第三章 原核微生物

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

主要內(nèi)容：

細(xì)菌:細(xì)胞結(jié)構(gòu)、染色原理古菌：產(chǎn)甲烷菌

放線菌藍(lán)細(xì)菌：與水體富營(yíng)養(yǎng)化的關(guān)系其他原核微生物3.1細(xì)菌細(xì)菌（Bacteria）是自然界中分布最廣、數(shù)量最大、與人類關(guān)系極為密切的一類微生物。細(xì)菌的應(yīng)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(jī)酸及抗生素等的發(fā)酵生產(chǎn)；農(nóng)業(yè)上如殺蟲菌劑、細(xì)菌肥料的生產(chǎn)和在沼氣發(fā)酵等方面的應(yīng)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(xì)菌在環(huán)保和國(guó)防上的應(yīng)用等。2.5.1病毒對(duì)物理因素的抵抗力3.1.1細(xì)菌的個(gè)體形態(tài)與大小一、個(gè)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(duì)物理因素的抵抗力1、球菌球菌單獨(dú)存在時(shí)，細(xì)胞呈球形或近球形。根據(jù)其繁殖時(shí)細(xì)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(duì)物理因素的抵抗力2、桿菌桿菌細(xì)胞呈桿壯或圓柱狀，形態(tài)多樣。不同桿菌其長(zhǎng)短、粗細(xì)差別較大。有短桿或球狀（長(zhǎng)寬非常接近），如甲烷短桿菌屬；有長(zhǎng)桿或棒桿狀（長(zhǎng)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(duì)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(xì)胞呈螺旋彎曲狀，常以單細(xì)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(hào)形，螺旋不足一周螺菌：菌體堅(jiān)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(duì)物理因素的抵抗力

細(xì)菌細(xì)胞的形態(tài)與排列方式在細(xì)菌的分類鑒定上具有重要的意義。但某種細(xì)菌的細(xì)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(shì)。在正常情況下，細(xì)菌的形態(tài)是相對(duì)穩(wěn)定的。培養(yǎng)基的化學(xué)組成、濃度培養(yǎng)溫度、pH、培養(yǎng)時(shí)間等的變化，會(huì)引起細(xì)菌的形態(tài)改變。有些細(xì)菌是多形態(tài)的，有周期性的生活史，如粘細(xì)菌可形成無細(xì)胞壁的營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞和子實(shí)體。細(xì)菌的個(gè)體形態(tài)2.5.1病毒對(duì)物理因素的抵抗力3.1.1細(xì)菌的個(gè)體形態(tài)與大小二、細(xì)菌大小細(xì)菌的大小在個(gè)體發(fā)育過程中有變化3.1細(xì)菌3.1.2細(xì)菌的細(xì)胞結(jié)構(gòu)包圍在菌細(xì)胞的最外層，具有堅(jiān)韌而帶有彈性的薄膜。約占菌體的10％～25％。組成較復(fù)雜，并隨不同細(xì)菌而異。用革蘭染色法可將細(xì)菌分為兩大類，即革蘭陽性菌和革蘭陰性菌一、細(xì)胞壁（cellwall）革蘭氏陽性菌革蘭氏陰性菌保護(hù)原生質(zhì)體免受滲透壓等外力引起破裂的作用維持細(xì)菌的細(xì)胞形態(tài)阻擋某些大分子有害物分子進(jìn)入和保留蛋白質(zhì)在間質(zhì)細(xì)胞壁為鞭毛提供支點(diǎn)，使鞭毛運(yùn)動(dòng)與細(xì)菌的抗原性、致病性和對(duì)噬菌體的敏感性密切相關(guān)細(xì)菌細(xì)胞壁的生理功能：細(xì)菌細(xì)胞壁的化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)：細(xì)菌細(xì)胞壁的多樣性革蘭陽性菌與陰性菌細(xì)胞壁化學(xué)組成的比較細(xì)胞壁革蘭陽性菌革蘭陰性菌強(qiáng)度較堅(jiān)韌較疏松厚度20-80nm10nm肽聚糖層數(shù)可多達(dá)50層1-2層肽聚糖含量占細(xì)胞壁干重40%-90%占細(xì)胞壁干重10%磷壁酸+—脂多糖—+蛋白質(zhì)約20%+脂肪1%~4%11%~22%（1）肽聚糖是細(xì)菌細(xì)胞壁中特有的成分，是細(xì)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(zhì)、粘肽復(fù)合物。每一個(gè)肽聚糖單體由三部分構(gòu)成：雙糖單位、四肽尾、肽橋。1、G+細(xì)菌的細(xì)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(gòu)成肽聚糖骨架。MGMG雙糖單位四肽尾：一般由4個(gè)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(cè)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?yàn)楦拾彼嵛咫?，起著連接前后2個(gè)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(cè)鏈、肽橋N-乙酰葡糖胺(NAG)N-乙酰胞壁酸(NAM)

