原核生物的形态、构造与功能-工业微生物学课件-02.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,*,微生物分为,三大类群,（根据进化地位、,性状上明显差别）,3.非细胞生物,(acellular microorganisms),细胞型生物,1.原核生物,(prokaryotes),2.真核微生物,（,eukaryotic microorganisms,）,原核生物的定义及种类,原核生物：,指一大类细胞核无核膜包裹，只存在称作核区的裸露DNA的原始单细胞生物。,包括,真细菌（eubacteria）域,古生菌（archaea）域,古生菌域虽然在进化上和若干生化反应与真核生物关系较为密切,但其细胞构造属于原核生物。,真细菌包括6种类群：,“三菌”化能营养 细菌,放线菌,光能营养：蓝细菌,“三体”人工培养：支原体,专性细胞寄生 衣原体,立克次氏体,1、球状(球菌coccus),一、细胞的形态、排列方式和大小,（一）个体形态和排列,一、细胞的形态、排列方式和大小,（一）个体形态和排列,2、杆状（杆菌bacillus,bacilli),一、细胞的形态、排列方式和大小,（一）个体形态和排列,3、螺旋状（螺旋菌spirilla,spirilla）,霍乱弧菌,梅毒密螺旋体,一、细胞的形态、排列方式和大小,（一）个体形态和排列,4、其它形状,1）,柄杆菌,（prosthecate bacteria）,2)星形细菌,（star-shaped bacteria）,3)方形细菌,（square-ahaped bacteria）,（二）大小,一、细胞的形态、排列方式和大小,测量单位：um（微米）,（,Thiomargarita namibiensis）,纳米比亚硫磺珍珠状菌,不同细菌的大小差别很大,二、细菌细胞的构造与功能,（三）构造,二、细菌细胞的构造与功能,（一）细胞壁,（cell wall）,是紧贴细胞质膜外侧的一层厚实、坚韧的外被，主要由肽聚糖构成，有固定细胞外形和保护细胞等多种生理功能。,1）细菌超薄切片的电镜直接观察；,2）质、壁分离与适当的染色，可以在光学显微镜下看到细胞壁；,3）机械法破裂细胞后，分离得到纯的细胞壁；,4）制备原生质体，观察细胞形态的变化；,细胞壁怎么被发现的?,二、细菌细胞的构造与功能,（一）细胞壁,（cell wall）,1.G,+,细菌细胞壁,G,+,细菌的细胞壁,肽聚糖(peptidoglycan)(90%),磷壁酸（teichoic acid）(10%),又称粘肽(mucopeptide)、胞壁质(murein)或粘质复合物,(mucocomplex)，,是真细菌细胞壁中的特有成分,。,肽聚糖只存在于真细菌中，古生菌和真核生物细胞壁中没有肽聚糖。,二、细菌细胞的构造与功能,（一）细胞壁,（cell wall）,1.G,+,细菌细胞壁,（1）肽聚糖,金黄色葡萄球菌为代表,肽聚糖分子由,肽,与,聚糖,两部分组成，其中的,肽有四肽尾和肽桥,，聚糖由,N乙酰葡萄糖胺,和,N乙酰胞壁酸,间隔连接，呈,长链骨架,。,原核生物所特有的已糖:,N乙酰胞壁酸,双糖单位中的-1,4-糖苷键很容易被,溶菌酶(lysozyme)所水解，从而引起,细菌因肽聚糖细胞壁的“散架”而死亡。,肽聚糖单体由三部分组成：,(1)双糖单位,(2)四肽尾,(3)肽 桥,（）磷壁酸,1.G,+,细菌细胞壁,革氏阳性细菌细胞壁,特有的化学成分（酸性多糖）,按成分,甘油醇型磷壁酸,核糖醇型磷壁酸,按结合部位,壁磷壁酸,膜磷壁酸,磷壁酸的生理功能：,(1)细胞壁形成负电荷环境，增强细胞膜对二价阳离子的吸收，尤其是Mg,2+,，高浓度的Mg,2+,对于保持膜的硬度，提高细胞膜上需Mg,2+,的合成酶的活性极为重要；,(2)贮藏磷元素；,(3)增强某些致病菌对宿主细胞的粘连、避免被白细胞吞噬以及抗补体的作用；,(4)革兰氏阳性细菌特异表面抗原的物质基础；,(5)噬菌体的特异性吸附受体；,(6)能调节细胞内自溶素(autolysin)的活力而调节细胞壁的增长，防止细胞因自溶而死亡。,细菌分类,鉴定依据,肽聚糖,外膜,外膜蛋白,周质空间,2.G,-,细菌细胞壁,2.,G,-,细菌细胞壁,（1）,外膜(outer membrane)，又称外壁层,位于革兰氏阴性细菌细胞壁外层，由,脂多糖,、,磷脂,和,脂蛋白,等若干种蛋白质组成的膜。