1、1原核微生物定义：细胞核无核膜包裹，只存在由裸露 DNA组成的核区（nuclear region) 的原始单细胞生物。主要类群：包括细菌与古生菌。细菌又称真细菌（eubacteria ），包括普通细菌、放线菌、蓝细菌、 支原体、立克次氏体和衣原体等 (三菌三体）。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。细菌细胞的基本形态基本形态：球状、 杆状、螺旋状和其他形状。球状菌：细胞个体呈球形或椭圆形，球菌在细胞分裂时形成的不同空间排列方式，常被作为分类依据。杆状菌：细胞呈杆状或圆柱形，一般其粗细（直径）比较稳定，可作为分类依据；
2、而长度和排列方式常因生长阶段和培养条件不同而发生较大变化，一般不作为分类依据。螺旋状：（1）弧菌，其菌体只有一个弯曲，其程度不足一圈，形似“C”字或逗号，鞭毛偏端生。螺旋1 圈，霍乱弧菌、蛭弧菌（2）螺菌, 菌体回转如螺旋，螺旋数目和螺距大小因种而异(1-20)。鞭毛二端生。细胞壁坚韧，菌体较硬。螺旋 2-6 圈，迂回螺菌（3）螺旋体菌,菌体柔软，螺旋数目因种而异(3-70)。用于运动的类似鞭毛的轴丝位于细胞外鞘内。螺旋6 圈，梅毒密螺旋体、 钩端螺旋体其它形状：包括柄杆菌、星形细菌、方形 细菌及各种条件下细胞正常发育受阻而产生的异常形态细菌细胞的大小一般细菌大小的度量单位为微米 一般细菌大小
3、范围 球菌：直径 0.5-1m 杆菌： 0.5-1m（直径）1-3m 螺旋菌： 0.3-1m（直径）1-50m 最小细菌：尿结石纳米细菌，直径 50nm，与病毒大小类似，3 天分裂 1 次 最大细菌：纳米比亚的硫磺珍珠菌，直径 0.1-1mm 0.75mm2(长度是菌体两端点之间的距离，而非实际长度)。细菌细胞的基本结构 基本构造：细胞壁、细胞膜、间体、细胞质和核区，为所有细菌细胞共有 特殊构造：糖被、鞭毛、芽孢、菌毛、孢囊等，只在某些种类细菌中出现，具有特 定功能细胞壁的主要功能细菌细胞壁具有多样性固定细胞外形和提高机械强度，从而使其免受渗透压等外力的损伤。为细胞的生 长、分裂和鞭毛运动所必
4、需。失去了细胞壁的原生质体，也就丧失了这些重要功能；阻拦酶蛋白和某些抗生素等大分子物质（分子量大于800）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；赋予细菌具有特定的抗原性、致病性以及对抗生素和噬菌体的敏感性。革兰氏阳性（G+）和革兰氏阴性（G-）细菌细胞壁的化学组成和结构特点革兰氏阳性（G+）菌细胞壁特点：厚度大（2080nm），化学组分简单，一般只含 90%肽聚糖和10%磷壁酸。肽聚糖是真细菌细胞壁中的特有成分。磷壁3酸为革兰氏阳性细菌细胞壁中特有的一种酸性多糖。革兰氏阴性（G-）菌细胞壁特点：结构分为肽聚糖层 和外膜层。其特点是 肽聚糖层薄 (2-3nm)，层次多，
5、化学组分复杂，强度低。G+细菌 G-细菌 支原体细胞壁 20-80nm 肽聚糖层构成 2-7nm 肽聚糖层和 7-8nm 外膜构成 无细胞壁 细胞形态 球形、杆状、丝状，分枝 球形、杆状、螺旋状、丝状 形态多变；丝状，能形成分枝繁殖 裂殖 裂殖；某些种类出芽 出芽、断片繁殖、裂殖代谢 化能异养 光自养、化能自养、化能异养 化能异养4运动性通常不运动；运动类型具周生鞭毛运动/不运动；鞭毛着生方式多样；可有过轴丝运动；滑行 通常不运动附属物 通常缺乏 菌毛、柄 缺乏内生孢子 某些种类形成 不形成 不形成革兰氏阳性菌肽聚糖单体中的化学组成：双糖单位：由由 N-乙酰胞壁酸（ NAM or M ）和 N
