微生物学与免疫学

微生物（microorganism）是一类体积微小、结构简单、多数为单细胞的低等生物。 微生物学（microbiology）是研究微生物的形态结构、生理代谢、遗传变异、生态分布、进化分类以及微生物与人类和动植物关系的学科。

体积小，比表面积大 吸收多，转化快 生长旺，繁殖快 适应强，易变异 分布广，种类多

古代人类对微生物的利用 微生物的发现及形态学发展阶段 微生物学的奠基 近现代微生物学的发展 微生物学的发展趋势

考古研究表明，我国在8000多年前的新石器时代早期就出现了利用微生物的“曲蘖酿酒”。 我国商代酿酒技术已有很大的发展，已逐渐从农业中分化出来成为独立的手工业，出现了一些酿酒工场。 晋代《酒诰》：酒之所兴，肇自上皇，或云仪狄，一曰杜康。有饭不尽，委余空桑，郁积成味，久蓄气芳。本处于此，不由奇方。 我国古代的各种酒器

1676年荷兰人列文虎克用自磨镜片，创造了一架能放大266倍的原始显微镜检查了污水、齿垢、粪便等，发现了许多肉眼看不见的微小生物，正确描述了微生物的形态有球形、杆状和螺旋样，为微生物的存在提供了科学依据。 6

In the field of observation, chance favors only prepared minds. ——Louis Pastrur 为了否定自然发生学说的倡导者们所说的自发产生微生物需要新鲜的空气的观点，巴斯德做了一个曲颈瓶（后称巴斯德烧瓶）试验（1861） ，来弥补前人的试验缺陷。 他先将瓶中的内含物加热煮沸，当瓶冷却时，空气会进入瓶内，但瓶颈细细的弯管阻止了空气中微粒的进入，瓶中的内含物不会腐败。他在报告中称曲颈瓶中的内含物（如酵母液、尿、甜菜汁和胡椒水等）可保持18个月不变质。 若将瓶颈折断，内含物马上就会腐败。这个实验巧妙地否定了微生物自生说。 1866年巴斯德在奥尔良的一次学术会议上作了关于“酒变酸”的演讲之后，自生说者便全线败北。

否定了自然发生学说,提出胚种学说 免疫学---提出了预防接种措施（制备了狂犬疫苗） 证实发酵由微生物引起（酒精发酵） 创立巴氏消毒法

建立了柯赫法则 建立了微生物研究方法：固体培养基法、细菌染色法 分离出许多病原菌，如结核分支杆菌、炭疽杆菌、霍乱弧菌、链球菌等

病原微生物总是在患传染病的动物中发现而不存在于健康个体中； 这一微生物可以离开动物体并被培养为纯种培养物，并能传代； 这种纯培养物接种到敏感动物体后，应当出现特有的病症；该微生物可以从患病的试验动物中重新分离，并可在试验室再次培养，此后它仍然与原始病原微生物相同。

1892 伊凡诺夫斯基 首次发现了烟草花叶病毒（TMV） 1897 Buchner 利用酵母菌的“酒化酶”对葡萄糖进行 酒精发酵成功 1929 Fleming 发现青霉素 1935 Stanley TMV结晶 1944 Waksman 发现了链霉素 1953 Watson & Crick DNA 双螺旋结构和半保留复制 学说

1961-1966 Cohen等利用质粒载体在细菌中克隆基因 1980 扫描隧道显微技术成熟 1983-1984 Mullis建立了聚合酶链式反应方法 1990 人的基因组疗法开始试验 1997 大肠杆菌（Escherichia coli）基因组测序完成 2000 发现霍乱弧菌有两条分开的染色体

(一）微生物在生物界的分类地位 生物六界系统 生物三原界系统 （二）微生物的细胞水平分类 原核细胞型(prokaryote) 真核细胞型(eucaryote) 非细胞型 （三）微生物的分类单位

