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,*,一、原核生物定义及其分类,微生物,原核生物,prokaryotes,真核微生物,eukaryote microorganism,非细胞微生物,acellular microorganism,细菌、放线菌、蓝细菌、支原体、立克次氏体、衣原体,真菌（酵母菌，霉菌、蕈菌）、原生动物、显微藻类,病毒、亚病毒（类病毒、拟病毒、朊病毒）,原核细胞和真核细胞的比较,原核细胞,真核细胞,细胞核,有明显,核区,，无核膜、核仁,有核膜，核仁,细胞器,无线粒体，能量代谢和许多物质代谢在,质膜,上进行,有线粒体，能量代谢和许多合成代谢在,线粒体,中进行,核糖体,分布在,细胞质,中，沉降系数为70S,分布在,内质网膜,上，沉降系数为80S,原核细胞,真核细胞,二、原核生物的形态、构造与功能,第一节,细菌,第二节,放线菌,第四节,支原体、立克次氏体、衣原体,第三节,蓝细菌,一、细菌细胞的形态构造及其功能,少数其它形状有,丝状、三角形、方形、圆盘形,等,Bacterial shape examined microscopically,1、球菌(,coccus,)及其排列状态,菌体,呈球形或近似球形,以典型的,二分裂殖方式繁殖,分裂后产生的新细胞常保持一定的空间排列方式.,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,可将球菌分为,单球菌、双球菌、四联球菌、八叠球菌、链球菌和葡萄球菌,等。,单球菌,细胞分裂沿一个平面进行，新个体分散而独存在,如,尿素微球菌(,Micrococcus ureae),双球菌,细胞沿一个平面分裂，新个体成对排列.,如,肺炎双球菌(,Diplococcus pneumoniae,),链球菌,细胞沿一个平面进行分裂，新个体不但可保持成对的样子，并可连成链状。如：,乳链球菌 （,Streptococcus lactis,）,无乳链球菌（,Streptococcus agalactiae),溶血链球菌（,Streptococcus hemolyticus),四联球菌,细胞分裂是沿两个相垂直的平面进行，分裂后每四个细胞特征性地连在一起，呈田字形。,如,四联微球菌（Micrococcus tetragenus）,八叠球菌,细胞按三个互相垂直的平面进行分裂后，每八个球菌特征性地连在一起成立方体形。,如,藤黄八叠球菌（,Sarcina ureae,),葡萄球菌,细胞无定向分裂，多个新个体形成一个不规则的群体，犹如一串葡萄。如：,金黄色葡萄球菌,（Staphylococcus aureus),白色葡萄球菌（Staphylcoccus albus),2、杆菌(,bacillus,)及其排列状态,杆菌是细菌中种类最多的类型,因菌种不同,菌体细胞的长短、粗细等都有所差异。,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；按杆菌细胞繁殖后的排列方式则有链状、栅状、“八”字状等。,短杆菌,长杆菌,梭状芽孢杆菌,Scanning electron micrographs illustrating external features of the rod-shaped bacterium,E.coli,.,杆菌端部特征,Bacillus megabacterium,Legionella pneumophila(causes Legionnaires Disease),(causes anthrax),Bacillus anthracis,Rod-Shaped Bacterium,hemorrhagic,E.coli,strain 0157:H7,工农业生产中用到的细菌大多数是,杆菌,。,枯草杆菌（Bacillus subtilis）,生产淀粉酶与蛋白酶,北京棒状杆菌（Corynebacterium pekinense）,生产谷氨酸,保加利亚乳杆菌（Lactobacillus bulgaricus）,乳品工业,3、螺旋菌(spirilla),螺旋状的细菌称为,螺旋菌,。,根据其弯曲情况分：,弧菌（vibrio),：,螺旋不满一圈，菌体呈弧形或逗号形，如霍乱弧菌、逗号弧菌,螺旋菌(spirillum),：,螺旋满26环，螺旋状，如干酪螺菌,螺旋体(spirochaeta),：,旋转周数在6环以上，菌体柔软，如梅毒密螺旋体。