微生物学复习资料全

微生物学复习资料

绪论

微生物：是一切肉眼看不见或看不清的微笑生物的总称。

其特点有：小（个体微小，一般小于0.1mm）微米级：光学显微镜下可见（细胞）

纳米级：电子显微镜下可见（下抱起、病毒）简（构造简单）单细胞

简单多细胞

非细胞（即“分子生物”）

低（进化地位低）原核类：三菌（放线菌、蓝细菌、支原体），三体（支原体、

立克次氏体、衣原体）

真核类：真菌（酵母菌、霉菌），原生动物，显微藻类。

非细胞类：病毒，亚病毒（类病毒、拟病毒、阮病毒）

微生物的五大共性：体积小，面积大：因此微生物必然有一个巨大的营养物质吸收面、

代废物的排泄面和环境信息的交换面，并由此

而产生其余4个共性。

吸收多，转化快：这个特性为微生物的高速生长繁殖和合成大量代

产物提供了充分的物质基础，从而使微生物能在

自然界和人类实践中更好地发挥其小型“活的化工

厂”。

生长旺，繁殖快：在发酵工业中有重要意义，主要体现在它的生产

效率高、发酵周期短上。同时对基本理论的研究也

带来极大的优越性，使科学研究周期大为缩短、空

间减少、经费降低、效率提高。也有些病菌危害着

人类的健康。

适应强，易变异：有益的变异可为人类创造巨大的经济和社会效益

（如产青霉素的菌种的变异，使产量大大提升）。

有害的变异则是人类的公敌（如禽流感病毒的变

异可怕）。

分布广，种类多：主要体现有物种的多样性、生理代类型的多样

性、代产物的多样性、遗传基因的多样性、生

态类型的多样性

学习目标：了解微生物的基本特点，了解微生物学的发展历程，掌握微生物的五大共性及其功能。了解当代微生物学的发展状况，及当代微生物学的应用方向。了解微生物

学与那些学科有联系和交叉。

思考：1、微生物给人类带来了那些利和弊？

2、你对当代微生物学有那些憧憬？

3、你对目前那些微生物感兴趣，在哪方面，说说理由？

4、你认为当什么样的微生物对人类的危害最大？

第一章原核生物的形态、构造和功能

第一节细菌

原核生物：即广义的细菌，指一大类细胞核无核膜包囊，只存在称作核区的裸露DNA的原始单细胞生物，包过真细菌和古生菌两大类群。根据外表特征把原核生物粗分为：

三菌三体。

细菌：是一类细胞细短（直径约0.5微米，长度约0.5-5微米）、结构简单、胞壁坚韧、多以

二分裂方式繁殖和水生性较强的原核生物。

杆菌：短杆（球杆）状、棒杆状、梭状、梭杆状、分支状、螺杆状、足

按形态、节状和弯月状。

结构球菌：单球菌、双球菌、四联球菌、八叠球菌、链球菌和葡萄球菌。

可分为：螺旋菌：弧菌（螺旋不足一环的）、螺菌（螺旋满2-6环的小型、坚硬的

螺旋状细菌）、螺旋体（螺旋周数多的体长、柔软的螺旋状细菌）。

简单染色法为紫色：革兰氏阳性菌

死菌正染色法革兰氏染色法

鉴别染色法抗酸性染色法为红色：革兰氏阴性菌

芽孢染色法

细菌染色法：姬姆萨染色法

负染色法：荚膜染色法

活菌：用美兰或TTC（氯化苯基四氮唑）等活菌染色

细菌的构造：

一般构造：一般细菌都有的构造（细胞壁、细胞膜、细胞质、核区）。

1、细胞壁：位于细胞最外的一层厚实、坚韧的外被主要成分为肽聚糖。

主要功能： 1）固定细胞外星和提高机械强度，使其免受渗透压等外力的损伤；

2）为细胞的生长、分裂和鞭毛运动所必需；

3）阻拦大分子有害物质（某些抗生素和水解酶）进入细胞；

4）赋予细菌特定的抗原性以及对抗生素和噬菌体敏感性。

