第1章 细菌和放线菌的形态与构造

第一章原核微生物 细菌和放线菌的形态与构造 原核微生物 具有细胞形态 即细胞壁 细胞膜 细胞质和细胞核 但不具有完整的细胞核结构 无核仁和核膜 只有核物质存在的核区 包括六大类 细菌 bacteria 放线菌 actinomyces 蓝细菌 cyanobacteria 支原体 mycoplasma 衣原体 chlamydia 立克次氏体 rickettsia 细菌的形态与构造细菌菌体 细胞 形态细菌细胞构造 一般构造 细胞壁 细胞膜 细胞质 核质体 间体 特殊构造 荚膜 芽孢 鞭毛 菌毛 细菌繁殖特征细菌群体特征 放线菌的形态与构造放线菌的菌丝形态与构造放线菌的繁殖特征放线菌的菌落特征 本章讲授内容 第一节细菌的形态与构造 细菌 bacteria 是原核生物中的一大类群 是一类个体微小 结构简单 细胞壁坚韧 多以二等分裂方式繁殖和水生性较强的单细胞微生物 微生物的形态与构造主要包括 个体形态 细胞形态或菌体形态或菌丝形态 细胞构造 繁殖特征 群体形态 一 细菌菌体 细胞 形态 依据细菌菌体 细胞 形态的不同 可分为三类 球菌 coccus 杆菌 bacillus 螺旋菌 spirilla 大多数细菌的大小 0 几 几个 m 球菌 单球菌 Micrococcus 双球菌 Diplococcus 四联球菌 Tetrad 八叠球菌 Sarcina 葡萄球菌 Staphylococcus 链球菌 Streptococcus 根据球菌在繁殖时细胞分裂方向及分裂后细胞的排列情况 又可将其分为 杆菌 螺旋菌 弧菌 vibrio 螺菌 spirillum 螺旋体 spirochaeta 大肠杆菌 Escherichiacoli或E coli 金黄色葡萄球菌 Staphylococcusaureus 葡萄球菌 四联球菌 八叠球菌 链球菌 链杆菌 霍乱弧菌 Vibriocholerae 15 575 螺旋菌 Spirulinasp 1 280 细菌细胞构造示意图 二 细菌细胞构造 一 一般构造 所有细菌都具有的构造 包括细胞壁 细胞膜 细胞质 核质体 内含物等 革兰氏染色法 Gramstaining 1 细胞壁 cellwall 革兰阳性菌 G 紫色革兰阴性菌 G 红色 Grampositivebacteria Gramnegativebacteria G 细菌细胞壁 G 细菌细胞壁 细胞壁组成 G 细菌 金色葡萄球菌 肽聚糖结构示意图 G N 乙酰葡糖胺M N 乙酰胞壁酸 磷壁酸 techoicacid 革兰阳性菌特有成分 是由核糖醇或甘油残基经磷酸二酯键相互连接而成的多聚物 多个磷壁酸分子组成长链穿插于肽聚糖中 内端与肽聚糖上的胞壁酸共价结合的称壁磷壁酸 内端与细胞膜共价结合的称膜磷壁酸 革兰阳性细菌细胞壁特殊组分 磷壁酸 G 细菌 大肠杆菌 肽聚糖结构示意图 G 菌肽聚糖结构 革兰阴性菌细胞壁特殊组分 脂多糖 G 菌与G 菌细胞壁结构比较 革兰氏阳性菌与阴性菌细胞壁比较 维持菌体固有的形态保护细菌抵抗低渗环境参与菌体内外的物质交换菌体表面带有多种抗原分子 可诱发机体的免疫应答与细菌致病性有关 细胞壁的功能 细菌细胞壁缺陷型或L型 bacterialLform 细胞壁受损后仍能生长和分裂的细菌 