第一章微生物的形态与结构(65学时)》 第一节细菌的形态与结构(3学时) [内容提要]细菌个体微小，要经染色后在光学显微镜下才能看见。最常用的有革兰氏染 色法，可将细菌分为革兰氏阳性及阴性两大类。就某种细菌而言，菌体有一定的大小及 形态。细菌的基本结构包括细胞壁、细胞膜、细胞质及核体等，革兰氏阳性菌的细胞壁 有较厚的肽聚糖及特有的磷壁酸。革兰氏阴性菌则有外膜，外膜由外膜蛋白、脂多糖等 构成，外膜下有一薄层肽聚糖。细菌的特殊结构有荚膜、S层、鞭毛、菌毛、芽胞等， 各有一定的结构及特殊的生理功能，与细菌的致病性及免疫原性有关 细菌(bacterium)是原核生物界(Prokaryotae)中的一大类单细胞微生物，在《伯 吉氏系统细菌学手册》中，广义的细菌除细菌外，还包括立克次体(Rickettsia)、入衣原 体(Chlamydia)、霉形体(fycoplasma)、螺旋体(Spirochetes)及放线菌(Actinomyces) 等。它们的个体微小，形态与结构简单，无典型的细胞核，只有核质，无核膜和核仁， 不进行有丝分裂，除核糖体外，无其他细胞器。 在一定条件下，就某种细菌都有其相对恒定的形态与结构，因此，研究和了解其形 态与结构特点，除有助于进行细菌分类鉴定外，而且与其生理功能、致病性及免疫性等 有关，对检测和控制动物病原微生物有重要的理论及实际意义。 一、细菌的形态 细菌的形态包括外形、大小和排列三个方面的内容。 (一)细菌的大小 1,细菌大小的度量单位：细菌个体微小，要经染色后在光学显微镜下才能看见。测 定细菌大小的单位通常是微米(micrometer,μm),即106m:度量其结构时，可用更 小单位毫微米(nanometer,nm)或再小的单位A(埃)。毫微米也称纳米，为10-3um,A° 为101nm:
7 第一章 微生物的形态与结构（6.5 学时） 第一节 细菌的形态与结构（3 学时） [内容提要] 细菌个体微小，要经染色后在光学显微镜下才能看见。最常用的有革兰氏染 色法，可将细菌分为革兰氏阳性及阴性两大类。就某种细菌而言，菌体有一定的大小及 形态。细菌的基本结构包括细胞壁、细胞膜、细胞质及核体等，革兰氏阳性菌的细胞壁 有较厚的肽聚糖及特有的磷壁酸。革兰氏阴性菌则有外膜，外膜由外膜蛋白、脂多糖等 构成，外膜下有一薄层肽聚糖。细菌的特殊结构有荚膜、S 层、鞭毛、菌毛、芽胞等， 各有一定的结构及特殊的生理功能，与细菌的致病性及免疫原性有关。 细菌（bacterium）是原核生物界（Prokaryotae）中的一大类单细胞微生物，在《伯 吉氏系统细菌学手册》中，广义的细菌除细菌外，还包括立克次体（Rickettsia）、衣原 体（Chlamydia）、霉形体（Mycoplasma）、螺旋体（Spirochetes）及放线菌（Actinomyces） 等。它们的个体微小，形态与结构简单，无典型的细胞核，只有核质，无核膜和核仁， 不进行有丝分裂，除核糖体外，无其他细胞器。 在一定条件下，就某种细菌都有其相对恒定的形态与结构，因此，研究和了解其形 态与结构特点，除有助于进行细菌分类鉴定外，而且与其生理功能、致病性及免疫性等 有关，对检测和控制动物病原微生物有重要的理论及实际意义。 一、细菌的形态 细菌的形态包括外形、大小和排列三个方面的内容。 （一）细菌的大小 1. 细菌大小的度量单位：细菌个体微小，要经染色后在光学显微镜下才能看见。测 定细菌大小的单位通常是微米（micrometer，m），即 10－6 m；度量其结构时，可用更 小单位毫微米(nanometer，nm)或再小的单位 A(埃)。毫微米也称纳米，为 10－3 m，A 为 10－1 nm
2.常见细菌的大小：细菌种类不同，其大小和表示有一定的差别，球菌以直径表示， 杆菌和螺旋状菌用长和宽表示，长者可达80um以上，短的仅有0.2um,大多数病原菌 其大小在数微米之间。球菌直径常为0.5~2.0um:杆菌较大者长3~8μm、宽1~125 um,中等大者长2~3um、宽0.5~1.0μm,小杆菌长0.7~1.5m、宽0.2~04m:螺 旋状菌以其两端的直线距离作长度，一般在2~2.0um之间，宽0.4~0.2m。 3.测量细菌大小的标准：细菌的大小以生长在适宜的温度和培养基中的幼龄（指对 数期)培养物为标准，一般以生长18~24h的培养物为标准。各种细菌的大小不完全相 同，但在一定的条件下，同种细菌的大小是相对稳定的，可作为鉴定它们的一个依据 细菌的大小介于动物细胞与病毒之间（图11）， 最大的细菌比最小的单细胞原生生物大得多，但原 。病毒 核生物细胞的平均大小远远小于原生生物细胞的平 均大小：最小的细菌细胞也远远小于最小的真核生 物细胞。有的细菌细胞用光学显微镜观察仅能勉强 分辨出，它们的大小和较大的病毒是重叠的。 1.真核细胞的体积：单细胞藻类一般为5,000 物细转 15,000μm3,极限为5~100,000um3:原生动物细胞 一般为10,000~50,000um3,极限20~1.5亿μm3: 酵母菌细胞一般为20一50μm3,极限为20~50μm3。 图细菌、 2.原核细胞的体积：光合细菌一般为5~50 μm3,极限为0.1~5,000μm3;螺旋体一般为0.1~2um3,极限为0.05~1,000m3;霉 形体一般为0.01~0.1um3,极限为0.01~0.1um3。 3.病毒粒子的体积：痘病毒为0.01m3,狂犬病毒为0.0015m3,流感病毒为0.0005 um3,脊髓灰质炎病毒为0.00001um2。 (二)、细菌的外形和排列 细菌的种类较多，但其外形比较简单，仅有球状、杆状和螺旋状三种基本类型及某 些其他形态（图12）
