第二章 原核微生物0708

第二章原核微生物一般形态及特征细菌细胞基本构造与特殊结构生长繁殖的培养特征微生物（病毒）古生菌（Archaea）细菌（Bacteria）真菌（酵母、霉菌、蕈菌等）非细胞型细胞型原核微生物真核微生物（Eukarya）细菌又称真细菌（eubacteria），包括普通细菌、放线菌、蓝细菌、支原体、立克次氏体和衣原体等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。Eubacteria

（真细菌）Archaebacteria（古细菌）eukarya（真核生物）第一节细菌（bacteria）一、一般形态及细胞结构（一）个体形态和排列球状杆状螺旋状基本形态1、球状

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。金黄色葡萄球菌2、杆状

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。

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。枯草芽孢杆菌地衣芽孢杆菌3、螺旋状弧菌螺旋菌螺旋体菌弧菌：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。(寄生性弧菌-----蛭弧菌)霍乱弧菌螺旋菌：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。4.丝状菌另外，在环境工程中，我们经常会遇到一种被称为丝状菌的菌体形态，在水体、潮湿土壤及活性污泥中普遍存在，如球衣菌、发硫菌、贝日阿托氏菌等。所谓丝状菌，其实是由柱状或椭圆状的细菌细胞一个一个连接而成的，外面有透明的硬质化的粘性物质包裹（称为鞘）。所以它实际上是一种细菌的群体形态，故从严格意义上来说，是不应把它列为细菌的个体形态的，但从实际应用的角度，这种分法也是有价值的。CyanobacteriumScytonemasp.(filamentousprokaryote)浮游球衣菌(Sphaerotilusnatans)诺卡氏菌属微丝菌属活性污泥中的丝状菌亮发菌硫细菌类发硫菌透明颤菌贝日阿托氏菌显微镜下的丝状菌细菌的大小？单位表示：微米（μm）球菌测直径，0.5～2μm

杆菌测长×宽，1～5μm

×0.5～1μm

螺旋菌测菌体两端点的距离，2～60μm，宽0.25～1.7μm（二）大小

各类微生物大小关系比较（二）大小（二）大小最小：与无细胞结构的病毒相仿（50nm）最大：肉眼可见（0.75mm）测量方法：显微镜测微尺显微照相后根据放大倍数进行测算（三）细胞的结构特殊构造：部分细菌具有的或一般细菌在特殊环境下才有的构造一般构造：一般细菌都有的构造

细菌细胞的构造基本结构:细胞壁细胞膜细胞质核质体特殊结构:荚膜芽孢鞭毛质粒细菌细胞的主要特征:无核膜、核仁，仅有裸露的DNA链形成的核区域，称核质体；无细胞器；核糖体为70S；1、细胞壁1）概念：

细胞壁（cellwall）是位于细胞表面，内侧紧贴细胞膜的一层较为坚韧，略具弹性的细胞结构。细胞壁的化学组成：肽聚糖、蛋白质、脂类细胞壁（cellwall）肽聚糖（peptidoglycn)的结构细菌的独特成分霉菌：几丁质植物；纤维素N－乙酰葡萄糖胺和N－乙酰胞壁酸及许多氨基酸相连2）革兰氏染色与细胞壁：简单染色法

正染色

革兰氏染色法鉴别染色法抗酸性染色法

芽孢染色法

死菌

姬姆萨染色法

负染色：荚膜染色法等

活菌：用美蓝或TTC（氧化三苯基四氮唑）等作活菌染色

（1）革兰氏染色细菌染色法肽聚糖与革兰氏染色细胞壁成分是细菌分类鉴定的重要依据之一：G+和G－肽聚糖肽聚糖1、用碱性染料结晶紫对菌液涂片进行初染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固。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。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革兰氏染色的原理革兰氏染色的机制：1、革兰氏染色与等电点的关系G+菌的等电点低于G-菌，所带负电荷更多，因此，它与结晶紫的结合力较大，不易被乙醇脱色。2、革兰氏染色与细胞壁的关系G+菌细胞壁的脂类少，肽聚糖多，G-菌则相反，故乙醇容易进入G-菌细胞，进行脱色。3）细胞壁的功能：（1）固定细胞外形和提高机械强度；（2）为细胞的生长、分裂和鞭毛运动所必需；（3）渗透屏障，阻拦酶蛋白和某些抗生素等大分子物质（分子量大于800）进入细胞，保护细胞免受溶菌酶、消化酶和青霉素等有害物质的损伤；（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。2、细胞膜1）概念：细胞质膜（cytoplasmicmembrane），又称质膜（plasmamembrane）、细胞膜（cellmembrane）或内膜（innermembrane），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，厚约7～8nm，由磷脂（占20%～30%）和蛋白质（占50%～70%）组成。2）细胞膜的化学组成与结构模型：（1）磷脂亲水的极性端疏水的非极性端在极性头的甘油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。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而异。（2）膜蛋白具运输功能的整合蛋白（integralprotein）或内嵌蛋白（intrinsicprotein）具有酶促作用的周边蛋白（peripheralprotein）或膜外蛋白(extrinsicprotein)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。3）细胞膜的生理功能：①选择性地控制细胞内、外的营养物质和代谢产物的运送；②是维持细胞内正常渗透压的屏障；③合成细胞壁和糖被的各种组分（肽聚糖、磷壁酸、