在一般环境中不能耐受菌体内的高渗透压而将会涨破死亡 在高渗环境下 仍可存活 革兰阳性菌细胞壁缺失后 原生质仅被一层细胞膜包裹 原生质体 protoplast 革兰阴性菌肽聚糖层受损后尚有外膜保护 原生质球 spheroplast 某些L型仍有一定的致病力 通常引起慢性感染 细菌细胞壁缺陷型 细菌L型 2 细胞膜 cellmembrane 细菌细胞膜的结构与真核细胞者基本相同 由磷脂和多种蛋白质组成 但不含胆固醇 细菌细胞膜的功能与真核细胞者类似 主要有物质转运 生物合成 分泌和呼吸等作用 细菌细胞膜可形成一种特有的结构 称为中介体 细胞膜结构模式图 3 细胞质 cytoplasm 被细胞膜包围的除核区以外的呈溶胶状态 半透明 颗粒状物质的总称 其成分主要是水 蛋白质 核酸 脂类 多糖 无机盐类和多种酶系等 是细菌细胞进行合成代谢和分解代谢的主要场所 细胞质中的RNA含量较多 可达菌体成分的15 20 生长旺盛的幼龄菌含量更高 有较强的嗜碱性 易被碱性染料着色 为异染颗粒 除此之外 细胞质中还存在有许多内含物 inclusionbody 颗粒 举例如下 游离存在于细胞质中的小颗粒 直径约18nm 沉降系数为70s 由50s和30s两个亚单位组成 70 为RNA 30 为蛋白质 是细菌合成蛋白质的场所 1 核糖体 ribosome 染色体外的遗传物质 存在于细胞质中 为闭合环状的双链DNA 具有自主复制能力 控制着细菌某些特定的遗传特性 如 R质粒 耐药性质粒F质粒 致育性质粒Vi质粒 毒力质粒 2 质粒 plasmid 3 贮藏物 reservematerials 异染颗粒 metachromaticgranule 细菌细胞质中含有多种颗粒 大多为贮藏的营养物质 其中有一种主要成分是RNA和多偏磷酸盐的颗粒 其嗜碱性强 用亚甲蓝染色时着色较深呈紫色 称为异染颗粒 常见于白喉棒状杆菌 位于菌体两端 故又称极体 polarbody 有助于鉴定 4 间体或中介体 mesosome 部分细胞膜内陷 折叠 卷曲形成的囊状物 与细菌细胞分裂繁殖时DNA的复制有关 5 核质体 nuclearbody 或核质 nuclearmaterial 双股环状DNA分子球形 棒状或哑铃状由DNA和少量RNA及蛋白质组成 又称核区 nuclearregion 拟核 nucleoid 或核基因组 genome 细菌是原核细胞 不具有成形的核 无核膜 核仁和有丝分裂器 功能与真核细胞的染色体相似 大肠杆菌的核质体 大肠杆菌纵切面 示哑铃形核质体和细胞分裂 二 特殊构造 细菌的特殊构造是指不是所有的细菌都具有的构造 常见的有荚膜 芽孢 鞭毛 菌毛等 1 荚膜 capsule 有些细菌 在一定的环境条件下 能分泌一种粘液性物质 粘附在细胞壁外 称为荚膜 荚膜的厚度多在0 2 m以上 周围有清晰的界限 称为荚膜或大荚膜 macrocapsule 厚度在0 2 m以下者 称为微荚膜 microcapsule 有些细菌 可在细胞壁外形成一层类似荚膜的粘性物质 结构疏松 无一定的形状 周围界限不清晰 密度不均匀 易于洗脱 这种结构 称为粘液层 slimelayer 包围多个细菌细胞的荚膜 称为菌胶团 zoogloea 大多数细菌的荚膜是多糖 炭疽芽孢杆菌等少数菌的荚膜为多肽 