6、-乙酰葡萄糖胺（ NAG or G ）l 两种单糖之间以 -1,4-糖苷键 M(1)-G(4)连接形成。该糖苷键很容易被溶菌酶 (lysozyme) 所水解，从而引起细菌因肽聚糖细胞壁的“散架”而死亡。双糖 单位是肽聚糖中糖链骨架的基本结构单位。四肽侧链：由四个氨基酸分子按 L 型与 D 型交替方式连接而成，连接于糖骨架的 N-乙酰胞壁酸分子上。肽桥：连接一条 肽侧链 的 4 位氨基酸和另一条肽侧链 的 3 位氨基酸，变化多样，是不同微生物肽聚糖多样性的基础。 目前所知的肽聚糖已超过 100 种，主要的变化发生在肽桥上。N-乙酰胞壁酸为原核生物特有结构-1,4-糖苷键为溶菌酶作用位点5磷壁酸：
7、革兰氏阳性细菌细胞壁上特有的化学成分，主要成分为甘油磷酸或核糖醇磷酸。膜磷壁酸：(又称脂磷壁酸)跨越肽聚糖层并与细胞膜相交联的，由甘油磷酸链分子与细胞膜上的磷脂进行共价结合后形成。其含量与培养条件关系不大。可用 45%热酚水提取，也可用热水从脱脂的冻干细菌中提取。壁磷壁酸：它与肽聚糖分子间进行共价结合，含量会随培养基成分而改变，一般占细胞壁重量的 10%，有 时可接近 50%。用稀酸或稀碱可以提取。磷壁酸的主要生理功能 其磷酸分子上较多的负电 荷可提高细胞周围 Mg2+的浓度，进入细胞后就可保证细胞膜上一些需 Mg2+的合成酶提高活性；贮藏磷元素；增强某些致病菌如 A 族链球菌(Strepto
8、coccus )对宿主细胞的粘连、避免被白细胞吞噬以及抗补体的作用；赋予革兰氏阳性 细菌以特异的表面抗原；可作为噬菌体的特异性吸附受体；能调节细胞内自溶素 (autolysin)的活力，借以防止细胞因自溶而死亡。因为在细胞正常分裂时，自溶素可使旧壁适度水解并促使新壁不断插入，而当其活力过强时， 则细菌会因细胞壁迅速水解而死亡。革兰氏阴性菌肽聚糖结构与化学组成 1.它的肽聚糖埋藏在外膜层之内，是仅由 1-2 层肽聚糖网状分子组成的薄层(2-3nm)，含量 约占细胞壁总重的 10%，故 对机械强度的抵抗力较革兰氏阳性菌弱。 62.四肽尾的第 3 个氨基酸不是 L-lys，而是内消旋二氨基庚二酸(m
9、-DAP),一种只有在原核微生物细胞壁上才有的氨基酸。3.没有特殊的肽桥，其前后两个单体间的连接仅通过甲四肽尾的第4 个氨基酸D-ala 的羧 基与乙四肽尾的第 3 个氨基酸mDAP 的氨基直接相连 ,只形成较为疏稀、机械 强 度较差的肽聚糖网套。 外膜结构与化学组成 1.位于革兰氏阴性细菌细胞壁外层，由脂多糖、磷脂和脂蛋白等若干种蛋白质组成的膜，有时也称为外壁。2.a 脂多糖：位于革 兰氏阴性 细菌细胞壁最外层的一层较厚的类脂多糖类物质，由类脂 A、核心多糖和 O-特异侧链（或称 O-多糖或 O-抗原）三部分组成。脂多糖的主要功能 LPS 结构的多变，决定了革 兰氏阴性细菌细胞表面抗原决定簇
10、的多样性；因其负电荷 较强，故与磷壁酸相似，也有吸附 Mg2+、Ca2+等阳离子以提高其在细胞表面浓度的作用； 类脂 A 是革 兰氏阴性细菌致病物质内毒素的物质基础；是许多噬菌体在 细胞表面的吸附受体； 具有控制某些物质进出 细胞的部分选择性屏障功能；可透过若干种较小的分子（嘌呤、嘧啶、双糖、肽类和氨基酸等），但能阻 拦溶菌酶、抗生素（青霉素等）、去污剂和某些染7料等较大分子进入细胞膜。 b 脂蛋白：是一种锚定蛋白，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孔蛋白：三聚体跨膜蛋白，中间有孔道，通 过孔的开 闭，可 对进入外膜层的物质进行选择。非特异性孔蛋白：可通过分子量小于 80090
