第一章原核微生物形态与结构

第一章原核微生物的形态和构造

本文档共105页；当前第1页；编辑于星期三\8点56分原核微生物指的是一类细胞核无核膜包裹，细胞内只存在被称作是拟核的裸露DNA的原始单细胞生物。主要介绍细菌、放线菌、蓝细菌、支原体及衣原体等。本文档共105页；当前第2页；编辑于星期三\8点56分第一节细菌

一细菌定义二细菌的应用三细菌的形态及大小四细菌的细胞结构五细菌的繁殖六细菌的群体形态本文档共105页；当前第3页；编辑于星期三\8点56分一细菌的定义定义：细菌（bacteria）——细而短，结构简单，细胞壁坚韧，以二分分裂方式繁殖，水生性较强的一类原核微生物。生存环境：温暖潮湿、富含有机物的地方，都有大量细菌活动。有特殊的臭味或酸败味，发粘、发滑。本文档共105页；当前第4页；编辑于星期三\8点56分二细菌的应用工业上——生产各种氨基酸、核苷酸、酶制剂、有机酸和抗生素等。农业上——生产杀虫剂、细菌肥料，沼气发酵等。医药上——菌苗、类毒素、代血浆等。环保方面——处理污废水及土壤修复本文档共105页；当前第5页；编辑于星期三\8点56分三细菌的形态及大小本文档共105页；当前第6页；编辑于星期三\8点56分1球菌（Coccus）

菌体呈球形或近似球形,以典型的二分裂殖方式繁殖,分裂后产生的新细胞常保持一定的空间排列方式。

根据细胞分裂的方式及分裂后的各子代细胞的空间排列状态不同,可将球菌分为以下几种:单球菌、双球菌、链球菌、四链球菌、八叠球菌、葡萄球菌等。

一）形态本文档共105页；当前第7页；编辑于星期三\8点56分单球菌：细胞分裂沿一个平面进行，新个体单独分散存在。如：尿素小球菌本文档共105页；当前第8页；编辑于星期三\8点56分双球菌：分裂沿一个平面进行，新个体成对存在。如：肺炎双球菌(DiplococcusPneumoniae)本文档共105页；当前第9页；编辑于星期三\8点56分链球菌：沿一个面分裂，新个体不分开呈链状存在。如：乳酸链球菌（StreptococcusLactics）本文档共105页；当前第10页；编辑于星期三\8点56分四链球菌：沿两个垂直面分裂，四个新个体特征性的连在一起，呈“田”字形。如：四链小球菌（MicrococcusTetragenus）本文档共105页；当前第11页；编辑于星期三\8点56分八叠球菌：沿三个互相垂直的面分裂，八个新个体特征性的连在一起呈一立方体。如：藤黄八叠球菌（SarcinaLutea）本文档共105页；当前第12页；编辑于星期三\8点56分葡萄球菌：无定向分裂，多个新个体不规则的聚集在一起，形似葡萄串。如：金黄色葡萄球菌（StraphylococcusAureus）

本文档共105页；当前第13页；编辑于星期三\8点56分长杆菌短杆菌×4-8μ×0.9-1.0μm)本文档共105页；当前第14页；编辑于星期三\8点56分

形状：平直、稍弯曲、具原始分支，两端平齐、半圆等排列方式：散在、链状、八字形等本文档共105页；当前第15页；编辑于星期三\8点56分常见的杆菌举例：枯草芽孢杆菌(BacillusSubtilis)分解长的淀粉链,产生大量的各种酶。北京棒杆菌(CorebacteriumPecinensis)生产谷氨酸。苏云金芽孢杆菌(BacillusThuringiensis)杀玉米虫、棉铃虫等鳞翅目昆虫。双歧杆菌（Bifidobacterium）

：胃肠道正常菌群本文档共105页；当前第16页；编辑于星期三\8点56分

3螺旋菌（Spirilla)

