第二章 原核微生物
古菌（archaea）在进化谱系上与细菌（bacteria）和真核生物相互并列，但其在细胞构造上却与细菌较为接近，同属于原核生物。原核微生物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，包括细菌和古菌两大群。细菌的细胞膜含由酯键连接的脂类，细胞壁中含特有的肽聚糖（无壁的枝原体除外），DNA中一般没有内含子（但近年来也有例外的发现）。
2.1.1 细菌的定义
细菌是一类细胞细而短×~5μm)、结构简单、细胞壁坚韧、以二等分裂方式繁殖和水生性较强的原核微生物。
2.1.2 细菌的形态
球状、杆状、螺旋状、三角形、方形、圆盘形等。 2.1.3 细菌的构造
由于细菌的细胞极其微小（μm）又十分透明，因此用水浸片或悬滴观察法在光学显微镜下进行观察时，只能看到其大体形态和运动情况。若要在光学显微镜下观察其细致形态和主要构造，一般都要对它们进行染色。1884年丹麦医生创立的革兰氏染色法（Gram stain）是最为重要的染色方法。
2.1.3.1 细菌的一般构造
一般细菌共有的结构：细胞壁、细胞膜、细胞质、核质体细胞最外层的一层厚实、坚韧的外被，有固定外形和保护细胞等多种功能。
革兰氏阳性细菌与革兰氏阴性细菌细胞壁成分的比较 占细胞壁干重的% 成分 革兰氏阳性细菌 革兰氏阴性细菌 肽聚糖 含量很高（30~95） 含量很低（5~20） 磷壁酸 类脂质 蛋白质 含量较高（<50） 一般无（<2） 0 0 含量较高（~20） 含量较高 革兰氏染色的机制 通过结晶紫初染和碘液媒染后，在细胞膜内形成了不溶于水的结晶紫与碘的复合物（CVI dye complex）。革兰氏阳性细菌由于其细胞壁较厚、肽聚糖网层次多和交联致密，故遇乙醇或丙酮作脱色处理时，因失水反而使网孔缩小，再加上它不含类脂，故乙醇处理不会溶出缝隙，因此能把结晶紫与碘复合物牢牢留在壁内，使其仍呈紫色。反之，革兰氏阴性细菌因其细胞壁薄、外膜层的类脂含量高、肽聚糖层薄和交联度差，在遇脱色剂后，以类脂为主的外膜迅速溶解，薄而松散的肽聚糖网不能阻挡结晶紫与碘复合物的溶出，因此，通过
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乙醇脱色后细胞退成无色。这时，再经沙黄等红色染料进行复染，就使革兰氏阴性菌呈现红色，而革兰氏阳性菌则仍保留紫色（实为紫加红色）了。
1、革兰氏阳性细菌的细胞壁
革兰氏阳性细菌细胞壁的特点是厚度大（20-80nm）和化学组分简单，一般只含90%肽聚糖和10%磷壁酸。
肽聚糖——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。每一肽聚糖单体由三部分组成：①双糖单位：由一个N-乙酰葡糖胺通过β-1,4-糖苷键与另一个N-乙酰胞壁酸相连，后者为原核生物所特有的已糖。②四肽尾或四肽侧链(tetrapeptide side chain)：是由四个氨基酸分子按L型与D型交替方式连接而成。在金黄色葡萄球菌中，接在N-乙酰胞壁酸上的四肽尾为L-ala →D-glu → L-lys → D-ala，其中两种D型氨基酸在细菌细胞壁之外很少出现。③肽桥或肽间桥(peptide interbridge)：在金黄色葡萄球菌中，肽桥为甘氨酸五肽，它起着连接前后两个四肽尾分子的“桥梁”作用。目前所知的肽聚糖已超过100种，在这一“肽聚糖的多样性”中，主要的变化发生在肽桥上。
磷壁酸（teichoic acid）——结合在革兰氏阳性细菌细胞壁上的一种酸性多糖，主要成分为甘油磷酸或核糖醇磷酸。磷壁酸可分两类，其一为壁磷壁酸，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。其二为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。
2、革兰氏阴性细菌的细胞壁
