微生物的分化和发育

微生物的分化和发育当前第1页\共有112页\编于星期四\17点分化：是指细胞在一定的条件下，朝不同方向发展，使其形态结构，生理功能发生一系列的变化，最终导致一种细胞转变为另一种细胞的过程。微生物的分化一般只发生在细胞水平，只有少数种类的微生物会由分化细胞形成分化组织。发育：生物体经过生长和发育使机体由小到大，由简单到复杂，由性不成熟到性成熟的过程。微生物的发育阶段远不象动植物那样清晰可辨，因此可以把微生物的发育定义为使机体进一步复杂化的过程。对于单细胞的微生物来说，个体生长的过程或个体生长与分化的过程都可被认为是发育；而对于多细胞的微生物来讲，发育包括了生长、分化、性成熟，甚至多细胞结构（如子实体）形成的全部过程。当前第2页\共有112页\编于星期四\17点微生物的分化和发育均受环境条件启动，由特定基因控制，在一系列有序的生理生化反应基础上表现出形态的变化。微生物的分化和发育主要分为三种类型：营养体的分化，孢子形成和多细胞结构的发育和分化。当前第3页\共有112页\编于星期四\17点第一节营养体分化在一些微生物中，常看到一种形态的营养细胞转变为另一种或几种形态的营养细胞，这一转变过程称为营养体的分化。节杆菌细胞的分化根瘤菌细胞的分化丝状蓝细菌的形态分化酵母菌的二型态当前第4页\共有112页\编于星期四\17点1.1节杆菌细胞形态的转变节杆菌是一类中温型的专性好气菌，广泛分布在土壤中，也常见于活性污泥中和植物体上。营异养生活，能够分解纤维素、木质素和芳香族化合物。1、节杆菌的形态分化当前第5页\共有112页\编于星期四\17点节杆菌营养体的分化节杆菌的细胞直径一般在0.4-0.8μm之间,但其形态却随营养条件的变化而改变。幼龄菌体完全或大部分是杆状或不规则杆状，有鞭毛，能运动；老细胞则缩短为球形或类球形，无鞭毛，不运动。细胞形态转变过程：诱导阶段，杆状阶段和回复阶段。当前第6页\共有112页\编于星期四\17点节杆菌细胞形态转变过程诱导阶段(0-5h)球形细胞接触到新鲜培养基，代谢活力增强，细胞形态转变，变成无鞭毛的杆状细胞。杆状阶段(5-16h)无鞭毛的杆状细胞长出鞭毛并运动，代谢活力旺盛,生长迅速。如果营养与其他条件适宜，这个阶段可延续到24h以上。在这个阶段的后期，有些细胞的鞭毛开始脱落。回复阶段(16-24)生长条件不适宜时，鞭毛脱落，细胞由杆状变为球形。当前第7页\共有112页\编于星期四\17点节杆菌的生活史当前第8页\共有112页\编于星期四\17点1.2节杆菌的细胞壁成分与结构通常认为，细胞形态是由细胞壁所决定的。节杆菌细胞形态的转变必然涉及到细胞壁成分和结构的改变。Conn（1928）对节杆菌不同形态的细胞作过革兰染色，发现球形细胞为革兰染色阳性，而杆状细胞为革兰阴性。后来的研究发现，球形细胞与杆状细胞的细胞壁厚度明显不同。球形节杆菌球形细胞的细胞壁平均厚度为31nm，杆状细胞的细胞壁平均厚度为22nm。当前第9页\共有112页\编于星期四\17点节杆菌球形和杆状细胞的区别球形细胞杆状细胞革兰氏反应阳性阴性细胞壁厚度厚，31nm薄，22nm肽聚糖多糖链短，40长，114-135肽聚糖短肽交联度少多短肽交联方式由二苷肽相连直接相连鞭毛无有DNA较低较高（X2）RNA较低较高（X3）蛋白质较低较高（X3）cAMP水平高低肽聚糖裂解酶活性高低当前第10页\共有112页\编于星期四\17点1.3节杆菌形态转变的调控环境条件如温度、pH、氧气对两种细胞形态的转变没有大的影响。