,（2）,外膜(outer membrane),脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）,位于细胞壁最外层的一层较厚的类脂多糖类物质(分子量1万以上)，,是革兰氏阴性细菌细胞壁特有的成分,。,三部分组成：,类脂,A,（内毒素的主要成分）,核心多糖,O-,特异侧链（,O-,多糖，,O-,抗原）,外膜蛋白(outer membrane protein),磷脂,2,.G,-,细菌细胞壁,（2）肽聚糖,埋藏在外膜层之内，由12层肽聚糖网状分子,（交联度30%）,组成的薄层(23nm)，约占细胞壁总重,10%,。对机械强度的抵抗力较革兰氏阳性菌弱。,没有特殊的肽桥，只形成较为疏稀、机械强度较差的肽聚糖网套,内消旋二氨基庚二酸(m-DAP),（只在原核生物细胞壁上发现）,（）G,-,菌的周质空间(periplasmic space,periplasm),周质空间是进出细胞的物质的重要中转站和反应场所。,G,+,菌 G,-,菌,单层，厚（2080nm），组分简单 多层，薄（1015nm），组分复杂,90%肽聚糖（含量高，交联紧密）内壁层 肽聚糖（含量低,交联疏松）,10%磷壁酸 (2 7 nm),脂多糖,外膜 磷脂 由外向内,(8nm)脂蛋白,G,+,细菌与G,-,细菌细胞壁组成与构造比较,G,+,细菌与G,-,细菌细胞壁组成与构造比较,3.,革兰氏染色,简单染色法,正染色,革兰氏染色法,鉴别染色法,抗酸性染色法,芽孢染色法,死菌,姬姆萨染色法,负染色,：荚膜染色法等,细菌染色法,活菌：,用美蓝或TTC（氧化三苯基四氮唑）染色,常用的染色方法：,C.Gram（革兰）于1884年,发明的一种鉴别不同类型,细菌的染色方法。,革兰氏染色过程：,1）,结晶紫,初染,2）,碘溶液,媒染,3）,乙醇,脱色,革兰氏阴性细菌呈,红色,革兰氏阳性细菌呈,深紫色,4）,沙黄,复染,革兰氏染色原理：,革兰氏染色的阳性或阴性，与细胞壁的化学组成和结构有关。,革氏阳性菌,革氏阴性菌,肽聚糖,含量高，交联密,含量低，交联疏松,脂类,一般无,含量高,乙醇作用,脱水作用,脂溶作用,孔径缩小，结构更紧密,孔径增大，结构变得疏松,大分子复合物滞留,大分子复合物溶出,结果,紫色,红色,细胞壁结构与革兰氏染色的关系,革氏阳性菌与革氏阴性菌之间的区别在于细胞壁的物理性质。细胞壁中的肽聚糖本身并不被染上颜色，但它可作为渗透性屏障阻止结晶紫与碘大分子复合物的流失。,4.细胞壁缺陷细菌,青霉素的杀菌作用原理：,青霉素,b,-内酰胺环结构与D-丙氨酸末端结构相似,，占据D-丙氨酸的位置与转肽酶结合，肽链无法连接，抑制细胞壁的合成。,溶菌酶的作用：,通过水解肽聚糖分子中N-乙酰葡萄糖胺与N-乙酰胞壁酸间的,-1,4-糖苷键,，引起细胞壁“散架”，形成细胞壁完全脱去或部分除去的原生质体（革氏阳性菌）或球状体（革氏阴性菌）。,在低渗溶液中，原生质体或球状体因吸水膨胀并最终导致破裂而死亡；,在等渗蔗糖溶液中，能得到原生质体或球状体。,细胞壁缺陷细菌种类：,自发突变,：,L型细菌,实验室或宿主体内形成 基本去尽：,原生质体（G,+,）,缺壁细菌,人工去壁,部分去除：,球状体（G,-,）,在自然界长期进化中形成：,支原体,（1）L型细菌（L-form of bacteria）,细菌在某些环境条件下（实验室或宿主体内）通过,自发突变,而形成的遗传性稳定的细胞壁缺陷变异型。,因英国李斯德（Lister）预防研究所首先发现而得名。,（1935年，念珠状链杆菌,Streptobacillus moniliformis,）,特点,没有完整而坚韧的细胞壁，细胞呈多形态；,有些能通过细菌滤器，故又称“滤过型细菌”；,对渗透敏感，在固体培养基上形成“油煎蛋”似,的小菌落（直径在0.1mm左右）,（,2）原生质体（protoplast）,在人为条件下，用,溶菌酶,处理或在,含青霉素的培养基,中培养而,抑制新生细胞壁合成而形成的仅由一层细胞膜包裹的圆球形，,对渗透压变化敏感的细胞，一般由,革兰氏阳性细菌,形成。,特点：,对环境条件变化敏感，低渗透压、振荡、离心甚至,通气等都易引起其破裂；,有的原生质体具有鞭毛，但不能运动，也不被相应,噬菌体所感染；,在适宜条件（如高渗培养基）可生长繁殖、形成菌,落，形成芽孢。及恢复成有细胞壁的正常结构。,比正常有细胞壁的细菌更易导入外源遗传物质，是,研究遗传规律和进行原生质体育种的良好实验材料。,（,3）球状体(sphaeroplast)，又称原生质球,采用上述同样方法，对,革兰氏阴性细菌,处理后而获得,的残留部分细胞壁（外膜）的球形体。