第一章 原核微生物

第一章原核微生物1内容第一节细菌2一、细菌的个体形态、大小与染色细菌：单细胞不分枝的原核微生物。3（一）细菌的外形与大小图1-1常见的三种细菌典型形态A.球菌B.杆菌C.螺旋菌4a.球菌球形的细菌球菌大小为0.5~2.0μml．单球菌（脲微球菌）2.双球菌（肺炎链球菌）3．链球菌（乳链球菌）4．四联球菌5．八叠球菌（甲烷八叠球菌）6．葡萄球菌（金黄色葡萄球菌）5单球菌和双球菌6球菌(coccus)脑膜炎奈瑟菌双球菌(diplococcus)肺炎链球菌7球菌(coccus)四联球菌(tetrad)8球菌(coccus)八叠球菌(sarcina)9链球菌(streptococcus)球菌(coccus)10球菌(coccus)葡萄球菌(streptococcus)1112b.杆菌细胞呈杆状或圆柱状，菌体直或稍弯，粗短或细长。末端钝圆、尖、膨大或平裁状。直径在0.5～1um×1～5um（宽径×长）杆菌：单杆菌、双杆菌、链杆菌大肠杆菌13梭状芽孢杆菌属于肉毒杆菌属，可引起食物中毒14杆菌的形态多样分枝杆菌双歧杆菌15不同杆菌的大小、长短、粗细很不一致。炭疽芽胞杆菌3-10μm大中大肠埃希菌2-3μm小布鲁菌0.6-1.5μm16杆菌的形态多样两端齐平炭疽芽胞杆菌两端尖细白喉棒状杆菌17

c.螺旋菌

细胞呈弧形的称为弧菌，其中若菌体多于一个弯曲，其程度超过一圈，又称为螺旋菌。直径在0.5～5um，长度不等。

弧菌螺旋菌18弧菌螺旋菌螺杆菌19淡水中的螺旋菌

spirochetes.

是一种很常见的细菌

20自然界中杆菌最常见，球菌次之，而螺旋菌最少。21d.丝状细菌分布在水生境，潮湿土壤和活性污泥中。有铁细菌、硫磺细菌、球衣细菌等。22铁细菌23硫磺细菌24球衣细菌球衣菌细胞25特殊形状细菌26（二）细菌的染色由于细菌的细胞极其微小又十分透明，因此用水浸片或悬滴观察法在光学显微镜下进行观察时，只能看到大体形态和运动情况。若要在光学显微镜下观察其形态和主要构造，一般都要对它们进行染色。27细菌染色方法细菌染色法死菌活菌：用美蓝或TTC(氯化三苯基四氮唑）等作活菌染色正染色负染色：荚膜染色法等简单染色法鉴别染色法革兰氏染色法抗酸性染色法芽孢染色法吉姆萨染色法28革兰氏染色法该染色法由丹麦医生C.Gram于1884年创立。分为初染、媒染、脱色和复染四步。

甲菌

乙菌初染结晶紫媒染碘液脱色

乙醇复染

沙黄紫色(G+)

红色(G-)29革

兰

氏

染

色

法1.涂片固定2.初染—结晶紫染液第一次染色

1min

303.媒染—碘-碘化钾溶液浸湿30S4.脱色—95%乙醇溶液进行颜色洗脱5.复染—红色的藩红染液第二次染色31呈现第二次染色的效果红色；称革兰氏阴性菌（红阴G-）细菌呈现第一次染色的效果紫色，革兰氏阳性菌（紫阳G＋）；32ww33ww34革兰氏染色的意义通过这一染色，可把几乎所有的细菌分成革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌两个大类。因此是分类鉴定的重要指标。这两类细菌在细胞结构、成分、形态、生理、生化、遗传、免疫、生态和药物敏感性等方面都呈现出明显的差异，因此任何细菌只要先通过很简单的革兰氏染色，即可提供不少其他重要的生物学特性方面的信息。35二、细菌的结构细菌的结构36

