又称质膜（plasma 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、选择性染色、原生质体破裂或电子显微镜观察等方法，可以证明细胞膜的存在。
（1）细胞膜的化学组成：
在电子显微镜下观察时，细胞膜呈明显的双层结构——在上下两暗色层间夹着一浅色的中间层。这是因为，细胞膜的基本结构由两层磷脂分子整齐地排列而成。
磷脂：每个磷脂分子由1个带正电荷且能溶于水的极性头（磷酸端）和1个不带电荷和不溶于水的非极性尾（烃端）所构成。极性头朝向膜的内外两个表面，呈亲水性；而非极性的疏水尾（长链脂肪酸，其链长和饱和度与细菌的生长温度有关）则埋藏在膜的内层，从而形成一个磷脂双分子层。
膜蛋白：约占细菌细胞膜的50%～70%，比任何一种生物膜都高，而且种类也多。细胞膜是一个重要的代谢活动中心。具运输功能的整合蛋白或内嵌蛋白，具有酶促作用的周边蛋白或膜外蛋白.
甾醇类物质：真核生物细胞膜中一般含有胆固醇等甾醇，含量为5%-25%。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的类甾醇由磷脂分子形成的双分子膜中加入甾醇类物质可以提高膜的稳定性。
（2）细胞膜的液态镶嵌模型(fluid mosaic model)：
Singer和Nicolson（1972）提出的细胞膜液态镶嵌模式，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。
（3）细胞膜的生理功能：
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和磷酸化等能量代谢的酶系，是细胞的产能基地；
⑤是鞭毛基体的着生部位和鞭毛旋转的供能部位.
4）间体（mesosome，或中体）：
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。间体的生理功能：它们与细菌青霉素酶分泌、DNA复制、分配以及细胞分裂有关。有人认为“间体”仅是电镜制片时因脱水操作而引起的一种赝像。
细胞质及其内含物—
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%。细胞质的主要成分为核糖体、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、磁小体、羧酶体、气泡或伴孢晶体等。
1）颗粒状内含物(granule):-这是细胞质中的颗粒性贮藏物质，其种类和数量随环境条件而异。颗粒性贮藏物质的形成能防止细胞内渗透压或酸度过高，当环境养料缺乏时又可被分解利用。颗粒状内含物的大小和化学性质各异，主要类型有：
A 聚β－羟基丁酸（β－hydroxybutyric acid, PHB）：是细菌特有的一种与类脂相似的碳源和能源贮存物质。PHB易被脂溶性染料（如苏丹黑）着色而不易被普通碱性染料染色。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。它无毒、可塑、易降解，被认为是生产医用塑料、生物降解塑料的良好原料。根瘤菌属（Rhizobium）、固氮菌属(Azotobacter)、红螺菌属(Rhodospirillum)和假单胞菌属(Pseudomonas)的细菌常积累PHB，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%。
B 糖原（glycogen）和淀粉(starch)：是细菌细胞内主要的碳素和能源贮存物质。与碘液作用时，糖原呈红褐色而淀粉呈蓝色。肠道细菌常积累糖原，而多数其它细菌和蓝细菌则以淀粉为贮存物质。当培养环境中碳氮比高时，会促进碳素养料颗粒体的累积。--
C 异染粒(metachromatic granule)：粒大小为0.5～1.0μm，是无机偏磷酸的聚合物，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。发现于迂回刚螺菌(Spirillumvolutans)，也存在于多种细菌，如白喉棒杆菌(Corynebacterium diphtheriae)和鼠疫杆菌(Yersinia pestis)细胞中。
D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。通常存在于蓝细菌中。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25000～125000。
E 硫粒(Sulfur droplet)：这是某些化能自养的硫细菌贮存的能源物质。很多真细菌在进行产能代谢或生物合成时，常涉及对还原性的硫化物如H2S，硫代硫酸盐等的氧化。例如贝氏硫菌属(Beggiatoa)和发硫菌属(Thiothrix)能在氧化H2S的过程中获得能量并在细胞内以固态硫粒的形式贮存元素硫。当环境中缺少H2S时，它们能通过进一步氧化硫来获取能量。
2）磁小体(megnetosome)：趋磁细菌细胞中含有的大小均匀、数目不等的Fe3O4颗粒，外有一层磷脂、蛋白或糖蛋白膜包裹。磁性细菌能藉以感知地球磁场并使细胞顺磁场方向排列。
3）羧酶体(carboxysome)：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。可采用免疫电镜技术观察蓝细菌Chlorogloeopsis fritischii中的羧酶体。
4）气泡（gas vocuoles）：许多光能营养型、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。气泡的膜只含蛋白质而无磷脂。二种蛋白质相互交连，形成一个坚硬的结构，可耐受一定的压力。膜的外表面亲水，而内侧绝对疏水，故气泡只能透气而不能透过水和溶质。
