第三章 原核微生物

環(huán)境微生物學第三章原核微生物原核微生物是指一大類細胞核無核膜包裹，只有稱做核區(qū)（nuclearregion）的裸露DNA的原始單細胞生物，包括真細菌（Eubacteria）和古生菌（Archaea）或古細菌（Archaebacteria）兩大類群。

主要內容：

細菌:細胞結構、染色原理古菌：產(chǎn)甲烷菌

放線菌藍細菌：與水體富營養(yǎng)化的關系其他原核微生物3.1細菌細菌（Bacteria）是自然界中分布最廣、數(shù)量最大、與人類關系極為密切的一類微生物。細菌的應用：在工業(yè)上各種氨基酸、核苷酸、酶制劑、乙醇、丙酮、丁醇、有機酸及抗生素等的發(fā)酵生產(chǎn)；農業(yè)上如殺蟲菌劑、細菌肥料的生產(chǎn)和在沼氣發(fā)酵等方面的應用；醫(yī)藥上如各種菌苗、類毒素、代血漿和許多醫(yī)用酶類的生產(chǎn)等；細菌在環(huán)保和國防上的應用等。2.5.1病毒對物理因素的抵抗力3.1.1細菌的個體形態(tài)與大小一、個體形態(tài)球狀——

球菌（Coccus）桿壯——

桿菌（Bacillus）螺旋狀——螺旋菌（Spirillum）絲狀——絲狀菌一般以桿狀最為常見，球狀次之，螺旋狀再次之，絲狀較少。2.5.1病毒對物理因素的抵抗力1、球菌球菌單獨存在時，細胞呈球形或近球形。根據(jù)其繁殖時細胞分裂面的方向不同，以及分裂后菌體之間相互粘連的松緊程度和組合狀態(tài)，可形成若干不同的排列方式。單球菌雙球菌四聯(lián)球菌八疊球菌鏈球菌葡萄球菌2.5.1病毒對物理因素的抵抗力2、桿菌桿菌細胞呈桿壯或圓柱狀，形態(tài)多樣。不同桿菌其長短、粗細差別較大。有短桿或球狀（長寬非常接近），如甲烷短桿菌屬；有長桿或棒桿狀（長寬相差較大），如枯草芽孢桿菌；不同桿菌端部形態(tài)各異。炭疽芽孢桿菌雙歧桿菌2.5.1病毒對物理因素的抵抗力2、桿菌桿菌不同的排列方式。

單桿菌雙桿菌鏈桿菌3、螺旋菌螺旋菌細胞呈螺旋彎曲狀，常以單細胞分散存在。根據(jù)其彎曲程度不同，可分為三種：

弧菌：菌體呈弧形或逗號形，螺旋不足一周螺菌：菌體堅硬、回旋如螺旋狀，螺旋2～6周螺旋體：菌體柔軟，回旋如螺旋狀，螺旋6周以上2.5.1病毒對物理因素的抵抗力

細菌細胞的形態(tài)與排列方式在細菌的分類鑒定上具有重要的意義。但某種細菌的細胞不一定全部都按照特定的排列方式存在，只是特征性的排列方式占優(yōu)勢。在正常情況下，細菌的形態(tài)是相對穩(wěn)定的。培養(yǎng)基的化學組成、濃度培養(yǎng)溫度、pH、培養(yǎng)時間等的變化，會引起細菌的形態(tài)改變。有些細菌是多形態(tài)的，有周期性的生活史，如粘細菌可形成無細胞壁的營養(yǎng)細胞和子實體。細菌的個體形態(tài)2.5.1病毒對物理因素的抵抗力3.1.1細菌的個體形態(tài)與大小二、細菌大小細菌的大小在個體發(fā)育過程中有變化3.1細菌3.1.2細菌的細胞結構包圍在菌細胞的最外層，具有堅韌而帶有彈性的薄膜。約占菌體的10％～25％。組成較復雜，并隨不同細菌而異。用革蘭染色法可將細菌分為兩大類，即革蘭陽性菌和革蘭陰性菌一、細胞壁（cellwall）革蘭氏陽性菌革蘭氏陰性菌保護原生質體免受滲透壓等外力引起破裂的作用維持細菌的細胞形態(tài)阻擋某些大分子有害物分子進入和保留蛋白質在間質細胞壁為鞭毛提供支點，使鞭毛運動與細菌的抗原性、致病性和對噬菌體的敏感性密切相關細菌細胞壁的生理功能：細菌細胞壁的化學組成與結構：細菌細胞壁的多樣性革蘭陽性菌與陰性菌細胞壁化學組成的比較細胞壁革蘭陽性菌革蘭陰性菌強度較堅韌較疏松厚度20-80nm10nm肽聚糖層數(shù)可多達50層1-2層肽聚糖含量占細胞壁干重40%-90%占細胞壁干重10%磷壁酸+—脂多糖—+蛋白質約20%+脂肪1%~4%11%~22%（1）肽聚糖是細菌細胞壁中特有的成分，是細胞壁主要成分。肽聚糖是一種雜多糖衍生物，又叫粘多糖、胞壁質、粘肽復合物。每一個肽聚糖單體由三部分構成：雙糖單位、四肽尾、肽橋。1、G+細菌的細胞壁雙糖單位：兩種糖衍生物，由N—乙酰葡糖胺（以G表示）和N—乙酰胞壁酸（以M表示）通過β-1，4糖苷鍵交替連接起來，構成肽聚糖骨架。MGMG雙糖單位四肽尾：一般由4個氨基酸按L型和D型交替連接而成。短肽尾借其肽鍵連接在N—乙酰胞壁酸上。MGMGL-AlaD-GluL-LysD-Ala金黃色葡萄球菌四肽側鏈為例：肽橋：變化甚多，由此形成“肽聚糖的多樣性”。金黃色葡萄球菌中，肽橋為甘氨酸五肽，起著連接前后2個四肽尾分子的“橋梁”作用。MGL-AlaD-GluL-LysD-AlaMGL-AlaD-GluL-LysD-Ala革蘭陽性菌肽聚糖—聚糖骨架、四肽側鏈、肽橋N-乙酰葡糖胺(NAG)N-乙酰胞壁酸(NAM)

