微生物分為三大類群（根據進化地位、性狀上明顯差別）3.非細胞生物(acellularmicroorganisms)細胞型生物1.原核生物(prokaryotes)2.真核微生物（eukaryoticmicroorganisms）二、原核生物的定義及種類原核生物：指一大類細胞核無核膜包裹，只存在稱作核區的裸露DNA的原始單細胞生物。

包括真細菌（eubacteria）域古生菌（archaea）域古生菌域雖然在進化上和若干生化反應與真核生物關系較為密切,但其細胞構造屬于原核生物。古生菌（Archaea）

一類生活在條件十分惡劣的極端環境（如高溫、高鹽、高酸等）下的古老的微生物。“伯杰氏手冊”將古生菌分為5個主要類群：產甲烷菌、極端嗜鹽菌、還原硫酸鹽細菌、極端嗜熱S0代謝菌、無細胞壁古生菌（熱原體屬）。古生菌的細胞結構（如細胞壁結構和成分、膜脂類結構、分子生物學及代謝）既不完全相同于原核生物，也不同于真核生物，但其結構與真細菌更為接近。

真細菌包括6種類群：

“三菌”

化能營養細菌放線菌

光能營養：

藍細菌

“三體”

人工培養：支原體

專性細胞寄生衣原體立克次氏體第一節細菌（bacteria，

bacterium單數）細菌：

細胞細短（直徑約0.5um,長0.5~5um）

結構簡單胞壁堅韌二分裂繁殖水生性強單細胞原核生物生活特性：喜溫暖、潮濕、富含有機物微堿環境（大多數）腐生或寄生，好氧或厭氧，自養或異養（２）磷壁酸（參見P18）革氏陽性細菌細胞壁特有的化學成分（酸性多糖）按成分甘油醇型磷壁酸核糖醇型磷壁酸按結合部位壁磷壁酸膜磷壁酸（１）肽聚糖埋藏在外膜層之內，由1~2層肽聚糖網狀分子（交聯度30%）組成的薄層(2~3nm)，約占細胞壁總重10%。對機械強度的抵抗力較革蘭氏陽性菌弱。肽聚糖只存在于真細菌中，古生菌和真核生物細胞壁中沒有肽聚糖。D-谷氨酸、D-丙氨酸、m-DAP在蛋白質中未出現過。可保護肽聚糖免受肽酶的水解作用。（２）外膜(outermembrane)，又稱外壁層

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。脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）位于細胞壁最外層的一層較厚的類脂多糖類物質(分子量1萬以上)，是革蘭氏陰性細菌細胞壁特有的成分。三部分組成：

類脂A

核心多糖

O-特異側鏈（O-多糖，O-抗原）（內毒素的主要成分）沙門氏菌有10個糖構成，且大多數糖的結構獨特。KDO：2-酮-3-脫氧辛糖酸Hep：L-甘油-D-甘露庚糖O-特異側鏈糖的種類、順序和空間構型是菌株特異的，是抗原特異性的物質基礎。Man：甘露糖；Rha：鼠李糖Gal：半乳糖；Abe：阿可比糖（３）周質空間(periplasmicspace,periplasm),又稱壁膜間隙

革蘭氏陽性細菌不存在明顯的周質空間。（４）粘合位點指革蘭氏陰性菌細胞壁外膜與質膜的直接接觸區域，是加固革蘭氏陰性菌細胞壁并支撐外膜的另一結構。粘合位點可能是外膜與質膜的直接接觸區域，也可能是真正的膜融合部位。有人推測營養物質可能通過粘合位點進入細胞，而不必穿越周質空間。革氏陽性菌革氏陰性菌肽聚糖含量高，交聯密含量低，交聯疏松脂類一般無含量高乙醇作用脫水作用脂溶作用孔徑縮小，結構更緊密孔徑增大，結構變得疏松大分子復合物滯留大分子復合物溶出結果紫色紅色細胞壁結構與革蘭氏染色的關系革氏陽性菌與革氏陰性菌之間的區別在于細胞壁的物理性質。細胞壁中的肽聚糖本身并不被染上顏色，但它可作為滲透性屏障阻止結晶紫與碘大分子復合物的流失。（二）細胞的結構５.細胞壁缺陷細菌

