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微生物学教程（第四版）知识点——周德庆绪论微生物与人类什么是微生物微生物：一切肉眼看不见或看不清的微小生物的总称不是一切微生物都是肉眼不可见的。例：费式刺尾鱼菌，大小：75μm（宽）X200~600μm（长）纳米比亚珍珠硫细菌，大小：直径100~300μm，最大750μm微生物的定义：是对所有形体微小的单细胞、细胞结构较为简单的多细胞，以及没有细胞结构的低等生物的通称。解析：形体微小：一般小于100μm结构简单：单细胞，简单多细胞，无细胞结构低等生物：进化地位低：原核生物，真核生物，非细胞生物。微生物并非分类学术语，而是根据生物体的大小而被人为的划分在一起。微生物类群：①原核生物：支原体、衣原体、立克次氏体、放线菌、蓝细菌、细菌、古菌。（支衣立放蓝细古）②真核微生物：真菌（酵母菌、霉菌、蕈菌），原生生物（藻类、原生生物）③非细胞生物：（真）病毒，亚病毒（类病毒、拟病毒、脘病毒）微生物的五大共性（要考）个体小，面积大：比表面积大（产生其余四个共性）吸收多，转化快：代谢能力强生长旺，繁殖快适应强，易变异：有极其灵活的适应性或代谢调控机制分布广，种类多：“无孔不入，随遇而安”微生物多样性的体现①物种多样性②生理代谢类型多样性③代谢产物多样性④遗传基因多样性⑤生态系统类型的多样性人类对微生物世界的认识史史前时期：微生物感性的认识时期初创时期：微生物形态的认识时期列文虎克——微生物学的先驱者，首个看见并描述微生物的人。3.奠基时期：微生物生理学发展时期巴斯德——微生物学奠基人，微生物学之父（提出胚种学说，否定了自然发生学说。）（巴斯德消毒法、分离出引起蚕病的微生物、创立免疫学原理和预防接种方法）科赫——细菌学的奠基人，科赫原则。（发明固体培养皿，建立分离纯化微生物的实验技术，利用平板分离法寻找并分离到许多病原菌——发现结核病原菌）发展时期：微生物生物化学发展时期布赫纳——生物化学奠基人，提出酶的概念费莱明——发现青霉菌产生抑菌物质—青霉素成熟时期：微生物研究进入分子生物学水平，成为分子生物学研究中主要对象。沃森和克里克——分子生物学奠基人，提出DNA双螺旋模型微生物学及其分科微生物学是一门在分子、细胞或群体水平上研究微生物的形态构造、生理代谢、遗传变异、生态分布和分类进化等生命活动基本规律，并将其应用于工业发酵、医药卫生、生物工程和环境保护等实践领域的科学。微生物学的发展促进了人类的进步发酵工业：食品饮料自然发酵医疗保健：生物工程技术在生化药物生产上的应用农业技术：以菌治虫、以菌治菌、以菌治草；——生物防治生态环境保护和修复：有机废弃物、废水的生物处理生物学基础理论研究：是分子生物学的三大来源和三大支柱（生物化学、微生物学和遗传学）之一。原核生物的形态、构造和功能细菌什么是原核生物即广义的细菌，是指一大类细胞核无核膜包裹，不是核仁和典型的染色体，只有被称作核区的裸露DNA的原始单细胞生物。细菌什么是细菌：一类细胞微小（细短），结构简单、胞壁坚韧、多以二分裂方式增值和水生性较强的单细胞原核生物。广义的细菌指全部原核微生物。细菌细胞的形态与大小：球菌、杆菌、螺旋菌。（特殊形态的细菌。）球菌排列形态：单球菌、双球菌、四联球菌、八叠球菌、链球菌、葡萄球菌。螺旋菌：根据弯曲情况分为：①弧菌：螺旋不满一环，呈弧形或逗号型。（霍乱弧菌，逗号弧菌）②螺旋菌：螺旋满2-6环，螺旋状。（幽门螺旋杆菌）③螺旋体：旋转周数在6环以上，菌体柔软。（梅毒螺旋体）细菌形态的影响因素：培养时间，培养温度，培养基组成、浓度与pH值，其他不利环境因子（如抗菌药物）。