微生物學教程，周德慶，高等教育出版社，1993第1章 緒 論 1、教材： 2、參考書 （1）微生物學教程，周德慶，高等教育出版社，1993 3、參考雜志 “微生物學報”、 “微生物學通報”、“微生物學雜志” 二、微生物與我們 微生物既是人類的敵人，更是人類的朋友！ 微生物是自然界物質循環(huán)的關鍵環(huán)節(jié)； 體內的正常菌群是人及動物健康的基本保證； 幫助消化、提供必需的營養(yǎng)物質、組成生理屏障；微生物可以為我們提供很多有用的物質；有機酸、酶、各種藥物、疫苗、面包、奶酪、啤酒、醬油等等 基因工程為代表的現代生物技術； 少數微生物也是人類的敵人！ 鼠疫；天花；艾滋病；瘋牛病；埃博拉病毒。 可以說，微生物與人類關系的重要性，你怎么強調都不過分，微生物是一把十分鋒利的雙刃劍，它們在給人類帶來巨大利益的同時也帶來“殘忍”的破壞。它給人類帶來的利益不僅是享受，而且實際上涉及到人類的生存。 三、微生物的發(fā)現和微生物學的建立與發(fā)展 （一）古代人民對微生物的認識 （二）微生物的發(fā)現（列文虎克）：1676年，微生物學的先驅荷蘭人列文虎克（Antony van leeuwenhoek）首次觀察到了細菌。 （三）微生物學的奠基 1 法國人巴斯德（Louis Pasteur）（18221895） (1) 發(fā)現并證實發(fā)酵是由微生物引起的； (2) 徹底否定了“自然發(fā)生”學說：著名的曲頸瓶試驗無可辯駁地證實，空氣內確實含有微生物，是它們引起有機質的腐敗。 (3) 免疫學預防接種：巴斯德研究了幾種對人類和牲畜危害很大的疾病，如雞瘟、牛羊炭疽病、人的狂犬病等，并發(fā)現引起這些病害的病原體，制成疫苗，用以預防和治療疾病，為免疫學奠定基礎。（挽救了許多人、畜生命） (4)其他貢獻 巴斯德消毒法：6065作短時間（15-20min）加熱處理，殺死有害微生物的方法。 2 德國人柯赫（Robert Koch）（ 18431910） （1）微生物學基本操作技術方面的貢獻 a）細菌純培養(yǎng)方法的建立；b）設計了各種培養(yǎng)基，實現了在實驗室內對各種微生物的培養(yǎng)；c）流動蒸汽滅菌；d）染色觀察和顯微攝影； （2）對病原細菌的研究作出了突出的貢獻 a）具體證實了炭疽桿菌是炭疽病的病原菌；b）發(fā)現了肺結核病的病原菌；（1905年獲諾貝爾獎）；c）證明某種微生物是否為某種疾病病原體的基本原則著名的柯赫原則 （四）微生物學發(fā)展過程中的重大事件Griffith發(fā)現細菌轉化； 1929 Fleming 發(fā)現青霉素 1953 Watson和Crick提出DNA雙螺旋結構 t1977 Woese提出古生菌是不同于細菌和真核生物的特殊類群， 19821983 Prusiner發(fā)現朊病毒(prion) （五）20世紀的微生物學 1、十九世紀中到二十世紀初微生物學：鑒定病原菌、研究免疫學及其在預防疾病中的作用、尋找化學治療藥物、分析微生物的化學活性。 2、20世紀40年代后，微生物自身的特點使其成為生物學研究的“明星”，微生物學很快與生物學主流匯合，并被推到了整個生命科學發(fā)展的前沿，獲得了迅速的發(fā)展，在生命科學的發(fā)展中作出了巨大的貢獻。 微生物學的主要分支學科：按研究對對象分 （六）我國微生物學的發(fā)展 湯飛凡：沙眼病原體的分離和確證（國際領先） 陳華癸等：根瘤菌固氮作用的研究（開創(chuàng)農業(yè)微生物學） 抗生素的總產量已耀居世界首位：兩步法生產維生素C的技術居世界先進水平 （七）21世紀微生物學展望 2與其他學科實現更廣泛的交叉，獲得新的發(fā)展 四、微生物的類群及特點 微生物是微小生物的總稱，一般只有借助顯微鏡才能其進行觀察。 微生物類群：病毒；原核生物（真細菌、古生菌）；真核生物（真菌：酵母、霉菌、蕈菌等，單細胞藻類；原生動物）等 微生物的特點 個體小、結構簡、胃口大、食譜廣、繁殖快、易培養(yǎng)、數量大、分布廣、種類多、級界寬、變異易、抗性強、休眠長、起源早、發(fā)現晚 個體小：測量單位：微米或納米 最小：火星隕石中發(fā)現的細菌化石（直徑 10 nm）； 最大：德國科學家H. N. Schulz等1999年在納米比亞海岸的海底沉積物中發(fā)現的一種硫磺細菌（sulfur bacterium），其大小可達0.75 mm，Thiomargarita namibiensis，-“納米比亞硫磺珍珠” 結構簡：無細胞結構（病毒）；單細胞；簡單多細胞； 胃口大： 食譜廣：微生物獲取營養(yǎng)的方式多種多樣，其食譜之廣是動植物完全無法相比的！ 繁殖快：大腸桿菌一個細胞重約10 12 克，平均20分鐘繁殖一代； 易培養(yǎng)：很多細菌都可以非常方便地進行人工培養(yǎng)！ 數量大：在自然界中（土壤、水體、空氣，動植物體內和體表）都生存有大量的微生物！ 分布廣：人跡可到之處，微生物的分布必然很多，而人跡不到的地方，也有大量的微生物存在！ 種類多：微生物的生理代謝類型多；代謝產物種類多；微生物的種數“多”； 級界寬：Whittaker的五界分類系統(tǒng)；Woese三原界分類系統(tǒng) 變異易：青霉素的生產：20單位/ ml（1943），10000單位/ ml 抗（逆）性強： 抗熱：有的細菌能在265個大氣壓，250 的條件下生長；自然界中細菌生長的最高溫度可以達到113 ；有些細菌的芽孢，需加熱煮沸8小時才被殺死； 抗寒：有些微生物可以在12 30的低溫生長； 抗酸堿：細菌能耐受并生長的pH范圍：pH 0.5 13； 耐滲透壓：蜜餞、腌制品，飽和鹽水（NaCl, 32%）中都有微生物生長； 抗壓力：有些細菌可在1400個大氣壓下生長； 第2章 純培養(yǎng)和顯微技術 培養(yǎng)物：在一定的條件下培養(yǎng)、繁殖得到的微生物群體。 