第二章原核微生物-微生物学-陈义光(可编辑修改word版)

第二章原核微生物（Prokaryotes）微生物三大类：P r o ka r y o t i c/e u ka r y o t i c/a c e ll u l a r m i c r oo r g a n i s m主要章节，以第一节为主比较原核细胞与真核细胞主要内容：细菌（bacteria）放线菌(actinomycetes）蓝细菌(cyanobacteria)古菌（Archaea）和其他几种原核微生物(others)原核生物：广义上都可称之为细菌（bacteria）,指一大类细胞核无核膜包裹的原始单细胞生物。

包括（真）细菌（eubacteria/bacteria）和古（生）菌（archaea）两大类。

（真）细菌主要要有：细菌（狭义的）、放线菌、蓝细菌、支原体、衣原体、立克次氏体第一节细菌（bacteria）大量存在,小，单细胞，具肽聚糖细胞壁，水生型强，分布极其广泛，多喜中性偏碱环境；多数发酵后出现腐臭气味；有害菌：各类病原菌、产生有毒物质的细菌、引起食品和工农业产品腐败变质、减产有益菌：工业微生物、医药微生物、污染物讲解菌、动植物正常菌群、物质循环一、细菌的形态大小（一）细菌细胞形态较稳定，为分类学依据之一三大类：球菌(coccus) 杆菌(bacillus) 螺旋菌(spirillum)其他形状的细菌1球菌(coccus):球形，常因为分裂具有方向性以及新细胞暂时不分开，而形成各种细胞堆积―――图示并解释(分裂面的情况)：单球菌双球菌四联球菌八叠球菌葡萄球菌链球菌如金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）是引起伤口化脓的主要微生物;肺炎双球菌（Diplococcus pneumoniae）、乳链球菌（Streptococcus lactis）、尿素微球菌（Micrococcus ureae）、藤黄八叠球菌（Sarcina lutea）。

2杆菌(bacillus) 图示并解释：杆状、棒状、丝状，单个或成链。

杆菌短径(‘粗细’)稳定，但长度变化大。

单生、双生或成链如大肠杆菌（Escherichia coli），为短杆状 G－肠道正常或条件致病菌；芽孢杆菌属（Bacillus）是最常见 G＋杆菌，如枯草杆菌（Bacillus subtilis）、炭疽杆菌（Bacillus anthracis）等。

3螺旋菌（spirllum/spirochete) 细胞壁较坚韧，细胞成刚性弧菌 (vibrio)：弧状，靠鞭毛运动如霍乱弧菌（Vibrio cholerae）螺菌（spirllum）：螺旋状，靠鞭毛运动，如幽门螺杆菌（Helicobater pylori）4其它形态细菌: 图示并解释：柄细菌：杆状细胞一端有细柄鞘细菌（球衣菌）：较多杆状细胞包裹于一个丝状衣鞘中细菌的多态：有些细菌不同生长期、不同菌龄、不同生理状态、老化时可能出现不同形态（二）细菌细胞的大小数μm, 0.2～80μm,光学显微镜可见。

