《微生物学教程》周德庆高等教育出版社1993Word格式.docx
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（2）对病原细菌的研究作出了突出的贡献
a）具体证实了炭疽杆菌是炭疽病的病原菌；
b）发现了肺结核病的病原菌；
（1905年获诺贝尔奖）；
c）证明某种微生物是否为某种疾病病原体的基本原则——著名的柯赫原则
（四）微生物学发展过程中的重大事件Griffith发现细菌转化；
1929Fleming发现青霉素
1953Watson和Crick提出DNA双螺旋结构
t1977Woese提出古生菌是不同于细菌和真核生物的特殊类群，
1982～1983Prusiner发现朊病毒（prion）
（五）20世纪的微生物学
1、十九世纪中到二十世纪初微生物学：
鉴定病原菌、研究免疫学及其在预防疾病中的作用、寻找化学治疗药物、分析微生物的化学活性。
2、20世纪40年代后，微生物自身的特点使其成为生物学研究的“明星”，微生物学很快与生物学主流汇合，并被推到了整个生命科学发展的前沿，获得了迅速的发展，在生命科学的发展中作出了巨大的贡献。
微生物学的主要分支学科：
按研究对对象分
（六）我国微生物学的发展
汤飞凡：
沙眼病原体的分离和确证（国际领先）
陈华癸等：
根瘤菌固氮作用的研究（开创农业微生物学）
抗生素的总产量已耀居世界首位：
两步法生产维生素C的技术居世界先进水平
（七）21世纪微生物学展望
2．与其他学科实现更广泛的交叉，获得新的发展
四、微生物的类群及特点
微生物是微小生物的总称，一般只有借助显微镜才能其进行观察。
微生物类群：
病毒；
原核生物（真细菌、古生菌）；
真核生物（真菌：
酵母、霉菌、蕈菌等，单细胞藻类；
原生动物）等
微生物的特点
个体小、结构简、胃口大、食谱广、繁殖快、易培养、数量大、分布广、种类多、级界宽、变异易、抗性强、休眠长、起源早、发现晚
个体小：
测量单位：
微米或纳米
最小：
火星陨石中发现的细菌化石（直径10nm）；
最大：
德国科学家H.N.Schulz等1999年在纳米比亚海岸的海底沉积物中发现的一种硫磺细菌（sulfurbacterium），其大小可达0.75mm，Thiomargaritanamibiensis，----“纳米比亚硫磺珍珠”
结构简：
无细胞结构（病毒）；
单细胞；
简单多细胞；
胃口大：
食谱广：
微生物获取营养的方式多种多样，其食谱之广是动植物完全无法相比的！
繁殖快：
大肠杆菌一个细胞重约10–12克，平均20分钟繁殖一代；
易培养：
很多细菌都可以非常方便地进行人工培养！
数量大：
在自然界中（土壤、水体、空气，动植物体内和体表）都生存有大量的微生物！
分布广：
人迹可到之处，微生物的分布必然很多，而人迹不到的地方，也有大量的微生物存在！
种类多：
微生物的生理代谢类型多；
代谢产物种类多；
微生物的种数“多”；
级界宽：
Whittaker的五界分类系统；
Woese三原界分类系统
变异易：
青霉素的生产：
20单位/ml（1943），10000单位/ml
抗（逆）性强：
抗热：
有的细菌能在265个大气压，250℃的条件下生长；
自然界中细菌生长的最高温度可以达到113℃；
有些细菌的芽孢，需加热煮沸8小时才被杀死；
抗寒：
有些微生物可以在―12℃~―30℃的低温生长；
抗酸碱：
细菌能耐受并生长的pH范围：
pH0.5~13；
耐渗透压：
蜜饯、腌制品，饱和盐水（NaCl,32%）中都有微生物生长；