混合培養(yǎng)物：含有多種微生物的培養(yǎng)物；純培養(yǎng)物：只有一種微生物的培養(yǎng)物。 菌落（colony）：單個（或聚集在一起的一團）微生物在適宜的固體培養(yǎng)基表面或內部生長、繁殖到一定程度可以形成肉眼可見的、有一定形態(tài)結構的子細胞生長群體。 菌苔（lawn）：眾多菌落連成一片。 不同微生物在特定培養(yǎng)基上生長形成的菌落或菌苔一般都具有穩(wěn)定的特征（形狀、顏色等），可以成為對該微生物進行分類、鑒定的重要依據 二、用固體培養(yǎng)基分離純培養(yǎng) 1、稀釋倒平板法：操作較麻煩，對好氧菌、熱敏感菌效果不好！ 2、涂布平板法：使用較多的常規(guī)方法，但有時涂布不均勻！ 3、平板劃線法 4、厭氧微生物的分離：厭氧罐；厭氧手套箱；稀釋搖管法。 三、用液體培養(yǎng)基分離純培養(yǎng)稀釋法進行液體分離必須在同一個稀釋度的許多平行試管中，大多數（一般應超過95%）表現為不生長。 四、單細胞（孢子）分離五、選擇培養(yǎng)分離：抑制大多數其它微生物的生長；使待分離的微生物生長更快； 1.利用選擇平板進行直接分離高溫下培養(yǎng)：分離嗜熱細菌；培養(yǎng)基中不含N：分離固氮菌；培養(yǎng)基加抗生素：分離抗性菌；牛奶平板：分離蛋白酶產生菌；顏色反應：分離特定的菌株；2. 富集培養(yǎng) 六、二元培養(yǎng)物：大腸桿菌和蛭弧菌 第3章 微生物類群與形態(tài)結構 古生菌在進化譜系上與真細菌及真核生物相互并列，且與后者關系更近，而其細胞構造卻與真細菌較為接近，同屬于原核生物。真細菌（eubacteria）包括：普通細菌、放線菌、藍細菌、枝原體、立克次氏體和衣原體等 第一節(jié) 真細菌（Eubacteria） 一、一般形態(tài)及細胞結構 （一）個體形態(tài)和排列(P28)：基本形態(tài)：球狀；桿狀；螺旋狀 1、球狀 1）概念：細胞個體呈球形或橢圓形。 2）排列：不同種的球菌在細胞分裂時會形成不同的空間排列方式，常被作為分類依據。 單、雙、鏈、四聯(lián)、八疊、葡萄球菌等。 3）例子A 金黃色葡萄球菌；B 淋病奈瑟氏球菌；C 肺炎鏈球菌 2、桿狀 1）概念：細胞呈桿狀或圓柱形，一般其粗細（直徑）比較穩(wěn)定，而長度則常因培養(yǎng)時間、培養(yǎng)條件不同而有較大變化。 2）排列：桿狀細菌的排列方式常因生長階段和培養(yǎng)條件而發(fā)生變化，一般不作為分類依據。 3）例子：A 枯草芽孢桿菌；B 地衣芽孢桿菌；C 銅綠假單胞菌（綠膿桿菌）；D 結核分枝桿菌；E 炭疽病的病原菌-炭疽桿菌；F 破傷風梭菌 3、螺旋狀：弧菌，螺旋菌、螺旋體菌 弧菌：菌體只有一個彎曲，其程度不足一圈，形似“C”字或逗號，鞭毛偏端生。 例子：霍亂弧菌；寄生性弧菌-蛭弧菌 螺旋菌：菌體回轉如螺旋，螺旋數目和螺距大小因種而異。鞭毛二端生。細胞壁堅韌，菌體較硬。 螺旋體菌：菌體柔軟，用于運動的類似鞭毛的軸絲位于細胞外鞘內。 例子：梅毒密螺旋體 4、其它形狀 柄桿菌（prosthecate bacteria）：細胞上有柄（stalk）、菌絲（hyphae）、附器（appendages）等細胞質伸出物，細胞呈桿狀或梭狀，并有特征性的細柄。 星形細菌（star-shaped bacteria ）；方形細菌（square-ahaped bacteria） 4）異常形態(tài) 環(huán)境條件的變化：物理、化學因子的刺激阻礙細胞正常發(fā)育；培養(yǎng)時間過長：細胞衰老；營養(yǎng)缺乏；自身代謝產物積累過多。環(huán)境條件恢復正常。 （二）大小 1、范圍：最小：與無細胞結構的病毒相仿（50 nm）；最大：肉眼可見（0.75 mm），（Thiomargarita namibiensis）（0.75mm）；最小：nanobacteria；最大和最小細菌的個體大小懸殊： 一般細菌的大小范圍： 球菌：0.5 m （直徑）m1 m（長度）mm （直徑） X 1 80 m桿菌：0.2 1 m （直徑） X 1 50m螺旋菌：0.3 1 m（長度）(長度是菌體兩端點之間的距離，而非實際長度)m 2、測量方法：顯微鏡測微尺；顯微照相后根據放大倍數進行測算； 2、細菌大小測量結果的影響因素（參見 P 31） （三）細胞的結構 一般構造：一般細菌都有的構造； 特殊構造：部分細菌具有的或一般細菌在特殊環(huán)境下才有的構造。 1、細胞壁 1）概念：細胞壁（cell wall）是位于細胞表面，內側緊貼細胞膜的一層較為堅韌，略具彈性的細胞結構。 2）證實細胞壁存在的方法： （1）細菌超薄切片的電鏡直接觀察； （2）質、壁分離與適當的染色，可以在光學顯微鏡下看到細胞壁； （3）機械法破裂細胞后，分離得到純的細胞壁； （4）制備原生質體，觀察細胞形態(tài)的變化； 3）細胞壁的功能： （1）固定細胞外形和提高機械強度； （2）為細胞的生長、分裂和鞭毛運動所必需； （3）滲透屏障，阻攔酶蛋白和某些抗生素等大分子物質（分子量大于800）進入細胞，保護細胞免受溶菌酶、消化酶和青霉素等有害物質的損傷； （4）細菌特定的抗原性、致病性以及對抗生素和噬菌體的敏感性的物質基礎； 4）革蘭氏染色與細胞壁 （1）革蘭氏染色：C.Gram（革蘭）于1884年發(fā)明的一種鑒別不同類型細菌的染色方法。 