生物学特性 原核生物 真核生物 细胞结构 细胞核 无核膜、核仁，单个染色体，无组蛋白 有核膜、核仁，多条染色体，DNA与组蛋白结合 细胞壁 大多数含肽聚糖 无肽聚糖 细胞膜 一般无甾醇 常含甾醇 内膜 简单，有中介体 复杂，有内质网 核糖体 70S (50S+30S) 80S (胞浆)，70S (线粒体) 线粒体 无 有 其他细胞器 多种 鞭毛结构 简单 复杂（“9+2”型） 遗传特性 细胞分裂方式 横二分裂 有丝分裂或减数分裂 繁殖方式 无性或有性，方式多种 遗传重组方式 接合、转化或转导 有性方式 生理生化 氧化磷酸化部位 固氮作用 有些有 胞吞/胞吐作用

（三）微生物的分类单位(P133) 界、门、纲、目、科、属、种 种是最基本的分类单位 每一分类单位之后可有亚门、亚纲、亚目、亚科... 以啤酒酵母为例，它在分类学上的地位是： 界(Kindom)：真菌界 门(Phyllum)：真菌门 纲(Class)：子囊菌纲 目(Order)：内孢霉目 科(Family)：内孢霉科 属(Genus)：酵母属 种(Species)：啤酒酵母 种的概念 定义：种是一个基本分类单位，是一大群表型特征高度相似、亲缘关系极其接近、与同属内其他种有明显差异的菌株的总称。在微生物中，一个种只能用该种内的一个典型菌株作为具体标本，它就是该种的模式种。 新种： sp.nov.或nov. sp.，新被鉴定的种发表时应在其学名后标上sp.nov.的符号，新种发表前应将其模式菌株的培养物存放在一个永久性的保藏机构，并应允许人们从中取得。 15

种（species）：是一个基本分类单位；是一大群表型特征高度相似、亲缘关系极其接近，与同属内其他种有明显差别的菌株的总称。 ①菌株（strain）: 表示任何由一个独立分离的单细胞繁殖而成的纯种群体及其一切后代（起源于共同祖先并保持祖先特性的一组纯种后代菌群）。因此，一种微生物的不同来源的纯培养物均可称为该菌种的一个菌株。菌株强调的是遗传型纯的谱系。 例如：大肠埃希氏杆菌的两个菌株： Escherichia coli B 和Escherichia coli K12

当某一个种内的不同菌株存在少数明显而稳定的变异特征或遗传形状，而又不足以区分成新种时，可以将这些菌株细分成两个或更多的小的分类单元——亚种。 ② 亚种(subspecies）： 当某一个种内的不同菌株存在少数明显而稳定的变异特征或遗传形状，而又不足以区分成新种时，可以将这些菌株细分成两个或更多的小的分类单元——亚种。 变种是亚种的同义词，因“变种”一词易引起词义上的混淆，从1976年后，不在使用变种一词。通常把实验室中所获得的变异型菌株，称之为变种。　 如：E.coli k12（野生型）是不需要特殊aa的，而实验室变异后，可从k12获得某aa的缺陷型，此即称为E.coli k12的变种。 ③ 型(form): 常指亚种以下的细分。当同种或同亚种内不同菌株之间的性状差异不足以分为新的亚种时，可以细分为不同的型。 例如：按抗原特征的差异分为不同的血清型。

（四）微生物的命名 微生物的名字有俗名和学名两种。 如： 红色面包霉———粗糙脉孢霉 微生物的名字有俗名和学名两种。 如： 红色面包霉———粗糙脉孢霉 绿脓杆菌———铜绿假单胞菌 学名—是微生物的科学名称，学名由拉丁词、或拉丁化的外来词组成。微生物的命名一般采用林奈双名法。 学名=属名+种名+（首次定名人）+现定名人+定名年份 必要，用斜体表示 可省略，用正体字表示 俗名—common name简洁易懂，方便记忆，但涵义往往不够准确，还有适用范围和地区性的限制。 命名—scientific name菌种的科学名称。菌种的学名是按照《国际细菌命名法规》命名的国际学术界公认，并通用的名称。 命名原则： 学名=属名+种的加词+（首次定名人）+现名定名人和鲜明定名年份 规定与常识：属名应大写首字母、单数、可以组合外而成。种的加词代表一个种的次要特征，首字小写 属名：首字母大写，拉丁文的单数名词，表示微生物的主要特征，由微生物构造，形状或由科学家命名。 种名：全部小写，拉丁文形容词，为微生物次要特征，如微生物色素、形状、来源或科学家姓名等。 18