弧菌(Vibrio)（螺旋不满一环）偏端生鞭毛或众生鞭毛如霍乱弧菌。螺旋菌(Spirillum)（2-6环，小型、坚硬的）两端都有鞭毛如减少螺菌。螺旋体(Spirochaeta)（超过6环，柔软）如奋森氏螺旋体。

Vibriocholerae本文档共105页；当前第17页；编辑于星期三\8点56分弧菌本文档共105页；当前第18页；编辑于星期三\8点56分

细菌的形态观察：

用染色法来实现观察，分为活体染色和死菌染色常见的染色方法有革兰氏染色和芽孢染色等本文档共105页；当前第19页；编辑于星期三\8点56分

二）细菌的大小1长度单位：微米(μm)2表示方法：球菌：直径杆菌：宽×长螺菌：宽、长、螺距通常球菌直径：0.2-1.5

μm，

杆菌:长1-5μm,宽0.5-1μm。例如：E.coli：平均长度-2μm；宽-0.5μm1500个大肠杆菌头尾相接等于3mm;109个大肠杆菌重1mg.本文档共105页；当前第20页；编辑于星期三\8点56分菌名直径或宽×长/（μm×μm）乳链球菌金黄色葡萄球菌大肠杆菌枯草芽孢杆菌霍乱弧菌0.5~10.8~10.5×(1~3)(0.8~1.2)×(

1.2~3)(0.2~0.6)×(1~3)本文档共105页；当前第21页；编辑于星期三\8点56分四细胞结构

基本结构：细胞壁、细胞质膜、细胞质、核质体等附属结构：荚膜、鞭毛、芽孢等本文档共105页；当前第22页；编辑于星期三\8点56分本文档共105页；当前第23页；编辑于星期三\8点56分(一)基本结构

1细胞壁细胞壁（cellwall）：存在于细菌细胞结构最外层，厚实、坚韧，固定外形、保护细胞的结构。本文档共105页；当前第24页；编辑于星期三\8点56分细胞壁的功能：A、固定外形B、保护细胞不受破坏C、帮助细胞运动D、参与细胞分裂E、分子筛作用F、抗原性、致病性本文档共105页；当前第25页；编辑于星期三\8点56分本文档共105页；当前第26页；编辑于星期三\8点56分本文档共105页；当前第27页；编辑于星期三\8点56分革兰氏阳性细菌细胞壁革兰氏阳性细菌细胞壁本文档共105页；当前第28页；编辑于星期三\8点56分1）革兰氏阳性（G+）:由肽聚糖和磷壁酸构成①肽聚糖：双糖单位：N-乙酰葡萄糖胺（G）和N-乙酰胞壁酸（M）通过β-1、4糖苷键连接而成短肽尾：4个氨基酸构成,L-Ala—D-Glu—L-Lys—D-Ala肽桥：连接D-Ala与L-Lys，不同细菌的肽桥组成不同,主要为多肽。本文档共105页；当前第29页；编辑于星期三\8点56分肽聚糖的结构式本文档共105页；当前第30页；编辑于星期三\8点56分各种肽桥本文档共105页；当前第31页；编辑于星期三\8点56分本文档共105页；当前第32页；编辑于星期三\8点56分②磷壁酸：一种酸性多糖，主要成分为甘油磷酸和核糖醇磷酸。根据位置及功能可分为：壁磷壁酸：与肽聚糖共价结合。膜磷壁酸：由甘油磷酸链与细胞膜上的磷脂共价结合磷壁酸的功能：1）提高Mg2+的浓度，维持酶的活性。2）与宿主的粘连；3）表面抗原；4）吸附受体磷壁酸有五种类型：甘油磷壁酸、葡糖酰甘油磷壁酸、N-乙酰葡糖胺-磷酸-油磷酸重复单位1、5-聚核糖醇磷酸本文档共105页；当前第33页；编辑于星期三\8点56分本文档共105页；当前第34页；编辑于星期三\8点56分革兰氏阴性细菌细胞壁本文档共105页；当前第35页；编辑于星期三\8点56分2）革兰氏阴性（G-）：细胞壁由肽聚糖、脂多糖及蛋白构成①肽聚糖（G-）：与G+的肽聚糖结构基本相同，区别为短肽尾的第三个氨基酸为内消旋二氨基庚二酸(m-DAP)；无肽桥，m-DAP-D-Ala直接相连。本文档共105页；当前第36页；编辑于星期三\8点56分直接相连本文档共105页；当前第37页；编辑于星期三\8点56分②脂多糖（LPS）：外层的类脂多糖类物质，由类脂A、核心多糖和O-特异侧链三部分组成脂多糖的功能：1）G-的致病物质—内毒素的物质基础2）导致周围Mg2+、Ca2+的浓度上升3）由于LPS的变化，决定了G-表面抗原的多样性本文档共105页；当前第38页；编辑于星期三\8点56分③G-的细胞壁镶嵌的蛋白有：基质蛋白（Matrixprotein）（如乳蛋白）使外壁层有分子筛的作用外壁蛋白（Outermembraneprotein）多亚基构成，把较大的物质运入细胞内，如：VB12、麦芽寡糖、核酸降解物等物质的运输。

