第二章 微生物学概论

第二章微生物学概论

原核微生物与真核微生物

的概念及其主要区别原核微生物：细胞内有明显核区，但没有核膜包围；核区内含有一条双链DNA构成的细菌染色体；能量代谢和很多合成代谢均在质膜上进行；蛋白质合成“车间”--核糖体分布在细胞质中。真核微生物：细胞核具有核膜，能进行有丝分裂，细胞质中存在线粒体或同时存在叶绿体等多种细胞器蓝细菌支原体立克次氏体衣原体细菌放线菌原核微生物第一节细菌细菌(bacterium)是属原核生物界(prokaryotae)的一种单细胞微生物。球菌sphericalcoccus杆菌Rod-shapedbacillus螺旋菌spirallum1.细菌个体形态一.细菌个体形态和大小球菌Sphericalcoccustetracocci

streptococci

diplococci

sarcinae

staphylococci

球菌(coccus)双球菌(diplococcus)四联球菌(tetrad)链球菌Streptococcus葡萄球菌Staphylococcus八叠球菌(sarcina)杆菌(bacillus)SinglebacillusDiplobacillusstreptobacillusCoccobacillus不同杆菌的大小、长短、粗细很不一致。炭疽芽胞杆菌3-10μm大中大肠埃希菌2-3μm小布鲁菌0.6-1.5μm杆菌的形态多样两端齐平炭疽芽胞杆菌两端尖细白喉棒状杆菌分枝杆菌双歧杆菌螺旋菌(spiralbacterium)细胞呈弯曲杆状的细菌统称螺旋菌。不同种的细胞个体，在长度、螺旋数目和螺距等方面有显著区别，据此可再分为弧菌与螺旋菌两种状态。弧菌菌体只有一个弯曲，其程度不足一圈，犹如"C"字，螺旋菌菌体回转如螺旋状,并呈现较多的螺旋和弯曲。vibriospirillumspirocheteVibrio,SpirillumandSpirochete螺菌螺杆菌螺旋菌(spiralbacterium)弧菌细菌的形态明显地受环境条件的影响，如培养温度、培养时间、培养基的组成与浓度等发生改变，均可能引起细菌形态的改变。一般处于幼龄阶段和生长条件适宜时，细菌形态正常、整齐，表现出特定的形态。在较老的培养物中，或不正常的条件下，细胞常出现不正常形态，尤其是杆菌，有的细胞膨大，有的出现梨形，有的产生分枝，有时菌体显著伸长以至呈丝状等，这些不规则的形态统称为异常形态。若将它们转移到新鲜培养基中或适宜的培养条件下又可恢复原来的形态。

ProkaryotesEukaryotesVirusesNakedeyeLightmicroscopeElectronmicroscope

MetersVisibilityscale

RelativesizeofMicrobes2.细菌个体的大小cm=10-2metermm=10-3meterμm=10-6meternm=10-9meter微米是测量细菌大小的常用单位，测量亚细胞构造要用nm作单位。球菌大小以其直径表示，杆菌和螺旋菌以其长度与宽度表示。螺旋菌的长度是菌体两端点间的距离，而不是真正的长度。最小的细菌只0.05微米，但一般不超过几微米。球菌直径多为0.2～1.25微米；杆菌直径与球菌相似，长度约为直径的一倍或几倍。螺旋菌为0.3～1×1～50微米。染色细菌染色法死菌活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姬姆萨染色法等：荚膜染色法等：用美蓝或TTC（氯化三苯基四氮唑）等作活菌染色革兰氏染色法(Giamstaining)由丹麦医生GhristianGram于1884年创立。通过革兰氏染色法可将所有细菌分为革兰氏阳性和革兰氏阴性两大类。它是鉴别细菌的重要方法。初染复染脱色媒染结晶紫碘液95%乙醇复红甲菌乙菌

ProceduresofGramStainingG+G-显微镜下菌体呈红色者为革兰氏染色阴性细菌(常以G-表示)，呈深蓝紫色者为革兰氏染色阳性反应细菌(常以G+表示)。

ProceduresofGramStaining二.细菌细胞的结构基本结构：细胞壁、细胞膜、细胞质、细胞核特殊结构：荚膜、鞭毛、菌毛、芽胞1细胞壁(cellwall)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、略具弹性的结构。占细胞干重的10-25%。*细胞壁的功能

维持菌体固有的形态保护细菌抵抗低渗环境参与菌体内外的物质交换菌体表面带有多种抗原分子，可诱发机体的免疫应答。（一）细菌细胞的基本结构革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌细胞壁的化学组成和结构不同a.革兰氏阳性菌的细胞壁结构主要成分：

