微生物细胞的结构和功能

来源：微生物学——沈萍主编  特殊细胞壁的细菌：某些分枝杆菌和诺卡氏菌的细胞壁主要由一类被称为霉菌酸（Mycolic acid）的枝链羟基脂质组成，后者被认为与这些细菌感染能力有关。   由磷脂分子形成的双分子膜中加入甾醇类物质可以提高膜的稳定性：真核生物细胞膜中一般含有胆固醇等甾醇，含量为 5%­25%。   原核生物与真核生物的最大区别就是其细胞膜中一般不含胆固醇，  而是含有 hopanoid（藿烷类化合物 ） 。 硫粒：很多化能自养菌在进行产能代谢或生物合成时，常涉及对还原性的硫化物如H₂S，硫代硫酸盐等的氧化。 在环境中还原性硫素丰富时，常在细胞内以折光性很强的硫粒的形式积累硫元素。当环境中环境中还原性硫缺乏时，可被细菌重新利用。   微生物储藏物的特点及生理功能：  1） 不同微生物其储藏性内含物不同。例如厌气性梭状芽孢杆菌只含 PHB，大肠杆菌只储藏糖原，但有些光合细菌二者兼有。  2） 微生物合理利用营养物质的一种调节方式。当环境中缺乏能源而碳源丰富时，细胞内就储藏较多的碳源类内含物，甚至达到细胞干重的 50%，如果把这样的细胞移入有氮的培养基时，这些储藏物将被作为碳源和能源而用于合成反应。  3） 储藏物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 pH，渗透压等的危害。例如羟基丁酸分子呈酸性，而当其聚合成聚­β­羟丁酸（  PHB）就成为中性脂肪酸了，这样便能维持细胞内中性环境，避免菌体内酸性增高。  4） 储藏物在细菌细胞中大量积累，是重要的自然资源。 气泡的膜只含蛋白质而无磷脂。二种蛋白质相互交连，形成一个坚硬的结构，可耐受一定的压力。膜的外表面亲水，而内侧绝对疏水，故气泡只能透气而不能透过水和溶质。   细菌芽孢的特点： 整个生物界中抗逆性最强的生命体，  是否能消灭芽孢是衡量各种消毒灭菌手段的最重要的指标。 芽孢是细菌的休眠体，在适宜的条件下可以重新转变成为营养态细胞；产芽孢细菌的保 藏多用其芽孢。 芽孢的有无、形态、大小和着生位置是细菌分类和鉴定中的重要指标。 芽孢与营养细胞相比化学组成存在较大差异，容易在光学显微镜下观察。 （相差显微镜直接观察；芽孢染色）   细菌糖被的特点 （1）主要成分是多糖、多肽或蛋白质，尤以多糖居多。经特殊的荚膜染色，特别是负染色（又称背景染色）后可在光学显微镜清楚地观察到它的存在。 （2）产生糖被是微生物的一种遗传特性，其菌落特征及血清学反应是是细菌分类鉴定的指标之一。 （3）荚膜等并非细胞生活的必要结构，但它对细菌在环境中的生存有利。 （4）细菌糖被与人类的科学研究和生产实践有密切的关系。   细菌的趋避运动：鞭毛的功能是运动，这是原核生物实现其趋性（taxis）即趋向性的最有效方式。 化学趋避运动或趋化作用（chemotaxis） ：细菌对某化学物质敏感，通过运动聚集于该物质的高浓度区域或低浓度区域。 光趋避运动或趋光性（phototaxis） ：有的细菌能区别不同波长的光而集中在一定波长光区内。 趋磁运动或趋磁性（magnetotaxis） ，趋磁细菌根据磁场方向进行分布。   放线菌的形态与结构  t 单细胞，大多由分枝发达的菌丝组成；  t 菌丝直径与杆菌类似，约 1mm；t细胞壁组成与细菌类似，革兰氏染色阳性（少数阴性） ；  t 细胞的结构与细菌基本相同，   按形态和功能可分为营养菌丝、气生菌丝和孢子丝三种。  