脂蛋白（Lipoprotein）起到固定作用。本文档共105页；当前第39页；编辑于星期三\8点56分细菌细胞壁组成的小结

G＋G-

相对的简单，肽聚糖含量高相对复杂，肽聚糖含量低交联程度高，有磷酸、磷壁酸交联度低，无磷酸，含脂N－乙酰氨基酸，D-氨基酸是细胞壁所特有的溶菌酶可以破坏β－1、4糖苷键，青霉素可以破坏肽链交联本文档共105页；当前第40页；编辑于星期三\8点56分革兰氏染色机理染色步骤：结果:

阳性菌——紫色

阴性菌——红色结晶紫初染碘液媒染乙醇脱色番红复染涂片固定本文档共105页；当前第41页；编辑于星期三\8点56分Figure1G+

金黄色葡萄球菌Staphylococcuscells.Figure2G-

大肠杆菌

E.colicellsFigure本文档共105页；当前第42页；编辑于星期三\8点56分3）革兰氏染色的机理：初染、媒染使细胞膜和原生质染上不溶于水的结晶紫与碘的大分子复合物，之后乙醇脱色。G+：细胞壁厚，肽聚糖含量高，交联度高，用乙醇脱色会使网孔收缩，结晶紫留在细胞壁内，故呈现紫色。G-：网孔不易收缩，易溶于乙醇的类脂含量大，乙醇洗脱会使细胞壁溶出缝隙，复合物流出细胞壁，番红复染，染液进入细胞，则呈现红色。本文档共105页；当前第43页；编辑于星期三\8点56分4）古生菌的细胞壁组成假肽聚糖：N-乙酰葡糖胺和N-乙酰塔罗糖胺糖醛酸通过β-1,3-糖苷键连接而成。肽尾由L-Glu、L-Ala、L-Lys组成，肽桥由L-Glu组成本文档共105页；当前第44页；编辑于星期三\8点56分古菌的肽聚糖结构本文档共105页；当前第45页；编辑于星期三\8点56分5）无细胞壁的细菌:原生质体：G+破壁后形成的部分球状体（原生质球）：G-破壁后形成的，残留部分的细胞壁。L型细菌：由于自发突变而形成的细胞壁缺损的细菌。特性：对渗透压敏感，不能运动，对噬菌体不敏感，不能分裂。支原体为一类无细胞壁的原核微生物本文档共105页；当前第46页；编辑于星期三\8点56分2细胞质膜（Cytoplasmicmembrane）紧贴在细胞壁内侧的一层由磷脂和蛋白质组成的柔软富有弹性的半透性膜。1）细胞质膜的结构：磷脂双分子层镶嵌各种蛋白构成。磷脂：甘油的3个羟基被不同集团取代，形成极性头和非极性尾。蛋白质：若细胞膜的功能多，则蛋白质含量高；若功能少，则含量也低。

