第一篇　基础知识篇

第一章　工业微生物形态构造

【知识目标】

了解细菌、放线菌、酵母菌、霉菌等主要工业微生物的大小和形态，掌握其结构、功能、繁殖和群体特征及观察方法。掌握普通光学显微镜的结构和使用原理。

【能力目标】

能够选择适当的方法进行微生物形态、结构的观察。正确使用光学显微镜观察微生物的结构和形态。能够全面、正确地描述微生物的形态结构，观察并报告北京棒杆菌、灰色链霉菌、市售酵母、产黄青霉的形态结构。

第一节　细菌

细菌是一类细胞细短（直径约0.5μm，长度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。1000倍以上显微镜才能看到其形状。

一、细菌的形态构造

1.基本外形

球状——球菌；杆状——杆菌；螺旋状——螺旋菌。

（1）球菌　球形或近球形，根据空间排列方式不同又分为单球菌、双球菌、链球菌、四联球菌、八叠球菌、葡萄球菌。不同的排列方式是由于细胞分裂方向及分裂后情况不同造成的。这些细胞分裂产生的新细胞所保持的一定空间排列方式有以下几种情形（图1-1）。

单球菌——尿素微球菌［图1-1（1）］。

双球菌——肺炎双球菌［图1-1（2）］。

链球菌——溶血性链球菌［图1-1（3）］。

四联球菌——四联微球菌［图1-1（4）］。

八叠球菌——尿素八叠球菌［图1-1（5）］。

葡萄球菌——金黄色葡萄球菌［图1-1（6）］。

（2）杆菌　杆状或圆柱形，径长比不同，短粗或细长。是细菌中种类最多的。图1-1中（b）的7为长杆菌和短杆菌，8为枯草芽孢杆菌，9为溶纤维梭菌。

（3）螺旋菌　细胞呈弯曲杆状的细菌统称为螺旋菌。一般分散存在。根据其长度、螺旋数目和螺距等差别，分为弧菌（菌体只有一个弯曲，形似C字）和螺旋菌（螺旋状，超过1圈）。

外形上与螺旋体的区别：螺旋体无鞭毛。弧菌：偏端单生鞭毛或丛生鞭毛［图1-1（10）］。

螺旋菌：两端都有鞭毛［图1-1（11）］。

细菌形态不是一成不变的，受环境条件影响（如温度、培养基浓度及组成、菌龄等）。

异常形态：一般，幼龄，生长条件适宜，形状正常、整齐。老龄，不正常，异常形态。

畸形：由于理化因素刺激，阻碍细胞发育引起。

衰颓形：由于培养时间长，细胞衰老，营养缺乏，或排泄物积累过多引起。

2.细菌染色法

由于细菌细胞既小又透明，故一般先要经过染色（图1-2）才能作显微镜观察。

3.细菌的大小

（1）细菌大小的度量单位：以微米（μm）为单位。

（2）细菌大小的表示

①球菌　一般以直径来表示，球菌直径0.5～1μm。

②杆菌和螺旋菌则以长和宽来表示。如1μm×2.5μm，杆菌直径0.5～1μm，长为直径的1至几倍；螺旋菌直径0.3～1μm，长1～50μm。

（3）细菌大小的测定：在显微镜下使用显微测微尺测定。

细菌大小也不是一成不变的。

（4）细菌的重量：每个细菌细胞重量10-13～10-12g，大约109个E.coli细胞才达1mg重。

二、细菌的细胞构造

研究细菌细胞结构是分子生物学重要内容之一，有了电子显微镜才有可能。其结构分为基本结构和特殊结构。

（一）细菌细胞的一般构造

基本结构是细胞不变部分，每个细胞都有，如细胞壁、细胞膜、细胞核（图1-3）。

1.细胞壁

（1）概念　细胞壁是细胞质膜外面具有一定硬度和韧性的壁套，使细胞保持一定形状，保障其在不同渗透压条件下生长，即使在不良环境中也能防止胞溶作用。

真细菌的细胞壁由肽聚糖构成，而古细菌细胞壁组成物质极为多样，从类似肽聚糖的物质、假肽聚糖，到多糖、蛋白质和糖蛋白。

真细菌细胞壁由肽聚糖构成，肽聚糖是N-乙酰氨基葡萄糖（NAG）和带有交替排列的D-型或L-型氨基酸侧链的N-乙酰胞壁酸（NAM）的多聚体。它是高度交联的分子，使得细胞具有刚性、强度，可保护细胞抵抗渗透压的裂解。肽聚糖有许多独特的特性，如D-型氨基酸，它可作为抗生素攻击肽聚糖的靶目标（抗生素通过抑制或干扰肽聚糖合成而使细胞壁缺损）。革兰阳性细菌细胞还含有磷壁酸。

