第二章 细菌的形态结构(1)

（3）缺乏细胞壁的细菌
原生质体、原生质球和L-型细菌是上世纪80年代形成 的概念。原生质体和L-型细菌是无壁的细菌类群，原生质 球是壁不完全的类群。
缺壁突变
缺 壁 细 菌 实验室或宿主 体内形成 人工脱壁 部分脱除 在自然界长期 进化中形成 枝原体
L型细菌
基本脱除 原生质体（G+）
球型体（G-）
a.L型细菌（L-form of bacteria） L型细菌是细菌在某些特定的环境条件下（实验室或寄主体 内），通过自发突变而形成的遗传性状稳定的细胞壁缺陷突变型。
受体蛋白
周质空间是物质进出细胞的重要中转站和反应场所。
2.细胞壁的功能
（1）固定细胞外形，提高机械强度，对细胞起机械性保 护的作用。 （2）为细胞的生长、分裂和鞭毛运动所必需。 （3）渗透屏障，能阻拦分子量大于800的物质，如酶蛋白 和某些抗生素等进入细胞，保护细胞免受溶菌酶、消化酶 和青霉素等有害物质的损伤。 （4）细菌特定的抗原性、致病性以及对抗生素和噬菌体 的敏感性的物质基础。
蛭弧菌
3.螺旋菌和弧菌
（1） 弧菌
假单胞杆菌
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。
霍乱弧菌
（2）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。
（3）螺旋体
菌体柔软，无鞭毛，但可借助于类似鞭毛的轴丝推动 细胞运动，轴丝位于细胞外鞘内。
类脂A 2个N—乙酰葡萄糖氨和5个长链脂肪酸
3个2—酮—3—脱氧辛糖酸(KDO) 内核心区
LPS
核心多糖
外核心区
3个L—甘油—D—甘露庚糖(Hep) 5个己糖(Hex)，包括葡糖胺、半 乳糖、葡萄糖
O—特异侧链
多个4Hex单位，内含葡萄糖、半乳糖、鼠李糖、 甘露糖，及阿比可糖(Abq)、大肠杆菌糖(Coli— tose）、副伤寒菌糖(Paratose)或泰威糖(Tyvelose)
（1）单球菌
（二）细菌的排列方式
（2）双球菌 1.球菌 （3）链球菌
球菌的排列方式比较复杂，主要有六种
（4）四联球菌
（5）八叠球菌
（6）葡萄球菌
2.杆菌
杆菌的排列方式较简单，一般单生或排列成链状。如大肠杆菌 (Escherichia coli)多为单生，枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)呈短链 状排列。极少数呈“八字形”排列，如棒状杆菌(Corynebacterium)。
1. 细菌细胞壁的结构及化学组成
不同的细菌细胞壁有较大的差异。
溶菌酶
（1） G+细菌
革兰氏阳性细菌细胞壁只有一层，厚20~80nm，主要成分是 50~90%的肽聚糖和10%的磷壁酸 。
A.肽聚糖（Peptidoglycan）
是真细菌细胞壁特有的成分，是一种多层网状结构。金黄色葡 萄球菌(Staphylococcus aureus)的肽聚糖多达40层，交联度达75%。 肽聚糖的单体由三部分组成： 双糖单位：由 N－乙酰葡萄糖胺（NAG）与 N－乙酰胞壁酸 (NAM)通过 β－1，4－糖苷键相连。 β－1，4－糖苷键很容易被 溶菌酶水解，最终导致细菌因细胞壁肽聚糖“散架”而死亡。 四肽尾：是由四个氨基酸按L型和D型交替连接而成。
第二章 细菌学概论
学时：8 教学内容 1、掌握细菌的基本形状和大小 2、掌握细菌的基本构造和特殊结构 3、了解细菌细胞各种结构的功能
4、了解细菌的繁殖和菌落特点
什么是原
核生物
？
有的生物细胞核外无核膜包围，但具有明显的 核区，核区由裸露的双链DNA构成的絮状核质体 组成，DNA不与组蛋白结合，这种细胞核称为拟 核（或原核）。含有这种细胞核的细胞称为原核 细胞；由这种细胞构成的生物则叫做原核生物。
3.革兰氏染色反应
革兰氏染色是1884年由丹麦学者C. Gram发明 的一种区分细菌的差别染色法。 它是用两种不同性质的染料——草酸铵结晶 紫和沙黄对细胞进行对比染色，
被结晶紫染成蓝色的称为革兰氏阳性细菌 （G+），被沙黄染成红色的称为革兰氏阴性细菌 （G-）。革兰氏染色与细菌细胞壁的结构和化学 组成有关。
1.球菌
球菌
2.杆菌
杆菌
3.螺旋菌
螺旋菌
除上述三种基本形态外，有的细菌还有附属物，有的 是方型的、星型的、丝状的或多形态的。