1、养菌丝：匍匐生长于培养基内，吸收营养，也称基内菌丝。  2、气生菌丝：营养菌丝发育到一定阶段，伸向空间形成气生菌丝，  3、孢子丝：气生菌丝发育到一定阶段，其上可分化出形成孢子的菌丝，即孢子丝，又称产孢丝或繁殖菌丝。  其形状和排列方式因种而异，  常被作为对放线菌进行分类的依据。       立克次氏体：  1）某些性质与病毒相近  a 、专性活细胞寄生物，除五日热（战壕热）立克次氏体（Rickettsia wolhynica）外均不能在人工培养基上生长繁殖。这是因为它们体内酶系不完全，一些必需的养料需从宿主细胞获得；细胞膜比一般细菌的膜疏松，营养物质较易通过，细胞内物质也容易漏出。这种可透性膜，一方面使它们有可能容易从宿主细胞获得大分子物质，另一方面也决定了它们一旦离开宿主细胞则易死亡）  b、大小介于病毒与一般细菌之间，除伯氏立克次氏体（Rickettsia burneti）外，均不能通过细菌过滤器（球状体：0.2­0.5 mm；杆状体：0.3­0.5 x 0.3­2 mm； ）  2）由于长期适应的结果，立克次氏体形成了一种必须从一种宿主传至另一宿主的特殊生活方式，它们几乎都有自己的天然动物宿主，主要以节肢动物（虱、蜱、螨等）为媒介，寄生在它们的消化道表皮细胞中，然后通过节肢动物叮咬和排泄物传播给人和其他动物。有的立克次氏体能引起人类的流行性斑疹伤寒、恙虫热、Q 热等严重疾病，而且立克次氏体大多是人兽共患病原体。对热、干燥、光照、脱水及普通化学试剂的抗性均差，  离开宿主仅能存活数小时至数日，  但如随节肢动物粪便排出，  在空气中自然干燥后，其抗性变得相当强。有的可在室温下保持毒力二年左右。   支原体：  1）无细胞壁，只有细胞膜，细胞形态多变；  2）个体很小，能通过细菌过滤器，曾被认为是最小的可独立生活的细胞型生物。  3）可进行人工培养，但营养要求苛刻，菌落微小，呈典型的“油煎荷包蛋”； 4）一些支原体能引起人类、牲畜、家禽和作物的病害疾病，如肺炎支原体；  5） 应用活组织细胞培养病毒或体外组织细胞培养时，常被支原体污染。   衣原体：  1）细胞结构与细菌类似；具有类似的细胞壁，细胞壁内也含有胞壁酸、二氨基庚二酸等。核糖体也是由 30S和 50S 二个亚基组成。  2）细胞呈球形或椭圆形，直径为 0.2­0.3 mm，能通过细菌滤器；  3）专性活细胞内寄生；衣原体有一定的代谢活性，能进行有限的大分子合成，但缺乏产生能量的系统，必须依赖宿主获得 ATP，因此又被称为“能量寄生型生物”  4）在宿主细胞内生长繁殖具有独特的生活周期，即存在原体和始体两种形态。具有感染性的原体通过胞饮作用进入宿主细胞，被宿主细胞膜包围形成空泡，原体逐渐增大成为始体。始体无感染性，但能在空泡中以二分裂方式反复繁殖，形成大量新的原体，积聚于细胞质内成为各种形状的包涵体（inclusion body） ，宿主细胞破裂，释放出的原体则感染新的细胞。  5）衣原体广泛寄生于人类、哺乳动物及鸟类，少数致病，如沙眼衣原体是人类砂眼的病原体，  甚至引起结膜炎、  角膜炎、  角膜血管翳等临床症状，  成为致盲的重要原因。  1956年，我国微生物学家汤飞凡等应用鸡胚卵黄囊接种法，在国际上首先成功地分离培养出沙眼衣原体。