第1章 原核微生物课件

第一章原核微生物的形态、构造和功能原核微生物（prokaryoticmicroorganism）指一大类仅含有一个DNA分子的原始核区而无核膜包被的原始单细胞微生物。

线粒体细胞膜核糖体细胞核鞭毛核糖体拟核细胞壁鞭毛细胞膜原核微生物细胞原核微生物的细胞真核微生物的细胞第一节细菌细菌（bacteria，单数bacterium）是一大群结构简单、品种繁多、主要以二分裂繁殖和水生性较强的单细胞原核微生物。一、细菌细胞的形态1.大小常用度量单位为μm测量方法：（1）显微镜中的测微尺直接测量（2）照片，按放大倍数测算eg.E.coli长2μm,宽0.5μm

2.1基本形态2.2特殊形态二、细菌细胞的结构一般结构：一般细菌细胞共有的结构，如细胞壁、细胞质膜、细胞质、核区。特殊结构：只有某些细菌才具有的结构，如鞭毛、糖被、芽孢。（一）细菌细胞的细胞壁指细菌细胞最外一层坚硬而有弹性的外被，主要成份是肽聚糖，它赋予细菌细胞强度和形状。1.细菌细胞壁的功能（1）固定细胞的外形（2）机械力（3）屏障保护（4）赋予细胞特定的抗原性，致病性，对抗生素及噬菌体的敏感性（5）协助鞭毛运动（6）为正常细胞分裂所必需2.细菌细胞壁的构造与化学组成

1）肽聚糖

（peptidoglycan）G+

肽聚糖结构（以Staphylococcusaureus为例）

肽聚糖大分子是由大量小分子单体聚合而成，每一肽聚糖单体含三部分：a.双糖单位：N-乙酰葡萄糖胺和N-乙酰胞壁酸以β-1,4-糖苷键相连b.短肽尾：Ala、Glu、Lys、Ala按L型与D型交替连接c.肽桥：甘氨酸五肽G-肽聚糖结构（以Escherichiacoli为例）a.短肽尾中的第三个氨基酸为m-DAP（内消旋二氨基庚二酸）b.无特殊肽桥，甲乙链通过肽键相连，形成较为稀疏、机械强度较弱的肽聚糖网。溶菌酶：广泛存在于卵清、人的泪液、鼻涕、部分细菌和噬菌体体内的一种酶，它能有效的水解细菌的肽聚糖，水解位点为N-乙酰葡萄糖胺的4碳和N-乙酰胞壁酸的1碳间β-1，4-糖苷键。

疵壁菌(mendosicutes)

少数属于古细菌类的微生物（如一些嗜盐菌、产甲烷菌、嗜热菌、嗜酸菌…），其细胞壁不含肽聚糖，而是由假肽聚糖、糖蛋白或蛋白质构成，这类微生物称为疵壁菌。（2）磷壁酸（teichoicacid）

又称垣酸，是G＋细胞壁特有的成分，是由8-50个甘油或核糖醇以磷酸二酯键连结成的一种酸性多糖。有两种类型，壁磷壁酸和膜酸壁酸。磷壁酸的功能：协助肽聚糖加固细胞壁。提高细胞膜结合酶的活力。调节细胞壁生长。赋予G＋特异的表面抗原。提供某些噬菌体特异吸附的受体位点。贮藏磷元素。

3）脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）

位于G－细胞壁最外层的一层较厚（8-10nm）的类脂多糖类物质。由类脂A、核心多糖和O-特异侧链三部分组成。

LPS的功能：构成G－致病物质—内毒素的物质基础。与磷壁酸类似，结合阳离子（Mg2+、Ca2+…）,提高细胞壁的稳定性。重要的抗原因子，决定了G－抗原表位（抗原决定簇）的多样性。提供某些噬菌体特异吸附的受体位点。阻止外界环境中的酶、染料、抗生素等侵入菌体，同时防止自身细胞壁中的酶外漏。

3.革兰氏染色的原理和方法

（1）关于细菌染色

（2）革兰氏染色法

C.Gram丹麦医生1884

初染媒染脱色复染结晶紫碘液乙醇沙黄（番红）步骤：革兰氏染色的原理初染媒染脱色复染金黄色葡萄球菌和大肠杆菌经革兰氏染色后的光镜照片StaphylococcusareusEscherichiacoli

4.几种细胞壁缺损型细菌原生质体（protoplast）：用溶菌酶完全除去或用青霉素等抑制G＋的细胞壁,所得到的仅有细胞膜包裹着的脆弱细胞。原生质球（spheroplast）/球状体：用溶菌酶或青霉素处理G－细胞壁,所得到的有部分残留细胞壁的细胞。L-型细菌（bacterialL-form）：经某些诱导因子作用，细菌细胞因为基因突变而产生的无壁类型。细胞呈多形态，菌落生长缓慢，呈“油煎蛋”形。有些L-型细菌在去除诱导后，可回复至原来亲代一样的细菌,称为不稳定L型，而有些不易回复的称为稳定L型。（二）细菌细胞质膜细菌细胞质膜的基本结构(引自Prescottetal.,2002)

