微生物学教程第3版内容重点

微生物学一、什么是微生物1．微生物（Microorganism,microbe）——是一切肉眼看不见或看不清的微小生物的总称（一般0.1mm）2．微生物学(Microbiology)——是一门在细胞、分子或群体水平上研究微生物的形态构造，生理代谢，生态分布和分类进货等生命活动及其应用的一门学科。四、微生物的三个特征μm(微米)级：光学显微镜下可见（细胞）小(个体微小)nm(纳米)级：电子显微镜下可见（细胞器，病毒）单细胞简(构造简单)简单多细胞非细胞（分子生物）原核类：细菌（真细菌，古生菌）、放线菌、蓝细菌、支原体、立克次氏体、衣原体等。低(进化地位低)真核类：真菌（酵母菌，霉菌、蕈菌），原生动物、显微藻类非细胞类：病毒、亚病毒（类病毒、拟病毒、肮病毒）五、微生物的五大共性1．体积小，面积大体积表面积比面值2．吸收多，转化快3．生长旺，繁殖快4．适应强，易变异5．分布广，种类多2）微生物的种类繁多①物种多样性②生理代谢类型的多样性③代谢产物的多样性④遗传基因的多样性⑤生态类型的多样性第一章原核生物形态、构造和功能原核微生物(prokaryotes)微生物可分类三大类真核微生物(eukaryoticmicroorganism)非细胞微生物(acellularmicrooganism)真细菌(eubacteria)原核生物古生菌(archaea)微生物原核生物——指一大类细胞核无核膜包裹，只存在称作核区(nuclearregion)的裸露DNA的原始单细胞生物。我们分成六种类型来介绍：细菌、放线菌、蓝细菌、支原体、立克次氏体、衣原体第一节细菌细菌(bacteria)——一类细胞细短（直径约0.5μm，长度约0.5~5μm），结构简单，胞壁坚韧，多以二分裂方式繁殖和水生性较强的原核生物。(一)形态和染色球菌(coccus)：单球、双球、四联球、链球、葡萄球1)细菌形态杆菌(bacillus)：短杆、棒杆、梭状、梭杆、分枝状弧菌(vibrio)：半环螺旋菌(spirilla)螺菌(spirillum)：2—6环螺旋体(spirpcjete)：6环以上2)细菌的大小是μm级的（微米），典型细菌、大肠杆菌（E.coli）：2μm长×0.5μm宽3)细菌染色法活菌：美蓝或TTC（氯化三苯基四氮唑）简单染色法正染色革兰氏染色死菌鉴别染色法抗酸性染色芽孢染色负染色姖姆萨（Giemsa）染色其中革兰染色法（Grangstain）最为重要，是由丹麦医生C.Gram于1884年发明，菌经革兰氏染色后可区分为两大类：革兰氏阳性（Grampositive,G+），成紫色；革兰氏阴性（Gramnegative,G-），成红色。(二)构造一般构造：一般细菌都具有的构造，胞壁、胞膜、胞质和核区。特殊构造：特殊环境下才形成的构造，鞭毛、菌毛、性菌毛、糖被、芽孢见：细菌细胞模式构造图1．一般构造1）细胞壁（cellwall）——细胞最外的一层厚实，坚韧的外被，主要成分为肽聚糖。固定细胞外形和提高机械强度，抵抗渗透压细胞壁的功能为细胞生长、分裂和运动必需阻拦大分子有害物进入细胞赋予细菌抗原性和对抗生素和噬菌体的敏感性细胞壁成份分为以下三种类型来讲：见G+与G-胞壁构造比较图a)G+菌胞壁：胞壁厚度大(20-80nm)和化学组分简单，一般含90%肽聚糖10%磷壁酸。肽聚糖(peptidoglyean)——是真细菌细胞壁中的特有成分，由肽和聚糖两部分组成，肽包括四肽尾和肽桥，而聚糖由N—乙酰葡糖胺和N—乙酰胞壁酸两种单糖相互间隔连接成的长链（金黄色葡萄球菌）双糖：N—乙酰葡糖胺和N—乙酰胞壁酸由β—1,4—糖苷键相连接3个组成部分四肽尾：由4个氨基酸分子按L型与D型交替连接而成肽桥：为甘氨酸五肽，连接前后2个四肽尾分子，起桥梁作用——β—1.4—糖苷键易被溶菌酶（lysogyme）水解，导致细胞壁“散架”而死亡。——四肽尾中的D型氨基酸，一般仅在细菌胞壁上见到。——肽桥的变化甚多，由此形成了肽聚糖多样性。