重庆大学862微生物---第二章原核微生物_思维导图模板

第二章原核微生物

定义（5）

不具有细胞核,只有DNA链高度折叠形成的拟核,不具有分化的细胞器，不进行有丝分裂的微生物

古菌特性

形态：球形、杆状、螺旋形、耳垂形、盘状、不规则形状等多种形态,有的很薄、扁平,有的由精准的方角和垂直的边构成直角几何形态,有的以单个细胞存在,有的呈丝状体或团聚体。其直径大小一般为0.1~15 um ,丝状体长度为200 um扁平直角几何状独有

特点：细胞壁不含二氨基庚二酸(D-氨基酸)和胞壁酸,不受溶菌酶和内酰胺抗生素(如青霉素)的作用；没有肽聚糖；细胞膜有单层膜、双层膜P26

革兰氏阳性古菌的细胞壁含有各种复杂多聚体。如产甲烷菌的细胞壁含假肽聚糖，甲烷八叠球菌和盐球菌不含假肽聚糖，而含复杂聚多糖

革兰氏阴性古菌没有外膜，含蛋白质或糖蛋白亚基的表层，其厚度为20-40 nm；甲烷叶菌属、盐杆菌属和极端嗜热的硫化叶菌属、热变形菌属和热网菌属的细胞壁有糖蛋白；甲烷球菌属、甲烷微菌属、产甲烷菌属和极端嗜热的脱硫球菌属有蛋白质壁，蛋白质呈酸性

细菌的脂类是甘油脂肪酸酯，而古菌的脂质是非皂化性甘油二醚的磷脂和糖
脂的衍生物

代谢:古菌在代谢过程中有许多特殊的辅酶，类型：自养型、异养型、不完全光合作用

呼吸:多数为严格厌氧,兼性厌氧,还有专性好氧

Woese认为古菌没有严格的好氧型,没有完全的光合型

繁殖:二分裂、芽殖。其繁殖速度较慢，进化速度也比细菌慢

生活环境:极端环境（热、冷、酸、绝对厌氧)

盐分高的湖泊水中,极热﹑极酸和绝对厌氧的环境,有的在极冷的环境生存

在南极,它们的数量占南极海岸表面水域原核生物总量的34%以上

它们的代谢途径特殊,有的古菌有热稳定性酶和其他特殊酶

与细菌的不同

(1) 16SrRNA序列分析:古细菌与细菌不相似

(2) 形态：古细菌有扁平直角几何形状的细菌，而细菌从未发现

(3) 结构:①古细菌细胞壁中不含胞壁酸;②古细菌细胞质膜含醚键酯及分支烃；③许多古细菌有内含子

(4) 中间代谢:古细菌可有独特的辅酶参入，如产甲烷菌的F420、F430、COM 及B因子

(5) 严格厌氧是古细菌的主要呼吸类型

(6) 生境：大多数古细菌生活在高温、极热、高盐、极酸或高度缺氧的极端环境里

(7) 繁殖速率:古细菌繁殖速率较细菌缓慢

五大群：产甲烷古菌，古生硫酸盐还原菌，极端嗜盐菌，无细胞壁古生菌和极端嗜热硫代谢菌

按生活习性及生理特性分类:

产甲烷菌

专性厌氧菌

无细菌细胞壁的胞壁酸特征而富含各种表层蛋白

甲烷菌是一类能够将无机或有机化合物厌氧发酵转化成甲烷和二氧化碳的古细菌，是重要的环境微生物，在自然界的碳素循环中起重要作用

大多数可以利用H2/CO2,很多种可利用甲酸

形态多样，有球形、杆形、螺旋形、长丝形和八叠球形等

一般都是中温性的，最适宜的温度在25-40°C之间，高温性产甲烷细菌的适宜温度则在为50~60°C之间

最适宜的pH值范围约在6.8~7.2之间。如pH低于6或者pH高于8,细菌的生长繁殖将受到极大影响

在自然界或粪便或污水处理剩余污泥的厌氧消化、有机固体废物厌氧堆肥或填埋中，可与水解菌和产酸菌等协同作用,将有机物降解成的H2，CO2和乙酸,并甲烷化,产生有经济价值的清洁燃料,即生物能源:甲烷(CH4)

极端嗜盐菌、嗜热嗜酸菌

古菌域

泉古生菌门

广古生菌门

对环境工程意义

极端微生物

喜在极端恶劣环境中生活的微生物

包括嗜酸菌、嗜盐菌、嗜碱菌、嗜热菌、嗜冷菌及嗜压菌

对极端环境具有很强的适应性和需要性

对极端微生物基因组的研究有助于从分子水平研究极限条件下微生物的适应性,加深对生命本质的认识

开发极端嗜碱微生物的碱性酶用于生产洗衣粉

从嗜高温菌体内提取的TaqDNA酶应用于PCR(聚合酶链反应)技术中,使体外扩增DNA成为可能

极端微⽣物中的嗜碱菌产⽣耐热⽊聚糖酶⽤于造纸⼯业的清洁⽣产

极端嗜盐菌产⽣PHA⽤于制造可降解塑料

嗜碱，嗜热，以及产甲烷菌的组合⽤于发酵秸秆产⽣⼄醇或甲烷，实现清洁能源的⽣产

极端嗜酸菌脱除煤中的⽆机和有机硫，实现洁净煤技术

嗜冷微⽣物可⽤于寒冷地带的河流、湖泊以及⼟壤污染物的降解和转化

细菌

中文中“细菌”一词，有时泛指全部原核微生物；有时专指原核微生物中的真细菌；有时又仅指真细菌中一部分微生物，它们外形与结构最简单，对生活要求不复杂，广泛存在于环境中，与人类生产与生活关系至为密切

