课件：第二章微生物的形态和构造.ppt

第二章 微生物的形态和构造（一） 原核微生物,第一节 细菌 第二节 放线菌 第三节 支原体、衣原体和立克次氏体 第四节 蓝细菌,2019,-,1,广义的细菌，一大类细胞核无核膜包被，只存在核区（Nuclear Region）的裸露DNA的原始单细胞生物。 真细菌 :普通细菌、放线菌、蓝细菌、“三体” 古生菌：在进化谱系上与真细菌及真核生物相互并列，且与后者关系更接近的但细胞构造更接近真细菌的原核生物,原核生物（Prokaryotes）,2019,-,2,原核细胞和真核细胞的区别,真核细胞,原核细胞,2019,-,3,第一节 细菌Bacteria,定义：细菌是一类细胞细而短（细胞直径约0.5um，长度约0.55um）、结构简单、细胞壁坚韧、以二等分裂方式繁殖和水生性较强的原核微生物。 生存环境：温暖潮湿、富含有机物的地方，都有大量细菌活动。有特殊的臭味或酸败味，发粘、发滑。 应用：工业上生产各种氨基酸、核苷酸、酶制剂、乙醇、丙酮、丁醇、有机酸、抗生素等；农业上用作杀虫菌剂、细菌肥料的生产和在沼气发酵、饲料青贮等方面的应用；医药上如各种菌苗、类毒素、代血浆和许多医用酶类的生产等；以及细菌在环保、工程菌和国防上的应用等，都是利用有益细菌活动的例子。 危害：人、动物、植物的传染病、食物和工农业产品腐烂变质。,2019,-,4,一、细菌细胞的形态与排列状态,2019,-,5,Bacterial shape examined microscopically,2019,-,6,菌体呈球形或近似球形,以典型的二分裂殖方式繁殖,分裂后产生的新细胞常保持一定的空间排列方式.根据细胞分裂的方向及分裂后的各子细胞的空间排列状态不同,可将球菌分为以下几种: 单球菌、双球菌、链球菌、四联球菌、八叠球菌、葡萄球菌等。,球菌(coccus)及其排列状态,2019,-,7,单球菌：,细胞分裂沿一个平面进行，新个体分散而单独存在. 如尿素微球菌(Micrococcus ureae),2019,-,8,双球菌：,细胞沿一个平面分裂，新个体成对排列. 如肺炎双球菌 (Diplococcus pneumoniae),2019,-,9,链球菌：,细胞沿一个平面进行分裂，新个体不但可保持成对的样子，并可连成链状. 如： 乳链球菌 （Streptococcus lactis） 无乳链球菌（Streptococcus agalactiae) 溶血链球菌 （ Streptococcus hemolyticus),2019,-,10,四联球菌：,细胞分裂是沿两个相垂直的平面进行，分裂后每四个细胞特征性地连在一起，呈田字形. 如四联微球菌 （Micrococcus tetragenus）,2019,-,11,八叠球菌：,细胞按三个互相垂直的平面进行分裂后，每八个球菌特征性地连在一起成立方体形. 如藤黄八叠球菌 （Sarcina ureae),2019,-,12,葡萄球菌：,细胞无定向分裂，多个新个体形成一个不规则的群体，犹如一串葡萄。 如：金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus) 白色葡萄球菌（Staphylcoccus albus),2019,-,13,杆菌(bacillus)及其排列状态,杆菌是细菌中种类最多的类型,因菌种不同,菌体细胞的长短、粗细等都有所差异。 杆菌的形态：短杆状、长杆状、棒杆状、梭状杆状、月亮状、竹节状等；按杆菌细胞繁殖后的排列方式则有链状、栅状、“八”字状等。,短杆菌,长杆菌,梭状芽孢杆菌,2019,-,14,Scanning electron m icrographs illustrating external features of the rod-shaped bacterium E. coli.,2019,-,15,Rod shape is called Bacillus.棒形称为芽孢杆菌 Two bacilli together - Diplobacilli Chains of bacilli are called Streptobacilli链杆菌被称为链杆菌 Palisades - Rods side by side or in X, V or Y figures,杆菌(bacillus)及其排列状态2,2019,-,16,杆菌端部特征,Bacillus megabacterium,Legionella pneumophila (causes Legionnaires Disease),(causes anthrax), Bacillus anthracis,Rod-Shaped Bacterium, hemorrhagic E. coli, strain 0157:H7,2019,-,17,螺旋菌(spirilla),螺旋状的细菌称为螺旋菌。 根据其弯曲情况分为： 弧菌（vibrio)：螺旋不满一圈，菌体呈弧形或逗号形 例：霍乱弧菌、逗号弧菌 螺旋菌(spirillum)：螺旋满26环，螺旋状 例：干酪螺菌 螺旋体(spirochaeta)：旋转周数在6环以上，菌体柔软。 