第二章原核微生物(6学时)

第二章原核微生物（6学时）第一节原核微生物的一般特性（2学时）第二节真细菌（2学时）第三节古细菌（2学时）原核微生物的概念原核微生物：是指一大类细胞核无核膜包裹，只有称作核区的裸露DNA的原始单细胞生物，包括真细菌和古细菌原核微生物虽然个体微小，形态简单，但细胞结构很复杂，使之具备进行独立生命活动的全部功能第一节原核微生物的一般特性一、原核微生物的形态和大小二、原核微生物的细胞构造三、原核微生物的繁殖方式四、原核微生物的群体特征一、原核微生物的形态和大小（一）原核微生物的形态（二）原核微生物的大小（一）原核微生物的形态球状（球菌）：单球菌、双球菌、链球菌、四联球菌、八叠球菌、葡萄球菌等杆状（杆菌）：单杆菌、成对杆菌、链杆菌、球杆菌等螺旋状（螺菌）：弧菌、螺旋菌、螺旋体等特殊形态：柄细菌、肾形菌、星形菌、方形菌等一、原核微生物的形态和大小（一）原核微生物的形态（二）原核微生物的大小（二）原核微生物的大小细菌的大小：可用测微尺在显微镜下直接测量；也可通过投影或照相，按图中的大小和放大倍数间接测算；测量细菌的大小常以µm为单位；测量亚细胞结构要用nm作单位球菌：直径，通常0.2~1.5µm；杆菌：长×宽，通常1~5µm×0.5~1µm；螺菌：长、宽和螺距，通常5~20µm×0.5~1µm×1~3µm二、原核微生物的构造与功能（一）细菌细胞的基本结构（二）细菌细胞的特殊结构（一）细菌细胞的基本结构1、细胞壁2、细胞膜及其内膜系统3、细胞质及其内含物4、拟核与质粒1、细胞壁细胞壁（cellwall）：是位于菌体的最外层，内侧紧贴细胞膜的一层无色透明，坚韧而有弹性的结构细胞壁约占细胞干重的10%~25%（1）细胞壁的基本功能固定外形：固定细胞外形和提高机械强度，使细胞免受渗透压等外力的损伤保护作用：阻拦酶和抗生素等大分子物质进入细胞，保护细胞免受有害物质的损伤免疫识别：使细胞具有特定的抗原性以及对抗生素和噬菌体的敏感性其它：细胞生长、分裂和鞭毛运动等重要细胞功能所必需（2）革兰氏染色法革兰氏染色法（GramStaining）：1844年，丹麦医生ChristainGram创造了此细胞壁的染色方法；用该染色法可把细菌分成两大类基本步骤：涂片固定——结晶紫初染——碘液媒染——乙醇脱色——番红复染结果：革兰氏阳性菌（G＋）——紫色；革兰氏阴性菌（G－）——红色（3）两种细胞壁的比较革兰氏阳性菌的细胞壁：厚度大，20~80nm；组成简单，一般只含有90%的肽聚糖和10%的磷壁酸革兰氏阴性菌的细胞壁：细胞壁薄，15-20nm；有多层结构，即外膜、肽聚糖层和壁膜间隙；一般肽聚糖为单层，不含有磷壁酸特征G+G－肽聚糖层厚层薄磷壁酸含有不含外膜缺有壁膜间隙很薄较厚肽聚糖层细胞质膜革兰氏阳性菌（G+）细胞壁结构磷壁酸革兰氏阴性菌（G－）细胞壁结构细胞质膜肽聚糖层与壁膜间隙外膜（4）细胞壁缺陷细菌原生质体（protoplast）：人工条件下用溶菌酶除去细胞壁或用青霉素抑制细胞壁合成，无细胞壁，只留细胞膜和原生质，一般由G+形成原生质球（spheroplast）：细胞壁被消溶后，残留部分外膜，一般由G-形成L型细菌：一种由自发突变形成的变异型，无完整细胞壁，在固体培养基表面形成"油煎蛋"状小菌落支原体：长期进化形成，其细胞膜中含有甾醇2、细胞膜及其内膜系统细胞膜（cellmembrane）：又称质膜、内膜，是紧贴在细胞壁内侧包围着细胞质的一层柔软、脆弱、富有弹性的半透膜，厚约7~8纳米，由磷脂和蛋白质组成对原核生物来说是最重要的结构之一（1）细胞膜的结构1972年Singer和Nicolson提出的细胞膜液态镶嵌模型观点：膜是由球形蛋白与磷脂按照二维排列方式构成的流体镶嵌式，流动的脂类双分子层构成了膜的连续体，而蛋白质象孤岛一样无规则地漂流在磷脂类的海洋当中