细菌：单细胞不分枝的原核微生物

形态

球状

金黄色葡萄球菌、甲烷八叠球菌

杆状

单/双/链杆菌、产芽孢杆菌

螺旋状

紫硫螺旋菌、红螺菌属、绿菌属

丝状

铁细菌：纤发菌属、微丝菌属

丝状硫细菌

贝日阿托氏菌和辫硫菌属：前者尾端与菌体一致，上下均匀；后者尾端呈锥形

发硫菌属和亮发菌属：前者微量好氧，后者严格好氧

大小：以微米计

结构

细胞壁

定义包围在细菌体表最外层的、坚韧而有弹性的薄膜。它约占菌体质量的10%~25 %

细胞壁的组成植物细胞的细胞壁主要成分是纤维素和果胶；细菌细胞壁主要成分是肽聚糖；真菌细胞壁中主要成分为几丁质。构成细胞壁的成分中，90%左右是多糖，10%左右是蛋白质、酶类以及脂肪酸。细胞壁中的多糖主要是纤维素、半纤维素和果胶类，它们是由葡萄糖、阿拉伯糖、半乳糖醛酸等聚合而成。次生细胞壁中还有大量木质素

功能

保护原生质体免受渗透压而引起破裂，保护细胞

维持细菌的细胞形态，使细胞具有固定外形（证明：溶菌酶处理不同形态的细菌细胞壁后，菌体都呈圆形)

细胞壁化学组成的细微差异可使不同细菌具有不同的抗原性、致病性和对噬菌体等感染的敏感性

是多孔结构的分子筛,阻挡某些分子进入和保留蛋白质在周质(细菌的细胞壁和细胞质之间的区域)

为鞭毛提供支点,使鞭毛运动

主要成分肽聚糖

肽聚糖是由若干肽聚糖单体聚合而成的多层网状结构大分子化合物

磷壁酸（质）

是大多数革兰氏阳性细菌细胞壁组分。磷壁酸携带负电荷，可与对维持细胞形状和某些酶活性所必需的阳离子(如 Mg2+)结合，作为这些阳离子的贮存库

磷壁酸与细菌生长有关,它对细胞内的自溶素有调节功能，可阻止细胞壁过度降解和壁溶。磷壁酸成分可构成许多革兰氏阳性细菌的C抗原(表面抗原)，如乳杆菌属许多菌株的主要血清学成分

细胞壁的化学组成

革兰氏阳性菌

细胞壁厚,其厚度为20~80 nm

结构较简单,含肽聚糖(其成分有:D-氨基酸、L-氨基酸﹑胞壁酸和二氨基庚二酸),磷壁酸(质)、少量蛋白质和脂肪

革兰氏阴性菌

细胞壁较薄,厚度为10 nm

结构较复杂,分外壁层和内壁层

外壁层:最外层是脂多糖,中间是磷脂层,内层为脂蛋白

内壁层：含肽聚糖,不含磷壁酸

两者区分

革兰氏阳性菌含大量的肽聚糖,独含磷壁酸,不含脂多糖

革兰氏阴性菌含极少肽聚糖,独含脂多糖,不含磷壁酸

革兰氏阳性菌脂肪含量为1%~4%,革兰氏阴性菌脂肪含量为11%~22%

细胞壁缺陷型细菌

用溶菌酶处理细胞或在培养基中加入青霉素、甘氨酸或丝裂霉素C等因子，便可破坏或抑制细胞壁的形成，成为细胞壁缺陷细菌，通常包括原生质体、原生质球和细菌L-型

原生质体在革兰氏阳性细菌培养物中加入溶菌酶或青霉素阻止其细胞壁的正常合成而获得的完全缺壁细胞称原生质体

原生质体由于没有坚韧的细胞壁，故任何形态的菌体均呈球形。原生质体对环境条件很敏感，且特别脆弱，渗透压、振荡、离心以至通气等因素都易引起其破裂

有的原生质体可保留鞭毛，但不能运动，也不能被相应的噬菌体感染。原生质体在适宜条件下同样可生长繁殖，形成菌落，其他生物活性基本不变，如用即将形成芽孢的营养体获得的原生质体仍可形成芽孢

原生质球指细胞壁未全部去掉的细菌细胞，呈圆球状，可人为地通过溶菌酶或青霉素处理革兰氏阴性细菌而获得

该类菌细胞壁肽聚糖虽被除去，但外壁层中脂多糖、脂蛋白仍然保留，外壁结构尚存。所以原生质球较之原生质体对外界环境具有一定抗性，并能在普通培养基上生长

细菌L-型是细菌在某些环境条件下因基因突变而产生的无壁类型

细胞呈多形态，有的能通过细菌滤器，故又称“滤过型菌”。L- 型菌落生长缓慢，一般需经2〜7天培养方见到针尖样小菌落，中心部分深埋于培养基内，呈典型“油煎蛋”状。这些变异型，有些是能回复至亲代的“不稳定”变异株。有些是不能回复的“稳定”变异株

