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1、細 胞 質 的 主 要 成 分 為 核 糖 體 、 貯 藏 物 、 多 種 酶 類 和 中間 代 謝 物 、 質 粒 、 各 種 營 養(yǎng) 物 和 大 分 子 的 單 體 等 , 少數(shù) 細 菌 還 有 類 囊 體 、 羧 酶 體 、 氣 泡 或 伴 孢 晶 體 等 。( P49 第 二 大 段 )3、 細 胞 質 和 內 含 物1) 概 念 : 細 胞 質 ( cytoplasm) 是 細 胞 質 膜 包 圍 的 除 核 區(qū) 外的 一 切 半 透 明 、 膠 狀 、 顆 粒 狀 物 質 的 總 稱 。 含 水 量 約80%。 2) 顆 粒 狀 貯 藏 物 (reserve materials):
2、貯 藏 物 : 不 同 化 學 成 分 累 積 而 成 的 不 溶 性 沉 淀 顆 粒 ,主 要 功 能 : 貯 存 營 養(yǎng) 物 。 ( P49 第 三 大 段 )磷 源 ( 異 染 粒 ) : 迂 回 螺 菌 、 白 喉 棒 桿 菌 、 結 核 分 枝 桿 菌氮 源 類貯藏物 碳 源 及能 源 類 糖 原 : 大 腸 桿 菌 、 克 雷 伯 氏 菌 、 芽 孢 桿 菌 和 藍 細 菌 等聚 -羥 丁 酸 ( PH B) : 固 氮 菌 、 產(chǎn) 堿 菌 和 腸 桿 菌 等硫 粒 : 紫 硫 細 菌 、 絲 硫 細 菌 、 貝 氏 硫 桿 菌 等藻 青 素 : 藍 細 菌藻 青 蛋 白 : 藍
3、細 菌 聚 -羥 丁 酸 (poly-hydroxybutyrate, PH B)巨 大 芽 孢 桿 菌 ( Bacillus megaterium) 在 含 乙 酸 或丁 酸 的 培 養(yǎng) 基 中 生 長 時 , 細 胞 內 貯 藏 的 PH B可 達其 干 重 的 60%。類 脂 性 質 的 碳 源 類 貯 藏 物PH B于 1929年 被 發(fā) 現(xiàn) , 至 今 已 發(fā) 現(xiàn) 60屬 以 上 的細 菌 能 合 成 并 貯 藏 。無 毒 、 可 塑 、 易 降 解 , 被 認 為 是 生 產(chǎn) 醫(yī) 用 塑 料 、生 物 降 解 塑 料 的 良 好 原 料 。 多 糖 類 貯 藏 物在 真 細 菌 中
4、 以 糖 原 為 多糖 原 粒 較 小 , 不 染 色 需 用 電 鏡 觀 察 ,用 碘 液 染 成 褐 色 , 可 在 光 學 顯 微 鏡 下 看 到 。 ( 50 第 二 大 段 )淀 粉 粒有 的 細 菌 積 累 淀 粉 粒 , 用 碘 液 染 成 深 蘭 色 。糖 原 粒 異 染 粒 (metachromatic granules)顆 粒 大 小 : 0.5 1.0m,無 機 偏 磷 酸 的 聚 合 物 ,一 般 在 含 磷 豐 富 的 環(huán) 境 下 形 成 ,功 能 : 貯 藏 磷 元 素 和 能 量 , 并 可 降 低 細 胞 的 滲 透 壓 。 硫 粒 ( sulfur globu
5、les)一 些 化 能 自 養(yǎng) 菌 通 過 氧 化 還 原 性 的 硫 化 物 如 H 2S, 硫代 硫 酸 鹽 等 產(chǎn) 能 。環(huán) 境 中 硫 素 豐 富 時 , 胞 內 以 折 光 性 很 強 的 硫 粒 形 式 積累 硫 元 素 。環(huán) 境 中 還 原 性 硫 缺 乏 時 硫 粒 被 細 菌 重 新 利 用 。 微 生 物 儲 藏 物 的 特 點 及 生 理 功 能 :不 同 微 生 物 其 儲 藏 性 內 含 物 不 同( 例 如 厭 氧 性 梭 狀 芽 孢 桿 菌 只 含 PH B, 大 腸 桿 菌 只儲 藏 糖 原 , 但 有 些 光 合 細 菌 二 者 兼 有 )微 生 物 合 理
