03第一章原核微生物的形态、构造和功能

鞭毛的生长方式是在其顶部延伸
（4）鞭毛推动细菌运动的特点 a.速度
一般速度在每秒20-80μm范围，最高可达每秒100 μm（每分钟达到3000倍体长），超过了陆上跑得 最快的动物—猎豹的速度（每分钟1500倍体长或每 小时110公里）。
b.鞭毛运动的机制
“旋转论” （rotation theory）和“挥鞭论” （bending theory）之争
蓝细菌生长时依靠细胞内的气泡而漂浮于湖 水表面,并随风聚集成块,常使湖内出现“水花”。
4、 核区（nuclear region）
核区又称原核（ prokaryon ）或拟核（ nucleoid ）， 指原核生物所特有的无核膜结构、无固定形态的原 始细胞核。
富尔根（Feulgen） 染色法染色后，可 见到紫色的形态不 定的核区。核区是 细菌等原核生物负 载遗传信息的主要 物质基础。
4、菌毛（fimbria，复数fimbriae）
长在细菌体表的纤 细、中空、短直、 数量较多的蛋白质 类附属物，具有使 菌体附着于物体表 面的功能。
每个细菌约有250-300 条菌毛。有菌毛的细菌 一般以革兰氏阴性致病 菌居多，借助菌毛可把 它们牢固地粘附于宿主 的呼吸道、消化道、泌 尿生殖道等的粘膜上， 进一步定植和致病。
（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。
2、特殊的休眠构造——芽孢
1876年，科赫在研究炭疽芽孢杆菌时首先发现了细 菌的芽孢。
（1）概念
某些细菌在其生长发育后期，在细胞内形成一个圆 形或椭圆形、厚壁、含水量极低、抗逆性极强的休 眠体，称为芽孢（endospore或spore，偶译“内生孢 子”）。
通常存在于蓝细菌中。
由含精氨酸和天冬氨 酸残基（1:1）的分枝 多肽所构成，分子量 在25000-125000。
⑤硫粒（sulfur globules）
很多真细菌在进行产能代 谢或生物合成时，常涉及 对还原性的硫化物如H2S, 硫代硫酸盐等的氧化，形 成硫粒。 在环境中还原性硫素丰富 时，常在细胞内以折光性 很强的硫粒的形式积累硫 元素。当环境中环境中还 原性硫缺乏时，可被细菌 重新利用。
(2)核糖体(ribosomes)
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(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。它是蛋 白质的合成场所。
（3）颗粒状贮藏物(reserve materials)：
贮藏物是一类由不同化学成分累积而成的 不溶性沉淀颗粒，主要功能是贮存营养物。
（2）观察和判断细菌鞭毛的方法
电子显微镜直接观察 鞭毛长度：15-20μm 直径：0.01-0.02μm 光学显微镜下观察：鞭毛染色和暗视野显微镜 根据培养特征判断：半固体穿刺、菌落（菌苔）形态
（3）鞭毛的结构及其运动机制
鞭毛的结构与化学组分：鞭毛的主要化学组分是鞭毛 蛋白，并含有少量的糖和脂肪。鞭毛的结构由鞭毛基 体、鞭毛钩、鞭毛丝三部分构成。
著名的“拴菌实验” 证明了“旋转论” 是正确的。
c.细菌的趋避运动
鞭毛的功能是运动，这是原核生物实现其趋性 （taxis）即趋向性的最有效方式。
化学趋避运动或趋化作用（chemotaxis）：细菌对 某化学物质敏感,通过运动聚集于该物质的高浓度区 域或低浓度区域。
光趋避运动或趋光性（phototaxis）：有的细菌能 区别不同波长光而集中在一定波长光区内。 趋磁运动或趋磁性（magnetotaxis）：趋磁细菌根 据磁场方向进行分布。
②多糖类贮藏物
糖原粒
淀粉粒
在真细菌中以糖原为多， 糖原粒较小，不染色需 用电镜观察，用碘液染
成褐色，可在光学显微
镜下看到。 有的细菌积累淀粉粒， 用碘液染成深兰色。
③异染粒(metachromatic granules)
又称迂回体（因最初在迂回螺菌中发现）或捩转
菌素（volution granules）。可用美蓝或甲苯胺蓝
（4）磁小体(megnetosome)
趋磁细菌细胞中含有的大 小均匀、数目不等的Fe3O4 颗粒，外有一层磷脂、蛋 白或糖蛋白膜包裹。 功能是导向作用，即借 鞭毛游向对该菌最有利 的泥、水界面微氧环境 处生活。 实用前景:包括生产磁性 定向药物或抗体，以及 制造生物传感器等。
（5）羧酶体（carboxysome）
类脂性质的碳源类贮藏物 巨大芽孢杆菌（Bacillus megaterium）在含乙酸或 丁酸的培养基中生长时， 细胞内贮藏的PHB可达其 干重的60%。
PHB于1925年被发现,至今 已发现60属以上的细菌能 合成并贮藏。
