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二、原核生物和真核生物的区别（二、原核生物和真核生物的区别（见见P62 表表35）1、原核生物和真核生物、原核生物和真核生物 原核生物和真核生物细胞之间有许多差别。真核生物的主原核生物和真核生物细胞之间有许多差别。真核生物的主要特征是有细胞核和如线粒体、叶绿体的细胞器及复杂的内膜系统。病毒属于非细胞类，细菌属于原核生物，所有其他微生物属于真核生物。2、原核细胞和真核细胞的区别、原核细胞和真核细胞的区别（1）核、核膜、染色体核、核膜、染色体 原核生物细胞没有核膜，有一个明显的核区，这个核区上原核生物细胞没有核膜，有一个明显的核区，这个核区上集中了它的主要遗传物质，由一条与类组蛋白相联系的双链DNA构成的染色体组成。真核生物细胞则是由一条或一条以上的双链DNA与组蛋白等结合成的染色体，并由核膜包围。（2）代谢场所）代谢场所原核细胞没有独立的内膜系统，与代谢有关的酶如呼吸酶合成酶等位于细胞膜上，因此它的能量代谢在质膜上进行。真核细胞不仅有独立的内膜系统，还有细胞骨架，呼吸酶在线粒体中，有专用的细胞器来完成各项生理功能，如线粒体、叶绿体。（3）核糖体的大小和分布）核糖体的大小和分布原核细胞的核糖体大小为70S，常以游离状态或多聚体状态分布于细胞质中。真核细胞的核糖体大小为80S，可以游离状态存在于细胞结合于内质网上。线粒体和叶绿体内有各自在结构上特殊的核糖体。第二节第二节 原核微生物的形态、构造和功能原核微生物的形态、构造和功能 原核微生物（原核微生物（prokaryotic microorganism）是指一大类细胞核无核膜包裹，只有称作核区（nuclear region）的裸露DNA的原始单细胞生物，包括真细菌和古生菌两大群。真细菌（真细菌（eubacteria）包括细菌、放线菌、蓝细菌、支原体、立克次氏体和衣原体等，其细胞膜含由酯键连接的脂类，细胞壁中含特有的肽聚糖（无壁的支原体除外），DNA中一般没有内含子（但近年来也有例外的发现）。古生菌（古生菌（archaea）是一个在进化途径上很早就与真细菌和真核生物相互独立的生物类群，主要包括一些独特生态类型的原核生物，如产甲烷菌及大多数嗜极菌，包括极端嗜盐菌、极端嗜热菌和Thermoplasma（热原体属）等。（一）细菌的形状和大小（一）细菌的形状和大小（一）细菌的形状和大小（一）细菌的形状和大小1 1、细菌的基本形态、细菌的基本形态（1 1）基本外形）基本外形球状球菌杆状杆菌螺旋状螺旋菌（2）性状简介 A.球菌 细胞呈球状或椭圆形。根据这些细胞分裂产生的新细胞所保持的一定空间排列方式有以下几种情形：见图2-1 B.杆菌 杆菌细胞呈杆状或圆柱形。C.螺旋菌 细胞呈螺旋状状的细菌统称为螺旋菌 2、细菌的大小细菌大小的度量单位：以m为单位。细菌大小的表示：球菌 一般以直径来表示。杆菌和螺旋菌则以长和宽来表示。如 12.5m细菌大小的测定：在显微镜下使用显微测微尺测定。（二）细菌的细胞构造（二）细菌的细胞构造1、细胞壁、细胞壁（1）概念细胞壁（细胞壁（cell wall）是细胞质膜外面具有一定硬度和韧性的壁套，主要由肽聚糖构成，能使细胞保持一定形状，保障其在不同渗透压条件下生长，即使在不良环境中也能防止胞溶作用。