2020年(生物科技行业)微生物学

生物科技行业）微生物学微生物学第一章绪言一、 微生物概述1、 什么是微生物微生物（microbe，microorganism）通常是描述一切不借助显微镜用肉眼看不见的微小生物。这类微生物包括病毒、细菌、古菌、真菌、原生动物和某些藻类。微生物是指大量的、极其多样的、不借助显微镜看不见的微小生物类群的总称。 因此，微生物通常包括病毒、亚病毒（类病毒、拟病毒、朊病毒）、具原核细胞结构的真细菌、古生菌以及具真核细胞结构的真菌（酵母、霉菌、蕈菌等）、原生动物和单细胞藻类，它们的大小和特征见表1.1所示。但是有些例外，如许多真菌的子实体、蘑菇等常肉眼可见；相同的，某些藻类能生长几米长。一般来说微生物可以认为是相当简单的生物，大多数的细菌、原生动物、某些藻类和真菌是单细胞的微生物，即使为多细胞的微生物，也没有许多的细胞类型。病毒甚至没有细胞，只有蛋白质外壳包围着的遗传物质，且不能独立存活。表1.1微生物形态、大小和细胞类型微生物大小近似值细胞的特性

微生物大小近似值细胞的特性病毒0.01~0.25m非细胞的细菌0.1~10m原核生物真菌2m~1m真核生物原生动物2~1000m真核生物藻类1米~几米真核生物2、 生物中哪些是微生物非细胞生物细胞生物生动物原核生物 真细菌、古细菌非细胞生物细胞生物生动物真核生物 真菌、单细胞藻类、原病毒、亚病毒3、 微生物的特点a个体微小，结构简单在形态上，个体微小，肉眼看不见，需用显微镜观察，细胞大小以微米和纳米计量。

b繁殖快生长繁殖快，在实验室培养条件下细菌几十分钟至几小时可以繁殖一代。c代谢类型多，活性强。d分布广泛有高等生物的地方均有微生物生活，动植物不能生活的极端环境也有微生物存在。e数量多在局部环境中数量众多，如每克土壤含微生物几千万至几亿个。f易变异相对于高等生物而言，较容易发生变异。在所有生物类群中，已知微生物种类的数量仅次于被子植物和昆虫。微生物种内的遗传多样性非常丰富。所以微生物是很好的研究对象，具有广泛的用途。二、 微生物学的重要性微生物与人类生活所有方面紧密联系，下面仅列出几个：1、 环境（生物微生物在碳循环、氮循环和磷循环（地球化学循环）（生物成分。它们可与植物相连系存在共生的关系，维持土壤肥力和环境中有毒化合物的清洁剂除污）。某些微生物是破坏植物的病原菌，它们毁灭重要的作物，但是，也可有另外的作用，即它们是针对这些疾病的生物防治剂。2、 医药某些微生物可引起众所周知的疾病如：天花 （天花病毒）、霍乱（霍乱弧菌；细菌）和疟疾（疟原虫属，原生动物）。但是，微生物也能向我们提供抗生素）和其他的医学上的重要药物，通过此种方式控制它们。3、 食品微生物在生产食品的许多加工业中已被应用了几千年，从酿造、酒的酿制、干酪和面包制作到酿造酱油；害处方面，微生物引起食品酸败和常由于携带在食品上的微生物而引起疾病。4、 生物工程传统的微生物已被用于合成许多重要的化合物，如丙酮、醋酸。最近，遗传工程技术的进步已经引导可在微生物中克隆药用的重要多肽，然后，可以大规模的生产。5、 科学研究微生物由于比其更复杂的动物和植物更容易操作，已被广泛用作模式生物去研究生物化学和遗传学的过程。几百万个同样的、单细胞的拷贝，能以大量、非常快速而且低值获得均质的实验材料。另外的益处是大多数人对用这些微生物进行实验没有种族上的异议。三、 微生物学的研究内容与成就1、 微生物学的基本内容微生物学是研究微生物生命活动规律的学科。它的基本内容是：①微生物细胞的结构和功能，研究细胞的构建及其能量、物质、信息的运转；②微生物的进化和多样性，研究微生物的种类，它们之间的相似性和区别，以及微生物的起源；③生态学规律，研究不同微生物之间以及它们同环境之间的相互作用；④微生物同人类的关系。2、 微生物学的发展史17世纪中叶荷兰人吕文虎克(AntonivanLeeuwenhoek)用自制的简单显微镜观察并发现了许多微生物。一大批研究者在19世纪下半叶推动了微生物学研究的蓬勃发展，其中贡献最突出的有巴斯德、科赫、贝耶林克和维诺格拉德斯基。微生物学的一套基本技术在19世纪后期均已完善，包括显微术、灭菌方法、加压灭菌器(Chamberland，1884)、纯培养技术、革兰氏染色法(Gram，1884)、培养皿(Petri，1887)和琼脂作凝固剂等。20世纪上半叶微生物学事业欣欣向荣。微生物学沿着两个方向发展，即应用微生物学和基础微生物学。在应用方面，对人类疾病和躯体防御机能的研究，促进了医学微生物学和免疫学的发展。青霉素的发现(贝mmn9，1929)和瓦克斯曼(Waksman)对土壤中放线菌的研究成果导致了抗生素科学的出现，这是工业微生物学的一个重要领域。环境微生物学在土壤微生物学研究的基础上发展起来。微生物在农业中的应用使农业微生物学和兽医微生物学等也成为重要的应用学科。应用成果不断涌现，促进了基础研究的深入，于是细菌和其它微生物的分类系统在20世纪初中叶出现了，对细胞化学结构和酶及其功能的研究发展了微生物生理学和生物化学。微生物遗传与变异的研究导致了微生物遗传学的诞生。微生物生态学在20世纪60年代也形成一个独立的学科。20世纪80年代以来，在分子水平上对微生物的研究迅速发展，分子微生物学应运而生：在短短的时间内取得了一系列进展，并出现了一些新的概念，较突出的有，生物多样性、进化、三原界学说；细菌染色体结构和全基因组测序；细菌基因表达的整体调控和对环境变化的适应机制；细菌的发育及其分子机理；细菌细胞之间和细菌同动植物之间的信号传递；分子技术在微生物原位研究中的应用。经历约150年成长起来的微生物学，在2l世纪将作为统一生物学的重要内容而继续向前发展，其中两个活跃的前沿领域将是分子微生物遗传学和分子微生物生态学。四、 微生物学的应用前景继续采用微生物作为生命科学的研究材料。微生物生产与动植物生产并列为生物产业的三大支柱。在工业中许多产品利用微生物来生产，如各种生物活性物质 （抗生素等）、化工原料（酒精等）。微生物在农业生产中也有着多方面的作用。微生物在食品加工中有广泛用途，发酵食品和许多调味品都离不开微生物。微生物是消除污染、净化环境的重要手段。在新兴的生物技术产业中，微生物的作用更是不可替代。作为基因工程的外源DNA载体，不是微生物本身（如噬菌体），就是微生物细胞中的质粒；被用作切割与拼接基因的工具酶，绝大多数来自各种微生物。由于微生物生长繁殖快、培养条件较简易，当今大量的基因工程产品主要是以微生物作为受体而进行生产，尤其是大肠杆菌、枯草芽胞杆菌和酿酒醉母。借助微生物发酵法，人们已能生产外源蛋白质药物 （如人胰岛素和干扰素等）。尽管基因工程所采用的外源基因可以来自动植物，但由于微生物生理代谢类型的多样性，它们是最丰富的外源基因供体。与高等动植物相比，已知微生物种类只是估计存在数量的很小一部分。哺乳动物和鸟类的物种几乎全部为人们所掌握，被子植物已知种类达93%，但细菌已知种数仅为估计数的12%，真菌为5%，病毒为4%（Bull，1992）。目前研究的也只是已知种类的很少一部分。根据SCI（sciencecitationindex）资料，1991—1997发表的微生物学文献大量集中在8个属，尤其是埃希氏杆菌，其中大肠杆菌又占主要部分（Galvez等，1998）。可以想像，既然对少数已知微生物的研究就已为人类作出了重要贡献，通过对多样性微生物的开发必然会为社会带来巨大利益。微生物学事业方兴未艾。微生物基因组学研究将全面展开，以微生物之间、微生物与其他生物、微生物与环境的相互作用为主要内容的微生物生态学、环境微生物学、细胞微生物学将基因组信息在基础上获得长足发展。第二章微生物的形态第一节原核生物和真核生物细胞细胞：是生命活动的基本单位，构成生物体最基本的结构和功能单位，由膜包围的能进行独立繁殖的最小原生质团。一切有机体都是由细胞构成，细胞是构成有机体的基本单位。细胞具有独立的、有序的自控代谢体系，细胞是代谢与功能的基本单位。没有细胞就没有完整的生命。原生质：是指细胞的全部活物质，包括细胞膜、细胞核、细胞质。细胞质：是指除核以外，质膜以内的原生质。二、 原核细胞和真核细胞的区别1、 原核生物和真核生物原核生物和真核生物细胞之间有许多差别。真核生物的主要特征是有细胞核和如线粒体、叶绿体的细胞器及复杂的内膜系统。病毒属于非细胞类，细菌属于原核生物，所有其他微生物属于真核生物。2、 原核细胞和真核细胞的区别核、核膜、染色体原核生物细胞没有核膜，有一个明显的核区，这个核区上集中了它的主要遗传物质，由一条与类组蛋白相联系的双链DNA构成的染色体组成。真核生物细胞则是由一条或一条以上的双链DNA与组蛋白等结合成的染色体，并由核膜包围。代谢场所原核细胞没有独立的内膜系统，与代谢有关的酶如呼吸酶合成酶等位于细胞膜上，因此它的能量代谢在质膜上进行。真核细胞不仅有独立的内膜系统，还有细胞骨架，呼吸酶在线粒体中，有专用的细胞器来完成各项生理功能，如线粒体、叶绿体。核糖体的大小和分布原核细胞的核糖体大小为70S，常以游离状态或多聚体状态分布于细胞质中。真核细胞的核糖体大小为80S，可以游离状态存在于细胞结合于内质网上。线粒体和叶绿体内有各自在结构上特殊的核糖体。表2.1原核生物和真核生物遗传的和细胞组装上的主要差别原核生物真核生物遗传物质和复制的组装DNA在细胞质中游离DNA在膜包围的核中，只有一个核仁只有一个染色体多于一个染色体，每个染色体是双拷贝（双倍体）DNA与类组蛋白连系DNA与组蛋白连系

