高中生物競賽——微生物學全套資料

1、第一章 緒論第二章 微生物類群與形態(tài)結構第三章 微生物的純培養(yǎng)和顯微技術第四章 微生物的營養(yǎng)第五章 微生物的代謝第六章 微生物的生長繁殖及其控制第七章 病毒第八章 微生物的遺傳第九章 微生物生態(tài)第十章 感染與免疫第一章 緒論一 、 微生物學定義: 研究微生物在一定條件下的形態(tài)結構，生理生化，遺傳變異以及微生物的進化，分類，生態(tài)等生命活動規(guī)律及其應用的一門科學。2.研究對象微生物1）微生物與我們微生物無處不在，我們無時不生活在“微生物的海洋”中。細菌數(shù)億/g土壤，土壤中的細菌總重量估計為：10034 10 12 噸；每張紙幣帶細菌：900萬個人體體表及體內存在大量的微生物：皮膚表面：平均10萬個

2、細菌/平方厘米；口腔：細菌種類超過500種；腸道：微生物總量達100萬億，糞便干重的1/3是細菌，每克糞便的細菌總數(shù)為：1000億個；每個噴嚏的飛沫含4500-150000個細菌，重感冒患者為8500萬少數(shù)微生物也是人類的敵人！鼠疫；天花；艾滋??；瘋牛病；埃博拉病毒；可以說，微生物與人類關系的重要性，你怎么強調都不過分，微生物是一把十分鋒利的雙刃劍，它們在給人類帶來巨大利益的同時也帶來“殘忍”的破壞。它給人類帶來的利益不僅是享受，而且實際上涉及到人類的生存。 微生物的特點： （1）體積小， 面積大：測量單位：微米或鈉米 桿菌的平均長度：2 微米；1500個桿菌首尾相連= 一粒芝麻的長度；10-

3、100億個細菌加起來重量 = 1毫克； 面積/體積比：人 = 1，大腸桿菌 = 30萬； 這樣大的比表面積特別有利于它們和周圍環(huán)境進行物質、能量、信息的交換。微生物的其它很多屬性都和這一特點密切相關。細小藥丸豌豆60660cm26cm210311.0mm分子60，000，0006000 10211.0nm大分子6，000，000600 10180.01 m大膠粒600，00060 10150.1 m球菌60，000610121.0m變形蟲6，0006000cm21090.01mm滑石粉粒600600cm21060.1mm1.0cm近似對象比面值總表面積立方體數(shù)邊長 對1cm3固體做10倍系列三

4、維分割后的比面值變化（2）吸收多 ，轉化快：微生物獲取營養(yǎng)的方式多種多樣，其食譜之廣是動植物完全無法相比的！纖維素、木質素、幾丁質、角蛋白、石油、甲醇、甲烷、天然氣、塑料、酚類、氰化物、各種有機物均可被微生物作為糧食一頭500 kg的食用公牛，24小時生產 0.5 kg蛋白質,而同樣重量的酵母菌，以質量較次的糖液（如糖蜜）和氨水為原料，24小時可以生產 50000 kg優(yōu)質蛋白質（3）生長旺，繁殖快大腸桿菌一個細胞重約10 12 克，平均20分鐘繁殖一代24小時后： 4722366500萬億個后代，重量達到：4722噸48小時后：2.2 10 43個后代，重量達到2.2 10 25 噸相當于4

5、000個地球的重量?。?）適應強，易變異：抗熱：有的細菌能在265個大氣壓，250 的條件下生長；自然界中細菌生長的最高溫度可以達到113 ；有些細菌的芽孢，需加熱煮沸8小時才被殺死；抗寒：有些微生物可以在12 30的低溫生長；抗酸堿：細菌能耐受并生長的pH范圍：pH 0.5 13耐滲透壓：蜜餞、腌制品，飽和鹽水（NaCl, 32%)中都有微生物生長；抗壓力：有些細菌可在1400個大氣壓下生長個體小、結構簡、且多與外界環(huán)境直接接觸繁殖快、 數(shù)量多（突變率：10-5 10-10）短時間內產生大量的變異后代。 （5）分布廣，種類多：（6）起源早，發(fā)現(xiàn)晚：38億年前，生命在海洋中出現(xiàn)300多年前人們

6、才真正發(fā)現(xiàn)微生物的存在26億年前，陸地上就可能存在微生物，雖然目前已定種的微生物只有大約10萬種，遠較動植物為少，但一般認為目前為人類所發(fā)現(xiàn)的微生物還不到自然界中微生物總數(shù)的1%級界寬（7）休眠長：世界上最古老的活細菌（芽孢）：2.5億年3.在生物界中的地位 Wittaker(1969): 五界系統(tǒng)Woes(1977，1990): 三原界分類系統(tǒng)，包括細菌，古生菌，真核生物4.內容及分科 工業(yè)微生物學農業(yè)微生物學醫(yī)學微生物學藥學微生物學獸醫(yī)微生物學食品微生物學預防微生物學 微生物學基礎微生物學 應用微生物學 按過程或功能分按與疾病的關系分按生態(tài)環(huán)境分按技術與工藝分 按應用范圍分細菌學真菌學病毒

7、學菌物學原生動物學藻類學 免疫學 醫(yī)學微生物學 流行病學分析微生物學 微生物學技術學 發(fā)酵微生物學 遺傳工程微生物學分類微生物生理學微生物遺傳學微生物生態(tài)學 分子微生物學 細胞微生物學 微生物基因組學土壤微生物學海洋微生物學環(huán)境微生物學 水微生物學 宇宙微生物學按微生物種類分二、微生物的發(fā)現(xiàn)和微生物學的建立和發(fā)展（一）微生物的發(fā)現(xiàn)：我國8000年前就開始出現(xiàn)了曲蘗釀酒，；制醬，醋4000年前埃及人已學會烘制面包和釀制果酒； 2500年前發(fā)明釀醬、醋，用曲治消化道疾??； 公元六世紀(北魏時期)賈思勰的巨著“齊民要術”； 公元2世紀，張仲景：禁食病死獸類的肉和不清潔食物； 公元前112年-212年

