第一章 细菌的形态和结构第一章 细菌的形态和结构

原核细胞微生物原核细胞微生物指一大类呈细胞形态，指一大类呈细胞形态，仅有原始的类核，无核膜包裹，只存在裸仅有原始的类核，无核膜包裹，只存在裸露露 DNADNA ，不进行有丝分裂，无细胞器的，不进行有丝分裂，无细胞器的原始单细胞生物。原始单细胞生物。

根据外表特征把原核生物分为几种类型：根据外表特征把原核生物分为几种类型：– 细菌、蓝细菌、放线菌、螺旋体、支原细菌、蓝细菌、放线菌、螺旋体、支原

体、立克次氏体、衣原体。体、立克次氏体、衣原体。

一、细菌的大小一、细菌的大小1. 1. 单位单位 --------μmμm2. 2. 各种细菌的大小各种细菌的大小 球菌球菌 : 0.5-2.0μm, : 0.5-2.0μm, 一般一般 1.0μm1.0μm

杆菌杆菌 : : 长长 2-3μm2-3μm ，宽，宽 0.5-1.0μm0.5-1.0μm

螺旋菌：螺旋菌： 2-20μm2-20μm ，宽，宽 0.4-1.2μm0.4-1.2μm33 ．同种细菌的大小存在一定差异．同种细菌的大小存在一定差异细菌的大小，以生长在适宜的温度和培养基中的幼细菌的大小，以生长在适宜的温度和培养基中的幼龄培养物为标准。龄培养物为标准。

颤蓝菌属

巨大芽孢杆菌

大肠杆菌

肺炎球菌

嗜血流感菌

纳米细菌

二、细菌的外形和排列二、细菌的外形和排列

外形：球状、杆状和螺旋状。外形：球状、杆状和螺旋状。

据外形和排列分为：球菌、杆菌和螺旋菌。据外形和排列分为：球菌、杆菌和螺旋菌。

形态形态 球形球形 杆形杆形 螺旋形螺旋形 其它形状其它形状

–丝状丝状–三角形三角形–方形等方形等

球菌 (Sphericalcoccus)

杆菌 (bacillus)

棒状杆菌

杆菌形态杆菌形态11 ）长：呈丝状（猪丹毒杆菌））长：呈丝状（猪丹毒杆菌） 短：卵圆形（球杆菌）短：卵圆形（球杆菌）22 ）一端膨大，呈棒状（棒状杆菌））一端膨大，呈棒状（棒状杆菌）33 ）形成侧支或分支（分支杆菌））形成侧支或分支（分支杆菌）44 ）菌体两端：多为钝圆（巴氏杆菌））菌体两端：多为钝圆（巴氏杆菌） 少数为平截少数为平截 (( 炭疽杆菌炭疽杆菌 )) 极少数呈梭状（破伤风梭菌）极少数呈梭状（破伤风梭菌）

