原核生物的形态和构造一细菌

021第二章原核生物的形态和构造第一节细菌当前第1页\共有77页\编于星期三\22点当前第2页\共有77页\编于星期三\22点一、细菌的形态构造和染色1.细菌的菌体形态和染色细菌的基本形状为球状、杆状、螺旋状（及弧状）三种类型，分别称为球菌、杆菌、螺旋菌（弧菌）。sphericalcoccusRod-shapedbacillusspirillum当前第3页\共有77页\编于星期三\22点细菌的菌体形态当前第4页\共有77页\编于星期三\22点当前第5页\共有77页\编于星期三\22点（1）球菌呈球状或拟球状，球菌分裂以后产生新的细胞保持一定的排列方式，是分类和鉴定的重要依据。球菌分单球菌、双球菌、链球菌、四联球菌、八叠球菌、葡萄球菌。细菌的菌体形态当前第6页\共有77页\编于星期三\22点（2）杆菌杆菌的形状差异显著，有些杆菌很长呈园柱状，称为长杆菌，有些较短而粗称为短杆菌，有些短到接近椭圆形，与球菌不容易区分。有的杆菌的一端有平截，有的较尖。杆菌分：单杆、双杆、链状。细菌的菌体形态当前第7页\共有77页\编于星期三\22点细菌的菌体形态当前第8页\共有77页\编于星期三\22点（3）螺旋菌（弧菌）螺旋状的细菌，称为螺旋菌（spirilla）若螺菌菌体较为坚硬有2－6个弯曲环，称为螺菌（spirillum）若只有一个弯曲呈弧形即螺旋不足1环的细菌称为弧菌（Vibrio）若旋转周数多（通常超过6环），体长柔软的螺旋状细菌称为螺旋体（spirochaeta）细菌的菌体形态Leptospriainterrogans当前第9页\共有77页\编于星期三\22点

细菌的特殊形态细菌的菌体形态当前第10页\共有77页\编于星期三\22点当前第11页\共有77页\编于星期三\22点影响细菌形态的因素：培养时间、培养温度、培养基成分、浓度、pH值等环境条件对细菌形态都有明显的影响。一般处于幼龄阶段和生长条件适宜时，细菌形态正常、整齐，表现出特定的形态。在较老的培养物中，或不正常的条件下，细胞常出现不正常形态，尤其是杆菌，有的细胞膨大，有的出现梨形，有的产生分枝，有时菌体显著伸长以至呈丝状等异常形态。若将它们转移到新鲜培养基中或适宜的培养条件下又可恢复原来的形态。细菌的菌体形态当前第12页\共有77页\编于星期三\22点细菌的菌体染色细菌微小透明，需染色后借助显微镜观察度量单位：微米(μm)表示的方法球菌：直径杆菌：宽×长螺菌：宽、长、螺距染色的方法细菌的菌体染色当前第13页\共有77页\编于星期三\22点2.细菌的构造（1）一般构造细胞壁细胞膜细胞质和内含物细菌的构造当前第14页\共有77页\编于星期三\22点细胞壁基本成分：肽聚糖作用：固定外形和保护细胞不同细菌，细胞壁结构不同G＋菌G－菌细菌的构造当前第15页\共有77页\编于星期三\22点细胞壁的功能保护细胞,维持菌形，免受外力的损伤；具有抗原性．致病性．对抗生素和噬菌体的敏感性；与胞膜一起完成细胞内外物质交换，阻拦大分子物质进入细胞，保护细胞免受有害物质的损伤；为正常细胞生长、分裂所必需；鞭毛运动的支点。

细菌的构造当前第16页\共有77页\编于星期三\22点G＋菌的细胞壁特点：厚度大（20－80nm）、化学组成简单由肽聚糖（90％）和磷壁酸（10％）组成肽聚糖又称粘肽、胞壁质或粘质复合物，是真细菌细胞壁的特有成分肽聚糖由肽和聚糖组成细菌的构造当前第17页\共有77页\编于星期三\22点聚糖由N－乙酰葡糖胺（NAM）和N－乙酰胞壁酸（NAG）两种单糖互相间隔连接成长链，交织成网格状分子，形成致密的网套覆盖整个细胞。β－1，4糖苷键细菌的构造当前第18页\共有77页\编于星期三\22点肽聚糖单体由3部分组成双糖单位：N－乙酰葡糖胺（N－acetylglucosamine，NAM）和N－乙酰胞壁酸（N-acetylmuramic

acid,NAG）通过β－1，4糖苷键相连四肽尾：4个氨基酸按L型与D型交替连接肽桥：一般为5个氨基酸组成的多肽细菌的构造当前第19页\共有77页\编于星期三\22点磷壁酸（teichoicacid）结合在革兰氏阳性细菌细胞壁上的酸性多糖，主要成分为甘油磷酸或核糖醇磷酸壁磷壁酸膜（脂）磷壁酸磷壁酸的功能：