8、間，華佗：“割腐肉以防傳染”； 公元九世紀痘漿法、痘衣法預防天花； 1346年，克里米亞半島上的法卡城之戰(zhàn)(靼坦人-羅馬人)； 16世紀，古羅巴醫(yī)生G.Fracastoro：疾病是由肉眼看不見的生物(living creatures)引起的；1641年，明末醫(yī)生吳又可也提出“戾氣”學說 顯微鏡的發(fā)明：列文虎克（荷蘭）：1664年，英國人虎克（Robert Hooke）曾用原始的顯微鏡對生長在皮革表面及薔薇枯葉上的霉菌進行觀察，首次看見并描述微生物：1676年，微生物學的先驅荷蘭人列文虎克（Antony van leeuwenhoek）首次觀察到了細菌。他沒有上過大學，是一個只會荷蘭語的小商人，

9、但卻在1680年被選為英國皇家學會的會員。列文虎克利用業(yè)余時間制造過400多架單式顯微鏡和放大鏡，放大率一般為50200倍。 1、發(fā)展過程史前期初創(chuàng)期：列文虎克 、顯微鏡奠基期發(fā)展期成熟期（二）微生物學的建立和發(fā)展 2、微生物學的奠基法國人巴斯德（Louis Pasteur）（18221895）(1) 發(fā)現(xiàn)并證實發(fā)酵是由微生物引起的；(2) 徹底否定了“自然發(fā)生”學說；著名的曲頸瓶試驗無可辯駁地證實，空氣內確實含有微生物，是它們引起有機質的腐敗。(3) 免疫學預防接種首次制成狂犬疫苗(4)其他貢獻巴斯德消毒法：6065作短時間加熱處理，殺死有害微生物德國人柯赫（Robert Koch）（184

10、31910） （1）微生物學基本操作技術方面的貢獻a）細菌純培養(yǎng)方法的建立土豆切面 營養(yǎng)明膠 營養(yǎng)瓊脂（平皿）b）設計了各種培養(yǎng)基，實現(xiàn)了在實驗室內對各種微生物的培養(yǎng)c）流動蒸汽滅菌（2）對病原細菌的研究作出了突出的貢獻：a）具體證實了炭疽桿菌是炭疽病的病原菌b）發(fā)現(xiàn)了肺結核病的病原菌；（1905年獲諾貝爾獎）c）證明某種微生物是否為某種疾病病原體的基本原則 著名的柯赫原則柯赫原則1、 在每一相同病例中都出現(xiàn)這種微生物；2 、要從寄主分離出這樣的微生物并在培養(yǎng)基中培養(yǎng)出來；3、用這種微生物的純培養(yǎng)接種健康而敏感的寄主，同樣的疾病會 重復發(fā)生；4 、從試驗發(fā)病的寄主中能再度分離培養(yǎng)出這種微生物來

11、。3、微生物學發(fā)展過程中的重大事件1890 Von Behring制備抗毒素治療白喉和破傷風1892 Ivanovsky 提供煙草花葉病毒是由病毒引起的證據(jù)；1928 Griffith發(fā)現(xiàn)細菌轉化；對其機理的研究導致DNA是遺傳物質的確證；外源遺傳物質導入各種細胞的基因重組技術的建立；1929 Fleming 發(fā)現(xiàn)青霉素；1944 Avery等證實轉化過程中DNA是遺傳信息的載體；1953 Watson和Crick提出DNA雙螺旋結構；19701972 Arber、Smith和Nathans發(fā)現(xiàn)并提純了DNA限制性內切酶1977 Woese提出古生菌是不同于細菌和真核生物的特殊類群 Sange

12、r首次對f174噬菌體DNA進行了全序列分析；19821983 Prusiner發(fā)現(xiàn)朊病毒(prion)；19831984 Mullis 建立PCR技術；1995 第一個獨立生活的細菌(流感嗜血桿菌)全基團組序列測定完成；1996 第一個自養(yǎng)生活的古生菌基因組測定完成 1997 第一個真核生物(啤酒酵母)基因組測序完成 4、20世紀的微生物學十九世紀末到二十世紀中期：微生物學：鑒定病原菌、研究免疫學及其在預防疾病中的作用、尋找化學治療藥物、分析微生物的化學活性。普通生物學：細胞的構造及其在繁殖和發(fā)展中的作用、植物和動物的遺傳和進化的機制。 20世紀40年代后，微生物自身的特點使其成為生物學研究

13、的“明星”，微生物學很快與生物學主流匯合，并被推到了整個生命科學發(fā)展的前沿，獲得了迅速的發(fā)展，在生命科學的發(fā)展中作出了巨大的貢獻。微生物學與生物學發(fā)展的主流匯合、交叉，獲得了全面、深入的發(fā)展5、21世紀微生物學展望與其他學科實現(xiàn)更廣泛的交叉，獲得新的發(fā)展學科交叉永遠是科學創(chuàng)新的源泉！微生物基因組的序列測定和分析；微生物的快速檢定；微量熱技術對生命過程的研究計算機技術與微生物學的結合。三、 微生物學對生命科學的促進1. 多學科交叉促進微生物學的全面發(fā)展2. 促進重大理論問題的突破3. 對生命科學研究技術的貢獻4. 微生物與人類基因組計劃生命科學基礎理論：分子遺傳學，分子生物學研究技術：動植物細胞

