原核生物

章节 第一章 原核微生物 教学目的和要求 要求学生了解原核微生物的主要特点，以及原核微生物的细胞形态结构。掌握Ｇ ＋ 和Ｇ － 细胞壁的结构以及细菌的特殊结构 . 教学重点、 难点 重点是：原核微生物的细胞形态结构 难点是：细胞壁的成分与结构，芽孢的结构与成分 教学进程 ( 含章节教学、学时分配、教学、 辅助手段 ) 第一节  细菌 一．细胞的形态构造及其功能 二．细菌的繁殖方式 三．细菌的群体的特征 四．食品中常见常用的细菌 第二节 放线菌 一．放线菌的形态和构造 二．放线菌的繁殖 三．放线菌的群体特征 第三节蓝细菌 第四节支原体、立克次氏体和衣原体     微生物根据其不同的进化水平和性状上的明显差别可分为原核微生物、真核微生物和非细胞微生物三大类群。其中原核微生物主要有六类：细菌、放线菌、蓝细菌、支原体、立克次氏体和衣原体。 原核生物 真核生物 遗传物质和复制的组装 DNA 在细胞质中游离 DNA 在膜包围的核中，只有一个核仁 只有一个染色体 多于一个染色体，每个染色体是双拷贝 ( 双倍体 ) DNA 与类组蛋白连系 DNA 与组蛋白连系 含有染色体外的遗传物质，称为质粒 只在酵母中发现质粒 在 mRNA 中没有发现内含子 所有基因中都发现内含子 细胞分裂以二等分裂方式，只有无性繁殖 细胞分裂为有丝分裂 遗传信息传递可通过接合、转导、转化发生 遗传信息交换发生在有性繁殖过程，减数分裂导致产生单倍体细胞 ( 配子 ) ，它们能融合。 细胞的组装 质膜含有 hopanoids 、脂多糖和磷壁酸 质膜含有固醇 能量代谢与细胞质膜连系 多数情况在线粒体中发生 光合作用与细胞质中膜系统和泡囊连系 藻类和植物细胞中存在叶绿体 蛋白质合成和寻靶作用与内膜、粗糙内质网膜和高尔基体相连系 有膜的泡囊如溶酶体和过氧化物酶体有微管骨架存在 由一根蛋白鞭毛丝构成鞭毛 鞭毛有 9+2 微管排列的复杂结构 核糖体—— 70S 核糖体—— 80S( 线粒体和叶绿体的核糖体是 70S) 肽聚糖的细胞壁 ( 只有真细菌有，古细菌中是不同的多聚体 ) 多糖的细胞壁，一般或者是纤维素或者是几丁质 第一节   细　　菌     细菌是一类结构简单、种类繁多、主要以二分裂和水生性较强的单细胞原核微生物。在自然界分布广，与人类关系十分密切，是微生物的主要研究对象。     在我们生活的环境中有大量的细菌存在。在人类未研究和认识细菌前，它们给人类带来严重危害；随着微生物学的发展，人们对它们的生命活动规律认识越来越清楚，由细菌引起的传染病基本得到控制。同时还发掘和利用大量的有益细菌到工、农、医、环保等生产实践中，给人类带来极大的经济效益和社会效益。 　　一、细菌的形态和大小     细菌是单细胞的微生物，能够独立的进行生活，它的种类繁多，但基本形状有三种：球状、杆状、螺旋状，分别被称为：球菌、杆菌、螺旋菌。 　　（一）球菌（ coccus ）：细胞呈球形或椭圆形，根据它们相互联结的形式以可分为单球菌、双球菌、链球菌、四联球菌、八叠球菌、葡萄球菌等。球菌直径一般为 0.5-1um 。 　　（二）杆菌（ bacillus ）：细胞呈杆状或圆柱形，各种杆菌的长度与直径比例差异很大，有的粗短，有的细长。如大肠杆菌就比较细而短、枯草杆菌粗而长。 　　杆状菌是细菌中种类最多的，工农业生产中所用的细菌大多是杆菌。大小一般分为三种类型：小型杆菌（ 0.2-0.4 × 0.7-1.5um ）；中型杆菌（ 0.5-1 × 2-3um ）大型杆菌（ 1-1.25 × 3-8um ）。 　　（三）螺旋菌 (spirilla) ：细胞呈弯曲杆状，螺旋菌细胞壁坚韧较硬，常以单细胞分散存在。根据其弯曲情况可分为弧菌 (vibrio) 、螺旋菌。弧菌只有一弯曲。而螺旋菌有２－６个弯曲。而大小为 0.3-1 × 1-50um 。若菌体弯曲螺旋圈数较多者，无坚韧的细胞壁，比较柔软，能自由运动，通称为螺旋体。     球菌、杆菌和螺旋菌是细菌的三种基本形态，此外还有些具有其他形态的细菌。如柄杆菌属，细胞呈杆状或梭状，并具有一根特征性的细柄，可附着于基质上。     