抗压力：
有些细菌可在1400个大气压下生长；
第2章纯培养和显微技术
培养物：
在一定的条件下培养、繁殖得到的微生物群体。
混合培养物：
含有多种微生物的培养物；
纯培养物：
只有一种微生物的培养物。
菌落（colony）：
单个（或聚集在一起的一团）微生物在适宜的固体培养基表面或内部生长、繁殖到一定程度可以形成肉眼可见的、有一定形态结构的子细胞生长群体。
菌苔（lawn）：
众多菌落连成一片。
不同微生物在特定培养基上生长形成的菌落或菌苔一般都具有稳定的特征（形状、颜色等），可以成为对该微生物进行分类、鉴定的重要依据
二、用固体培养基分离纯培养
1、稀释倒平板法：
操作较麻烦，对好氧菌、热敏感菌效果不好！
2、涂布平板法：
使用较多的常规方法，但有时涂布不均匀！
3、平板划线法
4、厌氧微生物的分离：
厌氧罐；
厌氧手套箱；
稀释摇管法。
三、用液体培养基分离纯培养稀释法进行液体分离必须在同一个稀释度的许多平行试管中，大多数（一般应超过95%）表现为不生长。
四、单细胞（孢子）分离五、选择培养分离：
抑制大多数其它微生物的生长；
使待分离的微生物生长更快；
1.利用选择平板进行直接分离高温下培养：
分离嗜热细菌；
培养基中不含N：
分离固氮菌；
培养基加抗生素：
分离抗性菌；
牛奶平板：
分离蛋白酶产生菌；
颜色反应：
分离特定的菌株；
2.富集培养
六、二元培养物：
大肠杆菌和蛭弧菌
第3章微生物类群与形态结构
古生菌在进化谱系上与真细菌及真核生物相互并列，且与后者关系更近，而其细胞构造却与真细菌较为接近，同属于原核生物。
真细菌（eubacteria）包括：
普通细菌、放线菌、蓝细菌、枝原体、立克次氏体和衣原体等
第一节真细菌（Eubacteria）
一、一般形态及细胞结构
（一）个体形态和排列（P28）：
基本形态：
球状；
杆状；
螺旋状
1、球状
1）概念：
细胞个体呈球形或椭圆形。
2）排列：
不同种的球菌在细胞分裂时会形成不同的空间排列方式，常被作为分类依据。
单、双、链、四联、八叠、葡萄球菌等。
3）例子A金黄色葡萄球菌；
B淋病奈瑟氏球菌；
C肺炎链球菌
2、杆状
细胞呈杆状或圆柱形，一般其粗细（直径）比较稳定，而长度则常因培养时间、培养条件不同而有较大变化。
杆状细菌的排列方式常因生长阶段和培养条件而发生变化，一般不作为分类依据。
3）例子：
A枯草芽孢杆菌；
B地衣芽孢杆菌；
C铜绿假单胞菌（绿脓杆菌）；
D结核分枝杆菌；
E炭疽病的病原菌-----炭疽杆菌；
F破伤风梭菌
3、螺旋状：
弧菌，螺旋菌、螺旋体菌
弧菌：
菌体只有一个弯曲，其程度不足一圈，形似“C”字或逗号，鞭毛偏端生。
例子：
霍乱弧菌；
寄生性弧菌-----蛭弧菌
螺旋菌：
菌体回转如螺旋，螺旋数目和螺距大小因种而异。
鞭毛二端生。
细胞壁坚韧，菌体较硬。
螺旋体菌：
菌体柔软，用于运动的类似鞭毛的轴丝位于细胞外鞘内。
梅毒密螺旋体
4、其它形状
柄杆菌（prosthecatebacteria）：
细胞上有柄（stalk）、菌丝（hyphae）、附器（appendages）等细胞质伸出物，细胞呈杆状或梭状，并有特征性的细柄。
星形细菌（star-shapedbacteria）；
方形细菌（square-ahapedbacteria）
4）异常形态
环境条件的变化：
物理、化学因子的刺激阻碍细胞正常发育；
培养时间过长：
细胞衰老；
营养缺乏；
自身代谢产物积累过多。
环境条件恢复正常。
（二）大小
1、范围：