（1）G+细菌的细胞壁：G细菌细胞壁的特点是厚度答（20-80nm）和化学组分简单，一

般寒90%肽聚糖和10%磷壁酸。

肽聚糖：又称粘肽、胞壁质或粘质复合物。

①是真细菌细胞壁中的特有成分。

②其分子有肽（四肽尾和肽桥）和聚糖（N-乙酰葡糖胺和N-乙酰胞壁酸）两部分

组成。

③四肽尾：是由4个氨基酸分子按L型与D型交替方式连接而成。并连在N-乙酰

胞壁酸上：L-Ala→D-Glu→L-Lys→D-Ala

④肽桥：为甘氨酸五肽，变化甚多，形成了肽聚糖的多样性。

磷壁酸：是结合在G+细菌细胞壁上的一种酸性多糖，主要成分为甘油磷酸或核糖醇

磷酸。分为两类：壁磷壁酸（是与肽聚糖，其含量会随培养基成分而改变）；膜磷壁

酸（是跨越肽聚糖曾并与细胞膜相交）。

主要功能：①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；

②贮藏元素；

③调节细胞自溶素（当培养液中的感受态因子积累到一定浓度后，与细胞表面受体相互

作用，通过一系列信号传递系统诱导一些感受态一特异蛋白质(competence specific

protein））的活力，借以防止细胞自溶而死亡；

④作为噬菌体的特异性吸附受体；

⑤赋予G+细菌特异的表面抗原，因而可用于菌种鉴定；

⑥增强某些致病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）Gˉ细菌细胞壁：G—细菌细胞壁的特点是厚度较G+细菌薄，层次较多，成分较复杂，肽聚糖层很薄（仅

2-3nm），故机械强度较G+细菌弱。

肽聚糖：其肽聚糖层埋藏在外膜脂多糖（LPS）层之。

①四肽尾：其第三个氨基酸分子不是L-Lys，而是被一种存在于原核生物细胞壁上的特殊氨基酸——消旋二氨基庚二酸（m-DAP）所代替。

②没有特殊的肽桥，故前后两单体间的连接仅通过甲四肽尾的第四个氨基酸（D-Ala）的羧基与乙四肽尾的第三个氨基酸（m-DAP）的氨基直接相怜，因而只形成较稀疏、机械强度较差的肽聚糖网套。

外膜：是细菌细胞壁所特有的构造，它位于壁的最外层，化学成分：

脂多糖：是位于细菌细胞壁最外层的一层较厚（8-10nm）的脂多糖类物质，由类脂A（是G—病原菌物质毒素的物质基础）、核心多糖、和O-特异侧链组成。

功能：控制细胞的透性、提高Mg2+浓度、决定细胞壁抗原多样性（因而可以

用于传染病的诊断和病原的地理定位）。

外膜蛋白：指嵌合在LPS和磷脂层外膜上的20余种蛋白。其中的脂蛋白有使外膜层与膜肽聚糖层紧密连接的功能。

孔蛋白：中间有孔道、可控制某些物质进入外膜的三聚体跨膜蛋白。有特异性和非特异性两种。

周质空间：在Gˉ细菌中，其外膜与细胞膜间的狭窄胶质空间。其中存在多种周质蛋白，包括水解酶类、合成酶类和运输蛋白。

注：G+和Gˉ细菌的细胞壁结构和成分间的显著差别不仅反映在染色反应上，更反映在一系列的形态、构造、化学组分、生理生化和致病性等的差别上。

（3）古生菌（古细菌或古菌）的细胞壁：古细菌主要包括一些独特生态类型的原核生物，如产甲烷菌及大多数嗜极菌（极端嗜盐菌、极端嗜热菌和Thermoplama（没有细胞壁）（热源体属）等。一些古菌的细胞壁中都不含真正的肽聚糖，而是假肽聚糖（其结构虽与肽聚糖相似，但其多糖骨架则是由N-乙酰葡糖胺和N-乙酰塔罗糖胺糖醛酸以β-1，3-糖苷键交替连接而成，连在后一氨基糖上的肽尾由L-Glu、L-Ala和L-Lys 三个L型氨基酸组成，肽桥则由L-Glu一个氨基酸组成。）、糖蛋白或蛋白质。