形态的转变主要受营养条件的控制，球状节杆菌在葡萄糖-无机盐培养基上生长时，生长缓慢，有较大的延缓期，细胞呈球形；当其生长在含有蛋白胨、有机酸（如乳酸、苹果酸或琥珀酸）、或氨基酸（如精氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸）的葡萄糖-无机盐培养基上时，延缓期短，生长迅速，细胞呈杆状。遗传学调节机制有待进一步研究。当前第11页\共有112页\编于星期四\17点2、根瘤菌的形态分化在土壤和根部的入侵线中，根瘤菌细胞为无固氮能力的杆状。当根瘤菌从入侵线被释放出来后，杆状细胞逐渐膨大并发育为类菌体。类菌体有膨大的棒状，梨状，球状和星状等形态。类菌体体积大于正常的根瘤菌细胞。类菌体含有高活性的固氮酶。当前第12页\共有112页\编于星期四\17点2.1根瘤菌形态转变的细胞学基础根瘤菌由正常的杆状细胞转变为类菌体，主要由于它们的细胞壁成分及结构发生了变化。在细胞壁的这三层结构中，肽聚糖层对细胞形态的影响最大。在杆状细胞细胞壁的外面还具有一层丰富的粘质层，构成这些粘质物的基本成分是胞外多糖。每个杆状细胞含有一个环状的核DNA，但可以含有一到多个质粒DNA。这些遗传物质一起控制着根瘤菌的遗传性状，包括感染植物、类菌体发育和固氮作用等特性。一旦根瘤菌的杆状细胞转变为成熟的类菌体之后，细胞结构就发生了较大的变化。当前第13页\共有112页\编于星期四\17点类菌体细胞壁的硬度，厚度及透性发生变化。在外层膜上出现了许多颗粒状物质。意味着类菌体细胞壁部分地失去了肽聚糖之类的大分子物质。快生型根瘤菌的类菌体，核物质以纤维状分散在细胞中，慢生型根瘤菌则有一个位于细胞中心的高度密集的拟核。类菌体的DNA含量高于相应根瘤菌的DNA含量。RNA/DNA和RNA/蛋白质的比率都低于根瘤菌杆状细胞。当前第14页\共有112页\编于星期四\17点3、丝状蓝细菌的形态分化丝状蓝细菌是一类碳源、氮源均能自养的多细胞原核生物。它的丝状体实际上是以一定方式串生而成的细胞链。在细胞链中，营养细胞为主体细胞，但在一定的环境条件下可以分化出一些特殊形态、特殊功能的分化细胞，如异型胞、静止细胞、分枝细胞和细长细胞等。这些分化细胞与营养细胞的协调配合，构成了丝状蓝细菌整体代谢的统一性，使之成为既能进行光合作用又能进行固氮作用，还能抵御不良环境的多功能自养生物。当前第15页\共有112页\编于星期四\17点3.1异形胞的分化将丝状蓝细菌接种在含有铵盐或有机氮的培养基上，机体以二分裂的方式生长繁殖并且只形成一种形态的细胞，即营养细胞。丝状蓝细菌的营养细胞具有典型的原核光养菌的细胞结构。细胞外面有着一层在光学显微镜下不易分辨的粘质层。紧贴粘质层的细胞壁分三层，其组分和结构与其它革兰氏阴性菌的细胞壁基本相同。当前第16页\共有112页\编于星期四\17点营养细胞无固氮能力，但能进行光合作用。当生长环境中缺乏氮源时，特定的营养细胞就分化发育为具有固氮能力的异形胞。与营养细胞相比，异形胞的细胞结构发生了较大的变化。在异形胞细胞壁的外面有一种由薄片层、同质层和纤维层组成的复杂结构；这种复杂的胞外结构对异形胞的包围是不完整的，在与营养细胞的连接处留下缺口，被称为小孔通道；在异形胞和营养细胞之间还有微小胞间联丝通过。当前第17页\共有112页\编于星期四\17点异形胞结构及其与营养细胞的关系当前第18页\共有112页\编于星期四\17点4、酵母菌的二型态所谓二型态（dimorphism），是指在不同的生长条件下，一些真菌的营养体呈现出两种不同的细胞形态，即丝状形态（mycelialform,M型）和酵母状形态（yeastform,Y型）。这两种形态在一定条件下可以相互转变，转变之后，它们的细胞结构，代谢途径、生长方式及其他生物学特性都会发生一定的变化。Candidiasisalbicans