与无细胞结构的病毒相仿（50nm）；
肉眼可见（0.75mm），（Thiomargaritanamibiensis）（0.75mm）；
nanobacteria；
最大和最小细菌的个体大小悬殊：
一般细菌的大小范围：
球菌：
0.5~1m（直径）
杆菌：
0.2~1m（直径）X1~80m（长度）
0.3~1m（直径）X1~50m（长度）（长度是菌体两端点之间的距离，而非实际长度）
2、测量方法：
显微镜测微尺；
显微照相后根据放大倍数进行测算；
2、细菌大小测量结果的影响因素（参见P31）
（三）细胞的结构
一般构造：
一般细菌都有的构造；
特殊构造：
部分细菌具有的或一般细菌在特殊环境下才有的构造。
1、细胞壁
细胞壁（cellwall）是位于细胞表面，内侧紧贴细胞膜的一层较为坚韧，略具弹性的细胞结构。
2）证实细胞壁存在的方法：
（1）细菌超薄切片的电镜直接观察；
（2）质、壁分离与适当的染色，可以在光学显微镜下看到细胞壁；
（3）机械法破裂细胞后，分离得到纯的细胞壁；
（4）制备原生质体，观察细胞形态的变化；
3）细胞壁的功能：
（1）固定细胞外形和提高机械强度；
（2）为细胞的生长、分裂和鞭毛运动所必需；
（3）渗透屏障，阻拦酶蛋白和某些抗生素等大分子物质（分子量大于800）进入细胞，保护细胞免受溶菌酶、消化酶和青霉素等有害物质的损伤；
（4）细菌特定的抗原性、致病性以及对抗生素和噬菌体的敏感性的物质基础；
4）革兰氏染色与细胞壁
（1）革兰氏染色：
C.Gram（革兰）于1884年发明的一种鉴别不同类型细菌的染色方法。
1、初染：
用碱性染料结晶紫对菌液涂片进行初染；
2、媒染：
用碘溶液进行媒染，其作用是提高染料和细胞间的相互作用从而使二者结合得更牢固；
3、脱色：
用乙醇或丙酮冲洗进行脱色。
在经历脱色后仍将结晶紫保留在细胞内的为革兰氏阳性细菌，而革兰氏阴性细菌的结晶紫被洗掉，细胞呈无色；
4、复染：
用一种与结晶紫不同颜色碱性染料对涂片进行复染。
例如沙黄，它使原来无色的革兰氏阴性细菌最后呈现桃红到红色，而革兰氏阳性细菌继续保持深紫色。
表3-1革兰氏阳性和阴性细菌细胞壁成分的比较（P39）
（2）革兰氏阳性细菌的细胞壁
特点：
厚度大（20~80nm），化学组分简单，一般只含90%肽聚糖和10%磷壁酸。
肽聚糖（peptidoglycan）：
又称粘肽（mucopeptide）、胞壁质（murein）或粘质复合物（mucocomplex），是真细菌细胞壁中的特有成分。
磷壁酸（teichoicacid）
A、肽聚糖：
厚约20~80nm，由40层左右的网格状分子交织成的网套覆盖在整个细胞上。
双糖单位：
双糖单位中的β-1,4-糖苷键很容易被溶菌酶（lysozyme）所水解，从而引起细菌因肽聚糖细胞壁的“散架”而死亡。
B、磷壁酸
革兰氏阳性细菌细胞壁上特有的化学成分，主要成分为甘油磷酸或核糖醇磷酸。
壁磷壁酸，它与肽聚糖分子间进行共价结合，含量会随培养基成分而改变，一般占细胞壁重量的10%，有时可接近50%。
用稀酸或稀碱可以提取。
膜磷壁酸：
跨越肽聚糖层并与细胞膜相交联的膜磷壁酸（又称脂磷壁酸），由甘油磷酸链分子与细胞膜上的磷脂进行共价结合后形成。
其含量与培养条件关系不大。
可用45%热酚水提取，也可用热水从脱脂的冻干细菌中提取。
（3）革兰氏阴性细菌的细胞壁
埋藏在外膜层之内，是仅由1~2层肽聚糖网状分子组成的薄层（2~3nm），含量约占细胞壁总重的10%，故对机械强度的抵抗力较革兰氏阳性菌弱。