（一）细胞壁功能提问：哪些功能？①固定细胞外形；②保护细胞免受外力的损伤；③阻拦大分子物质进人细胞；④使细胞具有致病性及对噬菌体的敏感性。⑤为鞭毛提供支点，使鞭毛运动。伤寒杆菌细胞壁中含毒素37G+菌细胞壁G-菌细胞壁G-菌细胞壁结构图解请对照两种细菌细胞壁的不同结构，说明为什么染色上会有区别？38革兰阳性菌与阴性菌细胞壁结构比较细胞壁革兰阳性菌革兰阴性菌强度较坚韧较疏松厚度20-80nm10-15nm肽聚糖层数可多达50层1-2层肽聚糖含量占细胞壁干重40%-80%占细胞壁干重10%磷壁酸+-脂肪1-4%11-12%蛋白质约20%约60%脂多糖-+39革兰氏染色机理1.与细菌等电点有关革兰氏阳性菌的等电点为pH2~3，革兰氏阴性菌的等电点为pH4~5。革兰氏阳性菌的等电点比革兰氏阴性菌低，说明革兰氏阳性菌带的负电荷比革兰氏阴性菌多。它们与草酸铵结晶紫的结合力大，用碘-碘化钾媒染后，两者的等电点均得到降低，但革兰氏阳性菌的等电点降低的多，故与草酸铵结晶紫结合得更牢固，对乙醇脱色的抵抗力更强。402.与细胞壁有关革兰氏阳性菌的脂类物质的含量很低，肽聚糖的含量高。革兰氏阴性菌相反，用乙醇脱色时，革兰氏阴性菌的脂类物质被乙醇溶解，增加细菌细胞壁的孔径及其通透性，乙醇容易进入细胞内将草酸铵结晶紫和碘-碘化钾复合物提取出来，使菌体呈现无色。革兰氏阳性菌由于脂类物质含量极低，而肽聚糖含量高，乙醇既是脱色剂又是脱水剂，使肽聚糖脱水缩小细胞壁的孔径，降低细胞壁的通透性，阻止乙醇分子进入细胞，草酸铵结晶紫和碘-碘化钾的复合物被截留在细胞内而不被脱色，仍呈现紫色。41（二）原生质体包括细胞质膜（原生质膜）、细胞质及其内含物、细胞核物质。421.细胞质膜紧贴细胞壁的内侧而包围细胞质的一层柔软而富有弹性的薄膜。是选择性半渗透膜。主要化学成分：蛋白质（60~70%）、脂类（30~40%）、多糖（约2%）。43细胞质膜的生理功能1.维持渗透压的梯度和溶质的转移；2.细胞质膜上有合成细胞壁和形成横膈膜组分的酶，在膜的外表面合成细胞壁；3.膜内陷形成中间体，含有细胞色素，参与呼吸作用。中间体与染色体的分离和细胞分裂有关，还为DNA提供附着点；4.在细胞质膜上进行物质代谢和能量代谢。5.细胞质膜上有鞭毛基粒，鞭毛由此长出，即为鞭毛提供附着点。442.细胞质和内含物细胞质是细胞质膜以内，除核物质以外的无色透明、粘稠的复杂胶体，亦称原生质。主要由蛋白质、核酸、多糖、脂类、无机盐和水组成。45核糖体：由RNA和蛋白质组成，是合成蛋白质的场所。其中RNA占60%，蛋白质占40%。大肠杆菌可以分解出三种分子质量不同的RNA，16SRNA、23SRNA和5SRNA。核糖体的沉降系数是70S（由50S和30S两个亚基组成）46细胞内含颗粒1．气泡（水生细菌）提问：功能？相当于鱼的鱼漂2．异染颗粒可被甲苯胺染成紫红色。化学本质——偏磷酸盐的聚合物。功能？磷源和能源性贮藏物，3．聚-羟基丁酸（简称PHB）颗粒功能？能量的贮存物;调节pH4．糖原和淀粉粒用作碳源和能源5．硫粒某些化能自养型硫细菌，贮存的能源物质