6、利 用 營 養(yǎng) 物 質 的 一 種 調 節(jié) 方 式當 環(huán) 境 中 缺 乏 能 源 而 碳 源 豐 富 時 , 細 胞 內 就 儲 藏 較 多的 碳 源 類 內 含 物 , 甚 至 達 到 細 胞 干 重 的 50%, 如 果 把這 樣 的 細 胞 移 入 有 氮 的 培 養(yǎng) 基 時 , 這 些 儲 藏 物 將 被 作為 碳 源 和 能 源 而 用 于 合 成 反 應 。儲 藏 物 以 多 聚 體 的 形 式 存 在 , 有 利 于 維 持 細 胞 內 環(huán)境 的 平 衡 , 避 免 不 適 合 的 pH , 滲 透 壓 等 的 危 害 。( 例 如 羥 基 丁 酸 分 子 呈 酸 性 , 而 當
7、 其 聚 合 成 聚 -羥丁 酸 ( PH B) 就 成 為 中 性 脂 肪 酸 了 , 這 樣 便 能 維 持細 胞 內 中 性 環(huán) 境 , 避 免 菌 體 內 酸 性 增 高 。 )儲 藏 物 在 細 菌 細 胞 中 大 量 積 累 , 是 重 要 的 自 然 資 源 。 3) 磁 小 體 (megnetosome) 趨 磁 細 菌 細 胞 中 含 有 的 大 小 均 勻 、 數(shù) 目不 等 的 Fe3O4顆 粒 , 外 有 一 層 磷 脂 、 蛋 白 或 糖蛋 白 膜 包 裹 。功 能 是 導 向 作 用 , 即 借 鞭 毛 游 向 對 該 菌 最 有 利的 泥 、 水 界 面 微 氧 環(huán)
8、 境 處 生 活 。實 用 前 景 , 包 括 生 產(chǎn) 磁 性 定 向 藥 物 或 抗 體 , 以 及制 造 生 物 傳 感 器 等 。 4) 羧 酶 體 (carboxysome) 一 些 自 養(yǎng) 細 菌 細 胞 內 的 多 角 形 或 六 角 形 內 含 物其 大 小 與 噬 菌 體 相 仿 , 約 10nm, 內 含 1,5-二 磷酸 核 酮 糖 羧 化 酶 , 在 自 養(yǎng) 細 菌 的 CO2固 定 中 起著 關 鍵 作 用 。 5) 氣 泡 ( gas vocuoles) 許 多 光 合 營 養(yǎng) 型 、 無 鞭 毛 運 動 的 水 生 細 菌 中 存 在 的充 滿 氣 體 的 泡 囊
9、狀 內 含 物 , 大 小 為 0.21.0m 75nm, 內 由 數(shù) 排 柱 形 小 空 泡 組 成 , 外 有2nm厚 的 蛋 白 質 膜 包 裹 。 ( P 51 第 三 段 )功 能 : 調 節(jié) 細 胞 比 重 以 使 細 胞 漂 浮 在 最 適 水 層 中獲 取 光 能 、 O2和 營 養(yǎng) 物 質 專 性 好 氧 的 鹽 桿 菌 屬 ( H alobacterium) 的 細 菌 , 卻 生活 在 含 氧 極 少 的 飽 和 鹽 水 中 , 它 們 細 胞 中 氣 泡 顯 著 ,其 作 用 被 認 為 是 使 菌 體 浮 于 鹽 水 表 面 , 以 保 證 細 胞更 接 近 空 氣
10、。有 些 厭 氧 性 光 和 細 菌 利 用 氣 泡 集 中 在 水 下 10-30米 深 處 ,這 樣 既 能 吸 收 適 宜 的 光 線 和 營 養(yǎng) 進 行 光 和 作 用 , 又 可以 避 免 直 接 與 氧 接 觸 。藍 細 菌 生 長 時 依 靠 細 胞 內 的 氣 泡 而 漂 浮 于 湖 水 表 面 ,并 隨 風 聚 集 成 塊 , 常 使 湖 內 出 現(xiàn) “ 水 花 ” 。 氣 泡 的 膜 只 含 蛋 白 質 而 無 磷 脂 。 二 種 蛋 白 質 相 互 交 連 ,形 成 一 個 堅 硬 的 結 構 , 可 耐 受 一 定 的 壓 力 。 膜 的 外 表面 親 水 , 而 內
