一章：微生物类群与形态结构.docx

第二章 原核微生物的形态、构造和功能本章重点:原核（细胞）微生物的基本形态、构造、类群；非丝状原核微生物（细菌）的形态特征（与染色）、构造及功能、繁殖方式、菌落特征、基本类群。本章难点：丝状原核微生物（放线菌）的形态特征、构造及功能；放线菌的菌落特征、繁殖方式、基本类群。建议学时：10学时原核微生物：即广义的细菌，指一大类细胞核无核膜包裹，只存在称作核区的裸露DNA的原始单细胞生物，包括真细菌和古生菌两大类群。第一节 细菌 一、概述：1、生境：温暖、潮湿、富含有机质的地方。2、细菌对人类的危害：（1） 有些细菌能引起传染病；（2） 不少腐败菌能引起工农业产品的腐败变质。3、细菌对人类的贡献：（1） 工业上：利用细菌生产氨基酸、核苷酸、酶制剂、乙醇、丙酮、丁醇、有机酸、抗生素等。（2） 农业上：生产生物杀虫剂、细菌肥料。（3） 医药上：生产各种疫苗、类毒素、代血浆。（4） 在环保、国防上： 二、细菌的形态和大小（一）基本形态细菌的基本形态(引自Madigan et al.，2000)1、球菌 Coccus： 单球菌 分裂后的细胞分散而单独存在的为单球菌。如尿素微球菌（Micrococcus ureae）。 双球菌 分裂后两个球菌成对排列，如肺炎双球菌（Diplococcus pneumoniae）。 链球菌    分裂是沿一个平面进行，分裂后细胞排列成链状，如乳链球菌（Streptococcus lactis）。 四联球菌    沿两个相垂直的平面分裂，分裂后每四个细胞在一起呈田字形，称四联球菌。如四联微球菌（Micrococcus tetragenus）。 八叠球菌    按3个互相垂直的平面进行分裂后，每8个球菌在一起成立方形，如尿素八叠球菌（Sarcina ureae）。 葡萄球菌：分裂面不规则，多个球菌聚在一起，像一串串葡萄。如金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）。 2、杆菌 Bacillus (Bacterium)： (1) 形态：短杆状、纺锤状、棒状、梭状、月亮状、分枝状、竹节状等 (2) 排列方式：链状、栅状、“八”字状及有鞘衣的丝状等。3、螺旋菌 Spirillum：是细胞呈弯曲杆状细菌统称，一般分散存在。根据其长度、螺旋数目和螺距等差别，分为弧菌Vibrio（菌体只有一个弯曲，形似C字）和螺旋菌（螺旋状，超过1圈）。与螺旋体 Spirochaeta 区别：无鞭毛。弧菌    菌体弯曲呈弧形或逗号形。如逗号弧菌（Vibrio comma）是霍乱病的病原菌。 螺旋菌    菌体回转如螺旋，螺旋数目的多少及螺距大小随菌种不同而异。如减少螺菌。 （二）细菌大小细菌的大小球  状  细  菌直  径（µm）尿素微球菌（Micrococcus ureae）1.01.5金黄色微球菌（Micrococcus aureus）0.81.0乳链球菌（Streptococcus lactis）0.50.6最大八叠球菌（Sarcina maxima）4.0圆褐固氮菌（Azotobocter chroococcum）4.06.0旋动泡硫菌（Thiophysa volutans）7.08.0                                                                                                                杆  状  细  菌长度（µm）宽度（µm）普通变形杆菌（Proteus vulgaris）0.54.00.40.5大肠杆菌（Escherichia coli）1.02.00.5德氏乳杆菌（Lactobacillus delbruckii）2.87.00.40.7枯草杆菌（Bacillus subtilis）1.23.00.81.2巨大芽孢杆菌（Bacillus megatherium）3.09.01.02.0 螺  旋  状  细  菌长度（µm）宽度（µm）霍乱弧菌（Vibrio cholerae）1.03.00.30.6红色螺菌（Spirillum rubrum）1.03.20.60.8迂回螺菌（Spirillum volutans）10201.52.0如何测量：显微测微尺细胞重量10-13-10-12g ，每g细菌（三）常用的细菌染色法：由于细菌细胞既微小又透明，故一般先要经过染色才能作显微观察。