现衣原体可用多种细胞培养。  6） 衣原体不耐热，60 度 10 分钟即被灭活，但它不怕低温，冷冻干燥可保藏多年。 对红霉素、氯霉素、四环素敏感。   粘细菌生活史：  1、营养细胞：杆状、柔软、缺乏坚硬的细胞壁，无鞭毛，产生粘液，可在固体表面作“滑行”运动，以分类方式进行繁殖。  2、子实体：营养细胞发育到一定阶段，在适宜的条件下彼此向对方移动，在一定位置聚集成团，形成形态各异，肉眼可见的子实体。单个子实体中可能含有 109 个或更多由某些营养细胞转变而成的休眠结构，称为拈孢子（mycospore） 。能形成子实体是粘细菌区别于其它原核微生物的最主要标志。  而在营养生长阶段如果有足够的养料就不形成子实体，当营养耗尽时，营养细胞群就开始形成子实体。子实体干燥后，可借助风力、水力等到处传播，遇到适宜的环境又萌发成为营养细胞。   蛭弧菌特性：  1、鞭毛多为偏端单生；  2、生活方式多样：寄生、兼性寄生，极少数腐生。一般认为后者为突变株；  3、可能成为防治有害细菌的一种有力武器。   蓝细菌特性：  1）分布极广；  2）形态差异极大；有球状、杆状和丝状体，个体直径一般为 3­10 mm，有的可达 60mm。当许多个体聚集在一起，可形成肉眼可见的、很大的群体。若繁茂生长，可使水的颜色随菌体颜色而变化。  3）细胞中含有叶绿素 a，进行产氧型光合作用。它被认为是地球上生命进化过程中第一个产氧的光合生物，对地球上从无氧到有氧的转变、真核生物的进化起着里程碑式的作用。  4）具有原核生物的典型细胞结构：细胞核无核膜，也不进行有丝分裂，细胞壁含胞壁酸和二氨基庚二酸，革兰氏染色阴性。  5）营养极为简单，不需要维生素，以硝酸盐或氨作为氮源，多数能固氮，其异形细胞（heterocyst）是进行固氮的场所。  6）分泌粘液层、荚膜或形成鞘衣，因此具有强的抗干旱能力。  7）无鞭毛，但能在固体表面滑行，进行光趋避运动。  8）许多种类细胞质中有气泡，使菌体漂浮，保持在光线最充足的地方，以利光合作用。   古生菌：  1977年，Carl Woese以 16S rRNA序列比较为依据，提出的独立于真细菌和真核生物之外的生命的第三种形式。在分类地位上与真细菌和真核生物并列为三域（Domain） ，并且在进化谱系上更接近真核生物。在细胞构造上与真细菌较为接近，同属原核生物。 多生活于一些生存条件十分恶劣的极端环境中，例如高温、高盐、高酸等。   真菌：一类低等真核生物  1、具有细胞核，进行有丝分裂；  2、细胞质中含有线粒体但没有叶绿体，不进行光合作用，无根、茎、叶的分化；  3、以产生有性孢子和无性孢子二种形式进行繁殖；  4、营养方式为化能有机营养（异养） 、好氧；  5、不运动（仅少数种类的游动孢子有 1­2 根鞭毛） ；  6、种类繁多，形态各异、大小悬殊，细胞结构多样；       霉菌：  “丝状真菌”的统称，  不是分类学上的名词。  霉菌菌体均由分枝或不分枝的菌丝  （hypha）构成。许多菌丝交织在一起，称为菌丝体（mycelium） 。 霉菌在自然界分布极广，土壤、水域、空气、动植物体内外均有它们的踪迹。常在潮湿的气候下大量生长繁殖，长出肉眼可见的丝状、绒状或蛛网状的菌丝体，有较强的陆生（可能因为好氧，在液体中生活不好） 。