第二章 原核微生物的形态结构和功能

第二章

原核微生物的形态结构和功能

教学内容细菌放线菌蓝细菌支原体、立克次氏体和衣原体教学要求教学重点：原核生物G+和G-细胞壁在结构和功能上的区别；革兰氏染色的机制；芽孢的构造、形成和耐热机制；鞭毛、菌毛、性毛等特殊构造的区别。教学难点：细菌的细胞壁结构；革兰氏染色的机制。第一节细菌一、细菌的形态、构造及其功能（一）形态和染色1、细菌的形态和排列

球菌(Coccus)杆菌(Bacillus)螺旋菌(Spirlla)其他形状的细菌螺旋菌柄菌丝球菌(coccus)单球菌双球菌四联球菌八叠球菌葡萄球菌链球菌球菌(coccus)diplococci

（双球菌）Streptococci（链球菌）

tetracocci四联球菌sarcinae

（八叠球菌）staphylococci

（葡萄球菌）......................................................................双球菌（显微镜下示意图）双球菌(doublecoccus)Micrococcus–aerobic,gram-positive,cellarrangesmainlyinpairs,orirregularclusters.Theyareoftenyellow,orangeorredincolour上：显微镜效果下：电镜照片四联球菌(Micrococcuslactis)八叠球菌(Sarcinaureae)八叠球菌（显微镜下示意图）左：电镜照片右：显微镜下的金黄色葡萄球菌葡萄球菌(Staphylococcusaureus)Staphylococcus-facultativelyanaerobic,gram-positive,usuallyformirregularclusters,nonmotile,catalasepositivebutoxidasenegative,fermentglucoseanaerobically.staphylococcistaphylococci链球菌（Streptococcus

）显微镜下示意图电镜照片Streptococcus-facultativelyanaerobicormicroaerophilic,catalasenegative,gram-positive,Cellarrangesinpairsorchains,usuallynonmotile,

Afewspeciesareanaerobicratherthanfacultative.

电子显微镜下的结核菌（绿色的就是结核杆菌）杆菌动物宿主细胞感染杆菌濒临死亡电镜照片链杆菌螺旋菌（Spirlla)Vibrio（弧菌）Spirillum（螺旋菌）Spirochete（螺旋体）显微镜下的螺旋菌

幽门螺旋菌左：显微数码摄像右：结构示意图2.一般细菌的大小范围：0.5~1um（直径）0.2~1um(直径)

X1~80um(长度)0.3~1um(直径)

X1~50um(长度)(长度是菌体两端点之间的距离,而非实际长度)费氏刺骨鱼菌(Epulopisciumfishelsoni):生活在一种棕色刺尾鱼科肠中的一种巨大细菌，最大可达0.6mm*0.08mm.纳米比亚硫磺珍珠(Thiomargaritanamibiensis，2004年由德国麦斯宾克海洋微生物学院的生物学家舒尔斯在非洲西南面的纳米比亚海岸发现。这细菌呈球形细胞，阔度普遍有0.1-0.3mm。它们住在纳米比亚海岸的沉淀物，因含有微小的硫磺颗粒，所以发出闪烁的白色。当它们排列成一行的时候，就好像一串闪亮的珍珠链。细菌染色法死菌正染色负染色：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荚膜染色法等活菌:用美蓝或TTC（氯化三苯基四唑）等作活菌染色姬姆萨染色法3.细菌染色法(二)构造1、细胞壁2、细胞膜3、细胞质和内含物4、核区5、特殊的休眠构造——芽孢6、细菌细胞壁以外的构造———糖被7、细菌细胞壁以外的构造———鞭毛8、细菌细胞壁以外的构造———菌毛9、细菌细胞壁以外的构造———性毛A.细菌细胞的一般构造a.细胞壁概念：是位于细胞最外的一层厚实、坚韧的外被，主要由肽聚糖构成，有固定细胞外形和保护细胞等多种生理功能。