真细菌的细胞壁由肽聚糖构成，而古细菌细胞壁组成物质极为多样，从类似肽聚糖的物质、假肽聚糖，到多糖、蛋白质和糖蛋白。（2 2）功能）功能细菌细胞壁的主要功能有：固定细胞外形和提高机械强度，从而使其免受渗透压等外力的损伤；为细胞的生长、分裂和鞭毛运动所必需，失去了细胞壁的原生质体，也就丧失了这些重要功能；阻挡酶蛋白和某些抗生素等大分子物质（相对分子量大于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；赋予了细菌具有特定的抗原性、致病性以及对抗生素和噬菌体的敏感性。（3）革兰氏染色革兰氏染色根据1884年革兰(Christian Gram)发明的染色反应，真细菌常常分成两类。表表2.2 革兰氏染色程序和结果革兰氏染色程序和结果步 骤方 法结果阳性(G+)阴性(G-)初 染结晶紫30s紫 色紫 色媒染剂碘液30s仍为紫色仍为紫色脱 色95%乙醇1020s保持紫色脱去紫色复 染蕃红(或复红)3060s仍显紫色红 色甲菌乙菌初染结晶紫媒染碘液脱色乙醇复染沙黄紫色（G）红色（G-）革兰氏染色步骤示意图细胞壁与革兰氏染色肽聚 糖质 膜外壁层周质空间革兰氏阳性革兰氏阴性细胞壁抛面结构（4）细胞壁化学组成与超微结构A.革兰氏阳性细菌#革兰氏阳性细菌细胞壁具有较厚（30-40nm）而致密的肽聚糖层，多达20层，占细胞壁的成分60-90%，它同细胞膜的外层紧密相连(见图2.4)。肽聚糖肽聚糖：又称粘肽，是真细菌细胞壁中特有成分。其分子是由肽与聚糖两部分组成，其中的肽又四肽尾和肽桥两种，聚糖则由N-乙酰葡糖胺和N-乙酰胞壁酸相互间隔连接而成，呈长链骨架状。#有的革兰氏阳性细菌细胞壁中含有磷壁酸（teichoic acid）,也即胞壁质（murein）。肽聚糖（Peptidoglycan)结构中短肽的连接形式磷壁酸的主要生理功能磷壁酸的主要生理功能（P41）a.其磷酸分子上较多的负电荷可提高细胞周围Mg2+的浓度，进入细胞后就可保证细胞膜上一些需Mg2+的合成酶提高活性；b.贮藏磷元素；c.增强某些致病菌如A族链球菌（Streptococcus）对宿主细胞的粘连、避免被白细胞吞噬以及抗补体的作用；d.赋予革兰氏阳性细菌以特异性的表面抗原；e.可作为噬菌体的特异性吸附受体；f.能调节细胞内自溶素的活力，借以防止细胞因自溶而死亡。B.B.革兰氏阴性细菌革兰氏阴性细菌外膜外膜外膜外膜 革兰氏阴性细菌特殊的是外膜上含有许多独特的结构革兰氏阴性细菌特殊的是外膜上含有许多独特的结构（见图示（见图示2.52.5），如把外膜与肽聚糖层连接起来的布朗），如把外膜与肽聚糖层连接起来的布朗(Braun(Braun s)s)脂蛋白，使营养物被动运输通过膜的脂蛋白，使营养物被动运输通过膜的 外膜外膜 孔蛋白孔蛋白和起保护细胞作用的脂多糖和起保护细胞作用的脂多糖(LPS)(LPS)。脂多糖也称为内毒素，对。脂多糖也称为内毒素，对哺乳动物有高度毒性。哺乳动物有高度毒性。脂多糖功能是革兰氏阴性细菌致病物质内毒素的物质基础与磷酸相似，也有吸附Mg+、Ca2+等阳离子以提高这些离子在细胞表面的浓度的用；由于LPS结构的变化，决定了革兰氏阴性细胞表面抗原决定簇的多样性；是许多噬菌体在细胞表面的吸附受体。