通常，一种细菌只含有一种或两种内含颗粒。47Gasvacuoles(blue)andstoragegranules(red)inthecyanobacterium

MicrocystisTheformationofgasvacuolesbyaquaticbacteriaprovidesamechanismforadjustingthebuoyancyofthecell.Manyaquaticcyanobacteriausetheirgasvacuolestomoveupanddowninthewatercolumn.48Polyhydroxybutyricacid(PHB)PHBisalipidlikecompound-oneofthemostcommoninclusionbodiesinprokaryoticorganisms.PHBiscommonlyfoundasastoragematerialanduniquetobacteria

Glycogenisastarchlikepolymerofglucosesubunits.GlycogengranulesareusuallysmallerthanPHBgranules.AVibriospecies49Manymicroorganismsaccumulategranulesofpolyphosphate,whicharelargereservesofinorganicphosphatesthatcanbeusedinthesynthesisofATPPolyphosphategranule

inabacterialcellAPseudomonasspecies50ThesulfurglobulesinsidethecellsofpurplesulfurbacteriumChromatium

buderiSomebacteria,includingmanyphotosyntheticbacteria,accumulateelementalsulfurgranulesasaresultoftheirmetabolism.513.拟核无核膜和核仁，由DNA组成。携带全部或部分遗传信息，它的功能是决定遗传性状和传递遗传信息，是重要的遗传物质。52（三）荚膜、粘液层和菌胶团荚膜:某些细菌细胞壁外的一层较松厚，而且较固定的粘液性物质。不易着色，一般采用负染色法。成分:多糖、多肽和脂类53肺炎链球菌荚膜荚膜54功能:1.保护作用：保护细菌免受干燥的影响，保护不受宿主吞噬细胞的吞噬。2.当缺乏营养时，荚膜可被用作碳源和能源。

3.具荚膜的致病菌毒力强，失去荚膜的致病力下降。4.废水生物处理中的细菌荚膜有生物吸附作用，将废水中的有机物、无机物及胶体吸附在细菌体表面上。55有些细菌不产生荚膜，其细胞仍可分泌粘性的多糖，疏松地附着在细菌细胞壁表面，与外界没有明显的边缘,则叫粘液层。在废水生物处理过程中有生物吸附作用。有些细菌由于其遗传特性决定，细菌之间按一定的排列方式粘集在一起，被一个公共的荚膜包围成一定形状的细菌集团叫做菌胶团。56菌胶团的形成是由这类细菌遗传特性所决定的。菌胶团的形状有球形、蘑菇形、椭圆形、分支状、垂丝状及不规则形。上述各种菌胶团在活性污泥中均有，形成菌胶团的典型细菌为动胶菌属的细菌。57水生境中的丝状菌多数有衣鞘，如球衣菌属、纤发菌属、发硫菌属、亮发菌属等丝状体表面的粘液层或荚膜硬质化，形成一个透明坚韧的空壳，叫衣鞘。58（四）芽孢

某些细菌生长到一定阶段，在细胞内形成一个圆形成圆柱形的对不良环境条件具有较强的抵抗逆休眠体。细菌的芽孢都生长在细胞内，又称内生孢子(Endospora)，细菌中只有少数几个属具有芽孢。芽孢对干燥（在干燥下可存活几年、几十年），紫外线，有毒化学物、热、化学药品抵抗力强，能使细菌渡过不良环境。一般芽孢能耐高温。59芽孢示意图芽孢衣皮层芽孢壁芽孢外壁60芽胞的大小、形状、位置等随菌种而异，有重要的鉴别意义。炭疽芽胞杆菌肉毒梭菌破伤风梭菌61芽孢抗性强的原因：1.含水量低。2.有厚、致密的壁。3.含与抗热性有关的吡啶二羧酸。4.芽孢内具有抗热性的酶。芽孢萌发后变成营养细胞，抗性损失。芽孢不是繁殖器官，只是休眠体。