（2）磷壁酸是G+

細(xì)菌細(xì)胞壁所特有的成分，約占細(xì)胞干重的50％。主要成分為甘油磷酸或核糖醇磷酸。根據(jù)結(jié)合部位不同可分為兩種類型：壁磷壁酸和膜磷壁酸。1、G+細(xì)菌的細(xì)胞壁（1）肽聚糖以E.coli為典型代表，與G+細(xì)菌基本相同，差別在于：四肽尾的第三個(gè)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(jī)械強(qiáng)度較差的肽聚糖網(wǎng)套2、G-細(xì)菌的細(xì)胞壁MGL-AlaD-GluDAPD-AlaMGL-AlaD-GluDAPD-Ala革蘭陰性菌肽聚糖—聚糖骨架、四肽側(cè)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(xì)菌的細(xì)胞壁3、溶菌酶、青霉素對(duì)細(xì)菌細(xì)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(jié)晶紫1min）（2）媒染（碘液1min）（3）脫色（乙醇或丙酮）（4）復(fù)染（蕃紅1min）結(jié)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(jié)晶紫）革蘭氏染色程序和結(jié)果ABBBAB

AA革蘭氏染色程序和結(jié)果（2）媒染劑（碘液30S）ABBBAB

AA革蘭氏染色程序和結(jié)果（3）脫色（乙醇）ABBBAB

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

5、缺壁細(xì)菌缺壁細(xì)菌實(shí)驗(yàn)室自發(fā)缺壁突變：L型細(xì)菌自然界：人工方法去壁支原體原生質(zhì)體球狀體L型細(xì)菌：1935年時(shí)，在英國(guó)Lister預(yù)防醫(yī)學(xué)研究所中發(fā)現(xiàn)一種由自發(fā)突變而形成細(xì)胞壁缺損的細(xì)菌——念珠狀鏈桿菌，它的細(xì)胞膨大，對(duì)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(xì)菌。許多G+菌和G-菌都可形成L型。專指實(shí)驗(yàn)室或宿主體內(nèi)通過自發(fā)突變而形成的遺傳性穩(wěn)定的細(xì)胞壁缺損菌株。原生質(zhì)體（protoplast）：指在人工條件下用溶菌酶除盡原有細(xì)胞壁或用青霉素抑制細(xì)胞壁的合成后，所留下的僅由細(xì)胞膜包裹著的圓球狀滲透敏感細(xì)胞，一般由G+菌形成；球狀體（sphaeroplast）：指還殘留部分細(xì)胞壁的原生質(zhì)體，一般由G-

菌形成

原生質(zhì)體和球狀體共有的特點(diǎn)：無完整的細(xì)胞壁，細(xì)胞呈球狀，對(duì)滲透壓較敏感，即使有鞭毛也無法運(yùn)動(dòng)，對(duì)相應(yīng)噬菌體不敏感，細(xì)胞不能分裂等。意義：雜交育種遺傳學(xué)基本原理研究比較項(xiàng)目G+細(xì)菌G-細(xì)菌1、革蘭氏染色反應(yīng)能阻留結(jié)晶紫而染成紫色可經(jīng)脫色而復(fù)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(xì)菌含類脂）高7、鞭毛結(jié)構(gòu)基體上著生2個(gè)環(huán)基體上著生4個(gè)環(huán)8、產(chǎn)毒素以外毒素為主以內(nèi)毒素為主9、對(duì)機(jī)械力的抗性強(qiáng)弱10、細(xì)胞壁抗溶菌酶弱強(qiáng)11、對(duì)青霉素和磺胺敏感不敏感12、對(duì)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(qiáng)弱14、對(duì)陰離子去污劑敏感不敏感15、對(duì)疊氮化鈉敏感不敏感16、對(duì)干燥抗性強(qiáng)抗性弱17、產(chǎn)芽孢有的產(chǎn)不產(chǎn)3.1細(xì)菌1、細(xì)胞質(zhì)膜：又稱細(xì)胞膜，是緊貼在細(xì)胞壁的內(nèi)側(cè)而包圍細(xì)胞質(zhì)的一層柔軟、富有彈性的半滲透性薄膜。二、原生質(zhì)體（protoplasm）化學(xué)組成：蛋白質(zhì)，60％～70％，種類多達(dá)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(jié)構(gòu)