与原生质体相比，,它对外界环境具有一定的抗性，可在普通培养基上生长。,（4）支原体(Mycoplasma),在,长期进化过程,中形成的、适应自然生活条件的无细胞壁的原核生物。因它的细胞膜中含有,甾醇,(一般原核生物没有)，,所以即使缺乏细胞壁，其细胞膜仍有较高的机械强度。,5.古生菌的细胞壁,在古生菌中，除了热原体属没有细胞壁外，其余都具有与真细菌类似功能的细胞壁，但细胞壁的化学成分则差别很大。,古生菌细胞壁中没有真正的肽聚糖，而是由假肽聚糖、独特多糖、硫酸化多糖、糖蛋白或蛋白质构成。,假肽聚糖（甲烷杆菌属）,：,多糖骨架：,N-,乙酰葡糖胺,1,，,3,糖苷键,N-,乙酰塔罗糖胺 （,不被溶菌酶水解,）,肽尾：,L-,Glu,L-Ala,L-,Lys,肽桥：,L-,Glu,（,1,个氨基酸组成）,观察方法：,质壁分离后结合鉴别性染色在光学显微镜下观察；,原生质体破裂；,超薄切片电镜观察；,二、细菌细胞的构造与功能,（二）,细胞膜（cell membrane）,细胞膜是如何被发现的?,电镜观察到的细胞质膜，是在上下两暗色层之间夹着一浅色中间层的双层膜结构，这与细胞膜的化学组成有关。,1959年，J.D.Robertson发展了三明治模型，提出了,单位膜模型（unit membrane model）,，并推断所有的生物膜都由蛋白质-脂质-蛋白质的单位膜构成，这一模型得到了X射线衍射分析和电镜观察结果的支持。电镜超薄切片中细胞膜显示的两侧暗色带推测是蛋白质，中间亮带推测是脂双层分子。,（二）,细胞膜（cell membrane）,1.化学组成:,磷脂(20%-30%)和蛋白质,R基:磷脂酸、磷脂酰甘油、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰胆碱、磷脂酰肌醇等。,（1）磷脂,（1）磷脂,在生理温度下，脂肪酸末端排列成有序的晶态。,不饱和脂肪酸双键可导致膜结构变形（流动）。,膜的流动性很大程度上取决于不饱和脂肪酸的结构和相对含量。,细胞膜上长链脂肪酸的链长和饱和度因细菌种类和生长温度而异，,通常生长温度要求越高的种，其饱和度也越高，反之则低,。,（2）甾醇类物质,真核生物细胞膜中一般有甾醇，,含量占膜中脂质的5%-25%。,原核生物细胞膜中一般不含甾醇（支原体例外）。而某些细菌的细胞膜中，含有与固醇类似的五环分子称为类何帕烷（藿烷类化合物，hopanoid），起稳定细胞膜的作用。,由磷脂分子形成的双分子膜中加入甾醇类物质可以提高膜的,稳定性,(3)膜蛋白,约占细菌细胞膜的75%，比任何一种生物膜都高，而且种类多。-细胞膜是,重要的代谢活动中心,。,(3)膜蛋白,根据作用,功能蛋白,：,担负生理机能,（转运蛋白、电子传递蛋白、ATP合成酶,合成细胞壁及糖被的酶）,结构蛋白,：,维持膜结构,根据分布 整合蛋白（integral protein）,或内嵌蛋白（intrinsic),周边蛋白（peripheral protein）,或膜外蛋白(extrinsic),2.膜的结构模型,液态镶嵌模型(fluid mosaic model),膜的主体是磷脂双分子层；,磷脂双分子层具有流动性；,整合蛋白因其表面呈疏水性，故可“溶”于脂质双分子层,的疏水性内层中；,周边蛋白表面含有亲水基团，故可通过静电引力与磷脂,双分子层表面的极性头相连；,磷脂分子间或磷脂与蛋白质分子间无共价结合；,磷脂双分子层犹如一“海洋”，周边蛋白可在其上作“漂浮”,运动，而整合蛋白则似“冰山”状沉浸在其中作横向移动。,1972年，辛格（J.S.Singer）和尼科尔森（G.L.Nicolson）提出,.细胞膜的生理功能,物质运输,，选择性地控制营养物质和代谢产物的运送；,渗透屏障,，维持细胞内正常的渗透压；,合成,细胞壁和糖被的各种组分（肽聚糖、磷壁酸、LPS、,荚膜多糖等）,的重要基地,；,膜上含有氧化磷酸化或光合磷酸化等能量代谢的酶系，,是细胞的,产能场所,；,鞭毛基体的着生部位,和鞭毛旋转的供能部位,（二）细胞的结构,细胞质膜内褶而形成的泡囊状、管状或层状的构造。,多见于革兰氏阳性细菌。,“间体”仅是电镜制片时因脱水操作而引起的一种赝像,二、细菌细胞的构造与功能,（三）内膜系统,1.间体,（mesosome）：,间体与青霉素酶分泌、DNA复制、分配及细胞分裂（横隔壁形成）有关。