微生物学：原核生物.ppt

1、原核生物：细胞核无核膜包裹，只有裸露的DNA的原始单细胞生物，即广义的细菌。 包括真细菌和古生菌。 据外表特征可分为六类：细菌（狭义）、放线菌、蓝细菌、支原体、立克次氏体和衣原体。,第一章：原核微生物形态、构造和功能,细菌（bacteria） 放线菌(actinomycetes）) 蓝细菌(cyanobacteria) 其他几种原核微生物(others),细菌是一类细胞体积小、结构简单、细胞壁坚韧、以二分裂方式繁殖和水生性较强的原核微生物。 应用：工业、农业、医药、环保、国防等。 危害：人、动物、植物的传染病、食物和工农业产品腐烂变质。,细菌（Bacteria）,细菌的形态 观察细菌的方法 细

2、菌细胞的大小 细菌的细胞构造 细菌的繁殖方式,细菌的群体形态,细菌的形态构造及其功能,细菌细胞形态:根据细胞分裂的方向及分裂后的各子细胞的空间排列状态不同,可分为以下几种:,球菌(Coccus) 杆菌(Bacillus) 螺旋菌(Spirlla) 其他形状的细菌,球菌(coccus),单球菌 双球菌 四联球菌 八叠球菌 葡萄球菌 链球菌,单球菌（显微镜下示意图）,单球菌(single coccus),双球菌（显微镜下示意图）,双球菌(double coccus),上：显微镜效果 下：电 镜 照 片,四联球菌(Micrococcus lactis),八叠球菌(Sarcina ureae),八叠球

3、菌（显微镜下示意图）,葡萄球菌,左：电镜照片 右：显微镜下的金黄色葡萄球菌,葡萄球菌(Staphylococcus aureus),链球菌,链球菌（显微镜下示意图）,链球菌（电镜照片）,显微镜下的杆菌,杆菌(bacillus),短杆菌,长杆菌,梭状芽孢杆菌,杆菌(bacillus),电子显微镜下的结核菌 （绿色的就是结核杆菌）,杆菌,动物宿主细胞感染杆菌濒临死亡,电镜照片,链杆菌,链,显微镜下的链杆菌,螺旋菌（Spirlla),根据其弯曲情况分为:,显微镜下的螺旋菌,幽门螺旋菌,左：显微数码摄像,右：结构示意图,柄细菌,其他形状的细菌,柄细菌(Caulobacter bacterroides)

4、,变形菌,Different Shapes,Fig. 4.11,Fig. 4.11,观察细菌的方法,观察工具 观察方法,观察工具（tools）,普通光学显微镜,暗视野显微镜,相差显微镜,荧光显微镜,电子显微镜,microorganisms can be observed using a microscope,钩端螺旋体(暗视野显微镜),相差显微镜实拍图:细菌,荧光抗体染色：大肠杆菌,电子显微镜下大肠杆菌,用显微镜观察细菌的方法,活体观察 染色观察,细菌染色法,死菌,正染色,负染色：,简单染色法,鉴别染色法,革兰氏染色法,抗酸性染色法,芽 孢 染 色 法,荚膜染色法等,活菌: 用美蓝或TTC（氯

5、化三苯基四唑）等 作活菌染色,姬姆萨染色法,染色观察,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-）,革兰氏染色步骤示意图,细胞壁与革兰氏染色,革兰氏染色由丹麦医生C.Gram于1884年创立,细菌电子显微镜照片,细菌细胞的大小,(1)长度单位：微米(m) (2)表示： 球菌：直径 杆菌：宽长 螺菌：宽、长、螺距,通常 球菌直径：0.21.5m 杆菌: 长15m, 宽0.51m,细菌细胞的大小,细胞的大小是细菌分类特征,不同细菌细胞大小不同,同一细菌的不同菌龄细胞大小不同,细菌细胞大小还与营养等因素相关,细胞大小的测量结果只是近似值或平均值,2。1。2,