周质空间

是革兰氏阴性细菌细胞壁和细胞膜之间很薄的间隔空隙

在周质空间中的物质称为外周胞质，呈胶状，其中存在着许多种周质蛋白：

1. 水解酶类
包括蛋白酶、核酸酶、酸性磷酸酶、碱性磷酸酶

2. 合成酶类
包括肽聚糖合成酶、SurA、Skp蛋白，对肽聚糖、鞭毛形成和细胞壁物质的组装起重要作用

3. 结合蛋白
结合蛋白是转运系统的重要组成部分，具有运送营养物质的作用，与底物结合后形成转运复合物，再与膜内转运蛋白相互作用，依靠后者的ATP酶水解ATP释放的能量将底物转运入细胞内

4. 受体蛋白
受体蛋白与细胞的趋化性相关，其上的麦芽糖结合蛋白、半乳糖结合蛋白、葡萄糖结合蛋白参与底物跨膜运输，它们结合底物后与膜上另外的受体蛋白相互作用，介导细胞对底物的趋化性

内含质外酶。质外酶对细菌的营养吸收、核酸代谢、趋化性和抗药性等常有重要作用

主要有RNA酶I、DNA内切酶I、青霉素酶及许多磷酸化酶

细胞质膜

定义是紧贴在细胞壁的内侧并包围细胞质的一层柔软而富有弹性的薄膜,是半渗透膜。

【化学组成】质量占菌体的10%,含有60~70%的蛋白质，30~40%的脂类和约 2%的多糖。蛋白质与膜的透性及酶的活性有关。脂类是磷脂，由磷酸、甘油和胆碱组成

【结构】由上下两层致密的着色层，中间夹一个不着色层组成。不着色层是由具有正、负电荷，有极性的磷脂双分子层组成，是两性分子。亲水基朝着膜的内、外表面的水相，疏水基（由脂肪酰基组成）在不着色区域。蛋白质主要结合在膜的表面，有的位于均匀的双层磷脂中，疏水键占优势。有的蛋白质有外侧伸入膜的中部，有的穿透两层磷脂分子，膜表面的蛋白质还带有多糖。有些蛋白质在膜内的位置不固定，能转动和扩散，使细胞质膜成为一个流动镶嵌的功能区域。
细胞质膜可内陷成层状、管状或囊状的膜内折系统，位于细胞质的表面或深部，常见的有中间体

王家岭：细胞膜的脂质主要为甘油磷脂。磷脂分子在水溶液中形成具有高度定向的双分子层，亲水的极性基指向双分子层外表面，疏水的非极性基朝内(即排列在组成膜的内部)。膜的流动性高低取决于饱和及不饱和脂肪酸的相对含量和类型。细胞膜中的蛋白质可分为膜周边蛋白和膜内在蛋白两大类。膜周边蛋白也称边缘蛋白或外周蛋白，存在于膜的内或外表面，系水溶性蛋白。膜内在蛋白又称整合蛋白、内嵌蛋白或结构蛋白，镶嵌于磷脂双层中，多为非水溶性蛋白。许多膜蛋白本身就是运输营养物质的通透酶或具有催化活性的酶蛋白，在细胞代谢过程中起着重要作用。糖蛋白和糖脂与细胞的抗原性，细胞免疫、识别等有密切关系

生理功能（2）

维持渗透压的梯度和溶质的转移，阻止大分子通过,并选择性地逆浓度梯度吸收某些小分子进人细胞；控制细胞内、外的物质(营养物质和代谢废物)的运送、交换

合成细胞壁各种组分(脂多糖、肽聚糖、磷壁酸)和荚膜等大分子的场所。细胞质膜上有合成细胞壁和形成横膈膜组分的酶，故在膜的外表面合成细胞壁

膜内陷形成的中间体(相当于高等植物的线粒体)含有细胞色素,参与呼吸作用

中间体与染色体的分离与细胞分裂有关,还为DNA提供附着点

传递信息。膜上的某些特殊蛋白质能接受光、电及化学物质等产生的刺激信号并发生构象变化，从而引起细胞内的一系列代谢变化和产生相应的反应

细胞质膜上有琥珀酸脱氢酶,NAD 脱氢酶﹑细胞色素氧化酶、电子传递系统、氧化磷酸化酶及腺苷三磷酸酶(ATPase)等,在细胞质膜上进行物质代谢和能量代谢

进行氧化磷酸化或光合磷酸化的产能基地

为鞭毛提供附着点,细胞质膜上有鞭毛基粒,鞭毛由此长出

内膜系统

很多细菌还具有与质膜相连的内膜系统

中间体 ,是由细胞膜局部内陷折叠而成，它与细胞壁的合成、核质分裂、细胞呼吸以及芽孢形成有关。由于中间体具有类似真核细胞线粒体的功能，故又称拟线粒体

类囊体 ,是蓝细菌细胞中存在的由单位膜组成的囊状体，其上含有叶绿素、藻胆色素等光合色素和有关酶类，是光合作用的场所

载色体 ,是一些不放氧的光合细菌细胞质膜多次凹陷折叠而形成的片层状、微管状或囊状结构。载色体含有菌绿素和类胡萝卜素等光合色素及进行磷酸化所需的酶类和电子传递体，是进行光合作用的部位

羧酶体也称多角体 ,是自养细菌所特有的内膜结构。羧酶体由以蛋白质为主的单层膜包围，厚约3.5 nm,内含固定 C02所需的1,5 -二磷酸核酮糖梭化酶和5 -磷酸核酮糖激酶，是自养型细菌固定co2的部位

