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个细菌 福：1、微生物在许多重要产品中所起的不可替代的作用，例如：面包、奶酪、啤酒、抗生素、疫苗、维生素、 酶等重要产品的生产. 2、体内的正常菌群是人及动物健康的基本保证；帮助消化、提供必需的营养物质、组成生理屏障 3、是人类生存环境中必不可少的成员，有了它们才使得地球上的物质进行循环. 4、以基因工程为代表的现代生物技术的发展及其美妙的前景也是微生物对人类作出的又一重大贡献。 祸：鼠疫 艾滋病(AIDS) 癌症 肺结核 虐疾 霍乱 埃博拉病毒 疯牛病 SARS 禽流感 三、微生物学与人类进步的关系 （一）微生物与医疗保健（在医疗保健战线上的六大―战役‖） 1．外科消毒术的建立 2．寻找人畜病原菌 3．免疫防治法的应用 4．化学治疗剂的发明15．抗生素治疗的兴起 6．用遗传工程和生物工程技术使微生物生产生化药物 （二）微生物与工业发展（微生物在工业发展过程中的六个里程碑） 1．自然发酵与食品、饮料的酿造 2．罐头保藏 3．厌氧纯种发酵技术 4．深层液体通气搅拌培养 5．代谢调控理论在发酵工业上的应用 6．生物工程的兴起 （三）微生物学促进了农业进步 （四）微生物与能源、生态和环境保护 （五）微生物学对生物学基础理论研究的贡献 1．以微生物作为研究对象解决了生物学上的许多重大争论问题 2．是分子生物学的三大来源和三大支柱之一 3．遗传学研究对象的微生物化促使经典遗传学发展为分子遗传学 4．微生物与基因工程 5．高等生物研究和利用中的微生物化趋向方兴末艾 6．微生物学中的一套独特实验技术迅速扩散到生命科学的各研究领域 四、微生物的共性(五大共性) 1.体积小, 结构简单，表面积/体积比值大 杆菌的平均长度：2 微米； 1500 个杆菌首尾相连= 一粒芝麻的长度； 10-100 亿个细菌加起来重量 = 1 毫克 大的比表面积特别有利于它们和周围环境进行物质、能量、信息的交换。微生物的其它很多属性都和这一 特点密切相关。 2.代谢活力强, 吸收多, 转化快 吸收营养物质和排出废物，有最大的代谢速率。从单位重量来看，微生物的代谢强度比高等生物大几千倍 到几万倍。 消耗自身重量 2000 倍食物的时间： 大肠杆菌：1 小时 人：500 年（按 400 斤/年计算） （发酵乳糖的细菌 1 小时内可以分解其自身重
倍的乳糖） 产阮假丝酵母（Candida utilis）合成蛋白质的能力比大豆强 100 倍，比食用公牛强 10 万倍。 3.生长旺, 繁殖快 大肠杆菌一个细胞重约 10 –12 克，平均 20 分钟繁殖一代， 24 小时后，就有了 72 代，其子代数量可达
万亿个，重量达到 4722 吨； 48 小时后：2.2 × 1043 个后代，重量达到 2.2 × 10 25 吨，相当于 4000 个地球重量 实际上，由于各种原因，细菌的指数分裂速度只能维持几个小时，液体培养基中，细菌细胞的数量一般仅 能达到 108-109 个/ml 生产效率高，发酵周期短 4.分布广，种类多（多样性） 在各种自然环境界中（土壤、水体、空气，动植物体内和体表，万米高空，万米海底，强酸、强碱、高热 的极端环境，常年封冻的冰川等）都生存有大量的微生物 微生物的种类多主要体现在下列 5 个方面：物种的多样性；微生物的生理代谢类型的多样性；代谢产物的 多样性；遗传基因的多样性；生态类型的多样性 5.适应性强, 易变异 微生物对极端恶劣的环境的适应能力，堪称―世界之最‖。个体小，数量多，单细胞（大多数） ，繁殖快，分 布广泛，与外界环境直接接触，即使自发变异的频率很低（10-5-10-10） ，也可以在短时间内产生大量变异后代。 福：抗生素效价提高，酶活性提高，代谢产物产量提高等 祸：耐药性的产生 五、微生物学及其研究内容与分科 微生物学(Microbiology)定义：是一门在细胞、分子或群体水平上研究微生物的形态构造、生理代谢、遗传 变异、生态分布和分类进化等生命活动基本规律，并将其应用于工业发酵、医药卫生、生物工程和环境保护等2实践领域的科学。 根本任务：1.发掘、利用、改造和保护有益微生物 2.控制、消灭和改造有害微生物 最终目的：为人类社会的进步服务 六、微生物学发展简史 影响认识微生物的四大障碍： 1.个体过于微小 2.群体外貌不显 3.种间杂居混生 4.形态与其作用的后果很难被认识 （一）可分为五个时期 1.史前期：约 8000 年前-1676 实质：朦胧阶段 8000 年前我国就开始出现了曲蘖酿酒； 4000 年前埃及人已学会烘制面包和酿制果酒； 2500 年前我国发明酿酱、醋，用曲治消化道疾病； 公元六世纪(北魏时期)贾思勰的巨著―齐民要术‖详细地记载了制曲、酿酒、制酱和酿醋等； 公元九世纪到十世纪我国已发明用鼻苗法种痘； 16 世纪，古罗巴医生 G.Fracastoro：疾病是由肉眼看不见的生物(living creatures)引起的； 1641 年，我国明末医生吴又可也提出―戾气‖学说，认为传染病的病因是一种看不见的―戾气‖，其传播途径以 口、鼻为主。 2.初创期： 实质：形态描述阶段 开创者：列文虎克（Robert Hooke） 1664 年，英国人虎克（Robert Hooke）曾用原始的显微镜对生长在皮革表面及蔷薇枯叶上的霉菌进行观察。 3.奠基期： 实质：生理水平研究阶段 开创者：巴斯德，德国人柯赫 特点：①建立了一系列研究微生物所必要的独特方法和技术，从而解决了认识微生物的第二、三、四个障碍； ②借助于良好的研究方法，开创了寻找病原微生物的―黄金时期‖；③把微生物学的研究从形态描述推进到生理 学研究的新水平；④开始客观上以辩证唯物主义的―实践一理论一实践‖的思想方法指导科学实验；⑤微生物学 以独立的学科形式开始形成，但当时主要还是以其各应用性分支学科的形式存在 微生物学奠基人：法国化学家巴斯德 (1) 彻底否定了―自然发生‖学说：著名的曲颈瓶试验无可辩驳地证实，空气内确实含有微生物，是它们引起有 机质的腐败。 (2) 免疫学——预防接种：首次制成狂犬疫苗 (3) 发现并证实发酵是由微生物引起的：化学家出生的巴斯德涉足微生物学是为了治疗酒病‖和―蚕病‖ (4)其他贡献 巴斯德消毒法：60～65℃作短时间加热处理，杀死有害微生物 细菌学奠基人：德国人柯赫 （1）微生物学基本操作技术方面的贡献 a）细菌纯培养方法的建立 土豆切面 → 营养明胶 → 营养琼脂（平皿） b）设计了各种培养基，实现了在实验室内对各种微生物的培养 c）流动蒸汽灭菌 d）染色观察和显微摄影 （2）对病原细菌的研究作出了突出的贡献： a）具体证实了炭疽杆菌是炭疽病的病原菌 b）发现了肺结核病的病原菌； （1905 年获诺贝尔奖） c）证明某种微生物是否为某种疾病病原体的基本原则——著名的柯赫原则 1、在每一相同病例中都出现这种微生物； 2、要从寄主分离出这样的微生物并在培养基中培养出来； 3、用这种微生物的纯培养接种健康而敏感的寄主，同样的疾病会重复发生； 4、从试验发病的寄主中能再度分离培养出这种微生物来。34.发展期： 实质：生化水平研究阶段 开创者：E.Bü chner,生物化学奠基人 特点：(1)进入了微生物生化水平的研究。并发现代谢途径的同一性。对无细胞酵母菌―酒化酶‖进行研究。以 研究微生物对维生素需要、酶的特性、寻找和研究抗生素以及逐步深入到以研究它们的遗传变异和基因为主的 新阶段。因此，微生物学家就从―微生物猎人‖而发展为―维生素猎人‖、―酶猎人‖、―抗生素猎人‖和―基因猎人‖ 了。(2)应用微生物的分支学科更为扩大，出现了抗生素等新学科。(3)开始出现微生物学史上的第二个―淘金热‖ 一一寻找各种有益微生物代谢产物的热潮。(4) 一门以研究微生物基本生物学规律的综合学科----普通微生物学 开始形成，代表人物是美国加里福尼亚大学伯克利分校的 M．bd roffD，(5) 各相关学科和技术方法相互渗透， 相互促进，加速了微生物学的发展。 5.成熟期：1953实质：分子生物学水平研究阶段 开创者：J.Watson,F.Crick。分子生物学奠基人 特点：(1)微生物学从一门在生命科学中较为孤立的以应用为主的学科，迅速成长为一门十分热门的前沿基础 学。(2)在基础理论的研究方面，逐步进入到分子水平的研究，微生物迅速成为分子生物学研究中的最主要的对 象。(3)在应用研究方面，向着更自觉、更有效和可人为控制的方向发展，至 70 年代初，有关发酵工程的研究已 与遗传工程、细胞工程和酶工程等紧密结合，微生物已成为新兴的生物工程中的主角。 七、我国微生物的发展： 汤飞凡：沙眼病原体的分离和确证 抗生素的总产量已耀居世界首位 两步法生产维生素 C 的技术居世界先进水平 八、主要参考书 周德庆 著：微生物学教程（第一、二版） 武汉大学、复旦大学编：微生物学.（第二版） 沈萍 著： 微生物学. 九、复习题 1．简述微生物的定义和类群 2．试述微生物学与人类进步的关系 3．试述微生物的共性，讨论其对人类的利弊 4．简述微生物的发展简史上 5 个时期的特点和代表人物 5．试述微生物学的多样性第二章原核微生物的形态、构造与功能4一、研究意义 1.形态是入门的向导，构造是研究的基础。 2.提高定向筛选的效率。 3.掌握发酵进程。 4.及时检测杂菌。 5.分类鉴定中应用。 微生物分为三大类群（根据进化地位、性状上明显差别） 1.原核微生物(prokaryotes) 2.真核微生物（eukaryotic microorganisms） 3.非细胞微生物(acellular microorganisms) 原核微生物与真核微生物属于细胞型微生物 二、原核生物的定义及种类 1．原核生物：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。包括两大类群真 细菌（eubacteria） （包括普通细菌、放线菌、蓝细菌、枝原体、立克次氏体和衣原体等）和古生菌（archaea） 2．古生菌（Archaea） ：一类生活在条件十分恶劣的极端环境（如高温、高盐、高酸等）下的古老的微生物。―伯 杰氏手册‖将古生菌分为 5 个主要类群：产甲烷菌、极端嗜盐菌、还原硫酸盐细菌、极端嗜热 S0 代谢菌、无细胞 壁古生菌。它们的细胞结构（如细胞壁结构和化学、膜脂类结构、分子生物学及代谢）既不完全相同于原核生 物，也不同于真核生物，但其结构与真细菌更为接近。 3．