例：梅毒密螺旋体,Vibrio cholerae,2019,-,18,影响细菌形态的因素,培养时间 培养温度 培养基成分 浓度 pH值,2019,-,19,细菌的异常形态,结核杆菌的正常形态,结核杆菌的异常形态,2019,-,20,细菌特殊形态,柄细菌、肾形菌、臂微菌、网格硫细菌、贝日阿托氏菌(丝状)、具有子实体的粘细菌等是特殊形态的细菌。,2019,-,21,二、细菌的大小,(1)长度单位：微米(m) (2)表示： 球菌：直径 杆菌：宽长 螺菌：宽、长、螺距,通常球菌直径：0.2 1.5 m， 杆菌:长1 5 m, 宽0.5 1 m。 例如：E.coli：平均长度：2 m ； 宽度0.5m 1500个大肠杆菌头尾相接等于3mm; 109个大肠杆菌重1 mg.,2019,-,22,细菌大小举例,2019,-,23,三 、细菌染色法:,2019,-,24,负染色,背景着色，菌体不着色，多用于荚膜的观察。,2019,-,25,涂片,干燥,固定,染色1min,水洗、吸干,镜检,简单染色,制备涂片标本染色,2019,-,26,步骤：,结果: 阳性菌紫色 阴性菌红色,由丹麦医生Hans Christian Gram于1884年创立。,革兰氏染色法（Gram Stain）,2019,-,27,Figure 1 - A Gram stain of Gram + Staphylococcus cells.,Figure 2 - Gram stain of Gram - E. coli cells,Figure,2019,-,28,四、细菌细胞结构,一般构造：如细胞壁、细胞膜、细胞质、核质体、核糖体等，是所有细菌都有的构造 特殊构造：主要有鞭毛、菌毛、性菌毛、荚膜和芽孢等，并非所有细菌都有的构造,2019,-,29,Figure 1. Schematic diagram of a typical procaryotic cell. Minimally, a procaryote is composed of a cell wall and plasma membrane that surrounds its cytoplasm containing a chromosome, ribosomes, enzymes, several classes of RNA, and small molecules (precursors).图1。一个典型的原核细胞的示意图。最小的一个，原是由一个细胞壁和质膜周围的细胞质含有染色体，核糖体，核糖核酸酶，几类，和小分子,2019,-,30,（一）细胞壁cell wall:,细胞壁的观察方法： 质壁分离染色 电镜观察,G与G细菌cw的模式结构,共有组分 肽聚糖 特有组分 G 磷壁酸 G 脂多糖,细胞壁是位于菌体的外层，内侧紧贴细胞膜的一层无色透明，坚韧而有弹性的结构。细胞壁约占细胞干重的10%25%。,2019,-,31,Figure 3 - Electron micrograph of a G+ cell wall.,Figure 4 - Electron micrograph of a G- cell wall.,2019,-,32,细胞壁cell wall:,2019,-,33,革兰氏阳性菌肽聚糖单体,概念： 肽聚糖是由 N乙酰胞壁酸（NAM）和N乙酰葡糖胺（NAG）以及短肽链（主要是四肽）组成的亚单位聚合而成的大分子聚合物。,（1）细胞壁的基本骨架肽聚糖（共有成分）,肽聚糖网格状结构,2019,-,34,2019,-,35,NAG 与 NAM 残基以-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。,肽聚糖单体网状结构,G+菌肽聚糖单体,G菌肽聚糖单体,2019,-,36,肽聚糖网格状结构,2019,-,37,肽聚糖的特点:,1)为原核生物所特有(古细菌例外) 2)D-Glu, D-Ala, M-DAP(二氨基庚二酸）在自然界蛋白质中不存在 3)个别菌中DAP可为Lys代替 4)个别菌中两肽尾可直接由肽键连接,2019,-,38,肽聚糖分子中的四种主要肽桥类型,2019,-,39,E. coli,C. poinsettiae,第I种和第IV种肽桥的比较,2019,-,40,2G+菌的细胞壁,肽聚糖(peptidoglycan):,磷壁酸(teichoic acid),细胞壁厚度 较厚，2080nm 细胞壁分层 不分层 肽聚糖含量 含量高（30-70） 肽聚糖层数 层数多 交联度 交联度高 磷壁酸 有 脂多糖 无 DAP 无,2019,-,41,Gram Positive,2019,-,42,磷壁酸teichoic acid（垣酸）,占壁干重4050%。是以磷酸多元醇分子的重复结构单位为主链（骨架）的阴离子多聚物。在多数情况下，磷壁酸分子中的磷酸多元醇是磷酸甘油，或磷酸核糖醇，因此，根据主链组成不同可以将磷壁酸分为两大类：,磷酸甘油型磷壁酸 核糖醇型磷壁酸,2019,-,43,Figure 8 - The structure of teichoic acid,2019,-,44,根据结合部位的不同分为： 壁磷壁酸:含量多，通过共价键与肽聚糖分子结合,并延伸到肽聚糖分子表面, 带有负电荷。 