细胞质

是在细胞质膜以内,除核物质以外的无色透明,黏稠的复杂胶体,亦称原生质

组成：蛋白质、核酸,多糖,脂质、无机盐和水，少量糖和盐类

内含物

核糖体（核蛋白体）:原核微生物的核糖体是分散在细胞质中的亚微颗粒，是合成蛋白质的部位

rRNA 占60%，蛋白质占40%

生理功能：合成蛋白质。在生长旺盛的细胞中，每个核糖体和初生态的多肽链连接形成多聚核糖体。核糖体的蛋白质成分只起维持形态和稳定功能的作用，起转录作用的可能是 16S RNA

内含颗粒:细菌生长到成熟阶段，因营养过剩（缺氮，碳源和能源过剩）形成的一些储藏颗粒，营养缺乏时，分解利用

如多聚磷酸盐、糖原、硫粒、聚β-羟基丁酸、淀粉粒

①异染颗粒是以无机偏磷酸盐聚合物为主要成分的一种无机磷贮备物。异染颗粒嗜碱性或嗜中性较强，用蓝色染料(如甲苯胺蓝或甲烯蓝)染色后不呈蓝色而呈紫红色，故称异染颗粒。常大量积聚于聚磷菌体内。②聚β-羟基丁酸(PHB)颗粒，易被脂溶性染料苏丹黑着染，在光学显微镜下清晰可见。它为细菌所特有的一种碳源和能源性贮藏物。它是β-3-羟基丁酸的直链聚合物。根瘤菌属、固氮菌属等细菌常积累PHB。③ 肝糖粒和淀粉粒,有的细菌积累淀粉粒，用碘液可染成深蓝色。肝糖粒、淀粉粒都是碳源贮藏物。④硫滴，某些氧化硫的细菌细胞内可积累硫滴。如贝氏硫菌属、发硫菌属通过氧化硫化氢而形成，作为能量储备，需要时可被细菌再利用

气泡某些水生细菌如蓝细菌、不放氧的光合细菌和盐细菌细胞内贮存气体的特殊结构称气泡

气泡由许多小气囊组成，气囊膜只含蛋白质而无磷脂。气泡能使细胞保持浮力，有助于调节并使细菌生活在最佳水层位置，以利于获得氧气、光和营养

拟核

细菌的核没有核膜和核仁,只有由双链DNA高度折叠形成的核区，与细胞质没有明显界限。亦称细菌染色体

主要含有携带遗传信息的脱氧核糖核酸(DNA)。核中尚有少量RNA和蛋白质，但无真核生物细胞核中的组蛋白

拟核携带着细菌全部遗传信息，它的功能是决定遗传性状和传递遗传性状，是重要的遗传物质

细菌中还存在一种独立于染色体外能自我复制并稳定遗传的小环状DNA分子，称质粒

许多复杂有机污染物皆因细菌含有的特定质粒而得以降解，称为降解性质粒

特殊结构

有些细菌生活在一定营养条件下，可向细胞壁外分泌出一层粘性多糖类物质，根据其厚度、可溶性及在细胞表面的存在状况可把它们分为荚膜、微荚膜或黏液层

荚膜（4）

是一些细菌在其细胞表面分泌的一种黏性物质,把细胞壁完全包围封住,这层黏性物质就叫荚膜

产荚膜的细菌菌落通常光滑透明，称光滑型（S型）菌落，不产荚膜的细菌菌落表面粗糙，称粗糙型（R型）菌落

化学组成

含水率为90%~98%

有些细菌的荚膜含多糖(单体为D-葡萄糖、D-葡萄糖醛酸、D-半乳糖、L-鼠李糖、L-岩藻糖等);炭疽杆菌的荚膜含多肽(单体为D-谷氨酸);巨大芽孢杆菌的荚膜由多糖组成网状结构,其间隙镶嵌以D-谷氨酸组成的多肽;有的细菌荚膜含脂质或脂质蛋白复合体（蛋白质）

难着色,可用负染色法（2）(亦称衬托法)染色

先用染料染菌体,然后用墨汁将背景涂黑,即可衬托出菌体和背景之间的透明区,这个透明区就是荚膜,它在光学显微镜下清晰可见

一种染色方法，常用于不透光液体标本的镜检。由于其染色处理过程并非针对菌体本身，故又称“衬托染色法”、“间接染色法”。在负染色法中，标本不需要热固定，细胞不会因为化学药物的影响而变形，对于不易染色的细菌或病毒也能观察

荚膜、黏液层和衣鞘对染料的亲和力极低,很难着色,都用负染色法染色

功能（3）

粘附作用：荚膜多糖可使细菌彼此间粘连，也可粘附于组织细胞或无生命物体表面，是引起感染的重要因素。具有荚膜的S型肺炎链球菌毒力强,有助于肺炎链球菌侵染人体；废水生物处理中的细菌荚膜有生物吸附作用，将废水中的有机物、无机物及胶体吸附在细菌体表面上