细菌主要的染色法如下：三、细菌细胞结构其结构分为基本结构和特殊结构。基本结构是细胞不变部分，每个细胞都有，如细胞壁、膜、核。特殊结构是细胞可变部分，不是每个都有，如鞭毛、荚膜、芽孢，是细菌分类鉴定的重要依据。（一）基本结构1、细胞壁 cell wall：细胞壁在细菌菌体的最外层。为坚韧、略具有弹性的结构。细胞壁约占细胞干重的10%25%。各种细菌的细胞壁厚度不等，一般在1080nm之间。（1）功能：1）维持细胞外形； 2）保护细胞免受机械损伤和渗透压危害；3）鞭毛运动支点；4）正常细胞分裂必需；5）一定的屏障作用； 6）噬菌体受体位点所在；7) 与细菌的抗原性、致病性有关。（2）形态特征G+和G-细胞壁构造(3) 细胞壁的构成：组成细胞壁的物质主要有肽聚糖、磷壁酸、脂多糖、蛋白质等。其中磷壁酸只存在于G+菌中，脂多糖只存在于G-菌中，G+菌中肽聚糖含量多，蛋白质含量少，G-菌中肽聚糖含量少，蛋白质含量多。革兰氏染色Cristein Gram，1884发明（Koch实验室）而后一些学者在此基础上作了某些改进，革兰氏染色法是细菌学中最重要的鉴别染色法。表 革兰氏染色程序和结果步  骤方   法结   果阳性（G+）阴性（G）初  染结晶紫30s紫    色紫    色媒染碘液30s仍为紫色仍为紫色脱  色95%乙醇1020s保持紫色脱去紫色复  染蕃红（或复红）3060s仍显紫色红    色 凡是不能被乙醇脱色，呈蓝紫色，称为革兰氏阳性菌 G+凡是经乙醇脱色，呈复染剂颜色，称为革兰氏阴性菌 G-革兰氏染色中最关键的一步是脱色，如果脱色过度，会将G+误认为G-；如果脱色不足，会将G-误认为G+。1）革兰氏阳性菌 Gram positive以金黄色葡萄球菌为例，Staphylococcus aureus（i）细胞壁构成：一连续层，厚20-80nm两部分： 网状骨架：微纤丝组成基质：骨架埋于基质中(ii) 化学组成：主要是肽聚糖（网状骨架）和磷壁酸（基质）i）肽聚糖 peptidoglycan (粘肽、胞壁质)是真细菌细胞壁中的特有成分，也是原核微生物特有成分（古生菌没有）。是呈多层网状结构的大分子复合体， 由许多亚单位（肽聚糖单体）交联而成。亚单位a. 双糖单位：N-乙酰胞壁酸（NAM）和N-乙酰葡萄糖胺（NAG）通过-1，4糖苷键相连而成。M和G交替连接，从而形成了肽聚糖层的骨架。聚糖b. 短肽：连接在胞壁酸分子上的、由四个氨基酸以L、D交替连接起来：L-Ala-D-Glu-L-Lys-D-Ala。含D-谷氨酸、D-和L-丙氨酸和二氨基庚二酸或赖氨酸。（含D型氨基酸是原核生物的特征）c. 肽桥：短肽之间连接。 肽短肽全部或部分连至NAM上，短肽之间也有连接，组成一网状结构。生理功能：是真细菌细胞壁中的特有成分，它构成了壁的坚硬度，决定细胞的形态，并防止渗透压引起的裂解。ii) 磷壁酸 teichoic acid (垣酸)G+特有成分。多元醇与磷酸复合物，通过磷酸二酯键与NAM相连。其中，与肽聚糖分子进行共价结合的，称壁磷壁酸，其含量会随培养基成分而改变；另一类是跨越肽聚糖层并与细胞膜相交联的，称为膜磷壁酸或脂磷壁酸。根据多元醇不同，有甘油型（以磷酸甘油为重复单位）、核糖醇型（以磷酸核糖醇为重复单位）等5种类型。生理功能：a. 通过分子上的大量负电荷浓缩细胞周围的Mg2+，以提高细胞膜上一些合成酶的活力；b. 贮藏元素；c. 调节细胞内自溶素的活力，借以防止细胞因自溶而死亡； d. 作为噬菌体的特异性吸附受体；e. 