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本课件为微生物学第一章「原核微生物」，先按球状、杆状、螺旋状梳理细菌的基本形态与染色方法，再逐层讲解细胞壁、细胞膜、细胞质内含物、核区等一般构造与糖被、鞭毛、菌毛、芽孢等特殊构造；随后介绍细菌的繁殖与群体形态，并分别讲解放线菌、蓝细菌以及支原体、立克次氏体、衣原体三类特殊原核微生物。
第一章原核微生物，依次讲解细菌、放线菌、蓝细菌以及支原体、立克次氏体、衣原体。
微生物按细胞结构可做如下划分：
古生菌（Archaea）在进化谱系上与真细菌及真核生物相互并列，且与后者关系更近，而其细胞构造却与真细菌较为接近，同属于原核生物。
本章四节的内容要点：
第一节细菌（bacteria） 一、细胞的形态构造及其功能 （一）形态和染色。
细菌的基本形态有三类：球状、杆状、螺旋状。
1、球状：细胞个体呈球形或椭圆形，不同种的球菌在细胞分裂时会形成不同的空间排列方式，常被作为分类依据。
2、杆状：细胞呈杆状或圆柱形，一般其粗细（直径）比较稳定，而长度则常因培养时间、培养条件不同而有较大变化。
常见杆菌举例：枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）、地衣芽孢杆菌（Bacillus licheniformis）。
常见杆菌举例：铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa），又称绿脓杆菌，为常见的条件致病菌。
常见杆菌举例：结核分枝杆菌（Mycobacterium tuberculosis），菌体细长略弯曲，抗酸染色阳性。
常见杆菌举例：炭疽杆菌（Bacillus anthracis）——炭疽病的病原菌。
常见杆菌举例：破伤风梭菌（Clostridium tetani），为厌氧产芽孢梭菌。
3、螺旋状：分为弧菌、螺旋菌、螺旋体菌三型。
弧菌：菌体只有一个弯曲，其程度不足一圈，形似「C」字或逗号，鞭毛偏端生。代表种：蛭弧菌、霍乱弧菌。
螺旋菌：菌体回转如螺旋，螺旋数目和螺距大小因种而异；鞭毛二端生，细胞壁坚韧，菌体较硬。
螺旋体菌：菌体柔软，用于运动的类似鞭毛的轴丝位于细胞外鞘内。代表种：梅毒密螺旋体。
4、大小与重量：细菌的大小测量单位是 μm（微米）。
大小的测量方法：
5、染色：由于细菌细胞微小又透明，一般先要经过染色才能作显微观察。
（二）细胞的结构：
1、细菌细胞的一般构造 1）细胞壁（cell wall）：位于细胞表面、内侧紧贴细胞膜的一层较为坚韧、略具弹性的细胞结构，约占干重的 10%～25%。
不同细菌细胞壁的化学组成和结构不同，通过革兰氏染色法可将所有的细菌分为革兰氏阳性（G+）和革兰氏阴性（G-）。
（1）革兰氏阳性菌细胞壁：由肽聚糖和磷壁酸组成。
A、肽聚糖：由四个氨基酸分子按 L 型与 D 型交替方式连接而成。
双糖单位中的 β-1,4-糖苷键很容易被溶菌酶（lysozyme）所水解，从而引起细菌因肽聚糖细胞壁「散架」而死亡。
G+ 菌细胞壁化学组成以肽聚糖（peptidoglycan）为主，这是原核微生物所特有的成分，占细胞壁物质总量的 40%～90%。
B、磷壁酸：又名垣酸，是大多数 G+ 菌所特有的成分，约占细胞壁成分的 10%。
（2）革兰氏阴性菌的细胞壁成分：G- 细胞壁的组成和结构比 G+ 更复杂，主要成分为脂多糖、磷脂、脂蛋白、肽聚糖。
G- 也有肽聚糖，仅占细胞壁干重的 5%～10%。肽聚糖结构与 G+ 相同，但短肽尾中的 3 号位上 L-Lys 往往被其他二氨酸取代。