它们同人类的生产、生活关系密切，是人类实践活动中最早认识和利用的一类微生物。 食物、工农业制品的霉变（据统计全世界平均每年由于霉变而不能食（饲）用的谷物约占 2%，这是一笔相当惊人的经济损失。 有用物品的生产（如风味食品、酒精、抗生素（青霉素、灰黄霉素） 、有机酸（柠檬酸、葡萄糖酸、延胡索酸等） 、酶制剂（淀粉酶、果胶酶、纤维素酶等） 、维生素、甾体激素等。在农业上用于饲料发酵、植物生长刺激素（赤霉素） 、杀虫农药（白僵菌剂）等）引起动植物疾病，可引起约 3万种植物病害，是植物传染性病害的主要病原微生物，例如，我国在 1950年发生的麦锈病和 1974 年发生的稻瘟病，使小麦和水稻分别减产了60亿公斤；霉菌可引起多种人及动物的皮肤疾病及其他一些深层病变，如既可侵害皮肤、粘膜，又可侵害肌肉、骨骼、内脏，如可引起肺炎，此外，一些被霉菌感染的食品也可使人得病，如大米、花生中黄曲霉素、黄米毒素等均可引起动物致癌）腐生型霉菌在自然界物质转化中也有十分重要的作用；   菌丝的特化：  1） 菌环：菌丝交织成套状  2） 菌网：菌丝交织成网状 捕虫菌目（Zoopagales）这是在长期的自然进化中形成的特化结构，主要功能是用于吸收营养物质。这些生长在土壤中真菌是捕食者，形成的特异菌丝构成巧妙的网，可以捕捉小型原生动物或无脊椎动物，捕获物死后，菌丝伸入体内吸收营养。  3）附枝：匍匐菌丝、假根（类似树根，吸收营养） ，功能是固着和吸收营养，例如根霉（Rhizopus）匍匐枝和基质接触处分化出来的根状结构。  4）附着枝：若干寄生真菌由菌丝细胞生出 1­2个细胞的短枝，以将菌丝附着于宿主上，这种特殊的结构即附着枝。  5）吸器：一些专性寄生真菌从菌丝上分化出来的旁枝，侵入细胞内分化成指状、球状或丝状，用以吸收细胞内的营养。为吸收菌丝，进入藻类或植物细胞，二者共生。  6）附着胞，许多植物寄生真菌在其芽管或老菌丝顶端发生膨大，并分泌粘性物，借以牢固地粘附在宿主的表面，  这一结构就是附着胞，  附着胞上再形成纤细的针状感染菌丝，以侵入宿主的角质层而吸取营养。  7）菌核：是一种休眠的菌丝组织。由菌丝密集地交织在一起，其外层教坚硬、色深，内层疏松，大多呈白色。有些寄生性真菌与宿主共同形成假菌核。例如冬虫夏草。 8）子座：菌丝交织成垫状、壳状等，在子座外或内可形成繁殖器官。   霉菌菌落的特点： 由粗而长的分枝状菌丝组成，菌落疏松，呈绒毛状、絮状或蜘蛛网状，比细菌菌落大几倍到几十倍，有的没有固定大小。各种霉菌，在一定培养基上形成的菌落大小、形状、颜色等相对稳定，所以菌落特征也为分类依据之一。   霉菌的繁殖方式：  1）无性孢子繁殖 不经两性细胞配合，只是营养细胞的分裂或营养菌丝的分化（切割）而形成新个体的过程。 无性孢子有：厚垣孢子、节孢子、分生孢子、孢囊孢子等。  2）有性孢子繁殖 两个性细胞结合产生新个体的过程：  a）  质配： 两个性细胞结合，细胞质融合，成为双核细胞，每个核均含单倍染色体  （n+n） 。  b）核配：两个核融合，成为二倍体接合子核，此时核的染色体数是二倍（2n） 。  c）减数分裂：具有双倍体的细胞核经过减数分裂，核中的染色体数目又恢复到单倍体状态。   霉菌有性孢子繁殖的特点：  a）不如无性繁殖那么经常与普遍，在自然条件下较多，在一般培养基上不常见。  