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第二章 微生物的形态与分类原核生物 prokaryotes真核微生物 eukaryotic microorganisms非细胞微生物 acellular microorganisms 主要内容：形态与大小，细胞结构与功能， 繁殖方式与生活史，分类等第一节 细菌 Bacteria原核生物 Prokaryotes 指一大类细胞核无核膜包裹，只有称作为核区（nuclear region）的裸露DNA的原始单细胞生物。包括：真细菌 eubacteria 古细菌 archaea细菌是一类细胞细而短、结构简单、细胞壁坚韧、以二等分裂方式繁殖和水生性较强的原核微生物。 在分类学上，细菌属于原核生物界（Procaryotae）,细菌门(Bacteriophyta)，真细菌纲(Eubacteriae)，真细菌亚纲(Eubacteria) 一. 细菌的形态与大小1、细菌的细胞形态基本形态 球菌 coccus 杆菌 bacillus 螺旋菌 spirilla 球菌的种类杆菌的种类螺旋菌的种类 弧 菌 Vibrio 螺旋菌 Spirilla（螺旋体 Spirochaeta）coccusbacillusvibrio细菌的异常形态： 由于环境条件或菌龄引起的不规则的形态，如细胞膨大、或出现梨形、或产生分支、或细胞拉长 等。 畸形：由于化学的或物理的因素的刺激，阻碍了细胞的发育而引起的异常形态。 衰颓形：由于培养时间过长，细胞衰老，营养缺乏，代谢排泄物浓度积累过高使细胞衰老而引起的异常形态。 巴氏醋酸杆菌的畸形 乳酪杆菌的衰颓形 2、细菌细胞的大小 用mm表示大小球菌：f0.21.5mm杆菌：宽长 小型：0.20.40.71.5 mm 中型：0.51.02.03.0 mm 大型：1.01.53.08.0 mm螺旋菌：宽长 0.31.0150 mm3测定方法： 测微尺测定，投影或照相测定影响大小测定的因素 测定方法 菌龄（主要影响长度）细胞的干重：10-12 10-13g个 二.细菌细胞的构造 一般构造：为所有的细菌细胞所共有，一般为生命所必需。 细胞壁、细胞膜、类核、 间体、细胞质、核糖体、颗粒状内含物 特殊构造：只存在于某些细菌、甚至是某特定的生理阶段，赋予细胞特殊功能、一般为生命非必需。 鞭毛、伞毛、纤毛、荚膜、芽孢（一）一般构造 1. 细胞壁 cell wall （1）定义：细胞壁是位于细胞表面、内侧紧贴细胞膜的一层较为坚韧、略具弹性的结构 （2）生理功能固定细胞外形保护细胞免受机械和渗透压等外力的损伤为鞭毛运动提供支点对大分子物质的屏障作用赋予细菌特定的抗原性、致病性以及对抗生素和噬菌体的敏感性（3）化学组成 肽聚糖、磷壁酸、类脂质（脂多糖、脂蛋白、磷脂）及蛋白质等肽聚糖(peptidoglycan) 双糖单位 N-乙酰葡糖胺(NAG) N-乙酰胞壁酸(NAM) 四肽尾 肽桥S. aureusS. aureus磷壁酸 teichoic acid G+ 细胞壁特有的一种酸性多糖 主要种类 甘油磷壁酸、核糖醇磷壁酸 脂多糖（lipopolysaccharide ， LPS ） G- 细菌细胞壁特有的类脂多糖物质结构复杂 类脂A：2个N-乙酰葡糖胺 5个长链脂肪酸LPS 核心多糖： O特异侧链：（4）细胞壁的结构G+细胞壁：一层，10-50(20-80)nm，含90%的肽聚糖和10%的磷壁酸G-细胞壁：2层 内壁层：2-3nm，肽聚糖 外壁层/外膜：8-10nm，由脂多糖、磷脂和外膜蛋白构成周质空间(periplasmic space)成分占细胞壁干重的%G+细菌G-细菌肽聚糖含量很高(3095)含量很低(520)磷壁酸含量较高(50)0类脂质一般无(2)含量较高(约20)蛋白质0含量较高G+ 与G-细菌细胞壁成分的比较（5）原生质体及球形体 原生质体 Protoplast 细菌被完全除去细胞壁后所剩下的部分。 球形体/原生质球 Spheroplast 细菌被部分除去细胞壁后所剩下的部分。 制备方法：溶菌酶(lysozyme)处理2. 细胞膜：(cell membrance) 定义：是一层紧贴在细胞壁内侧，包围着细胞质的柔软、脆弱、富有弹性半透性薄膜。