第二章原核微生物

第二章原核微生物

草履虫

1 细菌1.1 细菌的形态与大小

球状 • 球菌细胞个体呈球形或椭圆形，不同种的球菌在细胞分裂时会形成不同的空间排列方式，常被作为分类依据。分有：单球菌、双球菌（肺炎球菌）、四联球菌、八叠球菌（甲烷球菌）、链球菌、葡萄球菌。

双球菌 链球菌四联球菌八叠球菌葡萄球菌

杆状 • 细胞呈杆状或圆柱形，一般其粗细（直径）比较稳定，而长度则常因培养时间、培养条件不同而有较大变化。 • 分有：单杆菌、双杆菌和链杆菌。

单杆菌 双杆菌链杆菌球杆菌

炭疽病的病原菌 -------炭疽杆菌

螺旋菌 • 螺旋菌呈螺旋卷曲状，螺纹不满一圈的称为弧菌。弧菌螺旋菌螺旋体菌

弧菌：菌体只有一个弯曲，其程度不足一圈，形似“C”字或逗号，鞭毛偏端生。弧菌：菌体只有一个弯曲，其程度不足一圈，形似“C”字或逗号，鞭毛偏端生。蛭弧菌霍乱弧菌

螺旋菌： 菌体回转如螺旋，螺旋数目和螺距大小因种而异。鞭毛二端生细胞壁坚韧，菌体较硬。

细菌的大小 细菌的大小测量单位是μm

大小的测量方法 显微镜测微尺显微照相后根据放大倍数进行测算

细菌的大小以微米（µm）计。 多数球菌的大小（直径）为0.5～2.0 µm；杆菌（长×宽）为（1～5）×（0.5～1.0）µm；螺旋菌（宽度×弯曲长度）为（0.25～1.7）×（2～60）µm；另外，细菌的大小与个体的发育情况有关，刚分裂的新细菌小，随发育逐渐变大，老化后又变小。

1.2细菌细胞的结构 特殊构造一般构造细胞壁 ② 鞭毛菌毛 ③ 细胞膜细胞质间体 ④ 芽孢核区 ① 微荚膜内含物 ⑤ 糖被荚膜 ⑥ 核糖体粘液层细菌细胞的模式构造

细胞壁 • 细菌细胞壁（cell wall）是位于细胞最外的一层（一般结构）厚实、坚韧的外被，主要成分为肽聚糖。细菌细胞壁可用电子显微镜直接观察细菌的超薄切片。细菌细胞壁绝大多数以肽聚糖为基本成分，但不同细菌，细胞壁在结构和成分上各有自己的特点。

革兰氏染色 1884年，丹麦医生C.Gram发明程序：（1）初染（结晶紫30S）（2）媒染剂（碘液30S）（3）脱色（95%乙醇10~20S）（4）复染（蕃红30 ~ 60S）结果判断：菌体呈紫色的为革兰氏阳性菌（G+）菌体呈红色的为革兰氏阴性菌（G-）

（1）初染（结晶紫30S） （1）初染（结晶紫30S）（2）媒染剂（碘液30S）（3）脱色（95%乙醇10~20S）（4）复染（蕃红30 ~ 60S）革兰氏染色程序和结果 A A B A B B A B

（2）媒染剂（碘液30S） （1）初染（结晶紫30S）（2）媒染剂（碘液30S）（3）脱色（95%乙醇10~20S）（4）复染（蕃红30 ~ 60S）革兰氏染色程序和结果 A A B A B B A B

（3）脱色（95%乙醇10~20S） 革兰氏染色程序和结果（1）初染（结晶紫30S）（2）媒染剂（碘液30S）（3）脱色（95%乙醇10-20S）（4）复染（蕃红30 ~ 60S） A A B A B B A B

（4）复染（蕃红30 ~ 60S） 革兰氏染色程序和结果 A：革兰氏阳性细菌G+ B：革兰氏阴性细菌G﹣ A A B A A B B B （1）初染（结晶紫30S）（2）媒染剂（碘液30S）（3）脱色（95%乙醇10~20S）（4）复染（蕃红30 ~ 60S）

肽聚糖层 肽聚糖层 G﹣ 壁膜间隙细胞质膜外膜细胞质膜 G+细菌与G﹣细菌细胞壁构造的比较 G＋

细胞壁的结构 （G+细菌与G﹣细菌细胞壁构造的比较）革兰氏阳性细菌（G+）革兰氏阴性细菌（G﹣）肽聚糖外膜肽聚糖

为什么通过革兰氏染色G+呈兰色，G-呈红色？ • ①脱色剂----95%乙醇为脂溶剂破坏G﹣的外膜、肽聚糖层和细胞质膜，于是被乙醇溶解的结晶紫和碘的复合物从细胞中渗漏出来，当再用藩红复染时，显现红色。 • ②但在G+细胞中，乙醇使厚的肽聚糖层脱水，导致孔隙变小，由于结晶紫和碘的复合物分子较大，不能通过细胞壁，保持紫色。