赋予G+细菌特异的表面抗原，因而可用于菌种鉴定； f. 增强某些致病菌（如A族链球菌）对宿主细胞的粘连，避免被白细胞吞噬，并有抗补体的作用。 2) 革兰氏阴性菌 Gram negative 以大肠杆菌为例：（i）细胞壁构成：G细菌细胞壁比G细菌细胞壁薄（1520nm），层数较多而结构较复杂。i）内壁层：（肽矩躺层）厚2-3 nm，单（双）分子层，由肽聚糖构成。 与G+区别：交联低； DAP取代 L-Lys（肽尾的第三位氨基酸）；无特殊肽桥（是两个短肽在3、4位氨基酸之间直接连接，因而机械强度较低。）。ii)外壁层（外膜）：内层：脂蛋白层，以脂类部分与肽聚糖相连。中层：磷脂层。外层：脂多糖层，外壁重要成分，8-10 nm。G细菌细胞壁外膜同细胞质膜相同之处也是双层类脂，但除磷脂外还含有多糖和蛋白质。 外膜中含有几种蛋白，如脂蛋白、通透蛋白。有些蛋白具有通孔作用（porin），调控外界分子进入细胞；有的蛋白分子可以作为噬菌体的受体。 iii）周质空间：G细菌细胞壁的外膜与细胞质膜之间存在明显的壁膜间隙，一层薄的肽聚糖处于其间，肽聚糖层和细胞质膜之间的间隙较宽，肽聚糖层至外膜之间的间隙较窄。大肠杆菌的壁膜间隙宽度为1215nm，呈胶胨态。其间含有三类蛋白质：水解酶，催化食物的初步降解；结合蛋白，启动物质转运过程；化学受体（chemoreceptors），在趋化性中起作用的蛋白。(ii) 脂多糖 lipopolysaccharide LPS，G-特有成分。i）结构：类脂A + 核心多糖 + O-侧链LPS的多糖部分包括核心多糖和O-特异多糖。O-特异多糖由重复分支的碳水化合物分子组成，含有已糖（葡萄糖、半乳糖和鼠李糖）和二脱氧已糖。由于糖的种类不同，使各种G细胞具有不同特性的LPS。核心多糖（core polysaccharide）的主要组分是酮脱氧辛酸（ketodeoxyoctonate, KDO）。ii) 功能：a. 内毒素物质基础； b. 吸附镁、钙离子以提高它们在细胞表面的浓度； c. 决定G-表面抗原多样性； d. 噬菌体受体位点。（iii）G+与G-比较（iv）革兰氏染色机制通过结晶紫液初染和碘液媒染后，在细菌的细胞膜内可形成不溶于水的结晶紫与碘的复合物。G+细菌由于其细胞壁较厚、肽聚糖网层次多和交联致密，故遇脱色剂乙醇（或丙酮）处理时，因失水而使网孔缩小，再加上它不含类脂，放乙醇的处理不会溶出缝隙，因此能把结晶紫与碘的复合物牢牢留在壁内，使其保持紫色；反之，G-细菌因其细胞壁薄、外膜层类脂含量高、肽聚糖层薄和文联度差，遇脱色剂乙醇后，以类脂为主的外膜迅速溶解，这时薄而松散的肽聚糖网不能阻挡结晶紫与碘复合物的溶出，因此细胞退成无色 这时，再经沙黄等红色染料复染，就使G-细菌呈现红色，而G+细菌则仍保留最初的紫色（实为紫加红色）了。3）古生菌：是与真细菌和真核生物相互独立的生物类群，主要包括一些独特生态类型的原核生物，其细胞壁功能与真细菌相似，但化学成分差别很大，它不含真正的肽聚糖，而含假肽聚糖、糖蛋白或蛋白质。4) 缺壁细菌：缺壁细菌指细胞壁缺乏或缺损的细菌。2、细胞膜 cell membrane(1) 形态特征：在细胞壁与细胞质之间的一层柔软而富有弹性的半透性膜，厚7-8nm。在电镜下观察到的细胞膜，是在内外两暗色层之间夹着一浅色中间层的一种双层膜结构。(2) 化学组成：蛋白和磷脂，蛋白含量高达75%，种类也多。膜不含甾醇类。1) 磷脂：膜是由两层磷脂分子整齐地对称排列而成的 其中每一个磷脂分子由一个带正电菏且能溶于水的极性头（磷酸端）和一个不带电荷、不溶于水的非极性端（烃端）所构成。两个极性头分别朝向内外两表面，呈亲水性，而两个非极性端的疏水尾则埋入膜的内层，于是形成了一个磷脂双分子层。2) 蛋白：i整合蛋白（或内嵌蛋白）：嵌埋在呈液态的磷脂双分子层中，具运输功能。ii周边蛋白（或膜外蛋白）：“漂浮”在磷脂双分子层的外表面，具有酶促作用。（它们都可在磷脂表层或内层作侧向运动，以执行其相应的生理功能。）