8 2. 常见细菌的大小：细菌种类不同，其大小和表示有一定的差别，球菌以直径表示， 杆菌和螺旋状菌用长和宽表示，长者可达 80 m 以上，短的仅有 0.2 m，大多数病原菌 其大小在数微米之间。球菌直径常为 0.5～2.0 m；杆菌较大者长 3～8 m、宽 1～1.25 m，中等大者长 2～3 m、宽 0.5～1.0 m，小杆菌长 0.7～1.5 m、宽 0.2～0.4 m；螺 旋状菌以其两端的直线距离作长度，一般在 2～2.0 m 之间，宽 0.4～0.2 m。 3. 测量细菌大小的标准：细菌的大小以生长在适宜的温度和培养基中的幼龄（指对 数期）培养物为标准，一般以生长 18～24 h 的培养物为标准。各种细菌的大小不完全相 同，但在一定的条件下，同种细菌的大小是相对稳定的，可作为鉴定它们的一个依据。 细菌的大小介于动物细胞与病毒之间（图 1-1）。 最大的细菌比最小的单细胞原生生物大得多，但原 核生物细胞的平均大小远远小于原生生物细胞的平 均大小；最小的细菌细胞也远远小于最小的真核生 物细胞。有的细菌细胞用光学显微镜观察仅能勉强 分辨出，它们的大小和较大的病毒是重叠的。 1. 真核细胞的体积：单细胞藻类一般为 5,000～ 15,000 m3，极限为 5～100,000 m3；原生动物细胞 一般为 10,000～50,000 m3，极限 20～1.5 亿m3； 酵母菌细胞一般为 20～50 m3，极限为 20～50 m3。 2. 原核细胞的体积：光合细菌一般为 5～50 m3，极限为 0.1～5,000 m3；螺旋体一般为 0.1～2 m3，极限为 0.05～1,000 m3；霉 形体一般为 0.01～0.1 m3，极限为 0.01～0.1 m3。 3. 病毒粒子的体积：痘病毒为 0.01 m3，狂犬病毒为 0.0015 m3，流感病毒为 0.0005 m3，脊髓灰质炎病毒为 0.00001 m3。 （二）、细菌的外形和排列 细菌的种类较多，但其外形比较简单，仅有球状、杆状和螺旋状三种基本类型及某 些其他形态（图 1-2）。 病毒 细菌 动物细胞核 图 1-1 细菌、病毒与动物细胞大小示意 （据 Madigan 等）
细菌的繁殖方式都是简单的裂殖，不同细 菌裂殖后其菌体排列方式不同。有些细菌分裂 后单个存在，有些细菌分裂后彼此仍有原浆带 相连，形成一定的排列方式。在正常情况下， 各种细菌常保持一定的外形和排列，是相对稳 定的特征，可作为细菌分类与鉴定的一种依据。 球菌(coccus,复数cocci) 多数球菌菌体呈正圆球形，有的呈椭圆形、 半月形、矛头形、肾形和扁豆形等。按其分裂 方向及分裂后的排列情况，可将球菌分为微球 菌、双球菌、链球菌、葡萄球菌、四联球菌和 八叠球菌等。 1.微球菌(Micrococeus):分裂后单个散在， 菌体多为正圆形。 2.双球菌(Diplococcus):沿一个平面分裂， 分裂后两两相连，其接触面有时呈扁平或凹入， 菌体可呈肾状、扁豆状、矛头状或半月状。例 如肺炎链球菌(Streplococcus pneumoniae)。 3.链球菌(Streptococcus):沿一个平面连续 图2细菌的各种形态示意图及电镜照片 分裂，分裂后三个以上菌体连成短链或长链。 据Madigan等 例如猪链球菌(Streptococcus suis)。 4.葡萄球菌(Staphylococcus):沿多个不规则的平面分裂，分裂后多个菌体堆积在一 起，似葡萄串状。例如金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)。 5.四联球菌(Tetracoccus):先后沿两个互相垂直的平面分裂，分裂后四个菌体联在 起呈“田”字形。如丁酸四联球菌(Tetracoccus bytyri)。 6.八叠球菌(Sarcina):先后沿三个互相垂直的平面分裂，分裂后八个菌体叠在一起 呈捆扎的包裹状。如黄色八叠球菌(Sarcina fava)。 杆菌(bacillus,复数bacilli) 1.杆菌的外形：杆菌一般呈正圆柱形，也有的近似卵圆形。菌体多数平直，亦有 稍弯曲者，两端多为钝圆，少数是平截或尖锐状。依菌体的粗细长短，可将杆菌描述为 9
9 细菌的繁殖方式都是简单的裂殖，不同细 菌裂殖后其菌体排列方式不同。有些细菌分裂 后单个存在，有些细菌分裂后彼此仍有原浆带 相连，形成一定的排列方式。在正常情况下， 各种细菌常保持一定的外形和排列，是相对稳 定的特征，可作为细菌分类与鉴定的一种依据。 球菌（coccus，复数 cocci） 多数球菌菌体呈正圆球形，有的呈椭圆形、 半月形、矛头形、肾形和扁豆形等。按其分裂 方向及分裂后的排列情况，可将球菌分为微球 菌、双球菌、链球菌、葡萄球菌、四联球菌和 八叠球菌等。 1. 微球菌(Micrococcus)：分裂后单个散在， 菌体多为正圆形。 2. 双球菌(Diplococcus)：沿一个平面分裂， 分裂后两两相连，其接触面有时呈扁平或凹入， 菌体可呈肾状、扁豆状、矛头状或半月状。例 如肺炎链球菌（Streptococcus pneumoniae）。 3. 链球菌(Streptococcus)：沿一个平面连续 分裂，分裂后三个以上菌体连成短链或长链。 例如猪链球菌（Streptococcus suis）。 