气泡的功能：调节细胞比重以使细胞漂浮在最适水层中获取光能、O2和营养物质专性好氧的盐杆菌属（Halobacterium）的细菌，却生活在含氧极少的饱和盐水中，它们细胞中气泡显著，其作用被认为是使菌体浮于盐水表面，以保证细胞更接近空气。有些厌氧性光合细菌利用气泡集中在水下10-30米深处，这样既能吸收适宜的光线和营养进行光和作用，又可以避免直接与氧接触。蓝细菌生长时依靠细胞内的气泡而漂浮于湖水表面，并随风聚集成块，常使湖内出现“水花”。
5）载色体（Chromatophore）：光合细菌进行光合作用的部位，相当于绿色植物的叶绿体。
6）核糖体(ribosome)：合成蛋白质的场所，由40%的蛋白质和60%的RNA共价结合而成。原核生物核糖体为70S，由大亚基50S和小亚基30组成。30S亚基含有21种蛋白质和一分子16SrRNA，50S亚基含有34种蛋白及5S、23SrRNA各一分子。
6）质粒(plasmid)：质粒是细菌染色体以外的遗传物质，能独立复制，为共价闭合环状双链DNA。质粒的分子量比染色体小，通常在1～100×106道尔顿，含有几个到上百个基因。质粒不仅对微生物本身具有重要意义，而且在遗传工程研究中是外源基因的重要载体，许多天然或经人工改造的质粒已成为基因克隆、转化、转移及表达的重要工具。
7）核区（nuclear region ）：-电镜和生化研究表明，原核生物没有明显的细胞核，它们的核物质没有特定的形态和结构，也不为核膜所包裹，仅较集中地分布在细胞质的特定区域内，称为原核、拟核或细菌染色体。电镜超薄切片显示,原核区域的电子密度较低并呈现出丝状结构。
（四） 细菌细胞的特殊结构
1、糖被（glycocalyx）：
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。
糖被按其有无固定层次、层次厚薄又可细分为荚膜（capsule）、微荚膜(microcapsule)、粘液层(slime layer)和菌胶团(zoogloea)。
1）特点：主要成分是多糖、多肽或蛋白质，尤以多糖居多；经特殊的荚膜染色，特别是负染色（又称背景染色）后可在光学显微镜清楚地观察到它的存在。产生糖被是微生物的一种遗传特性，是细菌分类鉴定的指标之一；荚膜等并非细胞生活的必要结构，但它对细菌在环境中的生存有利。
2）糖被的功能：透性屏障和离子交换系统；保护细菌免受干旱损伤，对一些致病菌来说，则可保护它们免受宿主白细胞的吞噬；细菌间的信息识别；贮藏养料，以备营养缺乏时重新利用；通过荚膜或其有关构造可使菌体附着于适当的物体表面，某些水生丝状细菌的鞘衣状荚膜也有附着作用。例如，引起龋齿的唾液链球菌和变异链球菌等就会分泌1种己糖基转移酶,使蔗糖变成果聚糖,它可使细菌粘附于牙齿表面。由细菌发酵糖类产生的乳酸累积后,腐蚀牙齿表层,引起龋齿。
3、特殊的休眠构造——芽孢(endospore或spore)
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”）。由于每一细胞仅形成1个芽孢，故它无繁殖功能。
1）细菌芽孢的特点：
整个生物界中抗逆性最强的一种构造，芽孢有极强的抗热、抗辐射、抗化学药物和抗静水压等能力。例如肉毒梭菌在100℃沸水中，要经过5.0～9.5h才被杀死，至121℃时，平均也要经10min才能杀死；(是否能消灭芽孢是衡量各种消毒灭菌手段的最重要的指标)；芽孢是细菌的休眠体，在休眠期间，无任何代谢活力。一般的芽孢在普通条件下可保存几年至几十年的活力。在适宜的条件下可以重新转变成为营养态细胞；产芽孢细菌的保藏多用其芽孢。
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。
-能产生芽孢的细菌种类：主要是革兰氏阳性杆菌—芽孢杆菌科的两个属，即好氧性的芽孢杆菌属和厌氧性的梭菌属。球菌中只有极个别的属(芽孢八叠球菌属)才形成芽孢。在典型的螺旋菌中，至今还未发现产芽孢的菌。
芽孢的着生位置：中央芽孢、偏端芽孢、末端芽孢。芽孢与营养细胞相比化学组成存在较大差异，容易在光学显微镜下观察。（相差显微镜直接观察；芽孢染色）。
2）芽孢的结构及耐热机制（渗透调节皮层膨胀学说）：
细菌的芽孢由4部分组成。芽孢囊（sporangium）：指母细胞的空壳。孢外壁(exosporium)：位于芽孢最外层，透性差，是母细胞的残留物。可有可无，或松或紧，重量占芽孢干重的2%～10%，分内外两层。芽孢衣（spore coat）：厚度约3nm，层次很多（3～15层），主要含疏水性的角蛋白以及少量磷脂蛋白。芽孢衣对溶菌酶、蛋白酶和表面活性剂具有很强的抗性，对多价阳离子的透性很差。皮层（cortex）：在芽孢中占有很大体积，内含大量为芽孢皮层所特有的芽孢肽聚糖。其特点是纤维束状、交联度小、负电荷强及可被溶菌酶水解。还含有占芽孢干重7%～10%的 DPA-Ca（吡啶二羧酸钙盐），这是芽孢所特有的，而一般营养细胞没有；不含磷壁酸。皮层的渗透压可高达20个大气压左右。核心（core）：又称芽孢的原生质体，它由芽孢壁、芽孢膜、芽孢质和核区4部分构成，含水量极低。除芽孢膜中不含磷壁酸和芽孢质中含DPA-Ca外，核心中的其他成分与一般细胞相似。
孢囊(cyst)：棕色固氮菌( Azotobacter vinelandii)在营养缺乏情况下产生，抗干旱但不抗热的圆形休眠体，一个营养细胞形成一个孢囊，没有繁殖功能。
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。特点：不溶于水，对蛋白酶类不敏感；容易溶于碱性溶剂。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。杀虫的机制为：鳞翅目幼虫口服伴孢晶体后在肠道迅速溶解（中肠 pH 为9.0-10.5），吸附于上皮细胞，引起渗透性丧失，肠道穿孔，肠道中的碱性溶液进入血液，后者 pH升高，昆虫全身麻痹而死亡。