（2）细胞膜的功能物质运输：选择性地控制细胞内、外的营养物质和代谢产物的运送，维持细胞内正常渗透压呼吸作用：膜上包含电子转移系统和呼吸酶类，是细胞的产能场所合成作用：参与细胞壁和荚膜的合成其它：提供鞭毛的着生位点和运动能量（3）内膜系统中间体（mesosome）：细胞膜内陷折叠形成的不规则片状、管状或囊状结构，与DNA的复制和细胞的分裂有关类囊体（thylakoid）：蓝细菌所特有的，存在叶绿素和藻胆色素，可进行光合作用载色体（chromatophore）：不放氧的光合细菌所特有，含有菌绿素和类胡萝卜素，可进行光合作用羧酶体（carboxysome）：自养细菌所特有的，是固定CO2的部位3、细胞质及其内含物细胞质（cytoplasm）：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；含有丰富的酶系，是营养物质合成、转化、代谢的场所内含物（inclusions）：又可称为颗粒体，是指细胞质内形状较大的颗粒状构造；包括核糖体、各种贮藏物等（1）核糖体核糖体（ribosomes）：70S，亚单位分别为30S和50S，是细胞中多肽链合成的主要场所在细菌中，80~90%的核糖体串联在mRNA上，以多聚体形式存在（2）储藏物储藏物：是一类由不同化学成分累计而成的不溶性沉淀颗粒，主要功能是贮藏营养物质碳源及能源类：糖原，聚β-羟基丁酸（PHB）,硫粒，脂肪粒等氮源类：藻青素（由含精氨酸和天冬氨酸残基的分枝多肽构成，兼有贮藏能源的作用），藻青蛋白（还有捕获光能的作用）等磷源：异染粒（又称迂回体、捩转菌素，是无机偏磷酸的聚合物）（3）其它内含物磁小体：主要成分是Fe3O4，导向作用液泡：细菌衰老时产生，产生浮力羧酶体：内含RUBP羧化酶，固定CO2磁细菌在磁场中做波状迁移分离的磁小体羧酶体磁小体气泡4、拟核和质粒拟核（nucleoid）：是指原核生物所特有的无核膜、核仁结构、无固定形态的原始细胞核；核区内无典型的染色体结构，通常是一条很长的环状双螺旋DNA链，在细胞中高度折叠，是细菌遗传信息的主要载体质粒（plasmid）：一种独立于染色体外、能进行自主复制的细胞质遗传物质；一般以不同大小的环状双螺旋状态存在，有时也能整合到染色体上；控制细菌的接合、致病、产生抗生素等性状Micrographofabacteriumshowingthenucleoidregion(green)withinthecytoplasmwherethebacterialchromosomeoccurs二、原核微生物的构造与功能（一）细菌细胞的基本结构（二）细菌细胞的特殊结构（二）细菌细胞的特殊结构1、荚膜与粘液层2、鞭毛3、菌毛与性菌毛4、芽孢与孢囊1、荚膜与粘液层被外多糖（glycocalyx）：简称糖被，是包被于某些细菌细胞壁外的一层厚度不定的胶状物质主要成分是多糖、多肽或蛋白质（1）糖被的主要类型荚膜（capsule）：包裹在单个细胞上、在细胞壁上有固定层次、层次较厚的糖被微荚膜：包裹在单个细胞上、在细胞壁上有固定层次、层次较薄（小于20nm）的糖被粘液层（slimelayer）：包裹在单个细胞上、松散、未固定在细胞壁上的糖被菌胶团：包裹在细胞群上的糖被荚膜粘液层菌胶团（2）荚膜的主要作用保护作用：避免干旱损伤，防噬菌体吸附和裂解，防白细胞吞噬；作为透性屏障或离子交换系统，保护细菌免受重金属离子的毒害储藏养料：储藏养料以备营养缺乏时重新利用；有时也堆积代谢废物表面附着：帮助菌体附着在侵染体表面，起辅助侵染的作用信息识别：作为主要表面抗原，是有些病原菌的毒力因子2、鞭毛鞭毛（flagellum）：生长在某些细菌体表的长丝状、波曲的蛋白质附属物；鞭毛是细菌的运动器官：运动性旋转，能量来自细胞膜上的质子动势鞭毛的大小：一般长15~20

