第一章原核生物的形态构造和功能

进入微生物的世界第二章原核生物的形态、

构造和功能原核生物（prokaryotes）指一大类细胞核无核膜包裹的，只存在称作核区(nuclearregion)的裸露DNA的原始单细胞生物。原核生物真细菌古生菌Microbiology

Microbiology

细菌（狭义的）放线菌蓝细菌支原体立克次氏体衣原体原核生物三菌三体第一节细菌Bacteria

细菌（bacteria）是一类细胞细而短,结构简单,细胞壁坚韧,多以二等分裂方式繁殖和水生性较强的原核微生物。Microbiology

（一）形态和染色Microbiology

一、细胞的形态、构造和功能球状杆状螺旋状基本形态球状（Coccus）Microbiology

杆状（Rod）

螺旋状（Spirillum）

1.球菌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。Microbiology

肺炎双球菌Microbiology

单球菌双球菌链球菌四联球菌八叠球菌葡萄球菌球菌

单球菌Microbiology

细胞分裂沿一个平面进行，分裂后的细胞分散单独存在。代表菌：尿素小球菌

(Micrococcusureae)

双球菌Microbiology

细胞分裂一个平面进行，分裂后的细胞成对存在。例如：肺炎双球菌

脑膜炎奈瑟氏双球菌

奈瑟氏淋病双球菌

链球菌Microbiology

细胞分裂沿一个平面进行，分裂后的细胞成链状排列。

例如：乳链球菌

无乳链球菌

恶臭链球菌等四联球菌Microbiology

细胞分裂按两个互相垂直的平面进行，分裂后四个细胞呈田字形排列。

例如：四联球菌

四连消化链球菌等

八叠球菌Microbiology

细胞分裂按三个平面进行，分裂后每八个细胞在一起呈立方形排列。例如：藤黄八叠球菌尿素八叠球菌等

葡萄球菌Microbiology

细胞分裂面是任意的，分裂后多个球菌在一起呈葡萄状排列。

例如：金黄色葡萄球菌白色葡萄球菌表皮葡萄球菌等

2.杆菌细胞呈杆状或圆柱形，一般七粗细（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Microbiology

大肠杆菌根瘤菌

杆菌Microbiology

杆状细菌的排列方式与形态单杆菌双杆菌链状杆菌球杆菌Microbiology

炭疽杆菌大肠杆菌产气荚膜杆菌鼠伤寒沙门氏菌Microbiology

皮肤炭疽的外观表现皮肤炭疽的外观表现典型的“火山口”结构Microbiology

鼠疫巴德氏菌Microbiology

杆菌的细胞外形更为复杂

排列方式多种多样Microbiology

Microbiology

注意

杆状细菌的排列方式常因阶段和培养条件而发生变化，一般不作为分类依据。

杆菌的两端有的笔直

有的弯曲

杆菌两端的情况在分类上很重要。Microbiology

杆菌两端：有的像刀切一样整齐

例如：炭疽杆菌

有的钝圆：

例如：枯草杆菌

有的呈梭状：

例如：肉毒梭菌

炭疽杆菌肉毒梭菌枯草杆菌

3.螺旋菌Microbiology

螺旋状细菌，称为螺旋菌。

弧菌螺旋菌螺旋体

螺旋菌Microbiology

弧菌：菌体只有1个弯曲，形似“C”字或逗号。

螺旋菌：螺旋数2-6环螺旋体：螺旋数大于6环Microbiology

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。例：霍乱弧菌

逗号弧菌

Microbiology

螺旋菌：菌体回转如螺旋，螺旋2-6环鞭毛二端生，

细胞壁坚韧，菌体较硬

。例：干酪螺菌

Microbiology

螺旋体：螺旋数大于6环，

菌体柔软，无鞭毛大多数是致病菌。

梅毒密螺旋体

例：黄疸出血热群钩端螺旋体

Microbiology

特殊形态Microbiology

细胞上有柄（stalk）、

菌丝（hyphae）、附器（appendages）等细胞质伸出物，细胞呈杆状或梭状，有特征性细柄。

1）柄杆菌(prosthecatebacteria）Microbiology

2）星形细菌（star-shapedbacteria）3）方形细菌(square-shapedbacteria)Microbiology

畸形：细胞在理化因素的刺激下，细胞发育受到阻碍，从而形态异常。

4）异常形态衰颓型：培养时间过长，营养贫乏或自身代谢产物浓度过高等原因使细胞异常。1.巴氏醋酸杆菌的畸形

2.乳酪杆菌的衰颓形

Microbiology

畸形：细胞在理化因素的刺激下，细胞发育受到阻碍，从而形态异常。

例如：醋酸杆菌

正常形态：短杆状畸形：丝状、

纺锤状、

连锁状温度变化Microbiology

衰颓型：培养时间过长，营养贫乏或自身

代谢产物浓度过高等原因使细胞异常。。

例如：奶酪杆菌

正常形态：杆状衰颓型：分枝状过熟Microbiology

结核杆菌正常形态结核杆菌异常形态Microbiology

Microbiology

细菌的大小细菌大小测量：显微测微尺细菌大小表示：直径×长单位：μmMicrobiology

一般细菌大小范围0.2~0.1μm（直径）×1~80μm（长度））0.5~1μm（直径）0.3~1μm（直径）×1~50μm（长度））Microbiology

Microbiology

Microbiology

费氏刺尾鱼菌Microbiology

纳米比亚嗜硫珠菌Thiomargaritanamibiensis细胞直径0.3~1mm(迄今发现最大的细菌！）德国舒尔兹（Schulz）等1997年在纳米比亚海岸的海底沉积物中发现的一种硫磺细菌，以H2S为生。Microbiology

