微生物学教案 第三章 微生物细胞的结构与功能
第三章 微生物细胞的结构与功能在有细胞构造的微生物中，按其细胞，尤其是细胞核的构造和进化水平上的差别，可把它 们分为原核微生物和真核微生物两个大类。近年来正在越来越深入研究的古细菌 （archaebacteria）或古生菌（archaea），尽管其在进化谱系上与真细菌（eubacteria）和真 核生物相互并列，但其在细胞构造上却与真细菌较为接近，同属于原核生物。因此，有关古生 菌细胞构造和功能的内容，拟放在原核微生物一节中加以讨论。 第一节 原核微生物 原核微生物是指一大类细胞核无核膜包裹，只有称作核区(nuclear region)的裸露 DNA 的 原始单细胞生物，包括真细菌和古生菌两大群。真细菌的细胞膜含由酯键连接的脂类，细胞壁 中含特有的肽聚糖 （无壁的枝原体除外） DNA 中一般没有内含子 ， （但近年来也有例外的发现） 。 细菌、放线菌、蓝细菌、枝原体、立克次氏体和衣原体等都属于真细菌。以下就以最常见的细 菌作主要代表详细阐述原核生物细胞的各部分构造和功能。 细菌细胞的模式构造见图 3-1。其中把一般细菌都有的构造称一般构造，而把部分细菌具 有的或一般细菌在特殊环境下才有的构造称为特殊构造。图 3-1 细菌细胞构造模式图 一、细胞壁 细胞壁（cell wall）是位于细胞最外的一层厚实、坚韧的外被，主要由肽聚糖构成，有固 定细胞外形和保护细胞等多种生理功能。通过染色、质壁分离（plasmolysis）或制成原生质体 后再在光学显微镜下观察，可证实细胞壁的存在；用电子显微镜观察细菌超薄切片等方法，更 可确证细胞壁的存在。细胞壁的主要功能有：①固定细胞外形和提高机械强度，从而使其免受 渗透压等外力的损伤。例如，有报道说大肠杆菌（Escherichia coli）的膨压(turgor)可达 21个大气压（相当于汽车内胎的压力）；②为细胞的生长、分裂和鞭毛运动所必需。失去了细胞 壁的原生质体，也就丧失了这些重要功能；③阻拦酶蛋白和某些抗生素等大分子物质（分子量 大于 800）进入细胞，保护细胞免受溶菌酶、消化酶和青霉素等有害物质的损伤；④赋予细菌 具有特定的抗原性、致病性以及对抗生素和噬菌体的敏感性。 原核生物的细胞壁除了具有以上的共性外，在革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌和古生菌中， 还有其各自的特性，这就是细胞壁的多样性。图 3-2 和表 3-1 就是革兰氏阳性和革兰氏阴性细 菌细胞壁在构造和成分上的主要差别。图 3-2 革兰氏阳性和阴性细菌细胞壁构造的比较 表 3-1 革兰氏阳性和阴性细菌细胞壁成分的比较 成分 占细胞壁干重的% 革兰氏阳性细菌 肽聚糖 磷壁酸 类脂质 蛋白质 含量很高（50~90） 含量较高（＜50） 一般无（＜2） 无 革兰氏阴性细菌 含量很低（~10） 无 含量较高（~20） 含量较高1、革兰氏阳性细菌的细胞壁 革兰氏阳性细菌细胞壁的特点是厚度大（20~80nm）和化学组分简单，一般只含 90%肽聚糖 和 10%磷壁酸。2图 3-3 革兰氏阳性细菌肽聚糖的立体结构（片段）图 3-4 革兰氏阳性细菌肽聚糖的单体构造 （左：简化的单体分子；右：单体的分子构造。箭头处为溶菌酶的水解点） （1）肽聚糖(peptidoglycan) 又称粘肽(mucopeptide)、胞壁质(murein)或粘质复合物(mucocomplex)，是真细菌细胞壁 具典型的肽聚糖， 中的特有成分。 革兰氏阳性菌――金黄色葡萄球菌 Staphylococcus aureus） （ 它的肽聚糖厚约 20~80nm，由 40 层左右的网格状分子交织成的网套覆盖在整个细胞上。肽聚糖 分子是由肽与聚糖两部分组成，其中的肽有四肽尾和肽桥两种，聚糖则由 N-乙酰葡糖胺和 N乙酰胞壁酸相互间隔连接而成，呈长链骨架状（图 3-3）。看似复杂的肽聚糖分子，若把它的 基本组成单位剖析一下，就显得十分简单了（图 3-4）。从图 3-4 可知，每一肽聚糖单体由三 部分组成： ①双糖单位：由一个 N-乙酰葡糖胺通过β-1,4-糖苷键与另一个 N-乙酰胞壁酸相连，后者 为原核生物所特有的已糖。 这一双糖单位中的β-1,4-糖苷键很容易被一种广泛分布于卵清、 人 的泪液和鼻涕以及部分细菌和噬菌体中的溶菌酶(lysozyme)所水解 （水解位点在 N-乙酰胞壁酸 的 1 碳和 N-乙酰葡糖胺的 4 碳间），从而引起细菌因肽聚糖细胞壁的“散架”而死亡。 ②四肽尾或四肽侧链(tetrapeptide side chain)：是由四个氨基酸分子按 L 型与 D 型交替 方式连接而成。 在金黄色葡萄球菌中， 接在 N-乙酰胞壁酸上的四肽尾为 L-ala →D-glu → L-lys → D-ala，其中两种 D 型氨基酸在细菌细胞壁之外很少出现。 ③肽桥或肽间桥(peptide interbridge)：在金黄色葡萄球菌中，肽桥为甘氨酸五肽，它起 着连接前后两个四肽尾分子的“桥梁”作用。目前所知的肽聚糖已超过 100 种，在这一“肽聚 糖的多样性”中，主要的变化发生在肽桥上。 （2）磷壁酸（teichoic acid） 是结合在革兰氏阳性细菌细胞壁上的一种酸性多糖，主要成分为甘油磷酸或核糖醇磷酸。 磷壁酸可分两类，其一为壁磷壁酸，它与肽聚糖分子间进行共价结合，含量会随培养基成分而 改变，一般占细胞壁重量的 10%，有时可接近 50%。用稀酸或稀碱可以提取。其二为跨越肽聚糖3层并与细胞膜相交联的膜磷壁酸（又称脂磷壁酸），由甘油磷酸链分子与细胞膜上的磷脂进行 共价结合后形成。其含量与培养条件关系不大。可用 45%热酚水提取，也可用热水从脱脂的冻 干细菌中提取。磷壁酸有五种类型，主要为甘油磷壁酸和核糖醇磷壁酸两类，前者在干酪乳杆 菌(Lactobacillus casei)等细菌中存在， 后者在金黄色葡萄球菌和芽孢杆菌属(Bacillus)等细 菌中存在。 3-5 表示甘油磷壁酸的构造及其与肽聚糖分子中的 N-乙酰胞壁酸的共价连接方式。 图 磷壁酸的主要生理功能为： 2+ ①其磷酸分子上较多的负电荷可提高细胞周围 Mg 的浓度，进入细胞后就可保证细胞膜上 2+ 一些需 Mg 的合成酶提高活性； ②贮藏磷元素； ③增强某些致病菌如 A 族链球菌(Streptococcus)对宿主细胞的粘连、 避免被白细胞吞噬以 及抗补体的作用； ④赋予革兰氏阳性细菌以特异的表面抗原； ⑤可作为噬菌体的特异性吸附受体； ⑥能调节细胞内自溶素(autolysin)的活力， 借以防止细胞因自溶而死亡。 因为在细胞正常 分裂时，自溶素可使旧壁适度水解并促使新壁不断插入，而当其活力过强时，则细菌会因细胞 壁迅速水解而死亡。图 3-5 甘油磷壁酸的结构模式（左）及其单体（虚线范围内）的分子结构（右） 2、革兰氏阴性细菌的细胞壁 （1）肽聚糖4革兰氏阴性细菌的肽聚糖可举大肠杆菌为代表。 它的肽聚糖埋藏在外膜层之内， 是仅由 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。其结构单体与上述革兰氏阳性菌基本相同，差别仅在于： ①四肽尾的第 3 个氨基酸不是 L-lys，而是被一种只有在原核微生物细胞壁上才有的内消 旋二氨基庚二酸(m-DAP)所代替； ②没有特殊的肽桥，其前后两个单体间的连接仅通过甲四肽尾的第 4 个氨基酸――D-ala 的羧基与乙四肽尾的第 3 个氨基酸――mDAP 的氨基直接相连，因而只形成较为疏稀、机械强度 较差的肽聚糖网套（图 3-6）。图 3-6 革兰氏阴性细菌――大肠杆菌的肽聚糖 （2）外膜(outer membrane) 外膜(outer 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，有 时也称为外壁（见图 3-2）。 脂多糖（lipopolysaccharide, LPS）：是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。其主要功能为： ①其中的类脂 A 是革兰氏阴性细菌致病物质――内毒素的物质基础； 2+ 2+ ②因其负电荷较强，故与磷壁酸相似，也有吸附 Mg 、Ca 等阳离子以提高其在细胞表面浓 度的作用； ③由于 LPS 结构的多变，决定了革兰氏阴性细菌细胞表面抗原决定簇的多样性，例如，根 据 LPS 抗原性的测定， 国际上已报道过的沙门氏菌属(Salmonella)的抗原型多达 2107 种 （1983 年）； ④是许多噬菌体在细胞表面的吸附受体； ⑤具有控制某些物质进出细胞的部分选择性屏障功能，例如，它可透过若干种较小的分子 （嘌呤、嘧啶、双糖、肽类和氨基酸等），但能阻拦溶菌酶、抗生素（青霉素等）、去污剂和5某些染料等较大分子进入细胞膜。 要维持 LPS 结构的稳定性， 必须有足够的 存在。 如果用 EDTA 2+ 等螯合剂去除 Ca 和降低离子键，就会使 LPS 解体。这时，其内壁层的肽聚糖分子就会暴露出 来，因而易被溶菌酶所水解。 LPS 的分子结构较为复杂，现表解如下：2+在 LPS 中，类脂 A 的种类较少（大约有 7~8 种），它是革兰氏阴性细菌内毒素的物质基础， 其结构见图 3-7。6图 3-7 沙门氏菌 LPS 中类脂 A（即内毒素）的分子结构； 图 3-8 LPS 中三种独特糖的结构 在 LPS 的核心多糖区和 O-特异侧链区中有几种独特的糖， 例如 2-酮-3-脱氧辛糖酸 （KDO） 、 L-甘油-D-甘露庚糖和阿比可糖（Abq, 即 3,6-二脱氧-D-半乳糖），它们的结构见图 3-8。在沙 门氏菌中，LPS 中的 O-特异侧链种类极多，因其抗原性的差异故很易用灵敏的血清学方法加以 鉴定，这在传染病的诊断中有其重要意义，例如由此可对某传染病的传染原进行地理定位等。 （3）外膜蛋白(outer membrane protein) 指嵌合在 LPS 和磷脂层外膜上的蛋白。有 20 余种，但多数外膜蛋白的功能还未清楚。其中 的脂蛋白(lipoprotein)是一种通过共价键使外膜层牢固地连接在肽聚糖内壁层上的蛋白， 分子 量约为 7200。另有两种蛋白研究得较为清楚，都称孔蛋白（porins）。每个孔蛋白分子是由三 个相同分子量（36000）蛋白亚基组成的一种三聚体跨膜蛋白，中间有一直径约 1nm 的孔道，通 过孔的开、闭，可阻止某些抗生素进入外膜层。已知有两种孔蛋白，其一是非特异性孔蛋白 (nonspecific porin)，其充水孔道可通过分子量小于 800~900 的任何亲水性分子，如双糖、氨 基酸、二肽和三肽；另一为特异性孔蛋白(specific porin 或 specific channel protein)，其 上存在专一性结合位点，只容许一种或少数几种相关物质通过，其中最大的孔蛋白可通过分子 量较大的物质，如维生素 B12 和核苷酸等。除脂蛋白和孔蛋白外，还有一些外膜蛋白与噬菌体的 吸附或细菌素的作用有关。 (4)周质空间* (periplasmic space, periplasm) 又称壁膜间隙。在革兰氏阴性细菌中，一般指其外膜与细胞膜之间的狭窄空间（宽约 12~15nm），呈胶状。在周质空间中，存在着多种周质蛋白（periplasmic proteins），包括： ①水解酶类，例如蛋白酶、核酸酶等； ②合成酶类，例如肽聚糖合成酶； ③结合蛋白（具有运送营养物质的作用）； ④受体蛋白（与细胞的趋化性相关）。