62产芽孢细菌的种类：革兰氏阳性杆菌芽孢杆菌属、梭菌属；球菌只有八叠球菌属产生芽孢；螺菌中的孢螺菌属也产生芽孢。问题：细菌有芽孢存在对我们有利还是有弊？63（五）鞭毛由细胞质膜上的鞭毛基粒长出穿过细胞壁伸向体外的一条纤细的波浪状的丝状物。直径0.001~0.02um，长2~50um.化学成分：鞭毛蛋白功能：运动，鞭毛的有无以及鞭毛着生的部位是菌种分类鉴定的重要指标。64根据鞭毛数目与排列情况分：

一端单毛菌：菌体一端只有一条鞭毛。二端单毛菌：菌体二端各有一条鞭毛。

丛毛菌：菌体一端或二端各有一丛鞭毛(偏端丛生鞭毛菌、二端丛生鞭毛菌)

周毛菌：在菌体四周都有鞭毛。65鞭毛菌分类单毛菌双毛菌丛毛菌周毛菌66端生单根鞭毛端生丛状鞭毛实验室可采用特殊染色，使染料的复合物附着并积累在鞭毛上，加粗其直径，可用普通光学显微镜观察。67纤毛比鞭毛更细，较短，直硬，数量也较多的细丝。非运动器官G-菌多有，G+菌少数有。功能：菌毛分普通菌毛和性菌毛(有吸附作用)。有性菌毛的细菌叫雄性菌。雄性菌与雌性可通过性菌毛接合，没有之不能接合。菌毛在普通光学显微镜下看不到,必须用电子显微镜观察。68三、细菌的培养特征

细菌在固体培养基上的培养特征菌落：将单个微生物细胞或一小堆同种微生物细胞接种在固体培养基的表面，当它占有一定的发展空前并给予适宜的培养条件时，该细胞就迅速进行生长繁殖。结果就会形成一个以母细胞为中心的一堆肉眼看见的、有一定形态构造的子细胞集团，称为菌落。菌苔：如果将某一纯种的大量细胞密集地接种在固体培养基表面，结果形成的各“菌落”相互联结成一片，就是菌苔。6970菌落的特征主要由各种微生物特殊的遗传特性决定，同时也与培养基成分及培养条件有关，当固定培养基成分及培养条件相同时，不同种类微生物形成的菌落特征是固定的，可作为微生物鉴定的重要依据。

菌落形态71菌落描述a.隆起特征描述b.边缘特征描述c.表面特征描述72固体培养基上菌落的生长情况光滑型菌落粗糙型菌落粘液型菌落7374细菌在固体培养基上的菌落特征：湿润、较光滑、较透明、较粘稠、易挑取、质地均匀以及菌落正反面或边缘与中央部位的颜色一致等。75在液体培养基中的培养特征1.多数细菌呈现均匀浑浊（表现均匀生长）。2.部分形成菌膜(专性需氧菌），在液体培养基表面上形成菌膜，液体透明明或者稍浑浊。3.在液体底部形成沉淀。76细菌在液体培养基中的生长情况菌膜菌沉淀均匀浑浊对照77细菌在半固体培养基中的生长情况1、3：有动力2：无动力78COAGULASETESTLikethemannitolsaltsagar,thecoagulasetestisanothermethodfordifferientingbetweenpathogenicandnon-pathogenicstrainsofStaphylococcus.Bacteriathatproducecoagulaseuseitasadefensemechanismbyclottingtheareasofplasmaaroundthem,therebyenablingthemselvestoresistphagocytosisbythehost'simmunesystem.Thesampleinquestionisusuallyinoculatedonto0.5mlofrabbitplasmaandincubatedat37degreescelsiusforonetofourhours.Apositivetestisdenotedbyaclotformationinthetesttubeaftertheallottedtime.细菌在明胶培养基上的生长特征79菌落在微生物学工作中有很多应用，主要用于微生物的分离、纯化、鉴定、计数等研究和选种、育种等实际工作中。80细菌的繁殖方式

