1.绪论
1.1 微生物
一.微生物与人类
微生物既是人类的敌人，更是人类的朋友！
1微生物在许多领域有不可替代的作用：如微生物在环境保护方面：微生物肥料、杀虫剂、或农用抗生素取代严重污染环境和不可降解的化学农药，利用微生物的降解、氧化等活性来净化污水和生活有机垃圾；微生物在农业生产中的应用：固氮细菌将大气中的氮气转变为含氮化合物供植物吸收，有机堆肥帮助植物生长，真菌和植物根部形成菌根，病虫害防治（生物防治）；微生物与医药：外科消毒术的建立，寻找严重传染病的病原菌，免疫防治法的发明和广泛应用，抗生素，基因工程菌生产多肽类药物，化学治疗剂。体内的正常菌群是人及动物健康的基本保证；是人类生存环境中必不可少的成员，有了它们才使得地球上的物质进行循环； 2少数微生物也是人类的敌人！
可以说，微生物与人类关系的重要性，你怎么强调都不过分，微生物是一把十分锋利的双刃剑，它们在给人类带来巨大利益的同时也带来“残忍”的破坏。它给人类带来的利益不仅是享受，而且实际上涉及到人类的生存。
二.微生物及其共性
微生物（microorganism）：一些单细胞或简单的多细胞，甚至没有细胞结构的低等的形体微小的生物群体的总称。 非细胞类(病毒, 亚病毒)；原核类(细菌, 古细菌)；真核类(真菌,单细胞藻类,原生动物等) 共性(五大共性):
1. 体积小, 结构简单，表面积/体积比值大
大的比表面积特别有利于它们和周围环境进行物质、能量、信息的交换。微生物的其它很多属性都和这一特点密切相关。
2.代谢活力强,吸收多,转化快 3.生长旺,繁殖快 4.分布广,种类多 5.适应性强, 易变异 1.2 微生物学
一. 微生物学(Microbiology)：研究微生物的生命活动的科学。 二. 微生物学发生和发展 史前期（约8000年前~1676）
初创期（1676~1861）形态描述阶段 奠基期（1861~1897）生理水平研究阶段 发展期（1897~1953）生化水平研究阶段 成熟期（1953~至今）分子生物学水平研究阶段阶段阶段
1. 微生物的发现
1676年，微生物学的先驱荷兰人列文虎克（Antony van leeuwenhoek）首次观察到了细菌。 2. 微生物学的奠基
1). 法国化学家巴斯德（Louis Pasteur）（1822～1895） (1) 彻底否定了“自然发生”学说；曲颈瓶试验 (2) 免疫学——预防接种：首次制成狂犬疫苗 (3) 发现并证实发酵是由微生物引起的； (4)其他贡献：巴斯德消毒法 2).德国人柯赫（Robert Koch）（ 1843～1910） （1）微生物学基本操作技术方面的贡献
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a）细菌纯培养方法的建立
b）设计了各种培养基，实现了在实验室内对各种微生物的培养 c）流动蒸汽灭菌
d）染色观察和显微摄影
（2）对病原细菌的研究作出了突出的贡献： a）具体证实了炭疽杆菌是炭疽病的病原菌； b）发现了肺结核病的病原菌；（1905年获诺贝尔奖）
c）证明某种微生物是否为某种疾病病原体的基本原则 ——著名的柯赫原则 ① 在每一相同病例中都出现这种微生物；
② 要从寄主分离出这样的微生物并在培养基中培养出来；
③ 用这种微生物的纯培养接种健康而敏感的寄主，同样的疾病会 重复发生；
④ 从试验发病的寄主中能再度分离培养出这种微生物来。
2微生物细胞的形态、结构与功能------原核微生物
2.1 细菌、古细菌
实验室培养：pH：7.0~7.5 （中性偏碱），温度：37℃ 一、一般形态
（一）个体形态和排列
基本形态: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。 单球菌，双球菌，链球菌，四联球菌，八叠球菌，葡萄球菌 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。杆状细菌的排列方式常因生长阶段和培养条件而发生变化，一般不作为分类依据。 3、螺旋状
