原核生物的形态构造与功能工业微生物学课件

1、原核生物的原核生物的形态、构造与功能形态、构造与功能 微生物分为 三大类群根据进化地位、性状上明显差异(acellular microorganisms)细胞型生物细胞型生物(prokaryotes)eukaryotic microorganisms原核生物：指一大类细胞核无核膜包裹，原核生物：指一大类细胞核无核膜包裹，只存在称作核区的裸露只存在称作核区的裸露DNA的原始单细的原始单细胞生物。胞生物。 包括包括 真细菌真细菌eubacteria域域 古生菌古生菌archaea域域古生菌域虽然在进化上和假设干生化反响与真核生物关系较为亲密,但其细胞构造属于原核生物。球状球状杆状杆状螺旋状螺旋状根

2、本形态根本形态一、细胞的形态、排列方式和大小一、细胞的形态、排列方式和大小一个体形态和排列一个体形态和排列1、球状、球状(球菌球菌coccus)一、细胞的形态、排列方式和大小一、细胞的形态、排列方式和大小一个体形态和排列一个体形态和排列一、细胞的形态、排列方式和大小一、细胞的形态、排列方式和大小一个体形态和排列一个体形态和排列2、杆状杆菌、杆状杆菌bacillus, bacilli)一、细胞的形态、排列方式和大小一、细胞的形态、排列方式和大小一个体形态和排列一个体形态和排列3、螺旋状螺旋菌、螺旋状螺旋菌spirilla,spirilla霍乱弧菌霍乱弧菌梅毒密螺旋体梅毒密螺旋体一、细胞的形态、排

3、列方式和大小一、细胞的形态、排列方式和大小一个体形态和排列一个体形态和排列4、其它形状、其它形状1柄杆菌柄杆菌prosthecate bacteria2)星形细菌星形细菌star-shaped bacteria 3)方形细菌方形细菌square-ahaped bacteria二大小二大小一、细胞的形态、排列方式和大小一、细胞的形态、排列方式和大小测量单位：测量单位：um微米微米Thiomargarita namibiensis纳米比亚硫磺珍珠状菌纳米比亚硫磺珍珠状菌不同细菌的大小差异很大不同细菌的大小差异很大三构造三构造是紧贴细胞质膜外侧的一层厚实、坚韧的外被，主要由肽是紧贴细胞质膜外侧的一层

4、厚实、坚韧的外被，主要由肽聚糖构成，有固定细胞外形和保护细胞等多种生理功能。聚糖构成，有固定细胞外形和保护细胞等多种生理功能。 1. G+细菌细胞壁细菌细胞壁G+细菌的细胞壁细菌的细胞壁肽聚糖肽聚糖(peptidoglycan) (90%)磷壁酸磷壁酸teichoic acid(10%)肽聚糖只存在于真细菌中，古肽聚糖只存在于真细菌中，古生菌和真核生物细胞壁中没有生菌和真核生物细胞壁中没有肽聚糖。肽聚糖。 1. G+细菌细胞壁细菌细胞壁1肽聚糖肽聚糖金黄色葡萄球菌为代表金黄色葡萄球菌为代表肽聚糖分子由肽与聚糖两部分组成，其中的肽有四肽尾和肽桥，聚糖由肽聚糖分子由肽与聚糖两部分组成，其中的肽有四

5、肽尾和肽桥，聚糖由N乙酰葡萄糖胺和乙酰葡萄糖胺和N乙酰胞壁酸间隔连接，呈长链骨架。乙酰胞壁酸间隔连接，呈长链骨架。 磷壁酸磷壁酸 革氏阳性细菌细胞壁革氏阳性细菌细胞壁 特有的化学成分酸性多糖特有的化学成分酸性多糖按成分按成分甘油醇型磷壁酸甘油醇型磷壁酸核糖醇型磷壁酸核糖醇型磷壁酸按结合部位按结合部位壁磷壁酸壁磷壁酸膜磷壁酸膜磷壁酸磷壁酸的生理功能：磷壁酸的生理功能：细菌分类细菌分类鉴定根据鉴定根据肽聚糖肽聚糖外膜外膜外膜蛋白外膜蛋白周质空间周质空间三部分组成：三部分组成： 类脂类脂A 核心多糖核心多糖 O-特异侧链特异侧链O-多糖，多糖，O-抗原抗原2肽聚糖肽聚糖。没有特殊的肽桥，只形成较为疏

