第二章 原核微生物的形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能

第二章

原核微生物的形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能

教學(xué)內(nèi)容細菌放線菌藍細菌支原體、立克次氏體和衣原體教學(xué)要求教學(xué)重點：原核生物G+和G-細胞壁在結(jié)構(gòu)和功能上的區(qū)別；革蘭氏染色的機制；芽孢的構(gòu)造、形成和耐熱機制；鞭毛、菌毛、性毛等特殊構(gòu)造的區(qū)別。教學(xué)難點：細菌的細胞壁結(jié)構(gòu)；革蘭氏染色的機制。第一節(jié)細菌一、細菌的形態(tài)、構(gòu)造及其功能（一）形態(tài)和染色1、細菌的形態(tài)和排列

球菌(Coccus)桿菌(Bacillus)螺旋菌(Spirlla)其他形狀的細菌螺旋菌柄菌絲球菌(coccus)單球菌雙球菌四聯(lián)球菌八疊球菌葡萄球菌鏈球菌球菌(coccus)diplococci

（雙球菌）Streptococci（鏈球菌）

tetracocci四聯(lián)球菌sarcinae

（八疊球菌）staphylococci

（葡萄球菌）......................................................................雙球菌（顯微鏡下示意圖）雙球菌(doublecoccus)Micrococcus–aerobic,gram-positive,cellarrangesmainlyinpairs,orirregularclusters.Theyareoftenyellow,orangeorredincolour上：顯微鏡效果下：電鏡照片四聯(lián)球菌(Micrococcuslactis)八疊球菌(Sarcinaureae)八疊球菌（顯微鏡下示意圖）左：電鏡照片右：顯微鏡下的金黃色葡萄球菌葡萄球菌(Staphylococcusaureus)Staphylococcus-facultativelyanaerobic,gram-positive,usuallyformirregularclusters,nonmotile,catalasepositivebutoxidasenegative,fermentglucoseanaerobically.staphylococcistaphylococci鏈球菌（Streptococcus

）顯微鏡下示意圖電鏡照片Streptococcus-facultativelyanaerobicormicroaerophilic,catalasenegative,gram-positive,Cellarrangesinpairsorchains,usuallynonmotile,

Afewspeciesareanaerobicratherthanfacultative.

電子顯微鏡下的結(jié)核菌（綠色的就是結(jié)核桿菌）桿菌動物宿主細胞感染桿菌瀕臨死亡電鏡照片鏈桿菌螺旋菌（Spirlla)Vibrio（弧菌）Spirillum（螺旋菌）Spirochete（螺旋體）顯微鏡下的螺旋菌

幽門螺旋菌左：顯微數(shù)碼攝像右：結(jié)構(gòu)示意圖2.一般細菌的大小范圍：0.5~1um（直徑）0.2~1um(直徑)

X1~80um(長度)0.3~1um(直徑)

X1~50um(長度)(長度是菌體兩端點之間的距離,而非實際長度)費氏刺骨魚菌(Epulopisciumfishelsoni):生活在一種棕色刺尾魚科腸中的一種巨大細菌，最大可達0.6mm*0.08mm.納米比亞硫磺珍珠(Thiomargaritanamibiensis，2004年由德國麥斯賓克海洋微生物學(xué)院的生物學(xué)家舒爾斯在非洲西南面的納米比亞海岸發(fā)現(xiàn)。這細菌呈球形細胞，闊度普遍有0.1-0.3mm。它們住在納米比亞海岸的沉淀物，因含有微小的硫磺顆粒，所以發(fā)出閃爍的白色。當它們排列成一行的時候，就好像一串閃亮的珍珠鏈。細菌染色法死菌正染色負染色：簡單染色法鑒別染色法革蘭氏染色法抗酸性染色法芽孢染色法莢膜染色法等活菌:用美藍或TTC（氯化三苯基四唑）等作活菌染色姬姆薩染色法3.細菌染色法(二)構(gòu)造1、細胞壁2、細胞膜3、細胞質(zhì)和內(nèi)含物4、核區(qū)5、特殊的休眠構(gòu)造——芽孢6、細菌細胞壁以外的構(gòu)造———糖被7、細菌細胞壁以外的構(gòu)造———鞭毛8、細菌細胞壁以外的構(gòu)造———菌毛9、細菌細胞壁以外的構(gòu)造———性毛A.細菌細胞的一般構(gòu)造a.細胞壁概念：是位于細胞最外的一層厚實、堅韌的外被，主要由肽聚糖構(gòu)成，有固定細胞外形和保護細胞等多種生理功能。