肽聚糖——革兰氏阴性细菌的肽聚糖可举大肠杆菌为代表。它的肽聚糖埋藏在外膜层之内，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。其结构单体与上述革兰氏阳性菌基本相同，差别仅在于：①四肽尾的第3个氨基酸不是L-lys，而是被一种只有在原核微生物细胞壁上才有的内消旋二氨基庚二酸(m-DAP)所代替；②没有特殊的肽桥，其前后两个单体间的连接仅通过甲四肽尾的第4个氨基酸——D-ala的羧基与乙四肽尾的第3个氨基酸——mDAP的氨基直接相连，因而只形成较为疏稀、机械强度较差的肽聚糖网套。
外膜(outer membrane) ——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）：是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，由类脂A、核心多糖(core polysaccharide)和O-特异侧链（O-specific side chain，或称O-多糖或O-抗原）三部分组成。其主要功能为：①其中的类脂A是革兰氏阴性细菌致病物质——内毒素
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的物质基础；②因其负电荷较强，故与磷壁酸相似，也有吸附Mg、Ca等阳离子以提高其在细胞表面浓度的作用；③由于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，例如，根据LPS抗原性的测定，国际上已报道过的沙门氏菌属(Salmonella)的抗原型多达2107种（1983年）；④是许多噬菌体在细胞表面的吸附受体；⑤具有控制某些物质进出细胞的部分选择性屏障功能
2.1.3.2 细菌的特殊构造
不是一般细菌都具有的结构：荚膜、鞭毛、菌毛、芽孢
1、荚膜（capsule）：某些细菌细胞壁外存在着一层厚度不定的胶状物质。主要功能：保湿、储养、堆积代谢废物、附着。
2、鞭毛 （flagellum）：鞭毛为某些细菌表面的长丝状、波曲的附属物。其数目为一至数十根，具有运动的功能。不同细菌鞭毛着生情况及数目不一致。
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3、菌毛 (pilus) ：菌毛（pilus）是长在细菌体表的一种纤细、中空、短直、数量较多的蛋白质附属物。在革兰氏阴性细菌中较为常见。性菌毛（sex pilus）是一种特殊的菌毛。其功能是在不同性别的菌株间传递DNA片段。
4、芽孢（endospore）：芽孢为某些细菌生长发育后期，在细胞内形成的一个圆形或椭圆性的抗逆性休眠体。一个细胞仅形成一个芽孢。芽孢具有极强的抗热、抗辐射、抗化学药物和抗静水压。芽孢形成（sporulation）：产芽孢的细菌当其环境中营养缺乏及有害代谢产物积累时，就开始形成芽孢。
2.1.4 细菌群体（菌落）的形态
菌落（colony）：将单一微生物或一小堆同种细胞接种在固体培养基上，在适宜的培养条件下，形成以母细胞为中心的一堆肉眼可见的、有一定形态构造的子细胞集团。菌落特征：大小、形态、边缘、隆起、光泽、质地、颜色。
放线菌（actinomycetes）
2.2.1 放线菌（actinomycetes）：一类呈菌丝状生长、主要以孢子繁殖和陆生性强的原核生物。
2.2.2 形态结构（以 streptomyces 为例）：基内菌丝（substrate mycelium）、 气生菌丝（aerial mycelium）、孢子丝（在菌丝逐步成熟时，由气生菌丝分化成）。
放线菌的一般形态和构造
2.2.3 放线菌的繁殖：横割分裂。
2.2.4 放线菌的菌落特征:干燥、不透明、表面呈紧密的丝绒状，上有一层色彩鲜艳的干粉；菌落和培养基连接紧密，难以挑取；菌落正反面的颜色常不一致；菌落边缘培养基的平面有变形现象。
蓝细菌（cyanobacteria）
2.3.1 蓝细菌（cyanobacteria）：一类进化历史悠久、G-、无鞭毛、含叶绿素a、具有放氧光合作用的原核微生物。
2.3.2 细胞构造： 细胞结构与G-细菌细胞壁极其相似。胞内有类囊体（thylakoids）。细胞内贮藏物（reserve materials）：糖原、聚磷酸盐、PHB、蓝细菌肽（cynophycine）。
