下；螅 强酸、强碱、高热的极端环境；蝴常年封冻的冰川；羁 种类多：踊微生物的生理代谢类型多；艘代谢产物种类多；蒄 微生物的种数“多”；辐虽然目前已定种的微生物只有大约10万种，远较动植物为少，但一般认为目前为人类所发现的微生物还不到自然界中微生物总数的1%肇 级界宽：袈Whittaker的五界分类系统充Woese三原界分类系统量变异易：唐个体小、结构简、且多与外界环境直接接触芾繁殖快、数量多品' 突变率：10-5 - 10-10袁短时间内产生大量的变异

17、后代青霉素的生产：20单位/ ml （1943） 10000单位/ ml期青霉素的用量：最高：10万单位/天（40年代）数百万-千万单位/次蓬细菌抗药性的产生：袂抗（逆）性强：雷抗热：有的细菌能在 265个大气压，250 C的条件下生长；滕自然界中细菌生长的最高温度可以达到113 c ;膂有些细菌的芽抱，需加热煮沸8小时才被杀死；蚀抗寒：有些微生物可以在一 12c30c的低温生长；肇抗酸碱：细菌能耐受并生长的pH范围：pH 0.5 13;薄耐渗透压：蜜饯、腌制品，饱和盐水（ NaCl, 32%）中箱都有微生物生长；腿抗压力：有些细菌可在 1400个大气压下生长；腿休眠长：肄世界上最古老的活细菌

18、（芽抱）：2.5亿年蚂 Nature 407, 897 - 900 (2000)螃起源早：德38亿年前，生命在海洋中出现蔻26亿年前，陆地上就可能存在微生物蒂发现晚：薄300多年前人们才真正发现微生物的存在蜗微生物的特点：肇个体小、结构简、胃口大、食谱广、膈繁殖快、易培养、数量大、分布广、蚁种类多、级界宽、变异易、抗性强、辑休眠长、起源早、发现晚薇第2章纯培养和显微技术裂微生物的基本特点：小！曾在绝大多数情况下都是利用微生物的群体来研究其属性；肇微生物的物种(菌株)一般也是以群体的形式进行繁衍、保存;培养技术在微生物学中具有重要意义！妨在研究中所使用的微生物培养群体：期培养物：在一定的条件下培

19、养、繁殖得到的微生物群体混合培养物：含有多种微生物的培养物；莅纯培养物：只有一种微生物的培养物；,通常情况下只有纯培养物才能提供可以重复的结果英纯培养技术是进行微生物学研究的基础!疑微生物的基本特点：小！袅微生物个体微小的特点也决定了显微技术是进行微生物脑研究的另一项重要技术，因为绝大多数微生物的个体形态技及其内部结构只能通过显微镜才能进行观察和研究。蚁第一节微生物的分离和纯培养先从混杂的群体中分离特定的某一种微生物，袅是研究和利用微生物的第一步。蔓一"、无菌技术聿用于分离、培养微生物的器具事先不含任何微生物；赣在转接、培养微生物时防止其它微生物的污染；筮1、微生物培养的常用器具及其

20、灭菌蒂常用的器具：试管、瓶子、培养皿等膈 1887 年，R J Petri 发明 p Petri dish苗常用的灭菌方法：高压蒸汽灭菌建高温干热灭菌芳2、接种操作黄无菌操作：火焰附近（酒精灯、煤气灯）进行蟆在无菌箱或操作室内无菌的环境下进行袂二、用固体培养基分离纯培养展液体培养基；固体培养基;芍半固体培养基；F 脂蔽柯赫（Robert Koch ）的助手 W Heese和他的夫人 Fran Heese前菌落（colony ）:蟆单个（或聚集在一起的一团）微生物在适宜的固体培养基表面或内部生长、繁殖到一定程度可以形成肉眼可见的、有一定形态结构的子细胞生长群体蛔众多菌落连成一片蒂菌苔（lawn）