具有近控制某些物质进出细胞的部分选择性屏障功能。G G肽聚糖的组成不同肽尾第三氨基酸不同G 赖氨酸G 二氨基庚二酸G，M都是1，4糖苷键连接肽桥G：5个甘氨酸G：肽键周质空间周质空间 周质空间（periplasmic space，即壁膜间隙）是革兰氏阴性细菌细胞膜与外膜两膜之间的一个透明的区域（见图2.3）。它含有与营养物运输和营养物进入有关的蛋白质，有：营养物进入细胞的蛋白；营养物运输的酶，如蛋白水解酶；细胞防御有毒化合物，如破坏青霉素的-内酰胺酶。革兰氏阳性细菌以上这些酶常分泌到胞外周围，革兰氏阴性细菌则依靠它的外膜，保持这些酶与菌的紧密结合。C.G+与G菌的细胞壁的特征比较 表表2.3 两类细胞壁的特征比较两类细胞壁的特征比较特 征G+细菌G-细菌肽聚糖层厚层薄类脂极少脂多糖外膜缺有壁质间隙很薄较厚细胞状态僵硬僵硬或柔韧酸消化的效果原生质体原生质球对染料和抗生素的敏感性很敏感中度敏感缺壁细菌 实验室中形成自然界长期进化中形成：支原体自发缺壁突变：L型细菌人工方法去壁彻底除尽：原生质体部分去除：球状体2、细胞膜与间体（1）概念细胞质膜细胞质膜（cytoplasmic membrane），简称质膜（plasma membrane），是围绕细胞质外的双层膜结构，使细胞具有选择吸收性能，控制物质的吸收与排放，也是许多生化反应的重要部位。原生质膜是一个磷脂双分子层，其中埋藏着与物质运输、能量代谢和信号接收有关的整合蛋白。另外，有通过电荷相互作用，疏松附着于膜的外周蛋白。膜中的脂类和蛋白质互相相对运动。细菌染色体DNA的复制模式Structure of Cytoplasmic Membrane（2）成分与结构(液态镶嵌模型P48)原生质膜原生质膜(细胞膜)埋藏在磷脂双分子层中的是有各种功能的蛋白，包括转运蛋白、能量代谢中的蛋白和能够对化学刺激检测和反应的受体蛋白。整合蛋白(integral)是完全地与膜连接而且贯穿全膜的蛋白，所以这些蛋白在此区域中有疏水性氨基酸埋藏在脂中。外周蛋白(peripheral proreins)是由于磷脂带正电荷极性头，只是通过电荷作用与膜松散连接的一类，用盐溶液洗涤可以从纯化的膜上除去。脂类和蛋白质均在运动，而且是彼此之间相对运动。这就是被广泛接受的称作液态镶嵌模式的细胞膜结构模型。脂双分子层脂双分子层 细胞膜由含有亲水区域的和疏水区域的两亲性分子磷脂组成。在膜中磷脂以双分子层排列，极性头部亲水区指向膜的外表面，而其疏水区脂肪酸的尾部指向膜的内层。结果，膜对于大分子或电荷高的分子成为一个选择渗透屏障，它们不易通过磷脂双分子的疏水性内层。细胞膜的功能控制细胞内、外的物质的运送、交换维持细胞内正常渗透压以保证屏障作用；合成细胞壁各种组分和荚膜等大分子的场所；进行氧化磷酸化或光合磷酸化的产能基地；许多酶和电子传递链组分的所在部位；鞭毛着生点和提供其运动所需的能量等。间体（Mesosome)是一种由细胞质膜内褶而形成的囊状结构，其中充满着层状或管状泡囊，其功能是：相当于真核细胞的线粒体相当于真核细胞的内质网与细胞壁合成有关可能与核分裂有关 有学者认为间体是一种赝象3、细胞质及其内含物（1）概念细胞质细胞质：是指除核以外，质膜以内的原生质。