细菌一般以二分裂法进行无性繁殖，少数细菌存在有性结合，但发生频率极低。81杆菌二分裂过程模式图82终日沸腾的温泉成了古细菌最后的天堂第二节古菌83

在过去相当长时间里，由于研究微生物的技术和研究手段落后的原因，对古菌的了解甚少，一直将古菌隶属于细菌的范畴。1977年起，人们改进了研究方法，对细菌进行了深入研究。根据微生物的细胞结构、化学组成以及它们的特殊生活环境作了细致的比较，发现细菌中有一类比较特殊的微生物。因此为区分开这类特殊菌，将细菌划分为古细菌和真细菌，都属于原核微生物。84一、概念的提出1977年，美国学者Woese以16SrRNA序列比较为依据，提出的独立于真细菌和真核生物之外的生命的第三种形式。

在分类地位上与真细菌和真核生物并列为三域，并且在进化谱系上更接近真核生物。

在细胞构造上与真细菌较为接近，同属原核生物。

多生活于一些生存条件十分恶劣的极端环境中，例如高温、高盐、高酸等。

原名：古细菌（Archaebacteria）；后改名：古菌（Archaea）8586二、细胞形态在显微镜下，古生菌与细菌具有类似的个体形态第二节古菌（Archaea）8788899091隐蔽热网菌（Pyrodictium

occultum）是迄今所发现的最耐热的生物之一，它的最适生长温度为105℃。92第二节古菌（Archaea）三、细胞结构在细胞的结构与功能上，古生菌既有类似真细菌之处，也有类似真核生物之处，还具有一些自己独特的特点。93三、细胞结构（一）细胞壁具有与真细菌类似功能的细胞壁；细胞壁的结构和化学成分均差别甚大；细胞壁不含二氨基庚二酸和胞壁酸。已研究过的一些古生菌，它们细胞壁中没有真正的肽聚糖，而是由多糖（假肽聚糖）、糖蛋白或蛋白质构成的。热原体属(Thermoplasma)没有细胞壁；94三、细胞结构（一）细胞壁N-乙酰葡糖胺和N-乙酰塔罗糖胺糖醛酸交替连接而成，连在后一氨基糖上的肽尾由L-Glu、L-Ala和L-lys三个L型氨基酸组成，肽桥则由L-Glu一个氨基酸组成。β-1,3糖苷键不被溶菌酶水解95三、细胞结构（二）细胞膜古生菌的质膜在本质上也是由磷脂组成，但它比真细菌或真核生物具有更明显的多样性。亲水头（甘油）与疏水尾（烃链）间是通过醚键而不是酯键连接的；细胞膜的化学组分存在多样性；古生菌的细胞质膜中存在着独特的单分子层膜或单、双分子层混合膜，而真细菌或真核生物的细胞质膜都是双分子层。96（三）细胞质和内含物无复杂内膜的细胞器；核糖体为70S有些种类的细胞质中具有有一定功能的颗粒状内含物产甲烷嗜热菌细胞内的气泡97（四）核区没有具有核仁、核摸的细胞核染色体脱氧核糖核酸为共价闭合环状98四、古菌的特点1.形态古菌的细胞很薄，扁平。有精确的方角和垂直的边构成直角几何形态的细胞；2.细胞结构细胞壁不含二氨基庚二酸和胞壁酸。3.代谢有许多特殊的辅酶，如绝对厌氧的产甲烷菌有辅酶M、F420、F430等。4.呼吸类型多数严格厌氧、兼性厌氧，个别专性好氧。5.繁殖速度繁殖速度较曼，进化速度也比细菌慢。生活习性大多数古菌生活在极端环境。如盐分高的湖泊，极热、极酸和绝对厌氧的环境。第二节古菌（Archaea）99五、古菌的分类产甲烷菌严格厌氧菌，能够在代谢过程中产生甲烷，培养方法有Hungate滚管法、厌氧手套箱法等。嗜热嗜酸菌包括古生硫酸还原菌和极端嗜热古菌。专性嗜热、好氧、兼性厌氧、严格厌氧，革兰氏阴性，最适生长温度70~105℃。极端嗜盐菌对NaCl有特殊的适应性和需要性。栖息在高盐环境如晒盐场、天然盐湖或高盐盐渍食物如鱼和肉类。革兰氏阴性或阳性，好氧或兼性厌氧、化能有机营养型。第二节古菌（Archaea）100101第三节放线菌102放线菌是指一类呈丝状生长、主要以孢子繁殖和陆生性强的原核生物。过去曾认为它是“介于细菌与真菌之间的微生物”。随着电子显微镜的广泛使用和一系列其他技术的发展，越来越多的证据表明，放线菌无非是一类具有丝状分枝细胞的细菌。103放线菌一般分布在含水量较低、有机物丰富和呈微碱性的土壤环境中。为泥土所特有的“泥腥味”，主要是由放线菌产生的。在每克土壤中，放线菌的孢子数一般在107左右。除枝动菌属为革兰氏阴性外，其余全部放线菌均为革兰氏染色阳性。104放线菌可以产生抗菌素1700种以上，放线菌还可产生维生素和酶类。弗兰克菌科与多种非豆科植物形成根瘤固氮。放线菌有很强的分解纤维素、石蜡、琼脂、角蛋白和橡胶等复杂有机物的能力，在自然界物质循环和提高土壤肥力等方面有着重要的作用。只有极少数的放线菌对人类构成危害。105放线菌的菌丝类型放线菌根据菌丝形态和功能分为三类：1、基内菌丝（营养菌丝）：菌丝无分隔，可以产生各种水溶性、脂肪性色素，使培养基着色。功能：吸收营养物质。

