周德庆微生物学教程考研真题答案复习重点笔记

绪论　微生物与人类

0.1　复习笔记

一、微生物与人类

1．微生物

（1）定义

微生物（microorganism，microbe）是指一切肉眼看不见或看不清的微小生物的总称。它们都是一些个体微小（一般＜0.1mm）、构造简单的低等生物。大多为单细胞，少数为多细胞，还包括一些没有细胞结构的生物。

（2）分类

①属于原核类的细菌（真细菌和古生菌）、放线菌、蓝细菌（旧称“蓝绿藻”或“蓝藻”）、支原体、立克次氏体和衣原体；

②属于真核类的真菌（酵母菌、霉菌和蕈菌）、原生动物和显微藻类；

③属于非细胞类的病毒和亚病毒（类病毒、拟病毒和朊病毒）。

（3）特点

①个体微小；

②构造简单；

③进化地位低。

2．人类对微生物世界的认识史

（1）一个难以认识的微生物世界

①微生物难以认识的原因

a．个体微小；

b．外貌不显；

c．杂居混生；

d．因果难联。

②克服障碍的方法

a．列文虎克利用其自制的显微镜，克服了肉眼的局限性，首次观察到多种微生物的个体形态。

b．科赫学派创立了许多显微镜技术，染色技术、悬滴培养技术和显微摄影技术，使人们对细菌等的外貌能清楚地观察到。

c．科赫等人发明的明胶和琼脂平板分离微生物纯种的方法，克服了微生物在自然界中的杂居混生状态，从而进入了研究微生物纯培养阶段。

d．巴斯德提出了活的微生物是传染病、发酵和腐败的真正原因；科赫提出了证明某病的病原菌的“科赫法则”等，把微生物作用的因果联系起来。

（2）微生物学发展史

①史前期（约8000年前～1676年）——朦胧阶段

a．代表人物

各国劳动人民。

b．特点

第一，未见细菌等微生物的个体；

第二，凭实践经验利用微生物的有益活动进行酿酒、发面、制酱、娘醋、沤肥、轮作、治病等。

②初创期（1676～1861年）——形态描述阶段

a．代表人物

列文虎克。

b．特点

第一，自制单式显微镜，观察到细菌等微生物的个体；

第二，出于个人爱好对一些微生物进行形态描述。

③奠基期（1861～1897年）——生理水平研究阶段

a．代表人物

微生物学奠基人巴斯德和细菌学奠基人科赫。

b．特点

第一，微生物学开始建立；

第二，创立了一整套独特的微生物学基本研究方法；

第三，开始运用“实践-理论-实践”的思想方法开展研究；

第四，建立了许多应用性分支学科；进入寻找人类和动物病原菌的黄金时期。

c．巴斯德的贡献

证实了微生物活动和否定了微生物自然发生学说；免疫学——预防种痘；发酵的研究；其他贡献。

d．科赫的贡献

建立微生物学研究基本技术；证实疾病的病原菌学说，提出了科赫准则。

④发展期（1897～1953年）——生化水平研究阶段

a．代表人物

E.Büchner。

b．特点

第一，对无细胞酵母菌“酒化酶”进行生化研究；

第二，发现微生物的代谢统一性；普通微生物学开始形成；

第三，开展广泛寻找微生物的有益代谢产物；

第四，青霉素的发现推动了微生物工业化培养技术的猛进。

⑤成熟期（1953年～至今）——分子生物学水平研究阶段

a．代表人物

J.Watson和F.Crick。

b．特点

第一，广泛运用分子生物学理论和现代研究方法，深刻揭示微生物的各种生命活动规律；

第二，以基因工程为主导，把传统的工业发酵提高到发酵工程新水平；

第三，大量理论性、交叉性、应用性和实验性分支学科飞速发展；

第四，微生物学的基础理论和独特实验技术推动了生命科学各领域飞速发展；

第五，微生物基因组的研究促进了生物信息学时代的到来。

3．微生物学的发展促进了人类的进步

①微生物与医疗保健；

②微生物与工业生产；

③微生物与农业生产；

④微生物与环境保护；

⑤微生物与生命科学基础研究。

4．微生物的五大共性

①体积小，面积大；

②吸收多，转化快；

③生长旺，繁殖快；

④适应强，易变异；

⑤分布广，种类多。

二、微生物学及其分科

1．按研究微生物的基本生命活动规律为目的来分

总学科称普通微生物学，分科如微生物分类学，微生物生理学，微生物遗传学，微生物生态学和分子微生物学等。

2．按微生物应用领域来分

总学科称应用微生物学，分科如工业微生物学，农业微生物学，医学微生物学，药用微生物学，诊断微生物学，抗生素学和食品微生物学等。

3．按研究的微生物对象分

细菌学，真菌学（菌物学），病毒学，原核生物学，自生菌生物学和厌氧菌生物学等。

4．按微生物所处的生态环境分

土壤微生物学，微生态学，海洋微生物学，环境微生物学，水微生物学和宇宙微生物学等。

5．按学科间交叉、融合分

化学微生物学，分析微生物学，微生物生物工程学，微生物化学分类学，微生物地球化学和微生物信息学等。

0.2　课后习题详解

1．什么是微生物？习惯上它包括哪几大类群？

答：（1）微生物定义

微生物是指一切肉眼看不见或看不清的微小生物的总称。它们都是一些个体微小（一般＜0.1mm）、构造简单的低等生物。大多为单细胞，少数为多细胞，还包括一些没有细胞结构的生物。