细菌的形态往往随年龄、环境条件的变化而改变。如培养温度、培养时间、培养基的组成与浓度等发生改变均可能引起细菌形态的改变。要根瘤菌在人工培养基条件下为杆状，与植物根系形成类菌体时呈“ T ”或“ Y ”形。 二、细菌细胞结构 研究和认识细菌细胞的结构，是分子生物学的重要内容之一。细菌细胞的结构可分为两部分： 基本结构：细胞壁、细胞膜、核质体、核糖体、易染颗粒等 特殊结构：鞭毛、荚膜、芽孢、菌毛等   （一）细胞壁 　　细胞壁是位于细胞最外的一层厚实、坚韧的外被，约占细胞干重的 10-25% 。 1. 细胞壁成份 　　不同细菌细胞壁的化学组成和结构不同，通过革兰氏染色法可将所有的细菌分为革兰氏阳性（ G + ）和革兰氏阴性（ G - ）。 (1)G + 细胞壁成份     G + 菌细胞壁化学组成以肽聚糖 (peptidoglycan) 为主。这是原核微生物所特有的成份，占细胞壁物质总量的 40-90% 。肽聚糖是一个大分子复合物，是由大量小分子单体聚合而成的，每一个肽聚糖单体含有三个组成部分： ①双糖单位，即由一个 N －乙酰葡萄糖胺 (NAG) 和 N －乙酰胞壁酸 (NAM) 通过β－１、４－糖苷键连接而成的。 ②短肽“尾”，即由四个氨基酸连接起来的短肽，它们连接在 NAM 上。这四个氨基酸是按 L 型与 D 型交替排列的方式连接而成的，即 L-Ala 、 D-Glu 、 L-Lys 、 D-Ala ； ③肽“桥”，指把前一肽聚糖单体肽“尾”中的第 4 个氨基酸－ L-Ala 与后一个肽聚糖单体肽“尾”中的第 3 个氨基酸－ L-Lys 通过肽键连接起来短肽。在 Staphylococcus arueus( 金黄色葡萄球菌 ) 中肽“桥”为甘氨酸五肽。 G + 菌肽聚糖分子中的 75 ％的亚单位纵横交错连接，从而形成了编织紧密、质地坚硬和机械性强度很大的多层重叠的三维空间网格结构。    磷壁酸 (teichoic acid) 又名垣酸，是大多数 G + 菌所特有的成分，与肽聚糖混居在一起，它由多个核糖醇（核糖醇）或甘油（甘油型）以磷酸二酯键连接而成的一种酸性多糖。磷壁酸可为两类： 壁磷壁酸：与肽聚糖分子间发生共价结合，可用稀酸、碱提取 膜磷壁酸：与细胞膜上磷脂共价结合，可用４５％热酚水提取 它们的基本结构单位是：Ｒ｛甘油或核糖醇｝－磷酸     磷壁酸的作用：①因带负电荷，故可与环境中的 Mg 2+ 等阳离子结合，提高这些离子的浓度，以保证细胞膜上一些合成酶维持高活性的需要；②保证革兰氏阳性致病菌与宿主的粘连；③赋于革兰氏阳性菌以特异的面抗原；④提供某些噬菌体以特异的吸附受体。 (2)G - 细胞壁成份     G - 细胞壁的组成和结构比 G + 更复杂。主要成份为：脂多糖 (LPS) 、磷脂、脂蛋白、肽聚糖。     虽然 G - 有肽聚糖，但含量很少，仅占细胞壁干重的 5-10% 。肽聚糖结构与 G + 相同，但短肽尾中的３号位上 L-Lys 往往被其他二氨酸取代，如： E.coli 的肽聚糖中的二氨基庚二酸（ DAP ）取代了 L-Lys ，并直接与相邻短肽尾四号位上的 D-Ala 直接连接。由于它们只有 30% 的肽聚糖亚单位彼此交织联结，故其网状结构不及 G + 细菌的坚固，显得比较疏松。     脂多糖（ LPS ）为 G - 细胞壁的主要成分，也是 G - 特有的成分，其化学组成因种而有一定的差别。它由三个部分组成，即核心多糖、Ｏ－侧链和类脂Ａ，分子结构十分复杂，分子量在 10000 以上。Ｏ－侧链为一种多糖聚合结构，不同种和型的细菌，Ｏ－侧链组成和结构均有变化，构成了各自的特异抗原称Ｏ－抗原，而Ｏ－抗原的差异，使之在免疫学和临床诊断中具有重要价值。     LPS 位于 G - 菌细胞壁的最外层，它有保护细胞的作用，同时脂多糖也是 G - 的主要表面抗原和噬菌体吸附位点，也是一些致病菌内毒素的物质基础。 2. 细菌细胞壁与革兰氏染色     革兰氏染色法是由丹麦医生 Gram 于 1884 年创立，其简要操作分初染→媒染→脱色→复染。