（二）构造Microbiology

鞭毛菌毛性菌毛糖被芽孢细菌的一般构造细胞壁细胞膜细胞质核区细菌的特殊构造Microbiology

细菌细胞的构造

1.细菌细胞的一般构造Microbiology

细胞壁细胞膜细胞质核区

一般细菌都有的构造称一般构造，包括：（1）细胞壁Microbiology

细胞壁是位于细胞表面内侧紧贴细胞膜的一层较为坚韧略有弹性的细胞结构。①细胞壁的观察②细胞壁的功能③细胞壁的化学组成与结构④古生菌⑤缺壁细菌

1）细胞壁的观察Microbiology

细胞壁的观察方法：A：质壁分离+染色B：电镜观察

2）细胞壁的功能Microbiology

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（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。

3)细胞壁的化学组成与结构Microbiology

Ⅰ革兰氏染色法Ⅱ细胞壁化学组成与结构Ⅲ革兰氏染色的机制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（氯化三苯基四氮唑）等作活菌染色

姬姆萨染色法细菌的细胞染色法

Ⅰ革兰氏染色法（Gramstaining)Microbiology

细菌细胞的复合染色法,由丹麦医生HansChristianGram于1884年创立的一种鉴别不同类型细菌的染色方法。

A.革兰氏染色步骤Microbiology

1.制片2.初染5.复染4.脱色3.媒染2.结晶紫对菌液涂片进行初染；1.培养物常规图片、干燥和固定；3.用碘液溶液进行媒染，染料和细胞间的结合得更牢；4.用乙醇或丙酮进行冲洗脱色；5.用碱性染料番红进行复染。甲菌乙菌初染结晶紫媒染碘液脱色乙醇复染番红紫色（G＋）红色（G-）革兰氏染色步骤示意图B.革兰氏染色结果及细菌分类Microbiology

①单菌染色结果（G+或G-）G＋和

G－细菌细胞壁成分的比较成分肽聚糖磷壁酸类脂质蛋白质占细胞壁干重的%含量很高（30-95）含量较高（<50）一般无（<2）0含量很低（5-20）0含量较高（-20）含量较高G＋细菌

G－细菌

Ⅱ细胞壁化学组成与结构

G＋和

G－细胞壁结构比较（立体模型）Microbiology

胞壁酸肽聚糖细胞膜膜蛋白周质空间肽聚糖外膜孔蛋白脂类G＋G－Microbiology

G＋和

G－细胞壁结构比较（平面模型）1）G＋细菌细胞壁Microbiology

特点：（Eg.金黄色葡萄球菌）（1）厚度大（20~80nm）（2）化学组分简单，一般只含90%肽聚糖和10%磷壁酸，形成的网格状分子交织成网套覆盖在整个细胞上。Microbiology

G＋细菌细胞壁结构Microbiology

①肽聚糖胞壁酸肽聚糖细胞膜G＋又称粘肽（mucopeptide）、葡萄糖胺肽（murein）、胞壁质或粘质复合物（mucocomplex）。是细菌细胞壁中的特有成分，结合在革兰氏阳性菌细胞壁上的一种酸性多糖。

N-已酰葡糖胺（G）

N-已酰胞壁酸（M）

四肽尾或四肽侧链肽桥肽聚糖

聚糖肽

由几层至25层左右的网格状分子织成的网套覆盖在整个细胞上Microbiology

原核生物所特有的己糖肽聚糖单体双糖单位Microbiology

G=N-已酰葡糖胺N=N-已酰胞壁酸原核生物所特有的己糖；双糖单位通过β–1，4-糖苷键相连；溶菌酶能水解β–1，4-糖苷键，细菌因肽聚糖细胞壁的散架而死亡。双糖单位Microbiology

CH3-CH-C=0CH2OHOCH2OHOOHONHHC-C-CH3

C=0nNHCOOH-C-H(CH2)2

C=0NHH-C-(CH2)-NH2

NHC=0CH3-C-HCOOHL-AlaD-GluL-LysD-AlaG+细胞壁肽聚糖单体结构M四肽尾四肽尾：由4个氨基酸分子按L型与D型交替方式连接而成；S.Aureus中，四肽尾为L-Ala→D-Glu→L-Lys→D-Ala其中两种D型氨基酸在细菌细胞壁之外很少出现。Microbiology

肽桥目前所知的肽聚糖已超过100种，“肽聚糖的多样性”中，主要变化发生在肽桥。Microbiology

-CO·NH--(Gly)5--(肽尾）1～2－-D-Lys-第3氨基酸第3氨基酸第3氨基酸第2氨基酸E.coli(G-)大肠杆菌S.aureus(G+)金黄色葡萄球菌M.luteus(G+)藤黄微球菌C.poinsettiae(G+)猩猩木棒杆菌第4氨基酸第4氨基酸第4氨基酸第4氨基酸ⅠⅡⅢⅣ

甲肽尾上连接点

肽桥

乙肽尾上连接点

实例肽聚糖分子中的4种主要肽桥类型

类型肽桥肽聚糖（Peptidoglycan)结构中短肽的连接形式E.codi(左）与C.poinsettiae(右）肽聚糖中的肽桥CH3-CH-C=0CH2OHOCH2OHOOHONHHC-C-CH3

C=0nNHCOOH-C-H(CH2)2

C=0NHH-C-(CH2)-NH2

NHC=0CH3-C-HCOOHL-AlaD-GluL-LysD-AlaG+细胞壁肽聚糖单体结构MG-N-乙酰胞壁酸-N-乙酰葡萄糖胺MGMicrobiology