（4）缺壁细菌：①L型细菌，严格的说：L型细菌应专指那些实验室或宿主体通过自发突变而形成的遗传性稳定的细胞壁缺损菌株。

②原生质体，指在人为条件下，用溶菌酶除去原有细胞壁或用青霉素抑制新生细胞壁合成后，所得到的仅有一层细胞膜包囊的圆球状渗透敏感细胞。

③球状体，又称原生质球，指还残留了部分细胞壁的原生质体。

④支原体，是在长期进化过程中形成的、适应自然生活条件的无细胞壁的原核生物，因为它的细胞膜中含有一般生物所没有的甾醇，故即使缺乏细胞壁，其细胞膜仍有较高的机械强度。

（5）革兰氏染色的机制：通过结晶紫液初染和碘液媒染后，在细菌的细胞膜克形成不溶于水的结晶紫和碘的复合物。

①G+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（或丙醇）处理时，因失水而使网孔缩小，再加上它不含类脂，故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，使其保持紫色。

②Gˉ细菌：其细胞壁薄、外层类脂含量高、肽聚糖层薄和交联度差，遇脱色剂乙醇后，以类脂为主的外膜迅速溶解，这是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Gˉ细菌呈现红色，而G+细菌则保留最初的紫色（实为紫加红）。

2、细胞膜：又称细胞质膜、质膜或膜，是一层紧贴在细胞壁侧，包围着细胞质的柔软、脆弱、富有弹性的半透性薄膜。组成细胞膜的组要成分是磷脂，而膜式由两层磷脂分支整齐地对称排列而成的。在常温下，磷脂双分子层呈液态，其中嵌埋着许多具有运输功能、有时还存在运输通道的整合蛋白或嵌蛋白，而在其外层有许多具有酶促作用的周边蛋白或膜外蛋白。

液态镶嵌模型的要点：

（1）膜的主体式脂质双分子层；

（2）脂质双分子层具有流动性；

（3）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层中；

（4）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；

（5）脂质分子间或脂质与蛋白质分子间无共价结合；

（6）脂质双分子层犹如海洋，周边蛋白可以在其上浮动。

细胞膜具有以下生理功能：

（1）能选择性地控制细胞、外的营养物质和代产物的运送；

（2）是维持细胞正常渗透压的结构屏障；

（3）是合成细胞壁和糖被有关成分（如肽聚糖、磷壁酸、LPS和荚膜多糖）的重要场所；

（4）膜上含有与氧化磷酸化火光合磷酸化等能量代有关的酶，故是细胞的产能基地；

（5）是鞭毛基体的着生部位，并可提供鞭毛旋转运动所需的能量。

间体：是一种由细胞膜褶而形成的囊状构造，其充满着这层或管状的泡囊。

古生菌细胞膜所具有的某些独特性和特异性：

（1）其磷脂的亲水头仍由甘油组成，但疏水尾却由长链烃组成，一般都是异戊二烯的重复单位（如四聚体植烷、六聚体鲨稀等）；

（2）亲水头与疏水尾间通过特殊的醚键连接成甘油二醚或甘油四醚，而在其他原核生物或真核生物中则是通过酯键把甘油与脂肪酸连在一起；

（3）古生菌的细胞膜中存在着独特的单分子层或单、双分子层混合膜。

（4）在甘油分子的C3位上，可连接多种与真细菌有多种独特脂类（如在嗜盐菌中就发现有细菌红素、视黄醛和萘醌等）。

3、细胞质和含物

细胞质：是指被细胞膜包围的除核区以外的一切半透明、胶体状、颗粒状物质的总称。（含水量约80%，与真核生物明显不同的是，原核生物的细胞质是不流动的。）

细胞含物：是指细胞质一些形状较大的颗粒状构造，主要有：

（1）贮藏物：一类由不同化学成分累积和成德不溶性颗粒，主要功能是贮存营养物，种类很多

糖原：大肠杆菌、克雷伯氏菌、芽孢杆菌和蓝细菌等

碳源及能源类聚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：①藻青素：蓝细菌；②藻青蛋白：蓝细菌

磷源（异染粒）：迂回螺菌、白喉棒杆菌、结核分枝杆菌

异染粒：又称迂回体最初在迂回螺菌中发现，并能用美篮或甲苯胺蓝染成紫色。具有

贮藏磷元素和能量以及降低细胞渗透压等作用。还可用于鉴定白喉棒杆菌和

结核分枝杆菌。

注：由于PHB和PHA（聚烃链烷酸）是由生物合成的高聚物，具有无毒、可塑和易降解等特点，因此正在大力开发用于制造医用塑料盒和快餐盒等优质原料，并试图以此来克服当前危害严重的白色污染。