(3) 膜结构液态镶嵌模型 膜的主体是脂质双分子层； 脂质双分子层具有流动性； 整合蛋白因其表面呈疏水性，故可“溶”于脂质双分子层的疏水性内层中； 周边蛋白表面含有亲水基团，故可通过静电引力与脂质双分子层表面的极性头相连； 脂质分子间或脂质与蛋白质分子间无共价结合； 脂质双分子层犹如“海洋”，周边蛋白可在其上作“漂浮”运动，而整合蛋白则似“冰山”沉浸在其中作横向移动。(4) 功能：1） 高度选择透性膜，控制物质运输； 2） 渗透屏障，维持正常渗透压；3） 重要代谢活动中心； 4） 与壁、荚膜合成有关； 5） 鞭毛着生点，供运动能量。(5) 观察方法 通过质壁分离、选择性染色、电镜等可观察到细胞膜。3、间体 mesosome(中质体)细胞膜内陷形成。功能：1）拟线粒体，呼吸酶系发达。 2）与壁合成，核分裂，芽孢形成有关。4、核区 nuclear body 核质体，原核无明显核，一反差弱的核区。(1) 特点：无核膜、核仁、固定形态，结构简单，细胞分裂前核分裂。一般为单倍体。(2) 成分： DNA：环状双链，超线圈结构，负电荷被镁离子、有机碱（精胺、腐胺）所中和。(3) 形态特征：呈球状、棒状或哑铃状，在电镜下呈透明区域。(4) 功能：是负载遗传信息的物质基础。(5) 观察方法： 在普通光学显微镜下，通过一般碱性染料染色不能见到，因为细胞内高浓度的RNA，只有用1NHCl或核糖核酸酶预处理去除了RNA，再用对DNA有特异性的富尔根染色法，使核物质显示出来，再在光镜下观察。5、核糖体 ribosome RS 核糖体是细胞中核糖核蛋白的颗粒状结构，由核糖核酸（RNA）与蛋白质组成，其中RNA约占60%，蛋白质占40%，核糖体分散在细菌细胞质中，其沉降系数为70S，是细胞合成蛋白质的场所，其数量多少与蛋白质合成直接相关，随菌体生长速度而异，当细菌生长旺盛时，每个菌体可有104个，生长缓慢时只有2 000个。细胞内核糖体常成串联在一起，称为多聚核糖体。核糖核蛋白的颗粒状结构，RNA+蛋白。原核：游离态、多聚核糖体，70S真核：游离态、结合内质网上，70、80S多聚核糖体：一条mRNA与一定数目的单个RS结合而成。 功能：是细胞合成蛋白质的部位6、细胞质及内含物(1) 细胞质：是是指被细胞膜包围的除核区以外的一切无色透明粘稠状胶体。原核与真核不同原核生物的细胞质不流动。主要成分：水、蛋白、核酸、脂类及少量糖和无机盐。富含核糖核酸。(2) 内含物 贮藏物：（二）特殊结构1、糖被：包被于某些细菌细胞壁外的一层厚度不定的透明胶状物质。 (1) 种类：厚度不同，名称不同。 (2) 成分：90%以上为水，余为多糖（肽）或蛋白质也有多糖与多肽复合型的。 (3) 观察方法：折光率低，负染法观察。 (4) 功能： a. 保护细菌免受干旱损伤；b. 加强致病力，保护病原菌免受宿主吞噬细胞的吞噬；如具有荚膜的S型肺炎链球菌毒力强，失去荚膜后致病力降低。c. 贮藏养料，以备营养缺乏时重新利用。作为细菌体外的贮藏物质，当营养缺乏时可作为碳源和氮源被重新利用。d. 堆积某些代谢产物；e. 通过荚膜或其有关构造可使菌体附着于适当的物体表面；f. 是细菌的分类依据之一。g. 作为透性屏障和离子交换系统，以保护细菌免受重金属离子的毒害；h. 细菌间的信息识别作用。(5) 与生产实践的关系 用于菌种鉴定； 用作药物和生化试剂； 用作工业原料，如野油菜黄单胞菌的糖被（粘液层）可提取一种用途极广的胞外多糖黄原胶（xanthan），已被用于石油开采中的钻井液添加剂以及印染和食品等工业中； 用于污水的生物处理，例如形成菌胶团的细菌，有助于污水中有害物质的吸附和沉降； 有些细菌的糖被会给人类带来有害作用。2、鞭毛flagellum：某些细菌表面一种纤细呈波状的丝状物，是细菌运动器官。(1) 化学成分：主要是蛋白质。(2) 着生方式：鞭毛着生位置与数目，可作为分类依据。