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。
螺菌, 菌体回转如螺旋，螺旋数目和螺距大小因种而异(1-20)。鞭毛二端生。细胞壁坚韧，菌体较硬。 螺旋体菌,菌体柔软，螺旋数目因种而异(3-70)。用于运动的类似鞭毛的轴丝位于细胞外鞘内。 (二) 大小 1、范围
度量单位：μm，一般细菌的大小范围：球菌，0.5 ~ 1 μm （直径）；杆菌0.2~ 1μm （直径） × 1~ 80μm（长度）；螺旋菌0.3~ 1μm （直径） × 1~ 50μm（长度）(长度是菌体两端点之间的距离，而非实际长度)。 2.测量方法
显微镜测微尺：目镜测微尺：测定；
镜台测微尺：标定目镜测微尺
显微照相后根据放大倍数进行测算。 二、细胞的结构 （一）细胞壁
1.革兰氏阳性细菌的细胞壁 （标准菌株：金黄色葡萄球菌） A、肽聚糖:
真细菌细胞壁的特有成分,由无数肽聚糖单体以网状形式交联而成。每一肽聚糖单体由双糖单位、四肽尾和肽桥构成，聚糖支链则由N-乙酰葡糖胺和N-乙酰胞壁酸以β-1,4糖苷键相互间隔交联而成。
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的“散架”而死亡。
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B、磷壁酸:革兰氏阳性细菌细胞壁上酸性多糖，可分为膜磷壁酸和壁磷壁酸。 革兰氏阳性细菌的细胞壁组成及结构特点:
组成：厚度大（20~80nm）
化学组分简单，一般只含90%肽聚糖和10%磷壁酸
结构：相邻聚糖链短肽间通过肽桥相连，交联度（75%） 高，故网状结构致密，网孔 小 2.革兰氏阴性细菌的细胞壁 A 肽聚糖
仅由1~2层肽聚糖网状分子组成的薄层(2~3nm)，含量约占细胞壁总重的10%，故对机械强度的抵抗力较革兰氏阳性菌弱。
四肽尾的第3个氨基酸不是L-lys，而是内消旋二氨基庚二酸(m-DAP),一种只有在原核微生物细胞壁上才有的氨基酸。
没有特殊的肽桥，相邻聚糖链的短肽通过肽键直接相连 B 外膜
位于革兰氏阴性细菌细胞壁外层，由脂多糖、磷脂和脂蛋白等若干种蛋白质组成的膜。 a 脂多糖（lipopolysaccharide, LPS）
位于革兰氏阴性细菌细胞壁最外层的一层较厚（8~10nm）的类脂多糖类物质，由类脂A、核心多糖(core polysaccharide)和O-特异侧链（O-specific side chain，或称O-多糖或O-抗原）三部分组成。类脂A是革兰氏阴性细菌致病物质——内毒素的物质基础； b 外膜蛋白(outer membrane protein)
C 周质空间(periplasmic space, periplasm) 革兰氏阴性细菌的细胞壁组成及结构特点:
组成：细胞壁薄(2~3nm)，肽聚糖含量约占细胞壁总重10%，故对机械强度的抵抗力较革兰氏阳性菌弱，主要为外膜（类脂类物质）
结构：相邻聚糖链短肽间通过肽键直接相连，交联度低，故结构疏松，孔径大 3 革兰氏染色：1884年，丹麦医生Gram 革兰氏染色的机制：P18 （1）初染：草酸结晶紫，1min （2）媒染：卢戈氏碘液，1min （3）脱色：95%乙醇，30sec （4）复染：番红复染液，2~3min
结果：蓝紫色→革兰氏阳性菌；红色→革兰氏阴性菌 染色部位：细胞质
染色结果：由细胞壁的理化性质决定 关键步骤：脱色程度 4. 古细菌的细胞壁
假肽聚糖(pseudopeptidoglycan)细胞壁 4. 缺壁细菌
