微生物學教程（第四版）知識點——周德慶緒論微生物與人類什么是微生物微生物：一切肉眼看不見或看不清的微小生物的總稱不是一切微生物都是肉眼不可見的。例：費式刺尾魚菌，大小：75μm（寬）X200~600μm（長）納米比亞珍珠硫細菌，大小：直徑100~300μm，最大750μm微生物的定義：是對所有形體微小的單細胞、細胞結構較為簡單的多細胞，以及沒有細胞結構的低等生物的通稱。解析：形體微小：一般小于100μm結構簡單：單細胞，簡單多細胞，無細胞結構低等生物：進化地位低：原核生物，真核生物，非細胞生物。微生物并非分類學術語，而是根據生物體的大小而被人為的劃分在一起。微生物類群：①原核生物：支原體、衣原體、立克次氏體、放線菌、藍細菌、細菌、古菌。（支衣立放藍細古）②真核微生物：真菌（酵母菌、霉菌、蕈菌），原生生物（藻類、原生生物）③非細胞生物：（真）病毒，亞病毒（類病毒、擬病毒、脘病毒）微生物的五大共性（要考）個體小，面積大：比表面積大（產生其余四個共性）吸收多，轉化快：代謝能力強生長旺，繁殖快適應強，易變異：有極其靈活的適應性或代謝調控機制分布廣，種類多：“無孔不入，隨遇而安”微生物多樣性的體現①物種多樣性②生理代謝類型多樣性③代謝產物多樣性④遺傳基因多樣性⑤生態系統類型的多樣性人類對微生物世界的認識史史前時期：微生物感性的認識時期初創時期：微生物形態的認識時期列文虎克——微生物學的先驅者，首個看見并描述微生物的人。3.奠基時期：微生物生理學發展時期巴斯德——微生物學奠基人，微生物學之父（提出胚種學說，否定了自然發生學說。）（巴斯德消毒法、分離出引起蠶病的微生物、創立免疫學原理和預防接種方法）科赫——細菌學的奠基人，科赫原則。（發明固體培養皿，建立分離純化微生物的實驗技術，利用平板分離法尋找并分離到許多病原菌——發現結核病原菌）發展時期：微生物生物化學發展時期布赫納——生物化學奠基人，提出酶的概念費萊明——發現青霉菌產生抑菌物質—青霉素成熟時期：微生物研究進入分子生物學水平，成為分子生物學研究中主要對象。沃森和克里克——分子生物學奠基人，提出DNA雙螺旋模型微生物學及其分科微生物學是一門在分子、細胞或群體水平上研究微生物的形態構造、生理代謝、遺傳變異、生態分布和分類進化等生命活動基本規律，并將其應用于工業發酵、醫藥衛生、生物工程和環境保護等實踐領域的科學。微生物學的發展促進了人類的進步發酵工業：食品飲料自然發酵醫療保健：生物工程技術在生化藥物生產上的應用農業技術：以菌治蟲、以菌治菌、以菌治草；——生物防治生態環境保護和修復：有機廢棄物、廢水的生物處理生物學基礎理論研究：是分子生物學的三大來源和三大支柱（生物化學、微生物學和遺傳學）之一。原核生物的形態、構造和功能細菌什么是原核生物即廣義的細菌，是指一大類細胞核無核膜包裹，不是核仁和典型的染色體，只有被稱作核區的裸露DNA的原始單細胞生物。細菌什么是細菌：一類細胞微小（細短），結構簡單、胞壁堅韌、多以二分裂方式增值和水生性較強的單細胞原核生物。廣義的細菌指全部原核微生物。細菌細胞的形態與大小：球菌、桿菌、螺旋菌。（特殊形態的細菌。）球菌排列形態：單球菌、雙球菌、四聯球菌、八疊球菌、鏈球菌、葡萄球菌。螺旋菌：根據彎曲情況分為：①弧菌：螺旋不滿一環，呈弧形或逗號型。（霍亂弧菌，逗號弧菌）②螺旋菌：螺旋滿2-6環，螺旋狀。（幽門螺旋桿菌）③螺旋體：旋轉周數在6環以上，菌體柔軟。（梅毒螺旋體）細菌形態的影響因素：培養時間，培養溫度，培養基組成、濃度與pH值，其他不利環境因子（如抗菌藥物）。環境條件變化物理化學因子的刺激→阻礙細胞正常發育→異常形態培養時間過長→細胞衰老、營養缺乏、自身代謝產物積累過多→異常形態細菌細胞的大小：度量單位μm，直徑μm，（寬μmX長μm）。