m、直径10~20nm鞭毛的结构：由基体（G+，G-的区别）、钩形鞘和鞭毛丝三部分组成鞭毛的着生方式：极生、端生、周生G+G-Fourbasictypesofflagellarrangements3、菌毛与性菌毛菌毛（fimbriae）：是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；直径3-10nm，长0.2-2um；不具有运动功能，但与菌的致病性、吸附等有关性菌毛（sexpili）：菌毛的一种特殊类型，一般只有1至少数根；性菌毛向受体菌传递遗传物质，有的还是噬菌体的特异性吸附受体4、芽孢与孢囊芽孢（endospore）：某些细菌在其生长后期，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胞囊（cyst）：它的形成不同于内生芽胞，形成胞囊时在细胞外面沉淀数层保护膜；胞囊具有抗干燥的作用，但不耐热SporulatingcellexosporiumCentralcoreCortexSporecoat/membraneVegetativecell三、原核微生物的繁殖方式（一）二分裂殖（二）其它繁殖方式（一）二分裂殖二分裂殖：核分裂；形成横隔壁；子细胞分离同形裂殖：裂殖后形成的子细胞大小相等；异形裂殖：分裂产生两个大小不等的子细胞不等二分裂三、原核微生物的繁殖方式（一）二分裂殖（二）其它繁殖方式（二）其它繁殖方式三分裂多分裂出芽繁殖多分裂四、原核微生物的群体特征（一）细菌的培养特征（二）细菌的生理生化特征（一）细菌的培养特征菌落特征：湿润、粘稠、易挑起、质地均匀、菌落各部位的颜色一致等无鞭毛、不能运动的细菌：常形成较小、较厚、边缘整齐的菌落有鞭毛细菌：菌落则较大而扁平、边缘波状或锯齿状等有荚膜的细菌：菌落较大并且表面光滑，无荚膜者则表面粗糙具有芽孢的细菌：菌落表面常有皱褶并且很不透明四、原核微生物的群体特征（一）细菌的培养特征（二）细菌的生理生化特征（二）细菌的生理生化特征第二章原核微生物（6学时）第一节原核微生物的一般特性（2学时）第二节真细菌（2学时）第三节古细菌（2学时）原核微生物的分类系统《伯杰氏系统细菌学手册》：第一版1984年问世，至1989年出齐，共4卷；第二版由GeorgeGarrity主编，从2000年陆续出版，分为5卷《伯杰氏细菌鉴定手册（第九版）》：1994年出版，相距第八版的时间有20年《原核生物》：1992年出第二版，1999年网上发布电子版伯杰氏系统细菌学手册Bergey’smanualofDeterminationBacteriology(9thed.,1994)将原核生物界（Procaryotae）分为4个门，7个纲，35个组群，870属，4900多种薄壁菌门（PhylumGracilicutes）：细胞壁薄，7-8nm，含肽聚糖为8-10%，G-厚壁菌门（PhylumFirmicutes）：细胞壁厚，10-50nm，含肽聚糖为50-80%，G＋软壁菌门（PhylumTenericutes）：没有细胞壁，也称菌原体疵壁菌门（PhylumMendosicutes）：古细菌第二节真细菌一、革兰氏阴性细菌（G-细菌）二、革兰氏阳性细菌（G+细菌）三、放线菌四、古细菌一、G-细菌（一）分群依据（二）主要类群（一）分群依据细胞形态：球状、杆状、螺旋状等需氧性：好氧、兼性厌氧、厌氧等营养类型：化能有机营养型、化能无机营养型、光能无机营养型等一、G-细菌（一）分群依据（二）主要类群（二）主要类群需氧性杆菌和球菌：假单胞菌、固氮细菌、根瘤细菌兼性厌氧杆菌和弧菌：肠道细菌、弧菌专性寄生细菌：立克次氏体、衣原体、支原体、螺旋体光能无机营养细菌：蓝细菌化能无机营养细菌：硫氧化菌、硝化细菌1、假单胞杆菌主要特征：直或弯曲的杆菌，一根或几根极生鞭毛；严格需氧性，呼吸代谢，氧化酶阳性，有些能合成黄绿色水溶性色素常见的腐生菌，一些是动植物病原菌代表属：假单胞菌属（Pseudomonas）、黄单胞菌（Xanthomonas）假单胞菌属（Pseudomonas）2、固氮细菌主要特征：菌体卵圆形，周生鞭毛，个体大，一般1.5-2

