第一章 原核微生物的形态、构造和功能本章的学习目的与要求： 理解原核微生物的定义、类群及特点；熟 练握细菌的一般构造、特殊构造及其功能及细 菌的菌落特征； 熟练掌握革兰氏染色的原理 和一般实验操作方法和步骤；掌握真细菌、古 生菌与真核生物细胞的主要特征区别，细菌、 支原体、立克次氏体、衣原体与病毒的比较； 掌握放线菌的形态构造、繁殖方式以及菌落特 征第一节 细菌第二节 放线菌第三节 其它几类原核微生物原核微生物：即广义的细菌，指一大类细胞核无核膜包裹，只存 在称作核区的裸露DNA的原始单细胞生物，包括真细菌和古生 菌两大类群第一节 细菌 Bacteria一、概述：细菌是一类细胞细短、结构简单、胞壁坚韧、多以二 分裂方式繁殖和水生性较强的原核生物1、生境：温暖、潮湿、富含有机质的地方2、细菌对人类的危害：(1)有些细菌能引起传染病；(2)不少腐败菌能引起工农业产品的腐败变质3、细菌对人类的贡献：(1) 工业上：利用细菌生产氨基酸、核苷酸、酶制剂、乙醇、丙 酮、丁醇、有机酸、抗生素等(2) 农业上：生产生物杀虫剂、细菌肥料 (3) 医药上：生产各种疫苗、类毒素、代血浆 (4) 在环保、国防上： 二、细菌的形态和大小 （一）基本形态：球状、杆状、螺旋状。
1、球菌 Coccus：细胞呈球形或近似球形 ① 单球菌: 分裂后的细胞分散而单独存在的为单球菌 ② 双球菌: 分裂后两个球菌成对排列 ③ 链球菌 分裂是沿一个平面进行，分裂后细胞排列 成链状 ④四联球菌 沿两个相垂直的平面分裂，分裂后每四 个细胞在一起呈田字形 ⑤八叠球菌 按3个互相垂直的平面进行分裂后，每8 个球菌在一起成立方形 ⑥ 葡萄球菌：分裂面不规则，多个球菌聚在一起，像一串串 葡萄2、杆菌 Bacillus (Bacterium)： (1) 形态：短杆状、纺锤状、棒状、梭状、月亮状、分枝状、 竹节状等(2) 排列方式：链状、栅状、“八”字状及有鞘衣的丝状等3、螺旋菌 Spirillum：是细胞呈弯曲杆状细菌统称，一般分 散存在根据其长度、螺旋数目和螺距等差别，分为弧菌、螺 菌和螺旋体①弧菌：菌体弯曲呈弧形或逗号形，螺旋不足一环 ②螺菌：菌体回转如螺旋，螺旋为2-6环③螺旋体：螺旋超过6环异常形态一般，幼龄，生长条件适宜，形状正常、整齐老龄，不 正常，异常形态 畸形：由于理化因素刺激，阻碍细胞发育引起 衰颓形：由于培养时间长，细胞衰老，营养缺乏，或排泄物积 累过多引起。
（二）细菌大小 1、单位：um，亚细胞构造单位nm2、表示：细菌细胞的大小一般用显微测微尺测量，并以多个菌体的 平均值或变化范围表示 球菌大小以直径表示；杆菌以宽×长表示；螺旋菌以宽× 弯曲长度表示三）常用的细菌染色法： 三、细菌细胞结构（一）基本结构：一般细菌都具有的构造1、细胞壁 cell wall： 细胞壁在细菌菌体的最外层为坚韧、略具有弹性的结构 1）功能：1）维持细胞外形；2）保护细胞免受机械损伤和渗透压危害；3）鞭毛运动支点；4）正常细胞分裂必需；5）一定的屏障作用； 6）噬菌体受体位点所在7) 与细菌的抗原性、致病性有关 （2）形态特征1）光镜下观察：通过染色、质壁分离、制成原生质体2）电镜观察3) 细胞壁的构成：革兰氏阳性细菌与阴性细菌的细胞壁成分 (占细胞壁干重的%)成 分革兰氏阳性细菌革兰氏阴性细菌肽聚糖 磷壁酸 类脂质 蛋白质含量很高（30-95） 含量较高（50） 一般无（2） 0含量很低（5~20） 0 含量较高（约20） 含量较高革兰氏染色：革兰氏染色程序和结果 步 骤试 剂结 果阳性（G+）阴性（G-）初 染结晶紫紫 色紫 色媒染碘液仍为紫色仍为紫色脱 色95%乙醇保持紫色脱去紫色复 染蕃红（或复红）仍显紫色红 色革兰氏染色中最关键的一步是脱色，如果脱色过度，会 将G+误认为G-；如果脱色不足，会将G-误认为G+。