6、稀、机械没有特殊的肽桥，只形成较为疏稀、机械强度较差的肽聚糖网套强度较差的肽聚糖网套内消旋二氨基庚二酸内消旋二氨基庚二酸(m-DAP)只在原核生物细胞壁上发现只在原核生物细胞壁上发现G-菌的周质空间菌的周质空间(periplasmic space, periplasm)G+G+G-G- 简单染色法简单染色法 正染色正染色 革兰氏染色法革兰氏染色法 鉴别染色法鉴别染色法 抗酸性染色法抗酸性染色法 芽孢染色法芽孢染色法 死菌死菌 姬姆萨染色法姬姆萨染色法 负染色：负染色： 荚膜染色法等荚膜染色法等细菌染色法细菌染色法 活菌：用美蓝或活菌：用美蓝或TTCTTC氧化三苯基四氮唑染色氧化三苯基四氮唑染色

7、常用的染色方法：常用的染色方法：C.GramC.Gram革兰于革兰于18841884年年创造的一种鉴别不同类型创造的一种鉴别不同类型细菌的染色方法。细菌的染色方法。1结晶紫初染结晶紫初染2碘溶液媒染碘溶液媒染3乙醇脱色乙醇脱色 革兰氏阴性细菌呈革兰氏阴性细菌呈红色红色 革兰氏阳性细菌呈革兰氏阳性细菌呈深紫色深紫色4沙黄复染沙黄复染 革氏阳性菌与革氏阴性菌之间的区别在于细胞壁的物理性质。细胞壁中革氏阳性菌与革氏阴性菌之间的区别在于细胞壁的物理性质。细胞壁中的肽聚糖本身并不被染上颜色，但它可作为浸透性屏障阻止结晶紫与碘大的肽聚糖本身并不被染上颜色，但它可作为浸透性屏障阻止结晶紫与碘大分子复合物的流

8、失。分子复合物的流失。 在低渗溶液中，原生质体或球状体因吸水膨胀并最在低渗溶液中，原生质体或球状体因吸水膨胀并最终导致破裂而死亡；终导致破裂而死亡； 在等渗蔗糖溶液中，能得到原生质体或球状体。在等渗蔗糖溶液中，能得到原生质体或球状体。 自发突变：L型细菌 实验室或宿主体内形成 根本去尽：原生质体G+缺壁细菌 人工去壁 部分去除：球状体G- 在自然界长期进化中形成：支原体 因英国李斯德Lister预防研究所首先发现而得名。1935年，念珠状链杆菌 Streptobacillus moniliformis特点特点没有完好而坚韧的细胞壁，细胞呈多形态；没有完好而坚韧的细胞壁，细胞呈多形态；对浸透敏感

9、，在固体培养基上形成对浸透敏感，在固体培养基上形成“油煎蛋似油煎蛋似的小菌落直径在的小菌落直径在0.1mm左右左右 2原生质体原生质体protoplast特点：对环境条件变化敏感，低浸透压、振荡、离心甚至对环境条件变化敏感，低浸透压、振荡、离心甚至通气等都易引起其破裂；通气等都易引起其破裂；有的原生质体具有鞭毛，但不能运动，也不被相应有的原生质体具有鞭毛，但不能运动，也不被相应噬菌体所感染；噬菌体所感染；在适宜条件如高渗培养基可生长繁殖、形成菌在适宜条件如高渗培养基可生长繁殖、形成菌落，形成芽孢。及恢复成有细胞壁的正常构造。落，形成芽孢。及恢复成有细胞壁的正常构造。比正常有细胞壁的细菌更易导入

10、外源遗传物质，是比正常有细胞壁的细菌更易导入外源遗传物质，是研究遗传规律和进展原生质体育种的良好实验材料。研究遗传规律和进展原生质体育种的良好实验材料。 3球状体球状体(sphaeroplast) ，又称原生质球，又称原生质球 4支原体支原体(Mycoplasma)假肽聚糖甲烷杆菌属：假肽聚糖甲烷杆菌属： 多糖骨架：多糖骨架：N-乙酰葡糖胺乙酰葡糖胺 1，3糖苷键糖苷键 N-乙酰塔罗糖胺乙酰塔罗糖胺 不被溶菌酶水解不被溶菌酶水解肽尾：肽尾：L-Glu, L-Ala, L-Lys肽桥：肽桥：L-Glu 1个氨基酸组成个氨基酸组成电镜观察到的细胞质膜，电镜观察到的细胞质膜，是在上下两暗色层之间是在

