實(shí)驗(yàn)三細(xì)菌與藍(lán)藻備課

1、細(xì)菌（英文：germs；學(xué)名：bacteria）廣義的細(xì)菌即為原核生物是指一大類(lèi)細(xì)胞核無(wú)核膜包裹，只存在稱(chēng)作擬核區(qū)（nuclear region)(或擬核)的裸露DNA的原始單細(xì)胞生物，包括真細(xì)菌（eubacteria）和古生菌（archaea）兩大類(lèi)群。人們通常所說(shuō)的即為狹義的細(xì)菌，狹義的細(xì)菌為原核微生物的一類(lèi)，是一類(lèi)形狀細(xì)短，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，多以二分裂方式進(jìn)行繁殖的原核生物，是在自然界分布最廣、個(gè)體數(shù)量最多的有機(jī)體，是大自然物質(zhì)循環(huán)的主要參與者。細(xì)菌主要由細(xì)胞壁、細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)、核質(zhì)體等部分構(gòu)成，有的細(xì)菌還有莢膜、鞭毛、菌毛等特殊結(jié)構(gòu)。絕大多數(shù)細(xì)菌的直徑大小在0.55m之間?？筛鶕?jù)形狀分為三類(lèi)，

2、即：球菌、桿菌和螺形菌（包    細(xì)菌括弧菌、螺菌、螺桿菌）。 按細(xì)菌的生活方式來(lái)分類(lèi)，分為兩大類(lèi)：自養(yǎng)菌和異養(yǎng)菌，其中異養(yǎng)菌包括腐生菌和寄生菌。按細(xì)菌對(duì)氧氣的需求來(lái)分類(lèi)，可分為需氧（完全需氧和微需氧）和厭氧（不完全厭氧、有氧耐受和完全厭氧）細(xì)菌。按細(xì)菌生存溫度分類(lèi)，可分為喜冷、常溫和喜高溫三類(lèi)。 形態(tài)結(jié)構(gòu)桿菌，球菌，螺旋菌，弧菌的形態(tài)各不相同，但主要都是由以下結(jié)構(gòu)組成。 細(xì)胞壁    細(xì)菌結(jié)構(gòu)細(xì)胞壁厚度因細(xì)菌不同而異，一般為15-30nm。主要成分是肽聚糖，由N-乙酰葡糖胺和N-乙酰胞壁酸構(gòu)成雙糖單元，以-1,4糖苷鍵連接成大分子。N-乙酰胞壁酸分子上

3、有四肽側(cè)鏈，相鄰聚糖纖維之間的短肽通過(guò)肽橋（革蘭氏陽(yáng)性菌）或肽鍵（革蘭氏陰性菌）橋接起來(lái)，形成了肽聚糖片層，像膠合板一樣，粘合成多層。 肽聚糖中的多糖鏈在各物種中都一樣，而橫向短肽鏈卻有種間差異。革蘭氏陽(yáng)性菌細(xì)胞壁厚約2080nm，有15-50層肽聚糖片層，每層厚1nm，含20-40的磷壁酸（teichoic acid），有的還具有少量蛋白質(zhì)。革蘭氏陰性菌細(xì)胞壁厚約10nm，僅2-3層肽聚糖，其他成分較為復(fù)雜，由外向內(nèi)依次為脂多糖、細(xì)菌外膜和脂蛋白。此外，外膜與細(xì)胞之間還有間隙。 肽聚糖是革蘭陽(yáng)性菌細(xì)胞壁的主要成分，凡能破壞肽聚糖結(jié)構(gòu)或抑制其合成的物質(zhì)，都有抑菌或殺菌作用。如溶菌酶是N-乙酰胞