功能：固定细胞外形协助鞭毛运动保护细胞免受外力的损伤为正常细胞分裂所必需阻拦有害物质进入细胞与细菌的抗原性、致病性和对噬菌体的敏感性密切相关证实细胞壁存在的方法：1）细菌超薄切片的电镜直接观察；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；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；周质空间革兰氏阳性革兰氏阴性1.革兰氏阳性菌的细胞壁细胞壁的特点厚度大(20~80nm)，化学组分简单，一般只含90%肽聚糖和10%磷壁酸。革兰氏阳性细菌的细胞壁肽聚糖(peptidoglycan)磷壁酸(teichoicacid)（1）肽聚糖又称粘肽(mucopeptide)、胞壁质(murein)或粘质复合物(mucocomplex),是真细菌细胞壁中的特有成分。金黄色葡萄球菌具有典型的肽聚糖，厚约20~80nm，由25-40层左右的网状分子交织成的网套覆盖在整个细胞上。原核生物所特有的已糖双糖单位肽聚糖单体双糖单位由N-乙酰葡萄糖胺(G)和N-乙酰胞壁酸(M)组成，2者由β-1,4-糖苷键相连。而β-1,4-糖苷键很容易被溶菌酶(lysozyme)所水解，从而引起细菌因肽聚糖细胞壁的“散架”而死亡。肽尾短肽(4~5个氨基酸)，在金黄色葡萄球菌中为L-Ala→D-Glu→L-Lys→D-Ala肽桥1~5个氨基酸，连接前后2个四肽尾分子，作用于肽聚糖的多样性（2）磷壁酸功能G+抗原(表面抗原决定因子为磷壁酸)噬菌体的吸附位点聚集阳离子Mg2+保持胞壁透性激活酶活性

G+特有的同肽聚糖混在一起的是一类分子比较短(6~9个)的阴离子多聚物以甘油磷壁酸为主链核糖醇磷壁酸2.革兰氏阴性菌的细胞壁（1）肽聚糖：埋藏在外膜层之内，是仅由1~2层肽聚糖网状分子组成的薄层(2~3nm)，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。四肽尾第四个氨基酸分子不是L-Lys，而是内消旋二氨基庚二酸(m-DAP)(只在原核微生物细胞壁上发现)没有特殊的肽桥,只形成较为稀疏、机械强度较差的肽聚糖网套(见p18表1-3)肽聚糖结构与革兰氏阳性菌的区别（2）外膜(outermembrane)：位于革兰氏阴性细菌细胞壁外层,由脂多糖、磷脂和脂蛋白等若干种蛋白质组成的膜，有时也称为外壁。脂蛋白磷脂脂多糖外膜（外壁）脂多糖（lipopolysaccharide,LPS）位于革兰氏阴性细菌细胞壁最外层的一层较厚(8~10nm)的类脂多糖类物质，由类脂A、核心多糖(corepolysaccharide)和O-特异侧链(O-specificsidechain，或称O-多糖或O-抗原)三部分组成。外核心区：5个己糖内核心区：2-酮-3-脱氧新糖酸(KDO)和L-甘油-D-甘露庚糖(Hep)脂多糖的主要功能①LPS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；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。②LPS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,对细胞膜结构稳定作用。③类脂A是革兰氏阴性细菌致病物质——内毒素的物质基础；④具有控制某些物质进出细胞的部分选择性屏障功能；⑤许多噬菌体在细胞表面的吸附受体。(3)外膜蛋白(outermembraneprotein)

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。脂蛋白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。另有2种蛋白研究得较为清楚，称孔蛋白。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,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。

非特异性孔蛋白特异性孔蛋白可通过分子量小于800~900的任何亲水性分子只容许一种或少数几种相关物质通过，如维生素B12和核苷酸等。（4）周质空间(periplasmicspace,periplasm)