P15；如大肠杆菌（Escherichia coli）约0.5*1-2μm图示并解释：细胞的大小是细菌分类特征同一细菌的不同菌龄细胞大小可能不同；杆菌短径较稳定，而长度变化较大细菌细胞大小还与营养等因素相关细胞大小的测量结果只是近似值，在显微镜下用测量二细菌细胞的结构基本结构：所有细胞具备的结构，细胞壁、细胞膜、细胞质、核糖体、细胞核、简单内膜系统如简体、载色体等特殊结构：某些细菌才有的结构，鞭毛、纤毛、荚膜、芽孢、质粒（＋P32 细菌形态和结构的观察方法，待加，加上染色介绍）（一）革兰氏染色（Gram staining)1884, 丹麦，Christian Gram1革兰氏染色步骤: 图示并解释：（细胞图片、干燥固定后）结晶紫初染→碘液媒染→乙醇脱色→沙黄/番红复染2革兰氏染色结果图示并解释：革兰氏阳性菌（G+）：保持初染的紫色，如芽孢杆菌、多数球菌、放线菌革兰氏阴性菌（G－）：初染紫色被乙醇褪去，复染成红色（二）细胞壁（cell wall)1细胞壁的功能―――活性壁●固定细胞外形●保护细胞免受外力的损伤●协助鞭毛运动●为正常细胞分裂所必需●阻拦有害物质进入细胞●与细菌的抗原性、致病性和对噬菌体的敏感性密切相关2细菌细胞壁（cell wall）的结构图示并解释：革兰氏阳性菌（G+）：厚的肽聚糖（Peptidoglycan）层，另含磷壁酸，无外壁层革兰氏阴性菌（G－）：在较薄的肽聚糖层外还有较厚的由脂多糖和脂蛋白构成的外壁层；不含磷壁酸3细胞壁的化学组成高等植物：纤维素(cellulose)霉菌：几丁质(chitin)酵母：甘露聚糖，葡聚糖细菌：肽聚糖，磷壁酸，脂多糖肽聚糖（图示并解释）: N－乙酰葡萄糖胺和 N－乙酰胞壁酸交替以β-1,4 糖苷键相连成骨架，由短肽把骨架连成多层网状结构短肽（图示并解释）：由4～5 个氨基酸构成，其中往往含D-型氨基酸和二氨基庚二酸（diaminopimelic acid；DAP）图示各结构单位一级结构注：纤维素：葡萄糖单位以β-1,4 糖苷键连接而成的线性结构淀粉：直链淀粉由葡萄糖单位以α-1,4 糖苷键连接而成的线性结构；支链淀粉的线性段同直链淀粉，分支处为α-1,6 糖苷键连接几丁质（壳多糖）：为N－乙酰葡萄糖胺（N-acetylglucosamine; NAG）由β-1,4 糖苷键连接而成的线性结构，与纤维素极相似，只是每个葡萄糖残基的C2 上被乙酰化的氨基取代N－乙酰胞壁酸(N-acetylmuramic acid, NAM)：N－乙酰葡萄糖胺中葡萄糖残基C3 上被丙酸取代磷壁酸(t e i c h o i c a c i d)：在 G＋中存在，占有些细菌细胞壁干重的 50％；主链是由醇（核糖醇或甘油）与磷酸分支交替连接成，侧链是单个的 D－alanine 或glucose脂多糖:是 G－特有的，构成外膜外表面的主要物质，由脂质和杂多糖共价连接成溶菌酶（l y s o z y m e/m u r a m i d a s e）作用：破坏肽聚糖的ß（1，4）糖苷键，使细菌细胞壁溶解，细胞破裂青霉素(p e n i c illi n)的作用：结构与 D-型氨基酸相似，干扰新生细胞壁的形成，造成新生细胞细胞壁不完整或缺壁而死亡。

G+对青霉素敏感4G+、G-细胞壁比较（图示并解释）革兰氏阳性菌（G+）：厚的肽聚糖层，20～80nm,多层（约 40 层），网格紧密；含磷壁酸；无外壁层革兰氏阴性菌（G－）：肽聚糖层薄，2～3nm,单层，网格疏松；不含磷壁酸；肽聚糖层外还有较厚的由脂多糖和脂蛋白构成的外壁层。