念珠菌

当前第19页\共有112页\编于星期四\17点4.1酵母菌的二型态许多酵母菌在一定的生长条件下为单个的卵圆形细胞，改变生长环境则形成长型的或假丝状的细胞。白假丝酵母生长在含有葡萄糖的丰富培养基上时，细胞形态一般为Y型，但以多糖为碳源和能源的培养基上生长时，细胞呈M型。影响酵母菌二型态转变的理化因子中，葡萄糖、铜离子、制霉菌素及较低的培养温度（30℃）等有利于Y型细胞形成；多糖、血清、N-乙酰-D-葡萄糖胺、精氨酸、cAMP、高浓度的生物素和较高的培养温度（40℃）等因子可诱发Y型细胞向M型细胞转变。当前第20页\共有112页\编于星期四\17点第二节孢子形成许多微生物在不大适宜营养生长的条件下可以产生一种特化的细胞形态，即孢子。如芽孢杆菌的芽孢，蓝细菌的静止孢子，放线菌的分生孢子，毛霉的孢囊孢子，白地霉的节孢子，白假丝酵母菌的厚垣孢子，黏细菌的粘孢子，腐霉的卵孢子、根霉的接合孢子、子囊菌的子囊孢子，担子菌的担孢子等。孢子的种类繁多、形态各异。当前第21页\共有112页\编于星期四\17点从生态学角度，所有的孢子都是有机体对不良环境条件反应的结果。孢子细胞具有厚厚的外壳（或胞壁）、浓缩的细胞质和极低的代谢活性，使得孢子具有更大的抗性，能长时间在自然界存活，以待环境条件改善后再生。从生理学角度，除少数内生孢子（如芽孢、静止孢子等）有些勉强外，其他的孢子都是繁殖体，其中的一些是无性繁殖体（如分生孢子、节孢子等），而另一些是有性繁殖体（如卵孢子、结合孢子、子囊孢子、担孢子等）。它们会使种族繁衍、数目增多。当前第22页\共有112页\编于星期四\17点1.1芽孢某些细菌在其生活史的一定阶段，于营养细胞内形成一个圆形、椭圆形或圆柱形的结构，称为芽孢。因为细菌芽孢都形成在菌体内，故亦称内生孢子(endopsore)。含有芽孢的菌体细菌称为孢子囊(sporangium)。芽孢成熟后可脱落出来。生成芽孢的细菌多为杆菌，球菌和螺旋菌仅少数种能生芽孢。一般一个细胞仅有一个芽孢，但也有少数细胞有2个。芽孢的着生位置、大小、形状因种而异，可作鉴定依据。当前第23页\共有112页\编于星期四\17点芽孢有比较厚的壁和高度的折光性，在光学显微镜下观察芽孢为一透明小体，由于普通碱性染料不易使芽孢着色，通常采用特殊的芽孢染色以便于观察。利用电子显微镜，不仅可观察到芽孢的表面特征，还可观察到一个成熟的芽孢具有核心、内膜、初生细胞壁、皮层、外膜、外壳层及外孢子囊等多层结构。芽孢示意图当前第24页\共有112页\编于星期四\17点1.2芽孢的特性芽孢含水量低，使核酸和蛋白质不易变性。

芽孢的酶组成型与营养细胞也有差别，芽孢只含有少量酶，并处于不活跃状态。芽孢的抗热性也与芽孢内具抗热性的酶有关。

抵抗力强大，抗高温，抗干燥，抗低温。芽孢没有繁殖意义，仅是一个休眠体。含有高量的2，6-吡啶二羧酸（Dipicolinicacid,DPA),在营养细胞和其他生物细胞中不存在。芽孢在适宜的条件下可萌发。萌发时酶活性发生改变、抗逆性和DPA丧失。当前第25页\共有112页\编于星期四\17点当前第26页\共有112页\编于星期四\17点1.3芽孢的形成

轴丝形成在营养细胞内，分开存在的两个染色体首先发生构型变化，即两个染色体聚集在一起，以致密发育的形式，逐渐成为一个连续的、位于细胞中央的轴丝状结构，并通过中间体与细胞膜相连接。有人认为这是芽孢早期所具有的特异结构，是抗辐射的物质基础。隔膜形成在接近细胞一端处，细胞膜内陷，向心延伸，产生隔膜，将细胞分成大小两部分。与此同时，轴丝状结构也分为两部分。当前第27页\共有112页\编于星期四\17点

前孢子形成在细胞中，较大部分的细胞膜围绕较小部分迅速地继续延伸，直至将小的部分完全包围到大的部分中为止。这个新形成的细胞(结构)称为前孢子(forespore)。此时前孢子由两层极性相反的细胞膜组成，其中内膜将发育成为营养细胞的细胞膜。当前第28页\共有112页\编于星期四\17点皮层形成由于前孢子迅速进行合成作用，新形成的物质沉积于前孢子的两层极性相反的细胞膜之间，逐渐发育形成皮层(corter)。与此同时，随着2,6-吡啶二羧酸(dipicolinicacid，简称DPA)的合成，Ca2+的吸收，出现DPA-Ca复合物；而且在前孢子的外面也开始形成外壳层。此时的皮层，似乎变成了一种呈现出条纹的多层结构。当前第29页\共有112页\编于星期四\17点

孢子外壳层的形成在皮层形成过程中，前孢子外膜表面合成外壳物质，并沉积于皮层外表，逐渐形成一个连续的致密层。在外壳中含有非常多的半胱氨酸和疏水性氨基酸，并且继续积累DPA和Ca2+。当前第30页\共有112页\编于星期四\17点芽孢成熟芽孢合成过程全部完成，此时芽孢具有了很强的抗热性和特殊结构。芽孢的释放孢子囊壁破裂(溶解)，释放出成熟的芽孢。当前第31页\共有112页\编于星期四\17点1.4芽孢的萌发

