细菌和放线菌的形态与构造

1、生命科学与工程学院生命科学与工程学院第一章第一章 原核微生物原核微生物 -细菌和放线菌的形态与构造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）生命科学与工程学院生命科学与工程学院n 细菌的形态与构造细菌的形态与构造 细菌菌体（细胞）形态细菌菌体（细胞）形态 细菌细胞构造：细菌细胞构造： 一

2、般构造：细胞壁、细胞膜、细胞质、核质体、间体。一般构造：细胞壁、细胞膜、细胞质、核质体、间体。 特殊构造特殊构造：荚膜、芽孢、鞭毛、菌毛。荚膜、芽孢、鞭毛、菌毛。 细菌繁殖特征细菌繁殖特征 细菌群体特征细菌群体特征n 放线菌的形态与构造放线菌的形态与构造 放线菌的菌丝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繁殖特征 放线菌的菌落特征放线菌的菌落特征本章讲授内容生命科学与工程学院生命科学与工程学院第一节第一节 细菌的形态与构造细菌的形态与构造细菌（细菌（bacteriabacteria）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

3、强的单细胞微生物单细胞微生物。 微生物的形态与构造主要包括：微生物的形态与构造主要包括： 个体形态（细胞形态个体形态（细胞形态或或菌体形态或菌丝形态）菌体形态或菌丝形态） 细胞构造细胞构造 繁殖特征繁殖特征 群体形态群体形态 生命科学与工程学院生命科学与工程学院一、细菌菌体（细胞）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 生命科学与工程学院生命科学与工程学院球菌球菌 单球菌（Micrococcus） 双球菌(Diplococcus) 四联球菌(Tetrad)

4、 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： 生命科学与工程学院生命科学与工程学院杆菌杆菌单杆菌(bacillus) 球杆菌(coccobacillus) 链杆菌(streptobacillus) 棒状杆菌(corynebacterium) 梭状杆菌(clostridium) 螺旋菌螺旋菌弧菌（vibrio） 螺菌（spirillum） 螺旋体（spirochaeta） 生命科学与工程学院生命科学与工程学院大肠杆菌（大肠杆菌（Escherichia coli 或或

5、 E.coli）生命科学与工程学院生命科学与工程学院金黄色葡萄球菌金黄色葡萄球菌 （Staphylococcus aureus）葡萄球菌葡萄球菌生命科学与工程学院生命科学与工程学院四联球菌四联球菌八叠球菌八叠球菌生命科学与工程学院生命科学与工程学院链球菌链球菌链杆菌链杆菌生命科学与工程学院生命科学与工程学院霍乱弧菌 (Vibrio cholerae15,575)螺旋菌（Spirulina sp.1,280）生命科学与工程学院生命科学与工程学院细菌细胞构造示意图细菌细胞构造示意图二、细菌细胞构造二、细菌细胞构造生命科学与工程学院生命科学与工程学院细菌细细菌细胞构造胞构造一般构造一般构造 特殊构造

6、特殊构造 细胞壁细胞壁细胞膜细胞膜细胞质细胞质核质体（核质）核质体（核质）间间 体体( (中介体中介体) ) 荚荚 膜膜 芽芽 孢孢 鞭鞭 毛毛 菌菌 毛毛生命科学与工程学院生命科学与工程学院（一）一般构造（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。 生命科学与工程学院生命科学与工程学院革兰氏染色法（革兰氏染色法（Gram staining）1. 细胞壁（细胞壁（cell wall）生命科学与工程学院生命科学与工程学院革兰阳性菌（革兰阳性菌（G+）-紫色紫色 革兰阴性菌（革兰阴性菌（G-）-红色红色（Gram positive bacteria ） （Gr

7、am negative bacteria） 生命科学与工程学院生命科学与工程学院G-细菌细胞壁细菌细胞壁G+细菌细胞壁细菌细胞壁生命科学与工程学院生命科学与工程学院细细菌菌细细胞胞壁壁组组成成G+ G- N-乙酰胞壁酸（M）N-乙酰葡糖胺（G）五肽四肽 肽聚糖 外壁层-脂多糖层肽聚糖磷壁酸N-乙酰胞壁酸（M）N-乙酰葡糖胺（G）四肽细胞壁组成细胞壁组成生命科学与工程学院生命科学与工程学院G+细菌（金色葡萄球菌）肽聚糖结构示意图细菌（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MG生命科学与工程学院生命科学与工程学院N-乙酰葡糖胺（G）N-乙酰胞壁酸（M）生命科学与工程学

8、院生命科学与工程学院磷壁酸（磷壁酸（techoicacidtechoicacid）：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革兰阳性细菌细胞壁特殊组分-磷壁酸磷壁酸生命科学与工程学院生命科学与工程学院G-细菌（大肠杆菌）肽聚糖结构示意图细菌（大肠杆菌）肽聚糖结构示意图 生命科学与工程学院生命科学与工程学院G-菌菌肽聚糖结构肽聚糖结构生命科学与工程学院生命科学与工程学院革兰阴性菌细胞壁特殊组分革兰阴性菌细胞壁特殊组分-脂多