,讨论：影响细菌形态的因素有哪些？,培养时间,培养温度,培养基成分,浓度,pH,值,细菌的异常形态,结核杆菌的正常形态,结核杆菌的异常形态,细菌特殊形态,二、细菌的大小,例如,E.coli,：,平均长度2 m；宽度0,.5m,1500个大肠杆菌头尾相接等于3,mm;,10,9,个大肠杆菌重1,mg,。,球菌：,直径,杆菌：,宽长,螺菌：,宽、长、螺距,通常,球菌直径,：0.2,1.5 m，,杆菌,:长15 m,宽0.51 m。,(1)长度单位：,微米(m),(2)表示方法：,球 状 细 菌,直 径（m）,尿素微球菌（Micrococcus ureae）1.01.5,金黄色微球菌（Micrococcus aureus）0.81.0,乳链球菌（Streptococcus lactis）0.50.6,最大八叠球菌（Sarcina maxima）4.0,圆褐固氮菌（Azotobocter chroococcum）4.06.0,旋动泡硫菌（Thiophysa volutans）7.08.0,杆 状 细 菌,长度（m）宽度（m）,普通变形杆菌（,Proteus vulgaris,）0.54.0、0.40.5,大肠杆菌（,Escherichia coli,）1.02.0、0.5,德氏乳杆菌（,Lactobacillus delbruckii,）2.87.0、0.40.7,枯草杆菌（,Bacillus subtilis,）1.23.0、0.81.2,巨大芽孢杆菌（,Bacillus megatherium,）3.09.0、1.02.0,螺 旋 状 细 菌,霍乱弧菌（Vibrio cholerae）1.03.0 0.30.6,红色螺菌（Spirillum rubrum）1.03.2 0.60.8,迂回螺菌（Spirillum volutans）1020 1.52.0,三、细菌细胞结构,一般构造,：细胞壁、细胞膜、细胞质、核区、核糖体等，是所有细菌都有的构造。,特殊构造,：主要有鞭毛、菌毛、性菌毛、荚膜和芽孢等，并非所有细菌都有的构造。,Figure.Schematic diagram of a typical procaryotic cell.Minimally,a procaryote is composed of a cell wall and plasma membrane that surrounds its cytoplasm containing a chromosome,ribosomes,enzymes,several classes of RNA,and small molecules(precursors).,1、细胞壁（cell wall）,细胞壁是位于菌体的外层，内侧紧贴细胞膜的一层无色透明，坚韧而有弹性的结构；,细胞壁约占细胞干重的10%25%；,各种细菌的细胞壁厚度不等，一般在1080nm之间。,细胞壁的功能：,决定细菌的基本形态,决定细胞的抗膨压,决定了革兰氏染色的性质,决定对溶菌酶的敏感性,决定了对青霉素的抗性,为鞭毛运动提供支点,决定细胞的抗原性,决定细菌的毒性（致病性）,细胞壁的观察方法：,质壁分离染色,电镜观察,G与G,细菌cw的模式结构,共有组分 肽聚糖,特有组分 G,磷壁酸（10%）,G脂多糖,采用革兰氏染色技术将细菌细胞壁,区分为两种类型：,革兰氏阳性（G,）,革兰氏阴性（G,）,Electron micrograph,G,+,cell wall.,G,-,cell wall.,细胞壁模式图,细胞壁的基本骨架肽聚糖（peptidoglycan）,由,N-乙酰葡萄糖胺,（N-acetylglucosamine,NAG）,和,N-乙酰胞壁酸,（N-acetylmuramic acid,NAM）,以及,短肽链,（主要是四肽）组成的亚单位聚合而成的大,分子聚合物,。,四肽链，含D-谷氨酸、D-和L-丙氨酸和,二氨基庚二酸,（DAP）,或赖氨酸。,D构型的氨基酸,是细菌细胞壁（有时还有荚膜）所特有的。,有许多细菌在肽聚糖外面还有外膜（outer membrane）,Gram Positive,G,+,菌肽聚糖单体,NAG 与 NAM 残基以,-1,4糖苷键,交替连接！,溶菌酶作用位点！