第一章原核微生物的形态结构

1、第一章：原核微生物形态结构第一章：原核微生物形态结构原核微生物：原核微生物：仅含一个仅含一个DNADNA分子的原始核区而无核分子的原始核区而无核膜包裹的原始单细胞微生物。膜包裹的原始单细胞微生物。包括：真细菌、古生菌包括：真细菌、古生菌第一章：原核微生物形态结构第一章：原核微生物形态结构 第一节第一节细菌细菌（bacteriabacteria） 第二节放线第二节放线菌菌(actinomycetes(actinomycetes） 第三节第三节蓝细菌蓝细菌(cyanobacteria)(cyanobacteria) 第四节第四节其他几种原核微生物其他几种原核微生物(others)(others)1

2、.1.细菌的形态细菌的形态2.2.观察细菌的方法观察细菌的方法3.3.细菌细胞的大小细菌细胞的大小4.4.细菌的细胞构造细菌的细胞构造5.5.细菌的繁殖方式细菌的繁殖方式一、细菌（一、细菌（BacteriaBacteria）6.6.细菌的群体形态细菌的群体形态细菌的形态构造及其功能细菌的形态构造及其功能1.1.细菌细胞形态细菌细胞形态a)a)杆菌杆菌(Bacillus)(Bacillus)b)b)球菌球菌(Coccus)(Coccus)c)c)螺旋菌螺旋菌(Spirlla)(Spirlla)d)d)其他形状的细菌其他形状的细菌a.a.球菌球菌(coccus)(coccus)单球菌单球菌双球菌双

3、球菌四联球菌四联球菌八叠球菌八叠球菌葡萄球菌葡萄球菌链球菌链球菌.单球菌（显微镜下示意图）单球菌单球菌(single coccus). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .双球菌（显微镜下示意图）双球菌双球菌(double coccus)(double coccus)上：显微镜效果下：电镜照片 四联球菌四联球菌(Micrococcus lactis(Micrococcus lactis)八叠球菌八叠球菌八叠球菌(Sarcina ureae)(Sarcina ureae)八叠球菌（显微镜下示意图

4、）左：电镜照片右：显微镜下的金黄色葡萄球菌葡萄球菌葡萄球菌(Staphylococcus aureus(Staphylococcus aureus)链球菌链球菌链球菌（显微镜下示意图）链球菌（电镜照片）显微镜下的杆菌b.b.杆菌杆菌(bacillus)(bacillus) c.c.螺旋菌（螺旋菌（Spirlla)Spirlla) 弧菌 (vibrio) 螺菌(spirllum） 螺旋体(spirochaeta)显微镜显微镜下的螺旋菌下的螺旋菌 d.d.幽门螺旋菌幽门螺旋菌左：显微数码摄像右：结构示意图2.2.观察细菌的方法观察细菌的方法(1) (1) 观察工具观察工具(2) (2) 观察方法观

5、察方法(1)(1)观察观察工具（工具（toolstools）普通光学显微镜普通光学显微镜暗视野显微镜暗视野显微镜相差显微镜相差显微镜荧光显微镜荧光显微镜电子显微镜电子显微镜(2)(2)观察方法观察方法活体观察活体观察染色观察染色观察压滴法压滴法悬滴法悬滴法菌丝埋片法菌丝埋片法细菌染色法细菌染色法死菌死菌正染色正染色负染色负染色：简单染色法简单染色法鉴别染色法鉴别染色法 革兰氏染色革兰氏染色法法 抗酸性染色法抗酸性染色法芽孢染色法芽孢染色法荚膜染色法等荚膜染色法等 活菌活菌: : 用美蓝或用美蓝或TTCTTC（氯化三苯基四唑）（氯化三苯基四唑）等作活菌染色等作活菌染色 姬姆萨染色法姬姆萨染色法染

6、色观察染色观察3.细菌细胞的大小细胞的大小是细菌分类特征细胞的大小是细菌分类特征不同细菌细胞大小不同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细胞大小的测量结果只是近似值或平均值 球菌直径约球菌直径约0.5-20.5-2微米，杆菌微米，杆菌1-51-50.5-0.5- 1 1微米微米4.4.细菌细胞的结构细菌细胞的结构 细菌细胞的结构细菌细胞的结构细胞壁细胞壁细胞壁以内的构造细胞壁以内的构造原生质体原生质体细胞壁以外的构造细胞壁以外的构造细胞壁（细胞壁（cell