原核生物 6 种类群 细菌 化能营养 ―三菌‖ 放线菌 光能营养：蓝细菌 人工培养 ：支原体 ―三体‖ 立克次氏体 专行细胞寄生 衣原体 第一节 细菌（bacteria，bacterium 单数） 细菌：细胞细短（直径约 0.5um,长 0.5~5um） ；结构简单；胞壁坚韧；二分裂繁殖；水生性强；单细胞原核生物 生活特性：喜温暖、潮湿、富含有机物；微碱环境（大多数） ；腐生或寄生，好氧或厌氧，自养或异养 本节内容 一、 细胞的形态、构造及功能 （一）个体形态和排列 基本形状：球状、杆状、螺旋状 1、球状(球菌 coccus， cocci) 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。 2、杆状（杆菌 bacillus, bacilli) 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。 杆状细菌的排列方式常因生长阶段和培养条件而发生变化，一般不作为分类依据。 3、螺旋状（螺旋菌 spirilla,spirilla） 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。 螺旋菌：菌体回转如螺旋，螺旋满 2—6 环，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。 螺旋体：菌旋转周数在 6 环以上，菌体柔软，用于运动的类似鞭毛的轴丝位于细胞外鞘内。 4、其它形状 1）柄杆菌（prosthecate bacteria）细胞上有柄（stalk） 、菌丝（hyphae） 、附器（appendages）等细胞质伸出物， 细胞呈杆状或梭状，并有特征性的细柄。一般生活在淡水中固形物的表面，其异常形态使得菌体的表面积与体 积之比增加，能有效地吸收有限的营养物； 2）星形细菌（star-shaped bacteria ） 3）方形细菌（square-ahaped bacteria）54）异常形态（畸形，衰颓型） 环境条件的变化：正常形态物理、化学因子的刺激 阻碍细胞正常发育 环境条件恢复正常 培养时间过长 细胞衰老 营养缺乏 异常形态 自身代谢产物积累过多 常用的染色方法 简单染色法 正染色 革兰氏染色法 鉴别染色法 抗酸性染色法 死菌 芽孢染色法 姬姆萨染色法 细菌染色法 负染色： 荚膜染色法等 活菌：用美蓝或 TTC（氧化三苯基四氮唑）等作活菌染色 （二）大小 1、范围 一般细菌的大小范围：测量单位——um（微米） 球菌：0.5 ~ 1 um （直径） 杆菌：0.2~ 1 um （直径） X 1~ 80 um（长度） 螺旋菌：0.3~ 1 um （直径） X 1~ 50 um（长度）(长度是菌体两端点之间的距离，而非实际长度) 2、测量方法 显微镜测微尺；显微照相后根据放大倍数进行测算 3、细菌大小测量结果的影响因素 个体差异；干燥、固定后的菌体会一般由于脱水而比活菌体缩短 1/3-1/4；染色方法的影响，一般用负染色法观 察的菌体较大；幼龄细菌一般比成熟的或老龄的细菌大；环境条件，如培养基中渗透压的改变也会导致细胞大 小的变化。 （三）构造 一般构造：一般细菌都有的构造 特殊构造：部分细菌具有的或一般细菌在特殊环境下才有的构造 1、细胞壁（cell wall） （1）概念：是紧贴细胞质膜外侧的一层厚实、坚韧的外被。 （2）证实细胞壁存在的方法： 1）细菌超薄切片的电镜直接观察； 2）质、壁分离与适当的染色，可以在光学显微镜下看到细胞壁； 3）机械法破裂细胞后，分离得到纯的细胞壁； 4）制备原生质体，观察细胞形态的变化； （3）细胞壁的功能： 1）固定细胞外形和保护细胞免受外力损伤； 2）为细胞的生长、分裂和鞭毛运动所必需； 3）渗透屏障，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； 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； （4）革兰氏染色、细胞壁的化学组成与结构： 革兰氏染色法 1）结晶紫初染 2）碘溶液媒染 3）乙醇脱色 4）沙黄复染：革兰氏阴性细菌呈红色，革兰氏阳性细菌呈深紫色 G+菌：单层，厚（20~25nm） ，组分简单，90%肽聚糖（含量高，交联紧密） ，10%磷壁酸6G-菌：多层，薄（10~15nm） ，组分复杂，内壁层：肽聚糖（含量低,交联疏松） ，外膜有脂多糖、磷脂、脂蛋白 + 1）G 细菌的细胞壁 G+细菌的细胞壁特点：厚度大（20~25nm）化学组分简单，一般只含 90%肽聚糖和 10%磷壁酸。 肽聚糖（peptidoglycan） ：又称粘肽(mucopeptide)、胞壁质(murein)或粘质复合物 + G 细菌的细胞壁 （mucocomplex） ，是真细菌细胞壁中的特有成分。 磷壁酸（teichoic acid） ：又称―垣酸‖，结合在革兰氏阳性细菌细胞壁上一种酸性多糖 A、肽聚糖：厚约 20~25nm，由 40 层左右的网格状分子交织成的网套覆盖在整个细胞上。 （N—乙酰胞壁酸——原核生物所特有的已糖） 肽聚糖单体由三部分组成：1、双糖单位 2、四肽尾 3、肽 桥 双糖单位中的β-1,4-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。 由四个氨基酸分子按 L 型与 D 型交替方式连接而成。 D 型氨基酸和 DAP 可保护肽聚糖免受肽酶的水解。 肽桥：短肽尾中的第四个氨基酸残基 D-丙氨酸的羧基通过肽键与相邻另一短肽尾中的第三个氨基酸的氨 基相连。但有些细菌的肽桥不是两个短肽尾直接的连接，而是通过一个短肽作为肽桥连接于两条短肽尾的氨 基酸之间，例如金黄色葡萄球菌中的短肽为 5 个甘氨酸残基组成。大部分革兰氏阴性菌中的肽桥不需要短肽 而直接通过 D-丙氨酸和碱性氨基酸的氨基相连而成。 目前所知的肽聚糖已超过 100 种，在这一―肽聚糖的多样性‖中，主要的变化发生在肽桥上。 B、磷壁酸：革氏阳性细菌细胞壁上特有的化学成分（酸性多糖） 按成分分为 甘油磷酸 核糖醇磷酸 按结合部位分为 壁磷壁酸 膜磷壁酸 壁磷壁酸，它与肽聚糖分子间进行共价结合（以末端磷酸二酯键连接在 M 第 6 位碳原子上） ，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。 跨越肽聚糖层并与细胞膜相交联的膜磷壁酸（又称脂磷壁酸） ，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，也可用热水从脱脂冻干细菌中提 取。 磷壁酸的主要生理功能（自学） ：p19 1、细胞壁形成负电荷环境，增强细胞膜对二价阳离子的吸收，提高膜结合酶的活力；二价阳离子，特别是 高浓度的 Mg2+。的存在，对于保持膜的硬度，提高细胞膜上需 Mg2+的合成酶的活性极为重要。 2、贮藏磷元素； 3、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； 4、革兰氏阳性细菌特异表面抗原的物质基础； 可作为细菌分类、鉴定的依据 5、噬菌体的特异性吸附受体； 6、能调节细胞内自溶素(autolysin)的活力而调节细胞壁的增长，防止细胞因自溶而死亡。 C、细胞壁中含有一些特殊成分的革氏阳性细菌 大部分 G+细菌细胞壁含脂量很低，但棒杆菌属、分支杆菌属诺卡氏菌属的细胞壁却含有丰富的称为分支菌 酸（Mycolic acid）的枝链羟基脂质： R1— CH—CH—COOH R1， R2 为很长的碳氢链 OH R2 分支菌酸与肽聚糖复合在一起。分支杆菌具有抗酸染色的特性，是由于细胞壁中含分支菌酸的缘故。 分支菌酸被认为与这些细菌（白喉棒杆菌，结核分支杆菌）的致病性有关。 用抗酸性染色（一种鉴别染色技术）对宿主体内的分枝杆菌病原体（红色，非抗酸性细菌呈兰色）进行检 测 A 族链球菌细胞壁中有特异性的 M 蛋白，它有抗吞噬作用。7大多数金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）细胞壁中有葡萄球菌 A 蛋白（SPA） ，它与肽聚糖共价结 合，对胰酶敏感，有抗吞噬和抗噬菌体的作用。 2）革兰氏阴性细菌的细胞壁 A、肽聚糖（参见 P16） 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。 革兰氏阳性菌与阴性菌肽聚糖结构的差别： 没有特殊的肽桥，只形成较为疏稀、机械强度较差的肽聚糖网套 内消旋二氨基庚二酸（m-DAP)（只在原核微生物细胞壁上发现） 肽聚糖只存在于真细菌中，古生菌和真核生物细胞壁中没有肽聚糖。 D-谷氨酸、D-丙氨酸、m-DAP 在蛋白质中未出现过。 B、外膜(outer membrane)（参见 P19） 又称外壁层，位于革兰氏阴性细菌细胞壁外层，可分为内、中、外三层，从内到外由脂蛋白、磷脂和脂多 糖等若干种蛋白质组成的膜。 脂多糖（lipopolysaccharide，LPS） 位于细胞壁最外层的一层较厚的类脂多糖类物质(相对分子质量在 1 0000 以上)由三部分组成： 类脂 A （内毒 素的主要成分） 、核心多糖、O-特异侧链（O-多糖，O-抗原） O-特异侧链糖的种类、顺序和空间构型是菌株特异的，是抗原特异性的物质基础 KDO：2-酮-3-脱氧辛糖酸；Hep：L-甘油-D-甘露庚糖；Man：甘露糖；Rha：鼠李糖；Gal：半乳糖；Abe： 阿可比糖 LPS 层的主要功能： 1）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的多样性； 根据 LPS 抗原性的测定， 沙门氏菌(Salmonella)的抗原型多达 2107 种， 一般都源自 O-特异侧链种类的变化。 这种多变性是革兰氏阴性细菌躲避宿主免疫系统攻击，保持感染成功的重要手段。也可依此用灵敏的血清学方 法对病原菌进行鉴定，在传染病的诊断中有其重要意义。 2）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浓度的作用，对细胞 膜结构起稳定作用。 3）类脂 A 是革兰氏阴性细菌致病物质——内毒素的物质基础； 4）具有控制某些物质进出细胞的部分选择性屏障功能； 5）许多噬菌体在细胞表面的吸附受体； 外膜蛋白(outer membrane protein) 嵌合在 LPS 和磷脂层外膜上的蛋白。有 20 余种，但多数功能尚不清楚。 