肽聚糖功能：主要是框架和枝架结构磷壁酸（teichoicacid）——是G+菌胞壁上的一种酸性多糖。壁磷壁酸：与肽聚糖分子共价结合磷壁酸分为两类膜磷壁酸：跨越肽聚糖层与细胞膜相交联磷壁酸的成份——甘油磷酸或核糖醇磷酸见甘油磷酸结构模式图磷壁酸的生理现象：①大量负电荷吸附Mg2+，提高膜上合成酶活力。②贮藏元素③调节细胞内自溶素的活力，防止细胞自溶。④噬菌体特异吸附受体⑤G+菌的特异表面抗原，可用于鉴定菌种。⑥增强对宿主细胞的粘连，免受白细胞吞噬，并有抗补体的作用。b)G-菌的细胞壁胞壁较G+菌薄，层次较多，成份较复杂，肽聚糖层很薄（2-3nm）肽聚糖——单体结构与G+菌相似，有2点差别：①四肽尾的第三个氨基酸分子不是L-Lys，而被内消旋二氨基庚（更）二酸（m-DAP）代替，是一种原核生物胞壁上特殊氨基酸。②没有特异的肽桥，由前肽尾的第四个氨基酸（D—Ala）的羧基与后肽尾的第三个氨基酸（m-DAP）的氨基直接相连，薄、强度低于G+菌。外膜(outmembrane)——是G-菌胞壁的特有结构，位于壁最外层，成份有脂多糖、磷脂和多种外膜蛋白。脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)：位于G-菌胞壁最外层的类脂多糖类物质，主要由①类脂A；②核心多糖；③O—特异侧外膜成份链3部分组成。外膜蛋白(outermembraneprotein)：指嵌合在LPS和磷脂层外膜上的20多种蛋白，其中脂蛋白和孔蛋白是比较清楚的。外膜功能：脂多糖功能：控制细胞的透性，提高Mg2+浓度，决定细胞壁抗原多样性等。外膜蛋白：①脂蛋白有使外膜层与内壁肽聚糖层紧密连接的功能②孔蛋白是一类中间有孔道，可控制某些物质（如抗生素）进入外膜的跨膜蛋白。c)古生菌（Archaea）细胞壁——古生菌是在进化上很早就与真细菌和真核生物互相独立的生物群，主要包括一些独特生态型，如嗜极菌、产甲烷菌等。古生菌大都具有与真细菌功能相似的细胞壁，但化学成份差别很大，它们不含肽聚糖，而含假肽聚糖、糖蛋白或蛋白质。假伏聚糖的结构与成份——多糖骨架由N—乙酰葡萄糖胺和N—乙酰①塔罗糖胺糖醛酸以②β—1,3—糖苷键交替连接而成，连在后一氨基糖上的肽尾由3个④L型氨基酸组成⑤肽桥由L—Glu1个氨基酸组成。d)缺壁细菌（cellwalldeficientbacteria）自发型缺壁突变：L型实验室中形成人工法去壁：原生质体缺壁细菌自然界长期进化形成：支原体2）细胞膜（cellmembrane）细胞膜——是一层紧贴在细胞壁内侧，包围着细胞质的柔软，脆弱，富有弹性的半透性薄膜（7~8nm），由砭脂（20%—30%）和蛋白质（50%—70）组成。两层砭脂分子对称排列，极性头（砭酸端）朝向内外表面非极性头（烃端）埋入膜内层，形成砭脂双分子层细胞膜的成份整合蛋白（内嵌蛋白）：有时分子内有通道，具运输功能，横向移动周边蛋白（膜外蛋白）：有酶促作用，能作侧向移动。见细胞膜模式构造图细胞膜生理功能：①能控制细胞内、外的营养物质和代谢产物的运送②维持细胞内正常渗透压③合成细胞壁和糖被的场所④细胞的产能基地（氧化砭酸化，光合砼酸化的酶系）⑤鞭毛基体的着生部，提供鞭毛旋转运动的能量。3）细胞质和内含物细胞质(cytoplasm)——指被细胞膜包围的除核区以外的一切半透明，胶体状、颗粒状物质的总称。细胞质的成份：核糖体、贮藏物，酶类，中间代谢产物，质粒，各种营养物质和大分子的单体等。细胞内含物（miclusionbody）——指细胞质内一些形状较大的颗粒构造①贮藏物（reservematerials）：一类由不同化学成分累积而成的不溶性颗粒，主要功能是贮存营养物。糖原：大肠杆菌碳源及能源类聚β—羟（抗）丁酸（PHB）：固氮菌硫粒：紫硫细菌贮藏物氮源类藻青素：蓝细菌藻青蛋白：蓝细菌磷源（异染粒）：结核分枝杆菌②磁小体(magnetosome)：一种20~100nm，数目不等（2~20颗），形状为八面，六面，或六棱柱体，成分为Fe3O4，外有一层膜色裹，具有导向功能，即借鞭毛引导细菌游向最有利的泥水界面，微氧环境处生活，存在于水生螺菌和嗜胆球菌等趋磁细菌中。