7、 wall)cell wall)a.细胞壁的结构b.细胞壁的功能c.细胞壁的化学组成d.细胞壁与革兰氏染色e.无壁细胞与原生质体a.细菌细胞壁（cell wall）的结构 细胞壁细胞壁是包围在细胞表面，内侧紧贴细胞膜的一层较为是包围在细胞表面，内侧紧贴细胞膜的一层较为坚韧、略具弹性的结构，占细胞干重的坚韧、略具弹性的结构，占细胞干重的1010-25%-25%。 失去细胞壁后，各种形态的细菌都变成球形。失去细胞壁后，各种形态的细菌都变成球形。 细菌在一定范围的高渗溶液中，原生质收缩，出现质壁细菌在一定范围的高渗溶液中，原生质收缩，出现质壁分离现象。在低渗溶液中，细胞膨大，但不会改变形状或破分离现

8、象。在低渗溶液中，细胞膨大，但不会改变形状或破裂，这些都与细胞壁具有一定坚韧性和弹性有关裂，这些都与细胞壁具有一定坚韧性和弹性有关 细胞壁的化学组成细胞壁的化学组成 也使细菌具有一定的抗原性、致病性也使细菌具有一定的抗原性、致病性以及对噬菌体的敏感性。以及对噬菌体的敏感性。 有鞭毛的细菌失去细胞壁后，仍可保持有鞭毛，但不能有鞭毛的细菌失去细胞壁后，仍可保持有鞭毛，但不能运动，可见细胞壁的存在为鞭毛运动提供的力学支点，为鞭运动，可见细胞壁的存在为鞭毛运动提供的力学支点，为鞭毛运动所必需的。毛运动所必需的。 细胞壁是多孔性的，可允许水及一些化学物质通过，但细胞壁是多孔性的，可允许水及一些化学物质通

9、过，但对大分子物质有阻拦作用。对大分子物质有阻拦作用。b.b.细胞壁的功能细胞壁的功能1. 固定细胞外形2. 协助鞭毛运动3. 保护细胞免受外力的损伤4. 为正常细胞分裂所必需5. 阻拦有害物质进入细胞6. 与细菌的抗原性、致病性和对噬菌体的敏感性密切相关 c.c.细胞壁化学组成细胞壁化学组成高等植物高等植物 纤维素纤维素 霉菌霉菌 几丁质几丁质酵母酵母 甘露聚糖，葡聚糖甘露聚糖，葡聚糖 细菌细菌肽聚糖肽聚糖N-N-乙酰葡萄糖胺乙酰葡萄糖胺N-N-乙酰胞壁酸乙酰胞壁酸短肽短肽脂多糖脂多糖磷壁酸磷壁酸G G G G细胞壁成分的区别细胞壁成分的区别成成 分分肽聚糖肽聚糖磷壁酸磷壁酸类脂质类脂质蛋白

10、质蛋白质占细胞壁干重的占细胞壁干重的% %含量很高（含量很高（30-9530-95）含量较高（含量较高（5050）一般无（一般无（22）0含量很低（含量很低（5-205-20）0含量较高（含量较高（11-2211-22）含量较高 G G G Gd.d.细胞壁细胞壁与革兰氏染色与革兰氏染色复染沙黄紫色（G）红色(G-)甲菌乙菌初染结晶紫媒染碘液脱色乙醇原生质体（左侧为大肠杆菌的原生质体，右侧为杆状的大肠菌）原生质体（左侧为大肠杆菌的原生质体，右侧为杆状的大肠菌）e.e.无壁细胞与原生质体无壁细胞与原生质体 用溶菌酶处理细胞或在培养基中加入青霉素、甘氨酸或丝裂霉素 C 等因子，便可破坏或抑制细胞壁