（2）功能　细菌细胞壁的生理功能有：保护原生质体免受渗透压引起破裂的作用；维持细菌的细胞形态（用溶菌酶处理不同形态的细菌的细胞壁后，菌体均呈现圆形得到证明）；细胞壁是多孔结构的分子筛，阻挡某些分子进入和保留蛋白质在周质空间（革兰阴性菌细胞壁和细胞质之间的区域）；细胞壁为鞭毛提供支点，使鞭毛运动。

（3）革兰染色　革兰染色是1884年汉斯·克里斯蒂安·革兰（Hans Christian Gram）发明的染色反应。真细菌常常分成两类。对染色步骤反应的差别是由于两类细菌的细胞外膜结构。革兰阳性细菌有单一的膜称作细胞膜（或原生质膜），周围被厚的肽聚糖层包围（20～80nm）。革兰阴性细菌只有一薄层肽聚糖（1～3nm），但是在肽聚糖层外边仍有另一层外膜，作为另外的屏障（图1-4）。

革兰染色步骤如下：固定过的细胞用暗染色例如结晶紫染色，接着加碘液媒染，细菌细胞壁内由于染色形成结晶紫与碘的复合物。随后加酒精从薄的细胞壁中洗出结晶紫与碘暗染色的复合物，但是结晶紫-碘复合物不能从厚的细胞壁中洗出。最后，用较浅的石炭酸复红复染。加石炭酸复红染色，使脱色的细胞呈粉红色，但在暗染色的细胞中没有看到粉红色，仍保持第一次的染色结果。保持原来染色（厚的细胞壁）的细胞称作革兰阳性，在光学显微镜下呈现蓝紫色。脱色的细胞（薄的细胞壁和外膜）称作革兰阴性，染成粉红色或淡紫色（表1-1）。

（4）化学组成与超微结构

①革兰阳性细菌　革兰阳性细菌细胞壁具有较厚（30～40nm）而致密的肽聚糖层，多达20层，占细胞壁成分的60％～90％，它同细胞膜的外层紧密相连（图1-5）。

有的革兰阳性细菌细胞壁中含有磷壁酸，也即胞壁质。

②革兰阴性细菌

a.外膜　革兰阴性细菌特殊的是外膜上含有许多独特的结构（图1-6），如把外膜与肽聚糖层连接起来的布朗（Brauns）脂蛋白，使营养物被动运输通过膜的［膜］孔蛋白和起保护细胞作用的脂多糖（LPS）。脂多糖也称为内毒素，对哺乳动物有高度毒性。

G-细菌细胞壁外膜的基本成分是脂多糖（lipopolysaccharide，LPS），此外还有磷脂、多糖和蛋白质。外膜被分为脂多糖层（外）、磷脂层（中）、脂蛋白层（内）。

b.肽聚糖层　G-细菌细胞壁肽聚糖层很薄，有2～3nm厚。它与外膜的脂蛋白层相连。

c.周质空间　周质空间即壁膜间隙，是革兰阴性细菌细胞膜与外膜两膜之间的一个透明的区域（图1-4）。它含有与营养物运输和营养物进入有关的蛋白质，包括：营养物进入细胞相关的蛋白；营养物运输的酶，如蛋白（水解）酶；细胞防御有毒化合物的蛋白，如破坏青霉素的β-内酰胺酶。以上这些酶，革兰阳性细菌常将其分泌到胞外周围；革兰阴性细菌则依靠它的外膜，保持这些酶与菌体的紧密结合。

（5）G+菌与G-菌的细胞壁的特征比较（表1-2）。

（6）细胞壁缺陷细菌

①原生质体　人工条件下用溶菌酶除去细胞壁或用青霉素抑制细胞壁合成后所留下的部分。一般由G+菌形成。

②球形体　残留部分细胞壁，一般由G-细菌形成。有一定抗性。

特点：对渗透压敏感；长鞭毛也不运动；对噬菌体不敏感；细胞不能分裂等。

③细菌L型　一种由自发突变形成的变异型，无完整细胞壁，在固体培养基表面形成“油煎蛋”状小菌落。

④支原体　长期进化形成，独立成为柔膜菌纲，柔膜菌目。

2.细胞膜与中间体

（1）概念　细胞质膜简称质膜，是围绕细胞质外的双层膜结构，使细胞具有选择吸收性能，控制物质的吸收与排放，也是许多生化反应的重要部位。

原生质膜是一个磷脂双分子层，其中埋藏着与物质运输、能量代谢和信号接收有关的整合蛋白。另外，有通过电荷相互作用，疏松附着于膜的外周蛋白。膜中的脂类和蛋白质互相相对运动。

（2）成分与结构　原生质膜（细胞膜）埋藏在磷脂双分子层中的是有各种功能的蛋白（图1-7），包括转运蛋白、能量代谢中的蛋白和能够对化学刺激检测和反应的受体蛋白。整合蛋白是完全地与膜连接而且贯穿全膜的蛋白，所以这些蛋白在此区域中有疏水性氨基酸埋藏在脂中。外周蛋白是由于磷脂带正电荷极性头，只是通过电荷作用与膜松散连接的一类，用盐溶液洗涤可以从纯化的膜上除去。脂类和蛋白质均在运动，而且是彼此之间相对运动。这就是被广泛接受的称作液态镶嵌模式的细胞膜结构模型。

