第三章原核微生物细菌

这个世界是它们的，这个世界也是我们的。归根结底，这个世界是它们的。因为连我们都是它们的。当前1页，总共75页。第一节细菌

细菌形态

细菌结构

细菌繁殖

细菌培养特征

细菌电化学性质及染色

水处理中常见菌属当前2页，总共75页。

细菌(bacterium)

广义——所有原核细胞型微生物:蓝藻门/蓝绿细菌

细菌门真细菌纲真细菌亚纲

放线菌亚纲

粘细菌纲

立克次氏体纲

螺旋体纲

支原体纲

狭义——专指其中的细菌当前3页，总共75页。细菌形态观察细菌常用光镜，以微米(μm)为单位。细菌的形态主要有球菌杆菌螺形菌当前4页，总共75页。球菌(coccus)脑膜炎奈瑟菌双球菌肺炎链球菌当前5页，总共75页。链球菌球菌(coccus)当前6页，总共75页。球菌(coccus)葡萄球菌当前7页，总共75页。球菌(coccus)四联球菌当前8页，总共75页。球菌(coccus)八叠球菌当前9页，总共75页。杆菌(bacillus)杆菌的大小不一炭疽芽胞杆菌3-10μm大中大肠埃希菌2-3μm小布鲁菌0.6-1.5μm当前10页，总共75页。杆菌的形态多样杆菌(bacillus)炭疽芽胞杆菌白喉棒状杆菌当前11页，总共75页。杆菌(bacillus)杆菌的形态多样分枝杆菌双歧杆菌当前12页，总共75页。螺形菌(spiralbacterium)弧菌螺菌丝状菌当前13页，总共75页。当前14页，总共75页。细菌的结构基本结构细胞壁、细胞膜、细胞质、核质特殊结构荚膜、鞭毛、菌毛、芽胞当前15页，总共75页。

细胞壁cellwall

1.化学组分聚糖骨架

肽聚糖peptidoglycan

四肽侧链

G+菌五肽交联桥

磷壁酸teichoicacid

膜/壁磷壁酸

肽聚糖peptidoglycan

1-2薄层

脂多糖lipopolysaccharide,LPS

G-

菌脂质双层：内有OMP外膜脂蛋白

位于细菌细胞最外层，包绕在细胞膜周围，无色透明、坚韧而富有弹性的膜状结构。厚度约12～30nm。当前16页，总共75页。革兰阳性菌肽聚糖（三维立体结构）结构板书青霉素作用点溶菌酶作用点N-乙酰葡糖胺N-乙酰胞壁酸当前17页，总共75页。×××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××MMMMMMMMMMMMGGGGGGGGGGGGabcdabcdabcdabcdabcdabcdabcdabcdabcdabcdabcdabcdG+菌的肽聚糖结构：G+菌——由聚糖骨架、四肽侧链和五肽交联桥三部分组成当前18页，总共75页。

磷壁酸为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互相连接而成的多聚物。分子结构板书磷壁酸当前19页，总共75页。革兰阳性菌细胞壁结构当前20页，总共75页。G+菌的特殊组分:磷壁酸及一些表面蛋白膜磷壁酸壁磷壁酸肽聚糖细胞膜磷脂蛋白质细胞壁当前21页，总共75页。当前22页，总共75页。革兰阴性菌肽聚糖聚糖骨架

四肽侧链2.革兰阴性菌肽聚糖（二维平面结构）当前23页，总共75页。G-菌肽聚糖结构当前24页，总共75页。丙MGGGDAPMG丙丙丙谷谷DAPG-菌——由聚糖骨架、四肽侧链两部分组成。G-菌的肽聚糖结构当前25页，总共75页。外膜位于肽聚糖外侧外膜

脂蛋白连接肽聚糖与脂质双层脂质双层结构类似细胞膜脂多糖即革兰阴性菌内毒素革兰阴性菌细胞壁特殊组分——外膜当前26页，总共75页。外膜蛋白：与致病性和耐药性有关。脂多糖：是革兰阴性细菌重要致病物质，称内毒素。脂多糖由脂质A(lipidA)、核心多糖、特异多糖组成，其中脂质A是内毒素的主要毒性部分。核心多糖有属特异性，特异多糖有种特异性，是革兰阴性菌分类的物质基础。

当前27页，总共75页。脂质双层G-菌的特殊组分:外膜细胞膜肽聚糖微孔蛋白

脂多糖脂蛋白营养结合蛋白外膜当前28页，总共75页。脂质双层脂多糖(LPS):由脂质A,核心多糖和特异性多糖组成脂质A:内毒素生物活性主要组分,无种属特异性核心多糖:有属特异性特异多糖:G-菌的菌体抗原(O抗原),

有种特异性当前29页，总共75页。脂多糖结构模式图当前30页，总共75页。革兰阴性菌细胞壁特殊组分——外膜

当前31页，总共75页。革兰阴性菌细胞壁结构当前32页，总共75页。当前33页，总共75页。维持细菌体固有的形态保护细菌抵抗低渗环境参与菌体内外的物质交换菌体表面带有多种抗原分子