6、细菌细胞的结构,细菌细胞的结构,细胞壁 细胞壁以内的构造原生质体 细胞壁以外的构造,细胞壁（cell wall),细胞壁的结构 细胞壁 的功能 细胞壁 的化学组成 细胞壁与革兰氏染色 无壁细胞与原生质体,细胞壁的结构:最外的一层厚实、坚韧的外被。 主要成分是肽聚糖。,肽聚糖,细胞质膜,外壁层,Gram positive bacteria, G+,Gram negative bacteria, G,细菌的细胞壁(粉红色以外的部分),肽聚 糖,质 膜,外壁层,周质空间,革兰氏阳性,革兰氏阴性,细胞壁抛面结构,细胞壁的功能,固定细胞外形和提高机械强度，使其免受渗透 压等外力的损伤,为细胞的生长、分裂

7、和鞭毛运动所必需,阻拦大分子有害物质进入细胞,赋予细菌特定的抗原性以及对抗生素和噬菌体的敏感性,细 胞 壁 化学组成,高等植物 纤维素,霉菌 几丁质,酵母 甘露聚糖，葡聚糖,细菌,肽聚糖,N乙酰葡萄糖胺 N乙酰胞壁酸 短肽,脂多糖,磷壁酸,Structure of peptidoglycan,G-细菌,G+细菌,E.coli(左）与C.poinsettiae(右）肽聚糖中的肽桥,肽聚糖分子中的4种主要肽桥类型,NAG与NAM残基以-1,4糖苷键交替连接，形成聚糖的骨架(主链)；一组相同的短肽侧链接于NAM上；相邻主链上的短肽侧链通过一条肽桥相连，从而形成网状分子结构。,肽聚糖单体网状结构,G+

8、菌肽聚糖单体,G G肽聚糖的组成不同,肽尾第三氨基酸不同,G 赖氨酸,G 二氨基庚二酸,G，M都是1，4糖苷键连接,肽桥,G：5个甘氨酸,G：肽键,磷壁酸（teichoic acid）,占壁干重40-50%。是以磷酸多元醇分子的重复结构单位为主链（骨架）的阴离子多聚物。在多数情况下，磷壁酸分子中的磷酸多元醇是磷酸甘油，或磷酸核糖醇，因此，根据主链组成不同可以将磷壁酸分为两大类：,磷酸甘油型磷壁酸 核糖醇型磷壁酸,磷壁酸的功能,因带负电荷，故可与环境中的Mg等阳离子结合，提高这些离子的浓度，以保证细胞膜上一些合成酶维持高活性的需要。,保证革兰氏阳性致病菌与其宿主间的粘连,赋于革兰氏阳性细菌以特异

9、的表面抗原,提供某些噬菌体以特异的吸附受体,贮藏磷原素,调节细胞内自溶素（autolysin）的活力防止细胞死亡,LPS,类脂A：2个N乙酰葡糖胺及5个长链脂肪酸,核心多糖区,O特异侧链：多个4Hex单位，内含半乳糖、鼠李糖 甘露糖、阿比可糖(Abq)等,内核心区,3个2酮3脱氧辛糖酸,3个L甘油甘露庚糖,外核心区：5个己糖（Hex），包括葡糖胺、 半乳糖、葡萄糖,脂多糖（Lipolysaccharide)的组成,脂多糖功能,是革兰氏阴性细菌致病物质内毒素的物质基础,与磷酸相似，也有吸附Mg+、Ca2+等阳离子以提高这些离子在细胞表面的浓度的用；,由于LPS结构的变化，决定了革兰氏阴性细胞表

10、面抗原决定簇的多样性；,是许多噬菌体在细胞表面的吸附受体。,具有控制某些物质进出细胞的部分选择性屏障功能。,G G细胞壁成分的区别,Cncnc-micro,成 分,肽聚糖,磷壁酸,类脂质,蛋白质,占细胞壁干重的%,含量很高（30-95）,含量较高（50）,一般无（2）,0,含量很低（5-20）,0,含量较高（-20）,含量较高,G,G,1.通过结晶紫初染和碘液媒染，在任何细菌的细胞膜内都可形成不溶于水的结晶紫碘复合物。 2.革兰氏阳性细胞菌因壁厚，肽聚糖网的层次多和结构致密，以及不含类脂等原因，用脱色剂（乙醇或丙酮等）处理后， 可把结晶紫碘复合物仍阻拦在细胞内，故呈现紫色。 3.革兰氏阴性菌细

