第一章原核生物的形态、构造和功能.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,二、微生物学的知识体系,微生物学,生态,与多样性,感染与免疫,遗传,基因表达调控,基因工程,分类,形态结构,营养代谢,生长繁殖,系统发育,发酵工业,食品,药物,生物制品,环保,1,第一章 原核生物的形态、构造和功能,第一节 细菌,第二节 放线菌,第三节 蓝细菌,第四节 支原体、立克次氏体和衣原体,2,原核生物,即广义的细菌，指一大类细胞核无核膜包裹，只存在称作,核区,（,nuclear region,）的裸露,DNA,的原始单细胞生物。（真细菌、古生菌）,根据外表特征分为,6,大类,三菌三体,细菌,（狭义的）,放线菌,蓝细菌,支原体,立克次氏体,衣原体,3,细菌的三种基本形态,球状、杆状及螺旋状,数量：杆菌最为常见，球菌其次，螺旋菌较少。,球菌（,Coccus,）,根据分裂的,方向,及分裂后的,排列方式,分为：,单球菌,双球菌,链球菌,四联球菌,八叠球菌,葡萄球菌,单球菌,分裂后的细胞分散而单独存在的球菌,.,如尿素微球菌,(,Micrococcus ureae,),双球菌,分裂后两个球菌成对排列的为双球菌,.,如肺炎双球菌,(,Diplococcus pneumoniae,),链球菌,分裂是沿一个平面进行，分裂后细胞排列成链状,.,如乳链球菌 （,Streptococcus lactis,）,四联球菌,分裂是沿两个相垂直的平面进行，分裂，分裂后每四个细胞在一起呈田字形,.,如四联微球菌,（,Micrococcus tetragenus,）,八叠球菌,按三个互相垂直的平面进行分裂后，每八个球菌在一起成立方体形,.,如藤黄八叠球菌,（,Sarcina ureae,),葡萄球菌,分裂面不规则，多个球菌聚在一起，像一串串葡萄。,如金黄色葡萄球菌（,Staphylococcus aureus,),杆菌（,Bacillus,）,杆菌的形态：,短杆状、长杆状、棒杆状、梭状杆状、月亮状、竹节状等；,杆菌是细菌中,种类最多,的类型,大肠杆菌,E.coli,.,肺结核分支杆菌,沙门氏杆菌,炭疽热杆菌,螺旋菌（,Spirilla,）,弧菌,（,vibrio),螺菌,（,spirillum,）,螺旋体（,spirochaeta),Unusually shaped bacteria,细菌的大小,测量方法：测微尺,长度单位：,微米（,um),表示方法：,球菌：直径,(,微米,),杆菌：宽,X,长,(,微米,),螺菌：宽,X,长,(,微米,),最大细菌,Thiomargarita,namibiensis,（纳米比亚嗜硫珠菌）,0.32-1.00mm,最小细菌,nanobacteria(,纳米细菌）,50nm,(,或,0.05um),细菌染色法,微生物染色方法一般分为,:,单染色法、复染色法。,单染色法,：用一种染料使微生物染色，但不能鉴别微生物。,复染色法,：是用两种或两种以上染料，有协助鉴别微生物的作用。故亦称鉴别染色法。,常用的复染色法有：,革兰氏染色法；,抗酸性染色法；,特殊染色法（鉴别细胞各部分结构：如芽胞、鞭毛、荚膜、细胞核等）。,（二）构造,1,、细菌细胞的一般构造,细胞壁 （,cell wall,）,基本成份,肽聚糖,革兰阳性菌特有成份,磷壁酸,革兰阴性菌特有成份,外膜,（,1,）,G,+,细菌的细胞壁,肽聚糖,占90%,磷壁酸,占10%,G,+,细菌肽聚糖（,peptidoglycan,）,肽聚糖又称粘肽，是真细菌,细胞壁,特有的成分。由,双糖单位、四肽侧链、肽桥,（或肽键）组成。,磷壁酸（,teichoic acid,）,是,G,+,菌细胞壁的特有成分，分,壁磷壁酸,和,膜磷壁酸,。