第2章微生物形态结构-细菌

第2章微生物形态结构第一节微生物的基本类型原核细胞与真核细胞的区别原核细胞与真核细胞结构的异同1大小的区别原核细胞小，多数0.5~2微米，形状各异，以单细胞为主。真核细胞个体大，多数2~200微米，以多细胞和组织结构为主。2细胞结构和功能的差异原核细胞结构简单、无细胞器、无有丝分裂。真核细胞结构复杂，细胞器发达。表1原核和真核细胞主要结构对比细胞结构原核生物真核生物细胞壁成分肽聚糖、多糖、蛋白质等多糖如纤维素、几丁质细胞膜成分不含固醇含固醇核糖体70s(30s,50s)80s(40s,60s)细胞器无有多种细胞分裂缺有丝分裂有丝分裂有性生殖以无性为主有基因中内含子一般没有有细胞骨架无有第2节原核微生物的形态结构本章共两节,主要学习内容包括：原核生物细胞结构重点：原核生物细胞的特点及特殊结构第一节

原核生物细胞的结构与功能原核生物是没有固定细胞核的生物。分类地位（在生物界的位置）：（1）Margulis(1978)提出的三原界学说：古细菌原界、真细菌原界和真核生物界（1）Woese（1990）提出三域系统，将三原界改为三域。（P83)一、原核生物的个体形态特点:小，１～５微米，有球、杆、丝、片状等。最小的菌纳米细菌,直径50nm.大小差别较大:最大嗜硫珠菌,直径0.32~1mm.基本形态有三种:(1)球菌（cocus):单球菌、双球菌、链球菌、四链球菌、葡萄球菌(2)杆菌(Bacillus):长杆菌、短杆菌、球杆菌。有的栅拦状排列(３)螺旋菌（Spirills)：弧菌、螺菌三种形态的细菌1球菌图2杆菌螺菌图(螺旋菌)细菌的特殊形态二、原核细胞的结构与功能细菌细胞的结构与功能的模式图细菌细胞细菌细胞的构造：细胞壁细胞膜原生质体基本结构内含物鞭毛菌毛特殊结构荚膜芽孢（一）细胞壁cellwall１细胞壁的基本结构和化学成分：主要成分：是肽聚糖和少量的脂类。肽聚糖：Peptidoglycan:由N-乙酰葡萄糖胺（NAG)和N-乙酰胞壁酸（NAM).这两种氨基糖直接或通过氨基酸间桥交替项链形成长链。形成肽聚糖套层。（P70)细菌细胞壁成分2革兰氏染色反应：丹麦医生革兰（HansChristianGram),于１８８４年发明。过程：固定－结晶紫染色－碘媒染－酒精脱色－蕃红染色结果：由于细胞壁的结构和成分的不同分为两种染色结果。由此将原核生物分为两大类：G+:紫色，细胞壁厚G-:红色，细胞壁薄３G+细菌的细胞壁：细胞壁厚，20~80nm，有致密的肽聚糖层，占细胞壁成分的60~90%。含有磷壁酸（多聚磷酸甘油或多聚磷酸核醇的衍生物）。G+细菌的细胞壁：4G-细菌的细胞壁：具有很大强度能膨胀至表面的几倍。细胞壁薄，10~15nm，化学成分复杂，分为内壁层和外壁层。（1）壁膜间隙：（2）肽聚糖层（内壁层）：（3）外膜（外壁层）：脂多糖为主G-细菌的细胞壁：图革兰氏G-细菌脂多糖、类脂A、磷脂、孔蛋白的排列方式

两种细菌细胞壁比较5细胞壁外的表层结构（1）表面层（S层）：许多细菌的细胞壁外面还存在结构层次，由同型蛋白或糖蛋白组成，网状。普遍存在于真细菌和古细菌中。（2）被外多糖和荚膜：不容易洗掉为荚膜，反之为黏液层功能：保护、障碍氧气、黏附作用等细菌荚膜（二）细胞膜和内膜系统1细胞膜（Cellmembrane)是围绕细胞质外层的双层膜系统。（1）基本结构：由两层磷脂和蛋白质组成的，这种膜结构称为单位膜。一般占细胞干重的10%,其中磷脂占20~30%,蛋白质50~70%,糖类占1.5~10%.（与真核细胞不同的是:无固醇，无胞饮和胞吞现象）图细菌细胞质膜的基本结构原核生物与真核生物的细胞质膜比较