芽孢在适合的条件下可萌发（活化）。适合芽孢萌发的条件包括水和营养物质，适合的温度，氧浓度以及某些必须的条件。加热到一定温度处理几分钟或几十分钟可促进芽孢萌发。芽孢的活化是一个可逆的过程。芽孢萌发时开始吸收水分、盐类和营养物质而体积膨大（启动）。芽孢萌发时首先丧失抗性、折光性和增加可染性，耐热力和折光性逐渐降低。芽孢萌发过程中还伴随大分子细胞物质如RNA、蛋白质、DNA等的合成，因此使细胞不断长大。在细胞质内部发生了一系列生理变化，着色力增强，酶活力提高，呼吸作用加强，可看到核分裂，DPA和钙复合物外流，对外界各种不良因素的抵抗力降低。启动是一个不可逆过程。肽聚糖分解，孢子囊壁破裂，皮层迅速破坏，长出芽管，逐渐发育成新的营养细胞，直到第一次分裂为止（长出）。当前第32页\共有112页\编于星期四\17点1.5芽孢形成的调控基因：超过125个基因的产物控制着芽孢形成过程中复杂的形态和生化变化。已鉴定和命名超过60个基因座位。启动条件⑴饥饿：碳源、氮源、磷酸盐缺乏；⑵生长发育至稳定期，如：三羧酸循环健全；⑶外部信息素：浓度足够。由spoOA，spoOB，spoOC控制。当前第33页\共有112页\编于星期四\17点σ因子在芽孢形成过程中的级联调控当前第34页\共有112页\编于星期四\17点SporulationinvolvessuccessivechangesinthesigmafactorsthatcontroltheinitiationspecificityofRNApolymerase.Thecascadesintheforespore(left)andthemothercell(right)arerelatedbysignalspassedacrosstheseptum(indicatedbyhorizontalarrows).当前第35页\共有112页\编于星期四\17点当前第36页\共有112页\编于星期四\17点当前第37页\共有112页\编于星期四\17点2、链霉菌的分化与孢子形成链霉菌是一类好气性的丝状革兰氏阳性细菌(放线菌），一般存在于土壤中。其分生孢子是一种无性繁殖体。孢子的形成不仅有利于链霉菌数目的增多，且有利于链霉菌广泛传播，分生孢子的形成过程与链霉菌的生活周期密切偶联。链霉菌的分生孢子落到新鲜的固体培养基上时，孢子开始萌发，并很快发育为分枝状的菌丝。这些菌丝生长在培养基的表面和内层，被称为基质菌丝（substratemycelium），也叫做初生菌丝。当前第38页\共有112页\编于星期四\17点基质菌丝经过一段时间的生长发育会在固体培养基上形成一个光秃的菌落，此时老的基质菌丝就开始分化并产生向空中发展的另一种菌丝，这种菌丝被称为气生菌丝（aerialmycelium）或次级菌丝。气生菌丝也呈分枝状，其顶端的细胞会发育为孢子丝，并由孢子丝内生多个分生孢子。菌落会因孢子的颜色呈各种颜色。当前第39页\共有112页\编于星期四\17点链霉菌的一般形态和构造当前第40页\共有112页\编于星期四\17点2.1

孢子萌发与基质菌丝的发育链霉菌的分生孢子，其大小与细菌的芽孢基本相同，具有一个含水量较低的原生质体，原生质体的外面是一层加厚的孢子壁，其厚度约为40-50nm。孢子的外表面呈疏水性和形态上的多样性。电镜下观察，孢子的表面或光滑、或皱折、或突起，有些具有刺突或毛状的附属结构。链霉菌的分生孢子具有一定的抗性，但不及细菌的芽孢，抗干燥，但抗热性能较差。当前第41页\共有112页\编于星期四\17点2.2气生菌丝的发育与次级代谢产物的形成天蓝色链霉菌在30℃下的固体培养基上生长时，基质菌丝的发育大约需要48h。形成的光秃菌落直径大约为1mm，再继续培养时，光秃菌落就会转变为白毛状菌落，开始了气生菌丝的发育与分化。气生菌丝的形成总是从菌落中心开始，逐渐向外扩展，气生菌丝的形成常伴随着相应部位的基质菌丝的溶解。当前第42页\共有112页\编于星期四\17点在基质菌丝产生气生菌丝的同时，基质菌丝还会进行生理功能的分化，形成大量的次级代谢产物，包括色素和抗生素等，色素可使菌落呈现各种美丽的颜色，抗生素可防止一些游动细菌侵染菌落，以保护气生菌丝的分化发育与孢子形成。当前第43页\共有112页\编于星期四\17点2.3孢子的形成链霉菌的气生菌丝发育到一定的阶段后，即由气生菌丝的顶端细胞分化发育为孢子丝。再由孢子丝形成分生孢子。由气生菌丝形成孢子的过程大致可分为孢子丝形成、横隔形成、新生孢子的形成和孢子壁加厚等四个阶段。当前第44页\共有112页\编于星期四\17点3、酵母菌的子囊孢子酵母菌是一类结构最为简单的单细胞子囊菌，包罗了30000多个物种的一大群高等真菌。最重要的特征是在有性生殖的过程中形成子囊，在子囊中形成子囊孢子，子囊中子囊孢子的数目一般为4个。3.1、二倍体的形成啤酒酵母菌子囊孢子萌发，会形成两种结合型的单倍体细胞，即a型和α型。当前第45页\共有112页\编于星期四\17点3.2子囊孢子的形成