（2）微生物包括的类群

①属于原核类的细菌（真细菌和古生菌）、放线菌、蓝细菌（旧称“蓝绿藻”或“蓝藻”）、支原体、立克次氏体和衣原体；

②属于真核类的真菌（酵母菌、霉菌和蕈菌）、原生动物和显微藻类；

③属于非细胞类的病毒和亚病毒（类病毒、拟病毒和朊病毒）。

④蘑菇和银耳等食、药用菌是例外，尽管可用厘米表示大小，但其本质是真菌，一般称为大型真菌。而属于非细胞生物类的病毒和亚病毒等则需借助电子显微镜才能看到。

2．人类迟至19世纪中叶才真正认识微生物世界，其中的障碍有哪些？它们是如何被克服的？各举例说明之。

答：人类认识微生物世界中遇到的障碍以及被克服的相关例子如下：

（1）个体微小。列文虎克利用其自制的显微镜，克服了肉眼的局限性，首次观察到多种微生物的个体形态。

（2）外貌不显。主要由科赫学派克服的，他们创立了许多显微镜技术，染色技术、悬滴培养技术和显微摄影技术，使人们对细菌等的外貌能清楚地观察到。

（3）杂居混生。由科赫等人发明的明胶和琼脂平板分离微生物纯种的方法，克服了微生物在自然界中的杂居混生状态，从而进入了研究微生物纯培养阶段。

（4）因果难联。把微生物作用的因果联系起来的学者很多，如巴斯德提出了活的微生物是传染病、发酵和腐败的真正原因；科赫提出了证明某病的病原菌的“科赫法则”等。

3．为什么说“因果难联”的解决是微生物学发展过程中取得重大创新的不竭动力？试举一列加以说明。

答：（1）“因果难联”的解决是微生物学发展过程取得创新的不竭动力原因如下：

微生物学的发展，一直伴随着从诸多表面现象中判断其原始动因是否由微生物所引起的研究，这是一个艰辛探索的过程，正因为“因果难联”的存在，令无数学者煞费苦心。经过无数艰难曲折，才有极少数幸运者取得成功，使得微生物学取得不断创新。

（2）举例说明

在微生物学发展史上，因因果问题的解决而做出重大创新进而获得诺贝尔奖的例子很多。例如，澳大利亚学者B．Marshall和R．Warren因探索胃炎、胃溃疡等胃病的原因而发现了幽门螺旋杆菌。

4．举例说明在人类历史上因对致病微生物的无知而遭传染病大流行之事。

答：人类历史上因对致病微生物的无知而遭传染病大流行之事相关例子如下：

（1）6世纪、14世纪和20世纪的鼠疫流行共殃及近2亿人口。

（2）发生于1918～1919年的“西班牙流感”曾导致5000万以上人口的死亡。

（3）被称为“黄色妖魔”的艾滋病，自1981年在美国发生后，迅速向全世界各处蔓延，至今已导致约4000万人的死亡（2008年）。

5．微生物学发展史如何分期？各时期的时间、实质、创始人和特点是什么？我国人民在微生物学发展史上占有什么地位？有什么值得反思？

答：（1）微生物学发展史的分期以及各时期的时间、实质、创始人和特点如下：

①史前期（约8000年前～1676年）——朦胧阶段

a．代表人物：各国劳动人民。

b．特点：未见细菌等微生物的个体；凭实践经验利用微生物的有益活动进行酿酒、发面、制酱、娘醋、沤肥、轮作、治病等。

②初创期（1676～1861年）——形态描述阶段

a．代表人物：列文虎克。

b．特点：自制单式显微镜，观察到细菌等微生物的个体；出于个人爱好对一些微生物进行形态描述。

③奠基期（1861～1897年）——生理水平研究阶段

a．代表人物：巴斯德和科赫。

b．特点：微生物学开始建立；创立了一整套独特的微生物学基本研究方法；开始运用“实践-理论-实践”的思想方法开展研究；建立了许多应用性分支学科；进入寻找人类和动物病原菌的黄金时期。

④发展期（1897～1953年）——生化水平研究阶段

a．代表人物：E.Büchner。

b．特点：对无细胞酵母菌“酒化酶”进行生化研究；发现微生物的代谢统一性；普通微生物学开始形成；开展广泛寻找微生物的有益代谢产物；青霉素的发现推动了微生物工业化培养技术的猛进。

⑤成熟期（1953年～至今）——分子生物学水平研究阶段

a．代表人物：J.Watson和F.Crick。

b．特点：广泛运用分子生物学理论和现代研究方法，深刻揭示微生物的各种生命活动规律；以基因工程为主导，把传统的工业发酵提高到发酵工程新水平；大量理论性、交叉性、应用性和实验性分支学科飞速发展；微生物学的基础理论和独特实验技术推动了生命科学各领域飞速发展；微生物基因组的研究促进了生物信息学时代的到来。