肽聚糖peptidoglycan磷壁酸teichoicacids

青霉素作用点溶菌酶作用点N-乙酰葡糖胺N-乙酰胞壁酸革兰氏阳性菌肽聚糖的结构五肽交联桥

五个甘氨酸四肽侧链

L-丙、D-谷、L-赖、D-丙聚糖骨架

G：N-乙酰葡萄胺M：N-乙酰胞壁酸G+菌细胞壁特殊组分－磷壁酸Teichoicacids壁磷壁酸膜磷壁酸b.革兰氏阴性菌的细胞壁结构主要成分脂多糖(LPS，lipopolysaccharide)磷脂脂蛋白肽聚糖革兰氏阴性细菌细胞壁的组成和结构比革兰氏阳性细菌更复杂。肽聚糖层很薄，是一单分子层或双分子层，肽聚糖层和外膜的内层之间通过脂蛋白连接起来。外膜覆盖于肽聚糖层的外部，表面不规则，切面呈波浪形。外壁层可再分为内、中、外三层。最外层为脂多糖层，中间为磷脂层，内层为脂蛋白层。壁膜间隙：外膜与细胞质之间存在明显的壁膜间隙。革兰氏阴性菌肽聚糖的结构聚糖骨架：同G+

菌四肽侧链：

L-丙、D-谷

DAP、D-丙细胞壁革兰阳性菌革兰阴性菌强度较坚韧较疏松厚度20-80nm10-15nm肽聚糖层数可多达50层1-2层肽聚糖含量占细胞壁干重50%-80%占细胞壁干重5%-20%磷壁酸有无外膜无有G+菌与G-菌细胞壁的比较目前一般认为革兰氏染色是基于细菌细胞壁特殊化学组分基础上的一种物理原因。通过初染和媒染后，细胞内形成了不溶于水的结晶紫-碘的大分子复合物。革兰氏阳性细菌由于细胞壁较厚、肽聚糖含量较高和其分子交联度较紧密，故在用乙醇洗脱时，肽聚糖网孔会因脱水而明显收缩，加上它基本不含类脂，故乙醇处理不能在壁上溶出缝隙，因此，结晶紫与碘复合物仍牢牢阻留在细胞壁内，使其呈现紫色。而革兰氏阴性细菌因其壁薄、肽聚糖含量低和交联松散，故遇乙醇后，肽聚糖网孔不易收缩，加上它类脂含量高，所以当乙醇把类脂溶解后，在细胞壁上就会出现较大缝隙，复合物容易溶出细胞壁，因此通过乙醇脱色后，细胞又成无色。这时再用红色染料进行复染，革兰氏阴性细菌获得一层新的颜色－红色，而革兰氏阳性菌则仍呈紫色。革兰氏染色的机制2细胞膜(cellmembrane)细菌细胞膜是围绕细胞质外面的双层膜结构，是一个高度可选择渗透性的屏障，由磷脂和多种蛋白质组成，但不含胆固醇。细菌细胞膜不仅仅使分隔细胞内部与外界的屏障，它还有重要的功能：主要有物质转运、生物合成、分泌和呼吸等作用。基本结构细胞膜中的磷脂是由一个溶于水的“头部”（亲水部分）和两条脂肪酸链为“尾部”（疏水部分）组成。在磷脂双分子层中，其亲水端朝向膜内外两表面层，疏水端均朝向膜中央。脂质双层蛋白质细胞膜模式结构图磷脂中的脂肪酸有不饱和及饱和脂肪酸两种。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。这种结构，使得膜中脂类在低温条件下仍能维持膜中蛋白质的活性。细菌细胞膜中的蛋白质含量约占细胞膜的75%，比任何一种生物膜的都高，而且种类也多。3中体(mesosome)

中体：是部分细胞膜内陷、折叠、卷曲形成的囊状物，多见于革兰阳性菌。其功能类似于真核细胞的线粒体，其中酶系发达，是能量代谢的场所。中体4细胞质(protoplast)基本结构

