第一章-原核微生物-课件

第一章原核微生物无核膜、线粒体、叶绿体等细胞器,主要代表是细菌和放线菌。第一节细菌细小、结构简单、胞壁坚韧、裂殖、水生性较强。

内容一、细菌的大小和形态

二、细菌的细胞结构和成分

三、细菌的繁殖

四、缺壁细菌

五、革兰氏染色机理和步骤一、细菌的大小和形态（一）、细菌的大小（分类特征之一）1.球菌：0.5-1.0

m2.杆菌：宽×长0.5-1.0×1.0-5.0

m3.螺旋菌：宽×长0.3-1.0×1.0-50

m注：1.种类不同，大小不同。2.同种细菌，菌龄、生长阶段或环境不同，大小不同。

3.只是近似值，而且与染色方法有关，干燥固定，缩短1/4-1/3；负染色，偏大。（二）、细菌单细胞形态1.基本形态球状、杆状、螺旋状。单球菌-

尿素微球菌双球菌-肺炎双球菌

（1）球菌链球菌-

乳链球菌四联球菌-四联微球菌八叠球菌-

藤黄八叠球菌葡萄球菌-金黄葡球菌（2）杆菌短杆菌长杆菌梭状芽孢杆菌球杆菌弧菌螺旋菌（3）螺旋菌螺旋体2.细菌的异常形态畸形物理和化学因素刺激。衰退形培养时间过长，营养缺乏，代谢排泄物积累过高。结核杆菌的正常形态结核杆菌的异常形态3.细菌的特殊形态（三）、细菌的群体形态1.固体培养基上的群体-菌落+菌苔（1）菌落（colony）母细胞分裂产生细胞群体，肉眼可见、有一定形态构造→分类依据。特征描述形态大小、边缘、光泽、隆起程度、颜色、透明度等。（2）菌苔（lawn）菌落的群体，片状或不规则状→不能为分类依据。细菌菌落：小，表面光滑、湿润、粘稠，结合不紧密，易挑起，质地均匀，颜色多样。肺炎链球菌铜绿假单胞菌沙门氏菌2.半固体培养基上的群体：用于菌种鉴定。如明胶液化、穿刺实验。3.液体培养基上的群体基本结构特殊结构细胞壁细胞膜细胞质细胞核糖被鞭毛芽孢、孢囊和伴孢晶体菌毛和性菌毛二、细菌的细胞结构和成分细胞壁细胞膜细胞质细胞核间体菌毛荚膜鞭毛芽孢基本结构特殊结构

（一）细胞壁1功能固形，保护屏障作用参与细胞生长、分裂和鞭毛运动与致病性、抗原性、噬菌体敏感性有关。

（1）G+菌的细胞壁——厚，成分单一。肽聚糖（90%）肽聚糖肽桥：(Gly）5肽尾:L-Ala，D-Glu，L-Lys，D-AlaNAG

NAM磷壁酸（10%）-G+菌所特有2化学组成肽聚糖真细菌细胞壁的特有成分。金黄葡球菌肽聚糖单体及其连接肽桥种类——差异决定了肽聚糖种类差异

(Gly)5

；D-Lys（星星木棒杆菌）；肽键（E.coli）肽桥连接方式：多为3-4连接，少为2-4连接。溶菌酶（泪液、卵清和鼻涕中）杀菌机制破坏β-1,4-糖苷键→破坏肽聚糖结构→细胞壁被破坏→菌体裂解。青霉素抑菌机制与D-Ala-D-Ala结构类似，合成细胞壁时，竞争性和甘氨酸转肽酶结合→干扰肽桥的形成。（2）G-菌的细胞壁①

结构外壁层（厚）内壁层（薄）脂多糖（外）磷脂（中）脂蛋白（内）肽聚糖层周质空间细胞膜肽聚糖膜磷壁酸内壁层(肽聚糖)磷脂LPS外壁层壁磷壁酸O特异侧链G+菌G-菌细胞壁蛋白质②成分脂多糖（LPS）--G-特有核心多糖+类脂A(内毒素的物质基础)+O-特异侧链。功能结构多变，决定G-菌抗原结构簇多样性；噬菌体的吸附位点；屏障，阻碍溶菌酶、青霉素等进入细胞膜。注：稳定性需要Ca2+，用EDTA去除Ca2+可破坏LPS→制备球状体。磷脂含量：G-菌（20%）；G+菌(2%)。外膜蛋白（G-菌特有）：嵌入LPS和磷脂中。G-菌（如E.coli）肽聚糖肽尾的第三个氨基酸为m-DAP肽桥：D-Ala—m-DAP（内消旋二氨基庚二酸，原核微生物所特有）。