1、初染：用堿性染料結晶紫對菌液涂片進行初染； 2、媒染：用碘溶液進行媒染，其作用是提高染料和細胞間的相互作用從而使二者結合得更牢固； 3、脫色：用乙醇或丙酮沖洗進行脫色。在經歷脫色后仍將結晶紫保留在細胞內的為革蘭氏陽性細菌，而革蘭氏陰性細菌的結晶紫被洗掉，細胞呈無色； 4、復染：用一種與結晶紫不同顏色堿性染料對涂片進行復染。例如沙黃，它使原來無色的革蘭氏陰性細菌最后呈現桃紅到紅色，而革蘭氏陽性細菌繼續(xù)保持深紫色。 表3-1 革蘭氏陽性和陰性細菌細胞壁成分的比較（P39） （2）革蘭氏陽性細菌的細胞壁 特點：厚度大（2080nm），化學組分簡單，一般只含90%肽聚糖和10%磷壁酸。 肽聚糖(peptidoglycan)：又稱粘肽(mucopeptide)、胞壁質(murein)或粘質復合物(mucocomplex)，是真細菌細胞壁中的特有成分。 磷壁酸（teichoic acid） A、肽聚糖：厚約2080nm，由40層左右的網格狀分子交織成的網套覆蓋在整個細胞上。雙糖單位： 雙糖單位中的-1,4-糖苷鍵很容易被溶菌酶(lysozyme)所水解，從而引起細菌因肽聚糖細胞壁的“散架”而死亡。 B、磷壁酸 革蘭氏陽性細菌細胞壁上特有的化學成分，主要成分為甘油磷酸或核糖醇磷酸。 壁磷壁酸，它與肽聚糖分子間進行共價結合，含量會隨培養(yǎng)基成分而改變，一般占細胞壁重量的10%，有時可接近50%。用稀酸或稀堿可以提取。 膜磷壁酸：跨越肽聚糖層并與細胞膜相交聯(lián)的膜磷壁酸（又稱脂磷壁酸），由甘油磷酸鏈分子與細胞膜上的磷脂進行共價結合后形成。其含量與培養(yǎng)條件關系不大。可用45%熱酚水提取，也可用熱水從脫脂的凍干細菌中提取。 （3）革蘭氏陰性細菌的細胞壁 A、肽聚糖：埋藏在外膜層之內，是僅由12層肽聚糖網狀分子組成的薄層(23nm)，含量約占細胞壁總重的10%，故對機械強度的抵抗力較革蘭氏陽性菌弱。 B、外膜(outer membrane)：位于革蘭氏陰性細菌細胞壁外層，由脂多糖、磷脂和脂蛋白等若干種蛋白質組成的膜，有時也稱為外壁。 脂多糖（lipopolysaccharide, LPS）位于革蘭氏陰性細菌細胞壁最外層的一層較厚（810nm）的類脂多糖類物質。 組成：類脂A；核心多糖(core polysaccharide)； O-特異側鏈（O-specific side chain，或稱O-多糖或O-抗原） 脂多糖的主要功能： LPS結構的多變，決定了革蘭氏陰性細菌細胞表面抗原決定簇的多樣性； LPS負電荷較強，與磷壁酸相似，也有吸附Mg2+、Ca2+等陽離子以提高其在細胞表面濃度的作用，對細胞膜結構起穩(wěn)定作用。 類脂A是革蘭氏陰性細菌致病物質內毒素的物質基礎；具有控制某些物質進出細胞的部分選擇性屏障功能；許多噬菌體在細胞表面的吸附受體。 C、外膜蛋白(outer membrane protein) 嵌合在LPS和磷脂層外膜上的蛋白。有20余種，但多數功能尚不清楚。孔蛋白；脂蛋白 D、周質空間(periplasmic space, periplasm) 又稱壁膜間隙。在革蘭氏陰性細菌中，一般指其外膜與細胞膜之間的狹窄空間（寬約1215nm），呈膠狀。周質空間是進出細胞的物質的重要中轉站和反應場所在周質空間中，存在著多種周質蛋白（periplasmic proteins）： 水解酶類；結合蛋白；受體蛋白； （4）革蘭氏陽性和陰性細菌的比較 革蘭氏染色的原理（參見P46） 5）特殊細胞壁的細菌：某些分枝桿菌和諾卡氏菌的細胞壁主要由一類被稱為霉菌酸（Mycolic acid）的枝鏈羥基脂質組成，后者被認為與這些細菌感染能力有關。用抗酸性染色對宿主體內的分枝桿菌病原體進行檢測。 6）細胞壁缺陷細菌： 缺壁突變L型細菌實驗室或宿主體內形成 基本去盡原生質體（G+）部分去除球狀體（G-） 在自然界長期進化中形成枝原體 （1）L型細菌（L-form of bacteria） 細菌在某些環(huán)境條件下（實驗室或宿主體內）通過自發(fā)突變而形成的遺傳性穩(wěn)定的細胞壁缺陷變異型。因英國李斯德（Lister）預防研究所首先發(fā)現而得名（1935年，念珠狀鏈桿菌 Streptobacillus moniliformis） 特點： 沒有完整而堅韌的細胞壁，細胞呈多形態(tài)；有些能通過細菌濾器，故又稱“濾過型細菌”；對滲透敏感，在固體培養(yǎng)基上形成“油煎蛋”似的小菌落（直徑在0.1mm左右）； （2）原生質體（protoplast） 在人為條件下，用溶菌酶處理或在含青霉素的培養(yǎng)基中培養(yǎng)而抑制新生細胞壁合成而形成的由一層細胞膜包裹的，圓球形、對滲透壓變化敏感的細胞，一般由革蘭氏陽性細菌形成。特點：對環(huán)境條件變化敏感，低滲透壓、振蕩、離心甚至通氣等都易引起其破裂；有的原生質體具有鞭毛，但不能運動，也不被相應噬菌體所感染；在適宜條件（如高滲培養(yǎng)基）可生長繁殖、形成菌落，形成芽孢。及恢復成有細胞壁的正常結構。比正常有細胞壁的細菌更易導入外源遺傳物質，是研究遺傳規(guī)律和進行原生質體育種的良好實驗材料。 （3）球狀體(sphaeroplast)：又稱原生質球采用上述同樣方法，針對革蘭氏陰性細菌處理后：而獲得的殘留部分細胞壁（外壁層）的球形體。