（2）我国人民在微生物学发展史上占有的地位与反思

我国人民主要在微生物学的史前期中占有很大作用，先人很早就懂得利用微生物来进行生产，从酿酒到制酱，技术不断成熟。但西方开始进行微观研究，更深层次往微生物具体实质考察时，我国的微生物研究还停留在基础水平，没有透过现象继续探究本质。

6．微生物学的发展为何始终紧紧围绕着医、药、保健这个主题？其中经历过的“六大战役”指什么？

答：（1）微生物的发展始终紧紧围绕着医、药、保健这个主题的原因

①微生物学的发展促进人类的进步，人体健康是一切幸福的要素，紧紧围绕微生物与医疗保健具有重大意义；

②微生物学与人类和动物传染病的防治有巨大关系，微生物药物尤其是抗生素的治疗，使人类平均寿命有了大幅度提高；

③微生物制药技术作为一项新兴的技术，在世界各国卫生医疗、环境保护等领域已经取得了卓越的成绩；

④现代社会以追求绿色高科技，可持续发展为目标，随着能源日益稀缺传统医药发展瓶颈日趋严重，微生物制药将在医疗领域发挥重大作用。

（2）微生物学发展中经历过的“六大战役”

①外科消毒术的建立；

②寻找人畜传染病的病原菌；

③免疫防治法的应用；

④化学治疗剂的发明；

⑤抗生素治疗的兴起；

⑥用遗传工程和生物工程技术，使微生物生产各种重要的生化药物。

7．简述微生物与工业生产关系的几个主要发展轨迹。

答:微生物与工业生产关系的几个主要发展轨迹如下：

（1）通过食品罐藏防腐、酿酒技术的改造、纯种厌氧发酵的建立、液体深层通气搅拌大规模培养技术的创建以及代谢调控发酵技术的发明，使得古老的酿酒技术迅速发展成工业发酵技术；

（2）在遗传工程等高新技术的推动下，进一步发生质的飞跃，发展成为发酵工程，并与遗传工程、细胞工程、酶工程和生物反应器工程一起，共同组成当代的一个高技术学科：生物工程学。

8．简述微生物在现代农业发展中的作用。

答：微生物在当代农业生产中具有十分显著的作用，例如，以菌治害虫和以菌治植病的生物防治技术，以菌增肥效和以菌促生长的微生物增产技术，以菌作饲料和以菌当蔬菜的单细胞蛋白和食用菌生产技术，以及菌产沼气等生物能源技术等。

9．简述微生物在当代环境保护中的作用。

答：微生物在当代环境保护中的作用如下：

（1）微生物是地球上重要元素循环中的主要推动者；

（2）微生物是占地球面积70％以上的海洋和其他水体中光合生产力的基础；

（3）微生物是一切食物链的重要环节，是污水和有机废物处理中的关键角色；

（4）微生物是生态农业中重要的一环，是环境污染和监测的重要指示生物。

10．举例说明微生物在推动生命科学基础理论研究中的历史贡献，并分析其中原因。

答：（1）微生物在推动生命科学基础理论研究中的历史贡献

①微生物是生命科学基础研究中的模式生物，利用它提出了很多的学说和理论，揭示了很多的机制，如自然发生说的否定，糖酵解机制的认识，基因与酶关系的发现，突变本质的阐明等等。

②微生物代表了当代生物学最高峰的分子生物学三大来源之一，促使经典遗传学迅速发展成为分子遗传学。

③微生物在基因工程有重要作用。微生物可以提供丰富的外源基因，是外源基因的优良载体，是大规模表达外源基因优良性状的极佳受体菌，且基因工程操作中各种工具酶的绝大多数来自微生物。

④促进了高等动、植物的组织培养和细胞培养技术的发展，这一趋势还使原来局限于微生物学实验室使用的一整套独特的研究方法、技术，急剧向生命科学和生物工程各领域发生横向扩散，从而对整个生命科学的发展，作出了方法学上的贡献。

（2）微生物能发挥这些作用的原因

微生物能推动生命科学基础理论研究与其本身的特点有关：

①体积小，面积大。

②吸收多，转化快。

③生长旺，繁殖快。

④适应强，易变异。

⑤分布广，种类多。

11．为什么说微生物“体积小、面积大”是决定其他4个共性的关键？

答：微生物“体积小、面积大”是决定其他4个共性的关键的原因如下：

微生物大小以mm计，但比表面积（表面积/体积）大。由于一个小体积大面积系统必然有一个巨大的营养物质吸收面、代谢废物的排泄面和环境信息的交换面，从而产生其余4个共性，因此，这也是微生物最基本的特征。

12．试讨论微生物的多样性。

答：微生物的多样性包括以下几个方面：

（1）物种的多样性

迄今为止，人类已描述过的生物总数约200万种。据估计，微生物的总数约在50万至600万之间，其中已记载过的仅约20万种（1995年）包括原核生物3500种，病毒4000种，真菌9万种，原生动物和藻类10万种，且这些数字还在急剧增长。

（2）生理代谢类型的多样性

微生物有着许多独特的代谢方式，如自养细菌的化能合成作用、厌氧生活、不释放氧的光合作用、生物固氮作用、对复杂有机物的生物转化能力、分解氰、酚、多氯联苯等有毒物质的能力，抵抗热、冷、酸、碱、高渗、高压、高辐射剂量等极端环境的能力，以及病毒的以非细胞形态生存的能力等。