肽聚糖网格状结构Microbiology

②磷壁酸（teichoicacid）G＋细胞壁上的一种酸性多糖，主要成分为甘油磷酸或核糖醇磷酸。Microbiology

壁磷壁酸与肽聚糖分子之间共价结合，含量会随培养基成分而改变，一般占细胞壁重量10%，有时接近50%，用稀酸或稀碱可提取。脂磷壁酸膜磷壁酸由甘油磷酸分子与细胞膜上的磷脂进行共价结合后形成，其含量与培养条件不大。可用45%热酚水提取，也可用热水从脱脂冻干的细菌中提取。

Microbiology

磷壁酸的主要生理功能1.因带负电荷，故可与环境中的Mg＋等阳离子结合，提高这些离子的浓度，以保证细胞膜上一些合成酶维持高活性的需要；2.贮藏磷原素；3.调节细胞内自溶素（autolysin）的活力防止细胞死亡；4.提供某些噬菌体以特异的吸附受体；5.赋于革兰氏阳性细菌以特异的表面抗原；6.保证革兰氏阳性致病菌与其宿主间的粘连，避免被白细胞吞噬

及补抗体作用。可作为细菌分类、鉴定的依据。Microbiology

2）G-细菌细胞壁①肽聚糖②外膜Microbiology

埋藏在外膜层之内，是由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G+细菌弱。①革兰氏阴性细菌肽聚糖Microbiology

革兰氏阴性细菌肽聚糖网格结构Microbiology

Microbiology

G-细菌肽聚糖与G+细菌的区别①四肽尾的第三个氨基酸分子是内消旋二氨基庚二酸（m-DAP）(只在原核生物细胞壁上发现）；②没有特殊的肽桥，只形成较为疏稀、机械强度较差的肽聚糖网套。Microbiology

②革兰氏阴性细菌外膜（outermemberane）G-细菌细胞壁所特有的结构，位于G-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。脂多糖磷脂脂蛋白外膜Microbiology

肽聚糖外膜脂多糖磷脂脂蛋白Microbiology

脂多糖（lipopolysaccharide,LPS）

位于G-细胞壁最外层的一层较厚（8~10nm）的类脂多糖类物质。脂多糖的结构脂多糖的功能Microbiology

脂多糖（LPS）的结构

Microbiology

脂多糖的结构

44个己糖内核心区外核心区Microbiology

LPS的功能之一LPS

O-特异侧链结构多变，决定

了G-细菌细胞表面抗原决定簇的多样

性；

如：沙门氏菌属（Salmonella）的抗原型多达2107种。功能：躲避宿主免疫系统攻击，保证感染成功的手段。Microbiology

LPS的功能之二：对细胞膜结构起稳定作用

LPS（核心多糖）的负电荷较强，吸引Mg2+、Ca2+等阳离子以提高其在细胞表面浓度的作用，对细胞膜结构起稳定作用。Microbiology

LPS的功能之二：对细胞膜结构起稳定作用

LPS（核心多糖）的负电荷较强，吸引Mg2+、Ca2+等阳离子以提高其在细胞表面浓度的作用，对细胞膜结构起稳定作用。Microbiology

LPS的功能之三：

LPS（类脂A）是G-细菌致病物质——内毒素的物质基础。Microbiology

LPS的功能之四：

具有控制某些物质进出细胞的部分选择性屏障功能；LPS的功能之五：

许多噬菌体在细胞表面的吸附受体。Microbiology

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。Microbiology

孔蛋白(porins）非特异性孔蛋白特异性孔蛋白脂蛋白(lipoprotein）外膜蛋白使外膜层与内壁肽聚糖层紧密连接Microbiology

孔蛋白(porins）

三个相同分子量（36000）蛋白亚基组成一种三聚体跨膜蛋白，中间有一直径1nm的孔道，通过孔的开、闭，对进入外膜层的物质进行选择。非特异性孔蛋白可通过分子量小于800-900的任何亲水性分子特异性孔蛋白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。Microbiology

周质空间(periplasm）又称壁膜间隙。在细菌中，外膜与细胞膜间的狭窄胶质空间（宽约12~15nm）。进出细胞物质的重要中转站和反应场所。Microbiology

在周质空间中，存在着多种周质蛋白(periplasmic

proteins)。外膜蛋白水解酶类合成酶类结合蛋白受体蛋白Microbiology

革兰氏阳性和阴性细菌的比较Microbiology

革兰氏染色原理分析结晶紫初染和碘液媒染后，在细胞壁内形成不溶于水的复合物。脱色剂乙醇的处理，因失水使网孔缩小，燃料复合物被截留在壁内，保持紫色。

4)古生菌（Archaea）Microbiology

又称古菌，是一个在进化途径上很早就与细菌和真核生物相互独立的生物类群，主要包括一些独特生态类型的原核生物。例如，产甲烷菌极端嗜盐菌极端嗜热菌Thermoplasma（热原体属）（无细胞型）嗜极菌古生菌细胞壁Microbiology

无细胞壁，如Thermoplasma（热原体属)；含假肽聚糖，如(Methanobacterium)（甲烷杆属）；anosarsina含多糖，如(Metanosarsina)（甲烷八叠球菌属）；含糖蛋白或蛋白脂。

