微生物的形态和结构1.pptx

第一节第一节概述概述一、原核微生物原核微生物无核膜包裹，裸露无核膜包裹，裸露DNA的原始单细胞生物。的原始单细胞生物。包括真细菌和古生菌两大类群。包括真细菌和古生菌两大类群。二、真核微生物二、真核微生物细胞核具有核膜、核仁、能进行有丝分裂细胞核具有核膜、核仁、能进行有丝分裂,有细胞器的微小生物，称为真核微生物。有细胞器的微小生物，称为真核微生物。包括真菌包括真菌(fungi)、单细胞、单细胞(显微显微)藻类藻类(singlecellalgae)、原生动物、原生动物(protozoon)。三、原核微生物与真核微生物(特点)的比较细菌细菌:单细胞原核生物。只有核质体，无细胞核，无核膜和核仁，无细胞器，不进行有丝分裂。第二节第二节细细菌菌一、细菌的细胞形态和大小一、细菌的细胞形态和大小最小最大肉眼可见（0.75mm）与无细胞结构的病毒相仿（50nm）1.细菌的大小多数常见的细菌，则在几微米之间多数常见的细菌，则在几微米之间细细菌的大小菌的大小范围范围（nanobacteria）（50nm）最大和最小细菌的个体大小悬殊（Thiomargarita namibiensis）（0.75mm）10亿100亿倍范围费氏刺骨鱼菌(0.08mmx0.6mm)比大肠杆菌大100万倍（1985年发现）一般细菌的大小范围直径:0.51mm直径:0.21mm,长度:180mm0.31mm（直径）X150mm（长度）(长度是菌体两端点之间的距离，而非实际长度)1.细菌的大小（二）大小1、范围u显微镜测微尺显微照相后根据放大倍数进行测算u以生长在适宜温度和培养基中的青壮龄培养物为标准。细菌的大小可以作为鉴定细菌的依据之一。细菌的大小测定方法细菌的大小测定方法第二节细菌2.细菌的细胞形态球状杆状螺旋状基本形态球菌(Coccus)细胞个体呈球形或椭圆形。不同种的球菌在细胞分裂时会形成不同的空间排列方式，常被作为分类依据。单球菌、双球菌、四联球菌、八叠球菌、链球菌和葡萄球菌等。细菌的细胞形态细菌的细胞形态金黄色金黄色葡萄球菌葡萄球菌(2)杆菌(Bacillus)细胞呈杆状或圆柱形细胞呈杆状或圆柱形杆状细菌的排列方式杆状细菌的排列方式常因生长阶段和培养常因生长阶段和培养条件而发生变化，条件而发生变化，一一般不作为分类依据般不作为分类依据。长宽比例长宽比例(1)长杆菌长杆菌(2)短杆菌短杆菌(3)球杆菌球杆菌菌体形状菌体形状(1)直杆状直杆状(2)稍弯曲状稍弯曲状(3)梭状梭状(4)分枝状分枝状(Y或或V形形)两端形状(1)两端钝圆(2)两端平截(3)两端尖细依排列单杆菌双杆菌链杆菌枯草芽孢杆菌枯草芽孢杆菌地衣芽孢杆菌地衣芽孢杆菌炭疽病的病原菌炭疽病的病原菌-炭疽杆菌炭疽杆菌菌体成弯曲或扭转呈螺旋状圆菌体成弯曲或扭转呈螺旋状圆柱形，柱形，螺旋菌的细胞比较坚韧螺旋菌的细胞比较坚韧(1)弧菌弧菌菌体短仅有一个弯曲，呈逗点状菌体短仅有一个弯曲，呈逗点状为弧菌如霍乱弧菌为弧菌如霍乱弧菌(Vibriocholerae)(2)螺菌螺菌菌体较长有两个以上的弯曲，捻转菌体较长有两个以上的弯曲，捻转呈螺旋状。如红色螺旋菌，鼠咬热螺旋菌呈螺旋状。如红色螺旋菌，鼠咬热螺旋菌(3).螺旋菌螺旋菌(Spirillarbacterium)弧弧菌菌螺螺旋旋菌菌螺螺旋旋体体菌菌菌体只有一个弯曲，其程度不足一圈，菌体只有一个弯曲，其程度不足一圈，形似形似“C”字或逗号，鞭毛偏端生。字或逗号，鞭毛偏端生。霍乱弧菌霍乱弧菌弧菌：弧菌：螺旋菌菌体回转如螺旋，螺旋菌体回转如螺旋，螺旋数目和螺距大小因种而数目和螺距大小因种而异。