③羧酶体（carboxysome）：又称羧化体，成多角形（~10nm）内含1.5—二砭酸核酮糖羧化酶，在CO2固定中起作用，一般在自养细菌中，如硫杆菌属（化能自养）、蓝细菌（光能自养）④气泡（gasvacuoles）：细菌中的泡囊状内含物，内有数排柱状小空泡，大小为0.2~1.0μm×75nm，由2nm膜包裹，具有调节细胞比重，漂浮在最适水层中的作用。4）核区（nuclearregionoraren）：又称核质体（nuclearbody），是原核生物所特有的无核包裹，无固定形态的原始细胞核，是原核生物负载遗传信息的场所。成份：一个大型的环状双链DNA分子，不含蛋白，在染色体复制时呈双倍体外，一般为单倍体。2．细菌细胞的特殊构造特殊构造——不是所有细菌都具有的构造，一般为糖被、鞭毛、菌毛和芽孢。1）糖被（glycocalyx）——包被在某些细菌细胞壁外的一层厚度不定的透明胶状物质。层次厚：(大)荚膜在壁上有固定层次包裹在单个细胞上层次薄：微荚膜糖被的种类松散，未固定在壁上：粘液层（不同类菌）包裹在细胞群上：菌胶团不同类菌糖被的成份也不一样葡聚糖（肠膜状明串珠菌）纯多糖果聚糖（变异链链球菌）纤维素（木醋杆菌）多糖海藻酸（棕色固氮菌）杂多糖透明质酸（若干链球菌）聚D—谷氨酸（炭疽杆菌）糖被成分多肽聚谷氨酰胺（若干黄单胞菌）多肽和多糖（巨大芽孢杆菌）蛋白质（鼠疫耶尔森氏菌）糖被的功能：①保护作用：其上极性基团可保护菌体免受干旱可防止噬菌体的吸附和裂解荚膜可保护致病菌免受宿主白细胞的吞噬②贮藏养料：从备营养缺乏时重新利用③作为透性屏障和离子交换系统：保护细菌不受金属离子毒害④表面附着作用：如粘液、果聚糖，可将细菌粘附于呼吸道或牙表面⑤细菌间的信息识别作用⑥堆积代谢废物2）鞭毛（flagellum,flagella）鞭毛——生长在某些细菌表面的长丝状，波曲的蛋白质物质，数目1—多十条，具有运动功能，长约15~20μm，直径0.01~0.02μm，一般只能在电镜下看到。基体①鞭毛构造钩形鞘鞭毛丝原核生物（包括古生菌）的鞭毛都有共同的结构G-细菌E.colia)基体（basalbody）：由4个盘状物（ring）组成L环——最外层，连接在细胞壁的外膜上P环——连在细胞壁内壁层肽聚糖上S环——细胞质膜上，靠近周质空间称SM环（或内环）M环——与S环连在一起，在细胞质膜上SM环共同嵌在细胞质膜上，被一对Mot蛋白包围，基部还存在一个Fli蛋白。Mot蛋白可驱动S—M环快速旋转。Fli蛋白起键钮作用，可根据信号令鞭毛正转或逆转。b)鞭毛钩（hook）：一个钩形似鞘，它将基体和鞭毛丝连在一起，直径17mm。c)鞭毛丝（filament）：一条15-20μm，直径20nm的中空丝管，是由鞭毛蛋白（flagellin）亚基沿中央孔作螺旋状缠绕而成，每周8~10个亚基，鞭毛蛋白在胞质中合成后，由基部通过中央孔道输送到鞭毛游离端进行自装配。见鞭毛构造图G+细菌，BacillusG+细菌鞭毛结构较简单，基体仅有S和M两环，其它结构均与G-细菌相同。②鞭毛的功能：运动、实现趋性趋性——生物体对环境中的不同物理，化学或生物因子作用方向性的应答，有正趋和负趋性两种。趋化性（chemotaxis）趋光性（phototaxis）趋性还可分为趋氧性（oxygentaxis）超磁性（magenetotaxis）鞭毛的运动机制：“栓菌”试验证明鞭毛以旋转方式产生运动，一般20~80μm/秒，最高时100μm，极生鞭毛菌速度超过周生鞭毛菌。一根（霍乱弧菌）一端生一束（荧光假单胞菌）一根（鼠咬热螺旋体）③鞭毛着生方式两端生一束（红色螺菌）肠杆菌科（沙门氏菌）周生芽孢杆菌科（枯草芽孢杆菌）侧生：反刍月形单胞菌鞭毛的有无和着生方式在细菌的分类和鉴定上是一重要指标。3）菌毛（fimbria,fimbriae）菌毛——长在细菌体表面的纤