功能：固定細胞外形協(xié)助鞭毛運動保護細胞免受外力的損傷為正常細胞分裂所必需阻攔有害物質(zhì)進入細胞與細菌的抗原性、致病性和對噬菌體的敏感性密切相關(guān)證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(zhì)、壁分離與適當?shù)娜旧梢栽诠鈱W(xué)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(zhì)體，觀察細胞形態(tài)的變化；周質(zhì)空間革蘭氏陽性革蘭氏陰性1.革蘭氏陽性菌的細胞壁細胞壁的特點厚度大(20~80nm)，化學(xué)組分簡單，一般只含90%肽聚糖和10%磷壁酸。革蘭氏陽性細菌的細胞壁肽聚糖(peptidoglycan)磷壁酸(teichoicacid)（1）肽聚糖又稱粘肽(mucopeptide)、胞壁質(zhì)(murein)或粘質(zhì)復(fù)合物(mucocomplex),是真細菌細胞壁中的特有成分。金黃色葡萄球菌具有典型的肽聚糖，厚約20~80nm，由25-40層左右的網(wǎng)狀分子交織成的網(wǎng)套覆蓋在整個細胞上。原核生物所特有的已糖雙糖單位肽聚糖單體雙糖單位由N-乙酰葡萄糖胺(G)和N-乙酰胞壁酸(M)組成，2者由β-1,4-糖苷鍵相連。而β-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。肽尾短肽(4~5個氨基酸)，在金黃色葡萄球菌中為L-Ala→D-Glu→L-Lys→D-Ala肽橋1~5個氨基酸，連接前后2個四肽尾分子，作用于肽聚糖的多樣性（2）磷壁酸功能G+抗原(表面抗原決定因子為磷壁酸)噬菌體的吸附位點聚集陽離子Mg2+保持胞壁透性激活酶活性

G+特有的同肽聚糖混在一起的是一類分子比較短(6~9個)的陰離子多聚物以甘油磷壁酸為主鏈核糖醇磷壁酸2.革蘭氏陰性菌的細胞壁（1）肽聚糖：埋藏在外膜層之內(nèi)，是僅由1~2層肽聚糖網(wǎng)狀分子組成的薄層(2~3nm)，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。四肽尾第四個氨基酸分子不是L-Lys，而是內(nèi)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))沒有特殊的肽橋,只形成較為稀疏、機械強度較差的肽聚糖網(wǎng)套(見p18表1-3)肽聚糖結(jié)構(gòu)與革蘭氏陽性菌的區(qū)別（2）外膜(outermembrane)：位于革蘭氏陰性細菌細胞壁外層,由脂多糖、磷脂和脂蛋白等若干種蛋白質(zhì)組成的膜，有時也稱為外壁。脂蛋白磷脂脂多糖外膜（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(8~10nm)的類脂多糖類物質(zhì)，由類脂A、核心多糖(corepolysaccharide)和O-特異側(cè)鏈(O-specificsidechain，或稱O-多糖或O-抗原)三部分組成。外核心區(qū)：5個己糖內(nèi)核心區(qū)：2-酮-3-脫氧新糖酸(KDO)和L-甘油-D-甘露庚糖(Hep)脂多糖的主要功能①LPS結(jié)構(gòu)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；根據(jù)LPS抗原性的測定,沙門氏菌屬(Salmonella)的抗原型多達2107種,一般都源自O(shè)-特異側(cè)鏈種類的變化.這種多變性是革蘭氏陰性細菌躲避宿主免疫系統(tǒng)攻擊,保持感染成功的重要手段.也可依此用靈敏的血清學(xué)方法對病原菌進行鑒定,在傳染病的診斷中有其重要意義。②LPS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(jié)構(gòu)穩(wěn)定作用。③類脂A是革蘭氏陰性細菌致病物質(zhì)——內(nèi)毒素的物質(zhì)基礎(chǔ)；④具有控制某些物質(zhì)進出細胞的部分選擇性屏障功能；⑤許多噬菌體在細胞表面的吸附受體。(3)外膜蛋白(outermembraneprotein)

嵌合在LPS和磷脂層外膜上的蛋白.有20余種,但多數(shù)功能尚不清楚。脂蛋白是一種通過共價鍵使外膜層牢固地連接在肽聚糖內(nèi)壁層上的蛋白，分子量約為7200。另有2種蛋白研究得較為清楚，稱孔蛋白。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(zhì)進行選擇。