11、胞壁薄，外膜层类脂含量高（脂多糖、脂蛋白），以及肽聚糖层薄且交联松散，故用脱色剂乙醇处理后，以类脂为主的外膜迅速溶解薄而松散的肽聚糖不能阻挡染色剂的溶出，这种无色的细胞再经沙黄（番红）复染，就呈现红色,细胞壁与革兰氏染色,细胞壁与革兰氏染色,原生质体（左侧为大肠杆菌的原生质体， 右侧为杆状的大肠杆菌）,缺壁细菌,原生质体（左侧为大肠杆菌的原生质体， 右侧为杆状的大肠杆菌）,缺壁 细菌,实验室中形成,自然界长期进化中形成：支原体,自发缺壁突变：L型细菌,人工方法去壁,彻底除尽：原生质体,部分去除：球状体, 原生质体的特性与应用,革兰氏阳性菌最容易形成原生质体，这种原生质体除了对相应的噬菌体缺乏敏

12、感性、不能进行正常的鞭毛运动和细胞不能分裂外，仍保留正常细胞所具有的其它正常功能。 不同菌种或菌株的原生质体易发生细胞融合，因而可用于杂交育种；另外，原生质体比 正常细胞更易导入外源性遗传物质，因而有利于遗传学基本原理的研究。,细胞壁以内的构造原生质体,细胞质膜（cell membrane） 细胞质和内含物(cytoplasm and inclusion body) 核区(nuclear region or area) 特殊的休眠构造芽孢(endospore,spore),(二)细胞膜(cytoplastic membrane),膜蛋白在生物膜中的分布和种类,a:内嵌蛋白；b 、c : 内嵌蛋

13、白或整合蛋白；,d:外周蛋白；e:多酶复合体；f:脂双分子层,细胞膜组成,f,细菌染色体DNA的复制模式,细胞膜的功能,控制细胞内、外的物质的运送、交换,维持细胞内正常渗透压以保证屏障作用；,合成细胞壁各种组分和荚膜等大分子的场所；,进行氧化磷酸化或光合磷酸化的产能基地；,许多酶和电子传递链组分的所在部位；,鞭毛着生点和提供其运动所需的能量等。,细胞质(cytoplasm )和内含物( inclusion body),贮藏物(reserve granule) 磁小体(megnetosome) 羧酶体(carboxysome) 气 泡(gas vocuoles),糖原：大肠杆菌、克雷伯氏菌、 蓝

14、细菌芽孢杆菌等,聚羟丁酸： 固氮菌、产碱菌、肠杆菌,氮源类,藻青素：蓝细菌含有,藻青蛋白：蓝细菌含有,磷源（异染粒）：迂回螺菌、白喉棒杆菌和分枝杆菌含有,硫源：迂回螺菌菌、白喉棒杆菌、结核分枝杆菌,碳源及能源类,贮藏物：一类由不同化学成分累积而成的不溶性颗粒，主要功能是贮存营养物。,红色螺菌的电子显微镜图片,Poly-hydroxybutyrate,PHB,PHB的化学结构式,H,C,H,H3,C,C,C,H,H,H,O,O,O,n,n106,-羟基丁酸（PHB）：通常在显微镜下，显现为一种折光性很强 的小体。碳源类贮藏物，不溶于水，具有贮藏能量、碳源和降低 细胞内渗透压的作用。可制作易降解且

15、无毒的医用塑料器皿和外 科用的手术针及缝线。,OH,P,O,H,n,H,O,O,异染粒（metachromatic granule）,n=2106,异染粒：成分：多聚偏磷酸盐。 功能：贮藏磷元素和能量，并可降低细胞的渗透压。,藻青素（cyanophycin）：属于氮素贮藏物，同时还具有贮藏能源的作用。,CO2,Asp,CO,H3N+,n,Asp,Asp,CO,CO,NH,NH,NH,Arg,Arg,Arg,磁小体(megnetosome),1975年由R P BlakemoreD 在趋磁细菌中发现,主要成分是Fe3O4 外被一层磷脂、蛋白或糖蛋白膜,是 单磁畴晶体,无毒,大小20100nm,每