杆菌形态示例 杆菌形态示例

猪丹毒杆

猪丹毒杆

菌菌

杆菌形态示例 杆菌形态示例

巴氏杆

巴氏杆

菌菌

杆菌形态示例 杆菌形态示例

炭疽杆菌（电

炭疽杆菌（电

镜）镜）

杆菌形态示例 杆菌形态示例

诺维氏梭

诺维氏梭

菌菌

杆菌形态示例 杆菌形态示例

破伤风梭

破伤风梭

菌菌

螺旋菌（ spirilla ）：弧菌、螺菌

螺旋状菌示例螺旋状菌示例

弧菌弧菌 螺菌螺菌

幽门螺杆菌

螺旋体是一类细长、柔软、弯曲呈螺旋状、运动活泼的单

细胞型微生物。在生物学上的位置介于细菌与原生动物之间。

衰老型和多形性衰老型和多形性衰老型：细菌在不良环境或老龄期，会出现和正常衰老型：细菌在不良环境或老龄期，会出现和正常形状不一样的个体。形状不一样的个体。

多形性：在适宜的正常环境中生长，其形状也不一多形性：在适宜的正常环境中生长，其形状也不一致。这种现象称为多形性，如嗜血杆菌。致。这种现象称为多形性，如嗜血杆菌。

三、细菌的构造三、细菌的构造

基本构造基本构造特殊构造特殊构造

一般构造 特殊构造

细菌细胞结构模式图细菌细胞结构模式图

（一）细胞壁 （一）细胞壁 细菌细胞最外层坚韧且具有高度弹性的结构。细菌细胞最外层坚韧且具有高度弹性的结构。组成成份：组成成份：肽聚糖、磷壁酸、脂多糖、磷脂、肽聚糖、磷壁酸、脂多糖、磷脂、蛋白质和脂蛋白。蛋白质和脂蛋白。主要功能主要功能 ：保持一定的形态和保护细菌，同：保持一定的形态和保护细菌，同时与时与革兰氏革兰氏染色特性、抗菌药物的敏感性、染色特性、抗菌药物的敏感性、细菌的致病性和抗原性有关。细菌的致病性和抗原性有关。

G+ 和 G- 的细胞壁的构造不同

GG ＋＋细胞壁细胞壁 GG －－细胞壁细胞壁

GG ＋＋与与 GG －－细胞壁的比较细胞壁的比较

GG++ 细菌细菌和和 GG-- 细菌细胞壁的比细菌细胞壁的比较较

GG ＋＋与与 GG －－细胞壁的比较细胞壁的比较

细胞壁细胞壁 GG ＋＋菌菌 GG －－菌菌

强度强度 较坚韧较坚韧 较疏松较疏松

厚度厚度 2020 －－ 8080 1010 －－ 1515

肽聚糖层数肽聚糖层数 多达多达 5050 层层 11 －－ 22 层层

肽聚糖含量肽聚糖含量 占细菌干重占细菌干重 50-80%50-80% 占细菌干重占细菌干重 5-20%5-20%

糖类含量糖类含量 45%45% 15-20%15-20%

脂类含量脂类含量 1-4%1-4% 11-22%11-22%

磷壁酸磷壁酸 ＋＋ －－

外膜外膜 －－ ＋＋

补充资料：革兰氏染色示例补充资料：革兰氏染色示例

GG

－－GG ＋＋

（大肠杆

（大肠杆

菌）菌）

（链球菌）

（链球菌）

补充资料：革氏染色与细胞壁结构的关系补充资料：革氏染色与细胞壁结构的关系

G+ 菌细胞壁，其脂类含量较多，而肽聚糖较少，以 95% 酒精脱色时，脂类被溶解，使得细胞壁孔隙变大；肽聚糖因 95%酒精处理而使之孔隙缩小，但肽聚糖含量较少，细胞壁孔隙缩小有限，故能让结晶紫与碘形成的紫色染料复合物被 95% 酒精洗脱出细胞壁外，而后来为红色的复染剂着色成为红色。 G- 菌细胞壁所含脂类少，肽聚糖多，经 95% 酒精脱色时其细胞壁孔隙缩小到不易让结晶紫 ( 或龙胆紫 ) 与碘形成的紫色染料复合物洗出细胞壁外，而被染为紫色。当细胞壁失去其结构完整性时 (如自溶的、老龄的、已死的细菌或分离出来的细胞壁 ) ，亦同时失去其渗透的完整性，革兰氏阳性菌就能染成革兰氏阴性反应。

Gram negativeGram negative Gram positiveGram positive

Heat/DryHeat/Dry

Crystal violet stainCrystal violet stain

IodineIodine FixFix

Safranin stainSafranin stain

AlcoholAlcohol dede-stainstain

补充资料：革氏染色主要步骤及呈色原理补充资料：革氏染色主要步骤及呈色原理

GG--

GG ＋＋

3.3. 复红复红1.1. 结晶结晶紫紫 //碘液碘液

2.2. 酒精酒精

被溶解被溶解脂类脂类

细胞壁细胞壁

补充资料：革兰氏染色主要步骤及呈色模拟补充资料：革兰氏染色主要步骤及呈色模拟

脂肪颗粒GG-- GG ＋＋

1.1. 结晶结晶紫紫 //碘液碘液

2.2. 酒精酒精 3.3. 复红复红

细胞壁

溶解后形成空洞

补充资料：青霉素的杀菌原理补充资料：青霉素的杀菌原理

青霉素和先锋霉素 ( 或头孢菌素 ) 等抗生素，能抑制细菌细胞壁肽聚糖的合成，对某些细菌有抑菌和杀菌作用。虽然细菌细胞壁都有肽聚糖成分，但由于细胞壁结构不同，这些药物可以直接扩散入革兰氏阳性菌的细胞壁内，这类细菌对这些药物就比较敏感，而革兰氏阴性菌细胞壁的肽聚糖层，有三层外胞壁围绕，药物不易扩散入内，对这些药物就不那么敏感。霉形体和细菌的 L型没有细胞壁，也就没有细胞壁上的肽聚糖成分，所以对青霉素就不敏感。这都说明细菌细胞壁的化学组成、结构与细菌的抗药性有关。