11、0 的任何亲水性分子特异性孔蛋白：只容许一种或少数几种相关物质通过，如维生素 B12 和核苷酸等。c 周质空间：又称壁膜间隙。在革兰氏阴性细菌中，一般指其外膜与细胞膜之间的狭窄空间，呈胶状。是进出 细胞的物质的重要中转站和反应场所存在着多种周质蛋白水解酶类；合成酶类；结合蛋白；受体蛋白；也有观 点认为革兰氏阳性细菌中同样存在。外膜结构图示8古细菌的细胞壁特点它们细胞壁中没有真正的肽聚糖，而是由多糖（假肽聚糖）、糖蛋白或蛋白质构成的。因此，古生菌类群细胞壁成份多 样，差异大。 （1）假肽聚糖细胞壁：代表菌甲烷杆菌属（2）独特多糖细胞壁：代表菌甲烷八叠球菌（3）硫酸化多糖细胞壁：代表菌盐球菌（4）
12、糖蛋白：代表菌盐杆菌属（5）蛋白质细胞壁： 有的是由几种不同蛋白组成，如甲烷球菌和甲烷微菌有的则由同种蛋白的许多亚基组成， 甲烷螺菌属。特殊细菌细胞壁分枝杆菌、棒状杆菌和诺卡氏菌的细胞壁主要由分枝菌酸组成缺壁细菌 中中L-中中中中中 中中-中中中G+中中中 中中中中中中-中中中中中中中中中原生质体和球状体的共同特点：无完整的细胞壁，细胞呈球状，对渗透压较敏感，即使有9鞭毛也无法运动，对相应噬菌体不敏感，细胞不能分裂等。在合适的再生培养基中，原生质体可以回复，长出细胞壁。原生质体或球状体比正常有细胞壁的细菌更易导入外源遗传物质和渗入诱变剂，故是研究遗传规律和进行原生质体育种的良好实验材料。（1）
13、L 型细菌：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。被认为可能与针对细胞壁的抗菌治疗有关。主要特点：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对渗透敏感，在固体培养基上形成“油煎蛋”似的小菌落（2）原生质体：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。（3）球状体：又称原生质球，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
14、养基上生长。（4）支原体：在长期进化过程中形成的、适应自然生活条件的无细胞壁的原核生物。因它的细胞膜中含有一般原核生物所没有的甾醇，所以即使缺乏细胞壁，其细胞膜仍有较高的机械强度。细菌细胞膜的特点 主要特征与真核生物细胞膜相似 原核生物与真核生物细胞膜最大区别就是细胞膜中一般不包含胆固醇，而是含有hopanoid 藿烷类。支原体有胆固醇，甾醇类嵌在膜上可以增加膜 稳定性 膜的流动性很大程度上取决于不饱和脂肪酸的结构和相对含量。通常生长温度要求越10高的种，其饱和度也越高，反之则低细菌细胞膜的生理功能：选择性地控制细胞内、外的营养物质和代谢产物的运送；是维持细胞内正常渗透压的屏障；合成细胞壁和糖
15、被的各种组分（肽聚糖、磷壁酸、LPS、荚膜多糖等）的重要基地；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；是鞭毛基体的着生部位和鞭毛旋转的供能部位.古生菌的细胞质膜重点在于其独特性和多样性在本质上也是由磷脂组成，但它比真细菌或真核生物具有更明显的多样性。 1.亲水头（甘油）与疏水尾（烃链）间是通过醚键而不是酯键连接的； 2.组成疏水尾的长链烃是异戊二烯的重复单位（如四聚体植烷、六聚体鲨烯等），它与亲水头通过醚键连接成甘油二醚（glycerol diether）或二甘油四醚(diglycerol tetraether)等，而在真细菌或真核生物中的疏水尾则是脂肪酸； 3.