外壁层是 G- 细菌细胞壁所特有的结构，位于壁的最外层，化学成分为脂多糖、磷脂和若干种外蛋白。
（3）G+ 细菌与 G- 细菌细胞壁的比较：两者在肽聚糖含量与层数、磷壁酸有无、外壁层（脂多糖）有无等方面存在系统差异，是革兰氏染色反应的结构基础。
（4）革兰氏染色：由 C. Gram（革兰）于 1884 年发明的一种鉴别不同类型细菌的染色方法。
（5）古生菌的细胞壁：图为生活于深海热喷口附近极端高温环境中的古生菌（These Archaea species live in extreme heat near deep sea vents）。
古生菌大多为嗜极菌。除热原菌属没有细胞壁以外，其余都具有与真细菌功能相似的细胞壁。
（6）细胞壁缺陷细菌：
大肠杆菌、变形杆菌、葡萄球菌、链球菌、分枝杆菌和霍乱弧菌等 20 多种细菌中均有发现，被认为可能与针对细胞壁的抗菌治疗有关。
特点：
特点：
与原生质体相比，它对外界环境具有一定的抗性，可在普通培养基上生长。
2）细胞膜（1）概念：细胞质膜（cytoplasmic membrane），又称质膜、细胞膜或内膜，是紧贴在细胞壁内侧、包围着细胞质的一层柔软、脆弱、富有弹性的半透性薄膜，厚约 7～8 nm，由磷脂（占 20%～30%）和蛋白质（占 50%～70%）组成。
（2）细胞膜的生理功能：
（4）间体（mesosome，或中体）：细胞质膜内褶而形成的囊状构造，其中充满着层状或管状的泡囊，多见于革兰氏阳性细菌。
与青霉素酶分泌、DNA 复制、分配以及细胞分裂有关；但也可能仅是电镜制片时因脱水操作而引起的一种赝像。
3）细胞质和内含物（1）概念：细胞质（cytoplasm）是细胞质膜包围的除核区外的一切半透明、胶状、颗粒状物质的总称，含水量约 80%。
主要成分为核糖体、贮藏物、多种酶类和中间代谢物、质粒、各种营养物和大分子的单体等，少数细菌还有类囊体、羧酶体、气泡或伴孢晶体等。
（2）核糖体（ribosomes）：细胞质中的一种核糖核蛋白的颗粒状物质，由核糖核酸（60%）和蛋白质（40%）组成，常以游离状态或多聚核糖状态分布于细胞质中，沉降系数均为 70S，是蛋白质的合成场所。
（3）贮藏物（reserve materials）：一类由不同化学成分累积而成的不溶性沉淀颗粒，主要功能是贮存营养物。
① 聚-β-羟丁酸（PHB）：类脂性质的碳源类贮藏物。巨大芽孢杆菌（Bacillus megaterium）在含乙酸或丁酸的培养基中生长时，细胞内贮藏的 PHB 可达其干重的 60%。
② 多糖类贮藏物：真细菌中以糖原为主。糖原粒较小，不染色需用电镜观察，用碘液染成褐色后可在光学显微镜下看到；有的细菌积累淀粉粒，用碘液染成深蓝色。
③ 异染粒（metachromatic granules）：颗粒大小为 0.5～1.0 μm，是无机偏磷酸的聚合物，一般在含磷丰富的环境下形成。功能是贮藏磷元素和能量，并可降低细胞的渗透压。
图为暗视野显微镜下看到的迂回螺菌（Spirillum volutans）异染粒（迂回体）。
⑤ 硫粒（sulfur globules）：很多真细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。
在环境中还原性硫丰富时，常在细胞内以折光性很强的硫粒形式积累硫元素；当环境中还原性硫缺乏时，可被细菌重新利用。
（4）气泡（gas vacuoles）：许多光合营养型、无鞭毛运动的水生细菌中存在的充满气体的泡囊状内含物，大小为 0.2～1.0 μm × 75 nm，内由数排柱形小空泡组成，外有 2 nm 厚的蛋白质膜包裹。