2、气生菌丝：由基内营养菌丝长出培养基外，伸向空间的菌丝，直生或分枝丝状，较基内菌丝粗。功能：分化形成孢子丝。

3、孢子丝：当生长发育到一定阶段，在其气生菌丝上分化出可形成孢子的菌丝。孢子丝功能：形成孢子，起繁殖作用。

106放线菌的菌丝107ChainofconidiosporesAgarsurfaceSubstratemyceliumAerialhyphaeThecrosssectionofanactinomycetecolonyshowingthesubstratemyceliumandaerialmyceliumwithchainsofconidiosporesVarioustypesofspore-bearingstructuresonthestreptomyces108Varioustypesofspore-bearingstructuresonthestreptomyces

Streptomycesspores,calledconidia,arenotrelatedinanywaytotheendosporesofBacillusandClostridiumbecausethestreptomycetesporesareproducedsimplybytheformationofcross-wallsinthemultinucleatesporophoresfollowedbyseparationoftheindividualcellsdirectlyintospores.109放线菌在固体培养基上的菌落特征在固体培养基表面，放线菌的细胞有基内菌丝和气生菌丝的分化，气生菌丝到成熟时会分化成孢子丝并产生成串的干粉壮孢子，这些气生菌丝或孢子丝伸展在空气中，菌丝间一般都不会存在毛细血管水。这就使放线菌获得其特有的与细菌不同的菌落特征：干燥、不透明、表面呈致密的丝绒状，上有一层色彩鲜艳的干粉；菌落和培养基的连接紧密，难以挑取；菌落的正反面颜色常常不一致，以及菌落边缘培养基的平面有变形现象。110放线菌的菌落特征A：诺尔斯氏链霉菌B：皮疽诺卡氏菌C：酒红指孢囊菌D：游动放线菌；E：小单胞菌；

F：皱双孢马杜拉放线菌111产抗菌素的放线菌的菌落特征A：卡特利链霉菌B：弗氏链霉菌；C：吸水链霉菌金泪亚种；D：卡那霉素链霉菌；E：除虫链霉菌；F：生磺酸链霉菌

112放线菌的繁殖通过分生孢子或孢囊孢子繁殖，也可以一段菌丝繁殖。113第四节蓝细菌蓝细菌是一类含有叶绿素a，具有放氧性光合作用的原核生物。蓝细菌亦称篮藻，过去作为藻类的一群。蓝细菌常常生长在土壤、岩石上，在树皮上也成片生长，亦有许多种类生长在池塘、湖泊和海洋中。蓝