16、古生菌的细胞质膜中存在着独特的单分子层膜或单、双分子层混合膜，而真细菌或真核生物的细胞质膜都是双分子层。具体地说，当磷脂为二甘油四醚时，连接两端两个甘油分子间的两个植烷（phytanyl）侧链间会发 生共价结合，形成了二植烷(diphytanyl)，这时就形成了独特的单分子层膜（图 3-12）。目前发现， 单分子层膜多存在于嗜高温的古生菌中，其原因可能是这种膜的机械强度11要比双分子层质膜更高。 4.在甘油的 3C 分子上，可 连接多种与真细菌和真核生物细胞质膜上不同的基团，如磷酸酯基、硫酸 酯基以及多种糖基等。 5.细胞质膜上含多种独特脂类。仅嗜盐菌类即已发现有细菌红素（bacterioru
17、berin）、 -胡萝卜素、 -胡萝卜素、番茄红素、视黄醛 （retinal），可与蛋白 质结合成视紫红质(bacteriorhodopsin)和萘醌等。 细菌内膜系统间体 间体：细胞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 间体与细胞壁合成、核质分裂、 细胞呼吸、芽 孢 形成有关 由于具有类似于真核生物线粒体功能，间体又称为拟线粒体细胞质 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：核糖体、颗粒状贮藏物、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
18、类囊体、 羧酶体、气泡或伴 孢晶体等细胞内储存物与其存在的意义聚-羟丁酸(poly-hydroxybutyrate, PHB)：类脂性质的碳源12类贮藏物。它无毒、可塑、易降解,被认为是生产医用塑料、生物降解塑料的良好原料。易被苏丹黑等脂溶性染料着色，光镜可见。多糖类贮藏物，包括糖原颗粒和淀粉颗粒。在真细菌中以糖原为多，糖原颗粒较小，不染色时需用电镜观察，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。异染粒是无机偏磷酸的聚合物，一般在富磷的环境下形成，贮藏磷元素和能量，并可降低细胞的渗透压，用美 兰或者甲苯胺兰染色可呈现紫红色而得名。藻青素一种内源性氮源贮藏物，同
19、 时还兼有贮存能源的作用，通常存在于蓝细菌中。 硫粒在环 境中还原性硫素丰富 时，很多真 细菌在氧化 H2S，硫代硫酸盐时，常在细胞内形成折光性很强的硫粒，积累硫元素。当环境中环境中还原性硫缺乏时，可被 细菌重新利用作能源。微生物储藏物的特点及生理功能：不同微生物其储藏性内含物不同 .微生物合理利用营养物 质的一种调节方式. 储藏物以多聚体的形式存在，有利于维持细胞内环境的平衡，避免不适合的 pH，渗透 压 等的危害。羟基丁酸分子呈酸性，而当其聚合成聚-羟丁酸（ PHB）就成为中性脂肪酸 储藏物在细 菌细胞中大量 积累，还可以被人们利用。13细菌芽孢简述 某些细菌在其生活史一定阶段，在细胞内形
20、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 芽孢都在菌体内形成，又称内生孢子。含有芽 孢的菌体细胞又称孢子囊 芽孢成熟后可脱落 生成芽孢的细菌主要是杆菌 芽孢主要发现于土壤中，任何土壤样品可认为都含有芽孢菌 产芽孢细菌主要有：杆菌中好氧的芽孢杆菌属，厌氧的梭菌属；球菌中只有芽孢八叠球菌；螺菌有孢螺菌属芽孢的构造 14渗透调节皮层膨胀学说：芽孢衣对多价阳离子和水分的透性很差皮层的离子强度很高，产生极高的渗透压夺取芽孢核心的水分，结果造成皮层的充分膨胀皮层含水量约 70%，核心部分的细胞质高度失水含水量极低因此具极强的耐热性。其他学说：针对在芽孢形成过程中会合成大量的为营
