微生物讲义.docx
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微生物讲义
微生物讲义
微生物定义
微生物是广泛存在于自然界的形体微小、数量繁多、肉眼看不见，需借助于光学显微镜或电子显微镜放大数百倍、上千倍甚至数万倍才能观察到的低等生物体。
此类微生物包括细菌、支原体、衣原体、立克次体、螺旋体和放线菌等6类。
细胞膜
:
由磷脂和蛋白质组成的半透性薄膜。
通过质壁分离、选择性染色、
原生质体破裂或电子显微镜观察等方法，可以证明细胞膜的存在。
细胞膜的功能：
a）控制细胞内、外的物质运送、交换；
b）维持细胞内正常渗透压的屏障作用；
c）合成细胞壁各种组分和荚膜等大分子的场所；
d）进行氧化磷酸化和光合磷酸化的产能基地；
e）许多酶和电子传递链组分的所在部位；
f）鞭毛的着生点和提供其运动所需的能量等
间体：
细胞膜内褶形成的一种管状、层状或囊状的结构，一般位于细胞分裂部位或其附近，其功能主要是促进细胞间隔的形成并与遗传物质的复制及其相互分离有关。
在革兰氏阳性菌中，间体较为明显。
糖被
在某些细菌细胞壁外存在着一层厚度不定的胶状物质。
类型：
微荚膜、
荚膜或粘液层如果细菌荚膜连在一起，其中包含有许多细菌叫菌胶团。
糖被的功能
1保护细菌免受干旱损伤，对一些致病菌来说，可保护它们免受宿主白细胞的吞噬；②贮藏养料，以备营养缺乏时重新利用；③堆积某些代谢废物；④通过荚膜或其有关构造可使菌体附着于适当的物体表面。
真核微生物：
是细胞核具有核膜、核仁，能进行有丝分裂，细胞质中存在线粒体或同时存在叶绿体等多种细胞器的一类微生物。
（酵母菌（单细胞真菌）霉菌（丝状真菌）蕈菌（大型真菌））
真菌
是一类低等真核生物的通称。
真菌具有细胞壁，无根茎叶分化，大多为丝状体，不含叶绿素，靠寄生或腐生方式生活。
真菌的菌体除少数为单细胞外，多数由不分隔或分隔的菌丝体组成。
真菌的繁殖方式，除了小段菌丝的再生外，主要是形成多种形式的无性抱子和有性抱子，繁殖特征是真菌分类的主要依据。
真菌的特点：
1无叶绿体，不能进行光合作用；②营养方式为异养吸收型；③细胞壁多含几丁质；④一般具有发达的菌丝体，呈顶端生长；⑤有性或无性繁殖；⑥陆生性较强，最适温度为20-30C。
病毒至少在3个方面不同于活细胞：
1结构简单，没有细胞结构
2几乎所有的毒粒中只含有DNA或RNA
3在细胞外不能增殖，不能象原核和真核一样进行细胞分裂。
病毒（virus）:
是一类没有细胞核、细胞质和细胞壁结构，但有遗传复制等生命特征，主要由核酸和蛋白质组成的大分子生物。
病毒在宿主细胞外，不能独立地进行代谢和繁殖，它们是严格的寄生物，并与其它生物相比显然不同，具有其本身的特点。
1个体极小
2专性寄生
3没有细胞结构
4只有一种核酸类型
5对抗生素不敏感
6复制方式繁殖
由于病毒是非细胞生物，故单个病毒个体不能称作“单细胞”，这样,就产生了病毒粒子（virion,即病毒体）的名词。
病毒粒子有时也称病毒颗粒（virusparticle），是指成熟的、结构完整的单个病毒。
噬菌体（bacteriophage），原核生物的病毒。
病毒形态多样，有球状、棒状、杆状、螺旋状、丝状等。
主要有三种基本形态：
球状：
接近球形的颗粒，大多数动物人、真菌病毒
杆状：