鞭毛二端生。细胞异。鞭毛二端生。细胞壁坚韧，菌体较硬。壁坚韧，菌体较硬。4、其它形状、其它形状柄杆菌柄杆菌（prosthecatebacteria）细胞上有柄（细胞上有柄（stalk）菌丝（菌丝（hyphae）附器等）附器等细胞质伸出物，细胞呈杆细胞质伸出物，细胞呈杆状或梭状，并有特征性的状或梭状，并有特征性的细柄。一般生活在细柄。一般生活在淡淡水中水中固形物的表面，其固形物的表面，其异常形异常形态使得菌体的表面积与体态使得菌体的表面积与体积之比增加，能有效吸收积之比增加，能有效吸收有限的营养物有限的营养物星形细菌star-shapedbacteria3）方形细菌square-ahapedbacteria（Stella）（Haloarcula）其它形状二、细菌的细胞结构1.细菌的基本结构(1)(1)细胞壁细胞壁细胞壁（cellwall）是位于细胞表面，内侧紧贴细胞膜的一层较为坚韧，略具弹性的细胞结构(1)细胞壁通过特殊染色方法或质壁分离方法通过特殊染色方法或质壁分离方法用细菌超薄切片的电子显微镜直接观察用细菌超薄切片的电子显微镜直接观察机械法破裂细胞后分离得到纯的细胞壁机械法破裂细胞后分离得到纯的细胞壁证实细胞壁存在的方法证实细胞壁存在的方法分离的细胞壁分离的细胞壁分离的细胞壁分离的细胞壁质壁分离观察到的细胞壁质壁分离观察到的细胞壁维持菌体固有形状维持菌体固有形状;具有保护作用，免受细胞受机具有保护作用，免受细胞受机械性或渗透压的破坏械性或渗透压的破坏;细胞壁有许多微孔细胞壁有许多微孔(110nm)，对大分子物质有阻拦作用对大分子物质有阻拦作用协助鞭毛的运动。细胞壁是某协助鞭毛的运动。细胞壁是某些细菌鞭毛的伸出支柱点些细菌鞭毛的伸出支柱点;与横隔壁的形成有关。将原细与横隔壁的形成有关。将原细菌细胞分裂为两个子细胞。菌细胞分裂为两个子细胞。细细胞胞壁壁的的主主要要功功能能革兰氏阳性和阴性细菌的比较细胞壁a.革兰氏阳性细菌的细胞壁特点：厚度大（2080nm）化学组分简单一般只含90%肽聚糖和10%磷壁酸少量的表面蛋白质1 1、细胞壁、细胞壁革兰氏阳性细革兰氏阳性细菌的细胞壁菌的细胞壁A、肽聚糖双糖单位中的双糖单位中的-1,4-糖苷键很容易被糖苷键很容易被溶菌酶溶菌酶(lysozyme)所水解，从而引起所水解，从而引起细菌因肽聚糖细胞壁的细菌因肽聚糖细胞壁的“散架散架”而死而死亡。亡。由四个氨基酸分子按由四个氨基酸分子按L型与型与D型交替方式连接而成型交替方式连接而成1 1、细胞壁、细胞壁a.革兰氏阳性细菌的细胞壁肽聚糖肽聚糖厚约厚约2080nm，由，由40层左右的网格状分子层左右的网格状分子交织成的网套覆盖在整个细胞上。交织成的网套覆盖在整个细胞上。原核生物所特有的已糖原核生物所特有的已糖肽聚糖骨架由N-乙酰葡萄糖胺(NAG)和N-乙酰胞壁酸NAM)通过-1,4-苷键交替连接成的多糖链每条多糖链含1065个双糖单位双糖单位双糖单位1、细胞壁a.革兰氏阳性细菌的细胞壁革兰氏阳性细菌的细胞壁肽聚糖肽聚糖目前所知的肽聚糖已超过100种，在这一“肽聚糖的多样性”中，主要的变化发生在肽桥上。跨越肽聚糖层跨越肽聚糖层并与细胞膜相并与细胞膜相交联的膜磷壁交联的膜磷壁酸（又称脂磷酸（又称脂磷壁酸），由甘壁酸），由甘油磷酸链分子油磷酸链分子与细胞膜上的与细胞膜上的磷脂进行共价磷脂进行共价结合后形成。其含量与培养条件关系不大。可用结合后形成。其含量与培养条件关系不大。可用45%热酚水提取，也可用热水从脱脂的冻干细菌中提取。