1.柄杆菌（prosthecate bacteria）
2.方型细菌（ Haloarcula ）
3.星型杆菌（ Stella ）
方型细菌照片
方型细菌模型
星型细菌照片
星型细菌模型
G-细菌的细胞壁分为两层，外壁层较厚，主要成分是脂类物质， 内壁层较薄，主要成分是肽聚糖，交联度低，当用乙醇洗脱时，乙 醇作为脂溶剂可将外壁层中的脂类物质脱去，使细胞壁产生裂缝， 造成细胞壁的通透性增加，结晶紫与碘的复合物也被乙醇溶出细胞 壁，此时细胞基本无色，再用沙黄复染时，细胞内仅有一种染料， 因此，在显微镜下观察G-细菌呈红色。
B.外壁层：厚8—10nm，在结构和化学组成上与细胞膜相似， 主要由脂多糖、磷脂、脂蛋白和蛋白质构成。
a.脂多糖（Lipopolysaccharide，LPS）
脂多糖是位于G－细菌细胞壁外壁层的一层类脂多糖类 物质，是G－细菌外壁层特有的一种化学成分。由类脂A、 核心多糖和O－特异侧链三部分组成。
A.内壁层：紧贴细胞膜，厚2~3nm，由1~数层肽聚糖构成， 占细胞壁干重的10%。如大肠杆菌仅1~2层，交联度低， 仅25%，对机械强度的抵抗力较G＋细菌弱。 G-细菌细胞壁的结构单体与G＋细菌基本相同，差别 在于四肽尾的第3个氨基酸不是L-lys，而是内消旋二氨基 庚二酸(m-DAP)；也无特殊的肽桥，前后两个单体间通过 前者四肽尾的第4个氨基酸(D-Ala)的羧基与后者四肽尾的 第3个氨基酸（m-DAP）的氨基直接相连，故只能形成较 稀疏且机械强度较差的网套。
磷壁酸的功能如下：
使细胞壁带负电荷，增强细胞膜对二价阳离子的吸附；
贮藏磷元素；
增强某些致病菌对宿主细胞的粘连、避免被白细胞吞 噬以及抗补体的作用； 赋予G+细菌以特异的表面抗原； 提供某些噬菌体特异性的吸附受体； 调节细胞内自溶素的活力，防止细胞因自溶而死亡。
（2） G-细菌
G-细菌细胞壁的结构和化学组成比较复杂，在结构上 分为内壁层和外壁层两层。
肽桥：起着连接前后两个四肽尾分子的桥梁作用。
B.磷壁酸 (Teichoic acid) 磷壁酸是G+细菌细胞壁特有的一种酸性多糖，分为两 种类型：
a.壁磷壁酸，与肽聚糖分子间共价结合。其含量可达细胞 干重的10%，含量多少受培养基成分的影响较大。可用稀 酸或稀碱来提取。
b.膜磷壁酸，由甘油磷酸链分子与细胞膜上的磷脂共价结 合后形成。其含量与培养条件关系不大。可用45%的热酚 水提取，或用热水从脱脂的冻干细菌中提取。 磷壁酸的结构主要有甘油磷壁酸和核糖醇磷壁酸等五 种类型。
原 细
体
体 菌
立克次氏体
第一节 细菌
细菌是一类形体微小、结构简单、细胞壁坚 韧、多为单细胞，并以二分裂繁殖的原核生物。
在原核生物中，细菌的种类多，分布广、作 用强，与人类的关系最为密切，是微生物学的主 要研究对象。
一.细菌的形态和大小
二.原核细胞的构造
一.细菌的形态和大小
（一）细菌的形态
绝大多数细菌都是单细胞生物，常见的主要有三种 基本形态：
（三）细菌的大小和体积
1.细菌的大小
细菌大小常用测微尺来测量，一般0.5~数um。 球菌的大小用直径表示，一般0.5~2.0um； 杆菌的大小用宽×长表示，如枯草芽孢杆菌的大小为 0.7~0.8×1.5~3.0um； 螺旋菌也用宽×长表示，一般0.3~1.0×1.0~5.0um； 螺旋体比较长，一般0.1~0.5×5~500um。 原核细胞大小因种而异，有的比最大的病毒还小，只 有50nm，在光学显微镜下难于看见，称为纳米细菌；有 1999年德国科学家H. N. Schulz等从纳米比亚海岸的海底沉积 的比藻类细胞大，肉眼即可辨认。如 一种硫磺细菌 物中分离到一种硫磺细菌---------“纳米比亚硫磺珍珠”，其大小可 1985年发现的费氏刺骨鱼菌 (Epulopiscium fishelsoni) （Thiomargarita namibiensis），大小可达0.75 mm。 达0.75 mm，（Thiomargarita namibiensis）。 大小为0.08 × 0.6 mm。比大肠杆菌大100万倍。
Hale Waihona Puke Baidu