11、的形成，成为细胞壁缺陷细菌，通常包括原生质体、原生质球和细菌 L-型。 原生质体：原生质体：在革兰氏阳性细菌培养物中加溶菌酶或通过青霉素阻止其细胞壁的正常合成而获得的完全缺壁细胞称原生质体。 原生质球：原生质球：指细胞壁未被全部去掉的细菌细胞，它呈圆球状，可以人为地通过溶菌酶或青霉素处理革兰氏阴性细菌而获得。 细菌细菌 L- 型：型：是细菌在某些环境条件下因基因突变而产生的无壁类型。缺壁缺壁细菌细菌 实验室中形成实验室中形成自然界长期进化中形成：支原体自然界长期进化中形成：支原体自发缺壁突变：自发缺壁突变：L L型细菌型细菌人工方法去壁人工方法去壁彻底除尽：原生质体彻底除尽：原生质体部分去除：

12、球状体部分去除：球状体细胞壁以内的构造细胞壁以内的构造原生质体原生质体1.1.细胞膜（细胞膜（cell membranecell membrane）2.2.细胞质和内含物细胞质和内含物(cytoplasm (cytoplasm andinclusion body) andinclusion body) 3.3.核区核区(nuclear region or area)(nuclear region or area)4.4.特殊的休眠构造特殊的休眠构造芽孢芽孢(endospore,spore)(endospore,spore)abcdea:内嵌蛋白;b、c:内嵌蛋白或整合蛋白d:外周蛋白;e:多酶

13、复合体;f:脂双分子层1.1.细胞膜细胞膜f细胞膜的功能细胞膜的功能控制细胞内、外的物质的运送、交换维持细胞内正常渗透压以保证屏障作用；合成细胞壁各种组分和荚膜等大分子的场所；进行氧化磷酸化或光合磷酸化的产能基地；进行氧化磷酸化或光合磷酸化的产能基地；许多酶和电子传递链组分的所在部位；鞭毛着生点和提供其运动所需的能量等。间体间体（Mesosome)Mesosome)的功能的功能相当于真核细胞的线粒体相当于真核细胞的内质网与细胞壁合成有关可能与核分裂有关 有学者认为间体是一种赝象2.2.细胞质细胞质(cytoplasm )(cytoplasm )和内含物和内含物( inclusion body)

14、( inclusion body) 贮藏物(reserve granule磁小体(megnetosome)羧酶体(carboxysome)气泡(gas vocuoles)核糖体(ribosome)质粒(circular covalently closed DNA)糖原：大肠杆菌、克雷伯氏菌、 蓝细菌芽孢杆 菌等聚羟丁酸： 固氮菌、产碱菌、肠杆菌氮源类氮源类藻青素：蓝细菌含有藻青蛋白：蓝细菌含有磷源磷源（异染粒）：迂回螺菌、白喉棒杆菌和分枝杆菌 含有硫源：迂回螺菌、白喉棒杆菌、结核分枝杆菌 Reserve granule / Reserve materials碳源及能源类碳源及能源类磁小体(me

15、gnetosome)1975年由R P Blakemore 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20-100nm,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）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）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0.21.0um75nm内由数排柱形小空泡组成，外有2nm厚的蛋

16、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和营养物质核糖体（Ribosome)核糖体核糖体亚基连在mRNA核糖体（核糖体（Ribosome)Ribosome)多聚核糖体、核糖体亚基 释 放质粒染色体质粒(circular covalently closed DNA )质粒功能与抗药性有关与有性接合有关其他质粒：与抗生素，色素合成有关基因工程中作为目的基因载体 细菌质粒所能控制的性状细菌质粒所能控制的性状细菌质粒细菌质粒性状性状 大肠杆菌中的大肠杆菌中的F F因子因子使宿主产生性纤毛，决定细菌的使宿主产生性纤毛，决定细菌的“性别性别”大肠杆菌中的

17、大肠杆菌中的ColCol因子因子 产生一种蛋白质类杀菌素产生一种蛋白质类杀菌素大肠杆菌素大肠杆菌素大肠杆菌中的大肠杆菌中的EntEnt因子因子产生肠毒素产生肠毒素 大肠杆菌中的大肠杆菌中的HtyHty因子因子决定溶血素的产生决定溶血素的产生大肠杆菌中的大肠杆菌中的RYBRYB质粒质粒 可使宿主产生限制性内切酶与甲基化酶可使宿主产生限制性内切酶与甲基化酶许多许多G-G-细菌中的细菌中的R R因子因子抗磺胺药与多种抗生素抗磺胺药与多种抗生素金黄色葡萄球菌中的金黄色葡萄球菌中的P1258P1258因子因子抗抗Cd+Cd+、Hg+Hg+等重金属离子等重金属离子 金黄色葡萄球菌中的金黄色葡萄球菌中的PZ