14、培養(yǎng) ，組織培養(yǎng)基因組計劃：模式生物（真核生物，酵母菌）四、我國微生物學界面臨的機遇和挑戰(zhàn)生物工程學遺傳工程（主導）細胞工程微生物工程（發(fā)酵工程）（基礎）酶工程生物反應器工程獲得工程菌（工程細胞柱）醫(yī)學工業(yè)農業(yè)獲得產品思 考 題： 試根據(jù)微生物的特點，談談為什么說微生物既是人類的敵人，更是人類的朋友。 為什么說巴斯德和柯赫是微生物學的真正奠基人？第二章 微生物的純培養(yǎng)和顯微技術微生物的基本特點：??！ 在絕大多數(shù)情況下都是利用微生物的群體來研究其屬性；微生物的物種（菌株）一般也是以群體的形式進行繁衍、保存；培養(yǎng)技術在微生物學中具有重要意義！幾個概念：培養(yǎng)物：微生物學中，在人為規(guī)定的條件下培養(yǎng)繁殖

15、得到的微生物群體稱為培養(yǎng)物?；旌吓囵B(yǎng)物：含有多種微生物的培養(yǎng)物；純培養(yǎng)物：只有一種微生物的培養(yǎng)物；純培養(yǎng)技術是進行微生物學研究的基礎微生物個體微小的特點決定了顯微技術是進行微生物研究的一項重要技術，因為絕大多數(shù)微生物的個體形態(tài)及其內部結構只能通過顯微鏡才能進行觀察和研究。第一節(jié) 微生物的分離和純培養(yǎng)從混雜的群體中分離特定的某一種微生物，是研究和利用微生物的第一步。一、無菌技術用于分離、培養(yǎng)微生物的器具事先不含任何微生物；在轉接、培養(yǎng)微生物時防止其它微生物的污染。1、微生物培養(yǎng)的常用器具及其滅菌常用的器具：試管、瓶子、培養(yǎng)皿等常用的滅菌方法：高壓蒸汽滅菌 高溫干熱滅菌2、接種操作：無菌操作。 二

16、、分離純培養(yǎng) 培養(yǎng)基：液體培養(yǎng)基；固體培養(yǎng)基； 半固體培養(yǎng)基； 1、用固體培養(yǎng)基分離純培養(yǎng)菌落（colony）：單個微生物在適宜的培養(yǎng)基表面或內部生長、繁殖到 一定程度可以形成肉眼可見的、有一 定形態(tài)結構的子細胞生 長群體。菌苔(lawn):當固體培養(yǎng)基表面眾多菌落連成一片時便成為菌苔。固體培養(yǎng)基分離方法 不同微生物在特定培養(yǎng)基上生長形成的菌落或菌苔一般都具有穩(wěn)定的特征（形狀、顏色等），可以成為對該微生物進行分類、鑒定的重要依據(jù)。同一細菌在不同的培養(yǎng)基平板上形成不同特征的菌落。固體培養(yǎng)基分離方法包括：稀釋倒平板涂布平板法平板劃線法厭氧微生物分離-稀釋搖管法菌落的培養(yǎng)特征2、 液體培養(yǎng)基分離方法

17、-稀釋法稀釋法進行液體分離必須在同一個稀釋度的許多平行試管中，大多數(shù)（一般應超過95%）表現(xiàn)為不生長。例如：若同一稀釋度的試管中有95%表現(xiàn)為不生長，則生長的試管中僅含一個細胞的幾率為：4.8%； 含二個細胞的幾率為：0.12%； 含三個細胞的幾率為：0.002%則：0。048/（0.048+0.0012+0.00002）=0.975在有細菌生長的試管中得到純培養(yǎng)的幾率為97.5%3、單細胞（孢子）分離一般采用顯微操作儀，在顯微鏡下進行t 操作難度與細胞或個體的大小成反比t 單細胞（單孢子）分離:可以采取顯微分離法從混雜 群體中直接分離單個細胞或單個個體進行培養(yǎng)以獲得純培養(yǎng)4、選擇培養(yǎng)分離用于

18、微生物群落中數(shù)量占少數(shù)的微生物的分離純化：原理：抑制大多數(shù)其它微生物的生長；使待分離的微生物生長更快；使待分離的微生物在群落中的數(shù)量上升；使待分離的微生物生長“突出”，直接挑取待分離的微生物的菌落獲得純培養(yǎng)。 1） 利用選擇平板進行直接分離：根據(jù)微生物的特點選擇不同的培養(yǎng)條件，使待分離的微生物生長，其它微生物的生長被抑制，或使待分離的微生物的生長特征明顯不同于其它微生物。t 高溫下培養(yǎng)：分離嗜熱細菌；t 培養(yǎng)基中不含N：分離固氮菌；t 培養(yǎng)基加抗生素：分離抗性菌； t 牛奶平板：分離蛋白酶產生菌；t 顏色反應：分離特定的菌株；t 利用特定細菌的滑動特點進行分離純化；2） 富集培養(yǎng)：利用不同微生

19、物間生命活動特點的不同，制定特定的環(huán)境條件，使 僅適應于該條件的微生物旺盛生長，待分離微生物在群落中的數(shù)量大大增加，從自然界中分離到所需的特定微生物。 富集培養(yǎng)過程利用該方法，可根據(jù)微生物的特殊要求，從自然界分離出特定已知微生物種類，分離培養(yǎng)在特定環(huán)境中能生長的微生物；三、二元培養(yǎng)物培養(yǎng)物中只含有二種微生物，而且是有意識地保持二者之間的特定關系的培養(yǎng)物稱為二元培養(yǎng)物。如：病毒和宿主細胞；纖毛蟲、變形蟲和粘細菌。第二節(jié) 顯微鏡和顯微技術幾個基本概念：放大：被觀察物越小，放大倍數(shù)應越大，否則難以看清！ 分辨率：能辨別兩點之間最小距離的能力 反差：被觀察物區(qū)別于背景的程度與顯微鏡的自身特點有關，但也