11、上下两暗色层之间夹着一浅色中间层的双夹着一浅色中间层的双层膜构造，这与细胞膜层膜构造，这与细胞膜的化学组成有关。的化学组成有关。R基基:磷脂酸、磷脂酰甘油、磷脂酸、磷脂酰甘油、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰胆碱、磷脂酰肌醇等。磷脂酰肌醇等。在生理温度下，脂肪酸末端排在生理温度下，脂肪酸末端排列成有序的晶态。列成有序的晶态。不饱和脂肪酸双键可导致膜构不饱和脂肪酸双键可导致膜构造变形流动。造变形流动。二细胞的构造各种有机或无机物质的颗粒，主要功能是贮存碳化合物、无机物和能源，也可将分子连接为特定形式降低浸透压。 细菌特有的一种类脂性质的A. 碳源和能源类贮藏物；B. 维持胞内中性环

12、境；C. 降低胞内浸透压。 很多光合细菌紫硫细菌、紫色细菌、绿色细菌和蓝细菌，在进展产能代谢或生物合成时，常涉及对复原性的硫化物H2S，硫代硫酸盐等的氧化，所产生的折光性很强的硫粒，可在周质空间或细胞质中积累。功能： 硫元素储藏物 参与产能代谢和生物合成 氮源贮藏物，同时还兼有贮存能源的作用。通常存在于蓝细氮源贮藏物，同时还兼有贮存能源的作用。通常存在于蓝细菌中。菌中。不同微生物其储藏性内含物不同不同微生物其储藏性内含物不同微生物合理利用营养物质的一种调节方式微生物合理利用营养物质的一种调节方式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，储藏物以多聚体的形式存在，有利于维持细胞内环境

13、的平衡，防止不合适的防止不合适的pH，浸透压等的危害。，浸透压等的危害。糖被糖被glycoclyx鞭毛鞭毛flagellum 细胞壁外部特殊构造细胞壁外部特殊构造菌毛菌毛fimbria芽孢芽孢spore 细胞内特殊构造细胞内特殊构造1 1糖被糖被2 2鞭毛鞭毛3 3菌毛菌毛 某些细菌细胞外表着生的一至数十条长丝状、螺旋形的某些细菌细胞外表着生的一至数十条长丝状、螺旋形的附属物，具有推动细菌运动功能，为细菌的附属物，具有推动细菌运动功能，为细菌的“运动器官运动器官。单端鞭毛单端鞭毛端生丛毛端生丛毛两端生鞭毛两端生鞭毛周生鞭毛周生鞭毛鞭毛的生长方式是在其顶部延伸鞭毛的生长方式是在其顶部延伸鞭毛的合

14、成是自我装配鞭毛的合成是自我装配self-assembly的一个极好例子。其过程的一个极好例子。其过程“是一个比是一个比我们任何人以前所想象的都要更复杂的过程。鞭毛丝组装所需要的信息就我们任何人以前所想象的都要更复杂的过程。鞭毛丝组装所需要的信息就存在于鞭毛蛋白亚基构造中。存在于鞭毛蛋白亚基构造中。化学趋避运动或趋化作用化学趋避运动或趋化作用chemotaxis：细菌对某化学物质敏感，：细菌对某化学物质敏感，通过运动聚集于该物质的高浓度区域或低浓度区域。通过运动聚集于该物质的高浓度区域或低浓度区域。光趋避运动或趋光性光趋避运动或趋光性phototaxis：有的细菌能区别不同波长的光而：有的细菌