含有染色体外的遗传物质，称为质粒只在酵母中发现质粒在mRNA中没有发现内含子所有基因中都发现内含子细胞分裂以二等分裂方式，只有无性繁殖细胞分裂为有丝分裂遗传信息传递可通过接合、转导、转化发生遗传信息交换发生在有性繁殖过程，减数分裂导致产生单倍体细胞（配子），它们能融合。细胞的组装质膜含有hopanoids、脂多糖和磷壁酸质膜含有固醇能量代谢与细胞质膜连系多数情况在线粒体中发生光合作用与细胞质中膜系统和泡囊连系藻类和植物细胞中存在叶绿体蛋白质合成和寻靶作用与内膜、粗糙内质网膜和高尔基体相连系有膜的泡囊如溶酶体和过氧化物酶体有微管骨架存在由一根蛋白鞭毛丝构成鞭毛鞭毛有9+2微管排列的复杂结构核糖体——70S核糖体——80S（线粒体和叶绿体的核糖体是70S）肽聚糖的细胞壁（只有真细菌有，古细菌中是不同的多聚体）多糖的细胞壁，一般或者是纤维素或者是几丁质第二节原核生物I、细菌一、 细菌的形状和大小1、 细菌的基本形态基本外形球状——球菌杆状——杆菌螺旋状——螺旋菌性状简介a球菌细胞呈球状或椭圆形。根据这些细胞分裂产生的新细胞所保持的一定空间排列方式有以下几种情形：见图2-1单球菌——尿素微球菌（图2-1-1）双球菌——肺炎双球菌（图2-1-2）链球菌——溶血链球菌（图2-1-3）四联球菌——四联微球菌（图2-1-4)八叠球菌——尿素八叠球菌（图2-1-5）

葡萄球菌——金黄色葡萄球菌（图2-1-6）b杆菌9为溶杆菌细胞呈杆状或圆柱形。图2.1中B的7为长杆菌和短杆菌，89为溶c螺旋菌细胞呈弯曲杆状的细菌统称为螺旋菌。弧菌偏端单生鞭毛或丛生鞭毛（图2-1-10）螺旋菌两端都有鞭毛（图2-1-11）2、 细菌的大小细菌大小的度量单位：以m为单位。细菌大小的表示：球菌一般以直径来表示。杆菌和螺旋菌则以长和宽来表示。如12.5m细菌大小的测定：在显微镜下使用显微测微尺测定。细菌的细胞构造图2・2细菌细胞结构示意图1、 细胞壁概念细胞壁(cellwall)是细胞质膜外面具有一定硬度和韧性的壁套，使细胞保持一定形状，保障其在不同渗透压条件下生长，即使在不良环境中也能防止胞溶作用。真细菌的细胞壁由肽聚糖构成，而古细菌细胞壁组成物质极为多样，从类似肽聚糖的物质、假肽聚糖，到多糖、蛋白质和糖蛋白。真细菌细胞壁由肤聚糖构成，肤聚糖是N-乙酰氨基葡萄糖(NAG)和带有交替排列的D-型或L-型氨基酸侧链的N-乙酰胞壁酸(NAM)的多聚体。它是高度的交联的分子，使得细胞具有刚性、强度和保护细胞抵抗渗透压的裂解。肽聚糖有许多独特的特性，如 D-型氨基酸，它可作为抗生素攻击肽聚糖的靶目标(抗生素通过抑制或干扰肽聚糖合成而使细胞壁缺损 )。革兰氏阳性细菌细胞还含有磷壁酸。功能细菌细胞壁的生理功能有：保护原生质体免受渗透压引起破裂的作用；维持细菌的细胞形态(可用溶菌酶处理不同形态的细菌细胞壁后，菌体均呈现圆形得到证明)；细胞壁是多孔结构的分子筛，阻挡某些分子进入和保留蛋白质在间质 (革兰氏阴性菌细胞壁和细胞质之间的区域)；细胞壁为鞭毛提供支点，使鞭毛运动。