厚度78nm 功能选择透性维持细胞内正常渗透压的屏障在细胞的呼吸过程中起关键作用与细胞膜、细胞壁及荚膜的合成有关鞭毛基体的着生部位和旋转的供能部位 化学组成磷脂(20-30%) 蛋白质(50 70%)少量糖蛋白、糖脂(约2%) 磷脂：磷脂酰胆碱 磷脂酰丝氨酸 磷脂酰乙醇胺等 膜蛋白：外周蛋白peripheral protein 整合蛋白integral protein结构：液态镶嵌模型 fluid mosaic model液态镶嵌模型 fluid mosaic model要点：由两层磷脂分子构成膜的骨架，亲水的极性端朝外，疏水的非极性端朝内；膜蛋白可以结合在膜的表面，也可以由外侧伸入膜的内部，或贯穿整个膜； 膜具有亲水小孔，由整合蛋白贯穿膜而构成； 膜具有流动性，包括蛋白质的横向流动，脂类的横向流动及翻斤头式的纵向运动； 膜的外表面结合有树杈状的多糖链-糖脂3. 间体 mesosome：定义：由细胞膜内陷而成的层状、管状或囊状结构。是特化的CM，多见于G+细菌化学组成与结构 与细胞膜相同生理功能产生能量的基地向细胞外分泌消化酶与细胞横隔的合成有关 4. 核质体nuclear body, 拟核nucleoid(1)位置：核质体是原核生物所特有的无核膜包裹、无固定形态的原始细胞核。(2)化学组成：DNA(3)结构：环状、高度折叠缠绕的“超线圈”结构的DNA。即一条染色体。 E.coli 基因组4.64Mb，由4300个基因组成（1997） B. subtilis 基因组4.21Mb，4100个基因（1997）(4)生理功能：贮存和传递遗传信息；细胞的控制中心。 每个细胞中一般有12个核质体，在生长迅速的细胞中也会有24个 核质体 (Nucleoid)5. 质粒 plasmid：游离于原核生物核基因组以外，具有独立复制能力的小型供价闭合环状的DNA分子结构：circular covalently closed DNA( cccDNA)，3000-15000bp， MW 2 100106d。 生理功能： （各种质粒功能不一） 如：F质粒 致育性 R质粒 抗药性 Col质粒 大肠杆菌素合成质粒DNA分子质粒的特点 并非细菌生活必需 可通过物理或化学因子处理从细胞中除去 只能从有质粒的细胞中获得6. 细胞质和内含物（1）细胞质cytoplasm： 是细胞质膜包围的除核质体以外的一切半透明、胶体状、颗粒状物质的总称。 主要组成：水、核糖体、贮藏物、酶类、中间代谢产物、质粒、各种营养物质和大分子单体 功能: 为细胞进行新陈代谢提供内在环境（2）细胞内含物核糖体 ribosome 分散在细胞质中的沉降系数为70s、由RNA和蛋白质组成的颗粒状结构。 功能：合成蛋白质的场所 贮藏物 主要是一些不同化学成分积累而成的不溶性沉淀颗粒。 功能：储存营养物质碳源及能源类 多糖类：淀粉粒、肝糖粒 类脂： 聚-羟丁酸(PHB)粒、脂肪粒 硫粒：细胞中的硫粒氮源类藻青素：由含精氨酸和天冬氨酸残基的分支多肽构成，蓝细菌 磷源类 异染颗粒： 是无机偏磷酸的聚合物（二）细菌的特殊构造1、鞭毛 flagellum，flagella（1）定义：生长在某些细菌（运动细菌）体表面的长丝状、波曲的蛋白质性质的附属物。（2）着生情况菌种着生类型偏端单生 monopolar monotrichous两端单生bipolar monotrichous偏端丛生 lophotrichous两端丛生amphitrichous周生 peritrichousflagellaflagella生理功能： 细菌的运动器官 观察： 直接法：染色后显微镜下观察 电镜观察 间接法：观察细菌运动情况 如 悬滴法、半固体穿刺培养法, 半固体点种培养法， 化学组成： 鞭毛蛋白组成结构：G+菌和G-细菌不同 E. coli 鞭毛的结构: 鞭毛丝 10-20nm15-20mm 鞭毛钩 基体 L 环:包埋在CW的外壁层中 P环:包埋在CW的内壁层中 S环:位于CM表面 M环:位于CM中或恰好居于CM下 G+菌仅有S环和M环 2. 伞毛/菌毛 fimbria, 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。直径3-10nm，250-300条/细胞化学组成： 菌毛蛋白pilin 结构： 着生于细胞膜上，穿过细胞壁后伸展于体表。3 10100 5000nm。功能：使菌体附着于物体表面3、 (性)纤毛 （Sex-pili, F-pili，pili）由F质粒DNA编码，存在于具有F质粒的E.coli的表面，每个细胞1至几根。