非特異性孔蛋白特異性孔蛋白可通過分子量小于800~900的任何親水性分子只容許一種或少數(shù)幾種相關(guān)物質(zhì)通過，如維生素B12和核苷酸等。（4）周質(zhì)空間(periplasmicspace,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12~15nm)，呈膠狀。周質(zhì)空間是進出細胞的物質(zhì)的重要中轉(zhuǎn)站和反應(yīng)場所。在周質(zhì)空間中,存在著多種周質(zhì)蛋白(periplasmicproteins）。水解酶類：蛋白酶、核酸酶合成酶類：肽聚糖合成酶結(jié)合蛋白：具有借促進擴散而運送營養(yǎng)物質(zhì)的作用受體蛋白：與細胞趨化性有關(guān)（5）外膜與內(nèi)膜間的黏合位點在革蘭氏陰性菌細胞壁的許多部位，存在著外膜與內(nèi)膜的直接接觸點，稱為外膜與內(nèi)膜的黏合位點，每點直徑約20~100nm，其功能是促進營養(yǎng)物質(zhì)直接進入細胞內(nèi)。革蘭氏陽性和陰性細菌的比較(3)G+細菌與G-細菌細胞壁的比較細菌壁厚nm肽聚糖％磷壁酸％脂多糖％蛋白質(zhì)％脂肪％G+20～8040～90+-約201～4G-1010-+約6011～22總結(jié)：1.G+菌具有大量的肽聚糖，獨含磷壁酸，不含脂多糖；2.G-菌含有少量的肽聚糖，獨含脂多糖，蛋白質(zhì)含量較多，不含磷壁酸。3.抗酸細菌的細胞壁抗酸細菌(acid-fastbacteria)是細胞壁含有大量分枝菌酸等蠟質(zhì)的特殊革蘭氏陽性菌。被酸性復(fù)紅染色后，不能被鹽酸乙醇脫色，故名。以分枝桿菌屬的結(jié)核分枝桿菌和麻風(fēng)分枝桿菌為代表。抗酸細菌的細胞壁含60%的類脂（索狀因子、分枝菌酸），肽聚糖含量少，因而結(jié)構(gòu)上類似于G-，而革蘭氏染色上卻為G+。分枝菌酸是一類含60~90個C原子的分支長鏈β-羥基脂肪酸，連接在由阿拉伯糖和半乳糖交替連接形成的雜多糖鏈上，并通過磷脂鍵與肽聚糖鏈相連接。4.古生菌的細胞壁細胞壁沒有真正的肽聚糖，由多糖（假肽聚糖）、糖蛋白或蛋白質(zhì)構(gòu)成。（1）假肽聚糖細胞壁：甲烷桿菌屬等細胞壁由假肽聚糖組成。多糖骨架由N-乙酰葡糖胺和N-乙酰塔羅糖胺糖醛酸以β-1,3糖苷鍵交替連接而成。肽尾由L-Glu、L-Ala、L-Lys組成，肽橋由L-Glu一個氨基酸組成。（2）獨特多糖細胞壁：細胞壁含獨特多糖-甲烷八疊球菌；（3）硫酸化多糖細胞壁：細胞壁由硫酸化多糖組成-鹽球菌屬；（4）糖蛋白細胞壁：細胞壁由糖蛋白組成-鹽桿菌屬；（5）蛋白質(zhì)細胞壁：細胞壁由蛋白質(zhì)組成-甲烷球菌屬、甲烷微菌屬。5.細胞壁缺陷細菌：缺壁細菌

實驗室或宿主體內(nèi)形成在自然界長期進化中形成——支原體自發(fā)突變---L型細菌---有繁殖力人工去壁徹底去盡---原生質(zhì)體（G+）部分去除---球狀體（G-）缺壁細菌無繁殖力細菌在某些環(huán)境條件下(實驗室或宿主體內(nèi))通過自發(fā)突變而形成的遺傳性穩(wěn)定的細胞壁缺陷變異型。