21、腿不同微生物在特定培养基上生长形成的菌落或菌苔一般膀都具有稳定的特征（形状、颜色等），可以成为对该微肄生物进行分类、鉴定的重要依据（见P14图2-3）。肃同一细菌在不同的培养平板上形成不同的特征菌落方二、用固体培养基分离纯培养芈使微生物在固体培养基平板上形成单个菌落的基本方法：稀释！崛1、稀释倒平板法袄操作较麻烦，对好氧菌、热敏感菌效果不好！前2、涂布平板法莆使用较多的常规方法，但有时涂布不均匀！腿3、平板划线法薄4、厌氧微生物的分离腿厌氧罐蝇厌氧手套箱期稀释摇管法充三、用液体培养基分离纯培养赚稀释法进行液体分离必须在同一个稀释度的许多行平行试管中，大多数（一般应超过95%）表现为不生长。肆例

22、如：若同一稀释度的试管中有95%表现为不生长，则it生长的试管中仅含一个细胞的几率为：4.8%;节含二个细胞白几率为：0.12%;芳含三个细胞白几率为：0.002%菜 0.048聿 0.048 + 0.0012 + 0.0002芨在有细菌生长的试管中得到纯培养的几率为97.5%袄1878年，Lister分离乳酸链球菌时所使用的微量注射器和酒杯培养装置范注射器的最小吸取量：0.00062毫升犀四、单细胞（抱子）分离荽一般采用显微操作仪，在显微镜下进行；英操作难度与细胞或个体的大小成反比；精五、选择培养分离膂微生物群落中数量占少数的微生物的分离纯化：衿抑制大多数其它微生物的生长；肇使待分离的微生物

23、生长更快；螂使待分离的微生物在群落中的数量上升，方便用稀释法对其进行纯化。量（没有一种培养基或一种培养条件能够满足自然界中一切生物生长的要求，在一定程度上 所有的培养基都是选择性的。）赣使待分离的微生物生长“突出” 藏直接挑取待分离的微生物的菌落获得纯培养。蒙1.利用选择平板进行直接分离羁待分离的微生物生长，其它微生物的生长被抑制菽高温下培养：分离嗜热细菌；祎培养基中不含 N:分离固氮菌；用培养基加抗生素：分离抗性菌；建待分离的微生物的生长特征明显不同于其它微生物曹牛奶平板：分离蛋白酶产生菌；芍颜色反应：分离特定的菌株；蠢利用特定细菌的滑动特点进行神分离纯化；神第二节显微镜和显微技术嵋几个基本

24、概念：端放大被观察物越小，放大倍数应越大，否则难以看清！I 分辨率能辨别两点之间最小距离的能力反差被观察物区别于背景的程度艘与显微镜的自身特点有关，但也取决于进行显微观察时对显微镜的正确使用及良好的标本 制作和观察技术，这就是显微技术。蔻一、显微镜的种类及原理11.普通光学显微镜肇复式显微镜袈简单显微镜充光学显微镜一般配置的最大放大倍数是多少？为什么？蛰目镜：10 15 X;物镜：100 X;总放大倍数10001500 X;唐如何实现光学显微镜一般配置的最大放大倍数？其原理？芾使用油镜，即在100 X物镜和载玻片之间滴加香柏油；箍分辨率与所用波长成反比！袁 0.5 lIT分辨率（最小可分辨距离

25、）=期n sin q蓬q为物镜镜口角的半数，它取决于物镜的直径和工作距离袂N :玻片与物镜间介质的折射率辑空气（n=1.0）、水（n=1.33）、香柏油 （n=1.52）、玻璃（n=1.54）滕显微观察时可根据物镜的特性而选用不同的介质膂光线在穿过折射率不同的介质时发生折射蚀用浸没油取代空气的作用：肇介质折射率提高数值孔径值和分辨率均得到提高薄浸没油与玻璃的折射率相近.辐很多原来由于在透镜及载片表面的反射和折射而损失的腿光线可以进入物镜，使照明亮度提高，改善观察效果。腿光学显微镜物镜的特性肄人眼的分辨能力在 0.2 mm左右，因此光学显微镜的最大有效放大倍数（使用油镜）是1,000X 到 1,