,（三）内膜系统,（2）载色体和类囊体,绿硫菌科,光合细菌的细胞质中，充满以分散状态存在的一系列单层膜组成的囊泡；,红硫菌科,光合细菌的细胞膜内陷延伸或折叠形成发达的片层状、管状或囊状系统；,都是光合细菌进行光合作用的场所,蓝细菌,细胞中的,类囊体,，也是一种内膜系统，含有叶绿素等光合色素和电子传递组分，也是光合作用的场所。,二、细菌细胞的构造与功能,（）羧酶体(carboxysome),（三）内膜系统,一些自养细菌（蓝细菌、硝化,细菌和硫杆菌）细胞内由单层膜,围成的多角形或六角形内含物,内含1，5-二磷酸核酮糖羧化酶（卡尔文循环的关键酶）,作用：,自养细菌固定CO,2,场所,二、细菌细胞的构造与功能,（四）,细胞质及其内含物,细胞质（cytoplasm）是细胞质膜包围的除核区外的一切半透明、胶状、颗粒状物质的总称。含水量约80%。,（四）,细胞质及其内含物,1.核糖体（ribosome）,2.气泡（gas vocuoles）,气泡的膜只含蛋白质而无磷脂。二种蛋白质相互交连，形成一个,坚硬的结构，可耐受一定的压力。膜的外表面亲水，而内侧绝对疏,水，故气泡只能透气而不能透过水和溶质。,功能：,调节细胞比重以使细胞漂浮在最适水层中获取光能、O,2,和营养物质,3.内含物,各种有机或无机物质的颗粒，主要功能是,贮存,（碳化合物、无机物和能源），也可将分子连接为特定形式,降低渗透压。,糖原：,大肠杆菌、克雷伯氏菌、芽孢杆菌和蓝细菌等,碳源及能源类 聚-羟丁酸（PHB）：,固氮菌、产碱菌和肠杆菌等,硫粒：,紫硫细菌、丝硫细菌、贝氏硫杆菌等,贮藏物,氮源类 藻青素：,蓝细菌,藻青蛋白：,蓝细菌,磷源（异染粒）：,迂回螺菌、白喉棒杆菌、结核分枝杆菌,(1)聚-羟丁酸 (poly-hydroxybutyrate,PHB),细菌特有的一种类脂性质的,A.碳源和能源类贮藏物；,B.维持胞内中性环境；,C.降低胞内渗透压。,巨大芽孢杆菌（,Bacillus megaterium,）,在含乙酸或丁酸的培养基中生长时，细胞内贮藏的PHB可达其干重的60%。,它无毒、可塑、易降解，,被认为是生产医用塑料、,生物降解塑料的良好原料。,（2）多糖类贮藏物,在真细菌中以糖原为多,糖原粒较小，不染色需用电镜观察，,用碘液染成,红棕色,，可在光学显微镜下看到。,有的细菌积累淀粉粒，用碘液染成,深兰色。,(3)异染粒(metachromatic granules)，又称迂回体或捩转菌素,用兰色染料染色后呈,红紫色,组成：,无机偏磷酸的聚合物,（一般在含磷丰富的环境下形成。,）,功能：,磷源和能量,可降低胞内渗透压,(4)硫粒（sulfur globules）,很多光合细菌（紫硫细菌、紫色细菌、绿色细菌和蓝细菌），,在进行产能代谢或生物合,成时，常涉及对还原性的,硫化物（H,2,S，,硫代硫酸,盐等）的氧化，所产生的,折光性很强的硫粒，,可在,周质空间或细胞质中积累,。,功能：,硫元素储藏物,参与产能代谢和生物合成,(5)藻青素（cyanophycin）,氮源贮藏物，同时还兼有贮存能源的作用。通常存在于蓝细菌中。,由含精氨酸和天冬氨酸残基（1:1）的分枝多肽所构成，相对分子质量在25000125000。,(5)磁小体(megnetosome),趋磁细菌细胞中含有的大小均匀、数目不等的Fe,3,O,4,颗粒，外有一层膜包裹。,存在：少数水生螺菌属等,功能：,导向作用。,即借鞭毛游向对该菌最有利的泥、水界面微氧环境处生活。,实用前景：,生产磁性定向药物或抗体，制造生物传感器等。,微生物内含物（储藏物）的特点及生理功能：,不同微生物其储藏性内含物不同,微生物合理利用营养物质的一种调节方式,储藏物以多聚体的形式存在，有利于维持细胞内环境的平衡，避免不适合的pH，渗透压等的危害。,储藏物在细菌细胞中大量积累，还可以被人们利用。,例如厌气性梭状芽孢杆菌只含PHB，大肠杆菌只储藏糖原，但有些光和细菌二者兼有。,当环境中缺乏能源而碳源丰富时，细胞内就储藏较多的碳源类内含物，甚至达到细胞干重的50%，如果把这样的细胞移入有氮的培养基时，这些储藏物将被作为碳源和能源而用于合成反应。,例如羟基丁酸分子呈酸性，而当其聚合成聚-羟丁酸（,PHB）就成为中性脂肪酸了，这样便能维持细胞内中性环境，避免菌体内酸性增高。,二、细菌细胞的构造与功能,（五）核区,（nuclear region or area）,1.核染色体,二、细菌细胞的构造与功能,（五）核区,（nuclear region or area）,2.