细菌及其菌落

第二节、细菌的细胞结构
细菌细胞的模式构造
一、细菌细胞的基本结构 细胞壁
细胞壁概念：是细胞最外的一层厚实、坚 韧的外被，主要成分为肽聚糖，具有固定外形 和保护细胞等多种功能。
细胞壁类型：革兰氏阳性细菌细胞壁、革兰氏阴性细菌细胞壁
革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌细胞壁的构造
革兰氏阳性细菌
脂磷壁酸
革兰氏阴性细菌
生长在某些细菌体表的长丝状、波状弯曲 的蛋白质附属物称为鞭毛，其数目为一至数十 条，具有运动功能。鞭毛的长约15~20mm，直 径为0.01~0.02mm。
（1）鞭毛在细胞表面的着生方式：
一端生：一根，一束 两端生：两端各生一根鞭毛，两端各生一束鞭毛 周生 侧生
细 菌 鞭 毛 (flagellum) 电 镜 照 片 （ 引 自 “ Foundations of Microbiology ）
短肽交联
2）磷壁酸（teichoic acid） 磷壁酸是结合在革兰氏阳性细菌细胞壁上的一种酸 性多糖，是革兰氏阳性细菌所特有的成分之一。
甘油磷壁酸的结构模式（左）及其单体（右）
磷壁酸的主要生理作用： 赋予革兰氏阳性菌特异的表面抗原； 细菌的致病性有关。
2、革兰氏阴性细菌细胞壁结构
特点：肽聚糖层很薄（仅2~3nm），在肽聚 糖层外还有一个外膜，成分较复杂， 整个壁厚度较G+菌薄，机械强度较G+ 菌弱。
(4) 特点及应用： 1) 生长速率高，代谢作用强； 2) 产物/细胞重量之比值较高； 3) 高温下具有竞争优势，在发酵生产中可防止杂菌污染； 4) 所含耐高温酶有重要的生产潜力和应用前景； 5) 乙醇等代谢产物容易收得； 6) 发酵过程不需冷却，可省去深井水消耗。 (5)嗜热微生物的应用 2、嗜冷微生物 (1)什么是嗜冷微生物？ 一类最适生长温度低于15℃、最高生长温度低于20 ℃和最低生长温度在0 ℃以下的微生物，嗜冷微生物遇 到20 ℃高温即死亡。 与耐冷微生物的区别：在0 ℃生长、最适20－40 ℃
细菌其它休眠构造-孢囊
孢囊是固氮菌尤其是棕色固氮菌等少数细菌 在缺乏营养的条件下，由营养细胞的外壁加厚、 细胞失水而形成的一种抗干旱但不抗热的圆形休 眠体，一个营养细胞仅形成一个孢囊，因此与芽 孢一样只是休眠体。孢囊在适宜的外界条件下， 可发芽和重新进行营养生长。
3. 鞭毛(flagellum, 复flagella)
医学意义
①抗干燥——对外界抵抗增强 ②抗吞噬、粘附细胞 ③抗体液杀菌作用 ④抗原性——分型和鉴定

致病作用
2. 特殊的休眠构造——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 极强的休眠 构造，称为 芽孢或内生 孢子(spore， Endospore)。 主要种类：芽 孢杆菌属和羧 菌属
二、细菌细胞的特殊结构 （一）荚膜——P69
荚膜是某些细 菌在一定营养 条件下向胞外 分泌出厚度不 定的胶粘状物 质包被于细胞 壁的外表。
（a）
（c）
（c）
（d）
粘液层（a）SEM 和荚膜（b）荧光显微 镜照片，
粘液层（c）和荚膜（d）示意图
糖被类型： 包裹在单个细胞壁上 有固定层的糖被 荚膜（capsule） 微荚膜（microcapsule） 呈松散状态、未固定的的糖被 粘液层（slime layer） 包裹几个细胞或一群细胞 菌胶团 （zoogloca）
间体（mesosome）
Bacillus fastidiosus
（三）、 细胞质和内含物
细胞质（cytoplasm）:是细胞质膜包围的除核区外的一 切半透明、胶体状、颗粒状物质的总称。原核微生物 的细胞质是不流动的，这一点与真核生物明显不同。 细胞质组成: 水分，约80％ 核糖体（由50S大亚基和30S小亚基组成） 各种化合物：如基质成分、中间代谢物、营养物和大 分子等 细胞内含物（inclusion body）：如类囊体、羧酶体、 气泡或伴孢晶体等。（细胞质内形状较大的颗粒 状构造称为内含物，包括各种储藏物和羧酶体、 气泡等。） 质粒
球菌
杆菌
螺旋型菌
特殊形态的细菌
第一节 细菌的大小与形态 二、 细菌大小