革兰氏染色革兰氏染色根据1884年革兰姆·克里斯琴（ChristianGram）发明的染色反应，真细菌常常分成两类。对染色步骤反应的差别是由于两类细菌的细胞外膜结构。革兰氏阳性细菌有单一的膜称作细胞膜（或原生质膜），周围被厚的肽聚糖层包围（20—80nm）。革兰氏阴性细菌只有一薄层肽聚糖（1—3nm），但是在肽聚糖层外边，仍有另一层的外膜，作为另外的屏障（图2.3）。色步骤如下：固定过的细胞用暗染色例如结晶紫染色，接着加碘液媒染，细菌细胞壁内由于染色形成结晶紫与碘的复合物。随后加酒精从薄的细胞壁中洗出结晶紫与碘暗染色的复合物，但是结晶紫—碘复合物不能从厚的细胞壁中洗出。最后，用较浅的石炭酸复红复染。加石炭酸复红染色，使脱色的细胞呈粉红色，但在暗染色的细胞中没有看到粉红色，仍保持第一次的染色结果。保持原来染色 （厚的细胞壁）的细胞称作革兰氏阳性，在光学显微镜下呈现蓝紫色。脱色的细胞（薄的细胞壁和外膜）称作革兰氏阴性，染成粉红色或淡紫色。表2.2革兰氏染色程序和结果iviv化步骤方法步骤方法结果阳性(G+)阴性(G-)初染结晶紫30s紫色紫色媒染剂碘液30s仍为紫色仍为紫色脱色95%乙醇10—20s保持紫色脱去紫色复染蕃红(或复红)30—60s仍显紫色红色结构a革兰氏阳性细菌革兰氏阳性细菌细胞壁具有较厚(30-40nm)而致密的肽聚糖层，多达20层，占细胞壁的成分60-90%，它同细胞膜的外层紧密相连(见图2.4)。有的革兰氏阳性细菌细胞壁中含有磷壁酸(teichoi-acid),也即胞壁质(murein)。多糖。b革兰氏阴性细菌外膜革兰氏阴性细菌特殊的是外膜上含有许多独特的结构(见图示 2.5)，如把外膜与肽聚糖层连接起来的布朗(Braun's)脂蛋白，使营养物被动运输通过膜的［膜］孔蛋白和起保护细胞作用的脂多糖(LPS)。脂多糖也称为内毒素，对哺乳动物有高度毒性。G-细菌细胞壁外膜的基本成分是脂多糖，此外还有磷脂、多糖、和蛋白质。外膜被分为脂多糖层（外）、磷脂层（中）、脂蛋白层（内）肽聚糖层G-细菌细胞壁肽聚糖层很薄，约有2-3nm厚。它与外膜的脂蛋白层相连。周质空间周质空间（periplasmicspace，即壁膜间隙）是革兰氏阴性细菌细胞膜与外膜两膜之间的一个透明的区域（见图2.3）。它含有与营养物运输和营养物进入有关的蛋白质，有：营养物进入细胞的蛋白；营养物运输的酶，如蛋白 ［水解］酶；细胞防御有毒化合物，如破坏青霉素的-内酰胺酶。革兰氏阳性细菌以上这些酶常分泌到胞外周围，革兰氏阴性细菌则依靠它的外膜，保持这些酶与菌的紧密结合。vG+与G－菌的细胞壁的特征比较表2.3两类细胞壁的特征比较特征G+细菌G-细菌肽聚糖层厚层薄类脂极少脂多糖外膜缺有壁质间隙很薄较厚细胞状态僵硬僵硬或柔韧酸消化的效果原生质体原生质球对染料和抗生素的敏感性很敏感中度敏感2、 细胞膜与中间体概念细胞质膜(cytoplasmicmembrane)，简称质膜(plasmamembrane)，是围绕细胞质外的双层膜结构，使细胞具有选择吸收性能，控制物质的吸收与排放，也是许多生化反应的重要部位。原生质膜是一个磷脂双分子层，其中埋藏着与物质运输、能量代谢和信号接收有关的整合蛋白。另外，有通过电荷相互作用，疏松附着于膜的外周蛋白。膜中的脂类和蛋白质互相相对运动。成分与结构原生质膜(细胞膜)埋藏在磷脂双分子层中的是有各种功能的蛋白 (图2.6)，包括转运蛋白、能量代谢中的蛋白和能够对化学刺激检测和反应的受体蛋白。整合蛋白(integral)是完全地与膜连接而且贯穿全膜的蛋白，所以这些蛋白在此区域中有疏水性氨基酸埋藏在脂中。外周蛋白(peripheralproreins)是由于磷脂带正电荷极性头，只是通过电荷作用与膜松散连接的一类，用盐溶液洗涤可以从纯化的膜上除去。脂类和蛋白质均在运动，而且是彼此之间相对运动。这就是被广泛接受的称作液态镶嵌模式的细胞膜结构模型。在膜中磷脂以双脂双分子层细胞膜由含有亲水区域的和疏水区域的两亲性分子磷脂组成。在膜中磷脂以双分子层排列，极性头部亲水区指向膜的外表面，而其疏水区脂肪酸的尾部指向膜的内层。结果，膜对于大分子或电荷高的分子成为一膜对于大分子或电荷高的分子成为一个选择渗透屏障，它们不易通过磷脂双分子的疏水性内层。功能细胞质膜的生理功能有:维持渗透压的梯度和溶质的转移。细胞质膜是半渗透膜，具有选择性的渗透作用，能阻止高分子通过，并选择性地逆浓度梯度吸收某些低分子进入细胞。由于膜有极性，膜上有各种与渗透有关的酶，还可使两种结构相类似的糖进入细胞的比例不同，吸收某些分子，排出某些分子；细胞质膜上有合成细胞壁和形成横隔膜组分的酶，故在膜的外表面合成细胞壁；膜内陷形成的中间体（相当于高等植物的粒线体）含有细胞色素，参与呼吸作用。中间体与染色体的分离和细胞分裂有关，还为DNA提供附着点；细胞质膜上有琥珀酸脱氢酶、NADH脱氢酶、细胞色素氧化酶、电子传递系统、氧化磷酸化酶及腺昔三磷酸酶(ATPase)。在细胞质膜上进行物质代谢和能量代谢；细胞质膜上有鞭毛基粒，鞭毛由此长出，即为鞭毛提供附着点。内膜结构间体(mesosome)是从质膜向内伸展的细胞质中主要单位膜结构，常常同核质相联系，位于细胞分裂处。间体的功能可能参与呼吸作用、同DNA的复制和细胞的分裂有关。载色体(chromatophore)也称为色素体，是光合细菌进行光合作用的部位，由单层的与细胞膜相连的内膜所围绕，主要化学成分是蛋白质和脂类。它们含有菌绿素、胡萝卜素等色素以及光合磷酸化所需的酶系和电子传递体。在绿硫菌科和红硫菌科中存在。羧酶体(carboxysome)又称为多角体，是自养细菌所特有的内膜结构，可能是固定CO2场所。类囊体(thylakoid)由单位膜组成，含有叶绿素、胡萝卜素等光合色素和有关酶类，在蓝细菌中为其进行光合作用的场所。3、 细胞质及其内含物概念细胞质：是指除核以外，质膜以内的原生质。细胞质的主要成分细菌细胞质是含水的、含有细胞功能所需的各种分子、RNA和蛋白质的混合物。对所有的细菌都是一样的，细胞质中的主要结构是核糖体。核糖体核糖体由一个小的亚基和一个大的亚基组成，核糖体的亚基是由蛋白质和RNAs组成的复合物，是细胞中合成蛋白质的场所。原核细胞中的核糖体，尽管在形状上和功能上与真核细胞相似，但是组建核糖体亚基的蛋白质和RNAs性质上有差别。古细菌的核糖体与真细菌的核糖体(70S)同样大小，但是对于白喉毒素和某些抗生素的敏感性却不同，而与真核生物的核糖体相似。业已证明抗生素对人类是非常有用的，因为抑制细菌蛋白质合成的抗生素，对真核生物蛋白质合成无效果，这样就有了选择毒性。内含体某些细菌含有与特殊功能相连系的结构，称作内含体(inclusionbodies)它常常在光学显微镜下观察到。这些颗粒常是储存物，可以与膜结合，例如 聚--经丁酸盐(PHB)颗粒；细胞质中发现的分散颗粒如多聚磷酸盐颗粒(也称为异染粒)。某些细菌中也能看到脂肪滴。一个有趣的内含体是在蓝细菌(蓝绿藻)和生活在水环境中的其他光合细菌内发现的 气泡，在细胞内四周排列的由蛋白质构成的气泡提供浮力，使得细菌漂浮靠近水的表面。详情见表2.4表2.4细菌细胞质中的内含物

内含物存在于组成功能；非单位膜被包裹的聚-经基丁酸许多细菌主要是PHB贮备碳和能源硫滴H2S氧化细菌和紫硫光合细菌液状硫能源气泡许多水生细菌罗纹蛋白膜浮力羧基化体自养细菌CO2固定酶固定CO2的部位绿色体绿色光合细菌类脂、蛋白、菌绿素捕光中心碳氢内含物许多利用碳氢化合物的细菌包裹在蛋白质壳中内含物能源磁石体许多水生细菌磁铁颗粒趋磁性无膜包裹的多聚葡糖苷许多细菌高分子葡萄糖聚合物碳源和能源多聚磷酸盐许多细菌高分子磷酸盐聚合物磷酸盐贮藏物藻青素(cyanophycin)许多蓝细菌精氨酸和天冬氨酸的多肽氮源藻胆蛋白体许多蓝细菌捕光色素和蛋白质捕捉光能4、 原核和质粒原核细菌的DNA在细胞质中为单个环状染色体，有些时候称为拟核。细菌的DNA位于细胞质中，由一个染色体构成，不同种的细菌之间染色体大小不同 (大肠杆菌染色体有4×106碱基对长)。DNA是环状、致密超螺旋，而且与真核细胞中发现的组蛋白相类似的蛋白质结合。虽然染色体没有核膜包围，但在电子显微镜中常可看到细胞内分离的核区，称为拟核(nucleoid)。古细菌的染色体和真细菌的染色体类似，是一个单个环状的DNA分子，不包含在核膜内，而DNA分子大小通常小于大肠杆菌的DNA。质粒常在细菌中发现小的、染色体外的环状DNA片段，称作质粒。某些细菌还含有染色体外的小分子DNA称作质粒(p1asmids)。其上携带的基因对细菌正常生活并非必需，但在某些情况下对细胞有利，如抗生素抗性质粒。质粒常以不同大小的环状双螺旋存在，它可以独立进行复制，也可整合到染色体上。5、 鞭毛和菌毛鞭毛(flagellum)是从细胞质膜和细胞壁伸出细胞外面的蛋白质组成的丝状体结构，使细菌具有运动性。鞭毛纤细而具有刚韧性，直径仅20nm，长度达15-20m，可以分为三部分：基体（basebody）、钩形鞘（hook）和螺旋丝（helicalfilament）。具有鞭毛的细菌基鞭毛数目和在细胞表面分布因种不同而有所差异，是细菌鉴定的依据之一。一般有三类：单生鞭毛（2.7a）、丛生鞭毛（2.7b）和周生鞭毛（2.7c）。鞭毛与细菌运动有关，如趋化性和趋渗性等。菌毛（pili）细菌细胞表面发现的特殊的象头发样的蛋白质表膜附属物，有几微米长。性菌毛（sexpili）与遗传物质从一个细菌转移到另一个细菌有关，即在细菌接合交配时起作用。性菌毛比菌毛稍长，数量少，只有一根或几根。6、 芽孢概念芽孢（endospore）在一些属包括芽孢杆菌属和梭菌属中产生细菌的芽孢。它们是由细菌的DNA和外部多层蛋白质及肤聚糖包围而构成，芽孢对干燥和热具有高度抗性。形态与结构芽孢结构相当复杂最里面为核心，含核质、核糖体和一些酶类，由核心壁所包围；核心外面为皮层，由肽聚糖组成；皮层外面是由蛋白质所组成的芽孢衣；最外面是芽孢外壁。一般含内生芽孢的细菌总称为孢子囊（sporangium）。（见图2.8）生理特性芽孢在许多细菌中，主要是芽孢杆菌属和梭菌属产生一种特化的繁殖结构， （它无繁殖功能，为抗逆性休眠体）。在光学显微镜下用特殊的芽孢染色（如孔雀绿染色）或通过相差显微镜能够观察到芽孢。由于芽孢有许多层包围细菌遗传物质的结构，使得芽孢具有惊人的、对所有类型环境应力的抗性，例如热、紫外线辐射、化学消毒剂和干燥。由于许多重要的病原菌可产生芽孢，因此，必需设计灭菌措施以除去这些坚硬的结构，因为某些菌能经受住在沸水中煮沸几小时。芽孢形成过程细菌芽孢的形成过程是细胞分化的一个典型例子，如图2.9和表2.5所示。表2.5细菌芽孢形成的阶段阶段特征0营养细胞ⅠDNA变浓稠Ⅱ细胞质膜内陷形成芽胞隔膜，将细胞分成大小不同的两个部分Ⅲ前阶段形成的较大部分细胞膜继续沿着小的细胞部分延伸并逐步将它包围，形成具有双层膜的前芽孢(forespore)Ⅳ初生皮层在前芽孢的双层膜之间形成，此时伴有毗啶二羧酸(DPA)的合成与钙离子吸收。皮层主要由肽聚糖组成。同时，在初生皮层形成过程中开始合成外壁Ⅴ外膜形成Ⅵ皮层形成，芽胞继续发育形成具有对热和化学药物等特殊抗性的芽胞，芽胞成熟Ⅶ营养细胞自溶，芽孢游离而出7、 细胞外层细胞表面常常被多糖或[蛋白]表膜物质所覆盖，按其密度称为荚膜(capsule)或粘液层。多糖层有时称为糖萼(多糖包被)。这些细胞的外层结构起保护细胞免受干燥和有毒化合物的损害，也使细菌附着于物体表面。这些附加的表面层有许多功能：对细菌表面起渗透屏障作用。保护细胞免受吞噬。保护细胞免受干燥损伤。帮助细菌附着到物体表面。三、 细菌的繁殖和菌落的形成1、 细菌的繁殖方式当细菌从周围环境中吸收了营养物质后，发生一系列的系列化合成反应，把进入的营养物质转变成为新的营养物质——DNA、RNA、蛋白质、酶及其他大分子，之后菌体开始了繁殖过程形成两个新的细胞。裂殖裂殖是细菌最普遍、最主要的繁殖方式，通常表现为横分裂。细菌的分裂过程首先是核的分裂和隔膜的形成第二步横隔壁的形成最后子细胞的分离2、 细菌的菌落特征菌落菌落（colony）单个微生物在适宜的固体培养基表面或内部生长、繁殖到一定程度可以形成肉眼可见的、有一定形态结构的子细胞生长群体，称为菌落。当固体培养基表面众多菌落连成一片时，便成为菌苔（1awn）菌落特征各种细菌在一定条件下形成的菌落特征具有一定的稳定性和专一性，这是衡量菌种纯度，辨认和鉴定菌种的重要依据。如何描述菌落特征菌落特征包括大小，形状，隆起形状，边缘情况，表面状态，表面光泽，质地，颜色，透明度等（如图2.10）。

