第二章 微生物形态、结构及功能—细菌

霍乱弧菌
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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。
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螺旋体菌：
菌体柔软，用于运动的类似鞭毛的轴丝位于 细胞外鞘内。
梅毒密螺旋体
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4、大小与重量
细菌的大小测量单位是µ m
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5、染色
由于细菌细胞微小又透明，一般先要经过染色才能作显微观察 简单染色法 正染色 鉴别染色法 死菌 细菌染色 革兰氏染色法 抗酸性染色法 芽孢染色法 姬姆萨染色法
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第一节 细菌（bacteria）
一、细胞的形态构造及其功能
（一）形态和染色 球状 基 本 形 态
杆状
螺旋状
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（一）形态和染色 1、球状 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。
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细胞分裂沿一个 平面进行，新个 体分散而单独存 在. 如尿素微球菌 (Micrococcus ureae)
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、贮 藏物、多种酶类和中间代谢物、 质粒、各种营养物和大分子的单 体等，少数细菌还有类囊体、羧 酶体、气泡或伴孢晶体等。
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② 核糖体(ribosomes) 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(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。其沉降 系数均为70s。它是蛋白质的合成场所。
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ii 多糖类贮藏物
糖原粒 淀粉粒
在真细菌中以糖原为多糖 原粒较小，不染色需用电镜观
察，用碘液染成褐色，可在光
学显微镜下看到。 有的细菌积累淀粉粒，用碘液染成深兰色。
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iii 异染粒(metachromatic granules) 在暗视野显微镜下看到的
迂回螺菌(Spirillum volutans)

固定细胞外型、提高机械强度； 为细胞生长、分裂和鞭毛运动所必需； 阻拦酶蛋白和某些抗生素等大分子进入 细胞；

赋予细菌特有的抗原性、致病性及对抗 生素和噬菌体的敏感性；
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2）细胞膜与间体
① 细胞膜概念： 细胞质膜（cytoplasmic membrane），又称
质膜（plasma membrane）、细胞膜（cell
大肠杆菌、变形杆菌、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。
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”；
对渗透敏感，在固体培养基上形成“油煎蛋”似 的小菌落（直径在0.1mm左右）；
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b. 原生质体（protoplast）
异染粒（迂回体） 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，并可降低细胞的渗透压。
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iv 藻青素（cyanophycin）
一种内源性氮源贮藏物，同时还兼有贮存能源的 作用，通常存在于蓝细菌中。
由含精氨酸和天冬氨 酸残基（1:1）的分枝 多肽所构成，分子量 在25000～125000。
C O C H Ester linkage Unbranched fatty acid
C O C H H
Ether linkage Branched fatty acid
Figure 26.22
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β-1,3糖苷键不被溶菌酶水解
N-乙酰葡糖胺和N-乙酰塔罗糖胺糖醛酸 交替连接而成，连在后一氨基糖上的肽 尾由L-glu、L-ala和L-lys三个L型氨基酸 组成，肽桥则由L-glu一个氨基酸组成。
比正常有细胞壁的细菌更易导入外源遗传物质，是 研究遗传规律和进行原生质体育种的良好实验材料。
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c. 球状体(sphaeroplast)
采用上述同样方法，针对革兰氏阴性细菌处理后 而获得的残留部分细胞壁（外壁层）的球形体。与原 生质体相比，它对外界环境具有一定的抗性，可在普 通培养基上生长。
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细胞壁主要功能
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双球菌：
细胞沿一个平面分裂，新个 体成对排列. 如肺炎双球菌 (Diplococcus pneumoniae)