m或更大，可形成荚膜或粘液层，菌落呈粘液状；需氧性，化能有机营养型；不能水解蛋白质，以硝酸盐和铵盐等为氮源自生固氮：好氧条件下，每消耗1g葡萄糖可固定10-15mg大气中的氮素代表属：固氮菌属（Azotobacter）固氮菌属（Azotobacter）3、根瘤细菌主要特征：杆菌，0.5-0.9

m×1.2-3

m，极生或周生2-6根鞭毛，细胞内常含有聚β-羟基丁酸（PHB），使染色不均匀；含碳培养基上产生粘液状菌落；好氧，化能有机营养型共生固氮：与豆科植物共生形成根瘤；在根瘤内菌体呈棒状、T形或Y形，称类菌体；类菌体被一层周膜包围，能有效地固定空气中的氮气代表属：根瘤菌属（Rhizobium）、固氮根瘤菌属（Azorhizobium）4、肠道细菌主要特征：直杆菌，周生鞭毛，有的有荚膜；兼性厌氧，发酵糖类产酸、不产气，接触酶阳性，氧化酶阴性存在于温血动物的肠道内，是条件致病菌；也存在于土壤中、水域中或植物体内，多数腐生，少数寄生代表属：沙门氏菌（Salmonella）、志贺氏菌（Shigella）、肺炎克氏杆菌（Klebsiella

pneumoniae）、欧文氏菌（Erwinia）、大肠埃希氏菌（Escherichiacoli）欧文氏菌属（Erwinia）5、弧菌主要特征：弯杆状或逗点状，极生鞭毛；兼性厌氧，发酵代谢存在于淡水、海水或人和动物的肠道内，是条件致病菌，多数腐生，少数寄生代表属：弧菌属（Vibrio）弧菌属（Vibrio）6、立克次氏体主要特征：菌体直径0.2-0.5

m，球状、杆状、丝状等，无鞭毛，不运动哺乳动物活细胞内的专性寄生菌，主要寄生于节肢动物，有的会通过蚤、虱、蜱、螨传入人体、引起斑疹伤寒、战壕热等美国医生H.T.Richetts1909年首次发现它是斑疹伤寒的病原体，并于1910年牺牲于此病，故后人称这类病原体为立克次氏体代表属：立克次氏体（Richettsia）立克次氏体（Richettsia）7、衣原体主要特征：菌体直径0.2-0.3um，细胞多呈球状或椭圆形，能通过细菌滤器；有革兰氏阴性细菌特征的缺肽聚糖的细胞壁；没有产生ATP的系统，是已知生活能力最简单的细胞生物脊椎动物细胞中的专性寄生菌，有摄能寄生物(energeparasite)之称代表属：衣原体（Chlamydia）衣原体（Chlamydia）8、支原体主要特征：菌体直径0.2-0.25um，能通过细菌滤器，是已知最小的细胞生物；无细胞壁，形态多样；细胞膜含甾醇；菌落煎鸡蛋状专性寄生，引起人和一些动物的胸膜肺炎，引起黄化型植物病害（yellowtypedisease）代表属：支原体（mycoplasma）支原体（mycoplasma）9、螺旋体主要特征：菌体细长、柔韧、弯曲呈螺旋状，由原生质柱、轴丝（也称周质鞭毛）、外鞘构成，0.1-3