（3）代谢产物的多样性

微生物产生的代谢产物种类多，仅大肠杆菌一种细菌就能产生2000～3000种不同的蛋白质。天然抗生素中，2/3（超过4000种）是由放线菌产生的。微生物所产酶的种类也是极其丰富的，从各种微生物中发现，仅Ⅱ型限制性内切酶就有1443种。

（4）遗传基因的多样性

与高等生物相比，微生物的遗传多样性表现的更为突出，不同种群间的遗传物质和基因表达具有很大的差异。全球性的微生物基因组计划已经展开。

（5）生态类型的多样性

微生物广泛分布于地球表层的生物圈，对于那些嗜极菌而言，更易生活在即热、极冷、极酸、极碱、极盐、极压和极旱的极端环境中。此外，微生物与微生物或育其他生物间还存在着众多的相互依存关系，如互生、共生、寄生、抗生和猎食等，众多的生态系统类型就会产生各种相应生态型的微生物。

13．为什么可以认为“微生物学是生命科学中第一个有一系列自己独特方法和技术的学科”？

答：认为“微生物学是生命科学中第一个有一系列自己独特方法和技术的学科”的原因如下：

（1）生命活动的基本规律，大多数是在研究微生物的过程中首先被阐明的。例如，利用酵母菌的无细胞制剂进行酒精发酵的研究，阐明了生物体内糖酵解的途径。

（2）微生物学为分子遗传学和分子生物学的创立、发展提供了基础和依据，而且是它们进一步发展的必要工具。例如，DNA双螺旋结构的确定，遗传密码的揭露，中心法则的建立，RNA逆转录酶的发现，以及基因工程的诞生，都是用微生物做实验材料的，其实验方法和指导思想也都与微生物学密切相关。如今，微生物学已成为分子生物学的三大支柱（微生物学、生物化学、遗传学）之一。

（3）微生物学在基因工程和生物工程中发挥载着重要角色。基因工程实质上是体外切割和重组DNA片段的过程，而其中所需的供体、受体、载体及工具酶，大都要由微生物来承担和完成。生物工程包括基因工程、发酵工程等四大工程，要使生物工程转化为生产力，发挥出巨大的经济效益和社会效益，微生物是主角。这主要是因为微生物不仅可以在工厂化的条件下进行大规模生产，极大地提高了生产效率，而且还具有节约能源和资源、减少环境污染等优越性。

（4）微生物的多样性为人类了解生命起源和生物进化提供了依据。微生物的多样性，归根到底是基因的多样性，其为研究生命科学提供了丰富的基因库。通过比较研究真核生物和原核生物的线粒体DNA，人们意外发现它们的遗传密码不同，从而对生物进化的共生学说提出了挑战。通过对16S rRNA的研究，人们发现了古细菌，并提出了生命起源的三原界系统，即古细菌原界、真细菌原界和真核生物原界。这说明微生物在生物的界级分类研究中占有特殊地位。

（5）微生物学是整个生物学科中第一门具有自己独特实验技术的学科，如无菌操作技术、消毒灭菌技术、纯种分离和克隆化技术、原生质体制备和融合技术及深层液体培养技术等。这些技术已逐步扩散到生命科学各个领域的研究中，成为研究生命科学的必要手段，从而为整个生命科学的发展，做出了方法学上的贡献。

14．微生物学的任务是什么？现有的大量微生物学分支学科如何对它进行科学分类？

答：（1）微生物学的任务

①研究微生物的形态及生命活动规律。

②利用有益微生物。

③防治有害微生物。

（2）现有的大量微生物学分支学科对微生物学进行的科学分类如下：

①按研究微生物的基本生命活动规律为目的来分，总学科称普通微生物学，分科如微生物分类学，微生物生理学，微生物遗传学，微生物生态学和分子微生物学等。

②按微生物应用领域来分，总学科称应用微生物学，分科如工业微生物学，农业微生物学，医学微生物学，药用微生物学，诊断微生物学，抗生素学和食品微生物学等。

③按研究的微生物对象分，如细菌学，真菌学（菌物学），病毒学，原核生物学，自生菌生物学和厌氧菌生物学等。

④按微生物所处的生态环境分，如土壤微生物学，微生态学，海洋微生物学，环境微生物学，水微生物学和宇宙微生物学等。

⑤按学科间交叉、融合分，如化学微生物学，分析微生物学，微生物生物工程学，微生物化学分类学，微生物地球化学和微生物信息学等。

15．为什么可把列文虎克称为“微生物先驱者”，巴斯德称为“微生物奠基人”，科赫称为“细菌奠基人”？

答：把列文虎克称为“微生物先驱者”，巴斯德称为“微生物奠基人”，科赫称为“细菌奠基人”的原因如下：

（1）列文虎克利用自制放大倍数约为200倍的单式显微镜，观察到细菌等微生物的个体，并且对一些微生物进行形态描述，首次克服了人类认识微生物世界的第一个难关——个体微小，使人类初步踏进了微生物世界的大门，因此称为“微生物学先驱者”。