（2）细胞质的主要成分细菌细胞质是含水的、含有细胞功能所需的各种分子、RNA和蛋白质的混合物。对所有的细菌都是一样的，细胞质中的主要成分是核糖体（由50S大亚基和30S的小亚基组成）、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。内含物存在于组成功能；非单位膜被包裹的非单位膜被包裹的聚-经基丁酸许多细菌主要是PHB贮备碳和能源硫滴H2S氧化细菌和紫硫光合细菌液状硫能源气泡许多水生细菌罗纹蛋白膜浮力羧基化体自养细菌CO2固定酶固定CO2的部位绿色体绿色光合细菌类脂、蛋白、菌绿素捕光中心碳氢内含物许多利用碳氢化合物的细菌包裹在蛋白质壳中内含物能源磁石体许多水生细菌磁铁颗粒趋磁性无膜包裹的无膜包裹的多聚葡糖苷许多细菌高分子葡萄糖聚合物碳源和能源多聚磷酸盐许多细菌高分子磷酸盐聚合物磷酸盐贮藏物藻青素(cyanophycin)许多蓝细菌精氨酸和天冬氨酸的多肽氮源藻胆蛋白体许多蓝细菌捕光色素和蛋白质捕捉光能表表表表2.4 2.4 细菌细胞质中的内含物细菌细胞质中的内含物细菌细胞质中的内含物细菌细胞质中的内含物细菌芽孢在光学显微镜下的形态及其在胞内的位置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由于一个营养细胞内仅生成一个芽孢，无繁殖功能 芽孢是生物界中抗性最强的生命体。芽孢在普通条件下可保持几年至几十年的生活力。5、芽孢(endospore/spore)细菌芽孢构造的 模式图 孢孢孢外壁芽孢衣 皮 层 芽孢质芽孢核区芽孢膜芽孢壁核心表表表表2.52.5细菌芽孢形成的阶段细菌芽孢形成的阶段细菌芽孢形成的阶段细菌芽孢形成的阶段阶段特 征0营养细胞DNA变浓稠细胞质膜内陷形成芽胞隔膜，将细胞分成大小不同的两个部分前阶段形成的较大部分细胞膜继续沿着小的细胞部分延伸并逐步将它包围，形成具有双层膜的前芽孢(forespore)初生皮层在前芽孢的双层膜之间形成，此时伴有毗啶二羧酸(DPA)的合成与钙离子吸收。皮层主要由肽聚糖组成。同时，在初生皮层形成过程中开始合成外壁外膜形成皮层形成，芽胞继续发育形成具有对热和化学药物等特殊抗性的芽胞，芽胞成熟营养细胞自溶，芽孢游离而出成熟芽孢的电镜照片含有吡啶含有吡啶2，6二羧酸（二羧酸（DPA-Ca）含有芽孢特有的芽孢肽聚糖含有芽孢特有的芽孢肽聚糖芽孢平均含水芽孢平均含水40，皮层含水，皮层含水70芽孢耐热机制是由芽孢化学组成的特点决定的是由芽孢化学组成的特点决定的是由芽孢化学组成的特点决定的是由芽孢化学组成的特点决定的芽孢中酶的分子量较营养细胞小芽孢中酶的分子量较营养细胞小芽孢萌发过程中的形态细胞芽孢的表面结构研究芽孢的意义细菌分类、鉴定中的重要形态学指标指导菌种保藏制定灭菌参数 项目 芽 孢 孢 囊形成方式外壁层次外壁成分抗 性贮 藏 物代 表 菌细胞内浓缩并外包多（410余层）蛋白质、肽聚糖（近G菌）抗热、辐射及药物等无特殊贮藏物芽孢杆菌属、梭菌属细胞壁外层加厚少（3层左右）磷脂、脂多糖（近G菌）抗干旱为主，不抗热聚 羟 丁 酸（PHB）固氮菌属芽孢与孢囊的比较荚膜功能保护作用贮藏养料堆积代谢 废物附着作用保护细菌免受干旱损坏防止噬菌体的吸附和裂解使致病菌免受突破主白细胞吞噬作为透性屏障或离子交换系介质细菌间的信息识别作用细菌糖被实用意义鉴定菌种提取葡聚糖“代血浆”胞外多糖：黄原胶用于石油开采菌胶团用于处理污水鞭毛（Flagellum)生长在某些细菌体表的长丝状蛋白质附属物，称为鞭毛，其数目为一至数条，具有运动功能。