（2）磁小体：存在于少数水生螺菌属等趋磁细菌中，性状为平截八面体、平行六面体或六棱柱等，成分Fe3O4，外有一层磷脂、蛋白质或糖蛋白膜包囊，无毒，具有导向功能。趋磁细菌还有一定的适用作磁性定向药物和抗体，以及制造生物传感器。

（3）羧酶体：一些自养细菌细胞的多角形或六角形含物其大小与噬菌体相仿，约10nm，含1,5-二磷酸核酮糖羧化酶，在自养细菌的CO2固定中起着关键作用。

（4）核区：指原核生物所特有的无核膜包囊、无固定形态的原始细胞核。主要有，环状双链DNA分子。每个细胞所含的核区数目与该细菌的生长速度密切相关。核区除在染色体复制的短时间呈双倍体外，一般均为单倍体。

微生物贮藏物的特点及生理功能：

（1）不同微生物其储藏性含物不同；

（2）微生物合理利用营养物质的一种调节方式；

（3）贮藏物以多聚体的形式存在，有利于维持细胞环境的平衡，避免不适合的pH，渗透压等的危害。（4）贮藏物在细菌细胞量积累，还可以被人们利用。

特殊构造：仅在部分细菌中才有的或在特殊环境条件下才形成的构造（鞭毛、菌毛、性菌毛、糖被（包括荚膜和粘液层）和芽孢）。

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。糖被的有无、厚薄除与菌种的遗传性相关外，还与环境尤其是营养条件密切相关。

荚膜(capsule)

结构层次固定大荚膜（macrocapsule）

单个细胞表面微荚膜(microcapsule)

糖被结构松散粘液层(slime layer)

细胞群体表面菌胶团(zoogloea)

糖被的功能为：

（1）保护作用，其上大量极性基团可保护菌体免受干旱损伤；可防止噬菌体止噬菌体的吸附和裂解；（2）贮藏养料，以备养缺乏时重新利用。

（3）作为透性屏障和离子交换系统，以保护细菌免受重离子的毒害；

（4）表面附着作用，例如可引起蔗糖转变成聚糖，由它把细菌牢牢黏附于表，这时细菌发酵糖类所产生的乳酸在局部发生累积，严重腐蚀齿珐琅表，引起龋齿。

（5）细菌间的信息识别作用。

（6）堆积代废物。

糖被在科学研究和生产实践中都有较多的应用：

（1）用于菌种鉴定；

（2）用作药物和生化试剂（Leuconostc mesenteroides的糖被可提取葡聚糖以制备生化试剂盒“代血浆”）；（3）用作工业原料（野油菜黄单胞菌的糖被提取一种多糖——黄原胶，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）；

（4）用于污水的生物处理（形成菌胶团的细菌，有助于污水中有害物质的吸附沉降）；

2、鞭毛：是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”。（鞭毛的长约15-20μm，直径为0.01-0.02μm，通常在电镜下观察；但通过特殊的染色后使染料加粗鞭毛后可在光学显微镜下观察）原核生物的鞭毛都有共同的构造，它由基体、钩形鞘和鞭毛丝3部分组成，G+和Gˉ细菌的鞭毛构造稍有区别。

（1）G+细菌：鞭毛结构较简单，除其仅有S和M两环外，其他与Gˉ细菌一样。

（2）Gˉ细菌：基体由4个称作环的盘状物组成，最外层为L环，第三个是靠近周质空间的S环，它与M 环合成S-M环。把鞭毛基体与鞭毛丝连在一起的合称S-M环，共同嵌埋在细胞膜上。把鞭毛基体与鞭毛丝连在一起的构造是钩形鞘或鞭毛钩，直径约17nm，其上着生鞭毛丝（其是由许多直径为4.5nm的鞭毛蛋白亚基沿着中央孔道作螺旋状缠绕而成，每周有8-10个亚基。