b）方式因菌种不同而异，有的两条营养菌丝就可以直接结合，有的则由特殊的性细胞（性器官）相互交配，形成有性孢子。  c）核配后一般立即进行减数分裂，因此菌体染色体数目为单倍，双倍体只限于接合子。  d）霉菌的有性繁殖存在同宗配合和异宗配合两种情况。  e）霉菌的有性孢子包括接合孢子、卵孢子、子囊孢子等。   霉菌的生活史： 无性繁殖阶段；菌丝体（营养体）在适宜的条件下产生无性孢子，无性孢子萌发形成新的菌丝体，多次重复。 有性繁殖阶段；在发育后期，在一定条件下，在菌丝体上分化出特殊性器官（细胞），质配、核配、减数分裂后形成单倍体孢子，再萌发形成新的菌丝体。 有一些霉菌，至尽尚未发现其生活史中有有性繁殖阶段，这类真菌称为半知菌。   霉菌孢子的特点： 霉菌具有极强的繁殖能力，可以通过无性繁殖或有性繁殖方式产生大量新个体。虽然其菌丝体上任一部分的菌丝碎片都能进行繁殖，但在正常自然条件下，它们还主要靠形形色色的无性或有性孢子进行繁殖。 霉菌的孢子具有小、轻、干、多以及形态色泽各异、休眠期长和抗逆性强等特点。但与细菌的芽孢却有很大的差别。霉菌孢子形态常有球形、卵形、椭圆形、礼帽形、土星型、肾形、线形、镰刀形等。每个个体所产生的孢子数量，经常是成千上万的，有时竟然达到几百亿、几千亿，甚至更多。孢子的这些特点，都有助于真菌在自然界中随机散播和繁殖。 对人类的实践来说，孢子的这些特点有利于接种、扩大培养、菌种选育、保藏和鉴定等工作。对人类不利之处则是易于造成污染、霉变和易于传播动植物的真菌疾病。真菌孢子与细菌芽孢的比较 项目 霉菌孢子 细菌芽孢 大小 大 小 数目 一条菌丝或一个细胞产多个  1个细胞只产 1个 形态 形态、色泽多样 形态简单 形成部位 可在细胞内或细胞外形成 只在细胞内形成 细胞核 真核 原核 功能 最重要的繁殖方式 不是繁殖方式，是抗性构造（休眠方式） 抗热性 不强，在 60­70℃下易杀死 极强，一般 100℃数十分钟才能杀死 产生菌 绝大多数种类可以产生 少数细菌可产生

 

酵母菌的菌落：与细菌菌落类似，但一般较细菌菌落大且厚，表面湿润，粘稠，易被挑起，多为乳白色，少数呈红色。 酵母菌的分布及与人类的关系：  1、多分布在含糖的偏酸性环境，也称为“糖菌”。  2、重要的微生物资源；  3、重要的科研模式微生物；  4、有些酵母菌具有危害性；   酵母菌的繁殖及生活史：  1、无性繁殖  1）芽殖：主要的无性繁殖方式，成熟细胞长出一个小芽，到一定程度后脱离母体继续长成新个体。  2）裂殖：少数酵母菌可以象细菌一样借细胞横割分裂而繁殖，例如裂殖酵母。  2、有性繁殖 酵母菌以形成子囊和子囊孢子的形式进行有性繁殖：  1）两个性别不同的单倍体细胞靠近，相互接触；  2）接触处细胞壁消失，质配；  3）核配，形成二倍体核的接合子：  A、以二倍体方式进行营养细胞生长繁殖，独立生活；下次有性繁殖前进行减数分裂。  B、进行减数分裂，形成 4个或 8 个子囊孢子，而原有的营养细胞就成为子囊。子囊孢子萌发形成单倍体营养细胞。  3、生活史 酵母菌单倍体和双倍体细胞均可独立存在，有三种类型：  1）营养体只能以单倍体形式存在（核配后立即进行减数分裂）  2）营养体只能以双倍体形式存在（核配后不立即进行减数分裂）  3）营养体既可以单倍体也可以双倍体形式存在，都可进行出芽繁殖。 酵母菌中尚未发现其有性阶段的被称为假酵母