假肽聚糖（pseudopeptidoglycan）Microbiology

N-乙酰葡糖胺N-乙酰塔罗糖胺糖醛酸β-1,3糖苷键肽尾：L-Glu、L-Ala和L-Lys3个L型的氨基酸。肽桥：L-Glu1个氨基酸Microbiology

缺壁细菌

实验室中形成自然界长期进化中形成——支原体自发缺壁突变——L型细菌人工方法去壁壁彻底除尽——原生质体部分去除——球状体

5)缺壁细菌

①L型细菌(L-formofbacteria)Microbiology

专指那些在某些环境条件下(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菌株。。

L-型细菌是英国李斯特（Lister）研究所首先于1935年发现而得名。L型细菌特点Microbiology

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）

②

原生质体（protoplast）Microbiology

在人为条件下，用溶菌酶处理原有细胞壁或在含青霉素培养基中培养而抑制新生细胞壁合成后而形成的的仅由一层细胞膜包裹的圆球状渗透敏感的细胞。一般由G+细菌形成。

原生质体特点Microbiology

对环境条件变化敏感，易引起其破裂；有鞭毛，但不能运动，也不被噬菌体感染；在适宜条件可再生形成菌落；更易导入外源遗传物质。

③球状体(sphaeroplast),又称原生质球Microbiology

溶菌酶、青霉素处理G-获得的残留部分细胞壁（外膜）的球状体。对外界环境具有一定抗性，可在普通培养基上生长。④支原体（Mycoplasma）Microbiology

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

细胞壁结构小结Microbiology

G+结构：肽聚糖+磷壁酸G-细胞壁结构：肽聚糖+外膜古生菌的细胞壁：假肽聚糖缺壁细菌：无细胞壁

（2）细胞膜Microbiology

①细胞膜的概念②细胞膜的观察方法③细胞膜的化学组成④细胞膜的结构模型⑤细胞膜的生理功能⑥间体①

细胞膜的概念Microbiology

细胞膜（cellmembrane）是紧贴在细胞壁内侧、包围在细胞质的一层柔软、脆弱、富有弹性的半透性薄膜，厚约5~8nm，由磷脂和蛋白质组成。细胞质膜（cytoplasmicmembrane）

质膜（plasmamembrane）

细胞膜(cellmembrane)

内膜（innermemrane）细胞膜=111

②细胞膜的观察方法Microbiology

1）质壁分离+鉴别性染色，光学显微镜观察；巨大芽孢杆菌经过质壁分离和染色，光学显微镜下看到着色深的是细胞膜。在上下两暗色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2）超薄切片，电镜观察。

③细胞膜的化学组成Microbiology

A.脂质脂质是生物膜最基本的结构物质，以

磷脂为主要成分。脂质双分子层Microbiology

磷脂脂质双分子层糖脂类甾醇提高稳定性（Hopanoid）脂质磷脂Microbiology

甘油三磷酸——极性端长脂肪酸链——疏水端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。在极性头部的甘油C3上，不同种微生物具有不同的R基。

R基团Microbiology

所有的细菌都含有磷脂酰甘油；G-中富含磷脂酰乙醇胺；E.coli中主要含磷脂酰乙醇胺，少量

磷脂酰甘油和罕见的二磷脂酰甘油。G-中偶尔存在磷脂酰胆碱，G+未见；Mycobacteriumspp.（若干分支杆菌）中含磷脂酰肌醇；Microbiology

在生理温度下，脂肪酸末端排列成固定的晶格。不饱和脂肪酸的双键可导致膜结构的变形。当磷脂分子中二者同时存在时，在一定条件下就阻碍了形成晶格结构所需要的有秩序排列。液晶态Microbiology

细胞膜的流动性很大程度上取决于不饱和脂肪酸的结构和相对含量。膜上长链脂肪酸的链长和饱和度因细菌种类和生长温度而异；

通常生长温度要求越高的种，其饱和度也越高；

反之则低。Microbiology

在磷脂双分子膜中加入甾醇可提高膜的稳定性。甾醇类物质甾醇的一般结构真核生物细胞膜中一般含有胆固醇等甾醇，含量为5%-25%原核生物细胞膜中一般不含胆固醇，而是含有hopanoid类甾醇（藿烷类化合物）B.膜蛋白Microbiology

生物膜中含有的多种蛋白质称为膜蛋白，是生物实施功能的基本场所。根据其在膜上的定位情况分为内在蛋白和外周蛋白。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（periphealprotein）

或膜外蛋白（extrinsicprotein）Microbiology

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。④细胞膜的结构模型Microbiology

1972年，辛格（J.S.Singer）和尼克尔森（G.L.Nicoson）液态镶嵌模型液态镶嵌模型的要点：Microbiology

①膜的主体是脂质双分子层；②脂质双分子层具有流动性；③疏水性的整合蛋白“溶”于双分子层中；④亲水的周边蛋白与双分子层表面的极性头相连；⑤脂质分子间或脂质与蛋白质分子间无共价结合；⑥周边蛋白可在脂质双分子层上做“漂浮”运动，整合蛋白则似“冰山”状沉浸在其中横向移动。⑤细胞膜的生理功能Microbiology

①膜选择性地控制营养物质的代谢产物的运送；②维持细胞内正常渗透压的屏障；③合成细胞壁和糖被的重要基地；④膜上含有能量代谢的酶系；⑤是鞭毛基体的着生部位和鞭毛旋转的供能部位；

⑥间体（或中体，mesosome）Microbiology

细胞膜内褶形成的囊状构造，充满着层状或管状的泡囊，多见于G+细菌。

间体的功能Microbiology

着生部位在表层的间体

与某些酶如青霉素酶分泌有关着生部位在深层的间体

与DNA复制、分配及细胞分裂有关“间体”是电镜制片时因脱水操作而引起的一种赝像

（3）细胞质Microbiology

①细胞质的概念②细胞质的组成③细胞内含物

①细胞质的概念Microbiology

细胞质（cytopoasm）是细胞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细胞质的组成Microbiology

