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第一章原核微生物的形态构造和功

能

第一节细菌

细菌是一类细胞细短、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。

一、基本形态:球状、杆状、螺旋状

1、球菌

细胞个体呈球形或椭圆形，不同种的球菌在细胞分裂时会形成不同的空间排列方式，常被作为分类依据。

细胞沿一个平面进行分裂：

单球菌：分裂后子细胞分开单独存在，这类球菌称～。

Eg.尿素微球菌

双球菌：如果子细胞成双成对排列，就是～。

Eg.肺炎双球菌

链球菌：如果子细胞成双成对排列，就是～。

Eg.肺炎双球菌

四联球菌：细胞沿两个互相垂直的平面进行分裂，分裂后子细胞连在一起成“田”字则称～。

Eg.四联微球菌

八联球菌：如果沿三个互相垂直的平面进行分裂，八个子细胞叠成一个立方体，称八叠球菌。

Eg.尿素八叠球菌

葡萄球菌：如果细胞分裂方向不定，子细胞不规则的集在一起，像一串串葡萄，称～。

Eg.金黄色葡萄球菌

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新生儿淋菌性眼炎：

淋病奈瑟氏球菌：

金黄色葡萄球菌的扫描电镜照片：

肺炎链球菌：

2、杆菌

细胞呈杆状或圆柱形，一般其粗细（直径）比较稳定，而长度则常因培养时间、培养条件不同而有较大变化。

枯草芽孢杆菌：

铜绿假单胞菌（绿脓杆菌）：

结核分枝杆菌：

炭疽杆菌：

破伤风杆菌：

鼠疫巴斯德氏菌

杆菌有的笔直，有的弯曲，杆菌两端的情况在分类上很重要。

有的象刀切一样整齐（eg.炭疽杆菌），有的是钝圆（eg.枯草杆菌），有的是尖的（eg.鼠疫巴斯德氏菌）。

3、螺旋菌

螺旋菌按其弯曲的程度可分为：

弧菌：菌体只有一个弯曲，其程度不足一圈，形似“C”字或逗号，鞭毛偏端生。

霍乱弧菌(寄生性弧菌-----蛭弧菌)

螺旋菌：菌体回转如螺旋，螺旋数目和螺距大小因种而异。鞭毛二端生。细胞壁

坚韧，菌体较硬。

螺旋体菌：菌体柔软，无鞭毛，用于运动的类似鞭毛的轴丝位于细胞外鞘内。大多数是致病菌。

4、特殊形态

1）柄杆菌（prosthecate bacteria）：

细胞上有柄（stalk）、菌丝（hyphae）、附器（appendages）等细胞质伸出物，细胞呈杆状或梭状，并有特征性的细柄。一般生活在淡水中固形物的表面，其异常形态使得菌体的表面积与体积之比增加，能有效地吸收有限的营养物；

2）星形细菌（star-shaped bacteria）

3）方形细菌（square-ahaped bacteria）

4）异常形态

畸形：细胞在理化因素的刺激下，细胞发育受到阻碍，从而形态异常。Eg.醋酸杆菌

正常形态是短杆状，但温度的变化，可使其成丝状、纺锤状、链锁状。

衰颓型：培养时间过长，营养贫乏或自身代谢产物浓度过高等原因使细胞异常。

Eg.奶酪杆菌

正常形态是杆状的，过熟时变成分支状的衰颓型。

二、细菌的大小

细胞大小表示：宽×长单位：微米

最小的细菌——与无细胞结构的病毒相仿（50 nm）

最大的细菌——肉眼可见（0.75 mm）

菌名————直径或宽x 长度（微米）：

费氏刺骨鱼菌(0.08 mm x 0.6 mm)比大肠杆菌大100万倍（1985年发现）

德国科学家H. N. Schulz等1999年在纳米比亚海岸的海底沉积物中发现的一种硫磺细菌

（sulfur bacterium），其大小可达0.75 mm，Thiomargarita namibiensis，————“纳米比亚硫磺珍珠”