吞噬作用：荚膜因其亲水性及其空间占位、屏障作用，可保护致病菌免受宿主吞噬细胞的吞噬

抗有害物质的损伤作用：处于细菌细胞最外层，荚膜犹如盔甲可有效保护菌体免受或少受多种杀菌、抑菌物质的损伤，如溶菌酶、补体等

抗干燥作用：荚膜多糖为高度水合分子，含水量在95%以上，可帮助细菌抵抗干燥对生存的威胁

当缺乏营养时,荚膜可被用作碳源和能源,有的荚膜还可作氮源

黏液层

有些细菌不产荚膜,其细胞表面仍可分泌黏性的多糖,疏松地附着在细菌细胞壁表面上,与外界没有明显边缘,这叫黏液层

废水生物处理过程中有生物吸附作用，在曝气池中因曝气搅动和水的冲击力容易把细菌黏液冲刷入水中，以致增加水中有机物，它可被其他微生物利用

菌胶团（4）

有些细菌由于其遗传特性决定,细菌之间按一定的排列方式互相黏集在一起,被一个公共荚膜包围形成一定形状的细菌集团,叫做菌胶团

广义指在水处理工程领域内，所有具有荚膜或粘液或明胶质的絮凝性细菌互相絮凝聚集形成的细菌团块

形态：球形、椭圆形﹑蘑菇状、分枝状,垂丝状及其他不规则形

典型的有动胶菌属它有两个种：生枝动胶菌和垂 (悬)丝动胶菌

功能

对动物吞噬起保护作用,增强对不良环境的抵抗能力

有较强的吸附和氧化分解有机物能力,在废水处理中起重要作用

是胞外贮藏物质,在缺乏营养时可作碳源和能源物质利用

颜色、结构和紧密程度可作活性污泥性能好坏的指标

衣鞘

丝状体表面的黏液层或荚膜硬质化,形成一个透明坚韧的空壳,即为衣鞘

水生境中的丝状菌多数有衣鞘,如球衣菌属,纤发菌属、发硫菌属、亮发菌属和泉发菌属等

芽孢（3）

某些细菌生活史中的某个阶段或某些细菌遇到外界不良环境时,在其细胞内形成一个内生孢子叫芽孢；某些细菌（芽孢杆菌，梭状芽孢杆菌，少数球菌等）在生长发育后期，在细胞内形成的一个圆形成椭圆形，厚壁，含水量低，抗逆性强的休眠体构造

含有芽孢的菌体细胞称为孢子囊

生成芽孢的细菌多为杆菌

芽孢没有繁殖意义，仅仅是芽孢细菌生活史中的一环，是产芽孢细菌抵抗外界不良环境的休眠体

所有的芽孢都可抵抗外界不良环境。芽孢是细菌的分类鉴定依据之一

芽孢的含水率低:38%~40%

芽孢壁厚而致密:分3层,外层是芽孢外壳,为蛋白质性质;中层为皮层,由肽聚糖构成,含大量2，6-吡啶二羧酸;内层为孢子壁,由肽聚糖构成,包围芽孢、细胞质和核质。芽孢萌发后孢子壁变为营养细胞的细胞壁

芽孢中的2,6-吡啶二羧酸含量高:为芽孢干重的5% ~15%。吡啶二羧酸以钙盐形式存在,故钙含量高；这一独特物质在其营养细胞和其他生物细胞中均不存在，与芽孢的抗热性密切相关，一旦失去此化合物,其抗热性也即丧失

含有耐热性酶

芽孢尤其能耐高温，如肉毒梭状芽孢杆菌的芽孢在沸水中可忍受6 h左右；芽孢也能抵抗低温，在液氮温度(-190℃)中6个月仍能存活

芽孢对辐射、干燥和大多数化学杀菌剂也具有极大抗性

特点（为什么能抵御不良环境）

芽孢不易着色，用孔雀绿染色

芽抱萌发的第一个特性为丧失抗性、折光性，并增加可染性。芽抱萌发时开始吸收水分、盐类和营养物质而体积膨大，与此同时，耐热力和折光性逐渐降低。在细胞质内部发生了一系列生理变化，着色力增强，酶活力提高，呼吸作用加强，可看到核分裂，DPA和钙的复合物外流，对外界各种不良因素的抵抗力降低。随之肽聚糖分解，孢子囊壁破裂，皮层迅速破坏。长出芽管，逐渐发育成新的营养细胞。芽抱萌发过程中还伴随有大分子细胞物质如RNA、蛋白质、
DNA等的合成，使细胞不断长大

伴胞晶体

芽孢杆菌属有些种如苏云金芽孢杆菌 (Bt)在形成芽孢的同时，细胞内产生一颗菱形或双椎形的碱性蛋白晶体，称为伴胞晶体

它主要对鳞翅目昆虫具有毒性，而对人畜毒性很低，故国内外均以工业化方式制成生物农药，以杀死某些农业害虫

孢囊

某些细菌能形成其他休眠构造：如固氮菌的孢囊，粘球菌的粘孢子,蛭弧菌的蛭孢囊等

固氮菌的孢囊为球型或卵圆形，系由整个营养细胞，而不是由部分细胞物质转变而成。中心为一稠密的中心体,中心体中往往含有数个折射颗粒，为聚β-羟基丁酸颗粒 (PHB)

固氮菌孢囊具有抗干燥、抗机械破坏、抗电离辐射的作用，但并不特别抗热、也不完全休眠，能迅速氧化外源性能源。随着孢囊的成熟，固氮菌丧失其固氮能力。在适宜的条件下，孢囊可萌发

光合作用层片

鞭毛

由细胞质膜上的鞭毛基粒长出,穿过细胞壁伸向体外的一条纤细的波浪状的丝状物叫鞭毛

鞭毛的化学组分主要是蛋白质，只含有少量多糖或脂质

鞭毛蛋白占细胞蛋白质的2% ,相对分子质量为15 000-40 000,是一种很好的抗原物质。这种鞭毛抗原又叫H抗原。各种细菌的鞭毛蛋白由于氨基酸组成不同导致 H抗原性质上的差别，通过血清学反应，可进行细菌分类鉴定