9、糖脂多糖生命科学与工程学院生命科学与工程学院G+菌与G-菌细胞壁结构比较生命科学与工程学院生命科学与工程学院革兰氏阳性菌与阴性菌细胞壁比较革兰氏阳性菌与阴性菌细胞壁比较细胞壁细胞壁 革兰阳性菌革兰阳性菌革兰阴性菌革兰阴性菌强度强度较坚韧较坚韧较疏松较疏松厚度厚度20-80nm10-15nm肽聚糖层数肽聚糖层数15-50层层1-3层层肽聚糖含量肽聚糖含量占细胞壁干重占细胞壁干重50%-80%占细胞壁干重占细胞壁干重10%-20%磷壁酸磷壁酸+外膜外膜+脂蛋白脂蛋白+脂多糖脂多糖+生命科学与工程学院生命科学与工程学院l维持菌体固有的形态 l保护细菌抵抗低渗环境 l参与菌体内外的物质交换 l菌体表面

10、带有多种抗原分子，可诱发机体的免疫应答 l与细菌致病性有关 细胞壁的功能：生命科学与工程学院生命科学与工程学院l细菌细胞壁缺陷型或细菌细胞壁缺陷型或L L型型( (bacterial L form)bacterial L form)：细胞壁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，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。仍可存活。l革兰阳性菌细胞壁缺失后，原生质仅被一层细胞膜包革兰阳性菌细胞壁缺失后，原生质仅被一层细胞膜包裹裹-原生质体原生质体( (protoplast)p

11、rotoplast)。l革兰阴性菌肽聚糖层受损后尚有外膜保护革兰阴性菌肽聚糖层受损后尚有外膜保护-原生质球原生质球( (spheroplast)spheroplast)。l某些某些L型仍有一定的致病力，通常引起慢性感染。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（细菌细菌细胞壁缺陷型（细菌L型）型）生命科学与工程学院生命科学与工程学院2. 细胞膜细胞膜(cell membrane)l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。l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。l细菌细胞膜可形成一种特有的结构，称为中介体。

12、生命科学与工程学院生命科学与工程学院细胞膜结构模式图细胞膜结构模式图 生命科学与工程学院生命科学与工程学院 3. 细胞质（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1520。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，为异染颗粒异染颗粒。除此之外，细胞质中还存在有许多内含物（inclusion body）颗粒，举例如下。 生命科学与工程学院生命科学与工程学院游离存在于细胞质游离存在

13、于细胞质中的小颗粒，直径中的小颗粒，直径约约18nm，沉降系，沉降系数为数为70s，由，由50s和和30s两个亚单位组两个亚单位组成，成，70为为RNA，30为蛋白质。是为蛋白质。是细菌合成蛋白质的细菌合成蛋白质的场所。场所。（1）核糖体(ribosome)生命科学与工程学院生命科学与工程学院 染色体外的遗传物质，染色体外的遗传物质，存在于细胞质中，为闭合存在于细胞质中，为闭合环状的双链环状的双链DNA，具有具有自主复制能力，控制着细自主复制能力，控制着细菌某些特定的遗传特性。菌某些特定的遗传特性。如：如： R质粒质粒: 耐药性质粒耐药性质粒 F质粒：致育性质粒质粒：致育性质粒 Vi质粒质粒:

14、 毒力质粒毒力质粒（2）质粒（plasmid）生命科学与工程学院生命科学与工程学院（3）贮藏物（reserve materials）异染颗粒异染颗粒(metachromatic granule)：细菌细胞质中含：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主要成分是RNA和多偏磷酸盐的颗粒，其嗜碱性强，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，故又称极体常见于白喉棒状杆菌，位于菌体两端，故又称极体(polar body

15、)，有助于鉴定。有助于鉴定。生命科学与工程学院生命科学与工程学院4. 间体或中介体（间体或中介体（mesosome）部分细胞膜内陷、折叠、卷曲形成的囊状物。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与细菌细胞分裂繁殖时DNA的复制有关。的复制有关。生命科学与工程学院生命科学与工程学院5. 核质体（核质体（nuclear body）或）或n双股环状DNA分子n球形、棒状或哑铃状n由DNA和少量RNA及蛋白质组成又称核区（nuclear region）、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

16、色体相似。生命科学与工程学院生命科学与工程学院大肠杆菌的核质体大肠杆菌的核质体大肠杆菌纵切面大肠杆菌纵切面-示哑铃形核质体和细胞分裂示哑铃形核质体和细胞分裂 生命科学与工程学院生命科学与工程学院（二）特殊构造（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。 生命科学与工程学院生命科学与工程学院1. 荚膜（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0.2m以上，周围有清晰的界限，称为荚膜或大荚膜（macrocapsule）；厚度在0.2m以下者，称为微荚膜（microcapsu

17、le）；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（slime layer）；包围多个细菌细胞的荚膜，称为菌胶团(zoogloea)。 生命科学与工程学院生命科学与工程学院l大多数细菌的荚膜是多糖，炭疽芽孢杆菌等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。少数菌的荚膜为多肽。l多糖分子组成和构成的多样化使其结构极为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。复杂，成为血清学分型的基础。l荚膜的形成与环境条件有密切关系。有荚膜荚膜的形成与环境条件有密切关系。有荚膜的细菌形