是中空管状物，是细菌接合时DNA转移的通道。fimbriapilus细菌细胞附属物 appendages 鞭毛：flagella 伞毛： fimbrae 性纤毛：sex-pili 4. 糖被glycocalyx（1）包被于某些细菌细胞壁外的一层厚度不定的胶状物质。（2）类型： 大荚膜 macrocapsule/ capsule 微荚膜 microcapsule 粘液层 slime layer 菌胶团 zoogloea （3）化学组成： 水、多糖和/或多肽（4）功能： 细胞外的营养储存 保护细胞免受干燥的影响 增加病原菌的致病力等 堆积废物（5）光滑型菌落、粗糙型菌落（6）注（7）利用与危害 dextran, xanthan gum5、芽孢 endospore/ spore （1）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，壁厚、含水量极低、抗逆性极强的休眠体。（2）着生情况： 菌种 在细胞中的位置 形状 大小 芽孢（3）特点组成特点: 含水量低 含吡啶2,6-羧酸(DPA)结构特点: 具有厚而致密的孢子外层 折光性强，不易着色生理特点: 代谢活动极弱或基本停止 对热、辐射及化学物质具有较强抗性（4）芽孢的构造孢外壁/芽孢壳spore coat：主要含脂蛋白芽孢衣/外膜outer membrane ：主要含疏水性角蛋白皮层cortex:主要含芽孢肽聚糖及DPA-Ca芽孢壁spore wall:含肽聚糖芽孢膜spore membrane:含磷脂、蛋白质芽孢质:含DPA-Ca,核糖体,RNA核区/核质体nuclear body:含DNA（5）芽孢的形成DNA浓缩-形成轴丝细胞膜内陷成芽孢膜-形成前孢子细胞膜反向包裹前孢子-形成外膜二层膜间充填肽聚糖，合成DPA -形成皮层合成芽孢壁及芽孢壳芽孢囊裂解，芽孢游离外出（6）芽孢的萌发(germination) 由休眠体转变成营养细胞的过程 三个阶段: 活化、 出芽、 生长 萌发的标志： 芽孢的折光性丧失、对染料的亲和性增加、对热的抗性明显下降。成熟芽孢 吸水膨胀 芽孢发芽 细胞释放（7）芽孢的耐热机制渗透调节皮层膨胀学说 osmoregulatory expanded cortex theory 芽孢的耐热性在于芽孢衣对多价阳离子和水分的透性很差以及皮层的离子强度很高，使皮层产生了极高的渗透压去夺取核心中的水分,造成皮层的充分膨胀和核心的高度失水，失水的核心赋予芽孢极强的耐热性。皮层中的DPA-Ca稳定芽孢中的大分子，增强芽孢的耐热性（8）研究芽孢的意义菌种的分类鉴定的重要形态学指标提高菌种筛选效率有利于菌种长期保藏衡量各种灭菌手段效果的指标（9）伴孢晶体（parasporal crystal）少数芽孢杆菌芽孢囊内与芽孢相伴而形成的一颗菱形、方形或不规则形的碱溶性蛋白晶体。即d内毒素。用途: 生物农药，它对鳞翅目等的昆虫有毒杀作用。（10）注意细菌形成芽孢不是繁殖形成芽孢是细菌的自我保护三、细菌的繁殖方式和培养特征（一）细菌的繁殖1、无性繁殖 裂殖fission：一个细胞通过分裂而形成两个子细胞的过程二分裂 binary fission： 同形裂殖：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 异形裂殖细菌的繁殖过程过程： 菌体伸长，核质体分裂 横隔膜及横隔壁形成 子细胞分离球菌的分裂面及子代的排列2、细菌的有性接合 E.coli 的性别分化 F+菌株（雄性菌株） F- 菌株（雌性菌株） 接合过程：2. 细菌的培养特征 菌落colony 由一个或少数几个细胞在固体培养基表面上繁殖而形成的肉眼可见的子细胞的群体。 克隆clone 菌落形态包括 大小、形状、光泽、颜色、透明度、 硬度等。细菌的菌落特征菌苔 lawn 在斜面培养基上划线接种细菌后经培养而形成的肉眼可见的子细胞群体。 菌苔形态包括 生长程度、形状、光泽、颜色、透明度等。其它培养特征 半固体穿刺培养特征 明胶培养基培养特征 液体培养特征四. 细菌的分类 分类依据 目前多用经典分类法，分类依据以生理生化特征为主，以形态特征为辅。 鉴定实例 （自学5558） 菌种纯度检查 镜检和革染氏染色 芽孢染色观察 部分生理试验分类系统 伯捷氏鉴定细菌学手册 Bergeys Manual