鞭毛是细菌的运动器官,但并不是生命活动所必需。然而细菌可以依赖鞭毛运动而趋利避害，获得有利生存的环境条件

鞭毛靠细胞质膜上的ATP酶水解ATP时释放的能量而运动。用鞭毛染色液染菌体，使染料沉积在鞭毛上而使之变粗，在光学显微镜下可见

具有鞭毛的细菌都能运动,不具鞭毛的细菌一般不能运动

但贝日阿托氏菌、透明颤菌、发硫菌、亮发菌的微生子(或叫段殖体)及黏细菌则例外,它们虽然没有鞭毛却仍可运动,这种运动叫滑动或颤动

与菌毛区分

菌毛

很多革兰氏阴性菌及少数阳性菌的细胞表面有一些比鞭毛更细、更短而直硬的丝状体结构，称为菌毛，亦称伞毛或纤毛

菌毛不具运动功能。根据菌毛功能分成两大类：普通菌毛和性菌毛

性菌毛是在性质粒(也称F因子或致育因子)控制下形成的，故又称F-菌毛。性菌毛是细菌传递游离基因的器官，作为细菌接合时遗传物质传递的通道

原生质体

细胞质膜(原生质膜),细胞质及内含物拟核

繁殖

一般进行无性繁殖，表现为细胞的横分裂，称为裂殖。绝大多数类群在分裂时产生大小相等和形态相似的两个子细胞，称作同形裂殖。细菌分裂大致经过细胞核和细胞质的分裂、横隔壁的形成、子细胞分离等过程

少数种类如柄细菌分裂后产生一个有柄不运动和一个无柄有鞭毛的子细胞，称为异形分裂。此外还有通过出芽方式进行繁殖的，如芽生杆菌、生丝微菌的芽殖；蛭弧菌侵入宿主细菌细胞的壁与膜间隙，生长、分裂，产生多个子细胞的多次分裂，以及节杆菌的壁裂等特殊的繁殖方式

细菌存在着有性接合。但细菌有性接合较少，以无性繁殖为主

培养特征

固体培养基

菌落特征（6）

菌落：由（一个）细菌繁殖起来的,由无数细菌组成具有一定形态特征的细菌集团

如果一个菌落是由一个细菌菌体生长、繁殖而成，则称为纯培养

表面特征:光滑还是粗糙,干燥还是湿润等

边缘特征:圆形、边缘整齐,呈锯齿状,边缘伸出卷曲呈毛发状,边缘呈花瓣状等

纵剖面特征:平坦、扁平,隆起,凸起、草帽状,脐状.乳头状等

例如,肺炎链球菌具有荚膜,表面光滑、湿润﹑黏稠,称为光滑型菌落;枯草芽孢杆菌不具有荚膜,它的菌落表面干燥﹑皱褶、平坦,称为粗糙型菌落;覃状芽孢杆菌的细胞是链状的,其菌落表面粗糙,边缘有毛状凸起并卷曲

为什么固体培养基多选用琼脂培养（2）

琼脂不能被绝大多数微生物作为额外碳源利用和分解液化，可以保持固定特性

高压灭菌时其结构不被破坏，且颜色透明不妨碍观察

多数微生物在琼脂培养基表面生长并形成独立菌落

菌苔

是细菌在斜面培养基(或平板培养基)接种线上长成的一片密集的细菌群落

明胶培养基

用穿刺接种法将某种细菌接种在明胶培养基中培养,能产生明胶水解酶水解明胶,不同的细菌将明胶水解成不同形态的溶菌区 ,依据这些不同形态的溶菌区或溶菌与否可将细菌进行分类

半固体培养基

用穿刺接种技术将细菌接种在含质量浓度3~5 g/L琼脂的半固体培养基中培养，细菌可呈现出各种生长状态

根据细菌的生长状态判断细菌的呼吸类型、有无鞭毛和能否运动

呼吸类型：如果细菌在培养基的表面及穿刺线的上部生长者为好氧菌;沿着穿刺线自上而下生长者为兼性厌氧菌或兼性好氧菌;如果只在穿刺线的下部生长者为厌氧菌

运动:如果只沿着穿刺线生长者为没有鞭毛、不能运动的细菌;如果不但沿着穿刺线生长而且穿透培养基扩散生长者为有鞭毛,能运动的细菌

液体培养基

在液体培养基中,细菌整个个体与培养基接触,可以自由扩散生长。它的生长状态随细菌属种的特征而异

例如,枯草芽孢杆菌在肉汤培养基的表面长成无光泽﹑皱褶而黏稠的膜,培养基很少浑浊或不浑浊

有的细菌使培养基浑浊,菌体均匀分布于培养基中

有的细菌互相凝聚成大颗粒沉在管底部,培养基很清。细菌在液体培养基中的培养特征是分类依据之一

物理化学特性

细菌表面电荷和等电点（为什么细菌通常带负电荷）（2）

氨基酸的等电点:氨基酸是两性电解质，在碱性溶液中表现岀帯负电荷，在酸性溶液中表现出带正电荷：在某一特定pH溶液中，氨基酸所帯的正电荷和负电荷相等时的pH,被称为该氨基酸的等电点

细菌的等电位：细菌细胞壁表面含表面蛋白,氨基酸构成的蛋白质也是两性电解质，所以,细菌也具有两性电解质的性质,它们同样有各自的等电点

已知细菌的等电点为pH为2~5。细菌培养液的pH若比细菌的等电点高,细菌的游离氨基电离受抑制,游离羧基电离,细菌则带负电。如果培养液的pH比细菌的等电点低,细菌的游离羧基电离受抑制,游离氨基电离,细菌则带正电荷

