微生物学：原核生物

1、 原核生物：细胞核无核膜包裹，只有裸露的dna的原始单细胞生物，即广义的细菌。 包括真细菌和古生菌。 据外表特征可分为六类：细菌（狭义）、放线菌、蓝细菌、支原体、立克次氏体和衣原体。第一章：原核微生物形态、构造和功能cncnc-micro1 1 1 1 细菌（bacteria）放线菌(actinomycetes）)蓝细菌(cyanobacteria)其他几种原核微生物(others)细菌是一类细胞体积小、结构简单、细胞壁坚韧、以二分裂方式繁殖和水生性较强的原核微生物。应用：工业、农业、医药、环保、国防等。危害：人、动物、植物的传染病、食物和工农业产品腐烂变质。细菌（bacteria）细菌的形态

2、观察细菌的方法细菌细胞的大小细菌的细胞构造细菌的繁殖方式cncnc-micro细菌的群体形态细菌的形态构造及其功能细菌细胞形态: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,可分为以下几种:cncnc-micro球菌(coccus)杆菌(bacillus)螺旋菌(spirlla)其他形状的细菌球菌(coccus)cncnc-micro单球菌双球菌四联球菌八叠球菌葡萄球菌链球菌.单球菌（显微镜下示意图）单球菌(single coccus). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .双球菌（

3、显微镜下示意图）双球菌(double coccus) 上：显微镜效果 下：电 镜 照 片 四联球菌(micrococcus lactis)八 叠 球 菌八叠球菌(sarcina ureae)八叠球菌（显微镜下示意图） 葡萄球菌左：电镜照片右：显微镜下的金黄色葡萄球菌葡萄球菌(staphylococcus aureus)链球菌链球菌（显微镜下示意图）链球菌（电镜照片）显微镜下的杆菌杆菌杆菌( (bacillus) )短杆菌短杆菌长杆菌长杆菌梭状芽孢杆菌梭状芽孢杆菌杆菌(bacillus) 电子显微镜下的结核菌 （绿色的就是结核杆菌）杆菌动物宿主细胞感染杆菌濒临死亡 电镜照片链杆菌链杆菌链显微镜下

4、的链杆菌螺旋菌（spirlla) 弧菌 (vibrio) 螺菌（spirllum） 螺旋体(spirochaeta)根据其弯曲情况分为根据其弯曲情况分为:显微镜下的螺旋菌 幽门螺旋菌左：显微数码摄像右：结构示意图柄细菌其他形状的细菌柄细菌(caulobacter bacterroides)变形菌different shapesfig. 4.11different shapes观察细菌的方法观察工具观察方法cncnc-micro观察工具（tools）普通光学显微镜暗视野显微镜相差显微镜荧光显微镜电子显微镜 microorganisms can be observed using a micros

5、cope钩端螺旋体钩端螺旋体(暗视野显微镜暗视野显微镜) 相差显微镜实拍图相差显微镜实拍图:细菌细菌 荧光抗体染色：大肠杆菌电子显微镜下大肠杆菌cncnc-micro用显微镜观察细菌的方法活体观察染色观察压滴法悬滴法菌丝埋片法细菌染色法死菌正染色负染色：简单染色法鉴别染色法 革兰氏染色法 抗酸性染色法芽 孢 染 色 法荚膜染色法等 活菌: 用美蓝或ttc（氯化三苯基四唑）等 作活菌染色 姬姆萨染色法染色观察cncnc-micro甲菌乙菌初染结晶紫媒染碘液脱色乙醇复染沙黄紫色（g）红色（g-）革兰氏染色步骤示意图细胞壁与革兰氏染色革兰氏染色革兰氏染色由丹麦医生c.gram于1884年创立 细菌电