周质蛋白可通过渗透休克法（osmotic shock）或称 “冷休克”的方法释放。此法系根据突然改变渗透压并使细胞发生物理性裂解的原理。其主要 步骤是：将细菌放在用 Tris 缓冲液配制、含 EDTA 的 20%蔗糖溶液中保温，使其发生质壁分离 （plasmolysis），接着快速地用 4℃的 0.005mol/L MgCl2 溶液稀释并降温，使细胞外膜突然破 裂并释放周质蛋白。经离心即可从上清液中提取周质蛋白。 革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌间由于细胞壁和其他构造的不同， 就产生了一系列形态、 构造、化学组分、染色反应、生理功能和致病性等的差别，这些差别对微生物学的研究和实际 应用都十分重要，现列表如下（表 3-2）。3、古生菌的细胞壁 在古生菌中，除了热原体属(Thermoplasma)没有细胞壁外，其余都具有与真细菌类似功能 的细胞壁。然而，从细胞壁的化学成分来看，则差别甚大。已研究过的一些古生菌，它们细胞 壁中没有真正的肽聚糖，而是由多糖（假肽聚糖）、糖蛋白或蛋白质构成的。例如： （1）假肽聚糖(pseudopeptidoglycan)细胞壁 甲烷杆菌属(Methanobacterium)古生菌的细胞壁是由假肽聚糖组成的（图 3-9）。它的多 糖骨架是由 N-乙酰葡糖胺和 N-乙酰塔罗糖胺糖醛酸(N-acetyltalosaminouronic acid)以β -1,3 糖苷键（不被溶菌酶水解！）交替连接而成，连在后一氨基糖上的肽尾由 L-glu、L-ala7和 L-lys 三个 L 型氨基酸组成，肽桥则由 L-glu 一个氨基酸组成。图 3-9 甲烷杆菌细胞壁中假肽聚糖的结构（单体） （2）独特多糖细胞壁 甲烷八叠球菌(Methanosarcina)的细胞壁含有独特的多糖，并可染成革兰氏阳性。这种多 糖含半乳糖胺、葡糖醛酸、葡萄糖和乙酸，不含磷酸和硫酸。 （3）硫酸化多糖细胞壁 一属极端嗜盐古生菌――盐球菌属(Halococcus)的细胞壁是由硫酸化多糖组成的。其中含 葡萄糖、甘露糖、半乳糖和它们的氨基糖，以及糖醛酸和乙酸。 （4）糖蛋白(glycoprotein) 细胞壁极端嗜盐的另一属古生菌――盐杆菌属(Halobacterium)的细胞壁是由糖蛋白组成 的，其中包括葡萄糖、葡糖胺、甘露糖、核糖和阿拉伯糖，而它的蛋白部分则由大量酸性氨基 + 酸尤其是天冬氨酸组成。 这种带强负电荷的细胞壁可以平衡环境中高浓度的 Na ， 从而使其能很 好地生活在 20%～25%高盐溶液中。 （5）蛋白质细胞壁 少数产甲烷菌的细胞壁是由蛋白质组成的。但有的是由几种不同蛋白组成，如甲烷球菌 (Methanococcus)和甲烷微菌(Methanomicrobium)， 而另一些则由同种蛋白的许多亚基组成， 例 如甲烷螺菌属(Methanospirillum)。 4、缺壁细菌 虽然细胞壁是原核生物的最基本构造，但在自然界长期进化中和在实验室菌种的自发突变 中都会发生缺细胞壁的种类；此外，在实验室中，还可用人为的方法抑制新生细胞壁的合成或 对现成细胞壁进行酶解而获得缺壁细菌。现把四类缺壁细菌归纳如下：8（1）L 型细菌（L-form of bacteria） 1935 年， 在英国李斯德预防研究所中发现一种由自发突变而形成的细胞壁缺损细菌――念 珠状链杆菌（Streptobacillus moniliformis），它的细胞膨大，对渗透敏感，在固体培养基 上形成“油煎蛋”似的小菌落。由于李斯德（Lister）研究所的第一字母是“L”，故称 L 型细 菌。后来发现，许多革兰氏阳性或阴性细菌在实验室或宿主体内都可形成 L 型。严格地说，L 型细菌应专指那些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菌株。 （2）原生质体（protoplast） 指在人为条件下，用溶菌酶除尽原有细胞壁或用青霉素抑制新生细胞壁合成后，所得到的 仅有一层细胞膜包裹着的圆球状渗透敏感细胞，一般由革兰氏阳性细菌形成。 （3）球状体(sphaeroplast) 又称原生质球，指还残留着部分细胞壁，尤其是革兰氏阴性细菌外膜的原生质体。 上述原生质体和球状体的共同特点是：无完整的细胞壁，细胞呈球状，对渗透压极其敏感， 革兰氏染色阴性，即使有鞭毛也无法运动，对相应噬菌体不敏感，细胞不能分裂，等等。当然， 如在形成原生质体或球状体以前已有噬菌体侵入，则它仍能正常复制、增殖和裂解；同样，如 在形成原生质体前正在形成芽孢，则该芽孢也仍能正常形成。原生质体或球状体比正常有细胞 壁的细菌更易导入外源遗传物质，故是研究遗传规律和进行原生质体育种的良好实验材料。 （4）支原体(Mycoplasma) 是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。 5、革兰氏染色的机制 通过一个多世纪的实践证明， 由革兰(C.Gram)于 1884 年发明的革兰氏染色法是一种极其重 要的鉴别染色法，它不仅可用于鉴别真细菌，也可鉴别古生菌。60 年代初，萨顿(Salton)曾提 出细胞壁在革兰氏染色中的关键作用。至 1983 年，彼弗里奇(T.Beveridge)等用铂代替革兰氏 染色中媒染剂碘的作用，再用电子显微镜观察到结晶紫与铂复合物可被细胞壁阻留，这就进一 步证明了革兰氏阳性和阴性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，正是这一物理特性的不同才决定了染色反应的不同。其中细节为：通过结晶紫初染和 碘液媒染后，在细胞膜内形成了不溶于水的结晶紫与碘的复合物（CVI dye complex）。革兰氏 阳性细菌由于其细胞壁较厚、肽聚糖网层次多和交联致密，故遇乙醇或丙酮作脱色处理时，因 失水反而使网孔缩小，再加上它不含类脂，故乙醇处理不会溶出缝隙，因此能把结晶紫与碘复 合物牢牢留在壁内，使其仍呈紫色。反之，革兰氏阴性细菌因其细胞壁薄、外膜层的类脂含量 高、肽聚糖层薄和交联度差，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，通过乙醇脱色后细胞退成无色。这时，再经沙黄 等红色染料进行复染，就使革兰氏阴性菌呈现红色，而革兰氏阳性菌则仍保留紫色（实为紫加 红色）了。 二、细胞壁以内的构造――原生质体 细胞壁以内的构造――原生质体 ――91、细胞质膜(cytoplasmic membrane) 细胞质膜(cytoplasmic 又称质膜(plasma membrane)、细胞膜(cell membrane)或内膜(inner membrane)，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 7～8nm，由磷 脂（占 20%～30%）和蛋白质（占 50%～70%）组成。通过质壁分离、鉴别性染色或原生质体破裂 等方法可在光学显微镜下观察到；用电子显微镜观察细菌的超薄切片，则可更清楚地观察到它 的存在。电镜观察到的细胞质膜，是在上下两暗色层之间夹着一浅色中间层的双层膜结构。这 是因为，组成细胞膜主要成分的磷脂，是由两层磷脂分子按一定规律整齐地排列而成的。其中 每一个磷脂分子由一个带正电荷且能溶于水的极性头（磷酸端）和一个不带电荷、不溶于水的 非极性尾（烃端）所构成。极性头朝向内外两表面，呈亲水性，而非极性端的疏水尾则埋入膜 的内层，于是形成了一个磷脂双分子层。在极性头的甘油 3C 上，不同种微生物具有不同的 R 基，如磷脂酸、磷脂酰甘油、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰胆碱、磷脂酰丝氨酸或磷脂酰肌醇等（图 3-10）。在原核微生物的细胞质膜上多数含磷脂酰甘油，此外，在革兰氏阴性细菌中，多数还 含磷脂酰乙醇胺，在分枝杆菌中则含磷脂酰肌醇，等等。而非极性尾则由长链脂肪酸通过酯键 连接在甘油的 C1 和 C2 位上组成，其链长和饱和度因细菌种类和生长温度而异，通常生长温度 要求越高的种，其饱和度也越高，反之则低。图 3-10 磷脂的分子结构 在常温下，磷脂双分子层呈液态，其中嵌埋着许多具运输功能、有的分子内含有运输通道 的整合蛋白（integral protein）或内嵌蛋白（intrinsic protein），在磷脂双分子层的上面10则“漂浮着”许多具有酶促作用的周边蛋白（peripheral protein）或膜外蛋白(extrinsic protein)。它们都可在磷脂表层或内层作侧向移动，以执行其相应的生理功能。至今有关细胞 质膜的结构与功能的解释，较多的学者仍倾向于 1972 年由辛格（J.S.Singer）和尼科尔森 （G.L.Nicolson）所提出的液态镶嵌模型(fluid mosaic model)。其要点为：①膜的主体是脂 质双分子层；②脂质双分子层具有流动性；③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；④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；⑤脂质分子间或脂质与蛋白质分子间无共价结合；⑥脂质双分子层犹如一 “海洋”，周边蛋白可在其上作“漂浮”运动，而整合蛋白则似“冰山”状沉浸在其中作横向 移动。有关细胞质膜的模式构造可见图 3-11。图 3-11 细胞质膜构造的模式图 细胞膜的生理功能为： ①选择性地控制细胞内、外的营养物质和代谢产物的运送； ②是维持细胞内正常渗透压的屏障； ③合成细胞壁和糖被的各种组分（肽聚糖、磷壁酸、LPS、荚膜多糖等）的重要基地； ④膜上含有氧化磷酸化或光合磷酸化等能量代谢的酶系，是细胞的产能场所； ⑤是鞭毛基体的着生部位和鞭毛旋转的供能部位。 原核微生物的细胞质膜上一般不含胆固醇等甾醇，这一点与真核生物明显不同。但缺乏细 胞壁的原核生物――枝原体（Mycoplasma）则属例外。在其细胞膜上因含有 hopanoid 类甾醇而 增强了坚韧性，故在一定程度上弥补了因缺壁而带来的不足。多烯类抗生素因可破坏含甾醇的 细胞质膜，故可抑制枝原体和真核生物，但对其他的原核生物则无抑制作用。 间体（mesosome，或中体）是一种由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。每个细胞含一至少数几个。着生部位可在表层或深层， 前者与某些酶如青霉素酶的分泌有关，后者与 DNA 的复制、分配以及与细胞分裂有关。近年来 也有学者提出不同的看法，认为“间体”仅是电镜制片时因脱水操作而引起的一种赝像。11近二十年来越来越受到学术界重视的、有很多独特之处的古生菌的细胞质膜，研究发现， 它的质膜虽然在本质上也是由磷脂组成，但它比真细菌或真核生物具有更明显的多样性。 ①亲水头（甘油）与疏水尾（烃链）间是通过醚键而不是酯键连接的； ②组成疏水尾的长链烃是异戊二烯的重复单位（如四聚体植烷、六聚体鲨烯等），它与亲 水头通过醚键连接成甘油二醚（glycerol diether）或二甘油四醚(diglycerol tetraether) 等，而在真细菌或真核生物中的疏水尾则是脂肪酸； ③古生菌的细胞质膜中存在着独特的单分子层膜或单、双分子层混合膜，而真细菌或真核 生物的细胞质膜都是双分子层。