,磷壁酸是,G,+,菌重要的表面抗原；膜磷壁酸可以粘附宿主细胞，与细菌的致病性有关。,（,2,）,G,-,细菌的细胞壁,肽聚糖（,peptidoglycan,）占,5-20%,外膜（,outer membrane,）：,脂多糖、磷脂、外膜蛋白,。,G,-,细菌肽聚糖（,peptidoglycan,）,由,双糖单位、四肽侧链、肽键,组成。大肠杆菌,E.coli,与,G,+,细菌肽聚糖的区别,1,、四肽尾的第三位氨基酸被,m-DAP,代替；,2,、无特殊肽桥，肽尾间通过,肽键,直接相连；,3,、交联结构较为疏松。,青霉素及溶菌酶的作用部位,外膜,脂多糖,、磷脂、外膜蛋白。,35,脂多糖（,lipopolysaccharide LPS,）,位于磷脂外侧，,是,G,菌的,内毒素,，,由内向外依次由类脂,A,、核心多糖和,O-,特异侧链组成。,类脂,A,:,内毒素的毒性成分,;,核心多糖,:,构成,G-,菌的属特异性抗原,;,O-,特异侧链,:,构成,G-,菌的菌体抗原，也称为,O,抗原,.,磷脂,与细胞膜化学组成类似，与物质交换有关。,37,外膜蛋白,脂蛋白：孔蛋白：,G,-,细菌与,G,+,细菌一系列生物学特性的比较,革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌细胞壁结构比较,细胞壁结构,革蓝氏阳性菌,革蓝氏阴性菌,厚度,厚，,1550nm,薄，,1015nm,肽聚糖含量,多，占胞壁干重,30-95%,少，占胞壁干重,5-20%,左右,脂类含量,一般无,(2%),多，约,20%,磷壁酸,有,无,外膜,无,有,脂蛋白,无,有,脂多糖,无,有,古生菌（,Archaea,）的细胞壁（略）,包括,产甲烷菌,以及大多数,嗜极菌,如极端嗜盐菌、极端嗜热菌等,古生菌的细胞壁中不含肽聚糖，由假肽聚糖、糖蛋白、蛋白质组成,假肽聚糖：产甲烷杆菌,41,细胞壁,革兰氏染色,结晶紫初染,碘液媒染,乙醇脱色,番红复染,42,抗酸性染色法,检查抗酸细菌(如结核杆菌、麻风杆菌、分支杆菌等)的一种特殊染色法。常用的是先以浓石炭酸复红加温初染，随即以盐酸酒精或硫酸水脱色，最后用美蓝液复染。如属于抗酸细菌，呈红色，因菌体有抗御酸类脱色的特性，故能保持初染的红色。如属于一般细菌，则呈蓝色，因菌体无抗酸能力，初染的红色被酸类所脱去，故被复染成蓝色。,抗酸性染色原理,分支杆菌的细胞壁有特殊的脂类物质分枝菌酸，分支菌酸厚且呈蜡质，可以抵御酸性酒精的脱色作用。,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,（,L-form of bacteria,）,人工方法去壁,彻底除尽：,原生质体,（,protoplast,）,部分去除：,球状体,（,sphaeroplast,）,缺壁细菌,(cell wall deficient bacteria,）,细胞壁的功能,维持细菌的固有外形，保护细胞免受渗透压等外力的损伤；,为细菌的生长、分裂和鞭毛运动所必需；,阻拦大分子有害物质进入细胞；,与细菌的抗原性和对噬菌体的敏感性密切相关。,46,细菌细胞的一般构造,细胞膜（,cell membrane,）,与真核细胞膜的不同点：,不含胆固醇,、形成,间体,。,间体（,mesosome,，或中体）,：细菌细胞膜内陷形成的中隔，可增加细胞膜的表面积，参与细菌的呼吸、生物合成和细菌分裂。,细胞膜的功能,1,、物质交换：选择性通透作用，摄取营养，排出代谢产物。,2,、生物合成：细菌无细胞器，合成酶位于细胞膜。粘肽、磷壁酸、磷脂、脂多糖、荚膜、鞭毛等多种菌体成分在细胞膜上合成。,3,、呼吸作用：各种呼吸酶，包括细胞色素、脱氢酶等均在细胞膜上，相当于真核细胞的线粒体，是细菌能量代谢的场所。