子囊孢子的形成与营养条件有关，a/α二倍体在营养丰富的培养基上可以不断地出芽生殖，进行营养细胞循环。只有将二倍体细胞从生长培养液移到含有1%的乙酸钾溶液中，使其处于饥饿状态，细胞才停止有丝分裂并开始形成子囊孢子。3.3子囊孢子的萌发子囊孢子萌发为单倍体营养细胞的过程，可以分为萌动、长出和出芽三个阶段。当前第46页\共有112页\编于星期四\17点4、蓝细菌静止细胞的分化静止细胞是机体在一定的生长条件下由营养细胞转化而成的厚壁细胞。它对于干燥、热和其他一些理化因子的破坏作用具有一定的抗性，而且在适宜的环境条件下可以重新回复为营养细胞。因此可以认为静止细胞类似于细菌的芽孢，是丝状蓝细菌的一种休眠体，所以又叫静止孢子。将静止细胞与营养细胞和异形胞相比，它们之间有较大的区别。静止细胞的体积要比营养细胞的体积大得多，而异形胞的体积则稍大于营养细胞。静止细胞的形态随丝状蓝细菌的种类不同而有所变化。当前第47页\共有112页\编于星期四\17点静止细胞有着多层的加厚壁结构。这种结构的最内层是来自营养细胞的细胞壁，最外层是由多聚葡萄糖组成的纤维层。单个静止细胞在光照条件下能固定二氧化碳，但速率很低。静止细胞不能够固定氮气。遇到适宜的环境条件，静止细胞就会萌发，重新发育为营养细胞。一旦静止细胞转变为营养细胞，就会很快生长成丝状体，开始了再次细胞循环。当前第48页\共有112页\编于星期四\17点5、担子菌的担孢子担子菌是一类分布广泛、物种繁多、形态各异、结构复杂的高等真菌。包括黑粉菌、锈菌、胶质菌、蘑菇、层孔菌等多个类群。如此庞杂的担子菌，在有性生殖方面都会形成担子，并由担子进一步产生担孢子。当前第49页\共有112页\编于星期四\17点5.1担孢子的萌发与初生菌丝的形成担孢子是单倍体，并且在孢子中只含有一个核，遇到适宜的环境条件，担孢子就会萌发，长出芽管并迅速发育为单倍体菌丝，称为初生菌丝。5.2次生菌丝的形成单核初生菌丝可以通过质配形成双核菌丝，我们把这种菌丝叫做次生菌丝。当前第50页\共有112页\编于星期四\17点5.3次生菌丝分化与担孢子形成在一些担子菌中，次生菌丝可以直接发育为担子果，并在担子果中分化产生特殊的产孢结构——担子。在另一些担子菌中，在形成担子果时，次生菌丝还要分化为不同形态的菌丝，即缠绕菌丝、骨架菌丝和生殖菌丝。担孢子呈球形、卵圆形、长形或腊肠形，无色或有色，这些色素可以是绿色、黄色、赭色、粉色、褐色、紫褐色或者黑色。当前第51页\共有112页\编于星期四\17点担子菌的生活史当前第52页\共有112页\编于星期四\17点第三节多细胞结构与分化多细胞结构的分化导致微生物产生不同分化程度的各种各样的多细胞结构，如黏细菌的子实体，子囊菌的子囊果，担子菌的担子果以及一些真菌产生的菌索、菌核和吸器等。多细胞结构存在许多差异，其形态多种多样，千姿百态，但仍存在许多共同之处：所有多细胞结构的分化都由环境因素启动，整个分化过程与环境条件密切相关；多细胞结构中不同类型的分化细胞都起源于同一类型的营养细胞，是营养细胞多方向分化的结果；当前第53页\共有112页\编于星期四\17点每一类分化的细胞一般都由多个细胞组成，高等真核微生物甚至还由同类细胞构成一定形态的组织，进而形成多细胞的生物体；在多细胞结构的分化过程中加强了细胞之间的信息联系，从而协调了它们的整体发育，这种信息联系是通过胞外信息物质完成的；多细胞结构的发育都伴随着一个生理变化和形态发生的过程；整个分化过程都受遗传信息的调节控制，是分化基因顺序表达的结果；与高等生物相比，真核微生物的多细胞结构都比较简单和原始。当前第54页\共有112页\编于星期四\17点1.黏细菌的分化黏细菌是原核生物，滑动细菌。黏细菌是典型的革兰氏阴性菌，但它的很多特性与某些较高等的真核生物类似。黏细菌以不溶于水的有机物为营养物质，如纤维素，微生物细胞壁，细菌和一些酵母的蛋白质。中温型的好气微生物，最适生长温度30℃左右。黏细菌的生活史和子实体发育过程分为营养体生长、细胞聚集、子实体形态发生以及粘孢子萌发四个阶段。当前第55页\共有112页\编于星期四\17点1.1营养体生长环境中营养丰富时，黏细菌以二分裂的方式进行营养生长，大量繁殖。它的生长速率与细胞密度有关。随着营养生长的进行，细胞逐步累积，营养物质也渐渐减少，为细胞聚集创造了条件。狼群效应：分泌广泛的水解酶、抗生素，杀死细菌、真菌和原生动物；高度社会化趋势。当前第56页\共有112页\编于星期四\17点1.2细胞聚集