26、500XO蚂2.暗视野显微镜 螃普通光学显微镜又称明视野显微镜其照明光线直接进入视野，属透射照明。僵3.相差显微镜蔻形成亮背景暗物象的结果第4.荧光显微镜薄5.透射电子显微镜；6 .7 .蜗扫描电子显微镜肇能否用扫描电镜来观察样品的内部结构，而用透射电镜来观察样品的表面结构？疆7.扫描隧道显微镜蚁二、显微观察样品的制备辑略！薇第二章思考题：亵1、为什么说Koch等建立的微生物纯培养技术是微生>物学建立与发展的基石？ 一般可用哪些方法获得肇微生物的纯培养？墨2、微生物的最显著特征就是个体微小，通常只能通过妨显微镜进行观察。试列举在显微观察中通过改变样薄品的反差以改善观察效果的技术及方法。芾

27、第3章微生物类群与形态结构莅古生菌在进化谱系上与真细菌及真核生物相互并列，且与后者关系更近，而其细胞构造却 与真细菌较为接近，同属于原核生物。英第一节真细菌(Eubacteria)奠一、一般形态及细胞结构覆(一)个体形态和排列瞧基本形态杆状箴螺旋状蜗1、球状芄 细胞个体呈球形或椭圆形，不同种的球菌在细胞分裂时会形成不同的空间排列方式，常被作为分类依据。袅 金黄色葡萄球菌蔓淋病奈瑟氏球菌聿肺炎链球菌赣2、杆状筮细胞呈杆状或圆柱形，一般其粗细（直径）比较稳定，而长度则常因培养时间、培养条 件不同而有较大变化。蒂 杆状细菌的排列方式常因生长阶段和培养条件而发生变化，一般不作为分类依据。膈 枯草芽孢杆

28、菌勘地衣芽抱杆菌建铜绿假单胞菌（绿脓杆菌）艿 结核分枝杆菌黄炭疽病的病原菌-炭疽杆菌蟆破伤风梭菌uno葭弧菌蚕螺旋菌芍螺旋体菌蕨弧菌：菌体只有一个弯曲，其程度不足一圈，形似“ C”字或逗号，鞭毛偏端生。前霍乱弧菌蟆寄生性弧菌-蛭弧菌 蛆螺旋菌：菌体回转如螺旋，螺旋数目和螺距大小因种而异。鞭毛二端生。细胞壁坚韧，菌体较硬。蒂螺旋体菌：菌体柔软，用于运动的类似鞭毛的轴丝位于细胞外鞘内。腿梅毒密螺旋体膀4、其它形状肄 1） 柄杆菌 P prosthecate bacteria）肃细胞上有柄（stalk）、菌丝（hyphae）、附器（appendage。等细胞质伸出物，细胞呈杆状 或梭状，并有特征性的

29、细柄。一般生活在淡水中固形物的表面，其异常形态使得菌体的表面积与体积之比增加，能有效地吸收有限的营养物；方 2）星形细菌（star-shaped bacteria ）环境条件恢复正常崛3）方形名田菌（square-ahaped bacteria）前4）异常形态莆环境条件的变化: 腿物理、化学因子的刺激一阻碍细胞正常发育薄培养时间过长一细胞衰老1腿营养缺乏/常形态蝇自身代谢产物积累过多期(二)大小充1、范围赚最小：与无细胞结构的病毒相仿(50 nm ;)就最大：肉眼可见(0.75 mm);肆(参见P 33,最小和最大的细菌)索费氏刺骨鱼菌(0.08 mm x 0.6 mm)( Epulopisc

30、ium fishelsoni )比大肠杆菌大 100 万倍(1985 年发现)节德国科学家H. N. Schulz等1999年在纳米比亚海岸的海底沉积物中发现的一种硫磺细菌(sulfur bacterium ), 其大可达 0.75 mm, Thiomargarita namibiensis , 纳米比亚硫磺珍珠”方最大和最小细菌的个体大小悬殊：菜(Thiomargarita namibiensis ) (0.75mm)嵋10亿 100亿倍聿(nanobacteria) (50 nm)芨光学显微镜物镜的特性袄在对细菌进行光学显微镜观察时，油镜最常使用，也最为重要。死一般细菌的大小范围：犀0.5