（2）以巴斯德的曲颈瓶试验为标志，一门新的富有生命力的学科——微生物学建立，同时一项具有微生物学特色、应用广泛的消毒灭菌技术也奠定了坚实的理论基础，因此巴斯德是“微生物学奠基人”。

（3）科赫在对“杂居混生”微生物进行纯种分离方面作出了突出的贡献，用琼脂配制对分离细菌十分有效的固体培养基，以划线方式进行样品稀释，从而可轻易在琼脂平板上获得某一微生物的纯种菌落。由此解决了阻碍研究微生物的杂居混生难题，开创了一个发现大批病原细菌的“黄金时期”。因此，科赫被称为“细菌学奠基人”。

16．试举两例，说明自己在接触微生物学知识前，确曾是一个“身在菌中不知菌”者。

答：在接触微生物学知识前，自己确曾是一个“身在菌中不知菌”者的相关例子如下：

（1）肠道微生物菌群是一个庞大复杂的生态系统，占全身微生态菌总数80％左右。包含有100万亿种微生物，涉及1000类菌种，其数量是人体细胞的10倍。人体大部分的生理功能是人与微生物群共同进化过种中形成的共生生活的结果，肠道微生物菌群在人体发挥着各种生理作用。肠道菌群80%以上对人体有益。特别是双歧杆菌。新生儿出生后数小时，双歧杆菌便可在肠道中定植。它可以防治便秘、腹泻和胃肠障碍等，维护肠道正常菌群的平衡，抑制病原微生物的生长，对维护机体的健康具有重要意义。但是，肠道菌群也有少数是有害的。

（2）发酵食物发酵食品是人类巧妙地利用有益微生物加工制造的一类食品，具有独特的风味，丰富了我们的饮食生活，如酸奶、干酪、酒酿、泡菜等，甚至还可包括臭豆腐和臭冬瓜。常见的发酵食品主要有谷物发酵制品、豆类发酵制品和乳类发酵制品。

0.3　名校考研真题详解

为什么微生物学直到十九世纪才得到发展？作为学科奠基人巴斯德和科赫的做出哪些贡献？[华南理工大学2010研]

答：（1）微生物学直到十九世纪才得到发展的原因如下：

①微生物有个体微小、群体外貌不显、种间杂居混生和形态与其作用后果之间很难被认识等特点，人类对数量庞大、分布广泛并始终包围在人体内外的微生物长期缺乏认识。

②从1676年列文虎克用自制的单式显微镜观察到细菌的个体起，直至1861年近200年的时间里，微生物的研究基本上停留在形态描述和分门别类的阶段。

③直到19世纪中期，以法国的巴斯德和德国的科赫为代表的科学家，将微生物的研究从形态描述推进到生理学研究阶段，揭露了微生物是造成腐败发酵和人畜疾病的原因，并建立了分离、培养、接种和灭菌等一系列独特的微生物技术，从而奠定了微生物学的基础，开辟了医学和工业微生物等分支学科。

（2）作为学科奠基人巴斯德和科赫做出的贡献如下：

①巴斯德的主要贡献

a．彻底否定了“自生说”；

b．免疫学预防接种；

c．证实发酵是由微生物引的；

d．巴斯德消毒法。

②科赫的主要贡献

a．具体证实了炭疽病菌是炭疽病的病原菌；

b．发现了肺结核病的病原菌；

c．提出了证明某种微生物是否为某种疾病病原体的基本原则——科赫原则。

第一章　原核生物的形态、构造和功能

1.1　复习笔记

一、原核生物概述

原核生物是指一大类细胞核无核膜包裹，只存在称作核区的裸露DNA的原始单细胞生物，包括真细菌和古生菌两大类群。根据外表特征可粗分为6种类型，即细菌（狭义的）、放线菌、蓝细菌、枝原体、立克次氏体和衣原体。

二、细菌

细菌（bacteria）是指一类细胞细短（直径约0.5μm，长度约0.5～5μm）、结构简单、胞壁坚韧、多以二分裂方式繁殖和水生性较强的原核生物。广义的细菌是指所有原核生物。