当周围环境中营养物质贫乏，细胞处于饥饿状态，细胞密度达到一定程度，黏细菌会启动多细胞结构的分化过程，且具有可依靠的固体表面时，营养体即停止生长并向特定的中心聚集。碳源，氮源，能源和无机磷的缺乏会导致聚集现象的发生。cAMP和ppGpp可能是启动细胞聚集的趋化物。细胞的聚集靠滑动进行，滑动与胞外丝状体，如原纤维或菌毛有关。此外，胞外丝状体与细胞间的信息传递也有关。聚集是一个渐进的过程，细胞向聚集中心运动时，由于受趋化物的影响而呈现水波状运动波；当大约105的细胞选定了一个共同的聚集中心时，才是一种有效的稳定聚集。当前第57页\共有112页\编于星期四\17点1.3子实体的形态发生聚集后的细胞进行有序排列，形成一定形态的多细胞结构。不同的黏细菌形成的子实体不同，但它们子实体外面都覆盖着一层粘物质。在子实体形成过程中，这个多细胞结构内部一部分细胞发生自溶，自溶产生的自溶物可能是孢子外壳合成的原料和能源物质。导致自溶的因子是类似青霉素的抗生素。在自然条件下，粘孢子的分化一般发生在子实体的孢子囊中，粘孢子是由整个细胞逐步转变为粘孢子的。营养细胞的形态变为球形，在细胞壁外形成致密的皮层，中间孢子衣和表面孢子衣，这三层结构构成了一个厚厚的粘孢子外壳。粘孢子有较强的抗性。当前第58页\共有112页\编于星期四\17点1.4黏孢子的萌发孢子的萌发需要水分和某些无机离子。孢子外壳在萌发中不被分解利用，而是被反方向地水解出两个缺口，细胞从缺口逸出。孢子囊裂开并释放出萌发的黏细菌细胞，这些细胞集体滑动觅食。当前第59页\共有112页\编于星期四\17点当前第60页\共有112页\编于星期四\17点当前第61页\共有112页\编于星期四\17点2、柄细菌的分化从细胞表面延伸出一个柄；新月柄细菌，细胞呈月牙状当前第62页\共有112页\编于星期四\17点2.1生活周期

一次分裂产生两种细胞，游动细胞＆叶柄状细胞游动细胞：一极着生一根鞭毛＆一些纤毛，可以进行趋化运动，将柄细菌传播到新的环境叶柄状细胞：通常以叶柄部分或吸器固定在物体表面，可以进行DNA的复制＆细胞分裂，分裂后产生一个游动细胞＆一个叶柄状细胞当前第63页\共有112页\编于星期四\17点

游动细胞代谢活跃，不能进行复制＆分裂，经过一段时间后，脱掉鞭毛＆纤毛，在该位置产生柄状结构，DNA开始复制。在柄状结构的前端形成吸器，将细胞固定在固体表面。柄状细胞拉长，在另一极合成鞭毛，形成一个分裂前细胞。分裂产生两个不同细胞。当前第64页\共有112页\编于星期四\17点2.2柄细菌细胞结构的发育

