第二章-原核微生物

第二章原核微生物在生物分類中，原核微生物屬于原核生物界。原核微生物古生菌（Archaea）真細(xì)菌（Eubacteria）細(xì)菌(Bacteria)放線菌(Actinomyces）藍(lán)細(xì)菌（Cyanobacteria）支原體（Mycoplasma）衣原體（Chlamydia）立克次氏體（Rickettsia）螺旋體（Bdellovibrio）我們重點(diǎn)介紹細(xì)菌（包括古細(xì)菌）、放線菌和藍(lán)細(xì)菌。2023/10/16二、細(xì)菌的細(xì)胞結(jié)構(gòu)細(xì)菌的細(xì)胞結(jié)構(gòu)可分為一般結(jié)構(gòu)和特殊結(jié)構(gòu)：一般結(jié)構(gòu)（或基本結(jié)構(gòu)）：如細(xì)胞壁、細(xì)胞質(zhì)膜、細(xì)胞質(zhì)、內(nèi)含物及細(xì)胞核物質(zhì)等。它們是所有細(xì)菌所共有的。特殊結(jié)構(gòu)：如糖被、莢膜、鞭毛等。它們是某些細(xì)菌所特有的。所以特殊結(jié)構(gòu)是細(xì)菌分類鑒定的依據(jù)。（一）細(xì)菌的一般結(jié)構(gòu)從細(xì)胞外開始，由外向內(nèi)，依次有下列的細(xì)胞一般結(jié)構(gòu)：1.細(xì)胞壁（CellWall）細(xì)胞最外面的堅韌而略有彈性的薄膜。細(xì)胞壁的化學(xué)組成：肽聚糖、蛋白質(zhì)、脂類革蘭氏染色：由于細(xì)胞壁化學(xué)組成的不同，可把細(xì)菌分成兩大類(革蘭氏陽性菌)G+菌和(革蘭氏陰性菌)G-菌。這種分類法的起源是革蘭氏染色試驗，是由丹麥科學(xué)家ChristainGram在1884年建立的。革蘭氏染色試驗是一種復(fù)染色法，即通過多次染色達(dá)到區(qū)分不同細(xì)胞結(jié)構(gòu)的目的。細(xì)胞壁的作用：細(xì)胞壁之內(nèi)，統(tǒng)稱為原生質(zhì)體，包括：①固定細(xì)胞外形；②保護(hù)細(xì)胞免受外力的損傷；③阻攔大分子物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞；④使某些細(xì)菌具有致病性及對噬菌體的敏感性；⑤為鞭毛提供支點(diǎn)，使鞭毛運(yùn)動。細(xì)胞膜（cellmembrane）又稱細(xì)胞質(zhì)膜間體（mesosome）或稱中間體細(xì)胞質(zhì)及其內(nèi)含物

擬核（核區(qū)nuclearregion）與質(zhì)粒

(plasmid)2.細(xì)胞質(zhì)膜（CellMembrane）在細(xì)胞壁和細(xì)胞質(zhì)之間的一層半透性膜，它可以選擇性吸收物質(zhì)?；瘜W(xué)組成：磷脂30－40％，蛋白質(zhì)60－70％，約2％的多糖。細(xì)胞膜的作用：1）選擇運(yùn)輸，控制內(nèi)外物質(zhì)的交換（吸收營養(yǎng)和排泄廢物）；2）維持滲透壓3）合成細(xì)胞壁和糖被重要基地4）細(xì)胞產(chǎn)能場所5）鞭毛基體著生點(diǎn)和旋轉(zhuǎn)供能

不同種類細(xì)菌的膜在其結(jié)構(gòu)和功能方面存在很大差異。這種差異非常巨大且具有特征性，因此膜化學(xué)可被用于對細(xì)菌進(jìn)行鑒定。

3.細(xì)胞質(zhì)及其內(nèi)含物細(xì)胞質(zhì)：位于細(xì)胞膜以內(nèi)，除核物質(zhì)以外的無色透明的粘稠物質(zhì)，又稱原生質(zhì)?；瘜W(xué)組成：由蛋白質(zhì)、核酸、脂類、無機(jī)鹽、水等物質(zhì)組成。作用：含有各種酶系統(tǒng)，是進(jìn)行新陳代謝的活動場所。內(nèi)含物：

①核糖體

——是蛋白質(zhì)的合成場所。②貯藏顆粒

——營養(yǎng)物質(zhì)過剩（成熟細(xì)胞）核糖體

(1)

化學(xué)組成：由核糖核酸（RNA）和蛋白質(zhì)兩種化學(xué)成分組成。

(2)

染色特性：核糖體易被堿性染料染色。在光鏡下細(xì)胞質(zhì)中核糖體豐富的部位嗜堿性較強(qiáng)。

(3)

電鏡結(jié)構(gòu)：是近似球形的致密顆粒，直徑為20nm。

(4)

功能：合成蛋白質(zhì)。核糖體結(jié)構(gòu)