具体地说，当磷脂为二甘油四醚时，连接两端两个甘油分子间 的两个植烷（phytanyl）侧链间会发生共价结合，形成了二植烷(diphytanyl)，这时就形成了 独特的单分子层膜（图 3-12）。目前发现，单分子层膜多存在于嗜高温的古生菌中，其原因可 能是这种膜的机械强度要比双分子层质膜更高。 ④在甘油的 3C 分子上， 可连接多种与真细菌和真核生物细胞质膜上不同的基团， 如磷酸酯 基、硫酸酯基以及多种糖基等。 ⑤细胞质膜上含多种独特脂类。仅嗜盐菌类即已发现有细菌红素（bacterioruberin）、α - 胡 萝 卜 素 、 β - 胡 萝 卜 素 、 番 茄 红 素 、 视 黄 醛 [retinal ， 可 与 蛋 白 质 结 合 成 视 紫 红 质 (bacteriorhodopsin)] 和 萘 醌 等 。图 3-12 甘油二醚和二甘油四醚的分子构造及由其形成的双层和单层膜 2、细胞质和内含物 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%。原核微生物的细胞质是不流动的，这一点与真核生物明显不同。细胞质的主要 成分为核糖体（由 50S 大亚基和 30S 小亚基组成）、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。细胞质内 形状较大的颗粒状构造称为内含物(inclusion body)，包括各种贮藏物和羧酶体、气泡等。12（1）贮藏物(reserve materials) 贮藏物是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。种类 很多，表解如下：①聚-β-羟丁酸(poly-β-hydroxybutyrate, PHB)：是存在于许多细菌细胞质内属于类脂 性质的碳源类贮藏物，不溶于水，可溶于氯仿，可用尼罗蓝或苏丹黑染色，具有贮藏能量、碳 源和降低细胞内渗透压的作用。当巨大芽孢杆菌（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%。 在棕色固氮菌(Azotobacter vinelandii) 的孢囊中也含 PHB。PHB 的结构（式中的 n 一般大于 1,000,000）是：PHB 于 1929 年被发现，至今已发现 60 属以上的细菌能合成并贮藏。由于它无毒、可塑、 易降解，故认为是生产医用塑料、生物降解塑料的良好原料。若干产碱菌(Alcaligenes spp)、 固氮菌(Azotobacter spp)和假单胞菌(Pseudomonas spp)是主要的生产菌种。近年来，又发现 在一些革兰氏阳性和阴性好氧菌、光合厌氧细菌中，都存在 PHB 类化合物，它们与 PHB 仅是 R 基不同（R=CH3 时即为 PHB）。这类化合物可统称为聚羟链烷酸(polyhydroxyalkanoate, PHA)， 其结构是：13②多糖类贮藏物：包括糖原和淀粉类。在真细菌中以糖原为多。糖原可用碘液染成褐色， 在光学显微镜下可见。 ③异染粒(metachromatic granules)：又称迂回体或捩转菌素(volutin granules)，这是 因为它最早是在迂回螺菌(Spirillum volutans)被发现并可用美蓝或甲苯胺蓝染成红紫色的缘 故。颗粒大小为 0.5～1.0μm，是无机偏磷酸的聚合物，分子呈线状，n 值在 2～10 间。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。在白喉棒杆菌 (Corynebacterium diphtheriae)和结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis)中极易见到， 因此可用于有关细菌的鉴定。异染粒的化学结构为：6④藻青素（cyanophycin）：通常存在于蓝细菌中，是一种内源性氮源贮藏物，同时还兼有 贮存能源的作用。一般呈颗粒状，由含精氨酸和天冬氨酸残基（1:1）的分枝多肽所构成，分子 量在 25,000～125,000 范围内。例如柱形鱼腥蓝细菌(Anabaena cylindrica)的藻青素结构为：（2）磁小体(megnetosome) 1975 年，勃莱克摩(R.P.Blakemore)在一种称为折叠螺旋体(Spirochaeta plicatilis)的 趋磁细菌中发现。目前所知的趋磁细菌主要为水生螺菌属(Aquaspirillum)和嗜胆球菌属 (Bilophococcus)中。这些细菌细胞中含有大小均匀、数目不等的磁小体，其成分为 Fe3O4，外 有一层磷脂、蛋白或糖蛋白膜包裹，是单磁畴晶体，无毒，大小均匀（20～100nm），每个细胞 内有 2～20 颗。形状为平截八面体、平行六面体或六棱柱体等。其功能是导向作用，即借鞭毛 游向对该菌最有利的泥、水界面微氧环境处生活。目前认为趋磁菌有一定的实用前景，包括生 产磁性定向药物或抗体，以及制造生物传感器等。14（3）羧酶体(carboxysome) 又称羧化体，是存在于一些自养细菌细胞内的多角形或六角形内含物。其大小与噬菌体相 仿，约 10nm，内含 1,5-二磷酸核酮糖羧化酶，在自养细菌的 CO2 固定中起着关键作用。在排硫 硫杆菌（Thiobacillus thioparus）、那不勒斯硫杆菌(T. neapolitanus)、贝日阿托氏菌属 （Beggiatoa）、硝化细菌和一些蓝细菌中均可找到羧酶体。 （4）气泡（gas vocuoles） 是在许多光合营养型、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 0.2～1.0μm×75nm，内由数排柱形小空泡组成，外有 2nm 厚的蛋白质膜包裹，其功能是调节细 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。每个细胞含几个至几百个气泡。 如鱼腥蓝细菌属(Anabaena)、顶孢蓝细菌属(Gloeotrichia)、盐杆菌属(Halobacterium)、暗网 菌属(Pelodictyon)和红假单胞菌(Rhodopseudomonas)的一些种中都有气泡。 area） 3、核区（nuclear region or area） 核区（ 又称核质体(nuclear body)、原核(prokaryon)、拟核(nucleoid)或核基因组(genome)。指 原核生物所特有的无核膜结构、无固定形态的原始细胞核。用富尔根(Feulgen)染色法染色后， 可见到呈紫色的形态不定的核区。 它是一个大型环状双链 DNA 分子， 只有少量蛋白质与之结合， 长度一般为 0.25～3.00mm，例如，大肠杆菌的核区 DNA 长约 1.1～1.4mm，枯草芽孢杆菌的约为 1.7mm，嗜血流感杆菌(Haemophilus influenzae)约 0.832mm。每个细胞所含的核区数与该细菌 的生长速度有关，一般为 1～4 个。在快速生长的细菌中，核区 DNA 可占细胞总体积的 20%。细 菌的核区除在染色体复制的短时间内呈双倍体外，一般均为单倍体。核区是细菌负载遗传信息 的主要物质基础。 4、特殊的休眠构造――芽孢 特殊的休眠构造――芽孢 ―― 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”）。每一营养细胞内仅生 成一个芽孢。芽孢是整个生物界中抗逆性最强的生命体，在抗热、抗化学药物、抗辐射和抗静 水压等方面，更是首屈一指。一般细菌的营养细胞不能经受 70℃以上的高温，可是，它们的芽 孢却有惊人的耐高温能力。例如，肉毒梭菌(Clostridium botulinum)的芽孢在 100℃沸水中要 经过 5.0～9.5h 才被杀死，至 121℃时，平均也要 10min 才杀死：热解糖梭菌(C.thermosaccharolyticum)的营养细胞在 50℃下经数分钟即可杀死，但它的一群芽孢却须在132℃下经 4.4min 才能杀死其中的 90%。芽孢的抗紫外线能力一般是其营养细胞的一倍。巨大 芽孢杆菌芽孢的抗辐射能力要比大肠杆菌的营养细胞强 36 倍。 芽孢的休眠能力更是突出。 在其 休眠期间，不能检查出任何代谢活力，因此称为隐生态（cryptobiosis）。一般的芽孢在普通15的条件下可保持几年至几十年的生活力。但文献中还有许多更突出的记载，如：环状芽孢杆菌(B.circulans)的芽孢在植物标本上（英国）已保存 200～300 年；一种高温放线菌 (Thermoactinomyces sp) 的芽孢在建筑材料中（美国）已保存 2000 年；普通高温放线菌（T. vulgaris）的芽孢在湖底冻土中（美国）已保存 7500 年；一种芽孢杆菌(Bacillus sp) 的芽孢在琥珀内蜜蜂肠道中（美国）已保存 2500 万～4000 万年。 （1）产芽孢细菌的种类 能产芽孢的细菌属不多，最主要的是属于革兰氏阳性杆菌的两个属――好氧性的芽孢杆菌 属(Bacillus)和厌氧性的梭菌属(Clostridium)。球菌中只有芽孢八叠球菌属(Sporosarcina) 产生芽孢。螺菌中的孢螺菌属(Sporospirillum)也产芽孢。此外，还发现少数其他杆菌可产生 芽孢，如芽孢乳杆菌属（Sporolactobacillus）、脱硫肠状菌属(Desulfotomaculum)、考克斯 氏体属(Coxiella)、鼠孢菌属（Sporomusa）和高温放线菌属（Thermoactinomyces）等。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指标。 （2）芽孢的构造 从图 3-13 和以下的表解中就可以较清楚地了解芽孢的细致构造和主要功能。图 3-13 细菌芽孢构造模式图16皮层(cortex)在芽孢中占有很大体积（36%～60%），内含大量为芽孢皮层所特有的芽孢肽 聚糖，其特点是呈纤维束状、交联度小、负电荷强、可被溶菌酶水解。此外，皮层中还含有占 芽孢干重 7%～10%的吡啶二羧酸钙盐（calcium picolinate, DPA-Ca），但不含磷壁酸。皮层 的渗透压可高达 20 个大气压左右，含水量约 70%，略低于营养细胞（约 80%），但比芽孢整体 的平均含水量（40%左右）高出许多。芽孢的核心（core）又称芽孢原生质体，由芽孢壁、芽孢 质膜、芽孢质和核区四部分组成，它的含水量极低（10%～25%），因而特别有利于抗热、抗化 学药物（如 H2O2），并可避免酶的失活。除芽孢壁中不含磷壁酸以及芽孢质中含 DPA-Ca 外，核 心中的其他成分与一般细胞相似。图 3-14 示芽孢特有的芽孢肽聚糖和吡啶-2,6-二羧酸钙盐的 分子构造。图 3-14 芽孢特有的肽聚糖和 DPA-Ca 的分子构造 （3）芽孢形成(sporulation, sporogenesis) 产芽孢的细菌当其细胞停止生长即环境中缺乏营养及有害代谢产物积累过多时，就开始形 成芽孢。