砖形、线形、子弹状，包括大多数植物昆虫病毒
蝌蚪状：
由球状的头部和杆状的尾部结合而成的颗粒，如大肠杆菌
T-噬菌体。
主要由核酸和蛋白质组成。
核酸位于中心，称为核心，在核酸外周是蛋白质外壳，称衣壳，衣壳由壳粒组成。
衣壳的功能是：
保护基因组
（核酸）免受核酸酶或其它不利因素的破坏；决定病毒感染的特异性，并能介导病毒核酸进入宿主细胞；具有抗原性。
衣壳是由许多在电镜下可辨别的形态学亚单位衣壳粒（capsomereorcapsomer）所构
成。
核心和衣壳合在一起称为核衣壳（nucleocapsod），它是任何病毒（指“真病毒”）所必须具备的基本结构。
包膜某些病毒在核衣壳外面，还包围着一层由类脂或脂蛋白组成的结构比较复杂的包膜。
包膜含有
宿主细胞膜的化学成分。
在少数病毒的包膜表面，还有针状突起，称为刺突。
包膜实际上是来自宿主细胞膜但被病毒改造成具有其独特抗原特性的膜状结构，故易被乙醚等脂溶剂所破坏。
磷壁酸的主要生理功能
①因带负电荷，故可与环境中的Mg2+等阳离子结合，提高这些离子的浓度，以保证细胞膜上一些合成酶维持高活性的需要；②与
M第6位上的羟基结合从而在纵向上加强了肽聚糖的结构；③保证革兰氏阳性致病菌（如A族链球菌）与其宿主间的粘连（主要为膜磷壁酸）；④赋予革兰氏阳性菌以特异的表面抗原；⑤提供某些噬菌体以
特异的吸附受体
G-细菌细胞壁有外壁层和内壁层两层。
内壁层紧贴细胞膜，厚
1-3nm,占壁干重的5%-10%是一层到少数几层的肽聚糖。
外壁层由脂多糖、磷脂和脂蛋白等若干种蛋白质组成的膜，也称为外壁。
G-菌的肽聚糖含量占细胞壁的10%弱，一般由1〜2层网状分子构成，厚度为2〜3nm。
与革兰氏阳性细菌的差别仅在于：
①肽尾的第3个氨基酸为内消旋二氨基庚二酸（m-DAP;②没有特殊的肽桥，其前后两个单体间的联系仅由甲肽尾的第4个氨基酸一D-丙氨酸的羧基与乙肽尾第3氨基酸一m-DAP直接连接而成，故机械强度弱
G-菌的脂多糖（LPS位于G—细胞壁外层，厚8~10nm由类脂A、核心多糖和0-特异侧链三部分组成。
是G-的特有成分。
功能：
①类脂A是G-细菌致病物质——内毒素的物质基础；②与磷壁酸
相似，也有吸附Mg2+Ca2+等阳离子以提高这些离子在细胞表面的浓度的作用；③由于LPS结构的变化，决定了革兰氏阴性细菌细胞表面抗原决定簇的多样性。
④是许多噬菌体在细胞表面的吸附受体。
G-菌的外膜蛋白在革兰氏阴性细菌细胞壁的外壁层中，嵌有多种蛋白质，主要有连接外膜层与内壁肽聚糖层的脂蛋白，起过滤作用
的基质蛋白，以及控制某些物质进出的孔蛋白。
L型细菌：
自发突变而形成的遗传性稳定的细胞壁缺陷菌株。
1935
年Lister首次发现，培养基上菌落形态呈“油煎蛋”状。
“内膜系统”
1）、间体（mesosom®
是从质膜向内伸展的细胞质中主要单位膜结构，常常同核质相联系，位于细胞分裂处。
间体的功能可能参与呼吸作用、同DNA勺复制和细胞的分裂有关。
2）、载色体（chromatophore）
也称为色素体，是光合细菌进行光合作用的部位，由单层的与细胞膜相连的内膜所围绕，主要化学成分是蛋白质和脂类。
它们含有菌绿素、胡萝卜素等色素以及光合磷酸化所需的酶系和电子传递体。
在绿硫菌科和红硫菌科中存在。
3）、羧酶体（polyhedralbody）
又称为多角体，是自养细菌所特有的内膜结构，可能是固定CO2场