孔蛋白（porins）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，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 800~900 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。 脂蛋白(lipoprotein)是一种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，分子量约为 7200。 C、周质空间(periplasmic space, periplasm),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（宽约 12~15nm） ，呈胶状。 周质空间是进出细胞的物质的重要中转站和反应场所。 在周质空间中，存在着多种周质蛋白（periplasmic proteins） ：水解酶类；合成酶类；结合蛋白；受体蛋白； D. 粘合位点：P19 革兰氏阴性菌细胞壁的许多部位，外膜与质膜直接接触，是加固革兰氏阴性菌细胞壁并支撑外膜的另一结 构。 有人认为物质可通过粘合位点进入细胞而不必穿越周周空间。 革兰氏阳性和阴性细菌一系列生物学特性的比较（参见周德庆 P16） 3）革兰氏染色原理8革兰氏染色的阳性或阴性，与细胞的物理结构有关。 细胞壁结构与革兰氏染色的关系 革氏阳性菌 肽聚糖 脂类 乙醇作用 含量高，交联密 一般无 脱水作用 孔径缩小，结构更紧密 大分子复合物滞留 结果 紫色 革氏阴性菌 含量低，交联疏松 含量高 脂溶作用 孔径增大，结构变得疏松 大分子复合物溶出 红色（5）细胞壁缺陷细菌： （参见 P21） 实验室或宿主体内形成 缺壁细菌 自发突变——L 型细菌 基本去尽——原生质体（G+） 人工去壁 部分去除——球状体（G-）在自然界长期进化中形成——枝原体 1）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。 因英国李斯德（Lister）预防研究所首先发现而得名（1935 年，念珠状链杆菌 Streptobacillus moniliformis） 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） ； 2）原生质体（protoplast） 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。 特点：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； 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； 比正常有细胞壁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良好实验材料。 3）球状体(sphaeroplast) ，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，可在普通培养基上生长。 4）支原体(Mycoplasma) 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甾醇(一般原核 生物没有)，所以即使缺乏细胞壁，其细胞膜仍有较高的机械强度。 青霉素的杀菌作用 作用原理：β-内酰胺环的结构与肽聚糖单体五肽尾末端 D-Ala- D-Ala 二肽结构相近，因而可竞争性地抑制转肽9酶的活性，抑制肽聚糖单体间的交联，形成缺损的细胞壁。 作用特点：对生长旺盛的革氏阳性菌有明显的抑制作用。 青霉素 b-内酰胺环结构与 D-丙氨酸末端结构相似， 从而能占据 D-丙氨酸的位臵与转肽酶结合， 并将酶灭活， 肽链之间无法彼此连接，抑制了细胞壁的合成。 溶菌酶的作用： 通过水解 N-乙酰葡萄糖胺与 N-乙酰胞壁酸间的β-1,4-糖苷键，引起细胞壁―散架‖，形成细胞壁完全脱去或 部分除去的原生质体（革氏阳性菌）或球状体（革氏阴性菌） 。 在低渗溶液中，原生质体或球状体因吸水膨胀并最终导致破裂而死亡； 在等渗蔗糖溶液中，能得到原生质体或球状体。 古生菌的细胞壁（周德庆 p16） 古生菌除了热原体属没有细胞壁外，其余都有与真细菌类似功能的细胞壁。 古生菌细胞壁中没有真正的肽聚糖，而是由假肽聚糖、糖蛋白或蛋白质构成。 假肽聚糖： 双糖单位：N-乙酰葡糖胺 β –1，3 糖苷键 N-乙酰塔罗糖胺 （不被溶菌酶水解） 肽尾：L-Glu, L-Ala, L-Lys 3 个 肽桥：L-Glu 1 个氨基酸组成 2、细胞膜（cell membrane） 细胞质膜 （cytoplasmic membrane） 又称质膜 ， （plasma membrane） 细胞膜 、 （cell 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。 观察方法： 质壁分离后结合鉴别性染色在光学显微镜下观察；原生质体破裂；超薄切片电镜观察； 电镜观察到的细胞质膜，是在上下两暗色层之间夹着一浅色中间层的双层膜结构，这与细胞膜的化学组成 有关。 （1）化学组成：磷脂（20~30%） ；蛋白质（50~70%） A. 磷脂 亲水的极性端；疏水的非极性端 在极性头的甘油 3C 上，不同种微生物具有不同的 R 基，如磷脂酸、磷脂酰甘油、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰 胆碱、磷脂酰丝氨酸或磷脂酰肌醇等。 非极性尾则由长链脂肪酸通过酯键连接在甘油的 C1 和 C2 位上组成，其链长和饱和度因细菌种类和生长温 度而异。 在生理温度下，脂肪酸末端排列成固定的晶格。 不饱和脂肪酸的双键可导致膜结构的变形。当磷脂分子中二者同时存在时，在一定条件下就阻碍了形成晶 格结构所需要的有秩序排列。 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。细胞膜上长链脂肪酸的链长和饱和度因细 菌种类和生长温度而异，通常生长温度要求越高的种，其饱和度也越高，反之则低。 甾醇类物质 由磷脂分子形成的双分子膜中加入甾醇类物质可以提高膜的稳定性 B. 膜蛋白 约占细菌细胞膜的 50%～70%， 比任何一种生物膜都高， 而且种类也多。 -----细胞膜是重要的代谢活动中心。 根据作用 功能蛋白：担负生理机能（转运蛋白、电子传递蛋白、ATP 合成酶、合成细胞壁及糖被的酶） 结构蛋白：维持膜结构 根据分布 整合蛋白（integral protein）或内嵌蛋白（intrinsic protein） 周边蛋白（peripheral protein）或膜外蛋白(extrinsic protein) （２）结构 液态镶嵌模型(fluid mosaic model) P2410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，整合蛋白则似―冰山‖状沉浸在其中作横向移 动。 细胞膜是高度有序且不对称的系统，同时又是柔韧、动态的。 流动性：1）膜经受一定程度变形而不被破坏 2）膜中各种成分按需要调整分布，表现出膜的多种功能 不对称性：保证膜的方向性功能 如：能量转换中质子梯度产生物质的传递 （３）细胞膜的生理功能（参见 P 24） ①物质运输,选择性地控制营养物质和代谢产物的运送； ②渗透屏障,维持细胞内正常的渗透压； 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鞭毛基体的着生部位和鞭毛旋转的供能部位； （４）间体（mesosome） ： 细胞质膜内褶而形成的泡囊状、管状或层状的构造。多见于革兰氏阳性细菌。 不同看法：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 （5）古生菌细胞膜的独特性和多样性 参见周德庆 p20 ① 古生菌与真细菌细胞膜中的磷脂有明显差异 真细菌：磷酸甘油酯 古生菌：异戊二烯甘油醚 ② 古生菌细胞膜中存在着独特的单分子层或单、双分子层混合膜 3、细胞质和内含物 P25 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%。 细胞质的主要成分为核糖体、贮藏物、酶类、中间代谢物、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、气泡或伴孢晶体等有特定功能的组分。 一些内含物无膜包裹，自由存在于细胞质中，如多聚磷酸盐颗粒、藻青素颗粒和一些糖原颗粒；另一些内 含物则由单层膜（不是典型的双层膜）所包裹，如聚β-羟丁酸颗粒、某些糖原和硫粒、羧酶体及气泡等。 内含物膜在组成上各不相同，有些为蛋白质，而另一些则包含脂类。 （１）颗粒状贮藏物(reserve materials) P26 各种有机或无机物质的颗粒，主要功能是贮存（碳化合物、无机物和能源） ，也可将分子连接为特定的形式 来降低渗透压。 糖原：大肠杆菌、克雷伯氏菌、芽孢杆菌和蓝细菌等 碳源及能源类 聚β-羟丁酸（PHB） ：固氮菌、产碱菌和肠杆菌等 硫粒：紫硫细菌、丝硫细菌、贝氏硫杆菌等 贮藏物 氮源类 藻青素：蓝细菌 藻青蛋白：蓝细菌 磷源（异染粒） ：迂回螺菌、白喉棒杆菌、结核分枝杆菌 A. 聚-β-羟丁酸 ( poly-β-hydroxybutyrate, PHB) （P26） 细菌特有的一种类脂性质的碳源类贮藏物。 PHB 于 1929 年被发现，至今已发现 60 属以上的细菌能合成并贮藏。 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 PHB 可达其干重的 60%。11作用：细菌特有的碳源和能源储藏物；维持胞内中性环境；降低胞内渗透压 用途：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。 B. 多糖类贮藏物（糖原粒和淀粉粒） 在真细菌中以糖原为多糖原粒较小，不染色需用电镜观察，用碘液染成红棕色，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。 C. 异染粒(metachromatic granules)，又称迂回体或捩转菌素（参见 P26） 用兰色染料染色后呈红紫色 组成：无机偏磷酸的聚合物（一般在含磷丰富的环境下形成。 ） 功能：磷源和能量；可降低细胞的渗透压 D.硫粒（sulfur globules） 很多光合细菌（紫硫细菌、紫色细菌、绿色细菌和蓝细菌） ，在进行产能代谢或生物合成时，常涉及对还原 性的硫化物（H2S，硫代硫酸盐等）的氧化，所产生的折光性很强的硫粒，可在周质空间或细胞质中积累。 功能：硫元素储藏物；参与产能代谢和生物合成 E. 藻青素（cyanophycin） 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。 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（例如厌气性梭状芽孢杆菌只含 PHB，大肠杆菌只储藏糖原， 但有些光和细菌二者兼有） ②微生物合理利用营养物质的一种调节方式：当环境中缺乏能源而碳源丰富时，细胞内就储藏较多的碳源类内 含物，甚至达到细胞干重的 50%，如果把这样的细胞移入有氮的培养基时，这些储藏物将被作为碳源和能源而 用于合成反应。 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。 （例如羟 基丁酸分子呈酸性，而当其聚合成聚-β-羟丁酸（ PHB）就成为中性脂肪酸了，这样便能维持细胞内中性环境， 避免菌体内酸性增高。 ） 储藏物在细菌细胞中大量积累，还可以被人们利用。 （2）磁小体(megnetosome) P26 趋磁细菌细胞中含有的大小均匀、数目不等的 Fe3O4 颗粒，外有一层膜包裹。 存在：少数水生螺菌属等。 功能：导向作用。即借鞭毛游向对该菌最有利的泥、水界面微氧环境处生活。 实用前景：生产磁性定向药物或抗体，制造生物传感器等。 （３）羧酶体(carboxysome) （参见周德庆 P21） 一些自养细菌（蓝细菌、硝化细菌和硫杆菌）细胞内由单层膜围成的多角形或六角形内含物 内含 1,5-二磷酸核酮糖羧化酶（卡尔文循环的关键酶）作用：自养细菌的 CO2 固定场所 （4）气泡（gas vocuoles） （参见 P25） 许多光合营养型、无鞭毛运动的水生细菌中存在的充满气体的泡囊状内含物，大小为 0.2～1.0μm×75nm， 内由数排柱形小空泡组成，外有 2nm 厚的蛋白质膜包裹。 功能：调节细胞比重以使细胞漂浮在最适水层中获取光能、O2 和营养物质 专性好氧的盐杆菌属（Halobacterium）的细菌，却生活在含氧极少的饱和盐水中，它们细胞中气泡显著， 其作用被认为是使菌体浮于盐水表面，以保证细胞更接近空气。 有些厌氧性光合细菌利用气泡集中在水下 10-30 米深处， 这样既能吸收适宜的光线和营养进行光合作用， 又 可以避免直接与氧接触。 蓝细菌生长时依靠细胞内的气泡而漂浮于湖水表面，并随风聚集成块，常使湖内出现“水花” 。 气泡的膜只含蛋白质而无磷脂。二种蛋白质相互交连，形成一个坚硬的结构，可耐受一定的压力。膜的外 表面亲水，而内侧绝对疏水，故气泡只能透气而不能透过水和溶质。 （5）核糖体（ribosome） 原核生物核糖体的沉降系数是 70S 50S 大亚基1230S 小亚基 在细菌中，80%~90%核糖体串连在 mRNA 上，以多聚体的形式存在。 功能：合成蛋白质的场所 链霉素等抗生素通过作用于细菌核糖体的 30S 亚基而抑制细菌蛋白质的合成，而对人的 80S 核糖体不起作 用，故可治疗细菌引起的疾病，而对人体无害。 （6）质粒（plasmid） （放第八章“微生物学遗传学”讲） 4、核区（nuclear region or area） 又称核质体，原核，拟核、核基因组、细菌染色体 无核膜、无固定形态的原始细胞核 细菌染色体 DNA：1 个环状双链（通常） ，高度折叠 细菌染色体 DNA 也与一些碱性蛋白结合（不是组蛋白，称为类组蛋白） ，这种结合使 DNA 得以超螺旋， 具有稳定细菌染色体 DNA 、适应和调节 DNA 复制、转录、转译的作用。 细菌染色体的组织结构： 大肠杆菌染色体由 50~100 个结构域（domain）或环（loop）组成。其固定在蛋白质-膜的核心或支架上，而 此核心或支架又与内膜系统中的间体相连， 起着阻止 DNA 旋转的屏障作用， 以确保结构域在拓扑学上相互独立。 功能：负载遗传信息的主要物质基础 5、芽孢（spore）P33 1）概念 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、抗逆性极强的休眠体， 称为芽孢（偶译―内生孢子‖ ，endospore ） 。 2）芽孢的特点 P25 A.抗逆性强（热、干燥、辐射等） 。 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。 B.芽孢是休眠体，不是繁殖体。 在适宜的条件下可以重新转变成为营养态细胞（每个细胞只形成一个芽孢，一个芽孢萌发也只形成一个营 养体细胞，所以，芽孢仅仅是芽孢细菌生活史中一部分） 。 产芽孢细菌的保藏多用其芽孢。 C. 折光性强，不易着色（芽孢染色法） 。 3）形成条件 A. 由菌种的遗传特性决定 B. 所需条件因种而异 必需的养料（碳源和/或氮源）耗尽而停止生长时（既进入稳定期时）形成； 富含有机氮的培养基（苏云金芽孢杆菌） ； 2+ 培养基中加入 Mn 温度改变 各种细菌有其形成芽孢的最适条件，包括 pH、供氧情况、温度、营养、培养基中的离子浓度和种类等。 4）形成芽孢的菌种 产芽孢的细菌多为 G+杆菌，也有一些球菌 杆菌 （好气性）芽孢杆菌属（Bacillus）主要产芽孢菌 （厌气性）梭菌属(Clostridium) 球菌：芽孢八叠球菌属 5）构造与耐热机制 P34 芽孢与母细胞相比不论化学组成（皮层含吡啶二羧酸钙 DPA-Ca，芽孢肽聚糖） 、细微结构、生理功能等方面都 完全不同： （参见 P33 图 2－27） 芽孢衣结构致密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。 核心部分的细胞质却变得高度失水，因此，具极强的耐热性。13渗透调节皮层膨胀学说 芽孢抗热性的可能原因 ①芽孢衣的不通透性； ②原生质体的高度脱水状态； ③含高浓度的吡啶二羧酸钙 DPA-Ca（形成耐热凝胶样的物质） ； ④存在酸溶性结合蛋白对 DNA 的稳定作用； ⑤含 DNA 修复酶，可对核心复活后的出芽和生长过程中的 DNA 进行修复。 ⑥与所含的一些酶有关。这些酶本身并不抗热，只是在芽孢中与一些物质结合之后才有抗热性。 （如蜡状芽孢杆 菌中的丙氨酸消旋酶附着在芽孢衣上时抗热，与芽孢衣分离后不抗热。 ） 6）芽孢形成与萌发 萌发：3 个阶段 活化：加热、化学物质（Mn2+, 表面活性剂，氨基酸，糖） 出芽 生长 7）研究芽孢的意义 ①消毒灭菌的最重要的指标 肉类罐头：肉毒梭状芽孢杆菌 外科器械：破伤风梭菌、产气荚膜梭菌 工业发酵：嗜热脂肪芽孢杆菌 121℃，15 min 或 115℃，30 min 以上 ②筛选菌种（土样+肉汤培养基（80℃，10-15 min） ③分类依据（芽孢的形态、大小和着生位臵是细菌分类和鉴定中的重要指标。 ） ④有些产芽孢细菌可伴随产生有用的产物，如抗生素（短杆菌肽、杆菌肽等） 。 8）伴孢晶体（parasporal crystal） 少数芽孢杆菌，例如苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis，简称―Bt‖）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。 特点：不溶于水，对蛋白酶类不敏感；容易溶于碱性溶剂。 用途：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。 伴孢晶体→鳞翅目幼虫口服→伴孢晶体在肠道迅速溶解（中肠 pH 为 9.0-10.5）→吸附于上皮细胞，引起渗透 性丧失，肠道穿孔→肠道中的碱性溶液进入血液，后者 pH 升高，昆虫全身麻痹而死亡 9）细菌的其他休眠构造 (参见周德庆 P26) 孢囊(cyst)：营养细胞外壁加厚、细胞失水形成抗干旱、紫外线和电离辐射，但不抗热的圆形休眠体。 棕色固氮菌( Azotobacter vinelandii) 6、糖被（glycocalyx） 1) 概念 P28 包被于某些细菌细胞壁外的一层厚度不定的胶状物质。 糖 被 按其 有无 固定 层次、 层 次厚 薄又 可细 分为荚 膜 （ capsule 或 macrocapsule ，大 荚 膜） 、微荚 膜 (microcapsule)、粘液层(slimelayer)和菌胶团(zoogloea)。 包裹在单个细胞上 在壁上有固定层 层次厚：(大)荚膜 层次薄：微荚膜 松散，未固定在细胞壁上：粘液层 包裹在群体细胞上：菌胶团（分泌的粘液将许多菌体粘合在一起，形成分支状的大型粘胶物，细菌群体的 共同糖被） 2）成分 组分依种而异，多糖、多肽或蛋白质（多糖居多） 3）形成条件14菌种的遗传特性决定；也与环境条件有关 糖被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。 4）特性 （1）对染料亲和力低。 经特殊的荚膜染色，特别是负染色（又称背景染色）后可在光学显微镜清楚地观察到它的存在。 （2）在固体培养基上形成表面湿润、粘液状的光滑型菌落，即 S 型菌落。在液体培养基中使培养掖的粘度增加； 不产糖被的细菌形成表面干燥、粗糙的粗糙型菌落，即 R 型菌落。 5）功能 （1）保护作用（保护菌体免受干旱损伤；防止噬菌体的吸附和裂解；保护致病菌免受宿主白细胞吞噬。 ） （2）储藏养料（营养缺乏时重新使用） （3）致病作用（是某些病原菌的毒力因子，如 S 型肺炎链球菌；也是某些病原菌的粘附因子，如唾液链球菌和 变异链球菌附着牙齿表面 ——龋齿） （4）堆积代谢废物 （5）透性屏障（保护细菌免受重金属离子毒害） （6）细菌间的信息识别 6）应用 利（1）菌种鉴定：利用糖被物质的血清学反应 （2）制备代血浆和生化试剂（肠膜状明串珠菌的葡聚糖糖被） （3）制备黄原胶：石油开采、印染、食品等工业 （4）污水处理：形成菌胶团的细菌（如生枝动胶菌）是活性污泥中的主要微生物。 弊（1）食品发粘变质 （2）污染发酵液，阻碍发酵的正常进行 （3）增强致病力 （4）发生龋齿 7、鞭毛(flagellum,复 flagella) 1) 概念 P29 某些细菌细胞表面着生的一至数十条长丝状、 螺旋形附属物， 具有推动细菌运动功能， 为细菌的―运动器官‖。 