鞭毛一般长度为1520um直径为0.01 0.02um观察鞭毛的方法:染料沉积使之加粗后用显微镜观察:常用电镜观察判断鞭毛有无的方法:半固体培养基 平板培养菌落边缘细菌鞭毛显微镜照片细菌鞭毛显微镜照片鞭毛的类型鞭毛的结构鞭毛丝结构图解：鞭毛蛋白亚基每周为8-10个亚基鞭毛蛋白亚基是一种球状蛋白，分子量3-6万鞭毛丝由直径 4.5nm 的鞭毛蛋白亚基沿央孔道（直径为20nm）螺旋状缭绕而成。鞭毛丝S-M环L环P环鞭毛杆钩形鞘外壁层 肽聚糖层周质空间G细菌鞭毛基体和 钩 形 鞘 结 构细胞膜Fli蛋白Mot蛋白 项目 鞭 毛 菌 毛成 分大 小结 构数 目功 能着 生处菌 种鞭毛蛋白0.010.02270um一般由3股鞭毛蛋白链紧密绞1数百根 成绳状运动通过钩形鞘与细胞壁内的鞭毛基体连接许多杆菌和少数球菌菌毛蛋白0.0070.0090.520um由菌毛蛋白亚基卷成中1数百根 空螺旋附着，接合细胞质许多G杆菌和球菌 细菌的鞭毛和菌毛的比较 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珠中。其功能是向雌性菌珠（受体菌）传递遗传物质。鞭毛菌毛性毛糖被（三）（三）细菌的繁殖和菌落的形成细菌的繁殖和菌落的形成 1 1、细菌的繁殖方式细菌的繁殖方式l l当细菌从周围环境中吸收了营养物质后，发生一系列的系当细菌从周围环境中吸收了营养物质后，发生一系列的系列化合成反应，把进入的营养物质转变成为新的营养物质列化合成反应，把进入的营养物质转变成为新的营养物质DNADNA、RNARNA、蛋白质、酶及其他大分子，之后菌体开、蛋白质、酶及其他大分子，之后菌体开始了繁殖过程形成两个新的细胞。始了繁殖过程形成两个新的细胞。（1 1）裂殖）裂殖l l裂殖是细菌最普遍、最主要的繁殖方式，通常表现为横分裂殖是细菌最普遍、最主要的繁殖方式，通常表现为横分裂。裂。（2 2）细菌的分裂过程）细菌的分裂过程l l首先是核的分裂和隔膜的形成首先是核的分裂和隔膜的形成l l第二步横隔壁的形成第二步横隔壁的形成l l最后子细胞的分离最后子细胞的分离2 2、细菌的菌落特征细菌的菌落特征（1 1）菌落）菌落l l菌落菌落菌落菌落（colonycolony）单个微生物在适宜的固体培养基表面或内）单个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，称为菌落。当固体培养基表面态结构的子细胞生长群体，称为菌落。当固体培养基表面众多菌落连成一片时，便成为菌苔众多菌落连成一片时，便成为菌苔(1awn)(1awn)（2 2）菌落特征）菌落特征l l各种细菌在一定条件下形成的菌落特征具有一定的稳定性各种细菌在一定条件下形成的菌落特征具有一定的稳定性和专一性，这是衡量菌种纯度，辨认和鉴定菌种的重要依和专一性，这是衡量菌种纯度，辨认和鉴定菌种的重要依据。