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12~15nm)，呈胶状。周质空间是进出细胞的物质的重要中转站和反应场所。在周质空间中,存在着多种周质蛋白(periplasmicproteins）。水解酶类：蛋白酶、核酸酶合成酶类：肽聚糖合成酶结合蛋白：具有借促进扩散而运送营养物质的作用受体蛋白：与细胞趋化性有关（5）外膜与内膜间的黏合位点在革兰氏阴性菌细胞壁的许多部位，存在着外膜与内膜的直接接触点，称为外膜与内膜的黏合位点，每点直径约20~100nm，其功能是促进营养物质直接进入细胞内。革兰氏阳性和阴性细菌的比较(3)G+细菌与G-细菌细胞壁的比较细菌壁厚nm肽聚糖％磷壁酸％脂多糖％蛋白质％脂肪％G+20～8040～90+-约201～4G-1010-+约6011～22总结：1.G+菌具有大量的肽聚糖，独含磷壁酸，不含脂多糖；2.G-菌含有少量的肽聚糖，独含脂多糖，蛋白质含量较多，不含磷壁酸。3.抗酸细菌的细胞壁抗酸细菌(acid-fastbacteria)是细胞壁含有大量分枝菌酸等蜡质的特殊革兰氏阳性菌。被酸性复红染色后，不能被盐酸乙醇脱色，故名。以分枝杆菌属的结核分枝杆菌和麻风分枝杆菌为代表。抗酸细菌的细胞壁含60%的类脂（索状因子、分枝菌酸），肽聚糖含量少，因而结构上类似于G-，而革兰氏染色上却为G+。分枝菌酸是一类含60~90个C原子的分支长链β-羟基脂肪酸，连接在由阿拉伯糖和半乳糖交替连接形成的杂多糖链上，并通过磷脂键与肽聚糖链相连接。4.古生菌的细胞壁细胞壁没有真正的肽聚糖，由多糖（假肽聚糖）、糖蛋白或蛋白质构成。（1）假肽聚糖细胞壁：甲烷杆菌属等细胞壁由假肽聚糖组成。多糖骨架由N-乙酰葡糖胺和N-乙酰塔罗糖胺糖醛酸以β-1,3糖苷键交替连接而成。肽尾由L-Glu、L-Ala、L-Lys组成，肽桥由L-Glu一个氨基酸组成。（2）独特多糖细胞壁：细胞壁含独特多糖-甲烷八叠球菌；（3）硫酸化多糖细胞壁：细胞壁由硫酸化多糖组成-盐球菌属；（4）糖蛋白细胞壁：细胞壁由糖蛋白组成-盐杆菌属；（5）蛋白质细胞壁：细胞壁由蛋白质组成-甲烷球菌属、甲烷微菌属。5.细胞壁缺陷细菌：缺壁细菌

实验室或宿主体内形成在自然界长期进化中形成——支原体自发突变---L型细菌---有繁殖力人工去壁彻底去尽---原生质体（G+）部分去除---球状体（G-）缺壁细菌无繁殖力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。

1935年，英国李斯德(Lister)预防研究所首先发现念珠状链杆菌(Streptobacillusmoniliformis）而得名。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。（a）L型细菌（L-formofbacteria）特点：没有完整而坚韧的细胞壁,细胞呈多形态；有些能通过细菌滤器,故又称“滤过型细菌”；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）。（b）原生质体（protoplast）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，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。特点：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；在适宜条件(如高渗培养基)可生长繁殖,形成菌落,形成芽孢及恢复成有细胞壁的正常结构.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；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.（c）球状体(sphaeroplast),又称原生质球采用上述同样方法,针对革兰氏阴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.（d）支原体(Mycoplasma)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甾醇,所以即使缺乏细胞壁,其细胞膜仍有较高的机械强度。6.革兰氏染色的机制革兰氏染色法的机制1）革兰氏染色与等电点有关革兰氏阳性菌2～3，阴性菌4～5，在碱性染色剂中阳性菌带电荷多，与染料的结合力大。用碘－碘化钾媒染时，都降低了等电点，但阳性菌降的多，与染料的结合力更大（相对阴性菌）。当用乙醇脱色时，阴性菌被脱色，阳性菌不褪色。2）革兰氏染色与细胞壁有关革兰氏阳性菌含有40～90%的肽聚糖，很少的脂类1～4％。革兰氏阴性菌含有很多的脂类11～22%，较少的肽聚糖10％。用乙醇脱色时，对于阴性菌，乙醇可以溶解脂类在细胞壁形成较大的孔径及通透性，乙醇可轻易进入阴性细菌将染料提取出来，使菌体呈无色。对于阳性菌，由于脂类少，但肽聚糖高，乙醇又是脱水剂，使肽聚糖脱水，导致细胞壁的孔径变小，通透性变差，阻止乙醇进入菌体内，阳性菌不褪色。b.细胞壁以内的构造——原生质体包括细胞质膜、细胞质和核区3部分。1.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。（1）细菌的细胞质膜通过质壁分离、选择性染色、原生质体破裂或电子显微镜观察等方法，可以证明细胞膜的存在。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。细胞膜的化学组成与结构模型：细胞膜的化学组成主要为蛋白质、脂类和多糖。蛋白质（占50%～70%）、脂类为磷脂（占20%～30%）、多糖约占2％。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。液态镶嵌模型(fluidmosaicmodel)——1972年,辛格(J.S.Singer)和尼科尔森(G.L.Nicolson)膜的主体是脂质双分子层；脂质双分子层具有流动性；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；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；脂质分子间或脂质与蛋白质分子间无共价结合；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。④⑤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、LPS、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。间体（mesosome，或中体）：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。与青霉素酶分泌、DNA复制、分配以及细胞分裂有关。近年来也有学者认为“间体”仅是电镜制片时因脱水操作而引起的一种赝像。（2）古菌的细胞质膜