◆当泛指某一属微生物，而不特指该属中某一种（或未定种名）时，可在属名后加sp.或spp.（分别代表species 缩写的单数和复数形式） 例：大肠埃希氏杆菌 Escherichia coli （Migula）Castellani et Chalmers 1919 金黄色葡萄球菌 Staphylococcus aureus Rosenbach 1884 ◆当泛指某一属微生物，而不特指该属中某一种（或未定种名）时，可在属名后加sp.或spp.（分别代表species 缩写的单数和复数形式） 例如：Saccharomyces sp. 表示酵母菌属中的一个种。

◆菌株名称——在种名后面自行加上数字、地名或符号等。 如：Bacillus subtilis AS1.389 AS=Academia Sinica Bacillus subtilis BF7658 BF=北纺 Clostridium acetobutylicum ATCC824 丙酮丁醇梭菌 ATCC＝American Type Culture Collection 美国模式菌种保藏中心 ◆当文章中前面已出现过某学名时，后面的可将其属名缩写成 1-3个字母，种名不变。 如：Escherichia coli 可缩写成 E.coli Staphylococcus aureus 可缩写成 S. aureus

微藻类 原生动物 病毒 亚病毒 细菌 朊病毒 古细菌 放线菌 衣原体 支原体 立克次氏体 螺旋体 蓝细菌 病毒界 原生生物界 动物界 植物界 真菌界 原核生物界 原生生物界 病毒 亚病毒 细菌 朊病毒 古细菌 放线菌 衣原体 支原体 立克次氏体 螺旋体 蓝细菌

小 结 微生物的概述（什么是微生物及微生物学主要研究内容） 微生物的特点和作用（五大特点、参与地球化学循环、与人类生活密切相关） 小 结 微生物的概述（什么是微生物及微生物学主要研究内容） 微生物的特点和作用（五大特点、参与地球化学循环、与人类生活密切相关） 微生物学发展简史（各发展阶段的代表人物和事件） 微生物的分类（在生物界的分类地位和细胞水平上的分类以及微生物的命名法） 微生物在药学中的应用

第二讲 微生物的形态和构造 （一） 原核生物 微生物学教研室

主要内容 细菌 (bacteria） 放线菌(actinomycetes) 其他几种原核微生物(others)

细菌（Bacteria）的大小和形态 细菌的形态 观察细菌的方法 细菌细胞的大小

细菌细胞形态 球菌(Coccus) 杆菌(Bacillus) 螺旋菌(Spirlla) 其他形状的细菌

球 菌 (coccus) 单球菌 双球菌 四联球菌 八叠球菌 葡萄球菌 链球菌

杆菌(bacillus)的排列方式 Single bacillus Diplobacilli Streptobacilli Coccobacillus

细菌（Bacteria）细胞的结构和功能 细菌的基本结构 细菌的特殊结构

1、细胞壁 2、细胞膜 3、细胞质及内含物 4、核物质 荚膜 鞭毛 菌毛 芽孢 基本结构 特殊结构

G+ 和G- Gram+ Gram- Bacteria can be divided into two major groups, called gram-positive and gram-negative. The original distinction between gram-positive and gram-negative was based on a special staining procedure, the Gram stain

G+细菌的细胞壁 细胞壁的主要化学成分为： 肽聚糖（peptidoglycan），原核生物所独有的结构，是细胞壁的基本骨架。 N-乙酰葡萄糖胺（以G表示）与N-乙酰胞壁酸残基（以M表示）以ß-1,4-糖苷键交替连接，形成聚糖的骨架（主链）；一组相同的短肽侧链接于NAM上； 相连主链上的短肽侧链通过一条肽桥、或直接相连，从而形成网状分子结构。

G+细菌（S.aureus）的细胞壁--肽聚糖 + 磷壁酸 （1）单体组成（二糖——四肽——肽桥） （2）交联方式—五聚甘氨酸 肽桥 （3）磷壁酸（teichoic acid ）可达壁重的50%，细 胞干重的10%。 L-Ala D-Glu L-Lys D-Ala L-Ala D-Glu L-Lys D-Ala