4、壁酸酶，青霉素抑制轉(zhuǎn)肽酶的活性，抑制肽橋形成。 細(xì)菌細(xì)胞壁的功能包括：保持細(xì)胞外形；抑制機(jī)械和滲透損傷（革蘭氏陽(yáng)性菌的細(xì)胞壁能耐受20kg/cm2的壓力）；介導(dǎo)細(xì)胞間相互作用（侵入宿主）；防止大分子入侵；協(xié)助細(xì)胞運(yùn)動(dòng)和分裂。 脫壁的細(xì)胞稱(chēng)為細(xì)菌原生質(zhì)體（bacterial protoplast）或球狀體（spheroplast，因脫壁不完全），脫壁后的細(xì)菌原生質(zhì)體，生存和活動(dòng)能力大大降低。 細(xì)胞膜是典型的單位膜結(jié)構(gòu)，厚約810nm，外側(cè)緊貼細(xì)胞壁，某些革蘭氏陰性菌還具有細(xì)胞外膜。通常不形成內(nèi)膜系統(tǒng)，除核糖體外，沒(méi)有其它類(lèi)似真核細(xì)胞的細(xì)胞器，呼吸和光合作用的電子傳遞鏈位于細(xì)胞膜上。某些行光合作用

5、的原核生物（藍(lán)細(xì)菌和紫細(xì)菌），質(zhì)膜內(nèi)褶形成結(jié)合有色素的內(nèi)膜，與捕光反應(yīng)有關(guān)。某些革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌質(zhì)膜內(nèi)褶形成小管狀結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為中膜體（mesosome）或間體（圖3-11），中膜體擴(kuò)大了細(xì)胞膜的表面積，提高了代謝效率，有擬線粒體（Chondroid）之稱(chēng)，此外還可能與DNA的復(fù)制有關(guān)。 細(xì)胞質(zhì)與核質(zhì)體細(xì)菌和其它原核生物一樣，沒(méi)有核膜，DNA集中在細(xì)胞質(zhì)中的低電子密度區(qū)，稱(chēng)核區(qū)或核質(zhì)體（nuclear body）。細(xì)菌一般具有1-4個(gè)核質(zhì)體，多的可達(dá)20余個(gè)。核質(zhì)體是環(huán)狀的雙鏈DNA分子，所含的遺傳信息量可編碼20003000種蛋白質(zhì)，空間構(gòu)建十分精簡(jiǎn)，沒(méi)有內(nèi)含子。由于沒(méi)有核膜，因此DNA的復(fù)制、R

6、NA的轉(zhuǎn)錄與蛋白質(zhì)的合成可同時(shí)進(jìn)行，而不像真核細(xì)胞那樣這些生化反應(yīng)在時(shí)間和空間上是嚴(yán)格分隔開(kāi)來(lái)的。 每個(gè)細(xì)菌細(xì)胞約含500050000個(gè)核糖體，部分附著在細(xì)胞膜內(nèi)側(cè)，大部分游離于細(xì)胞質(zhì)中。細(xì)菌核糖體的沉降系數(shù)為70S，由大亞單位（50S）與小亞單位（30S）組成，大亞單位含有23SrRNA，5SrRNA與30多種蛋白質(zhì)，小亞單位含有16SrRNA與20多種蛋白質(zhì)。30S的小亞單位對(duì)四環(huán)素與鏈霉素很敏感，50S的大亞單位對(duì)紅霉素與氯霉素很敏感。 細(xì)菌核區(qū)DNA以外的，可進(jìn)行自主復(fù)制的遺傳因子，稱(chēng)為質(zhì)粒（plasmid）。質(zhì)粒是裸露的環(huán)狀雙鏈DNA分子，所含遺傳信息量為2200個(gè)基因，能進(jìn)行自我復(fù)

7、制，有時(shí)能整合到核DNA中去。質(zhì)粒DNA在遺傳工程研究中很重要，常用作基因重組與基因轉(zhuǎn)移的載體。 胞質(zhì)顆粒是細(xì)胞質(zhì)中的顆粒，起暫時(shí)貯存營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的作用，包括多糖、脂類(lèi)、多磷酸鹽等。 其他結(jié)構(gòu)許多細(xì)菌的最外表還覆蓋著一層多糖類(lèi)物質(zhì)，邊界明顯的稱(chēng)為莢膜（capsule），如肺炎球菌，邊界不明顯的稱(chēng)為粘液層（slime layer），如葡萄球菌。莢膜對(duì)細(xì)菌的生存具有重要意義，細(xì)菌不僅可利用莢膜抵御不良環(huán)境；保護(hù)自身不受白細(xì)胞吞噬；而且能有選擇地粘附到特定細(xì)胞的表面上，表現(xiàn)出對(duì)靶細(xì)胞的專(zhuān)一攻擊能力。例如，傷寒沙門(mén)桿菌能專(zhuān)一性地侵犯腸道淋巴組織。細(xì)菌莢膜的纖絲    細(xì)菌還能把細(xì)菌分泌