影响菌落特征的因素组成菌落和细胞结构和生长行为。邻近菌落影响菌落的大小。培养条件。四、 农业上常用的细菌类群固氮细菌根瘤菌乳酸细菌II、放线菌一、放线菌与人类生活及生产的关系放线菌是真细菌的一个大类群，为革兰氏阳性。II、放线菌一、放线菌与人类生活及生产的关系放线菌是真细菌的一个大类群，为革兰氏阳性。放线菌多为腐生，少数为寄生。寄生型放线菌会引起放线菌病和诺卡氏病。同时放线菌能产生大量的、种类繁多的抗生素。世界上绝大多数的抗生素由放线菌产生。形态结构放线菌菌体为单细胞，大多数由分枝发达的菌丝组成。根据放线菌菌丝的形态和功能分为营养菌丝、气生菌丝和孢子丝三种（见图 2.11）。1、 营养菌丝又称为初级菌丝体或一级菌丝体或基内菌丝，匍匐生长于培养基内，主要生理功能是吸收营养物。营养菌丝一般无隔膜；直径0.2-0.8微米；长度差别很大；短的小于100微米，长的可达600微米；有的产生色素。2、 气生菌丝又称为二级菌丝体。营养菌丝体发育到一定时期，长出培养基外并伸向空间的菌丝为所生菌丝。它叠生于营养菌丝之上，直径比营养菌丝粗，颜色较深。3、 孢子丝当气生菌丝发育到一定程度，其上分化出可形成孢子的菌丝即为孢子丝，又名产孢丝或繁殖菌丝（见图2.12）。三、 菌落特征放线菌的菌落由菌丝体组成，一般圆形、光平或有许多皱褶。在光学显微镜下观察，菌落周围具有辐射状菌丝。总的特征介于霉菌和细菌之间。据种的不同分为两类。由大量产生分枝的和气生菌丝的菌种所形成的菌落，如链霉菌。菌丝较细，生长缓慢，分枝多而且相互缠绕，故形成的菌落质地致密，表面呈紧密的绒状或坚实，干燥，多皱，菌落小而不蔓延，营养菌丝长在培养基内，所以菌落与培养基结合紧密，不易挑取，或挑起后不易破碎。有时气生菌丝体呈同心圆环状，当孢子丝产生大量孢子并布满整个菌落表面后，才形成絮状，粉状或颗粒状的典型放线菌菌落。有的产生色素。由不产生大量菌丝的种类形成，如诺卡氏菌。菌落粘着力差，结构呈粉质状，用针挑取则粉碎。四、 繁殖方式放线菌主要通过形成无性孢子的方式进行繁殖，也可利用菌丝片断进行繁殖。这称为放线菌生长到一定阶段，一部分菌丝形成孢子丝，孢子丝成熟便分化形成许多孢子，分生孢子。这称为五、 几种常见的放线菌诺卡氏菌链霉菌小单孢菌游动放线菌III、蓝细菌一、 形态蓝细菌形态差异极大，有单细胞和丝状体两类形态。细胞的直径从0.5-1m到60m，丝状体的长度差异很大。多个个体聚集在一起，可形成肉眼可见的很大的群体。在水体中繁茂生长时，可使水体颜色随菌体而发生变化。二、 细胞生理特性蓝细菌属于原核生物，细胞壁与 G-细菌相似，由肽聚糖等多粘复合物组成，并含有二氨基庚二酸，革兰氏阴性，细胞壁可以分泌许多胶粘物质使一群群的细胞或丝状结合在一起形成胶团或胶鞘；细胞核无核膜，没有有丝分裂器；细胞质中有汽泡，可使细胞漂浮。蓝细菌具有它所特有结构——光合器，光合器有两种不同的构型，一是位于细胞膜的外膜下面呈一连续层；但大多数是位于类囊体的膜层中。光合器中含有光合作用色素有叶绿素a、藻胆素和类胡萝卜素。蓝细菌可进行光合作用。有的蓝细菌具有异形胞(heterocvst)这是蓝细菌进行固氮作用的的场所，异形胞内有固氮酶系统，它可利用ATP和还原性物质来还原自由态的氮成为氨。光合作用的产物从邻近的营养细胞向异形胞转移，而固氮作用产物则移向营养细胞。三、 常见的蓝细菌类群常见的蓝细菌类群及其特性见表2.6。