质粒,细菌细胞的特殊结构,糖被（glycoclyx）,鞭毛（flagellum）细胞壁外部特殊结构,菌毛（fimbria）,芽孢（spore）细胞内特殊结构,（六）细胞壁的外部特殊结构,（1）糖被,（2）鞭毛,（3）菌毛,（1）,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。,组成成分一般为多糖（又称胞外多糖）。少数糖被为多肽、蛋白质或糖蛋白等，如,Bacillus anthracis,的糖被为聚-D-谷氨酸。,产生糖被是微生物的一种遗传特性，具有种的特征，但并非细胞绝对必要的结构。,糖被的形成与,环境条件,密切相关。糖被根据其在细胞表面存在的状况，按其有无固定层次、层次厚薄又可细分为,荚膜（capsule）、微荚膜(microcapsule)、粘液层(slime layer)和粘接物,。,糖被：,包裹在单个细胞上 在壁上有固定层 层次厚：,(大)荚膜,层次薄：,微荚膜,松散，未固定在细胞壁上：,粘液层,胶状物不能覆盖整个细胞，只局,限在一个区域：,粘接物,包裹在群体细胞上：菌胶团（分泌的粘液将许多菌体粘合,在一起，形成分支状的大型粘胶物，,细菌群体的共同糖被）,糖被的功能,保护作用,（保护菌体免受干旱损伤；防止噬菌体的吸附和裂解；保护致病菌免受宿主白细胞吞噬。）,储藏养料,（营养缺乏时重新使用）,致病作用,（,是某些病原菌的,毒力因子,，如,S,型肺炎链球菌；也是某些病原菌的,粘附因子,，,如唾液链球菌和变异链球菌附着牙齿表面,龋齿）,糖被的特性,对染料亲和力低,。,经特殊的荚膜染色，特别是负染色（又称背景染色）后可在光学显微镜清楚地观察到它的存在。,在固体培养基上形成表面湿润、粘液状的光滑型菌落，,S型菌落,。,不产糖被的细菌形成表面干燥、粗糙的粗糙型菌落，即,R型菌落。,在液体培养基中使培养液的粘度增加。,S型菌落,R型菌落,糖被的应用,利,（1）菌种鉴定：利用糖被物质的血清学反应,（2）制备生物医药制品（肠膜状明串珠菌的葡聚糖糖被）,（3）制备黄原胶：石油开采、印染、食品等工业,（4）污水处理：形成菌胶团的细菌（如生枝动胶菌）是,活性污泥中的主要微生物。,弊,（1）食品发粘变质,（2）污染发酵液，阻碍发酵的正常进行,（3）增强致病力,（4）发生龋齿,S层（S-layer）-糖被的特殊形式,一些原核生物的细胞表面，存在一个由蛋白质或糖蛋白平面排列构成的细胞表面层。,保护细胞抵抗离子、渗透压、酶等的作用；保护细胞抵抗宿主的防御系统；,S层普遍存在于古生菌中,（2）,鞭毛(flagellum,复flagella),概念,某些细菌细胞表面着生的一至数十条,长丝状、螺旋形,的,附属物，具有推动细菌运动功能，为,细菌的“运动器官”,。,所有弧菌、螺菌和假单胞菌，约半数杆菌和少数球菌有鞭毛,鞭毛的有无和着生方式具有十分重要的分类学意义,单端鞭毛,端生丛毛,两端生鞭毛,周生鞭毛,鞭毛的着生方式,一端单毛菌,一端丛毛菌,两端单毛菌,两端丛毛菌,周生鞭毛菌,侧生鞭毛菌,观察和判断细菌鞭毛的方法,电子显微镜直接观察,鞭毛长度：1520m；直径：0.010.02m,光学显微镜下观察：鞭毛染色和暗视野显微镜,根据培养特征判断：,半固体穿刺接种：,菌体沿穿刺线扩散生长,平板培养基上的菌落形状：,大、薄、不规则，边缘不整齐,鞭毛的结构及运动机制,鞭毛结构的三部分：,基体、钩形鞘、鞭毛丝,鞭毛的生长方式是在其顶部延伸,鞭毛的合成是自我装配（self-assembly）的一个极好例子,。,其过程“是一个比我们任何人以前所想象的都要更复杂的过程”。鞭毛丝组装所需要的信息就存在于鞭毛蛋白亚基结构中。,运动机制,鞭毛的运动机制是通过,“栓菌”试验,验证的。,鞭毛,逆时针旋转,推动细菌,向前,运动；鞭毛,顺时针旋转,，菌体,停止并翻滚,（周生鞭毛菌）或,改变运动方向,（极生鞭毛菌，拉细胞代替了推细胞），然后回到逆时针旋转推动细菌向前运动。,细菌也可不通过鞭毛旋转来运动。蓝藻类细菌、粘细菌和一些支原体存在滑动的运动方式，这些细菌可以3,m/s,的速率沿着固体表面滑动。,1）速度快,鞭毛推动细菌运动的特点,2）细菌的趋避运动,鞭毛的功能是运动，这是原核生物实现其趋性（taxis），即趋向性的最有效方式。（参见P32）,化学趋避运动或趋化作用（chemotaxis）：,细菌对某化学物质敏感，通过运动聚集于该物质的高浓度区域或低浓度区域。,光趋避运动或趋光性（phototaxis）：,有的细菌能区别不同波长的光而集中在一定波长光区内。