1935年，英國李斯德(Lister)預(yù)防研究所首先發(fā)現(xiàn)念珠狀鏈桿菌(Streptobacillusmoniliformis）而得名。大腸桿菌、變形桿菌、葡萄球菌、鏈球菌、分枝桿菌和霍亂弧菌等20多種細菌中均有發(fā)現(xiàn)，被認為可能與針對細胞壁的抗菌治療有關(guān)。（a）L型細菌（L-formofbacteria）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）。（b）原生質(zhì)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，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；在適宜條件(如高滲培養(yǎng)基)可生長繁殖,形成菌落,形成芽孢及恢復(fù)成有細胞壁的正常結(jié)構(gòu).有的原生質(zhì)體具有鞭毛,但不能運動,也不被相應(yīng)噬菌體所感染；比正常有細胞壁的細菌更易導(dǎo)入外源遺傳物質(zhì),是研究遺傳規(guī)律和進行原生質(zhì)體育種的良好實驗材料.（c）球狀體(sphaeroplast),又稱原生質(zhì)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(zhì)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.（d）支原體(Mycoplasma)在長期進化過程中形成的、適應(yīng)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。6.革蘭氏染色的機制革蘭氏染色法的機制1）革蘭氏染色與等電點有關(guān)革蘭氏陽性菌2～3，陰性菌4～5，在堿性染色劑中陽性菌帶電荷多，與染料的結(jié)合力大。用碘－碘化鉀媒染時，都降低了等電點，但陽性菌降的多，與染料的結(jié)合力更大（相對陰性菌）。當用乙醇脫色時，陰性菌被脫色，陽性菌不褪色。2）革蘭氏染色與細胞壁有關(guān)革蘭氏陽性菌含有40～90%的肽聚糖，很少的脂類1～4％。革蘭氏陰性菌含有很多的脂類11～22%，較少的肽聚糖10％。用乙醇脫色時，對于陰性菌，乙醇可以溶解脂類在細胞壁形成較大的孔徑及通透性，乙醇可輕易進入陰性細菌將染料提取出來，使菌體呈無色。對于陽性菌，由于脂類少，但肽聚糖高，乙醇又是脫水劑，使肽聚糖脫水，導(dǎo)致細胞壁的孔徑變小，通透性變差，阻止乙醇進入菌體內(nèi)，陽性菌不褪色。b.細胞壁以內(nèi)的構(gòu)造——原生質(zhì)體包括細胞質(zhì)膜、細胞質(zhì)和核區(qū)3部分。1.細胞質(zhì)膜(cytoplasmicmembrane)：又稱質(zhì)膜(plasmamembrane)、細胞膜(cellmembrane)或內(nèi)膜(innermembrane)，是緊貼在細胞壁內(nèi)側(cè)、包圍著細胞質(zhì)的一層柔軟、脆弱、富有彈性的半透性薄膜,厚約7～8nm,由磷脂(占20%～30%)和蛋白質(zhì)(占50%～70%)組成。（1）細菌的細胞質(zhì)膜通過質(zhì)壁分離、選擇性染色、原生質(zhì)體破裂或電子顯微鏡觀察等方法，可以證明細胞膜的存在。電鏡觀察到的細胞質(zhì)膜,是在上下兩暗色層之間夾著一淺色中間層的雙層膜結(jié)構(gòu),這與細胞膜的化學(xué)組成有關(guān)。細胞膜的化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)模型：細胞膜的化學(xué)組成主要為蛋白質(zhì)、脂類和多糖。蛋白質(zhì)（占50%～70%）、脂類為磷脂（占20%～30%）、多糖約占2％。磷脂親水的極性端疏水的非極性端在極性頭的甘油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、磷脂酰膽堿、磷脂酰絲氨酸或磷脂酰肌醇等.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。液態(tài)鑲嵌模型(fluidmosaicmodel)——1972年,辛格(J.S.Singer)和尼科爾森(G.L.Nicolson)膜的主體是脂質(zhì)雙分子層；脂質(zhì)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(zhì)雙分子層的疏水性內(nèi)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(zhì)雙分子層表面的極性頭相連；脂質(zhì)分子間或脂質(zhì)與蛋白質(zhì)分子間無共價結(jié)合；脂質(zhì)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。④⑤細胞膜的生理功能：①選擇性地控制細胞內(nèi)、外的營養(yǎng)物質(zhì)和代謝產(chǎn)物的運送；②是維持細胞內(nèi)正常滲透壓的屏障；③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；④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(chǎn)能場所；⑤是鞭毛基體的著生部位和鞭毛旋轉(zhuǎn)的供能部位。間體（mesosome，或中體）：細胞質(zhì)膜內(nèi)褶而形成的囊狀構(gòu)造,其中充滿著層狀或管狀的泡囊.多見于革蘭氏陽性細菌。與青霉素酶分泌、DNA復(fù)制、分配以及細胞分裂有關(guān)。近年來也有學(xué)者認為“間體”僅是電鏡制片時因脫水操作而引起的一種贗像。（2）古菌的細胞質(zhì)膜