肽聚糖

磷壁酸类脂蛋白质

脂多糖G+菌30-95%<50%2%0

0

G-菌5-20%020%60%

13%注：%指占干重3.G+和G-菌细胞壁化学组成比较4.G+和G-菌细胞壁结构比较

G+菌G-菌厚度20-80nm10-15nm分层情况一层二层外壁层(8-12nm)

内壁层(2-3nm)交联程度75%交联25%交联（紧密）（疏松）5.古细菌的细胞壁古细菌：嗜热菌、嗜盐菌、嗜酸菌、嗜碱菌、产甲烷菌，无真正的肽聚糖。甲烷杆菌属：假肽聚糖，NAM+N-乙酰塔罗糖醛酸,β-1，3糖苷键，三肽尾,1个氨基酸肽桥。甲烷八叠球菌：独特多糖，由半乳糖胺、葡糖醛酸、葡萄糖和半乳糖组成。（二）、细胞膜（略）

（三）、细胞质与内含物1.细胞质(略)2.颗粒状内含物（1）聚β-羟丁酸粒(PHB粒，细菌所特有)功能：储藏C源、能源、降低细胞渗透压。应用：医用塑料、生物可降解塑料。①产生PHB的微生物

产碱杆菌（研究最多）、自养黄杆菌、巨大芽孢杆菌、固氮菌和假单胞菌。②PHB的应用生活用品：瓶、袋、薄膜等；医用塑料：外科缝合线，药物载体等；生物载体：生物农药、肥料。③PHB重组DNA技术编码基因异源表达合成酶基因在欧文氏菌（Ervrinia

sp.)、E.coli

中表达等。合成酶基因在芥科植物、胡罗卜、甜菜、土豆、玉米中表达。（2）异染粒成份：被美蓝和甲苯铵蓝染成红紫色;

功能：储藏P源和能源。（3）硫粒：硫磺细菌，储存S和能源。（4）磁粒：磁性细菌（如水生螺菌和嗜胆螺菌）中，串状，成分为Fe3O4。感知磁场使细胞顺磁场方向排列。磁粒磁性细菌趋磁性细菌及其磁小体的应用（1）磁带的开发,均匀、无毒，容量大。（2）生物细胞与发酵产物的分离技术、废水中的重金属、细菌、藻类等吸附（3）制备药物和生物传感器（载体）(五)、细菌细胞的特殊结构

芽孢孢囊伴孢晶体糖被鞭毛菌毛和性菌毛1.芽孢(endospore)生长到一定生活时期，在菌体内形成（受质粒控制）的休眠体，圆形或椭圆形，壁厚、折光性较强，抗性强（抗热）。（1）结构与组成（2）芽孢的形态和着生位置（3）关于芽孢的几点说明不只是不良环境下的产物。是休眠体，抗高温。一个芽孢→一个细胞，不是繁殖方式。