最大细菌和最小细菌悬殊：

三、细菌细胞的结构

一般构造：一般细菌都有的构造。

特殊构造：部分细菌具有的或一般细菌在特殊环境下才有的构造。

细菌细胞的结构：

1、细胞壁

（1）概念：

细胞壁（cell wall）是位于细胞表面，内侧紧贴细胞膜的一层较为坚韧，略具弹性

的细胞结构。

（2）证实细胞壁存在的方法：

细菌超薄切片的电镜直接观察

质、壁分离与适当的染色，可以在光学显微镜下看到细胞壁

机械法破裂细胞后，分离得到纯的细胞壁

制备原生质体，观察细胞形态的变化

（3）细胞壁的功能：

（1）固定细胞外形和提高机械强度

（2）为细胞的生长、分裂和鞭毛运动所必需

（3）渗透屏障，阻拦酶蛋白和某些抗生素等大分子物质（分子量大于800）进入细胞，保护细胞免受溶菌酶、消化酶和青霉素等有害物质的损伤

（4）革兰氏染色与细胞壁：

A.革兰氏染色：

C.Gram（革兰）于1884年发明的一种鉴别不同类型细菌的染色方法。

步骤如下：

1、用碱性染料结晶紫对菌液涂片进行初染；

2、用碘溶液进行媒染，其作用是提高染料和细胞间的相互作用从而使二者结合得更牢固；

3、用乙醇或丙酮冲洗进行脱色。在经历脱色后仍将结晶紫保留在细胞内的为革兰氏阳性细菌，而革兰氏阴性细菌的结晶紫被洗掉，细胞呈无色；

4、用一种与结晶紫具有不同颜色的碱性染料对涂片进行复染。例如沙黄，它使原来无色的革兰氏阴性细菌最后呈现桃红到红色，而革兰氏阳性细菌继续保持深紫色。

革兰氏染色的原理：

革兰氏阳性和阴性细菌的比较：

B.革兰氏阳性细菌的细胞壁：

特点：

厚度大（20~80nm）化学组分简单，一般只含90%肽聚糖和10%磷壁酸，由40层左右的网格状分子交织成的网套覆盖在整个细胞上。

a.肽聚糖

又称粘肽(mucopeptide)、胞壁质(murein)或粘质复合物(mucocomplex)，是真细

菌细胞壁中的特有成分。

b.磷壁酸

革兰氏阳性细菌细胞壁上特有的化学成分，是结合在G+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。

主要生理功能：

(1)细胞壁形成负电荷环境，增强细胞膜对二价阳离子的吸收；二价阳离子，特别是高浓度的Mg2+。的存在，对于保持膜的硬度，提高细胞膜上需Mg2+的合成酶的活性极为重要。

(2)贮藏磷元素；

(3)增强某些致病菌对宿主细胞的粘连、避免被白细胞吞噬以及抗补体的作用；

(4)革兰氏阳性细菌特异表面抗原的物质基础；

(5)噬菌体的特异性吸附受体；

(6)能调节细胞内自溶素(autolysin)的活力，防止细胞因自溶而死亡。

C.革兰氏阴性细菌的细胞壁

a.肽聚糖

埋藏在外膜层之内，是仅由1~2层肽聚糖网状分子组成的薄层(2~3 nm)，含量约占细胞壁总重的10 %，故对机械强度的抵抗力较G+细菌弱。

G-细菌肽聚糖单体结构与G+细菌基本相同，差别仅在于：

①四肽尾的第三个氨基酸分子是内消旋二氨基庚二酸(m-DAP)。（只在原核微生物细胞壁上发现）

②没有特殊的肽桥，只形成较为疏稀、机械强度较差的肽聚糖网套。

b.外膜(outer membrane)

是G-细菌细胞壁所特有的结构，位于G-细菌细胞壁外层，由脂多糖、磷脂和脂蛋白等若干种蛋白质组成的膜，有时也称为外壁。

ⅰ脂多糖（lipopolysaccharide, LPS）

位于G-细胞壁最外层的一层较厚（8~10 nm）的类脂多糖类物质。

脂多糖的主要功能:

(1)LPS结构的多变，决定了G-细菌细胞表面抗原决定簇的多样性；

(2)LPS负电荷较强，与磷壁酸相似，也有吸附Mg2+、Ca2+等阳离子以提高其在

细胞表面浓度的作用，

对细胞膜结构起稳定作用。

(3)类脂A是G-细菌致病物质——内毒素的物质基础；

(4)具有控制某些物质进出细胞的部分选择性屏障功能；

(5)许多噬菌体在细胞表面的吸附受体。

ⅱ外膜蛋白(outer membrane protein)

嵌合在LPS和磷脂层外膜上的蛋白。有20余种，但多数功能尚不清楚。

孔蛋白（porins）

是由三个相同分子量（36000）蛋白亚基组成的一种三聚体跨膜蛋白，中间有一直径约1nm的孔道，通过孔的开、闭，可对进入外膜层的物质进行选择。

非特异性孔蛋白：可通过分子量小于800~900的任何亲水性分子

特异性孔蛋白：只容许一种或少数几种相关物质通过，如维生素B12和核苷酸等。

脂蛋白(lipoprotein) ：是一种通过共价键使外膜层牢固地连接在肽聚糖内壁层上的蛋白，分子量约为7200。

c.周质空间（periplasmic space, periplasm）

又称壁膜间隙。在G-细菌中，一般指其外膜与细胞膜之间的狭窄空间（宽约12~15nm），呈胶状。周质空间是进出细胞的物质的重要中转站和反应场所。

在周质空间中，存在着多种周质蛋白（periplasmic proteins）：