附：革兰氏染色的可能机理（结合结构和染色过程讲解，并说明假阳性或假阴性出现的可能原因）在染色过程中，细胞内形成了深紫色的结晶紫-碘的复合物。

这种复合物可被酒精从 G-细胞内浸出，而 G＋菌则较困难：G＋菌：细胞壁肽聚糖层厚，网格结构紧密，含脂量低，当它被酒精脱色时，肽聚糖层网格孔径缩小甚至关闭，从而阻止了结晶紫-碘的复合物的逸出，故而成深紫色G-菌：细胞壁肽聚糖壁层薄，网格结构稀疏，酯类含量又高，当它被酒精脱色时，酯类物质溶解，细胞壁通透性增大，结晶紫-碘的复合物被抽提出来，紫色退去，细胞被复染成红色假阴性：过度脱色、老化、死亡的G+细胞可能染色结果为革兰氏阴性5缺壁细菌：自发缺壁突变：L 型细菌(首先被英国的 Lister 医学研究院发现)人工方法去壁：彻底除尽：原生质体部分去除：球状体自然界长期进化中形成：支原体（三）细胞膜(cell membrane)：质膜（cytoplasmic membrance）1细胞膜液体镶嵌模型（图示并解释）（复习）物质组成和结果2细菌细胞膜的多种功能―――选择透性、多功能●维持细胞内正常渗透压以保证屏障作用；●控制细胞内、外的物质的运送、交换●合成细胞壁各种组分和荚膜等大分子的场所●进行氧化磷酸化或光合磷酸化的产能基地（相当于线粒体和叶绿体的功能）●鞭毛着生点和提供其运动所需的能量等●（四）细胞质(cytoplasm )和内含物( inclusion body)核糖体（ribosome）1、细菌核糖体（图示并解释）：70S,由50S 大亚基（含23S rRNA）和30S 小亚基（含16S rRNA）构成，合成蛋白质的最小功能单位。

（注：真核生物细胞质中含 80S 核糖体，由 60S 大亚基（含28S rRNA）和40S 小亚基（含18S rRNA）构成，而叶绿体和线粒体中含 70S 核糖体）。

2、链霉素、四环素、氯霉素等能抑制 70S 核糖体合成蛋白质的功能，但对 80S 核糖体不起作用其它内含物：贮藏物(reserve granule):如异染颗粒、聚β-羟基丁酸、硫滴、脂肪滴等气泡(gas vacuoles)羧酶体(carboxysome)磁小体(megnetosome)（五）细胞核－核区（nuclear region or area）原始态核：primitive form nucleus拟核：nucleoid细菌染色体：bacterial chromosome●是一个大型环状 DNA 分子，长度为 0.25-3.00mm●无核膜，无组蛋白●又称核质体、原核、拟核、核基因组(genome）●每个细胞所含的核区数一般 1—4 个●细菌除在染色体复制时间内呈双倍体外,一般均为单倍体（六）质粒(plasmid) （图示并解释）：大多数细菌细胞质中，含有 1～多个小型环状 DNA,带几个或几十个基因，为非必需基因1质粒的特性（图示并解释）●不同质粒间、质粒与染色体间可以发生基因重组●质粒可以自行消失，也可通过结合、转化从一个细菌传给另一个细菌●质粒可以自我复制，稳定遗传；也可携带外源基因，一起复制、遗传；还可以完全整合到染色体上，与之一起复制、遗传2质粒功能●R 因子（抗药性因子）：与抗药性有关● F 因子（致育因子）：与有性接合有关●其他质粒：与抗生素、色素合成有关●基因工程中作为目的基因载体（七）芽孢(endospore/spore)●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、含有吡啶－2，6 二羧酸钙（DPA-Ca），含水量极低、抗逆性极强的休眠体●由于一个营养细胞内仅生成一个芽孢，无繁殖功能●芽孢是生物界中抗性最强的生命体，尤其抗热，高压蒸气灭菌121℃最少要 12 min。

●芽孢在普通条件下可保持几年至几十年的生活力。

●芽孢种类: 不膨大/膨大；位于中间/端生1芽孢的构造（图示并解释）2芽孢的形成过程（图示并解释）3芽孢的萌发（图示并解释）萌发过程：适温下吸水膨胀，孢子壁溶解，逐渐成为营养细胞，进入繁殖周期间歇灭菌法：常压下煮沸（100℃）15～30min（杀死营养细胞），室温过夜（芽孢萌发）。