在一般的培养、染色、血清试验等过程中,细菌多处于偏碱性(pH为7~7.5),中性( pH为7)和偏酸性(6

细菌细胞壁的磷壁酸含有大量酸性较强的磷酸基,更加导致细菌表面带负电荷

在废水生物处理过程中,废水的pH多数为偏酸性、中性和偏碱性,均在细菌的等电点之上,因此,在其中的细菌都表现带负电性

染色

原理：细菌菌体无色透明,在显微镜下由于菌体与其背景反差小,不易看清菌体的形态和结构。用染色液染菌体,以增加菌体与背景的反差,在显微镜下则可清楚看见菌体的形态

方法:简单染色法和复合染色法

步骤（6）

a. 在无菌条件下，用接种环挑取少量细菌在干净载玻片涂布均匀，固定

b. 草酸铵结晶紫初染1min,水洗去浮色

c. 碘-碘化钾溶液媒染1min,倾去多余溶液

d. 用乙醇脱色，G+不被褪色呈紫色，G-被褪色呈无色

e. 番红染液复染1min，G+仍呈紫色，G-呈红色

f.镜检：干燥后,用油镜观察。菌体被染成蓝紫色的是革兰氏阳性菌，被染成红色的为革兰氏阴性菌

为什么通常用碱性染料进行细菌染色

细菌的等电点较低，PH1大约在2-5之间，故在中性、碱性或酸性溶液中，菌体蛋白质电离后帯阴电荷；而碱性染料电离时染料离子带阳电。因此帯阴电的细菌常用帯阳电的碱性染料进行结合

草酸结晶紫，龙胆紫

机制（9）

将一大类细菌染上色，而另一类染不上色，以便将两大类细菌分开，作为分类鉴定重要的第一步

革兰氏染色与细菌等电点有关

已知革兰氏阳性菌的等电点为pH2~3,革兰氏阴性菌的等电点为pH 4~5。可见,革兰氏阳性菌的等电点比革兰氏阴性菌的等电点低,说明革兰氏阳性菌带的负电荷比革兰氏阴性菌多。它与草酸铵结晶紫的结合力大,用碘-碘化钾媒染后,两者的等电点均得到降低,但革兰氏阳性菌的等电点降低得多,故与草酸铵结晶紫结合得更牢固,对乙醇脱色的抵抗力更强。草酸铵结晶紫、碘-碘化钾复合物不被乙醇提取,菌体呈紫色。而革兰氏阴性菌与草酸铵结晶紫的结合力弱,草酸铵结晶紫、碘-碘化钾复合物很容易被乙醇提取而使菌体呈无色

革兰氏染色与细胞壁有关

通过电子显微镜对细胞壁的观察及对细胞壁化学组分分析,得知革兰氏阳性菌的脂质的含量很低,肽聚糖的含量高。革兰氏阴性菌相反,它的脂质含量高,肽聚糖含量很低。因此,用乙醇脱色时,革兰氏阴性菌的脂质被乙醇溶解,增加细菌细胞壁的孔径及其通透性,乙醇很易进入细胞内将草酸铵结晶紫,碘-碘化钾复合物提取出来,使菌体呈现无色。革兰氏阳性菌由于脂质含量极低,而肽聚糖含量高,乙醇既是脱色剂又是脱水剂,使肽聚糖脱水缩小细胞壁的孔径,降低细胞壁的通透性,阻止乙醇分子进入细胞,草酸铵结晶紫和碘-碘化钾复合物被截留在细胞内而不被脱色,仍呈现紫色

在革兰氏染色中,有时候因细菌细胞结构受到破坏而使革兰氏染色结果改变。本应是革兰氏阳性反应而变成革兰氏阴性反应,细胞壁和细胞质都呈现革兰氏阴性反应

物理化学性质与污水生物处理有哪些方面的关系

1 细胞质的多相胶体性质决定细菌在曝气池中吸收污水中的有机污染物的种类，数量，和速度；
2 细菌表面解离层的 S 型或 R 型决定其悬液的稳定性，既决定其在沉淀池中的沉淀效果
3 比表面积的大小决定其吸附，吸收污染物的能力及与其他微生物的竞争能力
4 细菌的带电性与他的吸附，吸收污水有机污染物的能力，与填料载体的结合力有关，还与絮凝，沉淀性能有关
5 密度和质量与其沉淀效果有关

补充

厌氧氨氧化菌为自养型细菌，可在缺氧条件下以氨为电子供体，亚硝酸盐为电子受体，产生氮气。对全球氮循环具有重要意义，也是污水处理中的重要细菌

放线菌

菌落在培养基上呈放射状生长的单细胞生物,大多由分支发达的菌丝组成，G+；少数寄生，多数腐生菌

菌丝

营养菌丝:在培养基内生长，主要功能是吸收营养物质

气生菌丝:由基内菌丝长出培养基外伸向空间的菌丝

孢子丝:放线菌生长到某阶段,在气生菌丝上分化出可形成孢子的菌丝

孢子丝生长到一定阶段断裂为孢子，或称分生孢子（方式：产生横膈膜使孢子丝分裂）

孢子囊可在气生菌丝上形成，也可在营养菌丝上形成，或两者均可生成。孢子囊成熟后，释放出大量孢囊孢子。孢囊孢子可萌发形成菌丝体

菌落形态

以链霉菌为代表，与培养基结合紧密,小而不蔓延,不易挑起或挑起后不易破碎

以诺卡氏菌为代表，不能产生大量菌丝体的菌种形成的菌落:菌落疏松，表面呈粉末状,挑起易破碎，常有土腥味

放线菌的菌落是由一个分生孢子或一段营养菌丝生长繁殖引起许多菌丝互相缠绕而成，质地紧密，表面呈绒状或紧密干燥多皱。菌丝潜入培养基，整个菌落像是潜入培养集中，不易被挑取。有的菌落成白色粉末状，质地松散，易被挑取