2与质膜相连的内膜系统（1）间体：常与核质相联系，与细胞分裂有关。（2）光合作用内膜：光合细菌具有。不同细菌不同，可扑捉光能。（3）非光合作用内膜：有些特殊细菌的呼吸酶位于此膜上。（三）核区和质粒1核区（nuclearregion):是一条很厂的环状双螺旋DNA链（有少数不成环）又称细菌染色体。亦称为拟核。2质粒Plasmid：在许多细菌细胞中存在的核DNA以外的共价小闭合环状DNA，通常为1~100X106，含几百个碱基。（1）质粒的主要特性可自我复制和稳定遗传；为非必要的遗传物质（对细菌而言），控制次要性状。如抗药性、结合性等；可转移：由共体细胞向受体细胞转移；可消除：经常温、化学物质、抗菌素处理可以消失。（2）质粒的主要种类：按照功能分抗性质粒、接合质粒、细菌素质粒、Ti质粒、固氮质粒等。如：大肠杆菌中的Col因子，产生一种蛋白质类杀菌素。大肠杆菌中的Ent因子，产生肠毒素

表:细菌质粒所能控制的性状

细菌质粒性状

大肠杆菌中的F因子使宿主产生性纤毛，决定“性别”大肠杆菌中的Col因子产生一种蛋白质类杀菌素大肠杆菌中的Ent因子产生肠毒素大肠杆菌中的Hty因子决定溶血素的产生大肠杆菌中的RYB质粒可使宿主产生限制性内切酶与甲基化酶G-细菌中的R因子抗磺胺药与多种抗生素金黄色葡萄球菌中的抗Cd++、Hg++等重P1258因子金黄色葡萄球菌PZA10产生内毒素B假单胞菌中的质粒能降解某些复杂的有机物根癌病农杆菌中Ti质粒能使感染植株产生根癌病（四）细胞质及内含物细胞质膜包裹的原生质体（包括核区和质粒）。成分：水分70%以上，蛋白质、碳水化合物、无机盐、小分子物质等主要组成细胞浆、核糖体和其它内含物。1核糖体和协助蛋白核糖体是细胞中核糖核蛋白的颗粒状结构，由65%的RNA和35%的蛋白质组成，以游离状态或多聚状态存在于细胞中。核糖体的组成：70s(30s,50s两个亚基，古细菌不同）30s:16srRNA和21种不同蛋白50s:5srRNA,23srRNA以及32种不同蛋白细菌核糖体2细胞浆主要成分：水、蛋白质、脂类、糖、无机盐等。还有贮藏物如糖原和淀粉细菌特有物：聚β-羟基丁酸（贮藏物）。3其它内含物如液泡、气泡、羟基化体（自养细菌固定二氧化碳）、一些细菌还有硫滴、磁粒等图细胞内含物

A.细胞中的硫滴B.聚β—羟基丁酸颗粒

（五）细菌细胞的特殊结构1鞭毛（flagella)：由蛋白质组成的细长结构直径15~25nm，最长70微米。（1）结构：鞭毛丝、鞭毛钩、基体（2）着生方式：单生、丛生、周生（3）功能：运动鞭毛结构(a)G-细菌（b）G+细菌