所有弧菌、螺菌和假单胞菌，约半数杆菌和少数球菌有鞭毛。 鞭毛的有无和着生方式具有十分重要的分类学意义。 2）观察和判断细菌鞭毛的方法 电子显微镜直接观察 鞭毛长度：15～20μm；直径：0.01～0.02μm 光学显微镜下观察：鞭毛染色和暗视野显微镜 根据培养特征判断： 半固体穿刺接种：菌体沿穿刺线扩散生长 平板培养基上的菌落形状：大、薄、不规则，边缘不整齐 3）结构及运动机制 基体 三部分 钩形鞘（鞭毛钩） （参见 P31 图 2-25） 鞭毛丝 革兰氏阴性菌的鞭毛构造 鞭毛的生长方式是在其顶部延伸 鞭毛的合成是的自装配的一个极好例子。其过程―是一个比我们任何人以前所想象的都要更复杂的过‖。鞭毛丝 组装所需要的信息就存在于鞭毛蛋白亚基结构中。 鞭毛推动细菌运动的特点 速度：一般速度在每秒 20～80μm 范围，最高可达每秒 100μm（每分钟达到 3000 倍体长） ，超过了陆上跑得最 快的动物——猎豹的速度（每分钟 1500 倍体长或每小时 110 公里） 。 拴菌实验（techered-cell experiment） ：研究鞭毛运动机制15将细菌放在固定有鞭毛丝或鞭毛钩蛋白抗体的载玻片上时，鞭毛被其抗体固定，细胞却围绕鞭毛迅速旋转。 同样，如果鞭毛吸附在聚苯乙烯颗粒上，这些颗粒固定了鞭毛而使细菌围绕鞭毛轴自旋。 方式：细菌以推进方式做直线运动，鞭毛主要通过旋转来推动细菌运动，犹如轮船的螺旋浆以翻腾形式做短促 转向运动。 细菌的趋避运动：鞭毛的功能是运动，这是原核生物实现其趋性（taxis）即趋向性的最有效方式。 趋化作用（chemotaxis） ：细菌对某化学物质敏感，通过运动聚集于该物质的高浓度或低浓度区域。 趋光性（phototaxis） ：有的细菌能区别不同波长的光而集中在一定波长光区内 趋磁性（magnetotaxis） ：趋磁细菌根据磁场方向进行分布。 8、菌毛(fimbria，复数 fimbriae) （参见 P32） 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。 每个细菌约有 250～300 条菌毛。有菌毛的细菌一般以革兰氏阴性致病菌居多，借助菌毛可把它们牢固地粘 附于宿主的呼吸道、消化道、泌尿生殖道等的粘膜上，进一步定植和致病。 9、性毛(pili,单数 pilus) 构造和成分与菌毛相同，但比菌毛长，数量仅一至少数几根。 一般见于革兰氏阴性细菌的雄性菌株（即供体菌） 功能 向雌性菌株（即受体菌）传递遗传物质； RNA 噬菌体的特异性吸附受体。 比较： 鞭毛 菌毛 性菌毛 粗长，柔，少 细短，硬直，多 比菌毛长， 1~数根 运动 附着 传递遗传物质 + G ，G 都有 G 较多 G-雄性菌株 相同点：菌体表面的中空、丝状蛋白质类附属物 二、 细菌的繁殖 1、方式：裂殖为主（绝大多数为二等分裂） 2、分裂过程（1）核的分裂和隔膜的形成 （2）横隔壁的形成 （3）子细胞的分离 三、细菌的群体形态 （一）固体培养基上（内）的群体形态 1.、菌落的定义（p36） ： 将微生物的单个细胞或少量同种细胞接种到固体培养基表面（内部） ，在适宜的条件下培养一定时间后， 在培养基表面（或内部）形成的有一定形态和构造、肉眼可见的细胞集团。 （划线分离、涂布分离、倾注分离） 菌苔：众多菌落连成一片（斜面接种物） 菌落特征描述：p36 大小、形状、隆起程度、边缘情况、表面状态、光泽、质地、颜色、透明度 2、细菌菌落的特点：湿、粘、半透明、易挑起、质地均匀、内外正反颜色一致 不同形态结构 细菌的菌落的特点： 球菌菌落：小、圆、隆起、边缘整齐 杆菌菌落：较大、较圆 鞭毛菌菌落：大、扁平、形态不规则或边缘多缺刻 芽孢菌菌落：不透明、粗糙、多褶皱、边缘不规则 荚膜菌菌落：光滑、粘稠、湿润（透明蛋清状） 3、菌落的用途 （1）分离纯化 （2）分类鉴定：细菌菌落也受环境的影响而产生变化，故在菌种鉴定时要注意检测条件一致。16（3）细胞计数 （4）选种与育种 （二）半固体培养基上（内）群体形态 穿刺接种：运动能力 明胶液化情况 （三）液体培养基中的群体形态 浑浊，沉淀，菌膜、菌醭 四、食品发酵工业、医药上常用的细菌 1、枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）——专性好氧菌 个体形态： G+ 杆状,周生鞭毛，有芽孢（椭圆到柱状，中生到近端生，芽孢囊不膨大） 菌落形态：粗糙，不透明，扩张，污白色 用途：淀粉酶、蛋白酶；杆菌肽（bacitracin） ；抗菌谱与青霉素 G 相似，对 G +有抑制作用 2、醋酸杆菌 个体形态：G-，短杆，单生、成对或链状。培养时间长易形成丝状、弯曲、棒状 等多种畸形。 最适生长温度：30 ℃ 最适 pH：5.4~6.3 用途：醋酸发酵；恶臭醋杆菌（AS.1.41） ；巴氏醋酸菌（沪酿 1.01） 3、保加利亚乳杆菌（Lactobacillus bulgaricus)（改名为德氏乳杆菌保加利亚亚种） 形态：G+ ，杆状（常为长杆） ，成单或成链， 最适生长 T：40~43 ℃ 用途：酸奶发酵剂 4、嗜热链球菌（Streptococcus thermophilus) 形态：G+ ，球状，成对或成链 最适生长 T：40~41 ℃ 用途：酸奶发酵剂 5、北京棒杆菌（Corynebacterium pekinese） 形态：G+ ，短杆或小棒状，单个或八字排列，无芽孢 最适生长温度：30~32 ℃ 用途：谷氨酸发酵 6、大肠埃希氏菌（Escherichia coli） 形态：G- ，短杆 最适生长温度：37 ℃ 用途：食品卫生重要指示菌，作为粪便污染指标来评价食品的卫生质量 7、肠膜明串珠菌（Leuconostoc mesenteroides） G+ 球菌，常成对或链形排列；兼性厌氧 用途：生产右旋糖酐（代血浆）和葡聚糖（sephadex） 8、双歧杆菌（Bifidobacterium） G+ 、弯曲和常分叉的杆菌，专性厌氧 分离自哺乳婴儿粪便，能在肠道定植的益生菌 最适生长温度：37℃ 用途：微生态调节剂 9、苏云金芽孢杆菌（Bacillus thuringiensis） 用途：细菌杀虫剂 本节重点 一、细菌的形态与大小 二、细菌的细胞结构与功能171、细胞壁的结构 图示 G+和 G-菌细胞壁的主要构造，并简要说明其异同。 2.、肽聚糖的构造 单体组成；G+和 G-菌肽聚糖结构的异同；溶菌酶与青霉素抑菌作用的机制和特点 3、LPS 三个组成部分；与抗原性有关的部分和毒性的物质基础 4、革兰氏染色机理 5、四类缺壁细菌 形成、特点和实际应用；原生质体的制备方法 6、细胞膜：化学组成；结构模型； 7、内含物 8、芽孢（是休眠体，细胞分化体，不是繁殖体） 耐热机制；产芽孢的微生物种类；与孢囊的不同点； 9、糖被、鞭毛、菌毛 10、古生菌：种类；在结构组分上与真细菌的不同（肽聚糖、细胞膜、16Sr RNA） 三、细菌的繁殖方式 四、菌落 定义；细菌菌落的一般特征；细胞形态与菌落形态间的相关性； 五、食品发酵工业常用微生物（菌名，用途） 名词：菌落，芽孢，伴孢晶体，肽聚糖，磷壁酸，LPS，原生质体，间体，古生菌，S、R 型菌落,L 型细菌 第二节 放线菌（Actinomycetes） 放线菌是一类多数呈菌丝状生长，以无性孢子繁殖 、陆生性强，高 G+C 含量的革氏阳性原核生物 (60%~70%)mol% 放线菌菌落中的菌丝常从中心向四周辐射状生长，并因此得名。 放线菌是一类―介于细菌与丝状真菌之间又接近细菌的一类丝状单细胞原核生物‖：一方面，在形态上具有 分枝状菌丝、菌落形态与霉菌相似，以孢子进行繁殖，这些特征与霉菌相似；另一方面，细胞结构和细胞壁化 学组成与细菌相似，同属原核生物。 放线菌实际上是属于真细菌范畴内的原核微生物，只不过其细胞形态为分枝状菌丝。 放线菌属真细菌范畴 放线菌与细菌的相同点： ①属于原核生物，为单细胞； ②菌丝直径与细菌相仿； ③细胞壁主要成分是肽聚糖； ④有的放线菌产生有鞭毛的孢子，其鞭毛类型与细菌相同； ⑤放线菌的噬菌体形态与细菌的相似； ⑥最适生长 pH 与多数细菌相似； ⑦DNA 重组方式相同； ⑧核糖体同为 70S； ⑨对溶菌酶敏感； ⑩凡对细菌敏感的抗生素，对放线菌亦敏感； 放线菌与细菌的不同点： ①细胞为分枝状菌丝； ②菌落形态与霉菌相似； ③孢子繁殖； 分布特点及与人类的关系： ①以孢子或菌丝状态极其广泛地存在于自然界，土壤中最多，其代谢产物使土壤具有特殊的泥腥味。18②能产生大量的、种类繁多的抗生素（在已报道过的近万种抗生素中，约 70%由放线菌产生；而其中 90%由链霉 菌属产生） 。 ③有的放线菌可生产维生素（B12） 、酶制制(葡萄糖异构酶，蛋白酶)；此外，在甾体转化、石油脱蜡、烃类发 酵、污水处理等方面也有应用。 ④少数寄生型放线菌可引起人、动物（如皮肤、脑、肺和脚部感染） 、植物（如马铃薯和甜菜的疮痂病）的疾病。 一、形态构造 放线菌的形态极为多样。 共同特征是： ①单细胞，大多由分枝发达的无隔膜菌丝组成； ②菌丝直径与杆菌类似，约 1mm； ③细胞壁组成与细菌类似，革兰氏染色阳性（少数阴性） ； ④细胞的结构与细菌基本相同， 根据肽聚糖的组分和结构，即肽链第 3 位氨基酸、肽桥有无甘氨酸、糖的成分，放线菌细胞壁分 4 大类。 细胞壁类型 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ DAP L,L 内消旋 内消旋 内消旋 肽桥上的甘氨酸 + + – – 特征糖 NA NA NA NA 代表属 类诺卡氏菌属，链霉菌属 小单胞菌属，发仙菌属，游动放线菌属 杜马拉放线菌属，弗兰克氏菌属 糖单胞菌属，诺卡氏菌属NA：表示不适用或无特征性糖 以典型的丝状放线菌——链霉菌，说明放线菌的一般形态结构。 一株完整的链霉菌(Streptmyces)由三部分组成（按发生顺序） 1、营养菌丝（基内菌丝） 匍匐生长于培养基内，吸收营养。一般无隔膜，直径 0.2-0.8 mm，长度差别很大，有的可产生色素。 2、气生菌丝 营养菌丝发育到一定阶段，伸向空间形成气生菌丝，叠生于营养菌丝上，可覆盖整个菌落表面。在光学显微镜 下观察，颜色较深，直径较粗（1-1.4 mm） ，有的产色素。 3、孢子丝 气生菌丝发育到一定阶段，其上可分化出形成孢子的菌丝，即孢子丝，又称产孢丝或繁殖菌丝。其形状和排列 方式因种而异，常被作为对放线菌进行分类的依据。 链霉菌的各种孢子丝形态（参见 P38，图 2-30） 孢子丝的形态及分生孢子的表面结构是链霉菌重要的分类鉴定指标。 