模式圖細(xì)胞內(nèi)含物1．氣泡（水生細(xì)菌）相當(dāng)于魚的魚鰾—調(diào)節(jié)浮力作用。*特大的納米比亞硫珍珠狀菌的氣泡可吸收和儲藏硝酸鹽作為最終的電子受體。2．異染顆粒藍(lán)色浸染呈紫紅色?；瘜W(xué)本質(zhì)——多聚偏磷酸鹽。磷源和能源性貯藏物。3．聚

-羥基丁酸（簡稱PHB）顆粒能量的貯存物;調(diào)節(jié)pH4．糖原和淀粉粒儲藏碳源和能源5．硫粒某些化能自養(yǎng)型硫細(xì)菌，貯存的能源物質(zhì)

通常，一種細(xì)菌只含有一種或兩種內(nèi)含顆粒。聚－?－羥基丁酸（PHB）

類脂性質(zhì)的碳源貯藏物，不溶于水，溶于有機(jī)溶劑，可用尼羅蘭或蘇丹黑染色，具有貯藏能量、碳源和降低細(xì)胞內(nèi)滲透壓等作用。

Bacillusmegaterium（巨大芽孢桿菌）在合適的條件下，其體內(nèi)PHB可達(dá)細(xì)胞干重的60％左右。

PHB是由生物合成的高聚物，具有無毒、可塑和易降解等特點(diǎn)，正在大力開發(fā)應(yīng)用于醫(yī)用塑料和快餐盒等的優(yōu)質(zhì)原料。內(nèi)含物異染粒

由多聚偏磷酸、核糖核酸、蛋白質(zhì)、脂類及Mg2+組成，可用甲苯胺或甲烯藍(lán)染成紫紅色。一般在含磷豐富的環(huán)境中形成，具有貯藏磷元素和能量以及降低細(xì)胞滲透壓等作用。*聚磷菌富含異染顆粒，可用于廢水中無機(jī)磷的處理。內(nèi)含物硫粒含硫粒的細(xì)菌能利用H2S做能源，氧化H2S為硫粒積累在菌體內(nèi)。當(dāng)缺乏營養(yǎng)時，氧化體內(nèi)硫粒為SO42-，從中取得能量。硫粒具有強(qiáng)的折光性，在光學(xué)顯微鏡下極易看到。*含硫粒的細(xì)菌，可以處理含H2S類的污染物。內(nèi)含物4.核物質(zhì)（擬核、核區(qū)）——原核生物所特有的原始細(xì)胞核。細(xì)菌的核質(zhì)體是一個大型反復(fù)折疊高度纏繞的環(huán)狀雙鏈DNA分子，為細(xì)菌遺傳物質(zhì)。核區(qū)沒有外膜（這是原核生物與真核生物一個主要的區(qū)別之處）核質(zhì)體真核生物細(xì)胞細(xì)胞核核質(zhì)體核膜（二）細(xì)菌的特殊結(jié)構(gòu)常見的細(xì)菌特殊結(jié)構(gòu)有：糖被、芽孢、鞭毛等莢膜粘液層菌膠團(tuán)衣鞘1、糖被（glycocalyx）在一定條件下，有些細(xì)菌可向細(xì)胞壁表面分泌一層松散、透明的粘液狀或膠質(zhì)狀的多糖類物質(zhì)即糖被。根據(jù)糖被有無固定層次、層次薄厚可細(xì)分為：較厚（約200nm），分類特征之一。容易混淆的幾個概念，希望注意區(qū)分：粘液層：也是細(xì)胞壁表面的粘性物質(zhì)，區(qū)別在于它與周圍環(huán)境無明顯的邊緣；菌膠團(tuán)：多個細(xì)菌個體排列在一起，由公共莢膜包藏形成一定形狀的細(xì)菌集團(tuán)；菌膠團(tuán)的形成對于水處理有十分主要的意義，它是廢水生物處理中常見的結(jié)構(gòu)；鞘（衣鞘）：絲狀菌形成時，在外面形成透明的硬質(zhì)化的物質(zhì)。各類菌膠團(tuán)的形狀2.芽孢（1）壁厚，緊密結(jié)實(shí)；（2）含水量少（40％）；（3）含有DPA（2，6－吡啶二羧酸），可達(dá)干重的15％；（4）含有耐熱性酶。在120－140℃還能生存幾個小時。某些細(xì)菌在其生長發(fā)育后期或不良環(huán)境中，在細(xì)胞內(nèi)形成的一個圓形或橢圓形、厚壁、折光性強(qiáng)、含水量低、抗逆性強(qiáng)的休眠構(gòu)造，稱為芽孢。芽孢的特點(diǎn)是：這些特征使芽孢能抵抗惡劣的環(huán)境條件，所以芽孢是抵抗外界不良環(huán)境的休眠體。（1）產(chǎn)芽孢細(xì)菌的種類好氧性的芽孢桿菌屬；厭氧性的梭菌屬。