如果染色得当，镜检发现 G + 菌体呈蓝紫色， G - 菌体呈红色。通过革兰氏染色法可把所有细菌分两在类。因此它是分类鉴定菌种的重要指标。其染色机制：通过初染和媒染操作后，在细菌细胞的膜或原生质体上染上了不溶于水的结晶紫与碘的大分子复合物。革兰氏阳性菌由于细胞壁厚、肽聚糖含量较商和其分子交联度较紧密，故在用乙醇洗脱时，肽聚糖网孔会因脱水而明显收缩，再加上它基本不含类脂，故用乙醇处理不能在壁上溶出缝隙，因此结晶紫与碘复合物仍牢牢阻留下其细胞壁内，使其呈现蓝紫色。反之，革兰氏阴性细菌因其壁薄、肽聚糖含量低和交联松散，故遇乙醇后，肽聚糖网孔不易收缩，加上它的类脂含量高，所以当乙醇把类脂溶解后，在细胞壁上就会出现较大的缝隙，这样，结晶紫与碘的复合物就极易被溶出细胞壁，因此通过乙醇脱色后，细胞又呈无色。这时，再经番红等红色染料进行复染，就使革兰氏阴性获得了红色。   步 骤 方 法 结果 阳性 (G + ) 阴性 (G - ) 初 染 结晶紫 30s 紫 色 紫 色 媒染剂 碘液 30s 仍为紫色 仍为紫色 脱 色 95% 乙醇 10 — 20s 保持紫色 脱去紫色 复 染 蕃红 ( 或复红 )30 — 60s 仍显紫色 红 色   表 2.2 革兰氏染色程序和结果   3. 细胞壁缺陷型 虽说细胞壁是细菌细胞的一般结构，但在特殊情况下也可发现有几种细胞壁缺损的或无细胞壁的细菌存在。 ①原生质体 (protoplast) ：指在人工条件下用溶菌酶除尽原有细胞壁或用青霉素抑制细胞壁的合成后所留下的仅由细胞膜包裹着的细胞。一般由 G + 形成。 ②球状体 (sphaeroplast) ：指还残留部分细胞壁的原生质体。一般由 G - 形成。 ③ L －型细菌：指在实验室中通过自发突变而形成的遗传性稳定的细胞壁缺陷菌株。在固体培养基上就形成呈“油煎蛋状”微菌落。最先为英国 Lister 医学研究所发现命名。 特 征 G + 细菌 G - 细菌 肽聚糖 层厚 层薄 类脂 极少 脂多糖 外膜 缺 有 壁质间隙 很薄 较厚 细胞状态 僵硬 僵硬或柔韧 酸消化的效果 原生质体 原生质球 对染料和抗生素的敏感性 很敏感 中度敏感 4. 细胞壁的功能 ① 固定细胞外形；②协助鞭毛运动；③保护细胞免受外力损伤；④阻止有害物质进入细胞；⑤与细菌的抗原性、致病性和对噬菌体的敏感性密切相关。   （二）细胞膜与间体     细胞膜 (cell membrane) 又称质膜，是紧贴在细胞壁内侧、柔软而富有弹性的半透性薄膜。电镜观察可见三层，即内外两层较暗淡的致密层而中间较透亮稀疏层，约它 7-8nm ，约为干重的 10% 左右。 1.细胞膜的结构 　　由单位膜组成的细胞膜，主要成份为：脂类（磷脂）和蛋白质。其磷脂分子是由一个带正电荷且能溶于水的极性头（磷酸端）和一个不带电荷、不溶于水的非极性尾（烃端）构成。极性头朝向膜的内外两个表面呈亲水性；而非极性的疏水尾则埋在膜内层，从而形成一个磷脂双层分子。据目前所知：磷脂双分子层通常呈液态，不同的内嵌蛋白和外周蛋白可在磷脂双分子层液体中作侧向运动。犹如漂浮在海洋中的冰山那样。这就是 Singer 和 Nicolson 提出的细胞膜液态镶嵌模型的基本内容。 2. 细胞膜的功能 　　①控制细胞内外物质的运送、交换；②维持细胞内正常渗透压；③能量代谢、合成代谢的场所；④鞭毛的着生点和提供其运动所需的能量。 　　间体（ mesosome ）由细胞膜内褶形成的一种管状、层状或囊状结构，一般位于细胞分裂部位或其邻近。其功能主要是促进细胞间隔的形成并与遗传物质的复制及其相互分离有关。在 Bacillus subtilis( 枯草杆菌 ) 、 Streptococcus faecalis （粪链球菌）中，间体较为明显。 　　（三）细胞质及其内含物     细胞质是细胞膜内，除核质体以外的物质。其主要成分为核糖体、贮藏物、酶类、中间代谢物、无机盐等。 1. 核糖体     核糖体是细胞质中的一种核糖核蛋白的颗粒状物质，由核糖核酸 (60%) 和蛋白质 (40%) 组成，常以游离状态或多聚核糖状态分布于细胞质中。