脂双分子层　细胞膜由含有亲水区域的和疏水区域的两亲性分子磷脂组成。在膜中磷脂以双分子层排列，极性头部亲水区指向膜的外表面，而其疏水区脂肪酸的尾部指向膜的内层。结果，膜对于大分子或电荷高的分子成为一个选择渗透屏障，它们不易通过磷脂双分子的疏水性内层。

（3）功能　细胞质膜的生理功能有：①维持渗透压的梯度和溶质的转移；②细胞质膜是半渗透膜，具有选择性的渗透作用，能阻止高分子通过，并选择性地逆浓度梯度吸收某些低分子进入细胞；③由于膜有极性，膜上有各种与渗透有关的酶，还可使两种结构相类似的糖进入细胞的比例不同，吸收某些分子，排出某些分子；④细胞质膜上有合成细胞壁和形成横膈膜组分的酶，故在膜的外表面合成细胞壁；⑤膜内陷形成的中间体（相当于高等植物的粒线体）含有细胞色素，参与呼吸作用；⑥中间体与染色体的分离和细胞分裂有关，还为DNA提供附着点。

细胞质膜上有琥珀酸脱氢酶、NADH脱氢酶、细胞色素氧化酶、电子传递系统、氧化磷酸化酶及腺苷三磷酸酶（ATPase）。在细胞质膜上进行物质代谢和能量代谢。

细胞质膜上有鞭毛基粒，鞭毛由此长出，即为鞭毛提供附着点。

（4）内膜结构

①间体　是从质膜向内伸展的细胞质中主要单位膜结构，常常同核质相联系，位于细胞分裂处。间体的功能：可能参与呼吸作用、同DNA的复制和细胞的分裂有关。

②载色体　也称为色素体，是光合细菌进行光合作用的部位，由单层的与细胞膜相连的内膜所围绕，主要化学成分是蛋白质和脂类。它们含有菌绿素、胡萝卜素等色素以及光合磷酸化所需的酶系和电子传递体。在绿硫菌科和红硫菌科中存在。

③羧酶体　又称为多角体，是自养细菌所特有的内膜结构，可能是固定CO2的场所。

④类囊体　由单位膜组成，含有叶绿素、胡萝卜素等光合色素和有关酶类，在蓝细菌中为其进行光合作用的场所。

3.细胞质及其内含物

（1）概念　细胞质：是指除核以外，质膜以内的原生质。

（2）细胞质的主要成分　细菌细胞质是含水的、含有细胞功能所需的各种分子、RNA和蛋白质的混合物（表1-3）。对所有的细菌都是一样的，细胞质中的主要结构是核糖体。

（3）核糖体　由一个小的亚基和一个大的亚基组成，核糖体的亚基是由蛋白质和RNA组成的复合物，是细胞中合成蛋白质的场所。原核细胞中的核糖体，尽管在形状上和功能上与真核细胞相似，但是组建核糖体亚基的蛋白质和RNA性质上有差别。古细菌的核糖体与真细菌的核糖体（70S）同样大小，但是对于白喉毒素和某些抗生素的敏感性却不同，而与真核生物的核糖体相似。业已证明抗生素对人类是非常有用的，因为抑制细菌蛋白质合成的抗生素，对真核生物蛋白质合成无效果，这样就有了选择毒性。

（4）内含体　某些细菌含有与特殊功能相联系的结构，称为内含体。它常常在光学显微镜下观察到。这些颗粒常是贮存物，可以与膜结合，例如聚β-羟丁酸（PHB）盐颗粒；细胞质中发现的分散颗粒如多聚磷酸盐颗粒（也称为异染粒）。某些细菌中也能看到脂肪滴。一个有趣的内含体是在蓝细菌（蓝绿藻）和生活在水环境中的其他光合细菌内发现的气泡，在细胞内四周排列的由蛋白质构成的气泡提供浮力，使得细菌漂浮靠近水的表面。详情见表1-3。

4.原核和质粒

（1）原核　细菌的DNA在细胞质中为单个环状染色体，有些时候称为拟核。

细菌的DNA位于细胞质中，由一个染色体构成，不同种的细菌之间染色体大小不同（大肠杆菌染色体有4×106碱基对长）。DNA是环状、致密超螺旋，而且与真核细胞中发现的组蛋白相类似的蛋白质结合。虽然染色体没有核膜包围，但在电子显微镜中常可看到细胞内分离的核区，称为拟核。