根据结合部位的不同分为： 壁磷壁酸:含量多，与肽聚糖分子发生共价结合,并延伸到肽聚糖分子表面, 带有负电荷。膜磷壁酸:与细菌细胞膜的脂类共价结合。

磷壁酸的主要生理功能 协助肽聚糖加固细胞壁； 增强细胞膜的稳定性； G+细菌重要的表面抗原； 因带负电荷，可与环境中的Mg2+等二价阳离子结合，以维持细胞膜上合成酶的高活性； 与致病性有关

G-细菌的细胞壁--肽聚糖层+外膜层（其中肽聚糖层占细胞干重的10%左右） （1）单体组成 （2）交联方式： meso-DAP～D-Ala （3）外膜层： 脂蛋白+脂多糖（LPS） 类脂+蛋白质 类脂A+ 核心多糖 +O-特异侧链

LPS的主要功能 为G-细菌特有，是细菌内毒素的主要成分（热原质） 吸附Ca2+、Mg2+，提高其膜表面浓度； 是许多噬菌体的吸附受体。

革兰氏阳性菌与阴性菌细胞壁结构比较 细胞壁 革兰阳性菌 革兰阴性菌 强度 较坚韧 较疏松 厚度 20-80nm 10-15nm 肽聚糖层数 可多达50层 1-2层 肽聚糖含量 占细胞壁干重50%-80% 占细胞壁干重5%-20% 磷壁酸 + — 外膜 脂蛋白 脂多糖

青霉素、溶菌酶对细胞壁的作用及细胞壁缺陷细菌 青霉素对细菌细胞壁的作用 Penicillium与转肽酶结合，而使该酶失活，抑制了侧链末 端的丙氨酸与五肽桥的连接，破坏了细菌细胞壁的完整性（ 即抑制肽聚糖合成最后阶段的交联作用转肽反应，对G+和 G-都一样），因此， Penicillium仅对正在生长着的细菌， 且主要是对G+菌有效。 G+ G-

溶菌酶对细胞壁的作用 可切断NAM和NAG之间 的-1，4-糖苷键，引 起细菌裂解。 对Gˉ菌，在EDTA存 在下，受溶菌酶作用。 溶菌酶处理后的菌细 胞应保存在弱高渗 （0.1-0.2M）蔗糖液中。

细胞壁缺陷细菌 ①原生质体 protoplast 在人工条件下用溶菌酶除尽原有的细胞壁（G+）或用青霉素抑制细胞壁的合成，所留下的仅由细胞膜包裹着的脆弱细胞。 ②圆球体 spheroplast 还残留部分细胞壁的原生质体，一般由革兰氏阴性菌所形成。 ③L型细菌 L-form 由自发突变而形成的细胞壁缺损的细菌。

细胞壁的主要功能 (1) 固定细胞外形； (2) 协助鞭毛运动； (3) 保护细胞免受外力的损伤（承受一定的压力，G+：15～25atm，G-：5～10atm） (4) 正常细胞分裂所必需； (5) 阻止有害物质侵入； (6) 与细菌的抗原性、致病性和对噬菌体的敏感性有关。

2、细胞膜 概念 观察分离方法 细胞膜是紧贴细胞壁内侧包 围细胞质的一层柔软，富有 弹性的半透明薄膜。 (1)质壁分离 (2)选择性染色 (3)电镜技术 (4)溶菌酶处理

细胞膜的结构与化学组成 细胞膜的基本成分是由两层磷脂分子整齐的排列而成。 蛋白质（60～70%） 磷脂（骨架，20～30%） 少量糖 细胞膜液态镶嵌模型

细胞膜的功能 （1） 选择通透性，控制细胞内外物质运输； （2） 维持细胞内外渗透压； （3） 合成肽聚糖、LPS、磷壁酸、荚膜等的场所； （4） 呼吸产能； （5） 含多种酶系； （6） 鞭毛着生点，提供细菌运动所需的能量。

间体 (mesosome) 细胞膜内褶形成的一种管状、层状或串状物，一般位于细胞分裂的部位或附近。 间体的功能： 1、参与隔膜形成 2、与核分裂有关 3、类似线粒体功能

细胞质及内含物 细胞膜内除核质体外的一切半透明、胶状、颗粒状 物质可总称为细胞质。 主要成分有： H2O 、Protein、DNA/RNA、脂类、糖类、无机 盐。 细胞质内形状较大的颗粒状构造为内含物：包括各 种贮藏物和气泡、羧酶体等。 细胞质功能： 细胞质中含有丰富的酶系，是营养物质合成、转 化、代谢的场所。