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类囊体羧酶体气泡伴孢晶体等

细胞质的主要成分

少数细菌还有③细胞内含物（inclusionbody）Microbiology

指细胞质内一些显微镜下可见、形状较大的有机或无机的颗粒状构造；内含物的多少因细菌的种类、菌龄及培养条件不同而改变。Microbiology

细胞内含物包括:①贮藏物

②磁小体

③羧酶体

④气泡

⑤载色体

⑥核糖体

⑦质粒

贮藏物（reservematerials）Microbiology

碳源氮源类能源类磷、硫源一类由不同化学成分累积二衬的不溶性沉淀颗粒，主要功能是贮藏营养物。贮藏物Microbiology

贮藏物碳源及能源类糖原：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：蓝细菌氮源类磷源（异染粒）：迂回螺菌、白喉棒杆菌结核分枝杆菌

Ⅰ.聚-β-羟丁酸（poly-β-hydroxyhutyrate.PHB）Microbiology

例如，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是类脂性质的碳源类储藏物功能：贮存碳源、能源和降低渗透压Microbiology

PHB不溶于水，

易被脂溶性染料（如苏丹黑）着色PHB于1925年被发现，至今已发现60属以上的细菌能合成并贮藏。PHB于无毒、可塑、易降解，被认为是生产医用塑料、生物降解塑料的良好材料。

Ⅱ.多糖类贮藏物Microbiology

糖原粒淀粉粒在真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，用碘液染成深蓝色。137

Ⅲ.异染粒（metachromaticgranules）Microbiology

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：贮存磷元素和能量，降低渗透压。用美蓝染色黑红色

Ⅳ.藻青素（cyanophycin）Microbiology

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。由含精氨酸和天冬氨酸残基（1:1）的分枝多糖所组成，分子量在25000-125000.

Ⅴ.硫粒(sulrurglobules)Microbiology

有细菌在进行产能代谢或生物合成时，对还原性的硫化物如H2S、硫代硫酸盐等的氧化。当环境中还原性硫素丰富时，在细胞内以折光性很强的硫粒形式积累硫元素。当环境中还原性缺乏时，可被细菌重新利用。

微生物储藏物的特点及生理功能：Microbiology

不同微生物其储藏性内含物不同；例如，厌氧性梭状芽孢杆菌只含PHB，

大肠杆菌只储藏糖原，

但有些光合细菌二者兼有。贮藏物为何要以多聚体的形式储存？Microbiology

以多聚体的形式存在，有利于维持细胞内环境的平衡，避免不适合的pH，渗透压的危害；例如：羟基丁酸分子呈酸性，

聚合成聚-β-羟丁酸（PHB）称为中性脂肪酸，

维持细胞内中性环境，避免菌体内酸性增高。贮藏物在细菌细胞内大量积累，还可以被人们利用。贮藏物有什么功能？Microbiology

环境中缺乏氮源而碳源丰富时，细胞储藏较多碳源类内含物，甚至达细胞干重的50%；把这样的细胞移入有氮的培养基时，储藏物将被作为碳源和能源用于合成反应。微生物合理利用营养物质的一种调节方式。Microbiology

贮藏物碳源及能源类糖原：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：蓝细菌氮源类磷源（异染粒）：迂回螺菌、白喉棒杆菌结核分枝杆菌Microbiology

超磁细菌细胞中含有大小均匀、数目不等的Fe3O4颗粒，外包裹一层磷脂、蛋白或糖蛋白膜，无毒，沿细胞长轴排列成链。磁小体（magnetosome）Microbiology

水生螺菌属嗜胆球菌属磁小体的功能：导向作用，借鞭毛游向对该菌最有利环境处生活。Microbiology

实用前景：生产磁性定向药物或抗体，及制造生物传感器等。Microbiology

大小约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。羧酶体（carboxysome）又称羧化体，是存在于一些自养细菌细胞内的多角形内含物气泡(gasvacuoles)Microbiology

光合营养型，无鞭毛运动水生细菌中存在囊泡状内含物，内充满气体，由数排柱形小空泡组成，外有2nm厚的蛋白质膜包裹。

大小为0.2~1.0μm×75nm气泡的功能：调节细胞比重，使细胞漂浮在最适合水层中获取光能、O2和营养物质。例如：有些厌氧性光合细菌利用气泡集中在水下10-30米处，既能吸收适宜的光线和营养进行光合作用，又可避免直接与氧接触。载色体（Chromatophore）Microbiology

光合细菌进行光合作用的部位，相当于绿色植物的叶绿体。核糖体（ribosome）Microbiology

核糖体是分散在细胞质中的颗粒状结构，由核糖体核酸（占60%）和蛋白质（占40%）组成。细菌的核糖体沉降系数：70sMicrobiology

50s大亚基30s小亚基功能：是细胞合成蛋白质的结构。质粒（plasmid）Microbiology

细菌染色体的遗传物质，共价闭合环状双链DNA；分子量约为2-100×106D.携带1-100个基因，一个细菌细胞可有1至数个质粒。Microbiology

可自我复制，稳定遗传；对生存不是必要的；不同质粒携带不同遗传信息；无质粒细菌可通过接合等方式获得，不能自发产生。质粒的特点：

细胞内含物包括：Microbiology

①贮藏物⑤载色体②磁小体⑥核糖体③羧酶体⑦质粒④气泡更好的适应环境、生存！

（4）核区Microbiology

指原核生物所特有的无核膜包裹、无固定形态的原始细胞核。功能：负载遗传信息反差极弱的区域，无核膜，内含丝状物(DNA）核区=Microbiology

核区的化学成分：

环状双链DNA分子，

一般不含蛋白质，

长度约0.25-3.00mm.