功能：调节细胞比重以使细胞漂浮在最适水层中，获取光能、O2 和营养物质。
4）核区（nuclear region or area）：原核生物所特有的、无核膜结构、无固定形态的原始细胞核。
2、细菌细胞的特殊结构 1）糖被（glycocalyx）（1）概念：包被于某些细菌细胞壁外的一层厚度不定的胶状物质。
按有无固定层次、层次厚薄可细分为：
（2）糖被的特点：
（3）糖被的功能：
2）鞭毛（flagellum，复数 flagella）（1）概念：某些细菌细胞表面着生的一至数十条长丝状、螺旋形的附属物，具有推动细菌运动的功能，为细菌的「运动器官」。
鞭毛的有无和着生方式：
（2）观察和判断细菌鞭毛的方法：
3）菌毛（fimbria，复数 fimbriae）：长在细菌体表的纤细、中空、短直、数量较多的蛋白质类附属物，具有使菌体附着于物体表面的功能。
每个细菌约有 250～300 条菌毛。有菌毛的细菌一般以革兰氏阴性致病菌居多，借助菌毛可把它们牢固地粘附于宿主的呼吸道、消化道、泌尿生殖道等的粘膜上，进一步定植和致病。
4）性毛（pili，单数 pilus）：构造和成分与菌毛相同，但比菌毛长，数量仅一至少数几根。
性毛一般见于革兰氏阴性细菌的雄性菌株（供体菌）中，功能是向雌性菌株（受体菌）传递遗传物质；有的性毛还是 RNA 噬菌体的特异性吸附受体。
5）特殊的休眠构造——芽孢（1）概念：某些细菌在其生长发育后期，在细胞内形成一个圆形或椭圆形、厚壁、含水量极低、抗逆性极强的休眠体，称为芽孢（endospore 或 spore），偶译「内生孢子」。
（2）细菌芽孢的特点：
（3）芽孢的形成与芽孢的萌发过程：营养细胞在营养耗尽或环境恶化时启动芽孢形成，成熟芽孢在适宜条件下萌发，重新转变为营养态细胞。
（4）芽孢的耐热机制：芽孢与母细胞相比，在化学组成、细微结构、生理功能等方面都完全不同。
渗透调节皮层膨胀学说：芽孢衣对多价阳离子和水分的透性很差，皮层的离子强度很高，产生极高的渗透压夺取芽孢核心的水分，结果造成皮层的充分膨胀；核心部分的细胞质却变得高度失水，因而具有极强的耐热性。
（6）伴孢晶体（parasporal crystal）：少数芽孢杆菌，例如苏云金芽孢杆菌（Bacillus thuringiensis）在形成芽孢的同时，会在芽孢旁形成一颗菱形或双锥形的碱溶性蛋白晶体——δ 内毒素，称为伴孢晶体。
特点：不溶于水，对蛋白酶类不敏感，容易溶于碱性溶剂；对 200 多种昆虫尤其是鳞翅目幼虫有毒杀作用，可制成有利于环境保护的生物农药——细菌杀虫剂。
伴孢晶体的杀虫过程：
二、细菌的分裂：细菌主要通过无性繁殖产生后代，其繁殖方式是二分裂，简称裂殖。
繁殖过程分为三个连续步骤：① 核的分裂和隔膜的形成；② 横隔壁形成；③ 子细胞分裂。另外有的细菌还存在三分裂和复分裂。
（三）细菌的繁殖 1、裂殖（fission） 1）二分裂（binary fission）：一个母细胞对半分裂为两个子细胞。
三、细菌的群体形态（一）在固体培养基上（内）的群体形态：形成肉眼可见的菌落（colony），其大小、形状、边缘、隆起、颜色与透明度等都是菌种鉴定的依据。
（二）在半固体培养基上（内）的群体形态：
（三）在液体培养基上（内）的群体形态：可表现为均匀浑浊、沉淀生长或表面形成菌膜、菌环等。
第二节放线菌（Actinomyces）（一）概念：在形态上具有分枝状菌丝、菌落形态与霉菌相似、以孢子进行繁殖的类群，曾被描述为「介于细菌与丝状真菌之间又接近细菌的一类丝状原核生物」。