膜磷壁酸:与菌细胞原生质膜的脂类结合。,2019,-,45,磷壁酸的功能,协助肽聚糖加固细胞壁； 增强细胞膜的稳定性； 提高膜结合酶的能力(使细胞壁形成负电荷环境,以利于 吸附镁离子,维持酶活) 构成噬菌体的吸附位点; 形成表面抗原决定簇的主要成分。 保证革兰氏阳性致病菌（如A族链球菌）与其寄主间的粘连 贮藏磷元素，能调节细胞内自溶素的活力，借以防止细胞因自溶死亡,2019,-,46,3G的细胞壁,细胞壁厚度 较薄10-15nm 细胞壁分层 分层： 外壁层 6-10nm 内壁层2-3nm 肽聚糖含量 只占组分的5-10% 肽聚糖层数 低，一般1-2层 肽聚糖交联度 较低 磷壁酸 无 脂多糖 有,蛋白质,2019,-,47,Gram Negative,2019,-,48,内壁层:,紧贴胞膜,仅由12层肽聚糖分子构成,占细胞壁干重5 10%,无磷壁酸。,2019,-,49,脂多糖 蛋白质层:脂蛋白、 基质蛋白、 外壁蛋白; 磷脂,外壁层:,位于肽聚糖层的外部。包括:,2019,-,50,细菌细胞的基本结构,埋嵌在外壁层中,如孔蛋白,三聚体构成的疏水孔道贯穿外壁层,使小于800-900D的分子可通过,起分子筛作用。,基质蛋白：,2019,-,51,细菌细胞的基本结构,为特异性载体,可将Vit B12这类较大分子送入细胞内,外壁蛋白：,2019,-,52,细菌细胞的基本结构,与肽聚糖层共价结合,并埋置在外壁层,使外壁层牢固的与内壁层连接。,脂蛋白：,2019,-,53,G-菌的脂多糖成分具有毒性，由于它与细菌表面紧密结合，只有在菌体裂解时才被释放出来，故称为内毒素（endotoxin) 。,脂多糖(LPS,lipopolysaccharide)：,2019,-,54,脂质A:两个葡糖胺连接多 个脂肪酸,为内毒素 的中心。,核心多糖:与脂质A相连,由 糖及其衍生物组成。,O-侧链:短多糖链,其顺序有 菌种特异性,具有诊断 细菌学意义。,脂多糖(LPS,lipopolysaccharide)：,2019,-,55,脂质A：为一种糖磷脂，由N-乙酰匍糖胺双糖、磷酸与多种长链脂肪酸组成，它是细菌内毒素的主要成分。,核心多糖：由2-酮-3-脱氧辛糖酸（KDO)、L-甘油-D-甘露庚糖、半乳糖及匍糖胺这样一组糖类组成。它一边通过KDO残基连接在脂类A上，另一边通过葡萄糖残基与O-侧链相连。,O-侧链（特异性多糖）：是由多糖组成的重复单位，结构复杂，位于菌体的外表面，又称菌体抗原。由于各种革兰氏阴性菌多糖链的种类、排列顺序和空间构型都不同，造成革兰氏阴性菌的O-抗原有不同的特异性。,LPS分子一般都是由三部分（区段）组成,2019,-,56,LPS层的主要功能,构成某些革兰氏阴性细菌致病物质内毒素的物质基础； 起细菌自我保护作用，它可以阻止溶菌酶、抗生素和染料等侵入菌体，也可以阻止周质空间中的酶外漏； 作为重要的抗原因子决定了革兰氏阴性菌抗原的多样性； 是许多噬菌体吸附的受体。 与磷壁酸相似，吸附二价阳离子以提高这些离子在细胞表面的浓度。,2019,-,57,4革兰氏阳性细菌与革兰氏阴性细菌细胞壁成分比较,2019,-,58,G+和G-细菌某些特性的比较,2019,-,59,5细胞壁的功能:,1、决定了革兰氏染色的性质； 2、决定细菌的基本形态； 3、决定细胞的抗膨压（保护细胞免受渗透压变化的破坏） 4、决定对溶菌酶的敏感性； 5、决定了对青霉素的抗性； 6、为鞭毛运动提供支点； 7、决定细胞的抗原性； 8、决定细菌的毒性（致病性） 与胞膜一起完成细胞内外物质交换，为正常细胞分裂所必需,2019,-,60,G菌：细胞壁厚，肽聚糖网状分子形成一种透性障，当乙醇脱色时，肽聚糖脱水而孔障缩小，故保留结晶紫-碘复合物在细胞膜上。呈紫色。,G菌：肽聚糖层薄，交联松散，乙醇脱色不能使其结构收缩，其脂含量高,乙醇将脂溶解，缝隙加大，结晶紫-碘复合物溶出细胞壁，沙黄复染后呈红色。,革兰氏染色原理：,第一步：结晶紫使菌体着上紫色 第二步：碘和结晶紫形成脂溶性大分子复合物，分子大，能被细胞壁阻留在细胞内。 第三步：酒精脱色，细胞壁成分和构造不同，出现不同的反应。 第四步：沙黄复染，增加脱色菌与背景的反差并区别于未脱色菌。,2019,-,61,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G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。,2019,-,62,溶菌酶的作用过程,2019,-,63,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（即抑制肽聚糖的合成），因此， Penicillium仅对正在生长着的细菌，且主要是对G+菌有效。,2019,-,64,在溶菌酶或青霉素作用下产生细胞壁缺陷或无细胞壁的细菌。