,肽聚糖单体分子构造,革兰氏阳性菌肽聚糖单体,肽聚糖网格状结构,青霉素对细菌细胞壁的作用,转肽酶,G,+,菌的细胞壁,肽聚糖(peptidoglycan),磷壁酸(teichoic acid),细胞壁厚度 较厚，2030nm,细胞壁分层 不分层,肽聚糖含量 含量高（30-70）,肽聚糖层数 层数多,交联度 交联度高,磷壁酸 有,脂多糖 无,DAP 无,磷壁酸（teichoic acid）,占壁干重4050%，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,。,磷壁酸的分类,根据,主链组成不同,可以将磷壁酸分为,磷酸甘油型磷壁酸,和,核糖醇型磷壁酸,。,根据,结合部位,的不同分为,壁磷壁酸,、,膜磷壁酸,。,磷壁酸的功能：,协助肽聚糖加固细胞壁，增强细胞膜的稳定性；,提高膜结合酶的能力；,贮藏元素；,调节细胞内自溶素的活力，防止细胞因自溶而死亡；,形成表面抗原决定簇的主要成分；,保证革兰氏阳性致病菌与其寄主间的粘连。,Gram Negative,G,的细胞壁,细胞壁厚度 较薄1015nm,细胞壁分层 外壁层 610nm,内壁层23nm,肽聚糖含量 只占组分的510%,肽聚糖层数 低，一般12层,肽聚糖交联度 较低,磷壁酸 无,脂多糖 有（在外膜层）,抗原决定因子 O-抗原,蛋白质,肽聚糖单体,G,+,菌肽聚糖单体,G,菌肽聚糖单体,内消旋二氨基庚二酸,脂多糖(LPS：lipopolysaccharide),类脂A：,为一种糖磷脂，由N-乙酰匍糖胺双糖、磷酸与多种长链脂肪酸组成，它是细菌,内毒素的主要成分,。,核心多糖,：由,2-酮-3-脱氧辛糖酸（KDO),、L-甘油-D-甘露庚糖、半乳糖及匍糖胺组成。一边通过KDO残基连接在类脂A上，另一边通过葡萄糖残基与O-特异侧链相连,。,O-特异侧链：,是由多糖组成的重复单位，结构复杂，位于菌体的外表面，又称,菌体抗原,。由于各种革兰氏阴性菌多糖链的种类、排列顺序和空间构型都不同，造成革兰氏阴性菌的,O-抗原有不同的特异性,。,LPS分子一般都是由三部分组成：,G,-,菌的脂多糖成分,具有毒性,，由于它与细菌表面紧密结合，只有在菌体裂解时才被释放出来，故称为,内毒素（endotoxin),。,Structure of LPS,周质空间（periplasmic space）,又称壁膜空间，,G,细菌细胞壁的外膜与细胞质膜之间存在明显的壁膜间隙,，一层薄的肽聚糖处于其间，肽聚糖层和细胞质膜之间的间隙较宽，肽聚糖层至外膜之间的间隙较窄。,大肠杆菌的壁膜间隙宽度为1215nm，呈胶胨态。其间含有三类蛋白质：,水解酶,、,运输蛋白,、,合成酶类,。,LPS层的主要功能：,构成某些革兰氏阴性细菌致病物质内毒素的物质基础；,起细菌自我保护作用，阻止溶菌酶、抗生素、染料等侵入菌体以及周质空间中的酶外漏；,作为重要的抗原因子决定了革兰氏阴性菌抗原的多样性；,许多噬菌体吸附的受体。,G,+,与G,-,细胞壁成分比较,成分,占细胞壁干重的%,G,+,G,-,肽聚糖,磷壁酸,类脂质,蛋白质,含量很高（3095）,含量较高（50）,一般无（2）,无,含量很低（520）,无,含量较高（20）,含量较高,缺壁细菌,L型细菌（L-form）,原生质体（protoplast）,球状体（spheroplast）,支原体（mycoplasma）,原生质体的特点：,1、无细胞壁，为圆球形,2、对环境敏感：渗透压，震荡，离心，易溶菌,3、有鞭毛，而不能运动,4、不被噬菌体感染（因为失去吸附位点）,念珠状链杆菌,G,+,细菌,G,细菌,甾醇,2、细胞膜的结构与化学组成,膜的主体是脂质双分子层，具有流动性,整合蛋白表面呈疏水性，周边蛋白表面呈亲水性,分子间无共价键结合,脂质双分子层犹如海洋，蛋白可以在其上做漂移运动以及横向移动,1972年Singer和Nicolson提出的细胞膜,液态镶嵌模型,。,细胞膜液态镶嵌模型,细胞膜的功能：,维持细胞内正常渗透压的结构屏障,控制细胞内外物质的运送、交换,合成细胞壁和糖被相关成分的重要场所,产能基地，参与能量代谢,提供鞭毛的着生点并鞭毛运动所需能量,间体(mesosome),细胞膜内褶形成的一种管状、层状或串状物，一般位于细胞分裂的部位或附近。,间体的功能：,参与隔膜形成,与核分裂有关,类似线粒体功能,3、核区（nuclear region or area）,又称核质体(nuclear body;nucleoid)，由大型环状双链DNA纤丝不规则地折叠或缠绕而构成的无核膜、核仁的区域。