與原生質體相比，它對外界環(huán)境具有一定的抗性，可在普通培養(yǎng)基上生長。 （4）枝原體(Mycoplasma)在長期進化過程中形成的、適應自然生活條件的無細胞壁的原核生物。因它的細胞膜中含有一般原核生物所沒有的甾醇，? 所以即使缺乏細胞壁，其細胞膜仍有較高的機械強度。 2、細胞膜 細胞質膜（cytoplasmic membrane），又稱質膜（plasma membrane）、細胞膜（cell membrane）或內膜（inner membrane），是緊貼在細胞壁內側、包圍著細胞質的一層柔軟、脆弱、富有彈性的半透性薄膜，厚約78nm，由磷脂（占20%30%）和蛋白質（占50%70%） 組成。 2）觀察方法： 質壁分離后結合鑒別性染色在光學顯微鏡下觀察；原生質體破裂； 超薄切片電鏡觀察 3）細胞膜的化學組成與結構模型： （1）磷脂：膜蛋白約占細菌細胞膜的50%70%，比任何一種生物膜都高，而且種類也多。細胞膜是一個重要的代謝活動中心。 （3）液態(tài)鑲嵌模型(fluid mosaic model) （4）甾醇類物質 4）細胞膜的生理功能：（參見P 48） 5）間體（mesosome，或中體）：細胞質膜內褶而形成的囊狀構造，其中充滿著層狀或管狀的泡囊。多見于革蘭氏陽性細菌。3、細胞質和內含物 1）概念：細胞質（cytoplasm）是細胞質膜包圍的除核區(qū)外的一切半透明、膠狀、顆粒狀物質的總稱。含水量約80%。細胞質的主要成分為核糖體、貯藏物、多種酶類和中間代謝物、質粒、各種營養(yǎng)物和大分子的單體等，少數細菌還有類囊體、羧酶體、氣泡或伴孢晶體等。2）顆粒狀貯藏物(reserve materials)：貯藏物是一類由不同化學成分累積而成的不溶性沉淀顆粒，主要功能是貯存營養(yǎng)物。 聚-羥丁酸(poly-hydroxybutyrate, PHB)：類脂性質的碳源類貯藏物它無毒、可塑、易降解，被認為是生產醫(yī)用塑料、生物降解塑料的良好原料。 多糖類貯藏物：在真細菌中以糖原為多糖原粒較小，不染色需用電鏡觀察，用碘液染成褐色，可在光學顯微鏡下看到。有的細菌積累淀粉粒，用碘液染成深蘭色。 異染粒(metachromatic granules)大小：為0.51.0m，成份：無機偏磷酸的聚合物，功能：1）貯藏磷元素和能量，2）降低細胞的滲透壓。一般在含磷豐富的環(huán)境下形成。 藻青素（cyanophycin）：一種內源性氮源貯藏物。通常存在于藍細菌中。 硫粒（sulfur globules）：很多真細菌在進行產能代謝或生物合成時，常涉及對還原性的硫化物如H2S，硫代硫酸鹽等的氧化。在環(huán)境中還原性硫素豐富時，常在細胞內以折光性很強的硫粒的形式積累硫元素。當環(huán)境中環(huán)境中還原性硫缺乏時，可被細菌重新利用。 3）磁小體(megnetosome)： 4）羧酶體(carboxysome)：一些自養(yǎng)細菌細胞內的多角形或六角形內含物其大小與噬菌體相仿，約10nm，內含1,5-二磷酸核酮糖羧化酶，在自養(yǎng)細菌的CO2固定中起著關鍵作用。 5）氣泡（gas vocuoles）：許多光合營養(yǎng)型、無鞭毛運動的水生細菌中存在的充滿氣體的泡囊狀內含物，大小為0.21.0m75nm，內由數排柱形小空泡組成，外有2nm厚的蛋白質膜包裹。 功能：調節(jié)細胞比重以使細胞漂浮在最適水層中獲取光能、O2和營養(yǎng)物質。 氣泡的膜只含蛋白質而無磷脂。二種蛋白質相互交連，形成一個堅硬的結構，可耐受一定的壓力。膜的外表面親水，而內側絕對疏水，故氣泡只能透氣而不能透過水和溶質。 6）載色體（Chromatophore）：光合細菌進行光合作用的部位相當于綠色植物的葉綠體。 7）核糖體（ribosome）：組成：70S=50S（大）+ 30S（小）功能：蛋白質合成場所。 4、核區(qū)（nuclear region or area）：原核生物所特有的無核膜結構、無固定形態(tài)的原始細胞核。5、特殊的休眠構造芽孢 1）概念：某些細菌在其生長發(fā)育后期，在細胞內形成一個圓形或橢圓形、厚壁、含水量極低、抗逆性極強的休眠體，稱為芽孢（endospore或spore，偶譯“內生孢子”）。 2）細菌芽孢的特點：整個生物界中抗逆性最強的生命體，是否能消滅芽孢是衡量各種消毒滅菌手段的最重要的指標。 芽孢是細菌的休眠體，在適宜的條件下可以重新轉變成為營養(yǎng)態(tài)細胞； 產芽孢細菌的保藏多用其芽孢。產芽孢的細菌多為桿菌，也有一些球菌。 芽孢的有無、形態(tài)、大小和著生位置是細菌分類和鑒定中的重要指標。 芽孢與營養(yǎng)細胞相比化學組成存在較大差異，容易在光學顯微鏡下觀察。（相差顯微鏡直接觀察；芽孢染色） 4）芽孢的耐熱機制：滲透調節(jié)皮層膨脹學說。 芽孢衣對多價陽離子和水分的透性很差皮層的離子強度很高，產生極高的滲透壓奪取芽孢核心的水分，結果造成皮層的充分膨脹。核心部分的細胞質卻變得高度失水，因此，具極強的耐熱性。（參見P52圖3-13） 5）伴孢晶體（parasporal crystal）：少數芽孢桿菌，例如蘇云金芽孢桿菌(Bacillus thuringiensis)在其形成芽孢的同時，會在芽孢旁形成一顆菱形或雙錐形的堿溶性蛋白晶體內毒素，稱為伴孢晶體。特點：不溶于水，對蛋白酶類不敏感；容易溶于堿性溶劑。伴孢晶體對200多種昆蟲尤其是鱗翅目的幼蟲有毒殺作用，因而可將這類產伴孢晶體的細菌制成有利于環(huán)境保護的生物農藥細菌殺蟲劑。 