31、 1 mm (直径) 荽 0.2 1 mm （直径） X 1 80 mm （长度）英0.3 1 mm （直径）X 1 50 mm （长度）（长度是菌体两端点之间的距离，而非实际长度 ）辐2、测量方法膂 显微镜测微尺衿 显微照相后根据放大倍数进行测算肇 （二）大小螂 2、细菌大小测量结果的影响因素（参见 P 31）量个体差异；翻干燥、固定后的菌体会一般由于脱水而比活菌体缩短1/3-1/4;蒇 染色方法的影响，一般用负染色法观察的菌体较大；蒙幼龄细菌一般比成熟的或老龄的细菌大；羁 环境条件，如培养基中渗透压的改变也会导致细胞大小的变化。箴（三）细胞的结构袆 （见P39）芃 一般构造：一般细菌都有的

32、构造建特殊构造：部分细菌具有的或一般细菌在特殊环境下才有的构造蒈 1 、细胞壁芍1）概念：蠢细胞壁（cell wall）是位于细胞表面，内侧紧贴细胞膜的未勺一层较为坚韧，略具弹性的细胞结构。» 2）证实细胞壁存在的方法：螅 （ 1 ）细菌超薄切片的电镜直接观察；螭（2）质、壁分离与适当的染色，可以在光学显微镜下看到细胞壁；羁（3）机械法破裂细胞后，分离得到纯的细胞壁；« （4）制备原生质体，观察细胞形态的变化；艘3）细胞壁的功能：（参见P38）蔻（1）固定细胞外形和提高机械强度；辐（2）为细胞的生长、分裂和鞭毛运动所必需；肇（3）渗透屏障，阻拦酶蛋白和某些抗生素等大分子物质

33、袈（分子量大于800）进入细胞，保护细胞免受溶菌酶、充消化酶和青霉素等有害物质的损伤；蛰（4）细菌特定的抗原性、致病性以及对抗生素和噬菌体的>敏感性的物质基础；芾4）革兰氏染色与细胞壁：（参见P46）箍（1）革兰氏染色袁简单染色法.正染色 tC誉革兰氏染色法J鉴别染色法期抗酸性染色法膂死甲j虫负染色： 荚膜染色法等肇细菌染色法薄活菌：用美蓝或 TTC （氧化三苯基四氮陛）等作活菌染色精（1）革兰氏染色腿C.Gram （革兰）于1884年发明的一种鉴别不同类型细菌的染色方法。芾1、用碱性染料结晶紫对菌液涂片进行初染瞧2、用碘溶液进行媒染，其作用是提高染料和细胞间的相互作用从而使二者结合得更

34、牢固。裂3、用乙醇或丙酮冲洗进行脱色。在经历脱色后仍将结晶紫保留在细胞内的为革兰氏阳性 细菌，而革兰氏阴性细菌的结晶紫被洗掉，细胞呈无色。蠢4、用一种与结晶紫具有不同颜色的碱性染料对涂片进行复染。例如沙黄，它使原来无色 的革兰氏阴性细菌最后呈现桃红到红色，而革兰氏阳性细菌继续保持深紫色蚕表3-1 革兰氏阳性和阴性细菌细胞壁成分的比较薄（2）革兰氏阳性细菌的细胞壁 着特点：厚度大（2080nm）蜜化学组分简单，一般只含 90%肽聚糖和10%磷壁酸。崛肽聚糖(peptidoglycan)蒂磷壁酸(teichoic acid )袂又称粘肽（mucopeptide）、胞壁质（murein）或粘质复合物

35、（mucocomplex）,是真细菌细胞壁 中的特有成分。膀结合在革兰氏阳性细菌细胞壁上的一种酸性多糖 蜗A、肽聚糖肄厚约2080nm,由40层左右的网格状分子交织成的网套覆盖在整个细胞上。双糖单位图3-3革兰氏阳性细菌肽聚糖的立体结构（片段）蚕刷由四个氨基酸分子按L型与D型交替方式连接而成 蚀双糖单位中的3-1,4-糖昔键很容易被溶菌酶（lysozyme）所水解，从而引起细菌因肽聚糖细胞 壁的散架”而死亡。勘目前所知的肽聚糖已超过100种，在这一 肽聚糖的多样性”中，主要的变化发生在肽桥上。踌B、磷壁酸薄革兰氏阳性细菌细胞壁上特有的化学成分，主要成分为甘油磷酸或核糖醇磷酸。螂壁磷壁酸，它与肽