6、子显微镜照片细菌细胞的大小(1)(1)长度单位：微米长度单位：微米(m)(m)(2)(2)表示：表示： 球菌：直径球菌：直径 杆菌：宽杆菌：宽长长 螺菌：宽、长、螺距螺菌：宽、长、螺距 通常通常球菌直径：球菌直径：0.20.21.5m1.5m杆菌杆菌: : 长长1 15m, 5m, 宽宽0.50.51m1m细菌细胞的大小细菌细胞的大小细胞的大小是细菌分类特征不同细菌细胞大小不同同一细菌的不同菌龄细胞大小不同细菌细胞大小还与营养等因素相关细胞大小的测量结果只是近似值或平均值2。1。2细菌细胞的结构 细菌细胞的结构细胞壁细胞壁以内的构造原生质体细胞壁以外的构造cncnc-micro细胞壁（cell

7、 wall)cncnc-micro细胞壁的结构细胞壁 的功能细胞壁 的化学组成细胞壁与革兰氏染色无壁细胞与原生质体细胞壁的结构:最外的一层厚实、坚韧的外被。主要成分是肽聚糖。肽聚糖细胞质膜外壁层gram positive bacteria, g+gram negative bacteria, g细菌的细胞壁(粉红色以外的部分)cell walls of bacteriapeptidoglycan is found only in bacteria肽聚 糖质 膜外壁层周质空间革兰氏阳性革兰氏阴性细胞壁抛面结构细胞壁的功能固定细胞外形和提高机械强度，使其免受渗透压等外力的损伤为细胞的生长、分裂和鞭

8、毛运动所必需阻拦大分子有害物质进入细胞 赋予细菌特定的抗原性以及对抗生素和噬菌体的敏感性cncnc-micro 细 胞 壁化学组成高等植物 纤维素 霉菌 几丁质酵母 甘露聚糖，葡聚糖 细菌肽聚糖n乙酰葡萄糖胺n乙酰胞壁酸短肽脂多糖cncnc-micro磷壁酸structure of peptidoglycan n-acetyl glucosaminen-acetylmuramic acidb-(1,4) linkagesl-alanined-glutamic acidmeso-diaminopimelic acidd-alaninepeptide bondch3-ch- c=0 ch2ohoc

9、h2ohoohonh hc-c-ch3 c=0 nnh cooh-c-h (ch2 )2 c=0 nh h-c- (ch2)-nh2 nh c=0 ch3-c-h cooh l-alad-glul-lysd-alag+细胞壁 肽聚糖单体结构mg dpa（二氨基庚二酸）革兰氏阴性菌细胞壁肽聚糖的一个重复单位肽聚糖（peptidoglycan)结构中短肽的连接形式g-细菌g+细菌e.coli(左）与c.poinsettiae(右）肽聚糖中的肽桥 类型 甲肽尾上连接点 肽 桥 乙肽尾上连接点 实 例第4氨基酸第4氨基酸第4氨基酸第4氨基酸-conh-(gly)5-(肽尾）12-d-lys-第3氨基酸

10、第3氨基酸第3氨基酸第2氨基酸e.coli (g-)s.aureus(g+)m.luteus(g+)c.poinsettiae(g+)肽聚糖分子中的4种主要肽桥类型 nagnag与与namnam残基以残基以-1,4-1,4糖苷键交替连接，形成聚糖苷键交替连接，形成聚糖的骨架糖的骨架( (主链主链) )；一组相同的短肽侧链接于；一组相同的短肽侧链接于namnam上；上；相邻主链上的短肽侧链通过一条肽桥相连，从而形相邻主链上的短肽侧链通过一条肽桥相连，从而形成网状分子结构。成网状分子结构。g+菌肽聚糖单体g g肽聚糖的组成不同肽尾第三氨基酸不同g 赖氨酸g 二氨基庚二酸g，m都是1，4糖苷键连接肽