古细菌的染色体和真细菌的染色体类似，是一个单个环状的DNA分子，不包含在核膜内，而DNA分子大小通常小于大肠杆菌的DNA。

（2）质粒　常在细菌中发现小的、染色体外的环状DNA片段，称作质粒。

某些细菌还含有染色体外的小分子DNA称作质粒。其上携带的基因对细菌正常生活并非必需，但在某些情况下对细胞有利，如抗生素抗性质粒。

质粒常以不同大小的环状双螺旋存在，它可以独立进行复制，也可整合到染色体上。

（二）细菌细胞的特殊构造

特殊结构是细胞可变部分，不是每个细胞都有，如鞭毛、荚膜、芽孢等。

1.糖被

糖被为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。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（即大荚膜）、微荚膜、黏液层和菌胶团等数种。

糖被的功能：①保护作用，如保护细胞免受干旱损伤，保护细胞免受吞噬等；②贮藏养料，以备营养缺乏时重新利用；③作为渗透屏障和离子交换系统，以保护细菌免受金属离子的毒害；④表面附着作用，引起龋齿的唾液链球菌分泌的糖被将细菌牢牢地黏附于齿表；⑤细菌间的信息识别作用；⑥堆积代谢废物。

2.鞭毛和菌毛

鞭毛是从细胞质膜和细胞壁伸出细胞外面的蛋白质组成的丝状体结构，使细菌具有运动性。

鞭毛纤细而具有刚韧性，直径仅20nm，长度达15～20μm，可以分为三部分：基体、钩形鞘和螺旋丝。

具有鞭毛的细菌基鞭毛数目和在细胞表面分布因种不同而有所差异，是细菌鉴定的依据之一。一般有三类：单生鞭毛［图1-8（a）］、丛生鞭毛［图1-8（b）］和周生鞭毛［图1-8（c）］。

鞭毛与细菌运动有关，如趋化性和趋渗性等。

菌毛是细菌细胞表面发现的特殊的像头发样的蛋白质表膜附属物，有几微米长。性菌毛与遗传物质从一个细菌转移到另一个细菌有关，即在细菌接合交配时起作用。性菌毛比菌毛稍长，数量少，只有一根或几根。

3.芽孢

（1）概念　芽孢，在一些属包括芽孢杆菌属和梭菌属中产生细菌的芽孢。它们是由细菌的DNA和外部多层蛋白质及肽聚糖包围而构成，芽孢对干燥和热具有高度抗性。形成芽孢的细菌：芽孢杆菌，梭状芽孢杆菌，螺旋菌，弧菌，八叠球菌。每一细胞仅形成一个芽孢，所以其没有繁殖功能。形成芽孢属于细胞分化（形态发生）。

（2）形态与结构　芽孢结构相当复杂，最里面为核心，含核质、核糖体和一些酶类，被核心壁所包围；核心外面为皮层，由肽聚糖组成；皮层外面是由蛋白质所组成的芽孢衣；最外面是芽孢外壁。一般含内生芽孢的细菌总称为孢子囊（图1-9）。结构组成特点：含水量低（平均40％），壁致密，皮层主含芽孢肽聚糖和DPA（2，6-吡啶二羧酸）-Ca。

（3）生理特性　芽孢在许多细菌中，主要是芽孢杆菌属和梭菌属产生一种特化的繁殖结构（它无繁殖功能，为抗逆性休眠体）。在光学显微镜下用特殊的芽孢染色（如孔雀绿染色）或通过相差显微镜能够观察到芽孢。由于芽孢有许多层包围细菌遗传物质的结构，使得芽孢具有惊人的、对所有类型环境应力的抗性，例如热、紫外线辐射、化学消毒剂和干燥。由于许多重要的病原菌可产生芽孢，因此，必须设计灭菌措施以除去这些坚硬的结构，因为某些菌能经受住在沸水中煮沸几小时。

（4）芽孢形成过程　细菌芽孢的形成过程是细胞分化的一个典型例子，如图1-10和表1-4所示。

三、细菌的繁殖和菌落的形成

1.细菌的繁殖方式

当细菌从周围环境中吸收了营养物质后，发生了一系列的系列化合成反应，把进入的营养物质转变成为新的营养物质——DNA、RNA、蛋白质、酶及其他大分子，之后菌体开始了繁殖过程形成两个新的细胞。

（1）裂殖　裂殖是细菌最普遍、最主要的繁殖方式，通常表现为横分裂。

（2）细菌的分裂过程

①首先是核的分裂和隔膜的形成。

②第二步是横隔壁的形成。

③最后是子细胞的分离。

2.细菌的菌落特征

（1）菌落　单个微生物在适宜的固体培养基表面或内部生长、繁殖到一定程度可以形成肉眼可见的、有一定形态结构的子细胞生长群体，称为菌落。当固体培养基表面众多菌落连成一片时，便成为菌苔。