（2）磷壁酸是G+

細菌細胞壁所特有的成分，約占細胞干重的50％。主要成分為甘油磷酸或核糖醇磷酸。根據(jù)結合部位不同可分為兩種類型：壁磷壁酸和膜磷壁酸。1、G+細菌的細胞壁（1）肽聚糖以E.coli為典型代表，與G+細菌基本相同，差別在于：四肽尾的第三個氨基酸分子是二氨基庚二酸（DAP）沒有特殊的肽橋，只形成較稀疏、機械強度較差的肽聚糖網(wǎng)套2、G-細菌的細胞壁MGL-AlaD-GluDAPD-AlaMGL-AlaD-GluDAPD-Ala革蘭陰性菌肽聚糖—聚糖骨架、四肽側鏈革蘭氏陽性菌革蘭氏陰性菌脂多糖LPS磷脂脂蛋白（2）外膜2、G-細菌的細胞壁3、溶菌酶、青霉素對細菌細胞壁的作用4、革蘭氏染色1884年，丹麥醫(yī)生C.Gram發(fā)明程序：（1）初染（草酸銨結晶紫1min）（2）媒染（碘液1min）（3）脫色（乙醇或丙酮）（4）復染（蕃紅1min）結果判斷：菌體呈紫色的為革蘭氏陽性菌（G+）

菌體呈紅色的為革蘭氏陰性菌（G-）

ABBBAB

AA（1）初染（草酸銨結晶紫）革蘭氏染色程序和結果ABBBAB

AA革蘭氏染色程序和結果（2）媒染劑（碘液30S）ABBBAB

AA革蘭氏染色程序和結果（3）脫色（乙醇）ABBBAB

AA革蘭氏染色程序和結果（4）復染（蕃紅）A：革蘭氏陽性細菌G+B：革蘭氏陰性細菌G﹣何為革蘭氏染色的關鍵步驟？染色原理：當用脫色劑處理時，兩類細菌的脫色效果是不同的。G+細菌的細胞壁結構和組成特點，用乙醇(或丙酮)脫色時細胞壁脫水、使肽聚糖層的網(wǎng)狀結構孔徑縮小，透性降低，從而使結晶紫-碘的復合物不易被洗脫而保留在細胞內，經(jīng)脫色和復染后仍保留初染劑的藍紫色。G-菌則不同，其細胞壁結構和組成特點，當脫色處理時，脂質被乙醇(或丙酮)溶解，細胞壁透性增大，使結晶紫-碘的復合物比較容易被洗脫出來，用復染劑復染后，細胞被染上復染劑的紅色。

5、缺壁細菌缺壁細菌實驗室自發(fā)缺壁突變：L型細菌自然界：人工方法去壁支原體原生質體球狀體L型細菌：1935年時，在英國Lister預防醫(yī)學研究所中發(fā)現(xiàn)一種由自發(fā)突變而形成細胞壁缺損的細菌——念珠狀鏈桿菌，它的細胞膨大，對滲透壓十分敏感，在固體培養(yǎng)基表面形成“油煎蛋”似的小菌落。由于李斯德(Lister)研究所的第一字母是“L”，故稱L型細菌。許多G+菌和G-菌都可形成L型。專指實驗室或宿主體內通過自發(fā)突變而形成的遺傳性穩(wěn)定的細胞壁缺損菌株。原生質體（protoplast）：指在人工條件下用溶菌酶除盡原有細胞壁或用青霉素抑制細胞壁的合成后，所留下的僅由細胞膜包裹著的圓球狀滲透敏感細胞，一般由G+菌形成；球狀體（sphaeroplast）：指還殘留部分細胞壁的原生質體，一般由G-