,缺壁细菌,实验室或宿 主体内形成,在自然界长期进化中形成-支原体,缺壁突变-L型细菌,人工去壁,基本去尽-原生质体G+,部分去尽-球状体G-,6细胞壁缺损型细菌,2019,-,65,细菌除去细胞壁剩下由细胞膜包裹的部分。多为G+菌。,细菌细胞的基本结构,a.原生质体(protoplast)：,2019,-,66,原生质体的特点：,细菌细胞的基本结构,1)无细胞壁，为圆球形 2)对环境敏感：渗透压，震荡，离心，易溶菌 3)有鞭毛，而不能运动 4)不被噬菌体感染（因为没有吸附位点） 5)生物学特性依旧,2019,-,67,b . 球状体(spheroplast)：,还保留有部分细胞壁的菌体细胞,多见于G菌。,细菌细胞的基本结构,特点： 除具原生质体特点外 a)可有一定抗性，可培养 b)可重新合成细胞壁,2019,-,68,c . L型细菌(L-form of bacteria)：,自发突变形成的细胞壁缺陷(部分或全部),具多形性。可以生长繁殖,在培养基上形成油煎蛋菌落。有些可重新合成细胞壁。 严格的说,L型细菌专指那些在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,细菌细胞的基本结构,2019,-,69,d. 支原体(Mycoplasma)：,自然进化长期进化而成,细胞膜有甾醇,耐机械压力,2019,-,70,7周质空间（periplasmic space）,又称壁膜空间。指位于细胞壁与细胞膜之间的狭窄间隙，革兰氏阳性细菌与阴性细菌均有。内中含有多种蛋白质，例如蛋白酶、核酸酶等各种解聚酶，运送某些物质进入细胞的结合蛋白，以及趋化性的受体蛋白等。,2019,-,71,蛋白质细胞壁 少数甲烷菌,假肽聚糖细胞壁 甲烷杆菌,独特多糖细胞壁 甲烷八叠球菌属,硫酸化多糖细胞壁 盐球菌属,糖蛋白细胞壁 盐杆菌属,N-乙酰葡糖胺和N-乙酰塔罗胺糖醛酸以1,3糖苷键形成；肽尾由L-Glu、L-Ala和L-Lys组成，肽桥由L-Glu组成,G+，多含半乳糖胺、葡糖醛酸、葡萄糖和乙酸，无磷酸和硫酸,含葡萄糖、甘露糖、半乳糖和它们的氨基糖及糖醛酸和乙酸CV,糖蛋白组成，包括葡萄糖、葡糖胺、甘露糖、核糖和阿拉伯糖；蛋白部分由酸性氨基酸组成如Asp，可平衡Na+,不同蛋白质或同种蛋白的许多亚基组成,8 古生菌的细胞壁,2019,-,72,二细胞膜(cytoplasmic membrane）,1.概念：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。,2. 观察分离方法： （1)质壁分离 (2)选择性染色 (3)电镜技术 (4)溶菌酶处理,2019,-,73,3. 细胞膜的化学组成,2019,-,74,1972年Singer和Nicolson提出的细胞膜液态镶嵌模型,4. 细胞膜的结构与化学组成,细胞膜液态镶嵌模型,认为：膜是由球形蛋白与磷脂按照二维排列方式构成的流体镶嵌式，流动的脂类双分子层构成了膜的连续体，而蛋白质象孤岛一样无规则地漂流在磷脂类的海洋当中。,2019,-,75,2019,-,76,2019,-,77,2019,-,78,5. 细胞膜的功能：,a) 控制细胞内外物质（营养物质和代谢废物）的运送、交换； b) 维持细胞内正常渗透压的渗透屏障作用； c) 合成细胞壁各种组分（LPS、肽聚糖、磷壁酸）和荚膜物质等大分子的场所； d) 进行氧化磷酸化或光合磷酸化的产能基地； e) 参与能量代谢，在细菌中，电子传递链和ATP合成酶均位于细胞膜； f) 提供鞭毛的着生点并提供鞭毛运动所需能量。,2019,-,79,三核质体(nuclear body;nucleoid),细菌DNA： 长度：一般为：13mm 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24个核，而生长缓慢的细菌细胞中一般只有12个核，不在染色体复制时期一般是单倍体。 功能：负载遗传信息。,由大型环状双链DNA纤丝不规则地折叠或缠绕而构成的无核膜、核仁的区域,2019,-,80,(Bacillus megaterium),Fig.1: Prokaryotic Cell,2019,-,81,Examples of nucleoid structure and distribution in Sulfolobus cells.,2019,-,82,四质粒(plasmids),细菌染色体外的共价闭合环状双链DNA分子分子量约为100 106 D.携带1100个基因, 一个菌细胞可有一至数十个质粒。,Structure of a bacterium highlighting the bacterial plasmid.,2019,-,83,质粒的特点：,1、可以在细胞质中独立于染色体之外（即以游离状态）存在，也可以插入到染色体上以附加体的形式存在； 2、在细胞分裂时，可以不依赖于细菌染色体而独立进行自我复制，也可以插入到细菌染色体中与染色体一道进行复制； 3、质粒可以通过转化、转导、或接合作用而由一个细胞转移到另一个细胞，使两个细胞都成为带有质粒的细胞； 4、质粒对于细胞生存并不是必要的。