拟核（nucleoid）

核质体（nuclearbody）

原核（prokaryon）

核基因组（genome）Microbiology

观察方法现代同位素放射性显影术重金属投影术电镜光镜富尔根（Feulgen）染色法（紫色）姬母萨（Giemsa）染色法生长缓慢的细菌，一般1个细胞里只有1-2个核；生长迅速的细菌，DNA复制先于分裂，细胞含有2-4个核。Microbiology

原核生物所特有的无核膜结构、无固定形态的原始细胞核。拟核

细菌细胞的一般构造——小结Microbiology

细胞壁G+细菌的细胞壁G-细菌的细胞壁古生菌缺壁细菌细胞膜间体细胞质细胞内含物核区核基因组

2.细菌细胞的特殊构造Microbiology

（1）糖被（4）性毛（2）鞭毛（5）芽孢（3）菌毛（6）伴胞晶体

仅在部分细菌中才有的活在特殊环境条件下才形成的构造。（1）糖被Microbiology

①糖被的概念②糖被的分类③糖被的功能④糖被的应用①糖被的概念Microbiology

包被于某些细菌细胞壁外的一层厚度不定的胶状物质

②糖被的分类Microbiology

按糖被有无固定层次、层次厚薄可分为四类：荚膜（capsule或macrocapsule，大荚膜）微荚膜（microcapsule）粘液层（slimelayer）Ju菌胶团（zoogloea）Microbiology

A.荚膜（大荚膜）Microbiology

指包裹在单个细胞壁外，具有一定外形，固定层次，相对稳定的透明胶状物。厚度＞200nm.

B.微荚膜Microbiology

例如：鼠伤寒沙门氏菌包在单个细胞壁外，具有一定外形，固定层次，粘液状物质，层次较薄，与细胞壁结合较紧密，厚度＜200nm。

C.粘液层Microbiology

包在单个细胞壁外，粘液状物质，结构很松散，未固定在细胞壁上，无边缘，向四周扩散，使培养基变粘。

D.菌胶团Microbiology

包裹在细胞群体上，透明胶状物质，即有多个细菌的荚膜互相连在一起。

4类糖被特点Microbiology

种类外形厚度与细胞壁结合情况包裹细胞数量荚膜固定＞200nm牢固单个细胞微荚膜固定＜200nm较牢固单个细胞粘液层不定松散单个细胞菌胶团不定松散细胞群

1944，O.T.Avery发表“DNA是Ⅲ型肺炎球菌转化要素的基本单位”论文。Microbiology

第一次证明DNA是遗传物质回顾：肺炎双球菌转化实验荚膜与菌落形态的关系Microbiology

产荚膜：菌落表面湿润、有光泽、粘液状的，称为光滑型（smooth,S-）菌落。无荚膜：菌落表面干燥、粗糙的，称为粗糙型（rough，R-）菌落。S-型菌落R-型菌落③糖被的功能Microbiology

（1）保护作用，保护细胞免受干爆损伤；（2）贮藏养料，胞外碳源和能源的储备物质；（3）昨晚透性屏障和离子交换系统，保护细胞免

受重金属离子的毒害；（4）表面附着作用，是某些病原菌必须的黏附因子；

（5）细菌间的信息识别作用；

（6）堆积代谢废物。④糖被的功能应用Microbiology

（1）菌种鉴定；产生糖被是微生物的而一种遗传特性，其菌落特征及血清学反应是细菌分类鉴定指标之一。（2）药物和生化试剂；肠膜状明串珠菌（Leuconostocmesenteroides）糖被可提取葡聚糖制备生化试剂和代血浆。（3）工业原料野油菜黄单孢菌（Xanthomonascampestris）糖被提取出黄原胶，用于石油开采、印染、食品等工业中。伊乐藻假单胞杆菌(Pseudomonaselodea)制备结冷胶，在食品领域主要作增稠剂、稳定剂。（4）污水的生物处理Microbiology

致病性糖被的危害-主要表面抗原，是有些病原菌的毒力因子；-是某些病原菌必须的黏附因子；食品腐败变质-使糖厂的糖液及酒类、牛乳等饮料和面包等食品发粘变质。

（2）鞭毛（Flagellum，复flagella)Microbiology

①鞭毛的概念②鞭毛的观察方法③鞭毛的构造④鞭毛推动细菌运动的特点①鞭毛的概念Microbiology

·

生长在某些细菌表面

长丝状、波曲状的蛋

白质附属物；·一至数十条；·具有运动功能，是细

菌的“运动器官”。鞭毛的着生方式端生一端生两端生周生侧生：反刍月形单孢菌等一根：霍乱弧菌等一束：荧光假单孢菌等一根：鼠咬热螺旋菌等一束：螺菌等肠杆菌：大肠杆菌、沙门氏菌等芽孢杆菌：枯草芽孢杆菌等鞭毛的有无和其着生方式具有十分重要的分类学意义。

②鞭毛的观察方法Microbiology

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。Microbiology

鞭毛长度；15~20μm；直径：0.01~0.02μm电子显微镜直接观察Microbiology

光学显微镜下观察：鞭毛染色法暗视野显微镜根据培养特征判断：半固体穿刺Microbiology

根据培养特征判断：菌落（菌苔）形态Microbiology

细菌在琼脂斜面上的生长特征③鞭毛的构造Microbiology

G-和G+鞭毛的共同构造基体由若干个盘状物（环）组成；钩形鞘连接鞭毛丝与基体的部分，较短、弯

曲、由蛋白质组成鞭毛丝中空螺旋状、丝状结构，球蛋白亚基

螺旋排列

鞭毛的组成

G-菌的鞭毛构造Microbiology

G-的鞭毛丝G-的钩形鞘G-的基体四个环L环P环S环M环基体（basalbody）由四个盘状物即环组成Microbiology

L环连接在细胞壁最外层的外膜上；P环连接在内壁层的肽聚糖部位S环与M环连在一起称S-M环或内环，共同镶嵌在细胞质膜上；S环靠近周质空间；Microbiology

S-M环被十余个Mot蛋白包围，驱动S-M环快速旋转S-M环基部存在一种Fli蛋白，起着键钮的作用，可根据细胞提供的信号令鞭毛进行正转或逆转。近年来发现C环，连接在细胞膜和细胞质的交界处，功能与S-M环相同。Microbiology