1．细菌细胞的形态构造及其功能

（1）形态和染色

①形态

a.球菌

单球菌、双球菌、四联球菌、八叠球菌、链球菌和葡萄球菌等。

b.杆菌

短杆状、棒杆状、梭状、梭杆状、分支状、螺杆状、竹节状和弯月状等。

c.螺旋菌

弧菌（不足1环）、螺菌（2～6环，小而坚硬）和螺旋体（超过6环，体长而柔软）。

②大小

量度细菌大小的单位是μm，量度其亚细胞构造用nm作单位。典型的细菌E.coli的细胞平均长度约2μm，宽度约0.5μm。

③染色

革兰氏染色法（Gram stain）

a．革兰氏阳性细菌（Gram positive bacteria，G＋）；

结果被染成紫色。

b．革兰氏阴性细菌（Gram negative bacteria，G－）。

结果被染成红色。

（2）构造

①细菌细胞的一般构造

a．细胞壁（cell wall）

第一，证明存在的方法

ⅰ．通过染色、质壁分离或制成原生质体后在光学显微镜下观察。

ⅱ．通过电子显微镜直接观察细菌的超薄切片。

第二，功能

ⅰ．固定细胞外形和提高机械强度，使其免受渗透压等外力的损伤；

ⅱ．为细胞的生长、分裂和鞭毛运动所必需；

ⅲ．阻拦大分子有害物质（某些抗生素和水解酶）进入细胞；

ⅳ．赋予细菌特定的抗原性以及对抗生素和噬菌体的敏感性。

第三，G＋细菌的细胞壁

ⅰ．肽聚糖（60％～95％）。每一肽聚糖单体由双糖单位（N-乙酰葡萄糖胺通过β-1,4-糖苷键与N-乙酰胞壁酸相连）、四肽尾及肽桥3部分组成。

ⅱ．磷壁酸（10％～30％）。主要分为甘油磷壁酸和核糖醇磷壁酸两类。

第四，G－细菌的细胞壁

ⅰ．外膜：主要由脂多糖（由类脂A、核心多糖及O-特性侧链3部分组成）、磷脂及外膜蛋白3种成分组成。

ⅱ．周质空间：外膜与细胞膜间的狭窄胶质空间。

第五，G＋细菌和G－细菌细胞壁比较

ⅰ．构造

G＋细菌和G－细菌细胞壁的构造如图1-1所示。

图1-1 G＋和G－细菌细胞壁构造的比较

ⅱ．成分

G＋细菌与G－细菌的细胞壁都含肽聚糖和磷壁酸，不同的是成分含量的区别，如表1-1所示。

表1-1 G＋细菌与G－细菌的细胞壁成分比较

ⅲ．生物学特性

G＋和G－细菌一系列生物学特性的比较如表1-2所示。

表1-2 G＋和G－细菌一系列生物学特性的比较

第六，抗酸细菌的细胞壁

ⅰ．细胞壁中含有大量分枝菌酸等蜡质；

ⅱ．被酸性复红染色后，不能像其他G＋细菌被盐酸乙醇脱色；

ⅲ．类脂含量高，肽聚糖含量低。

第七，古生菌的细胞壁

ⅰ．除Thermoplasma没有细胞壁外，其余都具有与真菌功能相似的细胞壁；

ⅱ．细胞壁中不含真正的肽聚糖，含假肽聚糖或多糖以及糖蛋白或蛋白质。

第八，缺壁细菌的细胞壁

缺壁细菌是指一类细胞壁缺少或不完整的细菌，主要包括4类：L型细菌、原生质体、球状体和枝原体。

第九，革兰氏染色的机制

G＋和G－细菌主要由于其细胞壁化学成分的差异而引起了物理特性（脱色能力）的不同，决定了最终染色反应的不同。

ⅰ.G＋细菌染色

通过结晶紫初染和碘液媒染后，在细胞壁内形成了不溶于水的结晶紫与碘的复合物，革兰氏阳性菌由于其细胞壁较厚、肽聚糖网层次较多且交联致密，故遇乙醇或丙酮脱色处理时，因失水反而使网孔缩小，再加上它不含类脂，故乙醇处理不会出现缝隙，因此能把结晶紫与碘复合物牢牢留在壁内，使其仍呈紫色。

ⅱ.G－细菌染色

革兰氏阴性菌因其细胞壁薄、外膜层类脂含量高、肽聚糖层薄且交联度差，在遇脱色剂后，以类脂为主的外膜迅速溶解，薄而松散的肽聚糖网不能阻挡结晶紫与碘复合物的溶出，因此通过乙醇脱色后仍呈无色，再经沙黄等红色染料复染，就使革兰氏阴性菌呈红色。

b．细胞膜（cell membrane）

第一，定义

细胞膜又称细胞质膜、质膜或内膜，是指一层紧贴在细胞壁内侧，包围着细胞质的柔软、脆弱、富有弹性的半透性薄膜，厚约7～8nm，由磷脂和蛋白质组成。

第二，模式构造

细胞膜的模式构造如图1-2所示。

图1-2 细胞膜的模式构造图

第三，液态镶嵌模型假说

ⅰ．膜的主体是脂质双分子层；

ⅱ．脂质双分子层具有流动性；

ⅲ．整合蛋白因其表面呈疏水性，故可“溶”于脂质双分子层的疏水性内层中；

ⅳ．周边蛋白表面含有亲水基团，故可通过静电引力与脂质双分子层表面的极性头相连；

ⅴ．脂质分子间或脂质与蛋白质分子间无共价结合；

ⅵ．脂质双分子层犹如“海洋”，周边蛋白可在其上作“漂浮”运动，而整合蛋白则似“冰山”沉浸在其中作横向移动。

第四，生理功能

ⅰ．能选择性地控制细胞内、外的营养物质和代谢产物的运送；

ⅱ．是维持细胞内正常渗透压的结构屏障；

ⅲ．是合成细胞壁和糖被有关成分（如肽聚糖、磷壁酸、LPS和荚膜多糖等）的重要场所；

ⅳ．膜上含有与氧化磷酸化或光合磷酸化等能量代谢有关的酶系，故是细胞的产能基地；

ⅴ．是鞭毛基体的着生部位，并可提供鞭毛旋转运动所需的能量；

ⅵ．质膜上存在若干特定的受体分子，可探测环境中的化学物质，做出相应的反应。

第五，间体

ⅰ．间体是一种内部充满着层状或管状泡囊的，由细胞膜内褶而形成的囊状结构。

ⅱ．“间体”仅是电镜制片时因脱水操作而引起的一种赝像。

c．细胞质和包含体

第一，细胞质

细胞质是指被细胞膜包围的除核区以外的一切半透明、胶体状、颗粒状物质的总称。其主要成分为核糖体、贮藏物、酶类、中间代谢物、质粒、各种营养物质和大分子的单体等，少数细菌还含类囊体、羧酶体、气泡或伴孢晶体等有特定功能的细胞组分。