4. 葡萄球菌(Staphylococcus)：沿多个不规则的平面分裂，分裂后多个菌体堆积在一 起，似葡萄串状。例如金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）。 5. 四联球菌(Tetracoccus)：先后沿两个互相垂直的平面分裂，分裂后四个菌体联在 一起呈“田”字形。如丁酸四联球菌(Tetracoccus bytyri)。 6. 八叠球菌(Sarcina)：先后沿三个互相垂直的平面分裂，分裂后八个菌体叠在一起 呈捆扎的包裹状。如黄色八叠球菌(Sarcina flava)。 杆菌（bacillus，复数 bacilli） 1. 杆菌的外形：杆菌一般呈正圆柱形，也有的近似卵圆形。菌体多数平直，亦有 稍弯曲者，两端多为钝圆，少数是平截或尖锐状。依菌体的粗细长短，可将杆菌描述为 图 1-2 细菌的各种形态示意图及电镜照片 （据 Madigan 等） 球菌 杆菌 螺旋状菌 螺旋体 出芽状及柄状菌 丝状菌
粗大杆菌、粗短杆菌、细长杆菌、中等大小杆菌、小杆菌和球杆菌(coccobacillus)。有 些杆菌一端膨大，菌体形似棒状，称棒状杆菌：有些则形成侧支或分枝，称为分枝杆菌 (mycobacterium):有的呈长丝状，如坏死梭杆菌(Fusobacterium necroporum)。 2.杆菌的排列：杆菌的分裂与菌体长轴相垂直（横分裂）。多数杆菌分裂后单独散 在，称为单杆菌：有些杆菌分裂后两俩相连成对存在，或者两个以上连成链状排列，前 者称为双杆菌(diplobacilli),后者称为链杆菌(streptobacilli)。 螺旋状菌(spiral form bacteria) 也称螺形菌(spirillar bacterium)。菌体呈弯曲或螺旋状的圆柱形，两端圆或尖突。根 据螺旋数又可分为弧菌(vibrio)和螺菌(spirillum)两种，前者菌体长2-3μm,只有 一个弯曲，呈弧形或逗点状，后者菌体较长，约36μm,有两个以上的弯曲，捻转呈 螺旋状。 (三)、细菌的衰老型和多形性 细菌在适宜条件下培养，在对数繁殖期的菌形比较典型和一致。在不良环境或老龄 期，会出现和正常形状不一样的个体，甚至染色特性也会改变，称为衰老型或退化型 (involution form)。重新处于正常的培养环境时，即可恢复正常的形状。但也有些细菌， 纵使在适宜的环境中生长，其形状也很不一致，这种现象称为多形性(pleomorphism)。 (四)、细菌的群体形态 在适宜条件和固体培养基表面或内部，细菌生长繁殖可形成由巨大数量的菌体组成 的肉眼可见的、有一定形态的独立群体，称为菌落(colony),又称克隆(clone)。若长 出的菌落，联成一片，称之为菌苔(awn)。 各种细菌的菌落在大小、形状、边缘结构、表面性状、隆起度、色泽与透明度、质 地以及溶血性等方面有各自的特征，可形成形态各异的菌落，可作为细菌分类鉴定的依 据。菌落可视之为由单个菌细胞繁殖而来，因此，在细菌学工作中常通过固体培养基上 的菌落，进行细菌的分离、纯化、计数及鉴定等。 二、细菌的结构 细菌虽为原核单细胞生物，其细胞也具有细胞壁、细胞膜、细胞质、核体等基本结 构（图1-3），有的还有荚膜、S层、鞭毛、菌毛、芽孢等具特殊功能的结构。原核细胞
10 粗大杆菌、粗短杆菌、细长杆菌、中等大小杆菌、小杆菌和球杆菌（coccobacillus）。有 些杆菌一端膨大，菌体形似棒状，称棒状杆菌；有些则形成侧支或分枝，称为分枝杆菌 （mycobacterium）；有的呈长丝状，如坏死梭杆菌（Fusobacterium necroporum）。 2. 杆菌的排列：杆菌的分裂与菌体长轴相垂直（横分裂）。多数杆菌分裂后单独散 在，称为单杆菌；有些杆菌分裂后两俩相连成对存在，或者两个以上连成链状排列，前 者称为双杆菌（diplobacilli），后者称为链杆菌（streptobacilli）。 螺旋状菌（spiral form bacteria） 也称螺形菌(spirillar bacterium)。菌体呈弯曲或螺旋状的圆柱形，两端圆或尖突。根 据螺旋数又可分为弧菌（vibrio）和螺菌（spirillum）两种，前者菌体长 2~3μｍ，只有 一个弯曲，呈弧形或逗点状，后者菌体较长，约 3~6μｍ，有两个以上的弯曲，捻转呈 螺旋状。 （三）、细菌的衰老型和多形性 细菌在适宜条件下培养，在对数繁殖期的菌形比较典型和一致。在不良环境或老龄 期，会出现和正常形状不一样的个体，甚至染色特性也会改变，称为衰老型或退化型 （involution form）。重新处于正常的培养环境时，即可恢复正常的形状。但也有些细菌， 纵使在适宜的环境中生长，其形状也很不一致，这种现象称为多形性（pleomorphism）。 （四）、细菌的群体形态 在适宜条件和固体培养基表面或内部，细菌生长繁殖可形成由巨大数量的菌体组成 的肉眼可见的、有一定形态的独立群体，称为菌落（colony），又称克隆（clone）。若长 出的菌落，联成一片，称之为菌苔（lawn）。 各种细菌的菌落在大小、形状、边缘结构、表面性状、隆起度、色泽与透明度、质 地以及溶血性等方面有各自的特征，可形成形态各异的菌落，可作为细菌分类鉴定的依 据。菌落可视之为由单个菌细胞繁殖而来，因此，在细菌学工作中常通过固体培养基上 的菌落，进行细菌的分离、纯化、计数及鉴定等。 二、细菌的结构 细菌虽为原核单细胞生物，其细胞也具有细胞壁、细胞膜、细胞质、核体等基本结 构（图 1-3），有的还有荚膜、S 层、鞭毛、菌毛、芽孢等具特殊功能的结构。原核细胞