从形态上来看，芽孢形成可分七个阶段（图 3-15）：17①DNA 浓缩，束状染色质形成； ②细胞膜内陷，细胞发生不对称分裂，其中小体积部分即为前芽孢（forespore）； ③前芽孢的双层隔膜形成，这时芽孢的抗辐射性提高； ④在上述两层隔膜间充填芽孢肽聚糖后，合成 DPA，累积钙离子，开始形成皮层，再经脱 水，使折光率增高； ⑤芽孢衣合成结束； ⑥皮层合成完成，芽孢成熟，抗热性出现； ⑦芽孢囊裂解，芽孢游离外出。在枯草芽孢杆菌中，芽孢形成过程约需 8h，其中参与的基 因约有 200 个。在芽孢形成过程中，伴随着形态变化的还有一系列化学成分和生理功能的变化 （ 见 图 3-16 ） 。18图 3-15 芽孢形成的七个阶段图 3-16 好氧芽孢杆菌在芽孢形成过程中的形态与生理变化 （4）芽孢萌发(germination) 由休眠状态的芽孢变成营养状态细菌的过程， 称为芽孢的萌发， 它包括活化(activation)、 出芽(germination)和生长(outgrowth)三个具体阶段。在人为条件下，活化作用可由短期热处 理或用低 pH、强氧化剂的处理而引起。例如，枯草芽孢杆菌的芽孢经 7 天休眠后，用 60℃处理 5min 即可促进其发芽。当然也有要用 100℃加热 10min 才能促使活化的芽孢。由于活化作用是 可逆的，故处理后必须及时将芽孢接种到合适的培养基中去。有些化学物质可显著促进芽孢的 萌发，称作萌发剂(germinants)，例如 L-丙氨酸、Mn 、表面活性剂(n-十二烷胺等)和葡萄糖 等。相反，D-丙氨酸和重碳酸钠等则会抑制某些细菌芽孢的发芽。发芽的速度很快，一般仅需 几分钟。这时，芽孢衣中富含半胱氨酸的蛋白质的三维空间结构发生可逆性变化，从而使芽孢 的透性增加，随之促进与发芽有关的蛋白酶活动。接着，芽孢衣上的蛋白质逐步降解，外界阳 离子不断进入皮层，于是皮层发生膨胀、溶解和消失。接着外界的水分不断进入芽孢的核心部 位，使核心膨胀、各种酶类活化，并开始合成细胞壁。在发芽过程中，为芽孢所特有的耐热性、 光密度和折射率等特性都逐步下降，DPA-Ca、氨基酸和多肽逐步释放，核心中含量较高的可防192+止 DNA 损伤的小酸溶性芽孢蛋白（SASPs, small acid-soluble spore proteins）迅速下降， 接着就开始其生长阶段。这时，芽孢核心部分开始迅速合成新的 DNA、RNA 和蛋白质，于是出现 了发芽并很快变成新的营养细胞。当芽孢发芽时，芽管可以从极向或侧向伸出，这时，它的细 胞壁还是很薄甚至不完整的，因此，出现了很强的感受态（competence）――接受外来 DNA 而 发生遗传转化的可能性增强了。 有关芽孢和营养细胞特点的比较可见表 3-3。 表 3-3 营养细胞和芽孢特点的比较 特 点 外形 外包被层次 折光率 含水量 染色性能 含 Ca 量 含 DPA 含 SASPs 含 mRNA 量 细胞质 pH 酶活性 代谢活力 大分子合成 抗热性 抗辐射性 抗酸或化学药剂 对溶菌酶 保藏期 （5）芽孢的耐热机制 关于芽孢耐热的本质至今尚无公认的解释。较新的是渗透调节皮层膨胀学说 (osmoregulatory expanded cortex theory)，由于它综合了不少较新的研究成果，因此有一定 的说服力。该学说认为，芽孢的耐热性在于芽孢衣对多价阳离子和水分的透性很差和皮层的离 子强度很高，从而使皮层产生极高的渗透压去夺取芽孢核心的水分，其结果造成皮层的充分膨 胀，而核心部分的细胞质却变得高度失水，因此，具极强的耐热性。从皮层成分来看，它含有 大量交联度低（～6%）、负电荷强的芽孢肽聚糖，它与低价阳离子一起赋予皮层的高渗透压特 性，从而使皮层的含水量增高，随之增大了体积（图 3-17）。由此可知，芽孢整体的含水量少，20营 养 细 胞 一般为杆状 少 差 高（80%～90%） 良好 低 无 无 高 ~7 高 强 强 弱 弱 弱 敏感 短芽 孢 球状或椭圆状 多 强 低（核心为 10%～ 25%） 极差 高 有 有 低或无 ~5.5~6.0（核心） 低 接近 O 无 极强 强 强 抗性 长或极长并不说明其各层次的含水量是均一的，其中皮层与核心间含水量的差别是极其明显的。芽孢有 生命部位――核心部位含水量的稀少（10%～25%），才是其耐热机制的关键所在。除皮层膨胀 渗透调节学说外，还有别的学说来解释芽孢的高度耐热机制。例如，针对在芽孢形成过程中会 合成大量的为营养细胞所没有的 DPA-Ca，不少学者提出 Ca 与 DPA 的螯合作用会使芽孢中的生 物大分子形成一种稳定而耐热性强的凝胶。总之，有关芽孢耐热机制是一个重要的有待进一步 深入研究的基础理论问题。2+图 3-17 芽孢皮层的膨胀与收缩的图示 （6）研究芽孢的意义 芽孢是少数几属真细菌所特有的形态构造，因此，它的存在和特点成了细菌分类、鉴定中 的重要形态学指标。由于芽孢具有高度耐热性，所以用高温处理含菌试样，可轻而易举地提高 芽孢产生菌的筛选效率。由于芽孢的代谢活动基本停止，因此其休眠期特长，这就为产芽孢菌 的长期保藏带来了极大的方便。由于芽孢具有高度耐热性和其他抗逆性，因此，是否能消灭一 些代表菌的芽孢就成了衡量各种消毒灭菌手段的最重要的指标。例如，若对肉类原料上的肉毒 梭菌（Clostridium botulinum）灭菌不彻底，它就会在成品罐头中生长繁殖并产生极毒的肉毒 毒素，危害人体健康。已知它的芽孢在 pH＞7.0 时在 100℃下要煮沸 5.0～9.5h 才能杀灭，如 提高到 115℃下进行加压蒸汽灭菌，需 10～40min 才能杀灭，而在 121℃下则仅需 10min。这就 要求食品加工厂在对肉类罐头进行灭菌时，应掌握在 121℃下维持 20min 以上。另外，在外科 器材灭菌中，常以有代表性的产芽孢菌――破伤风梭菌(C. tetani)和产气荚膜梭菌(C.perfringens)这两种严重致病菌的芽孢耐热性作为灭菌程度的依据，即要在 121℃灭菌 10min21或 115℃下灭菌 30min 才可。在实验室尤其在发酵工业中，灭菌要求更高。原因是在自然界经 常会遇到耐热性最强的嗜热脂肪芽孢杆菌(Bacillus stearothermophilus)的污染， 而一旦遭其 污染，则经济损失和间接后果就十分严重。已知其芽孢在 121℃下须维持 12min 才能杀死，由 此就规定了工业培养基和发酵设备的灭菌至少要在 121℃下保证维持 15min 以上。若用热空气 进行干热灭菌，则芽孢的耐热性更高，因此，就规定干热灭菌的温度为 150～160℃下维持 1～ 2h。 （7）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。它的干重可 达芽孢囊重的 30%左右，由 18 种氨基酸组成。由于伴孢晶体对 200 多种昆虫尤其是鳞翅目的幼 虫有毒杀作用，因而可将这类产伴孢晶体的细菌制成有利于环境保护的生物农药――细菌杀虫 剂。苏云金芽孢杆菌除产生上述毒素外，有的还会产生 3 种外毒素（α、β、γ）和其他杀虫 毒素。 （8）细菌的其他休眠构造 细菌的休眠构造除上述的芽孢外， 还有孢囊 （cyst， 由固氮菌产生） 粘液孢子 、 （myxospore， 由粘球菌产生）、蛭孢囊(bdellocyst，由蛭弧菌产生)和外生孢子(exospore,由嗜甲基细菌和 红微菌产生)，等等。孢囊是固氮菌(Azotobacter)尤其是棕色固氮菌（A.vinelandii）等少数 细菌在缺乏营养的条件下，由营养细胞的外壁加厚、细胞失水而形成的一种抗干旱但不抗热的 圆形休眠体，一个营养细胞仅形成一个孢囊，因此与芽孢一样，也没有繁殖功能。孢囊在适宜 的外界条件下，可发芽和重新进行营养生长。有关孢囊的特性及其与芽孢的比较可见表 3-4。 表 3-4 芽孢与孢囊的比较 特 点 形成方式 外壁层次 外壁成分 抗 性 贮 藏 物 代 表 菌 芽 孢 孢 囊在细胞内浓缩后再外包 整个细胞变圆、外层 加厚 4 层以上+3 层左右-蛋白质、肽聚糖（近 G 磷脂、脂多糖（近 G 菌） 菌）强，抗热、辐射及药物 抗干旱，稍抗热及紫 等 外线 无特殊贮藏物 芽孢杆菌属，梭菌属 有 PHB 贮藏 固氮菌属，粘细菌等三、细胞壁以外的构造 在某些原核生物的细胞壁外，会着生一些特殊的附属物，包括糖被、鞭毛、菌毛和性菌毛 等。22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。糖被的有无、厚薄除与 菌种的遗传性相关外，还与环境（尤其是营养）条件密切相关。糖被按其有无固定层次、层次 厚薄又可细分为荚膜（capsule 或 macrocapsule，大荚膜）、微荚膜(microcapsule)、粘液层 (slime layer)和菌胶团(zoogloea)。荚膜的含水量很高，经脱水和特殊染色后可在光学显微镜下看到。在一般实验室中，最方 便的方法是用碳素墨水对产荚膜菌进行负染色（又称背景染色），就可在光学显微镜下清楚地 观察到它的存在。糖被的主要成分是多糖、多肽或蛋白质，尤以多糖居多。少数细菌如黄色杆 菌属(Xanthobacter)的菌种既具有α-聚谷氨酰胺荚膜， 又有含大量多糖的粘液层。 这种粘液层 无法通过离心沉淀，有时甚至将培养容器倒置时，呈凝胶状的培养基仍不会流出。糖被主要成 分及其代表菌表解如下：荚膜的功能为： ①保护作用：其上大量极性基团可保护菌体免受干旱损伤；可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，例如，有荚膜的肺炎链球菌 (Streptococcus pneumoniae)就更易引起人的肺炎；又如，肺炎克雷伯氏菌(Klebsiella pneumoniae)的荚膜既可使其粘附于人体呼吸道并定植，又可防止白细胞的吞噬； ②贮藏养料，以备营养缺乏时重新利用，如黄色杆菌的荚膜等； ③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； ④表面附着作用，例如引起龋齿的唾液链球菌(Streptococcus salivarius)和变异链球菌 就会分泌一种己糖基转移酶，使蔗糖转变成果聚糖，它可使细菌牢牢粘附于牙齿表面，由细菌23发酵糖类产生的乳酸在局部累积后，可腐蚀牙表珐琅质层，引起龋齿；某些水生丝状细菌的鞘 衣状荚膜也有附着作用； ⑤细菌间的信息识别作用，如根瘤菌属(Rhizobium)； ⑥堆积代谢废物。 细菌糖被与人类的科学研究和生产实践有密切的关系。糖被的有无及其性质的不同可用于 菌种鉴定，例如某些难以观察到的微荚膜的致病菌，只要用极为灵敏的血清学反应即可鉴定。 在制药工业和试剂工业中，人们可以从肠膜状明串珠菌的糖被中提取葡聚糖以制备“代血浆” 或葡聚糖生化试剂(如 “Sephadex”)； 利用野油菜黄单胞菌(Xanthomonas campestris)的粘液 层可提取十分有用的胞外多糖――黄原胶(xanthan 或 Xc，又称黄杆胶，结构见图 3-18），它 可用于石油开采中的钻井液添加剂，也可用于印染、食品等工业中；产生菌胶团的细菌在污水 的微生物处理过程中具有分解、吸附和沉降有害物质的作用。当然，若不加防范，有些细菌的 糖被也可对人类带来不利的影响。例如，肠膜状明串珠菌若污染制糖厂的糖汁，或是污染酒类、 牛乳和面包，就会影响生产和降低产品质量；在工业发酵中，若发酵液被产糖被的细菌所污染， 就会阻碍发酵过程的正常进行和影响产物的提取；某些致病菌的糖被会对该病的防治造成严重 障碍；由几种链球菌荚膜引起的龋齿更是全球范围内严重危害人类健康的高发病，等等。