16、个细胞有2 20颗,形状为平截八面体、平行六面体或六棱柱体等,功能 导向作用，即借助鞭毛游向泥、水界面微氧 我 环境处生活,实用前景： 生产磁性定向药物或抗体，以及制造生物传感器,羧酶体（carboxysome）,存在于一些自养细菌内的多角形或六角形内含物,大小约10nm（与噬菌体相仿）,内含1，5二磷酸核酮糖羧化酶,在自养细菌的CO2固定中起关键作用,气泡（gas vocuoles）,是许多光合型、无鞭毛水生菌中充满气体的泡囊状内含物,大小为0.2-1.0um75nm,内由数排柱形小空泡组成，外有2nm厚的蛋白膜包裹,每个细胞中含几个或数百个气泡,功能：调节细胞比重以使细菌漂浮在最适水层中获

17、取光能、 O2，和营养物质,核区（nuclear region or area）,又称核质体、原核、拟核、核基因组(genome）,是一个大型环状DNA分子。长度为0.25-3.00mm,每个细胞所含的核区数一般1-4个,细菌除在染色体复制时间内呈双倍体外,一般均为单倍体,功能：负载遗传信息,细菌芽孢在光学显微镜下的形态及其在胞内的位置,某些细菌在其生长发育后期 ， 在细胞内形成一个圆 形或椭圆形、厚壁、含水量极低、抗逆性极强的休眠体,由于一个营养细胞内仅生成一个芽孢，无繁殖功能,芽孢是生物界中抗性最强的生命体。,芽孢在普通条件下可保持几年至几十年的生活力。,芽孢(endospore/spor

18、e),枯草芽孢杆菌,产芽孢细菌的种类 芽孢的构造 芽孢形成 芽孢的耐热机制 研究芽孢的意义 伴孢晶体 细菌的其他休眠构造,芽孢,产芽孢细菌的种类,好氧性的芽孢杆菌属 厌氧性的梭菌属,产生芽孢的细菌种类不多，主要是革兰氏阳性杆菌芽孢 杆菌科的两个属：,细菌芽孢构造的模式图,孢,孢外壁,芽孢衣,皮 层,芽孢质,芽孢核区,芽孢膜,芽孢壁,核心,芽孢的形成过程,芽孢的抗热性在于芽孢衣对多价阳离子和水分的透性差及皮层的离子强度高，皮层有极高的渗透压去夺取核心部分的水分，造成皮层充分膨胀，而核心部分形成高度失水状态，因而产生极强的耐热性。,芽孢耐热机制：渗透调节皮层膨胀学说,从皮层成分来看，它含有大量的交

19、联度低（6%）、负电荷 强的芽孢肽聚糖，它与低价阳离子一起引起了皮层的高渗透压，可解释芽孢与营养细胞的耐热性的差别。,研究芽孢的意义,菌种鉴定的重要的形态学指标,芽孢的存在有利于对菌种的保藏,可作为衡量消毒灭菌措施的主要指标。,肉类罐头：以肉毒梭菌为指标，121维持20分钟以上；,外科器材：以破伤风梭菌和产气荚膜梭菌为指标，121维持 10分钟或115维持30分钟；,发酵工业：以嗜热脂肪芽孢杆菌为标准，湿热灭菌条件为121 维持15分钟。干热灭菌为150160 维持12小时。,苏云金芽孢杆菌和伴孢晶体,少数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内毒素，称为伴孢