较真核细胞简单的多，它们的主要区别如下。 表1原核细胞与真核细胞的比较 比较项目 原核细胞 真核细胞 类群 细菌、蓝绿藻 藻类、真菌、原生动物、动物、植 细胞直径 多小于2m 运动 推状武滑动。每根毛呈单根纤 多大于5μm 复合纤维状排列 米巴运动，每根鞭毛 细胞核 核膜 交 染色体 单根环状DNA附着于细胞膜或间体， 若干线状染色体。DNA与碱性蛋白 不与蛋白质结合 质、组蛋白结合，形成染色体 核分裂 单一源双向复制。裂殖 有有丝分裂减分胞周期，具 合子 形成机制 接合、转化 转号 接合 质 具有部分双倍体的部分合子 双倍体合子 细胞质 物理性状 不可逆凝胶状 可逆凝胶状 不运动 能运动 线粒体 有 内质网 有 高尔基体 无 有 叶绿体 无，有的有类囊体 有（植物细胞） 一般无 心粒 无 有（动物细胞 核糖体 70S 80S 细胞聘 主要由肽聚唐组成 不含肽聚唐，主要由纤维素组成 其他 胞壁酸 无 二酸 全无 的 部分有 克分子百分比 差异很大，30%-80% 比较一致，约40% (一)、细菌的基本结构 细胞壁(cell wall)细胞壁在细菌细胞的外层，是紧贴在细胞膜外的一层无色透明 坚韧而具有一定弹性的膜。将细菌经高渗溶液处理后染色，或用特殊方法染色，在光学 显微镜下观察，可见细胞壁。或将细菌制作超薄切片，用电镜观察。 11
11 较真核细胞简单的多，它们的主要区别如下。 表 1 原核细胞与真核细胞的比较 比较项目 原核细胞 真核细胞 类 群 细菌、蓝绿藻 藻类、真菌、原生动物、动物、植 物 细胞直径 多小于 2 m 多大于 5 m 运 动 鞭毛运动或滑动，每根鞭毛呈单根纤 维状排列 鞭毛运动或阿米巴运动，每根鞭毛 呈复合纤维状排列 细胞核 核 膜 无 有 核 仁 无 有 染 色 体 单根环状DNA附着于细胞膜或间体， 不与蛋白质结合 若干线状染色体。DNA 与碱性蛋白 质、组蛋白结合，形成染色体 核 分 裂 单一源双向复制。裂殖 多源双向复制。部分细胞周期，具 有有丝分裂或减数分裂 合 子 形成机制 接合、转化、转导 接合 性 质 具有部分双倍体的部分合子 双倍体合子 细胞质 物理性状 不可逆凝胶状 可逆凝胶状 运 动 不运动 能运动 线 粒 体 无 有 间 体 有 无 内 质 网 无 有 高尔基体 无 有 叶 绿 体 无，有的有类囊体 有（植物细胞） 微丝、微管 一般无 有 中 心 粒 无 有（动物细胞） 核 糖 体 70 S 80 S 细胞壁 主要由肽聚唐组成 不含肽聚唐，主要由纤维素组成 其 他 胞 壁 酸 有 无 二氨基庚二酸 部分有 全无 DNA 中的 G＋C 克分子百分比 差异很大，30%～80% 比较一致，约 40% （一）、细菌的基本结构 细胞壁（cell wall） 细胞壁在细菌细胞的外层，是紧贴在细胞膜外的一层无色透明、 坚韧而具有一定弹性的膜。将细菌经高渗溶液处理后染色，或用特殊方法染色，在光学 显微镜下观察，可见细胞壁。或将细菌制作超薄切片，用电镜观察
1.结构与化学组成：用革 兰氏(Gam)染色法染色，可 以把细菌分为革兰氏阳性菌和 革兰氏阴性菌两大类，它们的细 胞壁结构和成分有区别（图 1-4). (1)革兰氏阳性菌的细胞 普通 性毛 壁（图14A)无分化结构， 图I-3细细胞结构模式图（据Ryan等） 壁磷壁酸胎磷壁酸(LTA) 888 888878888 88888 88888 88 图14细菌细跑壁结构模式图（据Se等） 较厚，厚约15~80m。其化学成分主要是肽聚糖，占细胞壁物质的40~95%，形成15~ 50层肽聚糖网状分子组成的聚合体，得以使细胞壁坚韧而富有弹性。此外，还有磷壁酸 (teichoic acid)、多糖、蛋白质（如金黄色葡萄球菌的A蛋白，A群链球菌的M蛋白）等。 分枝杆菌则含占细胞壁成分近13的的脂类，多数以分枝杆菌酸(mycolic acid)或蜡质 的形式存在。 肽聚糖(peptidoglycan),又称粘肽(mucopeptide)、糖肽(lycopeptide)或胞壁质 (mure in),是细菌细胞壁所特有的物质。革兰氏阳性菌细胞壁的肽聚糖是由聚糖链支 架、四肽侧链和五肽交联桥三部分组成的复杂聚合物（图15B)。聚糖链支架由N乙酰 葡糖胺(N-acetylmuramic acid)和N乙酰胞壁酸(N-acetylglucosamine)通过B-L,4糖 苷键交替连接组成。四肽侧链依次由L-丙氨酸、D谷氨酸（或D异谷氨酰胺）、L-赖 氨酸、D丙氨酸所组成，均联接于胞壁酸。五肽联桥由5个甘氨酸组成，交联于相邻 两条聚糖链支架的四肽侧链上第一条第3位L-赖氨酸及第二条第4位D丙氨酸之间