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。

①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；②组成疏水尾的长链烃是异戊二烯的重复单位（如四聚体植烷、六聚体鲨烯等），它与亲水头通过醚键连接成甘油二醚（glyceroldiether）或二甘油四醚(diglyceroltetraether)等，而在真细菌或真核生物中的疏水尾则是脂肪酸；③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。具体地说，当磷脂为二甘油四醚时，连接两端两个甘油分子间的两个植烷（phytanyl）侧链间会发生共价结合，形成了二植烷(diphytanyl)，这时就形成了独特的单分子层膜。目前发现，单分子层膜多存在于嗜高温的古生菌中，其原因可能是这种膜的机械强度要比双分子层质膜更高。④在甘油的3C分子上，可连接多种与真细菌和真核生物细胞质膜不同的基团，如磷酸酯基、硫酸酯基以及多种糖基等。⑤细胞质膜上含多种独特脂类。仅嗜盐菌类即已发现有细菌红素（bacterioruberin）、α-胡萝卜素、β-胡萝卜素、番茄红素、视黄醛[（retinal），可与蛋白质结合成视紫红质(bacteriorhodopsin)]和萘醌等。2.细胞质和内含物细胞质是细胞质膜包围的除核区以外一切半透明、胶状、颗粒状物质的总称。含水量70~80%。原核生物的细胞质不流动，与真核生物不同。细胞质的主要成分是核糖体、贮藏物、质粒、酶类、中间代谢物和吸入的营养物等。少量细菌还有类囊体、羧酶体、气泡、伴孢晶体或磁小体等。贮藏物碳源及能源类氮源类磷源(异染粒)糖原:大肠杆菌、克雷伯氏菌、芽孢杆菌和蓝细菌等聚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、贝氏硫杆菌等藻青素：蓝细菌藻青蛋白：蓝细菌迂回螺菌、白喉棒杆菌、结核分枝杆菌（1）贮藏物①聚-β-羟丁酸(poly-β-hydroxybutyrate,PHB)类脂性质的碳源类贮藏物。巨大芽孢杆菌(BacillusMegaterium)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%。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。有的细菌积累淀粉粒，用碘液染成深兰色。糖原粒淀粉粒③异染粒(metachromaticgranules)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.在暗视野显微镜下看到的迂回螺菌(Spirillumvolutans)异染粒(迂回体)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)的分支多肽所构成,分子量在25000～125000.（2）磁小体(megnetosome)趋磁细菌细胞中含有的大小均匀、数目不等的Fe3O4颗粒，外有一层磷脂、蛋白或糖蛋白膜包裹。呈链状排列，颗粒形状为平截八面体、平行六面体或六棱柱体。功能：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。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。（3）羧酶体(carboxysome)

一些自养细菌细胞内的多角形或六角形内含物.其大小与噬菌体相仿,约10nm,内含1,5-二磷酸核酮糖羧化酶,在自养细菌的CO2固定中起着关键作用。（4）气泡（gasvocuoles）

