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1/58微生物学—绪论微生物学（Microbiology）是研究微生物在一定条件下的形态结构、生理生化、遗传变异、生态分布、以及微生物与微生物、自然环境、其他生物之间的相互作用等生命活动规律及其应用的一门学科。微生物（microbe,microorganism,germ）是指形体微小、单细胞或个体结构较为简单的多细胞、甚或没有细胞结构的低等生物的统称。包括：非细胞型生物—病毒，单细胞型生物—细菌、立克次氏体、放线菌、衣原体、支原体，真菌型生物—酵母菌、霉菌，单细胞藻类、原生动物等。微生物在生物界的地位微生物不是生物分类的专有名称，依不同的界级学说，微生物所占的地位有所不同。二界系统：植物界和动物界五界系统：1969年，E.H.Whittaker在《科学》杂志提出五界学说。微生物占3界。六界系统：Jahn等于1949年提出六界系统，包括：后生动物、后生植物、真菌、原核生物和病毒界，我国学者（1977）在五界系统基础上，提出增加病毒界的六界系统。微生物占4界。三原界系统：Woese(1977)提出三原界学说，包括：古细菌原界、真细菌原界、真核生物原界。微生物占3界。1.微生物学的发展史1.我国古代对微生物的认识（略）2.微生物发现于微生物学的奠基最先观察到微生物的人是荷兰商人安东尼.列文虎克，被誉为微生物学的先驱。微生物学的奠基人是法国的巴斯德和德国的柯赫。巴斯德用严密的科学实验否定了“自然发生学说”。柯赫建立了一套研究微生物的技术方法，提出了确定病原菌的严格标准。消毒外科术的确立：李斯特（Lister）从巴斯德研究成果中得到启发，认识到外科手术经常出现的伤口化脓感染时由于外界微生物侵入的结果，通过实践，创立了无菌外科手术的方法。土壤微生物学基础的建立：贝哲林克等，通过对豆科植物的根瘤菌及土壤中的固氮菌和硝化细菌的研究，提出了土壤细菌和自养菌的研究方法。病毒—非细胞生物的发现：伊万诺夫斯基在烟草花叶病的研究中发现滤过性生物具感染性，从而发现病毒。列文虎克利用业余时间制造了400多架单式显微镜和放大镜，放大率一般为50~200倍。巴斯德的贡献1)否定了“自然发生”学说2)创立免疫学发明用接种减毒菌苗的办法来预防鸡霍乱和牛、羊的炭疽病，首次制成狂犬疫苗。3)证实发酵是微生物引起的证实酒精发酵是酵母菌引起的，发现乳酸发酵、醋酸发酵和丁酸发酵是由不同细菌引起的。4)建立一系列消毒灭菌法巴斯德消毒法2/58柯赫的贡献1)对病原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2)微生物学基本操作技术方面的贡献用固体培养基分离纯化微生物、配制培养基3.微生物学推动生命科学的发展多学科交叉促进微生物学的全面发展微生物学推动生命科学的发展微生物学推动生命科学发展的原因—微生物的特点：个体小、结构简单，生长快、易培养，易变异、多样性。促进许多重大理论问题的突破：遗传变异的物质基础是核酸（三个经典实验）；基因的概念的发展，跳跃基因、断裂基因、重叠基因等。突变的性质和原因：遗传密码，以大肠杆菌为对象，发现苯丙氨酸的遗传密码；中心法则的提出和修正，逆转录酶的发现；基因表达与调控机制，乳糖操纵子学说等。对生命科学研究技术的贡献：无菌操作技术，动植物组织培养技术；发酵工程，酶工程；DNA重组技术和基因工程技术；转基因动物和植物技术。第一部分微生物的形态结构从绪论中可以了解到，微生物按其结构特点，可以分为三大类：原核生物真核生物非细胞结构的病毒第一章原核微生物的形态结构原核微生物包括：细菌、放线菌、立克次氏体、支原体、衣原体、蓝细菌等。重点是细菌。掌握细菌的形态、结构、组成和功能；了解其他原核生物的特征；把握细菌与其他原核微生物的异同。第一节细菌细菌是一类个体微小、结构简单、原核、细胞壁坚韧、主要以二分裂方式繁殖的水生性较强的原核微生物。细菌的分布极为广泛。