环境条件变化物理化学因子的刺激→阻碍细胞正常发育→异常形态培养时间过长→细胞衰老、营养缺乏、自身代谢产物积累过多→异常形态细菌细胞的大小：度量单位μm，直径μm，（宽μmX长μm）。纳米细菌：并非生物体，而是纳米级的矿物质与细胞内的蛋白质形成的复合物。细菌细胞的一般结构一般结构：细胞壁、细胞膜、核区、间体、细胞质、内含物。特殊构造：鞭毛、菌毛、性菌毛、芽孢、糖被（微荚膜、荚膜、粘液层）。细胞壁的构造与功能：细胞壁：是包围在细胞表面的一层厚实、坚韧的外被，主要成分为肽聚糖，具有固定细胞外形和保护细胞不受损伤等多种生理功能。不同细菌细胞壁构造相同吗？细菌细胞壁结构和成分具有多样性革兰氏染色法：丹麦医生Gram与1884年发明的一种鉴别不同类型细菌的染色方法。革兰氏阳性菌（G+）被染成紫色；革兰氏阴性菌（G-）被染成红色。（杨紫）G+和G-的细胞壁结构差异（从里到外）G+G-细胞膜：不含或含少量蛋白质细胞膜：膜蛋白含量较高肽聚糖：含量很高90%，网状结构周质空间：由脂蛋白，肽聚糖（含量很低5%~20%）构成磷酸壁：含量较高＜30%，分为壁磷酸壁和膜磷酸壁无磷酸壁外膜：由脂多糖，磷脂，脂蛋白构成，含有孔蛋白和外膜蛋白。细胞壁主要功能：①维持细胞外形，提高机械强度；②作为渗透屏障，阻拦大分子有害物质进入细胞；③细胞生长、分裂所必须，为鞭毛运动提供支点；④赋予细菌特定的抗原性，以及对抗生素和噬菌体的敏感性。肽聚糖:原核生物细胞壁特有的成分，是一种大分子聚合物；大量肽聚糖单体可聚合形成多层的网状结构。•G+细菌肽聚糖网层厚G+细菌肽聚糖网层交联紧密•G-细菌肽聚糖网层薄G-细菌肽聚糖网层交联松散G+肽聚糖单体结构：双糖（NAG-NAM）：N-乙酰葡萄糖胺（NAG）,N-乙酰胞壁酸（NAM）短肽（四肽尾）：L-Ala,D-Glu,L-Lys,D-Ala.肽桥（肽间桥）:5个L-Gly甘短肽和肽桥的组成成分和连接方式依不同的细菌而异。肽聚糖单体结构：双糖（NAG-NAM）:N-乙酰葡萄糖胺（NAG）,N-乙酰胞壁酸（NAM）短肽（四肽尾）：L-Ala,D-Glu,m-DAP,D-Ala肽桥（肽间桥）:D-Ala--m-DAP肽键磷酸壁:G+特有是G+菌细胞壁上的一种酸性多糖，通过共价键与肽聚糖分子结合，并延伸到肽聚糖分子表面，带有负电荷。主链由醇（核糖醇或甘油）和磷酸分子交替连接而成；种类：膜磷酸壁：与细胞膜相交联壁磷酸壁：与肽聚糖相交联磷酸壁的功能：①通过大量负电荷吸附浓缩细胞周围Mg2+,提高细胞膜上的合成酶活性；②贮藏磷元素；③调节细胞内自溶素的活力，抑制细胞自溶；④噬菌体吸附受体；⑤作为G+菌表面抗原，用于菌种鉴定。⑥加强某些致病菌对宿主细胞的粘连，避免被白细胞吞噬，有抗补体作用。外膜（OM）：G-菌细胞壁特有结构，位于壁最外层，作为细菌的保护屏障。成分：脂多糖、磷脂和若干种外膜蛋白。脂多糖（LPS）：G-菌细胞壁最外层的类脂多糖类物质。（LPS）：类脂A（细菌致病物质“内毒素”的物质基础）；核心多糖；O-抗原（结构多变，G-菌抗原决定簇呈现多样性）。功能：·类脂A是G-菌致病物质内毒素的物质基础；·决定了G-菌表面抗原决定簇的多样性；·吸附Mg离子提高其在细胞表面的浓度；·噬菌体吸附受体；·具有一定的选择性吸收功能，可透过小分子营养物质，阻挡溶菌酶、抗生素等大分子物质。外膜蛋白：嵌合在LPS和磷脂层上的20多种蛋白，多数功能未知。外膜蛋白：脂蛋白（连接外膜层和肽聚糖层）；孔蛋白（一种三聚体跨膜蛋白，中间有孔道，小分子进入细胞的通道。）周质空间•也称壁膜空间，位于G-菌外膜和细胞膜之间的狭小空间；•内含质外酶，对细菌营养吸收、代谢、趋化性、抗药性及抗逆等重要作用。•周质空间蛋白酶修饰细菌受体组氨酸激酶VgrS，促进细菌抗逆。