表2.6蓝细菌主要亚群类群形态繁殖色球蓝细菌群(Chroococacean)单细胞，球、杆状二分分裂或芽殖宽球菌细菌群(Pleurocapsalean)单细胞，杆状细胞在鞘套内多重分裂，产生小繁殖细胞baeocytes颤蓝细菌群(Osciliatorian)丝状，单个细胞在藻丝内藻丝断裂不分枝、异形胞群(Nonbranchingheterocystous)丝状，不分枝藻丝藻丝断裂和静息孢子萌发分枝异形胞群(Branchingheterocystous)丝状，分枝藻丝藻丝断裂生成连锁体(himogonia)和静息孢子萌发IV、古细菌古细菌是根据16SrRNA寡核苷酸序列分析，显示出三个主要的生物域(真细菌、古细菌和真核生物)之一，参见图1.1。古细菌的细胞结构特点(假胞壁质(假胞壁质)，到多糖、古细菌细胞壁的物质极为多样，从类似肽聚糖的物质、假肽聚糖蛋白质和糖蛋白。有的古细菌细胞壁含假肽聚糖 （假胞壁质），而有的古细菌则是由两个双向的、不完全结晶的蛋白质或糖蛋白在细胞表面排列而成的表层，其他古细菌在原生质膜外有厚的多糖的细胞壁。古细菌有鉴别性的特征之一是在原生质膜中脂类的性质不像真细菌的脂类由酯键连接甘油，和真核生物一样由醚键连接甘油，它们的脂类也是长链和分支的脂肪酸。古细菌的DNA与真细菌的染色体相似由不含核膜的单个环状DNA分子构成，但大小通常小于大肠杆菌的DNA。古细菌的核糖体和真细菌的核糖体同样大小，但在某些特性上，它们与真核生物的核糖体相似，如对抗生素链霉素和氯霉素的抗性及对白喉毒素的敏感性。真细菌和古细菌的差异表2.7真细菌和古细菌间的某些差异特征真细菌古细菌细胞壁有胞壁酸无胞壁酸脂类酯键连接醚键连接甲烷生成过程没有可能有RNA多聚酶一个几个起始tRNA甲酰甲硫氨酸甲硫氨酸核糖体链霉素和氯霉素敏感白喉毒素抗性链霉素和氯霉素抗性白喉毒素敏感三、 古细菌的类群和生长环境古细菌类群包括能够在极端环境中生存的细菌， 如热泉（例如硫化叶菌属Sulfolobus和热球菌属Pyrococcus）和高盐（盐杆菌属Halobacterium）及产甲烷菌如甲烷杆菌属（Methanobacterium），该菌代谢结果产生甲烷。产甲烷菌极端嗜盐菌极端嗜热菌无细胞壁的古细菌第三节真核微生物I、 真核生物细胞结构真核生物真核生物细胞具有复杂的，有膜包被的亚细胞器，使细胞功能区域化。真核生物细胞由膜分隔。细胞含有几种不同类型的由膜包被的细胞器，其中进行着还可以传递信息，传递新陈代谢的中间产物和终产物，从生物合成位点到使用位点（见图2.13）。可的理膜可的理膜质膜质膜是半透膜，把细胞的内外部分隔绝开来，它还参与细胞间的识别，细胞内吞作用和胞吐作用，并附着在细胞表面。膜内的运输体系使它能有选择性地把物质输送到细胞内部。真核生物的质膜是一个分隔细胞内和外的半透明（seml-permeable）屏障，这一点与原核生物相似，但是真核生物的质膜含有固醇，这种扁平分子使膜的硬度增强，使真核细胞更加稳定。膜上还有运输系统，选择重要的物质进入细胞，并参与内吞作用和胞吐作用，在此处，食物颗粒被吞入，废物以膜包被成小泡的形式从细胞内排出。质膜还参与了细胞之间的重要相互作用过程，例如，细胞间的识别系统及细胞在固体表面的附着作用。细胞质细胞质内的水分占70%-85%，溶液中有蛋白质、糖类和盐类。细胞器悬浮在细胞质中。真菌和藻类细胞中还有单层膜包被的液泡。细胞质是蛋白质、糖类及盐类的稀溶液（水占70%-85%），悬浮着所有的细胞器，并具有溶胶（sol-gel）的特点，即其分子组构可以是液体，也可以是半固体。在极稀的溶液中，液泡作为营养物和废物的储藏场所，液泡的高含水量保持了细胞的高膨胀压。细胞骨架细胞骨架由微管、中间纤维和微丝组成，它们维持了细胞的形状。真核细胞是通过微管蛋白组成的细胞骨架而得以稳定的，细胞骨架的构成包括，微管（直径25nm），微丝（直径4-7nm）和一种类似于收缩肌的肌动蛋白构成的中等纤维 （直径8-10nm）。细胞骨架是一种动力结构，不但支持细胞，还支持变形虫式运动、细胞质流、以及核和细胞的分裂。核及核糖体细胞核是由双层膜包被的细胞器，含有细胞的染色体DNA。核内部有核仁，这是核糖体RNA(rRNA)合成的场所。核糖体由蛋白质和BNA两种亚单位构成，他们是DNA翻译和蛋白质合成的场所。核包含有微生物DNA。真核微生物中的核通常包含不止一条染色体，在染色体中，DNA被组蛋白保护起来。在二倍体生物中，这些染色体是成对的。核由双层核膜包被，膜上有孔，在核膜孔处内外膜融合在一起。正是通过这些孔，细胞核能通过mRNA和核糖体对细胞进行稳定的调控。核膜在此处也是与内质网相连的。核内有核仁，它富含RNA，核糖体在此处被合成。真核生物的核糖体基本上与原核生物的相类似，但它们的更大一些，两个亚单位分别为60S和40S，组成一个80S的二聚体。其功能与原核生物的相同。内质网内质网(ER)是由管状和盘状膜组成的复合体，与核膜相连。内质网可以是滑面型，或被核糖体附着而变成粗面型。这种细胞器的主要功能是合成和输送蛋白质和脂类。核的外膜与复杂的、具三维结构的膜管状及层状结构的内质网 (ER)相联系。管状ER可被核糖体附着，称为粗面型内质网(RER)，核糖体的翻译和蛋白质的修饰作用在此处进行。这些蛋白质或是分泌到ER腔中，或是插人到膜内。滑面型ER的盘状结构与脂类合成及蛋白质和脂类的细胞间运输有关。高尔基体高尔基体是一系列扁平的、有膜包被并具孔的囊和泡。从ER分泌而来的小泡与高尔基体(Golgi)融合，其内含物在此进一步进行生化加工。加工后的物质以小泡的形式从Golgi中分泌出来，然后与其他细胞器或质膜融合。高尔基体由一系列扁平的膜包被的囊或潴泡堆积在一起而成，并环绕着管和泡囊的复合体。这个堆积体有着严格的极性，顺式面或形成面接受从ER来的泡囊，泡囊内的物质被高尔基体加工，然后从细胞器的反式面 (成熟面)或其边缘以出芽方式放出。高尔基体加工并包装物质使之分泌到其它亚细胞器或细胞膜上。真菌高尔基体不如藻类发达，只有很少几个或单个潴泡。有时称它们为 (分散)高尔基体(dicctyosomes)。溶酶体和过氧化物酶体溶酶体和过氧化物酶体是由高尔基体分泌的、有膜包被的囊泡。溶酶体含有的酸性水解酶参与胞内的消化作用。过氧化物酶体含有氨基酸和脂肪酸降解酶以及过氧化氢酶，后者对降解过程中产生的过氧化氢有解毒作用。高尔基体产生了这些单层膜包被的含酶的细胞器(溶酶体中含酸性水解酶，过氧化物酶体中含胺化酶(aminase)、酰胺酶、脂酶和过氧化氢酶)，这些酶对消化许多不同的大分子是必须的。溶酶体内的pH是酸性的(pH3.5-5)，可使酶在最佳pH下发挥作用，而此pH值是由膜上的质子泵维持的。过氧化物酶体内氨基酸和脂肪酸的降解产生了过氧化氢，这是一种具有潜在细胞毒性的副产物。然而过氧化物酶体中也存在过氧化氢酶，可把此过氧化物降解成水和氧气，从而保护了细胞。线粒体和氢化酶体线粒体是需氧生物呼吸作用和氧化磷酸化作用的场所。它们由双层膜包被，内层膜折叠成盘状或管状，称为嵴。ATP的产生部位就在附着于嵴上的颗粒中。在一些无线粒体的厌氧的原生动物中发现了氢化酶体(hydrogenosomes)。它们的作用是产生能量。线粒体是由双层膜包被的细胞器，呼吸作用和氧化磷酸化作用在此处发生，大约2-3nm长，直径1mm。其数目在细胞中是变化的。其内含有一个小的环形DNA分子，负责编码部分线粒体蛋白和70S核糖体。线粒体内膜上含有一个ATP/ADP转运子，可以将线粒体内合成的ATP运送到细胞质中。ATP产生于附着在线粒体嵴上的颗粒中，此嵴由线粒体内膜折叠而成（图2.14）。其结构在三个原生生物类群中稍有不同。并非所有的原生动物中都有线粒体，而且这些细胞的新陈代谢基本上是厌氧的。在需氧类型中，最原始的真核生物的线粒体嵴是盘状的。真菌的线粒体是大的、高度分裂的扁平板状嵴，而藻类则具有更多的膨大的嵴。在厌氧原生动物中发现了氢化物酶体，它们是由膜包被的细胞器，具有电子转运途径，即氢化酶转运电子到最终电子受体，生成氢分子。叶绿体叶绿体是由双层膜包被的细胞器，内含光合色素叶绿素。在叶绿体内是成层排列的扁平的泡囊，称为类囊体（thylakoids），光合系统位于此处。叶绿体是含叶绿素的细胞器，能利用光能固定二氧化碳成碳水化合物 （光合作用）。叶绿体有双层膜包被，并含有扁平的膜囊称为类囊体，是光合作用中光反应的发生场所（图2.15）。藻类中这些细胞器较大，几乎充满整个细胞。淀粉核是叶绿体内的蛋白性区域，是多糖生物合成的场所。细胞壁细胞壁见于藻类（纤维素为主）和真菌（壳多糖为主）中。它们是细胞与环境的分界，在维持细胞硬度及在控制水分因渗透而过度进入胞内是重要的。植物和真菌细胞的原生质体在大多数情况下由坚硬的细胞壁包被。真菌细胞壁是由壳多糖（以-1，4-连接的NAG重复单位）和无定型的-葡聚糖形成的微晶聚合物组成，