20、晶体。,实用意义： 细菌杀虫剂生物农药,细菌的其他休眠构造,细菌的休眠构造除上述芽孢外，还有孢囊（cyst,由固氮菌产生）等。,孢囊也是在逆境中产生的休眠体。,和芽孢一样没有繁殖功能。,孢 囊,细胞内浓缩并外包 多（410余层） 蛋白质、肽聚糖（近G菌） 抗热、辐射及药物等 无特殊贮藏物 芽孢杆菌属、梭菌属,芽孢与孢囊的比较,细胞壁以外的构造,糖被（glycocalyx） 鞭毛 (flage,复flaglla) 菌毛（fimbria,复fimbriae ） 性毛（pili,单数pilus）,鞭毛,菌毛,性毛,糖被,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

21、，称为糖被。,糖被的有无、厚薄与菌种 遗传性有关，还与环境条 件（特别是营养）密切相 关。,糖被按其有无固定层次、 层次薄厚又可分为荚膜、 微荚膜,粘液层,和菌胶团。,细菌负染后相差显微镜图片（示荚膜）,荚膜成分,多糖,纯多糖,杂多糖,多肽和多糖,蛋白质,葡聚糖,纤维素,果聚糖,多肽,海藻酸,透明质酸,聚-D-谷氨酸,荚膜功能,保护作用,贮藏养料,堆积代谢 废物,附着作用,保护细菌免受干旱损坏,防止噬菌体的吸附和裂解,使致病菌免受宿主白细胞吞噬,作为透性屏障或离子交换系介质,细菌间的信息识别作用,鉴定菌种,提取葡聚糖“代血浆”,胞外多糖：黄原胶用于石油开采,菌胶团用于处理污水,鞭毛（Flage

22、llum),生长在某些细菌体表的长丝状蛋白质附属物，称为鞭毛，其数目为一至数条，具有运动功能。,鞭毛一般长度为15-20um直径为 0.01-0.02um,观察鞭毛的方法:染料沉积使之加粗后用显微镜观察:常用电镜观察,判断鞭毛有无的方法:半固体培养基 平板培养菌落边缘,细菌鞭毛显微镜照片,鞭毛的类型,鞭毛的结构,Pseudomdnas fluorescens 的电镜照片,鞭毛,细菌线毛与鞭毛的电子显微镜图片,电镜下的大肠杆菌（示鞭毛）,细菌鞭毛的类型,鞭毛丝结构图解,：鞭毛蛋白亚基,每周为8-10个亚基,鞭毛蛋白亚基是一种球状蛋白，分子量3-6万,鞭毛丝由直径 4.5nm 的鞭毛蛋白亚基沿央孔

23、 道（直径为20nm）螺旋状缭绕而成。,鞭毛丝,S-M环,L环,P环,鞭毛杆,钩形鞘,外壁层,肽聚 糖层,周质空间,G细菌鞭毛基体 和 钩 形 鞘 结 构,细胞膜,Fli蛋白,Mot蛋白,鞭毛的功能,鞭毛是运动器官。 鞭毛有抗原性。 有的细菌其鞭毛与致病性有关。,运动的鞭毛,菌毛（Pilus),（伞毛、纤毛、线毛）,是长在细菌体表的一种纤细、中 空、短直、数量较多的蛋白质附 属物。,菌 毛,菌毛蛋白 0.0070.0090.520um 由菌毛蛋白亚基卷成中1数百根 空螺旋 附着，接合 细胞质 许多G杆菌和球菌,细菌的鞭毛和菌毛的比较,性毛（pili,单数pilus）,构造和成分与菌毛相同， 但

24、比菌毛长。,数量仅一至少数几根。,性毛一般见于革兰氏阴性细菌的雄性菌珠中。,其功能是向雌性菌珠（受体菌）传递遗传物质。,鞭毛,菌毛,性毛,糖被,DNA结合位点,细菌繁殖方式,形成两个子细胞,横隔壁形成,核分裂及细胞延长,裂殖：横分裂和纵分裂， 细菌一般为横分裂,多数细菌：对称二等分裂,分裂的三阶段过程,细菌群体的形态（细菌的培养特征）,细菌的菌落特征,细菌的其它培养特征,菌落：由单个微生物细胞在固体培养基表面（或内部）生长繁殖所形成的一堆肉眼可见的、有一定形态构造的子细胞集团，称为菌落。 菌苔：由某一纯种的大量细胞密集地接种到固体培养基表面，长成的各“菌落”连成一片的群体，称为菌苔。,细菌的菌