6、細菌細胞壁以外的構造糖被（glycocalyx） 1) 概念：包被于某些細菌細胞壁外的一層厚度不定的膠狀物質。糖被按其有無固定層次、層次厚薄又可細分為莢膜（capsule或macrocapsule，大莢膜）、微莢膜(microcapsule)、粘液層(slime layer)和菌膠團(zoogloea)。 2）特點： （1）主要成分是多糖、多肽或蛋白質，尤以多糖居多。經特殊的莢膜染色，特別是負染色（又稱背景染色）后可在光學顯微鏡清楚地觀察到它的存在。 （2）產生糖被是微生物的一種遺傳特性，其菌落特征及血清學反應是是細菌分類鑒定的指標之一。 （3）莢膜等并非細胞生活的必要結構，但它對細菌在環(huán)境中的生存有利。（詳見P 57-58）（4）細菌糖被與人類的科學研究和生產實踐有密切的關系。（詳見P58） 7、細菌細胞壁以外的構造 鞭毛(flagellum,復flagella) 1) 概念：某些細菌細胞表面著生的一至數十條長絲狀、螺旋形的附屬物，具有推動細菌運動功能，為細菌的“運動器官”。 醫(yī)學全在線友情提供 鞭毛的有無和著生方式具有十分重要的分類學意義：單端鞭毛；端生叢毛；兩端生鞭毛；周生鞭毛等。 2）觀察和判斷細菌鞭毛的方法 電子顯微鏡直接觀察； 光學顯微鏡下觀察：鞭毛染色和暗視野顯微鏡； 根據培養(yǎng)特征判斷：半固體穿刺、菌落（菌苔）形態(tài)。 8、細菌細胞壁以外的構造菌毛(fimbria，復數fimbriae)：長在細菌體表的纖細、中空、短直、數量較多的蛋白質類附屬物，具有使菌體附著于物體表面的功能。 每個細菌約有250300條菌毛。有菌毛的細菌一般以革蘭氏陰性致病菌居多，借助菌毛可把它們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，進一步定殖和致病。9、細菌細胞壁以外的構造 性毛(pili,單數pilus)構造和成分與菌毛相同，但比菌毛長，數量僅一至少數幾根。性毛一般見于革蘭氏陰性細菌的雄性菌株（即供體菌）中，其功能是向雌性菌株（即受體菌）傳遞遺傳物質。有的性毛還是RNA噬菌體的特異性吸附受體。 二、放線菌 （一）概念：在形態(tài)上具有分枝狀菌絲、菌落形態(tài)與霉菌相似，以孢子進行繁殖。“介于細菌與絲狀真菌之間又接近細菌的一類絲狀原核生物”放線菌：1）屬于原核微生物，2）細胞形態(tài)為分枝狀菌絲。 （二）形態(tài)與結構 單細胞，大多由分枝發(fā)達的菌絲組成； 菌絲直徑與桿菌類似，約1mm； 細胞壁組成與細菌類似，革蘭氏染色陽性（少數陰性）； 細胞的結構與細菌基本相同； 按形態(tài)和功能可分為營養(yǎng)、氣生和孢子絲三種。 1、營養(yǎng)菌絲：匍匐生長于培養(yǎng)基內，吸收營養(yǎng)，也稱基內菌絲。一般無隔膜，直徑0.2-0.8 mm，長度差別很大，有的可產生色素。 2、氣生菌絲：營養(yǎng)菌絲發(fā)育到一定階段，伸向空間形成氣生菌絲，疊生于營養(yǎng)菌絲上，可覆蓋整個菌落表面。在光學顯微鏡下觀察，顏色較深，直徑較粗（1-1.4 mm），有的產色素。 3、孢子絲：氣生菌絲發(fā)育到一定階段，其上可分化出形成孢子的菌絲，即孢子絲，又稱產孢絲或繁殖菌絲。其形狀和排列方式因種而異，常被作為對放線菌進行分類的依據。 （三）生長與繁殖繁殖方式： 1）無性孢子；存在多種孢子形成方式 2）菌絲斷裂：常見于液體培養(yǎng)中。 （四）菌落形態(tài) 1）能產生大量分枝和氣生菌絲的菌種（如鏈霉菌）：菌落質地致密，與培養(yǎng)基結合緊密，小而不蔓延，不易挑起或挑起后不易破碎。 2）不能產生大量菌絲體的菌種（如諾卡氏菌）：粘著力差，粉質，針挑起易粉碎 （五）分布特點及與人類的關系 1）放線菌常以孢子或菌絲狀態(tài)極其廣泛地存在于自然界，土壤中最多，其代謝產物使土壤具有特殊的泥腥味。 2）能產生大量的、種類繁多的抗生素（其中90%由鏈霉菌產生）。 3）有的放線菌可用于生產維生素、酶制制；此外，在甾體轉化、石油脫蠟、烴類發(fā)酵、污水處理等方面也有應用； 4）少數寄生型放線菌可引起人、動物（如皮膚、腦、肺和腳部感染）、植物（如馬鈴薯和甜菜的瘡痂病）的疾病。三、支原體、立克次氏體和衣原體革蘭氏陰性細菌，其大小和特性均介于通常的細菌與病毒之間。 （一）立克次氏體（Rickettsia） 1、概念：立克次氏體是大小介于通常的細菌與病毒之間，在許多方面類似細菌，專性活細胞內寄生的原核微生物。 2、特性 1）某些性質與病毒相近： a專性活細胞寄生物，除五日熱（戰(zhàn)壕熱）立克次氏體（Rickettsia wolhynica）外均不能在人工培養(yǎng)基上生長繁殖。 b體內酶系不完全，一些必需的養(yǎng)料需從宿主細胞獲得； c 細胞膜比一般細菌的膜疏松； d大小介于病毒與一般細菌之間。 2）從一種宿主傳至另一宿主的特殊生活方式主要媒介：節(jié)肢動物（虱、蜱、螨等）。通過節(jié)肢動物叮咬和排泄物傳播給人和其他動物。有的立克次氏體釀成嚴重疾病，如人類的流行性斑疹傷寒、羌蟲熱、Q熱等。 （二）支原體（Mycoplasma） 1、概念：又稱類菌質體，是介于一般細菌與立克次氏體之間的原核微生物。 2、特性 1）無細胞壁，只有細胞膜，細胞形態(tài)多變； 2）個體很小，能通過細菌過濾器，曾被認為是最小的可獨立生活的細胞型生物。 