在本質(zhì)上也是由磷脂組成，但它比真細菌或真核生物具有更明顯的多樣性。

①親水頭（甘油）與疏水尾（烴鏈）間是通過醚鍵而不是酯鍵連接的；②組成疏水尾的長鏈烴是異戊二烯的重復(fù)單位（如四聚體植烷、六聚體鯊烯等），它與親水頭通過醚鍵連接成甘油二醚（glyceroldiether）或二甘油四醚(diglyceroltetraether)等，而在真細菌或真核生物中的疏水尾則是脂肪酸；③古生菌的細胞質(zhì)膜中存在著獨特的單分子層膜或單雙分子層混合膜，而真細菌或真核生物的細胞質(zhì)膜都是雙分子層。具體地說，當磷脂為二甘油四醚時，連接兩端兩個甘油分子間的兩個植烷（phytanyl）側(cè)鏈間會發(fā)生共價結(jié)合，形成了二植烷(diphytanyl)，這時就形成了獨特的單分子層膜。目前發(fā)現(xiàn)，單分子層膜多存在于嗜高溫的古生菌中，其原因可能是這種膜的機械強度要比雙分子層質(zhì)膜更高。④在甘油的3C分子上，可連接多種與真細菌和真核生物細胞質(zhì)膜不同的基團，如磷酸酯基、硫酸酯基以及多種糖基等。⑤細胞質(zhì)膜上含多種獨特脂類。僅嗜鹽菌類即已發(fā)現(xiàn)有細菌紅素（bacterioruberin）、α-胡蘿卜素、β-胡蘿卜素、番茄紅素、視黃醛[（retinal），可與蛋白質(zhì)結(jié)合成視紫紅質(zhì)(bacteriorhodopsin)]和萘醌等。2.細胞質(zhì)和內(nèi)含物細胞質(zhì)是細胞質(zhì)膜包圍的除核區(qū)以外一切半透明、膠狀、顆粒狀物質(zhì)的總稱。含水量70~80%。原核生物的細胞質(zhì)不流動，與真核生物不同。細胞質(zhì)的主要成分是核糖體、貯藏物、質(zhì)粒、酶類、中間代謝物和吸入的營養(yǎng)物等。少量細菌還有類囊體、羧酶體、氣泡、伴孢晶體或磁小體等。貯藏物碳源及能源類氮源類磷源(異染粒)糖原:大腸桿菌、克雷伯氏菌、芽孢桿菌和藍細菌等聚β-羥丁酸(PHB):固氮菌、產(chǎn)堿菌和腸桿菌等硫粒:紫硫細菌、絲硫細菌、貝氏硫桿菌等藻青素：藍細菌藻青蛋白：藍細菌迂回螺菌、白喉棒桿菌、結(jié)核分枝桿菌（1）貯藏物①聚-β-羥丁酸(poly-β-hydroxybutyrate,PHB)類脂性質(zhì)的碳源類貯藏物。巨大芽孢桿菌(BacillusMegaterium)在含乙酸或丁酸的培養(yǎng)基中生長時,細胞內(nèi)貯藏的PHB可達其干重的60%。PHB于1929年被發(fā)現(xiàn),至今已發(fā)現(xiàn)60屬以上的細菌能合成并貯藏。它無毒、可塑、易降解,被認為是生產(chǎn)醫(yī)用塑料、生物降解塑料的良好原料。②多糖類貯藏物在真細菌中以糖原為多。糖原粒較小，不染色需用電鏡觀察，用碘液染成褐色，可在光學(xué)顯微鏡下看到。有的細菌積累淀粉粒，用碘液染成深蘭色。糖原粒淀粉粒③異染粒(metachromaticgranules)顆粒大小為0.5～1.0μm,是無機偏磷酸的聚合物,一般在含磷豐富的環(huán)境下形成.功能是貯藏磷元素和能量，并可降低細胞的滲透壓.在暗視野顯微鏡下看到的迂回螺菌(Spirillumvolutans)異染粒(迂回體)④藻青素（cyanophycin）

一種內(nèi)源性氮源貯藏物,同時還兼有貯存能源的作用。通常存在于藍細菌中。由含精氨酸和天冬氨酸殘基(1:1)的分支多肽所構(gòu)成,分子量在25000～125000.（2）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。呈鏈狀排列，顆粒形狀為平截八面體、平行六面體或六棱柱體。功能：導(dǎo)向作用，即借鞭毛游向?qū)υ摼钣欣哪?、水界面微氧環(huán)境處生活。實用前景:包括生產(chǎn)磁性定向藥物或抗體，以及制造生物傳感器等。（3）羧酶體(carboxysome)

一些自養(yǎng)細菌細胞內(nèi)的多角形或六角形內(nèi)含物.其大小與噬菌體相仿,約10nm,內(nèi)含1,5-二磷酸核酮糖羧化酶,在自養(yǎng)細菌的CO2固定中起著關(guān)鍵作用。（4）氣泡（gasvocuoles）