使细胞壁带负电，利于吸附Mg2＋，维持酶活。防止细胞自溶

提供噬菌体的吸附位点，是某些菌的抗原决定簇的主要成分。

增强和宿主的粘连。

细菌的构造当前第20页\共有77页\编于星期三\22点甘油磷壁酸的构造及其与肽聚糖分子中的N-乙酰胞壁酸的共价连接方式细菌的构造当前第21页\共有77页\编于星期三\22点细菌的构造当前第22页\共有77页\编于星期三\22点G－菌的细胞壁特点：厚度较薄，层次较多，成分复杂，肽聚糖层薄（2－3nm），机械强度弱。肽聚糖层埋藏在外膜脂多糖层内。细菌的构造当前第23页\共有77页\编于星期三\22点G-菌与G＋菌的肽聚糖差别：在四肽尾和肽桥上与G＋菌的氨基酸都存在差异，含有原核生物所特有的氨基酸（内消旋二氨基庚二酸，m－DAP），导致形成较稀疏、机械强度较差的肽聚糖网套。细菌的构造当前第24页\共有77页\编于星期三\22点外膜（外壁）：G－细菌细胞壁所特有的结构，位于细胞壁的最外层，主要成分为脂多糖（LPS）、磷脂和若干外膜蛋白。脂多糖位于壁的最外层，8－10nm厚，与致病性有关外膜蛋白嵌合在LPS和磷脂中，有20多种。有一类中间有孔道，可控制某些物质进入外膜的三聚体跨膜蛋白，称为孔蛋白（porin）周质空间外膜与细胞膜间的狭窄胶质空间（12－15nm），存在多种周质蛋白如水解酶类、合成酶类和运输蛋白等。细菌的构造当前第25页\共有77页\编于星期三\22点细菌的构造当前第26页\共有77页\编于星期三\22点细菌的构造当前第27页\共有77页\编于星期三\22点革兰氏染色步骤：初染：加草酸铵结晶紫一滴，约一分钟，水洗。媒染：滴加碘液冲去残水，并覆盖约一分钟，水洗。脱色：将载玻片上面的水甩净，并衬以白背景，用95％酒精滴洗至流出酒精刚刚不出现紫色时为止，约20—30秒钟，立即用水冲净酒精。复染：用番红液染1－2分钟，水洗。镜检：干燥后，置油镜观察。革兰氏阴性菌呈红色，革兰氏阳性菌呈紫色。当前第28页\共有77页\编于星期三\22点革兰氏染色的原理

G﹢菌：细胞壁厚，肽聚糖网状分子形成一种透性障，当乙醇脱色时，肽聚糖脱水而孔障缩小，故保留结晶紫-碘复合物在细胞膜上。呈紫色。Gˉ菌：肽聚糖层薄，交联松散，乙醇脱色不能使其结构收缩，其脂含量高，乙醇将脂溶解，缝隙加大，结晶紫-碘复合物溶出细胞壁，番红复染后呈红色。细菌的构造当前第29页\共有77页\编于星期三\22点古细菌(Archaea)的细胞壁假肽聚糖（pseudopeptidoglycan）:与肽聚糖相似，但由N－乙酰葡糖胺和N－乙酰塔罗糖胺糖醛酸以β－1，3糖苷键交替连接。Archaea—Nonehavepeptidoglycan—nomuramicacid(胞壁酸)inArchaea.Somehavecellwallsofpseudopeptidoglycan—N-acetylglocosamineandN-acetylaminouronicacid.Beta1,3-linkagesbetweenthesugarsratherthanbeta1,4-linakages.AllL-aminoacidsratherthanD-aminoacidsinthecrosslinks.NotallArchaeahavepseudopeptidoglycan.Somehavecellwallsofproteins,someofSimplecarbohydrates.细菌的构造当前第30页\共有77页\编于星期三\22点PeptidoglycanorMurein(Bacteria)Pseudopeptidoglycan(Archaea)细菌的构造当前第31页\共有77页\编于星期三\22点彻底去尽缺壁细菌实验室形成自然界长期进化形成支原体人为去壁自发缺壁突变L－型细菌原生质体（G＋）部分去掉球状体（G-）缺壁细菌（无壁细菌）自然进化和实验室菌种自发突变形成缺细胞壁、人为抑制新生细胞壁的合成或对现有细胞壁进行酶解得到的。四类缺壁细菌细菌的构造当前第32页\共有77页\编于星期三\22点原生质体（protoplast）细菌除去细胞壁剩下由细胞膜包裹的部分，G+菌更容易得到原生质体。原生质体的特点：保持正常细胞功能无细胞壁，为圆球形对环境敏感：渗透压，震荡，离心，易溶菌有鞭毛，而不能运动对噬菌体不敏感原生质体的应用广泛。细菌的构造当前第33页\共有77页\编于星期三\22点球状体（sphaeroplast)：还保留有部分细胞壁的菌体细胞,