鞭毛运动速度：一般速度在每秒20～80μm围，最高可达每秒100μm（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）。

鞭毛运动方式：细菌以推进方式做直线运动，以翻腾形式做短促转向运动。

细菌的趋避运动：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。

①光趋避运动或趋光性（phototaxis）：有的细菌能区别不同波长的光而集中在一定波长光区。

②趋磁运动或趋磁性（magnetotaxis）：趋磁细菌根据磁场方向进行分布。

3、菌毛：又称纤毛、伞毛、线毛或须毛，是一种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）

4、性毛：又称性菌毛(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（性毛一般见于革兰氏阴性细菌的雄性菌株（即供体菌）中，其功能是向雌性菌株（即受体菌）传递遗传物质。有的性毛还是RNA噬菌体的特异性吸附受体）

5、芽孢：某些细菌在其生长发育后期，在细胞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

芽孢核的特性：具有大量的钙-吡啶二羧酸；处于脱水状态，只含营养细胞水分的10%-30%；PH比营养细胞大约低1个单位；含较高量的酸溶小芽孢蛋白（SASP）的核新特异蛋白。SASP与核中DNA紧密结合，保护其免受紫外线剪接及干热的损害；此外，SASP还可做为芽孢形成性营养细胞的碳源和能源。

细菌芽孢的特点：

1）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。

2）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；产芽孢细菌的保藏多用其芽孢。3）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。

4）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）。

芽孢的耐热机制：芽孢衣对多价阳离子和水分的透性很差；皮层的离子强度很高，产生极高的渗透压夺取芽孢核心的水分，结果造成皮层的充分膨胀；核心部分的细胞质却变得高度失水，因此，具极强的耐热性。

5、伴孢晶体（parasporal crystal）：少数芽孢杆菌，例如云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis)在其形成芽孢的同时，会在芽孢旁形成一颗菱形或双锥形的碱溶性蛋白晶体——δ毒素，称为伴孢晶体。

特点：不溶于水，对蛋白酶类不敏感；容易溶于碱性溶剂。

注：伴孢晶体对200多种昆虫尤其是鳞翅目的幼虫有毒杀作用，因而可将这类产伴孢晶体的细菌制成有利于环境保护的生物农药——细菌杀虫剂。

细菌的繁殖：当一个细菌生活在合适条件下时，通过其连续的生物合成和平衡生长，细胞体积、重量不断增大，最终导致了繁殖。细菌中主要为裂殖，少数为芽殖。

1、繁殖（fission）：指一个细胞通过分裂而形成两个子细胞的过程。

1）二分裂(binary fission)：典型的是一种对称的二分裂方式，即一个细胞在其对称中心

形成一隔膜，进而分裂成两个形态、大小和构造完全相同的子细胞。在少数细菌中还存在不等二分裂的繁殖方式。

2）三分裂（trinary fission）：细胞进行一分为三的方式为三分裂。

3）复分裂（multiple fission）：是一种寄生于细菌细胞中具有端生单鞭毛称作蛭弧菌的小

型弧状细菌所具有的繁殖方式。在宿主体生长时，会形成不规则的盘曲的长磁暴，然后细胞多处同时发生均等长度的分裂，形成多个弧形子细胞。

2、芽殖（budding）：指在母细胞表面先形成一个小突起，待其长大到母细胞相仿后互相分

离并独立生活得一种繁殖方式。凡是以这类方式繁殖的细菌，统称芽生细菌。

细菌的群体形态

1、在固体培养基上（）的群体形态

菌落 (colony)：在固体培养基表面（或部）以母细胞为中心的一堆肉眼可见的、有一定形态构造特征的子细胞集团。

菌苔 (lawn)：大量分散的纯种细胞密集地接种在固体培养基的较大表面上形成的连在一起的“大菌落”。

菌落的特征描述：大小、干湿度、颜色、形态、透明度、厚度、边缘。