其沉降系数均为 70s ，而 70s 核糖体可解离为 30s 和 50s 两个不同组分的亚基。较大 50s 亚基又可解离为一个 23SRNA 和一个 5SRNA 及 50 个特殊蛋白质，较小的 30S 亚基，它由一个 16SRNA 分子和约 20 个特殊的核糖体的蛋白质所组成。其中 s 为沉降系数。它是蛋白质的合成场所，其数量多少与蛋白质合成直接相关，往往随菌体生长速率而变，快速繁殖时核糖体含量高，反之则低。 2. 气泡     某些光合细菌和水生细菌的细胞质中，含有几个乃至很多个充满气体的圆柱形或纺锺形小泡囊。它有许多气泡囊组成，其外表由一层膜状坚硬结构所包裹，此膜并非为质膜状的单位膜所构成，而是由蛋白质的亚单位所组成。故只能透气而不能透过水或溶质。其功能为调节细胞比重以使其漂浮在合适水层中的作用。 ３ . 羧化体 　　在若干化能自养细菌中含有的多角形细胞内含物，它们大小约为 10nm ，内含 1 、 5 －二磷酸核酮糖羧化酶，在自养细菌的 CO 2 固定中起关键的作用。在一些光合细菌，如蓝细菌 (Synechococcus lividus) 以及化能自养菌 , 如硝化杆菌科 (Nitrobocteraceal) 等细胞中均有羧化体。 ４ . 颗粒性贮藏物     原核生物细胞内常含有各种较大的颗粒，大多为细胞贮藏物，它们常贮藏细胞的各种物质或代谢产物。其成分可为糖类、脂类、含氮化合物以及无机物等。 ①聚－ B 羟丁酸　　为一些细菌所特有，如巨大芽孢杆菌可在细质内形成聚－ B 羟丁酸，可用苏丹黑染色。在细胞内的羟基丁酸呈酸性，而当其聚合为大分子时就成为中性脂肪酸，这样就能维持细胞内的中性环境，从而避免内源性酸性而抑制或自毁。同时聚－ B 羟丁酸是一种碳源和能源的贮藏物。同时可制作易降解且无毒的医用塑料等器皿和外科用的手术针及缝线。 ②异染颗粒　　又称迂回体，这是因为其最早在 Spirillum volutans( 迂回螺菌 ) 中发现之故。主要成分为多聚偏磷酸，为磷源的贮藏物、能量贮藏物、降低渗透压等作用。鼠疫杆菌的细胞两端就有异染颗粒，易被甲基蓝染成红色。 ③藻青素　　通常存在于蓝细菌中，它们属于内源性的氮素贮藏物，同时还具有贮藏能源的作用。 ④肝糖和淀粉粒　　蓝细菌的大多数，肠道杆菌的许多属的细胞内常能积累多聚葡萄糖硫滴，以肝糖或淀粉粒作为贮藏物质。它们均匀的分布在细胞质中，可用碘溶液处理使其显色，若为直链可染成蓝色，若有分支可染成红棕色。 　　（四）核质体和质粒 1. 核质体     细菌没有真正的细胞核，仅有一个区域不明显的核区存在， DNA 主要分布在核区域内。它没有核膜、核仁，也无固定的形态，结构简单。每个 DNA 分子由彼此互补的两股链组成，其长度为细胞长度的若干倍，如大肠杆菌的细胞长约 2um ，而其所含的 DNA 分子长度为 1100--1400um ，这就意味着，在细胞内的 DNA 必然以高度折迭缠绕，以超螺旋状结构存在。核区位于细胞中央，呈球状、亚铃状或带状。当细菌处于对数生长期时，则一个菌体细胞内往往出现２－４个核区。其主要功能为传递个体的遗传性状。 2. 质粒     质粒是存在于细菌染色体外或附加于染色体上的遗传物质 . 绝大多数由共价闭合环状双螺旋 DNA 分子构成，分子量较小。 很多细菌：大肠杆菌、痢疾杆菌、金黄色葡萄球菌等。 　　按功能分有： R 因子、 F 因子、 COL 因子（编码大肠菌素的基因）等。 　　它具有以下性质：①能自我复制、稳定遗传；②可插入细菌染色体中或与其携带的外源 DNA 片段共同复制增殖；③可通过转化、转导或接合作用单独转移或携带着染色体片段一起转移；④可从菌体内自行消失；⑤可通过物理、化学手段使其消除或抑制。所以它已成为基因中重要的运载工具之一。 　　（五）荚膜 1. 概念     荚膜 (capsule) 是有些细菌生活在一定营养条件下，向细胞壁表面分泌的一种粘液状、胶质状的物质。根据其厚度的不同常有不同的名称。 ①大荚膜 (>200nm) ，有明显的外缘和一定的形状，较紧密的结合于细胞壁外，将墨水或苯胺黑负染的标本置于光学显微镜下可见。 ②微荚膜 (microcapsule)(<200nm), 与细胞表面结合较紧密，不能用光学显微镜观察到，但可用血清学方法显示。 ③粘液层 (slimelayer) 量大 , 而且与细胞表面的结合比较松散，没有明显的边界，常扩散到培养中，在液体培养基中会使培养基的粘度增加。     产荚膜细菌在固体培养基上形成表面湿润、有光泽、粘液状的光滑型菌落；不产荚膜的细菌形成表面干燥、粗糙的粗糙型菌落。     荚膜的形成与环境条件密切相关。如肠膜状明串珠菌 (Leuconostoc mesenteroides) 只有生长在含糖量高、含氮量较低的培养基中才能形成荚膜。炭疽杆菌 (Bacillus anthracis) 只有在人或动物体内才能形成荚膜。一般情况下产荚膜细菌可对制糖工业造成威胁，由于其大量繁殖是糖的粘度加大影响过滤。同时可引起酒类、牛奶、面包等饮料食品发酸变质。在一定条件下可变有益的物质如生产人工右旋糖酐用于代血桨的主要成份，在临床上用于抗休克、消肿、解毒等；从荚膜中提取的黄杆胶可用作石油开采中的井液添加剂，也可用于印染、食品工业。 2. 化学成份 荚膜的主要成份为多糖、多肽、或蛋白质，尤以多糖居多。 3. 功能 ①保护细菌免受干燥的影响；②贮藏养料，以备营养缺乏时重新利用；③与病原菌的毒性密切相关；④能抵抗吞噬细胞的吞噬 　　（六）鞭毛 1. 概念 　　鞭毛是某些微生物细胞表面着生的一根或数根细长、波曲、毛发状的丝状物。直径为 0.1--0.2um ，它是细菌的运动器官。 2. 结构组成 　　一般情况下，一根完整的鞭毛，从形态上可分为三部分：鞭毛丝、鞭毛钩、基体（由一个同心环与穿过这个环系中央的小杆组成。同心环第的构成在革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌中是不同的，在革兰氏阴性菌中，环系由 L 和 P 、 S 和 M 两对环组成， L 和 P 环分别位于细胞壁的脂多糖和细胞膜内， S 和 M 环分别位于细胞膜表面和细胞膜内。在革兰氏阳性菌中，环系只由 S 和 M 这一对环组成）其主要的化学成为：鞭毛蛋白。 3. 类型 　　根据鞭毛的数目和着生情况，可分为以下几个类型： 　　①偏端单生鞭毛菌；②两端单生鞭毛菌；③偏端丛生鞭毛菌；④两端丛生鞭毛菌；⑤周生鞭毛菌     有些细菌除有鞭毛外还有菌毛和性菌毛。菌毛是细菌细胞表面着的一些比鞭毛更细短、直硬的丝状结构，又称伞毛。其量很多，每个菌体细胞约有 150-500 根，其直径为 7-9nm 、长为 200-2000nm ，仅在电子显微镜下才能观察到。     菌毛不是细菌的运动器官，而是细菌的吸附器官。细菌常可借助菌毛吸附在动植物或其他各种细胞的表面。     在菌毛中还有一类称为性菌毛，它有性质粒所控制，它比一般菌毛稍粗而长，但数量较少。它是细菌接合的工具，在菌体间传递遗传物质。 　　（七）芽孢 1. 概念 　　某些细菌在其生长的一定的阶段，在细胞内形成一个圆形、椭圆形、壁厚、含水量极低、抗逆性极强的休眠体。芽孢形成的位置、形状、大小可因菌种而异。如：枯草芽孢杆菌的芽胞位于菌体中间，呈卵圆形比菌体小；破伤风梭菌芽胞位于菌体一端呈圆形，比菌体大，使菌呈棒锤形。 2. 特点 　　①含水量低；②壁厚而致密，折光性强；③芽胞中含有 2,6 －吡啶二羧酸，它对热具有较强的抗性，一但芽孢萌发时 2,6 －吡啶二羧酸（ DPA ）将释放到培养基中去，同时它也失支抗热性；④芽胞的酶处于不活跃状态。     芽孢的形成需要一定的外界条件。例如：炭疽芽孢杆菌在有氧条件下形成芽孢，而破伤风杆菌正好相反。在部分芽胞杆菌，只有在营养缺乏、代谢产物积累或温度高的不良环境下，其衰老的细胞内才形成芽孢。但有些芽孢如苏云金芽孢杆菌只有在营养丰富、温度适宜的条件下才能形成芽孢。因此不能把芽孢的形成单纯理解为是不良环境条件下的产物。芽孢一旦形成对不良环境就具有很强的抵抗性，尤其耐高温。像枯草芽孢杆菌的芽孢在沸水中可存活 1 小时，这对于有效的控制有害微生物，带来困难。