,2019,-,84,2019,-,85,质粒应用：,2019,-,86,(六)细胞质(cytoplasm)及其内含物(inclusin),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。,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。其主要成分有：核糖体、贮藏物、各种酶类、中间代谢物及质粒等,少数细菌还存在有伴胞晶体或气泡等。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。,2019,-,87,核糖体（ribosome),是分散在细胞质中的颗粒状结构，由核糖体核酸（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。 功能：是细胞合成蛋白质的机构。,2019,-,88,2.颗粒状内含物,2019,-,89,概念：是普遍存在的贮藏物，大小为0.51m ，主要成分是多聚偏磷酸盐的聚合物，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。 功能：贮存磷元素和能量，降低渗透压。 含异染粒的细菌种类:棒状杆菌和某些芽孢杆菌等.,异染粒（metachromatic granule） ：,2019,-,90,p,p,p,p,p,p,p,+ ATP,+ ADP,( ),n,+ATP,( ),+ ADP,n+1,多聚偏磷酸盐：,2019,-,91,聚-羟基丁酸（poly-hydroxybutirate，PHB）：,聚羟丁酸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。 许多好氧菌和光合厌氧菌都含有聚羟丁酸颗粒。,2019,-,92,CH3CHOHCH2COOH,H-OCCH2CO-OH,n,(n6),PHB:,2019,-,93,硫粒:,是硫元素的贮藏体,功能： a.好氧硫细菌的能源 b.厌氧硫细菌的电子供体,形成：当环境中H2S含量高时，在体内积累S；当H2S不足时,S氧化成硫酸盐，以提供细菌细胞生命活动所需能量：,H2SSSO4-2,2019,-,94, 气泡,由蛋白质膜构成的充满气体的泡状物。有些细菌细胞质中含有几个或多个气泡。常见于光合细菌和无鞭毛水生细菌。,气泡的功能： 调节细胞比重，加大菌体的浮力,借气泡漂浮能力，以使其漂浮在合适的水层中，使无鞭毛菌在合适的环境中生长。 气泡吸收空气，空气中的氧气可供代谢需要。 例：许多光合细菌和水生细菌、盐杆菌常含有气泡。,2019,-,95,定义: 自养细胞内多角形或六角形内含物 功能: 内含1，5二磷酸核酮糖羧化酶，自养细菌中固定CO2,羧酶体,2019,-,96,微生物储藏物的特点及生理功能：,不同微生物其储藏性内含物不同.例如厌气性梭状芽孢杆菌只含PHB，大肠杆菌只储藏糖原，但有些光和细菌二者兼有; 微生物合理利用营养物质的一种调节方式. 当环境中缺乏能源而碳源丰富时，细胞内就储藏较多的碳源类内含物，甚至达到细胞干重的50%，如果把这样的细胞移入有氮的培养基时，这些储藏物将被作为碳源和能源而用于合成反应。 储藏物以多聚体的形式存在，有利于维持细胞内环境的平衡，避免不适合的pH，渗透压等的危害。例如羟基丁酸分子呈酸性，而当其聚合成聚-羟丁酸（ PHB）就成为中性脂肪酸了，这样便能维持细胞内中性环境，避免菌体内酸性增高。 储藏物在细菌细胞中大量积累，还可以被人们利用。,2019,-,97,三、细菌细胞的特殊结构,2019,-,98,1糖被(glycocalyx)及其类型：,某些细菌细胞壁外的一层粘液性胶状物质。,2019,-,99,(大）荚膜：粘液状物质具有一定外形，相对稳定地附着在细胞壁外，厚度：0.2m。 微荚膜（microcopsule)：粘液状物质较薄，厚度：0.2m ， 与细胞表面牢固结合。 粘液层(slime layer)：粘液物质没有明显的边缘，比荚膜松散,可向周围环境中扩散,增大黏性。 菌胶团(zoogloea):包裹在细胞群体上的胶状物质。,根据糖被的形状和厚度的不同，将其分为四类：,2019,-,100,荚膜的观察：,荧光显微镜 负染色 特殊染色,荧光显微镜下的荚膜,2019,-,101,因种而异，除水外，主要是多糖（包括同型多糖和异型多糖），此外还有多肽，蛋白质，糖蛋白等。,荚膜的组成：,2019,-,102,(1)荚膜的形成是微生物的遗传特征之一，是“种”的特征。但不是细菌的必要结构，失去荚膜的菌株照样能够生活。 (2)荚膜的形成与组成明显受培养基成 分和培养条件的影响。 如肠膜明串珠菌(Leuconosto mesenterondes)以蔗糖为碳源时合成葡聚糖成分的荚膜 。,荚膜的形成：,2019,-,103,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。