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链球菌：
细胞沿一个平面进行分裂， 新个体不但可保持成对的样 子，并可连成链状. 如：
乳链球菌（Streptococcus lactis） 无乳链球菌（Streptococcus agalactiae)
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葡萄球菌：
细胞无定向分裂，多个 新个体形成一个不规则 的群体，犹如一串葡萄。 如：金黄色葡萄球菌
wenku.baidu.com
（Staphylococcus aureus)
白色葡萄球菌 （Staphylcoccus albus)
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2、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。
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枯草芽孢杆菌
地衣芽孢杆菌
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铜绿假单胞菌 （绿脓杆菌）
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结核分枝杆菌
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炭疽病的病原菌 -------炭疽杆菌
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破伤风梭菌
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一、细胞的形态构造及其功能
（一）形态和染色 3、螺旋状 弧菌
螺旋菌
螺旋体菌
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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
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③ 贮藏物(reserve materials) 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，主要功能是贮存营养物。 i 聚-β-羟丁酸(poly-β-hydroxybutyrate, PHB)
类脂性质的碳源类贮藏物 巨大芽孢杆菌（Bacillus megaterium）在含乙酸或 丁酸的培养基中生长时， 细胞内贮藏的PHB可达其 干重的60%。
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⑥ 细胞壁缺陷细菌：
缺壁突变——L型细菌 实验室或宿 主体内形成 缺 壁 细 菌 人工去壁 部分去除——球状体（G-） 在自然界长期进化中形成——支原体
基本去尽——原生质体（G+）
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a. L型细菌（L-form of bacteria）
细菌在某些环境条件下（实验室或宿主体内） 通过自发突变而形成的遗传性稳定的细胞壁缺陷变 异型。
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④ 间体（mesosome，或中体）
细胞质膜内褶而形成的囊状构 造，其中充满着层状或管状的泡囊。 多见于革兰氏阳性细菌。 青霉素酶分泌、DNA复制、分配以及细 胞分裂有关
“间体”仅是电镜制片时因脱水操作而 引起的一种赝像
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3）细胞质和内含物
① 概念
细胞质（cytoplasm）是细胞质膜包围的除核区外的一
紫色 厚，层次多 多数含有 无 无 低（仅抗酸性细菌含类脂） 基体上着生两个环 以外毒素为主 强 弱 敏感
革兰氏阴性菌
红色 薄，一般单层 无 有 有 高 基体上着生四个环 以内毒素为主 弱 强 不敏感
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④革兰氏染色
C.Gram（革兰）于1884 年发明的一种鉴别不同类 型细菌的染色方法。
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◆用碱性染料结晶紫对菌液涂片进行初染 ◆用碘溶液进行媒染，其作用是提高染料和细 胞间的相互作用从而使二者结合得更牢固。 ◆用乙醇或丙酮冲洗进行脱色。在经历脱色后 仍将结晶紫保留在细胞内的为革兰氏阳性细 菌，而革兰氏阴性细菌的结晶紫被洗掉，细 胞呈无色。 ◆用一种与结晶紫具有不同颜色的碱性染料对 涂片进行复染。例如沙黄，它使原来无色的 革兰氏阴性细菌最后呈现桃红到红色，而革 兰氏阳性细菌继续保持深紫色
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⑤ 古生菌的细胞壁
These Archaea species live in extreme heat near deep sea vents.
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大多为嗜极菌 除热原菌属没有细胞壁以外，其余都具有与真细菌 功能相似的细胞壁 细胞壁中含有假肽聚糖、糖蛋白或蛋白质
Membrane lipids are long chain fatty acids linked to glycerol Eukaryotes, bacteria O H Archaea H H
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v 硫粒（sulfur globules）