据。（3 3）如何描述菌落特征）如何描述菌落特征l l菌落特征包括大小，形状，隆起形状，边缘情况，表面状菌落特征包括大小，形状，隆起形状，边缘情况，表面状态，表面光泽，质地，颜色，透明度等。态，表面光泽，质地，颜色，透明度等。（4 4）影响菌落特征的因素）影响菌落特征的因素l l组成菌落和细胞结构和生长行为。组成菌落和细胞结构和生长行为。l l邻近菌落影响菌落的大小。邻近菌落影响菌落的大小。l l培养条件。培养条件。放线菌是一类具有丝状与枝细胞的细菌有原核菌丝直径与细菌相仿细胞壁的主要成分是肽聚糖放线菌噬菌体的形状与细菌的相似最适生长pH相近，一般呈微碱性 DNA重组的方式与细菌的相同核糖体同为70S对溶菌酶敏感凡细菌所敏感的抗生素，放线菌也同样敏感有的放线菌产生有鞭毛的孢子,其鞭毛类型与细菌相同放线菌的形态结构（模式图）气生菌丝孢子丝分生孢子基内菌丝固体基质基内菌丝（Substrate mycelium)又称营养菌丝，功能是吸收营养，直径 0.2-1.2um长度100600um，色素可有可无。基内菌丝气生菌丝（Aerial mycelium)基内菌丝长到一定时期，长出培养基外，伸向空间的菌丝，直径11.4um,长短不一，形状不一，颜色较深。气生菌丝 孢子丝(Reproductive mycelium)当气生菌丝生长发育到一定阶段，气生菌丝上分化出的可形成孢子的菌丝。孢子的形状及在气生菌丝上排列的方式随种而异。放线菌的菌落形态菌落质地硬而且致密，菌落小而不广泛延伸菌落表面呈紧密的绒状或坚实、干燥多皱。接种针难以挑取，有时可挑碎，有时可将整个菌落挑起。老龄菌：幼龄菌菌落与细菌难以区分。菌落周围具放射状菌丝，由于菌丝和孢子常具不同色素，使菌落正面，背面呈不同色泽。2.2.3放线菌的生活史：孢子萌发基内菌丝气生菌丝菌丝孢子丝5 孢子丝分化形成的孢子放线菌放线菌生活史生活史放线菌的繁殖放线菌的繁殖方式分生孢子孢子囊孢子菌丝断裂其他方式蓝细菌生理是光能自养型生物：只需空气、阳光、水分、少量无机盐没有有性生殖，以裂殖为之，也可芽生殖，极少数有孢子已知蓝细菌有20多种具固氮作用。赤潮立克次氏体（Rickettsia）是落基山斑疹伤寒的病源体原核，G-只能寄生于真核细胞体内（多用鸡胚培养）无滤过性(o.3-o.6o.8-2um)细胞形态多变有不够完整的产能代谢途径基因组1.1Mb,834个基因（98年11月公布）支原体（Mycoplasma）支原体的直径约为150300nm缺乏细胞壁“油煎蛋”状菌落（0.1-1.0mm）二等分裂能在人工培养基上独立生长具有氧化型或发酵型的产能代谢,在好氧或厌氧条件下生长对能与核糖体、细胞膜结合的表面活性剂、抗生素敏感 基因组很小，0.6-1.1Mb衣原体(Chlamydia)有细胞构造细胞内同时含有DNA和RNA两种核酸有革兰氏阴性菌特征的含肽聚糖的 细胞壁有核糖体有不完整的酶系统，尤其缺乏产能代谢的酶系统二等分裂繁殖；对抑制细菌的抗生素如青霉素和磺胺等都很敏感鸡胚卵黄囊膜、小白鼠腹腔、或HeLa细胞培养汤非凡教授1897-1958 三珠衣原体基因组为别为1.05Mb,1.07Mb,1.23Mb.