第二，细胞内含物

细胞内含物是指细胞质内一些形状较大的颗粒状构造，包括贮藏物、磁小体、羧酶体、气泡等。

d．核区

核区是指原核生物所特有的无核膜包裹、无固定形态的原始细胞核。用富尔根染色法鉴定。

②细菌细胞的特殊构造

a．糖被（glycocalyx）

第一，定义

糖被是指包被于某些细菌细胞壁外的一层厚度不定的透明胶状物质。

第二，分类

第三，功能

保护作用；贮藏养料；作为透性屏障和离子交换系统；表面附着作用；细菌间的信息识别作用；堆积代谢废物。

第四，应用

菌种鉴定；药物和生化试剂；工业原料；污水的生物处理等等。

b．鞭毛

第一，定义

鞭毛是指生长在某些细菌表面的长丝状、波曲的蛋白质附属物，其数目为一至数十条，具有运动功能。

第二，鉴定方法

ⅰ．鞭毛过细，通常只能用电镜进行观察，但通过特殊的鞭毛染色法使染料沉积到鞭毛表面上后，这种加粗的鞭毛能在光镜下观察；

ⅱ．在暗视野中，通过对细菌的悬滴标本或水浸片的观察，也能视其中的细菌是否作有规则的运动，来判断有否鞭毛；

ⅲ．通过琼脂平板培养基上的菌落形态或在半固体直立柱穿刺线上群体扩散的情况，也可推测某菌是否长有鞭毛。

第三，构造

由鞭毛丝、鞭毛钩（也叫钩形鞘）和基体三部分组成。

第四，运动方式

鞭毛运动的机制是旋转式。利用“拴菌”试验得到验证。

“拴菌”试验：1974年，美国学者M.Silverman和M.Simon设计的一个实验，即设法把单毛菌鞭毛的游离端用相应抗体牢牢“拴”在载玻片上，然后在光学显微镜下观察细胞的行为。实验结果发现，该菌是在载玻片上不断打转而非伸缩“挥动”，因而肯定了“旋转论”的正确性。

第五，着生方式

c．菌毛

菌毛又称纤毛、伞毛、线毛或须毛，是指一种长在细菌体表的纤细、中空、短直且数量较多的蛋白质类附属物，具有使菌体附着于物体表面上的功能，多数存在于G－致病菌中。

d．性毛

性毛又称性菌毛，构造和成分与菌毛相同，但比菌毛长，且每个细胞仅一至少数几根。一般见于G－细菌的雄性菌株（供体菌）中，具有向雌性菌株（受体菌）传递遗传物质的作用，有的还是RNA噬菌体的特异性吸附受体。

e．芽孢和其他休眠构造

第一，芽孢

ⅰ．芽孢的定义

芽孢是指某些细菌在其生长发育后期，在细胞内形成的一个圆形或椭圆形、厚壁、含水量低、抗逆性强的休眠构造。芽孢的结构，如图1-3所示。

图1-3 细菌芽孢构造模式图

ⅱ．芽孢的特点

芽孢是生命世界中抗逆性最强的一种构造，在抗热、抗化学药物和抗辐射等方面十分突出。

ⅲ．芽孢的耐热机制

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以及皮层的离子强度很高，使皮层产生了极高的渗透压去夺取芽孢核心中的水分，结果造成皮层的充分膨胀和核心的高度失水，赋予了芽孢极强的耐热性。

ⅳ．芽孢的作用

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形态学指标。

第二，其他休眠构造（孢囊）

孢囊是指Azotobacter vinelandii（棕色固氮菌）等一些固氮菌在外界缺乏营养的条件下，由整个营养细胞外壁加厚、细胞失水而形成的一种抗干旱但不抗热的圆形休眠体。