,细菌DNA长度一般为0.253mm。例如大肠杆菌的DNA长约1mm。,生长迅速的细菌在核分裂之后细胞往往来不及分裂,所以细胞中常有24个核，而生长缓慢的细菌细胞中一般只有12个核，不在染色体复制时期一般是单倍体。,功能：负载遗传信息,Prokaryotic Cell,(Bacillus megaterium),Examples of nucleoid structure and distribution in,Sulfolobus,cells.,质粒(plasmids),细菌染色体外的,共价闭合环状双链DNA分子,。,分子量约为100 10,6,D，携带1100个基因,一个菌细胞可有一至数十个质粒。,质粒的特点：,可以在细胞质中独立于染色体之外（即以游离状态）存在，也可以插入到染色体上以附加体的形式存在；,在细胞分裂时，可以不依赖于细菌染色体而独立进行自我复制，也可以插入到细菌染色体中与染色体一道进行复制；,质粒可以通过转化、转导、或接合作用而由一个细胞转移到另一个细胞，使两个细胞都成为带有质粒的细胞；,质粒对于细胞生存并不是必要的，质粒在细胞中有时可自行消失，但没有质粒的细菌不能自行产生。,质粒在基因工程的研究中重要的基因载体工具之一。,质粒的种类：,大肠杆菌的F因子,细菌抗药质粒（R因子）,大肠杆菌素质粒（Col因子）,降解质粒,Vi质粒,4、细胞质(cytoplast)及其内含物(inclusin),细胞膜内除核质体外的一切半透明、胶状、颗粒状物质总称为细胞质。主要成分有,核糖体,、贮藏物、各种酶类、中间代谢物及质粒等，少数细菌还存在有伴胞晶体或气泡等。,细菌细胞质与其他生物细胞质的主要区别是其核糖核酸含量高，核糖核酸的含量可达固形物的15%20%。据近代研究表明，细菌的细胞质可分为细胞质区和染色质区。细胞质区富于核糖核酸，染色质区含有脱氧核糖核酸。,细胞质功能：,细胞质中含有丰富的酶系，是营养物质合成、转化、代谢的场所。,核糖体（ribosome),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。,细胞内含物,紫硫细菌、丝硫细菌、贝日阿托氏菌,大肠杆菌、雷克博氏菌、蓝细菌,蓝细菌,迂回螺菌、结核分枝杆菌、白喉帮杆菌,又称颗粒状内含物，指细胞质内形状较大的颗粒状构造，包括各种贮藏物、气泡、羧酶体等。,固氮菌、产碱菌、肠杆菌,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,(,苏丹黑,),着色。,功能,:贮存碳源、能源和降低渗透压,细菌,：固氮菌、产碱菌、肠杆菌,H-OCCH,2,CO-OH,CH,3,n,(n6),异染粒（metachromatic granule）,是普遍存在的贮藏物，大小为0.51m，主要成分是,多聚偏磷酸盐的聚合物,，分子呈线状，嗜碱性强，用美兰染色时着色较深，呈紫红色，与菌体其他部位不同。,功能,：贮存磷元素和能量，降低渗透压,细菌,：迂回螺菌、结核分枝杆菌、白喉棒杆菌,p,p,p,p,p,p,p,+ATP,+ADP,(),n,+ATP,(),+ADP,n+1,硫粒,是硫元素的贮藏体，当环境中H,2,S含量高时，在体内积累S；当H,2,S不足时,S氧化成硫酸盐，以提供被菌细胞生命活动所需能量：,功能,：好氧硫细菌的能源；厌氧硫细菌的电子供体,细菌,：紫硫细菌、丝硫细菌、贝日阿托氏菌,H,2,SSSO,4,2-,气 泡,由蛋白质膜构成的充满气体的泡状物。有些细菌细胞质中含有几个或多个气泡。,气泡的功能：,调节细胞比重，加大菌体的浮力,借气泡漂浮能力，以使其漂浮在合适的水层中，使无鞭毛菌在合适的环境中生长,气泡吸收空气，空气中的氧气可供代谢需要,细菌,：蓝细菌、水生细菌、盐杆菌,羧酶体,又称羧化体，存在于一些自养细菌细胞内的多角形或六角形内含物，大少与噬菌体相仿（10nm），内含,1，5二磷酸核酮糖羧化酶,，在自养细菌中起,固定二氧化碳作用,。,化能自养的硫杆菌属,贝日阿托氏菌属,部分自养的蓝细菌,4、细菌特有的结构,糖被,鞭毛,菌毛,芽孢,糖 被,某些细菌细胞壁外的一层厚度不定的胶状物质。,糖被的有无、厚薄与菌种的遗传特性以及环境的营养条件密切相关。,糖被的成分一般是多糖，少数是蛋白质或多肽，也有多糖与多肽复合型的。