20、取決于進行顯微觀察時對顯微鏡的正確使用及良好的標本制作和觀察技術，這就是顯微技術。一、顯微鏡的種類及原理1. 普通光學顯微鏡光學顯微鏡一般配置的最大放大倍數(shù)是多少？為什么？目鏡：10 15 ；物鏡： 100 ；總放大倍數(shù)10001500 ；如何實現(xiàn)光學顯微鏡一般配置的最大放大倍數(shù)？其原理？使用油鏡，即在100 物鏡和載玻片之間滴加香柏油； 分辨率（最小可分辨距離）= 0.5 /n sin為物鏡鏡口角的半數(shù)，它取決于物鏡的直徑和工作距離 n：玻片與物鏡間介質的折射率空氣 (n=1.0)、水 (n=1.33)、香柏油 (n=1.52)、玻璃 ( n=1.54)顯微觀察時可根據(jù)物鏡的特性而選用不同的

21、介質用浸沒油取代空氣的作用：介質折射率提高 數(shù)值孔徑值和分辨率均得到提高浸沒油與玻璃的折射率相近很多原來由于在透鏡及載片表面的反射和折射而損失的光線可以進入物鏡，使照明亮度提高，改善觀察效果。光學顯微鏡物鏡的特性人眼的分辨能力在0.2 mm左右，因此光學顯微鏡的最大有效放大倍數(shù)（使用油鏡）是1,000到1,500 2. 暗視野顯微鏡3. 相差顯微鏡形成亮背景暗物象的結果4. 熒光顯微鏡5. 透射電子顯微鏡；6. 掃描電子顯微鏡能否用掃描電鏡來觀察樣品的內部結構，而用透射電鏡來觀察樣品的表面結構？7. 掃描隧道顯微鏡二、顯微觀察樣品的制備光學顯微鏡的制樣1. 活體觀察：壓滴法、懸滴法、菌絲埋片法

22、1. 染色觀察原因： 加大反差，便于觀察 細菌染色法：死菌：正染色：簡單染色法鑒別染色法：革蘭氏染色法；抗酸性染色法；姬姆薩染色法；芽孢染色法；負染色：莢膜染色法等 活菌：用美藍或TTC（氧化三苯基四氮唑）等做活菌染色 思考題：1、為什么說Koch等建立的微生物純培養(yǎng)技術是微生物學建立與發(fā)展的基石？一般可用哪些方法獲得微生物的純培養(yǎng)？2、微生物的最顯著特征就是個體微小，通常只能通過顯微鏡進行觀察。試列舉在顯微觀察中通過改變樣品的反差以改善觀察效果的技術及方法。第三章 微生物類群與形態(tài)結構第一節(jié) 原核微生物原核微生物的種類 : 真細菌 、放線菌、 藍細菌、 支原體、衣原體、 立克次氏體、古細菌一

23、、真細菌（一）一般形態(tài)基本形態(tài)：球狀， 桿狀， 螺旋狀。 1、球狀細胞個體呈球形或橢圓形，不同種的球菌在細胞分裂時會形成不同的空間排列方式，常被作為分類依據(jù)。（金黃色葡萄球菌，淋病奈瑟氏球菌， 肺炎鏈球菌）2、桿狀細胞呈桿狀或圓柱形，一般其粗細（直徑）比較穩(wěn)定，而長度則常因培養(yǎng)時間、培養(yǎng)條件不同而有較大變化。桿狀細菌的排列方式常因生長階段和培養(yǎng)條件而發(fā)生變化，一般不作為分類依據(jù)。如：枯草芽孢桿菌，地衣芽孢桿菌， 銅綠假單胞菌， 炭疽桿菌，破傷風梭菌3、螺旋狀弧菌 螺旋菌 螺旋體菌弧菌：菌體只有一個彎曲，其程度不足一圈，形似“C”字或逗號，鞭毛偏端生。如：霍亂弧菌， 寄生性弧菌-蛭弧菌螺旋菌：菌

24、體回轉如螺旋，螺旋數(shù)目和螺距大小因種而異，鞭毛二端生，細胞壁堅韌，菌體較硬。螺旋體菌：菌體柔軟，用于運動的類似鞭毛的軸絲位于細胞外鞘內。如：梅毒密螺旋體4、其它形狀1）柄桿菌（prosthecate bacteria）細胞上有柄（stalk）、菌絲（hyphae）、附器（appendages）等細胞質伸出物，細胞呈桿狀或梭狀，并有特征性的細柄。一般生活在淡水中固形物的表面，其異常形態(tài)使得菌體的表面積與體積之比增加，能有效地吸收有限的營養(yǎng)物；2）星形細菌（star-shaped bacteria ）3）方形細菌（square-ahaped bacteria）4）異常形態(tài)環(huán)境條件的變化： 物理、化

25、學因子的刺激 阻礙細胞正常發(fā)育 培養(yǎng)時間過長 細胞衰老 環(huán)境條件恢復正常 營養(yǎng)缺乏 異常形態(tài)正常形態(tài) 自身代謝產物積累過多 （二）大小最?。号c無細胞結構的病毒相仿（50 nm；）最大：肉眼可見（0.75 mm）；費氏刺骨魚菌(0.08 mm x 0.6 mm)(Epulopiscium fishelsoni)比大腸桿菌大100萬倍（1985年發(fā)現(xiàn)）德國科學家H. N. Schulz等1999年在納米比亞海岸的海底沉積物中發(fā)現(xiàn)的一種硫磺細菌（sulfur bacterium），其大小可達0.75 mm，Thiomargarita namibiensis，-“納米比亞硫磺珍珠” 最大和最小細菌的個