11、側 絕 對 疏 水 , 故 氣 泡 只 能 透 氣 而 不 能 透過 水 和 溶 質 。 ( 三 ) 細 胞 的 結 構6) 載 色 體 ( Chromatophore)光 和 細 菌 進 行 光 和 作 用 的 部 位相 當 于 綠 色 植 物 的 葉 綠 體 4、 核 區(qū) ( nuclear region or area) ( 參 見 P51)原 核 生 物 所 特 有 的 無 核 膜 結 構 、 無 固 定 形 態(tài) 的 原 始 細 胞 核 5、 特 殊 的 休 眠 構 造 芽 孢 ( 參 見 P51)1) 概 念 某 些 細 菌 在 其 生 長 發(fā) 育 后 期 , 在 細 胞 內 形 成
12、 的 一 個 圓 形 或 橢 圓 形 、 厚 壁 、 含 水 量 極 低 、 抗 逆 性 極 強 的 休 眠 體 , 稱 為 芽 孢 ( endospore或 spore, 偶 譯 “ 內 生 孢 子 ” ) 。 ( P51 倒 數(shù) 第 一 段 ) 芽 孢 的 構 造產(chǎn)芽孢細菌 芽 孢 囊 : 產(chǎn) 芽 孢 菌 的 營 養(yǎng) 細 胞 外 殼芽 孢 孢 外 壁 : 主 要 含 脂 蛋 白 , 透 性 差芽 孢 衣 : 主 要 含 疏 水 性 蛋 白 , 抗 酶 解 、抗 藥 物 , 多 價 陽 離 子 難 通 過皮 層 : 主 要 含 芽 孢 肽 聚 糖 及 DPA-Ca體 積 大 、 滲 透 壓
13、高核 心 核 區(qū) : 含 DNA芽 孢 質 :芽 孢 膜 : 含 磷 脂 、 蛋 白 質芽 孢 壁 : 含 肽 聚 糖含 DPA-Ca、 核 糖 體 、RNA和 酶 類 3) 芽 孢 的 形 成 與 芽 孢 的 萌 發(fā) 過 程 4) 芽 孢 的 耐 熱 機 制芽 孢 與 母 細 胞 相 比 不 論 化 學 組 成 、 細 微 結 構 、 生 理 功 能等 方 面 都 完 全 不 同滲 透 調 節(jié) 皮 層 膨 脹 學 說芽 孢 衣 對 多 價 陽 離 子 和 水 分 的透 性 很 差皮 層 的 離 子 強 度 很 高 , 產(chǎn) 生 極 高 的 滲 透 壓 奪 取芽 孢 核 心 的 水 分 , 結
14、果 造 成 皮 層 的 充 分 膨 脹 。滲 透 壓 可 高 達 20個 大 氣 壓 左 右 , 含 水 量 約 70%,略 低 于 營 養(yǎng) 細 胞 ( 約 80%) , 但 比 芽 孢 整 體 的平 均 含 水 量 ( 40%左 右 ) 高 出 許 多 。核 心 部 分 的 細 胞 質 卻 變 得 高 度 失 水 , 因 此 , 具 極 強 的 耐 熱 性 。含 水 量 : 10% 25%, 因 而 特 別有 利 于 抗 熱 、 抗 化 學 藥 物 ( 如 H 2O2) ,并 可 避 免 酶 的 失 活 。 5) 伴 孢 晶 體 ( parasporal crystal) 少 數(shù) 芽 孢 桿
15、 菌 , 例 如 蘇 云 金 芽 孢 桿 菌 (Bacillus thuringiensis)在 其 形 成 芽 孢 的 同 時 , 會 在 芽 孢 旁 形 成一 顆 菱 形 或 雙 錐 形 的 堿 溶 性 蛋 白 晶 體 內 毒 素 ,稱 為 伴 孢 晶 體 。伴 孢 晶 體 對 200多 種 昆 蟲 尤 其 是 鱗 翅 目 的 幼 蟲 有 毒殺 作 用 , 因 而 可 將 這 類 產(chǎn) 伴 孢 晶 體 的 細 菌 制 成 有 利于 環(huán) 境 保 護 的 生 物 農 藥 細 菌 殺 蟲 劑 。特 點 : 不 溶 于 水 , 對 蛋 白 酶 類 不 敏 感 ; 容 易 溶 于 堿 性 溶 劑 。