15、能区别不同波长的光而集中在一定波长光区内。集中在一定波长光区内。趋磁运动或趋磁性趋磁运动或趋磁性magnetotaxis：趋磁细菌根据磁场方向进展：趋磁细菌根据磁场方向进展分布。分布。参见P33图2-27 活化：可由热刺激引起，开场发芽，芽孢休眠期破坏，活化：可由热刺激引起，开场发芽，芽孢休眠期破坏，芽孢膨胀、芽孢衣破裂和溶解，芽孢内容物释放出来，代谢芽孢膨胀、芽孢衣破裂和溶解，芽孢内容物释放出来，代谢活动增强，芽孢的耐热和其他抗性消失，折光缺失。活动增强，芽孢的耐热和其他抗性消失，折光缺失。 出芽：许多营养物如氨基酸和糖类在芽孢活化后引发出芽：许多营养物如氨基酸和糖类在芽孢活化后引发萌芽。萌

16、芽。 生长：在营养环境里，萌发后的核心开场生长，芽孢原生长：在营养环境里，萌发后的核心开场生长，芽孢原生质体形成新的物质，最终发育成一个不含芽孢的营养体细生质体形成新的物质，最终发育成一个不含芽孢的营养体细菌。菌。 一个芽孢如没有被活化，在营养丰富的基质中也不会发芽。一个芽孢如没有被活化，在营养丰富的基质中也不会发芽。萌发分萌发分3 个阶段个阶段: 活化活化; 出芽出芽; 生长生长消毒灭菌的最重要的指标消毒灭菌的最重要的指标保藏菌种保藏菌种分类根据芽孢的分类根据芽孢的形态、大小和着生形态、大小和着生位置是细菌分类和位置是细菌分类和鉴定中的重要指鉴定中的重要指标。标。挑选菌种：土样挑选菌种：土样

17、+肉汤培养基，肉汤培养基，80，1015 min有些产芽孢细菌可伴有些产芽孢细菌可伴随产生有用的产物，随产生有用的产物，如抗生素短杆菌肽、如抗生素短杆菌肽、杆菌肽等杆菌肽等肉类罐头：肉毒梭状芽孢杆菌肉类罐头：肉毒梭状芽孢杆菌外科器械：破伤风梭菌、产气荚膜梭菌外科器械：破伤风梭菌、产气荚膜梭菌工业发酵：嗜热脂肪芽孢杆菌工业发酵：嗜热脂肪芽孢杆菌, 121，15 min或或115，30 min以上以上9. 伴孢晶体伴孢晶体parasporal crystal 少数芽孢杆菌，例如苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis，简称“Bt在其形成芽孢的同时，会在芽孢旁形成一颗菱形或双锥形

18、的碱溶性蛋白晶体内毒素，称为伴孢晶体。特点：特点：不溶于水，对蛋白不溶于水，对蛋白酶类不敏感；容易溶于碱酶类不敏感；容易溶于碱性溶剂。性溶剂。1. 枯草芽孢杆菌枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis2. 醋酸杆菌醋酸杆菌4. 嗜热链球菌嗜热链球菌Streptococcus thermophilus)3. 保加利亚乳杆菌保加利亚乳杆菌Lactobacillus bulgaricus)改名为德氏乳杆菌保加利亚亚种改名为德氏乳杆菌保加利亚亚种5. 双歧杆菌双歧杆菌Bifidobacterium7. 大肠埃希氏菌大肠埃希氏菌Escherichia coli6. 北京棒杆菌北京棒杆菌Coryne

19、bacterium pekinese8. 肠膜明串珠菌肠膜明串珠菌Leuconostoc mesenteroides9. 苏云金芽孢杆菌苏云金芽孢杆菌Bacillus thuringiensis放线菌是一类放线菌是一类“介于细菌与丝状真菌之间介于细菌与丝状真菌之间,又接近细菌的一类丝状又接近细菌的一类丝状单细胞原核生物单细胞原核生物放线菌实际上是属于放线菌实际上是属于真细菌范畴内的原核真细菌范畴内的原核微生物，只不过其细微生物，只不过其细胞形态为分枝状菌丝。胞形态为分枝状菌丝。NA：表示不适用或无特征性糖：表示不适用或无特征性糖 根据肽聚糖的组分和构造，即肽链第3位氨基酸、肽桥有无甘氨酸、 糖