多数细菌细胞的直径约0.5mm, 长度约 0.5~5 mm。 但已报道最小的纳米细菌(nanobacteria) 直径甚至小于0.05 mm； 最大的球菌纳米比亚嗜硫珠菌 (Thiomargarita namibia)，其直径大小可达 100-750μm！
医学意义
构成致病因素 普通菌毛有吸附作用 参与遗传变异 性菌毛可转移质粒

菌落——P70
定义：单个微生物在适宜的固体培养基表面或内部生长，繁殖 到一定程度可以形成肉眼可见的、有一定形态结构的子细胞生 长群体，称之为菌落。
细菌的生长繁殖：P69
（1）繁殖方式：二分裂方式进行无性繁殖
常用的细菌群类
（四） 核质（nuclear material）P68
核 质 又 称 原 核 （ prokaryon ） 或 拟 核 （nucleoid），指原核生物所特有的无核膜 结构、无固定形态的原始细胞核。
质粒：在细菌中发现小的、染色体外的环 状DNA片段。
大部分的质粒虽然都是环状构形，也发现有少数的质 粒属于线性构形，它存在于许多细菌以及酵母菌等生物 中，乃至于植物的线粒体等胞器中。天然质粒的DNA长 度从数千碱基对至数十万碱基对都有。 一般来说，质粒的存在与否对宿主细胞生存没有决定 性的作用。但某些情况下对细胞有利，如抗生素抗性质 粒。它可以独立进行复制，也可整合到染色体上。所以 它是基因工程最常见的运载体。
磷壁酸 对溶菌酶 对青霉素和磺胺 与细胞膜的关系
（二）、 细胞质膜
特点: 1.原核微生物的细胞膜一般不含胆固醇等甾醇 （支原体 除外） ，这一点与真核生物明显不同。多烯类抗生素因 可破坏含甾醇的细胞质膜，故可抑制支原体和真核生 物，但对其他的原核生物则无抑制作用。 2. 很多革兰氏阳性细菌可由细胞质膜内褶而形成囊 状构造-中介体（mesosome）（又名间体），其中充 满着层状或管状的泡囊。间体与某些酶如青霉素酶的 分泌有关，还可能与DNA的复制、分配以及与细胞分 裂有关。
荚膜的主要成分：水、多糖、多肽或蛋白质。
荚膜的功能：①保护作用：其上大量极性基团可保护菌体免 受干旱损伤或防止噬菌体的吸附和裂解；一些动物致病菌的荚 膜还可保护它们免受宿主白细胞的吞噬，例如肺炎克雷伯氏菌 ( Klebsiella pneumoniae)的荚膜既可使其粘附于人体呼吸道并 定植，又可防止白细胞的吞噬；②贮藏碳源和能源养料，以备 营养缺乏时重新利用；③堆积代谢废物；④表面附着作用，例 如引起龋齿的唾液链球菌(Streptococcus salivarius)会分泌一 种己糖基转移酶，使蔗糖转变成果聚糖，从而使细菌牢牢粘附 于牙齿表面，可腐蚀牙表珐琅质层并引起龋齿；⑤细菌间的信 息识别作用。
细菌——裂殖
细菌是指一类细胞细短、结构 简单、胞壁坚韧、多以二分裂方式繁殖 的原核生物。
细菌分布: 大气、水体、土壤、动植物体内 细菌种类和数量 : 种类繁杂, 数量巨大
细菌对人类社会生活的影响： 1. 有害影响: 动植物致病菌,引起食物和物 品腐烂变质等。 2. 有益作用: 细菌发酵产品生产, 农业杀 虫菌剂、细菌肥料生产，细菌浸矿，微生态制 剂，污水处理等。
（2）鞭毛的一般结构
G+细菌鞭毛结构特点： 革兰氏阳性细菌的鞭毛结构较为简单，如枯 草芽孢杆菌鞭毛的基体仅有S和M两个环，而鞭 毛丝和钩形鞘则与革兰氏阴性菌相同。
G-细菌鞭毛的一般结构
（3）鞭毛运动的机制 “旋转论(rotation theory)”
（4）鞭毛的功能 与细菌运动有关，是原核生物实现其趋向 性(taxis)的有效方式。
第一节 细菌的大小与形态
一、细菌的形态
细菌个体的基本形态:
球状、杆状和螺旋状三大类型
(a)单球菌
(b)双球菌 (c)四联球菌 (d)八叠球菌 (e)葡萄球菌 (f)链球菌 各种不同形状的球菌 各种不同形状的杆菌 (a)球杆菌 (b)单杆菌 (c)双杆菌 (d)链杆菌
各种不同形状的螺旋菌 (a) 螺菌 (b)螺旋体 (c)弧菌
4. 菌毛(fimbria) 和性毛(pili)