繁殖方式

主要通过无性孢子及菌丝片段进行繁殖，并以分生孢子为主

通过分生孢子/孢囊孢子繁殖，一段营养菌丝繁殖

作用

可分解许多有机物包括吡啶、甾体、芳香化合物、纤维素、木（质）素等复杂化合物

许多抗生素如链霉素、土霉素等均由放线菌产生；放线菌还可用于生产各种酶和维生素，在甾体转化、石油脱蜡、烃类发酵、污水处理等方面也有所应用

与植物共生，固定大气氮

由于放线菌有很强的分解纤维素、石蜡、角蛋白和橡胶等复杂有机物的能力，在自然界物质循环和提高土壤肥力等方面有着重要作用

少数放线菌也能引起人、畜和植物疾病，如马铃薯疮痂病和人、畜共患的诺卡氏菌病

光合细菌PSB（3）

又称光能营养型细菌，利用光合色素进行光合作用的细菌，是一类没有形成芽孢能力的革兰氏阴性菌

在厌氧光照或者好氧黑暗条件，以除H2O以外的无机物或低分子有机物为供氢体，进行不产氧的光合作用的原核微生物

形态:球状、杆状、螺旋状、弧形

特点:不含叶绿素,只有菌绿素、类胡萝卜素

常见的光合细菌有着色杆菌科、外硫红螺菌科、紫色非硫细菌、紫色硫细菌、绿色硫细菌

光合作用特点

不能光解水、以水中质子还原CO2，利用有机物中的水或出水以外的无机物获取H

光合细菌光合作用不产O2

通常在厌氧条件下进行

蓝细菌

原核单细胞生物，利用光合色素进行光合作用产生O2，使地球由无氧环境转变为有氧环境，有固氮作用

也称蓝藻或蓝绿藻，一类含有叶绿素a等光合色素（藻胆素、藻蓝素），是能够进行光合作用并产生氧的原核微生物（自养）

蓝绿细菌，一类进化历史悠久，革兰氏染色阴性，无鞭毛，含叶绿素，能进行放氧光合作用的大型原核微生物

形态:单细胞,球状、杆状

大小:直径1-10um

颜色:呈蓝、绿、红等颜色。随光照条件改变而改变颜色

分类为二纲：色球藻纲和藻殖段纲

色球藻纲可分为色球藻属、微囊藻属、腔球藻属、管孢藻属及皮果藻属。其中的微囊藻属和腔球藻属引起富营养化水体发生水华

藻殖段纲分颤藻属、念珠藻属、筒孢藻属、胶腥藻属好、及单岐藻属。其中
鱼腥藻属在富营养化水体中形成水华

繁殖:以类似于芽生方式繁殖。丝状蓝细菌靠无规则的丝状体断裂释放出菌体片段(称链丝段)而繁殖

有些丝状蓝细菌的营养细胞能分化形成大而厚壁的休眠细胞，称为静息孢子;这些细胞能抗干燥和低温，可度过不良环境；在适宜条件下，又可以萌发而形成新的丝状体

特点:原核微生物，没有核膜和核仁，只有染色质;只有叶绿素,没有叶绿体

光合作用:依靠叶绿素a,藻蓝素,藻胆素吸收光,并将能量传递给光合系统，通过卡尔文循环固定CO2，同时吸收水和无机盐合成有机物供自身营养，并放出O2

作用:在污水处理和水体自净中起积极作用，是水体富营养化的指示生物，N、P丰富水体中大量生长，可引起水体产生水华和赤潮现象

在富营养池塘中，由于存在大量氮、磷等营养物质，会引起蓝细菌的恶性增殖，并最终导致“水华”现象。其它光合细菌由于需要厌氧条件才能生存，当蓝细菌水华暴发时，水体会出现溶解氧过饱和现象，不会导致其它光合细菌的大量繁殖，仅在蓝细菌大量死亡，腐烂分解时，由于消耗掉水体中大量氧气，产生厌氧环境时才开始繁殖，并开始进一步分解水体的有机物

与其他光合细菌的代谢特征和特点

蓝细菌是一类含有叶绿素a、类胡萝卜素及藻胆蛋白等光合色素，进行光合作用并产生氧的原核微生物。

光合细菌是一类含有光合色素，进行光合作用的细菌。但这些细菌与上述蓝细菌不同，都不含叶绿素，只含有菌绿素及类胡萝卜素。光合细菌进行光合作用的特点表现在

① 它们不能光解水、以水中的质子还原二氧化碳,而是从有机物或水以外的无机物中取得H。
② 它们的光合作用不产生氧。
③ 光合作用一般在厌氧条件下进行

其他原核生物（了解一下）

鞘细菌

许多细菌作直线排列共处在一个公共的鞘内形成丝状体

滑动细菌

不借鞭毛而靠菌体蠕动进行滑动的细菌

立克次氏体

细胞结构与细菌相似；短杆状；不能通过细菌过滤器，不具鞭毛不运动；革兰氏染色阴性反应；二分裂。传染病媒介，存在活性污泥中；。立克次氏体为专性细胞内寄生物，大多在活细胞内才能生长繁殖。其宿主一般为虱、蚤、等节肢动物，并可传染人或其他脊椎动物

衣原体