,糖被成分,多糖,多肽,多肽和多糖,：巨大芽孢杆菌,蛋白质,：鼠疫耶尔森氏菌,葡萄糖：肠膜状明串珠菌,果聚糖：变异链球菌,纤维素：木醋杆菌,纯多糖,杂多糖,海藻酸：棕色固氮菌,透明质酸：链球菌,聚D谷氨酸：炭疽菌,聚谷氨酰胺：黄单胞菌,根据糖被形状和厚度的不同分为四类：,荚膜(capsule）：粘液状物质具有一定外形，相对稳定地附着在细胞壁外，厚度0.2m；,微荚膜（microcopsule)：粘液状物质较薄，厚度0.2m，与细胞表面牢固结合；,粘液层(slime layer)：粘液物质没有明显边缘，比荚膜松散，向周围环境中扩散增大黏性;,菌胶团(zoogloea):包裹在细胞群体上的胶状物质,荚膜,含有大量水分(约90%)，还有多糖或多肽聚合物。,折光率很低，不易着色，一般用,负染色法,，即使背景和菌体着色，而荚膜不着色，使之衬托出来，可用显微镜观察到。,荧光显微镜下的荚膜,荚膜的形成,肠膜明串珠细菌只有在含糖量高、含氮量低培养基中产生荚膜；,炭疸芽孢杆菌只在寄主体内才形成荚膜，在人工培养基上不形成荚膜；,肺炎双球菌在生长缓慢时形成荚膜(有毒性)；,链球菌在生长早期形成荚膜，后期则消失,糖被的功能,保护作用,透性屏障和离子交换系统,表面吸附作用，龋齿病的发生,细菌间的信息识别作用,堆积代谢废物,糖被的应用与危害,应用：,通过荚膜膨胀试验进行细菌鉴定,成为有价值的材料：,Leucomostoc mesenteroides 提取制备生化试剂和代血浆；,野菜黄单胞菌（Xanthomonas campestris）提取黄原胶；,用产菌胶团的菌进行污水处理；,危害,：,食品变质发粘；增强致病力；造成严重龋齿,鞭毛（flagellum）,某些细菌表面由细胞内生出的细长、波曲的蛋白质附属物结构。,大多数球菌不生鞭毛，杆菌中有的生鞭毛有的不生鞭毛，弧菌与螺旋菌都生鞭毛。,鞭毛的观察：,1),从固体培养基上的菌落形态判断,2)光学显微镜（悬滴法）,3)光学显微镜特殊鞭毛染色,4)电镜,5)半固体穿刺培养,鞭毛的长度：,一般为1520 m，最长达70m,鞭毛的直径为,0.010.02m.,鞭毛的着生方式,鞭毛的结构,鞭毛丝：中空螺旋状、丝状结构，球蛋白亚基螺旋排列。,鞭毛钩：,又称钩形鞘，是连接鞭毛丝和基体的一个弯曲筒状部分，蛋白质亚基组成。,G,菌：L环、P环、S环、M环,G,+,菌：S环，M环,基体：由若干个盘状物即环组成。,鞭毛蛋白，3万6万D，不同种由不同,球蛋白分子亚基构成，有些含多糖、类脂,等，为极好的抗原。,鞭毛的运动,鞭毛的生理功能是运动，一般运动速度极高，每秒达2080m，最高可达100m.,拴菌实验：,将单毛菌鞭毛的游离端用相应抗体牢固的“拴”在载玻片上，然后在显微镜下观察细胞的行为，结果表明该菌只能在载玻片上不断的打转而未作伸缩挥动，从而肯定了“旋转论”，否定了“挥鞭论”。,菌毛(fimbria）与性菌毛（sexpili）,菌毛比鞭毛短而细（直径310nm），数目常多于鞭毛（250300条），结构和功能不同于鞭毛，无基体结构，发生于质膜或紧贴质膜的细胞质中，能使细胞,吸附,在固体表面或液体表面。,性菌毛为类似于菌毛的毛状物，,比菌毛稍长，数量比菌毛少，只有一根或几根,。性菌毛在细菌接合交配时起作用。,芽胞(endospore，spore),某些细菌生长到一定阶段或在一定环境条件下，细胞的正常生长和分裂停止，细胞内细胞质浓缩，逐步行成一个圆形、椭圆形或圆柱形的，对不良环境有较强抵抗力的特殊结构，称为芽胞。,芽胞成熟后可自行从芽胞囊中释放出来。因芽胞的形成都是在细胞内，故又称内生孢子。,芽胞,芽胞囊,1、芽孢的形态大小,2、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,3、芽孢的组成和结构,芽孢的结构,芽孢的外壁层厚而致密，主要成分为脂蛋白，,通透性差,不易着色,。,核心含有大量的,DNA、RNA、,蛋白质酶等物质，还含有,2,6吡啶二羧酸（,DPA）,DPA,是芽孢特有的成分。一般以,DPA,Ca,的形式存在。,皮层主要含芽孢肽聚糖、,DPA,Ca，,皮层体积大，比较致密。,芽孢,平均含水量低,约,40%.,芽孢有多层结构，主要包括孢外壁、芽孢衣、皮层和核心：,4、芽孢的形成过程,轴丝形成,形成前芽孢,前芽孢隔膜形成,前芽孢发育成熟,芽孢形成,芽孢囊,裂解,5、芽孢的特性,对高温、干燥、辐射、化学药物有强大的抵抗力,含水量低、壁厚致密，通透性差,不易着色，折光性强,芽胞内新陈代谢几乎停止，处于休眠状态，但保持潜在萌发力,一个芽孢萌发只产生一个营养状态的细胞,伴胞晶体（parasporal crystal）,Bacillus thuringiensis（苏云金芽孢杆菌）在形成芽孢的同时，会在芽孢旁形成一个菱形或双锥形的,碱溶性蛋白晶体（即内毒素）,称为伴胞晶体。