11、桥g：5个甘氨酸g：肽键cncnc-micro磷壁酸（teichoic acid） 占壁干重占壁干重40-50%。是以。是以磷酸多元醇磷酸多元醇分子的重分子的重复结构单位为主链（骨架）的阴离子多聚物。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，根据磷酸甘油，或磷酸核糖醇，因此，根据主链组主链组成不同成不同可以将磷壁酸分为两大类：可以将磷壁酸分为两大类：磷酸甘油型磷壁酸磷酸甘油型磷壁酸核糖醇型磷壁酸核糖醇型磷壁酸磷壁酸的功能因带负电荷，故可与环境中的mg等阳离子结合，提高这些离子的浓度，以保

12、证细胞膜上一些合成酶维持高活性的需要。保证革兰氏阳性致病菌与其宿主间的粘连赋于革兰氏阳性细菌以特异的表面抗原提供某些噬菌体以特异的吸附受体cncnc-micro贮藏磷原素调节细胞内自溶素（autolysin）的活力防止细胞死亡lps类脂a：2个n乙酰葡糖胺及5个长链脂肪酸核心多糖区o特异侧链：多个4hex单位，内含半乳糖、鼠李糖 甘露糖、阿比可糖(abq)等内核心区3个2酮3脱氧辛糖酸3个l甘油甘露庚糖外核心区：5个己糖（hex），包括葡糖胺、 半乳糖、葡萄糖 脂多糖（lipolysaccharide)的组成cncnc-microror1、r2一般为3羟基豆蔻酸ch2oroch2po4po4n

13、h|r1nh|r2or1、6o特异侧链 核心多糖r可有3种： 月桂酸基 棕榈酸基 豆蔻酰豆蔻酸基类脂a是g-内毒素的基础脂多糖功能是革兰氏阴性细菌致病物质内毒素的物质基础与磷酸相似，也有吸附mg+、ca2+等阳离子以提高这些离子在细胞表面的浓度的用；由于lps结构的变化，决定了革兰氏阴性细胞表面抗原决定簇的多样性；是许多噬菌体在细胞表面的吸附受体。cncnc-micro具有控制某些物质进出细胞的部分选择性屏障功能。g g细胞壁成分的区别cncnc-micro成 分肽聚糖磷壁酸类脂质蛋白质占细胞壁干重的%含量很高（30-95）含量较高（50）一般无（106-羟基丁酸（羟基丁酸（phb）：）：通常

14、在显微镜下，显现为一种折光性很强折光性很强的小体。碳源类贮藏物碳源类贮藏物，不溶于水，具有贮藏能量、碳源和降低细胞内渗透压的作用。可制作易降解且无毒的医用塑料器皿和外科用的手术针及缝线。ohpo hnho o异染粒（metachromatic granule）n=2106异染粒：异染粒：成分：多聚偏磷酸盐。功能：贮藏磷元素和能量，并可降低细胞的渗透压。藻青素（cyanophycin）：属于氮素贮藏物，同时还具有贮藏能源的作用。 co2aspcoh3n+naspaspcoconhnhnhargargarg磁小体(megnetosome)cncnc-micro1975年由r p blakemore

15、d 在趋磁细菌中发现主要成分是fe3o4 外被一层磷脂、蛋白或糖蛋白膜,是单磁畴晶体,无毒,大小20100nm,每个细胞有2 20颗形状为平截八面体、平行六面体或六棱柱体等功能 导向作用，即借助鞭毛游向泥、水界面微氧 我 环境处生活实用前景： 生产磁性定向药物或抗体，以及制造生物传感器羧酶体（carboxysome）cncnc-micro存在于一些自养细菌内的多角形或六角形内含物大小约10nm（与噬菌体相仿）内含1，5二磷酸核酮糖羧化酶在自养细菌的co2固定中起关键作用气泡（gas vocuoles）cncnc-micro是许多光合型、无鞭毛水生菌中充满气体的泡囊状内含物大小为0.2-1.0u