36、聚糖分子间进行共价结合，含量会随培养基成分而改变，一般占细胞 壁重量的10%,有时可接近 50%。用稀酸或稀碱可以提取。蝇跨越肽聚糖层并与细胞膜相交联的膜磷壁酸 （又称脂磷壁酸），由甘油磷酸链分子与细胞 膜上的磷脂进行共价结合后形成。其含量与培养条件关系不大。可用45%热酚水提取，也可用热水从脱脂的冻干细菌中提取。箍主要生理功能：（参见P41）芍细胞壁形成负电荷环境，增强细胞膜对二价阳离子的吸收；覆二价阳离子，特别是高浓度的 Mg2+。的存在，对于保持膜的硬度，提高细胞膜上需 Mg2+的合成酶的活性极为重要。袈贮藏磷元素；蔻增强某些致病菌对宿主细胞的粘连、避免被白细胞吞噬以及抗补索体的作用；薄

37、革兰氏阳性细菌特异表面抗原的物质基础；肇噬菌体的特异性吸附受体；蔽能调节细胞内自溶素（autolysin）的活力，防止细胞因自溶而死亡。蚂（3）革兰氏阴性细菌的细胞壁芨肽聚糖薇外膜 节外膜蛋白唐周质空间 藏A、肽聚糖（参见P41）罪埋藏在外膜层之内，是仅由 12层肽聚糖网状分子组成的薄层（23nm）,含量约占细胞壁总重的10%，故对机械强度的抵抗力较革兰氏阳性菌弱。辐内消旋二氨基庚二酸（m-DAP）（只在原核微生物细胞壁上发现）薁 没有特殊的肽桥，只形成较为疏稀、机械强度较差的肽聚糖网套衿 B 、外膜 （outer membrane） （参见P41）莆 位于革兰氏阴性细菌细胞壁外层，由脂多糖、

38、磷脂和脂蛋白等若干种蛋白质组成的膜， 有时也称为外壁。螃 脂多糖（lipopolysaccharide, LPS ）蔽位于革兰氏阴性细菌细胞壁最外层的一层较厚（810nm）的类脂多糖类物质，由类脂A、核心多糖（core polysaccharide）和。-特异侧链（O-specific side chain ,或称 O-多糖或 O-抗原） 三部分组成。赣脂多糖的主要功能袅 LPS 结构的多变，决定了革兰氏阴性细菌细胞表面抗原决定簇的多样性；蒙根据LPS抗原性的测定，沙门氏菌属（Salmonella）的抗原型多达2107种，一般都源自O-特异侧链种类的变化。这种多变性是革兰氏阴性细菌躲避宿主免疫

39、系统攻击，保持感染成功的重要手段。也可依此用灵敏的血清学方法对病原菌进行鉴定，在传染病的诊断中有其重要意义。菽LPS负电荷较强，与磷壁酸相似，也有吸附Mg2+、Ca2+等阳离子以提高其在细胞表面浓度的作用，对细胞膜结构起稳定作用。蔗类脂A是革兰氏阴性细菌致病物质一一内毒素的物质基础；芄 具有控制某些物质进出细胞的部分选择性屏障功能；芃 许多噬菌体在细胞表面的吸附受体；透 C、外膜蛋白（outer membrane protein）蒈 嵌合在 LPS 和磷脂层外膜上的蛋白。有20 余种，但多数功能尚不清楚。踊孔蛋白（porins）是由三个相同分子量（36000）蛋白亚基组成的一种三聚体跨膜蛋白,

40、 中间有一直径约1nm 的孔道，通过孔的开、闭，可对进入外膜层的物质进行选择。肄非特异性孔蛋白蒂 可通过分子量小于800900 的任何亲水性分子菱特异性孔蛋白勘只容许一种或少数几种相关物质通过，如维生素B12和核甘酸等。蝴脂蛋白（lipoprotein）是一种通过共价键使外膜层牢固地连接在肽聚糖内壁层上的蛋白，分子量约为7200。艿 D 、周质空间（periplasmic space, periplasm）量又称壁膜间隙。在革兰氏阴性细菌中，一般指其外膜与细胞膜之间的狭窄空间（宽约 1215nm） ，呈胶状。蟆周质空间是进出细胞的物质的重要中转站和反应场所菜在周质空间中，存在着多种周质蛋白（