f．伴孢晶体

伴孢晶体又称δ内毒素，是指少数芽孢杆菌产生的糖蛋白昆虫毒素。

（3）细菌的繁殖

①裂殖（fission）

a．定义

裂殖是指以二分裂为主，一个细胞通过分裂而形成两个子细胞的过程，对杆状细胞来说，有横分裂和纵分裂两种方式，一般细菌均进行横分裂。

b．裂殖的方式

二分裂（绝大多数细菌）、三分裂（暗网菌）、复分裂（蛭弧菌）。

②芽殖（budding）

芽殖是指在母细胞表面（尤其在其一端）先形成一个小突起，待其长大到与母细胞相仿后再相互分离并独立生活的一种繁殖方式。

2．细菌的群体形态

（1）在固体培养基上（内）

①菌落（colony）

a．定义

菌落是指在固体培养基上（内）以母细胞为中心的一堆肉眼可见的，有一定形态、构造等特征的子细胞集团。

b．特征

细菌的菌落一般呈现湿润、较光滑、较透明、较粘稠、易挑取、质地均匀以及菌落正反面或边缘与中央部位的颜色一致等特征。

c．作用

菌落可用于微生物的分离、纯化、鉴定、计数以及选种育种等方面。

②克隆（clone）

克隆是指由一个单细胞繁殖形成的一个纯种细胞群（菌落）。

③菌苔（bacterial lawn）

菌苔是指把大量分散的纯种细胞密集地接种在固体培养基的较大表面上，结果长出的已相互连成一片的大量“菌落”。

（2）在半固体培养基上（内）

半固体培养法是一种把培养基灌注在试管中，形成高层直立柱，然后用穿刺接种法接入试验菌种的培养法。

①若用明胶半固体培养基作试验，可根据明胶柱液化层中呈现的不同形状来判断某细菌有否蛋白酶产生和某些其他特征；

②若使用的是半固体琼脂培养基，则从直立柱表面和穿刺线上细菌群体的生长状态和有否扩散现象来判断该菌的运动能力和其他特性。

（3）在液体培养基上（内）

群体形态多数表现为混浊，部分表现为沉淀，一些好氧性细菌则在液面上大量生长，形成有特征性的、厚薄有差异的菌醭（pellicle）、菌膜（scum）或环状、小片状不连续的菌膜等。

三、放线菌

放线菌（actinomycetes）是指一类主要呈菌丝状生长和以孢子繁殖的陆生性较强的原核生物，是一类主要呈丝状生长和孢子繁殖的革兰氏阳性细菌。

1．放线菌的形态构造

（1）典型放线菌——链霉菌的形态构造

①细胞构造

链霉菌细胞呈丝状分枝，菌丝直径很细（＜1mm，与细菌相似）。在营养生长阶段，菌丝内无隔，故一般呈多核的单细胞状态。

②菌体形成过程

a．基内菌丝体

基内菌丝又称一级菌丝，是指孢子落在固体培养基质表面发芽后，不断伸长、分枝并以放射状向基质表面和内层扩展，形成的大量色浅、较细的具有吸收营养和排泄代谢废物功能的菌丝体。

b．气生菌丝体

气生菌丝又称二级菌丝，是指在基内菌丝体上不断向空间方向分化出颜色较深、直径较粗的分枝菌丝。

c．分生孢子

气生菌丝体成熟分化为孢子丝，通过横割分裂方式，产生成串的分生孢子。

（2）其他放线菌所特有的形态构造

①基内菌丝会断裂成大量杆菌状体的放线菌，如Nocardia（诺卡氏菌属）；

②菌丝顶端形成少量孢子的放线菌，如Micromonospora（小单孢菌属）；

③具有孢囊并产孢囊孢子的放线菌，如Streptosporangium（孢囊链霉菌属）；

④具有孢囊并产游动孢子的放线菌，如Actinoplanes（游动放线菌属）。

2．放线菌的繁殖

在自然条件下，多数放线菌通常是借形成各种孢子进行繁殖的，仅少数种类是以基内菌丝分裂形成孢子状细胞进行繁殖的。

3．放线菌的群体特征

（1）在固体培养基上

菌落的质地致密，表面呈较紧密的绒状，坚实，干燥，多皱，菌落较小而不延伸，用接种针难以挑起。

（2）在液体培养基上（内）

在液面与瓶壁交界处粘贴着一圈菌苔，培养液清而不混，其中悬浮着许多珠状菌丝团，一些大型菌丝团则沉在瓶底。

四、蓝细菌

蓝细菌（Cyanobacteria）是指一类进化历史悠久、革兰氏染色阴性、无鞭毛、含叶绿素a（但不形成叶绿体）、能进行产氧性光合作用的大型原核生物。

1．分类

（1）色球蓝细菌群

单细胞（球状、杆状）或细胞复合体，二等分裂或芽殖；

（2）宽球蓝细菌群

在鞘套内排成丝状的杆状单细胞，借复分裂形成小球状细胞进行繁殖；

（3）颤蓝细菌群

在丝状鞘套内的球状单细胞，借二等分裂或菌丝断裂而繁殖；

（4）念珠蓝细菌群

具有异形细胞的不分枝丝状细胞串，以菌丝断裂和静息孢子萌发进行繁殖；

（5）分枝异形胞蓝细菌群

细胞分裂后会形成分枝的丝状体，借链丝段和静息孢子进行繁殖。

2．特点

①细胞壁双层，含肽聚糖；

②细胞质周围有复杂的光合色素层，通常以类囊体（thylakoid）的形式出现，其中含叶绿素a和藻胆素；

③细胞内还有能固定CO2的羧酶体；

④在水生性种类的细胞中，常有气泡构造；

⑥细胞中的内含物有可用作碳源营养的糖原、PHB，可用作氮源营养的蓝细菌肽（cyanophycine）和贮存磷的聚磷酸盐等；

⑦蓝细菌细胞内的脂肪酸较为特殊，含有两至多个双键的不饱和脂肪酸，而其他原核生物通常只含饱和脂肪酸和单个双键的不饱和脂肪酸。

3．特化形式

（1）异形胞（heterocyst）

①特点

形大、壁厚，存在于丝状生长种类细胞的细胞链中间或末端，如Anabaena和Nostoc（念珠蓝细菌属）等。