图 3-18 黄原胶的分子构造（M 为 Na 、K 或 Ca ） 2、鞭毛(flagellum,复 flagella) 鞭毛(flagellum,复 (flagellum, 生长在某些细菌体表的长丝状、波曲的蛋白质附属物，称为鞭毛，其数目为一至数十条， 具有运动功能。24++++2+鞭毛的长度一般为 15～20μm， 直径为 0.01～0.02μm。 观察鞭毛最直接的方法用电子显微 镜。用特殊的鞭毛染色法使染料沉积在鞭毛上，加粗后的鞭毛也可用光学显微镜观察。在暗视 野中，对水浸片或悬滴标本中运动着的细菌，也可根据其运动方式判断它们是否具有鞭毛。在 下述两情况下，单凭肉眼观察也可初步推断某细菌是否存在着鞭毛： ①在半固体（含 0.3%～0.4%琼脂）直立柱中用穿刺法接种某一细菌，经培养后，若在穿刺 线周围有呈混浊的扩散区，说明该菌具有运动能力，并可推测其长有鞭毛，反之，则无鞭毛； ②根据某菌在平板培养基上的菌落外形也可推断它有无鞭毛，一般地说，如果该菌长出的 菌落形状大、薄且不规则，边缘极不圆整，说明该菌运动能力很强，反之，若菌落外形圆整、 边缘光滑、厚度较大，则说明它是无鞭毛的细菌。 原核微生物（包括古生菌）鞭毛的构造由基体、钩形鞘和鞭毛丝三部分组成。革兰氏阳性 细菌和阴性细菌在基体的构造上稍有区别。革兰氏阴性细菌的鞭毛最为典型，现以大肠杆菌的 鞭毛为例。它的基体(basal body)由四个盘状物即环（ring）组成，最外层的 L 环连在细胞壁 最外层的外膜上，接着是连在肽聚糖内壁层的 P 环，第三个是靠近周质空间的 S 环，它与第四 个环即 M 环连在一起称 S-M 环或内环，共同嵌埋在细胞质膜上。S-M 环被一对 Mot 蛋白包围， 由它驱动 S-M 环快速旋转。在 S-M 环的基部还存在一个 Fli 蛋白，起着键钮的作用，它可根据 细胞提供的信号令鞭毛进行正转或逆转。目前已清楚地知道，鞭毛基体实为一精致、超微型的 马达，其能量来自细胞膜上的质子动势(proton motive potential)。据计算，鞭毛旋转一周约 消耗 1000 个质子。 把鞭毛基体与鞭毛丝连在一起的构造称钩形鞘或鞭毛钩(hook)， 直径约 17nm， 其上着生一条长约 15～20μm 的鞭毛丝(filament)。鞭毛丝是由许多直径为 4.5nm 的鞭毛蛋白 （flagellin）亚基沿着中央孔道（直径为 20nm）螺旋状缠绕而成，每周为 8～10 个亚基。鞭 毛蛋白是一种呈球状或卵圆状蛋白，分子量为 3 万～6 万，它在细胞质内合成，由鞭毛基部通 过中央孔道输送到鞭毛游离的顶部进行自装配。因此，鞭毛的生长方式是在其顶部延伸而非基 部 延 伸 。 图 3-19 即 为 革 兰 氏 阴 性 细 菌 鞭 毛 的 构 造 模 式 图 。图 3-19 革兰氏阴性细菌鞭毛的构造 革兰氏阳性细菌的鞭毛结构较为简单。枯草芽孢杆菌鞭毛的基体仅有 S 和 M 两个环，而鞭 毛丝和钩形鞘则与革兰氏阴性菌相同。25鞭毛的功能是运动，这是原核生物实现其趋性（taxis）即趋向性的最有效方式。有关鞭毛 运动的机制曾有过“旋转论”（rotation theory）和“挥鞭论”（bending theory）的争议。 1974 年，美国学者西佛曼（M.Silverman）和西蒙（M.Simon）曾设计了一个“拴菌”试验 (tethered-cell experiment)，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。 结果发现， 该菌是在载玻片上不断打转 （而非伸缩挥动） ， 从而肯定了 “旋转论” 是正确的。 鞭毛菌的运动速度极快， 例如螺菌鞭毛转速可达每秒 40 周 （超 过一般电动机的转速）。极生鞭毛菌的运动速度明显高于周生鞭毛菌。一般速度在每秒 20～80 μm 范围，最高可达每秒 100μm（每分钟达到 3000 倍体长），超过了陆上跑得最快的动物―― 猎豹的速度（每分钟 1500 倍体长或每小时 110 公里）。 在各类细菌中，弧菌、螺菌类普遍都有鞭毛；杆状细菌中，假单胞菌类都长有极生鞭毛， 其他的有的着生周生鞭毛，有的没有；球菌中，仅个别的属例如动球菌属(Planococcus)的种才 长鞭毛。鞭毛在细胞表面的着生方式多样，主要有单端鞭毛菌(monotricha)、端生丛毛菌 (lophotricha) 、 两 端 鞭 毛 菌 (amphitricha) 和 周 毛 菌 (peritricha) 等 几 种 。 列 举 如 下 ：鞭毛的有无和着生方式在细菌的分类和鉴定工作中，是一项十分重要的形态学指标。 菌毛(fimbria (fimbria， fimbriae)* 3、菌毛(fimbria，复数 fimbriae) 菌毛曾有多种译名（纤毛，纟散毛，伞毛，线毛或须毛等），是一种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。它的结构较鞭 毛简单，无基粒等复杂构造。它着生于细胞膜上，穿过细胞壁后伸展于体表（全身或仅两端）， 直径 3～10nm。由许多菌毛蛋白(pilin)亚基围绕中心作螺旋状排列，呈中空管状。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，有的种类还可使同 种细胞相互粘连而形成浮在液体表面上的菌醭等群体结构。淋病的病原菌――淋病奈氏球菌 (Neisseria gonorhoeae)长有大量菌毛，它们可把菌体牢牢粘附在患者的泌尿生殖道的上皮细 胞上，尿液无法冲掉它们，待其定植、生长后，就会引起严重的性病。 性毛(pili, (pili,单数 4、性毛(pili,单数 pilus) 又称性菌毛(sex-pili 或 F-pili)，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（即供体菌）中，其功能是向雌性菌株（即受 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。 * 在不少书本和文献中，fimbria 常与 pilus（复数为 pili）通用，但易造成混乱。本书 作者同意 G J Tortora 等（1992）和 T D Brock（1997）教科书中的观点：把 fimbria 译为菌 毛，pili 则译为性毛。26第二节 真核微生物凡是细胞核具有核膜、能进行有丝分裂、细胞质中存在线粒体或同时存在叶绿体等细胞器 的生物，称为真核生物(eukaryotes)。微生物中的真菌、显微藻类、原生动物以及地衣均属于 真核生物。典型真核细胞的构造可见图 3-20。由图可知，真核细胞与原核细胞相比，其形态更 大、结构更为复杂、细胞器的功能更为专一。真核生物已发展出许多由膜包围着的细胞器 (organelles)，如内质网、高尔基体、溶酶体、微体、线粒体和叶绿体等，更重要的是，它们 已进化出有核膜包裹着的完整的细胞核，其中存在着构造极其精巧的染色体，它的双链 DNA 长 链已与组蛋白和其他蛋白密切结合，以更完善地执行生物的遗传功能。真核生物与原核生物二者的差别列在表 3-5 中。 图 3-20 典型真核细胞构造的模式图 表 3-5 真核生物与原核生物的比较 比 较项 目 细胞大小 若有壁，其主要成 分 细胞膜中甾醇 细胞膜含呼吸或 光合组分 细胞器 鞭毛结构 线粒体 溶酶体 细 胞 质 叶绿体 真液泡 高尔基体 微管系统 流动性 核糖体 真 核 生 物 原 核 生 物较大（通常直径＞2μ 较小（通常直径(2μ m） m) 纤维素，几丁质等 有 无 有 如有，则粗而复杂 （9+2 型） 有 有 光合自养生物中有 有些有 有 有 有 80S（指细胞质核糖 体）27多数为肽聚糖 无（仅枝原体例外） 有 无 如有，则细而简单 无 无 无 无 无 无 无 70S间体 贮藏物 核膜 DNA 含量 细 胞 核 组蛋白 核仁 染色体数 有丝分裂 减数分裂 生 理 特 性 氧化磷酸 化部位 光合作用 部位 生物固氮 能力 专性厌氧 生活 化能合成 作用 鞭毛运动方式 遗传重组方式 繁殖方式无 淀粉、糖原等 有 低（～5%） 有 有 一般＞1 有 有 线粒体 叶绿体 无 罕见 无 挥鞭式部分有 PHB 等 无 高（～10%） 少 无 一般为 1 无 无 细胞膜 细胞膜 有些有 常见 有些有 旋转马达式有性生殖、准性生殖等 转化、转导、接合 等 有性、无性等多种 一般为无性（二等 分裂）一、细胞壁 具有细胞壁的真核微生物主要是真菌（包括酵母菌和丝状真菌）和藻类。 1、真菌的细胞壁 真菌细胞壁的主要成分是多糖，另有少量的蛋白质和脂类。多糖构成了细胞壁中有形的微 纤维与无定形基质(metrix)的物质基础。微纤维部分似建筑物中的钢筋，都是单糖的β(1→4) 聚合物，可使细胞壁保持坚韧；基质似混凝土等充填物，包括甘露聚糖、β(1→3)、β(1→6) 和α(1→3)葡聚糖以及少量蛋白质。许多研究发现，不同的真菌，其细胞壁所含多糖的种类也 不同，在低等真菌中，以纤维素为主，酵母菌以葡聚糖为主，而发展至高等陆生真菌时，则以 几丁质为主（表 3-6）。 表 3-6 不同分类地位真菌的细胞壁多糖 细胞壁多糖 纤维素，糖原 纤维素，葡聚糖 纤维素，几丁质 真菌的分类地位 集孢粘菌目 卵菌亚纲 丝壶菌纲 代 表 菌 盘基网柄菌(Dictyostelium discoideum) 德巴利腐霉(Pythium debaryanum) 一种根前毛菌(Rhizidiomyces sp)28几丁质，壳多糖 葡聚糖，甘露聚糖接合菌亚纲 子囊菌纲鲁氏毛霉(Mucor rouxianus) 酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae) 产朊假丝酵母(Candida utilis) 掷孢酵母(Sporobolomyces roseus) 寄生变形毛菌(Amoebidium parasiticum) 粗糙脉孢菌(Neurospora crassa) 群集裂褶菌(Schizophyllum commune) 黑曲霉(Aspergillus niger) 一种异水霉(Allomyces sp)同上 几丁质，甘露聚糖半知菌纲 担子菌纲半乳聚糖，聚半乳糖 毛菌纲 胺 几丁质，葡聚糖 同上 同上 同上 子囊菌纲 担子菌纲 半知菌纲 壶菌纲即使是同一种真菌，在其不同生长阶段中，细胞壁的成分也会出现明显的变化，且与其功 能和进化历史相关， 例如， 鲁氏毛霉(Mucor roxianus)细胞壁的几丁质含量在孢囊孢子中仅 2%， 至酵母型阶段含 8%，菌丝型阶段为 9%，而在孢囊梗中则含 18%。真核微生物细胞壁的功能与原 核微生物类似，除具有固定外形外，还有保护细胞免受各种外界因子（渗透压、病原微生物等） 损伤等功能。 （1）酵母菌的细胞壁 酵母菌细胞壁的厚度为 25～70nm，重量约占细胞干重的 25%，主要成分为葡聚糖、甘露聚 糖、蛋白质和几丁质（总共超过 90%），另有少量脂质。它们在细胞壁上自外至内的分布次序 是甘露聚糖、蛋白质、葡聚糖（图 3-21）。葡聚糖(glucan)位于细胞壁的内层，是赋予酵母细 胞机械强度的主要物质基础。