许多光合营养型、无鞭毛运动的水生细菌中存在的充满气体的泡囊状内含物，大小为0.2～1.0μm×75nm，内由数排柱形小空泡组成，外有2nm厚的蛋白质膜包裹。功能:调节细胞比重以使细胞漂浮在最适水层中获取光能、O2和营养物质。3、核区（nuclearregionorarea）原核生物所特有的无核膜结构、无固定形态的原始细胞核.大型环状双链DNA分子，长度0.25-3.00nm。在染色体复制的短时间内呈双倍体。负载遗传信息。4、特殊的休眠构造——芽孢概念：某些细菌在其生长发育后期，在细胞内形成一个圆形或椭圆形、厚壁、含水量极低、抗逆性极强的休眠体，称为芽孢(endospore或spore，偶译“内生孢子”）。每一营养细胞内仅生成一个芽孢，休眠体，在适宜的条件下可以重新转变成为营养态细胞；☆芽孢无繁殖功能芽孢是整个生物界中抗逆性最强的生命体，在抗热、抗化学药物、抗辐射和抗静水压等方面，更是首屈一指。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。可在光学显微镜下观察（相差显微镜直接观察；芽孢染色）

。10个属：Amphibacillus，Bacillus，Clostridium，Desulfotomaculum，Oscillospira，Sporohalobacter，Sporolactobacillus，Sporosarcina，Sulfidobacillus，Syntrophosporaporo1）细菌芽孢的特点芽孢位于菌体内,由核心、皮层、芽孢壳和外壁组成。核心是芽孢的原生质体，内含DNA、RNA、可能与

DNA相联系的特异芽孢蛋白质以及合成蛋白质和产生能量的系统。此外，还有大量的吡啶二羧酸钙（DPA-Ca）布满整个芽孢。皮层处于核心和芽孢壳之间，含有丰富的肽聚糖。芽孢壳主要由蛋白质组成,此外,还有少量的碳水化合物和类脂类，可能还有大量的磷。最外层是外壁，其主要成分是蛋白质、一定量的葡萄糖和类脂。2）芽孢的构造由于芽孢具有厚而含水量低的多层结构，所以折光性强、对染料不易着色，芽孢对热、干燥、辐射、化学消毒剂和其他理化因素有较强的抵抗力，这可能与芽孢独具的高含量吡啶二羧酸有关。3）芽孢的形成轴丝形成隔膜形成前芽孢的包裹皮层形成芽孢衣合成芽孢成熟细胞裂解，释放芽孢活化(activation)：自然：不可逆。人为：短期加热（60℃，5min；100℃，10min

），低pH，强氧化剂。可逆。（4）芽孢的萌发出芽(germination)：仅需几分钟。芽孢衣蛋白质的三维空间结构发生可逆性变化，透性增加

促进与发芽有关的蛋白酶活动

芽孢衣上的蛋白质逐步降解

外界阳离子不断进入皮层

皮层发生膨胀、溶解和消失

外界的水分不断进入芽孢的核心部位

使核心膨胀、各种酶类活化，并开始合成细胞壁。耐热性、光密度和折射率等特性都逐步下降，DPA-Ca、氨基酸和多肽逐步释放。生长(outgrowth)：芽孢核心部分开始迅速合成新的DNA、RNA和蛋白质，于是出现了发芽并很快变成新的营养细胞。当芽孢发芽时，芽管可以从极向或侧向伸出，这时，它的细胞壁还是很薄甚至不完整的，

由休眠状态的芽孢变成营养状态细菌的过程，称为芽孢的萌发。

（5）芽孢的耐热机制芽孢与母细胞相比不论化学组成、细微结构、生理功能等方面都完全不同。渗透调节皮层膨胀学说芽孢衣对多价阳离子和水分的透性很差皮层的离子强度很高,产生极高的渗透压夺取芽孢核心的水分,结果造成皮层的充分膨胀。核心部分的细胞质却变得高度失水,因此,具极强的耐热性。其他学说：针对在芽孢形成过程中会合成大量的为营养细胞所没有的DPA-Ca，不少学者提出Ca2+与DPA的螯合作用会使芽孢中的生物大分子形成一种稳定而耐热性强的凝胶。总之，有关芽孢耐热机制是一个重要的有待进一步深入研究的基础理论问题。