B、外膜（outermembrane）：
位于革兰氏阴性细菌细胞壁外层，由脂多糖、磷脂和脂蛋白等若干种蛋白质组成的膜，有时也称为外壁。
脂多糖（lipopolysaccharide,LPS）位于革兰氏阴性细菌细胞壁最外层的一层较厚（8~10nm）的类脂多糖类物质。
组成：
类脂A；
核心多糖（corepolysaccharide）；
O-特异侧链（O-specificsidechain，或称O-多糖或O-抗原）
脂多糖的主要功能：
LPS结构的多变，决定了革兰氏阴性细菌细胞表面抗原决定簇的多样性；
LPS负电荷较强，与磷壁酸相似，也有吸附Mg2+、Ca2+等阳离子以提高其在细胞表面浓度的作用，对细胞膜结构起稳定作用。
类脂A是革兰氏阴性细菌致病物质——内毒素的物质基础；
具有控制某些物质进出细胞的部分选择性屏障功能；
许多噬菌体在细胞表面的吸附受体。
C、外膜蛋白（outermembraneprotein）嵌合在LPS和磷脂层外膜上的蛋白。
有20余种，但多数功能尚不清楚。
孔蛋白；
脂蛋白
D、周质空间（periplasmicspace,periplasm）又称壁膜间隙。
在革兰氏阴性细菌中，一般指其外膜与细胞膜之间的狭窄空间（宽约12~15nm），呈胶状。
周质空间是进出细胞的物质的重要中转站和反应场所在周质空间中，存在着多种周质蛋白（periplasmicproteins）：
水解酶类；
结合蛋白；
受体蛋白；
（4）革兰氏阳性和阴性细菌的比较
革兰氏染色的原理（参见P46）
5）特殊细胞壁的细菌：
某些分枝杆菌和诺卡氏菌的细胞壁主要由一类被称为霉菌酸（Mycolicacid）的枝链羟基脂质组成，后者被认为与这些细菌感染能力有关。
用抗酸性染色对宿主体内的分枝杆菌病原体进行检测。
6）细胞壁缺陷细菌：
缺壁突变——L型细菌实验室或宿主体内形成
基本去尽——原生质体（G+）部分去除——球状体（G-）
在自然界长期进化中形成——枝原体
（1）L型细菌（L-formofbacteria）
细菌在某些环境条件下（实验室或宿主体内）通过自发突变而形成的遗传性稳定的细胞壁缺陷变异型。
因英国李斯德（Lister）预防研究所首先发现而得名（1935年，念珠状链杆菌Streptobacillusmoniliformis）
没有完整而坚韧的细胞壁，细胞呈多形态；
有些能通过细菌滤器，故又称“滤过型细菌”；
对渗透敏感，在固体培养基上形成“油煎蛋”似的小菌落（直径在0.1mm左右）；
（2）原生质体（protoplast）
在人为条件下，用溶菌酶处理或在含青霉素的培养基中培养而抑制新生细胞壁合成而形成的由一层细胞膜包裹的，圆球形、对渗透压变化敏感的细胞，一般由革兰氏阳性细菌形成。
对环境条件变化敏感，低渗透压、振荡、离心甚至通气等都易引起其破裂；
有的原生质体具有鞭毛，但不能运动，也不被相应噬菌体所感染；
在适宜条件（如高渗培养基）可生长繁殖、形成菌落，形成芽孢。
及恢复成有细胞壁的正常结构。
比正常有细胞壁的细菌更易导入外源遗传物质，是研究遗传规律和进行原生质体育种的良好实验材料。
（3）球状体（sphaeroplast）：
又称原生质球采用上述同样方法，针对革兰氏阴性细菌处理后：
而获得的残留部分细胞壁（外壁层）的球形体。
与原生质体相比，它对外界环境具有一定的抗性，可在普通培养基上生长。
（4）枝原体（Mycoplasma）在长期进化过程中形成的、适应自然生活条件的无细胞壁的原核生物。
因它的细胞膜中含有一般原核生物所没有的甾醇，?