多糖分子组成和构成的多样化使其结构极为复杂 成为血清学分型的基础 荚膜的形成与环境条件有密切关系 有荚膜的细菌形成光滑型 S 菌落 失去荚膜后其菌落变为粗糙型 R 型 荚膜的化学组成 抗吞噬作用 荚膜具有抵抗宿主吞噬细胞的作用 因而荚膜是病原菌的重要毒力因子 粘附作用 荚膜多糖可使细菌彼此之间粘连 也可粘附于组织细胞或无生命物体表面 形成生物膜 是引起感染的重要因素 抗有害物质的损伤作用 荚膜处于细胞的最外层 有保护菌体避免和减少受有害物质的损伤作用 贮存营养 荚膜的功能 细胞荚膜 印度墨汁负染色 2 芽孢 spore 某些杆菌和个别球菌在生长发育后期 在菌体内形成一种圆形或椭圆形 壁厚 含水量低 抗逆性强 普通染色法不着色的特殊结构 称为芽孢 或称内生孢子 endospore 细菌形成芽孢的能力是由菌体内的芽孢基因决定的 其形成条件因菌种而异 一个细菌只形成一个芽孢 一个芽孢萌发也只生成一个菌体 细菌数量并未增加 因而芽孢不具有繁殖功能 不是细菌的繁殖方式 与芽孢相比 未形成芽孢而具有繁殖能力的菌体称为繁殖体 vegetativeform 肉毒梭状芽孢杆菌 Clostridiumbotulinum 枯草芽孢杆菌 Bacillussubtilis 细菌芽孢结构示意图 细菌芽孢的大小 形状 位置等随菌种而异 有重要的鉴别意义 细菌芽孢着生部位 芽孢的抵抗力强 可在自然界中存在多年 是重要的传染源 但芽孢并不直接引起疾病 只有发芽成为繁殖体后 才能迅速大量繁殖而致病 芽孢抵抗力强 故常以杀灭芽孢作为灭菌指标 芽孢抵抗力强的原因 1 芽孢含水量少 蛋白质受热后不易变性 2 芽孢具有多层致密的厚壁 理化因素不易透入 3 含有的DPA与钙结合的盐 吡啶二羧酸钙盐 calciumpicolinate DPA Ca 能提高芽孢中各种酶的稳定性 芽孢的功能 3 鞭毛 flagellum flagella 有些细菌在菌体表面长有呈波状弯曲的细长丝状物称为鞭毛 是细菌的运动器官 鞭毛的长度为菌体长度的几倍 其直径为10 20nm 鞭毛需用电子显微镜观察 或经特殊染色法使鞭毛增粗后才能在光镜下看到 鞭毛具有抗原性 鞭毛的化学组成为鞭毛蛋白 细菌鞭毛形态示意图 细菌鞭毛的着生位置等随菌种而异 有重要的鉴别意义 G 细菌和G 细菌的鞭毛和菌毛结构比较 是细菌的运动器官 使细菌游向营养物质 而逃离有害物质 有些鞭毛与细菌的致病性密切相关 可作为鉴定细菌及对细菌分类的依据 鞭毛的功能 许多革兰阴性菌和少数革兰阳性菌菌体表面存在着一种比鞭毛更细 更短而直硬的丝状物 与细菌的运动无关 菌毛蛋白具有抗原性 菌毛在普通光学显微镜下看不到 必须用电子显微镜观察 根据功能不同 菌毛可分为普通菌毛和性菌毛两类 4 菌毛 fimbriaeorpilus 普通菌毛遍布菌细胞表面 每菌可达数百根 这类菌毛是细菌的粘附结构 能与宿主细胞表面的特异性受体结合 是细菌感染的第一部 因此 菌毛和细菌的致病性密切相关 菌毛的受体常为糖蛋白或糖脂 与菌毛结合的特异性决定的宿主的易感部位 如果红细胞表面具有菌毛受体的相似成分 不同的菌毛引起不同类型的红细胞凝集 血凝 hemagglutination HA 普通菌毛 ordinarypilus 仅见于少数革兰阴性菌 数量少 1 4根 比普通菌毛长而粗 中空呈管状 