缺壁细菌 (Cell wall deficient bacteria)

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

（二）细胞膜　（二）细胞膜　 cell membranecell membrane紧贴在细胞壁内侧一层由紧贴在细胞壁内侧一层由磷脂磷脂、、蛋白质蛋白质及少量多糖及少量多糖组成的柔软、致密、富有弹性的组成的柔软、致密、富有弹性的半透性薄膜；半透性薄膜；主要功能主要功能：：选择性的吸收和运送物质是细菌细胞能量转换的重要场所传递信息参与细胞壁的生物合成细胞膜的结构细胞膜的结构 19721972年年 SingerSinger和和 NicolsonNicolson 提出的液态镶嵌提出的液态镶嵌模型模型

整合蛋白周边蛋白

周边蛋白

极性头非极性尾

磷脂双分子层

细胞膜的生理功能

2003 年美国科学家彼得 ·阿格雷和罗德里克 ·麦金农获得了诺贝尔化学奖——表彰他们在细胞膜通道方面做出的贡献。

阿格雷得奖是由于发现了细胞膜水通道。

目前，科学家发现水通道蛋白广泛存在于动物、植物和微生物中，人体内的水通道有 11 种。

阿格雷

如在人的肾脏中，通常一个成年人每天要产生 170升的原尿，这些原尿经肾脏肾小球中的水通道蛋白的过滤，其中大部分水分被人体循环利用，最终只有约 1升的尿液排出人体。

麦金农的贡献主要是在细胞膜离子通道的结构和机理研究方面。

1988年，他利用 X射线晶体成像技术获得了世界第一张离子通道的高清晰度照片；

它可以让科学家观测到离子在进入离子通道前、进入离子通道中和进入离子通道后的状态。

麦金农

阿格雷阿格雷和和麦金农麦金农对水通道和离子通道的对水通道和离子通道的研究意义重大；研究意义重大；

很多疾病，如一些神经系统疾病和心血很多疾病，如一些神经系统疾病和心血管疾病就是由于细胞膜通道功能紊乱造管疾病就是由于细胞膜通道功能紊乱造成的；成的；

对细胞膜通道的研究可以帮助科学家寻对细胞膜通道的研究可以帮助科学家寻找具体的病因，并研制相应的药物；找具体的病因，并研制相应的药物；

利用不同的细胞膜通道，可以调节细胞利用不同的细胞膜通道，可以调节细胞的功能，从而达到治疗疾病的目的。的功能，从而达到治疗疾病的目的。

（（三三）间体）间体细胞膜凹入细胞浆内形成囊状结构。细胞膜凹入细胞浆内形成囊状结构。可能的功能：可能的功能：与细菌分裂及核质的复制密切相关与细菌分裂及核质的复制密切相关 和细胞壁的合成有关和细胞壁的合成有关 在芽胞的形成中起重要的作用在芽胞的形成中起重要的作用 相当于线粒体的作用相当于线粒体的作用

Morphology of a gram-positive bacterial cell

由细胞膜内褶形成的一种由细胞膜内褶形成的一种囊状结构，其内充满着层囊状结构，其内充满着层状或管状的泡囊；状或管状的泡囊；

多见于革兰氏阳性细菌，多见于革兰氏阳性细菌，每个细胞含一个至数个，每个细胞含一个至数个，革兰氏阴性细菌中不甚明革兰氏阴性细菌中不甚明显；显；

着生部位可在表层或深层着生部位可在表层或深层表层与某些酶的分泌有关表层与某些酶的分泌有关 ;;深层与深层与 DNADNA 复制及细胞分复制及细胞分裂有关。裂有关。

间体

间体图片间体图片

（四）细胞质（（四）细胞质（ cytoplasmcytoplasm ））– 被细胞膜包围着的除核区以外的一切半透明、被细胞膜包围着的除核区以外的一切半透明、胶状、颗粒状物质的总称。胶状、颗粒状物质的总称。