26、體大小懸殊：Thiomargarita namibiensis（0.75mm）是T.nanobacteria（50 nm） 的10億 100 億倍。 一般細菌的大小范圍：球菌 0.5 1 mm （直徑）桿菌 0.2 1 mm （直徑） X 1 80 mm（長度）螺旋菌 0.3 1 mm （直徑） X 1 50 mm（長度）(長度是菌體兩端點之間的距離，而非實際長度) （三）細胞的結構與功能一般構造：一般細菌都有的構造。特殊構造：部分細菌具有的或一般細菌在特殊環(huán)境下才有的構造。1、細胞壁1）概念：細胞壁（cell wall）是位于細胞表面，內側緊貼細胞膜的一層較為堅韌，略具彈性的細胞結構。2）證

27、實細胞壁存在的方法：（1）細菌超薄切片的電鏡直接觀察；（2）質、壁分離與適當?shù)娜旧?，可以在光學顯微鏡下看到細胞壁；（3）機械法破裂細胞后，分離得到純的細胞壁； （4）制備原生質體，觀察細胞形態(tài)的變化；3）細胞壁的功能：（1）固定細胞外形和提高機械強度；（2）為細胞的生長、分裂和鞭毛運動所必需；（3）滲透屏障，阻攔酶蛋白和某些抗生素等大分子物質（分子量大于800）進入細胞，保護細胞免受溶菌酶、消化酶和青霉素等有害物質的損傷；（4）細菌特定的抗原性、致病性以及對抗生素和噬菌體的敏感性的物質基礎；4）革蘭氏染色與細胞壁：（1）革蘭氏染色細菌染色法：死菌：正染色 ：簡單染色法 鑒別染色法 革蘭氏染色法

28、 抗酸性染色法 芽孢染色法 死菌姬姆薩染色法 負染色： 莢膜染色法等 活菌：用美藍或TTC（氧化三苯基四氮唑）等作活菌染色 革蘭氏染色1、用堿性染料結晶紫對菌懸液涂片進行初染；2、用碘溶液進行媒染，其作用是提高染料和細胞間的相互作用從而使二者結合得更牢固；3、用乙醇或丙酮沖洗進行脫色。在經歷脫色后仍將結晶紫保留在細胞內的為革蘭氏陽性細 菌，而革蘭氏陰性細菌的結晶紫被洗掉，細胞呈無色； 4、用一種與結晶紫具有不同顏色的堿性染料對涂片進行復染。例如沙黃，它使原來無色的 革蘭氏陰性細菌最后呈現(xiàn)桃紅到紅色，而革蘭氏陽性細菌繼續(xù)保持深紫色。表3-1 革蘭氏陽性和陰性細菌細胞壁成分的比較 （2）革蘭氏陽性

29、細菌的細胞壁：肽聚糖（90%）：聚糖 肽：四尾肽，肽橋 磷壁酸（10%）：壁磷壁酸，膜磷壁酸 周質空間A、 肽聚糖(peptidoglycan)：又稱粘肽(mucopeptide)、胞壁質(murein)或粘質復合物 (mucocomplex)，是真細菌細胞壁中的特有成分。結合在革蘭氏陽性細菌細胞壁上的一種酸性多糖厚約2080nm，由40層左右的網(wǎng)格狀分子交織成的網(wǎng)套覆蓋在整個細胞上。 雙糖單位中的-1,4-糖苷鍵很容易被溶菌酶(lysozyme)所水解，從而引起細菌因肽聚糖細胞壁的“散架”而死亡。目前所知的肽聚糖已超過100種，在這一“肽聚糖的多樣性”中，主要的變化發(fā)生在肽橋上。B、 磷壁酸

30、： 革蘭氏陽性細菌細胞壁上特有的化學成分，主要成分為甘油磷酸或核糖醇磷酸。壁磷壁酸：與肽聚糖分子間進行共價結合，用稀酸或稀堿可以提取?？缭诫木厶菍硬⑴c細膜磷壁酸：與細胞膜相交聯(lián)，又稱脂磷壁酸，由甘油磷酸鏈分子與細胞膜上的磷脂進行共 價結合后形成，可用45%熱酚水提取，也可用熱水從脫脂的凍干細菌中提取。主要生理功能：細胞壁形成負電荷環(huán)境，增強細胞膜對二價陽離子的吸收；二價陽離子，特別是高濃度的Mg2+的存在，對于保持膜的硬度，提高細胞膜上需Mg2+的合成酶的活性極為重要；增強某些致病菌對宿主細胞的粘連、避免被白細胞吞噬以及抗補體的作用； 革蘭氏陽性細菌特異表面抗原的物質基礎；噬菌體的特異性吸附受

31、體；（可作為細菌分類、鑒定的依據(jù)）能調節(jié)細胞內自溶素(autolysin)的活力，防止細胞因自溶而死亡。貯藏磷元素；（3）革蘭氏陰性細菌的細胞壁：例如： 大腸桿菌 肽聚糖（10%）； 外膜：脂多糖，磷脂 ；外膜蛋白（脂蛋白，孔蛋白，其他未知蛋白 ）；周質空間；A、 肽聚糖：埋藏在外膜層之內，是僅由12層肽聚糖網(wǎng)狀分子組成的薄層(23nm)；含量約占細胞壁總重的10%，故對機械強度的抵抗力較革蘭氏陽性菌弱；沒有特殊的肽橋，只形成較為疏稀、機械強度較差的肽聚糖網(wǎng)套；具內消旋二氨基庚二酸(m-DAP)（只在原核微生物細胞壁上發(fā)現(xiàn)）；B、外膜(outer membrane) :位于革蘭氏陰性細菌細胞壁