鞭毛基体为精致、超微马达，能量来自细胞膜上质子动势。据计算，鞭毛旋转一周约消耗1000个质子。Microbiology

钩形鞘或鞭毛钩（hook）：把鞭毛基体与鞭毛丝连在一起的构造，直径17nm，其上着生一条长约15~20μm的鞭毛丝（filament）.Microbiology

鞭毛丝：由许多直径为4.5nm的鞭毛蛋白亚基沿中央孔道（直径为20nm）螺旋状缠绕而成，每周为8-10个亚基。Microbiology

Microbiology

鞭毛的生长方式是在其顶部延伸中央孔道(直径为20nm)

鞭毛细菌的运动特点Microbiology

（1）速度快一般速度：20~80μm/秒；最高速度：达100μm/秒（3000倍体长/分钟）陆上跑的最快的动物——猎豹1500倍体长/分钟110公里/小时

鞭毛细菌的运动特点Microbiology

（2）运动方式——“旋转论”细菌以推进方式作直线运动，以翻腾形式做短促转向运动Microbiology

（3）细菌的趋避运动鞭毛的功能是运动，是原核生物实现趋向性（趋性，taxis）最有效方式。趋性（taxis）:生物体对环境中的不同物理、化学或

生物因子作有方向性的应答运动。正趋向：生物向着高梯度方向运动；负趋性：生物向着低梯度方向运动；Microbiology

化学趋避运动或趋化作用（chemotaxis）光趋避运动或趋光性（phototaxis）趋磁运动或趋磁性（magnetotaxis）趋氧性（oxygentaxis）趋性化学趋避运动或趋化作用（chemotaxis）Microbiology

细菌对某些化学物质敏感，通过运动聚集于某高浓度区域或低浓度区域。光趋避运动或趋光性（phototaxis）Microbiology

某些细菌能够区别不同波长的光而集中在一定波长区内。趋磁运动或趋磁性（magnetotaxis）Microbiology

⑤鞭毛的功能Microbiology

鞭毛的生理功能是运动；细菌的趋避运动有利于生存。（3）菌毛（flmbria复数fimbriae）Microbiology

一种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，使菌体附着于物体表面。纤毛伞毛线毛须毛Microbiology

菌毛鞭毛

鞭毛的特点Microbiology

结构比鞭毛简单，无基体等构造；直接着生与细胞质膜上；直径为3-10nm，每菌有250-300条。多数是G-致病菌；帮助菌体附着于宿主的呼吸道、消化道、泌尿生殖道的黏膜上，进一步定植和致病。

（4）性毛（pilus复数pili）Microbiology

又称性菌毛（sex-pili或F-pili），构造和成分与菌毛相同，但比菌毛长，数量仅一至少数几根。功能：G-菌的雄性菌株（供体菌）向雌性菌株（受体菌）传递遗传物质。有些性毛是RNA噬菌体的特异性吸附受体Microbiology

噬菌体（5）芽孢和其他休眠构造Microbiology

①芽孢的概念②细菌芽孢的特点③芽孢的结构④芽孢的形式与萌发⑤细菌的其他休眠构造①芽孢的概念Microbiology

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,spore）②细菌芽孢的特点Microbiology

特点之一：是细菌的休眠体，不具繁殖功能；芽孢的休眠能力很突出—常规条件下，保持几年至几十年不死亡；—文献记载，有芽孢休眠数百至数千年；

美国一块有2500-4000万年历史的琥珀，

从其内部蜜蜂的肠道中分离出有生命

力的芽孢。产芽孢细菌保藏菌种时多用芽孢Microbiology

特点之二：条件适宜时芽孢可

萌发，重新成为营养

细胞；Microbiology

特点之三：芽孢是生命世界中抗逆性最强的一种构造，在

抗热、抗化学药物和抗辐射等方面，十分突出。Clostridiumbotulin（肉毒梭菌）的芽孢在沸水中要经过5.0-9.5h才被杀死Bacillusmagaterium（巨大芽孢杆菌）芽孢的抗辐射能力比E.coli细胞强36倍。能否消灭芽孢是衡量各种消毒灭菌手段的最重要指标。Microbiology

常规加压蒸汽灭菌的条件：121℃，15min以上；115℃，30min以上。特点之四：观察方法Microbiology

在相差显微镜直接观察；芽孢染色在光学显微镜下观察；

特点之五：杆菌中能形成的种类较多，只有少数

的球菌和螺旋菌可形成芽孢。Microbiology

产芽孢的几个属：（Bacillus.sp）芽孢杆菌属（Clostridium.sp）梭状芽胞杆菌属（Sporosarcina.sp）芽孢八叠球菌属Microbiology