,2019,-,104,荚膜的生理功能,1、荚膜富含水分，可保护细胞免于干燥； 2、能抵御吞噬细胞的吞噬； 3、为主要表面抗原（K抗原），是有些病原菌的毒力因子； 4、能保护菌体免受噬菌体和其他物质（溶菌酶和补体）的侵害； 5、是某些病原菌必须的粘附因子； 6、贮藏养料，是细胞外碳源和能源的储备物质 7、透性屏障和离子交换系统 8、细菌间信息的识别,2019,-,105,荚膜与生产实践的关系,应用：荚膜也可以成为有价值的材料。如：Leucomostoc mesenteroides 的葡聚糖荚膜已用于生产代血浆的主要成分右旋糖酐和葡聚糖凝胶制剂； 从野菜黄单胞菌（Xanthomonas campestris）荚膜提取黄原胶，它是优良的食品添加剂，又是石油开采中优良的压浆剂； 用产菌胶团的菌进行污水处理等； 通过荚膜的血清学反应进行细菌鉴定（荚膜膨胀试验）。 危害：食品变质发粘；增强致病力；造成严重龋齿等。,2019,-,106,八鞭毛（flagellum）,1. 概念： 某些微生物表面由细胞内生出的细长、波曲的结构。,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） 3)光学显微镜 特殊鞭毛染色 4)电镜 5)半固体穿刺培养,鞭毛的长度： 一般为1520 m，最长可达70 m 。 鞭毛的直径：为0.010.02 m.,2019,-,107,3.鞭毛的着生方式,2019,-,108,Figure. Different arrangements of bacterial flagella,2019,-,109,4. 鞭毛的结构,由鞭毛丝鞭毛钩基体三部分组成：,鞭毛丝：中空螺旋状、丝状结构，球蛋白亚基螺旋排列。,鞭毛钩：又称钩形鞘，是连接鞭毛丝和基体的一个弯曲筒状部分，蛋白质亚基组成。,G菌：L环、P环、S环、M环 G+菌：S环，M环,基体：由若干个盘状物即环组成。,2019,-,110,4.Flagella Structure,2019,-,111,The ultrastructure of the fflagellum,2019,-,112,革兰氏阳性与阴性细菌鞭毛的构造对比,2019,-,113,（1）基因有2030个 （2）再生是自动装配(self assembly)， 不需酶和其他因子，只要鞭毛 蛋白丝亚基 （3）顶端生长,5. 鞭毛的形成,2019,-,114,6. 鞭毛的化学组成,鞭毛蛋白，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。,2019,-,115,细菌细胞的特殊结构,靠鞭毛丝旋转而动，其动力来自质子动力，由细胞膜内外质子浓度差和电势差决定。,7.鞭毛运动与细菌的趋避性运动,2019,-,116,2019,-,117,7.鞭毛运动与细菌的趋避性运动,趋避性运动：,化学趋避性运动 氧趋避性运动 光趋避性运动,2019,-,118,（或线毛、菌毛、伞毛） 某些菌体表面存在的短而多的附属物。 纤毛比鞭毛更短、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,九纤毛(pilus)与菌毛(fimbria）,2019,-,119,Sex or conjugation Pili for the transfer of extrachromosomal DNA between donor and recipient.,Attachment Pili or Fimbriae. There are many and are used for attachment to surfaces. Pili are virulence factors.,Types of pili:,2019,-,120,Figure . Fimbriae (common pili) on the surface of bacterial cells.,2019,-,121,概念：某些细菌生长到一定阶段或在一定环境条件下，细胞的正常生长和分裂停止，细胞内细胞质浓缩，逐步行成一个圆形、椭圆形或圆柱形的，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。,十芽胞(endospore，spore),芽胞,芽胞囊,2019,-,122,Figure. Gram stain of Bacillus anthracis,the cause of anthrax,2019,-,123,1、Shape,location and relative size to the spore of parent cell,2019,-,124,在杆菌中能形成芽孢的种类较多，在球菌和螺旋菌中只有少数菌种可形成芽孢。 产生芽孢的几个属： (Bacillus)芽孢杆菌属 (Clostridium)梭状芽孢杆菌属 (Sporosarcina)芽孢八叠球菌属,2、能形成芽孢的细菌种类,2019,-,125,芽孢的结构,芽孢的外壁层厚而致密，主要成分为脂蛋白，通透性差,不易着色。 