（1）菌毛(fimbria)，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，具有使菌体附 着于物体表面的功能。比鞭毛简单，无基体等构造，直 接着生于细胞质膜上。直径一般3-10nm，每菌有250~ 300条。多存于G致病菌中，参与菌 体吸附于宿主粘膜 上皮细胞上。
（1）芽孢特点
（1）芽孢是休眠构造而不是繁殖构造 （2）芽孢抗逆性极强 （3）芽孢休眠能力极强
（2）细菌芽孢构造的模式图
（3）细菌芽孢形成过程
（4）芽孢耐热的分子机制：
（1）渗透调节皮层膨胀学说 （2）吡啶二羧酸钙（DPA）学说
医学意义
鉴别细菌——大小、形态、位置 灭菌标准 重要传染源——炭疽、破伤风等
1)肽聚糖层： 特点（以大肠杆菌为例）： •肽聚糖层薄（2~3nm） •只能形成较疏密、机械强度较差的 肽聚 糖网络
2)外膜： 特点： a.是G-细菌细胞壁特有的结构，位于壁的 最外层 b. 化学成分是脂多糖、磷脂和若干种外膜 蛋白
功能：a. 控制细胞透性; b. 提高Mg2+浓度; c. 决定细胞壁抗原性; d. 类脂A是类毒素的主要成分
G-菌外膜
脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)
沙门氏菌属脂多糖中的类脂A结构
革兰氏染色——P66
（3）青霉素和溶菌酶对细胞壁的作用
表 革兰氏阳性细菌与阴性细菌细胞壁成分的比较
成 分 革兰氏染色反应 肽聚糖含量 肽聚糖结构 细胞壁厚度及层次 革兰氏阳性细菌 菌体呈紫色 含量高，占细胞壁干重的30 ～95%) 多层,紧密 20-80nm,单层 多数有,含量较高(<50) 敏感 敏感 不紧密 革兰氏阴性细菌 经脱色、复染后菌体呈红色 含量低，占细胞壁干重的5～ 20% 1-2层,疏松 10nm左右(其中外壁层约 8nm),多层 无 不敏感 不敏感 紧密
固氮细菌 根瘤菌 乳酸细菌
古细菌
1、嗜热微生物： (1) 分布：
广泛分布于草堆、厩肥、温泉、煤堆、火山地、地 热区土壤及海底火山附近等处，包括好热的放线菌、芽 孢杆菌等。
(2)嗜热微生物的种类和特点
耐热菌：最高45~55℃，最低 <30℃ 兼性嗜热菌：最高50~65℃，最低 <30℃ 嗜热菌 专性嗜热菌：最高65~70℃，最低 42℃ 极端嗜热菌：最高>70℃，最适> 65℃，最低>40℃ 超嗜热菌：最高113℃，最适80~110 ℃，最低~55 ℃

伴孢晶体
少数芽孢杆菌，例如苏云金芽孢杆菌在 其形成芽孢的同时，会在芽孢旁形成一颗菱形 或双锥形的碱溶性蛋白晶体－δ 内毒素，称为 伴孢晶体。它的干重可达芽孢囊重的30%左右， 由18种氨基酸组成。由于伴孢晶体对200多种 昆虫尤其是鳞翅目的幼虫有毒杀作用，因而可 将这类产伴孢晶体的细菌制成有利于环境保护 的生物农药－细菌杀虫剂。
脂多糖 孔蛋白 磷脂
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
磷壁酸
肽聚糖 外膜
肽聚糖 周质空间 细胞膜 脂蛋白 细胞膜 膜蛋白 膜蛋白
1、革兰氏阳性细菌的细胞壁结构
特点：细胞壁厚度大，20~80 nm；化学组分 简单， 一般含90%肽聚糖和10%磷壁酸。
多糖链
1)肽 聚糖 ： 肽聚 糖 是 由多 糖 链经 短 肽 相交 联 而形 成的网络状分子 ， 是 真 细菌 细 胞壁 特 有 的成 分 ，构 成 细 菌细 胞 壁坚 硬的骨架部分。
(3) 嗜热微生物的耐热机制： 1) 酶和蛋白质有更强的耐热性； 2) 细胞膜中饱和脂肪酸含量高，更易形成疏水键，以确保 在高温下膜的稳定性和正常生理功能； 3) 能产生多胺、热亚胺及高温精胺，以稳定核糖体等以及 保护蛋白质大分子免受高温破坏； 4) 其核酸有热稳定性的结构； 5) 生长速率快，合成大分子迅速，能及时弥补高温对大分 子的破坏。
大肠杆菌菌毛（fimbria） ( 引 自 “ Foundations of Microbiology”)
（2）性毛又称性菌毛 (pilus)，长度比菌毛长，数量少， 每个细胞仅一至少数几根，其构造和成分与菌毛相同。
功能：参 与细菌结 合作用， 传递遗传 物质。
大肠杆菌性毛 （pili）电镜 照片(引自 “ Foundatio ns of Microbiology)