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(nèi)含物，大小為0.2～1.0μm×75nm，內(nèi)由數(shù)排柱形小空泡組成，外有2nm厚的蛋白質(zhì)膜包裹。功能:調(diào)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(zhì)。3、核區(qū)（nuclearregionorarea）原核生物所特有的無核膜結(jié)構(gòu)、無固定形態(tài)的原始細胞核.大型環(huán)狀雙鏈DNA分子，長度0.25-3.00nm。在染色體復(fù)制的短時間內(nèi)呈雙倍體。負載遺傳信息。4、特殊的休眠構(gòu)造——芽孢概念：某些細菌在其生長發(fā)育后期，在細胞內(nèi)形成一個圓形或橢圓形、厚壁、含水量極低、抗逆性極強的休眠體，稱為芽孢(endospore或spore，偶譯“內(nèi)生孢子”）。每一營養(yǎng)細胞內(nèi)僅生成一個芽孢，休眠體，在適宜的條件下可以重新轉(zhuǎn)變成為營養(yǎng)態(tài)細胞；☆芽孢無繁殖功能芽孢是整個生物界中抗逆性最強的生命體，在抗熱、抗化學(xué)藥物、抗輻射和抗靜水壓等方面，更是首屈一指。產(chǎn)芽孢的細菌多為桿菌，也有一些球菌。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。可在光學(xué)顯微鏡下觀察（相差顯微鏡直接觀察；芽孢染色）

。10個屬：Amphibacillus，Bacillus，Clostridium，Desulfotomaculum，Oscillospira，Sporohalobacter，Sporolactobacillus，Sporosarcina，Sulfidobacillus，Syntrophosporaporo1）細菌芽孢的特點芽孢位于菌體內(nèi),由核心、皮層、芽孢殼和外壁組成。核心是芽孢的原生質(zhì)體，內(nèi)含DNA、RNA、可能與

DNA相聯(lián)系的特異芽孢蛋白質(zhì)以及合成蛋白質(zhì)和產(chǎn)生能量的系統(tǒng)。此外，還有大量的吡啶二羧酸鈣（DPA-Ca）布滿整個芽孢。皮層處于核心和芽孢殼之間，含有豐富的肽聚糖。芽孢殼主要由蛋白質(zhì)組成,此外,還有少量的碳水化合物和類脂類，可能還有大量的磷。最外層是外壁，其主要成分是蛋白質(zhì)、一定量的葡萄糖和類脂。2）芽孢的構(gòu)造由于芽孢具有厚而含水量低的多層結(jié)構(gòu)，所以折光性強、對染料不易著色，芽孢對熱、干燥、輻射、化學(xué)消毒劑和其他理化因素有較強的抵抗力，這可能與芽孢獨具的高含量吡啶二羧酸有關(guān)。3）芽孢的形成軸絲形成隔膜形成前芽孢的包裹皮層形成芽孢衣合成芽孢成熟細胞裂解，釋放芽孢活化(activation)：自然：不可逆。人為：短期加熱（60℃，5min；100℃，10min

），低pH，強氧化劑。可逆。（4）芽孢的萌發(fā)出芽(germination)：僅需幾分鐘。芽孢衣蛋白質(zhì)的三維空間結(jié)構(gòu)發(fā)生可逆性變化，透性增加

促進與發(fā)芽有關(guān)的蛋白酶活動

芽孢衣上的蛋白質(zhì)逐步降解

外界陽離子不斷進入皮層

皮層發(fā)生膨脹、溶解和消失

外界的水分不斷進入芽孢的核心部位

使核心膨脹、各種酶類活化，并開始合成細胞壁。耐熱性、光密度和折射率等特性都逐步下降，DPA-Ca、氨基酸和多肽逐步釋放。生長(outgrowth)：芽孢核心部分開始迅速合成新的DNA、RNA和蛋白質(zhì)，于是出現(xiàn)了發(fā)芽并很快變成新的營養(yǎng)細胞。當芽孢發(fā)芽時，芽管可以從極向或側(cè)向伸出，這時，它的細胞壁還是很薄甚至不完整的，

由休眠狀態(tài)的芽孢變成營養(yǎng)狀態(tài)細菌的過程，稱為芽孢的萌發(fā)。

（5）芽孢的耐熱機制芽孢與母細胞相比不論化學(xué)組成、細微結(jié)構(gòu)、生理功能等方面都完全不同。滲透調(diào)節(jié)皮層膨脹學(xué)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(chǎn)生極高的滲透壓奪取芽孢核心的水分,結(jié)果造成皮層的充分膨脹。核心部分的細胞質(zhì)卻變得高度失水,因此,具極強的耐熱性。其他學(xué)說：針對在芽孢形成過程中會合成大量的為營養(yǎng)細胞所沒有的DPA-Ca，不少學(xué)者提出Ca2+與DPA的螯合作用會使芽孢中的生物大分子形成一種穩(wěn)定而耐熱性強的凝膠?？傊?，有關(guān)芽孢耐熱機制是一個重要的有待進一步深入研究的基礎(chǔ)理論問題。