（2）菌落特征　各种细菌在一定条件下形成的菌落特征具有一定的稳定性和专一性，这是衡量菌种纯度，辨认和鉴定菌种的重要依据。

（3）菌落特征的描述　菌落特征包括大小、形状、突起形状、边缘情况、表面状态、表面光泽、质地、颜色、透明度等（图1-11）。

（4）影响菌落特征的因素　菌落特征取决于组成菌落的细胞结构，生长行为及个体细胞形态的差异；邻近菌落影响菌落的大小；培养条件。

第二节　放线菌

因菌落呈放射状而得名，是丝状分枝细胞的细菌。一般分布在含水量低，有机质丰富的中性偏碱性土壤中，有特殊土腥味。大多数是腐生菌，少数寄生；多数异养，好氧。突出特性是产各种抗生素。

一、放线菌与人类生产及生活的关系

放线菌是真细菌的一个大类群，为革兰阳性菌。

放线菌多为腐生，少数为寄生。寄生型放线菌会引起放线菌病和诺卡病。同时放线菌能产生大量的、种类繁多的抗生素。世界上绝大多数的抗生素由放线菌产生。

二、形态结构

放线菌菌体为单细胞，大多数由分支发达的菌丝组成。根据放线菌菌丝的形态和功能分为营养菌丝、气生菌丝和孢子丝三种（图1-12）。

1.营养菌丝

营养菌丝又称初级菌丝体或一级菌丝体或基内菌丝，匍匐生长于培养基内，主要生理功能是吸收营养物。

营养菌丝一般无隔膜；直径0.2～0.8μm；长度差别很大；短的小于100μm，长的可达600μm；有的产生色素。

2.气生菌丝

气生菌丝又称二级菌丝体。营养菌丝体发育到一定时期，长出培养基外并伸向空间的菌丝为气生菌丝。它叠生于营养菌丝之上，直径比营养菌丝粗，颜色较深。

3.孢子丝

当气生菌丝发育到一定程度，其上分化出可形成孢子的菌丝即为孢子丝，又名产孢丝或繁殖菌丝（图1-13）。

三、菌落特征

放线菌的菌落由菌丝体组成，一般呈圆形，光平或有许多皱褶。在光学显微镜下观察，菌落周围具有辐射状菌丝。总的特征介于霉菌和细菌之间。

据种的不同分为两类。一类是由大量产生分支的和气生菌丝的菌种所形成的菌落，如链霉菌。菌丝较细，生长缓慢，分支多而且相互缠绕，故形成的菌落质地致密，表面呈紧密的绒状或坚实，干燥，多皱，菌落小而不蔓延；营养菌丝长在培养基内，所以菌落与培养基结合紧密，不易挑取，或挑起后不易破碎。有时气生菌丝体呈同心圆状，当孢子丝产生大量孢子并布满整个菌落表面后，才形成絮状、粉状或颗粒状的典型放线菌菌落。有些种类的孢子含有色素。另一类菌落由不产生大量菌丝体的种类形成，如诺卡放线菌的菌落，黏着力差，结构呈粉质状，用针挑取则粉碎。

四、繁殖方式

放线菌主要通过形成无性孢子的方式进行繁殖，也可利用菌丝片段进行繁殖。

放线菌生长到一定阶段，一部分菌丝形成孢子丝，孢子丝成熟便分化形成许多孢子，这称为分生孢子。

五、几种常见的放线菌

1.链霉菌属

放线菌所产抗生素的90％由本属产生，菌丝发育良好。如龟裂链霉菌，灰色链霉菌。

2.小单孢菌属

无气生菌丝，基内菌丝顶端着生一孢子。

3.诺卡菌属

原放线菌属，降解能力强。

4.放线菌属

只有基内菌丝，不形成孢子，厌氧。

5.链孢囊菌属

形成孢子囊，孢囊孢子。

几个重要放线菌属及其产生抗生素数目的统计见表1-5。

第三节　酵母菌

非分类名词，一群单细胞微生物，属真菌类。第一种“家养微生物”，与人类关系密切。主要分布在含糖较高偏酸性环境中，又称糖真菌。

特点：①个体一般以单细胞状态存在；②多数营出芽繁殖；③能发酵糖类产能；④细胞壁常含酵母甘露聚糖；⑤常生活在含糖量较高、酸度较大的水生环境中。

一、酵母菌的形态（菌体、菌落）和细胞结构

1.酵母菌细胞形态

酵母菌细胞呈卵圆形、圆形或圆柱形。细胞宽1～5μm，长20～30μm。

酵母菌菌落大多数与细菌菌落相似，表面湿润，黏稠，易挑取，但比细菌菌落大而厚，颜色多为白色，少数为红色，若培养时间太长，其表面可产生皱褶。在液体培养时，有的生长在底部，有的生长均匀，有的则在表面形成菌璞。