本文档共105页；当前第47页；编辑于星期三\8点56分细胞膜

本文档共105页；当前第48页；编辑于星期三\8点56分本文档共105页；当前第49页；编辑于星期三\8点56分认为：膜是由球形蛋白与磷脂按照二维排列方式构成的流体镶嵌式，流动的脂类双分子层构成了膜的连续体，而蛋白质象孤岛一样无规则地漂流在磷脂类的海洋当中。本文档共105页；当前第50页；编辑于星期三\8点56分2）细胞质膜的功能

①负责物质的交换；②维持细胞内的正常渗透压；③合成物质的场所；④产能基地；⑤鞭毛基体的着生部位本文档共105页；当前第51页；编辑于星期三\8点56分3）古细菌的细胞质膜也是由磷脂组成，但它比真细菌的细胞质膜具有更明显的多样性①亲水头与疏水尾是通过醚键而不是酯键连接的②组成疏水尾的长链烃是异戊二烯的重复单位本文档共105页；当前第52页；编辑于星期三\8点56分3细胞质（Cytoplasm）

细胞膜包裹的透明、胶状、颗粒状物质部分，主要由水构成，RNA含量高，还含脂类物质，呈碱性。

基本上包含：核糖体、贮藏物、各种酶类、中间代谢产物、无机盐、载色体和质粒等。本文档共105页；当前第53页；编辑于星期三\8点56分1）核糖体：合成蛋白质的场所。核酸65%蛋白35%沉降系数：70S（30S、50S两个亚基）存在形式：分散存在，或是聚合成念珠状（代谢快）

本文档共105页；当前第54页；编辑于星期三\8点56分原核生物的核糖体与真核生物的核糖体本文档共105页；当前第55页；编辑于星期三\8点56分2）贮藏物细菌在营养条件充足而不均衡时形成的颗粒，以贮藏一定的营养。在营养匮乏时可以重新利用。本文档共105页；当前第56页；编辑于星期三\8点56分①聚-β-羟基丁酸（poly-β-hydroxybutirate，PHB）：

聚β－羟基丁酸（PHB）颗粒是许多细菌细胞质内常含有的碳源类储藏物.PHB不溶于水,易被脂溶性染料(如苏丹黑)着色。现表示为PHAs(聚-β-羟基链烷酸)功能:贮存碳源、能源和降低渗透压。许多好氧菌和光合厌氧菌都含有聚β－羟丁酸颗粒。本文档共105页；当前第57页；编辑于星期三\8点56分上节课要点回顾细菌的形态细胞壁：G+、G-的组成；革兰氏染色机理；无细胞壁的细胞细胞膜：组成；细胞质：性质；核糖体、PHB本文档共105页；当前第58页；编辑于星期三\8点56分②异染粒（metachromaticgranule）主要成分为多聚偏磷酸盐，含有RNA、蛋白、脂类、Mg2+等贮藏磷元素和能量，并降低渗透压的作用甲苯胺兰（甲烯兰）染色呈紫色本文档共105页；当前第59页；编辑于星期三\8点56分ppppppp+ATP+ADP()

n+ATP()+ADPn+1多聚偏磷酸盐：本文档共105页；当前第60页；编辑于星期三\8点56分3）羧酶体（Carboxysome）多角形内含物内含1、5-二磷酸核酮糖羧化酶存在于自养微生物细胞内，与二氧化碳固定有关