20、的成分，放线菌细胞壁分4大类。以孢子或菌丝状态广泛地存在于自然界，以孢子或菌丝状态广泛地存在于自然界，土壤中最多土壤中最多，其代谢产物使，其代谢产物使土壤具有特殊的土壤具有特殊的泥腥味泥腥味。产生种类繁多的抗生素在已报道过的近万种抗生素中，约产生种类繁多的抗生素在已报道过的近万种抗生素中，约70%由放线菌产生；而其中由放线菌产生；而其中90%由链霉菌属产生由链霉菌属产生 。产生维生素产生维生素B12、酶制制、酶制制(葡萄糖异构酶，蛋白酶葡萄糖异构酶，蛋白酶)；在甾体转化、；在甾体转化、石油脱蜡、烃类发酵、污水处理等方面也有应用。石油脱蜡、烃类发酵、污水处理等方面也有应用。少数寄生型放线菌可引起

21、人、动物皮肤、脑、肺和脚部感染、植少数寄生型放线菌可引起人、动物皮肤、脑、肺和脚部感染、植物如马铃薯和甜菜的疮痂病的疾病。物如马铃薯和甜菜的疮痂病的疾病。链霉菌的各种孢子丝形态：链霉菌的各种孢子丝形态： 气生菌丝气生菌丝 营养菌丝基内菌丝营养菌丝基内菌丝孢子丝孢子丝。繁殖菌丝繁殖菌丝孢子丝孢子丝孢子丝释放分生孢子孢子丝释放分生孢子孢子丝通过横隔断裂形成分生孢子孢子丝通过横隔断裂形成分生孢子四、放线菌菌落形态四、放线菌菌落形态1 1分布极广；分布极广；2 2形态差异极大，有球状、杆状和丝状等形态；形态差异极大，有球状、杆状和丝状等形态；3 3细胞中含有叶绿素细胞中含有叶绿素a a，进展产氧型光合

22、作用，进展产氧型光合作用光合器为类囊体，片层状膜系统光合器为类囊体，片层状膜系统4 4具有原核生物的典型细胞构造；具有原核生物的典型细胞构造；5 5营养极为简单光能自养型，不需要维生素，以硝酸盐或氨作营养极为简单光能自养型，不需要维生素，以硝酸盐或氨作为氮源，多数能固氮，其异形细胞为氮源，多数能固氮，其异形细胞heterocystheterocyst是进展固氮的场是进展固氮的场所。所。6 6分泌粘液层、荚膜或形成鞘衣，因此具有强的抗干旱才能。分泌粘液层、荚膜或形成鞘衣，因此具有强的抗干旱才能。7 7无鞭毛，但能在固体外表滑行，进展光趋避运动。无鞭毛，但能在固体外表滑行，进展光趋避运动。8 8许

23、多种类细胞质中有气泡，使菌体漂浮，保持在光线最充足许多种类细胞质中有气泡，使菌体漂浮，保持在光线最充足 的地方，以利光合作用。的地方，以利光合作用。许多蓝细菌生长在池塘和湖泊中，在夏、秋两季许多蓝细菌生长在池塘和湖泊中，在夏、秋两季大量繁殖，并形成胶质团浮于水面，形成大量繁殖，并形成胶质团浮于水面，形成“水花水花，使水体变色。使水体变色。细胞核无核膜，也不进展有丝分裂，细胞壁含胞壁酸细胞核无核膜，也不进展有丝分裂，细胞壁含胞壁酸和二氨基庚二酸，革兰氏染色阴性。和二氨基庚二酸，革兰氏染色阴性。 第一第一专性活细胞寄生物，除五日热战壕热立克次氏体专性活细胞寄生物，除五日热战壕热立克次氏体Rickettsia wolhynica外均不能在人工培养基上生长繁殖。外均不能在人工培养基上生长繁殖。因因支原体的特征支原体的特征过去误认为过去误认为“大病毒大病毒，但它们的生物学特性更接近细菌而不同于病毒。，但它们的生物学特性更接近细菌而不同于病毒。衣原体能进展有限的大分子合成，但缺乏产生能量的系衣原体能进展有限的大分子合成，但缺乏产生能量的系统，必须依赖宿主获得统，必须依赖宿主获得ATP，因此又称为，因此又称为“能量寄生型能量寄生型生物生物。衣原体是所有具有细胞构造的生物中生化功能。衣原体是所有具有细胞构造的生物中生化功能最简单的。最