16、m75nm内由数排柱形小空泡组成，外有2nm厚的蛋白膜包裹每个细胞中含几个或数百个气泡功能：调节细胞比重以使细菌漂浮在最适水层中获取光能、 o2，和营养物质核区（nuclear region or area）cncnc-micro又称核质体、原核、拟核、核基因组(genome）是一个大型环状dna分子。长度为0.25-3.00mm每个细胞所含的核区数一般1-4个细菌除在染色体复制时间内呈双倍体外,一般均为单倍体功能：负载遗传信息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由于一个营养细胞内仅生成一个芽孢，无繁殖功能 芽孢是生物界中抗性最强的生

17、命体。芽孢在普通条件下可保持几年至几十年的生活力。芽孢(endospore/spore)枯草芽孢杆菌产芽孢细菌的种类芽孢的构造芽孢形成芽孢的耐热机制研究芽孢的意义伴孢晶体细菌的其他休眠构造芽孢spores产芽孢细菌的种类好氧性的芽孢杆菌属厌氧性的梭菌属产生芽孢的细菌种类不多，主要是革兰氏阳性杆菌产生芽孢的细菌种类不多，主要是革兰氏阳性杆菌芽孢芽孢杆菌科的两个属：杆菌科的两个属： 细菌芽孢构造的模式图 孢孢孢外壁芽孢衣 皮 层 芽孢质芽孢核区芽孢膜芽孢壁核心芽孢的形成过程质膜内陷前芽孢双层膜形成合成dpa皮层合成芽孢裂解dna浓缩形成束状孢衣合成芽孢的抗热性在于芽孢衣对多价阳离子和水分的透性差及

18、皮层的离子强度高，皮层有极高的渗透压去夺取核心部分的水分，造成皮层充分膨胀，而核心部分形成高度失水状态，因而产生极强的耐热性。芽孢耐热机制：渗透调节皮层膨胀学说从皮层成分来看，它含有大量的交联度低（6%）、负电荷强的芽孢肽聚糖，它与低价阳离子一起引起了皮层的高渗透压，可解释芽孢与营养细胞的耐热性的差别。研究芽孢的意义菌种鉴定的重要的形态学指标 芽孢的存在有利于对菌种的保藏 可作为衡量消毒灭菌措施的主要指标。 肉类罐头：以肉毒梭菌为指标，121维持20分钟以上； 外科器材：以破伤风梭菌和产气荚膜梭菌为指标，121维持10分钟或115维持30分钟； 发酵工业：以嗜热脂肪芽孢杆菌为标准，湿热灭菌条件

19、为121维持15分钟。干热灭菌为150160 维持12小时。 苏云金芽孢杆菌和伴孢晶体少数芽孢杆菌在形成芽孢的同时，会在芽孢旁形成一颗菱形或双锥形的碱溶性蛋白晶体内毒素，称为伴孢晶体。实用意义：细菌杀虫剂生物农药细菌的其他休眠构造细菌的休眠构造除上述芽孢外，还有孢囊（cyst,由固氮菌产生）等。孢囊也是在逆境中产生的休眠体。和芽孢一样没有繁殖功能。cncnc-micro 项目 芽 孢 孢 囊形成方式外壁层次外壁成分抗 性贮 藏 物代 表 菌细胞内浓缩并外包多（410余层）蛋白质、肽聚糖（近g菌）抗热、辐射及药物等无特殊贮藏物芽孢杆菌属、梭菌属细胞壁外层加厚少（3层左右）磷脂、脂多糖（近g菌）抗

20、干旱为主，不抗热聚羟丁酸（phb）固氮菌属芽孢与孢囊的比较细胞壁以外的构造糖被（glycocalyx）鞭毛 (flage,复flaglla)菌毛（fimbria,复fimbriae ）性毛（pili,单数pilus）鞭毛菌毛性毛糖被糖被(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、厚薄与菌种遗传性有关，还与环境条件（特别是营养）密切相关。糖被按其有无固定层次、层次薄厚又可分为荚膜、微荚膜,粘液层,和菌胶团。细菌负染后相差显微镜图片（示荚膜）荚膜成分多糖纯多糖杂多糖多肽和多糖蛋白质葡聚糖纤维素果聚糖多肽海藻酸透明质酸聚-d-谷氨酸荚膜功能保护作用贮