,趋磁运动或趋磁性（magnetotaxis）,：趋磁细菌根据磁场方向进行分布。,大肠杆菌鞭毛旋转可达270转/秒，弧菌平均可达1100转/秒。,趋化机制是相当复杂的，信号转导涉及到双组分系统：,细胞膜中的化学感受器蛋白（甲基接受趋化蛋白，,MCP,）：,是一种激酶。与化学物质结合后，构象改变，引起,胆酰酯酶,A,（,CheA,）,自动磷酸化；,细胞质中的效应调控子（其活性主要取决于它的磷酸化状态）,CheA,可磷酸化,CheY,，,CheY,-P,可与鞭毛运动器,（,FliM,开关蛋白）,作用，诱导鞭毛旋转或翻筋斗。,（3）,菌毛(fimbria，复数fimbriae),长在细菌体表的纤细、中空、短直、数量较多的蛋白质类附属物，具有使菌体附着于物体表面的功能。菌毛直径一般为310nm,长几个微米。,每个细菌约有250300条菌毛。有菌毛的细菌一般以,革兰氏阴性致病菌居多，,借助菌毛可把它们牢固地粘附于宿主的呼吸道、消化道、泌尿生殖道等的粘膜上，进一步定植和致病。,菌毛,性菌毛(pili,单数pilus),构造和成分与菌毛相同，但比菌毛粗，数量仅一至少数几根。,一般见于革兰氏阴性细菌的雄性菌株（即供体菌）,功能：细菌接合必备的结构；,RNA噬菌体的特异性吸附受体。,（七）芽孢(spore),-细菌的特殊结构之一,1.概念,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，称为芽孢（偶译“内生孢子”，endospore）。,2.芽孢的特点,A.,抗逆性强,（热、干燥、辐射等）,生物界抗逆性最强的生命体。,能否消灭芽孢是衡量各种消毒灭菌手段的最重要的指标。,C.,芽孢是休眠体，不是繁殖体,。,在适宜的条件下可以重新转变成为营养态细胞,B.,折光性强，不易着色,（芽孢染色法）,。,3.形成条件,A.菌种的遗传特性；,B.所需条件因种而异，即不同细菌形成芽孢有其最适条件（pH、溶氧、温度、营养、离子浓度和种类等）。,4.形成芽孢的菌种,产芽孢的细菌多为G,+,杆菌，也有一些球菌,主要产芽孢菌：,（好气性）芽孢杆菌属（,Bacillus,）,（厌气性）梭菌属(,Clostridium,),其它少数：,芽孢八叠球菌属,（球菌）,芽孢乳杆菌属,脱硫肠状菌属,多孢子菌属,5.构造与耐热机制,（参见,P33图2-27）,渗透调节皮层膨胀学说,芽孢衣,结构致密对多价阳离子和水分的透性很差,皮层,的离子强度很高，产生极高的渗透压夺取芽孢核心的水分，结果造成皮层的充分膨胀。,核心部分的细胞质却变得高度失水，具极强的耐热性。,芽孢抗热性的其它可能原因,皮层含高浓度的,吡啶二羧酸钙（DPA-Ca）,，形成耐热凝胶样的物质；,存在特殊的,小分子酸溶性DNA结合蛋白,，对芽孢DNA有稳定作用；,含,DNA修复酶,，可对核心复活后的出芽和生长过程中的DNA进行修复。,含,一些酶,，本身并不抗热，在芽孢中与一些物质结合后才有抗热性。,（蜡状芽孢杆菌中的丙氨酸消旋酶，附着在芽孢衣上时抗热，与芽孢衣分离后不抗热。）,6.,芽,孢,的,形,成,过,程,7.芽孢萌发,活化：可由热刺激引起，开始发芽，芽孢休眠期破坏，芽孢膨胀、芽孢衣破裂和溶解，芽孢内容物释放出来，代谢活动增强，芽孢的耐热和其他抗性消失，折光缺失。,出芽：许多营养物（如氨基酸和糖类）在芽孢活化后引发萌芽。,生长：在营养环境里，萌发后的核心开始生长，芽孢原生质体形成新的物质，最终发育成一个不含芽孢的营养体细菌。,一个芽孢如没有被活化，在营养丰富的基质中也不会发芽。,萌发分3 个阶段:活化;出芽;生长,消毒灭菌的最重要的指标,保藏菌种,分类依据（芽孢的形态、大小和着生位置是细菌分类和鉴定中的重要指标。）,筛选菌种：（土样+肉汤培养基,，,80，1015 min）,有些产芽孢细菌可伴随产生有用的产物，如抗生素（短杆菌肽、杆菌肽等）,8.研究芽孢的意义,肉类罐头：肉毒梭状芽孢杆菌,外科器械：破伤风梭菌、产气荚膜梭菌,工业发酵：嗜热脂肪芽孢杆菌,121，15 min或115，30 min以上,9.伴孢晶体（parasporal crystal）,少数芽孢杆菌，例如,苏云金芽孢杆菌(,Bacillus thuringiensis,，简称“Bt”,）在其形成芽孢的同时，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，称为伴孢晶体。,特点：,不溶于水，对蛋白酶类不敏感；容易溶于碱性溶剂。