菌形成

原生質體和球狀體共有的特點：無完整的細胞壁，細胞呈球狀，對滲透壓較敏感，即使有鞭毛也無法運動，對相應噬菌體不敏感，細胞不能分裂等。意義：雜交育種遺傳學基本原理研究比較項目G+細菌G-細菌1、革蘭氏染色反應能阻留結晶紫而染成紫色可經(jīng)脫色而復染成紅色2、肽聚糖層厚，層次多薄，一般單層3、磷壁酸多數(shù)含有無4、外膜無有5、脂多糖（LPS）無有6、類脂和脂蛋白含量低（僅抗酸性細菌含類脂）高7、鞭毛結構基體上著生2個環(huán)基體上著生4個環(huán)8、產(chǎn)毒素以外毒素為主以內毒素為主9、對機械力的抗性強弱10、細胞壁抗溶菌酶弱強11、對青霉素和磺胺敏感不敏感12、對鏈霉素、氯霉素和四環(huán)素不敏感敏感13、堿性染料的抑菌作用強弱14、對陰離子去污劑敏感不敏感15、對疊氮化鈉敏感不敏感16、對干燥抗性強抗性弱17、產(chǎn)芽孢有的產(chǎn)不產(chǎn)3.1細菌1、細胞質膜：又稱細胞膜，是緊貼在細胞壁的內側而包圍細胞質的一層柔軟、富有彈性的半滲透性薄膜。二、原生質體（protoplasm）化學組成：蛋白質，60％～70％，種類多達200多種。磷脂，30％～40％，（磷酸、甘油、脂肪酸和含膽堿）多糖，約2％

磷脂分子結構

細胞質膜的結構磷脂雙分子層結構周邊蛋白（integralprotein）整合蛋白（peripheralprotein）細胞質膜的結構液態(tài)鑲嵌模型Singer&Nicolson（1972）細胞質膜的功能維持滲透壓的梯度和溶質的轉移合成細胞壁各種組分和糖被有關成分的重要場所中間體含有細胞色素，參與呼吸作用。中間體與染色體的分離和細胞分裂有關，還為DNA提供附著點在細胞質膜上進行能量代謝和物質代謝鞭毛的著生點，并提供鞭毛旋轉運動的能量中間體（mesosome）由細胞膜內陷形成的一種管狀、層狀或囊狀結構的膜內折系統(tǒng)，位于細胞質膜的表面或深部。G＋中有一個或數(shù)個較為發(fā)達的間體，G－中較少見。

白喉桿菌的中間體2、細胞質及內含物：

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%。原核生物的細胞質不流動。透明粘液狀物質核酸、蛋白質、脂類、糖無機鹽、水

C源糖原有機PHB(聚β-羥丁酸)

藻青素儲藏物N源核糖體多肽內含物無機異染顆粒硫粒氣泡類囊體羧酶體磁小體2、細胞質及內含物：

核糖體（ribosome）2、細胞質及內含物：

細胞質中的一種顆粒狀物質，由核糖核酸RNA(60%)和蛋白質(40%)組成，常以游離狀態(tài)或多聚核糖狀態(tài)分布于細胞質中。它是蛋白質的合成場所。原核微生物核糖體一般為70S，真核微生物核糖體一般為80S。異染粒（多聚磷酸鹽顆粒）主要成分多聚偏磷酸核糖核酸、蛋白質、脂質等異染現(xiàn)象

這些顆?？梢杂煤芏鄩A性染料染色。如用甲苯胺藍染色時同多聚磷酸鹽結合成淡紅紫色功能儲藏能源和磷源降低滲透壓菌種鑒定（白喉棒桿菌、結核分支桿菌）聚β-羥基丁酸（PHB）由β-丁酸單位形成的直鏈聚合物，集合成高度折射性的小球狀物，隨細胞老化更加突出。功能:儲藏能源和碳源維持細胞中性環(huán)境，避免酸性增高降低細胞滲透壓產(chǎn)堿菌固氮菌假單胞菌氣泡由一層膜包起來，該膜由蛋白質組成，含有重復的蛋白質亞單位。功能使細胞具浮力有利于吸收溶解氧羧酶體

1,5-二磷酸核酮糖羧化酶酶系Calvine循環(huán)中的關鍵酶

5-磷酸核酮糖激酶

是自養(yǎng)類細菌所特有的內膜結構，被一層厚約3.5nm的蛋白質單層膜所包圍，是固定CO2的場所。磁小體趨磁細菌：一類在外磁場作用下能作定向運動并在體內形成磁小體的細菌。主要成分：Fe3O4和Fe3S4功能：導向作用，微氧環(huán)境已知主要為水生螺菌屬和嗜膽球菌屬3、擬核：

細菌無真正的細胞核，沒有核膜，沒有核仁，結構也很簡單，因此稱擬核、原始核、核質體等。由DNA纖維組成，即由一條環(huán)狀雙鏈的DNA分子高度折疊纏繞形成。功能是決定遺傳性狀和傳遞遺傳信息。著染后觀察，成球狀、棒狀、啞鈴狀。1、夾膜（capsule）：夾膜是一些細菌在其細胞表面分泌的一種粘性物質，能穩(wěn)定附著在細胞壁表面，使細菌與外界環(huán)境有明顯的邊緣。

三、特殊結構化學組成：含水率在90％～98％，多糖或多肽。厚度：≥0.2mm莢膜，＜0.2mm微莢膜。形成條件：