16、伴 孢 晶 體鱗 翅 目 幼 蟲 口 服伴 孢 晶 體 在 腸 道 迅 速 溶 解 ( 中 腸 pH 為 9.0-10.5)吸 附 于 上 皮 細 胞 , 引 起 滲 透 性 喪 失 , 腸 道 穿 孔腸 道 中 的 堿 性 溶 液 進 入 血 液 , 后 者 pH 升 高 ,昆 蟲 全 身 麻 痹 而 死 亡 蘇 云 金 芽 孢 桿 菌 殺 蟲 劑 ( Bt 生 物 殺 蟲 劑 ) 的 研 究 與 應 用 :1、 液 體 或 固 體 發(fā) 酵 生 產(chǎn) 菌 體 在 農 田 直 接 施 用 ;2、 將 毒 蛋 白 克 隆 到 植 物 中 構 建 基 因 工 程 抗 蟲 作 物 ;3、 研 究 如
17、何 提 高 Bt殺 蟲 劑 的 生 產(chǎn) 與 應 用 水平 6、 細 菌 細 胞 壁 以 外 的 構 造 糖 被 ( glycocalyx)1) 概 念 包 被 于 某 些 細 菌 細 胞 壁 外 的 一 層 厚 度不 定 的 膠 狀 物 質 。 糖 被 按 其 有 無 固 定 層 次 、層 次 厚 薄 又 可 細 分 為 莢 膜 ( capsule或macrocapsule, 大 莢 膜 ) 、 微 莢 膜(microcapsule)、 粘 液 層 (slime layer)和 菌 膠團 (zoogloea)。 2) 莢 膜 的 功 能( 1) 保 護 作 用( 2) 貯 藏 養(yǎng) 料 , 以
18、備 營 養(yǎng) 缺 乏 時 重 新 利 用( 3) 作 為 透 性 屏 障 或 ( 和 ) 離 子 交 換 系 統(tǒng) ,保 護 細 菌 免 受 重 金 屬 離 子 的 毒 害( 6) 堆 積 代 謝 廢 物( 5) 細 菌 間 的 信 息 識 別 作 用( 4) 表 面 附 著 作 用 7、 細 菌 細 胞 壁 以 外 的 構 造 鞭 毛 (flagellum,復 flagella)1) 概 念 ( 參 見 P59)某 些 細 菌 細 胞 表 面 著 生 的 一 至 數(shù) 十 條長 絲 狀 、 螺 旋 形 的 附 屬 物 , 具 有推 動 細 菌 運 動 功 能 , 為 細菌 的 “ 運 動 器 官
19、” 。( P59 第 一 段 ) 單 端 鞭 毛端 生 叢 毛 兩端生鞭毛周 生 鞭 毛鞭毛的有無和著生方式具有十分重要的分類學意義 3) 鞭 毛 的 結 構 及 其 運 動 機 制 問 題 1: 鞭 毛 如 何 運 動 ?鞭 毛 是 如 此 的 細 小 , 根 本 無 法 對 其 運 動 情 況進 行 直 接 觀 察 !鞭 毛 運 動 機 制 : “ 旋 轉 論 ” ( rotation theory) “ 揮 鞭 論 ” ( bending theory) 有 關 鞭 毛 運 動 的 機 制 曾 有 過 “ 旋 轉 論 ” ( rotation theory) 和 “ 揮 鞭 論 ” (
20、bending theory) 的 爭 議 。1974年 , 美 國 學 者 西 佛 曼 ( M.Silverman) 和 西 蒙( M.Simon) 曾 設 計 了 一 個 “ 拴 菌 ” 試 驗 (tethered-cell experiment), 設 法 把 單 毛 菌 鞭 毛 的 游 離 端 用 相 應 抗 體 牢牢 “ 拴 ” 在 載 玻 片 上 , 然 后 在 光 學 顯 微 鏡 下 觀 察 細 胞 的行 為 。 結 果 發(fā) 現(xiàn) , 該 菌 是 在 載 玻 片 上 不 斷 打 轉 ( 而 非 伸縮 揮 動 ) , 從 而 肯 定 了 “ 旋 轉 論 ” 是 正 確 的 。 問 題