12 1. 结构与化学组成：用革 兰氏（Gram）染色法染色，可 以把细菌分为革兰氏阳性菌和 革兰氏阴性菌两大类，它们的细 胞壁结构和 成分有区 别（图 1-4）。 （1）革兰氏阳性菌的细胞 壁（图 1-4A） 无分化结构， 较厚，厚约 15～80 nm。其化学成分主要是肽聚糖，占细胞壁物质的 40～95％，形成 15～ 50 层肽聚糖网状分子组成的聚合体，得以使细胞壁坚韧而富有弹性。此外，还有磷壁酸 (teichoic acid)、多糖、蛋白质（如金黄色葡萄球菌的 A 蛋白，Ａ群链球菌的Ｍ蛋白）等。 分枝杆菌则含占细胞壁成分近 1/3 的的脂类，多数以分枝杆菌酸（mycolic acid）或蜡质 的形式存在。 肽聚糖（peptidoglycan），又称粘肽（mucopeptide）、糖肽（glycopeptide）或胞壁质 （murein），是细菌细胞壁所特有的物质。革兰氏阳性菌细胞壁的肽聚糖是由聚糖链支 架、四肽侧链和五肽交联桥三部分组成的复杂聚合物（图 1-5B）。聚糖链支架由Ｎ-乙酰 葡糖胺（N-acetylmuramic acid）和Ｎ-乙酰胞壁酸（N-acetylglucosamine）通过β-1, 4 糖 苷键交替连接组成。四肽侧链依次由Ｌ-丙氨酸、Ｄ-谷氨酸（或Ｄ-异谷氨酰胺）、Ｌ-赖 氨酸、Ｄ-丙氨酸所组成，均联接于胞壁酸。五肽联桥由 5 个甘氨酸组成，交联于相邻 两条聚糖链支架的四肽侧链上第一条第 3 位Ｌ-赖氨酸及第二条第 4 位Ｄ-丙氨酸之间， 图 1-3 细菌细胞结构模式图（据 Ryan 等） 核体 核糖体 细胞质 间体 细胞膜 细胞壁 荚膜 性菌毛 质粒 普通菌毛 鞭毛 壁磷壁酸 脂磷壁酸（LTA） OMP （脂蛋白） OMP（微孔蛋白） OMP 表层蛋白 肽 聚 糖 LPS 细 胞 壁 细 胞 膜 外 膜 细 胞 膜 周质 间隙 A 革兰氏阳性菌 B 革兰氏阴性菌 图 1-4 细菌细胞壁结构模式图（据 Salyers 等）
于是构成十分坚韧的三维立体结构。溶菌酶能水解肽聚糖链支架中的BL,4糖苷键，故 能裂解肽聚糖。 聚糖 磷壁酸(teichoic -G-M-G -G-M-G- acid),又名垣酸， L- 为革兰氏阳性菌所 NH 特有的一种酸性多 D Glu D Ala 糖，主要成分为核 -G-M-G- 糖醇磷壁酸或甘油 磷壁酸等五种类 型，是由核糖醇 图15肽聚糖的短肽组成及交联方式示意 (ibitol)或甘油(glycerol)残基经磷酸二酯键相互联接而成的多聚物，并带有一些氨 基酸或糖。磷壁酸分子组成长链，穿插于肽聚糖层中（图14A),可分为两类，其一与 肽聚糖分子间共价结合的为壁磷壁酸(wall teichoic acid),另一跨越肽聚糖层并与细胞 膜相交联的为膜磷壁酸(membrane teichoic acid),又叫脂磷壁酸lipoteichoic acid,LTA)。 磷壁酸的主要生理功能为：①带有较多负电荷，能与Mg*结合，以维持细胞膜上一些 需Mg+合成酶的活性：②具细菌特异的表面抗原：③增强细菌的致病作用，对宿主细 胞具有粘附(（主要为膜磷壁酸）、避免被白细胞吞噬以及抗补体的作用，如为A群链球菌 的毒力因子：④为噬菌体提供特异的吸附受体：⑤能调节细胞内自溶素(autolysin)的活 力，以防止细胞因自溶而死亡。 （2革兰氏阴性菌的细胞壁较薄，约10~15nm,其结构和成分较复杂（图1-4B), 由外膜(outer membrane)(外胞壁)、肽聚糖层（内胞壁）和周质间隙(periplasmic space)) 组成。肽聚糖是仅由1~2层肽聚糖网状分子组成的薄层(2~3m,含量约占细胞壁总 重的10%，疏松肽网状聚糖贯穿于周质间隙之中；外层的外膜由脂多糖、磷脂、蛋白质 和脂蛋白等复合构成，最外层为脂多糖，双层分子的磷脂居中，外膜蛋白穿插其中，再 内为交联外膜与肽聚糖层的脂蛋白：周质间隙是指外膜与细胞膜之间的狭窄空间（宽约 12~15m),呈胶状，内含多种周质蛋白，包括水解酶类（蛋白酶、核酶等）、合成酶类（肽 聚糖合成酶等、运送营养物质的结合蛋白以及与细胞趋化性相关的受体蛋白等。 脂多糖(lipopolysaccharide,LPS),为革兰氏阴性细菌所特有，位于外壁层的最表 面，厚约8l0nm。由类脂A,核心多糖和侧链多糖三部分组成。类脂A(1 lipid A)是 13
13 于是构成十分坚韧的三维立体结构。溶菌酶能水解肽聚糖链支架中的β-1, 4 糖苷键，故 能裂解肽聚糖。 磷壁酸（teichoic acid），又名垣酸， 为革兰氏阳性菌所 特有的一种酸性多 糖，主要成分为核 糖醇磷壁酸或甘油 磷壁酸等五种类 型，是由核糖醇 （ribitol）或甘油（glycerol）残基经磷酸二酯键相互联接而成的多聚物，并带有一些氨 基酸或糖。磷壁酸分子组成长链，穿插于肽聚糖层中（图 1-4Ａ），可分为两类，其一与 肽聚糖分子间共价结合的为壁磷壁酸（wall teichoic acid），另一跨越肽聚糖层并与细胞 膜相交联的为膜磷壁酸(membrane teichoic acid)，又叫脂磷壁酸(lipoteichoic acid，LTA)。 磷壁酸的主要生理功能为：①带有较多负电荷，能与 Mg2＋结合，以维持细胞膜上一些 需 Mg2＋合成酶的活性；②具细菌特异的表面抗原；③增强细菌的致病作用，对宿主细 胞具有粘附((主要为膜磷壁酸)、避免被白细胞吞噬以及抗补体的作用，如为Ａ群链球菌 的毒力因子；④为噬菌体提供特异的吸附受体；⑤能调节细胞内自溶素(autolysin)的活 力，以防止细胞因自溶而死亡。 （2）革兰氏阴性菌的细胞壁 较薄，约 10～15 nm，其结构和成分较复杂（图 1-4B）， 由外膜(outer membrane)（外胞壁）、肽聚糖层（内胞壁）和周质间隙(periplasmic space) 组成。