細(xì)胞質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)磷脂雙分子層結(jié)構(gòu)周邊蛋白（integralprotein）整合蛋白（peripheralprotein）細(xì)胞質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)液態(tài)鑲嵌模型Singer&Nicolson（1972）細(xì)胞質(zhì)膜的功能維持滲透壓的梯度和溶質(zhì)的轉(zhuǎn)移合成細(xì)胞壁各種組分和糖被有關(guān)成分的重要場(chǎng)所中間體含有細(xì)胞色素，參與呼吸作用。中間體與染色體的分離和細(xì)胞分裂有關(guān)，還為DNA提供附著點(diǎn)在細(xì)胞質(zhì)膜上進(jìn)行能量代謝和物質(zhì)代謝鞭毛的著生點(diǎn)，并提供鞭毛旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的能量中間體（mesosome）由細(xì)胞膜內(nèi)陷形成的一種管狀、層狀或囊狀結(jié)構(gòu)的膜內(nèi)折系統(tǒng)，位于細(xì)胞質(zhì)膜的表面或深部。G＋中有一個(gè)或數(shù)個(gè)較為發(fā)達(dá)的間體，G－中較少見。

白喉?xiàng)U菌的中間體2、細(xì)胞質(zhì)及內(nèi)含物：

細(xì)胞質(zhì)（cytoplasm）是細(xì)胞質(zhì)膜包圍的除核區(qū)外的一切半透明、膠狀、顆粒狀物質(zhì)的總稱。含水量約80%。原核生物的細(xì)胞質(zhì)不流動(dòng)。透明粘液狀物質(zhì)核酸、蛋白質(zhì)、脂類、糖無機(jī)鹽、水

C源糖原有機(jī)PHB(聚β-羥丁酸)

藻青素儲(chǔ)藏物N源核糖體多肽內(nèi)含物無機(jī)異染顆粒硫粒氣泡類囊體羧酶體磁小體2、細(xì)胞質(zhì)及內(nèi)含物：

核糖體（ribosome）2、細(xì)胞質(zhì)及內(nèi)含物：

細(xì)胞質(zhì)中的一種顆粒狀物質(zhì)，由核糖核酸RNA(60%)和蛋白質(zhì)(40%)組成，常以游離狀態(tài)或多聚核糖狀態(tài)分布于細(xì)胞質(zhì)中。它是蛋白質(zhì)的合成場(chǎng)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(zhì)、脂質(zhì)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(lán)染色時(shí)同多聚磷酸鹽結(jié)合成淡紅紫色功能儲(chǔ)藏能源和磷源降低滲透壓菌種鑒定（白喉棒桿菌、結(jié)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(xì)胞老化更加突出。功能:儲(chǔ)藏能源和碳源維持細(xì)胞中性環(huán)境，避免酸性增高降低細(xì)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(zhì)組成，含有重復(fù)的蛋白質(zhì)亞單位。功能使細(xì)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(guān)鍵酶

5-磷酸核酮糖激酶

是自養(yǎng)類細(xì)菌所特有的內(nèi)膜結(jié)構(gòu)，被一層厚約3.5nm的蛋白質(zhì)單層膜所包圍，是固定CO2的場(chǎng)所。磁小體趨磁細(xì)菌：一類在外磁場(chǎng)作用下能作定向運(yùn)動(dòng)并在體內(nèi)形成磁小體的細(xì)菌。主要成分：Fe3O4和Fe3S4功能：導(dǎo)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(xì)菌無真正的細(xì)胞核，沒有核膜，沒有核仁，結(jié)構(gòu)也很簡(jiǎn)單，因此稱擬核、原始核、核質(zhì)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(xì)菌在其細(xì)胞表面分泌的一種粘性物質(zhì)，能穩(wěn)定附著在細(xì)胞壁表面，使細(xì)菌與外界環(huán)境有明顯的邊緣。

三、特殊結(jié)構(gòu)化學(xué)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：