,用途：,生物农药,伴孢晶体,鳞翅目幼虫口服,伴孢晶体在肠道迅速溶解（中肠,pH 为9.0-10.5）,吸附于上皮细胞，引起渗透性丧失，肠道穿孔,肠道中的碱性溶液进入血液，后者,pH升高，昆虫全身麻痹而死亡,细菌的其他休眠构造,孢囊(cyst)：,营养细胞外壁加厚、细胞失水形成抗干旱、紫外线和电离辐射，但不抗热的圆形休眠体。,棕色固氮菌(,Azotobacter vinelandii),三、细菌的繁殖,1.方式,裂殖,芽殖,为主（绝大多数为二等分裂）,二分裂过程,四、细菌的群体形态,（一）固体培养基上（内）的群体形态,1.菌落的定义（p36）,由,单个或少量同种,微生物细胞在固体培养基表面或内部繁殖出来的，有一定形态和构造、肉眼可见的子细胞集团。,获得菌落方法：划线分离法、涂布分离法、倾注分离法,菌苔,众多菌落连成一片,（斜面接种物）,2.,菌落特征描述,大小、形状、隆起程度、边缘、表面状态、光泽、质地、颜色、透明度,3.细菌菌落的特点,湿、粘、半透明、易挑起、质地均匀、内外正反颜色一致,4.不同形态结构细菌的菌落的特点,球菌菌落：,小、圆、隆起、边缘整齐,杆菌菌落：,较大、较圆,鞭毛菌菌落：,大、扁平、形态不规则或边缘多缺刻,芽孢菌菌落：,不透明、粗糙、多褶皱、边缘不规则,荚膜菌菌落：,光滑、粘稠、湿润（透明蛋清状）,5.菌落的用途,分离纯化,分类鉴定,细胞计数,选种与育种,（二）半固体培养基上（内）群体形态,穿刺接种,运动能力；,明胶液化情况,（三）液体培养基中的群体形态,浑浊,沉淀,菌膜、菌环、菌岛或菌醭,五、食品发酵、医药工业中常见的细菌,枯草芽孢杆菌（,Bacillus,subtilis,）,个体形态：,G,+,杆状，周生鞭毛，有芽孢（椭圆到柱状，中生到近端生，芽孢囊不膨大）,菌落形态：,粗糙，不透明，扩张，污白色,用途：,-淀粉酶（BF7658）,蛋白酶(AS1.398),杆菌肽（bacitracin，对G,+,有抑制作用）,2.醋酸杆菌,个体形态：,G,-,，,短杆，单生、成对或链状，培养时间长易形成丝状、弯曲、棒状 等多种畸形。,最适生长温度：,30,最适,pH,：,5.46.3,用途：,醋酸发酵,恶臭醋杆菌（,AS.1.41,）,巴氏醋酸菌（沪酿,1.01,）,4.嗜热链球菌,（,Streptococcus thermophilus,),形态：,G,+,，球状，成对或成链,最适生长,T,：,4041,用途：,酸奶发酵剂,3.保加利亚乳杆菌,（,Lactobacillus bulgaricus,)（改名为德氏乳杆菌保加利亚亚种）,形态：,G,+,，杆状（常为长杆），成单或成链，,最适生长,T,：,4043,用途：,酸奶发酵剂,形态：,G,+,、弯曲和常分叉的杆菌，,专性厌氧,（分离自哺乳婴儿粪便，能在肠道定植的益生菌）,最适生长温度：,37,用途：,微生态调节剂,5.双歧杆菌（,Bifidobacterium,）,7.大肠埃希氏菌,（,Escherichia coli,）,形态：,G,-,，短杆,最适生长温度：,37,用途：,食品卫生重要指示菌，作为粪便污染指标来评价食品的卫生质量,6.北京棒杆菌,（,Corynebacterium pekinese,）,形态：,G,+,，短杆或小棒状，单个,或八字排列，无芽孢,最适生长温度：,3032,用途：,谷氨酸发酵,8.肠膜明串珠菌（,Leuconostoc mesenteroides,）,形态：,G,+,球菌，常成对或链形排列，兼性厌氧,用途：,生产右旋糖酐（代血浆）和葡聚糖（,sephadex,）,9.苏云金芽孢杆菌（,Bacillus thuringiensis,）,用途：,细菌杀虫剂,一、细菌的形态与大小,二、细菌的细胞结构与功能,1.细胞壁的结构,简述G,+,和G,-,菌在细胞壁结构和化学组成上的异同点，,并指出与此相关的主要特性。,2.肽聚糖的构造,单体组成；,G,+,和G,-,菌肽聚糖结构的异同；,溶菌酶与青霉素抑菌作用的机制和特点,本节重点,3.LPS,三个组成部分；,与抗原性有关的部分和毒性 的物质基础,4.,革兰氏染色的步骤和原理,5.,四类缺壁细菌,形成、特点和实际应用；,原生质体的制备方法,6.,细胞膜,化学组成；,结构模型；,7.,内含物,8.芽孢,（是休眠体，细胞分化体，不是繁殖体）,耐热机制（渗透调节皮层膨胀学说；其它解释）,产芽孢的主要微生物种类；,特性,9.糖被、鞭毛、菌毛,何谓“拴菌”试验？它如何证明鞭毛是旋转运动的？,10.