核心含有大量的DNA、RNA、蛋白质酶等物质，还含有2,6吡啶二羧酸（DPA）,DPA是芽孢特有的成分。一般以 DPACa的形式存在。 皮层主要含芽孢肽聚糖、 DPACa，皮层体积大，比较致密。 芽孢平均含水量低,约40%.,3、芽孢的组成和结构,芽孢有多层结构，主要包括孢外壁、芽孢衣、皮层和核心：,2019,-,126,1、对高温、干燥、辐射、化学药物有强大的抵抗力。 2、含水量低、壁厚而致密，通透性差,不易着色，折光性强。 3、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。 4、一个芽孢萌发只产生一个营养状态的细胞。,4、芽孢的特性,2019,-,127,5、芽孢的形成与萌发,芽孢形成的7个阶段： 轴丝形成；隔膜形成，产生前孢子；前孢子被吞没，双层膜形成，抗辐射力提高；皮层形成；芽孢衣形成；孢衣完成，折光性和抗热性增强-芽孢成熟；芽孢囊裂解，成熟芽孢释放。,2019,-,128,6、芽孢抗热机制,渗透调节皮层膨胀学说：芽孢衣对多价阳离子和水分的透性很差， 皮层的离子强度很高，产生极高的渗透压夺取芽孢核心的水分，结果造成皮层的充分膨胀。皮层含水量约70%，核心部分的细胞质高度失水含水量极低（10%25%），因此，具极强的耐热性。,2019,-,129,7、伴胞晶体（parasporal crystal）,少数芽孢杆菌，如Bacillus thuringiensis（苏云金芽孢杆菌）在形成芽孢的同时，会在芽孢旁形成一个菱形或双锥形的碱溶性蛋白晶体（即内毒素）称为伴胞晶体。它的干重可达芽孢囊的约30%，由18种氨基酸组成，大小约0.62.0m。伴胞晶体对200多种昆虫尤其是鳞翅目昆虫的幼虫有毒杀作用，因此可以用做生物农药。,2019,-,130,8、芽孢的本质,即不是细菌生活周期的必经阶段，也不是细菌繁殖的一种形式，又不是对环境的消极反应，而是一种生命形式，一种独立的休眠体。,2019,-,131,8、研究芽孢的意义：,1、分类鉴定 2、保存菌种 3、分离菌种 4、生物杀虫 5、灭菌标准,2019,-,132,1 .无性繁殖： 二分裂法 三分裂法 复分裂法,细菌的繁殖和培养,四、细菌的繁殖,2019,-,133,细菌的繁殖和培养,2 . 芽殖,在母细胞表面(尤其在其一端)先形成一个小突起,待长大到与母细胞相仿后再相互分离并独立生活的一种繁殖方式 这类细菌统称芽殖细菌,2019,-,134,细菌的繁殖和培养,3 . 有性繁殖,少数有菌毛的菌进行有性过程。,2019,-,135,细菌在固体或液体培养基中经生长繁殖所形成的细胞群体常构成某种特定的形态结构，它们常是菌种分离及鉴定的依据。 平板培养和斜面培养是实验室中用固体培养培养微生物的两种最常用的培养方式。 液体培养可用试管、三角瓶、发酵罐等器皿，液体培养时的群体形态有菌球、菌膜、絮状等。,五、细菌的群体形态,2019,-,136,固体培养时的群体形态： 菌落（colony) 单菌落（clone) 菌苔(lawn),culture plate,液体培养时的群体形态：,（一）种类：,2019,-,137,细菌群体的形态 菌落：将单个细胞或一小堆同种细胞接种在固体培养基表面（有时是内部），当它占有一定的发展空间并给予适宜的培养条件时，该细胞就迅速生长繁殖，结果会形成以母细胞为中心的一堆肉眼可见的，有一定形态构造的子细胞群体，这就是菌落（colony）。如果菌落是由一个单细胞发展而来的，则它就是一个纯种细胞群或克隆(clone)。 菌苔：如果将某一纯种的大量细胞密集地接种到固体培养基表面，结果长成的菌落相互联接成一片，这就是菌苔（lawn）。 菌落特征与菌种鉴定：菌落的特征包括湿润或干燥、光滑或粗糙、透明度、粘稠度、质地、正反面或边缘与中间颜色一致与否等。由于细菌属于单细胞生物，细胞间没有分化，细胞较小，所以细菌菌落含水量高，并具有其共同的特征；由于不同细菌在细胞大小、形态、表面结构等方面的差异，它们所形成的菌落就各具特点。菌落形态在细菌的鉴定中有一定的参考价值，对细菌的分离纯化、计数以及选种、育种等工作中都有具体的应用。,2019,-,138,不同的微生物种类，其菌落特征不同。同一种菌在不同培养条件下菌落特征也不尽相同。菌落的特征包括：,（二）菌落形态,1、大小 2、颜色 3、透明度 4、表面状态 5、质地 6、边缘形态 7、隆起形状（正面观）,2019,-,139,Samples were taken from the numbered colonies and examined microscopically,2019,-,140,（三）影响菌落形态的因素,各种微生物在一定条件下形成的菌落，其形态特征有一定的稳定性和专一性，因而可以作为识别、鉴定菌种的一个依据，但也受某些因素的影响，观察时应加以注意。,1、邻近菌落 2、培养时间 3、培养基成分 4、培养温度,2019,-,141,细菌菌落的特征,一般都较小，菌落与培养基结合不紧密，用接种针容易挑起，多数表面较光滑、湿润、较粘稠，易挑取，质地均匀，色泽多样。