21、藏养料堆积代谢 废物附着作用保护细菌免受干旱损坏防止噬菌体的吸附和裂解使致病菌免受宿主白细胞吞噬作为透性屏障或离子交换系介质细菌间的信息识别作用cncnc-micro细菌糖被实用意义鉴定菌种提取葡聚糖“代血浆”胞外多糖：黄原胶用于石油开采 菌胶团用于处理污水鞭毛（flagellum)生长在某些细菌体表的长丝状蛋白质附属物，称为鞭毛，其数目为一至数条，具有运动功能。鞭毛一般长度为15-20um直径为0.01-0.02um观察鞭毛的方法:染料沉积使之加粗后用显微镜观察:常用电镜观察判断鞭毛有无的方法:半固体培养基 平板培养菌落边缘细菌鞭毛显微镜照片细菌鞭毛显微镜照片鞭毛的类型鞭毛的结构pseudo

22、mdnas fluorescens 的电镜照片鞭毛细菌线毛与鞭毛的电子显微镜图片电镜下的大肠杆菌（示鞭毛）细菌鞭毛的类型两端单生单端丛生单端单生周 生两端丛生鞭毛丝结构图解：鞭毛蛋白亚基每周为8-10个亚基鞭毛蛋白亚基是一种球状蛋白，分子量3-6万鞭毛丝由直径 4.5nm 的鞭毛蛋白亚基沿央孔道（直径为20nm）螺旋状缭绕而成。鞭毛丝s-m环l环p环鞭毛杆钩形鞘外壁层 肽聚糖层周质空间g细菌鞭毛基体和 钩 形 鞘 结 构细胞膜fli蛋白mot蛋白鞭毛的功能鞭毛的功能l鞭毛是运动器官。鞭毛是运动器官。l鞭毛有抗原性。鞭毛有抗原性。l有的细菌其鞭毛与致病性有关。有的细菌其鞭毛与致病性有关。 运动的

23、鞭毛菌毛（pilus)（伞毛、纤毛、线毛）功能：作为噬菌体的吸附位点作为附着到哺乳动物细胞或其他物体的工具鞭毛菌毛性毛糖被是长在细菌体表的一种纤细、中空、短直、数量较多的蛋白质附属物。 项目 鞭 毛 菌 毛成 分大 小结 构数 目功 能着 生处菌 种鞭毛蛋白0.010.02270um一般由3股鞭毛蛋白链紧密绞1数百根 成绳状运动通过钩形鞘与细胞壁内的鞭毛基体连接许多杆菌和少数球菌菌毛蛋白0.0070.0090.520um由菌毛蛋白亚基卷成中1数百根 空螺旋附着，接合细胞质许多g杆菌和球菌 细菌的鞭毛和菌毛的比较 性毛（pili,单数pilus）构造和成分与菌毛相同，但比菌毛长。数量仅一至少数几

24、根。性毛一般见于革兰氏阴性细菌的雄性菌珠中。其功能是向雌性菌珠（受体菌）传递遗传物质。鞭毛菌毛性毛糖被dna结合位点细菌繁殖方式形成两个子细胞横隔壁形成核分裂及细胞延长裂殖：裂殖：横分裂和纵分裂，细菌一般为横分裂多数细菌：对称二等分裂 分裂的三阶段过程 细菌群体的形态（细菌的培养特征）细菌的菌落特征细菌的其它培养特征cncnc-micro 菌落：菌落：由单个微生物细胞在固体培养基表面（或内部）生长繁殖所形成的一堆肉眼可见的、有一定形态构造的子细胞集团，称为菌落。 菌苔：菌苔：由某一纯种的大量细胞密集地接种到固体培养基表面，长成的各“菌落”连成一片的群体，称为菌苔。细菌的菌落特征：湿润、较光滑、