肽聚糖是仅由 1～2 层肽聚糖网状分子组成的薄层(2～3 nm)，含量约占细胞壁总 重的 10%，疏松肽网状聚糖贯穿于周质间隙之中；外层的外膜由脂多糖、磷脂、蛋白质 和脂蛋白等复合构成，最外层为脂多糖，双层分子的磷脂居中，外膜蛋白穿插其中，再 内为交联外膜与肽聚糖层的脂蛋白；周质间隙是指外膜与细胞膜之间的狭窄空间(宽约 12～15 nm)，呈胶状，内含多种周质蛋白，包括水解酶类(蛋白酶、核酶等)、合成酶类(肽 聚糖合成酶等)、运送营养物质的结合蛋白以及与细胞趋化性相关的受体蛋白等。 脂多糖（lipopolysaccharide，LPS），为革兰氏阴性细菌所特有，位于外壁层的最表 面，厚约 8~10 nm。由类脂Ａ，核心多糖和侧链多糖三部分组成。类脂Ａ（lipid A）是 聚糖 — G — M — G — — G — M — G — │ │ L — Ala L — Ala │ │ — G — M — G — D — Glu D — Ala D — Glu — NH │ │ │ │ L — Ala DAP DAP L — Lys │ │ │ │ D — Glu — NH D — Ala D — Glu D — Ala │ │ L — Lys L — Ala │ │ D — Ala — G — M — G — A 大肠杆菌 B 金黄色葡萄球菌 G 代表乙酰葡萄糖胺（N-Acetyl-D-Glucosamine） M 代表乙酰胞壁酸（N-Acetyl-D-Muramic acid） 图 1-5 肽聚糖的短肽组成及交联方式示意 Gly │ Gly │ Gly │ Gly │ Gly 短肽
一种结合有多种长链脂肪酸的氨基葡萄糖聚二糖链，是内毒素的主要毒性成分，发挥多 种生物学效应，能致动物体发热，白细胞增多，直至休克死亡。各种革兰氏阴性菌的类 脂A结构极相似，无种属特异性。核心多糖位于类脂A的外层，由葡萄糖、半乳糖等组 成，与类脂A共价联结，核心多糖具有属特异性。侧链多糖在LPS的最外侧，即为菌体 (0)抗原，由35个低聚糖单位重复构成的多糖链，其中单糖的种类、位置、排列和 构型均不同，具有种、型特异性。LPS有吸附Mg+、C+等阳离子的作用，也是噬菌体 在细菌表面的特异性吸附受体。 外膜蛋白(outer membrance protein,.OMP),是外膜层中镶嵌的多种蛋白质的统称。 按含量及功能的重要性可将OMP分为主要及次要两类。主要外膜蛋白包括微孔蛋白 (poi)及脂蛋白等。微孔蛋白由三个相同分子量的亚单位组成，形成跨越外膜的微小 孔道，起分子筛的作用，仅允许小分子量的营养物质通过，大分子物质不能通过，因此 溶菌酶之类的物质不易作用到革兰氏阴性菌的肽聚糖。某些特异的微孔蛋白与细菌对宿 主细胞的粘附或与某些特定物质的摄取有关，发挥受体的作用。脂蛋白(lipoprotein) 的作用是使外膜层与肽聚糖牢固地连接，可作为噬菌体的受体，或参与铁及其它营养物 质的转运 OMP可呈现一定的电泳图谱，据此可对某些革兰多阴性菌及菌株进行鉴定、分型 以及提供分子流行病学的信息。 2.细胞壁的功能：①维持细菌的一定外形：②保护细菌耐受低渗环境：③具有屏障 作用，可选择性的阻止某些较大外物进入和菌体内某些物质的逸出，维持菌体内外离子 平衡：④参与细菌的正常分裂，分裂时细胞壁向内凹陷形成横隔(cross wal):⑤赋予细 菌具有特定的抗原性、致病性、对噬菌体与药物的敏感性以及革兰氏染色特性。 3.细菌细胞壁的化学组成及结构与细菌染色反应和药敏性的关系：由于细菌细胞壁 中肽聚糖的含量和其结构的不同，致使对革兰氏染色表现为阴性（红色）和阳性（蓝色） 两种反应。因分枝杆菌等革兰氏阳性菌细胞壁含有分枝杆菌酸或蜡质，具抗含酸酒精的 脱色作用而表现抗酸性染色反应。 细胞壁的渗透屏障作用可阻止药物到达其作用部位。因革兰氏阴性菌细胞壁的结构 和组成比革兰氏阳性菌复杂，一般来说，革兰氏阴性菌对多种抗菌药物具有抵抗力，而 革兰氏阳性菌则比较敏感，例如对青莓素，革兰氏阳性菌比革兰氏阴性菌敏感。 4.细胞壁缺损的或无细胞壁的细菌：①革兰氏阳性菌经溶菌酶或青毒素处理后，可 完全除去细胞壁，形成仅由细胞膜包裹细胞质的脆弱细胞，称为原生质体(protoplast)
14 一种结合有多种长链脂肪酸的氨基葡萄糖聚二糖链，是内毒素的主要毒性成分，发挥多 种生物学效应，能致动物体发热，白细胞增多，直至休克死亡。各种革兰氏阴性菌的类 脂Ａ结构极相似，无种属特异性。核心多糖位于类脂Ａ的外层，由葡萄糖、半乳糖等组 成，与类脂Ａ共价联结，核心多糖具有属特异性。侧链多糖在 LPS 的最外侧，即为菌体 （O）抗原，由 3~5 个低聚糖单位重复构成的多糖链，其中单糖的种类、位置、排列和 构型均不同，具有种、型特异性。LPS 有吸附 Mg2+、Ca2+等阳离子的作用，也是噬菌体 在细菌表面的特异性吸附受体。 外膜蛋白（outer membrance protein, OMP），是外膜层中镶嵌的多种蛋白质的统称。 按含量及功能的重要性可将 OMP 分为主要及次要两类。主要外膜蛋白包括微孔蛋白 （porin）及脂蛋白等。微孔蛋白由三个相同分子量的亚单位组成，形成跨越外膜的微小 孔道，起分子筛的作用，仅允许小分子量的营养物质通过，大分子物质不能通过，因此 溶菌酶之类的物质不易作用到革兰氏阴性菌的肽聚糖。某些特异的微孔蛋白与细菌对宿 主细胞的粘附或与某些特定物质的摄取有关，发挥受体的作用。脂蛋白（lipoprotein） 的作用是使外膜层与肽聚糖牢固地连接，可作为噬菌体的受体，或参与铁及其它营养物 质的转运。 OMP 可呈现一定的电泳图谱，据此可对某些革兰多阴性菌及菌株进行鉴定、分型 以及提供分子流行病学的信息。 2. 