土壤是细菌的大本营，水体、空气、物体表面和内部、热泉、盐田等都有细菌存在一、细菌的形态、大小和排列1.细菌的大小细菌的大小用微米（um）来测量，其亚细胞结构要用纳米（nm）表示。以大肠杆菌为例，其细胞平均大小为：1~2×0.5um。细胞重量约为10-12g。3/582.细菌的形态细菌三种基本形态：球状、杆状与螺旋状3.细菌的排列方式：球菌：单球菌，一个分裂面，分散存在。双球菌，一个分裂面，成对排列。链球菌，一个分裂面，彼此连接呈链状。四联球菌，两个垂直分裂面，四个细胞成田字。八叠球菌，三个垂直分裂面，成立方状。葡萄球菌，多个分裂面，不定向群集成葡萄状。杆菌：单杆菌，分散存在。八字排列，成对存在八字型。链杆菌，彼此头尾连接呈链状。栅状排列，肩并肩排列如栅栏状。螺旋状：弧菌，菌体弯曲不足一周，似逗号或C形。螺旋菌，菌体回转如螺旋状，1~4周。螺旋体，与细菌相似的一类原核微生物，一般具6个以上的螺旋，并具有轴丝结构。特殊形态：菌体形态可因菌种、菌龄、环境条件等因素的改变而发生改变，形成：特殊形态：方形、星形、柄杆菌等。异常形态：丝状、分枝、纺锤形等。二、细菌的结构细菌的结构可分为基本结构和特殊结构两部分。基本结构包括：细胞壁、细胞膜、细胞核、细胞质及内含物等。特殊结构包括：鞭毛、荚膜、芽孢等。（一）细胞壁细胞壁是位于细胞表面，内侧紧贴细胞膜的一层较为坚韧、略具弹性的结构。占细胞干重的10%~25%。1.细胞壁的功能保护细胞免受机械性或渗透压的破坏；具有维持细胞形态的作用，与细胞分裂密切相关；与细菌的抗原性、致命性、对噬菌体的敏感性有关；是鞭毛运动的可靠支点，具有一定的屏障作用。2.细胞壁的结构和组成不同的细菌，细胞壁的组成和结构不同。通过革兰氏染色法可将所有的细菌分为两大类：革兰氏阳性革兰氏阴性革兰氏染色法：初染：草酸氨结晶紫1min（水洗）媒染：卢戈氏碘液1min（水洗）脱色：95%乙醇洗至无色（水洗）复染：沙黄染液1min（水洗）革兰氏阳性菌细胞壁（以金黄色葡萄球菌为例）为一层较厚的连续层（20~80nm），由肽聚糖（构成网状骨架）、磷壁酸（垣酸）和其他多糖（构成基质）组成。肽聚糖：由N-乙酰葡萄糖胺、N-乙酰胞壁酸和四肽尾构成。4/58交联方式：相邻四肽尾的3、4位氨基酸通过五甘肽桥连接，交联度70~75%.磷壁酸，又名垣酸。是革兰氏阳性菌细胞壁基质中的特有成分，约为细胞壁干重的50%，以磷酸二酯键连接于NAM的第六位碳原子上。可分为核糖醇型和甘油醇型两类。其作用是：赋予细胞壁负电荷环境；提高对二价离子的吸附，特别是镁离子的吸附，对于保持膜硬度、提高酶活性极为重要；为壁抗原物质；与噬菌体吸附有关（受体）；储存磷元素。革兰氏阴性菌细胞壁（以大肠杆菌为例）分为外壁层（外膜）和内壁层。外壁层分为内中外三层，分别为：脂蛋白、磷脂和脂多糖。内壁层为2~3纳米的单分子或双分子肽聚糖层，占5~10%。肽聚糖：其结构与革兰氏阳性菌的肽聚糖相似，差别在于：四肽第三位氨基酸为内消旋的二氨基庚二酸（m-DAP）。外壁层：脂多糖（LPS）：LPS：类脂A：2个N-乙酰葡糖胺和5个长链饱和脂肪酸核心多糖：内核心区：3个2-酮-3-脱氧辛糖酸（KDO）3个L-甘油-D-甘露庚糖（Hep）外核心区：5个己糖，包括葡糖胺、半乳糖、葡萄糖O-特异侧链：多个4Hex单位，内含葡萄糖、半乳糖、鼠李糖、甘露糖以及阿比可糖（Abq），大肠杆菌糖、副伤寒菌糖或秦威糖等脂多糖的作用是：提供负电荷环境；致病性物质（内毒素）脂多糖的抗原性：噬菌体的吸附受体；屏障作用。磷脂层：位于脂多糖和脂蛋白中间。脂蛋白（内层）：以脂类部分与肽聚糖中的m-DAP连接，与细菌的某些抗原性、致病性、对噬菌体的敏感性有关。革兰氏染色机制：应用革兰氏染色法可将细菌分为革兰氏阳性和阴性两大类，其机理是：细胞壁结构成分的差异；壁的厚度不同；交联度不同；酒精脱色后的结果不同：阳性菌经媒染后所形成的结晶紫碘复合物（CVI）保留在壁内（脱色的同时有脱水作用，导致网孔缩小），阴性菌退至无色（脱色的同时有脱脂作用，网孔变大）；复染结果不同：阳性菌仍为紫色，阴性菌则被复染成红色。