细胞壁的功能当前34页，总共75页。G+菌与G-菌细胞壁结构比较:细胞壁G+菌G-菌强度厚度肽聚糖层数肽聚糖含量糖类含量脂类含量磷壁酸外膜较坚韧20-80nm可多达50层占细胞壁干重50-80%约45%1%-4%+-较疏松10-15nm1-2层占细胞壁干重5-20%15%-20%11%-22%-+当前35页，总共75页。细菌细胞膜的结构与真核细胞膜基本相同，由磷脂和多种蛋白质组成，但不含胆固醇细菌细胞膜的功能与真核细胞膜功能类似，主要有物质转运、生物合成、分泌和呼吸等作用。真核生物没有此类蛋白细胞膜(cellmembrane)当前36页，总共75页。细胞膜主要由脂质，多糖以及蛋白质构成。这些结构的特殊理化性质，可帮助细菌选择性地允许物质通过。比如细胞膜上的某些特殊的蛋白，像跨海隧道一样，是某些关键物质进出细菌的高速公路；又比如某些细胞膜上的微孔，像城墙上的射击孔一般，细菌通过它将合成的水解酶分泌出去，把一些不能轻易吸收的有机大分子，分解为便于吸收的小分子。除了作为内外环境的屏障和通道，细胞膜还是细菌合成多种物质的场所。在这个忙碌的装配车间，前面提到的各种细胞壁的化学成分，比如肽聚糖、磷壁酸、脂多糖等等，有条不紊地合成着。那些通过氧化合成来提供能量的细菌，在细胞膜上镶嵌着一系列的酶。这些酶按部就班将营养物质一点点地和氧结合。在这个氧化过程中释放来的化学能，会被细菌进一步转化为自己最常用的能量形式。这些能源，像能量块一样，源源不断的提供给细菌的其他部门，供其完成各种各样的生命行为。这种氧化呼吸酶系的特殊能力，科学家称之为细胞的呼吸作用当前37页，总共75页。核糖体(ribosome)：细菌合成蛋白质的场所。质粒(plasmid)：染色体外的遗传物质。异染颗粒(metachromaticgranule)。细菌细胞质中含有多种颗粒，大多为贮藏的营养物质。其中有一种主要成分是RNA和多偏磷酸盐的颗粒，嗜碱性强，用亚甲蓝染色时着色较深呈紫色，称为异染颗粒。细胞质(cytoplasm)当前38页，总共75页。当前39页，总共75页。当前40页，总共75页。当前41页，总共75页。尽管细胞壁和细胞膜似乎缺乏鲜活的气息，在它们深处，其实是一个繁忙而有序、欣欣向荣的世界。在奇妙的细胞膜内侧，是充满胶状物质的空间——细胞浆，这里是细菌进行生命活动的最主要场所。这个乱七八糟的地方，杂乱堆放着细菌之城的全部：水、无机盐、有机盐、核酸、蛋白质和脂类，有时还有一点糖。这既是细菌最重要的工业中心，参与细菌体内物质的合成和分解，同时又是生命活动的原料仓库，还是大部分劳动产品的展览厅。从结构上来说，支撑这个空间的是横七竖八的细胞骨架蛋白。这些蛋白棍儿从这边的细胞膜延伸到那边，纵横交错，维持着细菌的外部形态。很难想象一座完工的城市里还遍布着脚手架，但是，细菌看来丝毫不在乎。当前42页，总共75页。当前43页，总共75页。核质(nuclearmaterial)核质由单一密闭环状DNA分子反复回旋卷曲盘绕组成松散网状结构核质决定细菌各种遗传性状细菌的遗传物质称为核质或拟核当前44页，总共75页。尽管核质是最为主要的遗传物质，是细菌全部功能形态的总库，是它们几十亿年历史的浓缩，这条反复回旋盘绕着的双股环状DNA分子，在胞浆中自由沉浮，没有隔绝，也没有禁锢，和繁忙的核糖体、各种营养颗粒、以及时刻等待流氓时刻来临的质粒打成一片。核质携带着细菌每一个角落的设计构想，调节细菌每一个时刻的生理状况，它管理着细菌的全部生命活动，而细菌中的每一个分子都紧密围绕在它的周围。当前45页，总共75页。特殊结构（一）荚膜(capsule)