（6）芽孢研究意义细菌分类、鉴定中的重要形态学指标提高芽孢产生菌的筛选效率芽孢菌的长期保藏各种消毒灭菌手段的最重要的指标肉毒梭菌（Clostridiumbotulinum）产生肉毒素

pH＞7.0时在100℃下要煮沸5.0～9.5h；

115℃下进行高压蒸汽灭菌，需10～40min才能杀灭；

121℃下则仅需10min。这就要求食品加工厂在对肉类罐头进行灭菌时，应掌握在121℃下维持20min以上。破伤风梭菌(Clostridium

tetani)产生破伤风毒素

121℃灭菌10min或115℃下灭菌30min才能杀灭（7）伴孢晶体（parasporalcrystal）

少数芽孢杆菌，例如苏云金芽孢杆菌(Bacillusthuringiensis)在其形成芽孢的同时，会在芽孢旁形成一颗菱形或双锥形的碱溶性蛋白晶体——δ内毒素，称为伴孢晶体。它的干重可达芽孢囊重的30%左右，由18种氨基酸组成。伴孢晶体对200多种昆虫尤其是鳞翅目的幼虫有毒杀作用。（8）细菌的其他休眠构造孢囊，由固氮菌产生粘液孢子，由粘球菌产生蛭孢囊——由蛭弧菌产生外生孢子——由嗜甲基细菌和红微菌产生c.细胞壁以外的构造1.糖被（glycocalyx）包被于某些细菌细胞壁外的一层厚度不定的胶状物质.糖被按其有无固定层次、层次厚薄又可细分为荚膜(capsule或Macrocapsule,大荚膜)、微荚膜(microcapsule)、粘液层(slimelayer)和菌胶团(zoogloea)。荚膜粘液层菌胶团糖被的特点：a.糖被的主要成分是多糖、多肽或蛋白质,尤以多糖居多.经特殊的荚膜染色，特别是负染色(又称背景染色)后可在光学显微镜清楚地观察到它的存在。荚膜的功能

①保护作用：

其上大量极性基团可保护菌体免受干旱损伤；

防止噬菌体的吸附和裂解；

一些动物致病菌的荚膜还可保护它们免受宿主白细胞的吞噬;

作为透性屏障或（和）离子交换系统，可保护细菌免受重金属离子的毒害；②贮藏养料，以备营养缺乏时重新利用；③表面附着作用例如引起龋齿的唾液链球菌(Streptococcus