41、periplasmic proteins）筮水解酶类；肇 合成酶类；黄结合蛋白；芍受体蛋白；刘（4）革兰氏阳性和阴性细菌的比较蔓（参见 P44,表3-2）蛔革兰氏染色的原理 （参见P46）箍5）特殊细胞壁的细菌：膀 某些分枝杆菌和诺卡氏菌的细胞壁主要由一类被称为霉菌酸# （Mycolic acid ）的枝链羟基脂质组成，后者被认为与这些细索菌感染能力有关。蒂用抗酸性染色对宿主体内的分枝杆菌病原体进行检测冗6）细胞壁缺陷细菌：（参见P46）期缺壁突变一一l型细菌蔻实,佥室或宿主体内形成1,本去尽原生质体（G+）膂缺壁细菌,人工去壁.前部分去除一一球状体（G-）聿在自然界长期进化中形成 一一枝原体

42、膈（1） L 型细菌（L-form of bacteria ）精细菌在某些环境条件下（实验室或宿主体内）通过自发突变而形成的遗传性稳定的细胞 壁缺陷变异型。膀因英国李斯德（Lister）预防研究所首先发现而得名（1935年，念珠状链杆菌 Streptobacillusmoniliformis ）腿大肠杆菌、变形杆菌、葡萄球菌、链球菌、分枝杆菌和霍乱弧菌等20多种细菌中均有发现，被认为可能与针对细胞壁的抗菌治疗有关。蚁特点：蜜没有完整而坚韧的细胞壁，细胞呈多形态；赚有些能通过细菌滤器，故又称“滤过型细菌”；盆对渗透敏感，在固体培养基上形成油煎蛋”似的小菌落（直径在 0.1mm左右）；肆（2）原生

43、质体（protoplast）常在人为条件下，用溶菌酶处理或在含青霉素的培养基中培养而抑制新生细胞壁合成而形 成的仅由一层细胞膜包裹的，圆球形、对渗透压变化敏感的细胞，一般由革兰氏阳性细菌形成。节特点：蟒对环境条件变化敏感，低渗透压、振荡、离心甚至通气等都易引起其破裂；荽有的原生质体具有鞭毛，但不能运动，也不被相应噬菌体所感染；艘在适宜条件（如高渗培养基）可生长繁殖、形成菌落，形成芽抱。及恢复成有细胞壁的 正常结构。聿比正常有细胞壁的细菌更易导入外源遗传物质，是研究遗传规律和进行原生质体育种的 良好实验材料。辑（3）球状体（sphaeroplast）,又称原生质球袅采用上述同样方法，针对革兰氏阴

44、性细菌处理后而获得的残留部分细胞壁（外壁层）的 球形体。与原生质体相比，它对外界环境具有一定的抗性，可在普通培养基上生长。袄（4）枝原体（Mycoplasma）康在长期进化过程中形成的、适应自然生活条件的无细胞壁的原核生物。因它的细胞膜中 含有一般原核生物所没有的管醇，所以即使缺乏细胞壁,其细胞膜仍有较高的机械强度。聿2、细胞膜英1）概念：妨名田胞质膜 （cytoplasmic membrane ）,又称质膜 （plasma membrane）、2田胞膜（cell membrane） 或内膜（inner membrane）,是紧贴在细胞壁内侧、包围着细胞质的一层柔软、脆弱、富有弹性的半透性薄膜

45、，厚约 78nm,由磷脂（占20%30%）和蛋白质（占50%70%）组成。膈2）观察方法：芾质壁分离后结合鉴别性染色在光学显微镜下观察；肇原生质体破裂；莅超薄切片电镜观察；密电镜观察到的细胞质膜，是在上下两暗色层之间夹着一浅色中间层的双层膜结构，这与 细胞膜的化学组成有关。眶3）细胞膜的化学组成与结构模型: 羁（1）磷脂（参见p47）图3-10磷脂的分子结构薁 在极性头的甘油3C 上，不同种微生物具有不同的R 基，如磷脂酸、磷脂酰甘油、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰胆碱、磷脂酰丝氨酸或磷脂酰肌醇等。肃 非极性尾则由长链脂肪酸通过酯键连接在甘油的C1 和 C2 位上组成，其链长和饱和度因细菌种类和生长温度