納米細菌：并非生物體，而是納米級的礦物質與細胞內的蛋白質形成的復合物。細菌細胞的一般結構一般結構：細胞壁、細胞膜、核區、間體、細胞質、內含物。特殊構造：鞭毛、菌毛、性菌毛、芽孢、糖被（微莢膜、莢膜、粘液層）。細胞壁的構造與功能：細胞壁：是包圍在細胞表面的一層厚實、堅韌的外被，主要成分為肽聚糖，具有固定細胞外形和保護細胞不受損傷等多種生理功能。不同細菌細胞壁構造相同嗎？細菌細胞壁結構和成分具有多樣性革蘭氏染色法：丹麥醫生Gram與1884年發明的一種鑒別不同類型細菌的染色方法。革蘭氏陽性菌（G+）被染成紫色；革蘭氏陰性菌（G-）被染成紅色。（楊紫）G+和G-的細胞壁結構差異（從里到外）G+G-細胞膜：不含或含少量蛋白質細胞膜：膜蛋白含量較高肽聚糖：含量很高90%，網狀結構周質空間：由脂蛋白，肽聚糖（含量很低5%~20%）構成磷酸壁：含量較高＜30%，分為壁磷酸壁和膜磷酸壁無磷酸壁外膜：由脂多糖，磷脂，脂蛋白構成，含有孔蛋白和外膜蛋白。細胞壁主要功能：①維持細胞外形，提高機械強度；②作為滲透屏障，阻攔大分子有害物質進入細胞；③細胞生長、分裂所必須，為鞭毛運動提供支點；④賦予細菌特定的抗原性，以及對抗生素和噬菌體的敏感性。肽聚糖:原核生物細胞壁特有的成分，是一種大分子聚合物；大量肽聚糖單體可聚合形成多層的網狀結構。?G+細菌肽聚糖網層厚G+細菌肽聚糖網層交聯緊密?G-細菌肽聚糖網層薄G-細菌肽聚糖網層交聯松散G+肽聚糖單體結構：雙糖（NAG-NAM）：N-乙酰葡萄糖胺（NAG）,N-乙酰胞壁酸（NAM）短肽（四肽尾）：L-Ala,D-Glu,L-Lys,D-Ala.肽橋（肽間橋）:5個L-Gly甘短肽和肽橋的組成成分和連接方式依不同的細菌而異。肽聚糖單體結構：雙糖（NAG-NAM）:N-乙酰葡萄糖胺（NAG）,N-乙酰胞壁酸（NAM）短肽（四肽尾）：L-Ala,D-Glu,m-DAP,D-Ala肽橋（肽間橋）:D-Ala--m-DAP肽鍵磷酸壁:G+特有是G+菌細胞壁上的一種酸性多糖，通過共價鍵與肽聚糖分子結合，并延伸到肽聚糖分子表面，帶有負電荷。主鏈由醇（核糖醇或甘油）和磷酸分子交替連接而成；種類：膜磷酸壁：與細胞膜相交聯壁磷酸壁：與肽聚糖相交聯磷酸壁的功能：①通過大量負電荷吸附濃縮細胞周圍Mg2+,提高細胞膜上的合成酶活性；②貯藏磷元素；③調節細胞內自溶素的活力，抑制細胞自溶；④噬菌體吸附受體；⑤作為G+菌表面抗原，用于菌種鑒定。⑥加強某些致病菌對宿主細胞的粘連，避免被白細胞吞噬，有抗補體作用。外膜（OM）：G-菌細胞壁特有結構，位于壁最外層，作為細菌的保護屏障。成分：脂多糖、磷脂和若干種外膜蛋白。脂多糖（LPS）：G-菌細胞壁最外層的類脂多糖類物質。（LPS）：類脂A（細菌致病物質“內毒素”的物質基礎）；核心多糖；O-抗原（結構多變，G-菌抗原決定簇呈現多樣性）。功能：·類脂A是G-菌致病物質內毒素的物質基礎；·決定了G-菌表面抗原決定簇的多樣性；·吸附Mg離子提高其在細胞表面的濃度；·噬菌體吸附受體；·具有一定的選擇性吸收功能，可透過小分子營養物質，阻擋溶菌酶、抗生素等大分子物質。外膜蛋白：嵌合在LPS和磷脂層上的20多種蛋白，多數功能未知。外膜蛋白：脂蛋白（連接外膜層和肽聚糖層）；孔蛋白（一種三聚體跨膜蛋白，中間有孔道，小分子進入細胞的通道。）周質空間?也稱壁膜空間，位于G-菌外膜和細胞膜之間的狹小空間；?內含質外酶，對細菌營養吸收、代謝、趨化性、抗藥性及抗逆等重要作用。?周質空間蛋白酶修飾細菌受體組氨酸激酶VgrS，促進細菌抗逆。11.