所。
4）、类囊体（thylakoid）
由单位膜组成，含有叶绿素、胡萝卜素等光合色素和有关酶类，在蓝细菌中为其进行光合作用的场所
支原体
支原体是介于细菌与立克次氏体之间的原核微生物，因不含细胞壁，在液体培养基中培养时，往往呈分枝的丝状体，故称之为支原体
（mycoplasma）。
最早是从患胸膜肺炎的牛体中分离出来的，称为胸膜肺炎支
原体。
1967年发现在患“丛枝病”的桑、马铃薯等许多植物的韧皮部中也有支原体存在，为与感染动物的支原体相区分，一般称侵染植物的支原体为类支原体（mycoplasma）。
支原体生物学意义：
许多支原体引起动物——牛、绵羊、山羊、猪、禽和人类的病害；一些类支原体也引起植物病害；因滤过性,常会造成实验室组织培养物污染
细胞很小，光学显微镜下勉强可见，直径约为150~300nm—般为
250nm左右，能透过细菌滤器。
在大小仅为50〜200nm的纳米细菌
（nanobacteria）被发现之前，曾被认为是整个生物界中尚能找到的能独立营养的最小型生物。
细胞多形，易变，呈球状或长短不一的丝状及分枝状
细胞结构
缺乏细胞壁，细胞柔软，革兰氏染色阴性，对渗透压敏感，对表面活性剂和醇类物质敏感，对抑制细胞壁合成的青霉素、环丝氨酸等抗生素不敏感等。
细胞膜含胆固醇，对两性霉素、制霉菌素等
多烯类抗生素十分敏感。
基因组很小仅0.6〜1.1Mb左右。
繁殖与培养特征
一般以二等分裂方式进行繁殖。
寄生或腐生。
能在含血清、酵母膏或甾醇等营养丰富的培养基上生长。
菌落特征：
菌落小，直径一般仅为
0.1〜1mm呈特有的“油煎蛋”状。
液体培养特征：
不混浊
立克次氏体
1909年，美国医生H.T.Ricketts（1871〜1910）首次发现落基山斑疹伤寒的病原体，并于1910年牺牲于此病。
因该类微生物专性寄生，不能人工培养，故后人为纪念其发现者，称这类病原菌为立克次氏体（rickettsia）。
1972年起，因陆续在某些患病植物韧皮部中发现了类似立克次
氏体的微生物，为与寄生在动物细胞中的立克次氏体相区别，称作类
立克次氏体（rickettsia-likeorganism，RLO。
生物学意义：
是人类斑疹伤寒、恙虫热和Q热等严重传染病的病原体。
主要通过产生内毒素致人死亡
细胞体积0.3〜0.6卩mx0.8〜2卩m似一般细菌大小，但比支原体和衣原体大，无滤过性。
细胞形态多样，有球状、杆状或丝状有细胞壁，革兰氏染色阴性。
细胞壁含胞壁酸和二氨基庚二酸，还有与细菌内毒素相似的脂多糖复合物，但脂质含量远高于一般细菌。
立克次氏体细胞膜因较疏松而“渗漏性”较大，这种可透性细胞膜使得它们易从宿主细胞获得一些重要的物质（包括像NAD+和辅酶A这样大的辅酶），但同时也会使一些重要物质离开立克次氏体。
基因组很小，如Rickettsiaprowazeki的基因组为1.1Mb,
仅含834个基因。
立克次氏体以二分裂方式繁殖。
严格的细胞内寄生，这一点与病毒相似，它们大多数不能用人工培养基培养，须用鸡胚卵黄囊、敏感动物组织细胞及敏感实验动物进行传代培养。
生活史中必须由蚤、螨等吸血节肢动物作为媒介，而在动物间传代，因此立克次氏体也被称为虫媒微生物。
衣原体衣原体是一类在真核细胞内营专性寄生的小型革兰氏阴性原核生物。