46、而异。聿在生理温度下，脂肪酸末端排列成固定的晶格。黄不饱和脂肪酸的双键可导致膜结构的变形。当磷脂分子中二者同时存在时，在一定条件下就阻碍了形成晶格结构所需要的有秩序排列。前膜的流动性很大程度上取决于不饱和脂肪酸的结构和相对含量。细胞膜上长链脂肪酸的链长和饱和度因细菌种类和生长温度而异，通常生长温度要求越高的种，其饱和度也越高， 反之则低。» (2)膜蛋白腿 具运输功能的整合蛋白( integral protein )或内嵌蛋白(intrinsic protein )螅 具有酶促作用的周边蛋白( peripheral protein )或膜外蛋白(extrinsic protein)建

47、膜蛋白约占细菌细胞膜的50%70%,比任何一种生物膜都高，而且种类也多。细胞膜是一个重要的代谢活动中心。羁 ( 3)液态镶嵌模型(fluid mosaic model)芾膜的主体是脂质双分子层；瞧脂质双分子层具有流动性；裂整合蛋白因其表面呈疏水性，故可溶”于脂质双分子层的疏水性内层中；蠢周边蛋白表面含有亲水基团，故可通过静电引力与脂质双分子层表面的极性头相连；虿 脂质分子间或脂质与蛋白质分子间无共价结合；薄 脂质双分子层犹如一“海洋 ”，周边蛋白可在其上作“漂浮 ”运动，而整合蛋白则似“冰山状沉浸在其中作横向移动。蒲 1972 年，辛格(J.S.Singer)和尼科尔森(G.L.Nicolso

48、n )蛰(4)管醇类物质螈 由磷脂分子形成的双分子膜中加入甾醇类物质可以提高膜的稳定性芾管醇的一般结构希真核生物细胞膜中一般含有胆固醇等管醇，含量为5%-25%。袂 原核生物与真核生物的最大区别就是其细胞膜中一般不含胆固醇，而是含有hopanoid。膀 hopanoid 类甾醇，其作用被认为也是稳定细胞膜的结构蚁90%的化石燃料的前体物质是kerogen （油原，或称油母岩质）肄 Kerogen 中细菌特有的hopanoid 类甾醇占有很高的比例虿 Kerogen 是由于细菌的活动而形成芈 在地下沉积物中细菌特有的hopanoid 类甾醇的含量高达1011-12吨，与目前地球上滕存在的活的生物

49、（living organisms）体内含有的有机碳的含量总和相当。蝴hopanoid被认为是地球上含量最丰富的生物分子蚀 4）细胞膜的生理功能：（参见P 48）勘选择性地控制细胞内、外的营养物质和代谢产物的运送；薅 是维持细胞内正常渗透压的屏障；蔓合成细胞壁和糖被的各种组分（肽聚糖、磷壁酸、LPS、荚膜多糖等）的重要基地；蜗膜上含有氧化磷酸化或光合磷酸化等能量代谢的酶系，是细胞的产能场所；蚄 是鞭毛基体的着生部位和鞭毛旋转的供能部位；»5） 间体（mesosome 或中体）：方细胞质膜内褶而形成的囊状构造，其中充满着层状或管状的泡囊。多见于革兰氏阳性细菌。蒄 青霉素酶分泌、DNA

50、复制、分配以及细胞分裂有关螃 “间体 ”仅是电镜制片时因脱水操作而引起的一种赝像 蔗3、细胞质和内含物羁1)概念： (参见P49)菱细胞质(cytoplasm)是细胞质膜包围的除核区外的一切半透明、胶状、颗粒状物质的总 称。含水量约80%。脑细胞质的主要成分为核糖体、贮藏物、多种酶类和中间代谢物、质粒、各种营养物和大分子的单体等，少数细菌还有类囊体、竣酶体、气泡或伴抱晶体等。肃2)颗粒状贮藏物(reserve materials)：藏贮藏物是一类由不同化学成分累积而成的不溶性沉淀颗粒，主要功能是贮存营养物。薇糖原：大肠件菌、克雷伯氏菌、芽抱杆菌和蓝细菌等先 r 碳源及能源类 I聚3-羟丁酸(p