4）磁小体(magnetosome)：存在于趋磁细菌中,主要成分Fe3O4,外有磷脂、蛋白质等包裹,具有导向功能,即借鞭毛引导细菌游向最有利的泥、水界面微氧环境处生活。趋磁细菌可以应用到磁性定向药物和抗体,以及制造生物传感器等.本文档共105页；当前第61页；编辑于星期三\8点56分5）气泡（gasvaluoles）:存在于光合营养型无鞭毛运动的水生细菌细胞内充满气体的小泡囊，由仅2纳米厚的蛋白质膜包围。具有调节细胞比重以使其漂浮在合适水层中的作用。另外还有肝糖粒、淀粉粒、硫粒等本文档共105页；当前第62页；编辑于星期三\8点56分4核质体（nuclearbody）原核生物的核无核膜包被，因此不应称为细胞核，被称为核质体或称为核心，拟核等。环状双链DNA分子。负载遗传信息本文档共105页；当前第63页；编辑于星期三\8点56分细菌染色体DNA本文档共105页；当前第64页；编辑于星期三\8点56分质粒(Plasmid)：存在于细胞染色体外或附加于染色体上的遗传物质，绝大多数为共价闭合环状双螺旋DNA分子（CCCDNA-covalently

closedcircleDNA

）本文档共105页；当前第65页；编辑于星期三\8点56分特点：能进行独立复制，稳定遗传。不同质粒的基因可以发生重组，可通过转化、转导、接合作用单独转移，也可携带染色体片段转移。主要包含F因子、R因子、col因子等。本文档共105页；当前第66页；编辑于星期三\8点56分F因子致育性示意图本文档共105页；当前第67页；编辑于星期三\8点56分（二）附属结构1鞭毛（Flagellum）：存在于细菌表面的长丝状、波曲的蛋白质结构。长约15-20μm,直径0.01-0.02μm。1）作用：运动的功能，趋向营养，逃避有害物质。大部分杆菌、弧菌及少数球菌有鞭毛。2）化学组成：主要成分为蛋白，少量的脂、糖等本文档共105页；当前第68页；编辑于星期三\8点56分鞭毛形态本文档共105页；当前第69页；编辑于星期三\8点56分3)着生部位：单端鞭毛（杆菌）、两端生鞭毛（螺菌）、周身鞭毛（普通变形杆菌）、侧生鞭毛本文档共105页；当前第70页；编辑于星期三\8点56分周生鞭毛本文档共105页；当前第71页；编辑于星期三\8点56分4）鞭毛的结构：①丝状物(filament)(3股鞭毛蛋白链扭曲而成)；②钩形鞘（hook）相对于细胞壁来运动从而带动鞭毛运动；③基体（basalbody）L环（连接LPS）P环（连接肽聚糖部位）S环（连接细胞膜表面）M环（在细胞膜内）；其中L、P环为G-所特有本文档共105页；当前第72页；编辑于星期三\8点56分本文档共105页；当前第73页；编辑于星期三\8点56分5）鞭毛的运动方式

1974年，美国学者M.Silverman和M.Simon设计了一个巧妙的“拴菌”试验，即设法把单毛菌鞭毛的游离端用相应抗体牢固的“拴”在载玻片上，然后在光镜下观察该细胞的行为，结果发现，该菌只能在载玻片不断打转而未作伸缩“挥动”，因而肯定了“旋转轮”的正确性。本文档共105页；当前第74页；编辑于星期三\8点56分2菌毛（Ｐillus）存在于细菌表面，相对于鞭毛短、细、多的结构，直径3-10nm，长度0.2—20μm，在同一细胞上菌毛的长度不一。数量：250-300根/个菌，如肠道细菌，假单孢菌。功能：1）性菌毛：F因子、R因子的转移通道2）附着点（M13）3）吸附在肠道上（末端为球状）本文档共105页；当前第75页；编辑于星期三\8点56分普通菌毛性菌毛本文档共105页；当前第76页；编辑于星期三\8点56分3糖被（Glycocalyx）：细胞外厚度不定的胶状物质，根据厚度等特征可以分为（大）荚膜、微荚膜、粘液层及菌胶团等。1）主要成分：多糖，少数有多肽或蛋白本文档共105页；当前第77页；编辑于星期三\8点56分2）分类①大荚膜（厚度>0.2μm）②微荚膜(厚度<0.2μm)③粘液层：细胞表面边缘不清楚的结构，没有明显边缘，疏松、扩散以增加培养基黏度。④菌胶团（多个菌产生的胶状物质连在一起）菌胶团的形态本文档共105页；当前第78页；编辑于星期三\8点56分3）特征：产糖被的细菌在固体琼脂糖培养基上形成光滑型（S型）菌落。4）糖被的功能：