salivarius)和变异链球菌就会分泌一种己糖基转移酶，使蔗糖转变成果聚糖(荚膜)，它可使细菌牢牢粘附于牙齿表面，由细菌发酵糖类产生的乳酸在局部累积后，可腐蚀牙表珐琅（falang）质层，引起龋（qu）齿.（4）细菌间的信息识别作用，如根瘤菌属(Rhizobium)；（5）堆积代谢废物。b.产生糖被是微生物的一种遗传特性，其菌落特征及血清学反应是细菌分类鉴定的指标之一。c.荚膜等并非细胞生活的必要结构，但它对细菌在环境中的生存有利。d.细菌糖被与人类的科学研究和生产实践有密切的关系。葡聚糖制备“代血浆”或葡聚糖生化试剂(如“Sephadex”)；黄原胶(xanthan或Xc，又称黄杆胶，野油菜黄单胞菌(Xanthomonascampestris)的胞外多糖，可用于石油开采、印染、食品等工业中；产生菌胶团的细菌在污水的微生物处理过程中具有分解、吸附和沉降有害物质的作用（活性污泥）。有些细菌的糖被也可对人类带来不利的影响。例如，肠膜状明串珠菌若污染制糖厂的糖汁，或是污染酒类、牛乳和面包，就会影响生产和降低产品质量；在工业发酵中，若发酵液被产糖被的细菌所污染，就会阻碍发酵过程的正常进行和影响产物的提取；某些致病菌的糖被会对该病的防治造成严重障碍；由几种链球菌荚膜引起的龋齿更是全球范围内严重危害人类健康的高发病。2.S层S层是一层包围在原核微生物细胞壁外、由大量蛋白质或糖蛋白亚基以方块形或六角形方式排列的连续层，类似于建筑物中的地砖。有学者认为S层是糖被的一种。在G+、G-和古生菌中都可以找到S层结构。在G+，S层结合在肽聚糖层表面，但有些菌却具有2层S层。在G-，S层一般都直接黏合在细胞壁的外膜上。3.鞭毛(flagellum,复flagella)1)概念：某些细菌细胞表面着生的一至数十条长丝状、螺旋形的附属物,具有推动细菌运动功能,为细菌的“运动器官”。2）观察和判断细菌鞭毛的方法电子显微镜直接观察光学显微镜下观察：鞭毛染色和暗视野显微镜根据培养特征判断：半固体穿刺、菌落（菌苔）形态3）鞭毛的结构由基体、钩形鞘和鞭毛丝三部分组成：鞭毛丝：中空螺旋状、丝状结构，球蛋白亚基螺旋排列。鞭毛钩：又称钩形鞘，是连接鞭毛丝和基体的一个弯曲筒状部分，蛋白质亚基组成。G–菌：L环（连在细胞壁外膜上）、P环（连在肽聚糖内壁上）、S环和M环连在一起称S-M环共同嵌埋在细胞质膜上）G+菌：S环，M环基体：由四个盘状物即环组成。鞭毛丝S-M环L环P环鞭毛杆钩形鞘外壁层肽聚糖层周质空间G－细菌鞭毛基体和钩形鞘结构细胞膜Fli蛋白Mot蛋白S-M环被一对Mot蛋白包围，由它驱动S－M环的快速旋转。在S-M环的基部还存在一个Fli蛋白，起着键钮的作用，它可根据细胞提供的信号令鞭毛进行正转或逆转。已有大量证据表明，鞭毛基体实为一个精致、巧妙的超微型马达，其能量来自细胞膜上的质子动势。四个环的中央有鞭毛杆串插着，在L环和P环间还有一个圆柱体构造。4）鞭毛的功能赋予细菌运动的功能作为菌种分类鉴定的重要指标5）鞭毛的着生方式4.菌毛(fimbria，复数fimbriae)长在细菌体表的纤细、中空、短直、数量较多的蛋白质类附属物,具有使菌体附着于物体表面的功能。每个细菌约有250～300条菌毛.有菌毛的细菌一般以革兰氏阴性致病菌居多,借助菌毛可把它们牢固地粘附于宿主的呼吸道、消化道、泌尿生殖道等的粘膜上,进一步定植和致病。不具有运动功能。

5.性毛(pili,单数pilus)构造和成分与菌毛相同,但比菌毛长,数量仅一至少数几根。性毛一般见于革兰氏阴性细菌的雄性菌株(即供体菌)中,其功能是向雌性菌株(即受体菌)传递遗传物质。有的性毛还是RNA噬菌体的特异性吸附受体。细菌主要是通过无性繁殖产生后代。其繁殖方式是二分裂，简称裂殖。细菌的繁殖过程分为三个连续步骤：①核的分裂和隔膜的形成；②横隔壁形成；③子细胞分裂。另外有的细菌还存在：三分裂和复分裂。(三)细菌的繁殖三、细菌的菌落

菌落：当在固体培养基上生长、繁殖时，产生的大量细胞便以此母细胞为中心而聚集在一起，形成一个肉眼可见的、具有一定形态结构的子细胞群。菌苔：当一个固体培养基表面有许多菌落连成一片。菌落的特性共同特征：湿润，粘稠、易被针挑起（菌体和基质结合不紧密）、质地均匀及菌落各部位的颜色一致等。某一细菌在一定条件下形成的菌落具有自己的特征，并有一定的稳定性，故菌落的形态可作为菌种鉴定和判断纯度的重要依据。但菌落也受到环境的影响而发生变化，故在菌种鉴定时要注意检测条件的一致。特有特征：没有鞭毛、不能运动的细菌，特别是球菌，常形成较小、较厚、边缘整齐的菌落。有鞭毛的细菌菌落则较大而扁平，边缘波状、锯齿状等。有荚膜的细菌菌落较大并且表面光滑，无荚膜的则表面粗糙。具芽孢的细菌菌落表面常有皱褶并且很不透明。细菌在液体培养基培养