它分两类，其一占含量的 85%，分子量为 240000，称β-(1→3) 葡聚糖，呈长扭曲的链状；另一为含量较低、呈分枝的网状分子，是以β-(1→6)方式连接的葡 聚糖。甘露聚糖(mannan)是甘露糖分子以α-(1→6)相连的分枝状聚合物，位于细胞壁外侧，呈 网状，若把它去除后，细胞仍维持正常形态。蛋白质夹在葡聚糖和甘露聚糖中间，呈三明治状， 它常与甘露聚糖作共价结合而形成一复合物。蛋白质含量一般仅甘露聚糖的 1/10。它们除少数 为结构蛋白外，多数是起催化作用的酶，如葡聚糖酶、甘露聚糖酶、蔗糖酶、碱性磷酯酶和酯 酶等。几丁质(chitin)在酵母细胞壁中的含量很低，仅在其形成芽体时合成，然后分布于芽痕 的周围。与真菌细胞壁密切相关的四种糖的结构见图 3-22。图 3-21 酵母细胞壁中主要成分的排列29图 3-22 纤维素、几丁质、葡聚糖和甘露聚糖的结构 不同种、属酵母菌的细胞壁成分差异也很大，且并非各种酵母都含有甘露聚糖。例如，点 滴酵母(Saccharomyces guttulatus)和荚膜内孢霉(Endomyces capsulata)的细胞壁成分以葡聚 糖为主，只含少量甘露聚糖；一些裂殖酵母(Schizosaccharomyces spp)则仅含葡聚糖而不含甘 露聚糖，取代甘露聚糖的是含有较多的几丁质。 （2）丝状真菌的细胞壁 以研究得较多的粗糙脉孢菌(Neurospora crassa)为例，其最外层由β(1→3)和β(1→6) 无定形葡聚糖组成（厚度为 87nm）；接着是由糖蛋白组成的、嵌埋在蛋白质基质层中的粗糙网 （厚 49nm）；再下为蛋白质层（厚 9nm）；最内层的壁由放射状排列的几丁质微纤维丝组成（厚 18nm）。（图 3-23）图 3-23 粗糙脉孢菌菌丝的细胞壁构造产生巨大压力的真菌附着胞 许多植物病害是由真菌引起的，有些致病菌具有高度特化的感染结构，例如刺盘孢 属 （ Colletotrichum ） 的 一 些 种 具 有 一 种 由 坚 硬 的 细 胞 壁 组 成 的 特 殊 的 附 着 胞 （appressoria），当感染植物的时候，这种附着胞牢牢地附着到宿主的叶片表面，并且 通过提高附着胞内渗透压活性物质的浓度产生巨大的膨压，射出一钉状结构进入植物细 胞，为真菌的感染炸开一条通道。真菌的这种特殊的感染结构虽然早已为真菌学家所知， 但它的感染机制，特别是它产生的巨大压力并不清楚。1999 年 Science 周刊上报道了 Bechingerts 将物理和生物学的方法结合起来， 测试了真菌禾生刺盘孢 C. Graminicola） （ 的附着胞的压力为 5.35Mpa，而 Magnaporthe grisea 附着胞的压力更大，为 8.0Mpa，这 相当于我们用高压蒸汽灭菌压力（0.1Mpa）的 50-80 倍。这些植物致病真菌就是用如此 巨大的压力，攻破单子叶和双子叶细胞壁的角质层和表层，以达到侵染的目的。30（3）藻类的细胞壁 藻类细胞壁的厚度一般为 10～20nm， 也有更薄的， 如蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidis) 的壁仅为 3～5nm。 其结构骨架多由纤维素组成， 它以微纤丝的方式成层状排列 （占干重的 50%～ 80%），其余为间质多糖。间质多糖主要是杂多糖，还含少量蛋白质和脂类。杂多糖的具体种类 随种而异，例如： ①在褐藻中是褐藻酸(algnic acid)，它由 D-甘露糖醛酸和 L-葡萄糖醛酸聚合而成； ②在岩藻中是岩藻素(fucoidin)，它是硫酸酯化的 L-岩藻糖的聚合物； ③在红藻――石花菜属(Gelidium)中是琼脂，它是半乳糖和半乳糖醛酸的聚合物，经提取 后制成的产品，在微生物培养基的制造和食品工业等领域中有着广泛的用途； ④在小球藻中主要是半乳糖和鼠李糖通过β-糖苷键连接的多聚体；等等。 细胞壁以内的构造―― ――原生质体 二、细胞壁以内的构造――原生质体 细胞质膜(cytoplasmic 1、细胞质膜(cytoplasmic membrane) 又称质膜(plasma membrane)、细胞膜(cell membrane)或内膜(inner membrane)，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 7～8nm，由磷 脂（占 20%～30%）和蛋白质（占 50%～70%）组成。通过质壁分离、鉴别性染色或原生质体破裂 等方法可在光学显微镜下观察到；用电子显微镜观察细菌的超薄切片，则可更清楚地观察到它 的存在。电镜观察到的细胞质膜，是在上下两暗色层之间夹着一浅色中间层的双层膜结构。这 是因为，组成细胞膜主要成分的磷脂，是由两层磷脂分子按一定规律整齐地排列而成的。其中 每一个磷脂分子由一个带正电荷且能溶于水的极性头（磷酸端）和一个不带电荷、不溶于水的 非极性尾（烃端）所构成。极性头朝向内外两表面，呈亲水性，而非极性端的疏水尾则埋入膜 的内层，于是形成了一个磷脂双分子层。在极性头的甘油 3C 上，不同种微生物具有不同的 R 基，如磷脂酸、磷脂酰甘油、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰胆碱、磷脂酰丝氨酸或磷脂酰肌醇等（图 3-10）。在原核微生物的细胞质膜上多数含磷脂酰甘油，此外，在革兰氏阴性细菌中，多数还 含磷脂酰乙醇胺，在分枝杆菌中则含磷脂酰肌醇，等等。而非极性尾则由长链脂肪酸通过酯键 连接在甘油的 C1 和 C2 位上组成，其链长和饱和度因细菌种类和生长温度而异，通常生长温度要求越高的种，其饱和度也越高，反之则低。图 3-10 磷脂的分子结构 在常温下，磷脂双分子层呈液态，其中嵌埋着许多具运输功能、有的分子内含有运输通道的整 合蛋白（integral protein）或内嵌蛋白（intrinsic protein），在磷脂双分子层的上面则“漂 浮着”许多具有酶促作用的周边蛋白（peripheral protein）或膜外蛋白(extrinsic protein)。 它们都可在磷脂表层或内层作侧向移动，以执行其相应的生理功能。至今有关细胞质膜的结构31与功能的解释， 较多的学者仍倾向于 1972 年由辛格 （J.S.Singer） 和尼科尔森 （G.L.Nicolson） 所提出的液态镶嵌模型(fluid mosaic model)。其要点为：①膜的主体是脂质双分子层；②脂 质双分子层具有流动性；③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； ④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； ⑤脂质分子间或脂质与蛋白质分子间无共价结合；⑥脂质双分子层犹如一“海洋”，周边蛋白 可在其上作“漂浮”运动，而整合蛋白则似“冰山”状沉浸在其中作横向移动。有关细胞质膜 的模式构造可见图 3-11。图 3-11 细胞质膜构造的模式图 细胞膜的生理功能为： ①选择性地控制细胞内、外的营养物质和代谢产物的运送； ②是维持细胞内正常渗透压的屏障； ③合成细胞壁和糖被的各种组分（肽聚糖、磷壁酸、LPS、荚膜多糖等）的重要基地； ④膜上含有氧化磷酸化或光合磷酸化等能量代谢的酶系，是细胞的产能场所； ⑤是鞭毛基体的着生部位和鞭毛旋转的供能部位。 原核微生物的细胞质膜上一般不含胆固醇等甾醇，这一点与真核生物明显不同。但缺乏细 胞壁的原核生物――枝原体（Mycoplasma）则属例外。在其细胞膜上因含有 hopanoid 类甾醇而 增强了坚韧性，故在一定程度上弥补了因缺壁而带来的不足。多烯类抗生素因可破坏含甾醇的 细胞质膜，故可抑制枝原体和真核生物，但对其他的原核生物则无抑制作用。 间体（mesosome，或中体）是一种由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。每个细胞含一至少数几个。着生部位可在表层或深层， 前者与某些酶如青霉素酶的分泌有关，后者与 DNA 的复制、分配以及与细胞分裂有关。近年来 也有学者提出不同的看法，认为“间体”仅是电镜制片时因脱水操作而引起的一种赝像。 近二十年来越来越受到学术界重视的、有很多独特之处的古生菌的细胞质膜，研究发现， 它的质膜虽然在本质上也是由磷脂组成，但它比真细菌或真核生物具有更明显的多样性。 ①亲水头（甘油）与疏水尾（烃链）间是通过醚键而不是酯键连接的； ②组成疏水尾的长链烃是异戊二烯的重复单位（如四聚体植烷、六聚体鲨烯等），它与亲 水头通过醚键连接成甘油二醚（glycerol diether）或二甘油四醚(diglycerol tetraether) 等，而在真细菌或真核生物中的疏水尾则是脂肪酸； ③古生菌的细胞质膜中存在着独特的单分子层膜或单、双分子层混合膜，而真细菌或真核 生物的细胞质膜都是双分子层。具体地说，当磷脂为二甘油四醚时，连接两端两个甘油分子间 的两个植烷（phytanyl）侧链间会发生共价结合，形成了二植烷(diphytanyl)，这时就形成了 独特的单分子层膜（图 3-12）。目前发现，单分子层膜多存在于嗜高温的古生菌中，其原因可 能是这种膜的机械强度要比双分子层质膜更高。 ④在甘油的 3C 分子上， 可连接多种与真细菌和真核生物细胞质膜上不同的基团， 如磷酸酯 基、硫酸酯基以及多种糖基等。32⑤细胞质膜上含多种独特脂类。仅嗜盐菌类即已发现有细菌红素（bacterioruberin）、α - 胡 萝 卜 素 、 β - 胡 萝 卜 素 、 番 茄 红 素 、 视 黄 醛 [retinal ， 可 与 蛋 白 质 结 合 成 视 紫 红 质 (bacteriorhodopsin)]和萘醌等。图 3-12 甘油二醚和二甘油四醚的分子构造及由其形成的双层和单层膜 细胞质和内含物 2、细胞质和内含物 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%。原核微生物的细胞质是不流动的，这一点与真核生物明显不同。细胞质的主要 成分为核糖体（由 50S 大亚基和 30S 小亚基组成）、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。细胞质内 形状较大的颗粒状构造称为内含物(inclusion body)，包括各种贮藏物和羧酶体、气泡等。 （1）贮藏物(reserve materials) 贮藏物是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。种类 很多，表解如下：①聚-β-羟丁酸(poly-β-hydroxybutyrate, PHB)：是存在于许多细菌细胞质内属于类脂 性质的碳源类贮藏物，不溶于水，可溶于氯仿，可用尼罗蓝或苏丹黑染色，具有贮藏能量、碳 源和降低细胞内渗透压的作用。当巨大芽孢杆菌（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%。 在棕色固氮菌(Azotobacter vinelandii) 的孢囊中也含 PHB。PHB 的结构（式中的 n 一般大于 1,000,000）是：PHB 于 1929 年被发现，至今已发现 60 属以上的细菌能合成并贮藏。由于它无毒、可塑、 易降解，故认为是生产医用塑料、生物降解塑料的良好原料。