1微生物的形态和功能

第二章微生物形态和结构

微生物在生物界的地位 生物：无细胞结构生物—病毒

具细胞结构生物：原核生物：真细菌、古细菌 真核生物：真菌、藻类、原生动 物、动物、植物 ? 真细菌与古细菌形态结构差别

真细菌 古细菌 细胞壁（主） 特有肽聚糖 无真正肽聚糖 细胞膜（次） 酯键连接脂类 醚键连接脂类 一、 细菌（bacteria）

凡温暖、潮湿和富含有机物质的地方都有 臭味 粘 水珠状 混浊 酸味 滑 鼻涕状 液体 沉淀 浆糊状 小白花 气泡 ?

细菌与人关系

有害（次）人生病，东西腐败

有益（主）工（氨基酸、核苷酸、乙醇、有机酸）、农（杀虫菌剂、细菌肥料）、医（代血浆、医用酶类）、环保（生物降解） 一、 细菌（bacteria） 1、细菌细胞的形态、大小和排列 2、细菌细胞的结构 3、细菌菌落的特征

细菌细胞的形态、大小和排列 染色P27 形态P29 排列P29 大小P32 （1）染色P27 ? 细菌小且透明——一般染色、光镜 电镜

? 为了避免染色对样品的破坏也有活体观察[但只能大体观察]

?

对细菌一般观察、运动能力、生长过程中形态变化，通常需暗视野或相差显微镜 细菌染色

简单染色法

正染色 革兰氏染色法 鉴别染色法 芽孢染色法 死菌 抗酸性染色法

负染色 (衬托染色） 荚膜染色法

活菌 美蓝或TTC（氧化三苯基四氮唑）等活菌染色 ?

简单染色法

在载玻片上将悬浮液涂成一薄层→空气中干燥→火焰固定标本→染料涂在玻片上，冲洗，干燥→显微镜观察 ? 革兰氏染色法

丹麦医生 Gram 1884年

过程

涂片—固定—结晶紫初染—碘液 媒染—95%酒精脱色—蕃红（沙黄）复染—镜检

结果 紫色 G＋ 革兰氏阳性菌 红色 G－ 革兰氏阴性菌 ?

意义

几乎将所有细菌分为革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌 分类鉴定重要指标，也可提供其他遗传信息 枯草杆菌G＋ 大肠杆菌G－ ?

革兰氏染色 示意图

（2）形态P29 基本形态：

球形 （球菌） 杆状 （杆菌） 螺旋形 （螺形菌） 螺形菌 ?

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

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】 ?

细菌特殊形态

柄细菌、肾形菌、臂微菌、网格硫细菌、贝日阿托氏菌(丝状)、具有子实体的粘细菌等是特殊形态的细菌。 ? 影响细菌形态的因素 ? 培养时间、 ? 培养温度、 ? 培养基成分、 ? 浓度、 ? pH值

（3）细菌的排列方式P29

?

球菌的排列方式

单球菌 如尿素微球菌 双球菌 肺炎双球菌

链球菌 乳链球菌 无乳链球菌 溶血链球菌 四联球菌 四联微球菌 八叠球菌 藤黄八叠球菌 葡萄球菌 金黄色葡萄球菌 杆菌排列 ：

单个、双杆状、链杆状 （4）细菌大小P32 细菌的大小测量单位是um

一般都很小，μm、不同种，同种细菌在不同条件下大小差异很大。 ? 最小细菌：芬兰科学家发现的纳米细菌（直径仅为50nm，比最大的病毒更小一些，已知具有细胞壁的最小的细菌） ? 最大细菌：德国科学家发现的纳米比亚硫磺珍珠（大小在0.1-0.3mm，有的可达0.75mm）

?

一般：2000-4000个细菌并排能穿过绣花针上的小孔 大肠杆菌直径0.5 μm 、长约2 μm （120个大肠杆菌肩并肩地紧按在一起才有一根人发的粗细）。

一般构造（基本结构）

一般细菌都有的

细胞壁、细胞膜、细胞质、 核质、核糖体 特殊构造

部分细菌具有或一般细菌在特殊环境下才有的 糖被、菌毛、鞭毛、芽孢 【是重点】 ?

细菌的基本结构 1)细胞壁定义P39

细胞壁是位于菌体的外层，内侧紧贴细胞膜的一层无色透明，坚韧而有弹性的结构。细胞壁约占细胞干重的10%—25% 2)细胞壁的功能P39 ? 细胞壁能固定细胞外形，提高机械强度

? 细胞壁是细胞生长、分裂和鞭毛运动的必要条件，无壁时就丧失这些功能 ? 细胞壁能阻挡酶蛋白和某些抗生素等大分子进入细胞（分子量大于800者） ?

细胞壁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

3）化学组成及结构P40-45 ?