而植物的细胞壁则是由纤维素（-1，4-连接的葡萄糖重复单位）和半纤维素组成。鞭毛鞭毛是含微管的细胞膜的延伸。因其可弯曲而导致细胞可运动。鞭毛是由膜包被的细胞延伸物，内含有微管。微管以9对束状排列围绕在鞭毛的外缘，在其内部有一对微管不停地运动。这种结构称轴丝。由于供给ATP后鞭毛可柔软弯曲，故为细胞提供运动性。II、酵母菌一、酵母菌的形态（菌体、菌落）和细胞结构1、 酵母菌细胞形态II、酵母菌一、酵母菌的形态（菌体、菌落）和细胞结构酵母菌细胞呈卵圆形、圆形或圆柱形。细胞宽约1~5m，长约会~30m。酵母菌菌落大多数与细菌菌落相似，表面湿润，粘稠，易挑取，但比细菌菌落大而厚，颜色多为白色，少数为红色，若培养时间太长，其表面可产生皱褶。在液体培养时，有的生长在底部，有的生长均匀，有的则在表面形成菌醭。2、 酵母菌细胞结构酵母菌细胞结构有细胞壁、细胞质膜、细胞核、细胞质及内含物。

细胞质膜细胞核细胞质等。细胞质膜细胞核细胞质等。内含物与原核生物基本相同，但含有固醇。具有核膜、核仁、和染色体，核膜上有大量核孔。含有大量RNA、核工业糖体、中心体、线粒体、中心染色质、内质膜、液泡在老龄菌中有因营养过剩而形成一些内含物，如：异染颗粒、肝糖，脂肪粒、蛋白质和多糖。二、 繁殖方式1、 无性繁殖芽殖出芽繁殖是酵母菌进行无性繁殖的主要方式。成熟的酵母菌细胞，先长出一个小芽，芽细胞长到一定程度，脱离母细胞继续生长，尔后双形成新个体。有多边出芽、两端出芽、和三边出芽。芽裂母细胞总在一端出芽，并在芽基处形成隔膜，子细胞呈瓶状。这种方式很少。裂殖少数种类的酵母菌与细菌一样，借细胞横分裂而繁殖。2、 有性繁殖酵母菌以形成子囊孢子进行有性繁殖。当酵母菌发育到一定阶段，两个性别不同的细胞（单倍体核）接近，各伸出一个小的突起而相互接触，使两个细胞结合起来。然后接触处细胞壁溶解，两个细胞的细胞质通过所形成的融合管道进行质配，两个单倍体核也移至融合管道中发生核配形成二倍体核的接合子。接合子可在融合管道的垂直方向形成芽细胞，然后二倍体核移入芽细胞内。此二倍体细胞可以从融合管道上脱离下来，再开始二倍体营养细胞的生长繁殖。很多酵母菌细胞的二倍体细胞可以进行多代的营养生长繁殖，因而酵母菌的单倍体、双倍体细胞都可以独立存在。在合适的条件下接合子经减数分裂，双倍体核分裂为4-8个单倍体核，其外包以细胞质逐渐形成子囊孢子，包含在由酵母菌细胞壁演变来的子囊中。子囊孢子又可萌发成单倍体营养细胞。三、 生产上常用的酵母菌啤酒酵母(Saccharomycescerevisiae)发酵，食药用，提取多种生物活性物质。假丝酵母(Candida)饲料白地霉(Geotrichumcandidum)饲料，食用，或药物提取。III、霉菌一、 霉菌的形态结构：1、 菌丝和菌丝体霉菌是异养的真核生物，具有丝状或管状结构，单个分支称为菌丝。菌丝形成的网络状结构称为菌丝体。菌丝由坚硬的含壳多糖的细胞壁包被，内含大量真核生物的细胞器。霉菌是丝状的、无光合作用的、营异养性营养的真核微生物。其细胞基本单位是 菌丝(图2.18)，这是一种管状细胞，由坚硬的含壳多糖的细胞壁包被。菌丝通过顶端生长进行延伸，并

多次重复分支而形成微细的网络结构，称为菌丝体。在原生质膜包被的菌丝细胞质中有核、线粒体、核糖体、高尔基体以及膜包被的囊泡。亚细胞结构由微管和内质网支持和组构。菌丝内细胞质的组分趋向于朝生长点的位置集中。菌丝较老的部位有大量液泡，并可能与较幼嫩的区域以横隔（称为隔膜）分开。菌丝分有隔菌丝和无隔菌丝两种（图2.19）：在菌丝生长过程中细胞核的分裂伴随着细胞的分裂，每个细胞含有1至多个细胞核。横隔膜可以使相邻细在菌丝生长过程中细胞核的分裂伴随着细胞的分裂，每个细胞含有1至多个细胞核。横隔膜可以使相邻细++++胞之间的物质相互沟通。无隔菌丝菌丝中无横隔膜，整个细胞是一个单细胞，菌丝内有许多核，在生长过程中原生质量的增加，没有细胞数目的增多。2、 真菌细胞壁结构及生长真菌的细胞壁是由多层半晶体壳多糖微原纤维镶嵌在无定型的-葡聚糖基质中而形成的坚硬结构，也可含某些蛋白质。菌丝生长发生在顶端，通过菌丝顶端的细胞膜与囊泡的融合而生长(图2.20)，囊泡内含来自高尔基体的聚合化酶、细胞壁单体酶及软化细胞壁的酶。 真菌细胞壁被软化，在膨压的作用下延伸，然后变坚硬。隔膜是横壁，形成于菌丝体内。低等真菌的生长并不随之形成隔膜，只有在菌丝体形成繁殖结构时才出现隔膜，而且这种隔膜是完全无孔的。在高等真菌中，菌丝体的生长伴随着不完全隔膜的形成。子囊菌纲的隔膜上有穿孔，并被内质网膜覆盖，以限制大的细胞器如细胞核从一个室游动到另一个室。这种结构称为陷孔隔膜(doliporeseptum)。在双核的担子菌纲中，隔膜的形成与2个交配的核的分离是协同进行的，此双核状态是在形成锁状联合(clampconnection)时形成的。这些隔膜与子囊形成中产囊丝钩(crozier)的形成类似。3、 真菌分类学过去认为真菌是多源性的类群，所包含的微生物具有不同的祖先。现在则倾向于单源性分类，认为同一亚门中的所有类群来自于一个祖先。依据形态学及有性生殖，目前把真菌分成4个亚门。接合菌亚门和壶菌亚门称为低等真菌。低等真菌的营养菌丝体是无隔膜的，完整的隔膜仅见于繁殖结构。无性繁殖通过形成孢子囊，有性繁殖则通过形成接合孢子。另外两亚门称为高等真菌，它们有更加复杂的菌丝体和复杂的、有穿孔的隔膜。分为子囊菌亚门和担子菌亚门。子囊菌亚门产生无性的分生孢子和在一种叫子囊的囊形细胞中产生有性的子囊孢子。担子菌亚门中的真菌几乎不产生无性孢子，而是在复杂的子实体上形成棒形的担子，在担子上产生有性孢子。第五大类群属于更高等的真菌，它包含所有与有性生殖无关的类型，称为半知菌亚门。每一亚门真菌又分为若干纲，其结尾的字母为-etes，例如，担子菌纲(Basidiomycetes)，纲中又分若干亚纲或目，以-ales结尾，其下又分属和种，真菌间用于分类鉴定的最主要区别概括于表2.8。表2.8真菌各主要类群的特征类群是否具有穿孔隔膜无性孢子形成有性孢子形成低等真菌接合菌亚门无非游动性的孢囊孢子接合孢子壶菌亚门无可运动的游动孢子卵孢子(oospore)高等真菌子囊菌亚门有分生孢子子囊孢子(ascospore)担子菌亚门有罕见担孢子(basidiospore)半知菌亚门有分生孢子无4、 菌落特征菌落生长菌丝顶端的生长使得真菌可以从一个点或一个接种物(inoculum)向新的区域延伸。老的菌丝通常缺乏内含物，因为细胞质流向生长点。这使得在琼脂板上的菌落呈放射状（见图2.21），在感染的皮肤上呈环癣状，在草地上呈蘑菇圈状。菌落特征霉菌菌落疏松，呈绒毛状、絮状或蜘蛛网状，比细菌菌落大几倍到十几倍；霉菌孢子的形状、构造和颜色以及产生的色素使得霉菌菌落表现出不同结构和色泽特征。5、 菌丝的特异化结构（见图2.22）假根是根霉属（Rhizopus）真菌的匍匐枝与基质接触处分化形成的根状菌丝，在显微镜下假根的颜色比其它菌丝要深，它起固着和吸收营养的作用。吸器是某些寄生性真菌从菌丝上产生出来的旁枝，侵入寄主细胞内形成指状、球状或丛枝状结构，用以吸收寄主细胞中的养料。菌核是由菌丝团组成的一种硬的休眠体，一般有暗色的外皮，在条件适宜时可以生出分生孢子梗、菌丝子实体等。子实体是由真菌的营养菌丝和生殖菌丝缠结而成的具有一定形状的产孢结构，如伞菌的子实体呈伞状。二、 繁殖方式：生活周期所有的真菌都经过一个营养生长期，菌丝体在基质上生长。这一阶段后则是无性和有性繁殖，而在4个亚门中又各不相同。四类真菌中的每一类群在其生活周期中均有独特性。真菌的特点是都有一个营养生长时期，这时它们的生物量增加。而在孢子形成之前，其时间的长短以及所需生物量的多少则有多种变化。几乎所有真菌都以产生孢子进行繁殖，但有一些真菌已经丧失了所有产孢结构，而形成不育菌丝体。生活周期的不同阶段产生不同类型的孢子。1、 壶菌纲(鞭毛菌)的繁殖壶菌纲的无性繁殖通常是在孢子囊中形成能动的(motile)、有单鞭毛的游动孢子，有性繁殖是形成卵孢子。壶菌与其他真菌区别极为明显，因为它们具有极为简单的枝(thalli)和能游动的游动孢子。其中一些种类简单到了在宿主细胞内(内生型的)或在宿主细胞上(外生型的)只含有一单个的营养细胞，整个细胞转变成一个含有许多孢子的结构即孢子囊。这种方式称为整体产果式(holocarpic)。这一群中的其他种类则有比较复杂的形态， 有假根及简单的菌丝体。壶菌的无性繁殖是通过在孢子囊中产生能动的游动孢子，孢子囊以完全隔膜与营养菌丝隔离。游动孢子具有单根后生鞭毛。中，有性繁殖是形成二倍体孢子，其形成或是通过单倍体细胞的体细胞融合，或是两种不同配子型的菌丝体融合，或是两种游动配子的融合，或是一个游动配子和一种不动卵的融合 （图2.23）。产生的孢子可能经过减数分裂产生单倍体的菌丝体，或是萌发产生一个二倍体的营养菌丝体，通过产生二倍体游动孢子的方式进行无性繁殖。二倍体菌丝体也可产生休眠孢子囊，在孢子囊中发生减数分裂，产生单倍体的游动孢子，然后萌发产生单倍体的营养菌丝体。2、 接合菌纲的繁殖接合菌纲的无性繁殖是在孢子囊中形成非游动的孢囊孢子，有性繁殖是形成接合孢子。在低等真菌中，无性繁殖开始于气生菌丝。此时气生菌丝的顶端，成为孢子囊梗，以一种称作囊轴（columella）的完全隔膜与营养菌丝相隔离（图2.24）。顶端的细胞质分化形成一个孢子囊，内含许多无性孢子。这些孢子中含有单倍体的核，来自于营养菌丝体中核的反复有丝分裂。孢子借助风或水进行传播。在有性繁殖中，不同交配类型的2个核在一个称为接合孢子的特化细胞中融合 （图2.24）。在一些种类中，不同的交配型的核可能是在一个菌丝体中 （同宗配合）。在另一些种类中，必须具有不同交配型核的两个菌丝体才能融合 （异宗配合）。这两种情况下，融合发生在经修饰的菌丝顶端之间称作原配子囊（progametangia）的区域，一旦发生融合，便称作接合孢子。在正在发育的接合孢子中发生减数分裂，通常3个核退化，仅有一个核存留在萌发的菌丝体中。3、 子囊菌纲的繁殖子囊菌纲真菌的无性繁殖是通过在菌丝顶端形成分生孢子。有性繁殖是通过形成子囊孢子。在子囊菌纲的营养阶段，其生活周期的延续是通过形成无性孢子，这些称作分生孢子的单个孢子来自气生菌丝顶端形成的称作分生孢子梗的结构（图2.25）。这些孢子被一完全横隔壁隔离，随后是孢子的分化，称为体殖孢子的形成（thallicsporeformation）（图2.25a）。大多数情况下是菌丝顶端的壁延伸，称为芽孢子的形成（blasticsporeformation）（ 图2.25b）。这些孢子可以是单细胞的，内含单倍体核，也可是多细胞的，含有几个来自有丝分裂的单倍体核。孢子可以由单独的、未经包被的分生孢子梗产生，也可以由大至肉眼可见的聚集体产生 （图2.25c）。分生孢子梗可以聚集形成柄状结构，产生的孢子露在顶端 （菌丝束或孢梗束）。另一种情况，数量不同的不育真菌组织，可以保护分生孢子，就像在瓶状的分生孢子器中。一些种类在植物组织中产生分生孢子，分生孢子的聚集体以一种杯状分生孢子盘或垫形式分生孢子座形式穿出植物表皮。这一类群真菌的有性繁殖，发生在不同的交配型菌丝体体细胞融合之后。经过一个短暂的二倍体期后紧接着子囊孢子形成，这是在修饰后的菌丝顶端分化成的囊状子囊中发生的。在子囊发育的最初时期，形成钩状的菌丝顶端，据其形态称之为产囊丝钩（crozier）或牧羊杖（shepherds'crooks）。其基部形成特殊的隔膜以保证2个不同交配型核能保持在末端细胞内。隔的形成与核分裂相一致（图2.26）。在酵母菌中所有这些都发生在一个细胞中， 2个交配型细胞融合后，整个细胞转变成一个子囊。