由于它没有产能系统，需要来自宿主的ATP故有“能量寄生物之称”，因此很长一段时间衣原体被认为是“大型病毒”。
1956年，汤飞凡教授等自沙眼中分离到病原体后才逐步证明
衣原体是一类特殊的具细胞结构的生物。
主要生物学意义：
引起鹦鹉热等人兽共患病的鹦鹉热衣原体、引起人沙眼的沙眼衣原体、引起肺炎的肺炎衣原体。
有两种细胞形态，一种是宿主细胞外的形态，称作原体，呈球状（直径小于0.4卩m,有传染性；另一种是存在于宿主细胞的形态，称为始体或网状体，呈较大的球形（直径i~i.5[1m衣原体特征
①有革兰氏阴性细菌特征的细胞壁，但缺肽聚糖；②有不完整的酶系统，尤其缺乏产能代谢的酶系统；③一般对抑制细菌生长的抗生素和药物都很敏感，但对青霉素不敏感，鹦鹉热衣原体对磺胺具有抗性；
④生活方式严格的专性细胞内寄生。
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；⑤有特殊的生活史和两种形态，可在宿主细胞内形成
包涵体。
蓝细菌
蓝细菌因与光合作用植物有一些相似之处，如：
它们都含叶绿素a
（chlorophylla）和光合系统具有放氧性光合作用，而长期被看作是植物，曾一直被称作蓝藻或蓝绿藻。
但事实上，作为原核生物的蓝细菌与属于真核生物的藻类有着本质的区别。
蓝细菌无叶绿体，无真核，有70S核糖体，而且细胞壁中含有肽聚糖，对青霉素和溶菌酶十分敏感，这些特性使得蓝细菌无可置疑的被划入细菌之列。
蓝细菌与隶属红螺菌目（rhodospirillales）的光合细菌的差别是：
后者进行较原始的循环光合磷酸化反应，在反应过程中不放氧，是厌氧生物。
细胞一般比细菌大，通常3~10卩m但也有大到60卩m的。
形态多样化：
细胞形态球状或杆状，单生或团聚；或许多细
胞排列而成的群体呈丝状、或分枝丝状、或螺旋状，有的含异形胞。
蓝细菌的繁殖与培养特征
蓝细菌通过无性方式繁殖。
单细胞的种类通过二分裂或复分裂繁殖；丝状蓝细菌还常有通过其丝状体断裂形成短的链丝段（hormogonium）方式繁殖；少数种类如管胞蓝细菌属通过形成内孢子（endospore）繁殖。
蓝细菌液体培养通常不浑浊。
蓝细菌生物学意义
（1）在生物进化史上的作用：
蓝细菌（cyanobacteria）是生长在池塘、湖泊、河流及海洋等盐水中的好氧菌，是种类十分庞杂的古老的原核生物，它在地球发展史上为生物的进化做出了重要贡献，因为它的发展使得地球大气由无氧状态变为有氧状态。
蓝细菌不仅广泛地分布在各种水体及土壤中，也可与某些植物，如蕨类Azolla（满江红属）的叶腔中，裸子植物Cycas（苏铁属）和Gunnera（根乃拉草属）的根中与其进行共生，由干它们具有对不良环境的高度抵抗力和普遍的固氮能力，因此还可在贫瘠的沙质海滩和荒漠的岩石上找到它们，故有“先锋生物”的美称。
革兰氏染色的机制革兰氏染色的机制
1884年，丹麦医生C.Gram发明革兰氏染色法。
程序
（1）初染（结晶紫30S）
（2）媒染剂（碘液30S）
（3）脱色（95沱醇10~20S
（4）复染（蕃红30~60S）
结果判断：
菌体呈紫色的为革兰氏阳性菌（G+菌体呈红色的为革兰氏阴性菌（G-）革兰氏染色法（Gramstain）成为细菌学最重要的经典染色法，经过革兰氏染色，可把绝大多数的细菌区分成两类即革兰氏阳性菌（紫色G+和革兰氏阴性菌（红色G-）。