Gˉ菌容易得到球状体。特点除具原生质体特点外，还有一定抗性，可培养重新合成细胞壁。无法运动，对噬菌体不敏感，比正常细菌易导入外源遗传物质，是遗传和原生质体育种好材料无法运动对噬菌体不敏感，比正常细菌易导入外源遗传物质，是遗传和原生质体育种好材料细菌的构造当前第34页\共有77页\编于星期三\22点Ｌ-型细菌(L-formsofbacteria)1935年由英国李斯特（Lister）发现，故称为Ｌ-型细菌，是指实验室或宿主体内自发突变形成的遗传性稳定的细胞壁缺损(部分或全部)菌株,具多形性。可以生长繁殖，在培养基上形成油煎蛋似的小菌落。细胞膨大，对渗透压敏感，有些可重新合成细胞壁。能变形通过细菌滤器细菌的构造当前第35页\共有77页\编于星期三\22点支原体是适应自然的无细胞壁的原核微生物。有一般原核微生物没有的甾醇，其细胞膜有较高的机械强度细菌的构造当前第36页\共有77页\编于星期三\22点细胞膜细菌的构造当前第37页\共有77页\编于星期三\22点细菌的构造当前第38页\共有77页\编于星期三\22点细胞质被细胞膜包围的除核区以外的一切半透明、胶体状、颗粒状物质的总称。主要是水（80％）核糖体贮藏物酶类中间代谢物质粒……….原核生物细胞质是不流动的细菌的构造当前第39页\共有77页\编于星期三\22点内含物贮藏物不同微生物其储藏性内含物不同。例如厌气性梭状芽孢杆菌只含PHB，大肠杆菌只储藏糖原，但有些光合细菌二者兼有。微生物合理利用营养物质的一种调节方式。当环境中缺乏能源而碳源丰富时，细胞内就储藏较多的碳源类内含物，甚至达到细胞干重的50%，如果把这样的细胞移入有氮的培养基时，这些储藏物将被作为碳源和能源而用于合成反应。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，避免不适合的pH，渗透压等的危害。例如羟基丁酸分子呈酸性，而当其聚合成聚-β-羟丁酸（PHB）就成为中性脂肪酸了，这样便能维持细胞内中性环境，避免菌体内酸性增高。储藏物在细菌细胞中大量积累，是重要的自然资源。异染体（metachromaticgranule）细菌的构造当前第40页\共有77页\编于星期三\22点细菌的构造当前第41页\共有77页\编于星期三\22点磁小体(Magnetosome)磁小体的形成是受生物严格控制的矿化过程，包括铁离子的吸收、转运和结晶成核等。不同细菌的磁小体形状不同、排列。细菌的构造当前第42页\共有77页\编于星期三\22点Magnetosome更多参考：/~rfrankel/mtbphoto.html

细菌的构造当前第43页\共有77页\编于星期三\22点羧酶体（carboxysome）多角形或六角形大小约10μm，内含1，5-二磷酸核酮糖羧化酶。对自养细菌细胞内固定CO2起关键作用细菌的构造当前第44页\共有77页\编于星期三\22点