抗酸細菌：一類細胞壁中含有大量分支菌酸等蠟質的特殊G+菌，酸性復紅染色后不能被鹽酸乙醇脫色。例如：分支桿菌屬（Mycobacterium）組成：類脂（分枝菌酸和索狀因子）：1.約占60%；2.蛋白質（孔蛋白）；3.肽聚糖12.缺壁細胞：在自然進化和實驗室菌種自發突變中產生的少數沒有細胞壁的細菌種類；或在實驗室中通過人為方法抑制新細胞壁合成或酶解已有細胞壁而獲得的人工缺壁細菌。實驗室中形成——1.自然缺壁突變——L型細菌2.人工方法去壁——①徹底除盡—原生質體；②部分去除—球狀體。自然界長期進化中形成——支原體13.細胞膜：圍繞在細胞質外面的一層柔軟而富有彈性的薄膜，厚約7～8nm，占細胞干重的10%左右，也稱細胞質膜、質膜。成分：磷脂20%～30%；蛋白質50%～70%；少量的糖脂和糖蛋白。磷脂：不同微生物R基不同，磷脂酰甘油；磷脂酰乙醇胺蛋白質：整合蛋白/膜內在蛋白周邊蛋白/膜外在蛋白細胞膜的結構：液態鑲嵌模型細胞膜的功能：1.高度選擇透性，控制細胞內外營養物質和代謝產物的運送與交換；2.維持細胞內正常滲透壓的屏障作用；3.合成細胞壁和糖被的各種組分的場所；4.許多酶和電子傳遞鏈組分的所在部位，是進行氧化磷酸化或光合磷酸化的產能基地；5.鞭毛基體的著生部位和鞭毛旋轉的供能部位。14.間體：細胞質膜內陷形成的一個或數個較大而不規則的層狀、管狀或囊狀物，多見于G+細菌。間體的功能：可能與青霉素酶分泌有關。可能與DNA復制、分配和細胞分裂有關。細胞分裂時，位于橫隔處的間體一分為二，“紡錘絲”？相當于真核細胞的線粒體?含有細胞色素氧化酶，琥珀酸脫氫酶等。“間體”僅是電鏡制片時因脫水操作而引起的一種贗像?細胞質：細胞膜內出細胞核外的所有半透明、膠體狀和顆粒狀物質。（原核生物細胞質不流動）主要成分：核糖體、貯藏物、酶類、中間代謝物等，少數細菌還存在羧酶體、磁小體、氣泡、伴孢晶體等特定功能細胞組分。①核糖體：是細胞質中的一種核糖核蛋白質顆粒狀物質由核糖核酸（rRNA）和蛋白質組成常以游離或多聚體狀態分布于原核生物細胞質中由50S和30S兩個亞基組成，核糖體沉降系數為70S蛋白質合成的場所。②細胞質包含體：是指細胞質內一些顯微鏡下可見，形態較大的有機或無機的顆粒狀構造。種類：貯藏物、磁小體（驅磁細菌）、羧酶體（固CO2）、氣泡（調節比重）。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物。PHB（聚-β-羥基丁酸）：是許多細菌細胞質內常含有的碳源類貯藏物，不溶于水，易被脂溶性染料（蘇丹黑）著色。功能：貯存碳源、能源和降低滲透壓。含PHB的細菌種類：產堿桿菌屬、固氮菌屬、假單胞菌屬和某些光合厭氧菌等。異染粒：大小為0.5～1μm，主要成分是多聚偏磷酸鹽的聚合物，分子呈線狀，嗜堿性強，用美藍染色著色較深，呈紫紅色，與菌體其他部位不同，故稱異染粒。功能：貯存磷元素和能量，降低滲透壓。含異染粒的主要細菌種類：迂回螺菌、白喉棒桿菌和結核分枝桿菌。硫粒：當環境中還原性硫(H2S)豐富時,在細胞內以折光性很強的硫粒的形式積累硫元素；當H2S不足時,可氧化成硫酸鹽，以提供細菌細胞生命活動所需能量。功能：好氧硫細菌的能源；厭氧硫細菌的電子供體。含硫粒的細菌種類：硫細菌。16.擬核：由大型環狀雙鏈DNA纖絲折疊或纏繞而成的松散網狀結構，是遺傳信息存儲、傳遞和調控的部位，又稱為“核質體、核區、類核或細菌染色體”。長度：一般為1～3mm例：大腸桿菌的DNA長約1mm。數量：正常情況下，一個菌體只有1個擬核；生長迅速的細菌細胞中常有2-4個擬核；生長緩慢的細菌細胞中一般只有1-2個核。四．