球狀體：0.2-0.25 m，最小達0.1 m； 絲狀體：最長可達150 m，因細胞柔軟且具扭曲性，致使細胞能通過孔徑比自身小得多的過濾器。 3）可進行人工培養(yǎng)，但營養(yǎng)要求苛刻，菌落微小，呈典型的 “油煎荷包蛋”形狀； 4）一些支原體能引起人類、牲畜、家禽和作物的病害疾病； 5）應用活組織細胞培養(yǎng)病毒或體外組織細胞培養(yǎng)時，常被支原體污染。 （三）衣原體（Chlamydia） 1、概念：介于立克次氏體與病毒之間，能通過細菌濾器，專性活細胞內寄生的一類原核微生物。過去誤認為“大病毒”，但它們的生物學特性更接近細菌而不同于病毒。 2、特性 1）細胞結構與細菌類似； 2）細胞呈球形或橢圓形，直徑0.2-0.3 m，能通過細菌濾器；具有類似的細胞壁，細胞壁內也含有胞壁酸、二氨基庚二酸；70S核糖體也是由30S和50S二個亞基組成； 3）專性活細胞內寄生：衣原體有一定的代謝活性，能進行有限的大分子合成，但缺乏產生能量的系統(tǒng)，必須依賴宿主獲得ATP，因此又被稱為“能量寄生型生物”。 4）在宿主細胞內生長繁殖具有獨特的生活周期，即存在原體和始體兩種形態(tài)。（參見P350）5）衣原體廣泛寄生于人類、哺乳動物及鳥類，少數致病； 沙眼衣原體是人類砂眼的病原體，甚至引起結膜炎、角膜炎、等臨床癥狀，成為致盲的重要原因。 四、粘細菌（myxobacteria） 一、概念：粘細菌又名子實粘細菌，是一類具有最復雜的行為模式和生活史的原核微生物。二、生活史 1、營養(yǎng)細胞：桿狀、柔軟、缺乏堅硬的細胞壁，無鞭毛，產生粘液，可在固體表面作“滑行”運動，以分裂方式進行繁殖。 2、子實體：營養(yǎng)細胞發(fā)育到一定階段，在適宜的條件下形成形態(tài)各異，肉眼可見的子實體。五、蛭弧菌（Bdellovibrio） （一）概念：寄生于其它細菌并導致其裂解的一類弧菌，其行為類似噬菌體。 （二）用途：可能成為防治有害細菌的一種有力武器。 六、藍細菌（Cyanobacteria） 1、概念：也稱藍藻或藍綠藻（blue-green algae），是一類含有葉綠素a、能以水作為供氫體和電子供體、通過光合作用將光能轉變成化學能、同化CO2為有機物質的光合細菌。以前曾歸于藻類，因為它和高等植物一樣具有光和色素（葉綠素a），能進行產氧型光合作用。第二節(jié) 古生菌（Archaea） 一、概念的提出：1977年，Carl Woese以16S 原名：古細菌（Archaebacteria）；后改名：古生菌（Archaea）t多生活于一些生存條件十分惡劣的極端環(huán)境中，例如高溫、高鹽、高酸等。trRNA序列比較為依據，提出的獨立于真細菌和真核生物之外的生命的第三種形式。在分類地位上與真細菌和真核生物并列為三域（Domain），并且在進化譜系上更接近真核生物。在細胞構造上與真細菌較為接近，同屬原核生物。 二、細胞形態(tài)：在顯微鏡下，古生菌與細菌具有類似的個體形態(tài)。 三、細胞結構：在細胞的結構與功能上，古生菌既有類似真細菌之處，也有類似真核生物之處，還具有一些自己獨特的特點。 （一）細胞壁：具有與真細菌類似功能的細胞壁；細胞壁的結構和化學成分均差別甚大；已研究過的一些古生菌，它們細胞壁中沒有真正的肽聚糖，而是由多糖（假肽聚糖）、糖蛋白或蛋白質構成的。 （三）細胞質和內含物：無復雜內膜的細胞器，核糖體為70 S。 （四）核區(qū)：沒有具有核仁、核摸的細胞核，染色體DNA為共價閉和環(huán)狀。 第三節(jié) 真核微生物 真核微生物的特征：細胞核具有核膜；能進行有絲分裂；細胞質中存在線粒體或同時存在葉綠體等細胞器； 真菌：是一類低等真核生物， 特點： 1、核：具有細胞核，進行有絲分裂； 2、細胞器：細胞質中含有線粒體但沒有葉綠體，不進行光合作用，無根、莖、葉的分化； 3、繁殖：以產生有性孢子和無性孢子二種形式進行繁殖； 4、營養(yǎng)方式：為化能有機營養(yǎng)（異養(yǎng)）、好氧； 5、運動：不運動（僅少數種類的游動孢子有1-2根鞭毛）； 6、種類：繁多，形態(tài)各異、大小懸殊，細胞結構多樣。 一、霉菌 （一）概念：霉菌（mold）是一些“絲狀真菌”的統(tǒng)稱，不是分類學上的名詞。霉菌菌體均由分枝或不分枝的菌絲（hypha）構成。許多菌絲交織在一起，稱為菌絲體（mycelium）。（參見P33） （二）分布特點及與人類的關系 （三）形態(tài)結構 1、菌絲： 1）細胞形態(tài)：無隔膜菌絲；有隔膜菌絲 m，比一般細菌和放線菌菌絲大幾到幾十倍。m2）菌絲功能：營養(yǎng)菌絲；氣生菌絲；繁殖菌絲霉菌菌絲直徑約為210 2、菌絲的特化：1）菌環(huán)；2）菌網；3）附枝：匍匐菌絲、假根（類似樹根，吸收營養(yǎng)），功能是固著和吸收營養(yǎng)。4）附著枝；5）吸器；6）附著胞；7）菌核；8）子座等 3、細胞結構：細胞壁的化學成分。 （四）菌落：由粗而長的分枝狀菌絲組成，菌落疏松，呈絨毛狀、絮狀或蜘蛛網狀，比細菌菌落大幾倍到幾十倍，有的沒有固定大小。各種霉菌，在一定培養(yǎng)基上形成的菌落大小、形狀、顏色等相對穩(wěn)定，所以菌落特征也為分類依據之一。 （五）霉菌繁殖方式及生活史霉菌的繁殖方式：無性孢子；有性孢子；菌絲斷片 1）無性孢子繁殖：無性孢子有：厚垣孢子、節(jié)孢子、分生孢子、孢囊孢子等。 2）有性孢子繁殖：兩個性細胞結合產生新個體的過程： a）質配：兩個性細胞結合，細胞質融合，成為雙核細胞每個核均含單倍染色體（n+n）。 