（混合图片）细胞化学分析和细胞结构显微研究的结果表明，尽管细菌细胞壁的主要成分是肽聚糖（Peptidoglycan）,但不同细菌细胞壁的成分和结构
是不相同的。
革兰氏阳性细菌：
有单一的膜称作细胞膜（或原生质膜），周围被厚的肽聚糖层包围（20〜80nm）。
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（图A、图B）。
有的革兰氏阳性细菌细胞壁中含有磷壁酸（teichoi-acid），即胞壁质（murein）和多糖。
G+细菌细胞壁较厚，肽聚糖含量高，网格交联结构紧密，含脂量低，当用乙醇脱色时，细胞壁肽聚糖网孔因脱水缩小以至关闭，使
结晶紫-碘复合物留在了细胞壁内，故使菌体呈初染液的深紫色。
？
G-细菌细胞壁薄，肽聚糖含量低，网格交联松散，当乙醇处理后，肽聚糖网孔不易收缩，再加上类脂含量高，当乙醇把类脂溶解后，细胞壁透性加大，结晶紫-碘复合物被抽提出来，因此细菌呈复染液的红色
质粒DNA
细菌质粒是存在于细胞质中的一类独立于染色体的自主复制的遗传成分，除了已发现的线性质粒（列如玉米线粒体中的si和su型质
粒和Sarghum线粒体中质粒），但已知的绝大多数的质粒都是由环形双链的DNA组成的复制子。
除了酵母的杀伤质粒（Killerplasmid）是一种RNA质粒之外，迄今已知的所有质粒无一例外地都是双链环形DNA分子。
质粒DNA分子可以持续稳定地处于染色体的游离状态，但在一定的条件下又整合到寄主染色体上，随着染色体的复制而复制，并通过细胞分裂传递到后代。
环形双链的质粒DNA分子具有三种不同的构型，当其两条多核苷酸链均保持着环形结构时，称之为共价闭合环形DNA（cccDNA这样的DNA
通常呈现超螺旋的SC构型，如果有两条多核苷酸链中只有一条保持着完整的环形结构，另一条链出现有一至数个缺口时，称之为开环DNA（ocDNA，即为0C构型，若质粒DNA经过恰当的核算内切限制酶切割之后，发生双链断裂而形成线性分子（IDNA）,称为L构型。
在体内，质粒DNA是以负超螺旋构型存在的，它是由DNA促旋酶
（gyrase）在消耗ATP的条件下催化形成的，而大肠杆菌的另一种酶，即拓扑异构酶I,则会促使超螺旋的DNA解旋。
促旋酶和拓扑性异构酶I的这种拮抗作用，保证了大肠杆菌内超螺旋的质粒DNA保持在恒定的水平。
DNA
DNA是一种长链聚合物，组成单位为四种脱氧核苷酸，即腺嘌呤脱氧核苷酸（dAMP脱氧腺苷）、胸腺嘧啶脱氧核苷酸（dTMP脱氧胸苷）、胞嘧啶脱氧核苷酸（dCMP脱氧胞苷）、鸟嘌呤脱氧核苷酸（dGMP脱氧鸟苷）。
而脱氧核糖（五碳糖）与磷酸分子借由酯键相连，组成其长链骨架，排列在外侧，四种碱基排列在内侧。
每个糖分子都与四种碱基里的其中一种相连，这些碱基沿着DNA长链所排列而成的序列，可组成遗传密码，指导蛋白质的合成。
读取密码的过程称为转录，是以DNA双链中的一条单链为模板转录出一段称为mRNA的核酸分子。
RNA不含胸腺嘧啶而含尿嘧啶（U）。
P（嘌呤类碱基）与Y（嘧啶类碱基）在DNA中的比例永远是1:
1,但W（A+T）与S（C+G）的比例视DNA的种类而异。
S碱基的亲水性强，因此GC含量高的DNA不易变性。
噬菌体
作为细菌寄生物的噬菌体，它可以再脱离寄主细胞的状态下保持自己的生命，一旦离开寄主细胞既不能生长也不能繁殖。