二、生长与繁殖 大多数放线菌以分生孢子繁殖 营养菌丝→气生菌丝→繁殖菌丝（孢子丝）→孢子丝释放分生孢子→分生孢子在适宜的条件下萌发，长出 1-3 个芽管。 无性孢子 分生孢子：大多数放线菌 孢囊孢子：游动放线菌属 繁殖方式 链孢囊菌属 菌丝断裂：常见于液体培养中，工业发酵生产抗生素时都以此法大量繁殖放线菌。 诺卡氏菌属通过基内菌丝断裂成杆状细胞的方式繁殖。 细菌的芽孢是休眠体，而放线菌的孢子是繁殖体。 放线菌的孢子一般不耐热。但普通高温放线菌却产生耐热的孢子（含有吡啶二羧酸） 。 三、菌落形态 能产生大量分枝和气生菌丝的菌种（如链霉菌属） ：菌落干燥，不透明，菌落质地致密，小而不蔓延，上覆不同 颜色的干粉（孢子） ，正反颜色常不一致。与培养基结合紧密，不易挑起或挑起后不易破碎。 不能产生大量菌丝体的菌种（如诺卡氏菌属） ：菌落外形与细菌接近，粘着力差，粉质，针挑起易粉碎 四、生长要求19培养基：高氏一号培养基 培养条件：中性偏碱（pH 7.5 ~ 8.5） ；需氧；23 ℃—37 ℃；5—7d 五、有重要应用价值的放线菌 1、链霉菌属（Streptomyces） 氨基糖苷类抗生素： 灰色链霉菌（Str. griseus） ：链霉素(streptomycin) 卡那霉素链霉菌（Str. kanamyceticus） ：卡那霉素(kanamycin) 弗氏链霉菌（ Str. fradiae） ：新霉素(neomycin) 四环类抗生素： 金色链霉菌（ Str. aureofaciens ）:四环素(tetracycline)；金霉素(氯四环素) 龟裂链霉菌（ Str. rimosus ）:土霉素(氧四环素) 大环内酯类抗生素： 红霉素链霉菌（ Str. erythreus） ：红霉素(erythromycin) 产二素链霉菌（ Str. ambofaciens） ：螺旋霉素(spirmycin) 其他抗细菌抗生素： 委内瑞拉链霉菌（ Str. venezuelae） ：氯霉素(chloramphenicol) 多烯类抗生素： 节状链霉菌（ Str. erythreus） ：两性霉素(amphtericin,抗真菌) 诺尔斯链霉菌（ Str. noursei） ：制霉菌素(nystatin,抗真菌) 抗肿瘤药物： 波塞链霉菌青灰变种 IMRU 3920：阿霉素(adriamycin) 加利链霉菌：阿克拉霉素(spirmycin) 轮枝链霉菌：博来霉素(bleomycin) 头状链霉菌 NRRL 2564：丝裂霉素(mitomycin) 免疫抑制剂： 橄榄网状链霉菌：乌苯美司(bestatin)，对多种肿瘤有免疫治疗作用 2、诺卡氏菌属（Nocardia） 地中海诺卡氏菌（N. mediterranei） ：利福霉素(rifamycin)（对结核分支杆菌和麻风杆菌有特效） 地中海诺卡氏菌康乐变种：康乐霉素 C(kanglemycin C（免疫抑制剂） 石油脱蜡、烃类发酵、含氰废水的处理等。 3、弗兰克氏菌属（Frankineae） 能与非豆科木本植物共生固氮（根瘤） 4、小单孢菌属（Micromonospora） 氨基糖苷类抗生素：棘孢小孢菌（M. echinospors） ：庆大霉素(gebtamicin)、紫苏霉素、福提霉素、达地米星 本节重点 1、什么叫放线菌？ 2、放线菌的形态构造（链霉菌属） 。 3、放线菌的繁殖方式。 4、菌落特点。 5、有代表性放线菌的学名与重要用途。 第三节 蓝细菌（Cyanobacteria） 1、概念 P39 旧名蓝藻或蓝绿藻（blue-green algae） 。一类进化历史悠久、G-、无鞭毛、含叶绿素 a（但不形成叶绿体） 、 能进行产氧型光合作用的大型原核生物。 以前曾归于藻类，因为它和高等植物一样具有光合色素----叶绿素 a，能进行产氧型光合作用。 2、特性201）分布极广；从热带到两极,从海洋到高山,到处都有它们的踪迹。土壤、岩石、以至在树皮或其它物体上均能 成片生长.甚至各种恶劣环境（温泉、盐湖） 2）形态差异极大，有球状、杆状和丝状等形态； 3）细胞中含有叶绿素 a，进行产氧型光合作用（光合器—类囊体，片层状膜系统） 蓝细菌被认为是地球上生命进化过程中第一个产氧的光合生物，对地球上从无氧到有氧的转变、真核生物的进 化起着里程碑式的作用。 4）具有原核生物的典型细胞结构： 5）营养极为简单，不需要维生素，以硝酸盐或氨作为氮源，多数能固氮，其异形细胞（heterocyst）是进行固氮 的场所。 许多蓝细菌生长在池塘和湖泊中，在夏、秋两季大量繁殖，并形成胶质团浮于水面，形成―水花‖，使水体变色。 6）分泌粘液层、荚膜或形成鞘衣，因此具有强的抗干旱能力。 7）无鞭毛，但能在固体表面滑行，进行光趋避运动。 8）许多种类细胞质中有气泡，使菌体漂浮，保持在光线最充足的地方，以利光合作用。 光合细菌 3 个类群：紫细菌，绿细菌，蓝细菌 蓝细菌 光合色素 叶绿素 a 藻胆素（辅助光合色素） 产氧型 水 紫、绿细菌 细菌叶绿素光合作用 电子供体不产氧型 H2S，S，H2异形胞： p40 位于丝状生长蓝细菌细胞链的中间或末端，由营养细胞特化而来的形大、壁厚、专司固氮功能（ N2→ NH3）的细胞 。 一些有异形胞的菌种形成静息孢子：一种特化细胞，壁厚、色深、与异形胞相似，着生在菌丝的中间或末端， 可抵抗抗干旱或冷冻的休眠细胞。 3、经济效益和理论价值 特点：既可进行光合作用，又可固氮；可抗污染环境； 应用：保健产品（―螺旋藻‖） 、优质饲料； 提取有用成分：EPA 和 DHA 等多不饱和脂肪酸；藻蓝素等天然色素； 第四节 支原体、立克次氏体和衣原体 支原体（Mycoplasma） ，立克次氏体（Rickettsia） ，衣原体（Chlamydia） -，其大小和特性均介于通常的 ：G 细菌与病毒之间的原核生物。 一、立克次氏体（Rickettsia） 1、概念 p41 大小介于通常的细菌与病毒之间，在许多方面类似细菌，专性活细胞（真核细胞）内寄生的原核微生物。 2、特性 1）某些性质与病毒相近 专性活细胞寄生物，除五日热（战壕热）立克次氏体（Rickettsia wolhynica）外均不能在人工培养基上生长繁殖。 体内酶系不完全，一些必需的养料需从宿主细胞获得； 细胞膜比一般细菌的膜疏松：可透性膜，使它们有可能容易从宿主细胞获得大分子物质，但也决定了它们一旦 离开宿主细胞则易死亡 大小介于病毒与一般细菌之间，其中伯氏立克次氏体（Rickettsia burneti）能通过细菌过滤器，一般个体：球状21体：0.2-0.5 mm；杆状体：0.3-0.5 x 0.3-2 mm； 2）从一种宿主传至另一宿主的特殊生活方式 主要以节肢动物（虱、蜱、螨等）为媒介，寄生在它们的消化道表皮细胞中，然后通过节肢动物叮咬和排泄物 传播给人和其他动物(虫媒微生物) 。 有的立克次氏体酿成严重疾病，如人类的流行性斑疹伤寒、Q 热等，并常伴随着灾害、战争和饥饿，曾长 期与人类的痛苦、灾难联系在一起。 防治：预防为主 类立克次氏：侵染植物的立克次氏 二、支原体（Mycoplasma） 1、概念（参见 P41） 又称类菌质体，是介于一般细菌与立克次氏体之间的原核微生物。 2、特性 1）无细胞壁，只有细胞膜（含甾醇） ，细胞形态多变； 2）个体很小，能通过细菌过滤器，曾被认为是最小的可独立生活的细胞型生物。 球状体：0.2-0.25 mm，最小达 0.1 mm；丝状体最长可达 150 mm，因细胞柔软且具扭曲性，致使细胞能通过孔 径比自身小得多的过滤器。 3）可进行人工培养，但营养要求苛刻（血清或腹水） ，菌落微小，呈典型的―油煎荷包蛋‖形状； 4）一些支原体能引起人类、牲畜、家禽和作物的病害疾病。 5）应用活组织细胞培养病毒或体外组织细胞培养时，常被支原体污染； 类支原体：侵染植物的支原体 如何分离支原体？ （1）样品经细菌滤器（支、衣、极小细菌、病毒） ； （2）滤液划线接种（培养基含青霉素，血清， pH7.0) ，30℃培养 1-2 周； （3）解剖镜观察 ―油煎荷包蛋‖菌落。 三、衣原体（Chlamydia） 1、概念（参见 P41） 介于立克次氏体与病毒之间，能通过细菌滤器，在真核细胞内专性能量寄生的一类原核微生物。 过去误认为―大病毒‖，但它们的生物学特性更接近细菌而不同于病毒。 2、特性 1）细胞结构与细菌类似； 具有类似的细胞壁，细胞壁内也含有胞壁酸、二氨基庚二酸；70S 核糖体也是由 30S 和 50S 二个亚基组成） 2）细胞呈球形或椭圆形，直径 0.2-0.3 mm，能通过细菌滤器； 3）专性活细胞内寄生； 衣原体有一定的代谢活性，能进行有限的大分子合成，但缺乏产生能量的系统，必须依赖宿主获得 ATP，因此 又被称为―能量寄生型生物‖。 4）在宿主细胞内生长繁殖具有独特的生活周期，即存在原体和始体两种形态。 （参见 P41） ①具有感染性的原体通过胞饮作用进入宿主细胞，被宿主细胞膜包围形成空泡。 ②原体逐渐增大成为始体。始体无感染性，但能在空泡中以二分裂方式反复繁殖，形成大量新的原体，积聚于 细胞质内成为各种形状的包涵体。 ③宿主细胞破裂，释放出的原体则感染新的细胞。 5）衣原体广泛寄生于人类、哺乳动物及鸟类，少数致病； 沙眼衣原体是人类砂眼的病原体，甚至引起结膜炎、角膜炎、角膜血管翳等临床症状，成为致盲的重要原 因。 1956 年，我国微生物学家汤飞凡等应用鸡胚卵黄囊接种法，在国际上首先成功地分离培养出沙眼衣原体。 6）衣原体不耐热，60 度 10 分钟即被灭活，但它不怕低温，冷冻干燥可保藏多年。对红霉素、氯霉素、四环素 敏感。 表 13－1 支原体、立克次氏体、衣原体与细菌、病毒的比较（P41）22―三体‖相同点： 1） 介于病毒与细菌之间的原核生物 寄生性：强 病毒 衣 立 支 细菌 大小：小 2）具细胞结构 3）含 DNA、RNA 两种核酸，有核糖体，G4）二等分裂繁殖，有致病性 5）对常用抗生素/化学药物敏感（支原体对青霉素例外） ，均怕热不怕冷。 ―三体‖不同点： 支原体 能在体外独立生活的最小生物 光镜勉强可见 无细胞壁 细胞膜含甾醇 可通过细菌滤器 有大分子合成能力 有产 ATP 系统 呼吸系统感染 立克次氏体 专性细胞内寄生 光镜可见 有 不含 不能通过 有 有 斑疹伤寒、Q 热 衣原体弱 大专性细胞内寄生 光镜勉强可见 有 不含 可通过 无 无 砂眼23第三章 真核微生物的形态、构造与功能 真核微生物的特征：p42 细胞核具有核膜；能进行有丝分裂；细胞质中存在线粒体或同时存在叶绿体等细胞器和内质网等内膜结构； 一、真核生物与原核生物的比较（p53 表 3-3） 原核生物 细胞大小 细胞核 细胞器 核糖体 细胞膜中甾醇 细胞壁主要成分 繁殖方式 二、真核微生物的主要类群 小（通常&2um） 拟核（无核膜） 无 70S 不含 肽聚糖 无性（二等分裂） 真核生物 大（通常&2um） 真正细胞核 有 80S 含 纤维素、几丁质 有性或无性等多种（周德庆 p41） 粘菌（门） 菌物界（广义的真菌） 假菌（门） 霉菌 丝状真菌 真核微生物 真菌（门） 酵母菌 单细胞真菌 覃菌 大型真菌 植物界：单细胞藻类 动物界：原生动物 ―菌物界‖：指与动物界、植物界相并列的一大群无叶绿体、依靠细胞表面吸收有机养料、细胞壁一般含几 丁质的真核微生物。一般包括真菌、粘菌和假菌 3 类。 （我国学者裘维蕃 1990 年提出。 ） 本章主要内容----------真菌： 真菌是一类低等真核生物 特点： 1、细胞质中含有线粒体但没有叶绿体，不进行光合作用，无根、茎、叶的分化； 2、一般具发达的菌丝体； 3、细胞壁多数含几丁质； 4、营养方式为化能有机营养（异养吸收型） 、好氧； 5、以产生有性孢子和无性孢子二种形式进行繁殖； 6、陆生性较强； 真菌门：鞭毛菌亚门；接合菌亚门；子囊菌亚门；担子菌亚门；半知菌亚门 第一节 酵母菌（yeast） 一、概念（P54） 一群单细胞真菌的统称，这个术语是无分类学意义。 （凡是生活史中大部分以单细胞生活的、主要营出芽繁 殖的一类低等真菌，统称为酵母菌。 ） 在分类学上分别归属于：子囊菌亚门；担子菌亚门；半知菌亚门 5 个特点： （周德庆 p47） 个体一般以单细胞存在；多数营出芽繁殖；能发酵糖类产能；细胞壁常含甘露聚糖；常生活在含糖量较高、 酸度较大的水生环境中。 二、分布及与人类的关系 1、多分布在含糖的偏酸性环境，也称为―糖菌‖。24水果、蔬菜、叶子、树皮等处，及葡萄园和果园土壤中等。腐生性生物。 不能以 CO2 为主要碳源，必须以有机碳化合物，主要是葡萄糖等单糖为碳源和能源。 2、重要的微生物资源； 酵母是人类的第一种“家养微生物” ，酿酒，发面；乙醇和甘油发酵，石油脱蜡，生产 SCP；提取核酸、麦 角甾醇、辅酶 A、细胞色素 C、维生素和凝血质等生化药物； 酵母菌是一种优良的单细胞蛋白（single cell protein，缩写 SCP） ：饲用、药用或食用单细胞蛋白：一般指 来自各类微生物的蛋白 原因：蛋白质含量高（50%以上） ，含人体必需的氨基酸； 口味好，无毒，易消化吸收； 制造容易，价格低廉（生长速度快，体积大） 。 3、重要的科研模式微生物； 啤酒酵母（Saccharomyces cerevisae）第一个完成全基因组序列测定的真核生物（1997） 4、有些酵母菌具有危害性； 皮肤、呼吸道、消化道、泌尿生殖道 （白色念珠菌）疾病； 果酱、蜂蜜变质（高渗酵母） ； 污染发酵工业（酱油、酱类、腐乳表面生白花、产酸臭——醭膜酵母） 三、细胞形态与构造 （一）个体形态（P55） 大多数为球状、卵圆、椭圆、圆柱等单细胞，有的酵母菌子代细胞连在一起成为链状，称为假丝酵母。 六种 1）圆形 圆球酵母 2）椭圆形 葡萄酒酵母 3）卵圆形 啤酒酵母 4）柠檬形 汉逊氏酵母 5）腊肠形 巴斯德酵母 6）假丝状 假丝酵母 假丝酵母的子细胞与母细胞常连在一起形成链状，称为假菌丝。 区别： 假菌丝：藕节状细胞串（细胞间以极窄小面积相连） 真菌丝：竹节状细胞串（细胞间横隔面与细胞直径一致） 大小： 长：约 5~20um，可达 50um； 宽：约 1~5um，可达 10um 以上；比细菌粗 10 倍左右 一般用高倍镜（40×10）观察 细胞大小与培养方式、菌龄、制片方式有关。 成熟细胞比幼龄细胞大； 菌体在液体培养基中比在固体培养基中大。 （二）细胞构造 典型真核细胞结构：细胞壁，细胞膜，细胞质，细胞核，液泡，线粒体等内含物。 但不存在高等动、植物细胞中普遍存在的具有高度分化的高尔基体。 1、细胞壁 厚：25nm，占细胞干重 25%。 成分：―酵母纤维素‖ 内层：葡聚糖， β -1,6， β -1,3(主要结构成分) 三明治状 外层：甘露聚糖 ：α－1，6，α－1，2；α－1.3 中层：蛋白质（大多与多糖结合，也有以酶的形式与细胞壁结合） 几丁质（N-乙酰葡萄糖胺的β -1,4 多聚物） ，在细胞壁上以环状形式分布于芽痕周围。 蜗牛酶（混合酶，包括甘露聚糖酶，葡聚糖酶，脂酶，纤维素酶等 30 多种） ：25水解酵母细胞壁 原生质体 子囊壁 子囊孢子 功能：与原核生物类似 固定外形；保护作用；存在酶和性结合物质，利于营养物质透过及细胞间性识别；抗原性 2、细胞膜 结构、成分与原核生物基本相同，其功能不及原核生物那样具有多样性，但已有膜分化的细胞器。 三层结构：上下两层磷脂，中间嵌杂甾醇和蛋白质分子（周德庆 p48 图 2-6） 蛋白质（包括吸收糖和氨基酸的酶） 甘油的单、双、三酯 脂类 甘油磷脂 磷脂酰胆碱 成分 磷脂酰乙醇胺 甾醇 麦角甾醇（居多） 酵母甾醇 糖类（少量，多为甘露聚糖） 多烯类抗生素（制霉菌素）与甾醇作用，可破坏膜的稳定性。对原核生物膜没有作用（支原体例外） 。 3、细胞核（p50） 典型的真核生物细胞核的结构，有核膜、核仁、染色体，进行有丝分裂和减数分裂。 核膜：双层单位膜，核孔（核、质间物质交流） 核仁：合成 rRNA 和装配核糖体的场所 染色体：DNA 与组蛋白结合， 含很多基因，高度折叠 条数、碱基对、G:C 比值—物种特征(酿酒酵母：17 条染色体) 核基质：蛋白纤维——网状结构（支撑作用） 功能：遗传信息（DNA）的贮存、复制和转录的主要场所。 2μm 质粒（p56） 结构：闭合环状超螺旋 DNA 分子，周长 2 μ m(6318bp) 高拷贝存在（每个单倍体基因组含 60~100 个拷贝） 只携带与复制和重组有关的 4 个蛋白质基因，不赋予宿主任何遗传表型，属隐秘性质粒。 用途：酵母菌分子克隆和基因工程的重要载体； 研究真核基因调控和染色体复制的理想模型； 4、细胞质和内含物 细胞器：线粒体，核糖体，内质网等 （1）线粒体（p47） ：杆状，1~20 个/细胞 结构 ： 双层膜， 内膜折叠成嵴 （电子传递和氧化磷酸化酶系） 嵴的两侧分布着基粒， ， 嵴间充满基质 （TCA 酶系） 。在缺氧情况下只形成无嵴的简单线粒体。 功能：细胞呼吸作用的场所，为生命活动提供 ATP。真核生物的―动力车间‖。 线粒体内含 1 个 DNA 片段（核外遗传系统，为线粒体行使功能所需的 rRNA、tRNA 及某些酶如细胞色素、 ATP 合成酶编码） 在培养的酵母群体中，常有 1%~2%的细胞自发出现小菌落表型 ―小菌落‖（呼吸缺陷型菌落） ： 酵母菌由于线粒体 DNA 严重缺损或大部分丢失，缺失细胞色素 a、b 及细胞色素 c 氧化酶，即使在通气条 件下，细胞生长也很缓慢，在葡萄糖培养基上只能形成小菌落。 （2）核糖体 两种： 80S 40S 亚基 游离于细胞质或位于内质网上 60S 亚基 70S 30S 亚基 存在于线粒体中2650S 亚基 功能：蛋白质的合成场所 （3）内质网：分布于细胞质中的膜的管道结构，连接在核膜的外侧膜上。由脂质双分子构成。 两类：糙面内质网（表面有核糖体颗粒） ：合成和运送胞外分泌蛋白功能。 光面内质网（表面无核糖体颗粒） ：与脂质和钙代谢相关 在合成膜脂肪酸、固醇及其不饱和化及在利用方面起重要作用 （4）液泡：成熟细胞中出现一个大的液泡。 功能：调节渗透压；储存营养物（聚磷酸） ；储存水解酶类（蛋白酶，核酸酶，磷酸酯酶等） 四、繁殖方式和生活史 p56 （一）繁殖方式 p56 芽殖（budding） ：最普遍 无性繁殖 裂殖 (fission)：裂殖酵母属 节孢子 芽裂： 极少产无性孢子 掷孢子 厚垣孢子 有性繁殖：产子囊孢子 酵母菌中尚未发现其有性阶段的被称为假酵母 1、无性繁殖 1）芽殖 主要的无性繁殖方式。成熟细胞长出一个小芽，到一定程度后脱离母体继续长成新个体。方式可分为多边出 芽（最普遍） ，两端出芽和三端出芽。 2）裂殖 少数酵母菌可以象细菌一样借细胞横割分裂而繁殖，例如裂殖酵母。 2、有性繁殖 （1）方式：形成子囊和子囊孢子 （2）过程 1）两个性别不同的单倍体细胞靠近，相互接触； 2）接触处细胞壁消失，质配； 3）核配，形成二倍体核的接合子： A、以二倍体方式进行营养细胞生长繁殖，独立生活；下次有性繁殖前进行减数分裂。 B、进行减数分裂，形成 4 个或 8 个子囊孢子，而原有的营养细胞就成为子囊。子囊孢子萌发形成单倍 体营养细胞。 几个概念 单倍体细胞(n)：细胞核中只含一套染色体的细胞（不管细胞中有多少个核） 双倍体细胞(2n)：细胞核中只含二套染色体的细胞（不管细胞中有多少个核） 只有单倍体细胞才具有接合能力。 二倍体细胞是由二个性别不同的单倍体亲本接合而来，因此，成对染色体分别来自父本和母本。 形成子囊孢子的条件：参考―工业微生物实验技术‖ ①营养充足的强壮细胞 ②适当的温度（25℃ ）和湿度（80%以上） ③通风良好 ④适当的生孢子培养基，营养贫瘠。 子囊孢子的意义： 理论意义：分类鉴定依据 实践意义： 1）杂交育种，人工定向培育新品种 两亲本菌株的选择27↓ 产孢子 单倍体细胞分离（带遗传标记） ↓ 杂交（不同接合型）→ 杂合子检出 → 优良性状个体 2）检验生产菌是否被杂菌污染（利用子囊孢子形成速度和形状） 石膏块培养基： 啤酒生产酵母：慢（72h） ，每个子囊中有 4 个子囊孢子，孢子圆形光滑。 野生酵母：快(40-48h) （二）生活史（life cycle） 指上代个体经一系列生长发育阶段而产生下一代个体的全部历史。 酵母菌生活史有三种类型： 1）单、双倍体型：营养体既可以单倍体也可以双倍体形式存在，都可进行出芽繁殖。 2）单倍体型：营养体只能以单倍体形式存在（核配后立即进行减数分裂） 3）双倍体型：营养体只能以双倍体形式存在（核配后不立即进行减数分裂） （1）单双倍体型 营养体既可以单倍体（n）也可以双倍体(2n)形式存在，都可进行出芽繁殖。 代表：酿酒酵母（ Sacharomyces cerevisiae ） 特点（p58） ：一般情况以营养体状态进行出芽繁殖。 营养体既可以单倍体（n）也可以双倍体(2n)形式存在。 在特定条件下进行有性繁殖。 （2）单倍体型（p58） 营养体只能以单倍体形式存在（核配后立即进行减数分裂） 代表：八孢裂殖酵母（ Schizosaccharomyces octosporus ） 特点：营养细胞为单倍体 以裂殖方式进行无性繁殖 二倍体细胞不能独立生活（只是生活史中一部分，阶段很短） （3）双倍体型（p58） 营养体只能以双倍体形式存在（核配后不立即进行减数分裂） 代表：路德氏酵母（Saccharomycodes ludwigii） 特点：营养体为双倍体形，以出芽方式繁殖。 单倍体子囊孢子在子囊内发生接合。 单倍体阶段仅以子囊孢子形式存在，不能独立生活，阶段很短。 五、菌落特征 与细菌菌落类似，但一般较细菌菌落大且厚，表面湿润，粘稠，易被挑起，多为乳白色，少数呈红色。 六、工业上常用的酵母菌 1、啤酒生产 酿酒酵母（ Sacharomyces cerevisiae ） 发酵特性 上面啤酒酵母（S. cerevisiae ） ：不易凝集沉淀而浮在上面 下面啤酒酵母(S. carlsbergensis，卡尔斯伯酵母)：易凝集沉淀，发酵度低 区别：根据棉子糖发酵 半乳糖+葡萄糖+果糖 = 棉子糖（三糖） 蜜二糖 蔗糖 上面啤酒酵母：不含蜜二糖酶，只能发酵 1/3 棉子糖 下面啤酒酵母：能发酵全部棉子糖 用途：啤酒，葡萄酒，白酒，酒精，面包，食用、药用和饲用酵母，提取核酸、麦角甾醇和维生素 C 等。 2、假丝酵母属（Candida）28热带假丝酵母（C. tropicalis） ：氧化烃类能力强，利用石油生产 SCP。 产朊假丝酵母(C. utilis)：利用五碳糖和六碳糖，既可利用造纸工业的亚硫酸纸浆废液，也能利用糖蜜和木 材水解液等生产 SCP。 3、异常汉逊氏酵母 产乙酸乙酯：用于酱油和 白酒等增香（增香菌） 本节重点 一、酵母菌的形态和大小 二、酵母菌的细胞结构 三、繁殖方式 四、生活史（比较三种生活史，图示并说明酿酒酵母生活史及特点） 五、原核生物与真核微生物的比较 第二节 霉菌（mould,mold） 概念：p58 丝状真菌的统称，不是分类学上的名词。通常指那些菌丝体较发达而又不产生大型子实体的真菌。在营养 基质上形成绒毛状、蜘蛛网状或絮状菌丝体的小型真菌。 霉菌：鞭毛菌亚门；接合菌亚门；子囊菌亚门；半知菌亚门 一、分布及与人类的关系（P59） 在自然界分布极广； 在自然界中无所不在（从高山、湖泊到田野，从海洋到高空到处都有真菌。真菌虽然不在空气中生长，但 它的孢子却成群飘在空中） ；基本是陆生生物； 分布：阴暗潮湿；合适的有机物（只要存在有机物，就有它们的踪迹） ；适宜的温度（25~30℃） ；绝大多数好氧 有益方面： ①有用产品的生产； 风味食品（酱油，腐乳，红曲等） 抗生素（青霉素，头孢霉素、灰黄霉素） 酶抑制剂（环孢菌素） 有机酸（柠檬酸，葡萄糖酸，延胡索酸等） 酶制剂（淀粉酶，果胶酶，纤维素酶等） 甾体激素转化 杀虫农药（白僵菌剂） ②自然界物质转化中的重要作用（有机物分解者） ； 它们能够将地球上存在数量巨大的、其它生物不能利用的植物残体的主要组分——纤维素、半纤维素和木 质素彻底分解，成为绿色植物可以利用的养料，从而保证了陆地生物圈的可持续发展。 有害方面 ①食物、工农业制品的霉变； 全世界平均每年由于霉变而不能食（饲）用的谷物约占 2%。我国每年约有 10%的柑橘因霉坏而损失。 ②产生毒素而引起人或动物发生食物中毒； 少部分能产生毒素的霉菌主要是曲霉菌属、青霉属和镰刀菌属中的一些霉菌。据统计，目前已知的霉菌毒 素大约有 200 多种，其中与人类关系密切的主要代表有黄曲霉毒素、展青霉毒素、赭曲霉毒素 A、杂色曲霉素、 黄变米毒素等。真菌毒素中，黄曲霉毒素的毒性和致癌能力最强。 ③人（如皮肤癣病） 、动物和植物致病； 19 世纪中叶欧洲流行的马铃薯晚疫病；我国在 1950 年发生的麦锈病和 1974 年发生的稻瘟病，使小麦和水 稻分别减产了 60 亿公斤。 二、细胞形态与构造 菌丝（hypha） ：霉菌营养体的基本构成单位。 （管状） 菌丝体（mycelium） ：许多菌丝交织在一起而形成的丝状集团。29（一）菌丝 1、形态 直径 3-10um（比放线菌菌丝约粗 10 倍） 根据菌丝中是否存在隔膜（septa） ，霉菌菌丝分为两大类： 无隔菌丝（aseptate hyphe） ：单细胞，多核体 有隔菌丝（septate hyphe） ：多细胞，每段为 1 个细胞 低等真菌（如毛霉属，根霉属，犁头霉）的菌丝为无隔膜菌丝， 高等真菌（如曲霉属，青霉属，木霉）的菌丝为有隔膜菌丝。 无隔膜菌丝：整个菌丝为长管状单细胞， 细胞质内含有多个核。其生长过程只表现为菌丝的延长和细胞核的裂 殖增多以及细胞质的增加。 有隔膜菌丝：菌丝由横隔膜分隔成成串多细胞，每个细胞内含有一个或多个细胞核。有些菌丝，从外观看虽然 像多细胞，但横隔膜上有小孔，使细胞质和细胞核可以自由流通，而且每个细胞的功能也都相同。菌丝隔膜孔 附近存在着几种蛋白晶体和伏鲁宁体：堵塞横膈膜孔，防止细胞质流失。 2、细胞结构 具有典型的真核生物的细胞结构： 细胞壁，细胞膜，细胞核，细胞质，细胞器（液泡，线粒体，内质网，核糖体，泡囊，膜边体） 储藏物（糖原，脂肪滴等） 细胞壁： ①成分： （―钢筋混凝土‖结构） 几丁质（高等真菌） 主要成分，构成网状（微纤丝） ，坚韧 纤维素（低等真菌） 甘露聚糖 葡聚糖 少，填充（无定型物质） 蛋白质 几丁质： N-乙酰葡萄糖胺的β -1,4 多 聚物 纤维素：葡萄糖的β -1,4 多 聚物 几丁质酶（或纤维素酶）消化 原生质体 ②在不同生长阶段，霉菌细胞壁成分不同 ③菌丝顶端延伸 生长 粗糙脉孢霉菌丝顶端细胞各部位的成熟程度是不同的，其细胞壁成分变化，见周德庆 p54，图 2-10 细胞膜： 蛋白质镶嵌的磷脂双分子膜，包含甾醇 膜通常紧贴于细胞壁，某些部位坚固地附着， ，所以很难发生质壁分离 某些部位增生形成管状或转绕状的膜边体 膜边体(lomasome)： 丝状真菌所特有的膜结构，类似于间体。 （位于细胞壁与细胞膜之间，由单层膜围而成，形态呈管状、囊状、球状或多层折叠膜状） 功能：可能与合成细胞壁有关。 （二）菌丝体及各种分化形式 按生理功能不同，霉菌的菌丝体分为两个基本类型 ： 营养菌丝体：营养基质内，吸收营养 气生菌丝体：伸展到空中，产生子实体 菌丝体的特化 营养菌丝和气生菌丝对于不同的真菌来说，在它们的长期进化过程中，对于相应的环境条件已有了高度的 适应性，并明显地表现在产生各种形态和功能不同的特化结构上。也称菌丝的变态。 营养菌丝的特化形式 p60 气生菌丝的特化形式（子实体：指在其里面或上面可产有性或无性孢子的有一定形态和构造的菌丝体组织） 1）菌环：菌丝交织成套状302）菌网：菌丝交织成网状 捕虫菌目（Zoopagales）在长期的自然进化中形成的特化结构，特化菌丝构成巧妙的网，可以捕捉小型原生 动物或无脊椎动物，捕获物死后，菌丝伸入体内吸收营养。 3）匍匐枝和假根：匍匐菌丝、假根（类似树根，吸收营养） ，功能是固着、延伸和吸收营养。根霉和犁头酶属 4）附着枝：若干寄生真菌由菌丝细胞生出 1-2 个细胞的短枝，以将菌丝附着于宿主上，这种特殊结构即附着枝。 5）吸器：一些专性寄生真菌从菌丝上分化出来的旁枝，侵入细胞内分化成指状、球状或丝状，用以吸收细胞内 的营养。 6）附着胞：许多植物寄生真菌在其芽管或老菌丝顶端发生膨大，并分泌粘性物，借以牢固地粘附在宿主的表面， 这一结构就是附着胞，附着胞上再形成纤细的针状感染菌丝，以侵入宿主的角质层而吸取营养。 当感染植物的时候，这种附着胞牢牢地附着到宿主的叶片表面，并且通过提高附着胞内渗透压活性物质的 浓度产生巨大的膨压，射出一钉状结构进入植物细胞，为真菌的感染炸开一条通道。 侵染垫：附着胞由孢子萌发，萌发管延伸，形成膨大的附着胞，在附着胞的下面产生细的侵染菌丝，可穿透寄 主细胞，再膨大成正常粗细的菌丝。而侵染垫是菌丝顶端受到重复阻塞后，构成了多分枝，分枝菌丝顶端膨大 而发育成一种垫状的组织结构。 7）菌核：是由菌丝聚集和粘附而形成的一种休眠体，同时它又是糖类和脂类营养物质的储藏体。由菌丝密集地 交织在一起，其外层较坚硬、色深，内层疏松，大多呈白色。 假菌核：寄生性真菌与宿主共同形成，例如冬虫夏草，真菌寄生于鳞翅目昆虫，使虫体转变为假菌核，当孢子 萌发，虫体死亡，菌自虫体内生长出子实体。含有虫草酸，是名贵中药。 8）子座：许多有隔菌丝在生长到一定时期产生菌丝聚集物，有规律或无规律的膨大而形成结实的团块状组织。 菌丝交织成垫状、壳状等，在子座外或内可形成繁殖器官。 9）菌索和菌丝束 菌索(rhizomorph)一般生于树皮下或地下，呈白色或其他颜色的根状结构，具有营养运输和吸收的功能。菌索一 般形成于高等丝状真菌如伞菌菌丝的顶端。 菌丝束(mycelial strand)是由正常菌丝发育而来的简单结构，正常菌丝的分枝快速平行生长且紧贴母体菌丝而不 分散开，次生的菌丝分枝也按照这种规律生长，使得菌丝束变得浓密而集群，并借助分枝间大量联结而成统一 体。 菌索和菌丝束能在缺少营养的环境中为菌体生长提供基本的营养来源。 液体培养时菌丝体的特化形态 菌丝球： （周德庆 p57) 有的霉菌在液体培养基中通风搅拌或振荡培养时，菌丝体缠结形成颗粒状，均匀地分布在培养液中，有利 于氧的传递。如黑曲霉进行柠檬酸发酵 三、霉菌繁殖方式及生活史 （一）繁殖方式 孢子囊孢子 分生孢子 无性孢子（主要方式） 厚垣孢子 无性繁殖 节孢子 菌丝片段（液体培养） 芽孢子 菌核 卵孢子 有性繁殖：有性孢子（特定条件发生） 接合孢子 子囊孢子 担孢子 1、无性孢子繁殖（p62） 不经两性细胞配合，只是营养细胞的分裂或营养菌丝的分化（切割）而形成新个体的过程。无性孢子有： 厚垣孢子、节孢子、分生孢子、孢子囊孢子等。 孢子囊孢子（sporangiospore） ：内生孢子，当菌丝发育到一定阶段，气生菌丝的顶端细胞膨大成圆形、椭圆形 或梨形的孢子囊，然后膨大部分与菌丝间形成隔膜，囊内的原生质分化成许多包含 1~2 个核的小块，每一小块31的周围形成一层膜，将原生质包起来，如此形成许多孢子囊孢子。 顶端形成孢子囊的菌丝称孢囊梗，孢囊梗深入到孢子囊内的部分称为囊轴。 分生孢子(conidium)：是一种外生孢子，是霉菌中最常见的无性孢子。气生菌丝的顶端细胞或菌丝分化形成的分 生孢子梗的顶端细胞分割缢缩而形成的单个或成簇的孢子。 厚垣孢子：一些霉菌，如毛霉，特别是总状毛霉(Mucor racemosus)常在菌丝中间形成厚垣孢子。 节孢子(arthrospore） ：少数菌种的菌丝中间会形成许多横隔，然后断裂形成节孢子。 芽孢子(budding spore)：某些毛霉或根霉在液体培养基，由菌丝细胞如同发芽一般产生小突起，经细胞壁}