它无毒、可塑、易降解，被 认为是生产医用塑料、生 物降解塑料的良好原料。 羟基丁酸分子呈酸性，而当 其聚合成聚-β-羟丁酸(PHB) 就成为中性脂肪酸了，这样 便能维持细胞内中性环境， 避免菌体内酸性增高。
第一章
原核微生物的形态、构造和功能 （ 2）
3、细胞质（cytoplasm）和内含物
（1）概念： 细胞质是细胞质膜包围的除核区外的一切半透明、 胶状、颗粒状物质的总称。含水量约80%。
细胞质的组成
为核糖体、贮藏物、多种酶类和中间代谢物、质 粒、各种营养物和大分子的单体等，少数细菌还 有类囊体、羧酶体、气泡或伴孢晶体等。
5、性毛(pili,单数pilus)
构造和成分与菌毛相同， 但比菌毛长，数量仅一 至少数几根。
棕色固氮菌( Azotobacter vinelandii)及其孢囊(cyst)
3、 鞭毛（flagellum,复flagella）
（1）概念
某些细菌细胞表面着
生的一至数十条长丝
状、螺旋形的附属物
，具有推动细菌运动
功能，为细菌的“运 动器官”。
单端鞭毛
两 端 生 鞭 毛
端生丛毛
周生鞭毛 鞭毛的有无和着生方式具有 十分重要的分类学意义
③荚膜等并非细胞生活的必要结构，但它对细菌在 环境中的生存有利。
④细菌糖被与人类的科学研究和生产实践有密切的 关系。
与人类的密切关系
• 从肠膜明串珠菌的糖被中提取葡聚糖以制备“代血 浆”或葡聚糖生化试剂（如“Sephadex”）； • 利用野油菜黄单胞菌的黏液层可提取十分有用的 胞外多糖－黄原胶（可用于钻井液添加剂，也可 用于印染、食品等工业中）； • 产菌胶团的微生物用于污水处理； • 肠膜明串珠菌污染制糖厂的糖汁会影响生产和降 低产品质量； • 致病菌如黄单胞菌和肺炎双球菌，链球菌荚膜引 起龋齿。
芽孢衣 皮层 芽孢壁 芽孢膜 芽孢质 核心
芽孢核区 胞外壁
炭疽杆菌
芽孢结构
每一个营养细胞内仅生成一个芽孢，故芽孢无繁殖 功能。
能形成芽孢的细菌种类
在杆菌中能形成芽孢的种类较多，在球菌和螺旋菌 中只有少数菌种可形成芽孢。
产生芽孢的几个属（前两个为最主要的）：
（Bacillus）芽孢杆菌属（好养菌）
染成红紫色，故名异染粒。 颗粒大小为0.5-1.0μm，是无机偏磷酸的聚合物， 一般在含磷丰富的环境下。形成功能是贮藏磷元 素和能量，并可降低细胞的渗透压。
在暗视野显微镜
下看到的迂回螺
菌(Spirillum volutans)的异染粒
④藻青素（cyanophycin）
一种内源性氮源贮藏物，同时还兼有贮存能源的作用。
贮藏物的种类很多,表解如下:
糖原粒和淀粉粒:大肠杆菌、克雷伯氏菌、 芽孢 杆菌和蓝细菌等
碳源及 能源类 贮 藏 物
聚β-羟丁酸(PHB):固氮菌、产碱菌和肠杆菌等 硫粒:紫硫细菌、丝硫细菌、贝氏硫杆菌等
氮源类
藻青素：蓝细菌 藻青蛋白：蓝细菌
磷源类
异染粒：迂回螺菌、白喉棒杆菌、结核分枝杆菌
①聚-β-羟丁酸(poly-β-hydroxybutyrate, PHB)
存在于一些自养细菌胞 内的多角形或六角形内 含物，内含1,5－二磷酸 核酮糖羧化酶，在自养 细菌固定二氧化碳时起 关键作用 。存在于硫杆 菌属（Thiobacillus）、 贝日阿托氏菌属 （Beggiatoa）、硝化细 菌和一些蓝细菌中。
羧酶体
图示硫杆菌的羧酶体
（6）气泡（gas vocuoleporosarcina）芽孢八叠球菌属(球菌)
（Sporolactobacillus）孢螺菌属（螺菌）
（2）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 成为营养态细胞，故产芽孢细菌的保藏多用其芽孢； 产芽孢的细菌多为杆菌，也有一些球菌。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，容易 在光学显微镜下观察（相差显微镜直接观察；芽孢 染色） 。
微生物储藏物的特点及生理功能：
微生物合理利用营养物质的一种调节方式；
不同微生物其储藏性内含物不同；
例如厌气性梭状芽孢杆菌只含PHB，大肠杆菌只储 藏糖原,但有些光和细菌二者兼有；
储藏物以多聚体的形式存在，有利于维持细胞内环 境的平衡，避免不适合的pH，渗透压等的危害； 储藏物在细菌细胞中大量积累,还可以被人们用， 如PHB。
（二）细菌细胞的特殊结构
1、糖被（glycocalyx） （1) 概念
包被于某些细菌细胞壁外的 一层厚度不定的胶状物质。 糖被按其有无固定层次、层 次厚薄又可细分为荚膜 （capsule或macrocapsule， 即大荚膜）、微荚膜(microcapsule)、粘液层(slime-layer) 和菌胶团(zoogloea)。
包裹在单个细胞壁上有固定层的糖被 (荚膜 微荚膜) 呈松散状态、未固定的的糖被 (粘液层) 包裹几个细胞或一群细胞 (菌胶团)