21、养细胞所没有的 DPA-Ca，不少学者提出 Ca2+与 DPA（2，6-吡啶二羧酸）的螯合作用会使芽孢中的生物大分子形成一种稳定而耐热性强的凝胶。该结构位于皮层。芽孢特点 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 抗性包括抗热、抗辐射、抗化学药物、抗静水 压 等 肉毒梭菌：100，5-9.5 小时杀灭；121 ，10 分钟杀灭 芽孢不是繁殖体，只是细菌的休眠体，在适宜的条件下可以重新转变成为营养态细胞15 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生活史芽孢形成的 7
22、 个阶段：轴丝形成；隔膜形成，产生前孢子；前孢子被吞没，双层膜形成，抗辐射力提高；皮层形成；芽孢衣形成；孢衣完成，折光性和抗热性增强-芽孢成熟；芽孢囊裂解，成熟芽孢释放。由休眠状态的芽孢变成营养状态细菌的过程，称为芽孢的萌发。包括 活化、出芽和生 长 3 个阶段。伴胞晶体 16 少数芽孢杆菌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 内毒素，称 为伴孢晶体 对 200 多种昆虫尤其是鳞翅目的幼虫有毒杀作用，对人畜毒性很低，故国内外均以工业化方式大量生产菌剂，作为生物农药细菌其他休眠结构 固氮菌：孢囊 粘球菌：粘孢子 蛭弧菌：蛭孢囊18、糖被包被于某些细菌
23、细胞壁外的一层厚度不定的胶状物质，其形成与菌种遗传特性有关，也与环境条件（主要营养物质）密切相关荚膜的功能 保护作用： 其上大量极性基团可保护菌体免受干旱损伤；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;作为透性屏障或（和）离子交换系统，可保护细菌免受重金属离子的毒害；贮藏养料，以备营养缺乏时重新利用；17表面附着作用糖被特点 主要成分是多糖、多肽或蛋白质，尤以多糖居多。 产生糖被是微生物的一种遗传特性，其菌落特征及血清学反应是是细菌分类鉴定的指标之一 并非细胞生活的必要结构，但它对细菌在环境中的生存有利 作为细胞外碳源和能源性贮藏物质 保护细胞免受干燥影响
24、增强病原菌的致病能力，使之抵抗宿主吞噬细胞的吞噬 肠膜明串珠菌：荚膜，用于葡聚糖工业生产野油菜黄单胞菌：粘液层，用于黄原胶工业生产动胶菌：菌胶团，用于污水处理鞭毛 某些细菌细胞表面着生的一至数十条长丝状、螺旋形的附属物，具有推动细菌运动功能，为细菌的“运动器官” 鞭毛细长，长度：15-20m；直径：10-20nm。光镜 下不可见。采用特殊鞭毛染色法，使染料沉积在鞭毛上，可加粗其直径，可在光 镜 下可见，但真实结构只在电镜下可见。此外，采用悬滴法及暗视野法观察细菌运动状态，通 过半固体培养基中生长方式和平板上菌落形态，都可判断有无鞭毛 螺旋菌和弧菌一般具鞭毛；杆菌部分有鞭毛；球菌仅尿素八叠球菌有
25、鞭毛 鞭毛的主要化学成分是鞭毛蛋白18 鞭毛有无着生和着生方式有重要生物学意义单端鞭毛 端生丛毛 周生鞭毛 两端生鞭毛鞭毛运动特点 速度：每秒 20-80m，每分钟达到 3000 倍体长 方式：以推进方式做直线运动，以翻腾形式做短促转向运动 鞭毛的功能是运动，是原核生物实现其趋向性的最有效方式 趋光性；趋化性；趋磁性鞭毛的结构： 由基体、鞭毛 钩和鞭毛丝三部分组成革兰氏阳性 细菌基体：L, P 和 S-M 环革兰氏阴性 细菌基体：S-M 环。在 S-M 环下方的 Fli 蛋白，起开关作用，控制鞭毛正转或者逆转，在 S-M 环旁侧的 Mot 蛋白，通过消耗能量， 驱动 S-M 环的快速旋 转。马达能量来源：19细胞膜上的质子势。 鞭毛的生长方式是在其顶部延伸鞭毛蛋白亚基螺旋状缠绕而成，每周为 810 个亚基。细菌细胞壁以外构造菌毛 细菌体表的纤细、中空、短直、数量较多（通常 200-300 根）的蛋白质类附属物，具有使菌体附着于物体表面的功能，常见于革兰氏阴性致病菌 菌毛不具运动功能 根据功能，可分为两类 普通菌毛：吸附 性菌毛：接合