原核生物（Prokaryotes）是微生物的重要类型，大 多数原核生物是单细胞，少数是多细胞丝状体。原核生物 细胞中不含由单位膜构成的细胞器，细胞的代谢活动主要 在细胞膜上进行。原核生物是已知结构最简单并能独立生 活的一类细胞生物。 细 菌 线 细 菌 菌
原 核 生 物 的 类 群
放 蓝
衣
枝 古
原
L型细菌是1935年首先由英国的李斯德（Lister）研究所从念珠 状链杆菌中发现，并因此而得名。
大肠杆菌、葡萄球菌、链球菌、分枝杆菌和霍乱弧菌等20多种 细菌中均有发现，被认为可能与针对细胞壁的抗菌治疗有关。 L 型 细 菌 的 特 点 没有完整而坚韧的细胞壁，细胞呈多形态。 有些能通过细菌滤器，故又称“滤过型细菌”。 对渗透压敏感，在低渗溶液中生长缓慢，在固体培 养基上形成“煎蛋型”的小菌落（直径0.1mm左右）。 在一定的条件下，L-型细菌可以回复突变成有壁的 正常细菌。
脂多糖的功能：
LPS负电荷较强，与磷壁酸相似，也有吸附 Mg2+、Ca2+等阳离子以提高其在细胞表面的浓度， 对细胞膜结构起稳定作用。 类脂A是革兰氏阴性细菌致病物质——内毒素 的物质基础。 具有控制某些物质进出细胞的部分选择性屏障 功能。
许多噬菌体在细胞表面的吸附受体。
b.外膜蛋白(outer membrane protein) 是镶嵌在外壁层上的蛋白，有20余种，分为三类： 基质蛋白（Matrix protein）：E. coli的孔蛋白(porin) 是由三个相同分子量（36000）蛋白亚基组成的一种三聚 体跨膜蛋白，中间有一直径约1nm的孔道，可通过分子量 小于800~ 900dat的亲水性物质（如糖类、氨基酸、青霉 素）。通过孔的闭合，对进入外膜层的物质进行选择。 外壁蛋白（Outer membrane protein）：是一种特异 性运送蛋白或受体，可将分子量较大的物质（如ＶB12、 核酸降解物、铁色素等）运输到细胞内。
（1 ）革兰氏染色反应过程
蒸 馏 水
接 种 环
结草 晶酸 紫铵
涂片
自然干燥
固定
干燥 镜检
沙 复染 2min 黄 脱色 20~30s
95% 乙醇
碘 媒染 1min 液
初染 1min
（2）革兰氏染色反应的原理
G+细菌的细胞壁只有一层，较厚，主要成分是肽聚糖，肽聚糖 分子的交联度高。当用乙醇洗脱时，乙醇作为脱水剂，可将肽聚糖 网状结构中的水份脱去，造成网孔发生微收缩，在短时间内结晶紫 与碘的复合物可保留在细胞内而不被洗脱，如果用沙黄复染，沙黄 同样也能进入细胞内使细胞着色，即两种染料同时存在于细胞内， 但因紫色掩盖了红色，所以，在显微镜下观察G+细菌呈紫色。
脂蛋白（Lipoprotein）：是一类通过共价键使外膜层 牢固地连接在肽聚糖内壁层上的蛋白，分子量为7200。
c.周质空间(Periplasmic space)
又称壁膜间隙。在革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌 中都存在，一般指细胞壁与细胞膜之间的狭窄空间（宽 约12~15nm），呈胶状，内含多种蛋白质： 水解酶类 合成酶类 结合蛋白
2.细菌的体积
单个细菌细胞的体积为0.1—5.0um3。
3.细菌细胞的质量
-12 -13 单个细菌细胞的质量约是10 —10 g。
二.细菌的细胞构造
典型的细 菌细胞由 细胞壁、 细胞膜、 原生质、 拟核和一 些特殊结 构组成， 其构造参 见右图。
（一）细胞壁(Cell wall)
细菌的细胞壁是包围在细胞外表面的一层厚而坚韧、 并具有弹性的结构层。主要由肽聚糖构成，具有固定细胞 外形和保护细胞等多项功能。 细胞壁厚约10—80nm，占细胞干重的10—25%。
b.原生质体（Protoplast）和原生质球（Spheroplast）
在等渗条件下，如果在培养基中加入青霉素、甘氨酸或丝裂霉 素等可抑制细胞壁的合成，或者也可以直接加入溶菌酶将细菌的细 胞壁溶解，细胞不会死亡。经过上述处理的G+细菌的细胞壁可以被 完全脱掉，形成去壁完整的球形体，称为原生质体；G-细菌不能完 全脱壁，形成去壁不完全的球形体，称为原生质球。 在低渗溶液中，原生质体和原生质球不稳定，细胞极易吸水膨 胀而破裂。振荡、离心和通气等都对二者有较大的影响。 在适宜的条件下，原生质体可以恢复形成新的细胞壁，转为正 常的细胞生长状态，这一过程称为原生质体再生。