它的干重可达芽孢囊的约30%，由18种氨基酸组成，大小约0.62.0m。伴胞晶体对200多种昆虫尤其是鳞翅目昆虫的幼虫有毒杀作用，因此可以用做,生物农药（Bt）。,6、研究芽孢的意义,分类鉴定,保存菌种,分离菌种,生物杀虫,灭菌标准,四、细菌染色法,细菌染色法,死菌,活菌,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,姬姆萨染色法,荚膜染色法,采用美蓝或TTC(氯化三苯基四氮唑）,负染色法,又称衬托染色法、间接染色法、背景染色法，是一种易于在电子显微镜下观察试样的微细结构的方法。,用磷钨酸钠、醋酸氧铀等电子密度高的物质，嵌入生物试样的间隙，根据产生的对比进行观察，而非原来意义上的物质染色，与通常在电子显微镜中所得的阳面物像不同，而是阴面物像。,最早由S.Brenner和R.Horne（1959）用于病毒粒子的观察，以后利用此法很快地积累了病毒、细菌以及分层蛋白质的微细结构等方面的知识。,负染色法需要使用,酸性染料,来染色，如,伊红或苯胺黑,。,在负染色法中，,标本不需要热固定,，细胞不会因为化学药物的影响而变形，,可观其自然之大小与型态,对于不易染色的细菌或病毒也能观察。,简单染色法,涂片,干燥,固定,染色,1min,水洗、吸干,镜检,抗酸染色法,步骤：,涂片固定,石炭酸复红初染,3%醋酸酒精脱色,美蓝复染,镜检,红色,蓝色,（抗酸菌）,（非抗酸菌）,革兰氏染色法（Gram Stain）,步骤：,结晶紫初染,碘液媒染,乙醇脱色,番红复染,涂片固定,紫色,（阳性菌）,红色,（阴性菌）,Figure 1-A Gram stain of Gram,+,Staphylococcus,cells.,Figure 2-Gram stain of Gram,-,E.coli,cells,五、细菌的繁殖,一般为无性繁殖，,二分裂法。,同形裂殖,：裂殖后形成的子细胞大小相等。,异形裂殖,：分裂产生两个大小不等的子细胞。,细菌分裂过程：,菌体伸长，核质体分裂,形成横隔壁,子细胞分离,无性繁殖,有性繁殖,少数有菌毛的菌可进行,有性繁殖,方式,五、细菌的群体形态,固体培养时的群体形态：菌落（colony),单菌落（clone),菌苔(lawn),culture plate,液体培养时的群体形态,：,（一）种类：,（二）菌落形态,不同的微生物种类，其菌落特征不同。同一种菌在不同培养条件下菌落特征也不尽相同。,菌落的特征,包括：,1、大小,2、颜色,3、透明度,4、表面状态,5、质地,6、边缘形态,7、隆起形状（正面观）,菌落描述,隆起特征,边缘特征,表面特征,没有鞭毛不运动的细菌，特别是球菌，常形成较小、较厚、边缘较整齐的菌落；有鞭毛的细菌则较大而扁平，边缘波状、锯齿状等；,有荚膜的细菌菌落较大并且表面光滑，而没有荚膜的则表面较粗糙；,具有芽孢的细菌菌落表面常有褶皱并且不透明。,Samples were taken from the numbered colonies and examined microscopically,（三）影响菌落形态的因素,各种微生物在一定条件下形成的菌落，其形态特征有一定的稳定性和专一性，因而可以作为识别、鉴定菌种的一个依据，但也受某些因素的影响，观察时应加以注意。,邻近菌落,培养时间,培养基成分,培养温度,一般都较小，菌落与培养基结合不紧密，用,接种针,容易挑起，多数表面较光滑、湿润、,较粘稠，易挑取，质地均匀，色泽多样。,细菌菌落特征：,七、工业上重要细菌的形态、特性及其应用,1、革兰氏,阴性无芽孢杆菌,（1）大肠埃希氏菌(,Escherichia coli,),简称为大肠杆菌，是最为著名的原核生物。,形态：,短杆或长杆状，0.51.01.03.0 um，革兰氏阴性，运动(周毛)或不运动，无芽孢，一般无荚膜。菌落呈白色至黄白色，扩展，光滑，闪光。,Escherich,属菌株和大多数大肠杆菌是无害,，但也有些大肠杆菌是致病的，会引起腹泻和尿道感染。,O-157（肠胃出血性大肠杆菌）本身对人无害，获得新基因产生,溶血菌素,破坏人体的红血球、血小板和肾脏组织。