（1）L型细菌（L-form of bacteria）：细菌在某些环境条件下（实验室或宿主体内）通过自发突变而形成的遗传性稳定的细胞壁缺陷变异型。
特点：没有完整而坚韧的细胞壁，细胞呈多形态；有些能通过细菌滤器，故又称“滤过型细
菌”；对渗透敏感，在固体培养基上形成“油煎蛋”似的小菌落（直径在0.1mm左右）； （2）原生质体（protoplast）
在人为条件下，用溶菌酶处理或在含青霉素的培养基中培养而抑制新生细胞壁合成而形成的仅由一层细胞膜包裹的，圆球形、对渗透压变化敏感的细胞，一般由革兰氏阳性细菌形成。 （3）球状体(sphaeroplast) ，又称原生质球
采用上述同样方法，针对革兰氏阴性细菌处理后而获得的残留部分细胞壁（外壁层）的球形体。与原生质体相
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比，它对外界环境具有一定的抗性，可在普通培养基上生长。 （4）枝原体(Mycoplasma)
在长期进化过程中形成的、适应自然生活条件的无细胞壁的原核生物。因它的细胞膜中含有一般原核生物所没有的甾醇，所以即使缺乏细胞壁，其细胞膜仍有较高的机械强度。 (二).细胞壁以内的构造----原生质体 1. 细胞膜： 结构、功能（略）
原核生物细胞膜含有与氧化磷酸化或光合磷酸化等能量代谢相关的酶类，故是细胞产能的基地。 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。 2）细胞膜的生理功能：略 3）古生菌的细胞质膜 2.细胞质和内含物
1）颗粒状贮藏物(reserve materials)：
①聚-β-羟丁酸(poly-β-hydroxybutyrate, PHB)：无毒、可塑、易降解，是生产医用塑料、生物降解塑料的良好原料
②多糖类贮藏物
③异染粒(metachromatic granules)：无机偏磷酸的聚合物. ④藻青素（cyanophycin）：一种内源性氮源贮藏物，同时还兼有贮存能源的作用。 3.核区
原核生物所特有的无核膜结构、无固定形态的原始细胞核Escherichia coli 染色体的手脚架形结构. 4.特殊的休眠构造——芽孢 1）细菌芽孢的特点
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，也称 “内生孢子”）。 2）芽孢的构造
3）芽孢的形成与萌发
4）芽孢的耐热机制：渗透调节皮层膨胀学说 5）伴孢晶体（parasporal crystal）
少数芽孢杆菌，例如苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis)在其形成芽孢的同时，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。伴孢晶体对200多种昆虫尤其是鳞翅目的幼虫有毒杀作用。
6）芽孢研究意义
7）细菌的其他休眠构造 (三).细胞壁以外的构造
1. 糖被(glycocalyx)：包被于某些细菌细胞壁外的一层厚度不定的胶状物质，称为糖被。 荚膜的功能
①保护作用：?其上大量极性基团可保护菌体免受干旱损伤； ?防止噬菌体的吸附和裂解；
?一些动物致病菌的荚膜还可保护它们免受宿主白细胞的吞噬;
?作为透性屏障或（和）离子交换系统，可保护细菌免受重金属离子的毒害； ②贮藏养料，以备营养缺乏时重新利用； ③表面附着作用
细菌糖被在科学研究和实践中的应用。 2.鞭毛(flagellum,复flagella)
鞭毛: 生长在某些细菌体表的长丝状、波曲的蛋白质附属物，数目为一至数十条，具有运动功能。 鞭毛的有无和着生方式具有十分重要的分类学意义： 观察和判断细菌鞭毛的方法
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