荚膜多糖等）的重要基地；④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；⑤是鞭毛基体的着生部位和鞭毛旋转的供能部位。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、羧酶体、气泡或伴孢晶体等。3、细胞质和内含物1）概念：

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%。2）颗粒状贮藏物(reservematerials)：内含颗粒：细菌生长到成熟阶段，因营养过剩形成一些贮藏颗粒，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。

糖原：大肠杆菌、克雷伯氏菌、芽孢杆菌和蓝细菌等

碳源及能源类聚β-羟丁酸（PHB）：固氮菌、产碱菌和肠杆菌等硫粒：紫硫细菌、丝硫细菌、贝氏硫杆菌等贮藏物藻青素：蓝细菌藻青蛋白：蓝细菌

磷源（异染粒）：多聚磷酸盐颗粒（迂回体），迂回螺菌、白喉棒杆菌、结核分枝杆菌氮源类①聚-β-羟丁酸(poly-β-hydroxybutyrate,PHB)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。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。②多糖类贮藏物在真细菌中以糖原为多糖原粒较小，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。糖原粒淀粉粒有的细菌积累淀粉粒，用碘液染成深兰色。③异染粒(metachromaticgranules)在暗视野显微镜下看到的迂回螺菌(Spirillum

volutans)异染粒（迂回体）颗粒大小为0.5～1.0μm，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。④藻青素（cyanophycin）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。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25000～125000。⑤硫粒（sulfurglobules）很多真细菌在进行产能代谢或生物合成时，常涉及对还原性的硫化物如H2S，硫代硫酸盐等的氧化。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。当环境中还原性硫缺乏时，可被细菌重新利用。（三）细胞的结构6）载色体（Chomatophore）光合细菌进行光合作用的部位相当于绿色植物的叶绿体特殊的休眠构造——芽孢1）概念某些细菌在其生长发育后期,或者在遇到外界不良环境时，细胞质浓缩凝集，可在细胞内形成一个圆形或椭圆形的抗逆性休眠体，称为芽孢。由于每一细胞仅形成一个芽孢，故它无繁殖功能。1．多层结构功能由内至外，依次为①芽孢外壁

②一层或几层芽孢衣

主要成分是角蛋白，非常致密，通透性差，能够阻止各类化学物质包括杀菌剂的进入；由蛋白质、脂类和糖组成2）细菌芽孢的特点整个生物界中抗逆性最强的生命体，是否能消灭芽孢是衡量各种消毒灭菌手段的最重要的指标。芽孢是细菌的休眠体，在适宜的条件下可以重新转变成为营养态细胞；产芽孢细菌的保藏多用其芽孢。产芽孢的细菌多为杆菌，也有一些球菌。芽孢的有无、形态、大小和着生位置是细菌分类和鉴定中的重要指标。芽孢与营养细胞相比化学组成存在较大差异，容易在光学显微镜下观察。（相差显微镜直接观察；芽孢染色）能形成芽孢的细菌种类不多，最主要的是芽孢杆菌属（Bacillus）和梭菌属（Cletridium），它们都是革兰氏阳性菌。很多都是强致病菌，如肉毒梭菌、破伤风梭菌，有些形成的芽孢膨大，宽度明显超过菌体。含芽孢的梭菌芽孢宽度超过菌体，使细胞呈梭状炭疽芽孢杆菌…..生物恐怖主义者为什么会看中这种细菌呢？首先因为炭疽是一种严重的疾病，分布又非常广泛。…...还因为它几乎是一种永不死亡的细菌，-----它们能够形成芽孢，因而很不容易死亡。在环境恶劣的时候，细菌内部会有一小部分浓缩起来，在这一部分周围形成几层坚硬的壳。里面的生命活动变得非常缓慢，而壳外面那部分就死亡消失了，这就是芽孢。环境条件一变好，壳里面的部分会像“发芽”一样长出来。芽孢的形成对于产芽孢菌度过困境有着极为重要的意义，芽孢可在普通条件下保存几年甚至几十年都依然可以复活。在实验室进行灭菌处理时，由于芽孢最难杀死，灭菌手段主要考虑的是杀灭芽孢；（＊如何杀灭芽孢呢？）