25、落,特征：湿润、较光滑、较透明、较粘稠、易挑取、质地均匀以及菌落正反面或边缘与中央部位的颜色一致,细菌菌落 细菌细胞的电子显微镜图片,固体培养基表面细菌菌落（照片）,Colony morphology,细菌菌落中的细胞形态 固体培养基上链球菌菌落的电镜扫描图片,菌落中的细胞形态（照片）,细菌菌落中的细胞形态 固体培养基上,菌落中的细胞形态（照片）,细菌菌落特征,细菌菌落特征剖面图,细菌菌落特征,细菌菌落特征正面图,返回鞭毛,细菌在琼脂培养基中穿刺培养的生长特征,细菌在半固体培养上的培养特征,a、丝状 b.有小刺 c.念珠状 d.绒毛状 e.假根状 f.树状,细菌在明胶培养基中穿刺培养并液化明胶

26、的特征,a:不液化；b:火山口状；c：芜菁状；d:漏斗状；e:袋状；f:层状,返回鞭毛,细菌在肉汤培养基中的表面生长特征,细菌在肉汤培养基中的表面生长特征,絮状,环状,浮膜状,膜状,放线菌(actinomyces),什么是放线菌,放线菌的形态构造,放线菌的繁殖,放线菌的菌落特征,放线菌的生理,放线菌与人类生活,放线菌是一类具有丝状与枝细胞的细菌,有原核,菌丝直径与细菌相仿,细胞壁的主要成分是肽聚糖,放线菌噬菌体的形状与细菌的相似,最适生长PH相近，一般呈微碱性, DNA重组的方式与细菌的相同,核糖体同为70S,对溶菌酶敏感,凡细菌所敏感的抗生素，放线菌也同样敏感,有的放线菌产生有鞭毛的孢子,其

27、鞭毛类型与细菌相同,放线菌的分布与生活方式,放线菌一般分布在含量较低；有机物丰富和呈 微生物碱性的土壤中。 107个g左右,能看到：北方春季深层黑土地的白丝,能闻到：泥土特有的“泥腥味”,放线菌的形态结构（模式图）,气生菌丝,孢子丝,分生孢子,基内菌丝,固体基质,基内菌丝（Substrate mycelium) 又称营养菌丝，功能是吸收营养，直径 0.2-1.2um长度100600um，色素可有可无。,Cncnc-micro,基内 菌丝,气生菌丝（Aerial mycelium) 基内菌丝长到一定时期，长出培养基外，伸向空间的菌丝，直径11.4um, 长短不一，形状不一，颜色较深。,Cncnc

28、-micro,气生菌丝,孢子丝(Reproductive mycelium) 当气生菌丝生长发育到一定阶段，气生菌丝上分化出的可形成孢子的菌丝。 孢子的形状及在气生菌丝上排列的方式随种而异。,放线菌孢子丝类型,直形,弯曲丛生,成束,单轮生无螺旋,开环钩形 原始螺旋形,松螺旋,紧螺旋,螺旋单轮生,无螺旋两级轮生,螺旋两级轮生,放线菌的菌落形态,菌落质地硬而且致密，菌落小而不广泛延伸,菌落表面呈紧密的绒状或坚实、干燥多皱。,接种针难以挑取，有时可挑碎，有时可将整 个菌落挑起。,Cncnc-micro,老龄菌：幼龄菌菌落与细菌难以区分。 菌落周围具放射状菌丝，,由于菌丝和孢子常具不同色素，使菌落 正面，背面呈不同色泽。,Cncnc-micro,2.2.3放线菌的生活史：,孢子 萌发,基内 菌丝,气生 菌丝菌丝,孢子丝,5 孢子丝分化形成的孢子,放线菌 生活史,放线菌的繁殖,放线菌的繁殖方式,分生孢子,孢子囊孢子,菌丝断裂,其他方式,（2）沿横隔断裂形成孢子,（3）成熟孢子,（1）孢子丝中形