古生菌,种类,在结构组分上与真细菌的不同（肽聚糖、细胞膜、16Sr RNA）,三、细菌的繁殖方式,四、菌落,定义；,细菌菌落的一般特征；,细胞形态与菌落形态间的相关性,五、工业中常用的微生物,（菌名，用途）,名词：,菌落,(,colony),芽孢,(,spore),伴孢晶体,(,parasporal,crystal),肽聚糖,(,peptidoglycan,),磷壁酸,(,teichoic,acid),脂多糖,(,lipopolysaccharide,LPS),粘性位点,(,adhesion site),原生质体,(,proteplast,),间体,(,mesosome,),磁小体,(,magnetosome,),古生菌,(,archaea,),S,型菌落,(,smooth colony),R,型菌落,(,rough colony),L,型细菌,(,L-form of bacteria),科赫法则（,Koch postulates,）,DAP,ADP,DPA,第二节 放线菌（Actinomycetes）,放线菌菌落中的菌丝常从中心向四周辐射状生长，并因此得名。,放线菌是一类,多数呈菌丝状生长,以无性孢子繁殖、陆生性强,高G+C含量的革氏阳性,(60%70%)mol%,原核生物,放线菌是一类“介于细菌与丝状真菌之间,又接近细菌的一类,丝状单细胞原核生物”,放线菌实际上是属于真细菌范畴内的原核微生物，只不过其细胞形态为分枝状菌丝。,放线菌与细菌的相同点：,放线菌 属真细菌范畴,属于原核生物，为单细胞；,菌丝直径与细菌相仿；,细胞壁主要成分是肽聚糖，对溶菌酶敏感；,有的放线菌产生有鞭毛的孢子，其鞭毛类型与细菌相同；,放线菌的噬菌体形态与细菌的相似；,最适生长,pH,与多数细菌相似；,DNA,重组方式相同；,凡对细菌敏感的抗生素，对放线菌亦敏感。,放线菌与细菌的不同点：,细胞为分枝状菌丝；,菌落形态与霉菌相似；,孢子繁殖,核糖体同,70S,；,放线菌细胞壁类型（4大类）,细胞壁类型,DAP,肽桥上的,甘氨酸,特征糖,代表属,L,L,+,NA,类诺卡氏菌属，链霉菌属,内消旋,+,NA,小单胞菌属，发仙菌属，,游动放线菌属,内消旋,NA,马杜拉放线菌属，弗兰克氏菌属,内消旋,NA,糖单胞菌属，诺卡氏菌属,NA：表示不适用或无特征性糖,根据肽聚糖的组分和结构，即肽链第3位氨基酸、肽桥有无甘氨酸、糖的成分，放线菌细胞壁分4大类。,一 放线菌的分布特点、与人类的关系,以孢子或菌丝状态广泛地存在于自然界，,土壤中最多,，其代谢产物使土壤具有特殊的,泥腥味,。,产生种类繁多的抗生素（在已报道过的近万种抗生素中，约70%由放线菌产生；而其中90%由链霉菌属产生）。,产生维生素（B12）、酶制制(葡萄糖异构酶，蛋白酶)；在甾体转化、石油脱蜡、烃类发酵、污水处理等方面也有应用。,少数寄生型放线菌可引起人、动物（皮肤、脑、肺和脚部感染）、植物（如马铃薯和甜菜的疮痂病）的疾病。,二 放线菌（Actinomycetes）的形态,链霉菌的各种孢子丝形态：,（参见P38，图2-30）,孢子丝的形态,及,分生孢子的表面结构,是链霉菌重要的分类鉴定依据。,放线菌菌落形态示意图,气生菌丝,营养菌丝（基内菌丝）,孢子丝,分生孢子在适宜,的条件下萌发，,长出1-3个芽管,。,三、放线菌的生长与繁殖,繁殖菌丝,（孢子丝）,孢子丝释放分生孢子,大多数放线菌以分生孢子繁殖,孢子丝通过横隔断裂形成分生孢子,放线菌的繁殖方式：,无性孢子,菌丝断裂,分生孢子：大多数放线菌,孢囊孢子：游动放线菌属,链孢囊菌属,常见于液体培养中，,工业发酵生产抗生素时都以此法大量繁殖放线菌。,诺卡氏菌属,通过基内菌丝断裂成杆状细胞的方式繁殖。,细菌的芽孢是,休眠体,，而放线菌的孢子是,繁殖体,。,放线菌的孢子一般不耐热，但耐干旱（,高温放线菌,的孢子含有吡啶二羧酸，可能是造成其耐热的原因）。,细菌的芽孢和放线菌的孢子的比较,四、放线菌菌落形态,产生大量分枝气生菌丝菌种（如链霉菌属）的菌落：,干燥，不透明，质地致密，小而不蔓延，,上覆不同颜色的干粉（孢子），正反颜色常不一致，,与培养基结合紧密，不易挑起或挑起后不易破碎。,不产大量菌丝体的菌种（如诺卡氏菌属）：,菌落外形与细菌接近，粘着力差，粉质，针挑起易粉碎,五、生长要求,培养基：,高氏一号培养基,培养条件：,中性偏碱（pH 7.5 8.5）,需氧,23 37,57d,五、有重要应用价值的放线菌,链霉菌属（,Streptomyces,）,氨基糖苷类抗生素：,灰色链霉菌（,Str