细菌细胞质膜的主要功能：a.物质运输，信息传递。b.维持正常渗透压。c.合成细胞壁组分（LPS、肽聚糖、磷壁酸）和荚膜等大分子的场所。d.氧化磷酸化和光合磷酸化的产能基地。e.鞭毛着生位点。

（三）细菌细胞的内膜系统间体（mesosome）类囊体（thylakoid）载色体（chromatophore）羧酶体（carboxysome）（四）细菌细胞的细胞质

细胞质膜包围的，除核区以外的透明、胶状、颗粒状物质。流体部分：80%是水，可溶性酶类等颗粒部分异染粒PHB(聚β--羟丁酸)硫颗粒淀粉粒磁小体等细胞质核糖体：70s(30s和50s两个亚基)——蛋白质合成气泡：水生bac.——浮力贮藏性颗粒AVibriospeciesPHB一种紫色硫细菌硫颗粒（五）细菌细胞的核区从严格意义上来讲，细菌无真正的细胞核，“拟核（nucleoid）”“核区（nuclearregion）”“核质体（nuclearbody）”。核区DNA是一个很大的闭合环状双链分子，总长度0.25～3mm,DNA是细菌负载遗传信息的物质基础。质粒：游离于原核生物核基因组以外，具有独立（自主）复制的小型共价闭合环状的dsDNA（cccDNA）。质粒上携带有细菌的某些遗传特性基因，如接合、抗药、产毒、降解毒物等。质粒作为克隆载体，在基因工程中发挥着重要作用。（质粒）（六）特殊的休眠构造

——芽孢

（endospore,spore）

指某些细菌在生长发育后期，在细胞内形成的圆形或椭圆形、厚壁、折光性强、含水量低的抗逆性休眠体。产生芽孢的几个属：Bacillus（芽孢杆菌属）Clostridium（梭状芽孢杆菌属）Sporosarcina（芽孢八叠球菌属）Bacillussubtilis（枯草芽孢杆菌）

1.芽孢的特性整个生物界中抗逆性最强的一种构造；含水量低、壁厚而致密，通透性差，不易着色，折光性强；休眠能力，芽胞内新陈代谢几乎停止；一个芽孢萌发只产生一个营养状态的细胞；细菌分类的形态特征之一。

2.芽孢的构造

芽孢衣皮层芽孢外壁3.芽孢形成（sporulation,sporogenesis）前芽孢

4.芽孢的抗热机制渗透调节皮层膨胀学说（osmoregulatoryexpandedcortextheory）实践意义：（1）有利于这些菌种的筛选和保藏。（2）能否杀灭一些有代表性的芽孢成为衡量各种灭菌措施的主要指标5.芽孢萌发（germination）

由休眠的芽孢变成营养的cell的过程。分为三个阶段：（1）活化（2）出芽（3）生长伴孢晶体

少数芽孢杆菌（eg.Bacillusthuringiensis苏云金芽孢杆菌）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——δ内毒素，称为伴孢晶体。苏云金杆菌的芽孢和伴孢晶体

ABC固氮菌的营养细胞B.孢囊(Madiganetal.,2000)C.圆褐固氮菌孢囊的超薄切片电镜照片(浙江大学学报,2001)（七）糖被（glycocalyx）指有些细菌在一定营养条件下，向细胞壁外分泌的一层厚度不定的透明胶状物质。根据其厚度、可溶性及在细胞表面存在的状况，可把它们分为荚膜、微荚膜和粘液层。a.一种不动杆菌（Acinetobactersp.）的负染色相差显微照片b.一种根瘤菌（Rhizobiumsp.）的糖被（八）鞭毛（flegella）指某些细菌长在体表的长丝状、波曲状的附属物，数目为1～10根，具有运动的功能。鞭毛是细菌重要的分类学特征之一。a,monotrichous单鞭毛的b,amphitrichous双鞭毛的c,lophotrichous顶端鞭毛的d,peritrichous周身鞭毛的鞭毛结构钩形鞘

鞭毛丝基体鞭毛杆

G-G+（九）菌毛（fimbriae）菌毛（fimbriae）是长在bac.体表的一种纤细、中空、短直、数量较多的蛋白质附属物，菌毛在G－中较为常见，有粘附和致病的功能。性菌毛（sexpili）：即性丝、性毛，一般存在于G－的供体菌（F＋或Hfr菌株）表面的，比普通菌毛较长的丝状结构。性菌毛与细菌接合有关，也是噬菌体特异性吸附的受体位点。细菌的鞭毛与菌毛(Madiganetal.,2000)

裂殖二分裂：细菌最普遍和最主要的繁殖方式三分裂：少数细菌，例如绿色硫细菌、暗网菌复分裂：少数细菌，例如蛭弧菌芽殖：少数细菌，例如芽生杆菌属、生丝微菌属、硝化杆菌属等10余属三、细菌的繁殖细菌二分裂的复制子学说四、细菌的菌落菌落（colony）指单个或几个微小的微生物细胞在固体培养基上生长繁殖时。产生的以母细胞为中心的肉眼可见的，具有一定形态结构的子细胞群。纯培养