另外 Bacillus megaterium( 巨大芽孢杆菌 ) 芽孢抗辐射能力要比 E.coli( 大肠杆菌 ) 营养细胞强 36 倍。 ３．芽孢的形成过程     产芽孢的细菌当其细胞停止生长即环境中缺乏营养及有害代谢产物积累过多时，就开始形成芽孢．从形态上来看，芽孢的形成可分为七个阶段：① DNA 浓缩，束状染色质形成；②细胞膜内陷，细胞发生不对称分裂；③前芽孢的双层隔膜形成；④在上述两层隔膜间充填芽孢肽聚糖后，合成 DPA ，累积钙离子，开始形成皮层，再经脱水，使折光率增高；⑤芽孢衣合成结束；⑥皮层合成完成，芽孢成熟，抗热性出现；⑦芽孢囊裂解，芽孢游离外出。     应该注意的是一个营养细胞只能形成一个芽孢，而一个芽孢也只能产生一个营养体，芽孢仅是芽孢细菌生活史中的一环节，是细菌的休眠体，而不是一种繁殖方式。     伴孢晶体：芽孢杆菌中有些种，如苏云金芽孢杆菌等形成芽孢的同时，会在芽孢旁形成一颗菱形或双锥形的碱溶性蛋白晶体。一个细菌一般只产生一个伴孢晶体，伴孢晶体由蛋白质组成，它具有毒性，能杀死鳞翅目昆虫。所以是一种良好的细菌杀虫剂。 　　三、细菌的繁殖     微生物的繁殖方式分为有性繁殖和无性繁殖两种。     细菌主要是通过无性繁殖产生后代。其繁殖方式是二分裂，简称裂殖。细菌的繁殖过程分为三个连续步骤：①核的分裂和隔膜的形成；②横隔壁形成；③子细胞分裂。由于分裂时平面的方向不同，分裂后的子细胞相互分离或相互连结，因此形成各种形式的排列。 　　四、细菌菌落及特征     单个微生物细胞或同种细胞在适宜的固体培养基表面或内部生长、繁殖到一定程度形成肉眼可见的子细胞群体，称为菌落。当固体培养基表面有许多菌落连成一片时，这时称为菌苔。 菌落的特征主要包括以下特征： 1. 大小：大、中、小、针尖状 2. 颜色：黄色、金黄色、灰白色、乳白色、红色、粉红色等 3. 干湿：干燥、湿润、粘稠等 4. 形态：圆形、假根状、不规则等 5. 高度：扁平、隆起、凹下等 6. 透明程度：透明、半透明、不透明等 7. 边缘：整齐、波状、锯齿状等     如果一个菌落是由一个细菌繁殖而来，则称为纯培养或克隆（ clone ）。每一种菌在一定的条件下菌落特征是一定的。在相同条件下菌落特征的改变，常标志着细菌生理性状发生了变异。但环境条件的改变也会引起菌落性状的改变。因此在不同条件下，菌落特征所出现的微小差异不能误认为菌株发生变异。     细菌的菌落的主要特征：湿润、粘稠、易挑起、质地均匀、菌落各部位的颜色一致等。但也有的细菌形成的菌落表面粗糙、有褶皱感等特征。 　　由于菌落就是微生物的巨大群体，因此，个体细胞形态上的种种差别，必然会极其密切地反映在菌落的形态上。这对产鞭毛、荚膜和芽孢的种类来说尤为明显。无鞭毛细菌形成的菌落较小、较厚、边缘极其圆整；有鞭毛细菌形成的菌就大而扁平，形状不规则和边缘缺刻的特征；有荚膜细菌菌落光滑、透明、较大；产芽孢细菌形成的菌落表面粗糙、有褶皱感等特征。 第二节   放　线　菌     放线菌是一类呈菌丝状生长、主要以孢子繁殖和陆生性强的原核微生物。因菌落呈放射状而得名。     放线菌多为腐生，少数为寄生，与人类关系十分密切。腐生型菌在自然界的物质循环中起着十分重要的作用，而寄生型菌可引起人、动物得病。如：脑膜炎、皮肤病等。所以只有掌握了有关放线菌的知识，充分了解其特性，就可控制和利用它们为人类服务。     放线菌的特性很多，但最主要的特性是能产生大量的、种类繁多的抗生素。据估计，全世界共发现 4000 多种抗生素，其中绝大多数由放线菌产生的， Streptomyces( 链霉菌属 ) 又占放线菌中的首位（占放线菌产生抗生素中的 87.5% ）。这是其他生物难以比拟的。抗生素是主要的化学疗剂，现在临床所用的抗生素：四环素、链霉素、头孢霉素、利福霉素等；农业上用的抗生素：井冈霉素、庆丰霉素等；有的放线菌还用于生产维生素、酶制剂等；此外在石油脱蜡、烃类发酵、污水处理等方面都有很好的应用。 