主要成分主要成分– 水水（约为（约为 80%80% ））– 核糖体核糖体– 细胞内含物细胞内含物

与真核生物不同与真核生物不同– 细胞质不流动细胞质不流动– 核糖体是核糖体是 7070SS– 内含物成分不同内含物成分不同

存在于少数水生螺菌属和嗜胆球菌属等趋磁细菌中，它有导向功能，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。

细

胞

内

含

物

贮藏物

聚 -β- 羟丁酸（ PHB ） 碳源及能源类：

氮源类

磷源

磁小体

羧酶体

气泡

藻青素

藻青蛋白 （异染粒）

又叫羧化体，多存在于自养细菌中，在二氧化碳的固定中起关键作用。

其功能是调节细胞比重，以使其漂浮在最适水层获取光能、氧和营养物质。主要存在于蓝细菌中。

贮藏物的作用贮藏物的作用

它它是微生物合理利用营养物质的一种调是微生物合理利用营养物质的一种调节方式；节方式；

它 它 以多聚体的形式存在，有利于维持细以多聚体的形式存在，有利于维持细胞内环境的平衡，避免不适合的胞内环境的平衡，避免不适合的 pHpH，，渗透压等的危害；渗透压等的危害；

它它在细菌细胞中大量积累，是重要的自在细菌细胞中大量积累，是重要的自然资源。然资源。

PHB sulfur globules

Polyphosphate granule

质粒质粒 (plasmid)(plasmid) ：： 存在于胞浆中的一小段闭合环状双股存在于胞浆中的一小段闭合环状双股 DNADNA ，是，是某些细菌染色体以外的遗传物质，能独立复制，带某些细菌染色体以外的遗传物质，能独立复制，带有遗传信息，控制细菌某些特点的遗传性状；但并有遗传信息，控制细菌某些特点的遗传性状；但并非细菌生命活动所必需。非细菌生命活动所必需。质粒的功能：质粒的功能： 与抗药性有关与抗药性有关 与有性接合有关与有性接合有关 基因工程中作为目的基因载体基因工程中作为目的基因载体

（五）核体或拟核（五）核体或拟核 (nucleoid)(nucleoid)

一般有两种排列方式：一类是核体相当密实地处于菌体的中心或边缘区；另一类是较松散地排列

特殊构造( 一 )荚膜 有些细菌在细胞壁的外面产生一种粘液样的物质包围整个菌体，用理化方法除去后并不影响菌体的生长代谢。荚膜的有无、厚薄与荚膜的有无、厚薄与菌种遗传性有关，还与环境条件（特别是营养）密菌种遗传性有关，还与环境条件（特别是营养）密切相关。切相关。一般在动物组织中或含大量血清或糖的培养基中容易形成。大多数细菌的荚膜是多糖，少数是多肽。

GG++ 菌荚膜菌荚膜 GG-- 菌微荚膜菌微荚膜

图片：细菌的荚膜图片：细菌的荚膜 (( 电镜电镜 ))

图片：炭疽菌的荚膜 (瑞氏 )

由菌落判断形成规律： 光滑型（光滑型（ SS ）或粘液型（）或粘液型（ MM ）菌落）菌落 ---- 有有荚膜荚膜

粗糙型（粗糙型（ RR ）菌落）菌落 ---- （丢失荚膜）（丢失荚膜）

功能：1.1.抗吞噬抗吞噬2.2.抗有害物质的损伤抗有害物质的损伤3.3.抗干燥抗干燥4.4.具有抗原性具有抗原性（（ KK抗原）抗原）5.5.营养物质的储存及废物排出场所营养物质的储存及废物排出场所

(二 ) 鞭毛鞭毛 (flagellum)(flagellum) 在菌体表面附有细长并呈波状弯曲的丝状物。在菌体表面附有细长并呈波状弯曲的丝状物。鞭毛蛋白鞭毛蛋白 (flagillin)(flagillin) 、、 HH抗原抗原按生长情况可分为：按生长情况可分为：

1.1.单毛菌单毛菌 (monotrichate)(monotrichate)2.2.双毛菌双毛菌 (amphitrichate) (amphitrichate) 3.3.丛毛菌丛毛菌 (lopotrichate)(lopotrichate)4.4.周毛菌周毛菌 (Peritrichate(Peritrichate))