首先要在一个特定位点进行膜的生物合成，且合成方向与细胞体上膜的合成方向垂直需要在细胞周期中的一个合适的时间启动受到磷酸盐水平的调控。当前第65页\共有112页\编于星期四\17点第四节细胞衰老与程序性细胞死亡当前第66页\共有112页\编于星期四\17点当前第67页\共有112页\编于星期四\17点当前第68页\共有112页\编于星期四\17点一、细胞衰老的概念与特征细胞衰老(cellularaging)（一）概念：一般指复制衰老，即体外培养的正常细胞经过有限次数的分裂后，停止分裂，细胞形态和生理代谢活动发生显著改变的现象。1、1881年，魏斯曼指出细胞分裂能力是有限的。2、Carrel认为细胞永生不死。当前第69页\共有112页\编于星期四\17点3、Hayflick界限（1）实验证据：老男和少女细胞共同培养，显示细胞内部决定衰老。（2）概念：细胞、至少是培养的细胞，不是不死的而是有一定寿命的。它们的增殖能力不是无限的，而是有一定界限的。这就是有名的Hayflick界限。当前第70页\共有112页\编于星期四\17点体外培养细胞增殖与个体寿命的关系物种成纤维细胞传代数个体最长寿命（年）龟90-125175水貂30-3410鸡15-3530小鼠14-283.5人胚胎40-60110出生至15岁20-4015岁以上10-30早老病患者2-1010-20

当前第71页\共有112页\编于星期四\17点味觉丧失64％肾小球减少44％肾小球过滤率减少31％脊神经元减少37％神经传导速度减慢10％脑供血量减少20％肺活量减少44％细胞在体内条件下的衰老特点

——一名男子从36岁到75岁当前第72页\共有112页\编于星期四\17点高等动物体内存在了3种不同类型的细胞：接近于动物的整体寿命的细胞，如神经元和肌肉细胞等。在胚胎发育终了时，这些细胞不再增加数量，在个体的生长期中它们可增长细胞体积，以使其与躯体成比例。它们随着个体衰老而衰老，或者由于这些细胞的衰老、死亡引起个体死亡。缓慢更新的细胞，它们的寿命短于动物的平均寿命，如肝细胞，胃壁细胞等。快速更新的细胞，如皮肤的表皮细胞、红细胞和白细胞等。当前第73页\共有112页\编于星期四\17点1、细胞核的变化（1）随着细胞分裂次数的增加不断增大；（2）核膜内折，染色质固缩化。（二）衰老的特征2、内质网的变化衰老动物内质网弥散性地分散于核周胞质中，粗面内质网的总量似乎是减少了。当前第74页\共有112页\编于星期四\17点3、线粒体的变化:通常细胞中线粒体的数量随龄减少，而其体积则随龄增大。4、致密体的生成：溶酶体和线粒体转化来5、膜系统的变化：（1）膜流动性降低、韧性减小;（2）衰老细胞间间隙连接减少;（3）离子转运效率下降,兴奋性降低。

当前第75页\共有112页\编于星期四\17点二、细胞衰老的分子机制(一)复制衰老(RS)的机制端粒缩短作为一种DNA损伤诱导p53的表达,继而诱导p21表达,抑制CDK活化,使得Rb不能被磷酸化,E2F持续失活,使G1/S的转换被停滞,从而阻断细胞周期的正常运行,引发复制型细胞衰老。当前第76页\共有112页\编于星期四\17点(二)胁迫诱导的早熟性衰老(SIPS)氧化损伤理论：代谢过程中产生的活性氧基团或分子引发的氧化性损伤积累导致衰老。(三)单细胞生物的衰老酵母染色体外rDNA环（ERC）的积累，导致细胞衰老。当前第77页\共有112页\编于星期四\17点（四）沉默信息调节蛋白复合物（Sircomplex）与衰老：Sircomplex存在于异染色质区，其作用在于阻断所在位点DNA转录。（五）SGS1基因和WRN基因与衰老：SGS1基因和WRN基因同源,编码解旋酶;酵母sgs1突变体寿命明显短于野生型（平均9.5代:24.5代）;wrn突变引发早老症。（六）发育程序与衰老:（七）线粒体DNA与衰老:Sen-DNA(80年代);mtDNA突变积累与细胞衰老有关。 当前第78页\共有112页\编于星期四\17点三、细胞衰老与个体衰老和癌症的关系(一)对于多细胞生物,特别是哺乳动物,现有的细胞衰老模型尚不能解释个体衰老。体外培养细胞与体内细胞差异巨大。（二）细胞衰老是有机体在长期演化过程中形成的防止细胞过度生长或癌化的一种保护机制。当前第79页\共有112页\编于星期四\17点早老症是人体衰老中的一种病症当前第80页\共有112页\编于星期四\17点研究发现，不论是单细胞生物还是多细胞生物，其细胞死亡往往受到细胞内某种由遗传机制决定”的死亡程序“控制，称为细胞程序性死亡（programmedcelldeath,PCD）。广泛存在于动物细胞、植物细胞、真菌细胞和细菌中。程序性细胞死亡当前第81页\共有112页\编于星期四\17点（一）细胞凋亡(Apoptosis)1、概念和特征：（1）概念：指受基因控制的主动的生理性细胞自杀行为。（2）特征：一、动物细胞的程序性死亡当前第82页\共有112页\编于星期四\17点凋亡的起始：细胞表面的特化结构如微绒毛消失，细胞间接触的消失，但细胞膜依然完整；线粒体大体完整，但核糖体逐渐从内质网上脱离，内质网囊腔膨胀，并逐渐与质膜融合；染色质固缩，形成新月形帽状结构等形态，沿着核膜分布。凋亡小体形成：核染色质断裂为大小不等的片段，与某些细胞器如线粒体一起聚集，为反折的细胞质膜所包围。细胞表面产生许多泡状或芽状突起，逐渐形成单个凋亡小体。凋亡小体逐渐为邻近的细胞吞噬并消化。当前第83页\共有112页\编于星期四\17点2、生理意义（1）对动物个体的正常发育，自稳态的维持，免疫耐受的形成，肿瘤监控等多种生理及病理过程有重要意义。（2）是一种生理性保护机制，能够清除体内多余、受损或危险的细胞。（3）细胞凋亡失调会引发多种疾病。当前第84页\共有112页\编于星期四\17点当前第85页\共有112页\编于星期四\17点当前第86页\共有112页\编于星期四\17点