尽管多数噬菌体都具编码多种蛋白质的基因，可实际上所有已知的噬菌体都在寄主细胞内，利用寄主细胞的核糖体，合成蛋白质的因子，各种氨基酸及产能体系，进行生长和繁殖的。
这种对于寄主细胞的依赖性，是噬菌体最具有特色的一种重要的生物学特性。
另外除了对寄主功能依赖，每一种噬菌体都还具有一些其他的基本功能：
1•保护自己的核酸分子
免遭环境化学物质的破坏；2•将其核酸分子注入被其感染的细菌细胞；3。
将被感染的细菌细胞转变成制造噬菌体的体系，从而能产生出大量的子代噬菌体颗粒；4•使感染的细菌细胞释放出子代噬菌体颗粒。
不同种类的噬菌体颗粒，在结构上有很大的区别。
可归纳为三种不同的基本类型，即无尾部结构的二十面体型、具尾部结构的二十面体型和线状体型。
目前已知的大多数噬菌体，都属于具尾部结构的二十面体型，在它们的二十面体型的头部下端，连接着一条尾部结构，看似小型的皮下注射器。
噬菌体的核酸常见的是双链线性DNA。
也存
在双链环形DNA、单链环形DNA、单链线性DNA以及单链RNA等多种形式的噬菌体。
不同种噬菌体之间，其核酸分子量相差可达百倍。
具有大分子量核酸的噬菌体，其生命周期就比较复杂，在它们复制的过程中，对于寄主细胞酶分子的依赖性就比较低。
有些噬菌体的DNA碱基并不是由标准的A、T、G、C四种碱基组成。
列如T4噬菌体DNA中就没有C碱基，取代的是5-羟甲基胞嘧啶（HMC）；噬菌体的感染性
噬菌体的感染效率高到令人生畏的地步，一个噬菌体颗粒只要重复四次感染周期，便将数十亿的细菌细胞致死。
噬菌体对寄主细胞的感染作用是一个相当复杂的生理生化过程。
通常，噬菌体的DNA盘旋成团，被紧密地包裹在由蛋白质外壳组成的头部结构内。
而当噬菌体同敏感的细菌细胞接触时，首先是它的尾部便会粘在细胞壁上，与此同时，尾部蛋白质发生收缩作用，迫使头部中的DNA注入到被感染的细
菌中去，一旦噬菌体的DNA注入到细菌中，便会失去控制，于是在RNA聚合酶的作用下，它们所编码的噬菌体特有的基因便转录成相应的RNA分子，后者由利用细菌的核糖体转录成噬菌体蛋白质。
在噬菌体感染的早期阶段，某些由噬菌体编码合成的蛋白质，会使细菌的DNA降解成单核苷酸。
这样细菌赖以进行增殖所必须的全部遗传信息，便将消失殆
尽，最终导致灭亡。
当噬菌体的拷贝数高达上百个之后，几分钟内，噬菌体的其他基因也就开启，合成出新的头部和尾部蛋白质，再组装一起，最后噬菌体产生释放一种特异性的酶，破坏寄主细胞壁并伴随溶菌作用，是子代噬菌体颗粒释放出来。
（吸附—注入—转变—合成—组装—释放）
在此关于噬菌体的溶源生命周期的基本概念了便粗略介绍
1温和噬菌体：
既能进入溶菌生命周期又能进入溶源生命周期的噬菌体，叫做温和噬菌体。
2溶源性细菌；具有一套完
整的噬菌体基因组的细菌叫做溶原性细菌。
3.溶源化；用温
和的噬菌体感染细菌培养物使之形成溶源性细菌的过程，叫
做溶源化。
4整合；如果噬菌体的DNA是被包容在寄主细胞染色体DNA中，便叫做已整合的噬菌体DNA。
这种噬菌体DNA组入细菌染色体DNA的过程，称为噬菌体DNA的整合或插入。
4原噬菌体；在溶源性细菌内存在的整合或非整合的噬菌体DNA叫做原噬菌体。
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