（Clostridium.sp）梭状芽胞杆菌属（Bacillus.sp）芽孢杆菌属（Sporosarcina.sp）芽孢八叠球菌属Microbiology

特点之六：芽孢的有无、形态、和着生位置是

细菌分类和鉴定中的重要形

态学指标。

③芽孢的结构Microbiology

芽孢是一个多层结构孢外壁:主要含脂蛋白,透性差孢外壁:主要含脂蛋白,透性差孢外壁:主要含脂蛋白,透性差芽孢衣:主要含疏水性角蛋白,抗酶解、抗药物，多价阳离子难通过皮层:主要含芽孢肽聚糖及DPA-Ca,体积大、渗透压高芽孢壁:含肽聚糖,可发展成新细胞的壁核心芽孢质膜:含磷脂、蛋白质，可发展成新细胞的膜芽孢质:含DPA-Ca、核糖体、RNA和酶类核区:含DNA芽孢芽孢囊：是产芽孢菌的营养细胞外壳产芽孢细菌Microbiology

④芽孢的形成和萌发Microbiology

（1）芽孢的形成（2）芽孢的萌发④芽孢的形成和萌发Microbiology

（1）芽孢的形成（2）芽孢的萌发

（1）芽孢的形成过程Microbiology

（6）芽孢形成（2）隔膜的形成（3）前芽孢的形成（4）皮层的形成（5）芽孢衣的形成（1）轴丝的形成

（1）芽孢的形成过程Microbiology

枯草芽孢杆菌的芽孢形成过程约8h,约有200多个基因参与

（2）芽孢的萌发Microbiology

活化（activation)出芽（germination)生长（outgrowth)在适宜条件下，芽孢几分钟内萌发，芽孢吸收水和营养物，体积膨大，皮层破裂，长出芽管发育成新的营养细胞，同时芽孢的特征消失。芽孢萌发的必要条件：

水

营养物

温度O2⑤细菌的其他休眠构造Microbiology

芽孢孢囊粘液孢子静息孢子细菌的休眠构造

孢囊（cyst）Microbiology

棕色固氮菌（Azotobatervinelandii）等一些固氮菌；在缺乏营养的条件下，整个营养细胞外壁加厚、细胞失水而形成的一种抗干旱但不抗热的圆形休眠体。粘液孢子：由粘细菌产生

（6）伴胞晶体（parasporalcrystal）Microbiology

少数芽孢杆菌，例如苏云金芽孢杆菌（Bacillusthuringiensis）在形成芽孢的同时，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。特点：不溶于水，易溶于碱性溶剂；对蛋白酶类不敏感。Microbiology

伴胞晶体对200多种昆虫尤其是鳞翅目的幼虫有毒杀作用，可将这类产伴胞晶体的细菌制成有利于环境保护的生物农药——细菌杀虫剂。

伴胞晶体Microbiology

鳞翅目幼虫吞食伴胞晶体在肠道迅速溶解（中肠pH为9.0-10.5）

释放出蛋白质原毒素亚基特异性结合于上皮细胞的蛋白受体上，膜上产生小孔，引起细胞膨胀、死亡，肠道穿孔碱性溶液、菌体和芽孢都

进入血液，昆虫换败血症死亡

2.细菌细胞的特殊构造Microbiology

（1）糖被（4）性毛（2）鞭毛（5）芽孢（3）菌毛（6）伴胞晶体

仅在部分细菌中才有的活在特殊环境条件下才形成的构造。（二）构造Microbiology

鞭毛菌毛性菌毛糖被芽孢细菌的一般构造细胞壁细胞膜细胞质核区细菌的特殊构造（三）细菌的繁殖Microbiology

裂殖芽殖二分裂三分裂复分裂繁殖方式（主要方式）

1.裂殖（fission）Microbiology

裂殖（fission）是指一个细胞通过分裂而形成两个子细胞的过程。横分裂：分裂时细胞间形成的隔膜与细胞

长轴呈垂直状态。纵分裂：分裂时细胞间形成的隔膜与细胞

长轴呈垂直状态。杆状细胞（主要方式）

(1)二分裂（binaryfission）Microbiology

对称的二分裂：一个细胞在其对称中心形成一

隔膜，进而分裂成两个形态、大

小和构造完全相同的子细胞。

不等的二分裂：分裂成两个在外形、构造上有

明显差别的子细胞。

二分裂

(2)三分裂（trinaryfission）Microbiology

部分细胞进行成对地“一分为三”方式的三分裂，形成一对“Y”型细胞，随后仍进行二分裂。形成松散、不规则、三维结构并由细胞链组成的网状体。

(3)复分裂（multiplefission）例如蛭弧菌，在宿主细胞内生长时，会形成不规则的盘曲的长细胞，然后细胞多处同时发生均等长度的分裂，形成多个弧形子细胞。2.芽殖（budding）Microbiology

在母细胞表面先形成一个小突起，待其长大到与母细胞相仿后再相互分离并独立生活的一种繁殖方式。二、细菌的群体形态Microbiology

（一）在固体培养基上（内）的群体形态

（二）在半固体培养基上（内）的群体形态

（三）在液体培养基上（内）的群体形态（一）在固体培养基上（内）的群体形态Microbiology

1.菌落（colony）2.纯种细胞群或克隆（clone）3.菌苔（bacteriallawn）

1.菌落（colony）Microbiology

指在固体培养基上（内）以母细胞为中心的一堆肉眼可见、有一定形态结构的子细胞团

2.纯种细胞群或克隆（clone）Microbiology

如果菌落是由一个单细胞发展而来，则它就是一个纯种的细胞群或克隆

3.菌苔（bacteriallawn）Microbiology

把大量分散的纯种细胞密集地接种在固体培养基上，长出的大量“菌落”互相连成一片。Microbiology

一般呈现为湿润、粘稠、较光滑、较透明、易挑取（菌体和基质结合不紧密）、质地均匀、菌落正反面或边缘与中央部位