8、的消化酶貯存起來(lái)，以備攻擊靶細(xì)胞之用。 鞭毛是某些細(xì)菌的運(yùn)動(dòng)器官，由一種稱(chēng)為鞭毛蛋白（flagellin）的彈性蛋白構(gòu)成，結(jié)構(gòu)上不同于真核生物的鞭毛。細(xì)菌可以通過(guò)調(diào)整鞭毛旋轉(zhuǎn)的方向（順和逆時(shí)針）來(lái)改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 菌毛是在某些細(xì)菌表面存在著一種比鞭毛更細(xì)、更短而直硬的絲狀物，須用電鏡觀察。特點(diǎn)是：細(xì)、短、直、硬、多，菌毛與細(xì)菌運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)，根據(jù)形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能，可分為普通菌毛和性菌毛兩類(lèi)。前者與細(xì)菌吸附和侵染宿主有關(guān)，后者為中空管子，與傳遞遺傳物質(zhì)有關(guān)。 種類(lèi)細(xì)菌可以按照不同的方式分類(lèi)。細(xì)菌具有不同的形狀。大部分細(xì)菌是如下三類(lèi)：桿菌是棒狀；球菌是球形（例如鏈球菌或葡萄球菌）；螺旋菌是螺旋形。另一 &

9、#160;  細(xì)菌類(lèi)，弧菌，是逗號(hào)形。 細(xì)菌的結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單，原核生物，沒(méi)有膜結(jié)構(gòu)的細(xì)胞器例如線粒體和葉綠體，但是有細(xì)胞壁。根據(jù)細(xì)胞壁的組成成分，細(xì)菌分為革蘭氏陽(yáng)性菌和革蘭氏陰性菌?！案锾m氏”來(lái)源于丹麥細(xì)菌學(xué)家革蘭(Hans Christian Gram)，他發(fā)明了革蘭氏染色。 有些細(xì)菌細(xì)胞壁外有多糖形成的莢膜，形成了一層遮蓋物或包膜。莢膜可以幫助細(xì)菌在干旱季節(jié)處于休眠狀態(tài)，并能儲(chǔ)存食物和處理廢物。 細(xì)菌的分類(lèi)的變化根本上反應(yīng)了發(fā)展史思想的變化，許多種類(lèi)甚至經(jīng)常改變或改名。最近隨著基因測(cè)序，基因組學(xué)，生物信息學(xué)和計(jì)算生物學(xué)的發(fā)展，細(xì)菌學(xué)被放到了一個(gè)合適的位置。   

10、 細(xì)菌最初除了藍(lán)細(xì)菌外（它完全沒(méi)有被歸為細(xì)菌，而是歸為藍(lán)綠藻），其他細(xì)菌被認(rèn)為是一類(lèi)真菌。隨著它們的特殊的原核細(xì)胞結(jié)構(gòu)被發(fā)現(xiàn)，這明顯不同于其他生物（它們都是真核生物），導(dǎo)致細(xì)菌歸為一個(gè)單獨(dú)的種類(lèi)，在不同時(shí)期被稱(chēng)為原核生物，細(xì)菌，原核生物界。一般認(rèn)為真核生物來(lái)源于原核生物。 藍(lán)藻百科名片   藍(lán)藻照片藍(lán)藻是原核生物，又叫藍(lán)綠藻 藍(lán)細(xì)菌；大多數(shù)藍(lán)藻的細(xì)胞壁外面有膠質(zhì)衣，因此又叫粘藻。在所有藻類(lèi)生物中，藍(lán)藻是最簡(jiǎn)單、最原始的一種。藍(lán)藻是單細(xì)胞生物，沒(méi)有細(xì)胞核，但細(xì)胞中央含有核物質(zhì)，通常呈顆粒狀或網(wǎng)狀，染色質(zhì)和色素均勻的分布在細(xì)胞質(zhì)中。該核物質(zhì)沒(méi)有核膜和核仁，但具有核的功能，故稱(chēng)其