性菌毛由致育因子Fertility F 编码 故又称F菌毛 带有性菌毛的F 菌与无性菌毛的F 菌相遇时 性菌毛与其相应受体结合 F 菌内的质粒或DNA可通过性菌毛进入F 菌体内 此过程 接合 conjugation 性菌毛是某些噬菌体吸附于菌细胞的受体 性菌毛 sexpilus 三 细菌繁殖特征 细菌的繁殖方式主要为无性繁殖中的裂殖 fission 中的二等分裂 binaryfission 即一个细胞通过对称的二分裂 形成两个形态 大小和构造完全相同的两个子细胞 DNA的复制 滚环复制 细菌的二等分裂 将一个菌体细胞或同种的几个菌体细胞接种在固体培养基上 通过生长繁殖后所形成的子代细胞堆 称为菌落 Colony 不同种类的细菌 其菌落形状 大小 颜色 干湿度 光滑度 凸起度 粘稠度 透明度 菌落边缘形状等均不同 是细菌鉴定的重要依据 细菌的菌落一般具有湿润 较光滑 较透明 较粘稠 易挑取 质地均匀 菌落正反面或边缘与中央部位的颜色一致等特征 四 细菌群体特征 平板涂布培养 试管斜面划线培养 平板划线培养 放线菌 actinomyces 由于菌落呈放射状而得名 它具有生长发育良好的菌丝体 菌丝直径为0 2 1 2 m 革兰氏染色呈阳性 细胞壁组成与结构与G 细菌相似 菌丝常无横隔 内含多个核区 一般认为放线菌是单细胞的 因此 放线菌可以定义为一类主要呈丝状生长 以孢子繁殖的革兰氏阳性细菌 第二节放线菌的形态与构造 一 放线菌的菌丝形态与构造 放线菌的细胞为丝状 称为菌丝 菌丝不断分支缠绕形成具有一定空间形态特征的菌丝聚集体称为菌丝体 菌丝 1 基内菌丝 又叫营养菌丝 是生长在培养基内部的菌丝 吸收营养物质 有些无色 有些则能产生黄 橙 红 紫 蓝 绿 灰 褐甚至黑色等水溶性或脂溶性色素 2 气生菌丝 由营养菌丝上长出并且伸展到空气中的菌丝 颜色一般较深 直径也较粗 是营养菌丝的两倍左右 它可盖满整个菌落表面 呈绒毛状 粉状或颗粒状 孢子丝 放线菌生长发育到一定时期 气生菌丝顶端便会分化出孢子丝 孢子丝的形态及在气生菌丝上的排列方式多种多样 其形态有直杆形 波浪形 钩状和螺旋状等 排列方式有互生 丛生和轮生等 孢子成熟后就飘落下来 孢子 孢子的形态极为多样 有球形 杆形 圆柱形 瓜子形 梭形和半月形等 表面形态也多样 有光滑 褶皱 疣 刺 毛发或鳞片状等 孢子的颜色也十分丰富 有白色 灰色 黄色 粉红色 浅紫色 蓝色和绿色等 放线菌孢子丝和孢子的形态和颜色 常作为菌种鉴定的重要依据 放线菌的形态示意图 放线菌菌丝及孢子丝形态 二 放线菌的繁殖特征 放线菌以无性繁殖方式进行繁殖 以菌丝繁殖 菌丝断裂的片段即可繁殖成新的菌体 如液体发酵一般都是由菌丝体的片段繁殖的 以孢子繁殖 放线菌主要以形成孢子进行繁殖 孢子是通过横隔分裂方式形成的 并通过两种途径进行 是孢子丝长到一定阶段 细胞膜内陷 再由外向内逐渐收缩 最后形成一完整的横隔 从而把孢子丝分割成许多分生孢子 是孢子丝长到一定阶段 细胞膜和细胞壁同时内陷 再逐步向内缢缩 最终把孢子丝缢裂成一串分生孢子 大部分放线菌的孢子是通过后者形成的 这样形成的孢子一般呈长圆 椭圆或球形 链霉菌的生活史 放线菌的生活史 链霉菌的各种孢子丝形态 放线菌菌落一般为圆形 光平或有许多皱褶 菌落周缘辐射状菌丝