m×5-250

m，靠轴丝伸缩运动；化能异养型广泛存在于自然界及动物体内，腐生或寄生，可引起梅毒、回归热、钩端螺旋体病等重要疾病代表属：螺旋体属（Spirochaeta）梅毒螺旋体的超微结构螺旋体属（Spirochaeta）10、蓝细菌主要特征：光能营养菌，含有叶绿素a，藻但素（藻蓝素和藻红素）等，许多蓝细菌具有气泡；有单细胞和丝状体两大类形态有许多固氮的种类，可作为生物菌肥代表属：鱼腥蓝细菌属（Anabaena）、念珠蓝细菌属（Nostoe）、螺旋蓝细菌属（Spirulina）11、硫氧化菌主要特征：极生鞭毛的小杆菌；化能无机营养型，氧化硫化物等获取能量广泛分布在含无机硫和铁的陆地和水域中，有些种能高度耐酸代表属：硫杆菌（Thiobacillus）12、硝化细菌主要特征：球状或杆状，周生或极生鞭毛；严格需氧，化能无机营养型，能利用还原态的无机氮化物；硝化作用代表属：硝酸杆菌（Nitrococcus）二、G+细菌（一）分群依据（二）主要类群（一）分群依据细胞形态：球状、杆状等需氧性：好氧、兼性厌氧、厌氧等发酵类型：乳酸发酵芽孢产生：有无芽孢二、G+细菌（一）分群依据（二）主要类群（二）主要类群G+球菌：葡萄球菌、链球菌、消化球菌G+杆菌：乳酸杆菌、棒状杆菌G+产芽孢的杆菌和球菌：芽孢杆菌1、葡萄球菌主要特征：细胞球形，在几个平面上分裂，形成包裹状的一堆细胞；需氧或兼性厌氧；具血红素的呼吸酶类主要存在于温血动物的皮肤、皮肤腺体和粘膜上，有些种是条件致病菌，可引起化脓，甚至丘疹、肺炎、脑膜炎等代表属：葡萄球菌属（Staphylococcus）葡萄球菌属（Staphylococcus）2、链球菌主要特征：细胞球形，在一个或两个平面上分裂，成对、链状或四联状；兼性或耐氧厌氧主要存在于温血动物的皮肤、肠道，也可产生肠毒素，引起食物中毒代表属：链球菌属（Streptococcus）链球菌属（Streptococcus）3、消化球菌主要特征：细胞球形，成对、四联状或不规则簇状聚集；厌氧主要存在于温血动物的消化道，共生代表属：消化球菌属（Peptococcus）4、乳酸杆菌主要特征：杆菌，不产生芽孢；微好氧；发酵的唯一产物是乳酸；高度耐酸，pH5以下可以生长发酵乳制品、泡菜、酸菜等代表属：乳杆菌属（Lactobacillus）乳杆菌属（Lactobacillus）5、芽孢杆菌主要特征：细胞杆状，内生芽孢；芽孢的形状、大小、位置不同；需氧或兼性厌氧广泛应用于生物防治；少数危害人或动物，引起炭疽病代表属：多粘芽孢杆菌（Bacilluspolymyxa）—多粘菌素，枯草芽孢杆菌（B.Subtilis）—杆菌肽，苏云金芽孢杆菌（B.thuringiensis）—杀虫剂；炭疽芽孢杆菌—炭疽病炭疽芽孢杆菌与炭疽热病6、棒状杆菌主要特征：菌体棒状；兼性厌氧多数腐生，可用于工业发酵；少数寄生动植物，引起病害代表属：北京棒杆菌（Corynebacteria）—生产谷氨酸，马铃薯环腐棒杆菌--马铃薯环腐病棒状杆菌（Corynebacteria）7、双歧杆菌主要特征：细胞形态多样，长细胞略弯或有突起，或有不同分支，或分叉，或产生匙状末端；短细胞端尖，或有球形细胞；可发酵产生乙酸保健、防癌代表属：双歧杆菌属三、放线菌（一）诺卡氏菌属（二）链霉菌属（三）小单胞菌属（一）诺卡氏菌属（Nocardia）形态特征：在固体培养基上生长时，只有基质菌丝，没有气生菌丝或只有很薄的一层气生菌丝；靠菌丝断裂进行繁殖能产生多种抗生素，如利福霉素（对结核分枝杆菌和麻疯分枝杆菌有特效）三、放线菌（一）诺卡氏菌属（二）链霉菌属（三）小单胞菌属（二）链霉菌属（Streptomyces）形态特征：在固体培养基上生长时，形成发达的基质菌丝和气生菌丝，成熟形成孢子丝，串生分生孢子能产生多种抗生素，如链霉素、红霉素、四环素等EcologyandisolationofStreptomyces:AlkalineandneutralsoilsaremorefavorableforthedevelopmentofStreptomyces

thanareacidsoils.

Streptomyces

requirealowerwaterpotentialforgrowththanmanyothersoilbacteria.MediaoftenselectiveforStreptomyces

containtheusualassortmentofinorganicsalts链霉菌属（Streptomyces）三、放线菌（一）诺卡氏菌属（二）链霉菌属（三）小单胞菌属（三）小单胞菌属

（Micromonospora）形态特征：菌丝体纤细，只有基质菌丝，不形成气生菌丝；在基质菌丝上长出许多小分枝，顶端着生一个孢子能产生多种抗生素，如庆大霉素第三节古细菌一、古生菌、真细菌与真核生物的区别二、古细菌的代表类群比较项目古菌细菌真菌细胞大小约1μm约1μm大于10μm核膜－－＋染色体１条，环状１条，环状１条以上，线状有丝分裂－－＋细胞壁无胞壁酸胞壁酸纤维素或几丁质细胞器－－＋核糖体大小70S70S80S对青霉素的敏感性不敏感敏感不敏感一、古细菌、真细菌和真核生物的主要区别二、古细菌的代表类群（一）产甲烷菌（二）极端嗜盐菌（三）极端嗜热