,4,、协助鞭毛运动。,48,细菌细胞的一般构造,细胞质和内含物,细胞质化学组成：主要成分是水、蛋白质、核酸、脂类，少量糖类和无机盐。,内含物如大量,核糖体,、,胞浆颗粒,以及,质粒,。,49,核糖体（,ribosome),是分散在细胞质中的颗粒状结构，由核糖体核酸（占,60%,）和蛋白质（占,40%,）组成。,细菌的核糖体,沉降系数为：,70s,，由,50s,大亚基和,30s,小亚基构成。,功能：,是细胞合成蛋白质的机构。,50,胞浆粒状,聚,-,-,羟基丁酸（,poly-,-hydroxybutirate,，,PHB,）：,聚羟丁酸颗粒是许多细菌细胞质内常含有的,碳源,类储藏物.,PHB,不溶于水,易被脂溶性染料(如苏丹黑)着色。,功能:贮存碳源、能源和降低渗透压。,许多好氧菌和光合厌氧菌都含有聚羟丁酸颗粒。,异染颗粒,多聚偏磷酸盐的聚合物,功能：,贮存磷元素和能量，降低渗透压。,羧酶体,又称羧化体，是存在于一些自养细菌细胞内的多角形或六角形内含物。与CO,2,的固定有关。,54,细菌细胞的一般构造,核区（,nuclear region,）,由裸露的双股,DNA,盘绕组成，没有组蛋白包绕，也没有核膜包裹，因此叫,核质,，或称为,拟核,。,质粒,是细菌染色体外的遗传物质，由双股环状,DNA,构成。重要的常见质粒有,F,质粒、,R,质粒等。,细菌细胞的特殊构造,糖被（,glycocalyx,）,主要成分：多糖，少数为多肽（或复合型）。,荚膜,微荚膜,黏液层,菌胶团,荚膜（,capsule,或,macrocapsule),功能：,抗吞噬,抗不良环境,粘附作用 等。,细菌细胞的特殊构造,鞭毛,鞭毛是细菌的运动器,(,长,15-20um,直径,0.01-0.02um,），主要成分为蛋白质，构成细菌的,H,抗原,。,着生方式,：,鞭毛的构造,（以,E.coli,为例,),鞭毛的结构：,鞭毛丝,鞭毛 鞭毛钩,基体,61,鞭毛的观察,电镜,特殊鞭毛染色，在光学显微镜下观察,半固体穿刺培养,悬滴法观察,从固体培养基上的菌落形态判断,菌落形状大，薄且不规则，边缘极不平整，可能有鞭毛。,菌落十分圆滑，边缘平整且相对较厚，可能没有鞭毛。,63,“,栓菌”试验,“,旋转论”的证明,细菌细胞的特殊构造,菌毛（,fimbria,）和性毛,(pilus,）,普通菌毛是细菌的黏附结构。,性菌毛是细菌传递遗传物质的结构。,66,细菌细胞的特殊构造,芽孢和其他休眠构造,芽孢（,endospore,spore),结构：,特点：,芽孢耐热机制：,渗透调节皮层膨胀学说；,DPA-Ca,能形成芽孢的细菌种类,在杆菌中能形成芽孢的种类较多，在球菌和螺旋菌中只有少数菌种可形成芽孢。,产生芽孢的几个属：,(,Bacillus),芽孢杆菌属,(,Clostridium),梭状芽孢杆菌属,(Sporosarcina)芽孢八叠球菌属,69,细菌细胞的特殊构造,伴胞晶体,(parasporal crystal,）,伴孢晶体蛋白,(Parasporal crystal protein),又称,d,内毒素，是苏云金杆菌,(,Bacillus thuringiensis,),在形成芽孢时，形成的一类对昆虫具有毒杀作用的小分子蛋白质或多肽,。,晶体蛋白的形状,：,主要有菱形、方形、长方形、椭圆形、不规则形等。,伴孢晶体蛋白在碱性条件下能溶解成原毒素，而原毒素在蛋白酶的作用下可水解成具有杀虫活性的小分子多肽，是苏云金杆菌杀虫的主要活性成分。