热酚水提取，也可用热水从脱脂的冻干细菌中提取。1 1、细胞壁、细胞壁a.革兰氏阳性细菌的细胞壁革兰氏阳性细菌的细胞壁磷壁酸磷壁酸革兰氏阳性细菌细胞壁上特有的化学成革兰氏阳性细菌细胞壁上特有的化学成分，主要成分为甘油磷酸或核糖醇磷酸。分，主要成分为甘油磷酸或核糖醇磷酸。壁磷壁酸，它与肽壁磷壁酸，它与肽聚糖分子间进行共聚糖分子间进行共价结合，含量会随价结合，含量会随培养基成分而改变培养基成分而改变，一般占细胞壁重，一般占细胞壁重量的量的10%，有时可，有时可接近接近50%。用稀酸。用稀酸或稀碱可以提取。或稀碱可以提取。（参见（参见P41）磷壁酸磷壁酸:uG+细胞壁特有的成细胞壁特有的成分分是多聚磷酸甘油或是多聚磷酸甘油或多聚磷酸核糖醇的衍多聚磷酸核糖醇的衍生物。生物。u磷壁酸以约磷壁酸以约30个或更个或更多的重复单位构成长多的重复单位构成长链，插于肽聚糖中链，插于肽聚糖中。磷壁酸的主要生理功能有磷壁酸的主要生理功能有a.带有负电荷，可吸附环境中的带有负电荷，可吸附环境中的Mg2+等阳离子，保等阳离子，保证细胞膜上某些合成酶维持高活性。证细胞膜上某些合成酶维持高活性。b.壁酸抗原性很强，是壁酸抗原性很强，是G+菌重要的特异性表面抗原，菌重要的特异性表面抗原，因而可用于鉴定菌种。因而可用于鉴定菌种。c.与致病性有关与致病性有关,某些细菌的磷壁酸有类似菌毛的作某些细菌的磷壁酸有类似菌毛的作用能黏附在宿主细胞表面，保证用能黏附在宿主细胞表面，保证G+致病菌与其宿致病菌与其宿主间的黏连主间的黏连(主要为膜磷壁酸主要为膜磷壁酸)。d.为某些噬菌体提供特异的吸附受体。为某些噬菌体提供特异的吸附受体。G细菌的细胞壁较薄细菌的细胞壁较薄(1015nm)，多层结多层结构在肽聚糖的外层还有由外膜。不含有磷构在肽聚糖的外层还有由外膜。不含有磷壁酸壁酸肽聚糖层肽聚糖层:多糖链多糖链(双糖单位双糖单位)与与G+菌相同菌相同;较薄较薄(仅仅23nm)，有，有13层，仅占细胞壁层，仅占细胞壁干重的干重的5%20%。b.革兰氏阴性细菌的细胞壁革兰氏阴性细菌的细胞壁1、细胞壁b.革兰氏阴性细菌的细胞壁肽聚糖埋藏在外膜层之内，是仅由12层肽聚糖网状分子组成的薄层(23nm)，含量约占细胞壁总重的10%，故对机械强度的抵抗力较革兰氏阳性菌弱。内消旋二氨基庚二酸(m-DAP)（只在原核微生物细胞壁上发现）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a.四肽侧链由四肽侧链由L-丙氨酸、丙氨酸、D-谷氨酸谷氨酸m-二氨基庚二酸二氨基庚二酸(DAP)、D-丙氨丙氨酸构成，即四肽侧链中的酸构成，即四肽侧链中的m-二氨二氨基庚二酸取代了基庚二酸取代了L-赖氨酸赖氨酸b.无交联桥，四肽侧链的连接是通无交联桥，四肽侧链的连接是通过过D-丙氨酸与丙氨酸与m-二氨基庚二酸之二氨基庚二酸之间直接交联，交联度只有间直接交联，交联度只有25%，c.其网状结构较疏松，机械强度较其网状结构较疏松，机械强度较弱，不及弱，不及G+菌坚韧。菌坚韧。G+菌的肽聚糖菌的肽聚糖G菌肽聚糖菌肽聚糖G-差别差别1、细胞壁b.革兰氏阴性细菌的细胞壁外膜(outermembrane)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，有时也称为外壁。B、外膜(outermembrane)脂多糖（lipopolysaccharide,LPS）LPS由三部分组成:1)类脂A2)核心多糖3)O-特异侧链（O-多糖或O-抗原）。