肽聚糖

又称粘肽、胞壁质或粘质复合物

由肽【短肽和4个氨基酸】与聚糖【N-乙酰葡萄糖胺（G）和N-乙酰胞壁酸（M）】两部分组成

肽聚糖结构定义

N-乙酰葡萄糖胺（G）和N-乙酰胞壁酸（M）以 -1，4-糖苷键形成长链，在M上连接有由4个氨基酸 组成的短肽，相邻长链上的短肽又相连，其中一条链的短肽第3位氨基酸与另一条链的短肽第4位氨基酸相连形成网络结构。 肽聚糖差别 G＋ （金黄色葡萄球菌） G－（大肠杆菌） 短肽组成 L -Ala---D-Glu –- L-Ala---D-Glu--- L - lys ---D-Ala m-DAP---D-Ala 短肽连接 （Gly）5 直接相连 短肽连接程 几乎都相连 （75 % -100 % ） 30%交联 度 肽聚糖交联 强 紧 密程度

?

G+ 菌与G-菌细胞壁结构组成比较: 细胞壁 G+ 菌 G- 菌 强度 较坚韧 较疏松 厚度 20-80nm 8-11nm 细胞壁层数 1-2层 可多达50层 肽聚糖含量占细胞壁干重50-80% 占细胞壁干重5-20% 糖类含量 约45% 15%-20% 脂类含量 1%-4% 11%-22% 磷壁酸 + -

外膜 （脂多糖）- + ?

磷壁酸（垣酸，G+特有） 位置上 壁磷壁酸 膜磷壁酸

与肽聚糖共价连接 与细胞膜上磷脂共价连接 含量随培养条件变 不随条件变 成份上 主要有甘油磷壁酸 和核糖醇磷壁酸 酪乳杆菌 金黄色葡萄球菌和芽孢杆菌属 ? 性；

b、储藏磷元素；

c、避免被白细胞吞噬，具有抗补体作用； d、是G+菌重要的表面抗原成分； f、也是某些噬菌体吸附的受体；

?

溶菌酶和青霉素 溶菌酶作用于?-1，4-糖苷键 对G＋和G－都有作用 青霉素作用于G＋菌的转肽酶 只对G＋菌有作用 ?

细胞壁结构及其它组成

e、能调节细胞内自溶素的活力防止细胞自溶。 脂多糖 （ LPS ，G-特有） 位置 位于G－ 细胞壁最外层 成分 由类脂A—核心多糖—O-特异侧连磷壁酸的主要生理功能

a、其磷酸分子带负电荷，可结合Mg2+,可提高需Mg2+合成酶的活

弱 脂多糖(LPS) O-特异侧连:G-菌的菌体抗原(O抗原), 有种特异性核心多糖:有属特异性类脂质A:内毒素生物活性主要组分,无种属特异性磷脂退回

（4）细胞壁与革兰氏染色P49 ? 回忆细胞壁结构 ? 回忆革兰氏染色

? 细胞壁与革兰氏染色关系 ? 革兰氏染色

细胞壁与革兰氏染色关系 P49

由于G＋ G－细胞壁都带负电荷、都吸收碱性染料，结晶紫、碘液媒染时，G＋ G－都吸收碱性染料，在细胞结合结晶紫碘液复合物

酒精脱色时，G＋菌细胞壁厚，只有一层肽聚糖，又有短肽作肽桥且短肽几乎都相连，肽聚糖的强度高，整个细胞壁结构紧密，因此遇酒精时，结晶紫碘液阻留在细胞壁内；而G－ 酒精使外膜类脂溶解，只剩肽聚糖层，而G－ 肽聚糖层薄而松散，不能阻挡复合物逸出，细胞壁变成无色

此时再用红色染料复染则G＋因已结合紫色染料难以吸咐红色染料而仍然成紫色，而G－ 菌则重新吸附红色染料由无色变红色

5）古生菌的细胞壁P47-48

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

没有真正的肽聚糖 假肽聚糖细胞壁 独特多糖细胞壁 硫酸化多糖细胞壁 糖蛋白细胞壁 蛋白质细胞壁 ? 假肽聚糖细胞壁

? 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。 6）缺壁细菌P48-49 缺壁突变——L-型细菌 人工去壁 基本去尽-原生质体 部分去掉-球状体 ①原生质体 G＋溶菌酶（＋青毒素）——没有细胞壁 原生质体 球形——渗透压敏感 ②球状体

G－ 溶菌酶(＋螯合剂)——没有肽聚糖层，只剩外膜 球形 与原生质体相比，对外界环境有一定抗性。 两者细胞壁 缺陷所以细胞壁 功能都丧失

*已有细胞壁 但人工对细胞壁进行处理，遗传型未变，适宜环境可恢复。 ③L-型细菌

1935年英国Lister 发现的自发突变形成的细胞壁缺陷细菌—L-细菌。

其细胞膨大，对渗透压敏感，在固体培养基上形成油煎蛋似的小菌落，其遗传性状稳定。

以后发现许多G＋与G－ 在实验室or宿主体内都可形成L-型。

严格说：L-型细菌专指那些在实验室or宿主体内形成的遗传稳定细胞壁缺陷菌 （2）细胞膜P50 ? 定义P50

? 细胞膜的化学组成与结构模型P50 ? 功能P51 ?