部分G+菌产芽孢，但G-菌不产芽孢。（4）芽孢的生物学意义及实践意义生物学意义渡过不良环境，适者生存。实践意义分离芽孢杆菌菌种鉴定：形状,大小及位置可做依据。用于菌种保藏科研材料：研究形态发生与遗传控制。灭菌（培养基、食品等）是否彻底的指标。（5）芽孢的耐热机制（渗透调节皮层膨胀学说）皮层吸水膨胀芽孢衣不透水核心失水（耐热）（6）芽孢的形成（7）芽孢的萌发包括活化、出芽和生长三个阶段。（1）活化条件可逆，短期热处理、低pH、强氧化剂处理。如枯草芽孢杆菌，用60℃处理5min。（2）活化过程①芽孢衣富含Cys的蛋白构象变化，透性与酶活性↑；②芽孢衣蛋白被降解，外界阳离子进入皮层，皮层膨胀、溶解和消失；③水分入核心，酶被活化，细胞壁、新DNA、RNA和蛋白质开始合成→发育成新细胞。特点营养细胞芽孢形状杆状球或椭圆状折光率差强含水量高低Ca含量低高DPA、SASP含量无有mRNA量高低或没有抗热及辐射性弱强抗酸或化学试剂弱强染色性能良好极差溶菌酶敏感抗性保藏期短长（8）营养细胞和芽孢的比较2.孢囊(cyst)一些固氮菌在外界营养缺乏时，细胞壁加厚、细胞失水形成的圆形休眠体，抗干旱、不抗热。一个营养细胞→一个孢囊，不属于繁殖，条件适宜可萌发。特点芽孢孢囊形成方式浓缩后外包变圆加厚外壁层次4层以上3层以上外壁成分蛋白质、肽聚糖磷脂、脂多糖（近G+）（近G-）抗性强，抗热、抗干旱，稍抗热辐射和药物；和紫外线贮藏物无特殊贮藏物有PHB代表菌芽孢杆菌属，梭菌属；固氮菌属，粘细菌属芽孢和孢囊的比较（6个方面）3.伴孢晶体(pararsporalcrystal)在一些芽孢杆菌中，伴随着芽孢的形成而产生的菱形或双锥形的碱溶性毒性蛋白质结晶体，一般产生一个。应用生物农药：对鳞翅目（主要）、双翅目和鞘翅目的昆虫有毒杀作用。细菌杀虫剂-应用最广菌种：苏云金杆菌(BT)、青虫菌、日本金龟子芽孢杆菌和球形芽孢杆菌（BS）。晶体编码基因：cry基因，250个（2003年）。改造方向：杀虫范围、持效性。将cry基因导入烟草、玉米、棉花→抗虫品种。4.糖被（glycocalyx）细胞壁周围一层胶状物质（多糖、多肽和蛋白质）。（1）糖被类型包在单个细胞上包在细胞群上：层次固定松散，未固定在壁上：薄：微荚膜菌胶团粘液层厚：(大)荚膜（2）糖被的功能保护：防干燥、重金属、phage吸附、白细胞吞噬。贮存养料（贮存碳源和能源）以及堆积代谢物；附着：如唾液链球菌产已糖基转移酶，转化蔗糖为果聚糖，黏附牙齿上，发酵糖产乳酸→龋齿。有益：菌种鉴定；药物和生化试剂：肠膜明串珠菌的葡聚糖→生化制剂和代血浆工业原料：黄原胶→石油钻井液添加剂。污水处理：菌胶团。（3）糖被的影响有害：致病：肺炎链球菌污染：如肠膜明串珠菌污染糖汁、酒类、牛乳和面包，导致发粘变质。5.鞭毛（flagellum）（1）鞭毛的结构细长,波浪弯曲，由鞭毛蛋白组成，无（9+2结构）。鞭毛杆环鞭毛钩鞭毛丝基体L环P环S环肽聚糖LPS细胞膜G-菌鞭毛结构M环细胞膜肽聚糖荚膜菌毛鞭毛外壁层G+菌G-菌环S和M环（2）作用：运动（拴菌实验），转动。（3）着生方式-端生、周生和侧生鞭毛的有无，着生方式及数目可做分类依据。（4）如何检测是否有鞭毛？电镜鞭毛染色，压片法、悬滴法半固体穿刺培养菌落形态大，薄、不规则，边缘不平整→有鞭毛。圆滑，边缘平整，厚→无鞭毛。6.菌毛(fimbriae)比鞭毛更细、更短、更直挺的细丝，由纤毛蛋白组成。功能：不是运动。细菌粘附形成菌膜.吸附；传递遗传物质→性菌毛。总结：如何从形态、数目、着生部位、成分和功能五个方面比较鞭毛和菌毛的不同？三、细菌的繁殖1.裂殖:常见。（1）二分裂：等二、不等二分裂（柄细菌）（2）三分裂：绿色硫细菌，一分为三，呈Y形（3）复分裂：蛭弧菌2.芽殖(少数)四、缺壁细菌1.原生质体（Protoplast)

溶菌酶处理G+菌，细胞壁完全丧失，无繁殖能力。2.球状体(sphaeroplast)