11、為原核（或擬核）。在藍(lán)藻中還有一種環(huán)狀DNA質(zhì)粒，在基因工程中擔(dān)當(dāng)了運(yùn)載體的作用。和細(xì)菌一樣，藍(lán)藻屬于“原核生物”?；竞?jiǎn)介藍(lán)藻（Cyanobacteria）和具原核的細(xì)菌等一起，單立為原核生物界。所有的藍(lán)藻都含有一種特殊    藍(lán)藻（藍(lán)細(xì)菌）的藍(lán)色色素，藍(lán)藻就是因此得名。但是藍(lán)藻也不全是藍(lán)色的，不同的藍(lán)藻含有一些不同的色素，有的含葉綠素，有的含有藍(lán)藻葉黃素，有的含有胡蘿卜素，有的含有藍(lán)藻藻藍(lán)素，也有的含有藍(lán)藻藻紅素。紅海就是由于水中含有大量藻紅素的藍(lán)藻，使海水呈現(xiàn)出紅色。 藍(lán)藻是單細(xì)胞原核生物，又叫藍(lán)綠藻、藍(lán)細(xì)菌，但不屬于細(xì)菌，也不是綠藻。藍(lán)藻是一類(lèi)藻類(lèi)的統(tǒng)稱(chēng)，其標(biāo)志便是

12、單細(xì)胞、無(wú)細(xì)胞核。常見(jiàn)的藍(lán)藻有藍(lán)球藻（色球藻）、念珠藻、顫藻、發(fā)菜等。藍(lán)藻都為單細(xì)胞生物，以細(xì)胞群形式出現(xiàn)時(shí)才容易看見(jiàn)。衣藻屬于綠藻，真核生物，不同于藍(lán)藻。 分類(lèi)科屬藍(lán)藻（Cyanobacteria）包括藍(lán)球藻Basketballalgae、顫藻Oscillatoriasp、念珠藻Nostoc和發(fā)菜seaweed。 藍(lán)藻屬藍(lán)藻門(mén)分為兩綱：色球藻綱和藻殖段綱。色球藻綱藻體為單細(xì)胞體或群體；藻殖段綱藻體為絲狀體，有藻殖段。藍(lán)藻在地球上大約出現(xiàn)在距今3533億年前，已知藍(lán)藻約2000種，中國(guó)已有記錄的約900種。分布十分廣泛，遍及世界各地，但大多數(shù)（約75%）淡水產(chǎn)，少數(shù)海產(chǎn)；有些藍(lán)藻可生活在608

13、5的溫泉中；有些種類(lèi)和菌、苔蘚、蕨類(lèi)和裸子植物共生；有些還可穿入鈣質(zhì)巖石或介殼中(如穿鈣藻類(lèi))或土壤深層中（如土壤藍(lán)藻）。 形態(tài)特征    藍(lán)藻細(xì)胞模式圖藍(lán)藻不具葉綠體、線粒體、高爾基體、中心體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和液泡等細(xì)胞器，唯一的細(xì)胞器是核糖體。含葉綠素a，無(wú)葉綠素b，含數(shù)種葉黃素和胡蘿卜素，還含有藻膽素（是藻紅素、藻藍(lán)素和別藻藍(lán)素的總稱(chēng)）。一般說(shuō)，凡含葉綠素a和藻藍(lán)素量較大的，細(xì)胞大多呈藍(lán)綠色。同樣，也有少數(shù)種類(lèi)含有較多的藻紅素，藻體多呈紅色，如生于紅海中的一種藍(lán)藻，名叫紅海束毛藻，由于它含的藻紅素量多，藻體呈紅色，而且繁殖的也快，故使海水也呈紅色，紅海便由此而得名。藍(lán)藻雖無(wú)葉