25、较透明、较粘稠、易挑取、质地均匀以及菌落正反面或边缘与中央部位的颜色一致 细菌菌落细菌细胞的电子显微镜图片固体培养基表面细菌菌落（照片）colony morphology细菌菌落中的细胞形态固体培养基上链球菌菌落的电镜扫描图片菌落中的细胞形态（照片）细菌菌落中的细胞形态固体培养基上菌落中的细胞形态（照片）细菌菌落特征细菌菌落特征剖面图细菌菌落特征细菌菌落特征正面图返回鞭毛细菌在琼脂培养基中穿刺培养的生长特征细菌在半固体培养上的培养特征a、丝状 b.有小刺 c.念珠状 d.绒毛状 e.假根状 f.树状细菌在明胶培养基中穿刺培养并液化明胶的特征a:不液化；b:火山口状；c：芜菁状；d:漏斗状；e:

26、袋状；f:层状返回鞭毛细菌在肉汤培养基中的表面生长特征细菌在肉汤培养基中的表面生长特征絮状环状浮膜状膜状放线菌(actinomyces)什么是放线菌放线菌的形态构造放线菌的繁殖放线菌的菌落特征放线菌的生理放线菌与人类生活放线菌是一类具有丝状与枝细胞的细菌有原核菌丝直径与细菌相仿细胞壁的主要成分是肽聚糖放线菌噬菌体的形状与细菌的相似最适生长ph相近，一般呈微碱性 dna重组的方式与细菌的相同核糖体同为70s对溶菌酶敏感凡细菌所敏感的抗生素，放线菌也同样敏感有的放线菌产生有鞭毛的孢子,其鞭毛类型与细菌相同放线菌的分布与生活方式放线菌一般分布在含量较低；有机物丰富和呈微生物碱性的土壤中。 107个g

27、左右能看到：北方春季深层黑土地的白丝能闻到：泥土特有的“泥腥味”放线菌的形态结构（模式图）气生菌丝孢子丝分生孢子基内菌丝固体基质基内菌丝（substrate mycelium) 又称营养菌丝，功能是吸收营养，直径 0.2-1.2um长度100600um，色素可有可无。cncnc-micro基内菌丝气生菌丝（aerial mycelium) 基内菌丝长到一定时期，长出培养基外，伸向空间的菌丝，直径11.4um, 长短不一，形状不一，颜色较深。cncnc-micro 气生菌丝 孢子丝(reproductive mycelium) 当气生菌丝生长发育到一定阶段，气生菌丝上分化出的可形成孢子的菌丝。

28、孢子的形状及在气生菌丝上排列的方式随种而异。cncnc-micro放线菌孢子丝类型直形弯曲丛生成束单轮生无螺旋 开环钩形原始螺旋形松螺旋 紧螺旋螺旋单轮生无螺旋两级轮生螺旋两级轮生放线菌的菌落形态菌落质地硬而且致密，菌落小而不广泛延伸菌落表面呈紧密的绒状或坚实、干燥多皱。接种针难以挑取，有时可挑碎，有时可将整个菌落挑起。cncnc-micro老龄菌：幼龄菌菌落与细菌难以区分。 菌落周围具放射状菌丝，由于菌丝和孢子常具不同色素，使菌落正面，背面呈不同色泽。cncnc-micro2.2.3放线菌的生活史：孢子萌发基内菌丝气生菌丝菌丝孢子丝5 孢子丝分化形成的孢子放线菌放线菌生活史生活史放线菌的繁殖放线菌的繁殖方式分生孢子孢子囊孢子菌丝断裂其他方式cncnc-micro（2）沿横隔断裂形成孢子（3）成熟孢子（1）孢子丝中形成横隔横