1）革兰氏阳性菌 Gram positive以金黄色葡萄球菌为例（i）细胞壁构成：一连续层，厚20-80nm两部分： 网状骨架：微纤丝组成基质：骨架埋于基质中(ii) 化学组成：主要是肽聚糖（网状骨架）和磷壁酸（基质）i）肽聚糖 peptidoglycan (粘肽、胞壁质)：是真细菌细胞壁中 的特有成分是呈多层网状结构的大分子复合体，由许多亚单位 （肽聚糖单体）交联而成亚单位a. 双糖单位：N-乙酰胞壁酸（NAM）和N-乙酰葡萄糖胺（NAG）通 过β-1，4糖苷键相连而成M和G交替连接，从而形成了肽聚糖层 的骨架 ——聚糖b. 短肽：是连接在胞壁酸分子上的、由四个氨基酸以L、D交替 连接起来的短肽含D-谷氨酸、D-和L-丙氨酸和二氨基庚二酸 或赖氨酸——L-Ala-D-Glu-L-Lys-D-Ala c. 肽桥：短肽之间连接 肽聚糖生理功能：是真细菌细胞壁中的特有成分，它构成了壁 的坚硬度，决定细胞的形态，并防止渗透压引起的裂解ii) 磷壁酸 teichoic acid (垣酸)G+特有成分多元醇与磷酸复合物，通过磷酸二酯键与NAM 相连，分为壁磷壁酸和膜磷壁酸 生理功能：a.通过分子上的大量负电荷浓缩细胞周围的Mg2+，以提高细胞 膜上一些合成酶的活力；b.贮藏元素； c.调节细胞内自溶素的活力，借以防止细胞因自溶而死亡； d.作为噬菌体的特异性吸附受体； e.赋予G+细菌特异的表面抗原，因而可用于菌种鉴定；f.增强某些致病菌（如A族链球菌）对宿主细胞的粘连，避免被白 细胞吞噬，并有抗补体的作用。
2) 革兰氏阴性菌 Gram negative以大肠杆菌为例： （i）细胞壁构成：G-细菌细胞壁比G＋细菌细胞壁薄（15～20nm） 而结构较复杂i）内壁层：厚2-3 nm，单（双）分子层，由肽聚糖构成与G+区别：交联低；DAP取代 L-Lys；无特殊肽桥ii)外壁层（外膜）： 内层：脂蛋白层，以脂类部分与肽聚糖相连 中层：磷脂层 外层：脂多糖层，外壁重要成分，8-10 nm iii）周质空间：在G-细菌中，其外膜与细胞膜间的狭窄胶质 空间 (ii) 脂多糖 lipopolysaccharide LPS，G-特有成分 i）结构：类脂A + 核心多糖 + O-侧链 ii) 功能： a.内毒素物质基础； b.吸附镁、钙离子以提高它们在细胞表面的浓度； c.决定G-表面抗原多样性； d.噬菌体受体位点 （iii）G+与G-比较（iv）革兰氏染色机制 主要是细胞壁组成及结构差异造成的结晶紫液初染和碘液媒染：在细菌的细胞膜内可形成不溶于水的 结晶紫与碘的复合物乙醇脱色： G＋细胞壁较厚、肽聚糖网层次多和交联致密且不含 类脂 ，把结晶紫与碘的复合物牢牢留在壁内，使其保持紫色； G -细胞壁薄、外膜层类脂含量高、肽聚糖层薄和交联度低，结晶紫 与碘复合物的溶出，细胞退成无色。
复染: G-细菌呈现红色，而G+细菌则仍保留最初的紫色3）古生菌：细胞壁功能与真细菌相似 ，但不含真正的肽聚糖 ，而含假肽聚糖、糖蛋白或蛋白质 假肽聚糖：聚糖：由N-乙酰葡萄糖胺和N-乙酰塔罗糖胺糖醛酸通过β-1，3 糖苷键交替连接而成肽尾：由L-Glu、L-Ala和L-Lys3个L型氨基酸组成肽桥：由L-Glu1个氨基酸组成①原生质体protoplast：人工条件下用溶菌酶除去细胞壁或用 青霉素抑制细胞壁合成后，所留下的仅由一层细胞膜包裹的圆 球状细胞一般由G+形成特点：对渗透压敏感；对相应的噬菌体缺乏敏感性；不能进行 正常的鞭毛运动；细胞不能分裂 4) 缺壁细菌：指细胞壁缺乏或缺损的细菌包括原生质体、球 状体、 L型细菌和支原体②球状体：残留部分细胞壁，一般由G-形成有一定抗性特点：对渗透压敏感；长鞭毛也不运动；对噬菌体不敏感 ；细胞不能分裂等 ③L型细菌：一种由自发突变形成的变异型，无完整细胞壁，在 固体培养基表面形成 “油煎蛋 “状小菌落④支原体：长期进化形成无细胞壁的原核生物，因为它的细 胞膜中含有一般原核生物所没有的甾醇，故即使缺乏细胞壁 ，其细胞膜仍有较高的机械强度.2、细胞膜 cell membrane(1)形态特征：(2) 在细胞壁与细胞质之间的一层柔软而富有弹性的半 透性膜，厚7-8nm。