2.酵母菌细胞结构

酵母菌细胞结构有细胞壁、细胞质膜、细胞核、细胞质及内含物，见图1-14。

①细胞壁组分　葡聚糖、甘露聚糖、蛋白质及脂类等。

②细胞质膜　与原核生物基本相同，但含有固醇。

③细胞核　具有核膜、核仁和染色体，核膜上有大量核孔。

④细胞质　含有大量RNA、核糖体、中心体、线粒体、中心染色质、内质膜、液泡等。

⑤内含物　在老龄菌中因营养过剩而形成一些内含物，如：异染颗粒、肝糖、脂肪粒、蛋白质和多糖。

二、繁殖方式

1.无性繁殖

芽殖：出芽繁殖是酵母菌进行无性繁殖的主要方式。成熟的酵母菌细胞，先长出一个小芽，芽细胞长到一定程度，脱离母细胞继续生长，尔后形成新个体。芽殖方式有多边出芽、两端出芽和三边出芽。

芽裂：母细胞总在一端出芽，并在芽基处形成隔膜，子细胞呈瓶状。这种方式很少。

裂殖：少数种类的酵母菌与细菌一样，借细胞横分裂而繁殖。

2.有性繁殖

酵母菌以形成子囊孢子进行有性繁殖。

当酵母菌发育到一定阶段，两个性别不同的细胞（单倍体核）接近，各伸出一个小的突起而相互接触，使两个细胞结合起来。然后接触处细胞壁溶解，两个细胞的细胞质通过所形成的融合管道进行质配，两个单倍体核也移至融合管道中发生核配形成二倍体核的接合子。接合子可在融合管道的垂直方向形成芽细胞，然后二倍体核移入芽细胞内。此二倍体细胞可以从融合管道上脱离下来，再开始二倍体营养细胞的生长繁殖。很多酵母菌细胞的二倍体细胞可以进行多代的营养生长繁殖，因而酵母菌的单倍体、双倍体细胞都可以独立存在。

在合适的条件下接合子经减数分裂，双倍体核分裂为4～8个单倍体核，其外包以细胞质逐渐形成子囊孢子，包含在由酵母菌细胞壁演变来的子囊中。子囊孢子又可萌发成单倍体营养细胞。

三、生产上常用的酵母菌

①啤酒酵母（图1-15）发酵，食药用，提取多种生物活性物质。

②假丝酵母饲料。

③白地霉饲料，食用，或药物提取。

第四节　霉菌

霉菌，非分类名词，丝状真菌统称。通常指菌丝体发达而又不产生大型子实体的真菌。

一、霉菌的形态结构

1.菌丝和菌丝体

霉菌是异养的真核生物，具有丝状或管状结构，单个分支称为菌丝。菌丝形成的网络状结构称为菌丝体。菌丝由坚硬的含壳多糖的细胞壁包被，内含大量真核生物的细胞器。

霉菌是丝状的、无光合作用的、营异养性营养的真核微生物。其细胞基本单位是菌丝（图1-16）。

真菌菌丝是一种管状细胞，由坚硬的含壳多糖的细胞壁包被。菌丝通过顶端生长进行延伸，并多次重复分支而形成微细的网络结构，称为菌丝体。在原生质膜包被的菌丝细胞质中有核、线粒体、核糖体、高尔基体以及膜包被的囊泡。亚细胞结构由微管和内质网支持和组构。菌丝内细胞质的组分趋向于朝生长点的位置集中。菌丝较老的部位有大量液泡，并可能与较幼嫩的区域以横隔（称为隔膜）分开。

菌丝分有隔菌丝和无隔菌丝两种（图1-17）。

①有隔菌丝　有隔菌丝中有横隔膜将菌丝分隔成多个细胞，在菌丝生长过程中细胞核的分裂伴随着细胞的分裂，每个细胞含有1至多个细胞核。横隔膜可以使相邻细胞之间的物质相互沟通。

②无隔菌丝　菌丝中无横隔膜，整个细胞是一个单细胞，菌丝内有许多核，在生长过程中只有核的分裂和原生质量的增加，没有细胞数目的增多。

2.真菌细胞壁结构及生长

真菌的细胞壁是由多层半晶体壳多糖微原纤维镶嵌在无定型的β-葡聚糖基质中而形成的坚硬结构，也可含某些蛋白质。菌丝生长发生在顶端，通过菌丝顶端的细胞膜与囊泡的融合而生长（图1-18），囊泡内含来自高尔基体的聚合化酶、细胞壁单体酶及软化细胞壁的酶。真菌细胞壁被软化，在膨压的作用下延伸，然后变坚硬。

隔膜是横壁，形成于菌丝体内。低等真菌的生长并不随之形成隔膜，只有在菌丝体形成繁殖结构时才出现隔膜，而且这种隔膜是完全无孔的。在高等真菌中，菌丝体的生长伴随着不完全隔膜的形成。子囊菌纲的隔膜上有穿孔，并被内质网膜覆盖，以限制大的细胞器如细胞核从一个室游动到另一个室。这种结构称为陷孔隔膜。在双核的担子菌纲中，隔膜的形成与2个交配的核的分离是协同进行的，此双核状态是在形成锁状联合时形成的。这些隔膜与子囊形成中产囊丝钩的形成类似。