核糖体（ribosome) 是分散在细胞质中沉降系数为70S的颗粒状结 构，由核糖体核酸r-RNA（占60%）和蛋白质 （占40%）组成。 细菌的核糖体 沉降系数为：70s，由50s大亚基和 30s 小亚基构成。（许多抗菌药物选择作用的靶位：如链霉素可与细菌核糖体上30s亚基结合，干扰蛋白质合成） 功能：是细胞合成蛋白质的机构。

颗粒状内含物 颗粒状内含物 储藏物 气泡 羧酶体 碳源及能源 氮源类 磷源类 异染粒 聚-β－羟基丁酸 藻青素 硫粒 糖原

颗粒状内含物 异染颗粒：磷源、能源（聚偏磷酸盐，0.5-1μm ）分子呈线状，嗜碱性强，用美兰染色时着色较深，呈紫红色，与菌体其他部位不同，故称异染粒。白喉杆菌和鼠疫杆菌具有特征性的异染颗粒，在菌种鉴定中有一定意义。

脂肪颗粒——聚-β-羟基丁酸（poly-β-hydroxybutyrate） 聚-β－羟丁酸（PHB）颗粒是许多细菌细胞质内常含有的碳源类储藏物。PHB不溶于水,易被脂溶性染料(如苏丹黑)着色。 功能:贮存碳源、能源和降低渗透压。可制作易降解且无毒的医用塑料器皿和外科用手术针及缝线。 许多好氧菌和光合厌氧菌都含有聚-β－羟丁酸颗粒。

PHB: CH3—CHOH—CH2—COOH H--O—C—CH2—CO---OH (n﹥6) 〔 〕 n

核物质 细菌的核物质是一个大型的环状双链DNA，长度一般为0.25—3mm。 例：大肠杆菌的DNA长约1mm。 是原核生物特有的无核膜结构、无固定形态的细胞核，又称核区、拟核或类核(nucleoid)。是负载遗传信息的基础。 细菌的核物质是一个大型的环状双链DNA，长度一般为0.25—3mm。 例：大肠杆菌的DNA长约1mm。 生长迅速的细菌在核分裂之后细胞往往来不及分裂,所以细胞中常有2—4个核，而生长缓慢的细菌细胞中一般只有1—2个核，不在染色体复制时期一般是单倍体。

质粒（plasmid）--细菌染色体外的共价闭合环状双链DNA分子 在细胞质中可独立存在 可进行自我复制 可整合到核上 对于细胞生存并不是必要 控制次要遗传性状（如抗药性）

细菌的特殊结构 1.荚膜(capsule) 某些细菌细胞壁外分泌的一层透明的粘液状物质。有一定外形、厚度，稳定附于细胞壁外。 有的荚膜很薄200nm以下，在电镜下方能看清——微荚膜。 若粘液性物质没有明显的边缘，扩散到周围环境中——粘液层。

荚膜的功能 保护作用 贮藏养料 附着作用 堆积某些代谢废物 代血浆（右旋糖苷） 抵抗干燥的影响，抗吞噬，抗药物杀菌作用，抗溶菌酶作用 营养缺乏时作为碳源使用 附着作用 使菌体附着于物体表面，与致病性有关 堆积某些代谢废物 代血浆（右旋糖苷）

细菌荚膜适用的意义 鉴定菌种 提取葡聚糖—“代血浆” 胞外多糖：黄原胶用于石油开采 菌胶团用于处理污水

荚膜与菌落形态 光滑（Smooth,S-)型菌落——产荚膜的细菌在固体培养基上形成的菌落表面湿润、有光泽、呈粘液状，称S-型菌落。 粗糙（Rough,R-)型菌落——不产荚膜的细菌形成的菌落表面干燥、粗糙、称R-型菌落。

鞭毛（flagellum） 某些微生物表面由细胞内生出的细长、波曲的附属物。具有运动的功能。 1.鞭毛的长度： 一般为15—20 µm，最长可达70 µm 。 鞭毛的直径：为0.01—0.02 µm. 2.鞭毛的观察： 1)从固体培养基上的菌落形态判断 2)光学显微镜 悬滴法、暗视野映光法 3)光学显微镜 特殊鞭毛染色 4)电镜 5)半固体穿刺培养