細菌細胞的特殊構造（1）糖被：包被于某些細菌細胞壁外的一層厚度不定的透明膠狀物質。成分：多糖、多肽、蛋白質。類型：（按糖被有無固定層次、層次厚薄劃分。）（大）莢膜、微莢膜、黏液層、菌膠團功能：①保護作用：抗干燥，抗噬菌體，抗白細胞吞噬；②貯藏養料：是細胞外碳源和能源的儲備物質；③表面附著作用：是某些病原菌必須的粘附因子④作為頭型屏障和離子交換系統，保護細菌免受重金屬離子毒害；⑤細菌信息識別；⑥堆積代謝廢物。用途：①用于菌種鑒定；②從莢膜中提取葡聚糖，制備生化試劑盒右旋酐（代血漿）③從粘液層中提取黃原膠，用作增稠劑等，在食品、石油、醫藥、日用化工等領域廣泛應用；④產生菌膠團的細菌可用作污水處理的活性污泥。鞭毛：細菌體表的長絲狀、波狀彎曲的蛋白質附屬物，一至數十條，可以推動細菌運動。鞭毛著生位置和數目——可作為菌種分類鑒定的重要依據。單端鞭毛菌、兩端鞭毛菌、端生鞭毛菌、周生鞭毛菌功能：運動，鞭毛運動引起菌體運動，實現其趨性。細菌趨性運動：化學趨性運動——趨化性氧趨性運動——趨氧性光趨性運動——趨光性趨向運動：生物體對環境中的不同理化或生物因子做有方向性的應答運動。栓菌實驗：旋轉論鞭毛菌的運動特點：鞭毛的結構：鞭毛絲：中空絲狀結構，球蛋白亞基螺旋排列——胞外鞭毛鉤/鉤形鞘：連接鞭毛絲和基體，彎曲筒狀，蛋白質組成，360度旋轉——靠近細胞表面。基體：若干種蛋白組成的多個盤狀物——環，結構復雜精密的馬達。——埋于細胞膜和壁中。驅動鞭毛運動。鞭毛旋轉運動的機制：——質子葉輪模型鞭毛的基體——超微型馬達MS環（內環）、C環：“轉子”Mot蛋白：“定子”，跨膜質子通道FliG蛋白：馬達鍵鈕（旋轉方向）當大量質子不斷流經Mot蛋白時，通過正負電荷間的吸引，使基體“轉子”發生旋轉，從而帶動鞭毛絲快速旋轉。鞭毛的生長方式：是在其頂部延伸。（三）菌毛：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，又稱“纖毛”或“傘毛”。功能：作為附著到哺乳動物細胞或其他物體的工具。特點：直徑3～10nm，結構簡單，著生于細胞質膜上；每個細菌約有250～300條菌毛；多存在于G-致病菌中，借助菌毛可牢固粘附于宿主的呼吸道、消化道、泌尿生殖道等的粘膜上，定植和致病（四）性毛：又稱性菌毛或性纖毛，構造和成分與菌毛相同，但比菌毛長，數量僅一至少數幾根。功能：一般見于G-細菌的雄性菌株（供體菌）中，用于向雌性菌（受體菌）傳遞遺傳物質（致育因子，F因子）；RNA噬菌體的特異性吸附受體。芽孢：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、抗逆性強的休眠體，稱為芽孢（亦稱“內生孢子”）。?芽孢是生命世界中抗逆性最強的一種構造，在抗熱、抗化學藥物和抗輻射等方面，十分突出。芽孢的主要種類：芽孢桿菌屬(Bacillus)、梭菌屬(Clostridium)-G+?芽孢的有無、形狀、大小和著生位置可作為細菌分類鑒定的依據。芽孢的結構與成分：胞外壁：脂蛋白，透性差，有的芽孢無;芽孢衣：疏水性角蛋白，抗酶解，抗藥物，多價陽離子不易通過;皮層:芽孢肽聚糖，2，6-吡啶二羧酸鈣鹽(calciumdipicolinate,DPA-Ca)，體積大、滲透壓高(20個大氣壓);核心：?芽孢壁：肽聚糖，發展成新細胞壁;?芽孢膜：磷脂、蛋白質，發展成新細胞膜;?芽孢質：DPA-Ca，核糖體，RNA、酶類、SASP（小酸溶性蛋白）;?核區：DNA芽孢復雜而獨特的多層結構——具有驚人的抗逆性·滲透調節皮層膨脹學說：芽孢衣對多價陽離子和水分透性差，皮層離子強度高，因而產生極高的滲透壓，奪取芽孢核心的水分，造成皮層膨脹和核