荚膜：某些细菌在其细胞壁外包绕一层粘液性物质，当其厚度>=0.2µm，边界明显，光镜下可见时，称为荚膜。厚度<0.2µm者称为微荚膜。用理化方法去除后并不影响细胞的生命活动。肺炎链球菌荚膜荚膜当前46页，总共75页。这个图片可能是两个有荚膜的家伙在交换心得当前47页，总共75页。成分是多糖或多肽具有抗原性一般在动物体内或含营养丰富的培养基中易形成荚膜，在普通培养基上或连续传代则易消失1.荚膜的化学组成当前48页，总共75页。抗吞噬作用粘附作用抗有害物质的损伤作用微荚膜与荚膜具有相同的功能2.荚膜的功能当前49页，总共75页。（二）鞭毛(flagellum)许多细菌在菌体上附有细长并呈波状弯曲的丝状物，称为鞭毛，是细菌的运动器官，成分为鞭毛蛋白当前50页，总共75页。如果我是一个细菌，我所能想象出的简单和高效并重的运动模式，大概不可能比鞭毛更好。鞭毛的构造非常简单，核心结构只是一些蛋白质，可是它的运动方式却非常高效。一束鞭毛以整体为单位螺旋波动，像螺旋桨一样推动着细菌“滚滚向前”。就像动植物界有着多种多样的飞行方式一样，各种细菌也纷纷掌握了独具特色的运动模式。在上面的这头细菌疯狂飙车的同时，梅毒螺旋体在液体中螺旋蜿蜒，滑翔菌靠滑腻的粘液滑行，趋磁菌沿着磁力线的方向艰难前进，大肠杆菌正辗转腾挪着当前51页，总共75页。1.鞭毛菌分类单毛菌双毛菌丛毛菌周毛菌当前52页，总共75页。电子显微镜下的细菌鞭毛当前53页，总共75页。伤寒杆菌的周身鞭毛菌体鞭毛当前54页，总共75页。当前55页，总共75页。鞭毛是运动器官鞭毛有抗原性，称为鞭毛抗原（H抗原有些细菌的鞭毛与致病性有关2.鞭毛的功能当前56页，总共75页。

菌毛：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。菌毛的成分是菌毛蛋白，具有抗原性。（三）菌毛(filus/fimbriae)当前57页，总共75页。普通菌毛遍布菌细胞表面，多达数百根普通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，是细菌感染的第一步1.普通菌毛(ordinarypilus)当前58页，总共75页。数量少，1-4根，比普通菌毛长而粗，中空呈管状，性菌毛由F质粒编码，故又称F菌毛2.性菌毛(sexpilus)当前59页，总共75页。芽胞：某些细菌在菌体内部形成一个圆形或卵圆形小体。芽胞折光性强、壁厚、不易着色，经特殊染色光镜下可见（四）芽胞(spore)当前60页，总共75页。芽胞的大小、形状、位置等随菌种而异，有重要的鉴别意义。炭疽芽胞杆菌肉毒梭菌破伤风梭菌当前61页，总共75页。细菌形成芽胞的能力是由菌体内的芽胞基因决定的，其形成条件因菌种而异。一个细菌只形成一个芽胞，一个芽胞发芽也只生成一个菌体，因而芽胞不是细菌的繁殖方式。与芽胞相比，未形成芽胞而具有繁殖能力的菌体可称为繁殖体(vegetativeform)。1.芽胞的形成与发芽当前62页，总共75页。2.芽胞的结构芽孢由多层膜结构组成，保存细菌的全部生命活动的物质。当前63页，总共75页。芽胞的大小、形状、位置等随菌种而异，有鉴别细菌的意义芽胞抵抗力强，故应以杀灭芽胞作为可靠的灭菌指标。3.芽胞的意义当前64页，总共75页。（一）无性生殖细菌的繁殖方式很多，主要是以无性的二分裂繁殖细菌的繁殖当前65页，总共75页。形成横隔，尚未分裂的球菌当前66页，总共75页。大肠杆菌(二)有性生殖研究表明各类细菌普遍具有有性生殖能力

雌雄性菌毛1．质粒复制转移细菌等原核生物质粒染色体当前67页，总共75页。2．部分染色体复制转移极少数个体可以进行，大约只占0.1~1%。但这却有着十分重要的生物学意义。提问：有性生殖意义何在呢？种内进化、种间合作共生特有的抗性基因可以传递给另一些种类的细菌；当前68页，总共75页。定义——固体培养基上的各种菌类的“村落”。固体培养基——固体状态的培养细菌的基质有的是天然物质，如土豆、馒头及其他各种固体食物，微生物学研究中多使用人工制作的固体琼脂培养基。细菌培养特征

向“营养汤”中加入琼脂(约2％)加热到100℃，然后再冷却就制成了人工固体培养基。常用的固体培养基容器称为培养皿。当前69页，总共75页。培养皿通常称平板细菌在培养基上生长，会形成各种颜色和外观的菌落。纯化的菌落是菌种鉴定、通过诱变技术或基因工程改良的前提。单菌落（纯菌落）当前70页，总共75页。菌落形态菌落的特征主要由各种微生物特殊的遗传特性决定，同时也与培养基成分及培养条件有关当固定培养基成分及培养条件相同时，不同种类微生物形成的菌落特征是固定的，可作为微生物鉴定的重要依据。当前71页，总共75页