,有鞭毛的大肠杆菌的菌体在医学上称“,O抗原,”，根据其性质不同，可将所有大肠杆菌分为173类，O-157即指编号为157的大肠杆菌O抗原。,主要因它易于在实验室操作、生长迅速，而且营养要求低。,应用：,作为宿主供大量的细菌病毒生长繁殖,最早用作基因工程的宿主菌,工业上生产谷氨酸脱羧酶、天冬酰胺酶和制备天冬氨酸、苏氨酸及缬氨酸等,食品业和饮用水卫生检验的指示菌,（2）醋酸杆菌（,Acetobacter,）,菌体从椭圆至杆状，单个、成对或成链，革兰氏阴性，运动（周毛）或不运动，不生芽孢。,好气菌；,在含糖、乙醇和酵母膏的培养基上生长良好。,应用：,有机酸(食醋等）,葡萄糖异构酶(高果糖浆),山梨糖(维C中间体）,（3）假单胞菌（,Pseudomonas,）,革兰氏阴性，直或微弯杆菌，单个，卵圆到短杆，有的长杆，大多数为0.51.01.54m，无芽孢，极生鞭毛运动（单毛或丛毛），有少数种不运动。,菌苔不明显呈色，可产生水溶性色素。,氧化性而非发酵性异养菌,（氧化葡萄糖，分解蛋白质和利用无机氮）,应用：,生产维C、抗生素、酶制剂、有机酸；,从石油产品制造产品（水杨酸等）；,消除环境污染（处理石油废水，含酚、氰和化学农药的污水等）,2、革兰氏阳性无芽孢杆菌,(1)短杆菌（,Brevibacterium,）,短而直的杆菌,革兰氏阳性,大多数不运动（运动种具有周毛或极毛）,无芽孢,黄色短杆菌,乳糖发酵短杆菌,发酵生产各种氨基酸,产氨短杆菌,发酵生产核苷酸类产物（ATP、IMP、NAD、辅酶、FAD等）,（2）棒状杆菌（,Corynebacterium,）,革兰氏阳性,直杆菌（一端膨大的棒状）,折断分裂（成八字形排列或栅状排列）,大多数种不运动,多数好氧,谷氨酸棒状杆菌,北京棒状杆菌,味精生产中使用的主要菌种,（3）乳酸杆菌（,Lactobacillus,）,革兰氏阳性、长丝（单个或成链）、无芽孢、多数不运动、微好氧菌,葡萄糖,同型发酵,乳酸,异型发酵,乳酸,乙醇,EMP途径,（丙酮酸还原）,磷酸解酮酶途径（PK),EMP:磷酸甘油醛生成乳酸,HMP:乙酰磷酸还原成乙醇,德氏乳酸杆菌,工业乳酸,德氏乳杆菌保加利亚亚种,嗜酸乳杆菌,干酪乳杆菌,酸奶,干酪,（4）双歧杆菌（,Bifidobacterium,）,菌体细胞呈现多形态,革兰氏阳性,不形成芽孢,不运动,不抗酸,厌氧菌,葡萄糖,双歧途径,乳酸,乙醇,活性双歧杆菌的乳制品或微生态制剂,（5）丙酸杆菌（,Propionibacterium,）,革兰氏阳性,无芽孢,不运动,细胞呈多形态,薛氏丙酸杆菌,傅氏丙酸杆菌,丙酸,维生素B,12,3.革兰氏阳性芽孢杆菌,（1）枯草芽孢杆菌（,Bacillus subtilis,）,直状、近直状的杆菌,周生或侧生鞭毛,革兰氏阳性，无荚膜,芽孢0.51.51.8m,中生或近中生,枯草芽孢杆菌是工业发酵的重要菌种之一。,主要生产淀粉酶、蛋白酶、5-核苷酸酶、某些氨基酸及核苷。,（2）芽孢梭菌（,Clostridium,）,细胞杆状，有芽孢(芽孢大于菌体宽),以周毛运动或不运动,革兰氏阳性，少数为阴性或不定,专性厌氧菌,丙酮丁醇芽孢梭菌,丁酸梭状芽孢杆菌,工业生产丙酮丁醇,丁酸或己酸,4革兰氏阳性球菌,链球菌（,Streptococcus,）,细胞球状或卵球状，排列成链或成对,不运动，少数肠球菌运动,革兰氏阳性,无芽孢,厌氧菌,乳链球菌,乳链球菌肽（Nisin）,乳酸菌素（lactolin）,天然食品防腐剂,嗜热链球菌,(与保加利亚乳杆菌混合),酸牛乳和干酪生产的发酵剂,微球菌（,Micrococcus,）、明串珠菌（,Leuconostoc,）,第二节 放线菌(Actinomycetes),概述,放线菌是一类主要呈,菌丝状生长,和以,孢子繁殖,的,陆生性较强,的,原核生物,。几乎都,呈革兰氏阳性,，与细菌同属原核微生物，具有特殊的,土霉味。,放线菌菌落中的菌丝常从一个中心向四周辐射状呈放射状生长，并因此而得名。,放线菌只是,形态上的分类,，不是生物学分类的一个名词。有些细菌和真菌都可以划归到放线菌。,分布：,在含水量较低、有机物丰富、呈微碱性土壤中。每克土壤中约含放线菌孢子10,7,个。,放线菌的应用,放线菌与人类的关系密切，,绝大多数属有益菌,，对人类的健康的贡献尤为突出。,产生大量的、种类繁多的抗菌素,次级代谢产物作为生化药物,环境保护、提高土壤肥力、促进物质循环,放线菌的危害,只有极少数放线菌对人类构成危害。