21、 2: 鞭 毛 如 何 生 長 ? 鞭毛的生長方式是在其頂部延伸 4) 鞭 毛 推 動 細 菌 運 動 的 特 點( 1) 速 度一 般 速 度 在 每 秒 20 80m范 圍 , 最 高 可 達 每 秒100m( 每 分 鐘 達 到 3000倍 體 長 ) , 超 過 了 陸上 跑 得 最 快 的 動 物 獵 豹 的 速 度 ( 每 分 鐘 1500倍體 長 或 每 小 時 110公 里 ) 。 ( 參 見 P60)( 2) 方 式 細 菌 以 推 進 方 式 做 直 線 運 動( 逆 時 針 方 向 旋 轉 )以 翻 騰 形 式 做 短 促 轉 向 運 動( 順 時 針 方 向 旋 轉 )
22、 8、 細 菌 細 胞 壁 以 外 的 構 造 菌 毛 (fimbria, 復 數(shù) fimbriae)長 在 細 菌 體 表 的 纖 細 、 中 空 、 短 直 、 數(shù) 量 較 多 的 蛋 白 質 類附 屬 物 , 具 有 使 菌 體 附 著 于 物 體 表 面 的 功 能 。 ( 參 見 P60) ( 參 見 P60)每 個 細 菌 約 有 250300條 菌 毛 。 有 菌 毛的 細 菌 一 般 以 革 蘭氏 陰 性 致 病 菌 居 多 ,借 助 菌 毛 可 把 它 們牢 固 地 粘 附 于 宿 主的 呼 吸 道 、 消 化 道 、泌 尿 生 殖 道 等 的 粘膜 上 , 進 一 步 定
23、植和 致 病 。( P 60 ) 淋 病 奈 瑟 氏 球 菌 9、 細 菌 細 胞 壁 以 外 的 構 造 性 毛 (pili,單 數(shù) pilus)構 造 和 成 分 與 菌 毛 相 同 , 但 比 菌 毛 長 , 數(shù) 量 僅 一至 少 數(shù) 幾 根 。性 毛 一 般 見 于 革 蘭 氏 陰 性 細 菌 的 雄 性 菌 株 ( 即 供 體 菌) 中 , 其 功 能 是 向 雌 性 菌 株 ( 即 受 體 菌 ) 傳 遞 遺 傳 物質 。 有 的 性 毛 還 是 RNA噬 菌 體 的 特 異 性 吸 附 受 體 。 ( 參 見 P60) 第 一 節(jié) 真 細 菌一 、 一 般 形 態(tài) 及 細 胞 結
24、 構( 一 ) 個 體 形 態(tài) 與 排 列( 二 ) 大 小( 三 ) 細 胞 的 結 構 1、 細 胞 壁 2、 細 胞 質 膜 3、 細 胞 質 和 內 含 物 4、 核 區(qū) ( nuclear region or area) 5、 特 殊 的 休 眠 構 造 芽 孢 6、 糖 被 7、 鞭 毛 8、 菌 毛 9、 性 毛 第 一 節(jié) 真 細 菌一 、 一 般 形 態(tài) 及 細 胞 結 構二 、 放 線 菌三 、 支 原 體 、 立 克 次 氏 體 和 衣 原 體四 、 粘 細 菌五 、 蛭 弧 菌六 、 藍 細 菌重 點 : 細 胞 的 結 構 與 功 能 , 各 種 真 細 菌 的基 本 特 性 二 、 放 線 菌( 一 ) 概 念 ( 參 見 P 358)( 參 見 P30, 圖 2-21)放 線 菌 是 具 有 菌 絲 、 以 孢 子 進 行 繁 殖 、 革 蘭 氏 染 色 陽性 的 一 類 原 核 微 生 物 , 屬 于 真 細 菌 范 疇 。 ( P 358 第一 大 段 )