被细胞膜包围着的除核质体外的一切透明、胶状颗粒状物质。主要成分为水、蛋白质、核酸、脂类，并有少量糖及无机盐。细菌细胞质与其他生物细胞质的主要区别是其核糖核酸含量高，可达固形物的15％－20％。细胞质具有生命物质所有的各种特征，含有丰富的酶系，是营养物质合成、转化、代谢的场所，其不断地更新细胞内的结构和成分，使细菌细胞与周围环境不断的进行新陈代谢。细胞质内含有许多重要结构,常见有核糖体(ribosome)：细菌合成蛋白质的场所，由60%的核糖核酸和40%的蛋白质组成。基本结构5细胞核(nucleus)细菌是原核细胞，不具有成形的核。细菌的遗传物质称为核质或拟核，无核膜、核仁和有丝分裂器，只有一个核质体或称染色质体。没有固定形态，结构也很简单。功能与真核细胞的染色体相似。这是原核生物与真核生物的主要区别之一。核质由单一密合闭环状DNA分子反复回旋卷曲盘绕组成松散网状结构。

核质特点核区丝状物是由双链、环状的DNA分子折叠缠绕而成。拉直后，其长度比细胞长度大若干倍。丝的长度却是1100～1400微米!可见，细胞内的DNA必然是一种高度折叠缠绕、错综复杂的“超线圈”结构。这对于遗传性状的传递起着重要作用。正常情况下，一个菌体内具体一个核；而细菌处于活跃生长时，由于DNA的复制先于细胞分裂，一个菌体内往往有2-4个核。质粒(plasmid)

很多细菌细胞质中，除染色体外还有质粒。它是存在于细菌染色体外或附加于染色体上的遗传物质。1.绝大多数由共价闭合环状双螺旋DNA分子所构成，分子量较细菌染色体小。2.质粒可以从菌体内自行消失，也可通过物理化学手段，将其消除或抑制；没有质粒的细菌，可通过接合、转化或转导等方式，从具质粒的细菌中获得，但不能自发产生。3.质粒存在与否，无损于细菌生存。但是许多次生代谢产物如抗生素、色素等的产生、以至芽胞的形成，均受质粒的控制。4.质粒既能自我复制、稳定遗传，也可插入细菌染色体中或其携带的外源DNA片段共同复制增殖；它可通过转化、转导或接合作用单独转移，也可携带着染色体片段一起转移。质粒已成为遗传工程中重要的运载工具之一。1鞭毛(flagellum)

运动性微生物细胞的表面，着生有一根或数根由细胞内伸出的细长、波曲、毛发状的丝状体结构即为鞭毛。它是细菌的“运动器官”。

鞭毛需用电子显微镜观察，或经特殊染色法使鞭毛增粗后才能在光镜下看到。（二）细菌细胞的特殊结构鞭毛是细菌的"运动器官"，但并非生命活动所必需。它极易脱落，即使以一定方式除去鞭毛，对细菌生存毫无影响。细菌的运动速度也惊人的，它们的运动速度可以是其自身长度的10倍或数十倍/秒。而且鞭毛的旋转为数十转/秒，细菌的运动性，是分类鉴定的一种依据。通过特殊的鞭毛染色法，在光学显微镜下也能看到。另外，通过半固体琼脂穿刺或半固体琼脂平皿扩散以及暗视野映光法、悬滴法等观察运动性，也可初步判断菌体有无鞭毛。菌毛：许多细菌表面存在着一种比鞭毛更细、更短而直硬的丝状物，数目多于鞭毛，与细菌的运动无关。具有使菌体附着于物体表面的功能。

性菌毛：构造和成分与菌毛相同，比菌毛长，数量少，有传递遗传物质的作用。2荚膜(capsule)荚膜：有些细菌生活在一定营养条件下，可向细胞壁表面分泌一层松散透明、粘度极大、粘液状或胶质状的物质即为荚膜。这种物质若具一定外形，厚约200纳米。特殊结构肺炎链球菌荚膜荚膜荚膜含有大量水分，约占90％，还有多糖或多肽聚合物。大多数细菌的荚膜是多糖，炭疽芽胞杆菌、鼠疫耶氏菌等少数菌的荚膜为多肽。荚膜的形成既受遗传特性所决定，又与环境条件有密切关系。有荚膜的细菌形成粘液(M)或光滑(S)菌落，失去荚膜后其菌落边为粗糙型（R）型。荚膜的功能荚膜虽不是细胞的重要结构，但它是细胞外碳源和能源性贮藏物质，并能保护细胞免受干燥的影响，同时荚膜具有保护细菌细胞本身的作用，能增加某些病原菌的致病能力，使之抵御宿主吞噬细胞的吞噬。例如能引起肺炎的肺炎双球菌Ⅲ型，如果失去了荚膜，则成为非致病菌。有些具荚膜的病菌并非荚膜本身有毒，而是利于在人体大量生长繁殖所致。当然，有的荚膜有毒，如流感嗜血杆菌、肺炎克氏杆菌等。有些细菌能藉荚膜牢固地粘附在牙齿表面，引起龋齿。