3.真菌分类学

过去认为真菌是多源性的类群，所包含的微生物具有不同的祖先。现在则倾向于单源性分类，认为同一亚门中的所有类群来自于一个祖先。依据形态学及有性生殖，目前把真菌分成4个亚门。

接合菌亚门和壶菌亚门称为低等真菌。低等真菌的营养菌丝体是无隔膜的，完整的隔膜仅见于繁殖结构。无性繁殖通过形成孢子囊，有性繁殖则通过形成接合孢子。

另外两亚门称为高等真菌，它们有更加复杂的菌丝体和复杂的、有穿孔的隔膜。分为子囊菌亚门和担子菌亚门。子囊菌亚门产生无性的分生孢子和在一种叫子囊的囊形细胞中产生有性的子囊孢子。担子菌亚门中的真菌几乎不产生无性孢子，而是在复杂的子实体上形成棒形的担子，在担子上产生有性孢子。

第五大类群属于更高等的真菌，它包含所有与有性生殖无关的类型，称为半知菌亚门。

每一亚门真菌又分为若干纲，其结尾的字母为-etes，例如，担子菌纲（Basidiomycetes），纲中又分若干亚纲或目，以-ales结尾，其下又分属和种，真菌间用于分类鉴定的最主要区别概括于表1-6。

4.菌落特征

（1）菌落生长　菌丝顶端的生长使得真菌可以从一个点或一个接种物向新的区域延伸。老的菌丝通常缺乏内含物，因为细胞质流向生长点。这使得在琼脂板上的菌落呈放射状（图1-19），在感染的皮肤上呈环癣状，在草地上呈蘑菇圈状。

（2）菌落特征　霉菌菌落疏松，呈绒毛状、絮状或蜘蛛网状，比细菌菌落大几倍到十几倍；霉菌孢子的形状、构造和颜色以及产生的色素使得霉菌菌落表现出不同结构和色泽特征。

5.菌丝的特异化结构（图1-20）

（1）假根　是根霉属真菌的匍匐枝与基质接触处分化形成的根状菌丝，在显微镜下假根的颜色比其他菌丝要深，它起固着和吸收营养的作用。

（2）吸器　是某些寄生性真菌从菌丝上产生出来的旁枝，侵入寄主细胞内形成指状、球状或丛枝状结构，用以吸收寄主细胞中的养料。

（3）菌核　是由菌丝团组成的一种硬的休眠体，一般有暗色的外皮，在条件适宜时可以生出分生孢子梗、菌丝子实体等。

（4）子实体　是由真菌的营养菌丝和生殖菌丝缠结而成的具有一定形状的产孢结构，如伞菌的子实体呈伞状。

二、繁殖方式

生活周期：所有的真菌都经过一个营养生长期，菌丝体在基质上生长。这一阶段后则是无性繁殖和有性繁殖，而在4个亚门中又各不相同。

四类真菌中的每一类群在其生活周期中均有其独特性。真菌的特点是都有一个营养生长时期，这时它们的生物量增加。而在孢子形成之前，其时间的长短以及所需生物量的多少则有多种变化。几乎所有真菌都以产生孢子进行繁殖，但有一些真菌已经丧失了所有产孢结构，而形成不育菌丝体。生活周期的不同阶段产生不同类型的孢子。

1.壶菌纲（鞭毛菌）的繁殖

壶菌纲的无性繁殖通常是在孢子囊中形成能动的、有单鞭毛的游动孢子，有性繁殖是形成卵孢子。

壶菌与其他真菌区别极为明显，因为它们具有极为简单的枝和能游动的游动孢子。其中一些种类简单到了在宿主细胞内（内生型的）或在宿主细胞上（外生型的）只含有一单个的营养细胞，整个细胞转变成一个含有许多孢子的结构即孢子囊。这种方式称为整体产果式。

这一群中的其他种类则有比较复杂的形态，有假根及简单的菌丝体。壶菌的无性繁殖是通过在孢子囊中产生能动的游动孢子，孢子囊以完全隔膜与营养菌丝隔离。游动孢子具有单根后生鞭毛。在一些壶菌中，有性繁殖是形成二倍体孢子，其形成或是通过单倍体细胞的体细胞融合，或是两种不同配子型的菌丝体融合，或是两种游动配子的融合，或是一个游动配子和一种不动卵的融合（图1-21）。产生的孢子可能经过减数分裂产生单倍体的菌丝体，或是萌发产生一个二倍体的营养菌丝体，通过产生二倍体游动孢子的方式进行无性繁殖。二倍体菌丝体也可产生休眠孢子囊，在孢子囊中发生减数分裂，产生单倍体的游动孢子，然后萌发产生单倍体的营养菌丝体。