（6）芽孢研究意義細菌分類、鑒定中的重要形態(tài)學(xué)指標提高芽孢產(chǎn)生菌的篩選效率芽孢菌的長期保藏各種消毒滅菌手段的最重要的指標肉毒梭菌（Clostridiumbotulinum）產(chǎn)生肉毒素

pH＞7.0時在100℃下要煮沸5.0～9.5h；

115℃下進行高壓蒸汽滅菌，需10～40min才能殺滅；

121℃下則僅需10min。這就要求食品加工廠在對肉類罐頭進行滅菌時，應(yīng)掌握在121℃下維持20min以上。破傷風(fēng)梭菌(Clostridium

tetani)產(chǎn)生破傷風(fēng)毒素

121℃滅菌10min或115℃下滅菌30min才能殺滅（7）伴孢晶體（parasporalcrystal）

少數(shù)芽孢桿菌，例如蘇云金芽孢桿菌(Bacillusthuringiensis)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——δ內(nèi)毒素，稱為伴孢晶體。它的干重可達芽孢囊重的30%左右，由18種氨基酸組成。伴孢晶體對200多種昆蟲尤其是鱗翅目的幼蟲有毒殺作用。（8）細菌的其他休眠構(gòu)造孢囊，由固氮菌產(chǎn)生粘液孢子，由粘球菌產(chǎn)生蛭孢囊——由蛭弧菌產(chǎn)生外生孢子——由嗜甲基細菌和紅微菌產(chǎn)生c.細胞壁以外的構(gòu)造1.糖被（glycocalyx）包被于某些細菌細胞壁外的一層厚度不定的膠狀物質(zhì).糖被按其有無固定層次、層次厚薄又可細分為莢膜(capsule或Macrocapsule,大莢膜)、微莢膜(microcapsule)、粘液層(slimelayer)和菌膠團(zoogloea)。莢膜粘液層菌膠團糖被的特點：a.糖被的主要成分是多糖、多肽或蛋白質(zhì),尤以多糖居多.經(jīng)特殊的莢膜染色，特別是負染色(又稱背景染色)后可在光學(xué)顯微鏡清楚地觀察到它的存在。莢膜的功能

①保護作用：

其上大量極性基團可保護菌體免受干旱損傷；

防止噬菌體的吸附和裂解；

一些動物致病菌的莢膜還可保護它們免受宿主白細胞的吞噬;

作為透性屏障或（和）離子交換系統(tǒng)，可保護細菌免受重金屬離子的毒害；②貯藏養(yǎng)料，以備營養(yǎng)缺乏時重新利用；③表面附著作用例如引起齲齒的唾液鏈球菌(Streptococcus