所以即使缺乏细胞壁，其细胞膜仍有较高的机械强度。
2、细胞膜
细胞质膜（cytoplasmicmembrane），又称质膜（plasmamembrane）、细胞膜（cellmembrane）或内膜（innermembrane），是紧贴在细胞壁内侧、包围着细胞质的一层柔软、脆弱、富有弹性的半透性薄膜，厚约7～8nm，由磷脂（占20%～30%）和蛋白质（占50%～70%）
组成。
2）观察方法：
质壁分离后结合鉴别性染色在光学显微镜下观察；
原生质体破裂；
超薄切片电镜观察
3）细胞膜的化学组成与结构模型：
（1）磷脂：
膜蛋白约占细菌细胞膜的50%～70%，比任何一种生物膜都高，而且种类也多。
细胞膜是一个重要的代谢活动中心。
（3）液态镶嵌模型（fluidmosaicmodel）
（4）甾醇类物质
4）细胞膜的生理功能：
（参见P48）
5）间体（mesosome，或中体）：
细胞质膜内褶而形成的囊状构造，其中充满着层状或管状的泡囊。
多见于革兰氏阳性细菌。
3、细胞质和内含物
细胞质（cytoplasm）是细胞质膜包围的除核区外的一切半透明、胶状、颗粒状物质的总称。
含水量约80%。
细胞质的主要成分为核糖体、贮藏物、多种酶类和中间代谢物、质粒、各种营养物和大分子的单体等，少数细菌还有类囊体、羧酶体、气泡或伴孢晶体等。
2）颗粒状贮藏物（reservematerials）：
贮藏物是一类由不同化学成分累积而成的不溶性沉淀颗粒，主要功能是贮存营养物。
①聚-β-羟丁酸（poly-β-hydroxybutyrate,PHB）：
类脂性质的碳源类贮藏物它无毒、可塑、易降解，被认为是生产医用塑料、生物降解塑料的良好原料。
②多糖类贮藏物：
在真细菌中以糖原为多糖原粒较小，不染色需用电镜观察，用碘液染成褐色，可在光学显微镜下看到。
有的细菌积累淀粉粒，用碘液染成深兰色。
③异染粒（metachromaticgranules）大小：
为0.5～1.0μm，成份：
无机偏磷酸的聚合物，功能：
1）贮藏磷元素和能量，2）降低细胞的渗透压。
一般在含磷丰富的环境下形成。
④藻青素（cyanophycin）：
一种内源性氮源贮藏物。
通常存在于蓝细菌中。
⑤硫粒（sulfurglobules）：
很多真细菌在进行产能代谢或生物合成时，常涉及对还原性的硫化物如H2S，硫代硫酸盐等的氧化。
在环境中还原性硫素丰富时，常在细胞内以折光性很强的硫粒的形式积累硫元素。
当环境中环境中还原性硫缺乏时，可被细菌重新利用。
3）磁小体（megnetosome）：
4）羧酶体（carboxysome）：
一些自养细菌细胞内的多角形或六角形内含物其大小与噬菌体相仿，约10nm，内含1,5-二磷酸核酮糖羧化酶，在自养细菌的CO2固定中起着关键作用。
5）气泡（gasvocuoles）：
许多光合营养型、无鞭毛运动的水生细菌中存在的充满气体的泡囊状内含物，大小为0.2～1.0μm×
75nm，内由数排柱形小空泡组成，外有2nm厚的蛋白质膜包裹。
功能：
调节细胞比重以使细胞漂浮在最适水层中获取光能、O2和营养物质。
气泡的膜只含蛋白质而无磷脂。
二种蛋白质相互交连，形成一个坚硬的结构，可耐受一定的压力。
膜的外表面亲水，而内侧绝对疏水，故气泡只能透气而不能透过水和溶质。
6）载色体（Chromatophore）：
光合细菌进行光合作用的部位相当于绿色植物的叶绿体。
7）核糖体（ribosome）：
70S=50S（大）+30S（小）功能：
蛋白质合成场所。
4、核区（nuclearregionorarea）：
原核生物所特有的无核膜结构、无固定形态的原始细胞核。