菌苔（lawn）菌落特征：光滑、较透明、粘稠、湿润、易挑取、质地均匀、正反中间边缘颜色一致、臭味。鞭毛有：大、薄（平坦）、边缘不平整（有缺刻）无：小、厚、边缘平整荚膜有：大、光滑、透明蛋清状无：小、粗糙、不透明芽孢有：不透明、“干燥”感（折光性强）、粗糙、多褶无：透明、湿润超净台平板划线法稀释涂布平板法稀释倒平板法厌氧罐厌氧手套箱细菌在液体培养基中的培养特征絮状浮膜状色素环状第二节放线菌（Actinomycetes）放线菌是一类呈丝状生长和以外生孢子繁殖的陆生性较强的革兰氏染色阳性细菌。放线菌的主要类群有链霉菌属(Streptomyces)、小单孢菌属(Micromonospora)、诺卡氏菌属(Nocardia)、放线菌属(Actinomyces)、游动放线菌属(Actinoplanes)等。链霉菌1.放线菌的形态结构

以链霉菌为代表来阐明放线菌的一般构造。

固体基质基内菌丝孢子丝分生孢子气生菌丝小单孢菌

诺卡氏菌

2．放线菌的繁殖放线菌的繁殖为无性繁殖，主要通过分生孢子进行繁殖。链霉菌的生活史

孢子萌发2.基内菌丝体3.气生菌丝体

4.孢子丝5.孢子丝分化为孢子3．放线菌的菌落特征

质地致密、丝绒状或有褶皱、干燥、不透明、不易挑取正反面颜色常常不一致、菌落边缘的培养基平面有变形现象，泥腥味。第三节其它原核微生物一、古菌（archaea）主要特征：1）生活环境特殊2）16srRNA核苷酸序列独特3）

tRNA上无胸腺嘧啶4）蛋白质合成的起始密码为甲硫氨酸5）细胞壁成分独特6）细胞膜的类脂成份独特7）对各种抗生素的敏感程度不同Methanobacterium

sp.;Methanobrivebacter

sp.;AstrainofMethanosarcina

mazaii

;astrainofMethanosarcina

barkeri

;e.astrainofMethanosarcinavacuolata;f.Methanococcusjannaschii;g.Methanothrixsp.;h.Methanococcusigneus自养古生球菌(Archaeoglobuslithotrophicus)嗜酸热原体(Thermoplasmaacidophilum)

过去叫蓝藻、蓝绿藻，它是一大群古老、分布极广、含叶绿素a、多数营产氧光合作用的原核微生物，通过无性方式进行繁殖。二．蓝细菌（cyanobacteria）

水华赤潮蓝细菌的菌体结构

细胞壁类囊体（thylakoid）气泡异形胞(heterocyst)链丝段(hormogonium)静息孢子（akinete）内孢子特化结构粘杆蓝细菌皮果蓝细菌颤蓝细菌鱼腥蓝细菌及异形胞飞氏蓝细菌鱼腥蓝细菌的异形胞颤蓝细菌丝状体分隔颤蓝细菌的链丝段鱼腥蓝细菌的静息孢子链丝段（颤蓝细菌属，Oscillatoria）静息孢子（鱼腥蓝细菌属，Anabaena）三.支原体（Mycoplasma）支原体电子显微照片(Madiganetal.,2000)可引起人和动物呼吸道、生殖系统的炎症支原体的特点：1.非常小，d=0.2～0.3um,光镜下勉强可见，有滤过性。2.单细胞,无细胞壁,细胞膜中含有甾醇，比较坚韧。3.对青霉素和溶菌酶不敏感，对四环素、红霉素等抗生素敏感。4.二等分裂方式进行繁殖。5.菌落小，典型“油煎蛋”样。6.体外培养条件非常苛刻。7.氧化型或发酵型的产能代谢，好氧或厌氧。

支原体是一类能在体外营独立生活的最小的细胞微生物。支原体“油煎蛋”样的菌落支原体与L型细菌的比较相似点滤过性，缺细胞壁菌落大小、形状，“油煎蛋”状对青霉素不敏感用其特异性抗体可抑制其生长不同点支原体L型细菌自然界长期进化实验室自发突变培养需要甾醇不需要甾醇不能回复突变可回复突变为有细胞壁的类型四、衣原体宿主细胞内的衣原体菌落可引起沙眼、鹦鹉热、肺炎、败血症等（一）衣原体的特点1.小。d=0.2～0.3um,有滤过性，能形成类似“包涵体”的细胞集群。注意：衣原体不是大型病毒群体。2.有细胞构造，同时含有DNA和RNA两种核酸。3.缺乏独立的产能（ATP）系统，为严格的真核cell内专性寄生。4.实验室培养条件苛刻。5.二等分裂6.对热敏感7.对一般的抑制细菌的抗生素或常用的消毒剂十分敏感。衣原体是一类生活能力最简单的细胞型微生物。（二）衣原体独特的生活周期原体始体类似“包涵体”的细胞集群五、立克次氏体（Richettsia）1909年美国医生HowardTaylorRickettsia

可引起人的斑疹伤寒、恙虫热、Q热等传染病。立克次氏体立克次氏体的