11.抗酸细菌：一类细胞壁中含有大量分支菌酸等蜡质的特殊G+菌，酸性复红染色后不能被盐酸乙醇脱色。例如：分支杆菌属（Mycobacterium）组成：类脂（分枝菌酸和索状因子）：1.约占60%；2.蛋白质（孔蛋白）；3.肽聚糖12.缺壁细胞：在自然进化和实验室菌种自发突变中产生的少数没有细胞壁的细菌种类；或在实验室中通过人为方法抑制新细胞壁合成或酶解已有细胞壁而获得的人工缺壁细菌。实验室中形成——1.自然缺壁突变——L型细菌2.人工方法去壁——①彻底除尽—原生质体；②部分去除—球状体。自然界长期进化中形成——支原体13.细胞膜：围绕在细胞质外面的一层柔软而富有弹性的薄膜，厚约7～8nm，占细胞干重的10%左右，也称细胞质膜、质膜。成分：磷脂20%～30%；蛋白质50%～70%；少量的糖脂和糖蛋白。磷脂：不同微生物R基不同，磷脂酰甘油；磷脂酰乙醇胺蛋白质：整合蛋白/膜内在蛋白周边蛋白/膜外在蛋白细胞膜的结构：液态镶嵌模型细胞膜的功能：1.高度选择透性，控制细胞内外营养物质和代谢产物的运送与交换；2.维持细胞内正常渗透压的屏障作用；3.合成细胞壁和糖被的各种组分的场所；4.许多酶和电子传递链组分的所在部位，是进行氧化磷酸化或光合磷酸化的产能基地；5.鞭毛基体的着生部位和鞭毛旋转的供能部位。14.间体：细胞质膜内陷形成的一个或数个较大而不规则的层状、管状或囊状物，多见于G+细菌。间体的功能：可能与青霉素酶分泌有关。可能与DNA复制、分配和细胞分裂有关。细胞分裂时，位于横隔处的间体一分为二，“纺锤丝”？相当于真核细胞的线粒体?含有细胞色素氧化酶，琥珀酸脱氢酶等。“间体”仅是电镜制片时因脱水操作而引起的一种赝像?细胞质：细胞膜内出细胞核外的所有半透明、胶体状和颗粒状物质。（原核生物细胞质不流动）主要成分：核糖体、贮藏物、酶类、中间代谢物等，少数细菌还存在羧酶体、磁小体、气泡、伴孢晶体等特定功能细胞组分。①核糖体：是细胞质中的一种核糖核蛋白质颗粒状物质由核糖核酸（rRNA）和蛋白质组成常以游离或多聚体状态分布于原核生物细胞质中由50S和30S两个亚基组成，核糖体沉降系数为70S蛋白质合成的场所。②细胞质包含体：是指细胞质内一些显微镜下可见，形态较大的有机或无机的颗粒状构造。种类：贮藏物、磁小体（驱磁细菌）、羧酶体（固CO2）、气泡（调节比重）。贮藏物：是一类由不同化学成分累积而成的不溶性沉淀颗粒，主要功能是贮存营养物。PHB（聚-β-羟基丁酸）：是许多细菌细胞质内常含有的碳源类贮藏物，不溶于水，易被脂溶性染料（苏丹黑）着色。功能：贮存碳源、能源和降低渗透压。含PHB的细菌种类：产碱杆菌属、固氮菌属、假单胞菌属和某些光合厌氧菌等。异染粒：大小为0.5～1μm，主要成分是多聚偏磷酸盐的聚合物，分子呈线状，嗜碱性强，用美蓝染色着色较深，呈紫红色，与菌体其他部位不同，故称异染粒。功能：贮存磷元素和能量，降低渗透压。含异染粒的主要细菌种类：迂回螺菌、白喉棒杆菌和结核分枝杆菌。硫粒：当环境中还原性硫(H2S)丰富时,在细胞内以折光性很强的硫粒的形式积累硫元素；当H2S不足时,可氧化成硫酸盐，以提供细菌细胞生命活动所需能量。功能：好氧硫细菌的能源；厌氧硫细菌的电子供体。含硫粒的细菌种类：硫细菌。16.拟核：由大型环状双链DNA纤丝折叠或缠绕而成的松散网状结构，是遗传信息存储、传递和调控的部位，又称为“核质体、核区、类核或细菌染色体”。长度：一般为1～3mm例：大肠杆菌的DNA长约1mm。数量：正常情况下，一个菌体只有1个拟核；生长迅速的细菌细胞中常有2-4个拟核；生长缓慢的细菌细胞中一般只有1-2个核。四．细菌细胞的特殊构造（1）糖被：包被于某些细菌细胞壁外的一层厚度不定的透明胶状物质。