芽孢菌普遍存在于处理各类有毒废水中，并对水质净化起着十分重要的作用。位置：细胞质中，细胞核染色体外或附着在染色体上成分：DNA特点：a.质粒可以从菌体内自行消失，也可人为消除或抑制；b.没有质粒的细菌，可通过接合、转化或转导等方式，从具有质粒的细菌中获得，但不能自发产生；c.质粒既可自我复制，稳定遗传，也可插入染色体中或与外源DNA片断共同复制增殖或转移。分子量较染色体小，约2~100×106dalton，也是共价闭合环状双螺旋结构，可以是一个或若干个，每个可以有几个甚至50~100个基因。质粒（plasmid）作用：按质粒功能可分为：抗药性质粒（R因子）致育性质粒（F因子）大肠杆菌素质粒（Col因子）等应用：遗传工程的重要工具另外，有的质粒对某些金属离子具有抗性；有的质粒对紫外线具有抗性；有的质粒对X射线具有抗性；有的质粒能分解樟脑、二甲苯、汞等。质粒作用与应用

在细胞壁外常围绕着一层粘液，厚薄不一。比较薄时称为粘液层，相当厚时称荚膜。荚膜（capsule）成分：主要是多糖和多肽。作用（1）抗干燥、抗吞噬；（2）贮藏物质（可作为细菌的碳源；（3）在水处理中，荚膜能吸附废水中的有机物、无机固体物及胶体物，把它们吸附在细胞的表面，有利于对其的吸收降解。应用：菌胶团容易混淆的几个概念：粘液层：也是细胞壁表面的粘性物质，区别在于它于周围环境无明显的边缘；菌胶团：多个细菌个体排列在一起，由公共荚膜包围形成一定形状的细菌集团；

菌胶团的形成对水处理具有十分重要的意义，它是废水生物处理（活性污泥处理）中的常见微生物集合形式。鞘（衣鞘）：丝状菌形成时，在外面形成的透明的硬质化的物质。生长繁殖的培养特征固体培养基上:菌落(colony)：

指微生物细胞在一定条件下，在固体培养基表面形成的肉眼可见的微生物群体。若来自一个细胞，则为纯培养或称克隆(clone)。菌苔(lawn)：

大量细菌的菌落连成一片。生长繁殖的培养特征液体培养基上：均匀混浊沉淀生长表面生长培养皿通常称平板细菌在培养基上生长，会形成各种颜色和外观的菌落。纯化的菌落是菌种鉴定、通过诱变技术或基因工程改良的前提。单菌落（纯菌落）*为什么呢？菌落的形态特征大小、形状（露滴状、圆形、菜花样、不规则等）、突起或扁平、凹陷、边缘（光滑、波形、锯齿状、卷发状等）、颜色（红色、灰白色、黑色、绿色、无色、黄色等）、表面（光滑、粗糙等）、透明度（不透明、半透明、透明等）粘度等。菌落形态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可作为微生物鉴定的重要依据。菌落表面形态：有光滑、皱褶、放射状、根状等形态菌落边缘形状：有整齐、波状、丝状、锯齿状、裂叶状等形态菌落隆起形状：有扁平、隆起、草帽状、脐状等透明度：可分为透明、半透明、不透明等菌落特征与细菌自身的遗传生长特性和培养条件有关最重要的是温度和pH菌落特征的描述细菌菌落具有一些共同的特征：小、湿润、粘稠、与基质结合松散，易被剥离，质地均匀，各部位颜色一致。但不同的细菌菌落也具有自己特有的特征。霉菌（真菌）菌落啤酒红酵母菌（真菌）菌落提问：在液体中群体细菌的生存会有哪些形式？随密度不同或者在液体培养基表面形成膜（轻）使培养液混浊（中）或产生絮状沉淀（粘重，如菌胶团、活性污泥）。一、概念在形态上具有分枝状菌丝、菌落形态与霉菌相似，以孢子进行繁殖。“介于细菌与丝状真菌之间又接近细菌的一类丝状原核生物”近代生物学技术放线菌实际上是属于细菌范