鞭毛着生的位置、数目是细菌种的特征，依鞭毛的数目与位置分下列几种： 单生   偏端单生鞭毛菌    在菌体的一端长一根鞭毛如霍乱弧菌（Vibrio cholerae）。 两端单生鞭毛菌  在菌体两端各生一根鞭毛，如鼠咬热螺旋体（Spirochaeta morsus-muris）。 丛生    偏端丛生鞭毛菌  在菌体一端丛生鞭毛，如铜绿假单胞杆菌（Pseudomonas aeruginosa）。 两端丛生鞭毛菌  在菌体两端各丛生鞭毛，如红色螺菌（Spirillum rubrum）。周生    菌体周生鞭毛称周毛菌，如枯草杆菌（Bacillus subtilis）、大肠杆菌等。 (3) 构造：由鞭毛丝、钩形鞘及基体组成。结构：G+与G-区别；原核与真核区别1）革兰氏阴性菌的鞭毛构造（图1,图2） G-菌鞭毛基体由四个盘状物构成，它们分别称为L环（连在细胞外壁层LPS部位）、P环（连在内壁的肽聚糖部位）、S环与第四环即M环连在一起合称SM环（或内环）共同嵌埋在细胞质膜上。SM环被一对Mot蛋白包围，由它驱动SM环的快速旋转。在S-M环的基部还存在一个Fli蛋白，起着键钮的作用，它可根据细胞提供的信号令鞭毛进行正转或逆转。已有大量证据表明，鞭毛基体实为一个精致、巧妙的超微型马达，其能量来自细胞膜上的质子动势。四个环的中央有鞭毛杆串插着，在L环和P环间还有一个圆柱体构造。鞭毛杆的外侧连着一个钩形鞘，其上有一条长约1020um的鞭毛丝。2）G+菌鞭毛结构较为简单，其基体仅S环和M环组成。(4) 观察方法：1) 电镜观察2) 染色后在光镜下观察3) 观察水浸片或悬滴标本中细菌的运动来确定鞭毛的存在。4) 肉眼观察a. 半固体穿刺培养b. 根据细菌在平板培养基上的菌落形状判断是否有鞭毛。(5) 功能：赋予细菌运动的功能，同时也作为菌种分类鉴定的重要指标。1) 赋予细菌趋性运动的功能。2) 作为菌种分类鉴定的重要指标。3、菌毛fimbria (pilus )：许多G-尤其是肠道菌，表面有比鞭毛更细，数目多，短直硬的丝状体。(1) 形态：长在细菌体表的一种纤细、中空、短直、数量较多的蛋白质附属物。多见于G-,特别是革兰氏阴性致病菌。直径7-10nm ,长2-3um。它发生于质膜或紧贴质膜的细胞质中，是僵硬的蛋白质丝或细管。(2) 功能：不具有运动功能。但能使细菌较牢固地粘附在物体表面上。4、性菌毛（F菌毛）性状介于鞭毛和菌毛之间，即比菌毛稍长，每一个细胞有14根，其功能是在不同性别的菌株间传递DNA片段，有的性菌毛还是噬菌体的吸附受体。5、芽孢 spore, endospore(1) 概念：某些细菌在生长发育后期，可在细胞内形成一个圆形或椭圆形的抗逆性休眠体，称为芽孢（又称内生孢子）。(2) 形态：呈梭状、棒槌状等(3) 化学组成及结构：含水量低（平均40%），壁致密，芽孢肽聚糖和吡啶-2,6-二羧酸钙（DPA-Ca ）(4) 芽孢的形成过程七个阶段1) 轴丝形成：染色体在细胞中心沿细胞长轴方向聚集形成一条连续的丝状物，并通过间体附在细胞膜上。2) 横隔膜形成：两染色体分开并移向细胞两端，细胞膜在近端发生内陷，最后会合，将细胞分成大小两部分，但细胞壁不出现内陷。3) 前孢子形成：由于上阶段形成的较大部分的细胞膜不断沿着小的细胞部分延伸，最后将其包围而成前孢子，也就是说前孢子被两层具有相反极性的膜包裹，原有的细胞外壳称芽孢囊。4) 皮层形成：在前孢子双层膜之间合成一种电子透明的皮层物质，此时期伴有DPA的合成及钙离子的吸收。5) 外壳形成：在皮层形成过程中，在前孢子外膜上开始合成外壳物质，这是一种富含赖氨酸和半胱氨酸的蛋白质凝结而成的，此时前豹子大量吸收半胱氨酸。6) 芽孢成熟：前孢子继续发育成为具强折光性和特殊抗性的成熟芽孢。7) 芽孢释放：孢子囊破裂，成熟芽孢被释放出来。(5) 芽孢的萌发：指由休眠状态的芽孢变成营养状态的细菌的过程，主要包括活化、出芽、生长三个阶段。 (6)细菌芽孢的特点： 整个生物界中抗逆性最强的生命体，是否能消灭芽孢是衡量各种消毒灭菌手段的最重要的指标；芽孢是细菌的休眠体，在适宜的条件下可以重新转变成营养态细胞，产芽孢细菌的保藏多用其芽孢；芽孢的有无、形态、大小和着生位置是细菌分类和鉴定中的重要指标；芽孢与营养细胞相比化学组成存在较大差异，易在光学显微镜下观察。(7)芽孢的耐热机制：1) 渗透调节皮层膨胀学说：2）芽孢皮层中含有营养细胞所没有的2，6-吡啶二羧酸钙盐，它能稳定芽孢中的生物大分子，从而增强了芽孢的耐热性。(8) 伴孢晶体：少数芽孢杆菌在形成芽孢的同时，会在芽孢旁形成一颗菱形、方形或不规则形的碱溶性蛋白质晶体，称为伴孢晶体（即ð内毒素）。(9) 孢囊 cyst，等等。(10) 观察方法：芽孢有较厚的壁和高度折光性，在显微镜下观察芽孢为透明体。芽孢难以着色，为了便于观察常常采用特殊的染色方法芽孢染色法。四、细菌繁殖方式：裂殖为主，少数有性接合。五、群体形态（一）在固体培养基上（内）的群体形态：1、菌落：在适宜的培养条件下，微生物在固体培养基表面（有时为内部）生长繁殖，形成以母细胞为中心的一堆肉眼可见的、有一定形态构造的子细胞集团，这就是菌落。(1)克隆（clone）:若菌落是由一个单细胞发展而来的，则它就是一个纯种细胞群或克隆。(2)菌苔(lawn):如果将某一纯种的大量细胞密集地接种到固体培养基表面，结果长成的各“菌落”互相连成一片，这就是菌苔。2、细菌菌落特征：细菌菌落湿润，较光滑，较透明，较粘稠，易挑取，小而突起或大而平坦，菌落正反面或边缘与中央部位的颜色一致，一般有臭味。(1)球菌：菌落小而突起，边缘极其圆整。(2)长有鞭毛的细菌：菌落大而扁平，形状不规则。(3)有荚膜的细菌：菌落十分光滑，并呈透明的蛋清状。(4)产芽孢的细菌：菌落表面粗糙、多褶、不透明、外形及边缘不规则。 （二）半固体穿刺培养1、对细菌进行动力观察2、判断某细菌有否蛋白酶产生等（三）液体培养：有的均匀分散在培养液中，形成均匀的混浊液；有的在培养液表面形成膜；有的则在培养液底层形成沉淀。五、细菌的分类系统1、“伯杰氏鉴定细菌学手册”(简称伯杰氏手册)分类系统2、伯杰氏系统细菌学手册 (简称“系统分类学手册” )六、常见常用细菌细胞结构、菌落特点、代谢产物等。1、大肠杆菌（E.coli）： 是人和哺乳动物肠道中的正常菌，此外还广泛分布于水、 污水、土壤、谷类、乳制品等当中。革兰氏阴性，有的近似球形，有的则为长杆状，不产芽孢，一般无荚膜，周身鞭毛，运动或不运动，单个或成对，生长最 适温度3037，兼性厌氧，菌落白色到乳白色，光滑闪光，在简单培养基上易生长，发酵 葡萄糖和其它碳水化合物产生乳酸、乙酸和甲酸。是食品污染的指标菌。2、芽孢杆菌属（Bacillus) 革兰氏阳性，直的或近乎直的杆菌，周生和侧生鞭毛，能运动，产芽孢，好氧或兼性厌氧，广泛存在于土壤、水、植物表面及其它环境中，在粮食上特别多。3、乳酸杆菌属（Lactobacillus) 革兰氏阳性杆菌，形态变化较大，从细长杆状到球杆状，单生或连生，通常不运动，运动者周生有鞭毛，不产芽孢，微好氧、厌氧，营养要求严格，可发酵乳糖，不利用乳酸，生长最适温度为3040,最适pH值为5.55.0,常见于粮食、蔬菜、发酵面团、酒、麦芽汁、水、酸泡菜中，尤其在乳制品、青贮饲料和人的肠道中很多。 第二节 放线菌 一、概述： 放线菌是一类呈丝状生长、菌落呈放射状、以孢子繁殖的革兰氏阳性菌。1、放线菌在分类学上的地位属真细菌纲、放线菌亚纲(1)有原核；(2)菌丝直径与细菌相仿；(3)细胞壁的主要成分是肽聚糖，革兰氏染色阳性；(4)有的放线菌产生有鞭毛的孢子，其鞭毛类型与细菌相仿；(5)放线菌噬菌体的形状与细菌的相同；(6)最适生长pH与多数细菌的生长pH相近，一般呈碱性；(7)DNA重组的方式与细菌的相同；(8)核糖体同为70S;(9)对溶菌酶敏感；(10)凡细菌所敏感的抗生素，放线菌也同样敏感。2、生境： 放线菌一般分布在含水量较低、有机物丰富和呈微碱性的土壤环境中。