32、外層，由脂多糖、磷脂和脂蛋白等若干種蛋白質組成的膜，有時也稱為外壁。 脂多糖（lipopolysaccharide, LPS）：位于革蘭氏陰性細菌細胞壁最外層的一層較厚（810nm）的類脂多糖類物質，由類脂A、核心多糖(core polysaccharide)和O-特異側鏈（O-specific side chain，或稱O-多糖或O-抗原）三部分組成。脂多糖的主要功能： LPS結構的多變，決定了革蘭氏陰性細菌細胞表面抗原決定簇的多樣性； LPS負電荷較強，與磷壁酸相似，也有吸附Mg2+、Ca2+等陽離子以提高其在細胞表面濃度的作用，對細胞膜結構起穩(wěn)定作用。具有控制某些物質進出細胞的部分選擇性

33、屏障功能；許多噬菌體在細胞表面的吸附受體；類脂A是革蘭氏陰性細菌致病物質內毒素的物質基礎；C、外膜蛋白(outer membrane protein)：嵌合在LPS和磷脂層外膜上的蛋白。 孔蛋白（porins）：是由三個相同分子量（36000）蛋白亞基組成的一種三聚體跨膜蛋白，中間有一直徑約1nm的孔道，通過孔的開、閉，可對進入外膜層的物質進行選擇。非特異性孔蛋白： 可通過分子量小于800900的任何親水性分子特異性孔蛋白： 只容許一種或少數(shù)幾種相關物質通過，如維生素B12和核苷酸等。脂蛋白(lipoprotein)：是一種通過共價鍵使外膜層牢固地連接在肽聚糖內壁層上的蛋白，分子量約為7200

34、。D、 周質空間(periplasmic space, periplasm)，又稱壁膜間隙在革蘭氏陰性細菌中，一般指其外膜與細胞膜之間的狹窄空間（寬約1215nm），呈膠狀。周質空間是進出細胞的物質的重要中轉站和反應場所，在周質空間中，存在著多種周質蛋白（periplasmic proteins），如水解酶類；合成酶類；結合蛋白；受體蛋白。革蘭氏陽性和陰性細菌的比較5）細胞壁缺陷細菌： 缺壁細菌：實驗室或宿主體內形成：缺壁突變-L型細菌 人工去壁：基本去盡-原生質體（G+） 部分去除-球狀體（G-） 在自然界長期進化中形成-支原體（1）L型細菌（L-form of bacteria）細菌在某些

35、環(huán)境條件下（實驗室或宿主體內）通過自發(fā)突變而形成的遺傳性穩(wěn)定的細胞壁缺陷變異型。特點：沒有完整而堅韌的細胞壁，細胞呈多形態(tài)； 有些能通過細菌濾器，故又稱“濾過型細菌”； 對滲透敏感，在固體培養(yǎng)基上形成“油煎蛋”似的小菌落（直徑在0.1mm左右）；（2）原生質體（protoplast）在人為條件下，用溶菌酶處理或在含青霉素的培養(yǎng)基中培養(yǎng)而抑制新生細胞壁合成而形成的僅由一層細胞膜包裹的，圓球形、對滲透壓變化敏感的細胞，一般由革蘭氏陽性細菌形成。特點：對環(huán)境條件變化敏感，低滲透壓、振蕩、離心甚至通氣等都易引起其破裂； 有的原生質體具有鞭毛，但不能運動，也不被相應噬菌體所感染； 在適宜條件（如高滲培養(yǎng)

36、基）可生長繁殖、形成菌落，形成芽孢。及恢復成有細胞壁的正常結構。 比正常有細胞壁的細菌更易導入外源遺傳物質，是研究遺傳規(guī)律和進行原生質體育種的良好實驗材料（3）球狀體(sphaeroplast) ，又稱原生質球采用上述同樣方法，針對革蘭氏陰性細菌處理后而獲得的殘留部分細胞壁（外壁層）的球形體。與原生質體相比，它對外界環(huán)境具有一定的抗性，可在普通培養(yǎng)基上生長。（4）支原體(Mycoplasma)在長期進化過程中形成的、適應自然生活條件的無細胞壁的原核生物。因它的細胞膜中含有一般原核生物所沒有的甾醇，所以即使缺乏細胞壁，其細胞膜仍有較高的機械強度。2、細胞膜1）概念：細胞質膜（cytoplasmi

37、c membrane），又稱質膜（plasma membrane）、細胞膜（cell membrane）或內膜（inner membrane），是緊貼在細胞壁內側、包圍著細胞質的一層柔軟、脆弱、富有彈性的半透性薄膜，厚約78nm，由磷脂（占20%30%）和蛋白質（占50%70%）組成。2）觀察方法 質壁分離后結合鑒別性染色在光學顯微鏡下觀察；原生質體破裂；超薄切片電鏡觀察；3）細胞膜的化學組成與結構模型 非極性尾則由長鏈脂肪酸通過酯鍵連接在甘油的C1和C2位上組成，其鏈長和飽和度因細菌種類和生長溫度而異。在極性頭的甘油3C上，不同種微生物具有不同的R基，如磷脂酸、磷脂酰甘油、磷脂酰乙醇胺、磷脂

38、酰膽堿、磷脂酰絲氨酸或磷脂酰肌醇等。 液態(tài)鑲嵌模型(fluid mosaic model)膜的主體是脂質雙分子層；脂質雙分子層具有流動性；整合蛋白因其表面呈疏水性，故可“溶”于脂質雙分子層的疏水性內層中；周邊蛋白表面含有親水基團，故可通過靜電引力與脂質雙分子層表面的極性頭相連；脂質分子間或脂質與蛋白質分子間無共價結合；脂質雙分子層猶如一“海洋”，周邊蛋白可在其上作“漂浮”運動，而整合蛋白則似“冰山”狀沉浸在其中作橫向移動。4）甾醇類物質 原核生物與真核生物的最大區(qū)別就是其細胞膜中一般不含膽固醇，而是含有hopanoid。5）細胞膜的功能選擇性地控制細胞內、外的營養(yǎng)物質和代謝產物的運送；是維持細