,70,(,三）细菌的繁殖,1,、裂殖（,fission,）,2,、芽殖（,budding,）,裂殖（,fission,）,芽殖（,budding,）,二、细菌的群体形态,（一）、在固体培养基上（内）的群体形态,（二）、在半固体培养基上（内）的群体形态,（三）、在液体培养基上（内）的群体形态,74,在固体培养基上（内）的群体形态,菌落概念：,菌落特征是细菌分类的依据之一,菌落和菌苔,在半固体培养基上（内）的群体形态,在液体培养基上（内）的群体形态,第二节 放线菌（,actinomyces,）,是一类主要,呈丝状生长,和以,孢子繁殖,的陆生性很强的原核生物（,G,+,）。,分布：,作用：,一、放线菌的形态构造,（典型放线菌,链霉菌,Streptomyces,的形态构造）,基内菌丝、气生菌丝、孢子丝。,放线菌的代表属,链霉菌属,(Streptomyces),共约,1000,多种。具有发育良好的菌丝体，菌丝体有基内菌丝、气生菌丝、和孢子丝之分；孢子丝和孢子的形态因种而异。,抗生素主要由放线菌产生，而其中,90%,由链霉菌产生。,81,第三节 蓝细菌（,Cyanobacteria,）,含有叶绿素,a,、无鞭毛、进行产氧型光合作用的,G,-,大型原核生物。,费氏蓝细菌,(Fischerella,),鱼腥蓝细菌,(Anabaena),；,粘杆蓝细菌,(Gloeotheca),皮果蓝细菌,(Dermacarpa),颤蓝细菌,(Oscillatoria,),用途,已知蓝细菌有,20,多种具固氮作用，故在农业上，尤其是热带，已成为保持土壤氮素营养水平的主要因素。在水稻田中培养蓝细菌作为生物氮肥，可以提高土壤的肥力。,临床上它能用于治疗肝硬化、贫血、白内障、青光眼、胰腺炎等疾病，对糖尿病、肝炎也有一定疗效。,作为食品和营养品。,83,蓝藻细胞的基本特征：,1,）,中心质,：,是遗传物质,DNA,所在的部位，相当于细菌的核区，称为中心质或中央体。,蓝藻细胞模式图,2,）光合作用片层,是位于细胞质部分的同心环样的膜片层结构，上面规则地排列着直径约,35nm,的小体，称藻胆蛋白体。,84,藻胆蛋白的作用是将光能传递给叶绿素,a,。,蓝藻不含叶绿素,b,所以光合效率比高等植物低。,蓝藻的光合作用于细菌不同：蓝藻放出氧气，而光合细菌不能放出氧气。,3,）细胞内含物,蓝藻细胞包含许多各具特点的内含物，包括蓝藻淀粉、脂滴、颗粒体、多磷酸脂体、多角体等。,内含物的形态各异，与细胞的生理状态、发育时期和环境因素有关。,功能 有的是储存养料，有的功能不清。,4,）细胞表面结构,细胞壁,电镜观察可见四个结构层次，除了含有和高等植物一样的纤维素成分外，还含有与细菌相似的肽聚糖。,胶质层,细胞壁外的胶质层也称为鞘。易被碱性燃料着色。鞘对于蓝藻抵抗不良环境很重要。,85,细胞特化形式,异形胞 专司固氮功能,静息孢子 抵御干旱等不良环境,链丝缎/连锁体/藻殖段 繁殖功能,86,第四节 支原体、立克次氏体和衣原体,支原体、立克次氏体和衣原体均属,G,、代谢能力差，主要营细胞内寄生的小型原核生物。,从支原体、立克次氏体到衣原体，寄生性逐步增强，所以是介与细菌与病毒间的一类原核生物。（表,1-4,）,87,支原体（,Mycoplasma,）,是一类无细胞壁、,介与,独立生活,与细胞内寄生间的最小型原核生物。,类支原体,能透过细菌过滤器，形成特色的“油煎蛋”菌落,立克次氏体（,Rickettsia,）,专寄生在真核细胞内的G,原核生物。,与支原体的区别：有细胞壁，但不能独立生活；,与衣原体的区别：无滤过性、存在产能系统。,斑疹伤寒、恙虫热以及Q热立克次氏体病,Rickettsia prowazekii,衣原体（,Chlamydia,）,介于立克次氏体和病毒之间，在真核细胞内营专性,能量寄生,的小型,G,原核生物。,Chlamydia trachomatis,衣原体的生活史,原体,始体（网状体）,三、微生物细胞的结构与功能,92,