14、綠體，但在電鏡下可見(jiàn)細(xì)胞質(zhì)中有很多光合膜，叫類(lèi)囊體，各種光合色素均附于其上，光合作用過(guò)程在此進(jìn)行。藍(lán)藻的細(xì)胞壁和細(xì)菌的細(xì)胞壁的化學(xué)組成類(lèi)似，主要為肽聚糖（糖和多肽形成的一類(lèi)化合物）；貯藏的光合產(chǎn)物主要為藍(lán)藻淀粉和藍(lán)藻顆粒體等。細(xì)胞壁分內(nèi)外兩層，內(nèi)層是纖維素的，少數(shù)人認(rèn)為是果膠質(zhì)和半纖維素的。外層是膠質(zhì)衣鞘以果膠質(zhì)為主，或有少量纖維素。內(nèi)壁可繼續(xù)向外分泌膠質(zhì)增加到膠鞘中。有些種類(lèi)的膠鞘很堅(jiān)密拌可有層理，有些種類(lèi)膠鞘很易水化，相鄰細(xì)胞的膠鞘可互相溶和。膠鞘中可有棕、紅、灰等非光合作用色素。藍(lán)藻的藻體有單細(xì)胞體的、群體的和絲狀體的。最簡(jiǎn)單的是單細(xì)胞體。有些單細(xì)胞體由于細(xì)胞分裂后子細(xì)胞包埋  

15、;  藍(lán)藻（藍(lán)細(xì)菌）在膠化的母細(xì)胞壁內(nèi)而成為群體，如若反復(fù)分裂，群體中的細(xì)胞可以很多，較大的群體可以破裂成數(shù)個(gè)較小的群體。有些單細(xì)胞體由于附著生活，有了基部和頂部的極性分化，絲狀體是由于細(xì)胞分裂按同一個(gè)分裂面反復(fù)分裂、子細(xì)胞相接而形成的。有些絲狀體上的細(xì)胞都一樣，有些絲狀體上有異形胞的分化；有的絲狀體有偽枝或真分枝，有的絲狀體的頂部細(xì)胞逐漸尖窄成為毛體，這也叫有極性的分化。絲狀體也可以連成群體，包在公共的膠質(zhì)衣鞘中，這是多細(xì)胞個(gè)體組成的群體。 繁殖方式藍(lán)藻的繁殖方式有兩類(lèi)，一為營(yíng)養(yǎng)繁殖，包括細(xì)胞直接分裂（即裂殖）、群體破裂和絲狀體產(chǎn)生藻殖段等幾種方法，另一種為某些藍(lán)藻可產(chǎn)生內(nèi)生孢子或

16、外生孢子等，以進(jìn)行無(wú)性生殖。孢子無(wú)鞭毛。目前尚未發(fā)現(xiàn)藍(lán)藻有真正的有性生殖。 使用價(jià)值藍(lán)藻是最早的光合放氧生物，對(duì)地球表面從無(wú)氧的大氣環(huán)境變?yōu)橛醒醐h(huán)境起了巨大的作用。有不少藍(lán)藻（如魚(yú)腥藻）可以直接固定大氣中的氮（原因：含有固氮酶，可直接進(jìn)行生物固氮），以提高土壤肥力，使作物增產(chǎn)。還有的藍(lán)藻為人們的食品，如著名的發(fā)菜和普通念珠藻（地木耳）、螺旋藻等。 主要危害在一些營(yíng)養(yǎng)豐富的水體中，有些藍(lán)藻常于夏季大量繁殖，并在水面形成一層藍(lán)綠色    藍(lán)藻水華而有腥臭味的浮沫，稱(chēng)為“水華”，大規(guī)模的藍(lán)藻爆發(fā)，被稱(chēng)為“綠潮”（和海洋發(fā)生的赤潮對(duì)應(yīng)）。綠潮引起水質(zhì)惡化，嚴(yán)重時(shí)耗盡水中氧氣而造成魚(yú)類(lèi)的死亡。更為嚴(yán)重的是，藍(lán)藻中有些種類(lèi)（如微囊藻）還會(huì)產(chǎn)生毒素（簡(jiǎn)稱(chēng)MC），大約50%的綠潮中含有大量MC。MC除了直接對(duì)魚(yú)類(lèi)、人畜產(chǎn)生毒害之外，也是肝癌的重要誘因。MC耐熱，不易被沸水分解，但可被活性碳吸收，所以可以用活性碳凈水器對(duì)被污染水源進(jìn)行凈化。 藍(lán)藻等藻類(lèi)是鰱魚(yú)的食物，可以通過(guò)投