在电镜下观察到的细胞膜，是在内外两 暗色层之间夹着一浅色中间层的一种双层膜结构2) 化学组成：蛋白和磷脂，蛋白含量高达75%，种类也多 膜不含甾醇类1) 磷脂：磷脂双分子层——由两层磷脂分子整齐地对称排列而成 2) 蛋白：i．整合蛋白（或内嵌蛋白）：嵌埋在呈液态的磷脂双分子层 中，具运输功能ii．周边蛋白（或膜外蛋白）：“漂浮”在磷脂双分子层的 外表面，具有酶促作用 (3) 膜结构——液态镶嵌模型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“海洋”，周边蛋白可在其上作“漂浮” 运动，而整合蛋白则似“冰山”沉浸在其中作横向移动4) 功能：1) 高度选择透性膜，控制物质运输；2) 渗透屏障，维持正常渗透压；3) 重要代谢活动中心； 4) 与细胞壁、糖被合成有关； 5) 鞭毛着生点，供运动能量5) 观察方法通过质壁分离、选择性染色或原生质体破裂等方 法在光镜下观察；电镜观察。
3、间体 mesosome(中质体)细菌的细胞膜折皱陷入到细胞质内，形成一些管状或囊状 的形体称中体或中间体功能：1）拟线粒体，呼吸酶系发达2）与壁合成，核分裂，芽孢形成有关 4、核区 nuclear body ——类核，核质体(1) 特点：无核膜、核仁、固定形态，结构简单，细胞分裂 前核分裂一般为单倍体2) 成分：DNA：环状双链，超线圈结构3) 形态特征：呈球状、棒状或哑铃状，在电镜下呈透明区 域 (4)功能：是负载遗传信息的物质基础5) 观察方法：在普通光学显微镜下，通过富尔根染色法观察 5、核糖体 ribosome RS核糖核蛋白的颗粒状结构，RNA+蛋白原核：游离态、多聚核糖体，70S多聚核糖体：一条mRNA与一定数目的单个RS结合而成真核：游离态、结合内质网上，70、80S功能：是细胞合成蛋白质的部位6、细胞质及其内含物(1)细胞质：是指被细胞膜包围的除核区以外的一切半透明、胶 体状、颗粒状物质的总称原核与真核不同——原核生物的细胞质不流动 主要成分：水、蛋白、核酸、脂类及少量糖和无机盐富含核 糖核酸2) 内含物：指细胞质内一些形状较大的颗粒状结构① 贮藏物：一类由不同化学组分累积而成的不溶性颗粒，其主 要功能是贮存营养物。
微生物储藏物的特点及生理功能： 1） 不同微生物其储藏性内含物不同 2） 微生物合理利用营养物质的一种调节方式 3） 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 4） 储藏物在细菌细胞中大量积累，是重要的自然资源 ②磁小体：存在于一些趋磁细菌中，成分为Fe3O4, 具有导向功能 ③羧酶体：存在于若干化能自养细菌中，呈多角形，在自养细菌的 CO2固定中起关键作用 ④气泡:指存在于许多光合营养型无鞭毛运动的水生细菌的细胞内 充满气体的小囊泡其作用是调节细胞比重，使其漂浮在合适水层 中⑤液泡：许多细菌当其衰老时，细胞质内就会出现液泡其主要成 分是水和可溶性盐类，被一层含有脂蛋白的膜包围⑥伴孢晶体：少数芽孢杆菌在形成芽孢的同时，会在芽孢旁形成 一颗菱形、方形或不规则形的碱溶性蛋白质晶体，称为伴孢晶体 （即ð内毒素）⑦质粒：i．概念：染色体外，独立存在的，能自主复制的遗传物质呈 双股环状DNA，可游离存在，也可整合到宿主DNA上 ii.功能：质粒携带着某些染色体上所没有的。