b）核配：兩個核融合，成為二倍體接合子核，此時核的染色體數是二倍（2n）。 c）減數分裂：具有雙倍體的細胞核經過減數分裂，核中的染色體數目又恢復到單倍體狀態(tài)（n）。 e）霉菌的有性孢子包括接合孢子、卵孢子、子囊孢子等。半知菌：有一些霉菌，至今尚未發(fā)現其生活史中有有性繁殖階段，這類真菌稱為半知菌 二、酵母菌 （一）概念：酵母菌（yeast）是一群單細胞的真核微生物。這個術語也是無分類學意義的普通名稱，通常用于以芽殖或裂殖來進行無性繁殖單細胞真菌，以與霉菌區(qū)分開。有些可產生子囊孢子進行有性繁殖。（參見P34） （二）分布及與人類的關系1、多分布在含糖的偏酸性環(huán)境，也稱為“糖菌”。 （三）形態(tài)結構1、個體形態(tài)形態(tài)：卵圓、圓、圓柱、梨形等單細胞， 大小：細胞直徑一般比細菌粗10倍左右； 假菌絲：有的酵母菌子代細胞連在一起成為鏈狀。2、細胞結構：細胞壁的化學成分。 （四）菌落特征：與細菌菌落類似，但一般較細菌菌落大且厚，表面濕潤，粘稠，易被挑起，多為乳白色，少數呈紅色。 （五）繁殖方式和生活史 1、無性繁殖1）芽殖；2）裂殖 2、有性繁殖：酵母菌以形成子囊和子囊孢子的形式進行有性繁殖。 3、生活史：酵母菌單倍體和雙倍體細胞均可獨立存在，有三種類型： 1）單倍體型：營養(yǎng)體只能以單倍體形式存在（核配后立即進行減數分裂） 2）雙倍體型：營養(yǎng)體只能以雙倍體形式存在（核配后不立即進行減數分裂） 3）單雙倍體型：營養(yǎng)體既可以單倍體也可以雙倍體形式存在，都可進行出芽繁殖。 假酵母：酵母菌中尚未發(fā)現其有性階段的酵母 第四章 微生物的營養(yǎng) 營養(yǎng)物質：那些能夠滿足微生物機體生長、繁殖和完成各種生理活動所需的物質。 營養(yǎng)：微生物獲得和利用營養(yǎng)物質的過程 第一節(jié) 微生物的營養(yǎng)要求 一、微生物細胞的化學組成 二、營養(yǎng)物質及其生理功能 三、微生物的營養(yǎng)類型生長所需要的營養(yǎng)物質：自養(yǎng)型生物；異養(yǎng)型生物生物生長過程中能量的來源：光能營養(yǎng)型；化能營養(yǎng)型光能自養(yǎng)型：以光為能源，不依賴任何有機物即可正常生長 光能異養(yǎng)型：以光為能源，但生長需要一定的有機營養(yǎng) 化能自養(yǎng)型：以無機物的氧化獲得能量，生長不依賴有機營養(yǎng)物 化能異養(yǎng)型：以有機物的氧化獲得能量，生長依賴于有機營養(yǎng)物質 三、微生物的營養(yǎng)類型 1光能無機自養(yǎng)型（光能自養(yǎng)型）碳源：以CO2為主要唯一或主要碳源；能源：進行光合作用獲取生長所需要的能量；供氫體：以無機物如H2、H2S、S等作為供氫體或電子供體，使CO2還原為細胞物質； 例子：1）藻類及藍細菌等和植物一樣，以水為電子供體，進行產氧型的光合作用。 2）紅硫細菌，以H2S為電子供體，合成細胞物質，并伴隨硫元素的產生。 2光能有機異養(yǎng)型（光能異養(yǎng)型）碳源：不能以CO2為主要或唯一的碳源；供氫體：有機物為供氫體，利用光能將CO2還原為細胞物質；在生長時大多數需要外源的生長因子； 例子：紅螺菌屬中的一些細菌能利用異丙醇作為供氫體，將CO2還原成細胞物質，同時積累丙酮。 3化能無機自養(yǎng)型（化能自養(yǎng)型）碳源：以CO2或碳酸鹽作為唯一或主要碳源， 能源：無機物氧化過程中放出的化學能；電子供體：利用H2、H2S、Fe2+、NH3或NO2-等。化能無機自養(yǎng)型只存在于微生物中，可在完全無機及無光的環(huán)境中生長。 意義：它們廣泛分布于土壤及水環(huán)境中, 參與地球物質循環(huán)。 4化能有機異養(yǎng)型（化能異養(yǎng)型）碳源：主要是一些有機化合物，如淀粉、糖類、纖維素、有機酸等。能源：有機物氧化過程中放出的化學能； 例子：1）大多數細菌、真菌、原生動物都是化能有機異養(yǎng)型微生物；腐生型(metatrophy)：可利用無生命的有機物(如動植物尸體和殘體)作為碳源；寄生型(paratrophy)：寄生在活的寄主機體內吸取營養(yǎng)物質,離開寄主就不能生存；在腐生型和寄生型之間還存在中間類型： 兼性腐生型(facultive metatrophy)； 兼性寄生型(facultive paratrophy)； 注：不同營養(yǎng)類型之間的界限并非絕對（P82）： 1）異養(yǎng)型微生物并非絕對不能利用CO2； 2）自養(yǎng)型微生物也并非不能利用有機物進行生長； 5營養(yǎng)缺陷型：某些菌株發(fā)生突變(自然突變或人工誘變)后，失去合成某種(或某些)對該菌株生長必不可少的物質(通常是生長因子如氨基酸、維生素)的能力，必須從外界環(huán)境獲得該物質才能生長繁殖，這種突變型菌株稱為營養(yǎng)缺陷型(auxotroph)，相應的野生型菌株稱為原養(yǎng)型(prototroph)。 第二節(jié) 培養(yǎng)基 培養(yǎng)基（medium）：是人工配制的，適合微生物生長繁殖或產生代謝產物的營養(yǎng)基質。 任何培養(yǎng)基都應該具備微生物生長所需要六大營養(yǎng)要素：碳源、氮源、無機鹽、能源、生長因子、水。 