18、成的细菌形成光滑型（光滑型（S）菌落）菌落，失去荚膜后，失去荚膜后其菌落变为其菌落变为粗糙型（粗糙型（R）型型。荚膜的化学组成荚膜的化学组成生命科学与工程学院生命科学与工程学院l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。l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。l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。l贮存营养。荚膜的功能荚膜的功能生命科学与工程学院生命科学与工程学院细胞荚膜（印度墨汁负染色）细胞荚膜（印度墨汁负染色） 生命科学与工程学院生命科

19、学与工程学院2. 芽孢（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）。 生命科学与工程学院生命科学与工程学院l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。l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(vegetative form)。生命科学与工程学院生命科学与工程学院肉毒梭状芽孢杆菌（Clostridium

20、botulinum）枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）生命科学与工程学院生命科学与工程学院细菌芽孢结构示意图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。细菌芽孢着生部位细菌芽孢着生部位 生命科学与工程学院生命科学与工程学院l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。l芽孢抵抗力强，故常以杀灭芽孢作为灭菌指标。l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

21、，calcium picolinate,DPA-Ca）能提高芽孢中各种酶的稳定性。芽孢的功能芽孢的功能生命科学与工程学院生命科学与工程学院3. 鞭毛（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1020nm。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。 生命科学与工程学院生命科学与工程学院细菌鞭毛形态示意图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。生命科学与工程学院生命科学与工程学院G+细菌和细菌

22、和G-细菌的鞭毛和菌毛结构比较细菌的鞭毛和菌毛结构比较 生命科学与工程学院生命科学与工程学院u是细菌的运动器官，使细菌游向营养物质，是细菌的运动器官，使细菌游向营养物质，而逃离有害物质；而逃离有害物质；u有些鞭毛与细菌的致病性密切相关。有些鞭毛与细菌的致病性密切相关。u可作为鉴定细菌及对细菌分类的依据。可作为鉴定细菌及对细菌分类的依据。鞭毛的功能鞭毛的功能生命科学与工程学院生命科学与工程学院l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。l菌毛蛋白具有抗原性。l菌毛在普通光学显微镜下看不到，必须用电子显微镜观察。l根据功能不同，菌毛可分为普通

23、菌毛和性菌毛两类。4. 菌毛（菌毛（ fimbriae or pilus ）生命科学与工程学院生命科学与工程学院l普通菌毛遍布菌细胞表面，每菌可达数百根。l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。l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。l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)普通菌毛普通菌毛(ordinary pilus)生命科学与工程学院生命科学与工程学院l仅见于少数革兰阴性菌。l数量少，1-4根。l比普通菌

24、毛长而粗，中空呈管状。l性菌毛由致育因子Fertility （F）编码，故又称F菌毛。l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)。l性菌毛是某些噬菌体吸附于菌细胞的受体。性菌毛性菌毛(sex pilus)生命科学与工程学院生命科学与工程学院三、细菌繁殖特征三、细菌繁殖特征细菌的繁殖方式主要为无性繁殖中的裂细菌的繁殖方式主要为无性繁殖中的裂殖（殖（fissionfission）中的二等分裂（）中的二等分裂（binary binary fissionfission）, ,即一个细胞

25、通过对称的二分即一个细胞通过对称的二分裂，形成两个形态、大小和构造完全相裂，形成两个形态、大小和构造完全相同的两个子细胞。同的两个子细胞。生命科学与工程学院生命科学与工程学院DNA的复制的复制滚环复制滚环复制生命科学与工程学院生命科学与工程学院细菌的二等分裂细菌的二等分裂生命科学与工程学院生命科学与工程学院 将一个菌体细胞或同种的几个菌体细胞接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

26、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、细菌群体特征四、细菌群体特征生命科学与工程学院生命科学与工程学院平板涂布培养平板涂布培养试管斜面试管斜面划线培养划线培养平板划线培养平板划线培养生命科学与工程学院生命科学与工程学院放线菌（放线菌（actinomycesactinomyces） ：由于菌落呈放：由于菌落呈放射状而得名射状而得名. .它具有生长发育良好的菌丝它具有生长发育良好的菌丝体，菌丝直径为体，菌丝直径为0.20.21.2m1.2m，革兰氏染，革兰氏染色呈阳性，细胞壁组

27、成与结构与色呈阳性，细胞壁组成与结构与G+G+细菌相细菌相似。似。菌丝常无横隔，内含多个核区，一般菌丝常无横隔，内含多个核区，一般认为放线菌是单细胞的。认为放线菌是单细胞的。因此，因此，放线菌可放线菌可以定义为一类主要呈丝状生长，以孢子繁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。殖的革兰氏阳性细菌。第二节第二节 放线菌的形态与构造放线菌的形态与构造生命科学与工程学院生命科学与工程学院一、放线菌的菌丝形态与构造一、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。菌丝菌丝：（1）基内菌丝基内菌丝。又叫营养菌丝，是生长

28、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。生命科学与工程学院生命科学与工程学院孢子丝孢子丝：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：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