LPS负电荷较负电荷较强，与磷壁酸强，与磷壁酸相似，也有吸相似，也有吸附附Mg2+、Ca2+等阳离子以提等阳离子以提高其在细胞表高其在细胞表面浓度的作用面浓度的作用对细胞膜结构对细胞膜结构起稳定作用。起稳定作用。B、外膜、外膜(outermembrane)脂多糖的主要功能脂多糖的主要功能类脂类脂A是革兰是革兰氏阴性氏阴性细菌致细菌致病物质病物质内毒素内毒素的物质的物质基础基础脂多糖的主要功能脂多糖的主要功能外膜蛋白外膜蛋白(outermembraneprotein)嵌合在嵌合在LPS和磷脂层外膜上的蛋白。和磷脂层外膜上的蛋白。有有20余种，但多数功能尚不清楚。余种，但多数功能尚不清楚。外膜蛋白外膜蛋白指嵌合在LPS和磷脂双层外膜上的20余种蛋白质。外膜蛋白主要孔蛋白孔蛋白(porin)脂蛋白脂蛋白（1ipoprotein)非微孔蛋白(表面蛋白)。外膜蛋白(outermembraneprotein)孔蛋白-是由三个相同分子蛋白亚基组成的一种三聚体跨膜蛋白，中间有一直径约1nm的孔道，通过孔的开闭，可对进入外膜层的物质进行选择非特异性非特异性孔蛋白孔蛋白特异性孔蛋白可通过分子量小于800900的任何亲水性分子只容许一种或少数几种相关物质通过，如维生素B12和核苷酸等。1、细胞壁外膜蛋白(outermembraneprotein)脂蛋白脂蛋白(lipoprotein)是一种通过共价是一种通过共价键使外膜层牢固地连接在肽聚糖内键使外膜层牢固地连接在肽聚糖内壁层上的蛋白，分子量约为壁层上的蛋白，分子量约为7200。非微孔蛋白：它是镶嵌于磷脂双层外膜上的一种非微孔蛋白：它是镶嵌于磷脂双层外膜上的一种表面蛋白具有特异性运输蛋白或受体的功能表面蛋白具有特异性运输蛋白或受体的功能,可将可将一些特定较大分子物质输入细胞内。一些特定较大分子物质输入细胞内。脂蛋白：由脂质与蛋白质构成，脂蛋白：由脂质与蛋白质构成，一端的蛋白质部分以一端的蛋白质部分以共价键连接于肽聚糖中的四肽侧链的二氨基庚二酸上，共价键连接于肽聚糖中的四肽侧链的二氨基庚二酸上，另一端脂质部分则以非共价键连接于外膜层的磷脂另一端脂质部分则以非共价键连接于外膜层的磷脂上，其功能是稳定外膜并将之固定于肽聚糖层。上，其功能是稳定外膜并将之固定于肽聚糖层。周质空间(periplasmicspace,periplasm)又称壁膜间隙。在革兰氏阴性细菌中，一般指其外膜与细胞膜之间的狭窄空间（宽约1215nm）呈胶状周质空间是进出细胞的物质的重要中转站和反应场所1、细胞壁细胞壁与革兰氏染色：革兰氏染色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。1、细胞壁1、用碱性染料结晶紫对菌液涂片进行初染、用碱性染料结晶紫对菌液涂片进行初染2、用碘溶液进行媒染，其作用是提高染料和细、用碘溶液进行媒染，其作用是提高染料和细胞间的相互作用从而使二者结合得更牢固。胞间的相互作用从而使二者结合得更牢固。3、用乙醇或丙酮冲洗进行脱色。在经历脱色后、用乙醇或丙酮冲洗进行脱色。在经历脱色后仍将结晶紫保留在细胞内的为革兰氏阳性细仍将结晶紫保留在细胞内的为革兰氏阳性细菌，而革兰氏阴性细菌的结晶紫被洗掉，细菌，而革兰氏阴性细菌的结晶紫被洗掉，细胞呈无色。胞呈无色。4、用一种与结晶紫具有不同颜色的碱性染料对、用一种与结晶紫具有不同颜色的碱性染料对涂片进行复染。例如沙黄，它使原来无色的涂片进行复染。