2.接合菌纲的繁殖

接合菌纲的无性繁殖是在孢子囊中形成非游动的孢囊孢子，有性繁殖是形成接合孢子。

在低等真菌中，无性繁殖开始于气生菌丝。此时气生菌丝的顶端，成为孢子囊梗，以一种称作囊轴的完全隔膜与营养菌丝相隔离（图1-22）。顶端的细胞质分化形成一个孢子囊，内含许多无性孢子。这些孢子中含有单倍体的核，来自于营养菌丝体中核的反复有丝分裂。孢子借助风或水进行传播。在有性繁殖中，不同交配类型的2个核在一个称为接合孢子的特化细胞中融合（图1-22）。在一些种类中，不同的交配型的核可能是在一个菌丝体中（同宗配合）。在另一些种类中，必须具有不同交配型核的两个菌丝体才能融合（异宗配合）。这两种情况下，融合发生在经修饰的菌丝顶端之间称作原配子囊的区域，一旦发生融合，便称作接合孢子。在正在发育的接合孢子中发生减数分裂，通常3个核退化，仅有一个核存留在萌发的菌丝体中。

3.子囊菌纲的繁殖

子囊菌纲真菌的无性繁殖是通过在菌丝顶端形成分生孢子。有性繁殖是通过形成子囊孢子。

在子囊菌纲的营养阶段，其生活周期的延续是通过形成无性孢子，这些称作分生孢子的单个孢子来自气生菌丝顶端形成的称作分生孢子梗的结构（图1-23）。这些孢子被一完全横隔壁隔离，随后是孢子的分化，称为体殖孢子的形成［图1-23（a）］。大多数情况下是菌丝顶端的壁延伸称为芽孢子的形成［图1-23（b）］。这些孢子可以是单细胞的，内含单倍体核，也可是多细胞的，含有几个来自有丝分裂的单倍体核。

孢子可以由单独的、未经包被的分生孢子梗产生，也可以由大至肉眼可见的聚集体产生［图1-23（c）］。分生孢子梗可以聚集形成柄状结构，产生的孢子露在顶端（菌丝束或孢梗束）。另一种情况，数量不同的不育真菌组织，可以保护分生孢子，就像在瓶状的分生孢子器中。一些种类在植物组织中产生分生孢子，分生孢子的聚集体以一种杯状分生孢子盘或垫形式分生孢子座形式穿出植物表皮。

这一类群真菌的有性繁殖发生在不同的交配型菌丝体体细胞融合之后。经过一个短暂的二倍体期后紧接着子囊孢子形成，这是在修饰后的菌丝顶端分化成的囊状子囊中发生的。在子囊发育的最初时期，形成钩状的菌丝顶端，据其形态称之为产囊丝钩或牧羊杖。其基部形成特殊的隔膜以保证2个不同交配型核能保持在末端细胞内。隔的形成与核分裂相一致（图1-24）。在酵母菌中所有这些都发生在一个细胞中，2个交配型细胞融合后，整个细胞转变成一个子囊。

在较复杂一些的子囊菌纲中，许多子囊在一起形成，成为一个能育组织，称为子实层，在一些类群中，子实层可被大量的营养菌丝体支撑或包被。整个结构称为子实体，作为主要的分类学特征（图1-25）。它们可长得足够大，以致能肉眼可见。瓶状的有性繁殖体称为子囊壳，杯状繁殖体称为子囊盘，封闭的繁殖体称闭囊壳。这些结构均参与保护子囊并协助其孢子传播，但子实层并不受水的影响。

4.担子菌纲的繁殖

担子菌纲的真菌很少进行无性繁殖。有性繁殖则是通过在巨大子实体的菌褶或陷孔中形成担孢子。

这一类群真菌的特点是具有最复杂和最大的结构。它们也以极少产生无性孢子而著称。生活周期的大部分为营养菌丝体形式，可利用复杂的基质。有性繁殖开始的先决条件是通过相容性菌丝的融合获得2个交配型核。2个交配型核单独存在，并存留在延伸期的每个菌丝细胞内，称为双核期。该时期的维持需要在生长过程中形成复杂的隔膜和核的分裂。

有性孢子形成的第一步是由环境条件和子实体原基的开始形成而引发的。双核菌丝体延伸并分化形成大的子实体，我们称其为蘑菇和毒草。在修饰的菌丝顶端形成二倍体并进行减数分裂称为担子（图1-26）。

担子发芽长出4个孢子，担子在一起构成一子实层，对自由水极为敏感。子实层生长在不育的双核支撑组织上可避免雨水冲刷。

［知识链接］

［课堂互动］

［案例分析］

［思考题］

1.细菌的基本形态有哪些？

2.试述细菌细胞的一般结构和特殊结构及生理功能。

3.简述革兰染色的基本原理。

4.工业上常用细菌的类型有哪些？有何特点？

5.工业上常用放线菌的类型有哪些？放线菌的繁殖方式有哪些？

6.举例说明放线菌在生物制药工业中的重要性。

7.工业上常用的酵母菌有哪些？它们有何用途及其特点。

8.霉菌的繁殖方式有哪些？试比较青霉、曲霉、毛霉、根霉的形态和结构特征。

9.列表比较细菌、放线菌、霉菌、酵母菌的形态、结构、菌落特征。