一、放线菌的形态结构     放线菌菌体为单细胞，大多由分枝发达的菌丝组成；少数为杆状或具有原始菌丝。菌丝直径与杆状细菌差不多，大约 1um ， 革兰氏染色阳性，极少为阴性。 放线菌菌丝细胞的结构与细菌基本相同。根据菌丝形态和功能可分为： 1. 营养菌丝　　也称基内菌丝，生长于培养基内，主要功能是吸收营养物质，营养菌丝一般无隔膜，内含有许多核质体，直径约为 0.2-0.8um ，但长度差别很大。有的无色素，有的能产生不同色素。若是水溶性的色素，可透入培养基内，将培养染上相应的颜色。如果非水溶性色素，则使菌落呈现相应的颜色。因此色素是鉴定菌种的一个重要依据。 2. 气生菌丝　　营养菌丝发育到一定时期，长出培养基外伸向空间的菌丝称为气生菌丝。它叠生于营养菌丝上，以至可覆盖整个菌落表面，在光学显微镜下菌丝较粗、颜色较深，直径约为 1-1.4um 。 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，该菌丝称为孢子丝。孢子丝的形状和在气生菌丝上的排列方式，随菌种而异，有直形、波曲、螺旋状等之分。孢子丝发育到一定阶段可形成孢子。由于孢子含有不同色素，成熟的孢子堆也表现出特定的颜色，而且在一定条件下比较稳定故也是鉴定菌种的依据之一。 　　二、放线菌的菌落特征 　　放线菌的菌落是由菌丝体组成的。主要表现为：质地致密、丝绒状或有皱折、干燥，不透明，上覆盖有不同颜色的干粉（孢子），菌落正反面的颜色常因基内菌丝和孢子所产生色素各异而不一致，因基内菌丝与培养基结合较紧，故不易挑起。 　　三、放线菌的繁殖方式 　　放线菌主要通过形成无性分生孢子来繁殖后代。分生孢子是通过横隔分裂方式形成的，孢子丝长到一定阶段，其中产生横隔膜，然后在横隔膜处断裂形成分生孢子。     放线菌生长发育到一定阶段，一部分气生菌丝形成孢子丝，孢子丝分化成熟便分化形成孢子，孢子在适宜环境中吸收水份，膨胀，萌发出 1-4 根芽管，芽管进一步生长，分枝形成菌丝体。 放线菌的孢子抗干燥能强，但不耐高温。   第三节 蓝 细 菌     蓝细菌 (cyanobacteria) 亦称蓝藻或蓝绿藻。它与高等绿色植物和高等藻类一样，含有光合色素 -- 叶绿素 a ，进行放氧性光合作用。 　　一、形态与结构     它的细胞核没有核膜，没有有丝分裂器，细胞壁与细菌相似，外层为脂多糖组成，内层由肽聚糖组成。革兰氏染色阴性。化学组成最独特之处是含有由两个或多个双键组成的不饱和脂肪酸。无鞭毛，但可运动（通过丝状体的旋转、逆转、弯曲），蓝细菌形态差异极大，已知有球状或杆状的单细胞和丝状两种形体。直径为 0.5-60um 。当许多个体聚集在一起，可形成肉眼可见的很大的群体。若繁茂生长，可使水的颜色随菌体面变。     蓝细菌与属于真核的藻类的最大区别，在于它无叶绿体，无真核，有 70S 核糖体，细胞壁中含有肽聚糖，因而对青霉素和溶菌酶十分敏感等。 　　二、性质     蓝细胞可自生固氮，也可共生固氮。它的营养非常简单，不需要维生素，以硝酸盐或者氨作为氮源。蓝细菌没有有性生殖，以裂殖为主，极少数种类有孢子。现知蓝细菌中有 20 多种具固氮作用，故在农业上已成为保持土壤营养水平的主要因子。在临床上可用于治疗肝硬化、贫血、白内障等疾病。正是它本身的意义作用，引起生物学家的极大关注，对其进行不少研究。     有些蓝细菌还有其他细菌没有的细胞。一部分丝状蓝细菌中有一种特化细胞――异形胞。鱼腥蓝细菌的异形胞呈圆形、厚壁、折光率高，内含蓝细菌颗粒。它分布在丝状体中间或未端，为有异形胞蓝细菌固氮的唯一场所。异形胞的藻胆素含量很低，而且没有产氧的光合系统 II 。异形胞的厚壁中含有大量糖脂，可降低氧气扩散进入，异形胞的这一特性为对氧敏感的固氮酶创造了一个厌氧的场所，没有异形胞的丝状蓝细菌在厌氧条件下生长时就在营养细胞中固氮。 三、蓝细菌的分群     根据蓝细菌的形态特征可把它们分成五群：第一群色球蓝细菌群；第二群厚球蓝细菌群；第三群无异形胞丝状蓝细菌群；第四群有异形胞丝状蓝细菌群；第五群细胞多平面方向分裂的有异形胞的丝状蓝细菌群。   