鞭毛的化学组成与结构 鞭毛的结构：由鞭毛丝，鞭毛钩，基体三部分组成。 鞭毛蛋白（flagellin ），3万-6万Dolton，不同种由不同球蛋白分子亚基构成，有些含多糖、类脂等，为极好抗原（H抗原）。 G–菌：L环、P环、S环、M环 G+菌：S环，M环

鞭毛的功能和作用 A 细菌的运动器官 B 可作为细菌鉴定的指标 C 鞭毛蛋白具有很强的抗原性 弧菌、螺菌和假单胞菌类普遍长有鞭毛，在杆状细菌中，有的有鞭毛，有的没有鞭毛，而在球状细菌中，仅有个别属—planococcus（动性球菌属）才有。 C 鞭毛蛋白具有很强的抗原性

菌毛 某些菌体表面存在的短而多的蛋白质附属物。 菌毛比鞭毛更短、更细，且又直又硬。数量很多，不具有运动功能，但与菌的致病性、吸附等有关。 大肠杆菌菌毛电镜照片

芽孢 spores 破伤风梭菌芽孢电镜 蜡状芽胞杆菌芽孢电镜 概念：某些细菌生长到稳定期后，细胞内细胞质浓缩，逐步行成一个圆形、椭圆形或圆柱形的，折光率很高的，对不良环境有较强抵抗力的特殊结构，称为芽胞。芽胞成熟后可自行从芽胞囊中释放出来。因芽胞的形成都是在细胞内，故又称内生孢子。 破伤风梭菌芽孢电镜 spores 蜡状芽胞杆菌芽孢电镜

a. 芽孢外壁：主要含脂蛋白，通透性差。 b. 芽孢壳（衣）：主要含疏水性蛋白，抗溶菌酶、蛋白酶和表面活性剂，多价阳离子不易透过。 c a.芽孢外壁：主要含脂蛋白，通透性差。 b.芽孢壳（衣）：主要含疏水性蛋白，抗溶菌酶、蛋白酶和表面活性剂，多价阳离子不易透过。 c.皮层：主要含芽孢肽聚糖及DPA-Ca（吡啶二羧酸钙盐），体积大，渗透压高（20个大气压）。 d.核心：含水量极低 芽孢壁：含肽聚糖，可发展成新的细胞壁 。 芽孢膜：含磷脂、Pro，可发展成新的细胞膜 。 芽孢质：含DPA-Ca、核糖体、RNA和酶类。 核区：含DNA 芽孢的组成和结构 Central core Cortex Spore coat / membrane exosporium

芽孢的特性 芽胞内新陈代谢几乎停止，处于休眠状态，但保持潜在萌发力。 含水量低、壁厚而致密，通透性差,不易着色，折光性强。 对高温、干燥、辐射、化学药物有强大的抵抗力。 含水量低、壁厚而致密，通透性差,不易着色，折光性强。 芽胞内新陈代谢几乎停止，处于休眠状态，但保持潜在萌发力。 一个芽孢萌发只产生一个营养状态的细胞。

芽孢的生物学功能 a. 不是细菌的繁殖方式，而是细菌的休眠方式。芽孢在普通条件下可保存几年至几十年的生活力。 b. 细菌鉴别分类依据之一。 c. 可作为灭菌指标。 d. 苏云金芽孢杆菌芽孢旁的菱形或双锥形伴孢晶体（碱溶性蛋白晶体—δ-内毒素），对200多种昆虫尤其是鳞翅目昆虫具有毒杀作用，可用于生物农药。

细菌的染色法 细菌染色 活菌染色 死菌染色 正染色 负染色 普通染色 特殊染色 简单染色法 复杂染色法 芽孢染色法 细胞壁染色法 鞭毛染色法 抗酸染色 革兰氏染色

细菌细胞的大小 细胞的大小是细菌分类特征 不同细菌细胞大小不同 同一细菌的不同菌龄细胞大小不同 细菌细胞大小还与营养等因素相关 细胞大小的测量结果只是近似值或平均值