注：任何培養(yǎng)基一旦配成，必須立即進行滅菌處理（參見P85）； 常規(guī)高壓蒸汽滅菌：1.05kg/cm2, 121.315-30分鐘；0.56kg/cm2, 112.6 15-30分鐘； 某些成分進行分別滅菌；過濾除菌； 一、選用和設計培養(yǎng)基的原則和方法 1、選擇適宜的營養(yǎng)物質； 2、營養(yǎng)物的濃度及配比合適； 3、物理、化學條件適宜； 4、經濟節(jié)約； 5、精心設計、試驗比較：進行生態(tài)模擬，研究某種微生物的培養(yǎng)條件； 文獻查閱，設計特定微生物的培養(yǎng)基配方； 試驗比較，確定特定微生物的最佳培養(yǎng)條件。 通常培養(yǎng)pH條件：細菌與放線菌：pH77.5；酵母菌和霉菌：pH4.56范圍內生長；水活度：在天然環(huán)境中，微生物可實際利用的自由水或游離水的含量。 二、培養(yǎng)基的類型及應用 1按成份不同劃分：天然培養(yǎng)基(complex medium)：以化學成分還不清楚或化學成分不恒定的天然有機物組成合成培養(yǎng)基(synthetic medium)：是由化學成份完全了解的物質配制而成的培養(yǎng)基，也稱化學限定培養(yǎng)基(chemically defined medium)。 2根據物理狀態(tài)劃分：固體培養(yǎng)基；半固體培養(yǎng)基；液體培養(yǎng)基； 3按用途劃分： 1）基礎培養(yǎng)基(minimum medium)：在一定條件下含有某種微生物生長繁殖所需的基本營養(yǎng)物質的培養(yǎng)基，也稱為基本培養(yǎng)基。 2）完全培養(yǎng)基(complete medium)：在一定條件下含有某種微生物生長繁殖所需的所有營養(yǎng)物質的培養(yǎng)基牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基就是枯草芽孢桿菌等的完全培養(yǎng)基。 3）加富培養(yǎng)基和富集培養(yǎng)基(enrichment medium)加富培養(yǎng)基：在普通培養(yǎng)基（如肉湯蛋白胨培養(yǎng)基）中加入某些特殊營養(yǎng)物質制成的一類營養(yǎng)豐富的培養(yǎng)基。特殊營養(yǎng)物質：血液、血清、酵母浸膏、動植物組織液等。 用途：培養(yǎng)營養(yǎng)要求比較苛刻的異養(yǎng)型微生物。富集培養(yǎng)基：根據待分離微生物的特點設計的培養(yǎng)基，用于從環(huán)境中富集和分離某種微生物。（目的微生物在這種培養(yǎng)基中較其他微生物生長速度快，并逐漸富集而占優(yōu)勢，從而容易達到分離該種微生物的目的。） 4）鑒別培養(yǎng)基(differential medium)用于鑒別不同類型微生物的培養(yǎng)基特定的化學反應，產生明顯的特征性變化，根據這種特征性變化，可將該種微生物與其他微生物區(qū)分開來。 5）選擇培養(yǎng)基(selective medium)用于將某種或某類微生物從混雜的微生物群體中分離出來的培養(yǎng)基根據不同種類微生物的特殊營養(yǎng)需求或對某種化學物質的敏感性不同，在培養(yǎng)基中加入相應的特殊營養(yǎng)物質或化學物質，抑制不需要的微生物的生長，有利于所需微生物的生長。 第三節(jié) 營養(yǎng)物質進入細胞 一、簡單擴散(diffusion)特點： 被動的物質跨膜運輸方式；物質運輸過程中不消耗能量；不能進行逆濃度運輸；運輸速率與膜內外物質的濃度差成正比。擴散并不是微生物細胞吸收營養(yǎng)物質的主要方式，水是唯一可以通過擴散自由通過原生質膜的分子，脂肪酸、乙醇、甘油、苯、一些氣體分子(O2、CO2)及某些氨基酸在一定程度上也可通過擴散進出細胞。 二、促進擴散(facilitated diffusion)特點： 被動的物質跨膜運輸方式；物質運輸過程中不消耗能量；參與運輸的物質在運輸過程中不發(fā)生化學變化；不能進行逆濃度運輸；運輸速率與膜內外物質的濃度差成正比；有載體(carrier)參與。通過促進擴散進行跨膜運輸的物質需要借助與載體(carrier)的作用才能進入細胞，而且每種載體只運輸相應的物質，具有較高的專一性。被運輸的物質：氨基酸、單糖、維生素、無機鹽等 三、主動運輸(active transport)特點：主動的物質跨膜運輸方式；物質運輸過程中需要消耗能量(ATP)；可以進行逆濃度運輸；有載體(carrier)參與。主動運輸是廣泛存在于微生物中的一種主要的物質運輸方式 1、初級主動運輸(primary active transport)：由電子傳遞系統(tǒng)、ATP酶、或細菌嗜紫紅質引起的質子運輸方式。 2、次級主動運輸(secondary active transport)：質子濃度差消失過程中偶聯(lián)其他物質運輸。 有：同向運輸(symport)；逆向運輸(antiport)；單向運輸(uniport)。 3、基團轉位(group translocation)特點：有一個復雜的運輸系統(tǒng)來完成物質的運輸；物質在運輸過程中發(fā)生化學變化；基團轉位主要用于糖的運輸。 4、Na+,K+-ATP酶(Na+,K+-ATPase)系統(tǒng)四、膜泡運輸(memberane vesicle transport)：主要存在于原生動物中。 第 五 章 微生物的代謝 第一節(jié) 代謝概論 代謝（metabolism）：細胞內發(fā)生的各種化學反應的總稱。 第二節(jié) 微生物