CarboxysomesareaggregatesofrubiscofoundinCyanobacteria,servingassiteswherecarbondioxidecanbeconcentrated,thusimprovingthekineticsoffixation.ThisTEMviewshowspartofanAnabaenaazollaecell(thesymbiontinthewater-fernAzolla).Thecarboxysomesarepolyhedralbodiesinwhichthemajorproteinisrubisco.Thylakoidsramifythroughtheperipheralcytoplasm,surroundingthecentralDNA-containingregion.当前第45页\共有77页\编于星期三\22点气泡调节细胞比重存在于光能营养型、无鞭毛运动的水生细菌如蓝细菌。细菌的构造当前第46页\共有77页\编于星期三\22点（2）细菌的特殊结构糖被（glycocalyx）包被于某些细菌细胞壁外的一层厚度不定的胶状物质，称为糖被。主要成分是多糖、多肽或蛋白质，尤以多糖居多。产生糖被是微生物的一种遗传特性，其菌落特征及血清学反应是细菌分类鉴定的指标之一。糖被按其有无固定层次、层次厚薄可细分为荚膜（大荚膜）、微荚膜、粘液层和菌胶团。

细菌的构造当前第47页\共有77页\编于星期三\22点Functionsoftheglycocalyx（糖被的功能）Cell-cellcommunication（细菌间的信息交流作用）Interactionwith,andbindingofcellsto,theextracellularmatrix（表面附着作用）Protectionfrompathogens，heavymetal(orsensitivitytopathogens)（保护作用）Modulationofimmuneresponses

（免疫反应作用）.贮藏养料，以备营养缺乏时重新利用堆积代谢废物细菌的构造当前第48页\共有77页\编于星期三\22点鞭毛(flagellum)在某些细菌菌体表面具有细长而弯曲的蛋白质丝状附属物,称为鞭毛数量：1至数十根具运动性原核生物的鞭毛由基体、钩形鞘和鞭毛丝3部分组成。鞭毛丝钩形鞘基体细菌的构造当前第49页\共有77页\编于星期三\22点G－细菌鞭毛的一般构造钩形鞘L环P环鞭毛杆S-M环Mot蛋白Fli蛋白细菌的构造当前第50页\共有77页\编于星期三\22点当前第51页\共有77页\编于星期三\22点G-与G+细菌鞭毛的构造不同G-菌的复杂细菌的构造当前第52页\共有77页\编于星期三\22点鞭毛的形成细菌的构造当前第53页\共有77页\编于星期三\22点鞭毛的着生方式：细菌的构造当前第54页\共有77页\编于星期三\22点当前第55页\共有77页\编于星期三\22点Nitrobacterspbacteria当前第56页\共有77页\编于星期三\22点鞭毛的运动方式（旋转）CW（顺时针）细菌的构造当前第57页\共有77页\编于星期三\22点当前第58页\共有77页\编于星期三\22点菌毛（fimbria）数量多多数致病菌具有，起黏附作用性毛（pillus）1至几根决定性别伴胞晶体在芽孢形成的旁边形成的菱形、方形或不规则的碱溶性蛋白质，称为伴胞晶体（δ内毒素）对某些昆虫有毒害作用。细菌的构造当前第59页\共有77页\编于星期三\22点当前第60页\共有77页\编于星期三\22点BuddingandAppendaged(Prosthecate)BacteriaAnelectronmicrographofametal-shadowedpreparationofPlanctomycesmaris.Asinglecellisabout1-1.5umlong.Notethefibrillarnatureofthestalk.Piliarealsoabundant.Notealsotheflagella(curlyappendages)oneachcellandthebudthatisdevelopingfromthenonstalkedpoleofonecell.当前第61页\共有77页\编于星期三\22点芽孢（endospore）是抗逆性最强的一种构造。不同细菌，芽孢的有无、形态、大小、着生位置不同细菌的构造Clostridiumbotulinum肉毒杆菌当前第62页\共有77页\编于星期三\22点当前第63页\共有77页\编于星期三\22点当前第64页\共有77页\编于星期三\22点芽孢的构造细菌的构造当前第65页\共有77页\编于星期三\22点细菌的构造当前第66页\共有77页\编于星期三\22点细菌的繁殖方式两种：裂殖（Fission）二分裂(BinaryFission)三分裂(TrinaryFission,TernaryFission)复分裂(MultipleFission)芽殖(Budding)细菌的繁殖当前第67页\共有77页\编于星期三\22点二、细菌的菌落形态菌落：由一个或极少数几个同源菌体在培养基上经一段时间培养繁殖后，形成一定数量的同源菌体群。在固体培养基上的菌落形态一般为湿润、光滑、透明、粘稠、易挑取、质地均匀、以及菌落正反面或边缘与中央部位颜色一致等特征。进行分离纯化、鉴定、计数和选育等。当前第68页\共有77页\编于星期三\22点一、细菌