salivarius)和變異鏈球菌就會分泌一種己糖基轉(zhuǎn)移酶，使蔗糖轉(zhuǎn)變成果聚糖(莢膜)，它可使細菌牢牢粘附于牙齒表面，由細菌發(fā)酵糖類產(chǎn)生的乳酸在局部累積后，可腐蝕牙表琺瑯（falang）質(zhì)層，引起齲（qu）齒.（4）細菌間的信息識別作用，如根瘤菌屬(Rhizobium)；（5）堆積代謝廢物。b.產(chǎn)生糖被是微生物的一種遺傳特性，其菌落特征及血清學(xué)反應(yīng)是細菌分類鑒定的指標之一。c.莢膜等并非細胞生活的必要結(jié)構(gòu)，但它對細菌在環(huán)境中的生存有利。d.細菌糖被與人類的科學(xué)研究和生產(chǎn)實踐有密切的關(guān)系。葡聚糖制備“代血漿”或葡聚糖生化試劑(如“Sephadex”)；黃原膠(xanthan或Xc，又稱黃桿膠，野油菜黃單胞菌(Xanthomonascampestris)的胞外多糖，可用于石油開采、印染、食品等工業(yè)中；產(chǎn)生菌膠團的細菌在污水的微生物處理過程中具有分解、吸附和沉降有害物質(zhì)的作用（活性污泥）。有些細菌的糖被也可對人類帶來不利的影響。例如，腸膜狀明串珠菌若污染制糖廠的糖汁，或是污染酒類、牛乳和面包，就會影響生產(chǎn)和降低產(chǎn)品質(zhì)量；在工業(yè)發(fā)酵中，若發(fā)酵液被產(chǎn)糖被的細菌所污染，就會阻礙發(fā)酵過程的正常進行和影響產(chǎn)物的提取；某些致病菌的糖被會對該病的防治造成嚴重障礙；由幾種鏈球菌莢膜引起的齲齒更是全球范圍內(nèi)嚴重危害人類健康的高發(fā)病。2.S層S層是一層包圍在原核微生物細胞壁外、由大量蛋白質(zhì)或糖蛋白亞基以方塊形或六角形方式排列的連續(xù)層，類似于建筑物中的地磚。有學(xué)者認為S層是糖被的一種。在G+、G-和古生菌中都可以找到S層結(jié)構(gòu)。在G+，S層結(jié)合在肽聚糖層表面，但有些菌卻具有2層S層。在G-，S層一般都直接黏合在細胞壁的外膜上。3.鞭毛(flagellum,復(fù)flagella)1)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”。2）觀察和判斷細菌鞭毛的方法電子顯微鏡直接觀察光學(xué)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(jié)構(gòu)由基體、鉤形鞘和鞭毛絲三部分組成：鞭毛絲：中空螺旋狀、絲狀結(jié)構(gòu)，球蛋白亞基螺旋排列。鞭毛鉤：又稱鉤形鞘，是連接鞭毛絲和基體的一個彎曲筒狀部分，蛋白質(zhì)亞基組成。G–菌：L環(huán)（連在細胞壁外膜上）、P環(huán)（連在肽聚糖內(nèi)壁上）、S環(huán)和M環(huán)連在一起稱S-M環(huán)共同嵌埋在細胞質(zhì)膜上）G+菌：S環(huán)，M環(huán)基體：由四個盤狀物即環(huán)組成。鞭毛絲S-M環(huán)L環(huán)P環(huán)鞭毛桿鉤形鞘外壁層肽聚糖層周質(zhì)空間G－細菌鞭毛基體和鉤形鞘結(jié)構(gòu)細胞膜Fli蛋白Mot蛋白S-M環(huán)被一對Mot蛋白包圍，由它驅(qū)動S－M環(huán)的快速旋轉(zhuǎn)。在S-M環(huán)的基部還存在一個Fli蛋白，起著鍵鈕的作用，它可根據(jù)細胞提供的信號令鞭毛進行正轉(zhuǎn)或逆轉(zhuǎn)。已有大量證據(jù)表明，鞭毛基體實為一個精致、巧妙的超微型馬達，其能量來自細胞膜上的質(zhì)子動勢。四個環(huán)的中央有鞭毛桿串插著，在L環(huán)和P環(huán)間還有一個圓柱體構(gòu)造。4）鞭毛的功能賦予細菌運動的功能作為菌種分類鑒定的重要指標5）鞭毛的著生方式4.菌毛(fimbria，復(fù)數(shù)fimbriae)長在細菌體表的纖細、中空、短直、數(shù)量較多的蛋白質(zhì)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250～300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。不具有運動功能。

5.性毛(pili,單數(shù)pilus)構(gòu)造和成分與菌毛相同,但比菌毛長,數(shù)量僅一至少數(shù)幾根。性毛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(zhì)。有的性毛還是RNA噬菌體的特異性吸附受體。細菌主要是通過無性繁殖產(chǎn)生后代。其繁殖方式是二分裂，簡稱裂殖。細菌的繁殖過程分為三個連續(xù)步驟：①核的分裂和隔膜的形成；②橫隔壁形成；③子細胞分裂。另外有的細菌還存在：三分裂和復(fù)分裂。(三)細菌的繁殖三、細菌的菌落

菌落：當在固體培養(yǎng)基上生長、繁殖時，產(chǎn)生的大量細胞便以此母細胞為中心而聚集在一起，形成一個肉眼可見的、具有一定形態(tài)結(jié)構(gòu)的子細胞群。菌苔：當一個固體培養(yǎng)基表面有許多菌落連成一片。菌落的特性共同特征：濕潤，粘稠、易被針挑起（菌體和基質(zhì)結(jié)合不緊密）、質(zhì)地均勻及菌落各部位的顏色一致等。某一細菌在一定條件下形成的菌落具有自己的特征，并有一定的穩(wěn)定性，故菌落的形態(tài)可作為菌種鑒定和判斷純度的重要依據(jù)。但菌落也受到環(huán)境的影響而發(fā)生變化，故在菌種鑒定時要注意檢測條件的一致。特有特征：沒有鞭毛、不能運動的細菌，特別是球菌，常形成較小、較厚、邊緣整齊的菌落。有鞭毛的細菌菌落則較大而扁平，邊緣波狀、鋸齒狀等。有莢膜的細菌菌落較大并且表面光滑，無莢膜的則表面粗糙。具芽孢的細菌菌落表面常有皺褶并且很不透明。細菌在液體培養(yǎng)基培養(yǎng)