39、胞內正常滲透壓的屏障；合成細胞壁和糖被的各種組分（肽聚糖、磷壁酸、LPS、莢膜多糖等）的重要基地；膜上含有氧化磷酸化或光合磷酸化等能量代謝的酶系，是細胞的產能場所；是鞭毛基體的著生部位和鞭毛旋轉的供能部位；6）間體（mesosome，或中體） 細胞質膜內褶而形成的囊狀構造，其中充滿著層狀或管狀的泡囊。多見于革蘭氏陽性細菌。3、細胞質和內含物1） 概念細胞質（cytoplasm）是細胞質膜包圍的除核區(qū)外的一切半透明、膠狀、顆粒狀物質的總稱。含水量約80%。 細胞質的主要成分為核糖體、貯藏物、多種酶類和中間代謝物、質粒、各種營養(yǎng)物和大分子的單體等，少數(shù)細菌還有類囊體、羧酶體、氣泡或伴孢晶體等。2）

40、顆粒狀貯藏物(reserve materials)：貯藏物是一類由不同化學成分累積而成的不溶性沉淀顆粒，主要功能是貯存營養(yǎng)物。貯藏物： 碳源及能源類；糖原；聚-羥丁酸（PHB）；硫粒；藻青素；藻青蛋白； 磷源（異染粒）；淀粉粒3）磁小體(megnetosome)趨磁細菌細胞中含有的大小均勻、數(shù)目不等的Fe3O4顆粒，外有一層磷脂、蛋白或糖蛋白膜包裹。 功能是導向作用，即借鞭毛游向對該菌最有利的泥、水界面微氧環(huán)境處生活實用前景，包括生產磁性定向藥物或抗體，以及制造生物傳感器等4）羧酶體(carboxysome)一些自養(yǎng)細菌細胞內的多角形或六角形內含物，其大小與噬菌體相仿，約10nm，內含1,5-

41、二磷酸核酮糖羧化酶，在自養(yǎng)細菌的CO2固定中起著關鍵作用。 5）氣泡（gas vocuoles）許多光合營養(yǎng)型、無鞭毛運動的水生細菌中存在的充滿氣體的泡囊狀內含物，大小為0.21.0m75nm，內由數(shù)排柱形小空泡組成，外有2nm厚的蛋白質膜包裹。功能：調節(jié)細胞比重以使細胞漂浮在最適水層中獲取光能、O2和營養(yǎng)物質6）載色體（Chromatophore）光合細菌進行光和作用的部位相當于綠色植物的葉綠體。4、核區(qū)（nuclear region or area）原核生物所特有的無核膜結構、無固定形態(tài)的原始細胞核。5、特殊的休眠構造芽孢1）概念某些細菌在其生長發(fā)育后期，在細胞內形成一個圓形或橢圓形、厚壁

42、、含水量極低、抗逆性極強的休眠體，稱為芽孢（endospore或spore，偶譯“內生孢子”）。2）細菌芽孢的特點整個生物界中抗逆性最強的生命體，耐高溫，抗紫外； 芽孢是細菌的休眠體，在適宜的條件下可以重新轉變成為營養(yǎng)態(tài)細胞；無繁殖功能，一個營養(yǎng)細胞僅形成一個芽孢； 3）芽孢的形成與芽孢的萌發(fā)過程4）芽孢的耐熱機制滲透調節(jié)皮層膨脹學說芽孢衣對多價陽離子和水分的透性很差，皮層的離子強度很高，產生極高的滲透壓奪取芽孢核心的水分，結果造成皮層的充分膨脹。核心部分的細胞質卻變得高度失水，因此，具極強的耐熱性。5）研究芽孢的意義是否能消滅芽孢是衡量各種消毒滅菌手段的最重要的指標。產芽孢細菌的保藏多用其芽

43、孢。芽孢的有無、形態(tài)、大小和著生位置是細菌分類和鑒定中的重要指標。 6）伴孢晶體（parasporal crystal）少數(shù)芽孢桿菌，例如蘇云金芽孢桿菌(Bacillus thuringiensis)在其形成芽孢的同時，會在芽孢旁形成一顆菱形或雙錐形的堿溶性蛋白晶體內毒素，稱為伴孢晶體。特點：不溶于水，對蛋白酶類不敏感；容易溶于堿性溶劑。伴孢晶體對200多種昆蟲尤其是鱗翅目的幼蟲有毒殺作用，因而可將這類產伴孢晶體的細菌制成有利于環(huán)境保護的生物農藥細菌殺蟲劑。6、細菌細胞壁以外的構造 糖被（glycocalyx）1) 概念：包被于某些細菌細胞壁外的一層厚度不定的膠狀物質。糖被分為： 莢膜（cap

44、sule或macrocapsule，大莢膜） 微莢膜(microcapsule) 粘液層(slimelayer)菌膠團(zoogloea)2）特點（1）主要成分是多糖、多肽或蛋白質，尤以多糖居多。經特殊的莢膜染色，特別是負染色（又稱背景染色）后可在光學顯微鏡清楚地觀察到它的存在。（2）產生糖被是微生物的一種遺傳特性，其菌落特征及血清學反應是是細菌分類鑒定的指標之一。（3）莢膜等并非細胞生活的必要結構，但它對細菌在環(huán)境中的生存有利。（詳見P 57-58）（4）細菌糖被與人類的科學研究和生產實踐有密切的關系。（詳見P58）7、細菌細胞壁以外的構造 鞭毛(flagellum,復flagella)1)