自發突變：L型細菌

實驗室或宿主體內形成基本去盡：原生質體（G+）缺壁細菌

人工去壁

部分去除：球狀體（G-）

在自然界長期進化中形成：支原體1、細胞壁（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基中培養而抑制新生細胞壁合成而形成的僅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，是研究遺傳規律和進行原生質體育種的良好實驗材料。（4）支原體(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甾醇(一般原核生物沒有)，所以即使缺乏細胞壁，其細胞膜仍有較高的機械強度。A.磷脂

膜的流動性很大程度上取決于不飽和脂肪酸的結構和相對含量。細胞膜上長鏈脂肪酸的鏈長和飽和度因細菌種類和生長溫度而異，通常生長溫度要求越高的種，其飽和度也越高，反之則低。甾醇類物質：由磷脂分子形成的雙分子膜中加入甾醇類物質可以提高膜的穩定性真核生物細胞膜中一般有甾醇，含量占膜中脂質的5%-25%。原核生物細胞膜中一般不含甾醇（支原體例外）。而在幾種細菌中，含有與固醇類似的五環分子稱為類何帕烷（藿烷類化合物，hopanoid），起穩定細胞膜的作用。甾醇的一般結構，含有四個環（二）細胞的結構（1）間體（mesosome）：

細胞質膜內褶而形成的泡囊狀、管狀或層狀的構造。多見于革蘭氏陽性細菌。與青霉素酶分泌、DNA復制、分配及細胞分裂（橫隔壁形成）有關“間體”僅是電鏡制片時因脫水操作而引起的一種贗像3.內膜系統（2）載色體綠硫菌科光合細菌的細胞質中，充滿以分散狀態存在的一系列單層膜組成的囊泡；紅硫菌科光合細菌的細胞膜內陷延伸或折疊形成發達的片層狀、管狀或囊狀系統；都是光合細菌進行光合作用的場所藍細菌細胞中的類囊體，也是一種內膜系統，含有葉綠素等光合色素和電子傳遞組分，也是光合作用的場所。（３）羧酶體(carboxysome)一些自養細菌（藍細菌、硝化細菌和硫桿菌）細胞內由單層膜圍成的多角形或六角形內含物內含1，5-二磷酸核酮糖羧化酶（卡爾文循環的關鍵酶）作用：自養細菌固定CO2的場所采用免疫電鏡技術觀察藍細菌cyanobacteriumChlorogloeopsisfritischii中的羧酶體

細胞質的主要成分為核糖體、內含物、酶類、中間代謝物、各種營養物和大分子的單體等，少數細菌還有類囊體、羧酶體、氣泡或伴孢晶體等有特定功能的組分。4、細胞質及其內含物

細胞質（cytoplasm）是細胞質膜包圍的除核區外的一切半透明、膠狀、顆粒狀物質的總稱。含水量約80%。（三）細胞的結構（1）核糖體（ribosome）

功能：合成蛋白質的場所

鏈霉素等抗生素，通過作用于細菌核糖體的30S亞基而抑制細菌蛋白質的合成，而對人的80S核糖體不起作用，故可治療細菌引起的疾病，而對人體無害。原核生物核糖體的沉降系數是70S

50S大亞基30S小亞基而真核生物核糖體的沉降系數是80S原核生物的核糖體常以游離狀態或多聚核糖體狀態分布在細胞質中，或松散地連在細胞膜上。（2）氣泡（gasvocuoles）

許多光合營養型、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0.2～1.0μm×75nm，內由數排柱形小空泡組成，外有2nm厚的蛋白質膜包裹。功能：調節細胞比重以使細胞漂浮在最適水層中獲取光能、O2和營養物質藍細菌生長時依靠細胞內的氣泡而漂浮于湖水表面，并隨風聚集成塊，常使湖內出現“水花”。有些厭氧性光合細菌利用氣泡集中在水下10-30米深處，這樣既能吸收適宜的光線和營養進行光合作用，又可以避免直接與氧接觸。專性好氧的鹽桿菌屬（Halobacterium）的細菌，卻生活在含氧極少的飽和鹽水中，它們細胞中氣泡顯著，其作用被認為是使菌體浮于鹽水表面，以保證細胞更接近空氣。（參見P25）