很多真细菌在进行产能 代谢或生物合成时，常涉及 对还原性的硫化物如H2S， 硫代硫酸盐等的氧化。 在环境中还原性硫素丰 富时，常在细胞内以折光性 很强的硫粒的形式积累硫元 素。 当环境中还原性硫缺乏 时，可被细菌重新利用。
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G-肽聚糖，仅占细胞壁干重的5-10%。肽聚糖结构与G+基 本相同，但短肽尾中的３号位上L-Lys往往被其他二氨酸取代 ， 肽桥组成不同。
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外壁层是G－细菌细胞壁所特有的结构它位于壁的最外 层，化学成分为脂多糖、磷脂和若干种外蛋白。
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③ G+ 细菌与G -细菌细胞壁的比较
项 目 1、革兰氏染色反应 2、肽聚糖层 3、磷壁酸 4、外膜 5、脂多糖（LPS） 6、类脂和脂蛋白含量 7、鞭毛结构 8、产毒素 9、对机械力的抗性 10、细胞壁抗溶菌酶 11、对青霉素和磺胺 革兰氏阳性菌
第二章 微生物形态、 结构与功能
非细胞型：病毒 微生物 细胞型 原核微生物
古生菌（Archaea） 细菌（Bacteria）
真核微生物 真菌（酵母、霉菌、蕈菌等）、 单细胞藻类、
原生动物等
古生菌在进化谱系上与真细菌及真核生物相互并 列，且与后者关系更近，而其细胞构造却与真细菌较 为接近，同属于原核生物。
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① 革兰氏阳性的细胞壁成分
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G+菌细胞壁化学组成以肽聚糖(peptidoglycan)为主。这是 原核微生物所特有的成份，占细胞壁物质总量的40-90%。
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磷壁酸又名垣酸，是大多数G+菌所特有的成 分，约占细胞壁成分的10%。
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② 革兰氏阴性的细胞壁成分
G-细胞壁的组成和结构比G+更复杂。主要成份为：脂 多糖、磷脂、脂蛋白、肽聚糖。
membrane）或内膜（inner membrane），是紧 贴在细胞壁内侧、包围着细胞质的一层柔软、脆 弱、富有弹性的半透性薄膜，厚约7～8nm，由磷 脂（占20%～30%）和蛋白质（占50%～70%）
组成。
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② 细胞膜的化学组成与结构模型：
a. 磷脂
疏水的非极性端
亲水的极性端
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b. 液态镶嵌模型(fluid mosaic model)
①膜的主体是脂质双分子层；
②脂质双分子层具有流动性；
③整合蛋白因其表面呈疏水性，故可“溶”于脂质双分子层 的疏水性内层中； ④周边蛋白表面含有亲水基团，故可通过静电引力与脂质 双分子层表面的极性头相连； ⑤脂质分子间或脂质与蛋白质分子间无共价结合；
⑥脂质双分子层犹如一“海洋”，周边蛋白可在其上作“漂浮” 运动，而整合蛋白则似“冰山”状沉浸在其中作横向移动。
1972年，辛格（J.S.Singer）和尼科尔森（G.L.Nicolson）
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Embeded protein:
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③ 细胞膜的生理功能：
①选择性地控制细胞内、外的营养物质和代谢产物的运送； ②是维持细胞内正常渗透压的屏障； ③合成细胞壁和糖被的各种组分（肽聚糖、磷壁酸、LPS、 荚膜多糖等）的重要基地； ④膜上含有氧化磷酸化或光合磷酸化等能量代谢的酶系， 是细胞的产能场所； ⑤是鞭毛基体的着生部位和鞭毛旋转的供能部位；
在人为条件下，用溶菌酶处理或在含青霉素的培养 基中培养而抑制新生细胞壁合成而形成的仅由一层细胞 膜包裹的，圆球形、对渗透压变化敏感的细胞，一般由 革兰氏阳性细菌形成。
对环境条件变化敏感，低渗透压、振荡、离心甚至 通气等都易引起其破裂；
特点：
有的原生质体具有鞭毛，但不能运动，也不被相应 噬菌体所感染； 在适宜条件（如高渗培养基）可生长繁殖、形成菌 落，形成芽孢。及恢复成有细胞壁的正常结构。
溶血链球菌（Streptococcus hemolyticus)
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四联球菌：
细胞分裂是沿两个相垂直的平面 进行，分裂后每四个细胞特征性 地连在一起，呈田字形. 如四联微球菌（Micrococcus tetragenus）
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八叠球菌：
细胞按三个互相垂直 的平面进行分裂后， 每八个球菌特征性地 连在一起成立方体形. 如藤黄八叠球菌 （Sarcina ureae)
负染色： 活菌
荚膜染色法
用美蓝或TTC等作活菌染色
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（二）细胞的结构
一 般 结 构 : 一 般 细 菌 都 有 的 构 造 一特 般殊 细结 菌构 在： 特部 殊分 环细 境菌 下具 才有 有的 的或
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1、细菌细胞的一般构造
1）细胞壁（cell wall)
细胞壁（cell wall）是位于细胞表面，内侧紧贴细 胞膜的一层较为坚韧，略具弹性的细胞结构。约占干 重的10－25% 不同细菌细胞壁的化学组成和结构不同，通过革 兰氏染色法可将所有的细菌分为革兰氏阳性（G+）和 革兰氏阴性（G—）。