(a)G-细菌（b）G+细菌鞭毛着生方式

(单生、从生、周生）2菌毛fimbria

有叫纤毛、散毛、线毛是一类生长在菌体表面的纤细、中空、短直数量较多的蛋白质微丝。直径3~10nm，G阴性菌多，G阳性菌少。功能：黏附于宿主表面。菌毛菌毛和鞭毛3性毛Pilus构造成分与菌毛相似，但较长。一般在G阴性的雄性菌株上。在细菌交配时起作用。向雌性菌株传递遗传物质。性毛4芽孢spore某些细菌在一定生长阶段可在细胞内形成一个圆形、椭圆形或圆柱形高度折光的内生孢子。（1）结构芽孢囊、孢外壁、芽孢衣、皮层、核心核心由芽孢壁、芽孢膜、芽孢质和核区组成，可发育成新的细菌个体。芽孢的结构芽孢(芽孢杆菌)芽孢芽孢产生（2）芽孢的特性抗热、抗干燥、抗辐射、抗化学药物和静水压等，有很强的存活力。可以存活数年甚至数十年。原因：含水量低（40%左右），含有特殊的DPA-Ca(2，6-吡啶羧酸钙盐），具有高渗透压。四、细菌的繁殖和菌落特征1细菌的繁殖繁殖：一个母细胞产生二个或二个以上子细胞的过程称为繁殖。细菌的繁殖以无性繁殖为主，主要是裂殖。过程：细胞伸长，细胞核及细胞质分裂、横隔壁形成、子细胞分离。（孢间连丝、分裂后暂时不分开）少数细菌可以芽殖如Blastobacter,少数种类可以有性繁殖。2细菌的菌落特征：菌落：在培养基表和内部聚集形成一个肉眼可见的、具有一定形态的子细胞群体，称为菌落。由多个同种细胞密集接种长成的子细胞群则称为菌薹（lawn).菌落特征包括：大小、形状、边缘、光泽、质地、透明度、颜色、隆起和表面状况。细菌斜面培养特征：菌薹生长程度、形状、光泽、质地、透明度、颜色等细菌液体培养特征：表面状况、混浊度、沉淀、有无气泡和色泽。细菌菌落Bacterialcolony在液体培养基中Bacterialcolony三、几种特殊的原核生物1放线菌：属于革兰氏阳性菌群。是一类能形成分枝菌丝和分生孢子的特殊菌群。因菌落放射状而得名。很多抗菌素产生于放线菌。如土霉素、链霉素、庆大霉素、利福平等到目前为止，已分离得到的放线菌产生的抗生素达4000种以上。放线菌是一类介于细菌和真菌之间的单细胞生物.一方面,放线菌的细胞构造和细胞壁的化学组成与细菌相似,与细菌同属原核生物;另一方面,放线菌菌体呈纤细的菌丝状,而且分枝,又以外生孢子的形式繁殖,这些特征又与霉菌相似.放线菌菌落中的菌丝常从一个中心向四周辐射状生长,因此叫放线菌.放线菌的菌落特征1放线菌的菌落特征2（1）放线菌的形态大部分放线菌由分枝状的菌丝组成，菌丝大多无隔膜，属单细胞。菌丝的粗细与细菌中的杆菌宽度相近（1μm左右）。可分为营养菌丝、气生菌丝和孢子丝。孢子丝形态多种，常用于分类。细胞壁含胞壁酸、二氨基庚二酸，不含几丁质、纤维素；放线菌丝链霉菌的一般形态和构造（模式图）(2)繁殖放线菌主要通过形成无性孢子的方式进行繁殖，也可借菌丝断片（液体培养时）进行繁殖。凝聚分裂形成凝聚孢子、产生孢子囊、横隔分裂产生横隔孢子。形成分生孢子、孢囊孢子和横隔孢子。放线菌孢子丝类型：垂直单轮(无螺旋)弯曲丛生松环、初级螺旋钩状松螺旋紧螺旋单轮(有螺旋)双轮(无螺旋)双轮(有螺旋)分生孢子(conidiospores):在气生菌丝顶端形成成串或单个孢子，菌丝分裂形成。

在气生菌丝顶端或基内菌丝顶端膨大或盘卷缠绕形成孢子囊，在孢子囊内形成孢囊孢子。孢囊孢子横隔孢子

基内菌丝或气生菌丝横隔分裂形成，孢子常为球杆状，体积大小相似，又称节孢子或粉孢子。3代表属（1）链霉属Streptomyces:菌丝无隔膜，有三种菌丝，形成分生孢子。包括1000多种灰色链霉菌的直线孢子链链霉属Streptomyces菌落（2）诺卡氏属Nocardia菌丝有隔膜，分枝菌丝体可断裂成杆状和球状。多数无气生菌丝。诺卡氏属Nocardia菌落（3）放线菌属Actinomyces菌丝直径小于1微米，有横隔，可断裂成Y字型。无气生菌丝，不产孢。多引起病害。AgarplatecultureofanActinomyces2蓝细菌:革兰氏阴性含叶绿素可光合作用。可与植物共生形成地衣、红萍（固氮鱼腥藻和蕨类的共生体）。形状：球状、杆状。3~30微米，裂殖。蓝细菌3黏细菌（Myxobacteria)革兰氏阴性，可以滑行，产生子实体。粘菌的聚集:环境变得缺乏营养时，这些阿米巴起初作为一群孤立的细胞，随后联合起来，形成了一个由几万细胞组成的团块。这个“假合胞体”经受分异，始终变化着形状。一只“脚”形成了，它由约三分之一的细胞组成，并包含丰富的纤维素。这只脚支撑着一个圆形芽孢团块，这些芽孢将使自身分离并伸展，只要遇到合适的营养媒质，它们便迅速繁殖，并因而形成一个新的阿米巴群体。它经过变态，从而取得能动性，去侵入其他环境。

4蛭弧菌Bdellovibrio寄生于其他细菌，并引起裂解。个体小。5立克次氏体革兰氏阴性，小，球状、杆状、丝状。不完全代谢，只能寄生于真核细胞内。如斑疹伤寒6衣原体是一类比立克次氏体小，自身的结构更简单，专门寄生在活细胞中的致病性原核微生物。

沙眼衣原体8支原体是一类目前已知最小的、无细胞壁、但无须依赖活细胞而能独立生活的原核微生物。它们一般以二分裂方式繁殖，有时也出芽繁殖。9古菌Archaea古生细菌与真细菌有着不同的16srRNA序列，它们形状与真细菌有很大不同，基因中有内含子，一般生活在极端的环境中，进化慢，很多特性与真核生物接近而与真细菌不同，它们是另一个进化途径。表2

真细菌、古细菌和真核生物细胞重要特性比较特征真细菌古细菌真核生物细胞大小1~5微米0.1~15微米10微米以上细胞结构原核原核真核细