第四节 其他原核微生物 　　一、立克次氏体 　　立克次氏体 (Rickettsia) 是介于细菌和病毒之间，在许多方面又类似于细菌专性活细胞内寄生的原核微生物类群。美国医生 Rickettsia 首先提出了立克次氏体存在的证据，他在研究斑疹伤寒热的病源时，不幸感染，死于墨西哥城。为表示记念， 1916 年，人们将斑疹伤寒等这类病原体命名为立克次氏体。 　　立克次氏体具有以下特点： 　　①细胞大小一般为 0.3-0.6 × 0.8-2um 光学显微镜可见；②革兰氏染色阴性；③以二分裂方式繁殖后代；④在真核细胞内营专性寄生；④对热、四环素、土霉素等理化因素敏感。 　　该菌可引起人得斑疹伤寒、恙虫热、Ｑ热等疾病，也可引起牛、绵羊发生心水病、患畜发热，甚至可导致死亡 , 通过虱、蚤、螨等节肢动物传播。 　　二、支原体 　　介于细菌与立克次氏体之间无细胞壁的原核微生物，它是一类已知最小、无细胞壁、能离开活细胞独立生活的原核微生物。 Nocard 于 1898 首次从患传染病胸膜肺炎的病牛中分离出来，当时称为 PPO （胸膜肺炎微生物），从 1955 年起支原体的名词才正式代替以前的 PPO ，革兰氏染色阴性，可在人工培养基上生长繁殖，但营养要求高，须在培养中加入血清、酵母膏等营养丰富的物质。支原体引起人和畜禽呼吸道、肺部、生殖系统的炎症。植物支原体（又称类支原体）是黄化病、矮化病等植物病的病原体。同时还是组织培养的污染菌。 　　具有以下特点： 　　①直径较小，在光学显微镜下勉强可见；②菌落小并呈特有的“油煎蛋”状；③以二分裂方式繁殖后代；④缺乏细胞壁，故形态多变能通过细菌滤器；⑤对青霉素、溶菌酶不敏感，而对四环素、土霉素敏感。 　　三、衣原体 　　介于立克次氏体与病毒之间，能通过细菌滤器，专性活细胞内寄生的一类原核微生物。它是由我国著名微生物学家汤飞凡及其助手首次分离到沙眼的病原体，由于它们具有滤过性、专性细胞内寄生和能形成包涵体，而被认为是病毒，直到 1970 年才正式命名为衣原体。形态呈球形或椭圆形，革兰氏染色阴性。 具有以下特点： ①衣原体在宿主细胞内生长繁殖具有独特的生活周期：即存在原体和始体两种形态。原体细小，呈圆形颗粒状，具有高度感染性；始体比原体大，圆形，无感染性；②以二分裂方式繁殖， 生活周期为 24-48h ；③不耐热，对四环素、氯霉素敏感。   本章思考题 1 . 试解释下列名词： 肽聚糖，磷壁酸，溶酶菌，抗酸染色，间体，羧酶体，核区，质粒，附器，异形胞。 2. 试比较以下各对名词：     原核微生物与真核微生物、胞壁质与拟胞壁质、脂多糖与脂多糖层、原生质体与球形体、鞭毛丝与轴丝、聚 - β羟基丁酸颗粒与多聚磷酸颗粒、荚膜与粘液层、芽孢与孢子。 3. 试从化学组成和构造论述细菌细胞的结构与功能。 4. 根据革兰氏阳性细菌与革兰氏阴性细菌细胞壁通透性来说明革兰氏染色的机制。 5. 试述几种细菌细胞壁缺损型的名称及其应用价值。 6. 放线菌与霉菌均呈菌丝壮生长，单为何认为放线菌更接近于细菌而不接近于霉    菌？ 7. 什么是芽孢？芽孢的形成及其调节方式？试述芽孢的抗逆性机制。 8. 蓝细菌有哪些不同于细菌的结构与成分？它们的功能是什么？ 9. 立克次氏体有哪些与专性活细胞内寄生有关的特性？它们有什么特殊的生活方    式？ 10. 衣原体与立克次氏体都为专性活细胞内寄生，两者有何差别？ 11. 支原体有何特点？哪些特点是由于缺乏细胞壁而引起的？ 12. 螺旋体和螺菌有何不同？ 13. 细菌细胞中的哪些物质有抗原作用？这些物质存在于哪些结构中？ 14. 试从细胞的形态结构分析细菌与放线菌的菌落特征。 15. 试就作用靶物质、作用机制、作用结果和作用对象等方面比较溶霉菌与青霉素     对细菌细胞壁的作用。   主要 参考资料 周德庆编，微生物学教程（第二版），北京：高等教育出版社 ,2002 沈萍主编，微生物学 ， 北京：高等教育出版社， 2000 刘志恒 主编现代微生物学， 2002 年 8 月出版，科学出版社 杨文博 主译，微生物生物学， 2001 年 8 月出版，科学出版社