若干产碱菌(Alcaligenes spp)、 固氮菌(Azotobacter spp)和假单胞菌(Pseudomonas spp)是主要的生产菌种。近年来，又发现 在一些革兰氏阳性和阴性好氧菌、光合厌氧细菌中，都存在 PHB 类化合物，它们与 PHB 仅是 R 基不同（R=CH3 时即为 PHB）。这类化合物可统称为聚羟链烷酸(polyhydroxyalkanoate, PHA)， 其结构是：33②多糖类贮藏物：包括糖原和淀粉类。在真细菌中以糖原为多。糖原可用碘液染成褐色， 在光学显微镜下可见。 ③异染粒(metachromatic granules)：又称迂回体或捩转菌素(volutin granules)，这是 因为它最早是在迂回螺菌(Spirillum volutans)被发现并可用美蓝或甲苯胺蓝染成红紫色的缘 6 故。颗粒大小为 0.5～1.0μm，是无机偏磷酸的聚合物，分子呈线状，n 值在 2～10 间。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。在白喉棒杆菌 (Corynebacterium diphtheriae)和结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis)中极易见到， 因此可用于有关细菌的鉴定。异染粒的化学结构为：④藻青素（cyanophycin）：通常存在于蓝细菌中，是一种内源性氮源贮藏物，同时还兼有 贮存能源的作用。一般呈颗粒状，由含精氨酸和天冬氨酸残基（1:1）的分枝多肽所构成，分子 量在 25,000～125,000 范围内。例如柱形鱼腥蓝细菌(Anabaena cylindrica)的藻青素结构为：（2）磁小体(megnetosome) 1975 年，勃莱克摩(R.P.Blakemore)在一种称为折叠螺旋体(Spirochaeta plicatilis)的 趋磁细菌中发现。目前所知的趋磁细菌主要为水生螺菌属(Aquaspirillum)和嗜胆球菌属 (Bilophococcus)中。这些细菌细胞中含有大小均匀、数目不等的磁小体，其成分为 Fe3O4，外 有一层磷脂、蛋白或糖蛋白膜包裹，是单磁畴晶体，无毒，大小均匀（20～100nm），每个细胞 内有 2～20 颗。形状为平截八面体、平行六面体或六棱柱体等。其功能是导向作用，即借鞭毛 游向对该菌最有利的泥、水界面微氧环境处生活。目前认为趋磁菌有一定的实用前景，包括生 产磁性定向药物或抗体，以及制造生物传感器等。 （3）羧酶体(carboxysome) 又称羧化体，是存在于一些自养细菌细胞内的多角形或六角形内含物。其大小与噬菌体相 仿，约 10nm，内含 1,5-二磷酸核酮糖羧化酶，在自养细菌的 CO2 固定中起着关键作用。在排硫 硫杆菌（Thiobacillus thioparus）、那不勒斯硫杆菌(T. neapolitanus)、贝日阿托氏菌属 （Beggiatoa）、硝化细菌和一些蓝细菌中均可找到羧酶体。 （4）气泡（gas vocuoles） 是在许多光合营养型、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 0.2～1.0μm×75nm，内由数排柱形小空泡组成，外有 2nm 厚的蛋白质膜包裹，其功能是调节细 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。每个细胞含几个至几百个气泡。34如鱼腥蓝细菌属(Anabaena)、顶孢蓝细菌属(Gloeotrichia)、盐杆菌属(Halobacterium)、暗网 菌属(Pelodictyon)和红假单胞菌(Rhodopseudomonas)的一些种中都有气泡。 核区（ area） 3、核区（nuclear region or area） 又称核质体(nuclear body)、原核(prokaryon)、拟核(nucleoid)或核基因组(genome)。指 原核生物所特有的无核膜结构、无固定形态的原始细胞核。用富尔根(Feulgen)染色法染色后， 可见到呈紫色的形态不定的核区。 它是一个大型环状双链 DNA 分子， 只有少量蛋白质与之结合， 长度一般为 0.25～3.00mm，例如，大肠杆菌的核区 DNA 长约 1.1～1.4mm，枯草芽孢杆菌的约为 1.7mm，嗜血流感杆菌(Haemophilus influenzae)约 0.832mm。每个细胞所含的核区数与该细菌 的生长速度有关，一般为 1～4 个。在快速生长的细菌中，核区 DNA 可占细胞总体积的 20%。细 菌的核区除在染色体复制的短时间内呈双倍体外，一般均为单倍体。核区是细菌负载遗传信息 的主要物质基础。 特殊的休眠构造―― ――芽孢 4、特殊的休眠构造――芽孢 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”）。每一营养细胞内仅生 成一个芽孢。芽孢是整个生物界中抗逆性最强的生命体，在抗热、抗化学药物、抗辐射和抗静 水压等方面，更是首屈一指。一般细菌的营养细胞不能经受 70℃以上的高温，可是，它们的芽 孢却有惊人的耐高温能力。例如，肉毒梭菌(Clostridium botulinum)的芽孢在 100℃沸水中要 经 过 5.0 ～ 9.5h 才 被 杀 死 ， 至 121 ℃ 时 ， 平 均 也 要 10min 才 杀 死 ： 热 解 糖 梭 菌 (C. thermosaccharolyticum)的营养细胞在 50℃下经数分钟即可杀死，但它的一群芽孢却须在 132℃下经 4.4min 才能杀死其中的 90%。芽孢的抗紫外线能力一般是其营养细胞的一倍。巨大 芽孢杆菌芽孢的抗辐射能力要比大肠杆菌的营养细胞强 36 倍。 芽孢的休眠能力更是突出。 在其 休眠期间，不能检查出任何代谢活力，因此称为隐生态（cryptobiosis）。一般的芽孢在普通 的条件下可保持几年至几十年的生活力。但文献中还有许多更突出的记载，如：环状芽孢杆菌 (B.circulans) 的 芽 孢 在 植 物 标 本 上 （ 英 国 ） 已 保 存 200 ～ 300 年 ； 一 种 高 温 放 线 菌 (Thermoactinomyces sp) 的芽孢在建筑材料中（美国）已保存 2000 年；普通高温放线菌（T. vulgaris）的芽孢在湖底冻土中（美国）已保存 7500 年；一种芽孢杆菌(Bacillus sp) 的芽孢 在琥珀内蜜蜂肠道中（美国）已保存 2500 万～4000 万年。 （1）产芽孢细菌的种类 能产芽孢的细菌属不多，最主要的是属于革兰氏阳性杆菌的两个属――好氧性的芽孢杆菌 属(Bacillus)和厌氧性的梭菌属(Clostridium)。球菌中只有芽孢八叠球菌属(Sporosarcina) 产生芽孢。螺菌中的孢螺菌属(Sporospirillum)也产芽孢。此外，还发现少数其他杆菌可产生 芽孢，如芽孢乳杆菌属（Sporolactobacillus）、脱硫肠状菌属(Desulfotomaculum)、考克斯 氏体属(Coxiella)、鼠孢菌属（Sporomusa）和高温放线菌属（Thermoactinomyces）等。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指标。 （2）芽孢的构造 从图 3-13 和以下的表解中就可以较清楚地了解芽孢的细致构造和主要功能。35图 3-13 细菌芽孢构造模式图皮层(cortex)在芽孢中占有很大体积（36%～60%），内含大量为芽孢皮层所特有的芽孢肽 聚糖，其特点是呈纤维束状、交联度小、负电荷强、可被溶菌酶水解。此外，皮层中还含有占 芽孢干重 7%～10%的吡啶二羧酸钙盐（calcium picolinate, DPA-Ca），但不含磷壁酸。皮层 的渗透压可高达 20 个大气压左右，含水量约 70%，略低于营养细胞（约 80%），但比芽孢整体 的平均含水量（40%左右）高出许多。芽孢的核心（core）又称芽孢原生质体，由芽孢壁、芽孢 质膜、芽孢质和核区四部分组成，它的含水量极低（10%～25%），因而特别有利于抗热、抗化 学药物（如 H2O2），并可避免酶的失活。除芽孢壁中不含磷壁酸以及芽孢质中含 DPA-Ca 外，核 心中的其他成分与一般细胞相似。图 3-14 示芽孢特有的芽孢肽聚糖和吡啶-2,6-二羧酸钙盐的 分子构造。图 3-14 芽孢特有的肽聚糖和 DPA-Ca 的分子构造 （3）芽孢形成(sporulation, sporogenesis) 产芽孢的细菌当其细胞停止生长即环境中缺乏营养及有害代谢产物积累过多时，就开始形 成芽孢。从形态上来看，芽孢形成可分七个阶段（图 3-15）： ①DNA 浓缩，束状染色质形成； ②细胞膜内陷，细胞发生不对称分裂，其中小体积部分即为前芽孢（forespore）； ③前芽孢的双层隔膜形成，这时芽孢的抗辐射性提高； ④在上述两层隔膜间充填芽孢肽聚糖后，合成 DPA，累积钙离子，开始形成皮层，再经脱 水，使折光率增高； ⑤芽孢衣合成结束； ⑥皮层合成完成，芽孢成熟，抗热性出现； ⑦芽孢囊裂解，芽孢游离外出。在枯草芽孢杆菌中，芽孢形成过程约需 8h，其中参与的基 因约有 200 个。在芽孢形成过程中，伴随着形态变化的还有一系列化学成分和生理功能的变化 （见图 3-16）。图 3-15 芽孢形成的七个阶段36图 3-16 好氧芽孢杆菌在芽孢形成过程中的形态与生理变化 （4）芽孢萌发(germination) 由休眠状态的芽孢变成营养状态细菌的过程， 称为芽孢的萌发， 它包括活化(activation)、 出芽(germination)和生长(outgrowth)三个具体阶段。在人为条件下，活化作用可由短期热处 理或用低 pH、强氧化剂的处理而引起。例如，枯草芽孢杆菌的芽孢经 7 天休眠后，用 60℃处理 5min 即可促进其发芽。当然也有要用 100℃加热 10min 才能促使活化的芽孢。由于活化作用是 可逆的，故处理后必须及时将芽孢接种到合适的培养基中去。有些化学物质可显著促进芽孢的 2+ 萌发，称作萌发剂(germinants)，例如 L-丙氨酸、Mn 、表面活性剂(n-十二烷胺等)和葡萄糖 等。相反，D-丙氨酸和重碳酸钠等则会抑制某些细菌芽孢的发芽。发芽的速度很快，一般仅需 几分钟。这时，芽孢衣中富含半胱氨酸的蛋白质的三维空间结构发生可逆性变化，从而使芽孢 的透性增加，随之促进与发芽有关的蛋白酶活动。接着，芽孢衣上的蛋白质逐步降解，外界阳 离子不断进入皮层，于是皮层发生膨胀、溶解和消失。接着外界的水分不断进入芽孢的核心部 位，使核心膨胀、各种酶类活化，并开始合成细胞壁。在发芽过程中，为芽孢所特有的耐热性、 光密度和折射率等特性都逐步下降，DPA-Ca、氨基酸和多肽逐步释放，核心中含量较高的可防 止 DNA 损伤的小酸溶性芽孢蛋白（SASPs, small acid-soluble spore proteins）迅速下降， 接着就开始其生长阶段。这时，芽孢核心部分开始迅速合成新的 DNA、RNA 和蛋白质，于是出现 了发芽并很快变成新的营养细胞。当芽孢发芽时，芽管可以从极向或侧向伸出，这时，它的细 胞壁还是很薄甚至不完整的，因此，出现了很强的感受态（competence）――接受外来 DNA 而 发生遗传转化的可能性增强了。 