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。（3）內含物

各種有機或無機物質的顆粒，主要功能是貯存（碳化合物、無機物和能源），也可將分子連接為特定的形式來降低滲透壓。

糖原：大腸桿菌、克雷伯氏菌、芽孢桿菌和藍細菌等

碳源及能源類

聚β-羥丁酸（PHB）：固氮菌、產堿菌和腸桿菌等

硫粒：紫硫細菌、絲硫細菌、貝氏硫桿菌等貯藏物氮源類藻青素：藍細菌

藻青蛋白：藍細菌

磷源（異染粒）：迂回螺菌、白喉棒桿菌、結核分枝桿菌

一些內含物無膜包裹，自由存在于細胞質中，如多聚磷酸鹽顆粒、藻青素顆粒和一些糖原顆粒

另一些內含物則由單層膜（不是典型的雙層膜）所包裹，如聚β-羥丁酸顆粒、某些糖原和硫粒。

內含物膜在組成上各不相同，有些為蛋白質，而另一些則包含脂類。A.聚-β-羥丁酸(poly-β-hydroxybutyrate,PHB)巨大芽孢桿菌（Bacillusmegaterium）在含乙酸或丁酸的培養基中生長時，細胞內貯藏的PHB可達其干重的60%。

細菌特有的一種類脂性質的碳源和能源類貯藏物。

（P26）PHB于1929年被發現，至今已發現60屬以上的細菌能合成并貯藏。R可以是-CH3外的其它烷基，這類化合物統稱為聚羥鏈烷酸作用：細菌特有的碳源和能源儲藏物；維持胞內中性環境；降低胞內滲透壓；B.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，用碘液染成紅棕色，可在光學顯微鏡下看到。糖原粒淀粉粒有的細菌積累淀粉粒，用碘液染成深蘭色。（參見P21）C.異染粒(metachromaticgranules)，又稱迂回體或捩轉菌素用蘭色染料染色后呈紅紫色組成：無機偏磷酸的聚合物（一般在含磷豐富的環境下形成。）功能：磷源和能量可降低胞內滲透壓在暗視野顯微鏡下看到的迂回螺菌(Spirillum

volutans)異染粒（迂回體）D.硫粒（sulfurglobules）

很多光合細菌（紫硫細菌、紫色細菌、綠色細菌和藍細菌），在進行產能代謝或生物合成時，常涉及對還原性的硫化物（H2S，硫代硫酸鹽等）的氧化，所產生的折光性很強的硫粒，可在周質空間或細胞質中積累。

功能：

硫元素儲藏物

參與產能代謝和生物合成E.藻青素（cyanophycin）

氮源貯藏物，同時還兼有貯存能源的作用。通常存在于藍細菌中。由含精氨酸和天冬氨酸殘基（1:1）的分枝多肽所構成，分子量在25000～125000。F.磁小體(megnetosome)

趨磁細菌細胞中含有的大小均勻、數目不等的Fe3O4顆粒，外有一層膜包裹。P26存在：少數水生螺菌屬等功能：導向作用。即借鞭毛游向對該菌最有利的泥、水界面微氧環境處生活。實用前景：生產磁性定向藥物或抗體，制造生物傳感器等。5、核區（nuclearregionorarea）

無核膜、無固定形態的原始細胞核

細菌染色體DNA：1個環狀雙鏈（通常），高度折疊

細菌染色體DNA也與一些堿性蛋白結合（不是組蛋白，稱為類組蛋白），這種結合使DNA得以超螺旋，具有穩定細菌染色體DNA、適應和調節DNA復制、轉錄、轉譯的作用。又稱核質體，原核，擬核、核基因組、細菌染色體6、芽孢（spore）P33（1）概念

某些細菌在其生長發育后期，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（偶譯“內生孢子”，endospore）。P25（2）芽孢的特點A.抗逆性強（熱、干燥、輻射等）。整個生物界中抗逆性最強的生命體。

能否消滅芽孢是衡量各種消毒滅菌手段的最重要的指標。營養細胞：

60℃，10~20min肉毒梭菌芽孢：

121℃，10min常規加壓蒸汽滅菌的條件：121℃，15min以上115℃，30min以上B.芽孢是休眠體，不是繁殖體。在適宜的條件下可以重新轉變成為營養態細胞（每個細胞只形成一個芽孢，一個芽孢萌發也只形成一個營養體細胞，所以，芽孢僅僅是芽孢細菌生活史中一部分）。

產芽孢細菌的保藏多用其芽孢。C.折光性強，不易著色（芽孢染色法）。（3）形成條件A.菌種的遺傳特性；必需養料耗盡而停止生長時（穩定期）形成；富含有機氮的培養基（蘇云金芽孢桿菌）；培養基中加入Mn2+