细菌细胞壁功能： • 1.保护原生质体免受渗透压引起的破裂作用； • 2.维持细菌的形态。溶菌酶处理不同形态的菌体细胞壁后，菌体均呈球状。 • 3.细胞壁为多孔结构的分子筛，可以阻挡某些分子的进入。 • 4.细胞壁为鞭毛提供支点，使鞭毛运动。

细胞质膜 主要由磷脂双分子层和蛋白质构成。磷脂分子水溶性甘油和磷酸难溶于水的脂肪酸

细胞质膜的超薄切片电镜照片（标尺：0.2μm）

细胞膜的生理功能： ①是维持细胞内正常渗透压的屏障；选择性地控制细胞内、外的营养物质和代谢产物的运送； ②含有合成细胞壁和形成横膈膜组分的酶，合成细胞壁重要基地； ③膜内陷形成中间体，含有细胞色素，参与呼吸作用。 ④膜上含有进行能量代谢的酶系，在细胞质膜上进行物质代谢和能量代谢，是细胞的产能场所； ⑤细胞质膜上有鞭毛基粒，是鞭毛基体的着生部位和鞭毛旋转的供能部位

细胞质和内含物细胞质 细胞质（cytoplasm）是细胞质膜包围的除核区外的一切半透明、胶状、颗粒状物质的总称。含水量约80%。细胞质的主要成分为核糖体、内含颗粒、拟核、多种酶类和中间代谢物、各种营养物等。

细胞质内含物核糖体 核糖体是细胞质中的一种核糖、核蛋白的颗粒状物质由核糖核酸RNA(60%)和蛋白质(40%)组成，常以游离状态或多聚核糖状态分布于细胞质中。它是蛋白质的合成场所。

细胞质内含物内含颗粒 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。当细菌生长到成熟阶段，因营养过剩而形成。主要功能是贮存营养物。 ①异染粒因其可用蓝色的染料（甲苯胺蓝或甲烯蓝）染成紫红色颗粒大小为0.5～1.0μm，是无机偏磷酸的聚合物，一般在含磷丰富的环境下形成。功能是贮藏磷元素和能量，在老龄细菌中，异染粒常被用作碳源和磷源。

②聚β-羟丁酸 为脂溶性物质，不溶于水。很容易被脂溶性染料苏丹黑着染，在光学显微镜下清晰可见。当缺乏营养时，被用作碳源和磷源。 ③硫粒一些硫化菌如：贝日阿托氏菌可以利用H2S作为能源，氧化为硫粒积累在菌体，当缺乏营养时，氧化体内硫粒为SO42-,从中获得能量。硫粒具有很好的折光性，在光学显微镜下可轻松看到。 ④肝糖和淀粉粒均可用碘染色，前者为红褐色，后者为蓝色，二者可作为碳源和能源。

⑤气泡（gas vocuole） 许多光合营养型、无鞭毛运动的水生细菌中存在的充满气体的泡囊状内含物，大小为0.2～1.0μm×75nm，内由数排柱形小空泡组成，外有2nm厚的蛋白质膜包裹。功能：调节细胞比重以使细胞漂浮在最适水层中获取光能、O2和营养物质通常，一种菌含有一种或两种内含颗粒。

拟核 • 原核生物所特有的、无核膜结构、无固定形态的原始细胞核。没有核膜和核仁。 • 它由DNA高度折叠组成。例如：大肠杆菌体长为1～2微米，但其DNA长度为1100微米，等于菌体的1000倍，由于高度折叠而只占菌体的很小一部分。 • 拟核携带着细菌的全部遗传信息，其功能就是：决定着细菌的遗传性状和传递遗传信息，是重要的遗传物质。

拟核细菌的染色体和质粒质粒染色体

间体是质膜向内延伸的膜结构，它是一种由细胞膜内褶而形成的囊状构造，其内充满着层状或管状的泡囊。功能（不完全清楚），推测可能有如下一些功能： ①相当于真核细胞的线粒体； ②相当于真核细胞的内质网 ③与细胞壁的合成有关； ④可能与核分裂有关。但近年来，有的学者提出不同观点，认为间体只是电镜制片时因脱水操作而引起的一种假象。