顺铂处理CaCl2溶液处理正常细胞坏死细胞3、细胞凋亡的检测方法（1）形态学观测：染色法、透射和扫描电镜观察。当前第87页\共有112页\编于星期四\17点鼠肝细胞AO/EB荧光双染当前第88页\共有112页\编于星期四\17点细胞色素c诱导的凋亡细胞DNA电泳图1．细胞色素c诱导0h2．细胞色素c诱导1h3．细胞色素c诱导2h4．细胞色素c诱导3h5．细胞色素c诱导4h6．阴性对照7．Marker

（2）DNA电泳：DNA片段呈现梯状条带。当前第89页\共有112页\编于星期四\17点（3）TUNEL测定法：对DNA断裂产生的3`-OH末端进行原位标记。（4）彗星电泳法（cometassay）：单细胞电泳（5）流式细胞分析：采用碘化丙啶使DNA产生激发荧光，用流式细胞仪检出凋亡的亚二倍体细胞。当前第90页\共有112页\编于星期四\17点4、诱导细胞凋亡的因子（1）物理性因子，包括射线（紫外线，射线等），较温和的温度刺激（如热激，冷激）等。（2）化学及生物因子：包括活性氧基团和分子，DNA和蛋白质合成的抑制剂，激素，细胞生长因子，肿瘤坏死因子等。当前第91页\共有112页\编于星期四\17点5、细胞凋亡的分子机制(1)Caspase依赖性的细胞凋亡①Caspase概念：是一组存在于胞质溶胶的结构上相关的半胱氨酸蛋白酶，它们都能特异地断开天冬氨酸残基后的键，因此称为Cysteineasparticacicspecificprotease，Caspase。活化：除将Ｎ端肽段切除以外，还需在两个亚基连接区的Ａsp位点切割，形成两个亚基组成的异二聚体。凋亡起始者Caspase2,8,9,10,11同性活化.凋亡执行者Caspase3,6,7异性活化.当前第92页\共有112页\编于星期四\17点caspase超家族成员及其相应底物当前第93页\共有112页\编于星期四\17点②途径:死亡受体其始的外源途径和线粒体起始的内源途径。当前第94页\共有112页\编于星期四\17点③Bcl-2家族

Bcl-2是一种原癌基因，是ced-9在哺乳类中的同源物，能抑制细胞凋亡，延长细胞生存，而不是促进细胞增殖。Bcl-2家族成员的基因中，常常含有三个保守的Bcl-2同源区，即BH1、BH2和BH3，它们是调节细胞凋亡以及蛋白质相互作用所必需的。当前第95页\共有112页\编于星期四\17点BCL-2家族成员当前第96页\共有112页\编于星期四\17点(2)Caspase非依赖性的细胞凋亡线粒体发挥关键作用：①凋亡诱导因子（AIF):位于线粒体外膜。凋亡时转移到细胞质内，进而进入细胞核，引起核内DNA凝集并断裂成50bp的片段。②限制性内切核酸酶G（EndoG）：Mg2+依赖性核酸酶，在线粒体中负责DNA的复制和修复。凋亡时，从线粒体释放进入细胞核，对核DNA进行切割，产生以核小体为单位的DNA片段。当前第97页\共有112页\编于星期四\17点(3)细胞凋亡的调控①Caspase抑制因子（IAP):直接与Caspase活性分子结合，阻抑其对底物的切割，包括c-IAP家族，c-FLIP，BAR，ACR，都含有由70个氨基酸残基组成的BIR结构域，是抑制凋亡必需的。②内源性凋亡激活因子：Smac/DIABLO和Om