溫度改變

B.所需條件因種而異，即不同細菌形成芽孢有其最適條件（pH、溶氧、溫度、營養、離子濃度和種類等）。（4）形成芽孢的菌種產芽孢的細菌多為G+桿菌，也有一些球菌主要產芽孢菌：（好氣性）芽孢桿菌屬（Bacillus）（厭氣性）梭菌屬(Clostridium)其它少數：芽孢八疊球菌屬（球菌）芽孢乳桿菌屬脫硫腸狀菌屬多孢子菌屬（5）構造與耐熱機制芽孢與母細胞相比不論化學組成（皮層含吡啶二羧酸鈣DPA-Ca，芽孢肽聚糖）、細微結構、生理功能等方面都完全不同。（參見P33圖2-27）滲透調節皮層膨脹學說芽孢衣結構致密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。芽孢抗熱性的其它可能原因皮層含高濃度的吡啶二羧酸鈣（DPA-Ca），形成耐熱凝膠樣的物質；存在特殊的小分子酸溶性DNA結合蛋白，對芽孢DNA有穩定作用；含DNA修復酶，可對核心復活后的出芽和生長過程中的DNA進行修復。含一些酶，本身并不抗熱，在芽孢中與一些物質結合后才有抗熱性。（蠟狀芽孢桿菌中的丙氨酸消旋酶，附著在芽孢衣上時抗熱，與芽孢衣分離后不抗熱。）（7）研究芽孢的意義消毒滅菌的最重要的指標肉類罐頭：肉毒梭狀芽孢桿菌外科器械：破傷風梭菌、產氣莢膜梭菌工業發酵：嗜熱脂肪芽孢桿菌121℃，15min或115℃，30min以上保藏菌種分類依據（芽孢的形態、大小和著生位置是細菌分類和鑒定中的重要指標。）篩選菌種（土樣+肉湯培養基，80℃，10~15min）有些產芽孢細菌可伴隨產生有用的產物，如抗生素（短桿菌肽、桿菌肽等）（8）伴孢晶體（parasporalcrystal）

（參見P34）

少數芽孢桿菌，例如蘇云金芽孢桿菌(Bacillusthuringiensis，簡稱“Bt”）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——δ內毒素，稱為伴孢晶體。用途：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境保護的生物農藥——細菌殺蟲劑。特點：不溶于水，對蛋白酶類不敏感；容易溶于堿性溶劑。伴孢晶體鱗翅目幼蟲口服伴孢晶體在腸道迅速溶解（中腸pH為9.0-10.5）吸附于上皮細胞，引起滲透性喪失，腸道穿孔腸道中的堿性溶液進入血液，后者pH升高，昆蟲全身麻痹而死亡（三）細胞的結構7、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(slimelayer)

菌膠團(zoogloea)糖被：

包裹在單個細胞上在壁上有固定層層次厚：(大)莢膜層次薄：微莢膜松散，未固定在細胞壁上：粘液層包裹在群體細胞上：菌膠團（分泌的粘液將許多菌體粘合在一起，形成分支狀的大型粘膠物，細菌群體的共同糖被）（2）成分一般為多糖，少數為多肽、蛋白質或糖蛋白菌種的遺傳特性決定；也與環境條件有關糖被并非細胞生活的必要結構，但它對細菌在環境中的生存有利。3）形成條件（4）特性

對染料親和力低。

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。

在固體培養基上形成表面濕潤、粘液狀的光滑型菌落，即S型菌落。（不產糖被的細菌形成表面干燥、粗糙的粗糙型菌落，即R型菌落）

在液體培養基中使培養液的粘度增加。

（5）功能

保護作用（保護菌體免受干旱損傷；防止噬菌體的吸附和裂解；保護致病菌免受宿主白細胞吞噬。）

儲藏養料（營養缺乏時重新使用）

致病作用（是某些病原菌的毒力因子，如S型肺炎鏈球菌；也是某些病原菌的粘附因子，如唾液鏈球菌和變異鏈球菌附著牙齒表面——齲齒）（6）應用（1）菌種鑒定：利用糖被物質的血清學反應（2）制備代血漿和生化試劑（腸膜狀明串珠菌的葡聚糖糖被）（3）制備黃原膠：石油開采、印染、食品等工業（4）污水處理：形成菌膠團的細菌（如生枝動膠菌）是活性污泥中的主要微生物。利野油菜黃單胞菌（Xanthomonascampestris）S層（S-layer）許多原核生物的細胞表面，存在一個由蛋白質或糖蛋白平面排列構成的細胞表面層。保護細胞抵抗離子、滲透壓、酶等的作用；保護細胞抵抗宿主的防御系統；S層普遍存在于古生菌中8、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