间体P51

1）细胞膜定义P50 细胞膜（cell membrane）

细胞质膜（cytoplasmic membrane） 质膜

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。 2）磷脂双分子层的基本结构 膜脂的运动----流动性 温度引起侧链热运动 脂双层平面的扩散 跨膜扩散：“翻跟头

3）细胞膜的生理功能： P51

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； 4）间体（中体） P51

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

（3）细胞质和内含物P52

细胞质定义：是细胞质膜包围的除核区以外的一切半透明、胶状、颗粒状物质的总称。细胞质不流动（真核流动）

主要成分：核糖体70S ，储藏物、多种酶类和中间代谢物、质粒等，少数有类囊体（蓝细菌）、羧酶体（自养细菌 ）、气泡、伴胞晶体等 ?

内含物P52

细胞质内形状较大的颗粒状构造 包括各种贮藏物 和羧酶体、气泡等 1）贮藏物P53

不同的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

A、聚β-羟丁酸（PHB） P53 细菌特有贮存物

它无毒,可塑,易降解，是医用塑料皿和外科手术针及缝线 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%。 B、异染粒P53 ? 能将蓝色的碱性染料变为红紫色而得名。 ? 最早见于迂回螺菌，故称迂回体。

? 白喉杆菌和结核分枝杆菌中极易见到，常排在菌体两端又称极体。 ? 在菌种鉴定上有一定意义，大小0.5~1.0μm 是无机偏磷酸的聚合物。 ?

功能贮存磷元素和能量并可降低渗透压

C、硫粒 着色菌的硫小球 紫色硫细菌巴氏 ? 许多硫细菌氧化还原硫的复合物形成硫粒或硫滴的形式贮存硫 ? 当环境中环境中还原性硫缺乏时,可被细菌重新利用。 D、磁小体P54

? Fe3O4的晶体颗粒 ? 赋予细胞两极永久磁性 ? 细菌表现趋磁性 2）羧酶体（羧化体） P54

? 部分自养细菌 ? 多角形或六角形 ? 大小约10nm~噬菌体

? 内含1，5-二磷酸核酮糖羧化酶，自养菌CO2固定中起作用。 3）气泡P54

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 （4）核质体P54

化学组成为DNA（主要）RNA（较少）组蛋白样蛋白质

核质体（核区）P54 ? 无核膜、原核、拟核、核基因组

? 无固定形态，一般环状双链DNA分子，只有少量蛋白与之结

合。 ? 每个细胞所含核区数与该细菌的生长速度有关，一般1-4个，（复制生长时可能多个）

? 一般单倍体，负载细菌遗传信息的物质基础 ? 细菌的特殊结构 ? 糖被 ?

鞭毛 ? 菌毛 ?

芽孢

(5)糖被 P60 1) 定义

包被于某些细菌细胞壁外的一层厚度不定的胶状物质. 2）种类 3）成分P61

主要成分多糖，多肽 或蛋白质，尢以多糖居多——也叫胞外多糖。 4）功能P61 5）与人关系P61 ?

糖被种类P60

层次厚：(大)荚膜 包裹在单个细胞上 在CW上有固定层层次薄：微荚膜 松散,未固定在壁上 粘液层 包裹在细胞群上 菌胶团

有无及性质的不同可用于菌种鉴定 ?

糖被种类介绍

①（大）荚膜，具有一定外形厚约200nm ，相对稳定附在细胞壁外，可通过液体振荡或离心得到（与细胞结合力差）

②微荚膜 具有一定外形厚约200nm以下 ，相对稳定附在细胞壁外，可通过液体振荡或离心得到（与细胞表面结合较紧） ③粘液层：没有明显边缘，比荚膜疏松，可以向周围环境扩散，无法离心得到。

④菌胶团：通常一个菌体外边一层荚膜。但有些细菌、荚膜物质相融合连成一体，组成共同的荚膜，多个菌体包含其中，称“菌胶团” 。 龋齿的形成己糖基转移酶蔗糖突变链球菌、唾液链球菌、表兄链球菌和乳杆菌属果聚糖（糖被），黏附在牙齿表面氟能恢复和促进珐琅质形成，抑制细菌对糖的代谢产酸，溶解牙齿表面的珐琅质

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