成分：多糖、多肽、蛋白质。类型：（按糖被有无固定层次、层次厚薄划分。）（大）荚膜、微荚膜、黏液层、菌胶团功能：①保护作用：抗干燥，抗噬菌体，抗白细胞吞噬；②贮藏养料：是细胞外碳源和能源的储备物质；③表面附着作用：是某些病原菌必须的粘附因子④作为头型屏障和离子交换系统，保护细菌免受重金属离子毒害；⑤细菌信息识别；⑥堆积代谢废物。用途：①用于菌种鉴定；②从荚膜中提取葡聚糖，制备生化试剂盒右旋酐（代血浆）③从粘液层中提取黄原胶，用作增稠剂等，在食品、石油、医药、日用化工等领域广泛应用；④产生菌胶团的细菌可用作污水处理的活性污泥。鞭毛：细菌体表的长丝状、波状弯曲的蛋白质附属物，一至数十条，可以推动细菌运动。鞭毛着生位置和数目——可作为菌种分类鉴定的重要依据。单端鞭毛菌、两端鞭毛菌、端生鞭毛菌、周生鞭毛菌功能：运动，鞭毛运动引起菌体运动，实现其趋性。细菌趋性运动：化学趋性运动——趋化性氧趋性运动——趋氧性光趋性运动——趋光性趋向运动：生物体对环境中的不同理化或生物因子做有方向性的应答运动。栓菌实验：旋转论鞭毛菌的运动特点：鞭毛的结构：鞭毛丝：中空丝状结构，球蛋白亚基螺旋排列——胞外鞭毛钩/钩形鞘：连接鞭毛丝和基体，弯曲筒状，蛋白质组成，360度旋转——靠近细胞表面。基体：若干种蛋白组成的多个盘状物——环，结构复杂精密的马达。——埋于细胞膜和壁中。驱动鞭毛运动。鞭毛旋转运动的机制：——质子叶轮模型鞭毛的基体——超微型马达MS环（内环）、C环：“转子”Mot蛋白：“定子”，跨膜质子通道FliG蛋白：马达键钮（旋转方向）当大量质子不断流经Mot蛋白时，通过正负电荷间的吸引，使基体“转子”发生旋转，从而带动鞭毛丝快速旋转。鞭毛的生长方式：是在其顶部延伸。（三）菌毛：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，又称“纤毛”或“伞毛”。功能：作为附着到哺乳动物细胞或其他物体的工具。特点：直径3～10nm，结构简单，着生于细胞质膜上；每个细菌约有250～300条菌毛；多存在于G-致病菌中，借助菌毛可牢固粘附于宿主的呼吸道、消化道、泌尿生殖道等的粘膜上，定植和致病（四）性毛：又称性菌毛或性纤毛，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：一般见于G-细菌的雄性菌株（供体菌）中，用于向雌性菌（受体菌）传递遗传物质（致育因子，F因子）；RNA噬菌体的特异性吸附受体。芽孢：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、抗逆性强的休眠体，称为芽孢（亦称“内生孢子”）。Ø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。芽孢的主要种类：芽孢杆菌属(Bacillus)、梭菌属(Clostridium)-G+•芽孢的有无、形状、大小和着生位置可作为细菌分类鉴定的依据。芽孢的结构与成分：胞外壁：脂蛋白，透性差，有的芽孢无;芽孢衣：疏水性角蛋白，抗酶解，抗药物，多价阳离子不易通过;皮层:芽孢肽聚糖，2，6-吡啶二羧酸钙盐(calciumdipicolinate,DPA-Ca)，体积大、渗透压高(20个大气压);核心：•芽孢壁：肽聚糖，发展成新细胞壁;•芽孢膜：磷脂、蛋白质，发展成新细胞膜;•芽孢质：DPA-Ca，核糖体，RNA、酶类、SASP（小酸溶性蛋白）;•核区：DNA芽孢复杂而独特的多层结构——具有惊人的抗逆性·渗透调节皮层膨胀学说：芽孢衣对多价阳离子和水分透性差，皮层离子强度高，因而产生极高的渗透压，夺取芽孢核心的水分，造成皮层膨胀和核