有关芽孢和营养细胞特点的比较可见表 3-3。 表 3-3 营养细胞和芽孢特点的比较 特 点 外形 外包被层次 折光率 含水量 染色性能 含 Ca 量 含 DPA 含 SASPs 含 mRNA 量 细胞质 pH 酶活性 代谢活力 营 养 细 胞 一般为杆状 少 差 高（80%～90%） 良好 低 无 无 高 ~7 高 强37芽 孢 球状或椭圆状 多 强 低（核心为 10%～ 25%） 极差 高 有 有 低或无 ~5.5~6.0（核心） 低 接近 O大分子合成 抗热性 抗辐射性 抗酸或化学药剂 对溶菌酶 保藏期强 弱 弱 弱 敏感 短无 极强 强 强 抗性 长或极长（5）芽孢的耐热机制 关于芽孢耐热的本质至今尚无公认的解释。较新的是渗透调节皮层膨胀学说 (osmoregulatory expanded cortex theory)，由于它综合了不少较新的研究成果，因此有一定 的说服力。该学说认为，芽孢的耐热性在于芽孢衣对多价阳离子和水分的透性很差和皮层的离 子强度很高，从而使皮层产生极高的渗透压去夺取芽孢核心的水分，其结果造成皮层的充分膨 胀，而核心部分的细胞质却变得高度失水，因此，具极强的耐热性。从皮层成分来看，它含有 大量交联度低（～6%）、负电荷强的芽孢肽聚糖，它与低价阳离子一起赋予皮层的高渗透压特 性，从而使皮层的含水量增高，随之增大了体积（图 3-17）。由此可知，芽孢整体的含水量少， 并不说明其各层次的含水量是均一的，其中皮层与核心间含水量的差别是极其明显的。芽孢有 生命部位――核心部位含水量的稀少（10%～25%），才是其耐热机制的关键所在。除皮层膨胀 渗透调节学说外，还有别的学说来解释芽孢的高度耐热机制。例如，针对在芽孢形成过程中会 2+ 合成大量的为营养细胞所没有的 DPA-Ca，不少学者提出 Ca 与 DPA 的螯合作用会使芽孢中的生 物大分子形成一种稳定而耐热性强的凝胶。总之，有关芽孢耐热机制是一个重要的有待进一步 深入研究的基础理论问题。图 3-17 芽孢皮层的膨胀与收缩的图示 （6）研究芽孢的意义 芽孢是少数几属真细菌所特有的形态构造，因此，它的存在和特点成了细菌分类、鉴定中 的重要形态学指标。由于芽孢具有高度耐热性，所以用高温处理含菌试样，可轻而易举地提高 芽孢产生菌的筛选效率。由于芽孢的代谢活动基本停止，因此其休眠期特长，这就为产芽孢菌 的长期保藏带来了极大的方便。由于芽孢具有高度耐热性和其他抗逆性，因此，是否能消灭一 些代表菌的芽孢就成了衡量各种消毒灭菌手段的最重要的指标。例如，若对肉类原料上的肉毒 梭菌（Clostridium botulinum）灭菌不彻底，它就会在成品罐头中生长繁殖并产生极毒的肉毒 毒素，危害人体健康。已知它的芽孢在 pH＞7.0 时在 100℃下要煮沸 5.0～9.5h 才能杀灭，如 提高到 115℃下进行加压蒸汽灭菌，需 10～40min 才能杀灭，而在 121℃下则仅需 10min。这就 要求食品加工厂在对肉类罐头进行灭菌时，应掌握在 121℃下维持 20min 以上。另外，在外科 器材灭菌中，常以有代表性的产芽孢菌――破伤风梭菌(C. tetani)和产气荚膜梭菌(C. perfringens)这两种严重致病菌的芽孢耐热性作为灭菌程度的依据，即要在 121℃灭菌 10min 或 115℃下灭菌 30min 才可。在实验室尤其在发酵工业中，灭菌要求更高。原因是在自然界经 而一旦遭其 常会遇到耐热性最强的嗜热脂肪芽孢杆菌(Bacillus stearothermophilus)的污染，38污染，则经济损失和间接后果就十分严重。已知其芽孢在 121℃下须维持 12min 才能杀死，由 此就规定了工业培养基和发酵设备的灭菌至少要在 121℃下保证维持 15min 以上。若用热空气 进行干热灭菌，则芽孢的耐热性更高，因此，就规定干热灭菌的温度为 150～160℃下维持 1～ 2h。 （7）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。它的干重可 达芽孢囊重的 30%左右，由 18 种氨基酸组成。由于伴孢晶体对 200 多种昆虫尤其是鳞翅目的幼 虫有毒杀作用，因而可将这类产伴孢晶体的细菌制成有利于环境保护的生物农药――细菌杀虫 剂。苏云金芽孢杆菌除产生上述毒素外，有的还会产生 3 种外毒素（α、β、γ）和其他杀虫 毒素。 （8）细菌的其他休眠构造 细菌的休眠构造除上述的芽孢外， 还有孢囊 （cyst， 由固氮菌产生） 粘液孢子 、 （myxospore， 由粘球菌产生）、蛭孢囊(bdellocyst，由蛭弧菌产生)和外生孢子(exospore,由嗜甲基细菌和 红微菌产生)，等等。孢囊是固氮菌(Azotobacter)尤其是棕色固氮菌（A.vinelandii）等少数 细菌在缺乏营养的条件下，由营养细胞的外壁加厚、细胞失水而形成的一种抗干旱但不抗热的 圆形休眠体，一个营养细胞仅形成一个孢囊，因此与芽孢一样，也没有繁殖功能。孢囊在适宜 的外界条件下，可发芽和重新进行营养生长。有关孢囊的特性及其与芽孢的比较可见表 3-4。 表 3-4 芽孢与孢囊的比较 特 点 形成方式 外壁层次 外壁成分 抗 性 贮 藏 物 代 表 菌 三 、 细胞质膜 真核生物的细胞都有细胞质膜的构造。 对没有细胞壁的真核细胞来说， 细胞质膜就是它 的外部屏障。 真核细胞与原核细胞在其质膜的构造和功能上十分相似， 两者的主要差别用如 表 3-7。 表 3-7 真核生物与原核生物细胞质膜的差别 项 目 甾醇 磷脂种类 原 核 生 物 无（枝原体例外） 磷酯酰甘油和磷酯 酰乙醇胺等 真 核 生 物 有（胆甾醇、麦角甾醇等） 磷酯酰胆碱和磷酯酰乙醇胺等 芽 孢 孢 囊在细胞内浓缩后再外包 整个细胞变圆、外层 加厚 4 层以上+3 层左右-蛋白质、肽聚糖（近 G 磷脂、脂多糖（近 G 菌） 菌）强，抗热、辐射及药物 抗干旱，稍抗热及紫 等 外线 无特殊贮藏物 芽孢杆菌属，梭菌属 有 PHB 贮藏 固氮菌属，粘细菌等39脂肪酸种类 直链或分枝、饱和或 不饱和脂肪酸；每一 磷脂分子常含饱和 和不饱和脂肪酸各 一 糖脂 无高等真菌： 含偶数碳原子的饱和或 不饱和脂肪酸 低等真菌： 含奇数碳原子的多不饱 和脂肪酸 有（具有细胞间识别受体功能） 无 无 有电子传递链 有 基团转移运 有 输 胞吞作用*无*endocytosis，包括吞噬作用(phagocytosis)和胞饮作用(pinocytosis) 四、细胞核 细胞核(nucleus)是细胞内遗传信息（DNA）的储存、复制和转录的主要场所，外形为球状 或椭圆体状。一切真核生物都有形态完整、有核膜包裹的细胞核，它对细胞的生长、发育、繁 殖和遗传、变异等起着决定性的作用。每个细胞通常只含一个核，有的含两至多个，例如须霉 属(Phycomyces)和青霉属(Penicillium)的真菌，有时每个细胞内竟含 20～30 个核，占了细胞 总体积的 20%～25%，而在真菌的菌丝顶端细胞中，常常找不到细胞核。真核生物的细胞核由核 被膜、染色质、核仁和核基质等构成。 核被膜(nuclear 1、核被膜(nuclear envelope) 是包在细胞核外、由核膜和核纤层(nuclear lamina)两部分所组成的外被，其上有许多核 孔。其中的核膜由两层厚度约 7～8nm 的膜组成，两膜间夹着宽约 10～50nm 的空间，称核周间 隙(perinuclear space)。核纤层位于核膜内侧，成分为核纤层蛋白(lamin)，厚度随细胞种类 而异。核孔(nuclear pores)的数目很多，是细胞核与细胞质间进行物质交流的选择性通道。 染色质(chromatin) 2、染色质(chromatin) 当细胞处于分裂间期时，细胞内由 DNA、组蛋白、其他蛋白和少量 RNA 组成的一种线形复 合构造，其基本单位是核小体(nucleosomes)。因可被苏木精等碱性染料染色，故名染色质。在 光学显微镜下观察染色后的染色质，可发现一种由或粗或细的长丝交织成的网状物，称为常染 色质(euchromatin)，另外还可见到由常染色质紧缩而成的较粗大、染色较深、常附着在核被膜 内侧的团块，称为异染色质(heterochromatin)。染色质中的蛋白质有组蛋白和非组蛋白两类。 组蛋白富含碱性氨基酸，如赖氨酸和精氨酸，故是碱性蛋白质，易与带负电荷（磷酸基团）的 DNA 相结合。在染色质中，组蛋白与 DNA 的含量大致相等。已知构成核小体核心结构的组蛋白 八聚体是由 分子各一对所组成， 在八聚体外有以左手方向盘绕两周 （约200bp）的 DNA，另有一个组蛋白分子 H1 与连接 DNA（linker DNA）结合，锁住了核小体的进出 口， 以稳定它的结构。 染色质中的非组蛋白部分包括一些与 DNA 的复制和转录有关的酶， DNA 如 聚合酶和 RNA 聚合酶等。有关核小体的构造及其上的 DNA 盘绕方式见图 3-25。 当细胞进行有丝分裂或减数分裂时，染色质丝经盘绕、折叠、浓缩后，变成在光学显微镜 下可见的棒状结构即染色体(chromosome)。这一过程较为复杂，目前还不十分明了。主要是先 折叠成外径约 30nm、内径 10nm、螺距 11nm 的中空螺线管(solenoid)，每周螺线由 6 个核小体 组成，由螺线管进一步折叠成许多超螺旋环后，最终浓缩成染色体。这样，原先极长的染色质 经过 4～5 级的折叠、压缩，终于变成长度仅约原来万分之一的染色体。在真菌的细胞核中，染 色体的形状较小，故不易染色和鉴别。根据遗传学分析法的测定，构巢曲霉(Aspergillus 粗糙脉孢菌(Neurospora crassa)为 7， 酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae) nidulans)的 n=8， 为 17，双孢磨菇(Agaricus bisporus)为 13，里氏木霉(Trichoderma reesei)为 6，等等，并40发现真菌核中的 DNA（约 6～30×10 Da）要比植物或哺乳动物的小得多。9图 3-25 核小体构造的模式图 核仁(nucleolus) 3、核仁(nucleolus) 指细胞核中一个没有膜包裹的圆形或椭圆形小体。是细胞核中染色最深的部分，它依附于 染色体的一定位置上，在细胞有丝分裂前期消失，后期又重新出现。每个核内有一至数个。富 含蛋白质和 RNA。其大小随细胞中蛋白质合成的强弱而相应变化。是真核细胞中合成 rRNA（核 糖体 RNA）和装配核糖体的部位。 核基质(nuclear matrix) 4、核基质(nuclear matrix) 旧称“核液”(nuclear sap)，是充满于细胞核空间由蛋白纤维组成的网状结构，具有支撑 细胞核和提供染色质附着点的功能。 五、细胞质和细胞器 位于细胞质膜和细胞核间的透明、粘稠、不断流动并充满各种细胞器的溶胶，称为细胞质 (cytoplasm)。组成真核生物细胞质的有细胞基质、细胞骨架和各种细胞器。 1、细胞基质和细胞骨架 在真核细胞质中，除可分辨的细胞器以外的胶体状溶液，称细胞基质(cytoplasmic matrix 或 cytometrix)或细胞溶胶（cytosol），它含有赋予其一定机械强度的细胞骨架和丰富的酶等 蛋白质（占细胞总蛋白的 25%～50%）、各种内含物以及中间代谢物等，故是细胞代谢活动的重 要基地。 细胞骨