鞭毛的着生方式

偏端单生 两端单生

偏端丛生

两端丛生

周生侧生

破伤风梭菌的周身鞭毛破伤风梭菌的周身鞭毛

( 三三 )菌毛（纤毛）（菌毛（纤毛）（ piluspilus ））许多许多 G-G- 菌和少数菌和少数 G+G+ 菌菌体表面存在着一菌菌体表面存在着一种比鞭毛数量较多、更细、更短而直硬的毛种比鞭毛数量较多、更细、更短而直硬的毛发状细丝。发状细丝。功能：与致病性有关（与功能：与致病性有关（与运动无关）运动无关）

粘连粘连的功能；的功能； 以以 GG-- 致病菌致病菌居多；居多； 无基体构造，直接生于细胞膜上无基体构造，直接生于细胞膜上

性菌毛•多见于 G- 的雄性菌株 •向雌性菌株传递 DNA 片段；

(四四 ) 芽胞芽胞 // 芽孢芽孢 (spore) (spore) 某些细菌（某些细菌（ G+G+ 菌）在一定条件下，能在菌体菌）在一定条件下，能在菌体内形成的一个圆形或卵圆形小体。内形成的一个圆形或卵圆形小体。只在动物体外才能形成，芽胞不是细菌的繁殖只在动物体外才能形成，芽胞不是细菌的繁殖方式。方式。

抗逆性极强的抗逆性极强的休眠构造休眠构造 (( 抗热、抗辐射、抗压等抗热、抗辐射、抗压等 )) ；；枯草芽孢杆菌，在沸水中可存活枯草芽孢杆菌，在沸水中可存活 11 小时；小时；肉毒梭状芽孢杆菌要经肉毒梭状芽孢杆菌要经 5-10h5-10h 才被杀死；才被杀死；

芽孢的芽孢的形态形态和和着生位置着生位置无繁殖功能；

能形成芽孢的细菌种类能形成芽孢的细菌种类

Bacillus— Aerobic需氧芽孢杆菌

Clostridium —Anaerobic梭状芽孢杆菌

Bacillus subtilis

枯草杆菌

芽胞的抵抗力芽胞的抵抗力　　　　细菌的芽胞具有较厚的芽胞壁和多层芽　　细菌的芽胞具有较厚的芽胞壁和多层芽胞膜，结构坚实，含水量少，代谢极低，折胞膜，结构坚实，含水量少，代谢极低，折光性强。对外界不良理化环境条件，比其繁光性强。对外界不良理化环境条件，比其繁殖体有坚强得多的抵抗力，特别能耐受高温、殖体有坚强得多的抵抗力，特别能耐受高温、干燥和渗透压的作用。干燥和渗透压的作用。

芽胞着色力芽胞着色力　　使用普通的染色方法，染料不易渗透进芽胞内，使用普通的染色方法，染料不易渗透进芽胞内，不能使芽胞着色，未经着色的芽胞，因本身折光性不能使芽胞着色，未经着色的芽胞，因本身折光性强，在普通显微镜下，呈现为无色的强，在普通显微镜下，呈现为无色的空洞状空洞状。。应用特别强化的染色方法，可使芽胞着色，一经应用特别强化的染色方法，可使芽胞着色，一经着色却又不易脱色。 着色却又不易脱色。

芽孢的形成的意义：

耐高温、耐干燥、化学消毒剂、辐射等 在自然界存活时间长，成为某些传染病的重要传染来源。

芽孢形成的条件 干燥 营养缺乏 气体条件

研究芽孢的意义研究芽孢的意义

菌种鉴定；菌种鉴定； 提高菌种的筛选效率，有利于菌种保藏；提高菌种的筛选效率，有利于菌种保藏； 衡量消毒灭菌手段的重要指标；衡量消毒灭菌手段的重要指标；

– 肉类：肉毒梭菌；肉类：肉毒梭菌；– 外科器材：破伤风梭菌和产气荚膜梭菌；外科器材：破伤风梭菌和产气荚膜梭菌；– 实验室和发酵工业：嗜热脂肪芽孢杆菌；实验室和发酵工业：嗜热脂肪芽孢杆菌；