细胞壁的功能：①维持细菌的一定外形；②保护细菌耐受低渗环境；③具有屏障 作用，可选择性的阻止某些较大外物进入和菌体内某些物质的逸出，维持菌体内外离子 平衡；④参与细菌的正常分裂，分裂时细胞壁向内凹陷形成横隔(cross wall)；⑤赋予细 菌具有特定的抗原性、致病性、对噬菌体与药物的敏感性以及革兰氏染色特性。 3. 细菌细胞壁的化学组成及结构与细菌染色反应和药敏性的关系：由于细菌细胞壁 中肽聚糖的含量和其结构的不同，致使对革兰氏染色表现为阴性（红色）和阳性（蓝色） 两种反应。因分枝杆菌等革兰氏阳性菌细胞壁含有分枝杆菌酸或蜡质，具抗含酸酒精的 脱色作用而表现抗酸性染色反应。 细胞壁的渗透屏障作用可阻止药物到达其作用部位。因革兰氏阴性菌细胞壁的结构 和组成比革兰氏阳性菌复杂，一般来说，革兰氏阴性菌对多种抗菌药物具有抵抗力，而 革兰氏阳性菌则比较敏感，例如对青霉素，革兰氏阳性菌比革兰氏阴性菌敏感。 4. 细胞壁缺损的或无细胞壁的细菌：①革兰氏阳性菌经溶菌酶或青霉素处理后，可 完全除去细胞壁，形成仅由细胞膜包裹细胞质的脆弱细胞，称为原生质体（protoplast）
②用溶菌酶等作用苹兰氏阴性菌，仅去除细胞壁内的肽聚糖，形成仍有外膜层包裹的菌 细胞，称为原生质球(spheroplast),也称圆质体或球状体。将两个不同的原生质体或原生 质球融合并再生成一个细菌的技术，称为原生质体融合技术。③L型细菌，是细菌的一 种无细胞壁的变型（因Lister Institute of Preventive Medicine首次发现，故命名为L型细 菌)。目前通常将细胞壁缺陷的细菌，包括原生质体及原生质球，统称为细菌L型。但 是严格意义的细菌L型是指细菌自发、或经诱导剂诱导形成的遗传稳定的细胞壁缺陷菌 株。而原生质体和原生质球是细菌由人工处理形成的，不能分裂的细胞。 细胞膜(cell membrane)又称细胞质膜(cytoplasmic membrane)。位于细胞壁内侧 是紧紧地包裹在细胞浆的外面的一层富有弹性的、菲薄的半透性生物膜。与一般细胞膜 在结构、化学成分、功能上无多大区别，其结构基本上同于真核细胞膜的液态镶嵌结构。 细菌细胞膜的功能也与真核细胞膜相似。①膜上分布有许多酶，例如B半乳糖苷酶 ATP酶及各种合成酶等，可支持细胞的电子转运与氧化磷酸化：②进行细胞内外的物质 转运、交换，维持细胞内正常渗透压：③合成细胞壁、荚膜的各组分：④着生鞭毛并供 应细菌运动所需能量等作用。细胞膜受到损伤，细菌将死亡。 间体(mesosome),是细胞膜凹入陷折叠而成的一种囊状、管状或层状的结构。革 兰氏阳性菌较为常见。其功能与真核细胞的线粒体相似，与呼吸有关，并有促进细胞分 裂的作用。 核体(nuclear body)细菌为原核生物，其基因组DNA无核膜包围，分布于细胞质 内，称为核体或拟核(nucleoid)。核体在细胞质中心或边缘区，呈球状、哑铃状、带状 网状等形态。 细菌核体是一个共价闭合、环状的双链大型DNA分子。例如大肠杆菌的核体DNA 分子，分子量约3×10°，约有5×10个碱基对，含30005000个基因。细菌的DNA无 蛋白质相结合，依赖促旋酶(gyrase)形成超螺旋结构。核体仅在复制的短时间内为双 倍体，一般均是单倍体。核体含细菌的遗传基因，控制细菌的遗传与变异。 除核体DNA外，有些细菌还具有能自行复制、随宿主分裂传给子代菌体、有一定 遗传特性的游离小型双股DNA分子，称为质粒(plasmied),也称游离基因。质粒多为 共价闭合环状，也发现有线状，分子量在106103之间。质粒基因组约为核体的1%，含 细菌一些生命非必需的基因，其功能是控制产生菌毛、毒素、耐药性和细菌素等遗传性 状。质粒能独立复制，有些质粒能与核体DNA整合或脱离，这类质粒又称为附加体 (©pisom).质粒可通过细菌接合转移到另一个菌体。质粒具有与外来DNA重组的功能
15 ②用溶菌酶等作用革兰氏阴性菌，仅去除细胞壁内的肽聚糖，形成仍有外膜层包裹的菌 细胞，称为原生质球(spheroplast)，也称圆质体或球状体。将两个不同的原生质体或原生 质球融合并再生成一个细菌的技术，称为原生质体融合技术。③L 型细菌，是细菌的一 种无细胞壁的变型（因 Lister Institute of Preventive Medicine 首次发现，故命名为 L 型细 菌）。目前通常将细胞壁缺陷的细菌，包括原生质体及原生质球，统称为细菌Ｌ型。但 是严格意义的细菌Ｌ型是指细菌自发、或经诱导剂诱导形成的遗传稳定的细胞壁缺陷菌 株。而原生质体和原生质球是细菌由人工处理形成的，不能分裂的细胞。 细胞膜（cell membrane）又称细胞质膜（cytoplasmic membrane）。位于细胞壁内侧， 是紧紧地包裹在细胞浆的外面的一层富有弹性的、菲薄的半透性生物膜。与一般细胞膜 在结构、化学成分、功能上无多大区别，其结构基本上同于真核细胞膜的液态镶嵌结构。 细菌细胞膜的功能也与真核细胞膜相似。①膜上分布有许多酶，例如β-半乳糖苷酶、 ATP 酶及各种合成酶等，可支持细胞的电子转运与氧化磷酸化；②进行细胞内外的物质 转运、交换，维持细胞内正常渗透压；③合成细胞壁、荚膜的各组分；④着生鞭毛并供 应细菌运动所需能量等作用。细胞膜受到损伤，细菌将死亡。 间体（mesosome），是细胞膜凹入陷折叠而成的一种囊状、管状或层状的结构。革 兰氏阳性菌较为常见。其功能与真核细胞的线粒体相似，与呼吸有关，并有促进细胞分 裂的作用。 