51、hb)：固氮菌、产碱菌和肠杆菌等蒂 ,硫粒：紫硫细菌、丝硫细菌、贝氏硫杆菌等腿贮藏物I藻青素：蓝细菌刘藻青蛋白：蓝细菌袂磷源(异染粒)：迂回螺菌、白喉棒杆菌、结核分枝杆菌踊聚-3 -羟丁酸(poly- 3 -hydroxybutyrate, PHB)荽类脂性质的碳源类贮藏物刷巨大芽抱杆菌(Bacillus megaterium )在含乙酸或丁酸的培养基中生长时，细胞内贮藏的 PHB可达其干重的 60%。范PHB于1929年被发现，至今已发现 60属以上的细菌能合成并贮藏。断它无毒、可塑、易降解，被认为是生产医用塑料、生物降解塑料的良好原料。藏多糖类贮藏物糖原粒裂淀粉粒蜜在真细菌中以糖原为多糖原

52、粒较小，不染色需用电镜观察，用碘液染成褐色，可在光学 显微镜下看到。芨有的细菌积累淀粉粒，用碘液染成深兰色。芍异染粒(metachromatic granules)芍颗粒大小为 0.51.0m,是无机偏磷酸的聚合物，一般在含磷丰富的环境下形成。功 能是贮藏磷元素和能量，并可降低细胞的渗透压。膀藻青素（cyanophycin ）（参见P49）腿 一种内源性氮源贮藏物，同时还兼有贮存能源的作用。通常存在于蓝细菌中。莆由含精氨酸和天冬氨酸残基（1:1）的分枝多肽所构成，分子量在 25000125000。蒂硫粒（sulfur globules ）裂很多真细菌在进行产能代谢或生物合成时，常涉及对还原性的

53、硫化物如H2S,硫代硫酸盐等的氧化。衿 在环境中还原性硫素丰富时，常在细胞内以折光性很强的硫粒的形式积累硫元素。勘当环境中环境中还原性硫缺乏时，可被细菌重新利用。蒂 2） 贮藏物（reserve materials）：芃 微生物储藏物的特点及生理功能：蚀 不同微生物其储藏性内含物不同瞧（例如厌气性梭状芽抱杆菌只含PHB,大肠杆菌只储藏糖原，但有些光和细菌二者兼有）袄 微生物合理利用营养物质的一种调节方式蚂 当环境中缺乏能源而碳源丰富时，细胞内就储藏较多的碳源类内含物，甚至达到细胞干重的50%，如果把这样的细胞移入有氮的培养基时，这些储藏物将被作为碳源和能源而用于合成反应。蔗储藏物以多聚体的形式

54、存在，有利于维持细胞内环境的平衡，黄避免不适合的 pH,渗透压等的危害。（例如羟基丁酸分子呈酸性，而当其聚合成聚-3 -羟丁酸（PHB）就成为中性脂肪酸了，这样便能维持细胞内中性环境，避免菌体内酸性增 高。 ）籍储藏物在细菌细胞中大量积累，还可以被人们利用。赚3)磁小体(megnetosome)(参见 P50)Fe3O4 颗粒，外有一层磷脂、蛋白或糖蛋膀 趋磁细菌细胞中含有的大小均匀、数目不等的白膜包裹。芨功能是导向作用，即借鞭毛游向对该菌最有利的泥、水界面微氧环境处生活。莅 实用前景，包括生产磁性定向药物或抗体，以及制造生物传感器等薁 4)羧酶体(carboxysome) (参见 P51)袁 一些自养细菌细胞内的多角形或六角形内含物瞧其大小与噬菌体相仿，约10nm,内含1,5-二磷酸核酮糖竣化酶，在自养细菌的CO2固定中起着关键作用。蒙采用免疫电镜技术观察蓝细菌cyanobacterium Chlorogloeopsis fritischii中的竣酶体辑5)气泡(gas vocuoles)(参见 P51)勘许