3、与生产实践的关系：(1)是绝大多数抗生素（除青霉素和头孢霉素外，约产生抗生素3165种，占总数的61.7%，其中链霉属最多）、酶类（葡萄糖异构酶、蛋白酶等）和维生素（B12）的产生菌；(2)放线菌在甾体转化、石油脱蜡、烃类发酵及污水处理方面也有应用；(3)寄生性放线菌能引起动植物病害（如皮肤病、脑膜炎、马铃薯疮痂病等）。二、放线菌的形态：（一）典型放线菌链霉菌：由菌丝构成，直径0.2-1.2um，无横隔，仍是单细胞。菌丝分为：基内菌丝（营养菌丝）、气生菌丝、孢子丝，菌丝组成菌落。1、基内菌丝：又称营养菌丝，是紧贴固体培养基表面并向培养基里面生长的菌丝。色浅、较细，其主要功能是吸收营养物和排泄代谢产物，一般没有隔膜。2、气生菌丝：营养菌丝发育到一定阶段，伸向空间形成气生菌丝，色较深、直径较粗（直径1-1.4um），直形或弯曲状而分枝，有的产生色素。3、孢子丝：放线菌生长发育到一定阶段，在其气生菌丝上分化出可形成孢子的菌丝，称为孢子丝。有波曲、螺旋、轮生等各种形态。4、孢子：放线菌长到一定阶段，一部分气生菌丝形成孢子丝，孢子丝成熟便分化形成许多孢子。放线菌的孢子有球形,椭圆形或瓜子形等各种形态,孢子表面还有不同的纹饰。孢子呈白、黄、绿、淡紫、粉红、蓝、褐、灰等颜色（二）其他放线菌所特有的形态构造1、基内菌丝会断裂成大量杆菌状体的放线菌以诺卡氏菌属为代表(1) 营养菌丝：发达、呈分枝状。(2) 气生菌丝：多数无。(3) 孢子丝：无。(4) 孢子：营养菌丝成熟后，会以横隔分裂方式突然产生形状、大小较一致的杆菌状、球菌状或分枝杆状的分生孢子。2、菌丝顶端形成少量孢子的放线菌(1) 以小单孢菌属为代表：多数是不形成气生菌丝的，但它会在分枝的基内菌丝顶端产一个孢子；1) 营养菌丝：发达、呈分枝状。2) 气生菌丝：多数无。3) 孢子丝：无。4) 孢子：在分枝的基内菌丝顶端产一个孢子。(2) 以小双孢菌属菌、小四孢菌属属为代表：在基内菌丝上不形成孢子而仅在气生菌丝顶端分别形成2个和4个孢子。1) 营养菌丝：有。2) 气生菌丝：有。3) 孢子丝：无。4) 孢子：在气生菌丝顶端分别形成2个和4个孢子。(3) 以小多孢菌属为代表：既在气生菌丝又在基内菌丝顶端形成210个孢子。1) 营养菌丝：有。2) 气生菌丝：有。3) 孢子丝：无。4) 孢子：既在气生菌丝又在基内菌丝顶端形成210个孢子。3、具有孢囊并产孢囊孢子的放线菌以孢囊链霉菌属为代表这类放线菌具有由气生菌丝的孢子丝盘卷而成的孢囊，它长在气生菌丝的主丝或侧丝的顶端，内部产生多个孢囊孢子（无鞭毛）。1) 营养菌丝：有。2) 气生菌丝：发达。3) 孢子丝：有。4) 孢子：孢子丝盘卷而成孢囊，长在气生菌丝的主丝或侧丝的顶端，内部产生多个孢囊孢子（无鞭毛）。4、具有孢囊并产游动孢子的放线菌以游动放线菌属为代表这类放线菌的气生菌丝不发达，在基内菌丝上形成孢囊，内含许多是盘曲或直行排列的球形或近球形的孢囊孢子，其上着生一至数根极生或周生鞭毛，可运动。1) 营养菌丝：有。2) 气生菌丝：不发达。3) 孢子丝：无。4) 孢子：在基内菌丝上形成孢囊，内含许多是盘曲或直行排列的球形或近球形的孢囊孢子，其上着生一至数根极生或周生鞭毛，可运动。三、繁殖方式：放线菌主要通过无性孢子方式进行繁殖，也可靠菌丝片断进行繁殖。通过电镜观察表明：放线菌孢子的形成方式主要是横割分裂，而几乎无凝聚分裂。四、观察方法：(1)扦片法(2)玻璃纸法(3)印片法五、培养特征：菌落质地致密，表面呈较紧密的绒状或坚实、干燥、多皱，菌落较小，不透明，不易被挑起，或者整个菌落被挑起而不致破碎。菌落颜色多样，且正反面呈现不同色泽，带有泥腥味。六、重要种属1、链霉菌属（Streptomyces）在固体培养基上生长时，形成发达的基质菌丝和气生菌丝。气生菌丝生长到一定时候分化产生孢子丝，孢子丝有直、波曲、螺旋形等各种形态（图2-24）。孢子有球形、椭圆、杆状等各种形态，并且有的孢子表面还有刺、疣、毛发等各种纹饰。链霉菌的气生菌丝和基质菌丝有各种不同的颜色，有的菌丝还产生可溶性色素分泌到培养基中，使培养基呈现各种颜色。