,2019,-,142,第二节 放线菌Actinomycetes,本节提要： 放线菌的基本形态 放线菌的生活史和繁殖 放线菌的培养特征 放线菌的分类依据 放线菌的主要属,2019,-,143,Actinomycetes是一类具有丝状分枝的单细胞，主要以外生孢子的形式繁殖，革兰氏阳性，与细菌同属原核微生物。放线菌菌落中的菌丝常从一个中心向四周辐射状呈放射状生长，并因此而得名。放线菌有特殊的土霉味。 分布：含水量较低、有机物丰富、呈微碱性的土壤中。估计每克土壤中约含放线菌孢子107个。 应用：放线菌对人类最突出的贡献就是它能产生大量的、种类繁多的抗菌素。放线菌还是酶类、维生素的生产菌；有的放线菌有固氮能力；放线菌在自然界物质循环中也起着重要作用，由于它们具有较强的分解复杂有机物的能力，对于土壤肥力的提高也有重要作用。 危害：只有极少数放线菌对人类构成危害，某些Actinomyces（放线菌属）菌种引起动物放线菌病（皮肤、脑、肺和足部感染），某些Nocardia（诺卡氏菌属）引起人和动物的诺卡氏菌病；还有少数放线菌能引起植物病害。,概 述,2019,-,144,Streptomyces coelicolor J1501 A picture of colonies producing the pigmented antibiotic actinorhodin.,Colonies of Streptomyces sp.,2019,-,145,Sporulating colonies on Tomato-Oatmeal Agar plates.,Colonies of Streptomyces sp.,2019,-,146,Streptomyces lividans 1326 Colonies growing on medium R2YE, producing both undecylprodigiosin and actinorhodin.,2019,-,147,一、放线菌与细菌的比较,同为单细胞，菌丝比真菌细，其直径与细菌接近； 同属原核生物。无核膜、核仁和线粒体等。核糖体70S等； 胞壁含磷壁酸，不含几丁质，纤维素；G+; 对环境的要求与细菌相近； 对溶菌酶敏感； 对抗生素的反应类似细菌。,总之，放线菌是一类介于细菌和真菌之间，而更接近于细菌的原核生物。所以：在Bergeys Manual of Systematic Bacteriology. Vol.4 上归在分枝菌纲(Actinomycetes),2019,-,148,由分枝状菌丝组成。菌丝无隔膜，仍属单细胞。菌丝直径与杆菌相似（1 m左右）；细胞壁含磷壁酸、不含几丁质、纤维素；革兰氏阳性。,二、放线菌的形态构造,2019,-,149,(一)菌丝（hyphae)：,放线菌的基本形态,概念: 具有G+菌细胞壁 丝状细胞，没有间隔，为多核体。可分为基内菌丝、气生菌丝和孢子丝。成团的菌丝为菌丝体（mycelium).,2019,-,150,1. 基内菌丝(substrate hyphae):,放线菌的基本形态,培养基内匍匐生长 的菌丝，无隔，约0.2-0.8m。 通常会产生水溶性或脂溶性色素. 功能：吸收营养，所以又称营养菌丝。,2019,-,151,Substrate mycelia.,2019,-,152,2. 气生菌丝(aerial hyphae):,放线菌的基本形态,由营养菌丝长出培养基外，伸向空间的菌丝。略粗于基丝0.5-1.2m，也有色素产生。 功能：气生菌丝生长到一定阶段可分化出繁殖结构，即孢子丝。,2019,-,153,Aerial hyphae emerging from the substrate mycelium.,Aerial mycelia,2019,-,154,3. 孢子丝,放线菌的基本形态,概念：可以形成孢子的菌丝（具分类价值）， 功能:繁殖。 形态：直、波曲、螺旋 着生方式：丛生、轮生,2019,-,155,放线菌孢子丝类型：,二级轮生,一级轮生,丛生,松螺旋,紧螺旋,钩状,2019,-,156,Streptomyces lividans 1326 Lawn of aerial hyphae,Reproductive mycelium,Magnification of aerail hyphae,2019,-,157,单轮生,螺旋状,放线菌孢子丝的显微图片:,2019,-,158,Coiled aerial hyphae,2019,-,159,三、放线菌的繁殖方式,2019,-,160,放线菌的基本形态,1.分生孢子(conidiospores):,在气生菌丝顶端形成成串或单个孢子，菌丝分裂形成。,2019,-,161,根据电镜观察结果，放线菌孢子形成是以横隔分裂方式进行的。横隔分裂可以通过两种途径实现： 1. 细胞膜内陷，并由外向内逐渐收缩，最后形成一个完整的横割膜。通过这种方式可把孢子丝分割成许多分生孢子； 2. 细胞壁和细胞膜同时内陷，并逐步向内缢缩，最终将孢子丝缢裂成一串分生孢子。,2019,-,162,放线菌的基本形态,形态：有圆、卵圆、柱状等。 表面：或光滑或粗糙；有的还带有毛