核体（nuclear body）细菌为原核生物，其基因组 DNA 无核膜包围，分布于细胞质 内，称为核体或拟核（nucleoid）。核体在细胞质中心或边缘区，呈球状、哑铃状、带状、 网状等形态。 细菌核体是一个共价闭合、环状的双链大型 DNA 分子。例如大肠杆菌的核体 DNA 分子，分子量约 3×109，约有 5×106 个碱基对，含 3000~5000 个基因。细菌的 DNA 无 蛋白质相结合，依赖促旋酶（gyrase）形成超螺旋结构。核体仅在复制的短时间内为双 倍体，一般均是单倍体。核体含细菌的遗传基因，控制细菌的遗传与变异。 除核体 DNA 外，有些细菌还具有能自行复制、随宿主分裂传给子代菌体、有一定 遗传特性的游离小型双股 DNA 分子，称为质粒（plasmied），也称游离基因。质粒多为 共价闭合环状，也发现有线状，分子量在 106~108 之间。质粒基因组约为核体的 1%，含 细菌一些生命非必需的基因，其功能是控制产生菌毛、毒素、耐药性和细菌素等遗传性 状。质粒能独立复制，有些质粒能与核体 DNA 整合或脱离，这类质粒又称为附加体 （episom）。质粒可通过细菌接合转移到另一个菌体。质粒具有与外来 DNA 重组的功能
所以在基因工程中被广泛应用作载体 细胞质(cytoplasm)通常指细菌细胞膜内包围的、除核体以外的所有物质，是 种无色透明、均质的粘稠胶体。主要成分是水、蛋白质、脂类、多糖类、核糖核酸和少 量无机盐类等，具有明显的胶体性质。细胞质是细菌进行营养物代谢以及合成核酸和蛋 白质的场所，在细胞质内含有各种酶系统，还有核糖体、质粒、包含体、气泡等内含物 1.核糖体(ribosome):核糖体又名 168 IRNA 核蛋白体，是散布在细胞质中的一种核糖 21种核能体蛋白(S1一521) 核酸蛋白质小颗粒。其呈小球形或不对称 形，约由23的RNA和1/3蛋白质所组 成。rRNA有5s、16s及23s三种，蛋白质 34种核糖体蛋白(L1一L34 508 有56种之多。其长约10-20nm,沉降系 图17细菊核糖体结构模式图（据周德庆） 数约为70s,由50s和30s两个亚基构成 (图1-7)，而真核细胞核糖体为80s,两个亚基为60s和40s。核糖体的数目随生长阶段 而异，生长旺盛时最多，生长静止时减少。有些细菌的核糖体总数可达15000个，占细 菌细胞干重的25%。核糖体在菌细胞内常形成多聚核糖体(polyribosome或polysome) 个体核糖体的数目因菌种不同而异，少者3一4个，多者可达70个。 2.包含物(inclusion):细菌等原核生物细胞内往往具有一些贮存营养物质或其它物 质的颗粒样结构，称之为包含物，它与病毒感染所致的包涵体(inclusion body)完全不 同。细菌包含物有脂肪滴、糖原、异染颗粒及 气泡等，为细菌非永久不变的或必需的结构， 因细菌种类不同其成分有所差异。 (1)脂肪滴(fat drop)是一些原核 生物特有的碳源和能源的贮存形式，为一种脂 质成份，最常见为聚B羟基丁酸(poy-B hydroxybutyric acid,PHB)(1-8), (2)异染颗粒(metachromatic granule)是某些细菌细胞质中一种特有的 球形酸性小颗粒，对碱性染料的亲和性特别 6
16 所以在基因工程中被广泛应用作载体。 细胞质（cytoplasm） 通常指细菌细胞膜内包围的、除核体以外的所有物质，是一 种无色透明、均质的粘稠胶体。主要成分是水、蛋白质、脂类、多糖类、核糖核酸和少 量无机盐类等，具有明显的胶体性质。细胞质是细菌进行营养物代谢以及合成核酸和蛋 白质的场所，在细胞质内含有各种酶系统，还有核糖体、质粒、包含体、气泡等内含物。 1. 核糖体（ribosome）：核糖体又名 核蛋白体，是散布在细胞质中的一种核糖 核酸蛋白质小颗粒。其呈小球形或不对称 形，约由 2/3 的 rRNA 和 1/3 蛋白质所组 成。rRNA 有 5s、16s 及 23s 三种，蛋白质 有 56 种之多。其长约 10~20 nm，沉降系 数约为 70s，由 50s 和 30s 两个亚基构成 （图 1-7），而真核细胞核糖体为 80s，两个亚基为 60s 和 40s。核糖体的数目随生长阶段 而异，生长旺盛时最多，生长静止时减少。有些细菌的核糖体总数可达 15000 个，占细 菌细胞干重的 25%。核糖体在菌细胞内常形成多聚核糖体(polyribosome 或 polysome)， 个体核糖体的数目因菌种不同而异，少者 3—4 个，多者可达 70 个。 2. 包含物（inclusion）：细菌等原核生物细胞内往往具有一些贮存营养物质或其它物 质的颗粒样结构，称之为包含物，它与病毒感染所致的包涵体（inclusion body）完全不 同。细菌包含物有脂肪滴、糖原、异染颗粒及 气泡等，为细菌非永久不变的或必需的结构， 因细菌种类不同其成分有所差异。 （1）脂肪滴（fat drop） 是一些原核 生物特有的碳源和能源的贮存形式，为一种脂 质成份，最常见为聚β-羟基丁酸(poly-β- hydroxybutyric acid，PHB)（图 1-8）， （ 2 ）异染颗粒（ metachromatic granule） 是某些细菌细胞质中一种特有的 球形酸性小颗粒，对碱性染料的亲和性特别 图 1-7 细菌核糖体结构模式图（据周德庆） PHB 图 1-8 红螺菌（Rhodospirillum）的包含物 （据 Madigan 等）