45、 概念：某些細菌細胞表面著生的一至數(shù)十條長絲狀、螺旋形的附屬物，具有推動細菌運動功能，為細菌的“運動器官”。鞭毛長度：1520m；直徑：0.010.02m2）觀察和判斷細菌鞭毛的方法電子顯微鏡直接觀察；光學顯微鏡下觀察：鞭毛染色和暗視野顯微鏡；根據(jù)培養(yǎng)特征判斷：半固體穿刺、菌落（菌苔）形態(tài)；3）鞭毛的結構及其運動機制結構：基體（basal body） 鉤形鞘（hook） 鞭毛絲（filament） 鞭毛的生長方式是在其頂部延伸 著生方式：單端鞭毛，端生叢毛，周生鞭毛，兩端生鞭毛。4）鞭毛推動細菌運動的特點（1）速度一般速度在每秒2080m范圍；最高可達每秒100m（每分鐘達到3000倍體長）；

46、超過了陸上跑得最快的動物獵豹獵豹的速度（每分鐘1500倍體長或每小時110公里）。（2）方式細菌以推進方式做直線運動，以翻騰形式做短促轉向運動（3）細菌的趨避運動鞭毛的功能是運動，這是原核生物實現(xiàn)其趨性（taxis）即趨向性的最有效方式。 化學趨避運動或趨化作用（chemotaxis）：細菌對某化學物質敏感，通過運動聚集于該物質的高濃度區(qū)域或低濃度區(qū)域。光趨避運動或趨光性（phototaxis）：有的細菌能區(qū)別不同波長的光而集中在一定波長光區(qū)內。趨磁運動或趨磁性（magnetotaxis），趨磁細菌根據(jù)磁場方向進行分布。8、細菌細胞壁以外的構造 菌毛(fimbria，復數(shù)fimbriae)定義

47、：長在細菌體表的纖細、中空、短直、數(shù)量較多的蛋白質類附屬物，具有使菌體附著于物體表面的功能。每個細菌約有250300條菌毛。有菌毛的細菌一般以革蘭氏陰性致病菌居多，借助菌毛可把它們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，進一步定植和致病。9、細菌細胞壁以外的構造 性毛(pili,單數(shù)pilus)一般見于革蘭氏陰性細菌的雄性菌株（即供體菌）中，其功能是向雌性菌株（即受體菌）傳遞遺傳物質。有的性毛還是RNA噬菌體的特異性吸附受體。 二、放線菌（一） 概念：放線菌是具有菌絲、以孢子進行繁殖、革蘭氏染色陽性的一類原核微生物，屬于真細菌范疇。在形態(tài)上具有分枝狀菌絲、菌落形態(tài)與霉菌相似，以

48、孢子進行繁殖。介于細菌與絲狀真菌之間又接近細菌的一類絲狀原核生物。放線菌實際上是屬于細菌范疇內的原核微生物，只不過其細胞形態(tài)為分枝狀菌絲。（二） 形態(tài)與結構單細胞，大多由分枝發(fā)達的菌絲組成；菌絲直徑與桿菌類似，約1mm；細胞壁組成與細菌類似，革蘭氏染色陽性（少數(shù)陰性）；細胞的結構與細菌基本相同，按形態(tài)和功能可分為營養(yǎng)菌絲、氣生菌絲和孢子絲三種。 1、營養(yǎng)菌絲：匍匐生長于培養(yǎng)基內，吸收營養(yǎng)，也稱基內菌絲。一般無隔膜，直徑0.2-0.8 mm ，長度差別很大，有的可產生色素。2、氣生菌絲：營養(yǎng)菌絲發(fā)育到一定階段，伸向空間形成氣生菌絲，疊生于營養(yǎng)菌絲上，可覆蓋整個菌落表面。在光學顯微鏡下觀察，顏色較

49、深，直徑較粗（1-1.4 mm ），有的產色素。3、孢子絲：氣生菌絲發(fā)育到一定階段，其上可分化出形成孢子的菌絲，即孢子絲，又稱產孢絲或繁殖菌絲。其形狀和排列方式因種而異，常被作為對放線菌進行分類的依據(jù)。 孢子在適宜的條件下萌發(fā)，長出1-3個芽管（三）生長與繁殖營養(yǎng)菌絲氣生菌絲繁殖菌絲（孢子絲）孢子絲釋放孢子（三）生長與繁殖繁殖方式無性孢子菌絲斷裂凝聚孢子橫隔孢子孢囊孢子分生孢子厚壁孢子存在多種孢子形成方式常見于液體培養(yǎng)中，工業(yè)發(fā)酵生產抗生素時都以此法大量繁殖放線菌細菌的芽孢是休眠體，而放線菌的孢子是繁殖體（四）菌落形態(tài)菌落形態(tài)能產生大量分枝和氣生菌絲的菌種（如鏈霉菌）不能產生大量菌絲體的菌種（

50、如諾卡氏菌）菌落質地致密，與培養(yǎng)基結合緊密，小而不蔓延，不易挑起或挑起后不易破碎。粘著力差，粉質，針挑起易粉碎 （五）分布特點及與人類的關系放線菌常以孢子或菌絲狀態(tài)極其廣泛地存在于自然界，土壤中最多，其代謝產物使土壤具有特殊的泥腥味；能產生大量的、種類繁多的抗生素（其中90%由鏈霉菌產生）；有的放線菌可用于生產維生素、酶制劑；此外，在甾體轉化、石油脫蠟、烴類發(fā)酵、污水處理等方面也有應用；少數(shù)寄生型放線菌可引起人、動物（如皮膚、腦、肺和腳部感染）、植物（如馬鈴薯和甜菜的瘡痂?。┑募膊?。三、支原體（Mycoplasma）、立克次氏體（Rickettsia）和衣原體（Chlamydia） 革蘭氏陰性細菌，其大小和特性均介于通常的細菌與病毒之間。（一）立克次氏體（Rickettsia）1、概念：立克次氏體是大小介于細菌與病毒之間，類似細菌的專性活細胞內寄生的原核微生物，具細胞壁，革蘭氏染色陰性H.T.Ricketts 1909年，首次發(fā)