已知链霉菌属有一千多种，许多著名的、常用的抗菌素都是由链霉菌产生的。如链霉素、红霉素、四环素等都是由链霉菌（Streptomyces）中的一些种产生的。2、诺卡氏菌属（Nocardia）又称原放线菌属(Proactinomyces)。菌丝内有隔膜，并可断裂成杆状或球状体。一般不产生气生菌丝，以横割方式形成孢子，菌落较小，主要分布在土壤中。有些菌种能产生抗菌素（对结核分枝杆菌和麻疯分枝杆菌特效的利福霉素就是由该属菌产生的），有些菌种用于石油脱蜡、烃类发酵以及污水处理中分解腈类化合物。3、放线菌属(actinomyces) 放线菌属多为致病菌，菌丝较细有横膈，不形成气生菌丝，不产生孢子，一般为厌氧或兼性厌氧。4、小单孢菌属(Micromonospora) 多分布在土壤或湖底泥土中，厩肥、堆肥中也较多，菌丝较细，无横膈膜，不断裂，不形成气生菌丝，只在基内菌丝上长出孢子梗，顶端着生一个球形或长圆形的孢子。菌落较小。很多种产生抗生素，如庆大霉素就是由该属的绛红小单孢菌(Micromonospora purpurea) 和棘孢小单孢菌（M.echinspora）产生的。有的种能积累维生素B12。第三节 其它几类原核微生物一、古细菌 古细菌是一类16S rRNA及其它细胞成分在分子水平上与原核和真核细胞均不同的特殊生物类群。 1. 古细菌的细胞结构 (1) 细胞壁：古细菌中没有共同的细胞壁成分。 1) 假肽聚糖（pesudomurein） 是由N-乙酰氨基葡萄糖（或N-乙酰氨基半乳糖）与N-乙酰塔罗糖醛交替以-（13）键连接而成的多糖链。2) 酸性杂多糖（heteropolysaccharides） 3) 蛋白和糖蛋白 由六角形规则排列的蛋白质或糖蛋白的亚单位所组成。(2) 细胞膜 中性类脂并且不可皂化。（3）16S rRNA 1）有较强有保守性；2）16Sr RNA图谱既不同于其它细菌，也与真核生物有明显的区别。（4）类似于真核生物的基因转录和翻译系统 2. 古细菌的种类1) 产甲烷细菌 一类在形态和生理方面有着极大差异的特殊类群。其共同点在于利用氢气，甲酸或乙酸等来还原CO2并产生甲烷。这一过程只能在厌氧条件下进行，所以产甲烷细菌都是严格厌氧菌，氧气甚至对它们有致死作用。主要分布在有机质厌氧分解的环境中。 2) 极端嗜盐细菌 能在含盐20%30%、甚至饱和盐水中生活，严格好气，化能有机营养，常以蛋白质、氨基酸等为碳源和能源，一般因具有类胡萝卜素而呈红、橙等颜色。 主要分布在盐湖和晒盐池中，常引起腌制食品等的腐败和脱色。3) 极端嗜热嗜酸细菌 是一类依赖于硫，能耐高温（80100）和高酸度（pH13）的特殊类群。 主要生活在含硫的温泉、火山口及燃烧后的煤矿等自然环境中。包括有化能自养、化能异养及兼性3种营养类型。二、蓝细菌1、蓝细菌的形态特征及大小 蓝细菌的基本形态有球状、杆状和长丝状。蓝细菌的最小直径为0.5-1um，最大直径可达60um。 2、细胞结构(1) 蓝细菌的细胞壁与革兰氏阴性细菌很相似，分内外两层，外层为脂多糖层，内层为肽聚糖层，并含有二氨基庚二酸，革兰氏染色呈阴性反应，对溶菌酶和青霉素敏感。 (2) 细胞核没有核膜围住，为原核生物。(3) 细胞内含有大量的类囊体，是细胞进行光合作用的部位。 (4) 许多蓝细菌内含气泡(gas vesicle)，其作用可能是使菌体漂浮，并使菌体保持在光线最多的地方，以利光合作用。(5) 与其他原核生物相比，蓝细菌最独特之处是含有两个或多个双健的不饱和脂肪酸。在细菌中则多为饱和脂肪酸和一个双键的不饱和脂肪酸。(8) 蓝细菌不具鞭毛，但大多数通过丝状体的旋转、逆转和弯曲可以“滑行”，有的还可进行光趋避运动。(6) 蓝细菌的细胞有几种特化形式，如异形胞、静息孢子、链丝段等。异形胞和静息孢子位于细胞链的末端或中间，前者是蓝细菌进行固氮作用的场所，后者具有抵御不良环境的作用。链丝段则是由丝状细胞断裂而成的短片段，具有繁殖作用。(7)许多种类的蓝细菌在细胞壁外能分泌胶粘的多糖，类似细