5、特殊的休眠构造——芽孢
某些细菌在其生长发育后期，在细胞内形成一个圆形或椭圆形、厚壁、含水量极低、抗逆性极强的休眠体，称为芽孢（endospore或spore，偶译“内生孢子”）。
2）细菌芽孢的特点：
整个生物界中抗逆性最强的生命体，是否能消灭芽孢是衡量各种消毒灭菌手段的最重要的指标。
芽孢是细菌的休眠体，在适宜的条件下可以重新转变成为营养态细胞；
产芽孢细菌的保藏多用其芽孢。
产芽孢的细菌多为杆菌，也有一些球菌。
芽孢的有无、形态、大小和着生位置是细菌分类和鉴定中的重要指标。
芽孢与营养细胞相比化学组成存在较大差异，容易在光学显微镜下观察。
（相差显微镜直接观察；
芽孢染色）
4）芽孢的耐热机制：
渗透调节皮层膨胀学说。
芽孢衣对多价阳离子和水分的透性很差皮层的离子强度很高，产生极高的渗透压夺取芽孢核心的水分，结果造成皮层的充分膨胀。
核心部分的细胞质却变得高度失水，因此，具极强的耐热性。
（参见P52图3-13）
5）伴孢晶体（parasporalcrystal）：
少数芽孢杆菌，例如苏云金芽孢杆菌（Bacillusthuringiensis）在其形成芽孢的同时，会在芽孢旁形成一颗菱形或双锥形的碱溶性蛋白晶体—δ内毒素，称为伴孢晶体。
不溶于水，对蛋白酶类不敏感；
容易溶于碱性溶剂。
伴孢晶体对200多种昆虫尤其是鳞翅目的幼虫有毒杀作用，因而可将这类产伴孢晶体的细菌制成有利于环境保护的生物农药——细菌杀虫剂。
6、细菌细胞壁以外的构造——糖被（glycocalyx）
1）概念：
包被于某些细菌细胞壁外的一层厚度不定的胶状物质。
糖被按其有无固定层次、层次厚薄又可细分为荚膜（capsule或macrocapsule，大荚膜）、微荚膜（microcapsule）、粘液层（slimelayer）和菌胶团（zoogloea）。
2）特点：
（1）主要成分是多糖、多肽或蛋白质，尤以多糖居多。
经特殊的荚膜染色，特别是负染色（又称背景染色）后可在光学显微镜清楚地观察到它的存在。
（2）产生糖被是微生物的一种遗传特性，其菌落特征及血清学反应是是细菌分类鉴定的指标之一。
（3）荚膜等并非细胞生活的必要结构，但它对细菌在环境中的生存有利。
（详见P57-58）（4）细菌糖被与人类的科学研究和生产实践有密切的关系。
（详见P58）
7、细菌细胞壁以外的构造——鞭毛（flagellum,复flagella）
某些细菌细胞表面着生的一至数十条长丝状、螺旋形的附属物，具有推动细菌运动功能，为细菌的“运动器官”。
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鞭毛的有无和着生方式具有十分重要的分类学意义：
单端鞭毛；
端生丛毛；
两端生鞭毛；
周生鞭毛等。
2）观察和判断细菌鞭毛的方法
电子显微镜直接观察；
光学显微镜下观察：
鞭毛染色和暗视野显微镜；
根据培养特征判断：
半固体穿刺、菌落（菌苔）形态。
8、细菌细胞壁以外的构造——菌毛（fimbria，复数fimbriae）：
长在细菌体表的纤细、中空、短直、数量较多的蛋白质类附属物，具有使菌体附着于物体表面的功能。
每个细菌约有250～300条菌毛。
有菌毛的细菌一般以革兰氏阴性致病菌居多，借助菌毛可把它们牢固地粘附于宿主的呼吸道、消化道、泌尿生殖道等的粘膜上，进一步定殖和致病。
9、细菌细胞壁以外的构造———性毛（pili,单数pilus）构造和成分与菌毛相同，但比菌毛长，数量仅一至少数几根。
性毛一般见于革兰氏阴性细菌的雄性菌株（即供体菌）中，其
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