①保护细胞，防干燥，防吞噬细胞吞噬；

②贮藏养料；

③有助于细胞附着在物体表面。5）应用：用于菌种鉴定；制备化学试剂及“代血浆”等药物；生产黄原胶等工业原料；用于污水处理本文档共105页；当前第79页；编辑于星期三\8点56分荧光显微镜下的荚膜荚膜复染的图片本文档共105页；当前第80页；编辑于星期三\8点56分4芽孢（Endaspore）：细菌在环境条件不良时形成的抗逆性休眠体（包括抗热、抗辐射、抗药物、抗静水压等）。

本文档共105页；当前第81页；编辑于星期三\8点56分1）芽孢的结构：

①孢外壁：脂蛋白；

②芽孢衣：疏水性角蛋白（抗酶解、抗药物、多价阳离子不易通过）,对水及无机盐的通透性差；③

皮层：肽聚糖及大量的DPA-Ca（吡啶二羧酸钙盐），其为抗热性的物质基础；

④

核心（包括芽孢壁、芽孢质膜、芽孢质及核区等）。本文档共105页；当前第82页；编辑于星期三\8点56分芽孢结构组成本文档共105页；当前第83页；编辑于星期三\8点56分芽孢着生位置本文档共105页；当前第84页；编辑于星期三\8点56分2）芽孢的抗热机理：皮层的离子强度高，致使渗透压较高,会夺取核心部分的水分，芽孢衣对多价阳离子、水分的渗透性差,从而皮层充分膨胀，而核心呈失水状态。水的比热容较高，可以很好的保护核心。所以，产生极高的耐热性。本文档共105页；当前第85页；编辑于星期三\8点56分芽孢杆菌染色（无色处为芽孢）芽孢染色，绿色的芽孢，红色的为营养体本文档共105页；当前第86页；编辑于星期三\8点56分轴丝形成

形成前芽孢

前芽孢隔膜形成

前芽孢发育成熟芽孢形成芽孢囊裂解

芽孢的形成过程本文档共105页；当前第87页；编辑于星期三\8点56分3）芽孢的萌发：由休眠状态的芽孢变成营养状态细菌的过程，包括活化、出芽和生长三个阶段。活化可由短期热处理或是低pH、强氧化剂的处理而引起。活化后必须立即接种于合适的培养基中。芽孢是一种休眠体，而非生殖体本文档共105页；当前第88页；编辑于星期三\8点56分4）伴孢晶体（Parasporalcrystal）：在形成芽孢时周围形成菱形或双锥形的碱性晶体（δ内毒素）杀害昆虫

本文档共105页；当前第89页；编辑于星期三\8点56分少数芽孢杆菌，如B.t（苏云金芽孢杆菌）在形成芽孢的同时，会在芽孢旁形成一个菱形或双锥形的碱溶性蛋白晶体（即δ内毒素）称为伴孢晶体。它的干重可达芽孢囊的约30%，由18种氨基酸组成，大小约0.6＊2.0μm。伴胞晶体对200多种昆虫尤其是鳞翅目昆虫的幼虫有毒杀作用，因此可以用做生物农药。本文档共105页；当前第90页；编辑于星期三\8点56分五细菌的繁殖裂殖（fission)：一个细胞通过分裂形成两个子细胞的过程。分为二分裂、三分裂及复分裂等芽殖(budding)：在母体上形成个体较小的子代细胞。本文档共105页；当前第91页；编辑于星期三\8点56分本文档