细菌细胞的特殊结构 荚膜、粘液层、菌胶团、衣鞘荚膜：有些细菌在细胞壁外面存在被外多糖。如果具有较好结构也不易洗掉，称为荚膜；如果薄并且容易消失称为粘液层。荚膜的成分一般为多糖，少数是蛋白质或多肽，也有多糖与多肽复合型。荚膜的化学组成：含水率在90～98％，其他有机组分为多糖或多肽。多数：水+多糖少数：水+多肽正是由于含水很多，荚膜很难在显微镜下被清晰观察到。但又很难被染料着色，为了观察清楚，人们想出了一个好办法。

负染色法又称衬托法 1.先染菌体。 2.再将背景染成黑色。在菌体及背景的衬托下，二者之间会出现透明区，就是荚膜，在显微镜下清晰可见。

荚膜的功能： 1.具有荚膜的S-型肺炎链球菌毒力强，有助于侵入人体。 2.具有保护功能。免受噬菌体的吞噬；免受干燥影响。 3.当缺乏营养时，可作为碳源和能源，有的可作氮源。 4.具有生物吸附作用。在污水生物处理中可将水中的有机物吸附到菌体上。

粘液层 有些细菌不产生荚膜，仍分泌粘液的多糖，其疏松的粘附在菌体细胞壁表面上，与外界没有明显的边缘。在污水处理中也有一定的生物吸附功能。

菌胶团 有些细菌由于遗传特性，细菌按一定的方式互相粘结在一起，并被一个公共的荚膜包围形成一定形状的细菌集团，称作菌胶团。形状有：蘑菇形、分支状、球形等。见课本P30图1.2-6。在污水处理中也有一定的生物吸附功能。

细菌的特殊结构特殊的休眠构造——芽孢 某些细菌在其生长发育后期或遇到不良环境时，在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，称为芽孢（spore，偶译“内生孢子”）。所有的芽孢都可以抵挡外界不良环境。它是抵挡外界不良环境的休眠体。

枯草杆菌芽孢的超薄切片电镜照片（标尺：0.2μm）枯草杆菌芽孢的超薄切片电镜照片（标尺：0.2μm）左：端位；中：近端位；右：中央位,细菌芽孢的各种类型

细菌芽孢的特点 整个生物界中抗逆性最强的生命体，是否能消灭芽孢是衡量各种消毒灭菌手段的最重要的指标。芽孢是细菌的休眠体，在适宜的条件下可以重新转变成为营养态细胞产芽孢的细菌多为杆菌，也有一些球菌。芽孢的有无、形态、大小和着生位置是细菌分类和鉴定中的重要指标。芽孢与营养细胞相比化学组成存在较大差异，容易在光学显微镜下观察。

芽孢的抵抗机制 芽孢与母细胞相比不论化学组成、细微结构、生理功能等方面都完全不同。 1.含水率低，38～40％。（细菌平均含水率在70～90％。） 2.芽孢壁厚而致密。分为三层，外层为蛋白质性质，中层为皮层，由肽聚糖构成。内层为孢子壁，肽聚糖构成。芽孢萌发时，孢子壁形成细胞壁。 3.含有耐热性的2，6—吡啶二羧酸。芽孢变成细胞时， 2，6—吡啶二羧酸消失。 4.含有耐热性的酶。由于芽孢具有上述本领，可以对不良环境：高温、干燥、光线、化学药物有很强的抵抗力。例如：细菌的营养细胞在70～80℃时10min就会死亡，可芽孢在120～140℃时可生存几个小时。

原因是它们除了染色体之外，还在进化过程中获得了额外的遗传物质。在炭疽芽孢杆菌中，那是两种不同的质粒。原因是它们除了染色体之外，还在进化过程中获得了额外的遗传物质。在炭疽芽孢杆菌中，那是两种不同的质粒。 • 其中一种决定炭疽芽孢杆菌可以产生荚膜。细菌有了荚膜，就可以抵抗动物身体内白细胞的吞噬。所以，炭疽芽孢杆菌在动物的身体内，才能生长得那么快；动物死亡的时候，它们的器官和血液里几乎充满了这种细菌，也才能造成那样严重的污染。 • 另一种决定这种细菌产生两种毒素。一种叫致死因子，另一种叫水肿因子。这可能是最厉害的细菌毒素，只要有一个分子进入细胞，就能使细胞破裂死亡。正由于这些毒素，食草动物感染炭疽后，才会那么快死亡；也由于毒素破坏了血管的细胞，才会那么严重的出血，把细菌带出体外，造成无法收拾的污染。

特殊结构 细胞壁结构细胞膜功能鞭毛螺旋丝一般构造：钩型鞘基体细胞壁功能 G﹣细菌鞭毛 G+细菌鞭毛螺旋丝钩型鞘 L-环 P-环外膜外膜肽聚糖肽聚糖 S-环细胞质膜细胞质膜细胞质膜 M-环

第二章 原核微生物