子实层，在一在较复杂一些的子囊菌纲中，许多子囊在一起形成，成为一个能育组织，称为子实层，在一些类群中，子实层可被大量的营养菌丝体支撑或包被。整个结构称作子实体，作为主要的分类学特征(图2.27)。它们可长得足够大，以致能肉眼可见。瓶状的有性繁殖体称为子囊壳(Pdthecia)，杯状繁殖体称子囊盘(aPD6Leia)，封闭的繁殖体称闭囊壳(cleistodhecia)。这些结构均参与保护子囊并协助其孢子传播，但子实层并不受水的影响子菌纲的真菌很少进行无性繁殖。有性繁殖则是通过在巨大子实体的菌褶或陷孔中形成担孢子。这一类群真菌的特点是具有最复杂和最大的结构。它们也以极少产生无性孢子而著称。生活周期的大部分为营养菌丝体形式，可利用复杂的基质。有性繁殖开始的先决条件是通过相容性菌丝的融合获得2个交配型核。2个交配型核单独存在，并存留在延伸期的每个菌丝细胞内，称为双核期。该时期的维持需要在生长过程中形成复杂的隔膜和核的分裂。有性孢子形成的第一步是由环境条件和子实体原基的开始形成而引发的。双核菌丝体延伸并化形成大的子实体，我们称其为蘑菇和毒草(toad-stool)。在修饰的菌丝顶端形成二倍体并进行减数分裂称为化形成大的子实体，我们称其为蘑菇和毒草(toad-stool)。在修饰的菌丝顶端形成二倍体并进行减数分裂称为子（图2.28）。担子发芽长出4个孢子，担子在一起构成一子实层，对自由水极为敏感。子实层生长在不育的双核支撑组织上可避免雨水冲刷。子实层可存在于子实体下面的菌褶或小孔中，如各种毒蕈和檐状菌(bracketfungi)，或在封闭在小室中，如各种马勃(puffball)和块菌(truffle)(见图2.29)。三、 农业上常见的霉菌接合菌亚门毛霉、根霉壶菌亚门绵霉子囊菌亚门酵母菌、脉孢菌、赤霉担子菌亚门（参见蕈菌）蘑菇、牛肝菌、灵芝、木耳半知菌亚门曲霉、青霉、木霉、头孢霉IV、蕈菌蕈菌包括食用真菌和药用真菌两大类，在分类上分属于子囊菌纲和担子菌纲，具有丰富的营养价值和药用价值。一、 形态结构1、 单核菌丝和双核菌丝蕈菌菌丝分为单核菌丝和双核菌丝单核菌丝由担孢子萌发形成的菌丝，其细胞内含有一个细胞核，也称为初生菌丝。它通常是不能结实的。双核菌丝两条相同或不同的单核菌丝发生细胞质融合，而核不融合。细胞内含有两个核的称为双核菌丝。亦叫次生菌丝或二级菌丝。在大多数蕈菌中，双核菌丝的隔膜处有一个锁状突起叫锁状联合，它是双核菌丝所具有的结实性标志，即能产生子实体。2、 子实体和担孢子的形成子实体具有锁状联合的双核菌丝，发育到一定阶段，达到一定生理成熟时，可产生果实和种子，这种结构称为子实体。子实体就是常称为菇和耳的食用部分，是蕈菌的繁殖器官。担孢子在蕈菌的有性繁殖过程中，双核菌丝的顶端细胞发育成担子，在担子上形成的有性孢子称为担孢子。二、 农业上常栽培的蕈菌蕈菌资源十分丰富，全世界可供食用的真菌有2000多种。常见栽培品种有双孢蘑菇、草菇、金针菇、平菇、香菇、猴头菌、木耳、银耳、灵芝、和茯苓等。第四节病毒I、 病毒的一般属性一、 什么是病毒1、 定义病毒是专性细胞内寄生物，其大小在20—200nm之间。尽管它们在形状和化学组成上有所不同，但都仅含有RNA或DNA。完整的颗粒称为“病毒粒子”，它包括一个衣壳，在衣壳的外面常包围有糖蛋白—脂类的膜。病毒对抗生素不敏感。2、 病毒的基本特征没有细胞结构；只含有DNA或RNA一类核酸；不以二分分裂法繁殖，只能在特定的寄主细胞内以核酸复制的方式增殖；没有核糖体，不含与能量代谢有关的酶，在活体外没有生命特征。二、 大小和形态1、 大小病毒的大小常用纳米（nm）来度量，病毒大小从10-300nm之间，通常大小在100nm左右。2、 形态球状——球状病毒（或多面体病毒）。动物病毒多为球状。杆状——杆状病毒（包括棒状或线状）。植物病毒多呈杆状。蝌蚪状——蝌蚪状病毒。细菌病毒也即噬菌体多呈蝌蚪状三、 化学组成和结构1、 病毒粒子的结构核壳(nucleo-capsid)病毒主要由壳体和核酸二部分构成，二者统称核壳。壳粒(capsomer)是构成病毒粒子的最小形态单位，每个壳粒由1-6个同种多肽分子折叠缠绕而成的蛋白质亚单位。也称为衣壳粒壳体(capsid)由壳粒以对称的形式，有规律地排列成杆状、球状、廿面体或其他形状，构成病毒的外壳。也称作衣壳，蛋白质外壳。包膜(envelope)在壳体外层还具有一层由病毒编码的封套，有包膜病毒粒子是以出芽的方式穿过被侵染细胞的核膜或原生质膜。包膜可能含有少量的糖蛋白，例如人类免疫缺陷性病毒(HIV)，也可能含有大量的糖蛋白，例如单纯疤疹病毒(HSV)。病毒的包膜上具有受体，它能使粒子附着并感染宿主细胞。病毒的对称性病毒的衣壳具有螺旋体对称或二十面体对称。在很多情况下，衣壳被一种膜状结构包围(病毒包膜)。螺旋体对称可以看作蛋白亚基通过有序的螺旋方式，排列在病毒核酸周围，二十面体是一种有规则的立体结构，它由许多蛋白亚基的重复聚集组成，从而形成一种类似于球形的结构。