,某些Actinomyces（放线菌属）菌种引起动物放线菌病（皮肤、脑、肺和足部感染）；,某些Nocardia（诺卡氏菌属）引起人和动物的诺卡氏菌病；,少数放线菌能引起植物病害。,一、放线菌与细菌的对比,同属原核微生物：细胞核无核膜、核仁和真正的染色体；细胞质中缺乏线粒体、内质网等细胞器；核糖体为70S；,细胞结构和化学组成相似：细胞具细胞壁，主要成分为肽聚糖，并含有DPA；放线菌菌丝直径与细菌直径基本相同；,最适生长pH范围与细菌基本相同，一般呈微碱性；,都对溶菌酶和抗生素敏感，对抗真菌药物不敏感；,繁殖方式为无性繁殖，遗传特性与细菌相似。,二、放线菌的形态与结构,放线菌种类很多，多数放线菌具有发育良好的,分支状菌丝体,，少数为杆状或原始丝状的简单形态。菌丝大多,无隔膜,，其粗细与杆状细菌相似，直径为1微米左右。细胞中,具核质而无真正的细胞核，细胞壁含有胞壁酸与二氨基庚二酸，而不含几丁质和纤维素,。,放线菌的代表属,链霉菌属（Streptomyces）,诺卡氏菌属（Nocardia）,放线菌属(Actinomyces),小单孢菌属(Micromonospora),链孢囊菌属（Streptosporangium）,1、链霉菌属（Streptomyces）,链霉菌属（Streptomyces）与人类关系最密切、分布最广、种类最多、形态最典型；,主要生长在含水量较低、通气较好的土壤中；,具有发育良好的菌丝体，菌丝体分枝，无隔膜，直径约0.41微米，长短不一，多核。菌丝体有,营养菌丝、气生菌丝和孢子丝,之分，孢子丝再形成分生孢子。,孢子丝和孢子,的形态因种而异，这是链霉菌属分种的主要识别性状之一；,中国科学院北京微生物所根据气生菌丝的颜色（孢子堆的颜色）、基内菌丝的颜色、可溶性色素、孢子丝的形状、孢子的形状和表面结构等特征，将链霉菌分为14个种组，每个种组又包括许多不同的种。,研究表明,抗生素,主要由放线菌产生，而其中90%由链霉菌产生，,链霉菌中50%以上的都能产生抗生素。,链霉素,土霉素,丝裂霉素,制霉菌素,卡那霉素,井冈霉素,链霉素,属于氨基糖甙碱性化合物（链霉胍、链霉糖和N甲基-L-葡萄糖胺）；,由,灰色链霉菌,发酵生产；,肌肉注射，抗结核治疗。,链霉素化学式,链霉素分子中链霉糖部分醛基被还原成,伯醇基,后，,就成为,双氢链霉素,，抗菌效能与链霉素大致相同，,但对,听觉神经的毒性,比链霉素大。,由,湿链霉菌,产生，通常以,半合成方法,生产。,链霉素作用机制：,经主动转运通过细菌细胞膜，与,细菌核糖体30S亚单位,的特殊受体蛋白结合，干扰信息核糖核酸与30S亚单位间起始复合物的形成，抑制蛋白合成，使DNA发生错读，导致无功能蛋白质的合成；,使,多聚核糖体分裂,而失去合成蛋白的功能，使大量氨基糖苷类进入菌体，细菌细胞膜断裂，细胞死亡。,土霉素,属于,四环素类,，可用于治疗立克次体病，包括流行性斑疹伤寒、地方性斑疹伤寒、洛矶山热、恙虫病和Q热，支原体属感染和衣原体属感染等疾病。,作用机制,：,特异性地与细菌核糖体30S亚基的A位置结合，,抑制肽链的增长,和影响细菌蛋白质的合成。,丝裂霉素,属细胞周期非特异性药物，由链霉菌生产提取；,化学结构具有苯醌、乙酰亚胺基及氨甲酰三个活性基团；,治疗：,胃癌、结肠癌、肝癌、胰腺癌、非小细胞肺癌、乳腺癌和癌性胸、腹水等,作用机理：,与烷化剂相似，与DNA链形成交联，抑制DNA复制，对RNA也有抑制作用。,制霉菌素,一种多烯型抗生素，分子式C,47,H,75,NO,17,。1950年发现土壤微生物Streptomyces noursei能分泌一种抗霉菌的物质，从而发现了第一种抗霉菌的抗生素。,具有,共轭多烯大环内酯,结构，,能抑制真菌和皮藓菌的活性，对细菌无抑制作用,。,作用机制：,与,真菌细胞膜上的甾醇,相结合，致细胞膜通透性的改变，以致重要细胞内容物漏失而发挥抗真菌作用。,卡那霉素,一种由卡那链霉菌(Streptomyces kanamyceticus)产生的,氨基糖苷类,抗生素，含卡那霉素A、B和C三个组分，卡那霉素A为主要组分。,作用于,结核杆菌,、大肠杆菌、克雷白杆菌、肠杆菌属、变形杆菌和金黄色葡萄球菌。,作用机理：,通过与30S核糖体亚单位结合而使细菌蛋白质合成发生错读。,井冈霉素,是一种放线菌产生的抗生素，具有较强的,内吸性,，易被菌体细胞吸收并在其内迅速传导，,干扰和抑制,菌体细胞生长