例如沙黄，它使原来无色的革兰氏阴性细菌最后呈现桃红到红色，而革革兰氏阴性细菌最后呈现桃红到红色，而革兰氏阳性细菌继续保持深紫色兰氏阳性细菌继续保持深紫色革兰氏染色革兰氏染色革兰氏染色细菌细胞壁的结构及其化学组成决细菌细胞壁的结构及其化学组成决定了革兰氏染色反应。定了革兰氏染色反应。G菌的革兰氏染色反应比较稳定菌的革兰氏染色反应比较稳定而而G+菌的革兰氏阳性反应常因某种菌的革兰氏阳性反应常因某种条件而改变。条件而改变。革兰氏染色革兰氏阳性和阴性细菌的比较革兰氏染色的原理革兰氏染色原理:G菌肽聚糖层薄，且其含量低，交联度低而外膜层类脂含量高，脱色处理时，G菌的外膜经乙醇的脱脂作用，溶解了外膜层中的类脂而变得疏松，此时薄而松散的肽聚糖网不能阻挡结晶紫与碘的复合物的渗出，因此细胞退成无色，再用沙黄复染菌体呈红色（5）革兰氏阳性和阴性细菌的比较）革兰氏阳性和阴性细菌的比较1、细胞壁（4）革兰氏阳性和阴性细菌的比较）革兰氏阳性和阴性细菌的比较1、细胞壁细胞壁与溶菌酶的溶菌作用及青霉素的杀菌作用溶菌酶(1ysozyme)的溶菌作用专一水解N-乙酰葡糖胺N-乙酰胞壁酸之间的-1,4-糖苷键，引起细菌裂解.溶菌酶对G+菌与G菌同样有效。青霉素青霉素(或头孢霉素或头孢霉素)杀菌作用杀菌作用能与合成细菌细胞壁的转肽酶结合，能与合成细菌细胞壁的转肽酶结合，从而抑制从而抑制肽聚糖合成最后阶段的转肽反应，即肽聚糖合成最后阶段的转肽反应，即抑制五肽抑制五肽交联桥与四肽侧链交联桥与四肽侧链D-丙氨酸残基之间的联结丙氨酸残基之间的联结,使细菌难以合成完整的细胞壁使细菌难以合成完整的细胞壁,导致细菌死亡。导致细菌死亡。人和哺乳动物的细胞无细胞壁，故溶菌酶和青人和哺乳动物的细胞无细胞壁，故溶菌酶和青霉素对人、哺乳动物细胞无毒性作用。霉素对人、哺乳动物细胞无毒性作用。a.L型细菌型细菌(L-formofbacteria)1935年在英国利斯特年在英国利斯特(Lister)研究所发现，故以研究所发现，故以其第一个字母命名。其第一个字母命名。L型细菌型细菌是是指指那些那些在实验室或宿主体内通过自发在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损菌株。突变而形成的遗传性稳定的细胞壁缺损菌株。缺细胞壁细菌缺细胞壁细菌(cellwalldeficientbacteria)b.原生质体原生质体(protoplast)是指在人工条件下用溶菌酶除尽原有细胞壁或用是指在人工条件下用溶菌酶除尽原有细胞壁或用青霉素等抑制新生细胞壁合成后，青霉素等抑制新生细胞壁合成后，所留下的所留下的仅由仅由细胞膜包裹着的脆弱细胞。通常由细胞膜包裹着的脆弱细胞。通常由G+细菌形成。细菌形成。不同菌种或菌株的原生质体间易发生细胞融合，不同菌种或菌株的原生质体间易发生细胞融合，因而可用于杂交育种。因而可用于杂交育种。缺细胞壁细菌缺细胞壁细菌(cellwalldeficientbacteria)c.原生质球原生质球(sphaeroplast)经溶菌酶或青霉素处理后，还残留了部分细胞壁经溶菌酶或青霉素处理后，还残留了部分细胞壁(尤其尤其是是G细菌的外膜细菌的外膜)的原生质体。的原生质体。通常由通常由G细菌形成。细菌形成。d.支原体支原体(Mycoplasma)无细胞壁的原核微生物。因其细胞膜中含有一般原核生无细胞壁的原核微生物。因其细胞膜中含有一般原核生物所没有的甾醇，其细胞膜仍有较高的机械强度。物所没有的甾醇，其细胞膜仍有较高的机械强度。缺细胞壁细菌缺细胞壁细菌(cellwalldeficientbacteria)