溶菌酶与EDTA共同处理G-菌，除去部分细胞壁，又称原生质球，无繁殖能力。3.L-型细菌（L-formofbacteria）发生突变(低青霉素浓度或高渗液下)，性状稳定，有繁殖能力，如链珠状链杆菌。菌落呈“油煎蛋”状，

最早由李斯特(Lister)研究所发现，故称L型-细菌。五、革兰氏染色1.染色过程初染（草酸铵结晶紫）→媒染（碘液）→脱色（95%乙醇）→复染（蕃红）。2.原理

1884年，丹麦医生Gram发明。

根据细胞壁结构和成分的不同。（1）G+菌染色机理

①肽聚糖层厚,交联度高（75%）,有磷壁酸填充→网眼小。

②类脂少,乙醇的脱水使网眼更缩小或关闭。

脱色不会抽提出结晶紫-碘复合物→菌体紫色。

复染不会进入太多的蕃红，若进入，也掩盖不了紫色→菌体仍呈紫色。（2）G-菌染色机理

①肽聚糖层薄,交联程度低(25%)→网眼大。②类脂含量高,乙醇脱色时溶解类脂→外壁层有缝隙→结晶紫-碘复合物被抽提→菌体无色。复染时,蕃红大量进入→菌体红色。甲菌乙菌初染结晶紫媒染碘液脱色乙醇复染沙黄紫色(G＋)红色(G-)细胞壁与革兰氏染色3.注:乙醇脱色关键（30s）。G-菌如果乙醇脱色不足→阳性。G+菌如果乙醇脱色过度→阴性。老龄G+菌种或死菌种→误染为阴性。4.附：G+和G-菌对抗生素敏感度的不同（P16）青霉素和磺胺类药物：G+敏感，G-不敏感；链霉素、氯霉素和四环素：G+不敏感，G-敏感。第二节放线菌（actinomycetes）丝状生长，以孢子繁殖、G+，陆生性强的细菌。一、形态结构二、繁殖三、代表属四、应用基本内容一、形态结构1.形态：各种菌丝孢子萌发多核单细胞菌丝分化成各种形态菌丝放线菌孢子丝2.菌落特征小，致密，干燥、多皱紧密绒状、坚实不易挑起多种颜色：表面、背面土腥味（土霉素）

液体培养→菌丝团。3.结构(似细菌)细胞壁肽聚糖的类型

Ⅰ型:含L-DAP和Gly。Ⅱ型:含mDAP和Gly

。Ⅲ型:含mDAP.Ⅳ型:含mDAP、阿拉伯糖和半乳糖.

在分类与鉴定上有重要的意义.二、繁殖菌丝断裂孢子孢囊孢子：如孢囊链霉菌属，游动放线菌属。分生孢子:特点：抗干燥强，抗热不强。多为65℃，10～15min失活（嗜热放线菌例外）。孢囊分生孢子三、代表属1.链霉菌属(Streptomyces)

产抗生素放线菌，90%为链霉菌，如链霉素、红霉素、土霉素、四环素等。2.放线菌属（Actinomyces)

多为致病菌,只有营养菌丝,如衣氏放线菌（化脓，内源性感染，可用磺胺、青霉素等治疗）和牛放线菌（化脓、骨质糜烂等）。3.诺卡氏菌属（Nocardia）多数只有营养菌丝，没有气生菌丝。产抗生素（如万古霉素、头孢菌素等）4.小单孢菌属（Micromonospora)无气生菌丝；有分枝小梗，顶端着生一个孢子；产多种抗生素，如庆大霉素（抑制G-菌蛋白质合成，但金葡球菌对其敏感）、利福霉素（抑制G+菌RNA合成,如治疗肺结核）。四、应用1.生产抗生素和生化药物（1）生产抗生素：放线菌，霉菌，细菌。（2）生产生化药物抗癌剂：如放线菌素D，与DNA结合，阻挡RNA聚合酶移动→抑制RNA合成；酶抑制剂：如α-葡萄糖苷酶抑制剂-阿卡波糖

；杀虫剂：杀虫链霉菌对红蜘蛛、蛾，天牛等杀伤。2.提高土壤肥力：5406菌肥（吲哚乙酸、生长素），固氮（如内生放线菌-弗兰克氏菌属和非豆科植物）。

3.环境保护：分解纤维素、石蜡、橡胶，提高土壤肥力。少数可引起病害。一、蓝细菌（蓝藻）