2、 病毒的化学组成病毒蛋白病毒蛋白，无论是结构蛋白（衣壳、包膜）还是非结构蛋白（例如，酶）都是由病毒的基因组编码的，这些蛋白在组织培养的复制中可以是必要或非必要的。结构蛋白是核衣壳、基质，或者是包膜中的蛋白，这些蛋白对病毒基因组起保护作用，并且能够利用宿主上的受体在宿主间传递基因组。同样在病毒粒子的装配过程中也起到了主要作用。非结构蛋白包含在病毒体内的非结构蛋白（并不作为病毒体的结构），它们通常具有酶的活性，这对启动病毒的感染是必要的。其他一些非结构蛋白并不在病毒中存在，但在被感染的细胞中起作用，这种作用包括关闭宿主细胞的核苦酸合成及蛋白质合成，另外这些蛋白具聚合酶、蛋白酶和激酶的活性，DNA连接酶活性，基因调控作用。病毒的核酸病毒基因组在大小、结构和核昔酸的组成上是多种多样的，有线状、环状、双链双链DNA(dsDNA)、单链DNA(ssDNA)、双链RNA(dsRNA)、单链RNA(ssRNA)、分段的或者不分段的。病毒的基因组携带有作为病毒遗传密码的核酸序列。在被感染的细胞中，基因组被转录(transcribed)和翻译(translated)成氨基酸序列，正是由这些氨基酸序列组成了病毒的蛋白，不论是结构蛋白，还是非结构蛋白。脂类和糖类病毒所含的脂类主要是一些磷脂、胆固醇和中性脂肪，多数存在于包膜。病毒所含的糖类主要是葡萄糖、龙胆二糖、岩藻糖、半乳糖等。病毒的包含体有的病毒在寄主细胞内还形成包含体结构，它们多数位于细胞质内，具嗜酸性；少数位于细胞核内，具嗜碱性；也有细胞核内和细胞质都存在的类型。寄主细胞被病毒感染后形成的蛋白质结晶体，内含有1至几个病毒粒子。II、噬菌体细菌噬菌体(bacteriophage)，通常称为噬菌体(phage)，是侵染细菌的病毒。它们是专性细胞内寄生物，可以噬菌体颗粒在细菌细胞外存在，但只能在细胞内繁殖。它们由核酸基因组和四周称为衣壳的病毒外壳包围而构成。噬菌体具有侵染细菌的能力，而且在细胞内指令合成噬菌体的成分。噬菌体形态、结构1、 噬菌体的结构像病毒一样噬菌体有许多的类型。它们可以是20面体，几乎是含有20个三角形的面构成的特殊的类型或由20面体的头与螺旋的尾构成的复合结构。基因组是DNA或RNA；单链(ss)或双链(ds)，环状或线状。某些噬菌体非常小，如大肠杆菌单链RNA噬菌体MS2，只含有四个蛋白信息的基因组，而其他的是大噬菌体像T4噬菌体，其基因组编码大约135个不同的蛋白。噬菌体由核酸基因组和四周称为衣壳的蛋白质外壳的包围而构成，衣壳蛋白具有保护遗传物质和帮助侵染新的宿主的作用。某些噬菌体也携带有另外的酶和衣壳内部的核酸。外壳是由排列高度有序的结构蛋白亚单位所组成，给噬菌体以特别明显的形状。构成衣壳不同蛋白类型的数目，从如MS2简单噬菌体中1种到如T4复合噬菌体的大于25种。2、 噬菌体的形态与噬菌体结构相连系有三种噬菌体的形态 (图2.32)：20面体(icosahedron)这是由20个三角形面构成的几乎为特殊的形状，20面体在自然界是非常普遍的形状，因为它非常容易装配成一个由亚单位包裹的外壳。丝状(filamentous)这是由衣壳蛋白装配成的螺旋状结构的长的蛋白管。复合体(complex)某些噬菌体由20面体头部和连接螺旋状尾部复合构成。此类中有T型偶数类群噬菌体头部确为拉长的20面体。尾部能收缩或不能收缩，有尾鞘或没有尾鞘，可有基片(基板)或尾丝相连接。尾部作用是帮助遗传物质注入细胞。噬菌体的生活周期型噬菌体生活周型噬菌体生活周一个噬菌体典型的生活周期，从噬菌体在细菌细胞表面的特异受体吸附开始，随后遗传物质注入宿主。细菌含有降解外源DNA的限制修饰系统，许多侵染是不成功的。接着核酸复制开始，噬菌体基因编码的酶被合成。最后，合成噬菌体衣壳蛋白，装配成新的噬菌体外壳，同时包装一个拷贝的基因。然后，噬菌体释放，普遍通过裂解进入周围培养基。也即经过吸附，侵入，复制，组装和释放5个阶段（图2.33）。吸附（附着）（adsorption，attachment）。噬菌体侵染宿主通过附着在细胞表面的特异受体上。受体的性质不同，是蛋白质或多糖，它们可在任何时间存在细胞表面或只在某些条件下产生。T4噬菌体结合在大肠杆菌外膜的脂蛋白上 （T2、T4、T7、的吸附

位点是脂多糖，T2、T6的吸附位点是脂蛋白)，而噬菌体只有当细菌在含有麦芽糖的培养基上生长时，才能结合在外膜的麦芽糖转运蛋白上。侵入(Pentration)。一般只有遗传物质注射进入宿主，留下空蛋白外壳在细胞表面。在噬菌体头部的溶菌酶溶解宿主细胞壁肽聚糖。噬菌体侵入方式视噬菌体结构而定。在T4噬菌体的例子中，T4噬菌体有高度复合结构的收缩性尾，噬菌体通过长的尾丝吸附和基板接触细胞壁之后，尾鞘收缩DNA注入细胞。多数情况进来的DNA可以被内切核酸酶降解，它们是宿主的部分限制修复防御系统，偶然噬菌体的DNA可以存活引起侵染。此防御内切核酸酶称为限制酶，结合在外源DNA的特异序列，并在此位点切离DNA。微生物自己的DNA通常通过甲基化被修饰，阻止这些限制酶降解。某些噬菌体如T偶数噬菌体有包括糖基化作用或甲基化作用和修饰自己DNA的机制，阻止它们在注射时被限制酶降解。核酸复制(nucleicacidreplication) 。一旦宿主内核酸被转录和翻译(在RNA病毒情况中只有翻译)，在新的噬菌体核酸指导下合成所需的酶。有时这些称为早期蛋白，许多噬菌体切断宿主蛋白质合成和降解宿主的基因组，因此，保证所有细胞生物合成机构受噬菌体的基因组指令。经过一个短时间之后，通常转换到产生大量噬菌体结构蛋白、噬菌体装配所需的支架蛋白和裂解及噬菌体释放所需的蛋白。这些称为晚期蛋白。噬菌体装配(Phageassembly)。一旦噬菌体衣壳成分和核酸已被充分合成，新的噬菌体颗粒自发组装，同时衣壳包装核酸。50-1000个之释放(release)。许多噬菌体通过裂解细菌细胞壁而释放，这就是生活周期常称为裂50-1000个之间的噬菌体。T4