荚膜的应用用于菌种鉴定用作药物和生化试剂。如肠膜明串珠菌，在人为控制下，利用蔗糖以合成大量荚膜物质--葡聚糖，以制备生化试剂和“代血浆”。用作工业原料，如生产黄原胶。用于污水的生物处理，例如形成菌胶团的细菌有利于污水中有害物质的吸附沉降。产荚膜细菌常常给生产带来麻烦，食品工业中的粘性面包、粘性牛奶，都是由于污染了此类细菌引起的。对制糖工业威胁更大，由于产荚膜细菌的大量繁殖，增加了糖液粘度，影响了过滤速度，使生产蒙受损失。芽胞：某些细菌在一定的环境条件下，能在细菌内部形成一个圆形或椭圆形、厚壁、含水量低、抗逆性强的休眠构造。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。芽孢休眠能力更为突出，在常规条件下，一般可保持几年至几十年不死亡。3芽胞(spore)特殊结构细菌是否形成芽孢是由其遗传性决定，但是也需要一定的环境条件。大多数芽孢杆菌是在营养缺乏等不良条件下在衰老的细胞体内形成芽孢。芽孢有较厚的壁和高度折光性，在显微镜下观察为透明体。芽胞的大小、形状、位置等随菌种而异，有重要的鉴别意义。破伤风梭菌炭疽芽胞杆菌肉毒梭菌细菌芽孢构造孢子外壁孢子外壳皮层核心芽胞抵抗力强的原因

(1)芽胞含水量少，蛋白质受热后不易变性。(2)芽胞具有多层致密的厚膜，理化因素不易透入。(3)含有的DAP与钙结合的盐能提高芽胞中各种酶的稳定性。三.细菌的繁殖与菌落形态特征简单的无性的二均裂殖是细菌最普遍、最主要的繁殖方式，通常表现为横分裂。电子显微镜表明，细菌分裂大致经过细胞核和细胞质的分裂、横隔壁的形成、子细胞分离等过程1细菌的繁殖

杆菌二分裂过程模式图（图中DNA均为双链）

大肠杆菌分裂照片2细菌菌落特征将单个微生物细胞或一小堆同种细胞接种在固体培养基的表面（有时为内部），当它占有一定的发展空间并给予适宜的培养条件时，该细胞就迅速进行生长繁殖。结果会形成以母细胞为中心的一堆肉眼可见的。有一定形态构造的子细胞集团，这就是菌落（colony）。如果菌落是由一个单细胞发展而来的，则它就是一个纯种细胞群或克隆（clone）。如果将某一纯种的大量细胞密集地接种到固体培养基表面．结果长成的各“菌落”相互联接成一片，这就是菌苔（lawn）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。不同形态、生理类型的细菌，在其菌落形态、构造等特征上也有许多明显的反映。菌落特征包括:大小，形状(圆形、假根状、不规则状等)，隆起形状(扩展、台状、低凸、凸面、乳头状等),边缘情况(整齐、波状、裂叶状、锯齿状等)，表面状态(光滑、皱褶、颗粒状、龟裂状、同心环状等)，表面光泽(闪光、金属光泽、无光泽等)，质地(油脂状、膜状、粘、脆等)，颜色，透明程度等。菌落形态大小也受邻近菌落影响。菌落靠得太近，由于营养物有限，有害代谢物的分泌与积累，生长受到抑制。靠近的菌落小，分散的大。细菌的菌落一般呈现湿润、较光滑、较透明、较粘稠、易挑取、质地均匀以及菌落正反面或边缘与中央部位的颜色一致等。菌落

培养基：是人工配制的适合于不同微生物生长繁殖

或者积累代谢产物的营养基实。

在固体培养基上：多生于培养基表面，光滑或粗糙、

干燥或湿润，有不同气味，但菌落菌苔易于被挑起。

观察试管固体培养基斜面上的菌苔形态在半固体培养基上，用穿刺接种方法，如该细菌有鞭毛，能运动则沿穿刺线扩散生长，若无鞭毛不能运动，只在穿刺线处生长。在液体培养基上:

1.多数细菌呈现均匀浑浊（表现均匀生长）。

2.部分形成菌膜(专性需氧菌），在液体培养基表面上形成菌膜，液体透明或者稍浑浊。

3.形成菌环，在液体中间形成一圈环状物形成沉淀。