近代生物学技术证明，放线菌实际上属于细菌范畴内的原核微生物，只不过其细胞形态为分枝状菌丝；它是具有菌丝、以孢子进行繁殖、革兰氏染色阳性的一类原核微生物。
（二）形态与结构：
源文「菌丝直径与杆菌类似，约1mm」单位应为 μm（微米），本页已按教材标准值更正。
（三）生长与繁殖：繁殖方式包括无性分生孢子与菌丝断裂，后者常见于液体培养中，工业发酵生产抗生素时都以此法大量繁殖放线菌。
注意：细菌的芽孢是休眠体，而放线菌的孢子是繁殖体。
（四）菌落形态：按能否产生大量分枝和气生菌丝分为两类。
| 类型 | 代表属 | 菌落特征 |
|---|---|---|
| 能产生大量分枝和气生菌丝 | 链霉菌 | 菌落质地致密，与培养基结合紧密，小而不蔓延，不易挑起或挑起后不易破碎 |
| 不能产生大量菌丝体 | 诺卡氏菌 | 粘着力差，粉质，针挑起易粉碎 |
（五）分布特点及与人类的关系：
第三节蓝细菌（Cyanobacteria） 1、概念：也称蓝藻或蓝绿藻（blue-green algae），是一类含有叶绿素 a、能以水作为供氢体和电子供体、通过光合作用将光能转变成化学能、同化 CO2 为有机物质的光合细菌。
以前曾归于藻类，因为它和高等植物一样具有光合色素——叶绿素 a，能进行产氧型光合作用。
2、特性：
3、蓝细菌的分群：
第四节支原体（Mycoplasma）、立克次氏体（Rickettsia）和衣原体（Chlamydia）：三者均为革兰氏阴性细菌，其大小和特性均介于通常的细菌与病毒之间。
（一）支原体（Mycoplasma）：无细胞壁、呈多形态，是能在无生命培养基上生长繁殖的最小原核微生物。
（二）立克次氏体（Rickettsia） 1、概念：大小介于通常的细菌与病毒之间，在许多方面类似细菌，专性活细胞内寄生的原核微生物。
H. T. Ricketts 于 1909 年首次发现斑疹伤寒的病原体，并因研究此病而牺牲，1916 年人们以他的名字命名这类病原体作为纪念。
2、特性 1）某些性质与病毒相近：
源文个体大小「球状体 0.2-0.5 mm；杆状体 0.3-0.5 × 0.3-2 mm」单位应为 μm，本页已按教材标准值更正：球状体 0.2～0.5 μm，杆状体 0.3～0.5 μm × 0.3～2 μm。
2）从一种宿主传至另一宿主的特殊生活方式：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。
（三）衣原体（Chlamydia） 1、概念：介于立克次氏体与病毒之间，能通过细菌滤器，专性活细胞内寄生的一类原核微生物。
过去误认为「大病毒」，但它们的生物学特性更接近细菌而不同于病毒。图为在宿主细胞内观察到的衣原体微菌落（microcolony）。
2、特性：
沙眼衣原体是人类沙眼的病原体，可引起结膜炎、角膜炎、角膜血管翳等临床症状，成为致盲的重要原因。
源文个体直径「0.2-0.3 mm」单位应为 μm，本页已按教材标准值更正。
3、生活史：原体（elementary body）具有感染性，侵入宿主细胞后转变为始体（reticulate body），始体以二分裂方式增殖，随后再分化形成新的原体并释放，完成一个发育周期。
支原体、立克次氏体、衣原体与细菌、病毒的比较：主要从大小、细胞壁有无、能否人工培养、核酸类型、对抗生素敏感性及繁殖方式等方面进行横向比较。
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