18、A10PZA10产生内毒素产生内毒素B B 假单胞菌中的质粒假单胞菌中的质粒能降解某些复杂的有机物能降解某些复杂的有机物 根癌病农杆菌中的根癌病农杆菌中的TiTi质粒质粒能使感染植株产生根癌病能使感染植株产生根癌病3.核区（nuclear region or area）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14个细菌除在染色体复制时间内呈双倍体外,一般均为单倍体细菌芽孢在光学显微镜下的形态及其在胞内的位置细菌芽孢在光学显微镜下的形态及其在胞内的位置某些细菌在其生长发育后期，在细胞内形成一个圆形或某些细菌在其

19、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。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命体。芽孢是生物界中抗性最强的生命体。芽孢在普通条件下可保持几年至几十年的生活力。芽孢在普通条件下可保持几年至几十年的生活力。4.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萌发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芽孢产芽孢细菌的种类 菌体 （营养细胞）细菌芽孢构造的模式图 孢

20、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耐热机制芽孢的耐热机制1.是由芽孢化学组成的特点决定的2.含有吡啶2，6二羧酸（DPA-Ca）3.含有芽孢特有的芽孢肽聚糖4.芽孢平均含水40，皮层含水705.芽孢中酶的分子量较营养细胞小研究芽孢的意义研究芽孢的意义细菌分类、鉴定中的重要形态学指标指导菌种保藏制定灭菌参数苏云金芽孢杆菌和伴孢晶体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

21、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。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。 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pi

22、lus）鞭毛菌毛性毛糖被糖被(glycocalyx)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-谷氨酸荚膜功能荚膜功能保护作用贮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突破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1520um直径为0.01 0.02um观

23、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细菌鞭毛鞭毛显微显微镜照镜照片片鞭毛的类型鞭毛的结构电镜下的大肠杆菌（示鞭毛）细菌鞭毛的类型两端单生单端从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 的鞭毛蛋白亚基沿中央孔道（直径为20nm）螺旋状缭绕而成。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项目 鞭毛 菌毛成成 分分大大 小小结结 构构数数 目目功功 能能着生

24、处着生处菌菌 种种鞭毛蛋白鞭毛蛋白0.010.010.020.022 270um70um一般由一般由3 3股鞭毛蛋白链紧密绞股鞭毛蛋白链紧密绞成绳状成绳状1-1-数百根数百根运动运动通过钩形鞘与细胞壁内的鞭通过钩形鞘与细胞壁内的鞭毛基体连接毛基体连接许多杆菌和少数球菌许多杆菌和少数球菌菌毛蛋白菌毛蛋白0.007-0.0090.007-0.0090.5-20um0.5-20um由菌毛蛋白亚基卷成中由菌毛蛋白亚基卷成中空螺旋空螺旋1-1-数百根数百根附着，接合细胞质附着，接合细胞质细胞壁细胞壁许多许多G G杆菌和球菌杆菌和球菌 细菌的鞭毛和菌毛的比较 性毛（性毛（pilipili, ,单数单数pi

25、luspilus）构造和成分与菌毛相同，但比菌毛长。数量仅一至少数几根。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细菌的菌落特征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）细菌菌落特征细菌菌落特征正面图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

26、菌是一类具有丝状与枝细胞的细菌放线菌是一类具有丝状与枝细胞的细菌1. 有原核2. 细胞壁的主要成分是肽聚糖3. 有的放线菌产生有鞭毛的孢子,其鞭毛类型与细菌相同，菌丝直径与细菌相仿4. 放线菌噬菌体的形状与细菌的相似5. 最适生长PH相近，一般呈微碱性6. DNA重组的方式与细菌的相同，核糖体同为70S7. 对溶菌酶敏感；凡细菌所敏感的抗生素，放线菌也同样敏感放线菌的分布与生活方式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）基内菌丝（基内菌丝（Substra

27、te mycelium)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。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。 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。 孢子的形状及在气生菌丝上排列的方式随种而异。放线菌孢子丝类型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。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