3.细胞壁缺陷型细菌在一定条件下，如实验室培养过程中或人为地用青霉素或溶菌酶等破坏或抑制细胞壁的物质处理，可以失去细胞壁，成为细胞壁缺陷型细菌。主要包括：原生质体、球形体、L-型细菌原生质体：革兰氏阳性细菌经溶菌酶或青霉素处理，完全除去细胞壁所剩下的由膜包裹的部分称为原生质体。特点是：球形，对环境条件敏感，仍具有活性，适宜条件下可再生细胞壁。球形体：革兰氏阴性菌经同样方法处理获得，但外壁层不能完全去除，仍保留部分胞壁成分。为球形，具活性。L-型细菌：在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型菌株。因最早（1935）由英国的Lister研究所发现，故以其第一个字母L命名。特点是：丧失细胞壁合成能力，稳定的遗传变异。5/58青霉素的抑菌机制青霉素：抑制肽聚糖合成的最后一步，即抑制肽聚糖的两个单体的交联单体交联时候需要转肽酶。转肽酶作用的底物：D-Ala-D-Ala（D丙氨酰D丙氨酸）青霉素：（竞争性抑制）是DADA的结构类似物，青霉素存在的时候，转肽酶与青霉素结合５＇肽末端的Ｄ丙氨酸不能被转肽酶去掉，甘氨酸桥的另一端无法跟Ｄ丙氨酸几何，不能通过交联形成网状结构，细胞壁不能形成，在低渗条件下细菌容易死亡，只抑制正在生长繁殖的细菌（有细胞壁的合成），对休眠菌不作用，domoreharmonG+thanG-,有选择毒性：只杀菌，不杀伤宿主，可能有过敏反应。（二）细胞膜细菌细胞膜与真核生物的细胞膜结构和组成相似，为脂质双层膜结构，但一般不含甾醇。细菌细胞膜的功能主要体现在：选择性地控制细胞内、外物质运送；维持细胞内正常渗透压的屏障作用；合成细胞壁和糖被等各种组分的场所；进行氧化磷酸化或光和磷酸化的产能基地；许多酶和电子传递链组分存在场所；鞭毛着生点和鞭毛运动的功能部位；与细菌DNA复制和复制后分离有关。简体（或称中体）：有细胞膜内褶形成的管状、层状或囊状结构，与细菌DNA复制和复制后的分离有关。近年来有人认为是电镜制片时脱水操作引起的假象。（三）周质空间周质空间，又称壁膜间隙。一般指革兰氏阴性细菌外膜与细胞膜之间的空间，存在着多种周质蛋白。包括：水解酶类，如蛋白酶、核酸酶等；合成酶类，如肽聚糖合成酶等；结合蛋白，具有运送营养物质的作用；受体蛋白，与细胞的趋化性有关。关于周质空间有不同的认识，有的认为革兰氏阳性菌无周质空间，有的认为也有，即指存在于壁膜之间的空隙。在革兰氏阴性菌中，有的认为仅在肽聚糖内膜与胞膜之间。（四）细胞质和内含物细胞质的主要成分为：核糖体、颗粒贮藏物和内含物、各种酶类和中间代谢产物、各种营养物等。核糖体：细菌的核糖体为７０Ｓ核糖体，由５０Ｓ大亚基和３０Ｓ小亚基组成，其数量随生长速率而变，一般为１５，０００个。真核生物的细胞质核糖体为８０Ｓ（６０Ｓ和４０Ｓ），但细胞器核糖体为７０Ｓ。贮藏物：碳源及能源类：糖源：大肠杆菌、克雷伯氏菌、芽孢杆菌聚-β－羟丁酸（PBH）：固氮菌、肠杆菌硫粒：紫硫细菌、贝氏硫杆菌氮源类：藻青素：蓝细菌藻青蛋白：蓝细菌碳源—异染颗粒：迂回螺菌、白喉棒杆菌、结核分枝杆菌聚-β-羟丁酸：类脂性质碳源贮藏物，贮藏能量、降低渗透压。多糖类贮藏物：包括糖源和淀粉粒。真细菌中多为糖源。异染颗粒：多聚偏磷酸盐，美蓝或甲苯胺蓝显红色，故名。6/58藻青素：内源性氮源贮藏物，兼有能源作用，由含精氨酸和天冬氨酸残基（1：1）的分支多肽构成。硫粒（硫滴）：贮藏硫元素，贮藏能量。磁小体：1975年由Blakemore在趋磁性的折叠螺旋体中发现，其成分为四氧化三铁，外有磷脂、蛋白或糖蛋白包裹，形状为多面体。具导向作用，即趋磁性。具有用来生产磁性定向药物和制造生物传感器的潜能。羧酶体（羧化体）：自养菌内存在，内含1，5-二磷酸核酮糖羧化酶，固定CO2关键酶。气泡：由蛋白质膜包裹，调节细胞比重，