能否形成芽孢是細(xì)菌種的特征。能產(chǎn)生芽孢的細(xì)菌種類包括多種桿菌、一個屬的球菌（芽孢八疊球菌）和一個屬的弧菌（芽孢弧菌屬）。最主要的是革蘭氏陽性桿菌的兩個屬：（2）芽孢的類型芽孢形成的位置、形狀、大小因菌種而異，在分類鑒定上有一定意義。炭疽芽孢桿菌等的芽孢位于菌體中央，卵圓形、小于菌體寬度；肉毒梭菌等的芽孢位于菌體中央，橢圓形，直徑比菌體大，使原菌體兩頭小中間大而呈梭形；破傷風(fēng)梭菌的芽孢卻位于菌體一端，正圓形，直徑比菌體大，使原菌體呈鼓槌狀。（3）芽孢的結(jié)構(gòu)①芽孢外壁：主要成分是脂蛋白，透性差。②芽孢衣：主要含疏水性角蛋白，非常致密，通透性差。③皮層：皮層很厚，約占芽孢總體積的一半。賦予芽孢異常的抗熱性。皮層的滲透壓很高。④核心：由芽孢壁、芽孢膜、芽孢質(zhì)和核區(qū)四部分構(gòu)成，含水量極低。成熟的芽孢具有多層結(jié)構(gòu)，由外到內(nèi)依次為：（4）芽孢的功能：（1）菌種鑒別的依據(jù)（芽孢的位置、形狀、大小等）；這一點(diǎn)在實(shí)際工作中十分有用。（2）抵抗不良環(huán)境的休眠體。由于芽孢的特點(diǎn)，它對不良環(huán)境，如高溫、低溫、干燥和有毒物質(zhì)等具有較強(qiáng)的抗性，它處于不活動的休眠狀態(tài)，一旦外界條件變好，它可萌發(fā)成為營養(yǎng)細(xì)胞（產(chǎn)芽孢細(xì)菌的保藏多用其芽孢）。由于芽孢的抗性最強(qiáng)，故我們在檢查滅菌效果時，采用芽孢為指示，即以它作為滅菌效果是否徹底的標(biāo)志。3鞭毛（flagellum）主要化學(xué)成分為蛋白質(zhì)，有少量的多糖或脂類鞭毛通過旋轉(zhuǎn)而使菌體運(yùn)動，鞭毛的運(yùn)動速度很快，一般每秒可移動20～80μm鞭毛的著生方式和數(shù)目是細(xì)菌分類鑒定的重要指標(biāo)鞭毛運(yùn)動是趨性運(yùn)動，如趨光性、趨氧性、趨磁性等

鞭毛是著生于某些細(xì)菌體表的細(xì)長、波浪形彎曲的絲狀蛋白質(zhì)附屬物，其數(shù)目為1～10根，是細(xì)菌的運(yùn)動器官。三、細(xì)菌的培養(yǎng)特征培養(yǎng)基：人工配制的供給微生物營養(yǎng)物質(zhì)的基質(zhì)。固體培養(yǎng)基(加入約1.5%的瓊脂)：菌落特征

明膠培養(yǎng)基(加入明膠)

：溶菌區(qū)半固體培養(yǎng)基(加入0.3~0.5%的瓊脂)：呼吸類型、有無鞭毛液體培養(yǎng)基：液面生長狀況（如膜和環(huán)等）、混濁程度、沉淀情況、有無氣泡和顏色等。在不同培養(yǎng)基上細(xì)菌會出現(xiàn)具有不同的培養(yǎng)特征。細(xì)菌在固體培養(yǎng)基上的培養(yǎng)特征，稱為菌落特征。菌落：單個微生物接種在固體培養(yǎng)基上，在合適的條件下培養(yǎng)一段時間，生長繁殖形成一堆由無數(shù)個個體組成的肉眼可見的群體?？捎孟♂屍桨宸ê推桨鍎澗€法接種形成菌落。1固體培養(yǎng)基上的培養(yǎng)特征菌落的特征是分類鑒定的依據(jù)。可以從三方面看菌落的特征：（1）菌落的表面特征（2）菌落的邊緣特征（3）縱剖面的邊緣特征2.明膠培養(yǎng)基中的培養(yǎng)特征用穿刺接種法將細(xì)菌接種在明膠培養(yǎng)基中培養(yǎng)，能產(chǎn)生明膠水解酶水解明膠，不同的細(xì)菌將明膠水解成不同形態(tài)的溶菌區(qū)，依據(jù)這些不同形態(tài)，可將細(xì)菌進(jìn)行分類。3.半固體培養(yǎng)基中的培養(yǎng)特征穿刺接種，根據(jù)細(xì)菌的生長狀態(tài)判斷細(xì)菌的呼吸類型和鞭毛有無，能否運(yùn)動。P51呼吸類型與培養(yǎng)特征4.液體培養(yǎng)基中的培養(yǎng)特征細(xì)菌在液體培養(yǎng)基中的培養(yǎng)特征是分類依據(jù)之一。因細(xì)胞特征、比重、運(yùn)動能力和對氧氣等關(guān)系的不同，而形成不同的群體形態(tài)，多數(shù)表現(xiàn)混濁，部分表現(xiàn)沉淀，好氧細(xì)菌