2.3.3 蓝细菌细胞的特化形式：
异形胞（heterocyst）：存在于丝状体蓝细菌中的较营养细胞稍大，色浅、壁厚、位于细胞链中间或末端，且数目少而不定的细胞。异形胞是固氮蓝细菌的固氮部位。营养细胞的光合产物与异形胞的固氮产物，可通过胞间连丝进行物质交换。
静息孢子（akinete）：一种着生于丝状体细胞链中间或末端的形大、色深、壁厚的休眠细胞，胞内有贮藏性物质，具有抗干旱或冷冻的能力。
链丝段（hormogonia）：又称连锁体或藻殖段，是长细胞断裂而成的短链段，具有繁殖功能。
内孢子: 少数蓝细菌种类在细胞内形成许多球形或三角形的内孢子，成熟后可释放，具有繁殖功能。
支原体、立克次氏体和衣原体
2.4.1 支原体（Mycoplasma）：一类无细胞壁、介于独立生活和细胞内寄生生活间的最小型原核生物。
特点：
1、个体直径约为150-300nm，一般为250nm，光学显微镜下勉强可见。 2、缺乏细胞壁。
3、菌落小，直径一般为-1.0mm，“油煎蛋”状。
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4、二等分裂方式繁殖。
5、能在含血清、酵母膏、胆固醇等营养丰富的人工培养基上独立生长。 6、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。
7、对能与核糖体结合、抑制蛋白质合成的四环素、红霉素以及毛地黄皂苷等破坏细胞膜结构的表面活性剂极为敏感。由于细胞膜上含有甾醇，故对两性霉素、制霉菌素等多烯类抗生素十分敏感。
分类地位：已知的支原体种类已超过80种。原核生物界（Procaryotae）、柔膜菌门（Tenericutes）、柔膜菌纲（Mollicutes）的支原体目（Mycoplasmatales）。
2.4.2 立克次氏体（Rickettsia） 立克次氏体 (Rickettsia)：一类只能寄生在真核细胞内的革兰氏阴性原核微生物。 特点：
1、细胞大小一般为，光学显微镜下清晰可见。 2、细胞形态多变，自杆状至球状、双球状或丝状。 3、有细胞壁，呈革兰氏阴性反应。
4、在真核细胞内营专性寄生（个别例外），其宿主一般为虱、蚤、蜱、螨等节肢动物，可传至人或其他脊椎动物（如啮齿类）。
5、二等分裂方式繁殖。
6、对四环素、青霉素等抗生素敏感。
7、有不够完整的产能代谢途径，大多只能利用谷氨酸产能而不能利用葡萄糖产能。 8、一般可用鸡胚、敏感动物或合适的组织培养物（如Hela 细胞株）来培养。 9、对热敏感，一般在56℃以上经30分钟即可杀死。
引起人类感染的主要立克次氏体有:普氏立克次氏体（Rickettsia prowazeki）、斑疹伤寒立克次体（Rickettsia typhi）、恙虫病立克次体（Rickettsia tsutsugamushi）。
2.4.3 衣原体（Chlamydia）：一类在真核细胞内营专性能量寄生的小型革兰氏阴性原核微生物。
特点：
1、有细胞结构。
2、细胞内同时有DNA和RNA两种核酸。
3、有革兰氏阴性细菌特征的不含肽聚糖的细胞壁。 4、细胞内有核糖体。
5、有不完整的酶系统，尤其缺乏产能代谢的酶系统，因此须进行严格的细胞内寄生。
6、以二等分裂方式进行繁殖。
7、一般对抑制细菌的一些抗生素和药物例如青霉素和磺胺等都敏感（但鹦鹉热衣原体对磺胺具有抗性）。
8、在实验室中，衣原体可培养在鸡胚卵黄囊膜、小白鼠腹腔、组织培养细胞或Hela细胞上。
生活史（life cycle）：具有感染力的个体称为原体（elementary body），是一种不能运动的球状细胞，直径小于μm，有坚韧的细菌型细胞壁。在宿主细胞内，原体逐渐伸长，形成无感染力的个体，称作始体（initial body），是一种薄壁的球状细胞，形体较大，直径达μm，通过二等分裂的方式在宿主的细胞质内形成一个微菌落，随后大量的子细胞又分化成较小而厚壁的感染性原体。一旦宿主细胞破裂，原体又可以重新感染新的细胞。
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《微生物学》主要知识点-02第二章原核微生物
